JP2020061917A - Control arrangement of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期式の回転電機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a synchronous rotary electric machine.
この種の制御装置としては、特許文献1に記載されているように、回転電機のステータ巻線に流れる電流の検出値に基づいて、回転電機の磁極位置を推定するものが知られている。制御装置は、推定した磁極位置に基づいて、回転電機のロータを特定方向に回転させるためにステータ巻線に流れる電流を制御する。
As a control device of this type, as described in
推定した磁極位置と実際の磁極位置とが180°ずれてしまうことがある。この場合、ロータを特定方向に回転させようとしているにもかかわらず、特定方向とは逆方向にロータが回転し得る。そこで、特許文献1に記載の制御装置は、ステータ巻線に印加する指令電圧ベクトルと、推定した磁極位置との位相差に基づいて、推定した磁極位置と実際の磁極位置とが180°ずれていることを判定し、この判定結果に基づいて、磁極位置のずれを解消するようにしている。
The estimated magnetic pole position may deviate from the actual magnetic pole position by 180 °. In this case, the rotor may rotate in the direction opposite to the specific direction even though the rotor is trying to rotate in the specific direction. Therefore, the control device described in
本願発明者は、推定した磁極位置と実際の磁極位置とのずれを解消した場合に、電流制御が不安定となり、ステータ巻線に流れる電流が一時的に過度に大きくなってしまうといった問題に直面した。 The inventor of the present application faces a problem that when the deviation between the estimated magnetic pole position and the actual magnetic pole position is eliminated, current control becomes unstable and the current flowing through the stator winding temporarily becomes excessively large. did.
本発明は、推定した磁極位置と実際の磁極位置とのずれを解消した場合において、ステータ巻線に流れる電流の一時的な増加を抑制できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。 It is a main object of the present invention to provide a control device for a rotating electric machine that can suppress a temporary increase in the current flowing through the stator winding when the deviation between the estimated magnetic pole position and the actual magnetic pole position is eliminated. .
本発明は、同期式の回転電機の磁極位置を推定する推定部と、
前記推定部により推定された磁極位置である推定磁極位置に基づいて、前記回転電機のロータを特定方向に回転させるために前記回転電機のステータ巻線に流れる電流を制御する駆動制御部と、
前記駆動制御部による電流制御が開始された場合において、前記ロータが前記特定方向とは逆方向に回転していることを判定する逆転判定部と、を備え、
原点を通って前記回転電機の実際の磁極位置の方向に延びるd軸と、前記原点を通って前記d軸に直交する方向に延びるq軸とにより規定される座標系をdq座標系とし、
前記逆転判定部により逆方向に回転していると判定された後、前記駆動制御部の電流制御で用いられる前記推定磁極位置を180°反転させると仮定した場合、前記dq座標系において前記電流ベクトルの先端が描くと想定される軌跡の開始位置を第1点とし、前記軌跡の最終位置を第2点とし、
前記dq座標系において、前記第1点及び前記第2点を通る直線と、前記軌跡とで囲まれる領域のうち、前記軌跡以外の領域を規定領域とする場合、
前記逆転判定部により逆方向に回転していると判定された場合、前記電流ベクトルの先端が前記規定領域からはみださないようにその先端を前記第1点から前記第2点まで移動させるために、前記ステータ巻線に流れる電流を制御する復帰処理を行う復帰制御部と、を備える。
The present invention is an estimation unit for estimating the magnetic pole position of a synchronous rotating electric machine,
A drive control unit that controls a current flowing through a stator winding of the rotating electric machine to rotate the rotor of the rotating electric machine in a specific direction based on an estimated magnetic pole position that is a magnetic pole position estimated by the estimating unit;
When the current control by the drive control unit is started, a reverse rotation determination unit that determines that the rotor is rotating in a direction opposite to the specific direction, and
A dq coordinate system is defined as a coordinate system defined by a d-axis extending through the origin in the direction of the actual magnetic pole position of the rotating electric machine and a q-axis extending through the origin in a direction orthogonal to the d-axis.
If it is assumed that the estimated magnetic pole position used in the current control of the drive control unit is inverted by 180 ° after the reverse rotation determination unit determines that the current vector is the current vector in the dq coordinate system. The first position is the start position of the trajectory assumed to be drawn by the tip of, and the last position of the trajectory is the second point,
In the dq coordinate system, when a region other than the locus is defined as a prescribed region among regions surrounded by the straight line passing through the first point and the second point and the locus,
When the reverse rotation determination unit determines that the current vector is rotating in the reverse direction, the tip of the current vector is moved from the first point to the second point so that the tip does not protrude from the specified region. Therefore, a return control unit that performs a return process for controlling a current flowing through the stator winding is provided.
本発明において、逆転判定部は、ロータを特定方向に回転させるための駆動制御部による電流制御が開始された場合において、ロータが特定方向とは逆方向に回転していることを判定する。 In the present invention, the reverse rotation determination unit determines that the rotor is rotating in the direction opposite to the specific direction when the current control by the drive control unit for rotating the rotor in the specific direction is started.
逆転判定部により逆方向に回転していると判定された後、電流制御で用いられる推定磁極位置を180°反転させると、dq座標系において電流ベクトルの先端が所定の軌跡を描くように移動する。電流ベクトルの先端がこの軌跡上を移動する場合において、電流ベクトルが一時的に過度に大きくなってしまう。ここで、dq座標系において、上記軌跡の開始位置を第1点とし、上記軌跡の最終位置を第2点とする。また、第1点及び第2点を通る直線と、上記軌跡とで囲まれる領域のうち、上記軌跡以外の領域を規定領域とする。この場合、電流ベクトルの先端が第1点から第2点に移動するまでに、その先端が規定領域に存在するようにすれば、電流ベクトルの一時的な増加を抑制できるとの知見を本願発明者は得た。 After the reverse rotation determination unit determines that the estimated magnetic pole position used in the current control is inverted by 180 ° after it is determined to be rotating in the reverse direction, the tip of the current vector moves in the dq coordinate system so as to draw a predetermined locus. . When the tip of the current vector moves on this locus, the current vector temporarily becomes excessively large. Here, in the dq coordinate system, the start position of the trajectory is the first point and the final position of the trajectory is the second point. In addition, a region other than the locus is defined as a defined region among the regions surrounded by the straight line passing through the first point and the second point and the locus. In this case, it is found that a temporary increase in the current vector can be suppressed if the tip of the current vector exists in the specified region before the tip moves from the first point to the second point. Who got it.
そこで、本発明は、逆転判定部により逆方向に回転していると判定された場合、電流ベクトルの先端が規定領域からはみださないようにその先端を第1点から第2点まで移動させるために、ステータ巻線に流れる電流を制御する復帰処理を行う。これにより、ロータの回転方向を特定方向に戻すために推定磁極位置と実際の磁極位置とのずれを解消した場合において、ステータ巻線に流れる電流の一時的な増加を抑制することができる。 Therefore, according to the present invention, when the reverse rotation determination unit determines that the current vector is rotating in the opposite direction, the current vector is moved from the first point to the second point so that the current vector does not protrude from the specified region. In order to do so, a recovery process for controlling the current flowing through the stator winding is performed. Accordingly, when the deviation between the estimated magnetic pole position and the actual magnetic pole position is eliminated in order to return the rotation direction of the rotor to the specific direction, it is possible to suppress a temporary increase in the current flowing through the stator winding.
<第1実施形態>
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において制御装置は、3相回転電機に接続された3相インバータに適用される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment that embodies a control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the control device is applied to a three-phase inverter connected to a three-phase rotating electric machine.
図1に示すように、制御システムは、回転電機10及びインバータ20を備えている。回転電機10は、ブラシレスの同期機であり、本実施形態では永久磁石同期機である。回転電機10は、ロータ10aと、ステータ巻線であるU,V,W相巻線11U,11V,11Wとを備えている。
As shown in FIG. 1, the control system includes a rotary
なお、回転電機10は、例えば、ファン又はポンプを備える駆動装置を構成し、ロータ10aの回転によってファン又はポンプを駆動する。ファンは、例えば、ラジエータファン又は車室内空調用のファンである。ポンプは、例えば、オイルポンプ又はウォータポンプである。
The rotary
回転電機10は、インバータ20を介して直流電源としてのバッテリ30に接続されている。インバータ20は、上アームスイッチSUH,SVH,SWHと下アームスイッチSUL,SVL,SWLとの直列接続体を備えている。U相上,下アームスイッチSUH,SULの接続点には、回転電機10のU相巻線11Uの第1端が接続されている。V相上,下アームスイッチSVH,SVLの接続点には、回転電機10のV相巻線11Vの第1端が接続されている。W相上,下アームスイッチSWH,SWLの接続点には、回転電機10のW相巻線11Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線11U,11V,11Wの第2端は、中性点で接続されている。本実施形態において、誘導性負荷であるU,V,W相巻線11U,11V,11Wは、電気角で互いに120°ずれている。
The rotary
本実施形態では、各スイッチSUH,SUL,SVH,SVL,SWH,SWLとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはNチャネルMOSFETが用いられている。各スイッチSUH,SUL,SVH,SVL,SWH,SWLは寄生ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLを有している。 In this embodiment, voltage-controlled semiconductor switching elements are used as the switches SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, and SWL, and more specifically, N-channel MOSFETs are used. Each switch SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL has parasitic diodes DUH, DUL, DVH, DVL, DWH, DWL.
インバータ20は、その入力側に、インバータ20の入力電圧を平滑化するコンデンサ21を備えている。コンデンサ21の高電位側端子は、バッテリ30の正極端子と、上アームスイッチSUH〜SWHのドレインとを接続する電気経路に接続されている。コンデンサ21の低電位側端子は、バッテリ30の負極端子と、下アームスイッチSUL〜SWLのソースとを接続する電気経路に接続されている。
The
制御システムは、電流センサ40を備えている。電流センサ40は、回転電機10に流れる各相電流のうち、少なくとも2相分の電流を検出する。本実施形態では、電流センサ40は、3相分の電流を検出するものとする。電流センサ40の検出値は、制御システムに備えられる制御装置50に入力される。
The control system comprises a
制御装置50は、マイコンを主体として構成され、回転電機10の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ20の各スイッチをスイッチング操作する。本実施形態において、制御量は電気角速度(回転速度)であり、その指令値は指令角速度ω*である。制御装置50は、回転電機10に印加される電圧ベクトルが、電気角速度を指令角速度ω*に制御するための指令電圧ベクトルになるように、インバータ20の各スイッチをスイッチング操作する。これにより、互いに120度ずれた正弦波状の相電流が各相巻線11U,11V,11Wに流れる。
The
制御装置50は、位置センサレス制御を行い、この制御の際に電気角を推定する。位置センサレス制御は、ホール素子やレゾルバ等の角度センサにより検出される回転電機10の回転角情報を用いることのない回転電機10の制御である。
The
ちなみに、制御装置50は、自身が備える記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御機能を実現する。各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよいし、ハードウェア及びソフトウェアの双方によって実現されてもよい。
Incidentally, the
続いて、図2のブロック図を用いて、制御装置50の処理について詳しく説明する。
Subsequently, the processing of the
速度偏差算出部51は、指令角速度ω*から、後述する速度推定部61により算出された推定角速度ωestを減算することにより、速度偏差Δωを算出する。推定角速度ωestは、電気角速度の推定値である。指令角速度ω*は、回転電機10のロータ10aを特定方向(正方向)に回転させる場合に正の値となり、特定方向とは逆方向にロータ10aを回転させる場合に負の値となる。
The speed
速度制御器52は、速度偏差Δωを0にフィードバック制御するための操作量として、回転電機10の指令トルクTrq*を算出する。指令トルクTrq*は、ロータ10aを特定方向に回転させる場合に正の値となり、特定方向とは逆方向にロータ10aを回転させる場合に負の値となる。なお、速度制御器52におけるフィードバック制御としては、例えば比例積分制御が用いられればよい。
The
電流変換部53は、後述する角度推定部62により算出された推定角θestと、電流センサ40により検出された各相電流IU,IV,IWとに基づいて、UVW座標系におけるU,V,W相電流を、γδ座標系におけるγ軸電流Iγr及びδ軸電流Iδrに変換する。推定角θestは、電気角の推定値である。
The
ここで、UVW座標系は、回転電機10の3相固定座標系であり、γδ座標系は、回転電機10の2相回転座標系であるdq座標系の推定座標系である。図3に、γδ座標系、dq座標系、及び2相固定座標系であるαβ座標系を示す。dq座標系は、原点Oを通って実際の磁極位置の方向に延びるd軸と、原点Oを通ってd軸と直交する方向に延びるq軸とにより規定される座標系である。γδ座標系は、原点Oを通って推定磁極位置の方向に延びるγ軸と、原点Oを通ってγ軸と直交する方向に延びるδ軸とにより規定される座標系である。図3には、αβ座標系のα軸とγδ座標系のγ軸とのなす角度を推定角θestとして示し、α軸とdq座標系のd軸とのなす角度を実際の電気角θとして示し、d軸とγ軸とのなす角度を推定誤差Δθとして示す。dq座標系は、αβ座標系に対して、回転電機10の電気角速度で回転する座標系である。
Here, the UVW coordinate system is a three-phase fixed coordinate system of the rotary
図2の説明に戻り、指令電流設定部54は、指令トルクTrq*に基づいて、γ軸指令電流Iγ*と、δ軸指令電流Iδ*とを設定する。γ軸指令電流Iγ*及びδ軸指令電流Iδ*により、γδ座標系における指令電流ベクトルが定まる。本実施形態において、指令電流設定部54は、γ軸指令電流Iγ*を0に設定する。この設定は、本実施形態の回転電機10が、非突極機のSPMSMであるためになされる。
Returning to the description of FIG. 2, the command
γ軸偏差算出部55aは、γ軸指令電流Iγ*からγ軸電流Iγrを減算した値として、γ軸偏差ΔIγを算出する。δ軸偏差算出部55bは、δ軸指令電流Iδ*からδ軸電流Iδrを減算した値として、δ軸偏差ΔIδを算出する。
The γ-
電流制御器56は、γ軸偏差ΔIγに基づいて、γ軸電流Iγrをγ軸指令電流Iγ*にフィードバック制御するための操作量として、γ軸電圧Vγrを算出する。また、電流制御器56は、δ軸偏差ΔIδに基づいて、δ軸電流Iδrをδ軸指令電流Iδ*にフィードバック制御するための操作量として、δ軸電圧Vδrを算出する。γ軸電圧Vγr及びδ軸電圧Vδrにより、γδ座標系における指令電圧ベクトルが定まる。なお、電流制御器56におけるフィードバック制御としては、例えば比例積分制御が用いられればよい。
The
γ軸重畳部57aは、γ軸電圧Vγrと、高周波生成部58により生成されたγ軸高周波電圧Vγhとの加算値を、γ軸指令電圧Vγ*として出力する。δ軸重畳部57bは、δ軸電圧Vδrと、高周波生成部58により生成されたδ軸高周波電圧Vδhとの加算値を、δ軸指令電圧Vδ*として出力する。本実施形態では、δ軸高周波電圧Vδhが0に設定されている。このため、δ軸電圧Vδrがそのままδ軸指令電圧Vδ*となる。なお、本実施形態において、γ軸重畳部57a、δ軸重畳部57b及び高周波生成部58が高周波印加部に相当する。
The γ-axis superimposing unit 57a outputs the added value of the γ-axis voltage Vγr and the γ-axis high frequency voltage Vγh generated by the high
γ軸高周波電圧Vγhは、γ軸指令電圧Vγ*の基本波成分の電気角速度よりも十分高い角速度で変動する信号である。本実施形態では、図4に示すように、γ軸高周波電圧Vγhの振幅をVaとし、γ軸高周波電圧Vγhの周期をTsとする。ちなみに、高周波生成部58は、回転電機10の起動時のみならず、速度制御中においても、推定角θestの算出に必要なγ軸高周波電圧Vγhを生成する。
The γ-axis high frequency voltage Vγh is a signal that fluctuates at an angular velocity sufficiently higher than the electrical angular velocity of the fundamental wave component of the γ-axis command voltage Vγ *. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the amplitude of the γ-axis high frequency voltage Vγh is Va and the cycle of the γ-axis high frequency voltage Vγh is Ts. By the way, the high
電圧変換部59は、γ軸指令電圧Vγ*、δ軸指令電圧Vδ*及び推定角θestに基づいて、γδ座標系におけるγ,δ軸指令電圧Vγ*,Vδ*を、UVW座標系におけるU,V,W相指令電圧VU,VV,VWに変換する。本実施形態において、U,V,W相指令電圧VU,VV,VWは、電気角で位相が互いに120°ずれた波形となる。
The
信号生成部60は、電圧変換部59から出力されたU,V,W相指令電圧VU,VV,VWに基づいて、各操作信号gUp〜gWnを生成する。信号生成部60は、生成した各操作信号gUp〜gWnをインバータ20の各スイッチSUp〜SWnに対して出力する。ここで、操作信号は、例えば、三角波信号等のキャリア信号と各相指令電圧VU,VV,VWとの大小比較に基づくPWM制御により生成されればよい。各相において、上アーム側の操作信号と、対応する下アーム側の操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。このため、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオンされる。
The
速度推定部61は、δ軸電流Iδrに基づいて、推定角速度ωestを算出する。以下、この算出の原理について説明する。
The
高周波も考慮した回転電機の電圧方程式は下式(eq1)で表され、下式(eq1)に含まれる高周波に関する電圧方程式は下式(eq2)で表される。 The voltage equation of the rotary electric machine that also considers the high frequency is represented by the following equation (eq1), and the voltage equation regarding the high frequency included in the following equation (eq1) is represented by the following equation (eq2).
速度推定部61は、δ軸電流Iδrに基づいてδ軸高周波電流Iδhを算出する。速度推定部61は、例えば、δ軸電流Iδrにハイパスフィルタを施すことによりδ軸高周波電流Iδhを算出すればよい。速度推定部61は、算出したδ軸高周波電流Iδhと上式(eq7)とに基づいて、推定誤差Δθを算出する。速度推定部61は、算出した推定誤差Δθを0にフィードバック制御するための操作量として、推定角速度ωestを算出する。速度推定部61におけるフィードバック制御としては、例えば比例積分制御が用いられればよい。
The
ちなみに、高周波電圧の重畳を用いた角度推定の適用対象となる回転電機は、通常、突極機である。ただし、本実施形態の回転電機10は非突極機である。例えば各相巻線11U〜11Wに大電流が流れ、回転電機10において磁束飽和が生じると、回転電機10のd軸インダクタンスとq軸インダクタンスとが異なる状態となる。このため、回転電機10が非突極機である場合であっても、高周波電圧の重畳を用いた角度推定が可能となる。
Incidentally, the rotary electric machine to which the angle estimation using superposition of high frequency voltage is applied is usually a salient pole machine. However, the rotary
角度推定部62は、推定角速度ωestを時間積分することにより、推定角θestを算出する。
The
ところで、γ軸がd軸に対して180°ずれてしまうことがある。この場合、ロータ10aを特定方向に回転させようとしていたにもかかわらず、特定方向とは逆方向にロータ10aが回転してしまう。この場合に備えて、制御装置50は、復帰制御部63を備えている。
By the way, the γ axis sometimes deviates from the d axis by 180 °. In this case, the rotor 10a rotates in the direction opposite to the specific direction, even though the rotor 10a is intended to rotate in the specific direction. In this case, the
図5に、制御装置50により実行される逆転判定処理の手順を示す。この処理は、制御装置50内の図2に示した各処理部の協働により実行される。
FIG. 5 shows the procedure of the reverse rotation determination process executed by the
ステップS10では、速度制御器52から出力する指令トルクTrq*を0にする。この処理は、ステップS15で肯定判定されるまで、回転電機10の発生トルクを0にするための処理である。本実施形態では、ステップS15で肯定判定されるまで、トルクを発生させないように指令電流設定部54及び電流制御器56における演算処理が実施されないものとする。
In step S10, the command torque Trq * output from the
ステップS11では、γ軸高周波電圧Vγhの印加を開始し、ステップS12では、その印加に伴って流れるδ軸高周波電流Iδhを検出し始める。ステップS12の処理が高周波検出部に相当する。 In step S11, the application of the γ-axis high frequency voltage Vγh is started, and in step S12, the δ-axis high frequency current Iδh flowing with the application is started to be detected. The process of step S12 corresponds to the high frequency detection unit.
ステップS13では、検出したδ軸高周波電流Iδhに基づいて、上述した方法による推定角速度ωestの算出を開始する。ステップS14では、算出した推定角速度ωestに基づく推定角θestの算出を開始する。 In step S13, the calculation of the estimated angular velocity ωest by the above-described method is started based on the detected δ-axis high frequency current Iδh. In step S14, calculation of the estimated angle θest based on the calculated estimated angular velocity ωest is started.
ステップS15では、推定角速度ωestの算出処理が開始されてからの経過時間TLが閾値時間Tthを超えたか否かを判定する。この処理は、上式(eq7)に基づく推定角速度ωestの算出処理が開始された後、推定誤差Δθが0又は0に近い値に収束したか否かを判定するための処理である。 In step S15, it is determined whether or not the elapsed time TL after the calculation processing of the estimated angular velocity ωest has started exceeds the threshold time Tth. This process is a process for determining whether or not the estimation error Δθ has converged to 0 or a value close to 0 after the process of calculating the estimated angular velocity ωest based on the above equation (eq7) is started.
ステップS15において否定判定した場合には、ステップS11に戻る。一方、ステップS15において肯定判定した場合には、ステップS16に進み、指令トルクTrq*に基づく演算を許可する。すなわち、指令電流設定部54及び電流制御器56における演算処理の実施を許可し、電気角速度が指令角速度ω*になるように、回転電機10の発生トルクが0から増加し始める。
When a negative determination is made in step S15, the process returns to step S11. On the other hand, when an affirmative decision is made in step S15, the operation proceeds to step S16, and the calculation based on the command torque Trq * is permitted. That is, the execution of the arithmetic processing in the command
ステップS17では、推定角速度ωestの絶対値が速度閾値ωthよりも高いか否かを判定する。この処理は、ステップS18における逆方向回転の判定精度を高めるためのものである。つまり、推定角速度ωestにはノイズが重畳し得る。この場合において、推定角速度ωestの絶対値が小さいと、推定角速度ωestに占めるノイズの割合が高くなり、ステップS18における判定精度が低下する懸念がある。 In step S17, it is determined whether the absolute value of the estimated angular velocity ωest is higher than the velocity threshold ωth. This process is to improve the determination accuracy of the reverse rotation in step S18. That is, noise may be superimposed on the estimated angular velocity ωest. In this case, if the absolute value of the estimated angular velocity ωest is small, the proportion of noise in the estimated angular velocity ωest increases, and there is a concern that the determination accuracy in step S18 may decrease.
ステップS17において否定判定した場合には、ステップS11に戻る。一方、ステップS17において肯定判定した場合には、ステップS18に進み、ロータ10aの回転方向が上記特定方向とは逆方向になっているか否かを判定する。本実施形態では、指令トルクTrq*と推定角速度ωestとの乗算値が0以下であると判定した場合、逆方向になっていると判定する。この判定方法は、ロータ10aが特定方向に回転している場合、指令トルクTrq*及び推定角速度ωestそれぞれの符号が同じになることに基づくものである。 When a negative determination is made in step S17, the process returns to step S11. On the other hand, if an affirmative decision is made in step S17, then the processing advances to step S18, in which it is decided whether or not the rotation direction of the rotor 10a is the opposite direction to the specific direction. In the present embodiment, when it is determined that the product value of the command torque Trq * and the estimated angular velocity ωest is 0 or less, it is determined that the direction is opposite. This determination method is based on that the command torque Trq * and the estimated angular velocity ωest have the same sign when the rotor 10a is rotating in a specific direction.
ステップS18において肯定判定した場合には、ステップS19に進み、ロータ10aが特定方向に回転していると判定する。そして、角度推定部62において上述した方法により算出した推定角θestを、電流変換部53及び電圧変換部59それぞれに対してそのまま出力する。
If an affirmative decision is made in step S18, then the processing advances to step S19, in which it is decided that the rotor 10a is rotating in the specific direction. Then, the
一方、ステップS18において否定判定した場合には、ステップS20に進み、ロータ10aが逆方向に回転している判定する。そして、角度推定部62において上述した方法により算出した推定角θestに180°加算した値を、電流変換部53及び電圧変換部59それぞれに出力する。
On the other hand, when a negative determination is made in step S18, the process proceeds to step S20, and it is determined that the rotor 10a is rotating in the reverse direction. Then, the value obtained by adding 180 ° to the estimated angle θest calculated by the above-described method in the
ステップS21では、指令電圧ベクトルの位相θvtを180°反転させる復帰処理を行う。詳しくは、指令電圧ベクトルの位相θvtを180°反転させるべく、電流制御器56から出力されるγ,δ軸電圧Vγr,Vδrそれぞれの符号を変更する。以下、図6〜図10を用いて、位相θvtを180°反転させる理由について説明する。
In step S21, a recovery process of inverting the phase θvt of the command voltage vector by 180 ° is performed. Specifically, the signs of the γ and δ axis voltages Vγr and Vδr output from the
図6に、推定誤差Δθが0の場合における指令電圧ベクトルVtr及び電流ベクトルItrを示す。電流ベクトルItrは、γ軸電流Iγr及びδ軸電流Iδrにより定まるベクトルである。なお、図6において、「ωφ」は誘起電圧べクトルを示し、「RI」はステータ巻線の抵抗による電圧降下分のベクトルを示し、「ωLI」は電機子反作用のベクトルを示す。 FIG. 6 shows the command voltage vector Vtr and the current vector Itr when the estimation error Δθ is 0. The current vector Itr is a vector determined by the γ-axis current Iγr and the δ-axis current Iδr. In FIG. 6, “ωφ” represents the induced voltage vector, “RI” represents the vector of the voltage drop due to the resistance of the stator winding, and “ωLI” represents the vector of the armature reaction.
推定誤差Δθが0°の場合、dq座標系及びγδ座標系が一致する。この場合、指令電圧ベクトルVtrの先端はdq座標系の第2象限に存在し、電流ベクトルItrの先端は正のq軸上に存在する。その結果、ロータ10aは特定方向に回転する。 When the estimation error Δθ is 0 °, the dq coordinate system and the γδ coordinate system match. In this case, the tip of the command voltage vector Vtr exists in the second quadrant of the dq coordinate system, and the tip of the current vector Itr exists on the positive q axis. As a result, the rotor 10a rotates in a specific direction.
図7に、推定誤差Δθが180°の場合における指令電圧ベクトルVtr及び電流ベクトルItrを示す。推定誤差Δθが180°の場合、γ軸とd軸とが180°ずれる。この場合、指令電圧ベクトルVtrの先端はdq座標系の第3象限に存在し、電流ベクトルItrの先端は負のq軸上に存在する。その結果、δ軸指令電流Iδ*は正の値であるものの、q軸電流は負の値となり、ロータ10aは特定方向とは逆方向に回転する。 FIG. 7 shows the command voltage vector Vtr and the current vector Itr when the estimation error Δθ is 180 °. When the estimation error Δθ is 180 °, the γ axis and the d axis are displaced by 180 °. In this case, the tip of the command voltage vector Vtr exists in the third quadrant of the dq coordinate system, and the tip of the current vector Itr exists on the negative q axis. As a result, the δ-axis command current Iδ * has a positive value, but the q-axis current has a negative value, and the rotor 10a rotates in the direction opposite to the specific direction.
ここで、図5のステップS18で否定判定されてロータ10aが逆方向に回転していると判定されたタイミングにおける電流ベクトルItrのdq座標系における先端位置を、図8〜図10に示すように第1点P1とする。 Here, as shown in FIGS. 8 to 10, the tip position of the current vector Itr in the dq coordinate system at the timing when the negative determination is made in step S18 of FIG. 5 and the rotor 10a is determined to be rotating in the opposite direction, as shown in FIGS. Let it be the first point P1.
また、ロータ10aが逆方向に回転していると判定された後、図2に示した電流変換部53及び電圧変換部59で用いられる推定角θestに180°加算すると仮定した場合、dq座標系において電流ベクトルItrの先端が描くと想定される軌跡の最終位置を第2点P2とする。図8〜図10において、この軌跡を一点鎖線の矢印にて示す。第2点P2は、d,γ軸に対して第1点P1と線対称の関係にある。
Further, after it is determined that the rotor 10a is rotating in the reverse direction, if it is assumed that 180 ° is added to the estimated angle θest used in the
図10に示すように、dq座標系において、第1点P1及び第2点P2を通る直線と、一点鎖線で示した軌跡とで囲まれる領域のうち、この軌跡以外の領域を規定領域Arとする。 As shown in FIG. 10, in the dq coordinate system, of the area surrounded by the straight line passing through the first point P1 and the second point P2 and the locus indicated by the alternate long and short dash line, the area other than this locus is defined area Ar. To do.
ロータ10aが逆方向に回転していると判定された後、推定角θestに180°加算すると、図8に示すように、指令電圧ベクトルVtrの先端位置が、dq座標系において第3象限から第1象限に切り替わる。その後、指令電圧ベクトルVtrの先端は、第2象限に移動する。その結果、dq座標系において、電流ベクトルItrの先端が一点鎖線で示す軌跡上を移動する。図8に示す例では、電流ベクトルItrの先端が、dq座標系において第4象限及び第1象限を介して第2点P2まで移動する。図8に示す例では、第1象限において電流ベクトルItrが一時的に過度に大きくなってしまう。 When it is determined that the rotor 10a is rotating in the opposite direction and then 180 ° is added to the estimated angle θest, as shown in FIG. 8, the tip position of the command voltage vector Vtr changes from the third quadrant to the third quadrant in the dq coordinate system. Switch to 1 quadrant. Then, the tip of the command voltage vector Vtr moves to the second quadrant. As a result, in the dq coordinate system, the tip of the current vector Itr moves on the locus indicated by the alternate long and short dash line. In the example shown in FIG. 8, the tip of the current vector Itr moves to the second point P2 via the fourth quadrant and the first quadrant in the dq coordinate system. In the example shown in FIG. 8, the current vector Itr temporarily becomes excessively large in the first quadrant.
ここで、電流ベクトルItrの先端が第1点P1から第2点P2に移動するまでに、その先端が規定領域Arに存在するようにすれば、電流ベクトルItrの一時的な増加を抑制できることに本願発明者は着目した。 Here, if the tip of the current vector Itr is present in the specified region Ar by the time the tip of the current vector Itr moves from the first point P1 to the second point P2, a temporary increase in the current vector Itr can be suppressed. The inventor of the present application paid attention.
そこで、ロータ10aが逆方向に回転していると判定された場合、電流ベクトルItrの先端が規定領域Arからはみださないように電流ベクトルItrの先端を第1点P1から第2点P2まで移動させるために、各相巻線11U,11V,11Wに流れる電流を制御する復帰処理を行う。本実施形態では、この復帰処理として、指令電圧ベクトルVtrの位相θvtを180°反転させる処理を行う。この処理によれば、ロータ10aが逆方向に回転していると判定されたタイミングにおける指令電圧ベクトルVtrと、推定角θestに180°加算してかつ位相θvtを180°反転させた指令電圧ベクトルVtrとが同じになる。これにより、電流ベクトルItrの先端は、図9に示すように、第1点P1から第2点P2へと、第1点P1及び第2点P2を通る直線上を移動する。このため、本実施形態によれば、ロータ10aの回転方向を特定方向に戻すために推定角θestに180°加算した場合において、電流ベクトルItrの一時的な増加を抑制することができる。
Therefore, when it is determined that the rotor 10a is rotating in the opposite direction, the tip of the current vector Itr is moved from the first point P1 to the second point P2 so that the tip of the current vector Itr does not protrude from the specified region Ar. In order to move the currents up to, the recovery processing for controlling the currents flowing through the
図5の説明に戻り、続くステップS21では、高周波生成部58により生成するγ軸高周波電圧Vγhの位相を180°反転させる。これは、図11に示すように、γ軸高周波電圧Vγhのパルス幅が、γ軸高周波電圧Vγhの半周期「Ts/2」を超えて長くなることを防止するための処理である。推定角θestに180°を加算したにもかかわらず、γ軸高周波電圧Vγhの位相を180°反転させなければ、γ軸高周波電圧Vγhとして、半周期「Ts/2」ごとに正負が交互に切り替わるパルス信号を出力できなくなる。ステップS21の処理によれば、推定角θestの算出精度の低下を抑制することができる。なお、ステップS18〜S21の処理は、復帰制御部63により実行される。
Returning to the explanation of FIG. 5, in the subsequent step S21, the phase of the γ-axis high-frequency voltage Vγh generated by the high-
ちなみに、図5の逆転判定処理が完了して回転電機10の起動が完了すると、ステップS11〜S14の処理が所定の制御周期で繰り返し実行される。
By the way, when the reverse rotation determination process of FIG. 5 is completed and the startup of the rotary
<第1実施形態の変形例>
・電流ベクトルItrの先端が第1点P1から第2点P2に移動するまでに、その先端が規定領域Arからはみださないことを条件として、指令電圧ベクトルVtrの位相θvtを180°反転させる処理とは別の処理を行ってもよい。例えば、電流ベクトルItrの先端が第1点P1から第2点P2まで移動するように、指令電圧ベクトルVtrを段階的(例えば2段階)に変更してもよい。なお、この場合、電流ベクトルItrの先端を第1点P1から第2点P2に移動させるまでの時間は、例えば、回転電機10の機械的時定数又はその時定数よりも短い時間に設定されていればよい。なお、機械的時定数Tmは、イナーシャをJ、インダクタンスをL、トルク定数をKt、逆起電力定数をKeとすると、「Tm=(J×L)/(Kt×Ke)」により定まる。
<Modification of First Embodiment>
The phase θvt of the command voltage vector Vtr is inverted by 180 ° on the condition that the tip of the current vector Itr does not protrude from the specified region Ar before the tip moves from the first point P1 to the second point P2. Processing different from the processing to be performed may be performed. For example, the command voltage vector Vtr may be changed stepwise (for example, two steps) so that the tip of the current vector Itr moves from the first point P1 to the second point P2. In this case, the time required to move the tip of the current vector Itr from the first point P1 to the second point P2 may be set to, for example, the mechanical time constant of the rotating
・図5のステップS18の処理に代えて、推定角速度ωestの符号と指令トルクTrq*の符号とのそれぞれが正であるか否かを判定する処理を行ってもよい。この処理において肯定判定した場合にステップS19に進み、否定判定した場合にステップS20に進む。 -Instead of the process of step S18 of FIG. 5, a process of determining whether or not the sign of the estimated angular velocity ωest and the sign of the command torque Trq * are positive may be performed. If an affirmative decision is made in this process, the operation proceeds to step S19, and if a negative decision is made, the operation proceeds to step S20.
また、図5のステップS18の処理に代えて、推定角速度ωestの符号とδ軸指令電流Iδ*の符号とのそれぞれが正であるか否かを判定する処理を行ってもよい。 Further, instead of the process of step S18 of FIG. 5, a process of determining whether the sign of the estimated angular velocity ωest and the sign of the δ-axis command current Iδ * are positive may be performed.
また、ロータ10aが逆方向に回転しているか否かの判定を、例えば以下(A)〜(C)で説明する方法でも行ってもよい。 Further, the determination as to whether or not the rotor 10a is rotating in the reverse direction may be performed by the method described in (A) to (C) below, for example.
(A)特許第3701207号公報を参照して、指令電圧ベクトルと推定された磁極位置との位相差に基づいて、逆方向に回転しているか否かを判定してもよいし、特許第3480572号公報を参照して、γ軸電圧Vγrに基づいて、逆方向に回転しているか否かを判定してもよい。 (A) With reference to Japanese Patent No. 3701207, it may be determined whether or not the motor is rotating in the opposite direction based on the phase difference between the command voltage vector and the estimated magnetic pole position, and Japanese Patent No. 3480572. With reference to the publication, it may be determined based on the γ-axis voltage Vγr whether or not it is rotating in the opposite direction.
(B)上記推定角速度ωestを第1推定角速度とする場合、特許第3722948号公報を参照して、ステータ巻線の電圧及び電流と、回転電機のモータ定数とに基づいて第2推定角速度を算出し、第2推定角速度と第1推定角速度とに基づいて、逆方向に回転しているか否かを判定してもよい。 (B) When the estimated angular velocity ωest is set as the first estimated angular velocity, the second estimated angular velocity is calculated based on the voltage and current of the stator winding and the motor constant of the rotating electric machine with reference to Japanese Patent No. 3722948. Then, based on the second estimated angular velocity and the first estimated angular velocity, it may be determined whether or not it is rotating in the opposite direction.
(C)U,V,W相電流IU,IV,IWの出現順序に基づいて、ロータ10aが逆方向に回転しているか否かを判定してもよい。これは、逆方向に回転していない場合、U相電流IU、V相電流IV、W相電流IWの順に出現する一方、逆方向に回転している場合、U相電流IU、W相電流IW、V相電流IVの順に出現することを利用したものである。ここで、3相のうちどの相の相電流が出現したかは、例えば、電流センサ40の検出値に基づいて、各相電流が所定の判定値に到達するタイミングから把握すればよい。
(C) Whether or not the rotor 10a is rotating in the reverse direction may be determined based on the order of appearance of the U, V, W phase currents IU, IV, IW. This appears in the order of the U-phase current IU, the V-phase current IV, and the W-phase current IW when not rotating in the opposite direction, while the U-phase current IU and the W-phase current IW appear when rotating in the opposite direction. , And the V-phase current IV appears in that order. Here, which phase current of the three phases has appeared may be grasped, for example, based on the detection value of the
・磁極推定において、γ軸高周波電圧Vγhに代えて、δ軸高周波電圧Vδhを用いてもよい。 In the magnetic pole estimation, the δ-axis high frequency voltage Vδh may be used instead of the γ-axis high frequency voltage Vγh.
・磁極位置(電気角)の推定方法としては、例えば、特許第3312472号公報、特許第3454212号公報又は特許第4735287号公報に記載されたものであってもよい。 The method for estimating the magnetic pole position (electrical angle) may be, for example, the method described in Japanese Patent No. 331472, Japanese Patent No. 3454212, or Japanese Patent No. 4735287.
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、逆転判定処理の前に、図12に示す極性判定処理を行う。
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the polarity determination process shown in FIG. 12 is performed before the reverse rotation determination process.
図12に、制御装置50により実行される極性判定処理の手順を示す。この処理は、制御装置50内の図2に示した各処理部の協働により実行される。
FIG. 12 shows the procedure of the polarity determination processing executed by the
ステップS30では、速度制御器52から出力する指令トルクTrq*を0にする。この処理は、後述する図14のステップS16の処理が実行されるまで、回転電機10の発生トルクを0にするための処理である。本実施形態では、図14のステップS16の処理が実行されるまで、指令電流設定部54及び電流制御器56における演算処理が実施されないものとする。
In step S30, the command torque Trq * output from the
ステップS31〜S35では、図5のステップS11〜S15と同じ内容の処理を行う。 In steps S31 to S35, the same processing as that in steps S11 to S15 of FIG. 5 is performed.
ステップS35において肯定判定した場合には、ステップS36〜S38において、ステップS33の推定角θestから把握されるγ軸がN極又はS極のいずれであるかを判定する。本実施形態において、ステップS36〜S38の処理が極性判定部に相当する。以下、図13を用いて、この判定の原理について説明する。図13では、U相電流を流す場合を例にして説明する。 When an affirmative determination is made in step S35, it is determined in steps S36 to S38 whether the γ-axis grasped from the estimated angle θest in step S33 is the N pole or the S pole. In the present embodiment, the processing of steps S36 to S38 corresponds to the polarity determination unit. Hereinafter, the principle of this determination will be described with reference to FIG. In FIG. 13, a case where a U-phase current is passed will be described as an example.
図13には、d軸がU相巻線11U側に向いている場合を示す。図13において、状態Aと状態Bとは、U相電流IUを流す方向が異なる場合を示す。状態Aに示すように、U相巻線11Uに正の電圧を印加した場合、正のU相電流IUが流れる。このとき、ロータ10a側の磁石磁束とステータ巻線側の磁束とが強め合うことにより、磁束飽和が発生する。その結果、ステータ巻線のインダクタンスが低下し、U相電流IUの絶対値が大きくなる。 FIG. 13 shows a case where the d-axis faces the U-phase winding 11U side. In FIG. 13, the state A and the state B show the case where the directions in which the U-phase current IU flows are different. As shown in state A, when a positive voltage is applied to U-phase winding 11U, positive U-phase current IU flows. At this time, magnetic flux saturation occurs due to the magnetic flux on the rotor 10a side and the magnetic flux on the stator winding side strengthening each other. As a result, the inductance of the stator winding decreases, and the absolute value of the U-phase current IU increases.
一方、状態Bに示すように、U相巻線11Uに負の電圧を印加した場合、負のU相電流IUが流れる。このとき、ロータ10a側の磁石磁束がステータ巻線側の磁束で弱められる。その結果、ステータ巻線のインダクタンスの低下は発生せず、U相電流IUの絶対値が小さくなる。以上から、U相巻線11Uに同じ大きさの正の電圧と負の電圧とを印加したそれぞれの場合のU相電流IUのうち、その絶対値が大きい方がN極であると判定できる。 On the other hand, as shown in state B, when a negative voltage is applied to U-phase winding 11U, negative U-phase current IU flows. At this time, the magnetic flux on the rotor 10a side is weakened by the magnetic flux on the stator winding side. As a result, the inductance of the stator winding does not decrease, and the absolute value of the U-phase current IU decreases. From the above, it can be determined that, of the U-phase currents IU in which the positive voltage and the negative voltage of the same magnitude are applied to the U-phase winding 11U, the one having the larger absolute value is the N pole.
図12の説明に戻り、ステップS36では、特定の相において、巻線に正の電圧を印加した場合の相電流Inと、負の電圧を印加した場合の相電流Isとを検出する。そして、正の電圧を印加した場合の相電流Inの絶対値が、負の電圧を印加した場合の相電流Isの絶対値よりも大きいか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップS36では、|In|=|Is|にはならないこととする。 Returning to the description of FIG. 12, in step S36, the phase current In when a positive voltage is applied to the winding and the phase current Is when a negative voltage is applied are detected in the specific phase. Then, it is determined whether or not the absolute value of the phase current In when the positive voltage is applied is larger than the absolute value of the phase current Is when the negative voltage is applied. In this embodiment, | In | = | Is | does not hold in step S36.
ステップS36において肯定判定した場合には、ステップS37に進み、推定したγ軸の方向がN極であると判定する。一方、ステップS36において否定判定した場合には、ステップS38に進み、推定したγ軸の方向がS極であると判定する。 When an affirmative decision is made in step S36, the operation proceeds to step S37, and it is decided that the estimated γ-axis direction is the N pole. On the other hand, when a negative determination is made in step S36, the process proceeds to step S38, and it is determined that the estimated γ-axis direction is the S pole.
図12に示した極性判定処理の完了後、図14に示す逆転判定処理を行う。図14において、先の図5に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。図14では、図5のステップS10,S15の処理が実行されない。 After completion of the polarity determination process shown in FIG. 12, the reverse rotation determination process shown in FIG. 14 is performed. 14, for the sake of convenience, the same processes as those shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals. In FIG. 14, the processes of steps S10 and S15 of FIG. 5 are not executed.
図12に示した処理による極性の判定結果が誤ったものとなる可能性がある。この場合であっても、その後図14に示す逆転判定処理が行われることにより、ロータ10aの逆方向への回転を防止しつつ、回転電機10を起動させることができる。
The determination result of the polarity by the processing shown in FIG. 12 may be incorrect. Even in this case, by performing the reverse rotation determination process shown in FIG. 14 thereafter, it is possible to start the rotary
<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、逆転判定処理の内容を一部変更する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the content of the reverse rotation determination process is partially changed.
図15に、制御装置50により実行される逆転判定処理の手順を示す。この処理は、制御装置50内の図2に示した各処理部の協働により実行される。なお、図15において、先の図5に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 15 shows the procedure of the reverse rotation determination process executed by the
ステップS14の処理の完了後、ステップS22に進み、回転電機10の電気角加速度ACCを推定する。電気角加速度ACCは、例えば、推定角速度ωestの時間微分により算出されればよい。
After the process of step S14 is completed, the process proceeds to step S22, and the electrical angular acceleration ACC of the rotary
ステップS16の処理の完了後、ステップS23では、推定した電気角加速度ACCの絶対値が加速度閾値Athよりも高いか否かを判定する。この処理は、ステップS17の処理と同様に、ステップS24における逆方向回転の判定精度を高めるためのものである。加速度の情報を用いることにより、推定角速度ωestが実際の電気角速度から所定量ずれる誤差(オフセット誤差)が推定角速度ωestに含まれる場合であっても、その誤差がステップS24における判定結果に及ぼす影響を抑制できる。 After the completion of the process of step S16, it is determined in step S23 whether the absolute value of the estimated electrical angular acceleration ACC is higher than the acceleration threshold value Ath. This process is for improving the determination accuracy of the reverse rotation in step S24, like the process of step S17. Even if the estimated angular velocity ωest includes an error (offset error) in which the estimated angular velocity ωest deviates from the actual electrical angular velocity by a predetermined amount by using the acceleration information, the error affects the determination result in step S24. Can be suppressed.
ステップS23において否定判定した場合には、ステップS11に戻る。一方、ステップS23において肯定判定した場合には、ステップS24に進み、指令トルクTrq*と電気角加速度ACCとの乗算値が0よりも大きいか否かを判定する。ステップS24において肯定判定した場合には、ステップS19に進む。一方、ステップS24において否定判定した場合には、ステップS20に進む。 When a negative determination is made in step S23, the process returns to step S11. On the other hand, if an affirmative decision is made in step S23, then the processing advances to step S24, in which it is decided whether or not the multiplication value of the command torque Trq * and the electrical angular acceleration ACC is larger than zero. If an affirmative decision is made in step S24, the operation proceeds to step S19. On the other hand, if a negative decision is made in step S24, the operation proceeds to step S20.
<第3実施形態の変形例>
図15のステップS24の処理に代えて、電気角加速度ACCの符号と指令トルクTrq*の符号とのそれぞれが正であるか否かを判定する処理を行ってもよい。また、図15のステップS24の処理に代えて、電気角加速度ACCの符号とδ軸指令電流Iδ*の符号とのそれぞれが正であるか否かを判定する処理を行ってもよい。
<Modification of Third Embodiment>
Instead of the process of step S24 of FIG. 15, a process of determining whether or not the sign of the electrical angular acceleration ACC and the sign of the command torque Trq * are positive may be performed. Further, instead of the process of step S24 of FIG. 15, a process of determining whether the sign of the electrical angular acceleration ACC and the sign of the δ-axis command current Iδ * are positive may be performed.
<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、復帰処理として、指令電圧ベクトルVtrを変更する処理に代えて、指令電流ベクトルを変更する処理を行う。
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In the present embodiment, as the restoration process, a process of changing the command current vector is performed instead of the process of changing the command voltage vector Vtr.
図16は、本実施形態に係る制御装置50の処理を示すブロック図である。図16において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 16 is a block diagram showing the processing of the
本実施形態では、ロータ10aが逆方向に回転していると判定された場合であっても、角度推定部62から出力される推定角θestは補正されず、そのまま出力される。
In the present embodiment, even when it is determined that the rotor 10a is rotating in the opposite direction, the estimated angle θest output from the
図17に、制御装置50により実行される逆転判定処理の手順を示す。この処理は、制御装置50内の図16に示した各処理部の協働により実行される。なお、図17において、先の図5に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 17 shows the procedure of the reverse rotation determination process executed by the
ステップS18において否定判定した場合には、ステップS25に進み、指令電流設定部54が設定するδ軸指令電流Iδ*の符号を反転させる。これにより、図18に示すように、γ軸指令電流Iγ*及びδ軸指令電流Iδ*によって定まる符号反転後の指令電流ベクトルは、符号反転前の指令電流ベクトルに対してγ軸に線対称な関係となる。
When a negative determination is made in step S18, the process proceeds to step S25, and the sign of the δ-axis command current Iδ * set by the command
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
<その他の実施形態>
・γ軸指令電流Iγ*が0以外の値(例えば、Iγ*<0)に設定されていてもよい。この設定は、例えば、回転電機が突極機であるIPMSMの場合に採用される。この場合、図19に示すように、第1点P1及び第2点P2がγ軸上からずれた位置に存在することとなる。この場合において、第1点P1と第2点P2とは、d,γ軸に対して線対称な関係にある。図19に、dq座標系において、第1点P1及び第2点P2を通る直線と、一点鎖線で示した軌跡とで囲まれる領域のうち、この軌跡以外の領域である規定領域をArで示す。
<Other embodiments>
The γ-axis command current Iγ * may be set to a value other than 0 (for example, Iγ * <0). This setting is adopted, for example, when the rotating electric machine is an IPMSM which is a salient pole machine. In this case, as shown in FIG. 19, the first point P1 and the second point P2 are present at positions displaced from the γ-axis. In this case, the first point P1 and the second point P2 are in line symmetry with respect to the d and γ axes. In FIG. 19, in the dq coordinate system, of the region surrounded by the straight line passing through the first point P1 and the second point P2 and the locus indicated by the alternate long and short dash line, the specified region other than this locus is indicated by Ar. .
・回転電機としては、ロータに永久磁石を備える永久磁石界磁型のものに限らず、例えば、界磁電流が流れる界磁巻線をロータに備える巻線界磁型のものであってもよい。 The rotating electric machine is not limited to a permanent magnet field type in which a rotor has a permanent magnet, but may be a winding field type in which a rotor has a field winding through which a field current flows. .
・インバータを構成するスイッチとしては、MOSFETに限らず、例えばIGBTであってもよい。 The switch forming the inverter is not limited to the MOSFET and may be an IGBT, for example.
10…回転電機、10a…ロータ、50…制御装置、63…復帰制御部。 10 ... Rotating electric machine, 10a ... Rotor, 50 ... Control device, 63 ... Return control part.
Claims (13)
前記推定部により推定された磁極位置である推定磁極位置に基づいて、前記回転電機のロータ(10a)を特定方向に回転させるために前記回転電機のステータ巻線(11U〜11W)に流れる電流を制御する駆動制御部と、
前記駆動制御部による電流制御が開始された場合において、前記ロータが前記特定方向とは逆方向に回転していることを判定する逆転判定部と、を備え、
原点を通って前記回転電機の実際の磁極位置の方向に延びるd軸と、前記原点を通って前記d軸に直交する方向に延びるq軸とにより規定される座標系をdq座標系とし、
前記逆転判定部により逆方向に回転していると判定された後、前記駆動制御部の電流制御で用いられる前記推定磁極位置を180°反転させると仮定した場合、前記dq座標系において前記電流ベクトルの先端が描くと想定される軌跡の開始位置を第1点(P1)とし、前記軌跡の最終位置を第2点(P2)とし、
前記dq座標系において、前記第1点及び前記第2点を通る直線と、前記軌跡とで囲まれる領域のうち、前記軌跡以外の領域を規定領域(Ar)とする場合、
前記逆転判定部により逆方向に回転していると判定された場合、前記電流ベクトルの先端が前記規定領域からはみださないようにその先端を前記第1点から前記第2点まで移動させるために、前記ステータ巻線に流れる電流を制御する復帰処理を行う復帰制御部と、を備える回転電機の制御装置。 An estimation unit for estimating the magnetic pole position of the synchronous rotating electric machine (10);
Based on the estimated magnetic pole position which is the magnetic pole position estimated by the estimation unit, a current flowing through the stator windings (11U to 11W) of the rotary electric machine in order to rotate the rotor (10a) of the rotary electric machine in a specific direction. A drive control unit for controlling,
When the current control by the drive control unit is started, a reverse rotation determination unit that determines that the rotor is rotating in a direction opposite to the specific direction, and
A dq coordinate system is defined as a coordinate system defined by a d-axis extending through the origin in the direction of the actual magnetic pole position of the rotating electric machine and a q-axis extending through the origin in a direction orthogonal to the d-axis.
If it is assumed that the estimated magnetic pole position used in the current control of the drive control unit is inverted by 180 ° after the reverse rotation determination unit determines that the current vector is the current vector in the dq coordinate system. The start position of the trajectory assumed to be drawn by the tip of is the first point (P1), the final position of the trajectory is the second point (P2),
In the dq coordinate system, when a region other than the locus among the regions surrounded by the straight line passing through the first point and the second point and the locus is the defined region (Ar),
When the reverse rotation determination unit determines that the current vector is rotating in the reverse direction, the tip of the current vector is moved from the first point to the second point so that the tip does not protrude from the specified region. Therefore, a controller for a rotating electric machine, comprising: a return controller that performs a return process for controlling a current flowing through the stator winding.
前記復帰制御部は、前記復帰処理として、前記駆動制御部の電流制御で用いられる前記推定磁極位置及び前記指令電圧ベクトルの位相のそれぞれを180°反転させる処理を行う請求項1に記載の回転電機の制御装置。 The drive control unit controls a current flowing through the stator winding based on a command voltage vector applied to the stator winding and the estimated magnetic pole position,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the return control unit performs, as the return process, a process of reversing each of the estimated magnetic pole position and the phase of the command voltage vector used for current control of the drive control unit by 180 °. Control device.
原点を通って前記推定磁極位置の方向に延びるγ軸と、前記原点を通って前記γ軸に直交する方向に延びるδ軸とにより規定される座標系をγδ座標系とする場合、前記復帰制御部は、前記復帰処理として、前記駆動制御部の電流制御で用いられる前記指令電流ベクトルを、前記γδ座標系において前記γ軸に対して線対称なベクトルに変更する処理を行う請求項1に記載の回転電機の制御装置。 The drive control unit controls a current flowing through the stator winding based on a command current vector flowing through the stator winding and the estimated magnetic pole position,
When the coordinate system defined by the γ-axis extending through the origin in the direction of the estimated magnetic pole position and the δ-axis extending through the origin in the direction orthogonal to the γ-axis is the γδ coordinate system, the return control is performed. The unit performs, as the restoration process, a process of changing the command current vector used in the current control of the drive control unit to a vector that is line-symmetric with respect to the γ axis in the γδ coordinate system. Control device for rotating electric machine.
前記高周波電圧の印加によって前記ステータ巻線に流れる高周波電流を検出する高周波検出部と、を備え、
前記推定部は、前記高周波検出部により検出された高周波電流に基づいて、前記回転電機の磁極位置を推定し、
前記復帰制御部は、前記復帰処理に加え、前記ステータ巻線に印加される前記高周波電圧の位相を180°反転させる処理を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 A high frequency applying section for applying a high frequency voltage to the stator winding;
A high-frequency detector that detects a high-frequency current flowing in the stator winding by applying the high-frequency voltage,
The estimating unit estimates the magnetic pole position of the rotating electric machine based on the high frequency current detected by the high frequency detecting unit,
The rotary electric machine control according to any one of claims 1 to 3, wherein the restoration control unit performs processing for inverting the phase of the high-frequency voltage applied to the stator winding by 180 ° in addition to the restoration processing. apparatus.
前記復帰制御部は、前記極性判定部により極性が判定された後に前記復帰処理を行う請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 A polarity determining unit for determining the polarity of the magnetic pole position of the rotating electric machine,
The control device for a rotary electric machine according to claim 1, wherein the return control unit performs the return process after the polarity is determined by the polarity determination unit.
前記逆転判定部は、推定された前記電気角速度と、前記ステータ巻線に流れる電流とに基づいて、前記逆方向に回転していることを判定する請求項6に記載の回転電機の制御装置。 The estimating unit estimates an electrical angular velocity of the rotating electric machine, and estimates a magnetic pole position based on the estimated electrical angular velocity,
The control device for a rotating electric machine according to claim 6, wherein the reverse rotation determination unit determines that the motor is rotating in the reverse direction based on the estimated electrical angular velocity and the current flowing through the stator winding.
前記逆転判定部は、推定された前記電気角加速度と、前記ステータ巻線に流れる電流とに基づいて、前記逆方向に回転していることを判定する請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 The estimation unit estimates the electrical angular acceleration of the rotating electric machine,
The said reverse rotation determination part determines that it is rotating in the said reverse direction based on the estimated said electrical angular acceleration and the electric current which flows into the said stator winding. The control device for the rotating electric machine described.
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