JP2021093901A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electric motor.
電動機の制御装置として、電動機の回転子の位置を用いて、電動機に流れる3相の交流電流をd軸電流及びq軸電流に変換し、そのd軸電流及びq軸電流が電流指令値に近づくように電圧指令値を求め、その電圧指令値と搬送波との比較結果に応じた駆動信号により電動機の駆動を制御するもの、いわゆる、ベクトル制御により電動機の駆動を制御するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
As a control device for the motor, the position of the rotor of the motor is used to convert the three-phase alternating current flowing through the motor into d-axis current and q-axis current, and the d-axis current and q-axis current approach the current command value. As described above, there is a method in which a voltage command value is obtained and the drive of the motor is controlled by a drive signal according to a comparison result between the voltage command value and a carrier, that is, a so-called vector control is used to control the drive of the motor.
しかしながら、上記制御装置では、回転子の回転速度(回転数)、または、回転子の回転速度に応じた変調率が比較的大きくなると、駆動信号のデューティ比が電圧指令値に合わせて変化せず、電動機の駆動の制御性が低下するおそれがある。 However, in the above control device, when the rotation speed (rotation speed) of the rotor or the modulation factor according to the rotation speed of the rotor becomes relatively large, the duty ratio of the drive signal does not change according to the voltage command value. , There is a risk that the controllability of the drive of the electric motor will deteriorate.
本発明の一側面に係る目的は、ベクトル制御により電動機の駆動を制御する制御装置において、電動機の回転子の回転速度や変調率が比較的大きい場合、電動機の駆動の制御性が低下することを抑制することである。 An object according to one aspect of the present invention is that in a control device that controls the drive of an electric motor by vector control, the controllability of the drive of the electric motor is lowered when the rotation speed and the modulation factor of the rotor of the electric motor are relatively large. It is to suppress.
本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、電圧指令値と搬送波との比較結果により電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、制御周期毎に、電動機に流れる電流、並びに、回転子の回転速度及び位置を用いてベクトル制御により電圧指令値を求める制御回路とを備える。 The motor control device according to the present invention includes an inverter circuit that drives the rotor of the motor based on a comparison result between a voltage command value and a carrier, a current flowing through the motor for each control cycle, and a rotor. It is provided with a control circuit for obtaining a voltage command value by vector control using the rotation speed and position of.
制御回路は、回転子の回転速度、または、回転子の回転速度に応じた変調率が大きくなるに従って制御周期を小さくする。 The control circuit reduces the control cycle as the rotation speed of the rotor or the modulation factor according to the rotation speed of the rotor increases.
これにより、電動機の回転子の回転速度、または、変調率が比較的大きくなっても、駆動信号のデューティ比が電圧指令値に合わせて変化しなくなることを抑制することができるため、電動機の制御性が低下することを抑制することができる。 As a result, even if the rotation speed of the rotor of the motor or the modulation factor becomes relatively large, it is possible to suppress that the duty ratio of the drive signal does not change according to the voltage command value, so that the control of the motor can be controlled. It is possible to suppress the deterioration of the sex.
また、制御回路は、制御周期毎に、電動機に流れる電流を用いて回転子の回転速度及び位置を推定するように構成してもよい。 Further, the control circuit may be configured to estimate the rotation speed and position of the rotor by using the current flowing through the motor for each control cycle.
また、本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、電圧指令値と搬送波との比較結果により電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、電動機に流れる電流、並びに、回転子の回転速度及び位置を用いてベクトル制御により電圧指令値を求める制御回路とを備える。 Further, the motor control device according to the present invention has an inverter circuit that drives the rotor of the motor based on the result of comparison between the voltage command value and the carrier, the current flowing through the motor, and the rotation speed of the rotor. And a control circuit that obtains the voltage command value by vector control using the position.
制御回路は、回転速度または変調率が大きくなるに従って、制御回路の全ての処理のうち、電動機に流れる電流を取得する取得処理及びその取得した電流を用いて位置を推定する推定処理の制御周期を小さくするとともに、取得処理及び推定処理以外の処理の制御周期を一定にするように構成してもよい。 As the rotation speed or modulation factor increases, the control circuit determines the control cycle of the acquisition process for acquiring the current flowing through the motor and the estimation process for estimating the position using the acquired current among all the processes of the control circuit. In addition to making it smaller, the control cycle of processes other than the acquisition process and the estimation process may be made constant.
これにより、回転速度または変調率が大きくなるに従って、電動機に流れる電流のサンプリング数を増加させることができ、位置の推定精度を高めることができる。そのため、その位置を用いて電圧指令値を算出することにより、電動機の制御性の低下を抑制することができる。また、制御回路の全ての処理のうちの一部の処理の制御周期を小さくし、その他の処理の制御周期を一定にするため、制御回路の処理負荷を抑えることができる。 As a result, the number of samplings of the current flowing through the motor can be increased as the rotation speed or the modulation factor increases, and the position estimation accuracy can be improved. Therefore, by calculating the voltage command value using that position, it is possible to suppress a decrease in the controllability of the motor. Further, since the control cycle of a part of all the processes of the control circuit is reduced and the control cycle of the other processes is made constant, the processing load of the control circuit can be suppressed.
本発明によれば、ベクトル制御により電動機の駆動を制御する制御装置において、電動機の回転子の回転速度や変調率が比較的大きい場合、電動機の駆動の制御性が低下することを抑制することができる。 According to the present invention, in a control device that controls the drive of an electric motor by vector control, it is possible to suppress a decrease in the controllability of the drive of the electric motor when the rotation speed and the modulation rate of the rotor of the electric motor are relatively large. it can.
<第1実施形態>
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings.
図1は、第1実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a control device for an electric motor according to the first embodiment.
図1に示す制御装置1は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機Mの駆動を制御するものであって、インバータ回路2と、制御回路3と、電流センサSe1〜Se3とを備える。
The
インバータ回路2は、直流電源Pから供給される直流電力により電動機Mを駆動するものであって、コンデンサCと、スイッチング素子SW1〜SW6(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))とを備える。すなわち、コンデンサCの一方端が直流電源Pの正極端子及びスイッチング素子SW1、SW3、SW5の各コレクタ端子に接続され、コンデンサCの他方端が直流電源Pの負極端子及びスイッチング素子SW2、SW4、SW6の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子SW1のエミッタ端子とスイッチング素子SW2のコレクタ端子との接続点は電流センサSe1を介して電動機MのU相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW3のエミッタ端子とスイッチング素子SW4のコレクタ端子との接続点は電流センサSe2を介して電動機MのV相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW5のエミッタ端子とスイッチング素子SW6のコレクタ端子との接続点は電流センサSe3を介して電動機MのW相の入力端子に接続されている。
The
コンデンサCは、直流電源Pから出力されインバータ回路2へ入力される電圧を平滑する。
The capacitor C smoothes the voltage output from the DC power supply P and input to the
スイッチング素子SW1は、制御回路3から出力される駆動信号S1に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW2は、制御回路3から出力される駆動信号S2に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW3は、制御回路3から出力される駆動信号S3に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW4は、制御回路3から出力される駆動信号S4に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW5は、制御回路3から出力される駆動信号S5に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW6は、制御回路3から出力される駆動信号S6に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW1〜SW6がそれぞれオンまたはオフすることで、直流電源Pから出力される直流電力が、互いに位相が120度ずつ異なる3つの交流電力に変換され、それら交流電力が電動機MのU相、V相、及びW相の入力端子に入力され電動機Mの回転子が回転する。
The switching element SW1 is turned on or off based on the drive signal S1 output from the
電流センサSe1〜Se3は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成される。電流センサSe1は電動機MのU相に流れる電流Iuを検出して制御回路3に出力し、電流センサSe2は電動機MのV相に流れる電流Ivを検出して制御回路3に出力し、電流センサSe3は電動機MのW相に流れる電流Iwを検出して制御回路3に出力する。
The current sensors Se1 to Se3 are composed of a Hall element, a shunt resistor, and the like. The current sensor Se1 detects the current Iu flowing in the U phase of the motor M and outputs it to the
制御回路3は、ドライブ回路4と、演算部5とを備える。
The
ドライブ回路4は、IC(Integrated Circuit)などにより構成され、制御周期毎に、演算部5から出力される電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と搬送波(三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など)とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号S1〜S6をスイッチング素子SW1〜SW6のそれぞれのゲート端子に出力する。例えば、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S1を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S2を出力し、電圧指令値Vu*が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S1を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S2を出力する。また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vv*が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S3を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S4を出力し、電圧指令値Vv*が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S3を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S4を出力する。また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vw*が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S5を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S6を出力し、電圧指令値Vw*が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S5を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S6を出力する。
The drive circuit 4 is composed of an IC (Integrated Circuit) or the like, and has voltage command values Vu *, Vv *, Vw * and a carrier wave (triangle wave, sawtooth wave, or reverse sawtooth wave) output from the
なお、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が搬送波の振幅値より小さい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の1周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が繰り返しオン、オフする制御(PWM(Pulse Width Modulation)制御)を行うものとする。 In the drive circuit 4, when the amplitude values of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are smaller than the amplitude value of the carrier wave, the switching elements SW1 to SW6 are used in one cycle of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. Is repeatedly turned on and off (PWM (Pulse Width Modulation) control).
また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が搬送波の振幅値より大きい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の1周期のうちの一部の期間においてスイッチング素子SW1〜SW6が繰り返しオン、オフし、残りの期間においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフする制御(過変調制御)を行うものとする。 Further, when the amplitude value of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * is larger than the amplitude value of the carrier wave, the drive circuit 4 is a part of one cycle of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. It is assumed that the switching elements SW1 to SW6 are repeatedly turned on and off during the period, and the switching elements SW1 to SW6 are constantly turned on or off during the remaining period (overmodulation control).
また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が搬送波の振幅値よりさらに大きい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の半周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフし、残りの半周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフする制御(矩形波制御)を行うものとする。 Further, in the drive circuit 4, when the amplitude values of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are further larger than the amplitude values of the carrier wave, the switching elements SW1 to the switching elements SW1 in a half cycle of the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. It is assumed that the SW6 is always on or always off, and the switching elements SW1 to SW6 are always on or always off in the remaining half cycle (square wave control).
また、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を特に区別しない場合、単に、電圧指令値V*とする。また、駆動信号S1〜S6を特に区別しない場合、単に、駆動信号Sとする。 Further, when the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are not particularly distinguished, the voltage command value V * is simply used. Further, when the drive signals S1 to S6 are not particularly distinguished, it is simply referred to as the drive signal S.
演算部5は、マイクロコンピュータなどにより構成され、推定部6と、減算部7と、速度制御部8と、減算部9、10と、電流制御部11と、座標変換部12と、座標変換部13とを備える。例えば、マイクロコンピュータが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、推定部6、減算部7、速度制御部8、減算部9、10、電流制御部11、座標変換部12、及び座標変換部13が実現される。
The
推定部6は、制御周期毎に、電流制御部11から出力されるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*並びに座標変換部13から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqを用いて、電動機Mの回転子の回転速度(回転数)ω^及び位置θ^を推定する。
The
例えば、推定部6は、下記式1及び式2により、逆起電力ed^及び逆起電力eq^を演算する。なお、Rは電動機Mの抵抗を示し、Lは電送機Mが有するコイルのインダクタンスを示す。
For example, the
ed^=Vd*−R×Id+ω^×L×Id ・・・式1
eq^=Vq*−R×Iq−ω^×L×Iq ・・・式2
ed ^ = Vd * -R × Id + ω ^ × L × Id ・ ・ ・
eq ^ = Vq * -R x Iq-ω ^ x L x Iq ...
次に、推定部6は、下記式3により、誤差θe^を演算する。
Next, the
θe^=tan−1(ed^/eq^) ・・・式3
θe ^ = tan -1 (ed ^ / eq ^) ・ ・ ・
次に、推定部6は、下記式4において誤差θe^がゼロになるような回転速度ω^を求める。なお、KpはPI(Proportional Integral)制御の比例項の定数を示し、KiはPI制御の積分項の定数を示す。
Next, the
ω^=Kp×θe^+Ki×∫(θe^)dt ・・・式4 ω ^ = Kp × θe ^ + Ki × ∫ (θe ^) dt ・ ・ ・ Equation 4
そして、推定部6は、下記式5により、位置θ^を演算する。なお、sはラプラス演算子を示している。
Then, the
θ^=(1/s)×ω^ ・・・式5
θ ^ = (1 / s) × ω ^ ・ ・ ・
減算部7は、制御周期毎に、外部から入力される回転速度指令値ω*と推定部6から出力される回転速度ω^との差Δωを算出する。
The subtraction unit 7 calculates the difference Δω between the rotation speed command value ω * input from the outside and the rotation speed ω ^ output from the
速度制御部8は、制御周期毎に、減算部7から出力される差Δωを、q軸電流指令値Iq*に変換する。 The speed control unit 8 converts the difference Δω output from the subtraction unit 7 into the q-axis current command value Iq * for each control cycle.
例えば、速度制御部8は、下記式6において差Δωがゼロになるようなq軸電流指令値Iq*を求める。
For example, the speed control unit 8 obtains the q-axis current command value Iq * such that the difference Δω becomes zero in the
Iq*=Kp×Δω+Ki×∫(Δω)dt ・・・式6
IQ * = Kp × Δω + Ki × ∫ (Δω) dt ・ ・ ・
減算部9は、制御周期毎に、予め決められているd軸電流指令値Id*と、座標変換部13から出力されるd軸電流Idとの差ΔIdを算出する。
The
減算部10は、制御周期毎に、速度制御部8から出力されるq軸電流指令値Iq*と、座標変換部13から出力されるq軸電流Iqとの差ΔIqを算出する。
The
電流制御部11は、制御周期毎に、減算部9から出力される差ΔId及び減算部10から出力される差ΔIqを、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に変換する。
The
例えば、電流制御部11は、下記式7を用いてd軸電圧指令値Vd*を算出するとともに、下記式8を用いてq軸電圧指令値Vq*を算出する。なお、Lqは電動機Mが有するコイルのq軸インダクタンスを示し、Ldは電動機Mが有するコイルのd軸インダクタンスを示し、Keは誘起電圧定数を示す。
For example, the
Vd*=Kp×ΔId+Ki×∫(ΔId)dt−ωLqIq・・・式7
Vq*=Kp×ΔIq+Ki×∫(ΔIq)dt+ωLdId+ωKe・・・式8
Vd * = Kp × ΔId + Ki × ∫ (ΔId) dt−ωLqIq ・ ・ ・ Equation 7
Vq * = Kp × ΔIq + Ki × ∫ (ΔIq) dt + ωLdId + ωKe ・ ・ ・ Equation 8
座標変換部12は、制御周期毎に、推定部6から出力される位置θ^を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電圧指令値Vv*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*に変換する。
The coordinate
例えば、座標変換部12は、下記式9に示す変換行列C1を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電圧指令値Vu*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*に変換する。
For example, the coordinate
例えば、座標変換部12は、下記式10の計算結果を、位相角δとする。
For example, the coordinate
δ=tan−1(−Vq*/Vd*) ・・・式10
δ = tan -1 (−Vq * / Vd *) ・ ・ ・
次に、座標変換部12は、位相角δと、位置θ^との加算結果を、目標位置θvとする。
Next, the coordinate
次に、座標変換部12は、下記式11の計算結果を、変調率´とする。なお、0<変調率´<1とする。なお、Vinは、直流電源Pの電圧とする。
Next, the coordinate
次に、座標変換部12は、下記式12の計算結果を、変調率とする。なお、−1<変調率<1とする。
Next, the coordinate
変調率=2×変調率´−1 ・・・式12
Modulation rate = 2 x modulation rate ′ -1 ・ ・ ・
そして、座標変換部12は、不図示の記憶部に予め記憶されている、目標位置θvと、電圧指令値Vu*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*との対応関係を示す情報を参照して、目標位置θvに対応する電圧指令値Vu*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*を求める。
Then, the coordinate
座標変換部13は、制御周期毎に、推定部6から出力される位置θ^を用いて、電流センサSe1〜Se3により検出される電流Iu、Iv、Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
The coordinate
例えば、座標変換部13は、下記式13に示す変換行列C2を用いて、電流Iu、Iv、Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
For example, the coordinate
図2は、第1実施形態の電動機Mの制御装置1の他の例を示す図である。なお、図1に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram showing another example of the
図2に示す制御装置1において、図1に示す制御装置1と異なる点は、電動機Mの回転子の位置θを検出し、その検出した位置θを制御回路3に出力する位置検出部Sp(レゾルバなど)を備えている点である。
The
また、図2に示す制御装置1において、図1に示す制御装置1と異なる他の点は、演算部5の代わりに、演算部5´を備えている点である。
Further, the
演算部5´は、マイクロコンピュータなどにより構成され、推定部6´と、減算部7と、速度制御部8と、減算部9、10と、電流制御部11と、座標変換部12´と、座標変換部13´とを備える。例えば、マイクロコンピュータが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、推定部6´、減算部7、速度制御部8、減算部9、10、電流制御部11、座標変換部12´、及び座標変換部13´が実現される。
The calculation unit 5'is composed of a microcomputer or the like, and includes an estimation unit 6', a subtraction unit 7, a speed control unit 8,
推定部6´は、制御周期毎に、位置検出部Spにより検出される位置θを用いて、電動機Mの回転子の回転速度ω^を推定する。 The estimation unit 6'estimates the rotation speed ω ^ of the rotor of the motor M by using the position θ detected by the position detection unit Sp for each control cycle.
例えば、推定部6´は、位置θを制御回路3の制御周期で除算することにより回転速度ω^を推定する。
For example, the estimation unit 6'estimates the rotation speed ω ^ by dividing the position θ by the control cycle of the
また、座標変換部12´は、制御周期毎に、位置検出部Spにより検出される位置θを用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電圧指令値Vu*、電圧指令値Vu*、及び電圧指令値Vw*に変換する。 Further, the coordinate conversion unit 12'sets the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * by using the position θ detected by the position detection unit Sp for each control cycle, and sets the voltage command value Vu *. , Voltage command value Vu *, and voltage command value Vw *.
例えば、座標変換部12´は、上記式9に示す変換行列C1を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電圧指令値Vu*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*に変換する。なお、上記式9において、位置θ^を位置θに置き換える。
For example, the coordinate conversion unit 12'uses the transformation matrix C1 shown in the
例えば、座標変換部12´は、上記式10〜式12及び不図示の記憶部に予め記憶されている情報を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電圧指令値Vu*、電圧指令値Vv*、及び電圧指令値Vw*に変換する。なお、目標位置θvを求める際、位置θ^を位置θに置き換える。
For example, the coordinate conversion unit 12'sets the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * by using the information stored in advance in the
座標変換部13´は、制御周期毎に、位置検出部Spにより検出される位置θを用いて、電流センサSe1〜Se3により検出される電流Iu、Iv、Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。 The coordinate conversion unit 13'uses the position θ detected by the position detection unit Sp for each control cycle to convert the currents Iu, Iv, and Iw detected by the current sensors Se1 to Se3 into the d-axis currents Id and q-axis. Convert to current Iq.
例えば、座標変換部13は、上記式13に示す変換行列C2を用いて、電流Iu、Iv、Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。なお、上記式13において、位置θ^を位置θに置き換える。
For example, the coordinate
図1または図2に示す制御回路3は、回転速度ω^が閾値ωth以下である場合または変調率が閾値Mth以下である場合、制御回路3の制御周期を制御周期T1にし、回転速度ω^が閾値ωthより大きい場合または変調率が閾値Mthより大きい場合、制御回路3の制御周期を制御周期T1より小さい制御周期T2にする。閾値ωthは、回転速度ω^の推定精度が低下していないときの回転速度ω^の最大値とする。また、閾値Mthは、回転速度ω^の推定精度が低下していないときの変調率の最大値とする。
In the
なお、図1または図2に示す制御回路3は、回転速度ω^が閾値ωth1以下である場合または変調率が閾値Mth1以下である場合、制御回路3の全ての処理の制御周期を制御周期T1にし、回転速度ω^が閾値ωth1より大きい場合または変調率が閾値Mth1より大きい場合、制御回路3の全ての処理の制御周期を制御周期T2にし、回転速度ω^が閾値ωth2以上である場合または変調率が閾値Mth2以上である場合、制御回路3の全ての処理の制御周期を制御周期T3にするように構成してもよい。閾値ωth1<閾値ωth2とする。また、閾値Mth1<閾値Mth2とする。また、制御周期T1>制御周期T2>制御周期T3とする。また、閾値ωth1は、回転速度ω^の推定精度が低下していないときの回転速度ω^の最大値とする。また、閾値Mth1は、回転速度ω^の推定精度が低下していないときの変調率の最大値とする。すなわち、図1または図2に示す制御回路3は、回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、制御回路3の全ての処理の制御周期を小さくするように構成してもよい。
In the
図3(a)及び図3(b)は、搬送波、電圧指令値Vu*、及び駆動信号S1の一例を示す図である。なお、図3(a)及び図3(b)に示す2次元座標の横軸は目標位置θvを示し、縦軸は電圧を示している。また、位置θ2〜θ5における電圧指令値Vu*の周波数は、位置θ1〜θ2における電圧指令値Vu*の周波数より高いものとする。すなわち、位置θ1〜θ2における回転速度ω^が閾値ωth以下であり、位置θ2〜θ5における回転速度ω^が閾値ωthより大きいものとする。または、位置θ1〜θ2における変調率が閾値Mth以下であり、位置θ2〜θ5における変調率が閾値Mthより大きいものとする。また、図3(a)に示す制御回路3の制御周期T1は、位置θ1〜θ5において一定とする。また、図3(b)において、位置θ2〜θ5における制御回路3の制御周期T2は、位置θ1〜θ2における制御回路3の制御周期T1より小さいものとする。また、図3(a)及び図3(b)に示す搬送波の振幅値及び周波数は、位置θ1〜θ5において一定とする。
3A and 3B are diagrams showing an example of a carrier wave, a voltage command value Vu *, and a drive signal S1. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates shown in FIGS. 3A and 3B indicates the target position θv, and the vertical axis indicates the voltage. Further, it is assumed that the frequency of the voltage command value Vu * at the positions θ2 to θ5 is higher than the frequency of the voltage command value Vu * at the positions θ1 to θ2. That is, it is assumed that the rotation speed ω ^ at the positions θ1 to θ2 is equal to or less than the threshold value ωth, and the rotation speed ω ^ at the positions θ2 to θ5 is larger than the threshold value ωth. Alternatively, it is assumed that the modulation factor at positions θ1 to θ2 is equal to or less than the threshold value Mth, and the modulation factor at positions θ2 to θ5 is larger than the threshold value Mth. Further, the control cycle T1 of the
図3(a)に示す位置θ1〜θ2では、電圧指令値Vu*の振幅値の変化に追従して、駆動信号S1のデューティ比(搬送波の1周期に対する駆動信号S1のハイレベル期間の割合)が変化している。すなわち、図3(a)に示す位置θ1〜θ2では、電圧指令値Vu*の振幅値が正側に大きくなると、駆動信号S1のデューティ比が大きくなり、電圧指令値Vu*の振幅値が負側に大きくなると、駆動信号S1のデューティ比が小さくなっている。 At positions θ1 to θ2 shown in FIG. 3A, the duty ratio of the drive signal S1 (the ratio of the high level period of the drive signal S1 to one cycle of the carrier wave) following the change in the amplitude value of the voltage command value Vu *). Is changing. That is, at the positions θ1 to θ2 shown in FIG. 3A, when the amplitude value of the voltage command value Vu * increases to the positive side, the duty ratio of the drive signal S1 increases, and the amplitude value of the voltage command value Vu * becomes negative. As it increases to the side, the duty ratio of the drive signal S1 decreases.
一方、図3(a)に示す位置θ2〜θ5では、位置θ1〜θ2に比べて、回転速度ω^または変調率が大きくなり、駆動信号S1のデューティ比が電圧指令値Vu*の振幅値の変化に応じた値にならない場合がある。すなわち、図3(a)に示す例では、位置θ3〜θ4の期間において駆動信号S1がローレベルになることが望ましいが、位置θ3において電圧指令値Vu*が搬送波以上であるため、位置θ3〜θ4の期間において駆動信号S1がハイレベルになっている。このように、回転速度ω^または変調率が比較的大きくなると、電圧指令値Vu*の振幅値の変化に応じて、駆動信号S1のデューティ比が変化しなくなる場合がある。 On the other hand, at positions θ2 to θ5 shown in FIG. 3A, the rotation speed ω ^ or the modulation factor is larger than that at positions θ1 to θ2, and the duty ratio of the drive signal S1 is the amplitude value of the voltage command value Vu *. It may not be the value according to the change. That is, in the example shown in FIG. 3A, it is desirable that the drive signal S1 is at a low level during the period of positions θ3 to θ4, but since the voltage command value Vu * is equal to or higher than the carrier wave at position θ3, positions θ3 to θ3 to The drive signal S1 is at a high level during the period of θ4. As described above, when the rotation speed ω ^ or the modulation factor becomes relatively large, the duty ratio of the drive signal S1 may not change according to the change in the amplitude value of the voltage command value Vu *.
そこで、第1実施形態の制御装置1では、図3(b)に示すように、位置θ2〜θ5における制御周期T2を、位置θ1〜θ2における制御周期T1より小さくしている。そのため、位置θ2〜θ5における電流Iu、Iv、Iw及び位置θ^または位置θの単位時間あたりのサンプリング数が、位置θ1〜θ2における電流Iu、Iv、Iw及び位置θ^または位置θの単位時間あたりのサンプリング数より増加し、位置θ2〜θ5における単位時間あたりの搬送波と電圧指令値Vu*との比較回数が、位置θ1〜θ2における単位時間あたりの搬送波と電圧指令値Vu*との比較回数より増加する。これにより、電圧指令値Vu*の振幅値の変化に応じて、駆動信号S1のデューティ比が変化しなくなることを抑制することができる。すなわち、図3(b)に示す例では、位置θ3〜θ4の期間において駆動信号S1がローレベルになることが望ましいところ、位置θ3〜θ4の一部において駆動信号S1がローレベルになっている。
Therefore, in the
このように、第1実施形態の制御装置1では、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、制御周期を小さくする構成であるため、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が比較的大きくなっても、駆動信号Sのデューティ比が電圧指令値V*に合わせて変化しなくなることを抑制することができるため、電動機Mの制御性が低下することを抑制することができる。
As described above, since the
また、第1実施形態の制御装置1では、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が比較的小さい場合、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が比較的大きい場合に比べて、制御周期が大きくなるため、制御回路3の単位時間あたりの処理回数が低減され、制御回路3にかかる負荷を低減することができる。
Further, in the
<第2実施形態>
第2実施形態の制御装置では、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、制御回路3の全ての処理のうち、電動機Mに流れる電流を取得する処理やその電流を用いて位置θ^を推定する処理の制御周期を小さくし、その他の処理の制御周期を一定にする。なお、第2実施形態の制御装置の構成は、図1に示す制御装置1の構成と同様とする。
<Second Embodiment>
In the control device of the second embodiment, as the rotation speed ω ^ or the modulation factor of the rotor of the motor M increases, among all the processes of the
すなわち、座標変換部13は、第1の制御周期毎に、電動機Mの各相に流れる電流Iu、Iv、Iwを取得するとともに、推定部6から出力される位置θ^を用いて、電流Iu、Iv、Iwをd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
That is, the coordinate
また、推定部6は、第1の制御周期毎に、電流制御部11から出力されるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*並びに座標変換部13から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqを用いて、回転子の回転速度ω^及び位置θ^を推定する。
Further, the
また、減算器7は、第2の制御周期毎に、外部から入力される回転速度指令値ω*と推定部6から出力される回転速度ω^との差Δωを算出する。
Further, the subtractor 7 calculates the difference Δω between the rotation speed command value ω * input from the outside and the rotation speed ω ^ output from the
また、速度制御部8は、第2の制御周期毎に、差Δωをq軸電流指令値Iq*に変換する。 Further, the speed control unit 8 converts the difference Δω into the q-axis current command value Iq * for each second control cycle.
また、減算部9は、第2の制御周期毎に、予め決められているd軸電流指令値Id*と、座標変換部13から出力されるd軸電流Idとの差ΔIdを算出する。
Further, the
また、減算部10は、第2の制御周期毎に、速度制御部8から出力されるq軸電流指令値Iq*と、座標変換部13から出力されるq軸電流Iqとの差ΔIqを算出する。
Further, the
また、電流制御部11は、第2の制御周期毎に、差ΔId及び差ΔIqを、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に変換する。
Further, the
また、座標変換部12は、第2の制御周期毎に、推定部6から出力される位置θ^を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、電動機Mの各相に対応する電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換する。
Further, the coordinate
また、ドライブ回路4は、第2の制御周期毎に、演算部5から出力される電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と搬送波とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号S1〜S6をスイッチング素子SW1〜SW6のそれぞれのゲート端子に出力する。
Further, the drive circuit 4 compares the voltage command values Vu *, Vv *, Vw * output from the
そして、制御回路3は、回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、第1の制御周期を小さくするとともに第2の制御周期を一定のままにする。
Then, the
例えば、回転速度ω^が閾値ωth以下であるとき、第1及び第2の制御周期を制御周期T1とし、回転速度ω^が閾値ωthより大きいとき、第1の制御周期を制御周期T2とするとともに第2の制御周期を制御周期T1のままとする場合を想定する。なお、制御周期T2は制御周期T1より小さいものとする。 For example, when the rotation speed ω ^ is equal to or less than the threshold value ωth, the first and second control cycles are set to the control cycle T1, and when the rotation speed ω ^ is larger than the threshold value ωth, the first control cycle is set to the control cycle T2. At the same time, it is assumed that the second control cycle is left as the control cycle T1. The control cycle T2 is smaller than the control cycle T1.
この場合、回転速度ω^が閾値ωthより大きいとき、回転速度ω^が閾値ωth以下であるときに比べて、電動機Mに流れる電流Iu、Iv、Iwの単位時間(例えば、電流Iu、Iv、Iwの1周期)あたりのサンプリング数が増加するため、d軸電流Id及びq軸電流Iqの単位時間あたりのサンプリング数も増加する。これにより、d軸電流Id及びq軸電流Iqの増加分を用いてd軸電流Id及びq軸電流Iqの移動平均を算出することなどによりd軸電流Id及びq軸電流Iqに含まれる誤差を減少させることができる。そのため、d軸電流Id及びq軸電流Iqに含まれる誤差の減少に伴って、d軸電流Id及びq軸電流Iqが用いられて推定される位置θ^の推定精度を高めることができる。 In this case, when the rotation speed ω ^ is larger than the threshold value ωth, the unit time of the currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor M (for example, the currents Iu, Iv, Since the number of samples per unit time of Iw) increases, the number of samples of the d-axis current Id and the q-axis current Iq per unit time also increases. As a result, the error included in the d-axis current Id and the q-axis current Iq can be calculated by calculating the moving average of the d-axis current Id and the q-axis current Iq using the increase in the d-axis current Id and the q-axis current Iq. Can be reduced. Therefore, as the error included in the d-axis current Id and the q-axis current Iq decreases, the estimation accuracy of the position θ ^ estimated by using the d-axis current Id and the q-axis current Iq can be improved.
このように、第2実施形態の制御装置では、回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、電動機Mに流れる電流を取得する取得処理及びその取得した電流を用いて位置θ^を推定する推定処理の制御周期を小さくする構成である。これにより、回転速度ω^または変調率が大きくなるに従って、電動機Mに流れる電流のサンプリング数を増加させることができ、位置θ^の推定精度を高めることができる。そのため、その位置θ^を用いて電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を高精度に算出することができるため、電動機Mの制御性の低下を抑制することができる。すなわち、第2実施形態の制御装置によれば、電動機Mの回転子の回転速度ω^または変調率が比較的大きくなっても、電圧指令値V*の算出精度を高めることができるため、電動機Mの制御性が低下することを抑制することができる。 As described above, in the control device of the second embodiment, as the rotation speed ω ^ or the modulation factor increases, the acquisition process for acquiring the current flowing through the motor M and the estimation for estimating the position θ ^ using the acquired current. The configuration is such that the control cycle of processing is reduced. As a result, the number of samplings of the current flowing through the motor M can be increased as the rotation speed ω ^ or the modulation factor increases, and the estimation accuracy of the position θ ^ can be improved. Therefore, since the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * can be calculated with high accuracy using the position θ ^, it is possible to suppress a decrease in the controllability of the motor M. That is, according to the control device of the second embodiment, the calculation accuracy of the voltage command value V * can be improved even if the rotation speed ω ^ or the modulation factor of the rotor of the motor M becomes relatively large, so that the motor It is possible to suppress a decrease in the controllability of M.
また、第2実施形態の制御装置では、制御回路3の全ての処理のうちの一部の処理の制御周期を小さくし、その他の処理の制御周期を一定のままにするため、制御回路3の処理負荷を抑えることができる。
Further, in the control device of the second embodiment, in order to reduce the control cycle of some of the processes of the
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 制御装置
2 インバータ回路
3 制御回路
4 ドライブ回路
5、5´ 演算部
6、6´ 推定部
7 減算部
8 速度制御部
9 減算部
10 減算部
11 電流制御部
12、12´ 座標変換部
13、13´ 座標変換部
1
Claims (3)
制御周期毎に、前記電動機に流れる電流、並びに、前記回転子の回転速度及び位置を用いてベクトル制御により前記電圧指令値を求める制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記回転子の回転速度、または、前記回転子の回転速度に応じた変調率が大きくなるに従って前記制御周期を小さくする
ことを特徴とする電動機の制御装置。 An inverter circuit that drives the rotor of a motor based on the comparison result between the carrier wave and the voltage command value,
A control circuit that obtains the voltage command value by vector control using the current flowing through the motor and the rotation speed and position of the rotor for each control cycle.
With
The control circuit is a control device for an electric motor, wherein the control cycle is reduced as the rotation speed of the rotor or the modulation factor according to the rotation speed of the rotor increases.
前記制御回路は、前記制御周期毎に、前記電動機に流れる電流を用いて前記回転子の回転速度及び位置を推定する
ことを特徴とする電動機の制御装置。 The motor control device according to claim 1.
The control circuit is a control device for an electric motor, which estimates the rotation speed and the position of the rotor by using the current flowing through the electric motor for each control cycle.
前記電動機に流れる電流、並びに、前記回転子の回転速度及び位置を用いてベクトル制御により前記電圧指令値を求める制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記回転速度または前記変調率が大きくなるに従って、前記制御回路の全ての処理のうち、前記電動機に流れる電流を取得する取得処理及びその取得した電流を用いて前記位置を推定する推定処理の制御周期を小さくするとともに、前記取得処理及び前記推定処理以外の処理の制御周期を一定にする
ことを特徴とする電動機の制御装置。 An inverter circuit that drives the rotor of a motor based on the comparison result between the carrier wave and the voltage command value,
A control circuit that obtains the voltage command value by vector control using the current flowing through the motor and the rotation speed and position of the rotor.
With
The control circuit estimates the position by using the acquisition process of acquiring the current flowing through the motor and the acquired current among all the processes of the control circuit as the rotation speed or the modulation factor increases. A control device for an electric motor, characterized in that the control cycle of the estimation process is reduced and the control cycle of the acquisition process and the processes other than the estimation process is constant.
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