JP3633270B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置および制御方法に関し、特に、正弦波制御と矩形波制御をモータの状態に応じて切り替えるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、低公害の観点から電気自動車が注目されている。典型的な電気自動車は、バッテリ、インバータおよびモータを搭載している。インバータは電力変換装置の一種であり、複数の半導体素子のスイッチング動作によって、バッテリから得られる電力をモータへの供給電力に変換する。この供給電力によりモータが駆動され、車両の推進力が発生する。モータ制御装置は、運転者のアクセル操作に応じてモータの出力を制御するものであり、スイッチング動作を指示するスイッチング信号をインバータに送ることによってモータを制御する。以下、このスイッチング信号のように、電力変換装置の変換動作を制御する信号を変換制御信号という。
【0003】
モータ制御では、正弦波制御が広く一般に行われている。正弦波制御とは、モータへの供給電力の電圧波形を正弦波にする制御である。正弦波制御は、例えば、ベクトル制御とPWM制御によって実現される。図1(a)では、実線の正弦波信号が点線のPWM搬送波と比較されて、スイッチング信号が生成される。このスイッチング信号に従ってインバータが電力変換を行うと、モータへの出力電圧波形が実質的に正弦波になる。なお、図1では1相の電圧波形のみが示されているが、実際には、モータの構成に応じた複数の電圧波形がある(以下、同じ)。このような正弦波制御は、高いモータ効率を得られるので広く用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図2は、モータの運転範囲を示しており、横軸は回転数であり、縦軸はトルクである。モータは理論的には点線で囲まれた領域内で使用可能である。しかし、斜線で示される高回転、高トルク領域ではモータの逆起電圧が高い。この領域では、外乱要因によって、逆起電圧が急上昇してバッテリ電圧を上回りやすい。正弦波制御では、このような逆起電圧に対処する処理が容易でない。そのため、従来のモータ制御では、実線で囲まれた領域、すなわち斜線部分を除いた領域しか使われていなかった。
【0005】
しかしながら、モータの出力増大が求められており、高回転、高トルク領域でもモータを使用することが望まれる。このような要求に応えるべく、矩形波制御を利用することが考えられる。
【0006】
矩形波制御は、正弦波制御とは別の周知の制御であり、図1(b)に示すような矩形波を用いる。矩形波の波高値(電圧値)は一定である。モータへの供給電力の電圧波形がこの矩形波となるように、インバータへのスイッチング信号が生成される。
【0007】
矩形波制御によれば、正弦波制御が困難な高回転、高トルク領域でも容易にモータを制御できる。そこで、通常は効率の高い正弦波制御を行い、高回転、高トルク領域では矩形波制御を行えば、高効率と高出力の両方を兼ね備えたモータを実現できると考えられる。
【0008】
しかしながら、正弦波制御モードと矩形波制御モードの切替を行うと、下記のように、モード切替時のトルク変動という問題が生じる。例として、図2の点x1から点x3へ運転状態が変化する過程において点x2でモード切替を行う場合を考える。点x2では、正弦波制御から、同等のトルクを発生する矩形波制御への切替が行われるべきである。図3は三角波比較前の電圧指令値である。図3(a)において、正弦波aおよび矩形波cは同等のトルクを生じさせるものであり、2つの波形では位相が異なっている。
【0009】
実際のモード切替では、まず正弦波aが、同一の位相をもつ矩形波bに切り替えられる。モータへの供給電圧の位相は瞬時には変えられないからである。それから、矩形波制御モードの下での位相調整が行われ、矩形波bが、切替後の矩形波cまで変更される。
【0010】
ところが、このような切替処理を行うと、切替時にトルク変動が生じてしまう。同一の位相をもつ正弦波aと矩形波bでは、矩形波bの方が大きなトルクを生じるからである。
【0011】
図3(b)を参照すると、図中の位相−トルクライン(実線)に示されるように、矩形波制御のモータトルクは矩形波の位相によって決まる。矩形波の波高は一定だからである。点aの状態で正弦波制御が行われているときにモード切替が行われたとする。上記のようにモータへの供給電力の位相は瞬時には変えられないので、まず運転状態が点aから点bへ移動する。それから、矩形波の位相調整により、位相−トルクラインに沿ってモータの状態が変化する。運転状態が点cに達した時点で、切替前と同等のトルクが得られる。上記の切替過程では、点aと点bのトルク差に相当するトルク変動が生じる。
【0012】
なお、矩形波制御から正弦波制御への切替を行う場合にも上記と同様である。図3(b)において、まず、矩形波制御モードでの位相調整により、矩形波の位相が出発点cから点bに移動する。そして、運転状態が点bに到達してから、矩形波制御から正弦波制御への切替が行われる。この切替過程で、点bと点aのトルク差に相当するトルク変動が生じる。
【0013】
以上のように、正弦波制御と矩形波制御のモード切替を行うと、切替過程でトルク変動が生じる。このトルク変動は、車両挙動に影響を及ぼすものであり、違和感となって運転者に伝わる。従って、このようなトルク変動の発生を防ぐことが望まれる。
【0014】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正弦波制御と矩形波制御の切替を少ないトルク変動でスムーズに行うことができるモータ制御装置および制御方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源より得られる電力をモータへの供給電力に変換する電力変換部に対して変換制御信号を送ってモータを制御するモータ制御装置において、モータへの供給電力の電圧波形を正弦波にする変換制御信号を生成する正弦波制御部と、前記電圧波形を矩形波にする変換制御信号を生成する矩形波制御部と、モータ回転数およびモータトルクの少なくとも一方に応じて、正弦波制御モードと矩形波制御モードを切り替えるモード切替部と、モード切替の際に、切替前の正弦波から切替後の矩形波へ向けて、または切替前の矩形波から切替後の正弦波へ向けて前記電圧波形を連続的に変化させる変換制御信号を生成する切替中間制御部と、を含み、前記切替中間制御部は、矩形波を無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であるとみなして、正弦電圧波形の位相および振幅の同時かつ連続的な変化によって、切替前の電圧波形を切替後の電圧波形に近づけて行くことを特徴とする。
【0016】
好ましくは、前記正弦波制御部は、正弦波信号に基づくPWM処理を行って変換制御信号を生成し、前記切替中間制御部は、切替前後の電圧波形の中間の位相と振幅をもつ変形正弦波信号に基づくPWM処理を行って変換制御信号を生成する。
【0017】
上記のように、矩形波は、無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であるとみなすことができる。これにより、切替前の電圧波形と切替後の電圧波形とは、異なる位相と振幅をもつ2つの正弦波であるとみなされる。そこで、正弦電圧波形の位相と振幅の同時かつ連続的な変化によって、切替前の電圧波形を切替後の電圧波形に近づけていく。正弦波から矩形波への切替では、切替前の正弦波の位相を切替後の矩形波の位相に連続的に近づけ、これと同時に、切替前の正弦波の振幅を無限大または十分に大きな振幅に連続的に近づけていく。矩形波から正弦波への切替では逆の処理が行われる。このように、従来は切替途中に矩形波の位相調整が行われたのと異なり、本発明では切替途中に正弦波の位相および振幅が同時かつ連続的に変更されるので、切替途中で大きなトルク変動が発生することなく、切替前の電圧波形が切替後の電圧波形に移行する。また、このモータ制御装置を、車両に搭載された車両用モータに適用した場合には、車両挙動に対する影響の少ないスムーズなモード切替が可能となり、運転者に違和感を与えるのを防ぐことが可能となる。
【0018】
なお、本発明は、正弦波制御から矩形波制御への切替と、その逆の切替の両方に適用されてもよい。また、どちらか一方の切替にのみ適用されてもよい。
【0019】
また、本発明の一態様は、モータへの供給電力を調整してモータを制御するモータ制御方法であって、モータへの供給電力の電圧波形を正弦波にする正弦波制御モードと、前記電圧波形を矩形波にする矩形波制御モードとをモータの状態に応じて切り替えるモード切替工程を含み、このモード切替工程では、矩形波を無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であるとみなして、正弦電圧波形の位相および振幅の同時かつ連続的な変化によって、前記電圧波形を切替前の正弦波から切替後の矩形波へ、または切替前の矩形波から切替後の正弦波へ向けて近づけていくことを特徴とする。この態様によれば、本発明の上述の効果が、モータ制御方法というかたちで得られる。また、このモータ制御方法を、車両に搭載された車両用モータの制御に適用してもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態(以下、実施形態という)について、図面を参照し説明する。
【0021】
まず、図4を参照して、本実施形態のモード切替の原理を説明する。ここでは、正弦波制御モードから矩形波制御モードへの切替処理を説明する。ただし、逆のモード切替処理も、切替の方向が異なることを除き、ほぼ同様である。
【0022】
図4(a)において、正弦波a1はモード切替前の電圧波形であり、矩形波c1はモード切替後の電圧波形である。正弦波a1と矩形波c1は異なる位相をもっており、両電圧波形は同等のトルクを生じさせる。
【0023】
本実施形態では、「矩形波c1が、無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であり、その波高値は電圧上限値(最大バッテリ電圧)によって制限されている」とみなされる。これにより、切替開始時と切替終了時の電圧波形がともに正弦波であり、2つの正弦波では位相と振幅が異なるとみなすことができる。
【0024】
モード切替を開始する前に、正弦波a1の位相と振幅が切替初期値に設定される。また、矩形波c1の位相が切替目標の位相に設定され、さらに無限大の振幅が切替目標の振幅に設定される。
【0025】
モード切替が開始すると、切替初期値から切替目標値へ向けて、電圧波形の位相および振幅が同時かつ連続的に変更される。すなわち、初期の位相から目標の位相へ連続的に正弦波の位相が変更され、これと同時に、初期の振幅から無限大の振幅に向けて連続的に正弦波の振幅が変更されていく。
【0026】
図4の電圧波形b1は、切替の途中の電圧波形である。この電圧波形b1は、切替初期と切替目標の中間の位相および振幅をもつ正弦波である。矩形波と同様に最大バッテリ電圧にて電圧値にリミットがかかるので波形の一部が平坦である。このような変化途中の電圧波形b1は、切替前後の正弦波a1および矩形波c1と同等かそれらに近いモータトルクを生じさせる。従って、大きなトルク変動を生じることなく、正弦波a1から矩形波c1へ電圧波形を変更することが可能となる。
【0027】
図4(b)を参照すると、点a1は、切替前の正弦波制御モードでの運転状態である。点c1は、切替後の矩形波制御モードでの運転状態である。点a1と点c1では、トルクは等しいが位相は異なる。従来のモード切替では、まず正弦波制御から矩形波制御への切替が行われ、この切替で運転状態は点a1から点b1に移動する。それから矩形波制御での位相調整が行われ、運転状態は、位相−トルクラインに沿って点b1から点c1へ移動する。従来はこのような運転状態の軌跡に起因するトルク変動が生じる。
【0028】
一方、本実施形態では、点c1の状態での矩形波が、無限大の振幅をもつ正弦波とみなされる。そして、図4(a)に示すような電圧波形の位相と振幅の連続的な変化により、運転状態は、点線で示すように点a1から点c1へ向かって直線に近い軌跡を描いて移行する。この間、運転状態が点c1に到達する直前までは、電圧波形が正弦波である。図4(b)から明らかなように、本実施形態によれば、モード切替時のトルク変動を低減することが可能となる。
【0029】
図5は、本実施形態のモータ制御装置が搭載された電気自動車の駆動システムを示している。バッテリ2は、インバータ4を介してモータ6に接続されている。モータ6は、永久磁石式の三相交流モータである。モータ6は、減速ギア8を介して車輪10に連結されている。バッテリ2からインバータ4へは直流電流が供給される。この直流電流はインバータ4にて交流電流に変換され、モータ6は、インバータ4から供給される電力で回転する。そして、モータ6の出力トルクが減速ギア8を介して車輪10へ伝えられ、車両が走行する。
【0030】
モータECU12は、インバータ4にスイッチング信号(Su,Sv,Sw)を送ることによってモータ6のトルクを制御する装置である。インバータ4には複数の半導体素子が備えられており、電力変換は半導体素子のスイッチング動作によって行われる。スイッチング信号は、半導体素子に必要なスイッチング動作を行わせるための信号であり、すなわち、インバータ4に必要な電力変換を行わせるための信号である。本実施形態では、このスイッチング信号が本発明の変換制御信号に相当する。
【0031】
モータECU12には、電流センサ14が検出したモータ電流(Iu,Iv,Iw)が入力される。モータ電流は、インバータ4からモータ6に供給される電流である。また、回転角センサ16は、モータ6のロータ角(θ:ステータに対するロータの回転角度(位置))を検出してモータECU12に送っている。モータ回転数はロータ角信号から求められる。さらに、モータECU12には、アクセル18からアクセル操作量を示す信号が入力される。
【0032】
モータECU12では、トルク決定部20が、アクセル操作量やモータ回転数(車速)に基づいて、モータ6が出力すべきトルクを決定し、この出力トルクに対応するトルク指令T*を求める。トルク指令T*は、正弦波制御部22および矩形波制御部24にて、インバータ4へのスイッチング信号の生成のために用いられる。本実施形態では、図6に示すように、モータ回転数NおよびモータトルクTに応じて正弦波制御モードと矩形波制御モードが切り替えられる。
【0033】
正弦波制御モードでは、正弦波制御部22によりスイッチング信号が生成される。正弦波制御部22は、周知のベクトル制御部26およびPWM制御部28を有し、ベクトル制御とPWM制御によってパルス幅変調されたスイッチング信号を生成する。この処理は、電気自動車の制御に広く用いられており周知であるので、詳細な説明は省略する。概略的には、トルク指令T*からd−q軸座標上のd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*が求められる。一方、モータ電流Iu,Iv,Iwから励磁電流Idおよびトルク電流Iqが求められる。これらの指令値および電流値に基づいて電圧指令Vd,Vqが求められ、さらに電圧指令Vd,Vqの座標変換が行われる。前述の図1(a)は、この段階の電圧信号を示している。座標変換後の電圧信号が所定形状のPWM搬送波と比較され、パルス幅変調されたスイッチング信号Su,Sv,Swが生成される。スイッチング信号に従ってインバータ4が電力変換を行うことにより、モータ電流の電圧波形は正弦波に対応したものになる。そして、モータ6により、トルク決定部20で決定されたトルクが出力される。
【0034】
一方、矩形波制御モードでは、矩形波制御部24によりスイッチング信号が生成される。矩形波制御においては、矩形波の波高が一定であり、周期はモータ回転数(車速)によって決まる。従って、矩形波の位相が制御対象となり、この位相によってトルクが決まる。矩形波の位相の基準はロータ角θである。矩形波制御では、モータ電流Iu,Iv,Iwから励磁電流Idおよびトルク電流Iqが求められる。そして、これらの電流Id,Iqから、モータの現在のトルクTが求められる。このトルクTがトルク指令T*と比較されて、矩形波の位相が決定される。矩形波の位相がロータ角θに加算され、加算結果に基づいてスイッチング信号Su,Sv,Swが生成される。スイッチング信号に従ってインバータ4が電力変換を行うと、モータ電流の電圧波形は矩形波に対応したものになる。そして、モータ6によりトルク決定部20で決定されたトルクが出力される。
【0035】
上記の2つの制御モードを使い分ける目的は、前述したように、モータ出力の増大にある。図6において、切替ラインmより下側の領域では、効率の高い正弦波制御モードでモータを制御することが好適である。しかし、切替ラインmを越える高回転、高トルク領域では、モータの逆起電圧が高い。この領域では、アクセルの急操作のような外乱要因によって逆起電圧が急上昇したときに、逆起電圧がバッテリ電圧を上回り、トルクダウンが生じやすい。正弦波制御では、このような逆起電圧に対処する処理が容易でない。そこで、切替ラインmより上の領域では、矩形波制御モードでモータを制御する。矩形波制御では、正弦波制御が困難な高回転、高トルク領域でも容易にモータを制御できる。このようにして、高効率と高出力の両方を兼ね備えたモータ制御が可能である。
【0036】
上記のモードの切替は、切替指示部30の指示によって行われる。本実施形態の特徴として、モード切替の際にモード移行期間が設けられ、モード移行期間には切替中間制御部32によってモータが制御され、図4に示すようにしてモータ電流の電圧波形が変形される。以下、図7、図9のフローチャートを参照して、モード移行時の処理を説明する。
【0037】
図7は、正弦波制御モードから矩形波制御モードへの切替処理を示している。切替指示部10は、モータトルクTおよびモータ回転数Nを監視して、図6の切替ラインm上のトルクTおよび回転数Nが検出されたか否かを判断する(S10)。ラインm上のトルクTおよび回転数Nが検出されるまでS10の判断が継続され、この間は正弦波制御モードが継続する。S10がYESになると、切替指示部30は切替フラグをONにする(S12)。
【0038】
切替フラグがONになると、正弦波制御部22および矩形波制御部24の両方で計算処理が行われる。正弦波制御部22では、現在のモータ電流の電圧波形の位相と振幅が算出される。通常の正弦波制御モードではこの正弦電圧波形の位相や振幅は求めていない。ここでは、以下の切替中間制御のために位相や振幅を求める。一方、矩形波制御部24では、現在のモータトルクTと同じ大きさのトルクを発生するのに必要な矩形波の位相が算出される(S14)。同等のトルクを発生する正弦波と矩形波では、位相が異なる。従って、S14で算出される位相は、現在の正弦波の位相とは異なったものになる。なお、これらの値を容易に求めるために、図6の切替ラインm上での正弦波や矩形波の位相および振幅を表すマップを予め作成しておくことも好適である。
【0039】
次に、S16〜S20では、図4を用いて説明したように、モータ電流の電圧波形が、現在の正弦波から、S14で算出した位相をもつ矩形波に変形される。まず、現在の正弦波の位相と振幅が切替初期値に設定される。また、S14で算出した矩形波の位相が切替目標の位相に設定される。さらに無限大の振幅が切替目標の振幅に設定する。ただし、ここでは、無限大と同等とみなせる十分に大きな振幅を切替目標値にする。すなわち、この目標振幅をもつ正弦波が矩形波とほぼ同じ形になるように、目標振幅が十分に大きく設定される。
【0040】
S16では、切替中間制御部32の位相・振幅調整部34により、切替初期値から切替目標値へ向けて、振幅および位相が両方とも所定の幅だけ近づけられる。そして、近づいた振幅および位相に基づいてスイッチング信号が生成される(S18)。ここでは、位相・振幅調整部34により、S16で求めた位相と振幅をもつ電圧信号が生成される。そして、この電圧信号が、PWM制御部36にて、所定形状のPWM搬送波と比較され、これによりスイッチング信号Su,Sv,Swが生成される。なお、PWM制御部36が、正弦波制御部22のPWM制御部28と兼用されてもよいことはもちろんである。
【0041】
インバータ4は、上記のスイッチング信号に従って電力変換を行う。その結果、モータ電流の電圧波形は、図4(a)の中段に示すようなかたちになる。最大バッテリ電圧にて電圧値にリミットがかかっているので、電圧波形b1は、部分的に平坦部をもつ正弦波になっている。この電圧波形b1は、正弦波a1と同等か、それに近いトルクを発生させる。
【0042】
次に、位相・振幅調整部34は、S16で求めた現在の位相および振幅が切替目標値に達したか否かを判定する(S20)。S20がNOであれば、S16に戻り、さらに、振幅および位相を切替目標値へ近づける。このようにして、振幅と位相が切替目標値に達するまで、同様の処理が続けられる。
【0043】
ここで、切替初期値から切替目標値までの移行期間は十分に短い時間であるべきであり、例えば、100msec程度が好ましい。移行期間がこの程度の長さであれば、アクセル操作量が大きく変化することがないと考えられる。従って、切替前後で同等のモータトルクを発生させればよいと考えられる。上記のS16では、この制御間隔おきに位相および振幅が目標値に近づけられる。好ましくは、位相および振幅が同時に目標値に達するように、S16の位相および振幅の変化幅が設定される。
【0044】
図7でS20の判断がYESになると、切替指示部30は切替フラグをオフにする(S22)。そして、矩形波制御モードが設定される(S24)。以降、矩形波制御部24によってモータ制御が行われる。
【0045】
図8は、図7の処理が行われたときの電圧波形の位相と振幅の変化を示すタイムチャートである。切替フラグがONになると、電圧波形の位相と振幅が同時に連続的に目標値に向けて変更される。そして、位相と振幅が同時に目標値に達した時点で切替フラグがオフになる。以降は、矩形波制御が行われる。
【0046】
次に、図9を参照して、矩形波制御モードから正弦波制御モードへの切替処理を説明する。図9の切替処理は、図7を用いて説明した正弦波から矩形波への切替処理とほぼ同様である。ただし、切替の際の位相と振幅の変化の向きが逆である。
【0047】
切替指示部30は、モータトルクTおよびモータ回転数Nを監視して、図6の切替ラインm上のトルクTおよび回転数Nが検出されたか否かを判断する(S30)。S32の判断がNOである間は、矩形波制御モードが継続する。S30がYESになると、切替指示部30は切替フラグをONにする(S32)。
【0048】
切替フラグがONになると、矩形波制御部24は、現在の矩形波の位相を算出し、切替中間制御部32へ送る。正弦波制御部22では、現在のモータトルクTと同等のトルクを発生するのに必要な正弦電圧波形の位相と振幅が算出される(S34)。ここでも、これらの値を容易に求めるために、図6の切替ラインm上での正弦波や矩形波の位相および振幅を表すマップを予め作成しておくことが好適である。
【0049】
次に、現在の矩形波の位相が切替初期値に設定される。振幅の切替初期値は、無限大と同等とみなせる十分に大きな振幅に設定される。この振幅値は、正弦波から矩形波への切替制御の際にも用いられたものであり、無限大の代わりとして使われる。また、S34で求めた正弦波の位相と振幅が、それぞれ、切替目標値に設定される。
【0050】
S36〜S40では、上記の切替初期値から切替目標値へ向けて、位相と振幅が順次変更される。S36では、位相と振幅が所定幅だけ目標値へ近づけられる。S36で求めた位相と振幅に対応する電圧信号が求められ、この電圧信号がPWM搬送波と比較され、スイッチング信号が生成される(S38)。位相と振幅が目標値に達するまでは、上記の制御が続けられる。このような制御により、電圧波形は、前述の正弦波から矩形波への切替と同様に、ただし反対方向に変化する。従って、この場合にも、モード移行期間のトルク変動は小さい。
【0051】
S40において位相と振幅が目標値に達したと位相・振幅調整部34が判断すると、S42にて切替指示部30が切替フラグをオフにする(S42)。そして、正弦波制御モードが設定される(S44)。以降、正弦波制御部22によってモータ制御が行われる。
【0052】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本実施形態によれば、モード切替の途中では、位相と振幅を同時かつ連続的にシフトしながら、PWM正弦波制御が行われる。一方、従来は、モード切替の途中では矩形波制御モードでの位相調整が行われ、そのためにトルク変動が生じる。本実施形態によれば、モード移行期間に図4に示すような正弦波に基づく制御を行うことで、モード切替時のトルク変動を低減することができる。その結果、車両挙動に対する影響の少ないスムーズなモード切替が可能となり、運転者に違和感を与えるのを防ぐことが可能となる。
【0053】
本実施形態の変形例を説明する。本実施形態では電力変換装置がインバータであったが、インバータ以外の電力変換装置も同様に本発明に適用可能なことはもちろんである。また、モータは、永久磁石式の同期モータ以外のモータでもよい。また、PWM制御を使わない他の制御が行われてもよい。また、回生制動時にも本発明の制御を行うことが好ましい。
【0054】
また、本発明は、ハイブリッド自動車にも好適に適用される。ハイブリッド自動車は、電気自動車の一種であり、電気モータと内燃機関の両方を搭載している。このハイブリッドシステムのモータの制御に本発明を好適に適用可能である。その他、本発明は、電気自動車用でない任意のモータの制御に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】正弦波制御および矩形波制御によるモータ電流の電圧波形を示す図である。
【図2】従来の電気自動車のモータ制御の運転範囲を示す図である。
【図3】従来の正弦波制御から矩形波制御への切替を示す図である。
【図4】本発明の実施形態における正弦波制御から矩形波制御への切替処理を示す図である。
【図5】本発明の実施形態のモータ制御装置の構成を示す図である。
【図6】正弦波制御モードと矩形波制御モードが設定される運転領域を示す図である。
【図7】図5のシステムでの正弦波制御モードから矩形波制御モードへの切替処理を示す図である。
【図8】図7の処理を行ったときの電圧波形の位相と振幅の変化過程を示すタイムチャートである。
【図9】図5のシステムでの矩形波制御モードから正弦波制御モードへの切替処理を示す図である。
【符号の説明】
2 バッテリ、4 インバータ、6 モータ、12 モータECU、14 電流センサ、16 回転角センサ、20 トルク決定部、22 正弦波制御部、24 矩形波制御部、26 ベクトル制御部、28,36 PWM制御部、30 切替指示部、32 切替中間制御部、34 位相・振幅調整部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device and a control method, and more particularly to switching between sine wave control and rectangular wave control according to the state of a motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, electric vehicles have attracted attention from the viewpoint of low pollution. A typical electric vehicle includes a battery, an inverter and a motor. An inverter is a kind of power converter, and converts power obtained from a battery into power supplied to a motor by switching operations of a plurality of semiconductor elements. The motor is driven by this supplied electric power, and the driving force of the vehicle is generated. The motor control device controls the output of the motor in accordance with the driver's accelerator operation, and controls the motor by sending a switching signal instructing a switching operation to the inverter. Hereinafter, a signal that controls the conversion operation of the power conversion device, such as the switching signal, is referred to as a conversion control signal.
[0003]
In motor control, sine wave control is widely performed in general. The sine wave control is control for making the voltage waveform of the power supplied to the motor a sine wave. The sine wave control is realized by, for example, vector control and PWM control. In FIG. 1 (a), a solid line sine wave signal is compared with a dotted PWM carrier to generate a switching signal. When the inverter performs power conversion according to this switching signal, the output voltage waveform to the motor is substantially a sine wave. In FIG. 1, only a single-phase voltage waveform is shown, but actually there are a plurality of voltage waveforms corresponding to the motor configuration (hereinafter the same). Such sine wave control is widely used because high motor efficiency can be obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 2 shows the operating range of the motor, where the horizontal axis is the rotational speed and the vertical axis is the torque. Theoretically, the motor can be used in a region surrounded by a dotted line. However, the back electromotive force of the motor is high in the high rotation and high torque regions indicated by hatching. In this region, the counter electromotive voltage rises rapidly due to disturbance factors and tends to exceed the battery voltage. In the sine wave control, it is not easy to deal with such a back electromotive voltage. Therefore, in the conventional motor control, only the area surrounded by the solid line, that is, the area excluding the shaded part is used.
[0005]
However, an increase in the output of the motor is required, and it is desired to use the motor even in a high rotation and high torque region. In order to meet such a demand, it is conceivable to use rectangular wave control.
[0006]
The rectangular wave control is a well-known control different from the sine wave control, and uses a rectangular wave as shown in FIG. The peak value (voltage value) of the rectangular wave is constant. A switching signal to the inverter is generated so that the voltage waveform of the power supplied to the motor becomes this rectangular wave.
[0007]
According to the rectangular wave control, the motor can be easily controlled even in a high rotation and high torque region where sine wave control is difficult. Therefore, it is considered that a motor having both high efficiency and high output can be realized by normally performing highly efficient sine wave control and performing rectangular wave control in a high rotation and high torque region.
[0008]
However, when switching between the sine wave control mode and the rectangular wave control mode, there arises a problem of torque fluctuation during mode switching as described below. As an example, consider a case where mode switching is performed at point x2 in the process of changing the operating state from point x1 to point x3 in FIG. At point x2, switching from sine wave control to rectangular wave control that generates equivalent torque should be performed. FIG. 3 shows voltage command values before the triangular wave comparison. In FIG. 3A, a sine wave a and a rectangular wave c generate the same torque, and the two waveforms have different phases.
[0009]
In actual mode switching, first, the sine wave a is switched to a rectangular wave b having the same phase. This is because the phase of the supply voltage to the motor cannot be changed instantaneously. Then, phase adjustment is performed under the rectangular wave control mode, and the rectangular wave b is changed to the rectangular wave c after switching.
[0010]
However, when such a switching process is performed, torque fluctuation occurs at the time of switching. This is because, in the sine wave a and the rectangular wave b having the same phase, the rectangular wave b generates a larger torque.
[0011]
Referring to FIG. 3B, as indicated by the phase-torque line (solid line) in the figure, the motor torque of the rectangular wave control is determined by the phase of the rectangular wave. This is because the wave height of the rectangular wave is constant. It is assumed that the mode is switched when the sine wave control is performed in the state of the point a. As described above, since the phase of the power supplied to the motor cannot be changed instantaneously, the operating state first moves from point a to point b. Then, the state of the motor changes along the phase-torque line by phase adjustment of the rectangular wave. When the operating state reaches point c, a torque equivalent to that before switching is obtained. In the above switching process, torque fluctuation corresponding to the torque difference between point a and point b occurs.
[0012]
The same applies to switching from rectangular wave control to sine wave control. In FIG. 3B, first, the phase of the rectangular wave moves from the starting point c to the point b by phase adjustment in the rectangular wave control mode. Then, after the operating state reaches point b, switching from rectangular wave control to sine wave control is performed. In this switching process, torque fluctuation corresponding to the torque difference between point b and point a occurs.
[0013]
As described above, when mode switching between sine wave control and rectangular wave control is performed, torque fluctuation occurs in the switching process. This torque fluctuation affects the vehicle behavior and is transmitted to the driver with a sense of incongruity. Therefore, it is desired to prevent the occurrence of such torque fluctuation.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a motor control device and a control method capable of smoothly switching between sine wave control and rectangular wave control with little torque fluctuation. .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a motor control device that controls a motor by sending a conversion control signal to a power converter that converts power obtained from a power source into power supplied to the motor. A sine wave control unit for generating a conversion control signal for generating a square wave, a rectangular wave control unit for generating a conversion control signal for converting the voltage waveform to a rectangular wave, and a sine wave control according to at least one of the motor rotation speed and the motor torque A mode switching unit that switches between a mode and a rectangular wave control mode, and a sine wave before switching from a sine wave before switching to a rectangular wave after switching, or before switchingSquare waveAfter switching fromsine waveAnd a switching intermediate control unit that generates a conversion control signal that continuously changes the voltage waveform toward the output, and the switching intermediate control unit is a sine wave having an infinite or sufficiently large amplitude of the rectangular wave The voltage waveform before switching is made closer to the voltage waveform after switching by simultaneous and continuous changes in the phase and amplitude of the sine voltage waveform.
[0016]
Preferably, the sine wave control unit generates a conversion control signal by performing PWM processing based on the sine wave signal, and the switching intermediate control unit is a modified sine wave having an intermediate phase and amplitude of the voltage waveform before and after switching. A conversion control signal is generated by performing PWM processing based on the signal.
[0017]
As described above, the square wave can be regarded as a sine wave having an infinite or sufficiently large amplitude. Accordingly, the voltage waveform before switching and the voltage waveform after switching are regarded as two sine waves having different phases and amplitudes. Therefore, the voltage waveform before switching is brought closer to the voltage waveform after switching by simultaneous and continuous changes in the phase and amplitude of the sine voltage waveform. In switching from a sine wave to a rectangular wave, the phase of the sine wave before switching is continuously brought close to the phase of the rectangular wave after switching, and at the same time, the amplitude of the sine wave before switching is infinite or sufficiently large. To be continuously approaching. In switching from the rectangular wave to the sine wave, the reverse process is performed. As described above, unlike the conventional method in which the phase adjustment of the rectangular wave is performed during the switching, the present invention changes the phase and amplitude of the sine wave simultaneously and continuously during the switching, so that a large torque is generated during the switching. Without fluctuation, the voltage waveform before switching shifts to the voltage waveform after switching.When this motor control device is applied to a vehicle motor mounted on a vehicle,Smooth mode switching with little influence on the vehicle behavior is possible, and it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
[0018]
The present invention may be applied to both switching from sine wave control to rectangular wave control and vice versa. Moreover, you may apply only to either one of switching.
[0019]
Another aspect of the present invention is a motor control method for controlling a motor by adjusting power supplied to the motor, wherein the voltage waveform of the power supplied to the motor is a sine wave control mode, and the voltage It includes a mode switching step that switches the rectangular wave control mode for changing the waveform to a rectangular wave according to the state of the motor. In this mode switching step, the rectangular wave is regarded as an infinite or sufficiently large sine wave. Of the phase and amplitude of the sinusoidal voltage waveformAt the same timeBy the continuous change, the voltage waveform is made to approach from a sine wave before switching to a rectangular wave after switching, or from a rectangular wave before switching to a sine wave after switching. According to this aspect, the above-described effects of the present invention can be obtained in the form of a motor control method.Further, this motor control method may be applied to control of a vehicle motor mounted on the vehicle.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments (hereinafter referred to as embodiments) of the invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
First, the principle of mode switching according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, switching processing from the sine wave control mode to the rectangular wave control mode will be described. However, the reverse mode switching process is substantially the same except that the switching direction is different.
[0022]
In FIG. 4A, a sine wave a1 is a voltage waveform before mode switching, and a rectangular wave c1 is a voltage waveform after mode switching. The sine wave a1 and the rectangular wave c1 have different phases, and both voltage waveforms generate an equivalent torque.
[0023]
In the present embodiment, it is regarded that “the rectangular wave c1 is a sine wave having an infinite or sufficiently large amplitude, and its peak value is limited by the upper voltage limit (maximum battery voltage)”. As a result, the voltage waveforms at the start and end of switching are both sine waves, and the two sine waves can be regarded as having different phases and amplitudes.
[0024]
Before starting the mode switching, the phase and amplitude of the sine wave a1 are set to the switching initial value. In addition, the phase of the rectangular wave c1 is set as the switching target phase, and an infinite amplitude is set as the switching target amplitude.
[0025]
When mode switching starts, the phase and amplitude of the voltage waveform are changed simultaneously and continuously from the initial switching value to the switching target value. That is, the phase of the sine wave is continuously changed from the initial phase to the target phase, and at the same time, the amplitude of the sine wave is continuously changed from the initial amplitude toward the infinite amplitude.
[0026]
A voltage waveform b1 in FIG. 4 is a voltage waveform in the middle of switching. This voltage waveform b1 is a sine wave having a phase and amplitude intermediate between the switching initial stage and the switching target. Since the voltage value is limited at the maximum battery voltage as in the case of the rectangular wave, a part of the waveform is flat. The voltage waveform b1 in the middle of the change generates a motor torque that is equal to or close to the sine wave a1 and the rectangular wave c1 before and after switching. Therefore, the voltage waveform can be changed from the sine wave a1 to the rectangular wave c1 without causing a large torque fluctuation.
[0027]
Referring to FIG. 4B, the point a1 is the operating state in the sine wave control mode before switching. Point c1 is the operating state in the rectangular wave control mode after switching. The points a1 and c1 have the same torque but different phases. In the conventional mode switching, first, switching from sine wave control to rectangular wave control is performed, and the operation state moves from point a1 to point b1 by this switching. Then, phase adjustment by rectangular wave control is performed, and the operating state moves from point b1 to point c1 along the phase-torque line. Conventionally, torque fluctuations caused by such a locus of the driving state occur.
[0028]
On the other hand, in the present embodiment, the rectangular wave in the state of the point c1 is regarded as a sine wave having an infinite amplitude. Then, due to the continuous change in the phase and amplitude of the voltage waveform as shown in FIG. 4A, the operating state shifts from a point a1 to a point c1 with a locus close to a straight line as shown by a dotted line. . During this time, the voltage waveform is a sine wave until just before the operating state reaches the point c1. As is clear from FIG. 4B, according to the present embodiment, it is possible to reduce torque fluctuation at the time of mode switching.
[0029]
FIG. 5 shows a drive system for an electric vehicle on which the motor control device of this embodiment is mounted. The battery 2 is connected to the motor 6 via the inverter 4. The motor 6 is a permanent magnet type three-phase AC motor. The motor 6 is connected to the wheel 10 via the reduction gear 8. A direct current is supplied from the battery 2 to the inverter 4. This direct current is converted into alternating current by the inverter 4, and the motor 6 rotates with the electric power supplied from the inverter 4. Then, the output torque of the motor 6 is transmitted to the wheel 10 via the reduction gear 8, and the vehicle travels.
[0030]
The motor ECU 12 is a device that controls the torque of the motor 6 by sending switching signals (Su, Sv, Sw) to the inverter 4. The inverter 4 includes a plurality of semiconductor elements, and power conversion is performed by a switching operation of the semiconductor elements. The switching signal is a signal for causing the semiconductor element to perform a necessary switching operation, that is, a signal for causing the inverter 4 to perform necessary power conversion. In the present embodiment, this switching signal corresponds to the conversion control signal of the present invention.
[0031]
The motor current (Iu, Iv, Iw) detected by the current sensor 14 is input to the motor ECU 12. The motor current is a current supplied from the inverter 4 to the motor 6. The rotation angle sensor 16 detects the rotor angle of the motor 6 (θ: the rotation angle (position) of the rotor with respect to the stator) and sends it to the motor ECU 12. The motor speed is obtained from the rotor angle signal. Further, a signal indicating the accelerator operation amount is input from the accelerator 18 to the motor ECU 12.
[0032]
In the motor ECU 12, the torque determination unit 20 determines the torque to be output by the motor 6 based on the accelerator operation amount and the motor rotation speed (vehicle speed), and obtains a torque command T * corresponding to this output torque. Torque command T * is used by sine wave control unit 22 and rectangular wave control unit 24 to generate a switching signal to inverter 4. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the sine wave control mode and the rectangular wave control mode are switched according to the motor rotation speed N and the motor torque T.
[0033]
In the sine wave control mode, the sine wave control unit 22 generates a switching signal. The sine wave control unit 22 includes a well-known vector control unit 26 and a PWM control unit 28, and generates a switching signal that is pulse width modulated by vector control and PWM control. Since this process is widely used for control of electric vehicles and is well known, detailed description thereof is omitted. Schematically, a d-axis current command Id * and a q-axis current command Iq * on the dq-axis coordinates are obtained from the torque command T *. On the other hand, an excitation current Id and a torque current Iq are obtained from the motor currents Iu, Iv, Iw. Based on these command values and current values, voltage commands Vd and Vq are obtained, and further, coordinate conversion of the voltage commands Vd and Vq is performed. FIG. 1A shows the voltage signal at this stage. The voltage signal after coordinate conversion is compared with a PWM carrier wave having a predetermined shape, and switching signals Su, Sv, Sw subjected to pulse width modulation are generated. When the inverter 4 performs power conversion according to the switching signal, the voltage waveform of the motor current corresponds to a sine wave. Then, the torque determined by the torque determination unit 20 is output by the motor 6.
[0034]
On the other hand, in the rectangular wave control mode, the rectangular wave control unit 24 generates a switching signal. In the rectangular wave control, the wave height of the rectangular wave is constant, and the cycle is determined by the motor rotation speed (vehicle speed). Therefore, the phase of the rectangular wave is a control target, and the torque is determined by this phase. The reference for the phase of the rectangular wave is the rotor angle θ. In the rectangular wave control, the excitation current Id and the torque current Iq are obtained from the motor currents Iu, Iv, Iw. Then, the current torque T of the motor is obtained from these currents Id and Iq. This torque T is compared with the torque command T * to determine the phase of the rectangular wave. The phase of the rectangular wave is added to the rotor angle θ, and switching signals Su, Sv, Sw are generated based on the addition result. When the inverter 4 performs power conversion in accordance with the switching signal, the voltage waveform of the motor current corresponds to a rectangular wave. Then, the torque determined by the torque determination unit 20 is output by the motor 6.
[0035]
The purpose of selectively using the two control modes is to increase the motor output, as described above. In FIG. 6, in the region below the switching line m, it is preferable to control the motor in a highly efficient sine wave control mode. However, the back electromotive force of the motor is high in a high rotation and high torque region exceeding the switching line m. In this region, when the back electromotive voltage suddenly rises due to a disturbance factor such as a sudden operation of the accelerator, the back electromotive voltage exceeds the battery voltage, and torque down is likely to occur. In the sine wave control, it is not easy to deal with such a back electromotive voltage. Therefore, in the area above the switching line m, the motor is controlled in the rectangular wave control mode. In the rectangular wave control, the motor can be easily controlled even in a high rotation and high torque region where sine wave control is difficult. In this way, motor control having both high efficiency and high output is possible.
[0036]
The mode switching is performed according to an instruction from the switching instruction unit 30. As a feature of this embodiment, a mode transition period is provided at the time of mode switching. During the mode transition period, the motor is controlled by the switching intermediate control unit 32, and the voltage waveform of the motor current is deformed as shown in FIG. The Hereinafter, with reference to the flowcharts of FIG. 7 and FIG.
[0037]
FIG. 7 shows a switching process from the sine wave control mode to the rectangular wave control mode. The switching instruction unit 10 monitors the motor torque T and the motor rotational speed N, and determines whether the torque T and the rotational speed N on the switching line m in FIG. 6 are detected (S10). The determination in S10 is continued until the torque T and the rotational speed N on the line m are detected, and the sine wave control mode is continued during this time. When S10 becomes YES, the switching instruction unit 30 turns on the switching flag (S12).
[0038]
When the switching flag is turned ON, calculation processing is performed in both the sine wave control unit 22 and the rectangular wave control unit 24. The sine wave control unit 22 calculates the phase and amplitude of the current motor current voltage waveform. In the normal sine wave control mode, the phase and amplitude of the sine voltage waveform are not obtained. Here, the phase and amplitude are obtained for the following switching intermediate control. On the other hand, the rectangular wave control unit 24 calculates the phase of the rectangular wave necessary to generate a torque having the same magnitude as the current motor torque T (S14). The phase is different between a sine wave and a rectangular wave that generate equivalent torque. Therefore, the phase calculated in S14 is different from the current phase of the sine wave. In order to easily obtain these values, it is also preferable to previously create a map representing the phase and amplitude of a sine wave or rectangular wave on the switching line m in FIG.
[0039]
Next, in S16 to S20, as described with reference to FIG. 4, the voltage waveform of the motor current is transformed from the current sine wave to a rectangular wave having the phase calculated in S14. First, the phase and amplitude of the current sine wave are set to the switching initial value. Further, the phase of the rectangular wave calculated in S14 is set as the switching target phase. Furthermore, an infinite amplitude is set as the switching target amplitude. However, here, a sufficiently large amplitude that can be regarded as equivalent to infinity is set as the switching target value. That is, the target amplitude is set sufficiently large so that the sine wave having the target amplitude has substantially the same shape as the rectangular wave.
[0040]
In S16, both the amplitude and the phase are made closer to each other by a predetermined width from the switching initial value to the switching target value by the phase / amplitude adjusting unit 34 of the switching intermediate control unit 32. Then, a switching signal is generated based on the approaching amplitude and phase (S18). Here, the phase / amplitude adjusting unit 34 generates a voltage signal having the phase and amplitude obtained in S16. Then, the voltage signal is compared with a PWM carrier wave having a predetermined shape by the PWM control unit 36, thereby generating switching signals Su, Sv, Sw. It goes without saying that the PWM control unit 36 may also be used as the PWM control unit 28 of the sine wave control unit 22.
[0041]
The inverter 4 performs power conversion according to the above switching signal. As a result, the voltage waveform of the motor current is as shown in the middle part of FIG. Since the voltage value is limited at the maximum battery voltage, the voltage waveform b1 is a sine wave partially having a flat portion. This voltage waveform b1 generates a torque equivalent to or close to the sine wave a1.
[0042]
Next, the phase / amplitude adjustment unit 34 determines whether or not the current phase and amplitude obtained in S16 have reached the switching target value (S20). If S20 is NO, the process returns to S16, and further the amplitude and phase are brought closer to the switching target value. In this way, the same processing is continued until the amplitude and phase reach the switching target value.
[0043]
Here, the transition period from the switching initial value to the switching target value should be sufficiently short, and is preferably about 100 msec, for example. If the transition period is such a length, it is considered that the accelerator operation amount does not change greatly. Therefore, it is considered that the same motor torque should be generated before and after switching. In S16 described above, the phase and amplitude are brought close to the target value at every control interval. Preferably, the change width of the phase and amplitude in S16 is set so that the phase and amplitude simultaneously reach the target value.
[0044]
When the determination in S20 in FIG. 7 is YES, the switching instruction unit 30 turns off the switching flag (S22). Then, the rectangular wave control mode is set (S24). Thereafter, the rectangular wave control unit 24 performs motor control.
[0045]
FIG. 8 is a time chart showing changes in the phase and amplitude of the voltage waveform when the processing of FIG. 7 is performed. When the switching flag is turned ON, the phase and amplitude of the voltage waveform are continuously changed toward the target value at the same time. When the phase and amplitude reach the target value at the same time, the switching flag is turned off. Thereafter, rectangular wave control is performed.
[0046]
Next, the switching process from the rectangular wave control mode to the sine wave control mode will be described with reference to FIG. The switching process in FIG. 9 is substantially the same as the switching process from the sine wave to the rectangular wave described with reference to FIG. However, the direction of change in phase and amplitude at the time of switching is reversed.
[0047]
The switching instruction unit 30 monitors the motor torque T and the motor rotational speed N, and determines whether the torque T and the rotational speed N on the switching line m in FIG. 6 are detected (S30). While the determination in S32 is NO, the rectangular wave control mode continues. When S30 becomes YES, the switching instruction unit 30 turns on the switching flag (S32).
[0048]
When the switching flag is turned ON, the rectangular wave control unit 24 calculates the phase of the current rectangular wave and sends it to the switching intermediate control unit 32. The sine wave control unit 22 calculates the phase and amplitude of the sine voltage waveform necessary to generate a torque equivalent to the current motor torque T (S34). Also in this case, in order to easily obtain these values, it is preferable to previously create a map representing the phase and amplitude of the sine wave or rectangular wave on the switching line m in FIG.
[0049]
Next, the phase of the current rectangular wave is set to the switching initial value. The amplitude switching initial value is set to a sufficiently large amplitude that can be regarded as being equivalent to infinity. This amplitude value is also used in switching control from a sine wave to a rectangular wave, and is used instead of infinity. In addition, the phase and amplitude of the sine wave obtained in S34 are set as switching target values, respectively.
[0050]
In S36 to S40, the phase and the amplitude are sequentially changed from the switching initial value to the switching target value. In S36, the phase and amplitude are brought close to the target value by a predetermined width. A voltage signal corresponding to the phase and amplitude obtained in S36 is obtained, and this voltage signal is compared with the PWM carrier wave to generate a switching signal (S38). The above control is continued until the phase and amplitude reach the target values. By such control, the voltage waveform changes in the opposite direction, similar to the switching from the sine wave to the rectangular wave described above. Therefore, also in this case, the torque fluctuation during the mode transition period is small.
[0051]
When the phase / amplitude adjustment unit 34 determines that the phase and amplitude have reached the target values in S40, the switching instruction unit 30 turns off the switching flag in S42 (S42). Then, the sine wave control mode is set (S44). Thereafter, the sine wave control unit 22 performs motor control.
[0052]
The preferred embodiment of the present invention has been described above. According to this embodiment, during the mode switching, PWM sine wave control is performed while shifting the phase and amplitude simultaneously and continuously. On the other hand, conventionally, phase adjustment is performed in the rectangular wave control mode in the middle of mode switching, which causes torque fluctuations. According to this embodiment, torque fluctuation at the time of mode switching can be reduced by performing control based on a sine wave as shown in FIG. 4 during the mode transition period. As a result, smooth mode switching with little influence on the vehicle behavior is possible, and it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
[0053]
A modification of this embodiment will be described. In the present embodiment, the power conversion device is an inverter, but it goes without saying that power conversion devices other than the inverter are also applicable to the present invention. The motor may be a motor other than a permanent magnet type synchronous motor. Further, other control that does not use PWM control may be performed. Moreover, it is preferable to perform the control of the present invention also during regenerative braking.
[0054]
The present invention is also suitably applied to a hybrid vehicle. A hybrid vehicle is a kind of electric vehicle, and is equipped with both an electric motor and an internal combustion engine. The present invention can be suitably applied to control of the motor of this hybrid system. In addition, the present invention can be applied to control of any motor that is not for an electric vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a voltage waveform of a motor current by sine wave control and rectangular wave control.
FIG. 2 is a diagram showing an operation range of motor control of a conventional electric vehicle.
FIG. 3 is a diagram illustrating switching from conventional sine wave control to rectangular wave control.
FIG. 4 is a diagram illustrating a switching process from sine wave control to rectangular wave control in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an operation region in which a sine wave control mode and a rectangular wave control mode are set.
7 is a diagram showing a switching process from a sine wave control mode to a rectangular wave control mode in the system of FIG.
8 is a time chart showing a process of changing the phase and amplitude of a voltage waveform when the processing of FIG. 7 is performed.
9 is a diagram showing a switching process from a rectangular wave control mode to a sine wave control mode in the system of FIG.
[Explanation of symbols]
2 battery, 4 inverter, 6 motor, 12 motor ECU, 14 current sensor, 16 rotation angle sensor, 20 torque determination unit, 22 sine wave control unit, 24 rectangular wave control unit, 26 vector control unit, 28, 36 PWM control unit , 30 switching instruction unit, 32 switching intermediate control unit, 34 phase / amplitude adjustment unit.

Claims (5)

電源より得られる電力をモータへの供給電力に変換する電力変換部に対して変換制御信号を送ってモータを制御するモータ制御装置において、
モータへの供給電力の電圧波形を正弦波にする変換制御信号を生成する正弦波制御部と、
前記電圧波形を矩形波にする変換制御信号を生成する矩形波制御部と、
モータ回転数およびモータトルクの少なくとも一方に応じて、正弦波制御モードと矩形波制御モードを切り替えるモード切替部と、
モード切替の際に、切替前の正弦波から切替後の矩形波へ向けて、または切替前の矩形波から切替後の正弦波へ向けて前記電圧波形を連続的に変化させる変換制御信号を生成する切替中間制御部と、
を含み、
前記切替中間制御部は、矩形波を無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であるとみなして、正弦電圧波形の位相および振幅の同時かつ連続的な変化によって、切替前の電圧波形を切替後の電圧波形に近づけて行くことを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device that controls a motor by sending a conversion control signal to a power conversion unit that converts power obtained from a power source into power supplied to the motor,
A sine wave control unit that generates a conversion control signal for converting a voltage waveform of power supplied to the motor into a sine wave;
A rectangular wave control unit for generating a conversion control signal for converting the voltage waveform into a rectangular wave;
A mode switching unit that switches between the sine wave control mode and the rectangular wave control mode according to at least one of the motor rotation speed and the motor torque;
When the mode is switched, a conversion control signal that continuously changes the voltage waveform from the sine wave before switching to the rectangular wave after switching or from the rectangular wave before switching to the sine wave after switching is generated. A switching intermediate control unit,
Including
The switching intermediate control unit regards the rectangular wave as an infinite or sufficiently large sine wave, and switches the voltage waveform before switching by simultaneous and continuous changes in the phase and amplitude of the sine voltage waveform. A motor control device characterized in that the motor voltage device approaches a later voltage waveform.
請求項1に記載の装置において、
前記正弦波制御部は、正弦波信号に基づくPWM処理を行って変換制御信号を生成し、
前記切替中間制御部は、切替前後の電圧波形の中間の位相と振幅をもつ変形正弦波信号に基づくPWM処理を行って変換制御信号を生成することを特徴とするモータ制御装置。
The apparatus of claim 1.
The sine wave control unit generates a conversion control signal by performing PWM processing based on a sine wave signal,
The switching intermediate control unit generates a conversion control signal by performing PWM processing based on a modified sine wave signal having an intermediate phase and amplitude between voltage waveforms before and after switching.
請求項1又は2に記載の装置において、
前記モータは、車両に搭載された車両用モータであり、この車両用モータを制御することを特徴とするモータ制御装置。
The apparatus according to claim 1 or 2,
The motor is a vehicle motor mounted on a vehicle, and controls the vehicle motor.
モータへの供給電力を調整してモータを制御するモータ制御方法であって、
モータへの供給電力の電圧波形を正弦波にする正弦波制御モードと、前記電圧波形を矩形波にする矩形波制御モードとをモータの状態に応じて切り替えるモード切替工程を含み、
このモード切替工程では、矩形波を無限大または十分に大きな振幅をもつ正弦波であるとみなして、正弦電圧波形の位相および振幅の同時かつ連続的な変化によって、前記電圧波形を切替前の正弦波から切替後の矩形波へ、または切替前の矩形波から切替後の正弦波へ向けて近づけていくことを特徴とするモータ制御方法。
A motor control method for controlling the motor by adjusting the power supplied to the motor,
A mode switching step of switching between a sine wave control mode for changing the voltage waveform of power supplied to the motor to a sine wave and a rectangular wave control mode for changing the voltage waveform to a rectangular wave according to the state of the motor;
In this mode switching step, the rectangular wave is regarded as an infinite or sufficiently large sine wave, and the voltage waveform is changed to a sine before switching by simultaneous and continuous changes in the phase and amplitude of the sine voltage waveform. A motor control method characterized by approaching from a wave to a rectangular wave after switching or from a rectangular wave before switching to a sine wave after switching.
請求項4に記載のモータ制御方法において、
前記モータは、車両に搭載された車両用モータであり、この車両用モータを制御することを特徴とするモータ制御方法。
The motor control method according to claim 4,
The motor is a vehicle motor mounted on a vehicle, and the vehicle motor is controlled.
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