JP2023092165A - Control device for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の動作を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls the operation of an electric motor.
電動機の制御装置として、電動機のモデルに相当する電圧方程式に、電圧指令値や電動機に流れる電流などのパラメータを代入することで電動機の抵抗値を推定するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
2. Description of the Related Art As a control device for a motor, there is a device that estimates the resistance value of the motor by substituting parameters such as a voltage command value and a current flowing through the motor into a voltage equation corresponding to a model of the motor. As a related technology, there is
ところで、電動機を駆動させるインバータ回路のスイッチング素子の動作遅れなどにより電圧指令値に誤差が含まれるおそれがある。 By the way, the voltage command value may contain an error due to an operation delay of a switching element of an inverter circuit that drives the electric motor.
そのため、上記制御装置では、電圧指令値に含まれる誤差により抵抗値の推定精度が低下するおそれがある。 Therefore, in the control device described above, there is a possibility that the accuracy of estimating the resistance value is lowered due to the error included in the voltage command value.
本発明の一側面に係る目的は、電動機の動作を制御する制御装置において、電動機の抵抗値の推定精度を向上させることである。 An object of one aspect of the present invention is to improve the accuracy of estimating the resistance value of an electric motor in a control device that controls the operation of the electric motor.
本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、複数のスイッチング素子がオン、オフすることで電動機の回転子を回転させるインバータ回路と、前記電動機に流れる電流をd軸電流及びq軸電流に変換するとともに前記電動機の抵抗値を推定し、少なくとも前記d軸電流及び前記q軸電流並びに前記抵抗値を用いたベクトル制御により前記複数のスイッチング素子をオン、オフさせる制御回路とを備える。 An electric motor control apparatus, which is one embodiment of the present invention, includes an inverter circuit that rotates a rotor of the electric motor by turning on and off a plurality of switching elements, and a d-axis current and a q-axis current that flow through the electric motor. and estimating the resistance value of the motor, and turning on and off the plurality of switching elements by vector control using at least the d-axis current, the q-axis current, and the resistance value.
前記制御回路は、前記インバータ回路の各相の上アームまたは下アームのスイッチング素子がすべてオンしている期間のうちの所定期間をTsとし、前記所定期間内の第1時刻における前記d軸電流をid(n)とし、前記所定期間内の前記第1時刻より前の第2時刻における前記d軸電流をid(n-1)とし、前記第2時刻における前記q軸電流をiq(n-1)とし、前記電動機の抵抗値をR^とし、前記電動機のd軸インダクタンスをLdとし、前記電動機のq軸インダクタンスをLqとし、前記回転子の回転数をωとする場合、下記式1を用いて前記電動機の抵抗値を推定する。
The control circuit sets a predetermined period Ts during which all the switching elements of the upper arm or the lower arm of each phase of the inverter circuit are turned on, and sets the d-axis current at a first time within the predetermined period to Ts. id(n), the d-axis current at a second time earlier than the first time within the predetermined period is id(n-1), the q-axis current at the second time is iq(n-1 ), the resistance value of the electric motor is R^, the d-axis inductance of the electric motor is Ld, the q-axis inductance of the electric motor is Lq, and the rotation speed of the rotor is ω, use the following
id(n)-id(n-1)=Ts×{-R^/Ld×id(n-1)+ω×Lq/Ld×iq(n-1)} ・・・式1
id(n)−id(n−1)=Ts×{−R^/Ld×id(n−1)+ω×Lq/Ld×iq(n−1)}
このように、インバータ回路の各相の上アームまたは下アームのスイッチング素子がすべてオンしている期間のうちの所定期間において、d軸電流及びq軸電流を用いて抵抗値を推定する構成であり、上記式1に電圧指令値のパラメータが含まれないため、インバータ回路のスイッチング素子の動作遅れなどにより電圧指令値に含まれる誤差の影響を受けずに抵抗値を推定することができる。また、上記式1の右辺及び左辺のすべての項にそれぞれd軸電流やq軸電流のパラメータが含まれているため、電流センサが有する増幅器のゲインによりd軸電流やq軸電流のパラメータに含まれる誤差を相殺することができ、その誤差の影響を受けずに抵抗値を推定することができる。また、上記式1には、誘起電圧のパラメータが含まれていないため、温度変化に伴う誘起電圧の変動の影響を受けずに抵抗値を推定することができる。これにより、電動機の抵抗値の推定精度を向上させることができる。
In this manner, the resistance value is estimated using the d-axis current and the q-axis current during a predetermined period of the period in which all the switching elements of the upper arm or the lower arm of each phase of the inverter circuit are turned on. Since the parameter of the voltage command value is not included in
また、前記インバータ回路は、搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により前記複数のスイッチング素子をオン、オフさせ、前記制御回路は、前記抵抗値を用いて前記電動機の回転子の位置を推定する位置推定部と、前記位置を用いて前記電動機に流れる電流を前記d軸電流及び前記q軸電流に変換する電流変換部と、前記回転子の回転数と回転数指令値との回転数差によりd軸電流指令値及びq軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、前記d軸電流と前記d軸電流指令値との差が小さくなるようにd軸電圧指令値を算出するとともに前記q軸電流と前記q軸電流指令値との差が小さくなるようにq軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、前記位置を用いて前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を前記電圧指令値に変換する電圧指令値変換部とを備えるように構成してもよい。 The inverter circuit turns on and off the plurality of switching elements according to a comparison result between the voltage value of the carrier wave and the voltage command value, and the control circuit uses the resistance value to determine the position of the rotor of the electric motor. a position estimator for estimating; a current converter for converting the current flowing in the electric motor into the d-axis current and the q-axis current using the position; and the rotation speed of the rotor and the rotation speed command value. A current command value output unit for outputting a d-axis current command value and a q-axis current command value according to a difference, and calculating a d-axis voltage command value so that the difference between the d-axis current and the d-axis current command value becomes small. and a voltage command value calculation unit for calculating a q-axis voltage command value so that a difference between the q-axis current and the q-axis current command value becomes small, and the d-axis voltage command value and the q-axis command value using the position and a voltage command value conversion unit that converts a voltage command value into the voltage command value.
また、前記制御回路は、前記所定期間内の3つ以上の時刻のうちの互いに隣り合う2つの時刻を前記第1時刻及び前記第2時刻として求められる複数の抵抗値の移動平均を、前記電動機の抵抗値とするように構成してもよい。 Further, the control circuit calculates a moving average of a plurality of resistance values obtained as the first time and the second time, which are two times adjacent to each other among the three or more times within the predetermined period, to the electric motor. may be configured to have a resistance value of
これにより、平均を計算する前の複数の抵抗値にそれぞれ含まれる誤差の影響を抑えて電動機の抵抗値を推定することができるため、電動機の抵抗値の推定精度をさらに向上させることができる。 As a result, the resistance value of the electric motor can be estimated while suppressing the influence of the errors included in each of the plurality of resistance values before the average is calculated, so that the estimation accuracy of the resistance value of the electric motor can be further improved.
本発明によれば、電動機の動作を制御する制御装置において、電動機の抵抗値の推定精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of estimating the resistance value of the electric motor in the control device that controls the operation of the electric motor.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。 Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、実施形態における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 an 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の動作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とを備える。なお、電動機Mは、例えば、埋込磁石型モータまたは表面磁石型モータなどとする。
A
インバータ回路2は、電源Pから供給される電力により電動機Mを駆動させるものであって、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、電流センサSe1、Se2とを備える。すなわち、コンデンサCの一方端子が電源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の他方端子が電源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、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 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、電源Pから出力される直流電圧が、互いに位相が120度ずつ異なる3つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機MのU相、V相、及びW相の入力端子に印加され電動機Mの回転子が回転する。すなわち、インバータ回路2は、スイッチング素子SW1~SW6がオン、オフすることで電動機Mの回転子を回転させる。
The switching element SW1 is turned on or off based on the driving signal S1 output from the control circuit 3. FIG. The switching element SW2 is turned on or off based on the driving signal S2 output from the control circuit 3. FIG. The switching element SW3 is turned on or off based on the driving signal S3 output from the control circuit 3. FIG. The switching element SW4 is turned on or off based on the driving signal S4 output from the control circuit 3. FIG. The switching element SW5 is turned on or off based on the drive signal S5 output from the control circuit 3. FIG. The switching element SW6 is turned on or off based on the drive signal S6 output from the control circuit 3. FIG. By turning ON or OFF the switching elements SW1 to SW6 respectively, the DC voltage output from the power supply P is converted into three AC voltages having phases different from each other by 120 degrees. The rotor of the electric motor M is rotated by being applied to the input terminals of phase and W phase. That is, the
電流センサSe1は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機MのU相に流れるU相電流Iuを検出して制御回路3に出力する。また、電流センサSe2は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機MのV相に流れるV相電流Ivを検出して制御回路3に出力する。 The current sensor Se<b>1 includes a Hall element, a shunt resistor, and the like, detects a U-phase current Iu flowing in the U-phase of the electric motor M, and outputs the detected U-phase current Iu to the control circuit 3 . The current sensor Se2 is composed of a Hall element, a shunt resistor, and the like, detects a V-phase current Iv flowing in the V-phase of the electric motor M, and outputs the detected V-phase current Iv to the control circuit 3 .
制御回路3は、記憶部4と、ドライブ回路5と、演算部6とを備える。
The control circuit 3 includes a
記憶部4は、RAM(Random Access Memory)またはROM(Read Only Memory)などにより構成される。
The
ドライブ回路5は、IC(Integrated Circuit)などにより構成され、搬送波(三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など)の電圧値と、演算部6から出力されるU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、及びW相電圧指令値Vw*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。
The
例えば、ドライブ回路5は、U相電圧指令値Vu*が搬送波の電圧値以上である場合、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、U相電圧指令値Vu*が搬送波の電圧値より小さい場合、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5は、V相電圧指令値Vv*が搬送波の電圧値以上である場合、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、V相電圧指令値Vv*が搬送波の電圧値より小さい場合、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5は、W相電圧指令値Vw*が搬送波の電圧値以上である場合、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、W相電圧指令値Vw*が搬送波の電圧値より小さい場合、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。
For example, when the U-phase voltage command value Vu* is equal to or greater than the voltage value of the carrier wave, the
演算部6は、マイクロコンピュータなどにより構成され、電流変換部7と、抵抗推定部8と、温度推定部9と、位置推定部10と、減算部11と、トルク指令値算出部12と、電流指令値出力部13と、減算部14と、減算部15と、電圧指令値算出部16と、電圧指令値変換部17とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部4に記憶されているプログラムを実行することにより、電流変換部7、抵抗推定部8、温度推定部9、位置推定部10、減算部11、トルク指令値算出部12、電流指令値出力部13、減算部14、減算部15、電圧指令値算出部16、及び電圧指令値変換部17が構成される。
The computing unit 6 is configured by a microcomputer or the like, and includes a current converting
電流変換部7は、電流センサSe1により検出されるU相電流Iu及び電流センサSe2により検出されるV相電流Ivを用いて、電動機MのW相に流れるW相電流Iwを求める。
The
また、電流変換部7は、位置推定部10により推定される、電動機Mの回転子の位置θ^(位相角)を用いて、U相電流Iu、V相電流Iv、及びW相電流Iwをd軸電流Id(電動機Mに弱め界磁を発生させるための電流成分)及びq軸電流Iq(電動機Mにトルクを発生させるための電流成分)に変換する。
Further, the
例えば、電流変換部7は、下記式2に示す変換行列C1を用いて、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
For example, the
なお、電流センサSe1、Se2により検出される電流は、U相電流Iu及びV相電流Ivの組み合わせに限定されず、V相電流Iv及びW相電流Iwの組み合わせ、または、U相電流Iu及びW相電流Iwの組み合わせでもよい。電流センサSe1、Se2によりV相電流Iv及びW相電流Iwが検出される場合、電流変換部7は、V相電流Iv及びW相電流Iwを用いて、U相電流Iuを求める。また、電流センサSe1、Se2によりU相電流Iu及びW相電流Iwが検出される場合、電流変換部7は、U相電流Iu及びW相電流Iwを用いて、V相電流Ivを求める。
Note that the current detected by the current sensors Se1 and Se2 is not limited to the combination of the U-phase current Iu and the V-phase current Iv, but the combination of the V-phase current Iv and the W-phase current Iw, or the combination of the U-phase currents Iu and W A combination of the phase currents Iw may be used. When the current sensors Se1 and Se2 detect the V-phase current Iv and the W-phase current Iw, the
また、インバータ回路2において、電流センサSe1、Se2の他に、電動機MのW相に流れる電流を検出する電流センサSe3をさらに備える場合、電流変換部7は、位置推定部10により推定される位置θ^を用いて、電流センサSe1~Se3により検出されるU相電流Iu、V相電流Iv、及びW相電流Iwをd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換するように構成してもよい。
Further, when the
抵抗推定部8は、下記式1を用いて電動機Mの抵抗値(抵抗成分)R^を推定する。なお、Tsは、インバータ回路2の各相の上アームのスイッチング素子SW1、SW3、SW5または下アームのスイッチング素子SW2、SW4、SW6がすべてオンしている期間T0のうちの所定期間であり、例えば、図2(a)に示すように、少なくともd軸電圧指令値Vd*がゼロになる期間とする。所定期間Tsは、期間T0と同じ期間または期間T0より短い期間とする。なお、図2に示す例や後述する図4に示す例では、所定期間Tsは、期間T0と同じ期間とする。また、id(n)及びid(n-1)は、電流変換部7から出力されるd軸電流Idであって、例えば、図2(b)に示すように、id(n)は、所定期間Ts内の時刻t1(第1時刻)におけるd軸電流Idとし、id(n-1)は、期間Ts内の時刻t1より前の時刻t0(第2時刻)におけるd軸電流Idとする。図2において時刻t1は、d軸電圧指令値Vd*がゼロからマイナス値に変化する直前のタイミングであるが、期間Ts内の任意の時刻に設定されてもよい。また、時刻t0は、d軸電圧指令値Vd*がマイナス値からゼロに変化した直後のタイミングであるが、所定期間Ts内において時刻t1より前の時刻であれば任意の時刻に設定されてもよい。また、iq(n-1)は、電流変換部7から出力されるq軸電流Iqであって、例えば、図2(c)に示すように、時刻t0におけるq軸電流Iqとする。また、R^は、電動機Mの抵抗値とし、ωは、位置推定部10により推定される回転子の回転数(角速度)ω^とする。また、Ldは、電動機Mのd軸インダクタンスとし、Lqは、電動機Mのq軸インダクタンスとする。また、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqは、電動機Mの温度変化に伴って変動しないものとする。
The resistance estimator 8 estimates the resistance value (resistance component) R̂ of the electric motor
id(n)-id(n-1)=Ts×{-R^/Ld×id(n-1)+ω×Lq/Ld×iq(n-1)} ・・・式1
id(n)−id(n−1)=Ts×{−R^/Ld×id(n−1)+ω×Lq/Ld×iq(n−1)}
なお、上記式1は下記過程により導出されるものとする。
It should be noted that
まず、電動機Mのモデルに相当する電圧方程式を下記式3とおく。なお、Vdは、電圧指令値算出部16により算出されるd軸電圧指令値Vs*とし、Vqは、電圧指令値算出部16により算出されるq軸電圧指令値Vq*とする。また、R^は、電動機Mの抵抗値とし、pは、微分演算子とし、Ldは、電動機Mのd軸インダクタンスとし、Lqは、電動機Mのq軸インダクタンスとし、ωは、位置推定部10により推定される回転数ω^とする。また、idは、電流変換部7から出力されるd軸電流Idとし、iqは、電流変換部7から出力されるq軸電流Iqとする。また、Lは、電動機Mのインダクタンスとし、Ψaは、電動機Mの誘起電圧とする。
First, the voltage equation corresponding to the model of the electric motor M is given by Equation 3 below. Vd is the d-axis voltage command value Vs* calculated by the voltage
次に、上記式3を所定期間Tsにおいて時間微分することにより下記式4に変形する。
Next, Equation 3 above is transformed into
そして、上記式4においてd軸電流Idに関連する下記式5に示す方程式を差分方程式に変換することで、上記式1を得る。なお、上記式4においてq軸電流Iqに関連する方程式は、温度変化に伴って変動する誘起電圧Ψaを含むため使用しない。
このように、インバータ回路2の各相の上アームのスイッチング素子SW1、SW3、SW5または下アームのスイッチング素子SW2、SW4、SW6がすべてオンしている期間T0のうちの所定期間Ts(すなわち、少なくともd軸電圧指令値Vd*がゼロである期間)において、d軸電流Id及びq軸電流Iqを用いて抵抗値R^を推定する構成であり、上記式1にd軸電圧指令値Vd*やq軸電圧指令値Vq*のパラメータが含まれないため、インバータ回路2のスイッチング素子SW1~SW6の動作遅れなどによりd軸電圧指令値Vd*やq軸電圧指令値Vq*に含まれる誤差の影響を受けずに抵抗値R^を推定することができる。また、上記式1の右辺及び左辺のすべての項にそれぞれd軸電流Idやq軸電流Iqのパラメータが含まれているため、電流センサSe1、Se2が有する増幅器のゲインによりd軸電流Idやq軸電流Iqのパラメータに含まれる誤差を相殺することができ、その誤差の影響を受けずに抵抗値R^を推定することができる。また、上記式1には、誘起電圧Ψaのパラメータが含まれていないため、温度変化に伴う誘起電圧Ψaの変動の影響を受けずに抵抗値R^を推定することができる。これにより、電動機Mの抵抗値R^の推定精度を向上させることができる。
In this way, the predetermined period Ts (that is, at least During the period in which the d-axis voltage command value Vd* is zero), the resistance value R^ is estimated using the d-axis current Id and the q-axis current Iq, and the d-axis voltage command value Vd* and Since the parameter of the q-axis voltage command value Vq* is not included, the effects of errors included in the d-axis voltage command value Vd* and the q-axis voltage command value Vq* due to the operation delays of the switching elements SW1 to SW6 of the
例えば、抵抗推定部8は、システム同定を用いて抵抗値R^を推定する。すなわち、抵抗推定部8は、上記式1の左辺をQとし、上記式1の右辺をQ^とし、γを同定ゲインとし、R^を電動機Mの抵抗値とする場合、下記式6の計算を繰り返すことでQとQ^との差がゼロになるときのR^を、電動機Mの抵抗値R^とする。
For example, the resistance estimator 8 estimates the resistance value R^ using system identification. That is, the resistance estimating unit 8 calculates the following formula 6 when the left side of the
R^=γ×∫(Q-Q^)dt ・・・式6 R ^ = γ × ∫ (Q - Q ^) dt Equation 6
なお、上記式1をR^について変形した下記式7を計算することにより抵抗値R^を推定してもよく、抵抗値R^の推定方法は特に限定されない。
The resistance value R^ may be estimated by calculating the following
R^=ω×Lq×iq(n-1)/id(n-1)-Ld/id(n-1)×{(id(n)-id(n-1))/Ts} ・・・式7
R^=ω×Lq×iq(n−1)/id(n−1)−Ld/id(n−1)×{(id(n)−id(n−1))/Ts} .
また、図1に示す温度推定部9は、抵抗推定部8により推定される抵抗値R^を用いて電動機Mの温度T^を推定する。なお、抵抗値R^及び係数を用いた演算により温度T^を求めてもよいし、記憶部4に予め記憶されている電動機Mの温度と抵抗値とが互いに対応付けられている情報を参照して温度T^を求めてもよく、温度T^の推定方法は特に限定されない。また、温度推定部9により推定される温度T^は、後述するトルク指令値T*など温度変化に伴って変動する各種指令値の補正に用いられてもよい。
Further, the
位置推定部10は、回転数ω^及び位置θ^を推定する。
The
例えば、位置推定部10は、電流変換部7から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqと、電圧指令値算出部16により算出されるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*と、抵抗推定部8により推定される抵抗値R^とを上記式3に示す電圧方程式に代入して得られるωを、回転数ω^として推定する。また、位置推定部10は、回転数ω^に単位時間(例えば、演算部6のクロック周期)を乗算した結果を位置θ^として推定する。
For example, the
なお、位置推定部10は、電圧指令値算出部16により算出されるd軸電圧指令値Vd*に高周波電圧を重畳することで励起される拡張誘起電圧を抵抗値R^などを用いて求め、その拡張誘起電圧の位相により回転子の位置θ^を推定するように構成してもよい。このように構成される場合、位置推定部10は、位置θ^を単位時間(例えば、演算部6のクロック周期)で除算した結果を回転数ω^として推定する。
Note that the
減算部11は、外部から入力される回転数指令値ω*と位置推定部10により推定される回転数ω^との回転数差Δωを算出する。
The
トルク指令値算出部12は、減算部11から出力される回転数差Δωを用いて、トルク指令値T*を算出する。例えば、トルク指令値算出部12は、記憶部4に記憶されている、電動機Mの回転子の回転数と電動機Mのトルクとが互いに対応付けられている情報(不図示)を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクを、トルク指令値T*として求める。なお、トルク指令値算出部12は、温度推定部9により推定される温度T^が高くなるほど、トルク指令値T*を大きくしてもよい。これにより、温度T^が高くなるほど電動機Mに電流が流れ難くなるとともに永久磁石の磁界の強さが小さくなることで電動機Mに生じるトルクが低下することを抑制することができる。
The torque
電流指令値出力部13は、トルク指令値T*を用いて、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を出力する。例えば、電流指令値出力部13は、記憶部4に記憶されている、電動機Mのトルクとd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*とが互いに対応付けられている情報(不図示)を参照して、トルク指令値T*に対応するd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を求める。
A current command
すなわち、電流指令値出力部13は、回転子の回転数ω^と回転数指令値ω*との回転数差Δωによりd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を出力する。
That is, the current command
減算部14は、電流指令値出力部13から出力されるd軸電流指令値Id*と、電流変換部7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15は、電流指令値出力部13から出力されるq軸電流指令値Iq*と、電流変換部7から出力されるq軸電流Iqとの差ΔIqを算出する。
The
電圧指令値算出部16は、減算部14から出力される差ΔId及び減算部15から出力される差ΔIqを用いたPI制御により、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。例えば、電圧指令値算出部16は、下記式8を計算することによりd軸電圧指令値Vd*を求めるとともに、下記式9を計算することによりq軸電圧指令値Vq*を求める。なお、KpはPI制御の比例項の定数とし、KiはPI制御の積分項の定数とし、Lqは電動機Mのq軸インダクタンスとし、Ldは電動機Mのd軸インダクタンスとし、ωは位置推定部10により推定される回転数ω^とし、Ψaは誘起電圧とする。
The voltage command
d軸電圧指令値Vd*=Kp×差ΔId+∫(Ki×差ΔId)-ωLqIq ・・・式8 d-axis voltage command value Vd*=Kp×difference ΔId+∫(Ki×difference ΔId)−ωLqIq Equation 8
q軸電圧指令値Vq*=Kp×差ΔIq+∫(Ki×差ΔIq)+ωLdId+ωΨa ・・・式9
q-axis voltage command value Vq*=Kp×difference ΔIq+∫(Ki×difference ΔIq)+ωLdId+
すなわち、電圧指令値算出部16は、d軸電流Idとd軸電流指令値Id*との差ΔIdが小さくなるようにd軸電圧指令値Vd*を算出するとともにq軸電流Iqとq軸電流指令値Iq*との差ΔIqが小さくなるようにq軸電圧指令値Vq*を算出する。
That is, the voltage command
電圧指令値変換部17は、位置推定部10により推定される位置θ^を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、及びW相電圧指令値Vw*に変換する。例えば、電圧指令値変換部17は、下記式10に示す変換行列C2を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*に変換する。
The voltage command
すなわち、制御回路3は、電動機Mに流れるU相電流Iu、V相電流Iv、及びW相電流Iwをd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換するとともに電動機Mの抵抗値R^を推定し、少なくともd軸電流Id及びq軸電流Iq並びに抵抗値R^を用いたベクトル制御によりスイッチング素子SW1~SW6をオン、オフさせる。 That is, the control circuit 3 converts the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw flowing through the electric motor M into a d-axis current Id and a q-axis current Iq, and estimates the resistance value R^ of the electric motor M. , the switching elements SW1 to SW6 are turned on and off by vector control using at least the d-axis current Id and the q-axis current Iq and the resistance value R̂.
このように、実施形態の電動機Mの制御装置1によれば、電動機Mの駆動中において、電動機Mの抵抗値R^を精度よく推定することができる。
As described above, according to the
また、実施形態の電動機Mの制御装置1によれば、電動機Mの抵抗値R^を精度よく推定することができるため、抵抗値R^を用いて推定される電動機Mの温度T^の推定精度を向上させることができる。
Further, according to the
また、実施形態の電動機Mの制御装置1では、電動機Mの温度T^を推定することができるため、電動機Mの温度を検出するための温度センサを設ける必要がないため、制御装置1の小型化を図ることができる。
Further, in the
なお、本発明は、以上の実施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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
<変形例1>
図3は、実施形態の電動機の制御装置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. 3 is a diagram showing another example of the motor control device according to the embodiment. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same structure as the structure shown in FIG. 1, and the description is abbreviate|omitted.
図3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^(位相角)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)を備えている点と、演算部6の位置推定部10の替わりに回転数算出部18を備えている点である。
The
回転数算出部18は、位置検出部Spにより検出される位置θ^を用いて、回転数ω^を算出する。例えば、回転数算出部18は、位置θ^を所定時間(例えば、演算部6のクロック周期など)で除算することにより回転数ω^を求める。 The rotation speed calculation unit 18 calculates the rotation speed ω̂ using the position θ̂ detected by the position detection unit Sp. For example, the rotational speed calculation unit 18 obtains the rotational speed ω̂ by dividing the position θ̂ by a predetermined time (for example, the clock cycle of the arithmetic unit 6).
このように構成される制御装置1においても、抵抗推定部8により抵抗値R^が推定されるため、電動機Mの駆動中において、電動機Mの抵抗値R^を精度よく推定することができる。
Also in the
<変形例2>
抵抗推定部8(制御回路3)は、所定期間Ts内の3つ以上の時刻のうちの互いに隣り合う2つの時刻を時刻t1及び時刻t0として求められる複数の抵抗値の移動平均を、電動機Mの抵抗値R^とするように構成してもよい。
<
The resistance estimating unit 8 (control circuit 3) calculates a moving average of a plurality of resistance values obtained by setting two times adjacent to each other among three or more times within the predetermined period Ts to time t1 and time t0, to the electric motor M may be configured to have a resistance value R ^ of .
例えば、図4に示すように、所定期間Ts内において任意の時刻をtαとし、時刻tαより前の時刻をtβとし、時刻tβより前の時刻をtγとし、時刻tαに対応するd軸電流をidαとし、時刻tβに対応するd軸電流をidβとし、時刻tγに対応するd軸電流をidγとし、時刻tβに対応するq軸電流をiqβとし、時刻tγに対応するq軸電流をiqγとする場合を想定する。 For example, as shown in FIG. 4, an arbitrary time within a predetermined period Ts is t α , a time before time t α is t β , a time before time t β is t γ , and at time t α The corresponding d-axis current is id α , the d-axis current corresponding to time tβ is idβ , the d-axis current corresponding to time tγ is idγ , and the q-axis current corresponding to time tβ is iqβ. and the q-axis current corresponding to time t γ is iq γ .
まず、抵抗推定部8は、互いに隣り合う2つの時刻tβ及び時刻tγを時刻t1及び時刻t0とすることで、d軸電流idβをid(n)とし、d軸電流idγをid(n-1)とし、q軸電流iqγをiq(n-1)とし、上記式1を用いて抵抗値R^βγを推定する。 First, the resistance estimation unit 8 sets the d-axis current id β to id(n) and the d-axis current id γ to id (n−1), the q-axis current iq γ is iq(n−1), and the resistance value R^ βγ is estimated using the above equation (1).
次に、抵抗推定部8は、互いに隣り合う2つの時刻tα及び時刻tβを時刻t1及び時刻t0とすることで、d軸電流idαをid(n)とし、d軸電流idβをid(n-1)とし、q軸電流iqβをiq(n-1)とし、上記式1を用いて抵抗値R^αβを推定する。
Next, the resistance estimator 8 sets the d-axis current id α to id(n) and the d-axis current id β to id(n−1), the q-axis current iqβ is iq(n−1), and the resistance value R̂αβ is estimated using
そして、抵抗推定部8は、抵抗値R^βγと抵抗値R^αβとの加算値を2で除算した結果を、抵抗値R^とする。 Then, the resistance estimating unit 8 divides the sum of the resistance value R̂βγ and the resistance value R̂αβ by 2 to obtain the resistance value R̂.
これにより、平均を計算する前の複数の抵抗値R^(抵抗値R^βγ及び抵抗値R^αβ)にそれぞれ含まれる誤差の影響を抑えて電動機Mの抵抗値R^を推定することができるため、電動機Mの抵抗値R^の推定精度をさらに向上させることができる。 As a result, the resistance value R^ of the electric motor M can be estimated while suppressing the influence of errors included in the plurality of resistance values R^ (resistance value R^ βγ and resistance value R^ αβ ) before calculating the average. Therefore, the estimation accuracy of the resistance value R̂ of the electric motor M can be further improved.
1 制御装置
2 インバータ回路
3 制御回路
4 記憶部
5 ドライブ回路
6 演算部
7 電流変換部
8 抵抗推定部
9 温度推定部
10 位置推定部
11 減算部
12 トルク指令値算出部
13 電流指令値出力部
14 減算部
15 減算部
16 電圧指令値算出部
17 電圧指令値変換部
18 回転数算出部
P 電源
C コンデンサ
Se1 電流センサ
Se2 電流センサ
Sp 位置検出部
1
Claims (3)
前記電動機に流れる電流をd軸電流及びq軸電流に変換するとともに前記電動機の抵抗値を推定し、少なくとも前記d軸電流及び前記q軸電流並びに前記抵抗値を用いたベクトル制御により前記複数のスイッチング素子をオン、オフさせる制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記インバータ回路の各相の上アームまたは下アームのスイッチング素子がすべてオンしている期間のうちの所定期間をTsとし、前記所定期間内の第1時刻における前記d軸電流をid(n)とし、前記所定期間内の前記第1時刻より前の第2時刻における前記d軸電流をid(n-1)とし、前記第2時刻における前記q軸電流をiq(n-1)とし、前記電動機の抵抗値をR^とし、前記電動機のd軸インダクタンスをLdとし、前記電動機のq軸インダクタンスをLqとし、前記回転子の回転数をωとする場合、下記式1を用いて前記電動機の抵抗値を推定する
id(n)-id(n-1)=Ts×{-R^/Ld×id(n-1)+ω×Lq/Ld×iq(n-1)} ・・・式1
ことを特徴とする電動機の制御装置。 an inverter circuit that rotates a rotor of an electric motor by turning on and off a plurality of switching elements;
converting a current flowing through the motor into a d-axis current and a q-axis current, estimating a resistance value of the motor, and performing vector control using at least the d-axis current, the q-axis current, and the resistance value to perform the plurality of switching operations; a control circuit that turns the element on and off;
with
The control circuit defines a predetermined period of time Ts during which all the switching elements of the upper arm or the lower arm of each phase of the inverter circuit are turned on, and sets the d-axis current at a first time within the predetermined period to Ts. Let id(n) be the d-axis current at a second time before the first time within the predetermined period, id(n-1) be the d-axis current, and iq(n-1) be the q-axis current at the second time. ), the resistance value of the electric motor is R^, the d-axis inductance of the electric motor is Ld, the q-axis inductance of the electric motor is Lq, and the rotation speed of the rotor is ω, the following equation 1 is used: id(n)-id(n-1)=Ts×{-R^/Ld×id(n-1)+ω×Lq/Ld×iq(n-1)} ・..Formula 1
An electric motor control device characterized by:
前記インバータ回路は、搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により前記複数のスイッチング素子をオン、オフさせ、
前記制御回路は、
前記抵抗値を用いて前記電動機の回転子の位置を推定する位置推定部と、
前記位置を用いて前記電動機に流れる電流を前記d軸電流及び前記q軸電流に変換する電流変換部と、
前記回転子の回転数と回転数指令値との回転数差によりd軸電流指令値及びq軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
前記d軸電流と前記d軸電流指令値との差が小さくなるようにd軸電圧指令値を算出するとともに前記q軸電流と前記q軸電流指令値との差が小さくなるようにq軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
前記位置を用いて前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を前記電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。 The electric motor control device according to claim 1,
The inverter circuit turns on and off the plurality of switching elements according to a comparison result between the voltage value of the carrier wave and the voltage command value,
The control circuit is
a position estimating unit that estimates the position of the rotor of the electric motor using the resistance value;
a current conversion unit that converts the current flowing in the electric motor into the d-axis current and the q-axis current using the position;
a current command value output unit that outputs a d-axis current command value and a q-axis current command value based on a difference between the rotation speed of the rotor and the rotation speed command value;
A d-axis voltage command value is calculated so that the difference between the d-axis current and the d-axis current command value is small, and a q-axis voltage is calculated so that the difference between the q-axis current and the q-axis current command value is small. a voltage command value calculation unit that calculates a command value;
a voltage command value conversion unit that converts the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value into the voltage command value using the position;
A control device for an electric motor, comprising:
前記制御回路は、前記所定期間内の3つ以上の時刻のうちの互いに隣り合う2つの時刻を前記第1時刻及び前記第2時刻として求められる複数の抵抗値の移動平均を、前記電動機の抵抗値とする
ことを特徴とする電動機の制御装置。
The electric motor control device according to claim 1 or claim 2,
The control circuit calculates a moving average of a plurality of resistance values obtained as the first time and the second time, which are two times adjacent to each other among the three or more times within the predetermined period, as the resistance of the electric motor. A motor control device characterized by:
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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