JP2019083676A - Motor drive control device - Google Patents

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和正 上
Kazumasa Kami
和正 上
和哉 松崎
Kazuya Matsuzaki
和哉 松崎
亮吾 望月
ryogo Mochizuki
亮吾 望月
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Abstract

To perform dead time compensation with ease without performing detection of a phase current of a motor nor complicated coordinate conversion processing.SOLUTION: A motor drive control device 4 that performs drive control of a motor 2 by using a PWM inverter 3 comprises a dead time compensation unit 44. The dead time compensation unit 44 calculates a compensation amount for compensating an error of an output voltage of the PWM inverter 3 that is generated by providing a dead time for avoiding simultaneous turning-on of respective switching elements series-connected in the PWM inverter 3, and outputs a voltage command added with the compensation amount to the PWM inverter 3. The dead time compensation unit 44 calculates the compensation amount on the basis of a magnitude of a current command vector indicating a vector of a current that should be followed by a current flowing in the motor 2. The current command vector is defined by a coordinate system synchronized with a rotor of the motor 2, or a coordinate system corresponding to the above coordinate system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に関する。   The present invention relates to a motor drive control device.

モータに駆動電圧を出力するインバータ回路では、直列接続された上下段の各スイッチング素子のオンオフの切り替えの際に、上記各スイッチング素子が同時にオンして短絡しないようにするため、通常、上記各スイッチング素子の両方がオフとなる期間が設けられる。上記期間は、一般にデッドタイムと呼ばれる。デッドタイムのタイミングでは、モータのインダクタンスおよびインバータ回路の還流ダイオードによって、電流が流れ続けようとする。そして、電流が流れる向きによっては、インバータ回路からモータに出力させたい電圧と、実際にモータに出力される電圧との間に差が生じる。上記の差のことを、以下では、「出力電圧の誤差」と称する。従来、デッドタイムを設けることによって生じる上記出力電圧の誤差を補償する、デッドタイム補償が一般的に行われている。   In an inverter circuit that outputs a drive voltage to a motor, usually, when switching on and off of the series-connected upper and lower switching elements, the switching elements are not simultaneously turned on to prevent a short circuit. A period is provided in which both of the elements are off. The above period is generally called dead time. At the dead time timing, current continues to flow due to the motor inductance and the free wheeling diode of the inverter circuit. Then, depending on the direction in which the current flows, a difference occurs between the voltage to be output from the inverter circuit to the motor and the voltage actually output to the motor. The above difference is hereinafter referred to as "the error of the output voltage". Conventionally, dead time compensation is generally performed to compensate for an error in the output voltage caused by providing a dead time.

例えば特許文献1および2では、3相の各電圧指令値に対して各相のデッドタイム補償量をそれぞれ加算または減算し、加算または減算後の各電圧指令値をPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)回路に入力し、PWM制御によってインバータ回路の各スイッチング素子(例えばトランジスタ)をオンオフすることにより、デッドタイム補償を行う技術が開示されている。   For example, in Patent Documents 1 and 2, the dead time compensation amount of each phase is added or subtracted from each voltage command value of three phases, and each voltage command value after addition or subtraction is PWM (Pulse Width Modulation; pulse width A technique is disclosed that performs dead time compensation by inputting to a modulation) circuit and turning on / off each switching element (for example, a transistor) of the inverter circuit by PWM control.

特に、特許文献1では、デッドタイム補償を行うにあたって、2相の電流指令値id、iqから3相の電流指令値iu、iv、iwを算出し、3相の電流指令値iu、iv、iwを用いてデッドタイム補償量ed(iu)、ed(iv)、ed(iw)を算出する構成が開示されている。さらに、特許文献1では、インバータ回路の実際の出力電流値(3相分)を検出し、2相の電流指令値id、iqと実際の出力電流値(3相から2相に座標変換した電流値)との電流誤差を算出して、上記電流誤差に応じた電圧指令値ed、eqを出力し、電圧指令値ed、eqを3相の電圧指令値eu、ev、ewに変換し、電圧指令値eu、ev、ewにデッドタイム補償量ed(iu)、ed(iv)、ed(iw)をそれぞれ加算する構成も開示されている。 In particular, in patent document 1, when performing dead time compensation, the three-phase current command values iu * , iv * , iw * are calculated from the two-phase current command values id * and iq *, and the three-phase current command values are calculated. A configuration is disclosed that uses iu * , iv * , iw * to calculate dead time compensation amounts ed (iu * ), ed (iv * ), ed (iw * ). Furthermore, in Patent Document 1, the actual output current values (three phases) of the inverter circuit are detected, and the current command values id * and iq * of two phases and the actual output current values (coordinate conversion from three phases to two phases) Calculating the current error with the current value), and outputting voltage command values ed * and eq * corresponding to the current error, and the voltage command values ed * and eq * are three-phase voltage command values eu * and ev *, into a ew *, the voltage command values eu *, ev *, ew * to the dead time compensation amount ed (iu *), ed ( iv *), ed (iw *) to be also disclosed configured to add each There is.

また、特許文献2では、PWMパルスがオンからオフに変化する区間であるか、オフからオンに変化する区間であるかの判別結果と、モータの電流検出値とに基づいて、電圧指令に対してデッドタイム補償電圧を加算または減算して補償後電圧指令を生成する構成が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a voltage command is issued based on a result of determination as to whether the PWM pulse changes from on to off or from off to on. A configuration for adding or subtracting the dead time compensation voltage to generate a compensated voltage command is disclosed.

特開平9−261974号公報(請求項1、段落〔0005〕、〔0010〕、図5、図9等参照)JP-A 9-261974 (see claim 1, paragraphs [0005], [0010], FIG. 5, and FIG. 9) 特開2011−55608号公報(請求項1、段落〔0021〕、〔0022〕、〔0025〕〜〔0027〕、図1等参照)JP 2011-55608 A (see claim 1, paragraphs [0021], [0022], [0025] to [0027], FIG. 1, etc.)

従来では、デッドタイム補償を行うにあたって、特許文献1および2のように、インバータ回路の出力電流値(モータの電流検出値)の取得、言い換えれば、モータの相電流の検出が必要であった。さらに、特許文献1では、デッドタイム補償を行うにあたって、2相の電流指令値id、iqを3相の電流指令値iu、iv、iwに変換する複雑な座標変換処理が必要であった。このため、従来では、デッドタイム補償を簡単に行うことができなかった。 Conventionally, when performing dead time compensation, it is necessary to obtain an output current value (a current detection value of a motor) of an inverter circuit, in other words, to detect a phase current of the motor as in Patent Documents 1 and 2. Furthermore, in patent document 1, in order to perform dead time compensation, complex coordinate conversion processing is necessary to convert two phase current command values id * and iq * into three phase current command values iu * , iv * and iw *. Met. Therefore, conventionally, dead time compensation could not be easily performed.

本発明は、上記の点に鑑み、モータの相電流の検出および複雑な座標変換処理を行うことなく、簡単にデッドタイム補償を行うことができるモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a motor drive control device capable of easily performing dead time compensation without performing detection of a phase current of a motor and complicated coordinate conversion processing.

本発明の例示的なモータ駆動制御装置は、電圧指令をPWMパルスに変換し、前記PWMパルスによって直列接続された各スイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、モータに電圧を出力するPWMインバータを用いて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御装置であって、前記PWMインバータにおいて前記直列接続された各スイッチング素子の同時オンを回避するためのデッドタイムを設けることによって生じる、前記PWMインバータの出力電圧の誤差を補償するための補償量を求め、前記補償量を加味した前記電圧指令を前記PWMインバータに出力するデッドタイム補償部を備え、前記デッドタイム補償部は、前記モータに流れる電流が追従すべき電流のベクトルを示す電流指令ベクトルの大きさに基づいて、前記補償量を求め、前記電流指令ベクトルは、前記モータの回転子に同期した座標系、または、それに準ずる座標系で定義されたベクトルである。   An exemplary motor drive control device according to the present invention uses a PWM inverter that outputs a voltage to a motor by converting a voltage command into a PWM pulse and switching on and off each switching element connected in series by the PWM pulse. A motor drive control device for driving and controlling the motor, wherein an error in the output voltage of the PWM inverter is caused by providing a dead time for avoiding simultaneous on of the switching elements connected in series in the PWM inverter. A dead time compensation unit for obtaining a compensation amount for compensating the voltage, and outputting the voltage command including the compensation amount to the PWM inverter, and the dead time compensation unit is a current to be followed by the current flowing through the motor Based on the magnitude of the current command vector indicating a vector of Determine the amount, the current command vector coordinate system synchronized with the rotor of the motor, or has been a vector defined in a coordinate system based thereon.

上記構成によれば、相電流の検出、および電流指令に関する複雑な座標変換処理を行うことなく、簡単にデッドタイム補償を行うことができる。   According to the above configuration, it is possible to easily perform dead time compensation without performing detection of phase current and complicated coordinate conversion processing regarding current command.

図1は、本発明の実施形態に係るモータ駆動システムの全体の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a motor drive system according to an embodiment of the present invention. 図2は、上記モータ駆動システムの一部の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a part of the motor drive system. 図3は、上記モータ駆動システムのモータに印加される3相の交流電圧の波形の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing an example of waveforms of three-phase AC voltages applied to the motor of the motor drive system. 図4は、PWM制御における各相電圧の電圧レベルとキャリア信号との関係、および各スイッチング素子に与えられるPWMパルスの波形を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a relationship between a voltage level of each phase voltage and a carrier signal in PWM control, and a waveform of a PWM pulse applied to each switching element. 図5Aは、図4のタイミングT0〜T1における電機子巻線周辺の等価回路である。FIG. 5A is an equivalent circuit around the armature winding at timings T0 to T1 in FIG. 4. 図5Bは、図4のタイミングT1〜T2における電機子巻線周辺の等価回路である。FIG. 5B is an equivalent circuit around the armature winding at timings T1 to T2 in FIG. 4. 図5Cは、図4のタイミングT2〜T3における電機子巻線周辺の等価回路である。FIG. 5C is an equivalent circuit around the armature winding at timings T2 to T3 in FIG. 4. 図5Dは、図4のタイミングT3〜T4における電機子巻線周辺の等価回路である。FIG. 5D is an equivalent circuit around the armature winding at timings T3 to T4 in FIG. 4. 図6Aは、θを基準軸Aに対するd軸の位相とした場合の上記モータの解析モデルを示す説明図である。FIG. 6A is an explanatory view showing an analysis model of the motor in a case where θ is the phase of the d axis with respect to the reference axis A. 図6Bは、θを基準軸Aに対するq軸の位相とした場合の上記モータの解析モデルを示す説明図である。FIG. 6B is an explanatory view showing an analysis model of the motor in a case where θ is a phase of q axis with respect to the reference axis A. 図7は、従来の一般的なデッドタイムの補償量の求め方の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory drawing showing an example of how to obtain the conventional general dead time compensation amount. 図8は、本発明の実施形態での補償量の求め方を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing how to obtain the compensation amount in the embodiment of the present invention. 図9は、電流指令ベクトルを模式的に示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a current command vector. 図10は、d軸電流指令を0〔A〕としたときの電流指令ベクトルを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a current command vector when the d-axis current command is set to 0 [A]. 図11は、電流指令ベクトルの大きさが電流閾値以上である場合の補償量を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory drawing showing the amount of compensation when the magnitude of the current command vector is equal to or greater than the current threshold. 図12は、各相電流の波形、および上記モータの回転子の電気角位相の時間経過に対する変化を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory view showing a waveform of each phase current and a change with time of an electrical angle phase of a rotor of the motor. 図13は、上記回転子の電気角位相の値を用いてU相について補償量の極性を判定する手法を模式的に示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory view schematically showing a method of determining the polarity of the compensation amount for the U phase using the value of the electrical angle phase of the rotor. 図14は、上記回転子の電気角位相の値を用いてV相について補償量の極性を判定する手法を模式的に示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory view schematically showing a method of determining the polarity of the compensation amount for the V phase using the value of the electrical angle phase of the rotor. 図15は、上記回転子の電気角位相の値を用いてW相について補償量の極性を判定する手法を模式的に示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory view schematically showing a method of determining the polarity of the compensation amount for the W phase using the value of the electrical angle phase of the rotor. 図16は、上記回転子の回転速度が負の場合における、U相電流の波形と、上記回転子の電気角位相の時間経過に対する変化とを示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory view showing the waveform of the U-phase current and the change with time of the electrical angle phase of the rotor when the rotational speed of the rotor is negative.

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、電圧指令の値(電圧指令値)を、単に電圧指令とも呼び、電流指令の値(電流指令値)を、単に電流指令とも呼ぶ。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the value of the voltage command (voltage command value) is simply referred to as a voltage command, and the value of the current command (current command value) is simply referred to as a current command.

<モータ駆動システムの概略の構成>
図1は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ駆動システム1の全体の構成を示すブロック図であり、図2は、モータ駆動システム1の一部の構成を示す回路図である。モータ駆動システム1は、モータ2と、PWMインバータ3と、モータ駆動制御装置4と、直流電源5と、位置センサ6と、を備える。なお、モータ駆動制御装置4の詳細については後述する。直流電源5は、図2に示すように、負出力端子5bを低電圧側として、正出力端子5aと負出力端子5bとの間に直流電圧を出力する。
<Schematic Configuration of Motor Drive System>
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a motor drive system 1 according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a partial configuration of the motor drive system 1. The motor drive system 1 includes a motor 2, a PWM inverter 3, a motor drive controller 4, a DC power supply 5, and a position sensor 6. The details of the motor drive control device 4 will be described later. As shown in FIG. 2, the DC power supply 5 outputs a DC voltage between the positive output terminal 5a and the negative output terminal 5b, with the negative output terminal 5b as the low voltage side.

モータ2は、例えば3相ブラシレスDCモータ(BLDCモータ)で構成される。より具体的には、モータ2は、図2に示すように、永久磁石が設けられた回転子21と、U相、V相およびW相の電機子巻線22u、22vおよび22wが設けられた固定子22と、を備える。電機子巻線22u、22vおよび22wは、中性点23を中心にY結線される。電機子巻線22u、22vおよび22wにおいて、中性点23とは反対側の非結線端は、端子24u、24vおよび24wにそれぞれ接続される。   The motor 2 is configured of, for example, a three-phase brushless DC motor (BLDC motor). More specifically, as shown in FIG. 2, the motor 2 is provided with a rotor 21 provided with permanent magnets, and U-phase, V-phase and W-phase armature windings 22u, 22v and 22w. And a stator 22. The armature windings 22 u, 22 v and 22 w are Y-connected around the neutral point 23. In armature windings 22 u, 22 v and 22 w, non-connected ends opposite to neutral point 23 are connected to terminals 24 u, 24 v and 24 w respectively.

PWMインバータ3は、パワー部31と、PWM回路32と、を備える。PWM回路32は、モータ駆動制御装置4から出力される電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’に基づいて、パワー部31をPWM制御する。なお、電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’は、後述する手法で取得されるデッドタイムの補償量を加味した電圧指令である。   The PWM inverter 3 includes a power unit 31 and a PWM circuit 32. The PWM circuit 32 performs PWM control of the power unit 31 based on the voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ output from the motor drive control device 4. The voltage commands Vu_ref ', Vv_ref' and Vw_ref 'are voltage commands in consideration of the dead time compensation amount acquired by the method described later.

パワー部31は、U相用のハーフブリッジ回路、V相用のハーフブリッジ回路およびW相用のハーフブリッジ回路を備える。各ハーフブリッジ回路は、一対のスイッチング素子を有する。各ハーフブリッジ回路において、一対のスイッチング素子は、直流電源5の正出力端子5aと負出力端子5bとの間に直列接続され、各ハーフブリッジ回路に直流電源5からの直流電圧が印加される。各スイッチング素子は、例えば電界効果トランジスタで構成されるが、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの他のトランジスタで構成されてもよい。   The power unit 31 includes a U-phase half bridge circuit, a V-phase half bridge circuit, and a W-phase half bridge circuit. Each half bridge circuit has a pair of switching elements. In each half bridge circuit, a pair of switching elements are connected in series between positive output terminal 5a and negative output terminal 5b of DC power supply 5, and a DC voltage from DC power supply 5 is applied to each half bridge circuit. Each switching element is formed of, for example, a field effect transistor, but may be formed of another transistor such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor).

U相用のハーフブリッジ回路は、互いに直列に接続される高電圧側のスイッチング素子33uと、低電圧側のスイッチング素子34uと、を備える。V相用のハーフブリッジ回路は、互いに直列に接続される高電圧側のスイッチング素子33vと、低電圧側のスイッチング素子34vと、を備える。W相用のハーフブリッジ回路は、互いに直列に接続される高電圧側のスイッチング素子33wと、低電圧側のスイッチング素子34wと、を備える。   The U-phase half bridge circuit includes a high voltage side switching element 33 u and a low voltage side switching element 34 u connected in series with each other. The V-phase half bridge circuit includes a high voltage side switching element 33 v and a low voltage side switching element 34 v connected in series with each other. The W-phase half bridge circuit includes a high voltage side switching element 33 w and a low voltage side switching element 34 w connected in series with each other.

高電圧側のスイッチング素子33u、33vおよび33wには、直流電源5の低電圧側から高電圧側に向かう方向を順方向としてダイオード35u、35vおよび35wがそれぞれ並列に接続される。同様に、低電圧側のスイッチング素子34u、34vおよび34wには、直流電源5の低電圧側から高電圧側に向かう方向を順方向としてダイオード36u、36vおよび36wがそれぞれ並列に接続される。各ダイオード35u、35v、35w、36u、36vおよび36wは、還流ダイオード(フリーホイールダイオード)として機能する。   Diodes 35u, 35v and 35w are respectively connected in parallel to the high voltage side switching elements 33u, 33v and 33w, with the direction from the low voltage side to the high voltage side of the DC power supply 5 as a forward direction. Similarly, diodes 36u, 36v and 36w are connected in parallel to the low voltage side switching elements 34u, 34v and 34w, respectively, with the direction from the low voltage side to the high voltage side of the DC power supply 5 as a forward direction. Each of the diodes 35 u, 35 v, 35 w, 36 u, 36 v and 36 w functions as a free wheeling diode.

直列接続されたスイッチング素子33uとスイッチング素子34uとの接続点は、端子24uと接続される。同様に、直列接続されたスイッチング素子33vとスイッチング素子34vとの接続点は、端子24vと接続され、直列接続されたスイッチング素子33wとスイッチング素子34wとの接続点は、端子24wと接続される。   The connection point between the switching element 33 u and the switching element 34 u connected in series is connected to the terminal 24 u. Similarly, a connection point between the switching element 33v and the switching element 34v connected in series is connected to the terminal 24v, and a connection point between the switching element 33w and the switching element 34w connected in series is connected to the terminal 24w.

PWM回路32は、3相(U相、V相およびW相)の電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’に基づいて、各相に対するPWMパルス(パルス幅変調信号)を生成し、上記PWMパルスをパワー部31の各スイッチング素子の制御端子(ゲートまたはベース)に与える。これにより、上記各スイッチング素子のオン(導通)とオフ(非導通)とを切り替えることができる。   The PWM circuit 32 generates a PWM pulse (pulse width modulation signal) for each phase based on the voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ of three phases (U phase, V phase and W phase), and the PWM pulse To the control terminal (gate or base) of each switching element of the power unit 31. Thereby, it is possible to switch on (conductive) and off (nonconductive) of each of the switching elements.

したがって、直流電源5からの直流電圧は、PWMインバータ3において、上記PWMパルスに応じた各スイッチング素子のスイッチング動作によって、モータ2に電圧が印加されることにより、モータ2の各電機子巻線22u、22vおよび22wに、3相の電圧に応じた電流が流れてモータ2が駆動される。なお、上記各スイッチング素子のスイッチング動作と、モータ2に流れる電流(相電流)との関係については後述する。   Therefore, in the PWM inverter 3, the DC voltage from the DC power supply 5 is applied to the motor 2 by the switching operation of each switching element according to the PWM pulse, whereby each armature winding 22 u of the motor 2 is , 22v and 22w, currents according to the voltages of the three phases flow, and the motor 2 is driven. The relationship between the switching operation of each switching element and the current (phase current) flowing to the motor 2 will be described later.

以上のことから、本実施形態のPWMインバータ3は、電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’をPWMパルスに変換し、PWMパルスによって直列接続された各スイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、モータ2に電圧を出力する構成であるといえる。   From the above, the PWM inverter 3 of this embodiment converts the voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ into PWM pulses, and switches the on / off of the respective switching elements connected in series by the PWM pulse, Can be said to output a voltage to

図1で示した位置センサ6は、モータ2の回転子21の回転位置に応じた信号を出力するセンサであり、例えばロータリーエンコーダやホール素子を用いる。位置センサ6から出力される信号は、後述するモータ駆動制御装置4に入力される。   The position sensor 6 shown in FIG. 1 is a sensor that outputs a signal according to the rotational position of the rotor 21 of the motor 2 and uses, for example, a rotary encoder or a Hall element. A signal output from the position sensor 6 is input to a motor drive control device 4 described later.

<各スイッチング素子のスイッチング動作と相電流との関係>
次に、PWMインバータ3のパワー部31内の各スイッチング素子のスイッチング動作と、モータ2の相電流との関係について説明する。なお、以下では説明の便宜上、パワー部31内の低電圧側の各スイッチング素子34u、34vおよび34wと、直流電源5の負出力端子5bとを結ぶ線路を、母線Gと呼ぶ。そして、母線Gを流れる電流を、母線電流と呼ぶ。また、モータ2の電機子巻線22u、22vおよび22wに流れる電流を、それぞれU相電流、V相電流およびW相電流と呼び、それらのそれぞれを(またはそれらを総称して)、相電流と呼ぶ。相電流の極性については、端子24u、24vまたは24wから中性点23に流れ込む方向の相電流の極性を正とし、中性点23から流れ出す方向の相電流の極性を負とする。
<Relationship between switching operation of each switching element and phase current>
Next, the relationship between the switching operation of each switching element in the power unit 31 of the PWM inverter 3 and the phase current of the motor 2 will be described. In the following, for convenience of explanation, a line connecting the low voltage side switching elements 34 u, 34 v and 34 w in the power unit 31 and the negative output terminal 5 b of the DC power supply 5 is called a bus G. The current flowing through the bus G is called bus current. In addition, currents flowing in armature windings 22 u, 22 v and 22 w of motor 2 are respectively referred to as U-phase current, V-phase current and W-phase current, and each of them (or collectively Call. Regarding the polarity of the phase current, the polarity of the phase current in the direction of flowing into the neutral point 23 from the terminal 24 u, 24 v or 24 w is positive, and the polarity of the phase current in the direction of flowing out of the neutral point 23 is negative.

図3は、モータ2に印加される3相の交流電圧の波形の一例を示す説明図である。図3において、25u、25vおよび25wは、それぞれ、モータ2に印加されるべきU相電圧、V相電圧およびW相電圧の波形を表す。なお、U相電圧、V相電圧およびW相電圧のそれぞれを(またはそれらを総称して)、相電圧とも呼ぶ。モータ2に正弦波状の電流を流す場合、PWMインバータ3の出力電圧は、正弦波状とされる。   FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the waveforms of three-phase AC voltages applied to the motor 2. In FIG. 3, 25 u, 25 v and 25 w respectively represent waveforms of U-phase voltage, V-phase voltage and W-phase voltage to be applied to the motor 2. Each of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage (or generically, they are collectively referred to as a phase voltage). When a sinusoidal current is supplied to the motor 2, the output voltage of the PWM inverter 3 is sinusoidal.

図3に示すように、U相電圧、V相電圧およびW相電圧の間の電圧レベルの高低関係は、時間の経過とともに変化する。上記高低関係は、3相の電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’によって定まり、PWMインバータ3は、3相の電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’に基づいて、各相に対する通電パターンを決定する。   As shown in FIG. 3, the high / low relationship between the voltage levels of the U-phase voltage, the V-phase voltage and the W-phase voltage changes with the passage of time. The high-low relationship is determined by the three phase voltage commands Vu_ref ', Vv_ref' and Vw_ref ', and the PWM inverter 3 determines the conduction pattern for each phase based on the three phase voltage commands Vu_ref', Vv_ref 'and Vw_ref'. Do.

ここで、上記通電パターンには、以下の8通りがある。第1の通電パターンは、U、VおよびW相の低電圧側のスイッチング素子34u、34vおよび34wが全てオンとなる通電パターンである。第2の通電パターンは、W相の高電圧側のスイッチング素子33wがオンとなり、かつ、U相およびV相の低電圧側のスイッチング素子34uおよび34vがオンとなる通電パターンである。第3の通電パターンは、V相の高電圧側のスイッチング素子33vがオンとなり、かつ、W相およびU相の低電圧側のスイッチング素子34wおよび34uがオンとなる通電パターンである。第4の通電パターンは、V相およびW相の高電圧側のスイッチング素子33vおよび33wがオンとなり、かつ、U相の低電圧側のスイッチング素子34uがオンとなる通電パターンである。第5の通電パターンは、U相の高電圧側のスイッチング素子33uがオンとなり、かつ、V相およびW相の低電圧側のスイッチング素子34vおよび34wがオンとなる通電パターンである。第6の通電パターンは、W相およびU相の高電圧側のスイッチング素子33wおよび33uがオンとなり、かつ、V相の低電圧側のスイッチング素子34vがオンとなる通電パターンである。第7の通電パターンは、U相およびV相の高電圧側のスイッチング素子33uおよび33vがオンとなり、かつ、W相の低電圧側のスイッチング素子34wがオンとなる通電パターンである。第8の通電パターンは、U、VおよびW相の高電圧側のスイッチング素子33u、33vおよび33wが全てオンとなる通電パターンである。   Here, the following eight patterns exist in the above-mentioned energization pattern. The first energization pattern is an energization pattern in which the switching elements 34u, 34v and 34w on the low voltage side of the U, V and W phases are all turned on. The second conduction pattern is a conduction pattern in which the W phase high voltage side switching element 33w is turned on and the U phase and V phase low voltage side switching elements 34u and 34v are turned on. The third energization pattern is an energization pattern in which the switching element 33v on the high voltage side of the V phase is turned on, and the switching elements 34w and 34u on the low voltage side of the W phase and the U phase are turned on. The fourth energization pattern is an energization pattern in which the switching elements 33v and 33w on the high voltage side of the V phase and the W phase are turned on, and the switching element 34u on the low voltage side of the U phase is turned on. The fifth energization pattern is an energization pattern in which the U-phase high voltage side switching element 33u is turned on and the V-phase and W-phase low voltage side switching elements 34v and 34w are turned on. The sixth energization pattern is an energization pattern in which the switching elements 33w and 33u on the high voltage side of the W phase and the U phase are turned on and the switching element 34v on the low voltage side of the V phase is turned on. The seventh conduction pattern is a conduction pattern in which the switching elements 33u and 33v on the high voltage side of the U phase and the V phase are turned on and the switching element 34w on the low voltage side of the W phase is turned on. The eighth conduction pattern is a conduction pattern in which the switching elements 33u, 33v and 33w on the high voltage side of the U, V and W phases are all turned on.

なお、同一の相の(直列接続された)2つのスイッチング素子において、高電圧側のスイッチング素子と低電圧側のスイッチング素子との同時オンによる短絡を回避するためのデッドタイムを無視すると、高電圧側のスイッチング素子がオンである期間、低電圧側のスイッチング素子はオフであり、高電圧側のスイッチング素子がオフである期間、低電圧側のスイッチング素子はオンである。   In addition, in two switching elements of the same phase (connected in series), the high voltage can be avoided if the dead time for avoiding a short circuit due to simultaneous turning on of the switching element on the high voltage side and the switching element on the low voltage side is ignored. While the switching element on the side is on, the switching element on the low voltage side is off, and the switching element on the low voltage side is on while the switching element on the high voltage side is off.

実際には、各スイッチング素子のオンオフの切り替えの際に上記デッドタイムが設けられるが、デッドタイムの期間では、同一の相の高電圧側のスイッチング素子と低電圧側のスイッチング素子とは、同時にオフとなる。また、デッドタイムを設けることにより、PWMインバータ3からモータ2に出力される電圧に、出力させたい電圧(電圧指令)との間で誤差(出力電圧の誤差)が生じることは前述の通りである。本実施形態では、後述するデッドタイム補償部44によって出力電圧の誤差が補償される。   Actually, the dead time is provided when switching each switching element on and off, but in the dead time period, the switching element on the high voltage side and the switching element on the low voltage side of the same phase are simultaneously turned off It becomes. Further, as described above, by providing the dead time, an error (error in output voltage) occurs between the voltage output from the PWM inverter 3 to the motor 2 and the voltage (voltage command) desired to be output. . In the present embodiment, an error of the output voltage is compensated by the dead time compensation unit 44 described later.

図4は、3相分のPWM制御を行う場合の、各相電圧の電圧レベルとキャリア信号との関係、および各スイッチング素子に与えられるPWMパルスの波形を示す説明図である。なお、ここでは、説明を簡略化する目的で、上記のデッドタイムを無視している。また、図4中の「高電圧側SW」および「低電圧側SW」は、それぞれ、高電圧側のスイッチング素子および低電圧側のスイッチング素子を指す。各相電圧の電圧レベルの高低関係は様々に変化するが、説明の具体化のため、図4では、図3における任意のタイミング26に着目している。すなわち、図4は、U相電圧の電圧レベルが最大で、かつ、W相電圧の電圧レベルが最小である場合を示している。   FIG. 4 is an explanatory view showing the relationship between the voltage level of each phase voltage and the carrier signal and the waveform of the PWM pulse applied to each switching element when performing PWM control for three phases. Here, the above dead time is ignored for the purpose of simplifying the explanation. Further, “high voltage side SW” and “low voltage side SW” in FIG. 4 indicate a high voltage side switching element and a low voltage side switching element, respectively. Although the level relationship of the voltage level of each phase voltage changes variously, in FIG. 4, attention is paid to an arbitrary timing 26 in FIG. 3 for the purpose of the description. That is, FIG. 4 shows the case where the voltage level of the U-phase voltage is the maximum and the voltage level of the W-phase voltage is the minimum.

図4において、符号CSは、各相電圧の電圧レベルと比較されるキャリア信号を表す。キャリア信号は、周期的な三角波信号となっており、その信号の周期をキャリア周期という。なお、キャリア周期は、図3に示す3相の交流電圧の周期よりも遥かに短いため、仮に図4に示すキャリア信号の三角波を図3上で表すと、その三角波は1本の線となって見える。   In FIG. 4, a symbol CS represents a carrier signal to be compared with the voltage level of each phase voltage. The carrier signal is a periodic triangular wave signal, and the period of the signal is referred to as a carrier period. Since the carrier cycle is much shorter than the cycle of the three-phase AC voltage shown in FIG. 3, if the triangular wave of the carrier signal shown in FIG. 4 is represented on FIG. 3, the triangular wave becomes one line. Looks like.

図5A〜図5Dは、図4の各タイミングにおける、電機子巻線周辺の等価回路である。各キャリア周期の開始タイミング、つまり、キャリア信号が最低レベルにあるタイミングをT0とする。タイミングT0において、各相の高電圧側のスイッチング素子33u、33vおよび33wはオンとされる。   5A to 5D are equivalent circuits around the armature winding at each timing of FIG. 4. The start timing of each carrier cycle, that is, the timing at which the carrier signal is at the lowest level is denoted by T0. At timing T0, the switching elements 33u, 33v and 33w on the high voltage side of each phase are turned on.

なお、キャリア周期からタイミングT1とT6との間の期間を除いた期間は、W相の高電圧側のスイッチング素子に対するPWMパルスのパルス幅を表し、キャリア周期からタイミングT2とT5との間の期間を除いた期間は、V相の高電圧側のスイッチング素子に対するPWMパルスのパルス幅を表し、キャリア周期からタイミングT3とT4との間の期間を除いた期間は、U相の高電圧側のスイッチング素子に対するPWMパルスのパルス幅を表す。   The period excluding the period between the timing T1 and the timing T6 from the carrier period represents the pulse width of the PWM pulse for the switching element on the high voltage side of the W phase, and the period between the carrier period and the timing T2 and T5. The period excluding T represents the pulse width of the PWM pulse for the switching element on the high voltage side of V phase, and the period excluding the period between timings T3 and T4 from the carrier period is the switching on the high voltage side of U phase Represents the pulse width of the PWM pulse for the element.

以上では、電圧レベルの大小関係がU相電圧>V相電圧>W相電圧の順になる場合を例として説明したが、電圧レベルの大小関係が他の順となる場合でも、上記と同様のPWM制御により、モータ2の相電流を制御することができる。   In the above, the case where the magnitude relation of voltage levels is in the order of U phase voltage> V phase voltage> W phase voltage has been described as an example, but even when the magnitude relation of voltage levels is in other order, the same PWM The control can control the phase current of the motor 2.

<電圧指令のカウンタ制御について>
U相、V相およびW相の電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’は、具体的には、PWM回路32内の不図示のカウンタ(タイマ)のカウント設定値CntU、CntVおよびCntWとして表される。そして、相電圧が高いほど、大きなカウント設定値が与えられる。例えば、図4の場合には、CntU>CntV>CntW、が成立する。
<About counter control of voltage command>
Specifically, voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ of U phase, V phase and W phase are represented as count setting values CntU, CntV and CntW of a counter (timer) (not shown) in PWM circuit 32. Ru. Then, as the phase voltage is higher, a larger count set value is given. For example, in the case of FIG. 4, CntU>CntV> CntW is established.

上記のカウンタは、キャリア周期ごとに、タイミングT0を基準として、カウント値を0からアップカウントする。そして、上記カウント値がCntWに達した時点で、W相の高電圧側のスイッチング素子33wがオンの状態から、低電圧側のスイッチング素子34wがオンの状態に切り替えられる。続いて、上記カウント値がCntVに達した時点で、V相の高電圧側のスイッチング素子33vがオンの状態から、低電圧側のスイッチング素子34vがオンの状態に切り替えられる。その後、上記カウント値がCntUに達した時点で、U相の高電圧側のスイッチング素子33uがオンの状態から、低電圧側のスイッチング素子34uがオンの状態に切り替えられる。キャリア信号が最大レベルに達した後は、上記カウント値はダウンカウントされ、逆の切り替え動作が行われる。   The above counter counts up the count value from 0 every carrier period with reference to the timing T0. Then, when the count value reaches CntW, the switching element 33w on the high voltage side of the W phase is switched from the on state to the switching element 34w on the low voltage side to the on state. Subsequently, when the count value reaches CntV, the switching element 33v on the high voltage side of the V phase is switched from the on state to the switching element 34v on the low voltage side to the on state. Thereafter, when the count value reaches CntU, the switching element 33u on the high voltage side of the U phase is switched from the on state to the switching element 34u on the low voltage side to the on state. After the carrier signal reaches the maximum level, the count value is down-counted and the reverse switching operation is performed.

図4に示す三角波のキャリア信号を用いた場合、キャリア周期の半分の時点で、アップカウントからダウンカウントに折り返される。上記のアップカウントおよびダウンカウントは、所定のクロックに同期して行われる。   When a triangular carrier signal shown in FIG. 4 is used, up-counting is turned back to down-counting at half the carrier period. The up-counting and down-counting described above are performed in synchronization with a predetermined clock.

U相、V相およびW相の電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’に相当するカウント設定値CntU、CntVおよびCntWにより、各相に対するPWMパルスのパルス幅(およびデューティ)が生成される。   The pulse width (and the duty) of the PWM pulse for each phase is generated by count set values CntU, CntV and CntW corresponding to U-phase, V-phase and W-phase voltage commands Vu_ref ', Vv_ref' and Vw_ref '.

<各種定義について>
次に、上述したモータ駆動制御装置4の詳細について説明する前に、各種の定義を以下に示す。図6Aおよび図6Bは、モータ2の解析モデルを示す説明図である。U相軸、V相軸およびW相軸は固定軸であり、電気角で互いに120°ずつずれている。21aは、モータ2の回転子21に設けられた永久磁石である。永久磁石21aが作る磁束と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石21aが作る磁束の方向をd軸にとり、d軸から電気角で90°進んだ位相にq軸をとる。d軸およびq軸を持つ座標系をdq座標系と呼び、d軸およびq軸を座標軸に選んだ座標を、dq座標と呼ぶ。dq座標系は、モータ2の回転子21に同期した座標系である。
<About various definitions>
Next, before describing the details of the motor drive control device 4 described above, various definitions are shown below. 6A and 6B are explanatory diagrams showing an analysis model of the motor 2. The U-phase axis, the V-phase axis and the W-phase axis are fixed axes, and they are mutually offset by 120 ° in electrical angle. Reference numeral 21 a is a permanent magnet provided on the rotor 21 of the motor 2. In a rotating coordinate system that rotates at the same speed as the magnetic flux produced by the permanent magnet 21a, the direction of the magnetic flux produced by the permanent magnet 21a is taken as the d axis, and the q axis is taken a phase advanced 90 ° in electrical angle from the d axis. A coordinate system having a d-axis and a q-axis is called a dq coordinate system, and coordinates obtained by selecting the d-axis and the q-axis as coordinate axes are called dq coordinates. The dq coordinate system is a coordinate system synchronized with the rotor 21 of the motor 2.

回転するd軸およびq軸の任意の瞬間でのdq座標において、ある基準軸A(固定軸)に対するd軸もしくはq軸の位相を、θ(電気角位相)で表す。本実施形態では、ある基準軸AをU相軸とし、U相軸に対するq軸の位相を、θ(電気角位相)で表す。すなわち、基準軸Aは、例えば回転子21の電気角位相を−180°から+180°の範囲で表したときに、電気角位相0°に対応する。なお、U相軸と基準軸Aとの電気角でのズレをθaとすると、ズレθaは、モータ駆動システム1によって決まっており、本実施形態では、例えば電気角で0°である。このズレθaの情報は、例えばモータ駆動制御装置4の図示しないメモリに記憶されてもよい。   The phase of the d-axis or q-axis with respect to a certain reference axis A (fixed axis) is represented by θ (electrical angle phase) at dq coordinates at any instants of the rotating d-axis and q-axis. In the present embodiment, a certain reference axis A is a U phase axis, and the phase of the q axis with respect to the U phase axis is represented by θ (electrical angle phase). That is, when the electrical angle phase of the rotor 21 is represented in the range of -180 ° to + 180 °, for example, the reference axis A corresponds to the electrical angle phase 0 °. Assuming that the deviation between the U-phase axis and the reference axis A at the electrical angle is θa, the deviation θa is determined by the motor drive system 1, and in the present embodiment, the electrical angle is 0 °, for example. The information on the deviation θa may be stored, for example, in a memory (not shown) of the motor drive control device 4.

また、PWMインバータ3からモータ2に印加される全体のモータ電圧をVaで表し、PWMインバータ3からモータ2に供給される全体のモータ電流をIaで表す。そして、モータ電圧Vaのd軸成分およびq軸成分を、それぞれd軸電圧vdおよびq軸電圧vqで表し、モータ電流Iaのd軸成分およびq軸成分を、それぞれd軸電流idおよびq軸電流iqで表す。   Further, the entire motor voltage applied from the PWM inverter 3 to the motor 2 is represented by Va, and the entire motor current supplied from the PWM inverter 3 to the motor 2 is represented by Ia. The d-axis component and the q-axis component of motor voltage Va are represented by d-axis voltage vd and q-axis voltage vq, respectively, and the d-axis component and q-axis component of motor current Ia are respectively d-axis current id and q-axis current Represented by iq.

また、d軸電圧vdおよびq軸電圧vqに対する指令値(電圧指令値)を、それぞれ、d軸電圧指令vd_refおよびq軸電圧指令vq_refで表す。d軸電圧指令vd_refおよびq軸電圧指令vq_refは、それぞれ、d軸電圧vdおよびq軸電圧vqが追従すべき電圧(電圧値)を表し、モータ駆動システム1内において算出される。   Further, command values (voltage command values) for the d-axis voltage vd and the q-axis voltage vq are represented by a d-axis voltage command vd_ref and a q-axis voltage command vq_ref, respectively. The d-axis voltage command vd_ref and the q-axis voltage command vq_ref represent voltages (voltage values) to be followed by the d-axis voltage vd and the q-axis voltage vq, respectively, and are calculated in the motor drive system 1.

さらに、d軸電流idおよびq軸電流iqに対する指令値(電流指令値)を、それぞれ、d軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refで表す。d軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refは、それぞれ、d軸電流idおよびq軸電流iqが追従すべき電流(電流値)を表し、モータ駆動システム1内において算出される。   Further, command values (current command values) for the d-axis current id and the q-axis current iq are represented by a d-axis current command id_ref and a q-axis current command iq_ref, respectively. The d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref represent currents (current values) to be followed by the d-axis current id and the q-axis current iq, respectively, and are calculated in the motor drive system 1.

<モータ駆動制御装置の詳細について>
以上の定義を踏まえて、モータ駆動制御装置4について説明する。図1で示したモータ駆動制御装置4は、PWMインバータ3を用いてモータ2を駆動制御する制御部であり、位置検出部41と、電流制御器42と、座標変換器43と、デッドタイム補償部44と、を備える。上記モータ駆動制御装置4は、例えば中央演算処理装置(CPU;Central Processing Unit)を有するマイクロコンピュータなどで構成される。
<Details of Motor Drive Controller>
Based on the above definition, the motor drive control device 4 will be described. The motor drive control device 4 shown in FIG. 1 is a control unit that drives and controls the motor 2 using the PWM inverter 3 and includes a position detection unit 41, a current controller 42, a coordinate converter 43, and dead time compensation. And a unit 44. The motor drive control device 4 is composed of, for example, a microcomputer having a central processing unit (CPU).

位置検出部41は、上述した位置センサ6からの出力信号に基づいて、回転子21の電気角位相θを検出する。検出した電気角位相θの情報は、回転子21の位置情報として、位置検出部41から座標変換器43およびデッドタイム補償部44に出力される。   The position detection unit 41 detects the electrical angle phase θ of the rotor 21 based on the output signal from the position sensor 6 described above. Information of the detected electrical angle phase θ is output from the position detection unit 41 to the coordinate converter 43 and the dead time compensation unit 44 as position information of the rotor 21.

電流制御器42は、入力されるd軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refを、d軸電圧指令vd_refおよびq軸電圧指令vq_refに変換して座標変換器43に出力する。   The current controller 42 converts the d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref that are input into the d-axis voltage command vd_ref and the q-axis voltage command vq_ref, and outputs the d-axis current command id_ref and the q-axis voltage command vq_ref to the coordinate converter 43.

座標変換器43は、電流制御器42から入力されるd軸電圧指令vd_refおよびq軸電圧指令vq_refを、U相、V相およびW相の電圧指令Vu_ref、Vv_refおよびVw_refにそれぞれ変換してデッドタイム補償部44に出力する。位置検出部41からは、回転子21の電気角位相θの情報が座標変換器43に入力され、また、U相軸と基準軸Aとの電気角でのズレθaも予めわかっているため、座標変換器43は、図6Aおよび図6Bで示した関係から、回転子21の電気角位相θおよびズレθaを用いて、d軸方向およびq軸方向の各電圧指令(2相の電圧指令)を、U相軸、V相軸およびW相軸の各方向に座標変換して、U相、V相およびW相の各電圧指令(3相の電圧指令)を求めることができる。   The coordinate converter 43 converts the d-axis voltage command vd_ref and the q-axis voltage command vq_ref input from the current controller 42 into U-phase, V-phase and W-phase voltage commands Vu_ref, Vv_ref and Vw_ref, respectively. The signal is output to the compensation unit 44. Information on the electrical angle phase θ of the rotor 21 is input from the position detection unit 41 to the coordinate converter 43, and the deviation θa at the electrical angle between the U phase axis and the reference axis A is also known in advance, From the relationship shown in FIG. 6A and FIG. 6B, the coordinate converter 43 uses the electrical angle phase θ and the deviation θa of the rotor 21 to command each voltage in the d-axis direction and q-axis direction (two-phase voltage command) Can be coordinate-converted in each direction of the U-phase axis, the V-phase axis, and the W-phase axis to obtain voltage commands (three-phase voltage commands) for the U-phase, the V-phase, and the W-phase.

デッドタイム補償部44は、PWMインバータ3において直列接続された各スイッチング素子の同時オンを回避するためのデッドタイムを設けることによって生じる、PWMインバータ3の出力電圧の誤差を補償するための補償量ΔVdを求め、補償量ΔVdを加味した電圧指令をPWMインバータ3に出力する。つまり、デッドタイム補償部44は、座標変換器43から入力されるU相、V相およびW相の電圧指令Vu_ref、Vv_refおよびVw_refに対して、各相ごとに補償量ΔVdを加算または減算して、各相の補償量ΔVdを加味した電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’をそれぞれ生成し、PWMインバータ3に出力する。なお、デッドタイムを設けることによって生じる上記出力電圧の誤差を補償すること、つまり、各相の補償量ΔVdを加味した電圧指令Vu_ref’、Vv_ref’およびVw_ref’を生成することを、デッドタイム補償とも呼ぶ。   Dead time compensation unit 44 compensates for an error in the output voltage of PWM inverter 3 caused by providing a dead time for avoiding simultaneous turning on of the respective switching elements connected in series in PWM inverter 3. And outputs a voltage command to the PWM inverter 3 in consideration of the compensation amount ΔVd. That is, dead time compensation unit 44 adds or subtracts compensation amount ΔVd for each phase to voltage commands Vu_ref, Vv_ref and Vw_ref of the U phase, V phase and W phase input from coordinate converter 43. Voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ taking into account the compensation amount ΔVd of each phase are respectively generated and output to the PWM inverter 3. It should be noted that compensating the error of the output voltage caused by providing the dead time, that is, generating the voltage commands Vu_ref ′, Vv_ref ′ and Vw_ref ′ taking into account the compensation amount ΔVd of each phase is also referred to as dead time compensation. Call.

ここで、図7は、従来の一般的な補償量ΔVdの求め方を示す説明図である。例えばU相についての補償量ΔVdを考えた場合、従来は、U相電流の瞬時値(瞬間の値)を検出し、検出した電流が閾値以下では、検出した電流値に比例して補償量ΔVdを決定していた。そして、得られた補償量ΔVdをU相の電圧指令に加算または減算して、補償量ΔVdを加味した電圧指令を生成していた。一方、検出した電流が閾値を超える場合、補償量ΔVdは、一律に固定値ΔVd’とされていた。このようなデッドタイム補償では、相電流(上記の例ではU相電流)の検出が必要であるため、デッドタイム補償を容易に行うことができなかった。なお、このような補償量ΔVdの設定の仕方は、前述の特許文献2でも開示されている(特許文献2の図8参照)。   Here, FIG. 7 is an explanatory view showing how to determine the conventional general compensation amount ΔVd. For example, when considering the compensation amount ΔVd for the U phase, conventionally, the instantaneous value (instantaneous value) of the U phase current is detected, and if the detected current is less than the threshold value, the compensation amount ΔVd is proportional to the detected current value Was determined. Then, the obtained compensation amount ΔVd is added to or subtracted from the U-phase voltage command to generate a voltage command in which the compensation amount ΔVd is added. On the other hand, when the detected current exceeds the threshold value, the compensation amount ΔVd is uniformly set to the fixed value ΔVd ′. In such dead time compensation, since detection of a phase current (U-phase current in the above example) is required, dead time compensation can not be easily performed. Note that how to set such a compensation amount ΔVd is also disclosed in the above-mentioned Patent Document 2 (see FIG. 8 of Patent Document 2).

一方、図8は、本実施形態での補償量ΔVdの求め方を示す説明図である。本実施形態では、デッドタイム補償部44は、モータ2に流れる電流が追従すべき電流のベクトルを示す電流指令ベクトルI_refの大きさに基づいて、補償量ΔVdを求める。これにより、上記した相電流を検出することなく、簡単にデッドタイム補償を行うことができる。以下、本実施形態のデッドタイム補償について、さらに詳細に説明する。なお、以下では、U相、V相、W相のうち、いずれかの相(例えばU相)について補償量ΔVdを求める場合を例として説明するが、他の相についても同様の手法で補償量ΔVdを求めることができる。   On the other hand, FIG. 8 is an explanatory view showing how to obtain the compensation amount ΔVd in the present embodiment. In the present embodiment, the dead time compensation unit 44 obtains the compensation amount ΔVd based on the magnitude of the current command vector I_ref indicating the vector of the current to be followed by the current flowing through the motor 2. Thereby, dead time compensation can be easily performed without detecting the phase current described above. Hereinafter, the dead time compensation of the present embodiment will be described in more detail. In the following, the case of obtaining the compensation amount ΔVd for any one of the U phase, V phase, and W phase (for example, U phase) will be described as an example, but the compensation amount can be obtained using the same method for other phases. ΔVd can be determined.

図9は、電流指令ベクトルI_refを模式的に示している。電流指令ベクトルI_refは、前述したd軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refの各ベクトル成分の合成ベクトルである。電流指令ベクトルI_refの大きさを、|I_ref|とすると、|I_ref|は、以下の(1)式で表される。
|I_ref|=√{(id_ref)+(iq_ref)} ・・・(1)
FIG. 9 schematically shows the current command vector I_ref. The current command vector I_ref is a composite vector of each vector component of the d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref described above. Assuming that the magnitude of the current command vector I_ref is | I_ref |, | I_ref | is expressed by the following equation (1).
| I_ref | = √ {(id_ref) 2 + (iq_ref) 2 } (1)

ここでは、計算をより簡素化するため、図10に示すように、d軸電流指令id_refを0〔A〕として考える。つまり、デッドタイム補償部44は、d軸電流指令id_refを0〔A〕としたときの電流指令ベクトルI_refの大きさに基づいて、補償量ΔVdを求める。この場合、電流指令ベクトルI_refの大きさ(|I_ref|)は、以下の(2)式で表され、q軸電流指令iq_refの大きさそのものとなる。
|I_ref|=|iq_ref| ・・・(2)
Here, in order to simplify the calculation further, as shown in FIG. 10, the d-axis current command id_ref is considered as 0 [A]. That is, the dead time compensation unit 44 obtains the compensation amount ΔVd based on the magnitude of the current command vector I_ref when the d-axis current command id_ref is 0 [A]. In this case, the magnitude (| I_ref |) of the current command vector I_ref is expressed by the following equation (2), and becomes the magnitude itself of the q-axis current command iq_ref.
| I_ref | = | iq_ref | (2)

具体的に、本実施形態では、|I_ref|(=|iq_ref|)を用いて以下のようにして補償量ΔVdを求める。図8において、相電流(例えばU相電流)に相当する電流波形を破線の正弦波で示す。なお、電流波形を破線で示したのは、本実施形態では、図7の場合とは異なり、相電流を検出していないためである。上記した|I_ref|(=|iq_ref|)は、図8において、相電流の電流波形の振幅に相当する。そこで、本実施形態では、補償量の予め定められた固定値をΔVd’とし、q軸電流指令を、時間tを変数としてiq_ref(t)〔A〕とし、電流閾値をith〔A〕としたとき、デッドタイム補償部44は、以下の(3)式の演算によって得られるΔVdを、補償量として決める。ただし、|I_ref|(=|iq_ref|)は、電流閾値ith未満であるとする。
ΔVd=ΔVd’×|iq_ref(t)|/ith ・・・(3)
Specifically, in the present embodiment, the compensation amount ΔVd is obtained as follows using | I_ref | (= | iq_ref |). In FIG. 8, a current waveform corresponding to a phase current (for example, a U-phase current) is shown by a sine wave of a broken line. The current waveform is indicated by a broken line in the present embodiment, unlike the case of FIG. 7, because the phase current is not detected. The above-mentioned | I_ref | (= | iq_ref |) corresponds to the amplitude of the current waveform of the phase current in FIG. Therefore, in the present embodiment, a predetermined fixed value of the compensation amount is ΔVd ′, the q-axis current command is iq_ref (t) [A] with time t as a variable, and the current threshold is ith [A]. At this time, the dead time compensation unit 44 determines ΔVd obtained by the calculation of the following equation (3) as a compensation amount. However, it is assumed that | I_ref | (= | iq_ref |) is less than the current threshold ith.
ΔVd = ΔVd ′ × | iq_ref (t) | / ith (3)

なお、図8に示すように、補償量ΔVdの極性は、相電流の極性が正である期間(例えばt0〜t1の期間、t2〜t3の期間)では正となり、相電流の極性が負となる期間(例えばt1〜t2の期間、t3〜t4の期間)では負となるようにする。このような補償量ΔVdの極性は、後述の手法で求めることとし、ここでは、(3)式により、補償量ΔVdの大きさ(絶対値)を先に求める。   As shown in FIG. 8, the polarity of the compensation amount ΔVd is positive in a period in which the polarity of the phase current is positive (for example, a period of t0 to t1, a period of t2 to t3), and the polarity of the phase current is negative. It becomes negative in the following period (for example, the period of t1 to t2, the period of t3 to t4). The polarity of the compensation amount ΔVd is determined by a method described later, and here, the magnitude (absolute value) of the compensation amount ΔVd is determined first by the equation (3).

なお、相電流の振幅に相当する|I_ref|の値が一定の期間(図8では、t0〜t2の期間、t2〜t4の期間)では、補償量ΔVd(絶対値)は、(3)式に従って一定値をとる。そして、|I_ref|が電流閾値ith未満である場合において、例えば、|I_ref|が、t0〜t2の期間での値よりも小さくなるt2〜t4の期間では、補償量ΔVdは、t0〜t2の期間での値よりも小さくなる。逆に、|I_ref|が、t0〜t2の期間での値よりも大きくなる期間では、補償量ΔVdは、t0〜t2の期間での値よりも大きくなる。   In a period in which the value of | I_ref | corresponding to the amplitude of the phase current is constant (period of t0 to t2 and period of t2 to t4 in FIG. 8), the compensation amount ΔVd (absolute value) is Take a constant value according to. Then, when | I_ref | is less than the current threshold ith, for example, in the period from t2 to t4 in which | I_ref | becomes smaller than the value in the period from t0 to t2, the compensation amount ΔVd is t0 to t2. It becomes smaller than the value in the period. Conversely, in a period in which | I_ref | is larger than the value in the period from t0 to t2, the compensation amount ΔVd is larger than the value in the period from t0 to t2.

一方、図11は、|I_ref|(=|iq_ref|)が電流閾値ith以上である場合の補償量ΔVdを示す説明図である。デッドタイム補償部44は、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|が電流閾値ith以上である場合には、固定値ΔVd’を補償量ΔVdとして決める。つまり、(3)式において、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|の代わりに、電流閾値ithを用いる。この結果、(3)式より、ΔVd=ΔVd’となる。したがって、補償量ΔVdは、|I_ref|(=|iq_ref|)が電流閾値ithを超えて大きくなっても、固定値ΔVd’を超えることはない。   On the other hand, FIG. 11 is an explanatory view showing a compensation amount ΔVd when | I_ref | (= | iq_ref |) is equal to or larger than the current threshold ith. If the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command is equal to or greater than the current threshold ith, the dead time compensator 44 determines the fixed value ΔVd ′ as the compensation amount ΔVd. That is, in the equation (3), the current threshold ith is used instead of the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command. As a result, from the equation (3), ΔVd = ΔVd ′. Therefore, the compensation amount ΔVd does not exceed the fixed value ΔVd ′ even if | I_ref | (= | iq_ref |) increases beyond the current threshold ith.

以上のように、本実施形態では、デッドタイム補償部44が、d軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refの合成ベクトルである電流指令ベクトルI_refに基づいて補償量ΔVdを求めるため、従来、デッドタイム補償の際に必要であった相電流の検出が不要となる。しかも、前述の特許文献1では、デッドタイム補償を行うにあたって、2相の電流指令(例えばd軸、q軸の各電流指令)を3相の電流指令(例えばU相、V相、W相の各電流指令)に変換する複雑な座標変換処理が必要であったが、本実施形態の構成では、そのような2相−3相の電流指令の座標変換処理も不要となる。したがって、本実施形態の構成によれば、相電流の検出や電流指令の複雑な座標変換処理を行うことなく、簡単に補償量ΔVdを求めて、簡単にデッドタイム補償を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the dead time compensation unit 44 obtains the compensation amount ΔVd based on the current command vector I_ref that is a composite vector of the d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref. It becomes unnecessary to detect the phase current, which was necessary for time compensation. Moreover, in the above-mentioned Patent Document 1, when performing dead time compensation, two-phase current commands (for example, respective d-axis and q-axis current commands) can be converted to three-phase current commands (for example, U-phase, V-phase, and W-phase). Although complicated coordinate conversion processing for converting each current command) is necessary, in the configuration of the present embodiment, coordinate conversion processing of such two-phase / three-phase current commands is also unnecessary. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to easily obtain the compensation amount ΔVd and perform the dead time compensation easily without performing the detection of the phase current or the complicated coordinate conversion processing of the current command.

また、デッドタイム補償部44は、d軸電流指令id_refを0〔A〕としたときの電流指令ベクトルI_refの大きさに基づいて、補償量ΔVdを求める。この場合、電流指令ベクトルI_refの大きさは、(2)式より、q軸電流指令iq_refの大きさそのものとなるため、デッドタイム補償部44は、q軸電流指令iq_refのみに基づいて補償量ΔVdを演算できる。したがって、d軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refを両方用いて補償量ΔVdを演算する場合に比べて、補償量ΔVdの演算がより容易となり、補償量ΔVdを容易に取得できる。   Further, the dead time compensation unit 44 obtains the compensation amount ΔVd based on the magnitude of the current command vector I_ref when the d-axis current command id_ref is 0 [A]. In this case, since the magnitude of the current command vector I_ref is equal to the magnitude of the q-axis current command iq_ref according to equation (2), the dead time compensation unit 44 compensates ΔVd based on only the q-axis current command iq_ref. Can be calculated. Therefore, compared with the case where the compensation amount ΔVd is calculated using both the d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref, the calculation of the compensation amount ΔVd becomes easier, and the compensation amount ΔVd can be easily obtained.

また、デッドタイム補償部44は、d軸電流指令id_refを0〔A〕としたときに、上記した(3)式の演算によって得られるΔVdを、補償量として決める。固定値ΔVd’および電流閾値ithは予め決まっており、計算時には定数として扱える。また、q軸電流指令iq_ref(t)も、制御情報として存在する。したがって、デッドタイム補償部44は、複雑な処理を行うことなく、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|に比例した補償量ΔVdを求めて、デッドタイム補償を行うことができる。   Further, when the d-axis current command id_ref is set to 0 [A], the dead time compensation unit 44 determines ΔVd obtained by the calculation of the equation (3) described above as the compensation amount. The fixed value ΔVd ′ and the current threshold ith are predetermined and can be handled as a constant at the time of calculation. The q-axis current command iq_ref (t) also exists as control information. Therefore, the dead time compensation unit 44 can perform the dead time compensation by obtaining the compensation amount ΔVd in proportion to the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command without performing complicated processing.

また、デッドタイム補償部44は、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|を用いて補償量ΔVdを演算するため、極性を考慮することなく補償量ΔVd(絶対値)を求めることができる。補償量ΔVdの極性は、相ごと(例えばU相、V相、W相ごと)に異なるが、上記極性を後述の方法で別途求めることにより、求めた極性と上記の補償量ΔVd(絶対値)とに基づいて、デッドタイム補償を行うことができる。   Further, since the dead time compensation unit 44 calculates the compensation amount ΔVd using the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command, the compensation amount ΔVd (absolute value) can be obtained without considering the polarity. it can. Although the polarity of the compensation amount ΔVd differs for each phase (for example, for each of the U phase, V phase, and W phase), the polarity determined by separately obtaining the above polarity by the method described later and the above compensation amount ΔVd (absolute value) Dead time compensation can be performed on the basis of.

また、デッドタイム補償部44は、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|が電流閾値ith以上である場合、固定値ΔVd’を補償量ΔVdとして決める。q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|が電流閾値ith未満の場合、(3)式より、ΔVd<ΔVd’となる。一方、q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|が電流閾値ith以上の場合、デッドタイム補償部44は、固定値ΔVd’を補償量ΔVdとするため、ΔVd=ΔVd’である。したがって、ΔVd≦ΔVd’の関係が常に維持される。つまり、上限(ΔVd’)を超えない範囲で補償量ΔVdを設定することができる。   When the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command is equal to or greater than the current threshold ith, the dead time compensation unit 44 determines the fixed value ΔVd ′ as the compensation amount ΔVd. When the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command is smaller than the current threshold ith, ΔVd <ΔVd ′ is obtained according to equation (3). On the other hand, when the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command is equal to or larger than the current threshold ith, the dead time compensator 44 sets ΔVd = ΔVd ′ in order to set the fixed value ΔVd ′ as the compensation amount ΔVd. Therefore, the relationship of ΔVd ≦ ΔVd ′ is always maintained. That is, the compensation amount ΔVd can be set in a range not exceeding the upper limit (ΔVd ′).

以上では、電流指令ベクトルとして、dq座標系で定義したd軸電流指令id_refおよびq軸電流指令iq_refの各ベクトル成分の合成ベクトルを考えたが、電流指令ベクトルは、回転子21に同期した座標系、または、それに準ずる座標系で定義されたベクトルであればよく、d軸およびq軸を持つdq座標系で定義されたベクトルには限定されない。   In the above, a composite vector of vector components of the d-axis current command id_ref and the q-axis current command iq_ref defined in the dq coordinate system is considered as the current command vector, but the current command vector is a coordinate system synchronized with the rotor 21 It may be a vector defined in a coordinate system according to it, and is not limited to a vector defined in a dq coordinate system having a d axis and a q axis.

<補償量ΔVdの極性(加算するか減算するか)を考慮したデッドタイム補償>
次に、上述した手法で求めた補償量ΔVdを、補償前の電圧指令に対して加算するか、減算するかを決める手法も含めて、本実施形態のデッドタイム補償について説明する。なお、ここでは、前述の通り、回転子21の電気角位相θを−180°から+180°の範囲とし、電気角位相θの基準を0°とする。また、電気角位相θの値が増加する(0°から+180°に向かう)回転子21の回転方向を正とし、電気角位相θの値が減少する(0°から−180°に向かう)回転子21の回転方向を負とする。また、回転速度≧0は、回転子21が正方向に回転するか、停止状態であることを指し、回転速度<0は、回転子21が負方向(正方向とは逆方向)に回転することを指す。
<Dead time compensation in consideration of polarity (addition or subtraction) of compensation amount ΔVd>
Next, the dead time compensation of the present embodiment will be described including a method of deciding whether to add or subtract the compensation amount ΔVd obtained by the above-described method to the voltage command before compensation. Here, as described above, the electric angle phase θ of the rotor 21 is in the range of −180 ° to + 180 °, and the reference of the electric angle phase θ is 0 °. In addition, the rotation direction of the rotor 21 which makes the value of the electrical angle phase θ increase (going from 0 ° to + 180 °) is positive, and the rotation of the value of the electric angle phase θ decreases (going from 0 ° to -180 °) The rotational direction of the child 21 is negative. Further, the rotational speed 0 0 indicates that the rotor 21 rotates in the positive direction or is in the stopped state, and the rotational speed <0 indicates that the rotor 21 rotates in the negative direction (the opposite direction to the positive direction) Point to

まず、q軸電流指令iq_ref≧0、回転速度≧0(正トルク)とした場合(条件1とする)を例として説明する。条件1では、U相電流、V相電流およびW相電流の各波形、および回転子21の電気角位相の時間経過に対する変化は、図12に示す通りとなる。なお、U相電流、V相電流およびW相電流を実際に検出するわけではないため、図12では、各相の電流波形を破線で示している。ちなみに、U相電流、V相電流およびW相電流の位相は、電気角で120°ずつずれている。   First, the case where the q-axis current command iq_ref ≧ 0 and the rotational speed (0 (positive torque) (condition 1) will be described as an example. Under the condition 1, the respective waveforms of the U-phase current, the V-phase current and the W-phase current, and the change over time of the electrical angle phase of the rotor 21 are as shown in FIG. Since the U-phase current, the V-phase current and the W-phase current are not actually detected, the current waveforms of the respective phases are indicated by broken lines in FIG. Incidentally, the phases of the U-phase current, the V-phase current and the W-phase current are shifted by 120 ° in electrical angle.

ここで、モータ2の第1の相をU相とし、第2の相をV相とし、第3の相をW相とする。そして、U相電流(ただし本実施形態では求めていない)が0〔A〕となるタイミングTaと、回転子21の電気角位相が0°になるタイミングTbとの電気角での位相差を、初期位相差θAとする。本実施形態では、初期位相差θAは、90°となっている。この90°の初期位相差θAは、システムによって予め決まっている。   Here, the first phase of the motor 2 is a U phase, the second phase is a V phase, and the third phase is a W phase. Then, the phase difference at the electrical angle between the timing Ta when the U phase current (but not determined in this embodiment) becomes 0 [A] and the timing Tb when the electrical angle phase of the rotor 21 becomes 0 ° is The initial phase difference is θA. In the present embodiment, the initial phase difference θA is 90 °. The 90 ° initial phase difference θA is predetermined by the system.

図12において、回転子21の電気角位相θは、時間経過に対してリニアに変化し、この変化を周期的に繰り返す。図12で示した電気角位相θの変化を示す線をL0とする。そして、図13に示すように、線L0を、初期位相差θAに相当する量(90°)だけ、電気角位相θが増大する方向にシフトさせて得られる線をL1とする。図13より、線L1において、電気角位相θの値が0°よりも大きい期間(電気角位相θの値が正となる期間)は、U相電流の極性が正となる期間と一致し、電気角位相θの値が0°よりも小さい期間(電気角位相θの値が負となる期間)は、U相電流の極性が負となる期間と一致することがわかる。したがって、線L1を利用することにより、実際に相電流を検出しなくても、線L1が示す電気角位相θの値(極性)から、U相電流の極性を推測することが可能となる。そこで、本実施形態では、線L1に基づいて以下のようにデッドタイム補償を行う。   In FIG. 12, the electrical angle phase θ of the rotor 21 changes linearly with time, and this change is periodically repeated. A line indicating a change in the electrical angle phase θ shown in FIG. 12 is L0. Then, as shown in FIG. 13, a line obtained by shifting the line L0 in the direction of increasing the electrical angle phase θ by an amount (90 °) corresponding to the initial phase difference θA is L1. From FIG. 13, in the line L1, a period in which the value of the electrical angle phase θ is larger than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is positive) coincides with a period in which the polarity of the U-phase current is positive, It can be seen that a period in which the value of the electrical angle phase θ is smaller than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is negative) coincides with a period in which the polarity of the U-phase current is negative. Therefore, by using the line L1, it is possible to estimate the polarity of the U-phase current from the value (polarity) of the electrical angle phase θ indicated by the line L1, without actually detecting the phase current. So, in this embodiment, dead time compensation is performed as follows based on line L1.

(U相についてのデッドタイム補償)
デッドタイム補償部44は、q軸電流指令iq_refと、位置検出部41にて検出される回転子21の電気角位相θとに基づいて、補償量ΔVdの極性を求め、これによってU相についてデッドタイム補償を行う。より具体的には、デッドタイム補償部44は、位置検出部41によって取得された回転子21の電気角位相θの値に対して初期位相差θAを加算または減算して(ここでは90°を加算して)電気角位相θの値をシフトさせ、シフトさせた電気角位相θの値が正である場合には、デッドタイム補償部44に入力される第1の相(U相)の電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、シフトさせた電気角位相θの値が負である場合には、第1の相(U相)の電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算して出力する。
(Dead time compensation for U phase)
The dead time compensation unit 44 obtains the polarity of the compensation amount ΔVd based on the q-axis current command iq_ref and the electrical angle phase θ of the rotor 21 detected by the position detection unit 41, thereby dead for the U phase. Perform time compensation. More specifically, the dead time compensation unit 44 adds or subtracts the initial phase difference θA to or from the value of the electrical angle phase θ of the rotor 21 acquired by the position detection unit 41 (here, 90 ° The value of the electrical angle phase θ is added and the voltage of the first phase (U phase) input to the dead time compensation unit 44 when the value of the shifted electrical angle phase θ is positive. While the value obtained by multiplying the compensation amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref with respect to the command Vu_ref is added and output, the first value is obtained if the value of the shifted electrical angle phase θ is negative. A value obtained by multiplying the compensation amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref with respect to the voltage command Vu_ref of the phase (U phase) is subtracted and output.

デッドタイム補償部44での上記の演算の結果、U相に関して、補償後の電圧指令Vu_ref’は、
シフト後の電気角位相θの値が正の場合、
Vu_ref’=Vu_ref+ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
・・・(8a)
で表され、
シフト後の電気角位相θの値が負の場合、
Vu_ref’=Vu_ref−ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
・・・(8b)
で表される。
As a result of the above calculation in the dead time compensation unit 44, the voltage command Vu_ref 'after compensation for the U phase is
If the value of the electrical angle phase θ after shifting is positive,
Vu_ref '= Vu_ref + ΔVd × (polarity of q-axis current command iq_ref)
... (8a)
Represented by
If the value of the electrical angle phase θ after shifting is negative,
Vu_ref ′ = Vu_ref−ΔVd × (polarity of q-axis current command iq_ref)
... (8b)
Is represented by

条件1では、q軸電流指令iq_refの極性は正であるため、(8a)式および(8b)式より、補償後の電圧指令Vu_ref’は、以下のように表される。つまり、補償後の電圧指令Vu_ref’は、
シフト後の電気角位相θの値が正の場合、
Vu_ref’=Vu_ref+ΔVd ・・・(9a)
で表され、
シフト後の電気角位相θの値が負の場合、
Vu_ref’=Vu_ref−ΔVd ・・・(9b)
で表される。(9a)式は、補償量ΔVdの極性が正であるため、補償前の電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdが加算処理されることを意味する。一方、(9b)式は、補償量ΔVdの極性が負であるため、補償前の電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdが減算処理されることを意味する。
Under condition 1, since the polarity of the q-axis current command iq_ref is positive, the voltage command Vu_ref ′ after compensation is expressed as follows from the equations (8a) and (8b). That is, the voltage command Vu_ref 'after compensation is
If the value of the electrical angle phase θ after shifting is positive,
Vu_ref '= Vu_ref + ΔVd (9a)
Represented by
If the value of the electrical angle phase θ after shifting is negative,
Vu_ref '= Vu_ref-ΔVd (9b)
Is represented by The equation (9a) means that the compensation amount ΔVd is added to the voltage command Vu_ref before compensation because the polarity of the compensation amount ΔVd is positive. On the other hand, since the polarity of the compensation amount ΔVd is negative, the equation (9b) means that the compensation amount ΔVd is subtracted from the voltage command Vu_ref before compensation.

一方、q軸電流指令iq_ref<0、回転速度≧0(正トルク)の場合を条件2とする。条件2では、q軸電流指令iq_refの負の極性により、補償量ΔVdの加算処理および減算処理の関係が、条件1の場合とは逆になる。   On the other hand, Condition 2 is a case where the q-axis current command iq_ref <0 and the rotational speed) 0 (positive torque). Under the condition 2, the relationship between the addition processing and the subtraction processing of the compensation amount ΔVd becomes opposite to that of the condition 1 due to the negative polarity of the q-axis current command iq_ref.

すなわち、条件2では、q軸電流指令iq_refの極性は負であるため、(8a)式および(8b)式より、補償後の電圧指令Vu_ref’は、以下のように表される。すなわち、補償後の電圧指令Vu_ref’は、シフト後の電気角位相θの値が正の場合、
Vu_ref’=Vu_ref−ΔVd ・・・(10a)
で表される。つまり、(8a)式の右辺の第2項において、+ΔVdと、q軸電流の負の極性との掛け合わせにより、補償量ΔVdの極性は負となり、トータルとして補償量ΔVdは減算処理されることになる。一方、シフト後の電気角位相θの値が負の場合、補償後の電圧指令Vu_ref’は、
Vu_ref’=Vu_ref+ΔVd ・・・(10b)
で表される。つまり、(8b)式の右辺の第2項において、−ΔVdと、q軸電流の負の極性との掛け合わせにより、補償量ΔVdの極性は正となり、トータルとして補償量ΔVdは加算処理されることになる。
That is, under condition 2, since the polarity of the q-axis current command iq_ref is negative, the voltage command Vu_ref ′ after compensation is expressed as follows from the equations (8a) and (8b). That is, when the value of the electrical angle phase θ after the shift is positive, the voltage command Vu_ref ′ after compensation is:
Vu_ref '= Vu_ref-ΔVd (10a)
Is represented by That is, in the second term of the right side of the equation (8a), the polarity of the compensation amount ΔVd becomes negative by multiplying + ΔVd and the negative polarity of the q-axis current, and the compensation amount ΔVd is subtracted as a total become. On the other hand, when the value of the electrical angle phase θ after the shift is negative, the compensated voltage command Vu_ref ′ is
Vu_ref '= Vu_ref + ΔVd (10b)
Is represented by That is, in the second term of the right side of the equation (8b), the polarity of the compensation amount ΔVd becomes positive by combining −ΔVd and the negative polarity of the q-axis current, and the compensation amount ΔVd is added as a total It will be.

上記のように、条件1と条件2とでは、補償量ΔVdのトータルでの加算処理と減算処理との関係が逆になる。しかし、シフトさせた電気角位相θの値が正である場合には、電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算し、シフトさせた電気角位相θの値が負である場合には、電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算する点では、条件1と条件2とで共通していると言える。   As described above, under Condition 1 and Condition 2, the relationship between the addition processing and the subtraction processing in the total of the compensation amount ΔVd is reversed. However, when the value of the shifted electric angle phase θ is positive, a value obtained by multiplying the compensation amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref is added to the voltage command Vu_ref, and the shifted electric If the value of angular phase θ is negative, conditions 1 and 2 are common in that a value obtained by multiplying compensation amount ΔVd by the polarity of q-axis current command iq_ref is subtracted from voltage command Vu_ref. It can be said that

以上のように、本実施形態では、デッドタイム補償部44が、q軸電流指令iq_ref(特に極性)と、位置検出部41にて検出される回転子21の電気角位相θとに基づいて、補償量ΔVdの極性(ΔVdを加算するか減算するか)を求める。これにより、従来、デッドタイム補償の際に必要であった相電流の検出、および2相の電流指令を3相の電流指令に変換する複雑な座標変換処理を行うことなく、先で求めたデッドタイムの補償量ΔVd(絶対値)に、上記極性を加味して電圧指令を補正して(電圧指令に対して補償量を加減算して)、デッドタイム補償を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the dead time compensation unit 44 is based on the q-axis current command iq_ref (especially the polarity) and the electric angle phase θ of the rotor 21 detected by the position detection unit 41. The polarity of the compensation amount ΔVd (whether ΔVd is added or subtracted) is determined. By this, detection of the phase current, which was conventionally required at the time of dead time compensation, and the previously determined dead without performing complicated coordinate conversion processing for converting the two-phase current command into the three-phase current command Dead time compensation can be performed by correcting the voltage command by adding the above polarity to the time compensation amount ΔVd (absolute value) (adding / subtracting the compensation amount to the voltage command).

また、デッドタイム補償を行うにあたっては、基本的に、U相、V相、W相の各相ごとに、補償前の電圧指令に対して、相電流≧0の場合は、補償量ΔVdを加算し、相電流<0の場合は、補償量ΔVdを減算する処理が行われる。本実施形態では、相電流を検出しないため、相電流の極性を直接求めることはできない。しかし、図13で示した線L1(シフト後の電気角位相θ)とU相電流の波形との関係より、実際にU相電流を検出しなくても、線L1が示す電気角位相θの極性と、q軸電流指令iq_refの極性とから、U相電流の極性を推測することができる。これにより、補償前の電圧指令に対して、補償量ΔVdを加算すべきか、減算すべきかを簡易的に判断することができる。   In addition, when performing dead time compensation, basically, for each of the U, V, and W phases, the compensation amount ΔVd is added to the voltage command before compensation in the case of phase current 0 0. If the phase current is less than 0, processing for subtracting the compensation amount ΔVd is performed. In the present embodiment, since the phase current is not detected, the polarity of the phase current can not be determined directly. However, according to the relationship between the line L1 (electrical angle phase θ after shift) shown in FIG. 13 and the waveform of the U-phase current, even if the U-phase current is not actually detected, The polarity of the U-phase current can be estimated from the polarity and the polarity of the q-axis current command iq_ref. Thus, it can be simply determined whether the compensation amount ΔVd should be added or subtracted from the voltage command before compensation.

したがって、上記のように、デッドタイム補償部44が、線L1が示す電気角位相θの値(90°シフト後の電気角位相θの値)と、q軸電流指令iq_ref(特に極性)とに基づいて補償量ΔVdの極性(加算するか減算するか)を求め、補償量ΔVdを加算または減算して補償後の電圧指令Vu_ref’を演算することにより、従来のようにU相電流の検出、および2相の電流指令から3相の電流指令への複雑な座標変換処理を行うことなく、U相について、補償量ΔVdを加味した補償後の電圧指令Vu_ref’を簡単に求めることができる。これにより、U相について、簡単にデッドタイム補償を行うことができる。   Therefore, as described above, the dead time compensation unit 44 determines the value of the electrical angle phase θ indicated by the line L1 (the value of the electrical angle phase θ after 90 ° shift) and the q-axis current command iq_ref (especially the polarity) Based on the compensation amount ΔVd to determine the polarity (addition or subtraction), adding or subtracting the compensation amount ΔVd to calculate the voltage command Vu_ref 'after compensation, as in the prior art U-phase current detection, The voltage command Vu_ref ′ after compensation taking into account the compensation amount ΔVd can be easily obtained for the U phase without performing complicated coordinate conversion processing from the two-phase current command to the three-phase current command. Thereby, dead time compensation can be easily performed for the U phase.

なお、図12の例では、タイミングTbがタイミングTaよりも時間的に後であるため、図13の通り、位置検出部41によって取得された回転子21の電気角位相θの値に対して初期位相差θAを加算して(ここでは90°を加算して)電気角位相θの値をシフトさせている。例えば、タイミングTbがタイミングTaよりも時間的に前である場合、位置検出部41によって取得された回転子21の電気角位相θの値に対して初期位相差θAを減算して電気角位相θの値をシフトさせれば、図13と同様の線L1を得ることができる。したがって、この場合も、デッドタイム補償部44は、シフト後の電気角位相θの値に基づいて、補償前の電圧指令Vu_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算または減算して、デッドタイム補償を行うことができる。   In the example of FIG. 12, since the timing Tb is later in time than the timing Ta, the value of the electrical angle phase θ of the rotor 21 acquired by the position detection unit 41 is initial as shown in FIG. The phase difference θA is added (here, 90 ° is added) to shift the value of the electrical angle phase θ. For example, when the timing Tb is earlier in time than the timing Ta, the initial phase difference θA is subtracted from the value of the electric angle phase θ of the rotor 21 acquired by the position detection unit 41 to obtain the electric angle phase θ The line L1 similar to FIG. 13 can be obtained by shifting the value of. Therefore, also in this case, dead time compensation unit 44 multiplies voltage command Vu_ref before compensation by compensation amount ΔVd by the polarity of q-axis current command iq_ref based on the value of electrical angle phase θ after shifting. Dead time compensation can be performed by adding or subtracting these values.

(V相についてのデッドタイム補償)
図14は、条件1におけるV相電流の波形と、回転子21の電気角位相θの時間経過に対する変化とを併せて示した説明図である。ただし、q軸電流指令iq_ref≧0、回転子21の回転速度≧0(正トルク)とする。V相電流の位相は、U相電流の位相に対して電気角で120°だけ遅れているため、図14に示すように、線L1を、電気角で120°に相当する量だけ、電気角位相θが減少する方向にシフトさせる。シフト後の線をL2とする。
(Dead time compensation for V phase)
FIG. 14 is an explanatory view showing the waveform of the V-phase current under the condition 1 and the change with time of the electric angle phase θ of the rotor 21 together. However, the q-axis current command iq_ref ≧ 0, and the rotational speed of the rotor 21 回 転 子 0 (positive torque). Since the phase of the V-phase current is delayed by 120 ° in electrical angle with respect to the phase of the U-phase current, as shown in FIG. 14, the electrical angle of the line L1 corresponds to 120 ° in electrical angle. The phase θ is shifted in the decreasing direction. Let L2 be the line after shift.

図14より、線L2において、電気角位相θの値が0°よりも大きい期間(電気角位相θの値が正となる期間)は、V相電流の極性が正となる期間と一致し、電気角位相θの値が0°よりも小さい期間(電気角位相θの値が負となる期間)は、V相電流の極性が負となる期間と一致することがわかる。したがって、線L2を利用することにより、実際に相電流を検出しなくても、線L2が示す電気角位相θの値(極性)から、V相電流の極性を推測することが可能となる。そこで、V相については、線L2に基づいて以下のようにデッドタイム補償を行う。   From FIG. 14, in the line L2, a period in which the value of the electrical angle phase θ is larger than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is positive) coincides with a period in which the polarity of the V phase current is positive, It can be seen that a period in which the value of the electrical angle phase θ is smaller than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is negative) coincides with a period in which the polarity of the V-phase current is negative. Therefore, by utilizing the line L2, it is possible to deduce the polarity of the V-phase current from the value (polarity) of the electrical angle phase θ indicated by the line L2 without actually detecting the phase current. Therefore, for the V phase, dead time compensation is performed as follows based on the line L2.

すなわち、デッドタイム補償部44は、モータ2の第1の相(U相)に対して電気角で120°遅れている第2の相(V相)の電圧指令Vv_refに対して補償量ΔVdを加算または減算する際に、上記でシフトさせた電気角位相θの値(線L1に相当)に対してさらに120°を減算し、120°減算後の電気角位相θの値が正である場合には、該デッドタイム補償部44に入力される第2の相(V相)の電圧指令Vv_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、120°減算後の電気角位相θの値が負である場合には、第2の相(V相)の電圧指令Vv_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算して出力する。   That is, dead time compensation unit 44 compensates for compensation amount ΔVd for voltage command Vv_ref of the second phase (V phase) delayed by 120 ° in electrical angle with respect to the first phase (U phase) of motor 2 When adding or subtracting, the value of the electrical angle phase θ after the 120 ° subtraction after subtracting 120 ° from the value of the electrical angle phase θ shifted above (corresponding to the line L1) is positive Is the value obtained by multiplying the compensation amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref with respect to the voltage command Vv_ref of the second phase (V phase) input to the dead time compensation unit 44. On the other hand, when the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 120 ° is negative, the compensation amount ΔVd is the polarity of the q-axis current command iq_ref with respect to the voltage command Vv_ref of the second phase (V phase). Subtract and output the multiplied value.

デッドタイム補償部44での上記の演算の結果、V相に関して、補償後の電圧指令Vv_ref’は、
120°減算後の電気角位相θの値が正の場合、
Vv_ref’=Vv_ref+ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
で表され、
120°減算後の電気角位相θの値が負の場合、
Vv_ref’=Vv_ref−ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
で表される。
As a result of the above calculation in dead time compensation unit 44, voltage command Vv_ref ′ after compensation for the V phase is
If the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 120 ° is positive,
Vv_ref '= Vv_ref + ΔVd × (polarity of q axis current command iq_ref)
Represented by
If the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 120 ° is negative,
Vv_ref ′ = Vv_ref−ΔVd × (polarity of q-axis current command iq_ref)
Is represented by

なお、条件2(q軸電流指令iq_ref<0、回転速度≧0(正トルク))の場合、補償量ΔVdの加算処理および減算処理の関係が、条件1の場合とは逆になる点は、U相についてのデッドタイム補償の場合と全く同様である。   When condition 2 (q-axis current command iq_ref <0, rotational speed 0 0 (positive torque)), the relationship between the addition processing and the subtraction processing of the compensation amount ΔVd is opposite to that in the case 1; It is quite similar to the case of dead time compensation for U phase.

以上のように、V相のデッドタイム補償においては、デッドタイム補償部44が、線L2が示す電気角位相θの値(120°減算後の電気角位相θの値)と、q軸電流指令iq_ref(特に極性)とに基づいて、補償量ΔVdの極性(加算するか減算するか)を求めて、補償後の電圧指令Vv_ref’を演算する。これにより、従来のようにV相電流の検出、および2相の電流指令から3相の電流指令への複雑な座標変換処理を行うことなく、V相について、補償量ΔVdを加味した補償後の電圧指令Vv_ref’を簡単に求めることができる。これにより、V相について、簡単にデッドタイム補償を行うことができる。   As described above, in the dead time compensation for the V phase, the dead time compensation unit 44 calculates the value of the electrical angle phase θ indicated by the line L2 (the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 120 °) and the q axis current command Based on iq_ref (particularly, polarity), the polarity (whether to add or subtract) of the compensation amount ΔVd is determined, and the voltage command Vv_ref ′ after compensation is calculated. As a result, without performing detection of the V-phase current and complicated coordinate conversion processing from the two-phase current command to the three-phase current command as in the prior art, after compensation taking into account the compensation amount ΔVd for the V-phase. Voltage command Vv_ref 'can be easily obtained. Thereby, dead time compensation can be easily performed for the V phase.

なお、以上では、線L2を求めるにあたって、線L1を電気角位相θが減少する方向にシフトさせて(120°減算して)求めたが、前述の線L0を電気角位相θが減少する方向にシフトさせても(30°減算しても)、線L2は求まる。したがって、デッドタイム補償部44は、位置検出部41によって取得された回転子21の電気角位相θの値に対して初期位相差θAを加算または減算して(ここでは90°を加算して)さらに30°減算した後、30°減算後の電気角位相θの値が正である場合には、該デッドタイム補償部44に入力されるV相の電圧指令Vv_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、30°減算後の電気角位相θの値が負である場合には、V相の電圧指令Vv_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算して出力してもよいと言うこともできる。   In the above, the line L1 is shifted in the direction of decreasing the electric angle phase θ (subtracted by 120 °) to obtain the line L2, but the line L0 is reduced in the direction of the electric angle phase θ The line L2 can be obtained even if it is shifted to (30.degree. Subtracted). Therefore, the dead time compensation unit 44 adds or subtracts the initial phase difference θA from the value of the electrical angle phase θ of the rotor 21 acquired by the position detection unit 41 (here, 90 ° is added) After further subtracting 30 °, when the value of the electrical angle phase θ after the 30 ° subtraction is positive, the compensation amount ΔVd is set to the voltage command Vv_ref of the V phase input to the dead time compensation unit 44. The value obtained by multiplying the polarity of the q-axis current command iq_ref is added and output, while when the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 30 ° is negative, compensation is performed for the voltage command Vv_ref of the V phase. It can also be said that a value obtained by multiplying the amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref may be subtracted and output.

(W相についてのデッドタイム補償)
図15は、条件1におけるW相電流の波形と、回転子21の電気角位相θの時間経過に対する変化とを併せて示した説明図である。ただし、q軸電流指令iq_ref≧0、回転子21の回転速度≧0(正トルク)とする。W相電流の位相は、U相電流の位相に対して電気角で120°だけ進んでいるため、図15に示すように、線L1を、電気角で120°に相当する量だけ、電気角位相θが増加する方向にシフトさせる。シフト後の線をL3とする。
(Dead time compensation for W phase)
FIG. 15 is an explanatory view showing the waveform of the W-phase current under the condition 1 and the change with time of the electric angle phase θ of the rotor 21 together. However, the q-axis current command iq_ref ≧ 0, and the rotational speed of the rotor 21 回 転 子 0 (positive torque). Since the phase of the W-phase current leads the phase of the U-phase current by 120 ° in electrical angle, as shown in FIG. 15, the electrical angle of the line L1 corresponds to 120 ° in electrical angle. The phase θ is shifted in the increasing direction. Let the line after shift be L3.

図15より、線L3において、電気角位相θの値が0°よりも大きい期間(電気角位相θの値が正となる期間)は、W相電流の極性が正となる期間と一致し、電気角位相θの値が0°よりも小さい期間(電気角位相θの値が負となる期間)は、W相電流の極性が負となる期間と一致することがわかる。したがって、線L3を利用することにより、実際に相電流を検出しなくても、線L3が示す電気角位相θの値(極性)から、W相電流の極性を推測することが可能となる。そこで、W相については、線L3に基づいて以下のようにデッドタイム補償を行う。   From FIG. 15, in the line L3, a period in which the value of the electrical angle phase θ is larger than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is positive) coincides with a period in which the polarity of the W phase current is positive, It can be seen that a period in which the value of the electrical angle phase θ is smaller than 0 ° (a period in which the value of the electrical angle phase θ is negative) coincides with a period in which the polarity of the W-phase current is negative. Therefore, by utilizing the line L3, it is possible to estimate the polarity of the W-phase current from the value (polarity) of the electrical angle phase θ indicated by the line L3 without actually detecting the phase current. Therefore, for the W phase, dead time compensation is performed based on the line L3 as follows.

すなわち、デッドタイム補償部44は、モータ2の第1の相(U相)に対して電気角で120°進んでいる第3の相(W相)の電圧指令Vw_refに対して補償量ΔVdを加算または減算する際に、上記でシフトさせた電気角位相θの値(線L1に相当)に対してさらに120°を加算し、120°加算後の電気角位相θの値が正である場合には、該デッドタイム補償部44に入力される第3の相(W相)の電圧指令Vw_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、120°加算後の電気角位相θの値が負である場合には、第3の相(W相)の電圧指令Vw_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算して出力する。   That is, the dead time compensation unit 44 compensates the compensation amount ΔVd for the voltage command Vw_ref of the third phase (W phase) advancing by 120 ° in electrical angle with respect to the first phase (U phase) of the motor 2 When performing addition or subtraction, add 120 ° to the value of the electrical angle phase θ shifted above (corresponding to line L1), and the value of the electrical angle phase θ after 120 ° addition is positive Is the value obtained by multiplying the compensation amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref with the voltage command Vw_ref of the third phase (W phase) input to the dead time compensation unit 44 On the other hand, when the value of the electrical angle phase θ after 120 ° addition is negative, the compensation amount ΔVd is the polarity of the q-axis current command iq_ref with respect to the voltage command Vw_ref of the third phase (W phase). Subtract and output the multiplied value.

デッドタイム補償部44での上記の演算の結果、W相に関して、補償後の電圧指令Vw_ref’は、
120°加算後の電気角位相θの値が正の場合、
Vw_ref’=Vw_ref+ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
で表され、
120°加算後の電気角位相θの値が負の場合、
Vw_ref’=Vw_ref−ΔVd×(q軸電流指令iq_refの極性)
で表される。
As a result of the above calculation in the dead time compensation unit 44, the voltage command Vw_ref 'after compensation for the W phase is
If the value of the electrical angle phase θ after the 120 ° addition is positive:
Vw_ref '= Vw_ref + ΔVd × (polarity of q-axis current command iq_ref)
Represented by
If the value of the electrical angle phase θ after the 120 ° addition is negative:
Vw_ref ′ = Vw_ref−ΔVd × (polarity of q-axis current command iq_ref)
Is represented by

なお、条件2(q軸電流指令iq_ref<0、回転速度≧0(正トルク))の場合、補償量ΔVdの加算処理および減算処理の関係が、条件1の場合とは逆になる点は、U相についてのデッドタイム補償の場合と全く同様である。   When condition 2 (q-axis current command iq_ref <0, rotational speed 0 0 (positive torque)), the relationship between the addition processing and the subtraction processing of the compensation amount ΔVd is opposite to that in the case 1; It is quite similar to the case of dead time compensation for U phase.

以上のように、W相のデッドタイム補償においては、デッドタイム補償部44が、線L3が示す電気角位相θの値(120°加算後の電気角位相θの値)と、q軸電流指令iq_ref(特に極性)とに基づいて、補償量ΔVdの極性(加算するか減算するか)を求めて、補償後の電圧指令Vw_ref’を演算する。これにより、従来のようにW相電流の検出、および2相の電流指令から3相の電流指令への複雑な座標変換処理を行うことなく、W相について、補償量ΔVdを加味した補償後の電圧指令Vw_ref’を簡単に求めることができる。これにより、W相について簡単にデッドタイム補償を行うことができる。   As described above, in the dead time compensation of the W phase, the dead time compensation unit 44 calculates the value of the electrical angle phase θ indicated by the line L3 (the value of the electrical angle phase θ after 120 ° addition) and the q axis current command Based on iq_ref (especially, polarity), the polarity (whether to add or subtract) of the compensation amount ΔVd is determined, and the voltage command Vw_ref ′ after compensation is calculated. As a result, without performing W-phase current detection and complicated coordinate conversion processing from the two-phase current command to the three-phase current command as in the prior art, after compensation taking into account the compensation amount ΔVd for the W phase Voltage command Vw_ref 'can be easily obtained. Thereby, dead time compensation can be easily performed for the W phase.

なお、以上では、線L3を求めるにあたって、線L1を電気角位相θが増加する方向にシフトさせて(120°加算して)求めたが、前述の線L0を電気角位相θが減少する方向にシフトさせても(150°減算しても)、線L3は求まる。したがって、デッドタイム補償部44は、位置検出部41によって取得された回転子21の電気角位相θの値に対して初期位相差θAを加算または減算して(ここでは90°を加算して)さらに150°減算した後、150°減算後の電気角位相θの値が正である場合には、該デッドタイム補償部44に入力されるW相の電圧指令Vw_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、150°減算後の電気角位相θの値が負である場合には、W相の電圧指令Vw_refに対して、補償量ΔVdにq軸電流指令iq_refの極性を掛け合わせた値を減算して出力してもよいと言うこともできる。   In the above description, the line L1 is shifted in the direction in which the electrical angle phase θ increases (by adding 120 °) to obtain the line L3, but the direction in which the electrical angle phase θ decreases the line L0 described above The line L3 can be obtained even if it is shifted (even by subtracting 150.degree.). Therefore, the dead time compensation unit 44 adds or subtracts the initial phase difference θA from the value of the electrical angle phase θ of the rotor 21 acquired by the position detection unit 41 (here, 90 ° is added) After further subtracting 150 °, if the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 150 ° is positive, the compensation amount ΔVd for the W-phase voltage command Vw_ref input to the dead time compensation unit 44 The value obtained by multiplying the polarity of the q-axis current command iq_ref is added and output, while if the value of the electrical angle phase θ after subtraction of 150 ° is negative, compensation is performed for the voltage command Vw_ref of the W phase. It can also be said that a value obtained by multiplying the amount ΔVd by the polarity of the q-axis current command iq_ref may be subtracted and output.

(回転角度<0の場合)
図16は、回転速度<0の場合(正トルク)の場合における、U相電流の波形と、回転子21の電気角位相θの時間経過に対する変化とを併せて示した説明図である。ただし、q軸電流指令iq_ref≧0とする。回転速度<0の場合、電気角位相θの時間経過に対する変化は、回転速度≧0の場合と逆になり、電気角位相θが時間経過に対して減少していく推移を示す。しかし、この場合であっても、デッドタイム補償に関する処理は、回転速度≧0の場合と同様である。
(In case of rotation angle <0)
FIG. 16 is an explanatory view showing the waveform of the U-phase current and the change with time of the electrical angle phase θ of the rotor 21 in the case of rotational speed <0 (positive torque). However, q-axis current command iq_ref ≧ 0. When the rotational speed is less than 0, the change over time of the electrical angle phase θ is opposite to that when the rotational speed is greater than or equal to 0, and indicates a transition in which the electrical angle phase θ decreases with time. However, even in this case, the processing relating to dead time compensation is the same as in the case of rotational speed 速度 0.

(補足)
以上では、第1の相、第2の相および第3の相を、それぞれU相、V相およびW相として説明したが、例えば、第1の相、第2の相、第3の相の順に、V相、W相、U相であってもよく、W相、U相、V相であってもよい。
(Supplement)
In the above, the first phase, the second phase and the third phase have been described as the U phase, the V phase and the W phase, respectively, but for example, the first phase, the second phase and the third phase In order, it may be V phase, W phase, U phase, and may be W phase, U phase, V phase.

以上では、回転子21の電気角位相θを、−180°から+180°の範囲として説明したが、0°から+360°の範囲としてもよい。この場合、+180°を基準とし、+180°以上+360°未満の範囲を正に対応させ、0°以上+180°未満の範囲を負に対応させることで、本実施形態と同様のデッドタイム補償を行うことができる。   Although the electric angle phase θ of the rotor 21 has been described above as the range of −180 ° to + 180 °, it may be in the range of 0 ° to + 360 °. In this case, the dead time compensation similar to that of the present embodiment is performed by positively correlating the range of + 180 ° or more and less than 360 ° with the reference of + 180 ° and negatively corresponding the range of 0 ° or more and less than 180 °. be able to.

以上では、U相、V相、W相の3相でモータ2を駆動する場合の補償量ΔVdの演算およびデッドタイム補償について説明したが、本実施形態の手法は、3相式のモータに限らず、4相以上でモータを駆動する場合にも適用することができ、この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   Although the calculation of the compensation amount ΔVd and the dead time compensation in the case of driving the motor 2 in the three phases of U phase, V phase and W phase have been described above, the method of the present embodiment is limited to three phase motors The present invention can also be applied to the case of driving a motor with four or more phases, and also in this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

本実施形態で説明した補償量ΔVdの演算およびデッドタイム補償は、デッドタイムを設けることによってモータへの出力電圧に誤差が生じ、この誤差を補償する必要があるシステムに適用することができる。したがって、駆動制御の対象となるモータは、BLDCモータ以外のモータであってもよい。例えば誘導機(誘導モータ)の駆動制御にも、本実施形態で説明した補償量ΔVdの演算およびデッドタイム補償を適用することができる。   The calculation of the compensation amount ΔVd and the dead time compensation described in the present embodiment can be applied to a system in which an error occurs in the output voltage to the motor by providing the dead time and this error needs to be compensated. Therefore, the motor to be subjected to drive control may be a motor other than the BLDC motor. For example, the calculation of the compensation amount ΔVd and the dead time compensation described in the present embodiment can be applied to drive control of an induction machine (induction motor).

なお、本実施形態で説明したモータ駆動システム1は、以下のように表現することもできる。すなわち、モータ駆動システム1は、モータ2と、電圧指令をPWMパルスに変換し、前記PWMパルスによって直列接続された各スイッチング素子(33u、34u等)のオンオフを切り替えることにより、モータ2に電圧を出力するPWMインバータ3と、PWMインバータ3を用いてモータ2を駆動制御するモータ駆動制御装置4とを備え、モータ駆動制御装置4は、本実施形態のデッドタイム補償部44を備える構成である。   The motor drive system 1 described in the present embodiment can also be expressed as follows. That is, the motor drive system 1 converts a voltage command into a PWM pulse with the motor 2 and switches on / off of each switching element (33u, 34u etc.) connected in series by the PWM pulse to thereby apply a voltage to the motor 2 The motor drive control device 4 includes the PWM inverter 3 that outputs and the motor drive control device 4 that drives and controls the motor 2 using the PWM inverter 3. The motor drive control device 4 includes the dead time compensation unit 44 of this embodiment.

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態やその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。   The embodiment of the present invention has been described above, but the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In addition, the above-described embodiment and the modifications thereof can be arbitrarily combined arbitrarily.

本発明は、モータの駆動制御において、デッドタイムを設けることによって生じる出力電圧に誤差を補償するモータ駆動制御装置に利用可能である。   The present invention is applicable to a motor drive control device that compensates for an error in an output voltage generated by providing a dead time in drive control of a motor.

2 モータ
3 PWMインバータ
4 モータ駆動制御装置
6 位置センサ
21 回転子
33u、33v、33w スイッチング素子
34u、34v、34w スイッチング素子
41 位置検出部
44 デッドタイム補償部
Reference Signs List 2 motor 3 PWM inverter 4 motor drive control device 6 position sensor 21 rotor 33 u, 33 v, 33 w switching element 34 u, 34 v, 34 w switching element 41 position detection unit 44 dead time compensation unit

Claims (9)

電圧指令をPWMパルスに変換し、前記PWMパルスによって直列接続された各スイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、モータに電圧を出力するPWMインバータを用いて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御装置であって、
前記PWMインバータにおいて前記直列接続された各スイッチング素子の同時オンを回避するためのデッドタイムを設けることによって生じる、前記PWMインバータの出力電圧の誤差を補償するための補償量を求め、前記補償量を加味した前記電圧指令を前記PWMインバータに出力するデッドタイム補償部を備え、
前記デッドタイム補償部は、前記モータに流れる電流が追従すべき電流のベクトルを示す電流指令ベクトルの大きさに基づいて、前記補償量を求め、
前記電流指令ベクトルは、前記モータの回転子に同期した座標系、または、それに準ずる座標系で定義されたベクトルである、モータ駆動制御装置。
A motor drive control device that drives and controls a motor using a PWM inverter that outputs a voltage to a motor by converting a voltage command into a PWM pulse and switching on / off of each switching element connected in series by the PWM pulse. ,
A compensation amount for compensating for an error of the output voltage of the PWM inverter, which is caused by providing a dead time for avoiding simultaneous turning on of the series-connected switching elements in the PWM inverter, is determined, and the compensation amount is calculated. A dead time compensation unit for outputting the voltage command added to the PWM inverter,
The dead time compensation unit determines the compensation amount based on a magnitude of a current command vector indicating a vector of a current to be followed by the current flowing through the motor.
The motor drive control device, wherein the current command vector is a coordinate system synchronized with a rotor of the motor or a vector defined by a coordinate system according to the coordinate system.
前記電流指令ベクトルは、d軸およびq軸を持つdq座標系におけるd軸電流指令およびq軸電流指令の各ベクトル成分の合成ベクトルである、請求項1に記載のモータ駆動制御装置。   The motor drive control device according to claim 1, wherein the current command vector is a composite vector of vector components of a d-axis current command and a q-axis current command in a dq coordinate system having a d-axis and a q-axis. 前記デッドタイム補償部は、前記d軸電流指令を0〔A〕としたときの前記電流指令ベクトルの大きさに基づいて、前記補償量を求める、請求項2に記載のモータ駆動制御装置。   The motor drive control device according to claim 2, wherein the dead time compensation unit obtains the compensation amount based on a magnitude of the current command vector when the d-axis current command is set to 0 [A]. 前記補償量の予め定められた固定値をΔVd’とし、前記q軸電流指令を、時間tを変数としてiq_ref(t)〔A〕とし、電流閾値をith〔A〕としたとき、
前記デッドタイム補償部は、
ΔVd=ΔVd’×|iq_ref(t)|/ith
の演算によって得られるΔVdを、前記補償量として決める、請求項3に記載のモータ駆動制御装置。
Assuming that a predetermined fixed value of the compensation amount is ΔVd ′, the q-axis current command is iq_ref (t) [A] with time t as a variable, and a current threshold is ith [A].
The dead time compensation unit
ΔVd = ΔVd ′ × | iq_ref (t) | / ith
The motor drive control device according to claim 3, wherein ΔVd obtained by the calculation of is determined as the compensation amount.
前記デッドタイム補償部は、前記q軸電流指令の絶対値|iq_ref(t)|が前記電流閾値ith以上である場合に、前記固定値ΔVd’を前記補償量ΔVdとして決める、請求項4に記載のモータ駆動制御装置。   The dead time compensation unit determines the fixed value ΔVd ′ as the compensation amount ΔVd when the absolute value | iq_ref (t) | of the q-axis current command is equal to or more than the current threshold ith. Motor drive control device. 前記モータの前記回転子の回転位置に応じた信号を出力する位置センサからの出力信号に基づいて、前記回転子の電気角位相を検出する位置検出部をさらに備え、
前記デッドタイム補償部は、前記q軸電流指令と、前記回転子の前記電気角位相とに基づいて、前記補償量の極性を求める、請求項3から5のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
It further comprises a position detection unit that detects the electrical angle phase of the rotor based on an output signal from a position sensor that outputs a signal according to the rotational position of the rotor of the motor.
The motor drive control device according to any one of claims 3 to 5, wherein the dead time compensation unit obtains the polarity of the compensation amount based on the q-axis current command and the electrical angle phase of the rotor. .
前記位置検出部は、−180°から+180°の範囲で前記電気角位相を検出し、
前記モータの第1の相についての電流指令が0〔A〕となるタイミングと、前記回転子の前記電気角位相が0°になるタイミングとの電気角での位相差を初期位相差としたとき、
前記デッドタイム補償部は、前記位置検出部によって取得された前記回転子の前記電気角位相の値に対して前記初期位相差を加算または減算して前記電気角位相の値をシフトさせ、シフトさせた前記電気角位相の値が正である場合には、該デッドタイム補償部に入力される前記第1の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、シフトさせた前記電気角位相の値が負である場合には、前記第1の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を減算して出力する、請求項6に記載のモータ駆動制御装置。
The position detection unit detects the electrical angle phase in a range of −180 ° to + 180 °,
When the phase difference at the electrical angle between the timing when the current command for the first phase of the motor becomes 0 [A] and the timing when the electrical angle phase of the rotor becomes 0 ° is taken as the initial phase difference ,
The dead time compensation unit shifts or shifts the value of the electrical angle phase by adding or subtracting the initial phase difference from the value of the electrical angle phase of the rotor acquired by the position detection unit. When the value of the electrical angle phase is positive, the compensation amount is multiplied by the polarity of the q-axis current command with respect to the voltage command of the first phase input to the dead time compensation unit. When the value of the shifted electrical angle phase is negative, the polarity of the q-axis current command is added to the compensation amount with respect to the voltage command of the first phase. The motor drive control device according to claim 6, wherein a value obtained by multiplying the two is subtracted and output.
前記デッドタイム補償部は、前記モータの前記第1の相に対して電気角で120°遅れている第2の相の電圧指令に対して前記補償量を加算または減算する際に、シフトさせた前記電気角位相の値に対してさらに120°を減算し、120°減算後の前記電気角位相の値が正である場合には、該デッドタイム補償部に入力される前記第2の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、120°減算後の前記電気角位相の値が負である場合には、前記第2の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を減算して出力する、請求項7に記載のモータ駆動制御装置。   The dead time compensation unit is shifted when adding or subtracting the compensation amount to a voltage command of a second phase delayed by 120 ° in electrical angle with respect to the first phase of the motor When the value of the electrical angle phase after subtracting 120 ° from the value of the electrical angle phase is further positive and the value of the electrical angle phase after the 120 ° subtraction is positive, the second phase input to the dead time compensation unit While adding a value obtained by multiplying the compensation amount by the polarity of the q-axis current command with respect to the voltage command and outputting the result, when the value of the electrical angle phase after 120 ° subtraction is negative, The motor drive control device according to claim 7, wherein a value obtained by multiplying the compensation amount by the polarity of the q-axis current command is subtracted from the voltage command of the second phase and the result is output. 前記デッドタイム補償部は、前記モータの前記第1の相に対して電気角で120°進んでいる第3の相の電圧指令に対して前記補償量を加算または減算する際に、シフトさせた前記電気角位相の値に対してさらに120°を加算し、120°加算後の前記電気角位相の値が正である場合には、該デッドタイム補償部に入力される前記第3の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を加算して出力する一方、120°加算後の前記電気角位相の値が負である場合には、前記第3の相の電圧指令に対して、前記補償量に前記q軸電流指令の極性を掛け合わせた値を減算して出力する、請求項7または8に記載のモータ駆動制御装置。   The dead time compensation unit is shifted when adding or subtracting the compensation amount to or from the voltage command of the third phase advancing by 120 ° in electrical angle with respect to the first phase of the motor. If the value of the electrical angle phase after adding 120 ° to the value of the electrical angle phase is further positive and the value of the electrical angle phase after 120 ° addition is positive, the third phase of the dead phase compensator is added While adding a value obtained by multiplying the compensation amount by the polarity of the q-axis current command with respect to the voltage command and outputting the result, when the value of the electrical angle phase after 120 ° addition is negative, 9. The motor drive control device according to claim 7, wherein a value obtained by multiplying the compensation amount by the polarity of the q-axis current command is subtracted from the voltage command of the third phase and output.
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