JP2019161854A - Motor control method and motor control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御方法、及び、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control method and a motor control device.
モータの制御方法として、モータへ印加する電流(モータ電流)のベクトルを制御する電流ベクトル制御と、モータへ印加する電圧の位相を制御する電圧位相制御とが知られている。電流ベクトル制御と、電圧位相制御とは、モータの運転状態に応じて切り替えられる。 As a motor control method, a current vector control for controlling a vector of a current (motor current) applied to the motor and a voltage phase control for controlling a phase of a voltage applied to the motor are known. The current vector control and the voltage phase control are switched according to the operating state of the motor.
特許文献1では、モータ電流を基本波電流と比較して、モータ電流の振幅が大きく、且つ位相が遅れ側となるようなタイミングで検出された電流(q軸電流)に基づいて、電圧位相制御から電流ベクトル制御へと切り替えるモータの制御方法が開示されている。
In
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、モータの制御方法をq軸電流に基づいて切り替えているので、モータの出力トルクが小さくなる場面等、q軸電流が小さい領域で切り替え判定が実施された場合には、検出したq軸電流とノイズとの差異が小さくなり、切り替え判定を適切に実施できない場合がある。
However, in the technique disclosed in
本発明は、モータの出力トルクが小さくなる場面であっても、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替え判定を適切に実施することができる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of appropriately performing switching determination from voltage phase control to current vector control even in a scene where the output torque of a motor becomes small.
本発明によるモータ制御方法によれば、モータに対するトルク指令値に応じて電流を制御することによりモータを制御する電流制御を実行する電流制御ステップと、モータに対するトルク指令値に応じて電圧位相を制御することによりモータを制御する電圧位相制御を実行する電圧位相制御ステップと、モータの制御モードを電圧位相制御から電流制御に切替えるか否かを判定するモード切替判定ステップと、モード切替判定ステップでの判定結果に応じて制御モードを切り替えるモード切替ステップと、を含み、モード切替判定ステップは、モータの減速度が所定値以上の場合は、q軸電流に基づいて実施され、モータの減速度が所定値未満の場合は、d軸電流に基づいて実施される。 According to the motor control method of the present invention, the current control step for executing the current control for controlling the motor by controlling the current according to the torque command value for the motor, and the voltage phase according to the torque command value for the motor are controlled. A voltage phase control step for performing voltage phase control for controlling the motor, a mode switching determination step for determining whether or not the motor control mode is switched from voltage phase control to current control, and a mode switching determination step. A mode switching step for switching the control mode according to the determination result. The mode switching determination step is performed based on the q-axis current when the motor deceleration is equal to or greater than a predetermined value, and the motor deceleration is predetermined. When the value is less than the value, the measurement is performed based on the d-axis current.
本発明によれば、モータの制御モードを電圧位相制御から電流制御に切替えるか否かの判定が、モータの減速度が所定値以上の場合、すなわち、q軸電流の増加率が相対的に高い場面でのみq軸電流に基づいて実施され、モータの減速度が所定値未満の場合はd軸電流に基づいて実施されるので、モータの出力トルクが小さくなる場面であっても、電圧位相制御から電流制御への切り替え判定を適切に実施することができる。 According to the present invention, whether or not the motor control mode is switched from voltage phase control to current control is determined when the motor deceleration is greater than or equal to a predetermined value, that is, the q-axis current increase rate is relatively high. Since it is performed only on the basis of the q-axis current and based on the d-axis current when the motor deceleration is less than a predetermined value, the voltage phase control is performed even on the scene where the motor output torque is reduced. The switching determination from current control to current control can be performed appropriately.
[一実施形態]
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。以下では、図1を参照して各ブロックの構成について説明する。なお、本発明に係るモータ制御装置は、車両の駆動源の一部または全部として機能するモータを備える電動車両に適用可能である。電動車両には、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。
[One Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including a motor control device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of each block will be described with reference to FIG. The motor control device according to the present invention can be applied to an electric vehicle including a motor that functions as a part or all of a drive source of the vehicle. Electric vehicles include not only electric vehicles but also hybrid vehicles and fuel cell vehicles.
電流ベクトル制御部1は、モータ9へ印加する電流を制御することによって、モータ9の駆動を制御する電流制御(電流ベクトル制御)を実行する。具体的には、電流ベクトル制御部1は、目標トルクT*と、モータ9の回転数Nと、バッテリ19の電圧検出値vdcと、dq軸電流検出値id、iqとに基づいて、モータ9に所望のトルクを発生(出力)させるためのdq軸電流指令値id *、iq *およびdq軸電圧指令値vdi *、vqi *を算出して、制御モード切替部3に出力する。目標トルクT*は、アクセルの踏み込み量(アクセル開度)などに応じて定まるトルク指令値である。なお、電流ベクトル制御部1は、電流制御ステップを行う電流制御部の一例である。電流ベクトル制御部1の詳細については、図2を参照して後述する。
The current
電圧位相制御部2は、モータ9へ印加する電圧の位相を制御することによって、モータ9の駆動を制御する電圧位相制御を実行する。具体的には、電圧位相制御部2は、目標トルクT*と、モータ9の回転数Nと、バッテリ19の電圧検出値vdcと、dq軸電流検出値id、iqとに基づいて、モータ9に所望のトルクを発生させるための電圧振幅指令値va *およびdq軸電圧指令値vdi *、vqi *を算出して、制御モード切替部3に出力する。なお、電圧位相制御部2は、電圧位相制御ステップを実行する電圧位相制御部の一例である。電圧位相制御部2の詳細については、図3を参照して説明する。
The voltage
制御モード切替部3は、モータ9を制御する方法(制御モード)を切替える。具体的には、制御モード切替部3は、回転数変化率dN/dtと、dq軸電流検出値id、iqとに基づいて、電流ベクトル制御による電圧指令値(dq軸電圧指令値vdi *、vqi *)と電圧位相制御による電圧指令値(dq軸電圧指令値vdi *、vqi *)とを切り替えるか否かを判定して、判定結果に基づいて選択された方の電圧指令値を座標変換器4に出力する。なお、制御モード切替部3は、モード切替判定ステップおよびモード切替ステップを実行するモード切替判定部とモード切替部の一例である。制御モード切替部3の詳細については、図4を参照して後述する。
The control
次に、モータ制御部40について説明する。モータ制御部40は、座標変換器4、電圧センサ7、PWM変換器5、インバータ6、電流センサ8、バッテリ19、座標変換器12、及び、回転数変化率演算器13を有する。
Next, the
座標変換器4は、dq軸からUVW相への座標変換を行う変換器である。座標変換器4は、次の式を用いて、d軸電圧指令値vd *、及び、q軸電圧指令値vq *を座標変換し、変換結果を三相電圧指令値vu *、vv *、vw *としてPWM変換器5出力する。 The coordinate converter 4 is a converter that performs coordinate conversion from the dq axis to the UVW phase. The coordinate converter 4 performs coordinate conversion of the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * using the following formula, and converts the conversion result into the three-phase voltage command values v u * , v v *, v PWM converter 5 to output as w *.
PWM変換器5には、座標変換器4から三相電圧指令値vu *、vv *、vw *が入力されるとともに、電圧センサ7から電圧検出値vdcが入力される。なお、電圧センサ7は、バッテリ19からインバータ6へ供給される駆動電圧を検出するセンサである。そして、PWM変換器5は、公知のデッドタイム補償技術や、電圧利用率向上技術などを用いて三相電圧指令値vu *、vv *、vw *を補正する。そして、PWM変換器5は、インバータ6の備えるパワー素子の駆動に用いる駆動信号Duu *、Dul *、Dvu *、Dvl *、Dwu *、Dwl *を生成し、インバータ6に出力する。
The PWM converter 5 receives the three-phase voltage command values v u * , v v * , and v w * from the coordinate converter 4 and the voltage detection value v dc from the voltage sensor 7. The voltage sensor 7 is a sensor that detects a drive voltage supplied from the
インバータ6は、3相6アームで構成され、相ごとに2つずつ計6つのパワー素子を備えている。インバータ6は、PWM変換器5から出力される駆動信号に基づいてパワー素子のそれぞれを駆動させることで、擬似交流電圧であるPWM電圧vu、vv、vwを生成する。インバータ6は、PWM電圧vu、vv、vwをモータ9に供給する。
The inverter 6 is composed of three-phase six-arms and includes six power elements, two for each phase. The inverter 6 drives the power elements based on the drive signal output from the PWM converter 5 to generate PWM voltages v u , v v , and v w that are pseudo AC voltages. The inverter 6 supplies PWM voltages v u , v v and v w to the
モータ9は三相で駆動しているため、インバータ6とモータ9とは三相と対応する3つの配線で接続されている。モータ9には、u相配線を介してPWM電圧vuが入力され、v相配線を介してPWM電圧vvが入力され、w相配線を介してPWM電圧vwが入力される。u相配線には電流センサ8uが設けられ、v相配線には電流センサ8vが設けられている。電流センサ8uにより検出されたu相電流値iu、及び、電流センサ8vにより検出されたv相電流値ivは、座標変換器12に出力される。
Since the
ここで、三相電流であるiu、iv、及び、iwの和はゼロになるため、w相電流値iwは、次の式のように示すことができる。 Here, since the sum of i u , i v , and i w , which are three-phase currents, becomes zero, the w-phase current value i w can be expressed by the following equation.
座標変換器12は、以下(3)式を用いて、UVW相からdq軸への座標変換を行う変換器である。
The
(3)式に示したように、座標変換器12は、u相電流値iu、及び、V相電流値ivに対して、回転センサ10から出力される電気角θに基づく座標変換を行う。そして、座標変換器12は、変換結果であるd軸電流値id、及び、q軸電流値iqを、電流ベクトル制御部1、電圧位相制御部2、及び、制御モード切替部3に出力する。
(3) As indicated formula,
回転センサ10は、モータ9に隣接して設けられており、モータ9の回転子の電気角θを検出する。回転センサ10は、検出した電気角θを、座標変換器4、12と、回転数演算器11とに出力する。
The
回転数演算器11は、電気角θの時間当たりの変化量からモータ9の回転数Nを算出し、回転数変化率演算器13へと出力する。
The rotational speed calculator 11 calculates the rotational speed N of the
回転数変化率演算器13は、モータ9の回転数Nの時間当たりの変化量からモータ9の回転数変化率dN/dtを算出して、制御モード切替部3に出力する。
The rotational speed
次に、上述した電流ベクトル制御部1、電圧位相制御部2、および、制御モード切替部3に係る各ブロックの詳細について説明する。なお、本実施形態にかかる電流ベクトル制御部1、電圧位相制御部2、および、制御モード切替部3は、少なくとも一つ以上のコントローラが備える機能部として構成される。当該コントローラは、例えば、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、および、入出力インタフェース(I/Oインタフェース)から構成される。
Next, details of each block according to the above-described current
図2は、本実施形態の電流ベクトル制御部1を実現するブロック構成の一例を示す図である。電流ベクトル制御部1は、電流指令値演算器14、非干渉電圧演算器15、PI補償器16、減算器17、および加算器18を有する。なお、図2では、d軸電圧指令値vdi *の算出に関する信号のみを示し、各ブロックにこれと同様に入出力されるq軸電圧指令値vqi *の算出に関する信号は割愛している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a block configuration that implements the current
電流指令値演算器14は、目標トルクT*と、d軸電流指令値id *、及び、q軸電流指令値iq *と、を対応させたテーブルを記憶している。このテーブルは、あらかじめ実験または解析により求められる。また、このテーブルには、モータ9の温度特性が考慮されるのが好ましい。電流指令値演算器14は、このテーブルを参照して、入力される目標トルクT*と、モータ9の回転数Nと、バッテリ19の電圧検出値vdcとに応じたd軸電流指令値id *、及び、q軸電流指令値iq *を求め、これらの指令値を減算器17に出力する。また、電流指令値演算器14は、これらの指令値を、制御モード切替部3へも出力する。
The current
減算器17は、d軸電流指令値id *、及び、q軸電流指令値iq *と、d軸電流検出値id、及び、q軸電流検出値iqとの偏差を演算して、PI補償器16に出力する。
The
PI補償器16は、いわゆるPI制御を実行する演算器である。PI補償器16は、dq軸電流指令値id *、iq *と、dq軸電流検出値id、iqとの偏差に対して、比例ゲインを乗算した値と、当該偏差の積分値に積分ゲインを乗算した値とを合算して、合算した値vd_fb *、vq_fb *を加算器18に出力する。
The
非干渉電圧演算器15は、あらかじめ記憶しているテーブルを参照して、入力される目標トルクT*と、モータ9の回転数Nと、バッテリ19の電圧検出値vdcとに応じて、d軸非干渉化電圧指令値vd_dcpl *、及び、q軸非干渉化電圧指令値vq_dcpl *を求め、これらの指令値を加算器18に出力する。
The
そして、加算器18において、dq軸非干渉化電圧指令値vd_dcpl *、vq_dcpl *と、PI補償器16の出力値vd_fb *、vq_fb *とが加算されることにより、dq軸において電流が流れる際に発生する干渉電圧が抑制されたdq軸電圧指令値vdi *、vqi *が算出される。算出されたdq軸電圧指令値vdi *、vqi *は、制御モード切替部3に出力される。
Then, in the
次に、図3を参照して、電圧位相制御部2の詳細について説明する。
Next, the details of the voltage
図3は、本実施形態の電圧位相制御部2を実現するブロック構成の一例を示す図である。電圧位相制御部2は、電圧振幅演算器20、電圧位相演算器21、トルク推定器22、PI補償器23、dq軸電圧生成器24、加算器25、および、減算器26を有する。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a block configuration that implements the voltage
電圧振幅演算器20は、バッテリ19の電圧検出値vdcと、予め記憶された値である指令値変調率M*とに基づいて、以下式(4)を用いて電圧振幅指令値va *を算出する。算出した電圧振幅指令値va *は、dq軸電圧生成器24と、制御モード切替部3とに出力される。
The
電圧位相演算器21は、あらかじめ実験または解析により求めたテーブルを備えており、入力される目標トルクT*、モータ9の回転数N、および、電圧検出値vdcに応じて、電圧位相制御に用いる電圧位相指令値αff *を求める。そして、電圧位相演算部21は、電圧位相指令値αff *を、加算器25に出力する。
The
トルク推定器22は、モータ9へと流れるd軸及びq軸の電流値と、モータ9に発生するトルクとの関係を示すテーブルを記憶している。なお、このテーブルは、実験または解析により求められる。トルク推定器22は、このテーブルを参照して、dq軸電流検出値id、iqから、モータ9に発生しているトルクの推定値としての推定トルクTcalを算出し、算出した値を減算器26に出力する。
The
減算器26は、目標トルクT*と、推定トルクTcalとの偏差を演算して、得た値をPI補償器23に出力する。
The
PI補償器23は、いわゆるPI制御を実行する演算器である。PI補償器23は、目標トルクT*と、推定トルクTcalとの偏差に対して比例ゲインを乗算した値と、当該偏差の積分値に積分ゲインを乗算した値とを合算して、合算した値αfb *を加算器25に出力する。
The
加算器25は、電圧位相指令値αff *とαfb *とを加算することにより最終電圧位相指令値α*を算出して、最終電圧位相指令値α*をdq軸電圧生成器24に出力する。
The
dq軸電圧生成器24は、入力される電圧振幅指令値va *と最終電圧位相指令値α*とに基づいて、以下式(5)を用いてd軸電圧指令値vdv *、q軸電圧指令値vqv *を算出する。算出されたdq軸電圧指令値vdv *、vqv *は、制御モード切替部3に出力される。
The dq-
次に、図4を参照して、制御モード切替部3の詳細について説明する。
Next, the details of the control
図4は、本実施形態の制御モード切替部3を実現するブロック構成の一例を示す図である。制御モード切替部3は、フィルタ処理器30、制御モード判定器31、切換器32、切換器33、および前回値処理器34を有する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a block configuration that implements the control
フィルタ処理器30は、入力されるd軸電流指令値id *とd軸電流検出値idとに対して、以下(6)式を用いたフィルタ処理を施すことにより、d軸電流指令値フィルタ値id_flt *とd軸電流検出値フィルタ値id_fltとを算出する。ただし、以下式(6)中のτswは、ローパスフィルタを構成する時定数である。
The
前回値処理器34は、後述する制御モード判定器31の出力である制御モードフラグCNT_FLGの値を記憶する。そして、前回値処理器34は、制御モードフラグCNT_FLGの一制御周期前の値(前回値)として、制御モードフラグ前回値CNT_FLG_z(以下、単に「前回値CNT_FLG_z」と称する)を制御モード判定器31に出力する。
The
制御モード判定器31は、前回値CNT_FLG_z、d軸電流指令値フィルタ値id_flt *、d軸電流検出値フィルタ値id_flt、q軸電流指令値iq *、q軸電流検出値iq、電圧振幅指令値va *、回転数変化率dN/dt、および、dq軸電圧指令値vdi *、vqi *に基づいて制御モードを判定し、電流制御モードと電圧位相制御モードとのいずれか一方の制御モードを指示する制御モードフラグCNT_FLGを出力する。制御モード判定器31において実行される制御モード判定処理の詳細は、図5を参照して後述する。
The
切替器32、33は、制御モードフラグCNT_FLGに応じて、電流制御モードと電圧位相制御モードとを切替える。具体的には、切替器32、33は、制御モードフラグCNT_FLGに従って、電流ベクトル制御部1で算出された電圧指令値(dq軸電圧指令値vdi *、vqi *)と電圧位相制御部2で算出された電圧指令値(dq軸電圧指令値vdv *、vqv *)のいずれかを選択する。そして、選択された電圧指令値を、dq軸電圧指令値vd *、vq *として座標変換器4に出力する。これにより、モータ9を動作させる制御モードとして、電流制御モードと電圧位相制御モードとを切り替えることができる。
The
以下では、制御モード判定器31にて実行される制御モード判定処理の詳細を説明する。
Below, the detail of the control mode determination process performed in the control
図5は、本実施形態の制御モード判定器31が実行する制御モード判定処理を示すフローチャートである。以下で説明する制御モード判定処理は、図5で示すスタートからエンドまでにかかる一制御周期を、車両システムが起動している間、一定の間隔で常時実行するように上記コントローラにプログラムされている。
FIG. 5 is a flowchart showing a control mode determination process executed by the
ステップS501では、コントローラは、一制御周期前の制御モードが電圧位相制御であるか否かを判定する。一制御周期前の制御モードが電圧位相制御であれば、電流ベクトル制御へ切り替えるか否かを判定するためにステップS504以降の処理が実行される。一制御周期前の制御モードが電流ベクトル制御であれば、電圧位相制御へ切り替えるか否かを判定するためにステップS502、S503の処理が実行される。ステップS503、503の処理については後述する。 In step S501, the controller determines whether or not the control mode before one control cycle is voltage phase control. If the control mode before one control cycle is voltage phase control, the processing after step S504 is executed to determine whether or not to switch to current vector control. If the control mode before one control cycle is current vector control, the processing of steps S502 and S503 is executed to determine whether or not to switch to voltage phase control. Steps S503 and S503 will be described later.
ステップS504では、コントローラは、モータ9の回転数変化率dN/dtが所定値以上であるか否かを判定する。回転数変化率dN/dtが大きい場合、すなわち、減速度が大きい場合は、d軸電流の変化率よりも、主にトルクの増減に寄与するq軸電流の変化率(増加率)の方が大きい。従って、車両の減速度が大きい場合には、制御モード判定処理をq軸電流を用いて行う方が、d軸電流を用いて行うよりも、制御モードの切替判定をより速く、より適切に判定することができる。本ステップにおいて比較対象となる所定値(dN/dt)は、このような観点に基づいて、実験やシミュレーション解析等により導かれた適切な値が適宜設定される。一例としては、d軸電流の変化率よりもq軸電流の増加率が大きくなるような回転数変化率dN/dtが設定される。モータ9の回転数変化率dN/dtが所定値以上の場合は、続くステップS505の処理が実行される。回転数変化率dN/dtが所定値未満の場合は、ステップS507の処理が実行される。なお、以下で用いる急減速の用語は、少なくとも回転数変化率dN/dtが所定値以上の場合を含むものとする。
In step S504, the controller determines whether the rotational speed change rate dN / dt of the
ステップS505では、コントローラは、q軸電流指令値iq *の絶対値が所定値以上か否かを判定する。本ステップでは、コントローラは、モータ9が高トルク領域にあるか否かを判定する。本実施形態では、モータ9が高トルク領域にあるか否かを判定する指標としてq軸電流指令値iq *の絶対値が用いられる。なお、ステップS505は、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定する高トルク領域判定ステップの一例である。
In step S505, the controller determines whether or not the absolute value of the q-axis current command value i q * is equal to or greater than a predetermined value. In this step, the controller determines whether or not the
ここで、電圧位相制御では、モータ9が高トルク領域にある場合に急減速すると、減速前の回転数Nに応じた電圧が過剰に印加されることにより過電流が発生し得る。発生した過電流は、モータ9やインバータ6を損傷する虞がある。従って、ステップS505において比較対象となるq軸電流指令値iq *の絶対値は、急減速しても、過電流が発生しない程度のトルク相当のq軸電流指令値iq *が設定される。換言すると、本ステップでは、急減速すると過電流が発生するトルク相当以上のトルク領域を高トルク領域とする。
Here, in the voltage phase control, if the
なお、本実施形態では、モータ9が高トルク領域にあるか否かを判定する指標としてq軸電流指令値iq *の絶対値を用いているが、必ずしもこれに限られない。モータ9が高トルク領域にあるか否かを判定する指標としては、モータ9のトルクの大小と相関関係がある指標であればよく、特に限定されない。例えば、q軸電流指令値iq *ではなく、q軸電流検出値iq、又は、q軸電流の推定値を用いてもよい。或いは、モータ9に対するトルク指令値(目標トルクT*)、モータ9のトルク検出値、又は、モータ9のトルク推定値(推定トルクTcal)を用いてもよい。或いは、モータ9に対する電圧位相指令値α*、電圧位相検出値、および、電圧位相推定値のいずれかで実施してもよい。なお、ここで用いられる検出値(モータ9のトルク検出値、電圧位相検出値)の検出方法、及び、推定値(q軸電流の推定値、電圧位相推定値)の推定方法は公知の方法を用いればよく、特に限定されない。
In the present embodiment, the absolute value of the q-axis current command value i q * is used as an index for determining whether or not the
本実施形態では、q軸電流指令値iq *の絶対値が所定値以上であれば、続くステップS506の処理が実行される。q軸電流指令値iq *の絶対値が所定値未満であれば、ステップS507の処理が実行される。 In the present embodiment, if the absolute value of the q-axis current command value i q * is greater than or equal to a predetermined value, the process of the subsequent step S506 is executed. If the absolute value of the q-axis current command value i q * is less than the predetermined value, the process of step S507 is executed.
ステップS506では、コントローラは、q軸電流検出値iqの絶対値が、q軸電流指令値iq *の絶対値以上か否かを判定する。電圧位相制御において、q軸電流検出値iqの絶対値がq軸電流指令値iq *の絶対値以上であれば、過電流が発生し得る。従って、q軸電流検出値iqの絶対値が、q軸電流指令値iq *の絶対値以上と判定された場合は、コントローラは、電流ベクトル制御へと切り替えるためにステップS508の処理を実行する。q軸電流検出値iqの絶対値がq軸電流指令値iq *の絶対値未満であれば、本制御周期においては過電流が発生していないので、コントローラは、電圧位相制御を維持するためにステップS509の処理を実行する。 In step S506, the controller determines whether or not the absolute value of the q-axis current detection value i q is greater than or equal to the absolute value of the q-axis current command value i q * . In voltage phase control, if the absolute value of the q-axis current detection value i q is equal to or greater than the absolute value of the q-axis current command value i q * , an overcurrent can occur. Therefore, when it is determined that the absolute value of the q-axis current detection value i q is greater than or equal to the absolute value of the q-axis current command value i q * , the controller executes the process of step S508 to switch to current vector control. To do. If the absolute value of the q-axis current detection value iq is less than the absolute value of the q-axis current command value i q *, no overcurrent has occurred in this control cycle, so the controller maintains voltage phase control. The process of step S509 is executed.
一方、ステップS507では、コントローラは、d軸電流検出値フィルタ値id_fltがd軸電流指令値フィルタ値id_flt *以上か否かを判定する。本ステップは、ステップS504において車両の減速度が緩減速中である(急減速中ではない)と判定された場合、または、ステップS505において、モータ9のトルク領域が低トルク領域である(高トルク領域ではない)と判定された場合に実行される処理である。
On the other hand, in step S507, the controller determines whether or not the d-axis current detection value filter value i d_flt is equal to or greater than the d-axis current command value filter value i d_flt * . In this step, when it is determined in step S504 that the deceleration of the vehicle is slowly decelerating (not rapidly decelerating), or in step S505, the torque region of the
ここで、q軸電流検出値iq *は、ノイズの影響によりリプル成分を伴うため、緩減速中にq軸電流に基づいて制御モードの切替を行うと、リプル成分の影響によりトルク段差が発生し得る。従って、急減速時以外(ステップ504におけるNO判定以降)では、d軸電流のフィルタ値(id_flt、id_flt *)に基づいて制御モードの切替判定を行うことにより、トルク段差の発生を抑制して制御モードの切替を実行することができる。また、そもそもd軸電流は、低トルク領域でもノイズの影響を受けにくいので、低トルク領域(ステップS505におけるNO判定)での制御モード判定の指標として用いられることにより、低トルク領域におけるモード切替判定を適正に行うことができる。 Here, since the q-axis current detection value i q * is accompanied by a ripple component due to the influence of noise, if the control mode is switched based on the q-axis current during slow deceleration, a torque step is produced due to the influence of the ripple component. Can do. Therefore, except during sudden deceleration (after NO determination in step 504), the occurrence of a torque step is suppressed by performing control mode switching determination based on the d-axis current filter values ( id_flt , id_flt * ). The control mode can be switched. In addition, since the d-axis current is hardly affected by noise even in the low torque region, mode switching determination in the low torque region can be performed by using the d-axis current as an index for determining the control mode in the low torque region (NO determination in step S505). Can be performed properly.
従って、ステップS507では、コントローラは、d軸電流検出値フィルタ値id_fltがd軸電流指令値フィルタ値id_flt *以上か否かを判定することにより制御モード切替判定を実施する。d軸電流検出値フィルタ値id_fltがd軸電流指令値フィルタ値id_flt *未満の場合は、いわゆる弱め界磁制御が行われるような高回転領域であると判断されるので、電圧位相制御を維持するためにステップS509の処理が実行される。一方、d軸電流検出値フィルタ値id_fltがd軸電流指令値id_flt *以上である場合には、弱め界磁制御が行われるような高回転領域ではないと判断されるので、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替えるためにステップS508の処理が実行される。 Accordingly, in step S507, the controller performs control mode switching determination by determining whether or not the d-axis current detection value filter value i d_flt is equal to or greater than the d-axis current command value filter value i d_flt * . When the d-axis current detection value filter value i d_flt is less than the d-axis current command value filter value i d_flt * , it is determined that the so-called field weakening control is performed in a high rotation region, and thus voltage phase control is maintained. Therefore, the process of step S509 is executed. On the other hand, if the d-axis current detection value filter value i d_flt is equal to or greater than the d-axis current command value i d_flt *, it is determined that it is not a high rotation region where field weakening control is performed. In order to switch to vector control, the process of step S508 is executed.
次に、ステップS502の処理について説明する。ステップS502は、一制御周期前の制御モードが電流ベクトル制御であった場合(ステップS501におけるNO判定)に実行される処理である。 Next, the process of step S502 will be described. Step S502 is a process executed when the control mode before one control cycle is current vector control (NO determination in step S501).
ステップS502では、コントローラは、dq軸電圧指令値vdi *、vqi *に基づいて、電圧振幅vaを以下式(7)を用いて算出する。電圧振幅vaが算出されると、続くステップS503の処理が実行される。 At step S502, the controller, dq-axis voltage command value v di *, v based on qi *, is calculated using the following equation the voltage amplitude v a (7). When the voltage amplitude v a is calculated, the processing of the subsequent step S503 is executed.
ステップS503では、コントローラは、電圧振幅vaが電圧振幅指令値va *以上か否かを判定する。電圧振幅vaが電圧振幅指令値va *以上であれば、電圧飽和領域にあると推察されるので、制御モードを電圧位相制御に切替えるためにステップS509の処理が実行される。電圧振幅vaが電圧振幅指令値va *未満であれば、電流ベクトル制御を維持するために、ステップS508の処理が実行される。 At step S503, the controller, the voltage amplitude v a determines whether the voltage amplitude command value v a * or more. If the voltage amplitude v a is the voltage amplitude command value v a * above, since it is presumed to be in the voltage saturation region, the process of step S509 is performed to switch the control mode to the voltage phase control. If the voltage amplitude v a is the voltage lower than amplitude command value v a *, in order to maintain the current vector control, the process of step S508 is executed.
以上説明したようにして、ステップS508、又はステップS509において制御モードが決定されると、一制御周期にかかる制御モード判定処理は終了する。これにより、モータ9を制御する制御モードが適正に選択され、切り替えられる。続いて、図6〜8を参照して、上述の制御モード判定処理が実行されることによる効果について説明する。
As described above, when the control mode is determined in step S508 or step S509, the control mode determination process for one control cycle ends. Thereby, the control mode for controlling the
図6は、少なくとも急減速時以外の通常時の電流・電圧ベクトル図を示す。図中のφaは磁石磁束ベクトル、φ0は電機子鎖交磁束ベクトル、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、ωはモータ電気角速度、Iaは電流ベクトル、Raは巻線抵抗値、v0は誘起電圧ベクトル、vaはモータ9のモータ端子電圧ベクトルを示す。
FIG. 6 shows a current / voltage vector diagram in a normal state other than at least during a rapid deceleration. In the figure, φ a is a magnetic flux vector, φ 0 is an armature flux linkage vector, L d is a d-axis inductance, L q is a q-axis inductance, ω is a motor electrical angular velocity, I a is a current vector, and Ra is a winding. line resistance value, v 0 is the induction voltage vector, v a denotes a motor terminal voltage vector of the
これに対して、図7は、急減速時の電流・電圧ベクトル図を示す。図中の各記号は、図7で示す各記号と同様である。 In contrast, FIG. 7 shows a current / voltage vector diagram during rapid deceleration. Each symbol in the figure is the same as each symbol shown in FIG.
図7で示す電機子鎖交磁束ベクトルφ0は、図6で示すφ0に比べて大きい。これは、モータ端子電圧ベクトルvaの大きさが、モータ9の電気角速度ωと電機子鎖交磁束ベクトルφ0の大きさに比例するからである。すなわち、電圧位相制御中は、モータ端子電圧の大きさを維持するように制御するため、急減速時にモータ9の電気角速度ωが小さくなると、電機子鎖交磁束ベクトルφ0が増大する。この時、図7で示すとおり、q軸電流iqは増加する。
Armature flux linkage vector φ0 shown in Figure 7 is larger than the phi 0 shown in FIG. This is because the magnitude of the motor terminal voltage vector v a is proportional to the magnitude of the electrical angular velocity ω and the armature flux linkage vector phi 0 of the
ここで、モータ9を制御する各制御モード(電流ベクトル制御、電圧位相制御)は、図8で示すような電流領域に切り分けられる。各制御モードを切り替える際は、理想的には、モータ9の動作点が、電圧位相制御領域と電流制御領域との境界に位置しているのが好ましい。そして、図8で示すように、急減速時などにモータ9の動作点(電流ベクトル)が変化する際において、当該動作点が境界を超えたか否か検知するためには、d軸電流、およびq軸電流のうち、より変化率の大きい電流を指標とする方がより速く検知できることが分かる。従って、上述したように、車両の急減速時にはq軸電流iqの増幅率が大きくなるので、q軸電流の大きさに基づいて制御モードの切替判定を行うことにより、d軸電流に基づいて行うよりもより早期に電流ベクトル制御への切り替え判定を実行することができる。
Here, each control mode (current vector control, voltage phase control) for controlling the
このように、電圧位相制御中における急減速時においては、q軸電流を用いて制御モードの切替判定を行うことで、より早期に電流ベクトル制御に切替えることができる。その結果、制御モードが切り換えられた後の電流ベクトル制御では、急減速中のモータ回転速度の減少に応じてモータ端子電圧の大きさを抑制するように制御されるので、過剰な電圧がモータ9に印加されることによる過電流の発生を抑制することができる。 Thus, at the time of sudden deceleration during voltage phase control, it is possible to switch to current vector control at an earlier stage by performing control mode switching determination using the q-axis current. As a result, in the current vector control after the control mode is switched, control is performed so as to suppress the magnitude of the motor terminal voltage in accordance with the decrease in the motor rotation speed during rapid deceleration. It is possible to suppress the occurrence of overcurrent due to being applied to.
ただし、q軸電流iqは低トルク領域ではゼロに近い値になるため、ノイズの影響により適正な制御モード切替判定を実施することが困難になる。そのため、本実施形態では、q軸電流に基づく制御モード切替処理は、高トルク領域において実施するのが好ましい(図5のステップS505等を参照)。なお、低トルク領域では、電圧位相制御中に急減速が発生したとしても、電流増加量は小さいため、モータ9やインバータ6を損傷させるほどの過電流が発生する可能性は低い。
However, since the q-axis current iq is a value close to zero in the low torque region, it is difficult to perform an appropriate control mode switching determination due to the influence of noise. Therefore, in the present embodiment, it is preferable that the control mode switching process based on the q-axis current is performed in a high torque region (see step S505 in FIG. 5). In the low torque region, even if sudden deceleration occurs during voltage phase control, the amount of increase in current is small, so that it is unlikely that an overcurrent that will damage the
以上、一実施形態のモータ制御方法によれば、モータ9に対するトルク指令値(目標トルクT*)に応じて電流を制御することによりモータを制御する電流制御(電流ベクトル制御)を実行する電流制御ステップと、モータに対するトルク指令値に応じて電圧位相を制御することによりモータ9を制御する電圧位相制御を実行する電圧位相制御ステップと、モータ9の制御モードを電圧位相制御から電流制御に切替えるか否かを判定するモード切替判定ステップと、モード切替判定ステップでの判定結果に応じて制御モードを切り替えるモード切替ステップと、を含み、モード切替判定ステップは、モータ9の減速度が所定値以上の場合はq軸電流に基づいて実施され、モータの減速度が所定値未満の場合はd軸電流に基づいて実施される。
As described above, according to the motor control method of the embodiment, the current control for executing the current control (current vector control) for controlling the motor by controlling the current according to the torque command value (target torque T * ) for the
これにより、モータ9の制御モードを電圧位相制御から電流制御に切替えるか否かの判定が、モータ9の減速度が所定値以上の場合、すなわち、q軸電流の増加率がd軸電流に対して相対的に高い場面でのみq軸電流に基づいて実施され、モータの減速度が所定値未満の場合はd軸電流に基づいて実施される。その結果、モータ9の出力トルクが小さくなる場面であっても、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替え判定をより適正に実施することができる。また、q軸電流の増加率がd軸電流に対して相対的に高い場面において、q軸電流に基づいて切り替え判定が実施されるので、従来に比べて、より早期に切替判定を行うことができるので、過電流の発生をより的確に抑制することができる。
As a result, whether or not the control mode of the
また、一実施形態のモータ制御方法によれば、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定する高トルク領域判定ステップをさらに含み、モード切替ステップは、モータ9の減速度が所定値以上であって、且つ、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にある場合は、q軸電流に基づいて実施され、モータ9の減速度が所定値未満であって、且つ、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内もない場合は、d軸電流に基づいて実施される。これにより、q軸電流に基づく制御モード切替判定が高トルク領域でのみ実施され、ノイズ等の影響が大きい低トルク領域では実施されないので、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替え判定をより適正に実施することができる。結果として、高トルク領域、且つ、減速度が所定値以上の場合に発生する過電流を防止することができる。
In addition, according to the motor control method of the embodiment, the motor control method further includes a high torque region determination step for determining whether or not the torque output from the
またさらに、一実施形態のモータ制御方法によれば、高トルク領域判定ステップでは、
q軸電流指令値iq *、q軸電流検出値iq、およびq軸電流推定値のいずれかに基づいて、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定してもよい。
Furthermore, according to the motor control method of an embodiment, in the high torque region determination step,
Based on one of the q-axis current command value i q * , the q-axis current detection value i q , and the q-axis current estimated value, it is determined whether or not the torque output from the
また、一実施形態のモータ制御方法によれば、高トルク領域判定ステップでは、トルク指令値(目標トルクT*)、トルク検出値、およびトルク推定値(推定トルクTcal)のいずれかに基づいて、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定してもよい。
According to the motor control method of one embodiment, the high torque region determination step is based on any of the torque command value (target torque T * ), the detected torque value, and the estimated torque value (estimated torque T cal ). Further, it may be determined whether or not the torque output from the
またさらに、一実施形態のモータ制御方法によれば、高トルク領域判定ステップでは、電圧位相制御で用いられる電圧位相指令値α*、電圧位相検出値、および電圧位相推定値のいずれかに基づいて、モータ9が出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定してもよい。
Still further, according to the motor control method of one embodiment, the high torque region determination step is based on one of the voltage phase command value α * , the voltage phase detection value, and the voltage phase estimation value used in the voltage phase control. Further, it may be determined whether or not the torque output from the
これにより、モータ9が出力するトルクに対応する動作点が高トルク領域にあるか否かを様々な方法で判定することができる。
Thereby, it can be determined by various methods whether or not the operating point corresponding to the torque output from the
また、一実施形態のモータ制御方法によれば、d軸電流に対して、高周波成分を除去するローパスフィルタ(フィルタ処理器30)を用いたフィルタ処理を実行する。これにより、急減速時以外(緩減速時)では、d軸電流のフィルタ値(id_flt、id_flt *)に基づいて制御モードの切替判定を行うことにより、急減速時以外においてもd軸電流に基づいて、トルク段差の発生を抑制して制御モードを切り替えることができる。 Further, according to the motor control method of the embodiment, the filter process using the low-pass filter (filter processor 30) that removes the high-frequency component is executed on the d-axis current. As a result, at times other than sudden deceleration (during slow deceleration), the control mode switching determination is performed based on the filter values ( id_flt , id_flt * ) of the d-axis current. The control mode can be switched while suppressing the occurrence of a torque step.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、電流ベクトル制御部1、電圧位相制御部2、および制御モード切替部3はコントローラが有する一機能部として構成される旨説明したが、コントローラが有する機能部は、必ずしもこれらだけに限られない。図1で示す、座標変換器4、12、或いは回転数変化率演算器13、回転数演算器11等も、上記コントローラの一機能部として構成されてもよい。
The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent. For example, the current
1…電流ベクトル制御部
2…電圧位相制御部
3…制御モード切替部(モード切替判定部、モード切替部)
9…モータ
DESCRIPTION OF
9 ... Motor
Claims (7)
前記モータに対するトルク指令値に応じて電圧位相を制御することにより当該モータを制御する電圧位相制御を実行する電圧位相制御ステップと、
前記モータの制御モードを前記電圧位相制御から前記電流制御に切替えるか否かを判定するモード切替判定ステップと、
前記モード切替判定ステップでの判定結果に応じて前記制御モードを切り替えるモード切替ステップと、を含み、
前記モード切替判定ステップは、
前記モータの減速度が所定値以上の場合は、q軸電流に基づいて実施され、
前記モータの減速度が所定値未満の場合は、d軸電流に基づいて実施される、
モータの制御方法。 A current control step for executing current control for controlling the motor by controlling the current according to a torque command value for the motor;
A voltage phase control step for performing voltage phase control for controlling the motor by controlling the voltage phase according to a torque command value for the motor;
A mode switching determination step for determining whether or not to switch the control mode of the motor from the voltage phase control to the current control;
A mode switching step of switching the control mode according to a determination result in the mode switching determination step,
The mode switching determination step includes
When the deceleration of the motor is greater than or equal to a predetermined value, it is performed based on the q-axis current,
When the deceleration of the motor is less than a predetermined value, it is performed based on the d-axis current.
Motor control method.
前記モータが出力するトルクが高トルク領域内にあるか否かを判定する高トルク領域判定ステップをさらに含み、
前記モード切替判定ステップは、
前記モータの減速度が所定値以上であって、且つ、前記モータが出力するトルクが前記高トルク領域内にある場合は、前記q軸電流に基づいて実施され、
前記モータの減速度が所定値未満であって、且つ、前記モータが出力するトルクが前記高トルク領域内にない場合は、前記d軸電流に基づいて実施される、
モータの制御方法。 The motor control method according to claim 1,
A high torque region determination step of determining whether or not the torque output by the motor is in a high torque region;
The mode switching determination step includes
When the deceleration of the motor is equal to or greater than a predetermined value and the torque output by the motor is within the high torque region, it is performed based on the q-axis current,
When the deceleration of the motor is less than a predetermined value and the torque output by the motor is not within the high torque region, the motor is implemented based on the d-axis current.
Motor control method.
前記高トルク領域判定ステップでは、
前記トルク指令値、トルク検出値、およびトルク推定値のいずれかに基づいて、前記モータが出力するトルクが前記高トルク領域内にあるか否かを判定する、
モータの制御方法。 The motor control method according to claim 2,
In the high torque region determination step,
Based on one of the torque command value, torque detection value, and torque estimation value, it is determined whether or not the torque output by the motor is within the high torque region.
Motor control method.
前記高トルク領域判定ステップでは、
前記電圧位相制御で用いられる電圧位相指令値、電圧位相検出値、および電圧位相推定値のいずれかに基づいて、前記モータが出力するトルクが前記高トルク領域内にあるか否かを判定する、
モータの制御方法。 The motor control method according to claim 2,
In the high torque region determination step,
Determining whether the torque output by the motor is within the high torque region based on any of the voltage phase command value, the voltage phase detection value, and the voltage phase estimation value used in the voltage phase control;
Motor control method.
前記高トルク領域判定ステップでは、
q軸電流指令値、q軸電流検出値、およびq軸電流推定値のいずれかに基づいて、前記モータが出力するトルクが前記高トルク領域内にあるか否かを判定する、
モータの制御方法。 The motor control method according to claim 2,
In the high torque region determination step,
determining whether the torque output by the motor is within the high torque region based on any of the q-axis current command value, the q-axis current detection value, and the q-axis current estimation value;
Motor control method.
前記d軸電流に対して、高周波成分を除去するローパスフィルタを用いたフィルタ処理を実行する、
モータの制御方法。 In the motor control method according to any one of claims 1 to 5,
A filtering process using a low-pass filter that removes high-frequency components is performed on the d-axis current.
Motor control method.
前記モータに対するトルク指令値に応じて電圧位相を制御することにより前記モータを制御する電圧位相制御を実行する電圧位相制御部と、
前記モータの制御モードを前記電圧位相制御から前記電流制御に切替えるか否かを判定するモード切替判定部と、
前記モード切替判定部の判定結果に応じて前記制御モードを切り替えるモード切替部と、を有し、
前記モード切替判定部は、
前記モータの減速度が所定値以上の場合は、q軸電流に基づいて前記電圧位相制御から前記電流制御に切替えるか否かを判定し、
前記モータの減速度が所定値未満の場合は、d軸電流に基づいて前記電圧位相制御から前記電流制御に切替えるか否かを判定する、
モータの制御装置。 A current control unit that executes current control for controlling the motor by controlling the current according to a torque command value for the motor;
A voltage phase control unit that executes voltage phase control for controlling the motor by controlling a voltage phase according to a torque command value for the motor;
A mode switching determination unit for determining whether or not to switch the control mode of the motor from the voltage phase control to the current control;
A mode switching unit that switches the control mode according to a determination result of the mode switching determination unit,
The mode switching determination unit
If the motor deceleration is greater than or equal to a predetermined value, determine whether to switch from the voltage phase control to the current control based on the q-axis current,
If the deceleration of the motor is less than a predetermined value, determine whether to switch from the voltage phase control to the current control based on the d-axis current,
Motor control device.
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