JP2021078176A - Control device for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、界磁巻線と三相巻線を備えた回転電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a rotary motor including a field winding and a three-phase winding.
回転電動機として、ロータに界磁を作る直流電流(界磁電流)を流す界磁巻線と、当該界磁との相互作用によりロータにトルクを発生させる交流電流(三相電流)を流す三相巻線を備えるものが知られている。界磁巻線は界磁磁束を発生させ、三相巻線は回転磁界を発生させる。このような回転電動機のシステムは、界磁巻線に界磁電流を流す界磁用コンバータと、三相巻線に三相電流を流すインバータと、界磁用コンバータ及びインバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、回転電動機のトルク指令値に従って制御を行い、当該制御において、固定座標系における三相巻線の三相交流(三相電流、三相電圧)を、回転座標系におけるdq軸(dq軸電流、dq軸電圧)に変換して扱うことが一般的である。 As a rotary motor, a field winding that passes a direct current (field current) that creates a field in the rotor and a three-phase current that flows an alternating current (three-phase current) that generates torque in the rotor by interacting with the field. Those equipped with windings are known. The field winding generates a field magnetic flux, and the three-phase winding generates a rotating magnetic field. Such a system of a rotary motor includes a field converter that allows a field current to flow through a field winding, an inverter that allows a three-phase current to flow through a three-phase winding, and a control device that controls the field converter and the inverter. To be equipped. The control device controls according to the torque command value of the rotary motor, and in the control, the three-phase alternating current (three-phase current, three-phase voltage) of the three-phase winding in the fixed coordinate system is controlled by the dq axis (dq) in the rotational coordinate system. It is generally handled by converting it into shaft current (shaft current, dq shaft voltage).
特許文献1には、界磁巻線に界磁電流を流し始めてから、界磁電流が増大してその目標値に到達する前までの期間において、界磁電流を流し始めるタイミングよりも、三相巻線のd軸電流を負方向に増加させるタイミングを遅延させ、その後、d軸電流を負方向に急峻に増加させる回転電機の制御装置が開示されている。この構成により、界磁電流が目標値に到達するまでの時間を短くでき、回転電機のトルクを迅速に立ち上げることができるとしている。
In
ところで、界磁巻線に流す界磁電流を小さくして、界磁用コンバータに流れる電流を小さくすれば、界磁用コンバータを構成するスイッチング素子として電流容量が小さいものを使えるため、コスト低減になる。しかし、この場合、界磁巻線に流れる電流が小さい分、界磁巻線から所望の磁束を発生させるためには界磁巻線の巻数(ターン数とも言う)を多くする必要がある。界磁巻線のターン数が多い場合、界磁巻線の自己インダクタンス、三相巻線との間の相互インダクタンスが高くなるため、界磁電流が目標値に到達するまでの時間が長くなって、回転電動機のトルクがトルク指令値に到達するまでの時間が長くなってしまう。 By the way, if the field current flowing through the field winding is reduced and the current flowing through the field converter is reduced, a switching element having a small current capacity can be used as the switching element constituting the field converter, thus reducing the cost. Become. However, in this case, since the current flowing through the field winding is small, it is necessary to increase the number of turns (also referred to as the number of turns) of the field winding in order to generate a desired magnetic flux from the field winding. When the number of turns of the field winding is large, the self-inductance of the field winding and the mutual inductance between the three-phase winding become high, so that it takes a long time for the field current to reach the target value. , It takes a long time for the torque of the rotary motor to reach the torque command value.
界磁巻線のターン数が多い場合などにおいても、回転電動機のトルクをトルク指令値に迅速に到達させることができる回転電動機の制御が望まれている。 Even when the number of turns of the field winding is large, it is desired to control the rotary motor so that the torque of the rotary motor can quickly reach the torque command value.
本発明の目的は、回転電動機のトルクをトルク指令値に迅速に到達させることにある。 An object of the present invention is to quickly bring the torque of a rotary motor to a torque command value.
本発明の回転電動機の制御装置は、界磁巻線と三相巻線を備える回転電動機に適用され、前記界磁巻線に界磁電流を流す界磁用コンバータと前記三相巻線に三相電流を流すインバータを制御する制御装置であって、前記界磁電流と、前記三相電流に対応するdq軸電流に基づいて前記回転電動機のトルク推定値を取得するトルク推定部と、前記トルク推定値と前記回転電動機のトルク指令値の偏差を比例積分制御することでトルク指令補正値を算出する補正値算出部と、前記トルク指令補正値と前記トルク指令値を加算した補正後トルク指令値に基づいて、界磁電流指令値とdq軸電流指令値を設定する電流指令値設定部と、前記界磁電流指令値に基づいて前記界磁用コンバータのスイッチング素子を制御する界磁用コンバータ制御部と、前記dq軸電流指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御部と、を備える、ことを特徴とする。 The control device for a rotary motor of the present invention is applied to a rotary motor including a field winding and a three-phase winding, and is applied to a field converter for passing a field current through the field winding and three to the three-phase winding. A control device that controls an inverter that flows a phase current, a torque estimation unit that acquires a torque estimation value of the rotary motor based on the field current and a dq-axis current corresponding to the three-phase current, and the torque. A correction value calculation unit that calculates the torque command correction value by proportionally integrating and controlling the deviation between the estimated value and the torque command value of the rotary motor, and the corrected torque command value obtained by adding the torque command correction value and the torque command value. A field command value setting unit that sets the field current command value and the dq axis current command value based on the above, and a field converter control that controls the switching element of the field converter based on the field current command value. It is characterized by including a unit and an inverter control unit that controls a switching element of the inverter based on the dq-axis current command value.
この構成によれば、トルク指令値に加えて、回転電動機のトルク推定値(現在のトルク推定値)とトルク指令値の偏差が考慮されて界磁電流指令値とdq軸電流指令値が設定されるので、トルク指令値のみに基づいて界磁電流指令値とdq軸電流指令値が設定される場合に比べて、より短時間に回転電動機のトルクをトルク指令値に到達させることができる。例えば、トルク指令値が急峻に増加した際には、トルク推定値とトルク指令値の偏差が大きくなることから、トルク指令値のみに基づいて界磁電流指令値とdq軸電流指令値が設定される場合に比べて、界磁電流指令値とdq軸電流指令値(回転電動機がSPM(表面磁石型モータ)でありd軸電流が0Aで制御される場合にはq軸電流指令値、以下、本段落において同じ)が大きく設定され、より短時間にトルクをトルク指令値に到達させることができる。この際、界磁電流指令値が最大値に達しても、dq軸電流指令値が大きく設定されるので、トルクを迅速に増加させることができる。また、界磁巻線のターン数が多く、界磁電流が界磁電流指令値に到達するまでの時間が長い場合であっても、dq軸電流(回転電動機がSPM(表面磁石型モータ)でありd軸電流が0Aで制御される場合にはq軸電流)が大きくなるので、トルクが迅速に増加する。 According to this configuration, in addition to the torque command value, the field current command value and the dq axis current command value are set in consideration of the deviation between the torque estimated value (current torque estimated value) and the torque command value of the rotary motor. Therefore, the torque of the rotary motor can reach the torque command value in a shorter time than when the field current command value and the dq axis current command value are set based only on the torque command value. For example, when the torque command value increases sharply, the deviation between the torque estimate value and the torque command value becomes large, so the field current command value and the dq axis current command value are set based only on the torque command value. Compared to the case where the field current command value and the dq-axis current command value (when the rotary motor is an SPM (surface magnet type motor) and the d-axis current is controlled at 0 A, the q-axis current command value, hereinafter, The same) is set to a large value in this paragraph, and the torque can reach the torque command value in a shorter time. At this time, even if the field current command value reaches the maximum value, the dq-axis current command value is set large, so that the torque can be increased quickly. Further, even when the number of turns of the field winding is large and the time required for the field current to reach the field current command value is long, the dq axis current (the rotary motor is SPM (surface magnet type motor)). Yes When the d-axis current is controlled at 0 A, the q-axis current) increases, so the torque increases rapidly.
本発明の回転電動機の制御装置において、前記回転電動機は、トルクと回転速度に応じてPWM制御と矩形波制御が選択的に適用され、前記回転電動機にPWM制御が適用される場合に、前記補正後トルク指令値に基づいて前記界磁用コンバータおよび前記インバータのスイッチング素子が制御され、前記回転電動機に矩形波制御が適用される場合に、前記トルク指令値に基づいて前記界磁用コンバータおよび前記インバータのスイッチング素子が制御される、としてもよい。 In the control device for the rotary motor of the present invention, the rotary motor is selectively applied with PWM control and square wave control according to torque and rotation speed, and the correction is made when PWM control is applied to the rotary motor. When the switching elements of the field converter and the inverter are controlled based on the rear torque command value and the square wave control is applied to the rotary motor, the field converter and the field converter and the field converter based on the torque command value. The switching element of the inverter may be controlled.
また、本発明の回転電動機の制御装置は、界磁巻線と三相巻線を備える回転電動機に適用され、前記界磁巻線に界磁電流を流す界磁用コンバータと前記三相巻線に三相電流を流すインバータを制御する制御装置であって、前記界磁電流と、前記三相電流に対応するdq軸電流とに基づいて前記回転電動機のトルク推定値を取得するトルク推定部と、前記トルク推定値と前記回転電動機のトルク指令値の偏差を比例積分制御することでd軸電流指令補正値を算出する補正値算出部と、前記トルク指令値に基づいて、界磁電流指令値、d軸電流指令値、およびq軸電流指令値を設定する電流指令値設定部と、前記d軸電流指令補正値と前記d軸電流指令値を加算した補正後d軸電流指令値と、前記q軸電流指令値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御部と、前記界磁電流指令値に基づいて、前記界磁用コンバータのスイッチング素子を制御する界磁用コンバータ制御部と、を備える、ことを特徴とする。 Further, the control device for the rotary motor of the present invention is applied to a rotary motor including a field winding and a three-phase winding, and is a field converter for passing a field current through the field winding and the three-phase winding. A control device that controls an inverter that flows a three-phase current to a torque estimation unit that acquires a torque estimation value of the rotary motor based on the field current and the dq-axis current corresponding to the three-phase current. , The correction value calculation unit that calculates the d-axis current command correction value by proportionally integrating and controlling the deviation between the torque estimation value and the torque command value of the rotary motor, and the field current command value based on the torque command value. , The current command value setting unit for setting the d-axis current command value and the q-axis current command value, the corrected d-axis current command value obtained by adding the d-axis current command correction value and the d-axis current command value, and the above. An inverter control unit that controls the switching element of the inverter based on the q-axis current command value, and a field converter control unit that controls the switching element of the field converter based on the field current command value. It is characterized by having.
この構成によれば、d軸電流指令値に加えて、回転電動機のトルク推定値(現在のトルク推定値)とトルク指令値の偏差が考慮された補正後d軸電流指令値に基づいてインバータが制御されるので、当該偏差が考慮されていないd軸電流指令値に基づいてインバータが制御される場合に比べて、より短時間に回転電動機のトルクをトルク指令値に到達させることができる。 According to this configuration, in addition to the d-axis current command value, the inverter is based on the corrected d-axis current command value that takes into account the deviation between the torque estimate value (current torque estimate value) of the rotary motor and the torque command value. Since it is controlled, the torque of the rotary motor can reach the torque command value in a shorter time than when the inverter is controlled based on the d-axis current command value in which the deviation is not taken into consideration.
本発明の回転電動機の制御装置において、前記回転電動機は、トルクと回転速度に応じてPWM制御と矩形波制御が選択的に適用され、前記回転電動機に前記PWM制御が適用される場合に、前記補正後d軸電流指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子が制御され、前記回転電動機に前記矩形波制御が適用される場合に、前記トルク指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子が制御される、としてもよい。 In the control device for the rotary motor of the present invention, the PWM control and the square wave control are selectively applied to the rotary motor according to the torque and the rotation speed, and the PWM control is applied to the rotary motor. The switching element of the inverter is controlled based on the corrected d-axis current command value, and when the square wave control is applied to the rotary motor, the switching element of the inverter is controlled based on the torque command value. , May be.
本発明の回転電動機の制御装置において、前記界磁用コンバータは、バッテリの電圧が直接または昇圧されて印加される一対の母線の間に接続された第1アームおよび第2アームを備え、前記第1アームと前記第2アームはそれぞれ、2つのスイッチング素子を直列接続して構成され、前記界磁巻線の一端は前記第1アームの2つのスイッチング素子の間に接続され、前記界磁巻線の他端は前記第2アームの2つのスイッチング素子の間に接続されている、としてもよい。 In the control device for the rotary motor of the present invention, the field converter includes a first arm and a second arm connected between a pair of bus wires to which the voltage of the battery is directly or boosted and applied. Each of the 1st arm and the 2nd arm is configured by connecting two switching elements in series, and one end of the field winding is connected between the two switching elements of the 1st arm. The other end of the second arm may be connected between the two switching elements of the second arm.
本発明によれば、回転電動機のトルクをトルク指令値に迅速に到達させることができる。 According to the present invention, the torque of the rotary motor can be quickly reached to the torque command value.
以下、本発明に係る各実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下で述べる構成は、説明のための例示であって、回転電動機システムの仕様等に合わせて適宜変更が可能である。全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration described below is an example for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the rotary motor system and the like. Similar elements are designated by the same reference numerals in all drawings, and duplicate description will be omitted. Further, when a plurality of embodiments and modifications are included in the following, it is assumed from the beginning that those characteristic portions are used in appropriate combinations.
図1は、本実施形態における回転電動機システム10の回路図である。回転電動機システム10は、バッテリ14(直流電源とも言う)、コンデンサ17、22、昇圧コンバータ18、界磁用コンバータ24、インバータ26、回転電動機30、及び制御装置12をを備える。
FIG. 1 is a circuit diagram of the
回転電動機30は、ステータとロータを備え、ステータは、ロータに界磁を作る直流電流(界磁電流とも言う)を流す界磁巻線34と、当該界磁との相互作用によりロータにトルクを発生させる交流電流(三相電流とも言う)を流す三相巻線32(電機子巻線とも言う)とを備える。界磁巻線34は、界磁磁束を発生させ、三相巻線32は、回転磁界を発生させる。なお、ここでは、ステータが界磁巻線34を備えるとしたが、ロータまたはロータ周辺の部材が界磁巻線34を備える構成であってもよい。本実施形態の回転電動機30は、SPM(表面磁石型モータ)である。
The
図1に示すように、コンデンサ17及び昇圧コンバータ18は、バッテリ14に対して並列に接続される。バッテリ14は、回転電動機30の電力源である。昇圧コンバータ18は、バッテリ14から電力が供給され、母線28a、28b間の電圧を可変にする。母線28a、28bの間には、コンデンサ22、界磁用コンバータ24及びインバータ26が接続される。界磁用コンバータ24は、界磁巻線34に界磁電流ifを流し、インバータ26は、回転電動機30の三相巻線32に三相電流を流す。制御装置12は、昇圧コンバータ18、界磁用コンバータ24、及びインバータ26を制御する。
As shown in FIG. 1, the capacitor 17 and the
昇圧コンバータ18は、2つのスイッチング素子Su1、Su2を直列接続したアームA0と、リアクトル20を備える。各スイッチング素子Su1、Su2の両端には、ダイオードが並列接続される。昇圧コンバータ18のアームA0は、母線28a、28b間に接続され、リアクトル20の一端は、アームA0の2つのスイッチング素子Su1、Su2の間の中点に接続され、リアクトル20の他端はバッテリ14の正側(正極)に接続にされる。制御装置12は、昇圧コンバータ18の2つのスイッチング素子Su1、Su2のオン/オフを制御することにより、バッテリ14の出力電圧vbを昇圧し、母線28a、28b間に電圧vcを印加する。なお、電圧vbに対する電圧vcの割合(昇圧比)は、スイッチング素子Su1、Su2のオン/オフ期間によって変化する。
The
界磁用コンバータ24は、2つのスイッチング素子S1、S2を直列接続した第1アームA11と、2つのスイッチング素子S3、S4を直列接続した第2アームA12を備える。各スイッチング素子S1、S2、S3、S4の両端には、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4の電流方向とは逆方向の電流が流れるようにダイオードが並列接続される。第1アームA11及び第2アームA12は、母線28a、28bの間に接続される。界磁巻線34の一端は第1アームA11の2つのスイッチング素子S1、S2の間の中点apに接続され、界磁巻線34の他端は第2アームA12の2つのスイッチング素子S3、S4の間の中点bpに接続される。なお、この構成の界磁用コンバータ24を、Hアームコンバータとも言う。界磁電流ifの電流経路には電流センサ40が設けられている。電流センサ40によって検出された界磁電流ifの検出値(以下、界磁電流検出値ifとも言う)は、制御装置12に送信される。
The
界磁用コンバータ24のスイッチング素子S1、S4をオンにし、S2、S3をオフにすると、ap点が母線28a(正側)に電気的に接続され、bp点が母線28b(負側)に電気的に接続される。そのため、ap点の電位はbp点の電位に比べてvcだけ高くなり(ap点の電位>bp点の電位)、界磁巻線34に正電圧vcが印加される。界磁電流ifは、ap点からbp点に向かって流れ、界磁巻線34に正方向(図1に示すifの実線矢印で示す方向))の電流が流れる。
When the switching elements S1 and S4 of the
一方、界磁用コンバータ24のスイッチング素子S1、S4をオフにし、S2、S3をオンにすると、bp点が母線28a(正側)に電気的に接続され、ap点が母線28b(負側)に電気的に接続される。そのため、bp点の電位はap点の電位に比べてvcだけ高くなり(bp点の電位>ap点の電位)、界磁巻線34に負電圧vc(−vc)が印加される。界磁電流ifは、bp点からap点に向かって流れ、界磁巻線34に負方向(図1に示すifの実線矢印で示す方向とは逆方向)の電流が流れる。
On the other hand, when the switching elements S1 and S4 of the
制御装置12は、界磁用コンバータ24の各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号GS1、GS2、GS3、GS4を用いて、S1、S4がオンかつS2、S3がオフの期間t1と、S1、S4がオフかつS2、S3がオンの期間t2との比df(=t1/t2、デューティ比dfとも言う)を制御する。それにより、制御装置12は、界磁電流ifを0(A)にしたり、界磁電流ifの正方向及び負方向の電流の大きさを制御する。
The
インバータ26は、三相インバータである。具体的には、インバータ26は、母線28a、28b間に接続されたU相アームB1、V相アームB2及びW相アームB3を備える。各アームB1、B2、B3には2つのスイッチング素子Sa、Sbが直列に接続され、各スイッチング素子Sa、Sbの両端には、各スイッチング素子の電流方向とは逆方向の電流が流れるようにダイオードが並列接続される。三相巻線32は、U相電流が流れるU相巻線、V相電流が流れるV相巻線、及びW相電流が流れるW相巻線を含む。図1では、U相巻線、V相巻線、W相巻線にそれぞれu、v、wの符号を付している。制御装置12は、インバータ26の各スイッチング素子のオン/オフを制御することにより、三相巻線32の三相電流を制御する。なお、図1では、三相巻線32の各相の巻線を簡略化して示して、各相で1つのみとしているが、実際には、各相で複数の巻線が直列に接続される。
The
U相巻線の一端は、U相アームB1のスイッチング素子Sa、Sb間の中点に接続される。V相巻線の一端は、V相アームB2のスイッチング素子Sa、Sb間の中点に接続される。W相巻線の一端は、W相アームB3のスイッチング素子Sa、Sb間の中点に接続される。U相巻線、V相巻線及びW相巻線の他端は、中性点Gで共通に接続される。 One end of the U-phase winding is connected to the midpoint between the switching elements Sa and Sb of the U-phase arm B1. One end of the V-phase winding is connected to the midpoint between the switching elements Sa and Sb of the V-phase arm B2. One end of the W-phase winding is connected to the midpoint between the switching elements Sa and Sb of the W-phase arm B3. The other ends of the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding are commonly connected at the neutral point G.
U相巻線に流れる電流iuは、電流センサ38uによって検出され、その検出値が制御装置12へ送信され、V相巻線に流れる電流ivは、電流センサ38vによって検出され、その検出値が制御装置12へ送信される。なお、三相巻線の各相の巻線は中性点Gで共通接続されているため、各相の巻線に流れる電流iu、iv、iwの総和がゼロになることから、制御装置12は、W相巻線に流れる電流iwを、検出値iu、ivから取得することができる。
The current iu flowing in the U-phase winding is detected by the
回転電動機30には、回転角センサ36(例えばレゾルバ)が設けられている。回転角センサ36によって検出されたロータの回転角度位置(以下、回転角と言う)θeは、制御装置12へ送られる。
The
制御装置12は、発生または入力されたトルク指令値に基づいて、昇圧コンバータ18のスイッチング素子Su1、Su2のゲート信号GSu1、GSu2と、界磁用コンバータ24のスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号GS1、GS2、GS3、GS4と、インバータ26のスイッチング素子のゲート信号GI(ここではインバータ26の6個のスイッチング素子の各ゲート信号をまとめて符号GIで示す)を生成する。なお、トルク指令値は、例えば、回転電動機システム10が車両に搭載される場合にはアクセル開度及び車速から制御装置12においてマップ参照等により導出される。なお、昇圧コンバータ18、界磁用コンバータ24、インバータ26、及び制御装置12を含むユニットは、パワー・コントロール・ユニット(PCU)と呼ばれる。
Based on the generated or input torque command value, the
図2A、図2Bは、制御装置12のブロック図である。図2A、図2Bでは、昇圧コンバータ18のゲート信号GSu1、GSu2の生成回路は省略されている。図2Aに示すように、制御装置12は、dq軸電流id、iq及び界磁電流ifのそれぞれが入力されるバンドストップフィルター(BSFとも言う)80a、80b、80cと、BSF80a、80b、80cを通過したdq軸電流id_bsf、iq_bsf及び界磁電流if_bsfに基づいて回転電動機30のトルク推定値Testを取得するトルク推定部82と、トルク推定値Testと回転電動機30のトルク指令値Trの偏差を比例積分制御することでトルク指令補正値Tcoを算出する補正値算出部100と、トルク指令補正値Tcoとトルク指令値Trを加算して補正後トルク指令値Trcを出力する加算器84bを備える。なお、dq軸電流id、iqは、制御装置12が回転電動機30(ロータ)の回転角θeを用いて固定座標系における三相電流の検出値(w相については取得値)iu、iv、iwを回転座標系におけるdq軸上の値に変換したものである。以後、dq軸電流id、iqを、dq軸電流検出値id、iqとも言う。
2A and 2B are block diagrams of the
また、図2Bに示すように、制御装置12は、補正後トルク指令値Trcに基づいて界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqrを設定する電流指令値設定部102と、界磁電流指令値ifrに基づいて界磁用コンバータ24のスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号GS1、GS2、GS3、GS4を生成する界磁用コンバータ制御部104と、dq軸電流指令値idr、iqrに基づいてインバータ26のスイッチング素子のゲート信号GIを生成するインバータ制御部106を備える。
Further, as shown in FIG. 2B, the
図2Aに示すBSF80a、80b、80cのそれぞれは、dq軸電流検出値id、iq及び界磁電流検出値ifから、三相巻線32を流れる三相電流の基本波周波数の6次、12次(6の逓倍の次数)の高調波成分を除去する。このように6次、12次の成分を除去する理由は、回転電動機30において、三相電流の基本波周波数の6の逓倍の次数の成分がdq軸電流検出値id、iq及び界磁電流検出値ifに現れやすく、これらの成分がdq軸電流検出値id、iq及び界磁電流検出値ifに現れると、トルク推定部82でトルク推定の処理を精度良く行えない可能性があるためである。なお、BSF80a、80b、80cは、6次、12次以外の6の逓倍の次数(18次、24次・・・)の高調波成分も合わせて除去する構成であってもよい。また、例えば高調波成分が現れにくいような場合には、BSF80a、80b、80cを省略してもよい。
BSF80a, 80b, 80c shown in FIG. 2A are the sixth and twelfth harmonic frequencies of the three-phase current flowing through the three-phase winding 32 from the dq-axis current detection values id and iq and the field current detection value if, respectively. The harmonic component (order of multiplication of 6) is removed. The reason for removing the 6th and 12th order components in this way is that in the
トルク推定部82は、高調波成分が除去されたdq軸電流検出値id_bsf、iq_bsf及び界磁電流検出値if_bsfを受け付ける。以後、トルク推定部82の説明においてid_bsf、iq_bsf及びif_bsfの「_bsf」を省略し、id、iq及びifと記す。トルク推定部82は、dq軸電流検出値id、iq及び界磁電流検出値ifに対するトルク推定値Testを規定したトルク推定マップを備える。トルク推定部82は、トルク推定マップを用いて、受け付けたdq軸電流検出値id、iq及び界磁電流検出値ifに対応するトルク推定値Testを取得する。トルク推定値Testは、現在の回転電動機30のトルク値を推定したものである。なお、トルク推定部82は、トルク推定マップに代えて、トルク推定式を用いてトルク推定値Testを取得してもよい。以下に、トルク推定式(数1)を示す。
The
トルク推定式(数1)において、Pは回転電動機30の極対数を、Φmgは電機子鎖交磁束を、Mfは界磁巻線34と三相巻線32の相互インダクタンスを、Ldはd軸インダクタンスを、Lqはq軸インダクタンスをそれぞれ示す。
In the torque estimation formula (Equation 1), P is the number of pole pairs of the
補正値算出部100は、加算器84aとPI制御器86(比例積分制御器とも言う)を備える。補正値算出部100は、トルク推定部82からトルク推定値Testを受け付け、トルク推定値Testと回転電動機30のトルク指令値Trの偏差を加算器84aで算出し、この偏差をPI制御器86で比例積分制御することによりトルク指令補正値Tcoを算出する。ここで、トルク指令補正値Tcoは正負の値をとる。そして、トルク指令補正値Tcoとトルク指令値Trを加算器84bで加算し、補正後トルク指令値Trcを取得する。
The correction
図2Bに示す電流指令値設定部102は、補正後トルク指令値Trcを受け付ける。電流指令値設定部102は、補正後トルク指令値Trcに対するdq軸電流指令値idr、iqr及び界磁電流指令値ifrを規定した電流指令マップ60を備える。電流指令値設定部102は、電流指令マップ60を用いて、受け付けた補正後トルク指令値Trcに対応するdq軸電流指令値idr、iqr及び界磁電流指令値ifrを取得する。すなわち、補正後トルク指令値Trcに基づいて、dq軸電流指令値idr、iqr及び界磁電流指令値ifrを設定する。 The current command value setting unit 102 shown in FIG. 2B receives the corrected torque command value Trc. The current command value setting unit 102 includes a current command map 60 that defines dq-axis current command values idr, iqr and field current command value ifr with respect to the corrected torque command value Trc. The current command value setting unit 102 uses the current command map 60 to acquire the dq-axis current command values idr, iqr and the field current command value ifr corresponding to the received corrected torque command value Trc. That is, the dq-axis current command values idr, iqr and the field current command value ifr are set based on the corrected torque command value Trc.
インバータ制御部106は、dq軸電流指令値idr、iqrを受け付ける。インバータ制御部106は、複数の加算器62a、62b、62c、62dと、2つのPI制御器(比例積分制御器)64a、64bと、非干渉化制御器66と、dq軸−3相変換器68と、PWM70aを備える。インバータ制御部106は、d軸電流指令値idrとd軸電流検出値idの誤差を加算器62aで算出し、この誤差をゼロに近づけるようにPI制御器64aで比例積分制御を行って、d軸電圧指令値vdrを算出する。同様に、インバータ制御部106は、q軸電流指令値iqrとq軸電流検出値iqの誤差を加算器62cで算出し、この誤差をゼロに近づけるようにPI制御器64bで比例積分制御を行って、q軸電圧指令値vqrを算出する。次に、インバータ制御部106は、回転電動機30の巻線間の干渉による誤差を除去するように、非干渉化制御器66と加算器62b、62dを用いて、dq軸電圧指令値vdr、vqrを調整する。そして、インバータ制御部106は、dq軸−3相変換器68において、回転電動機30(ロータ)の回転角θeを用いて回転座標系におけるdq軸電圧指令値vdr、vqrを、固定座標系における三相電圧指令値vur、vvr、vwrに変換する。そして、PWM70aにおいて、三相電圧指令値vur、vvr、vwrに基づいてインバータ26の各スイッチング素子のゲート信号GIを生成する。
The
また、界磁用コンバータ制御部104は、界磁電流指令値ifrを受け付ける。界磁用コンバータ制御部104は、加算器62eと、PI制御器(比例積分制御器)64cと、PWM70bを備える。界磁用コンバータ制御部104は、界磁電流指令値ifrと、界磁電流検出値ifとの誤差を加算器62eで算出し、この誤差をゼロに近づけるようにPI制御器64cで比例積分制御を行って、界磁電圧指令値vfrを設定する。そして、界磁用コンバータ制御部104は、PWM70bにおいて、界磁電圧指令値vfrに基づいて界磁用コンバータ24の各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号GS1、GS2、GS3、GS4を生成する。
Further, the field
なお、昇圧コンバータ18の各スイッチング素子Su1、Su2のゲート信号GSu1、GSu2は、従来公知の方法により生成することができる。本実施形態では、補正後トルク指令値Trcに基づいて昇圧コンバータ18の指令値を設定し、その指令値に基づいて昇圧コンバータ18の各ゲート信号GSu1、GSu2を生成することもできる。
The gate signals GSu1 and GSu2 of the switching elements Su1 and Su2 of the
次に、以上のように構成された本実施形態の回転電動機システム10の動作について紹介する。図3Aは、本実施形態の回転電動機システム10のトルク指令値に対する各センサ検出値を示す図であり、図3Bは、図3Aに示した期間twのグラフを拡大して示す図である。図3A、図3Bの各グラフにおいて、破線が指令値を、実線がセンサ検出値を示している。図3Aの各グラフの横軸は同図内の各グラフで同一の時間軸であり、図3Bの各グラフの横軸も同図内の各グラフで同一の時間軸である。図3Aには、上から順番に、d軸電流指令値idr(破線)とd軸電流検出値id(実線)のグラフ、q軸電流指令値iqr(破線)とq軸電流検出値iq(実線)のグラフ、界磁電流指令値ifr(破線)と界磁電流検出値if(実線)のグラフ、界磁電圧検出値(実線)のグラフ、トルク指令値Tr(破線)とトルク検出値T(実線)のグラフが示されている。なお、界磁電圧とは、界磁巻線34に印加される電圧である。また、図3Bには、上から順番に、拡大された界磁電流指令値ifr(破線)と界磁電流検出値if(実線)のグラフ、拡大されたトルク指令値Tr(破線)とトルク検出値T(実線)のグラフが示されている。図3Aには、トルク指令値(一番下のグラフを参照)を0から所定値まで上げ、トルク指令値を所定値でしばらく維持した後、トルク指令値を再び0に戻した時の各値が示されている。
Next, the operation of the
図3Aに示すように、回転電動機30はSPM(表面磁石型モータ)であるため、d軸電流指令値idr(破線)は0(A)に設定される。トルク指令値が0から所定値に急峻に立ち上がると、q軸電流指令値が急峻に大きく立ち上がり、界磁電圧も急峻に立ち上がってt1の期間だけ最大電圧となっている。また、トルク指令値が所定値から0に急峻に立ち下がると、界磁電圧が急峻に立ち下がってt2の期間だけ最大電圧(負方向の最大電圧)となっている。ここで、図3Bを参照し、トルク指令値が0から所定値に急峻に立ち上がる時間に着目すると、界磁電流指令値ifr(破線)に対する界磁電流検出値if(実線)の応答性はあまり良くない。界磁電圧を最大電圧、印加しているにもかかわらず、応答性はあまり良くない。これは、例えば界磁巻線34のターン数が多いことにより、界磁巻線34の自己インダクタンス、三相巻線32との間の相互インダクタンスが高くなっていること等に要因がある。一方、トルク指令値Tr(破線)に対するトルク検出値T(実線)の応答性は、非常に良い。トルク(トルク検出値)がトルク指令値に迅速に追従している。これは、q軸電流指令値iqrおよびq軸電流検出値iq(図3A参照)が急峻に大きく立ち上がっていることに要因がある。トルク指令値Trに加えて、回転電動機30のトルク推定値Test(現在のトルク推定値)とトルク指令値Trの偏差が考慮されて界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqrが設定されるので、このようにq軸電流指令値iqrが急峻に大きく立ち上がる。
As shown in FIG. 3A, since the
ここで、本実施形態と従来技術を比較する。従来技術は、本実施形態の電流指令値設定部102(図2B参照)に、補正後トルク指令値Trcではなく、トルク指令値Trを入力したものである。すなわち、従来技術は、トルク指令値Trに基づいてdq軸電流指令値idr、iqr及び界磁電流指令値ifを設定したものである。図4A、図4Bは、この従来技術の回転電動機システムのトルク指令値に対する各センサ検出値を示す図であり、図3A、図3Bのグラフに対応するものが示されている。図4Aに示すように、トルク指令値が0から所定値に急峻に立ち上がると、q軸電流指令値が急峻に立ち上がり、界磁電圧も急峻に立ち上がってt1の期間だけ最大電圧となっている。また、トルク指令値が所定値から0に急峻に立ち下がると、界磁電圧が急峻に立ち下がってt2の期間だけ最大電圧(負方向の最大電圧)となっている。これは、図3Aの本発明の実施形態と似ている。しかし、従来技術では、トルク指令値Trに基づいてq軸電流指令値iqrを設定しているので、本発明の実施形態に比べて、q軸電流指令値iqrの立ち上がり量が小さく、q軸電流検出値iqの立ち上がり量が小さい。従って、図4Bに示すように、本発明の実施形態に比べて、トルク指令値Tr(破線)に対するトルク検出値T(実線)の応答性が非常に悪い。 Here, the present embodiment and the prior art will be compared. In the prior art, the torque command value Tr is input to the current command value setting unit 102 (see FIG. 2B) of the present embodiment instead of the corrected torque command value Trc. That is, in the prior art, the dq-axis current command values idr, iqr and the field current command value if are set based on the torque command value Tr. 4A and 4B are diagrams showing each sensor detection value with respect to the torque command value of the rotary motor system of the prior art, and those corresponding to the graphs of FIGS. 3A and 3B are shown. As shown in FIG. 4A, when the torque command value rises sharply from 0 to a predetermined value, the q-axis current command value rises sharply, and the field voltage also rises sharply to reach the maximum voltage only during the period of t1. Further, when the torque command value drops sharply from a predetermined value to 0, the field voltage drops sharply and becomes the maximum voltage (maximum voltage in the negative direction) only during the period of t2. This is similar to the embodiment of the present invention in FIG. 3A. However, in the prior art, since the q-axis current command value iqr is set based on the torque command value Tr, the rise amount of the q-axis current command value iqr is smaller than that of the embodiment of the present invention, and the q-axis current command value iqr is set. The rising amount of the detected value iq is small. Therefore, as shown in FIG. 4B, the responsiveness of the torque detection value T (solid line) to the torque command value Tr (broken line) is very poor as compared with the embodiment of the present invention.
以上説明した本発明の実施形態に係る回転電動機の制御装置12によれば、トルク指令値Trに加えて、回転電動機30のトルク推定値Test(現在のトルク推定値)とトルク指令値Trの偏差が考慮されて界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqrが設定されるので、トルク指令値Trのみに基づいて界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqrが設定される場合に比べて、より短時間に回転電動機30のトルクをトルク指令値Trに到達させることができる。トルク指令値Trが急峻に増加した際には、トルク推定値Testとトルク指令値Trの偏差が大きくなることから、トルク指令値Trのみに基づいて界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqrが設定される場合に比べて、界磁電流指令値ifrとdq軸電流指令値idr、iqr(d軸電流が0Aで制御される場合にはq軸電流指令値)が大きく設定され、より短時間にトルクをトルク指令値Trに到達させることができる。この際、界磁電流指令値ifrが最大値に達しても、dq軸電流指令値idr、iqr(d軸電流が0Aで制御される場合にはq軸電流指令値)が大きく設定されるので、トルクを迅速に増加させることができる。また、界磁巻線34のターン数が多く、界磁電流ifが界磁電流指令値ifrに到達するまでの時間が長い場合であっても、dq軸電流id、iq(d軸電流idが0Aで制御される場合にはq軸電流iq)が大きくなるので、迅速にトルクが増加する。また、dq軸電流id、iqはPI制御器によりフィードバック制御されているので、dq軸電流id、iqが不必要に増加することもない。
According to the rotary
ここで、特許文献1の回転電動機システムの動作について紹介する。図5A、図5Bは、特許文献1の回転電動機システムのトルク指令値に対する各センサ検出値を示す図であり、図3A、図3Bのグラフに対応するものが示されている。特許文献1の回転電動機システムは、トルク指令値に従ってd軸電流を流すものであり、界磁電流ifを流し始めるタイミングよりも、d軸電流を増加させるタイミングを遅延させるものである。特許文献1の構成も、図5Bに示すように、本発明の実施形態に比べて、トルク指令値Tr(破線)に対するトルク検出値T(実線)の応答性が劣ることが分かる。この結果からも、本発明の実施形態の構成が優れていることを理解できる。
Here, the operation of the rotary motor system of
なお、以上説明した本発明の実施形態は、回転電動機30はSPMであった。しかし、回転電動機30は、IPM(埋込磁石型モータ)であってもよい。この場合には、d軸電流指令値idrは0Aに固定されることなく、補正後トルク指令値Trcに基づいて、様々なd軸電流指令値idrが設定される。
In the embodiment of the present invention described above, the
次に、別の実施形態の制御装置12について説明する。図6A、図6Bは、別の実施形態の制御装置12のブロック図である。以上で説明した図2A、図2Bの制御装置と、図6A、図6Bの制御装置の違いは、補正値算出部120、電流指令値設定部122、及びインバータ制御部126の構成であり、その他は同じ構成である。図6A、図6Bの制御装置では、トルク指令値Trを補正するのではなく、d軸電流指令値idrを補正する。
Next, the
図6Aに示す補正値算出部120は、加算器94とPI制御器96(比例積分制御器)を備える。補正値算出部120は、トルク推定部82からトルク推定値Testを受け付け、トルク推定値Testと回転電動機30のトルク指令値Trの偏差を加算器94で算出し、この偏差をPI制御器96で比例積分制御することによりd軸電流指令補正値idcoを算出する。ここで、d軸電流指令補正値idcoは正負の値をとる。
The correction
図6Bに示す電流指令値設定部122は、トルク指令値Trに基づいてdq軸電流指令値idr、iqr及び界磁電流指令値ifrを設定する。インバータ制御部126は、d軸電流指令補正値idcoとd軸電流指令値idrを加算器98で加算した補正後d軸電流指令値idrcと、q軸電流指令値iqrに基づいて、インバータ26の各スイッチング素子のゲート信号GIを生成する。
The current command value setting unit 122 shown in FIG. 6B sets the dq-axis current command values idr, iqr and the field current command value ifr based on the torque command value Tr. The
図7A、図7Bは、この別の実施形態の制御装置を含む回転電動機システムのトルク指令値に対する各センサ検出値を示す図であり、図3A、図3Bのグラフに対応するものが示されている。なお、図7Aの一番上に示すグラフは、補正後d軸電流指令値idrc(破線)とd軸電流検出値id(実線)のグラフである。図7Aに示すように、トルク指令値が0から所定値に急峻に立ち上がると、補正後d軸電流指令値とq軸電流指令値が急峻に立ち上がり、界磁電圧も急峻に立ち上がってt1の期間だけ最大電圧となっている。また、トルク指令値が所定値から0に急峻に立ち下がると、界磁電圧が急峻に立ち下がってt2の期間だけ最大電圧(負方向の最大電圧)となっている。図7Bに示すように、この別の実施形態においても、トルク指令値(破線)に対するトルク検出値(実線)の応答性が良いことが分かる。 7A and 7B are diagrams showing each sensor detection value with respect to the torque command value of the rotary motor system including the control device of this other embodiment, and those corresponding to the graphs of FIGS. 3A and 3B are shown. There is. The graph shown at the top of FIG. 7A is a graph of the corrected d-axis current command value idrc (broken line) and the d-axis current detection value id (solid line). As shown in FIG. 7A, when the torque command value rises sharply from 0 to a predetermined value, the corrected d-axis current command value and the q-axis current command value rise sharply, and the field voltage also rises sharply during the period of t1. Is the maximum voltage. Further, when the torque command value drops sharply from a predetermined value to 0, the field voltage drops sharply and becomes the maximum voltage (maximum voltage in the negative direction) only during the period of t2. As shown in FIG. 7B, it can be seen that the responsiveness of the torque detection value (solid line) to the torque command value (broken line) is also good in this other embodiment.
以上説明した別の実施形態の制御装置によれば、d軸電流指令値idrに加えて、回転電動機30のトルク推定値Test(現在のトルク推定値)とトルク指令値Trの偏差が考慮された補正後d軸電流指令値idrcに基づいてインバータ26が制御されるので、当該偏差が考慮されていないd軸電流指令値idrに基づいてインバータ26が制御される場合に比べて、より短時間に回転電動機のトルクをトルク指令値Trに到達させることができる。
According to the control device of another embodiment described above, in addition to the d-axis current command value inverter, the deviation between the torque estimated value Test (current torque estimated value) of the
ところで、界磁電流の大小によって、d軸電流とトルクの関係が変化する回転電動機(可変界磁モータ)が存在する。図8A〜図8Cは、このような回転電動機のトルク特性の一例を示す図である。図8Aは、界磁電流が0Aの際のdq軸電流とトルクの関係を示す図であり、図8Bは、界磁電流が最大値の1/2の際のdq軸電流とトルクの関係を示す図であり、図8Cは、界磁電流が最大値の際のdq軸電流とトルクの関係を示す図である。図8A〜図8Cにおいて、横軸はd軸電流(右端を0として左端に向かうほど負電流が大きいことを示す)、縦軸はq軸電流(下端を0として上端に向かうほど正電流が大きいことを示す)、グレースケールはトルクの大きさを示す。図8A〜図8Cの各図の右側には、グレースケールの濃淡とトルクの大小関係が示されており、淡い色は中央付近のトルク値を示し、濃い色は最小または最大付近のトルク値を示す。図8A(界磁電流=0A)には、q軸電流が大きくなるほど(図の下端から上端に向かうほど)トルクが大きくなっていることが示されており、同図に示すTDRの範囲のトルクが出力されることが示されている。図8B(界磁電流=最大値/2)にも、q軸電流が大きくなるほど(図の下端から上端に向かうほど)トルクが大きくなっていることが示されており、同図に示すTHRの範囲のトルク値が出力されることが示されている。図8C(界磁電流=最大値)にも、q軸電流が大きくなるほど(図の下端から上端に向かうほど)トルクが大きくなっていることが示されており、同図に示すTMRの範囲のトルクが出力されることが示されている。 By the way, there is a rotary motor (variable field motor) in which the relationship between the d-axis current and the torque changes depending on the magnitude of the field current. 8A to 8C are diagrams showing an example of torque characteristics of such a rotary motor. FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the dq-axis current and the torque when the field current is 0A, and FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the dq-axis current and the torque when the field current is 1/2 of the maximum value. FIG. 8C is a diagram showing the relationship between the dq-axis current and the torque when the field current is the maximum value. In FIGS. 8A to 8C, the horizontal axis is the d-axis current (indicating that the negative current is larger toward the left end with the right end as 0), and the vertical axis is the q-axis current (the positive current is larger toward the upper end with the lower end as 0). The gray scale indicates the magnitude of torque. On the right side of each of FIGS. 8A to 8C, the magnitude relationship between the shade of gray scale and the torque is shown. The light color indicates the torque value near the center, and the dark color indicates the torque value near the minimum or maximum. Shown. FIG. 8A (field current = 0A) shows that the torque increases as the q-axis current increases (from the lower end to the upper end of the figure), and the torque in the TDR range shown in the figure is increased. Is shown to be output. FIG. 8B (field current = maximum value / 2) also shows that the torque increases as the q-axis current increases (from the lower end to the upper end of the figure). It is shown that the torque value in the range is output. FIG. 8C (field current = maximum value) also shows that the torque increases as the q-axis current increases (from the lower end to the upper end of the figure), and is within the range of TMR shown in the figure. It is shown that torque is output.
ここで、図8A、図8Bに着目すると、d軸電流の負電流が小さくなるほど(0に近づくほど)トルクが増加している。一方、図8Cに着目すると、d軸電流によってはトルクがほとんど変化しない、または、d軸電流の負電流が大きくなるほど(0から離れるほど)トルクが増加している。このように界磁電流の大小によってd軸電流とトルクの関係が変化する。このような回転電動機では、特許文献1および本発明の別の実施形態の構成(d軸電流でトルクを制御する構成)を用いても、トルクをトルク指令値に迅速に追従させることができない。一方、最初に説明した本発明の実施形態(図2A、図2Bの制御装置)によれば、このような回転電動機においても、トルクをトルク指令値に迅速に追従させることができる。なお、図8A〜図8Cには、d軸電流を負方向に流すように設計された回転電動機に関して示されているが、d軸電流を正負両方向に流すように設計され、界磁電流の大小によってd軸電流とトルクの関係が変化する回転電動機においても、図2A、図2Bの制御装置によれば、トルクをトルク指令値に迅速に追従させることができる。
Focusing on FIGS. 8A and 8B, the torque increases as the negative current of the d-axis current becomes smaller (closer to 0). On the other hand, focusing on FIG. 8C, the torque hardly changes depending on the d-axis current, or the torque increases as the negative current of the d-axis current increases (the distance from 0). In this way, the relationship between the d-axis current and torque changes depending on the magnitude of the field current. In such a rotary motor, the torque cannot be made to follow the torque command value quickly even if the configuration of
次に、本発明の回転電動機システムに適用可能な構成について説明する。以上で説明した回転電動機システム10(図1参照)は、昇圧コンバータ18を含む構成であった。しかし、図9に示すように、昇圧コンバータ18を含まずに、バッテリ14の出力電圧vbが母線28a、28b間に印加される回転電動機システム90であってもよい。すなわち、界磁用コンバータ24、インバータ26の各アームが接続される一対の母線28a、28b間の電圧vcを、バッテリ14の出力電圧vbとしてもよい(vc=vb)。
Next, a configuration applicable to the rotary motor system of the present invention will be described. The rotary motor system 10 (see FIG. 1) described above has a configuration including a
また、以上説明した回転電動機システム10、90は、界磁用コンバータ24がHアームコンバータであった。しかし、界磁用コンバータ24は、Hアームコンバータに限定されるものではなく、適宜、他の構成を採用してもよい。
Further, in the
また、回転電動機には、図10に示すように、低回転数領域a1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御(正弦波PWMモード)が適用され、高回転数領域a3では回転電動機に印加される実効電圧を高くできる矩形波制御(矩形モード)が適用され、中間回転数領域a2では、過変調PWM制御(過変調PWMモード)が適用されるものが知られている。これは、回転電動機の運転状況(トルクと回転速度)に従って、制御モードを切り替えて回転電動機に適用するものである。回転電動機に矩形波制御が適用されている場合には、インバータ26がほぼ最大電圧を出力した状態になっているため、以上で説明した本発明の各実施形態を適用しても、トルクの応答性が改善されない可能性がある。そこで、以下のように回転電動機の制御を行ってもよい。回転電動機にPWM制御(正弦波PWM制御と過変調PWM制御を含む、以下同じ)が適用される場合に、補正後トルク指令値Trcに基づいて界磁用コンバータおよびインバータのスイッチング素子を制御し(図2Bの構成を採用し)、回転電動機に矩形波制御が適用される場合に、トルク指令値Trに基づいて界磁用コンバータおよびインバータのスイッチング素子を制御する(従来技術の構成を採用する)。なお、「トルク指令値Trに基づいて界磁用コンバータおよびインバータのスイッチング素子を制御する」とは、補正後トルク指令値Trcを用いずに、界磁用コンバータおよびインバータのスイッチング素子を制御することを意味する。また、以下のように回転電動機の制御を行ってもよい。回転電動機にPWM制御が適用される場合に、補正後d軸電流指令値idrcに基づいてインバータのスイッチング素子を制御し(図6Bの構成を採用し)、回転電動機に矩形波制御が適用される場合に、トルク指令値Trに基づいてインバータのスイッチング素子を制御する(従来技術の構成を採用する)としてもよい。なお、「回転電動機に矩形波制御が適用される場合に、トルク指令値Trに基づいてインバータのスイッチング素子を制御する」とは、補正後d軸電流指令値idrcを用いずに、インバータのスイッチング素子を制御することを意味する。
Further, as shown in FIG. 10, the sine wave PWM control (sine wave PWM mode) is applied to the rotary motor in order to reduce the torque fluctuation in the low rotation speed region a1, and the rotary motor is applied to the rotary motor in the high rotation speed region a3. It is known that a rectangular wave control (rectangular mode) capable of increasing the applied effective voltage is applied, and an overmodulation PWM control (overmodulation PWM mode) is applied in the intermediate rotation speed region a2. This is applied to the rotary motor by switching the control mode according to the operating conditions (torque and rotational speed) of the rotary motor. When the square wave control is applied to the rotary motor, the
10,90 回転電動機システム、12 制御装置、14 バッテリ、17,22 コンデンサ、18 昇圧コンバータ、20 リアクトル、24 界磁用コンバータ、26 インバータ、28a,28b 母線、30 回転電動機、32 電機子巻線(三相巻線)、34 界磁巻線、36 回転角センサ、38u,38v,40 電流センサ、60 電流指令マップ、62a,62b,62c,62d,60e 加算器、64a,64b,64c PI制御器、66 非干渉化制御器、68 dq軸−3相変換器、70a,70b PWM、80a,80b,80c バンドストップフィルター(BSF)、82 トルク推定部、84a,84b 加算器、86 PI制御器、94,98 加算器、96 PI制御器、100,120 補正値算出部、102,122 電流指令値設定部、104 界磁用コンバータ制御部、106,126 インバータ制御部、S1,S2,S3,S4,Sa,Sb,Su1,Su2 スイッチング素子、A0 アーム、A11 第1アーム、A12 第2アーム、B1 U相アーム、B2 V相アーム、B3 W相アーム。
10,90 rotary motor system, 12 controller, 14 battery, 17,22 condenser, 18 boost converter, 20 reactor, 24 field converter, 26 inverter, 28a, 28b bus, 30 rotary motor, 32 armature winding ( Three-phase winding), 34 field winding, 36 rotation angle sensor, 38u, 38v, 40 current sensor, 60 current command map, 62a, 62b, 62c, 62d, 60e adder, 64a, 64b, 64c PI controller , 66 non-interfering controller, 68 dq axis 3-phase converter, 70a, 70b PWM, 80a, 80b, 80c band stop filter (BSF), 82 torque estimator, 84a, 84b adder, 86 PI controller, 94,98 adder, 96 PI controller, 100, 120 correction value calculation unit, 102, 122 current command value setting unit, 104 field converter control unit, 106, 126 inverter control unit, S1, S2, S3, S4 , Sa, Sb, Su1, Su2 switching element, A0 arm, A11 1st arm, A12 2nd arm, B1 U phase arm, B2 V phase arm, B3 W phase arm.
Claims (5)
前記界磁電流と、前記三相電流に対応するdq軸電流に基づいて前記回転電動機のトルク推定値を取得するトルク推定部と、
前記トルク推定値と前記回転電動機のトルク指令値の偏差を比例積分制御することでトルク指令補正値を算出する補正値算出部と、
前記トルク指令補正値と前記トルク指令値を加算した補正後トルク指令値に基づいて、界磁電流指令値とdq軸電流指令値を設定する電流指令値設定部と、
前記界磁電流指令値に基づいて前記界磁用コンバータのスイッチング素子を制御する界磁用コンバータ制御部と、
前記dq軸電流指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御部と、を備える、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 A control device applied to a rotary motor equipped with a field winding and a three-phase winding to control a field converter that flows a field current through the field winding and an inverter that flows a three-phase current through the three-phase winding. And
A torque estimation unit that acquires a torque estimation value of the rotary motor based on the field current and the dq-axis current corresponding to the three-phase current.
A correction value calculation unit that calculates the torque command correction value by proportionally integrating and controlling the deviation between the torque estimation value and the torque command value of the rotary motor.
A current command value setting unit that sets the field current command value and the dq-axis current command value based on the corrected torque command value obtained by adding the torque command correction value and the torque command value.
A field converter control unit that controls the switching element of the field converter based on the field current command value, and a field converter control unit.
An inverter control unit that controls a switching element of the inverter based on the dq-axis current command value is provided.
A control device for a rotary motor, which is characterized by this.
前記回転電動機は、トルクと回転速度に応じてPWM制御と矩形波制御が選択的に適用され、
前記回転電動機にPWM制御が適用される場合に、前記補正後トルク指令値に基づいて前記界磁用コンバータおよび前記インバータのスイッチング素子が制御され、
前記回転電動機に矩形波制御が適用される場合に、前記トルク指令値に基づいて前記界磁用コンバータおよび前記インバータのスイッチング素子が制御される、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 The control device for a rotary motor according to claim 1.
PWM control and square wave control are selectively applied to the rotary motor according to torque and rotation speed.
When PWM control is applied to the rotary motor, the field converter and the switching element of the inverter are controlled based on the corrected torque command value.
When the square wave control is applied to the rotary motor, the switching elements of the field converter and the inverter are controlled based on the torque command value.
A control device for a rotary motor, which is characterized by this.
前記界磁電流と、前記三相電流に対応するdq軸電流とに基づいて前記回転電動機のトルク推定値を取得するトルク推定部と、
前記トルク推定値と前記回転電動機のトルク指令値の偏差を比例積分制御することでd軸電流指令補正値を算出する補正値算出部と、
前記トルク指令値に基づいて、界磁電流指令値、d軸電流指令値、およびq軸電流指令値を設定する電流指令値設定部と、
前記d軸電流指令補正値と前記d軸電流指令値を加算した補正後d軸電流指令値と、前記q軸電流指令値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御部と、
前記界磁電流指令値に基づいて、前記界磁用コンバータのスイッチング素子を制御する界磁用コンバータ制御部と、を備える、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 A control device applied to a rotary motor equipped with a field winding and a three-phase winding to control a field converter that flows a field current through the field winding and an inverter that flows a three-phase current through the three-phase winding. And
A torque estimation unit that acquires a torque estimation value of the rotary motor based on the field current and the dq-axis current corresponding to the three-phase current.
A correction value calculation unit that calculates the d-axis current command correction value by proportionally integrating and controlling the deviation between the torque estimation value and the torque command value of the rotary motor.
A current command value setting unit that sets a field current command value, a d-axis current command value, and a q-axis current command value based on the torque command value, and a current command value setting unit.
An inverter control unit that controls the switching element of the inverter based on the corrected d-axis current command value obtained by adding the d-axis current command correction value and the d-axis current command value, and the q-axis current command value.
A field converter control unit that controls a switching element of the field converter based on the field current command value is provided.
A control device for a rotary motor, which is characterized by this.
前記回転電動機は、トルクと回転速度に応じてPWM制御と矩形波制御が選択的に適用され、
前記回転電動機に前記PWM制御が適用される場合に、前記補正後d軸電流指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子が制御され、
前記回転電動機に前記矩形波制御が適用される場合に、前記トルク指令値に基づいて前記インバータのスイッチング素子が制御される、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 The control device for a rotary motor according to claim 3.
PWM control and square wave control are selectively applied to the rotary motor according to torque and rotation speed.
When the PWM control is applied to the rotary motor, the switching element of the inverter is controlled based on the corrected d-axis current command value.
When the square wave control is applied to the rotary motor, the switching element of the inverter is controlled based on the torque command value.
A control device for a rotary motor, which is characterized by this.
前記界磁用コンバータは、バッテリの電圧が直接または昇圧されて印加される一対の母線の間に接続された第1アームおよび第2アームを備え、前記第1アームと前記第2アームはそれぞれ、2つのスイッチング素子を直列接続して構成され、
前記界磁巻線の一端は前記第1アームの2つのスイッチング素子の間に接続され、前記界磁巻線の他端は前記第2アームの2つのスイッチング素子の間に接続されている、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。
The control device for a rotary motor according to any one of claims 1 to 4.
The field converter includes a first arm and a second arm connected between a pair of bus wires to which a battery voltage is directly or boosted and applied, and the first arm and the second arm are respectively. It is composed of two switching elements connected in series.
One end of the field winding is connected between the two switching elements of the first arm, and the other end of the field winding is connected between the two switching elements of the second arm.
A control device for a rotary motor, which is characterized by this.
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