JP2018137869A - Motor driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動装置に関し、詳しくは、インバータと、制御装置と、を備えるモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device, and more particularly, to a motor drive device including an inverter and a control device.
従来、この種のモータ駆動装置としては、モータを駆動するためのインバータを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードでインバータを制御している。そして、矩形波制御モードでインバータを制御するときには、モータの各相電流とモータの回転角とを用いてd軸電流とq軸電流とを演算し、演算したd軸電流とq軸電流とトルク演算マップとを用いてモータの出力トルクを推定する。そして、モータの出力トルクの推定値とモータのトルク指令との差が値0となるように矩形波電圧の電圧位相を調整することにより、インバータを制御している。 Conventionally, as this kind of motor drive device, what is provided with the inverter for driving a motor is proposed (for example, refer to patent documents 1). In this apparatus, the inverter is controlled in a plurality of control modes including a rectangular wave control mode so that the motor is driven with the target torque. When controlling the inverter in the rectangular wave control mode, the d-axis current and the q-axis current are calculated using each phase current of the motor and the rotation angle of the motor, and the calculated d-axis current, q-axis current and torque are calculated. The motor output torque is estimated using the calculation map. Then, the inverter is controlled by adjusting the voltage phase of the rectangular wave voltage so that the difference between the estimated value of the output torque of the motor and the torque command of the motor becomes 0.
上述のモータ駆動装置では、矩形波制御モードでインバータを制御する際に、外乱によりモータの回転数に変動が生じると、モータの回転角の検出遅れによって、モータの出力トルクの推定値に誤差が生じる場合がある。こうした誤差の発生を抑制する手法として、モータの回転角を用いずにモータの出力トルクを推定する手法が考えられる。しかしながら、一般に、矩形波制御モードとは異なる制御モードにおいては、モータの各相電流とモータの回転角とを用いて演算したd軸電流とq軸電流とを用いてインバータを制御することから、モータの回転角を用いずにモータの出力トルクを推定すると、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際に、出力トルクが急変してしまう。 In the motor drive device described above, when the inverter is controlled in the rectangular wave control mode, if the rotational speed of the motor varies due to disturbance, an error occurs in the estimated output torque of the motor due to the detection delay of the rotational angle of the motor. May occur. As a technique for suppressing the occurrence of such an error, a technique for estimating the output torque of the motor without using the rotation angle of the motor can be considered. However, in general, in a control mode different from the rectangular wave control mode, the inverter is controlled using the d-axis current and the q-axis current calculated using each phase current of the motor and the rotation angle of the motor. If the output torque of the motor is estimated without using the rotation angle of the motor, the output torque changes suddenly when the control mode is switched between the rectangular wave control mode and another control mode.
本発明のモータ駆動装置は、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際の出力トルクの急変を抑制すると共に、外乱によるモータの出力トルクの変動を抑制することを主目的とする。 The motor drive device according to the present invention mainly suppresses a sudden change in the output torque when the control mode is switched between the rectangular wave control mode and another control mode, and suppresses a change in the output torque of the motor due to a disturbance. Objective.
本発明のモータ駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The motor driving apparatus of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明のモータ駆動装置は、
モータを駆動するインバータと、
前記モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御する制御装置と、
を備えるモータ駆動装置であって、
前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには、前記モータの各相の電流と前記モータの回転角とを用いて前記モータのトルク平均値を演算し、前記モータの各相の電流と前記モータの各相の電圧と前記モータの回転数とを用いて前記モータのトルク変動量を演算し、前記トルク平均値を前記トルク変動量で補正したトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。
The motor drive device of the present invention is
An inverter that drives the motor;
A control device for controlling the inverter in a plurality of control modes including a rectangular wave control mode so that the motor is driven with a target torque;
A motor drive device comprising:
The control device, when controlling the inverter in the rectangular wave control mode, calculates an average torque value of the motor using a current of each phase of the motor and a rotation angle of the motor, and each phase of the motor. The torque fluctuation amount of the motor is calculated using the current of the motor, the voltage of each phase of the motor, and the rotation speed of the motor, and the torque obtained by correcting the torque average value with the torque fluctuation amount is calculated as the output torque of the motor. Controlling the inverter so that the motor is driven with the target torque using the estimated output torque,
This is the gist.
この本発明のモータ駆動装置では、矩形波制御モードでインバータを制御するときには、モータの各相の電流とモータの回転角とを用いてモータのトルク平均値を演算し、モータの各相の電流とモータの各相の電圧とモータの回転数とを用いてモータのトルク変動量を演算し、トルク平均値をトルク変動量で補正したトルクをモータの出力トルクと推定し、推定した出力トルクを用いてモータが目標トルクで駆動するようにインバータを制御する。一般に、矩形波制御モードと異なる制御モードでは、モータの各相の電流とモータの回転角とを用いてモータから出力されているトルクの推定値を演算して、演算した推定値を用いてインバータを制御する。そのため、矩形波制御モードにおいて、他の制御モードと異なる状態量を用いてモータの出力トルクを推定してインバータを制御すると、状態量の検出誤差により、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際に実際にモータから出力されるトルクが急変することがある。本発明のモータ駆動装置では、矩形波制御モードにおいて、他の制御モードと同じ状態量、すなわち、モータの各相の電流とモータの回転角とを用いてモータのトルク平均値を演算し、モータの各相の電流とモータの各相の電圧とモータの回転数とを用いてモータのトルク変動量を演算し、トルク平均値をトルク変動量で補正したトルクをモータの出力トルクと推定し、推定した出力トルクを用いてモータが目標トルクで駆動するようにインバータを制御するから、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際のモータからの出力トルクの急変を抑制することができる。また、モータの回転角の検出遅れにより検出した回転角に誤差が生じると、モータの各相の電流とモータの回転角とを用いて演算したトルク平均値は誤差を持った値となるが、モータの各相の電流とモータの各相の電圧とモータの回転数とを用いて演算したトルク変動量は検出した回転角に誤差が生じてもその影響が小さい。したがって、トルク平均値を回転角の誤差の影響が小さいトルク変動量で補正したトルクをモータの出力トルクと推定することにより、外乱によりモータの回転数に変動が生じてモータの回転角の検出に遅れが生じたときでも、推定したモータの出力トルクと実際にモータから出力しているトルクとの乖離を抑制することができる。こうして推定したモータの出力トルクを用いてインバータを制御するから、外乱によるモータの出力トルクの変動を抑制することができる。この結果、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際の出力トルクの急変を抑制すると共に、外乱によるモータの出力トルクの変動を抑制することができる。 In the motor driving device of the present invention, when controlling the inverter in the rectangular wave control mode, the motor torque average value is calculated using the current of each phase of the motor and the rotation angle of the motor, and the current of each phase of the motor is calculated. The torque fluctuation amount of the motor is calculated using the voltage of each phase of the motor and the rotation speed of the motor, the torque obtained by correcting the average torque value by the torque fluctuation amount is estimated as the motor output torque, and the estimated output torque is calculated. Used to control the inverter so that the motor is driven with the target torque. In general, in a control mode different from the rectangular wave control mode, an estimated value of torque output from the motor is calculated using the current of each phase of the motor and the rotation angle of the motor, and an inverter is calculated using the calculated estimated value. To control. Therefore, in the rectangular wave control mode, when the inverter is controlled by estimating the motor output torque using a state quantity different from that in the other control mode, the rectangular wave control mode and the other control mode are When the control mode is switched between, the torque actually output from the motor may change suddenly. In the motor drive device of the present invention, in the rectangular wave control mode, the same amount of state as in the other control modes, that is, the motor torque average value is calculated using the current of each phase of the motor and the rotation angle of the motor. The torque fluctuation amount of the motor is calculated using the current of each phase of the motor, the voltage of each phase of the motor and the rotation speed of the motor, and the torque obtained by correcting the torque average value by the torque fluctuation amount is estimated as the motor output torque. Since the inverter is controlled so that the motor is driven with the target torque using the estimated output torque, sudden changes in the output torque from the motor when the control mode is switched between the rectangular wave control mode and another control mode are suppressed. can do. In addition, if an error occurs in the rotation angle detected due to the detection delay of the rotation angle of the motor, the torque average value calculated using the current of each phase of the motor and the rotation angle of the motor becomes a value with an error. The torque fluctuation amount calculated using the current of each phase of the motor, the voltage of each phase of the motor, and the rotation speed of the motor has little effect even if an error occurs in the detected rotation angle. Therefore, by estimating the torque average value corrected with the torque fluctuation amount that is less affected by the rotational angle error as the motor output torque, fluctuations in the rotational speed of the motor will occur due to disturbances, and detection of the rotational angle of the motor will be performed. Even when a delay occurs, the deviation between the estimated output torque of the motor and the torque actually output from the motor can be suppressed. Since the inverter is controlled using the estimated output torque of the motor in this way, fluctuations in the output torque of the motor due to disturbance can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a sudden change in output torque when the control mode is switched between the rectangular wave control mode and another control mode, and to suppress fluctuations in the output torque of the motor due to disturbance.
こうした本発明のモータ駆動装置において、前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御する場合において、前記モータの回転数の変動量が所定変動量以上であるときに、前記トルク平均値を演算し、前記トルク変動量を演算し、前記トルク平均値を前記トルク変動量で補正したトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御してもよい。ここで、「所定変動量」は、モータの回転数が外乱により変動したか否かを判定するための閾値である。こうすれば、モータの回転数が外乱により変動したときに、モータの出力トルクの変動を抑制することができる。 In such a motor driving device of the present invention, when the control device controls the inverter in the rectangular wave control mode, the torque average value is obtained when a fluctuation amount of the rotation speed of the motor is equal to or larger than a predetermined fluctuation amount. The torque fluctuation amount is calculated, the torque obtained by correcting the torque average value by the torque fluctuation amount is estimated as the output torque of the motor, and the motor is used as the target torque by using the estimated output torque. The inverter may be controlled to drive. Here, the “predetermined fluctuation amount” is a threshold value for determining whether the rotation speed of the motor has fluctuated due to disturbance. In this way, fluctuations in the output torque of the motor can be suppressed when the rotational speed of the motor fluctuates due to disturbance.
また、本発明のモータ駆動装置において、前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御する場合において、前記モータの回転数の変動量が所定変動量以上であり、且つ、前記モータの各相の電流と前記モータの回転角とを用いて演算される推定出力トルクの変動量が所定トルク変動量以上であるときに、前記トルク平均値を演算し、前記トルク変動量を演算し、前記トルク平均値を前記トルク変動量で補正したトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御してもよい。ここで、「所定トルク変動量」は、実際に推定出力トルクが変動しているか否かを判定するための閾値である。こうすれば、モータの回転数が外乱により変動しており且つ推定出力トルクが変動しているとき、すなわち、モータの回転数が外乱により変動していることに起因して推定出力トルクの変動しているときに、モータの出力トルクの変動を抑制することができる。 In the motor drive device of the present invention, when the control device controls the inverter in the rectangular wave control mode, the fluctuation amount of the rotation speed of the motor is equal to or greater than a predetermined fluctuation amount, and the motor When the fluctuation amount of the estimated output torque calculated using the current of each phase and the rotation angle of the motor is equal to or greater than a predetermined torque fluctuation amount, the torque average value is calculated, and the torque fluctuation amount is calculated. A torque obtained by correcting the torque average value by the torque fluctuation amount is estimated as an output torque of the motor, and the inverter is controlled so that the motor is driven by the target torque using the estimated output torque. . Here, the “predetermined torque fluctuation amount” is a threshold value for determining whether or not the estimated output torque is actually fluctuating. In this way, when the rotational speed of the motor fluctuates due to disturbance and the estimated output torque fluctuates, that is, the estimated output torque fluctuates due to the fluctuation of the motor rotational speed due to the disturbance. When the motor is running, fluctuations in the output torque of the motor can be suppressed.
さらに、本発明のモータ駆動装置において、前記複数の制御モードは、前記矩形波制御モードと、PWM制御モードと、を含んでいてもよい。この場合において、前記PWM制御モードは、前記モータの各相の電流と前記回転角とを用いて演算したd軸の電流とq軸の電流とを用いて前記インバータを制御してもよい。 Furthermore, in the motor drive device of the present invention, the plurality of control modes may include the rectangular wave control mode and a PWM control mode. In this case, in the PWM control mode, the inverter may be controlled using a d-axis current and a q-axis current calculated using the current of each phase of the motor and the rotation angle.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例としてのモータ駆動装置を備える駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置20は、例えば、車両に搭載され、駆動輪に接続された車軸にデファレンシャルギヤを介して接続された駆動軸を駆動する装置として構成されており、図示するように、モータ22と、インバータ24と、バッテリ26と、制御装置50と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
モータ22は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。
The
インバータ24は、モータ22に接続されると共にバッテリ26に接続されている。このインバータ24は、6つのトランジスタT11〜T16と、6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれバッテリ26からの電力ラインの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。6つのダイオードD11〜D16は、それぞれトランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続されている。トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ22の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ24に電圧が作用しているときに、制御装置50によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ22が回転駆動される。
The
バッテリ26は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。
The
制御装置50は、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポートを備える。
The
制御装置50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。制御装置50に入力される信号としては、例えば、モータ22の回転子の回転位置を検出する回転角度検出センサ(例えばレゾルバ)22aからのモータ22の回転子の回転角θmや、モータ22の各相に流れる電流を検出する電流センサ22u,22vからのモータ22に流れる相電流Iu,Iv,モータ22の各相の電圧を検出する電圧センサ22b,22c,22dの電圧Vu,Vv,Vwを挙げることができる。また、バッテリ26の端子間に取り付けられた電圧センサ26aからの電圧Vbや、バッテリ26の出力端子に取り付けられた電流センサ26bからの電流Ibも挙げることができる。
Signals from various sensors are input to the
制御装置50からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。制御装置50から出力される信号としては、例えば、インバータ24のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号を挙げることができる。制御装置50は、回転角度検出センサ22aからのモータ22の回転子の回転角θmやモータ22の回転数Nmを演算している。また、制御装置50は、電流センサ26bからのバッテリ26の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ26の蓄電割合SOCを演算している。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ26の全容量に対するバッテリ26から放電可能な電力の容量の割合である。
Various control signals are output from the
こうして構成された実施例の駆動装置20では、制御装置50は、モータ22がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ24のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
In the
ここで、インバータ24の制御について説明する。実施例では、インバータ24については、モータ22の目標動作点(トルク指令Tm*および回転数Nm)に基づいて、正弦波PWM(パルス幅変調)制御モード,過変調PWM制御モード,矩形波制御モードのうちの何れかを制御モードMdとして制御するものとした。ここで、正弦波PWM制御モードは、擬似的な三相交流電圧がモータ22に印加(供給)されるようにインバータ24を制御する制御モードであり、過変調PWM制御モードは、過変調電圧がモータ22に印加されるようにインバータ24を制御する制御モードであり、矩形波制御モードは、矩形波電圧がモータ22に印加されるようにインバータ24を制御する制御モードである。図2は、モータ22の回転数Nm,トルク指令Tm*とインバータ24の制御モードMdとの関係の一例を説明するための説明図である。インバータ24の制御モードMdは、図示するように、モータ22の回転数Nmやトルク指令Tm*が小さい側から大きい側に向けて正弦波PWM制御モード,過変調PWM制御モード,矩形波制御モードとなるように定められる。
Here, the control of the
正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードでは、制御装置50は、まず、モータ22の各相(U相,V相,W相)に流れる電流の総和が値0であるとして、電流センサ22u,22vによって検出されたモータ22の相電流Iu,Ivと、回転角度検出センサ22aによって検出されたモータ22の回転子の回転角θmに基づいて演算された電気角θeと,を用いて、U相,V相の相電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)する。続いて、トルク指令Tm*と予め定めたマップとからd−q座標系におけるd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定する。次に、d軸,q軸の電流指令Id*,Iq*とd軸,q軸の電流Id,Iqとの差分ΔId,ΔIqとに基づくフィードバック項としてd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を演算する。そして、モータ22の電気角θeを用いてd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)し、この電圧指令Vu*,Vv*,Vwと搬送波電圧との比較によってトランジスタT11〜T16のPWM信号を生成して、このPWM信号を用いてトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
In the sine wave PWM control mode and the overmodulation PWM control mode, the
次に、こうして構成された実施例の駆動装置20の動作、特に、矩形波制御モードでインバータ24を制御する際の動作について説明する。図3は、駆動装置20において、矩形波制御モードでのインバータ24の制御を説明するためのブロック図である。
Next, the operation of the driving
矩形波制御モードでは、制御装置50は、図示するように、まず、正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと同一の処理で、U相,V相の相電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)する。続いて、d軸,q軸の電流Id,Iqに基づいて、モータ22から出力されていると推定される推定出力トルクTrq1を設定する(推定トルク設定)。そして、モータ22の各相(U相,V相,W相)に流れる電流の総和が値0であるとして、推定出力トルクTrq1とU相,V相の相電流Iu,Iv,電圧センサ22b,22c,22dにより検出されたU相,V相,W相の相電圧Vu,Vv,Vwとモータ22の回転数Nmとを用いて推定出力トルクTrq1を補正した補正後トルクTrqを設定する。補正後トルクTrqの設定については後述する。そして、補正後トルクTrqをモータ22の出力トルクとして推定して、補正後トルクTrqとトルク指令Tm*との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θp*を計算する(矩形制御フィードバック演算)。こうして電圧位相指令θp*を計算すると、電圧位相指令θp*に基づく矩形波電圧がモータ22に印加されるように矩形波信号Vu,Vv,Vwを生成する(スイッチングパターン出力)。そして、生成した矩形波信号Vu,Vv,Vwをインバータ24に出力することにより、インバータ24のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。制御装置50は、こうした処理を所定時間T(例えば、数msecなど)毎に繰り返し実行している。
In the rectangular wave control mode, as shown in the figure, the
次に、補正後トルクTrqの設定について説明する。図4は、制御装置50により実行される補正後トルク設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンが実行されると、制御装置50は、U相,V相の相電流Iu,IvとU相,V相,W相の相電圧Vu,Vv,Vwとモータ22の回転数Nmと回転角θmとを入力する処理を実行する(ステップS100)。相電流Iu,Ivは、電流センサ22u,22vで検出されたものを入力している。相電圧Vu,Vv,Vwは、電圧センサ22b,22c,22dにより検出されたものを入力している。回転数Nmは、モータ22の回転子の回転角θmに基づいて演算したものを入力している。回転角θmは、回転角度検出センサ22aにより検出されたものを入力している。
Next, the setting of the corrected torque Trq will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a corrected torque setting process routine executed by the
続いて、d軸,q軸の電流Id,Iqに基づいて、モータ22から出力されていると推定される推定出力トルクTrq1を設定する(ステップS110)。この処理は、上述の推定トルク設定に対応する処理である。推定出力トルクTrq1の設定は、d軸,q軸の電流Id,Iqとモータ22から出力されるトルクとの関係を実験や解析などで定めてマップとして記憶しておき、d軸,q軸の電流Id,Iqが与えられたときに対応するトルクを推定出力トルクTrq1に設定する。図5は、d軸,q軸の電流Id,Iqとモータ22から出力されるトルクとの関係を示す説明図である。
Subsequently, the estimated output torque Trq1 estimated to be output from the
次に、次式(1)を用いて推定出力トルクTrq2を演算する(ステップS120)。推定出力トルクTrq2は、式(1)に示されるように、モータ22の各相(U相,V相,W相)に流れる電流の総和が値0であるとして、相電流Iu,Iv,Iw(=0−Iu−Iv)と電圧Vu,Vv,Vwと回転数Nmとから演算している。回転数Nmは、回転角度検出センサ22aにより検出された回転角θmを用いて演算されている。一般に、回転角度検出センサ22aの検出遅れによる誤差が生じた場合における、回転数Nmと実際のモータ22の回転数Nmとの乖離はさほど大きくないことが知られている。そのため、回転角θmと実際の回転角とが乖離したときでも、推定出力トルクTrq2とモータ22から出力されるトルクとの乖離は小さい。
Next, the estimated output torque Trq2 is calculated using the following equation (1) (step S120). As shown in the equation (1), the estimated output torque Trq2 assumes that the sum of the currents flowing in the phases (U phase, V phase, W phase) of the
Trq2=(Iu・Vu+Iv・Vv+Iw・Vw)/Nm ・・・(1) Trq2 = (Iu ・ Vu + Iv ・ Vv + Iw ・ Vw) / Nm (1)
そして、次式(2),(3)を用いて推定出力トルクTrq1,Trq2の平均値であるトルク平均値Trq1_av,Trq2_avを演算する(ステップS130)。式(2),(3)中、「Trq1_N」,「Trq2_N」は、本ルーチンをN(Nは値1以上の実数)回目に実行したときにステップS110,S120の処理で設定または演算された推定出力トルクTrq1,Trq2である。また、値Nthは、次式(4)を用いて演算される。式(4)中、「ωe」は、モータ32を含む駆動系のねじれ振動の共振周波数である。駆動系としては、モータ32の回転軸が車両の駆動軸に接続されるときには、駆動軸に接続される駆動系(モータや駆動輪,デファレンシャルギヤなど)を挙げることができる。なお、「N」は、本ルーチンの繰り返し回数が値Nthになったときに値0にリセットされる。 Then, torque average values Trq1_av and Trq2_av, which are average values of the estimated output torques Trq1 and Trq2, are calculated using the following equations (2) and (3) (step S130). In formulas (2) and (3), “Trq1_N” and “Trq2_N” are set or calculated in the processing of steps S110 and S120 when this routine is executed N times (N is a real number greater than or equal to 1). Estimated output torque Trq1, Trq2. The value Nth is calculated using the following equation (4). In Expression (4), “ωe” is a resonance frequency of torsional vibration of the drive system including the motor 32. Examples of the drive system include a drive system (motor, drive wheel, differential gear, etc.) connected to the drive shaft when the rotating shaft of the motor 32 is connected to the drive shaft of the vehicle. “N” is reset to 0 when the number of repetitions of this routine reaches the value Nth.
Nth=(1/ωe)/T・・・(4) Nth = (1 / ωe) / T (4)
続いて、回転数Nm2の変動量ΔNmが所定変動量dNmrefを超えているか否かを判定する(ステップS140)。変動量ΔNmは、ステップS100の処理で入力されたモータ22の回転数Nmから前回本ルーチンを実行したときにステップS100の処理で入力された回転数Nmを減じることにより演算される。所定変動量dNmrefは、モータ22の回転数Nmが外乱により変動したか否かを判定するための閾値である。
Subsequently, it is determined whether or not the fluctuation amount ΔNm of the rotational speed Nm2 exceeds the predetermined fluctuation amount dNmref (step S140). The fluctuation amount ΔNm is calculated by subtracting the rotation speed Nm input in the process of step S100 when this routine was executed last time from the rotation speed Nm of the
ここで、外乱によるモータ22の回転数Nmが変動する理由について説明する。図6は、モータ22の回転数Nmが外乱により変動したときの推定出力トルクTrq1とモータ22から実際に出力されている実トルクTmrとの時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線は、実トルクTmrの時間変化の一例である。破線は、推定出力トルクTrq1の時間変化の一例である。回転角度検出センサ22aによるモータ22の回転角θmの検出に遅れが生じると、推定出力トルクTrq1は、図5に示すように、実トルクTmrに対して位相に遅れが生じる。例えば、モータ22の回転数Nmが増加、減少、増加と変化するときには、推定出力トルクTrq1は、モータ22の回転数Nmが増加するときには実トルクTmrに比して小さく演算され、モータ22の回転数Nmが減少するときには実トルクTmrに比して大きく演算される。実トルクTmrと推定出力トルクTrq1との位相差がある程度大きくなると、制御が振動的になって、モータ22の回転数の変動が大きくなる。外乱によるモータ22の回転数Nmが変動するのは、こうした理由に基づく。
Here, the reason why the rotational speed Nm of the
ステップS140の処理により変動量ΔNmが所定変動量dNmref以下であると判定されたときには、モータ22の回転数Nmが外乱により変動していないと判断して、推定出力トルクTrq1を補正後トルクTrqに設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。こうした補正後トルクTrqを設定すると、補正後トルクTrqをモータ22の出力トルクとして推定して、補正後トルクTrqとトルク指令Tm*との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θp*を計算し、電圧位相指令θp*に基づく矩形波電圧がモータ22に印加されるように矩形波信号Vu,Vv,Vwを生成する。そして、生成した矩形波信号Vu,Vv,Vwをインバータ24に出力することにより、インバータ24のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。このように、正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと同一の状態量(相電流Iu,Ivと回転角θm)を用いて演算されたd軸,q軸の電流Id,Iqから設定される推定出力Trq1を補正後トルクTrqに設定し、補正後トルクTrqをモータ22から出力されるトルクとして推定して、インバータ24を制御することにより、正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ22からの出力トルクの急変を抑制している。
When it is determined in step S140 that the variation ΔNm is equal to or less than the predetermined variation dNmref, it is determined that the rotational speed Nm of the
ステップS140の処理で変動量ΔNmが所定変動量dNmrefを超えていると判定されたときには、モータ22の回転数Nmが外乱により変動していると判断して、続いて、トルク変動量ΔTrq1が所定トルク変動量dTrqrefを超えているか否かを判定する(ステップS160)。トルク変動量ΔTrq1は、ステップS110の処理で設定した推定出力トルクTrq1から前回本ルーチンを実行したときにステップS110の処理で設定した推定出力トルクTrq1を減じることにより演算される。所定トルク変動量dTrqrefは、推定出力トルクTrq1が変動しているか否かを判定するための閾値である。
If it is determined in step S140 that the fluctuation amount ΔNm exceeds the predetermined fluctuation amount dNmref, it is determined that the rotational speed Nm of the
ステップS160の処理でトルク変動量ΔTrq1が所定トルク変動量dTrqref以下であると判定されたときには、推定出力トルクTrq1は変動していないと判断して、推定出力トルクTrq1を補正後トルクTrqに設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。こうした補正後トルクTrqを設定すると、補正後トルクTrqをモータ22の出力トルクとして推定して、補正後トルクTrqとトルク指令Tm*との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θp*を計算し、電圧位相指令θp*に基づく矩形波電圧がモータ22に印加されるように矩形波信号Vu,Vv,Vwを生成する。そして、生成した矩形波信号Vu,Vv,Vwをインバータ24に出力することにより、インバータ24のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。こうした処理により、正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ22からの出力トルクの急変を抑制している。
When it is determined in step S160 that the torque fluctuation amount ΔTrq1 is equal to or less than the predetermined torque fluctuation amount dTrqref, it is determined that the estimated output torque Trq1 has not fluctuated, and the estimated output torque Trq1 is set to the corrected torque Trq. (Step S150), and this routine ends. When such a corrected torque Trq is set, the corrected torque Trq is estimated as the output torque of the
ステップS160の処理でトルク変動量ΔTrq1が所定トルク変動量dTrqrefを超えていると判定されたときには、推定出力トルクTrq2からトルク平均値Trq_2を減じてトルク変動量ΔTrq2を演算し(ステップS170)、トルク平均値Trq_1にトルク変動量ΔTrq2を加えたもの、すなわち、トルク平均値Trq_1をトルク変動量ΔTrq2で補正したものを補正後トルクTrqに設定して(ステップS180)、本ルーチンを終了する。こうして補正後トルクTrqを設定すると、補正後トルクTrqをモータ22の出力トルクとして推定して、補正後トルクTrqとトルク指令Tm*との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θp*を計算し、電圧位相指令θp*に基づく矩形波電圧がモータ22に印加されるように矩形波信号Vu,Vv,Vwを生成する。そして、生成した矩形波信号Vu,Vv,Vwをインバータ24に出力することにより、インバータ24のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと同一の状態量(相電流Iu,Ivと回転角θm)を用いて演算される推定出力トルクTrq1を用いて演算されるトルク平均値Trq_1をトルク変動量ΔTrq2で補正したもの、すなわち、トルク平均値Trq_1をベース値として補正後トルクTrqに設定するから、正弦波PWM制御モードや過変調PWM制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ22からの出力トルクの急変を抑制することができる。また、回転角θmと実際の回転角とが乖離したときにおける推定出力トルクTrq2の変動が小さいことから、トルク変動量ΔTrq2は、モータ22から実際に出力されているトルクの変動を反映した値であると考えられる。ステップS180の処理では、トルク平均値Trq_1にトルク変動量ΔTrq2を加えたもの、すなわち、トルク平均値Trq_1をトルク変動量ΔTrq2で補正したものを補正後トルクTrqとして設定するから、補正後トルクTrqをよりモータ22から実際に出力されている実トルクTmrへ近づけることができる。
When it is determined in step S160 that the torque fluctuation amount ΔTrq1 exceeds the predetermined torque fluctuation amount dTrqref, the torque fluctuation amount ΔTrq2 is calculated by subtracting the torque average value Trq_2 from the estimated output torque Trq2 (step S170). A value obtained by adding the torque fluctuation amount ΔTrq2 to the average value Trq_1, that is, a value obtained by correcting the torque average value Trq_1 with the torque fluctuation amount ΔTrq2 is set as the corrected torque Trq (step S180), and this routine ends. When the corrected torque Trq is set in this manner, the corrected torque Trq is estimated as the output torque of the
図7は、推定出力トルクTrq1を補正後トルクTrqとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θp*と、実際に出力されている実トルクTrを補正後トルクTrqとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θp*(理想的な電圧位相指令θpr)と、の時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線は、理想的な電圧位相指令θp*の時間変化の一例である。破線は、推定出力トルクTrq1を補正後トルクTrqとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θp*の一例である。図6に示すように、推定出力トルクTrq1を補正後トルクTrqとして矩形制御フィードバック演算すると電圧位相指令θp*と理想的な電圧位相指令θprとが乖離する。実施例では、補正語トルクTrqを実トルクTmrに近づくことで、電圧位相指令θp*を理想的な電圧位相指令θprに近づけることができる。これにより、外乱によるモータ22の出力トルクの変動を抑制することができる。
FIG. 7 shows the voltage phase command θp * when the estimated output torque Trq1 is subjected to the rectangular control feedback calculation using the corrected torque Trq, and the rectangular control feedback calculation using the actually output actual torque Tr as the corrected torque Trq. It is explanatory drawing which shows an example of a time change with voltage phase command (theta) p * (ideal voltage phase command (theta) pr). In the figure, the solid line is an example of the time change of the ideal voltage phase command θp *. A broken line is an example of a voltage phase command θp * when a rectangular control feedback calculation is performed using the estimated output torque Trq1 as the corrected torque Trq. As shown in FIG. 6, when a rectangular control feedback calculation is performed using the estimated output torque Trq1 as the corrected torque Trq, the voltage phase command θp * deviates from the ideal voltage phase command θpr. In the embodiment, the voltage phase command θp * can be brought closer to the ideal voltage phase command θpr by making the correction word torque Trq closer to the actual torque Tmr. Thereby, the fluctuation | variation of the output torque of the
以上説明した実施例の駆動装置20によれば、矩形波制御モードでインバータ24を制御するときには、モータ22の各相の電流Iu,Iv,Iwとモータ22の回転角θmとを用いてトルク平均値Trq1_avを演算し、モータ22の各相の電流Iu,Iv,Iwとモータ22の各相の電圧Vu,Vv,Vwとモータ22の回転数Nmとを用いてモータ22のトルク変動量ΔTrq2を演算し、トルク平均値Trq1_avをトルク変動量ΔTrq2で補正したトルクをモータ22の出力トルクと推定し、推定した出力トルクを用いてモータ22が目標トルクTm*で駆動するようにインバータ34を制御することにより、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際の出力トルクの急変を抑制すると共に、外乱によるモータ22の出力トルクの変動を抑制することができる。
According to the driving
実施例の駆動装置20では、ステップS140,S160の処理で、回転数Nm2の変動量ΔNmが所定変動量dNmrefを超えているか否かやトルク変動量ΔTrq1が所定トルク変動量dTrqrefを超えているか否かを判定しているが、ステップS140,S160の処理およびステップS150の処理を実行せずに、ステップS130の処理を実行した後に、ステップS170,S180の処理を実行してもよい。
In the driving
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ24が「インバータ」に相当し、制御装置50が「制御装置」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. In other words, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problem. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、モータ駆動装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the motor drive manufacturing industry.
20 駆動装置、22 モータ、22a 回転角度検出センサ、22u,22v,26b 電流センサ、24 インバータ、26 バッテリ、22b,22c,22d,26a 電圧センサ、50 制御装置、D11〜D16 ダイオード、T11〜T16 トランジスタ。 20 drive device, 22 motor, 22a rotation angle detection sensor, 22u, 22v, 26b current sensor, 24 inverter, 26 battery, 22b, 22c, 22d, 26a voltage sensor, 50 control device, D11-D16 diode, T11-T16 transistor .
Claims (1)
前記モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御する制御装置と、
を備えるモータ駆動装置であって、
前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには、前記モータの各相の電流と前記モータの回転角とを用いて前記モータのトルク平均値を演算し、前記モータの各相の電流と前記モータの各相の電圧と前記モータの回転数とを用いて前記モータのトルク変動量を演算し、前記トルク平均値を前記トルク変動量で補正したトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御する、
モータ駆動装置。 An inverter that drives the motor;
A control device for controlling the inverter in a plurality of control modes including a rectangular wave control mode so that the motor is driven with a target torque;
A motor drive device comprising:
The control device, when controlling the inverter in the rectangular wave control mode, calculates an average torque value of the motor using a current of each phase of the motor and a rotation angle of the motor, and each phase of the motor. The torque fluctuation amount of the motor is calculated using the current of the motor, the voltage of each phase of the motor, and the rotation speed of the motor, and the torque obtained by correcting the torque average value with the torque fluctuation amount is calculated as the output torque of the motor. Controlling the inverter so that the motor is driven with the target torque using the estimated output torque,
Motor drive device.
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