JP4135753B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents
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Description
本発明は交流モーターを駆動制御する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for driving and controlling an AC motor.
一般に3相交流モーターの電流制御回路では、取り扱いが煩雑な3相交流の物理量を直流の物理量に変換して制御演算が行われている(特許文献1参照)。図12は、一般に広く用いられている3相交流モーターの制御装置の構成を示す。この種の制御装置では、3相交流モーターに流れる電流の励磁電流成分の方向をd軸に設定するとともに、トルク電流成分の方向をd軸と直交するq軸に設定し、回転するdq軸直交座標系において直流量で電流制御演算を行うことにより、電流の制御偏差を小さくしている。 In general, in a current control circuit of a three-phase AC motor, a control calculation is performed by converting a physical quantity of three-phase AC that is complicated to handle into a physical quantity of DC (see Patent Document 1). FIG. 12 shows a configuration of a control device for a three-phase AC motor that is generally widely used. In this type of control device, the direction of the exciting current component of the current flowing through the three-phase AC motor is set to the d axis, the direction of the torque current component is set to the q axis orthogonal to the d axis, and the rotating dq axis is orthogonal. By performing current control calculation with a direct current amount in the coordinate system, the current control deviation is reduced.
一方、交流モーターでは、小型化と高効率化を図るために、図13に示すような内部埋め込み磁石構造のローターと、集中巻構造のステーターの採用が増加している。前者のローターは磁石トルクとリラクタンストルクを有効利用できる構造であり、このような構造のローターを有するモーターはIPM(Interior Permanent-magnet Motor)と呼ばれている。一方、後者のステーターはコイルエンドの大幅低減が可能な構造である。上述した構造のローターとステーターを備えたモーターは集中巻IPMモーターと呼ばれ、小形で高い効率を実現できるモーターとして注目されている。 On the other hand, in the AC motor, in order to reduce the size and increase the efficiency, the adoption of a rotor with an internally embedded magnet structure as shown in FIG. 13 and a stator with a concentrated winding structure are increasing. The former rotor has a structure that can effectively use magnet torque and reluctance torque, and a motor having such a rotor structure is called an IPM (Interior Permanent-magnet Motor). On the other hand, the latter stator has a structure that can greatly reduce the coil end. A motor having a rotor and a stator having the above-described structure is called a concentrated winding IPM motor, and is attracting attention as a small motor that can realize high efficiency.
ところで、上述した集中巻IPMモーターは小形化と高効率化に適したモーターであるが、空間高調波が大きいという特性を有している。集中巻構造のモーターは1極当たりのスロット数が少ないため、分布巻構造のモーターに比べて磁束の分布が不均一になり、空間高調波が大きくなる。 By the way, the concentrated winding IPM motor described above is a motor suitable for miniaturization and high efficiency, but has a characteristic that a spatial harmonic is large. Since a concentrated winding motor has a small number of slots per pole, the magnetic flux distribution is non-uniform and spatial harmonics are larger than a distributed winding motor.
また、図14に示すようなローターの表面が磁石で覆われている表面磁石構造のSPMモーターに比べ、図13に示す内部埋め込み磁石構造のIPMモーターでは、ローターの円周に沿って磁石が埋め込まれている部分と磁石が存在しない部分とがあるため、磁束の変化が大きく、したがって空間高調波成分が大きくなる。 Compared to the SPM motor having a surface magnet structure in which the surface of the rotor is covered with a magnet as shown in FIG. 14, the IPM motor having an internally embedded magnet structure shown in FIG. 13 has the magnet embedded along the circumference of the rotor. Since there is a portion where the magnet is not present and a portion where the magnet is not present, the change in the magnetic flux is large, and thus the spatial harmonic component is large.
モーターの空間高調波が大きいとモーターに流れる電流の高調波成分が大きくなるため、モーターの効率と出力が低下したり、トルク、電流および電圧リップルが大きくなり、モーターの制御性能が低下するという問題がある。 If the motor's spatial harmonics are large, the harmonic component of the current flowing through the motor will be large, which will reduce the motor's efficiency and output, increase torque, current and voltage ripple, and reduce motor control performance. There is.
一実施の形態の構成を示す図1に対応づけて本発明を説明すると、
(1)請求項1の発明は、少なくとも交流モーターMのトルク指令値Te*に基づいてモーター電流の基本波電流指令値id*、iq*を決定する基本波電流指令値決定手段1と、少なくとも交流モーターMのトルク指令値Te*に基づいてモーター電流の高調波電流指令値idh*、iqh*を決定する高調波電流指令値決定手段1と、交流モーターMに流れる実電流を検出する電流検出手段11,12と、電流検出手段11,12によって検出される実電流を、基本波電流指令値決定手段1によって決定される基本波電流指令値id*、iq*と一致させるための基本波制御指令値vd*、vq*を決定する基本波制御指令値決定手段2と、電流検出手段11,12によって検出される実電流の高調波成分を検出する高調波成分検出手段8と、高調波成分検出手段8によって検出されるモーター電流の高調波成分を、高調波電流指令値決定手段1によって決定される高調波電流指令値idh*、iqh*と一致させるための高調波制御指令値vd'、vq'を決定する高調波制御指令値決定手段6と、基本波制御指令値決定手段2によって決定される基本波制御指令値vd*、vq*、および、高調波制御指令値決定手段6によって決定される高調波制御指令値vd'、vq'に基づいて、交流モーターMを駆動するモーター駆動手段3,4,10とを備え、これにより上記目的を達成する。
(2)請求項2のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1によって、電機子鎖交磁束の基本波成分に同期して回転するdq座標系における基本波電流指令値id*、iq*を決定し、高調波電流指令値決定手段1によって、電機子鎖交磁束の高調波次数成分に同期して回転するdhqh座標系における高調波電流指令値idh*、iqh*を決定するようにしたものである。
(3)請求項3のモーター制御装置は、基本波制御指令値決定手段2は、電機子鎖交磁束の基本波成分に同期して回転するdq座標系において、モーター電流の基本波成分を基本波電流指令値id*、iq*と一致させるための基本波制御指令値vd*、vq*を決定し、高調波制御指令値決定手段6は、電機子鎖交磁束の高調波次数成分に同期して回転するdhqh座標系において、モーター電流の高調波成分を高調波電流指令値idh*、iqh*と一致させるための高調波制御指令値vd'、vq'を決定する。
(4)請求項4のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1によって、モータートルクをトルク指令値に一致させながら効率を最大にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を決定するようにしたものである。
(5)請求項5のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1によって、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながらトルクリップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を決定するようにしたものである。
(6)請求項6のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1によって、モータートルクをトルク指令値に一致させながら電圧リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を決定するようにしたものである。
(7)請求項7のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1によって、モータートルクをトルク指令値に一致させながら電流リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を決定するようにしたものである。
(8)請求項8のモーター制御装置は、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1によって、モータートルクをトルク指令値に一致させながら効率を最大にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*、モータートルクをトルク指令値に一致させながらトルクリップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*、モータートルクをトルク指令値に一致させながら電圧リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*、およびモータートルクをトルク指令値に一致させながら電流リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を決定し、モーターの動作状態を検出する動作状態検出手段と、基本波電流指令値決定手段1および高調波電流指令値決定手段1により決定される基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*の中から、モーターの動作状態に応じた最適な電流指令値id*、iq*、idh*、iqh*を選択する電流指令値選択手段1とを備える。
(9)請求項9のモーター制御装置は、電流指令値選択手段1によって、モータートルクが最大値に近い所定領域内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクをトルク指令値に一致させながら電流リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を選択するようにしたものである。
(10)請求項10のモーター制御装置は、電流指令値選択手段1によって、モータートルクとモーター回転速度がともに低い所定範囲内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクをトルク指令値に一致させながらトルクリップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を選択するようにしたものである。
(11)請求項11のモーター制御装置は、電流指令値選択手段1によって、モーター出力が最大値に近い所定領域内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクをトルク指令値に一致させながら電圧リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を選択するようにしたものである。
(12)請求項12のモーター制御装置は、電流指令値選択手段1によって、モータートルクとモーター出力がそれらの最大値に近い所定領域内になく、かつモータートルクとモーター回転速度が所定範囲内にないモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクをトルク指令値に一致させながら効率を最大にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を選択するようにしたものである。
The present invention will be described with reference to FIG. 1 showing the configuration of an embodiment.
(1) The invention of claim 1 includes fundamental wave current command value determining means 1 for determining fundamental current command values id * and iq * of the motor current based on at least the torque command value Te * of the AC motor M; Harmonic current command value determining means 1 for determining the harmonic current command values idh * and iqh * of the motor current based on the torque command value Te * of the AC motor M, and current detection for detecting the actual current flowing through the AC motor M Basic wave control for matching the actual current detected by the means 11 and 12 and the current detecting means 11 and 12 with the fundamental wave current command values id * and iq * determined by the fundamental wave current command value determining means 1 command value vd *, the fundamental control command value determining unit 2 for determining a vq *, the harmonic component detection means 8 for detecting the harmonic component of the actual current detected by the current detection means 11, 12, Harmonic component of the motor current detected by the harmonics detection unit 8, the harmonic current command value is determined by the harmonic current command value determining section 1 idh *, the harmonic control command value for matching iqh * Harmonic control command value determining means 6 for determining vd ', vq', fundamental wave control command values vd * , vq * determined by the fundamental wave control command value determining means 2, and harmonic control command value determining means Based on the harmonic control command values vd ′ and vq ′ determined by 6, motor drive means 3, 4, and 10 for driving the AC motor M are provided, thereby achieving the above object.
(2) In the motor control device according to
(3) In the motor control device according to
(4) The motor control device according to
(5) In the motor control device according to
(6) In the motor control device according to
(7) In the motor control device according to
(8) The motor control device according to
(9) The motor control device according to claim 9 makes the motor torque coincide with the torque command value when the current command value selection means 1 detects the motor operating state in the predetermined region where the motor torque is close to the maximum value. However, the fundamental wave current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that minimize the current ripple are selected.
(10) In the motor control device according to
(11) The motor control device according to claim 11 makes the motor torque coincide with the torque command value when the current command value selection means 1 detects the motor operation state in the predetermined region where the motor output is close to the maximum value. However, the fundamental wave current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that minimize the voltage ripple are selected.
(12) In the motor control device according to
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。 In the section of the means for solving the above-described problem, a diagram of an embodiment is used for easy understanding of the description. However, the present invention is not limited to the embodiment.
(1)請求項1の発明によれば、従来のモーター制御装置では基本波電流成分しか制御していなかったのに対し、高調波電流成分も任意の値に制御することができ、空間高調波が大きいモーターに対して、効率を改善しながら出力の向上とトルク、電圧および電流リップルの低減を図ることができ、空間高調波が大きいモーターの制御性能を向上することができる。
(2)請求項2の発明によれば、基本波電流と高調波電流をそれぞれ正確に制御することができ、請求項1の上記効果を確実に達成することができる。
(3)請求項3の発明によれば、基本波電流と高調波電流をそれぞれ直流量に変換して追従性の良好な電流制御を実現でき、請求項1の上記効果を確実に達成することができる。
(4)請求項4の発明によれば、従来のモーター制御装置のように基本波電流成分を制御するだけでは達成できない高い効率を得ることができる。
(5)請求項5の発明によれば、従来のモーター制御装置のように基本波電流成分を制御するだけでは達成できないトルクリップルの低減効果を得ることができる。特に、モーターを駆動源とする電気自動車に適用した場合には、低速かつ低トルクの運転状態においてトルクリップルに起因した振動、騒音を低減でき、乗り心地をよくすることができる。
(6)請求項6の発明によれば、従来のモーター制御装置のように基本波電流成分を制御するだけでは達成できない電圧リップルの低減効果を得ることができる。特に、モーターを最大出力ライン近傍で運転したときに、電圧リップルによる基本波電圧の低減量を少なくすることができ、弱め界磁領域すなわち定出力制御領域におけるモーター効率の改善と出力増加を図ることができる。
(7)請求項7の発明によれば、従来のモーター制御装置のように基本波電流成分を制御するだけでは達成できない電流リップルの低減効果を得ることができる。特に、モーターを最大トルクライン近傍で運転したときに、電流リップルによる基本波電流の低減量を少なくすることができ、定トルク制御領域におけるモータートルクの増加を図ることができる。
(8)請求項8の発明によれば、モーターの動作状態に応じた最適な電流指令値を選択でき、モーターのすべての動作状態において請求項1の上記効果を達成することができる。
(9)請求項9の発明によれば、モーターを最大トルクライン近傍で運転したときに、電流リップルによる基本波電流の低減を少なくすることができ、定トルク制御領域におけるモータートルクの増加を図ることができる。
(10)請求項10の発明によれば、低速かつ低トルクのモーター動作状態においてトルクリップルに起因した振動、騒音を低減でき、モーターを駆動源とする電気自動車に適用した場合には乗り心地の改善を図ることができる。
(11)請求項11の発明によれば、モーターを最大出力ライン近傍で運転したときに、電圧リップルによる基本波電圧の低減を少なくすることができ、弱め界磁領域すなわち定出力制御領域におけるモーター効率の改善と出力増加を図ることができる。
(12)請求項12の発明によれば、モーターの通常の動作状態において高いモーター駆動効率を得ることができる。
(13)請求項13の発明によれば、従来のモーター制御装置では基本波電流成分しか制御していなかったのに対し、高調波電流成分も任意の値に制御することができ、空間高調波が大きいモーターに対して、効率を改善しながら出力の向上とトルク、電圧および電流リップルの低減を図ることができ、空間高調波が大きいモーターの制御性能を向上することができる。
(1) According to the invention of
(2) According to the invention of
(3) According to the invention of
(4) According to the invention of
(5) According to the invention of
(6) According to the invention of
(7) According to the invention of
(8) According to the invention of
(9) According to the invention of claim 9, when the motor is operated in the vicinity of the maximum torque line, the reduction of the fundamental wave current due to the current ripple can be reduced, and the motor torque is increased in the constant torque control region. be able to.
(10) According to the invention of
(11) According to the invention of claim 11, when the motor is operated in the vicinity of the maximum output line, the reduction of the fundamental voltage due to the voltage ripple can be reduced, and the motor in the field weakening region, that is, the constant output control region. The efficiency can be improved and the output can be increased.
(12) According to the invention of
(13) According to the invention of
《発明の第1の実施の形態》
モーターの効率と出力を改善する第1の実施の形態を説明する。図1に第1の実施の形態の構成を示す。この実施の形態のモーター制御装置は、3相交流モーターで直流モーター並のトルク制御を実現するベクトル制御を行う。
<< First Embodiment of the Invention >>
A first embodiment for improving motor efficiency and output will be described. FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment. The motor control apparatus of this embodiment performs vector control that realizes torque control equivalent to a DC motor with a three-phase AC motor.
この一実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御回路と高調波電流制御回路とを備えている。基本波電流制御回路は、3相交流モーターMに流れる電流iu、iv、iwの励磁電流成分に対応するd軸とトルク電流成分に対応するq軸とからなり、モーター回転に同期して回転する直交座標系(以下、基本波座標系と呼ぶ)dqにおいて、モーター電流iu、iv、iwの基本波成分を制御する回路である。 The motor control device of this embodiment includes a fundamental current control circuit and a harmonic current control circuit. The fundamental current control circuit includes a d-axis corresponding to the excitation current components of the currents iu, iv and iw flowing through the three-phase AC motor M and a q-axis corresponding to the torque current component, and rotates in synchronization with the motor rotation. This circuit controls fundamental wave components of motor currents iu, iv, and iw in an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as fundamental wave coordinate system) dq.
一方、高調波電流制御回路は、基本波電流制御回路のみでモーター電流iu、iv、iwを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系(以下、高調波座標系と呼ぶ)dhqh、換言すれば、モーター電流iu、iv、iwの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する高調波座標系dhqhにおいて、モーター電流iu、iv、iwに含まれる高調波成分を制御する回路である。 On the other hand, the harmonic current control circuit is an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as harmonic coordinates) that rotates at a frequency of a harmonic component of a predetermined order that is generated when the motor currents iu, iv, iw are controlled only by the fundamental current control circuit. Dhqh, in other words, harmonics included in the motor currents iu, iv, and iw in the harmonic coordinate system dhqh that rotates at a frequency that is an integral multiple of the frequency of the fundamental component of the motor currents iu, iv, and iw. A circuit for controlling the components.
図1において、トルク制御部1は、トルク指令値Te*およびモーター回転速度ωeに基づいて、基本波座標系dqにおけるd軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*を演算するとともに、高調波座標系dhqhにおけるdh軸電流指令値idh*とqh軸電流指令値iqh*を演算する。
In FIG. 1, the
基本波電流制御部(dq軸電流制御部)2は、d軸とq軸の実電流id、iqをそれぞれ指令値id*、iq*に一致させるためのd軸とq軸の基本波電圧指令値vd*、vq*を演算する。加算器3は、基本波電流制御部2で生成された基本波電圧指令値vd*、vq*と、後述する高調波電流制御部6およびdhqh/dq変換部7で生成された高調波電圧指令値vd'、vq'とをそれぞれ加算し、最終的なd軸電圧指令値(vd*+vd')とq軸電圧指令値(vq*+vq')を得る。
The fundamental wave current control unit (dq axis current control unit) 2 is a fundamental wave voltage command for the d axis and q axis for making the actual currents id and iq of the d axis and q axis coincide with the command values id * and iq * , respectively. The values vd * and vq * are calculated. The
dq/3相変換部4は、3相交流座標系から見たモーター回転に同期する基本波座標系dqの位相θeに基づいて、d軸とq軸の電圧指令値(vd*+vd')、(vq*+vq')を3相交流電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換する。3相/dq変換部5は、3相交流座標系から見たモーター回転に同期する基本波座標系dqの位相θeに基づいて、3相交流モーターMの実電流iu、iv、iw(=−iu−iv)をd軸とq軸の実電流id、iqへ変換する。なお、基本波電流制御部2と3相/dq変換部5とが基本波電流制御回路を構成する。
Based on the phase θe of the fundamental wave coordinate system dq synchronized with the motor rotation as viewed from the three-phase AC coordinate system, the dq / 3-
高調波電流制御部(dhqh軸電流制御部)6は、dh軸とqh軸の実電流idh、iqhをそれぞれ電流指令値idh*、iqh*に一致させるためのdh軸とqh軸の高調波電圧指令値vdh*、vqh*を演算する。dhdq/dq変換部7は、dh軸とqh軸の高調波電圧指令値vdh*、vqh*をd軸とq軸の高調波電圧指令値vd’、vq’に変換する。ハイパス・フィルター8は、モーター回転速度ωeに基づいてdq軸の実電流id、iqにフィルター処理を施して高周波成分を抽出する。dq/dhqh変換部9は上述した高調波座標系dhqhを有し、基本波座標系dqの実電流id、iqの高調波成分を高調波座標系dhqhの実電流idh、iqhに変換する。なお、高調波電流制御部6、3相/dq変換部5、ハイパス・フィルター8およびdq/dhqh変換部9が高調波電流制御回路を構成する。
A harmonic current control unit (dhqh-axis current control unit) 6 is configured to match the dh-axis and qh-axis actual currents idh and iqh with the current command values idh * and iqh * , respectively. Command values vdh * and vqh * are calculated. The dhdq /
電力変換部10は、IGBTなどの電力変換素子により3相交流電圧指令値vu*、vv*、vw*にしたがってバッテリーなどの直流電源(不図示)の直流電圧をスイッチングし、3相交流電圧U、V、Wを3相交流モーターMに印加する。エンコーダーPSは3相交流モーターMに連結され、モーターMの回転位置θmを検出する。また、電流センサー11、12は、3相交流モーターMのU相とV相の実電流iu、ivを検出する。位相速度演算部13は、エンコーダーPSからの回転位置信号θmに基づいてモーターMの回転速度ωeと3相交流座標系から見た基本波座標系dqの位相θeを演算する。
The
次に、空間高調波が大きいIPMモーターを例に上げて、基本波座標系dqと高調波座標系dhqhについて説明する。図2は、空間高調波が存在しない場合の、IPMモーターの磁石が形成する電機子鎖交磁束(U相巻線)を示す。図3は、5次成分の空間高調波が存在する場合の、IPMモーターの磁石が形成する電機子鎖交磁束(U相巻線)を示す。 Next, the fundamental wave coordinate system dq and the harmonic coordinate system dhqh will be described using an IPM motor having a large spatial harmonic as an example. FIG. 2 shows the armature interlinkage magnetic flux (U-phase winding) formed by the magnet of the IPM motor when there is no spatial harmonic. FIG. 3 shows the armature interlinkage magnetic flux (U-phase winding) formed by the magnet of the IPM motor when the fifth-order component spatial harmonic exists.
磁束はモーターの回転角の変化に対して正弦波状に変化する。通常、電機子鎖交磁束ベクトルの方向をd軸に、このd軸と直交する方向をq軸にとる。従来は、3相交流座標系における電圧や電流などの物理量をdq軸座標系(基本波座標系)の物理量に変換し、dq軸上でモーター制御を行っている。これに対しこの実施の形態では、電圧や電流などの物理量の内の基本波成分は従来と同様にdq軸座標系において取り扱い、高調波成分は次数ごとに電機子鎖交磁束ベクトルの方向をdh軸に、このdh軸と直交する方向をqh軸にとり、dhqh座標系(高調波座標系)で取り扱う。図3に示すように第5次の高調波成分を含む場合には、電機子鎖交磁束を基本波成分の磁束と第5次高調波成分の磁束とに分け、基本波成分の電機子鎖交磁束ベクトルの方向をd軸に、このd軸と直交する方向をq軸にとるとともに、第5次高調波成分の電機子鎖交磁束ベクトルの方向をdh軸に、このdh軸と直交する方向をqh軸にとる。したがって、基本波座標系dqは電機子鎖交磁束の基本波成分に同期して回転する座標系であり、高調波座標系dhqhは電機子鎖交磁束の高調波次数成分に同期して回転する座標系である。 The magnetic flux changes in a sine wave shape with respect to the change in the rotation angle of the motor. Usually, the direction of the armature flux linkage vector is taken as the d axis, and the direction orthogonal to the d axis is taken as the q axis. Conventionally, physical quantities such as voltage and current in a three-phase AC coordinate system are converted into physical quantities in a dq axis coordinate system (fundamental wave coordinate system), and motor control is performed on the dq axis. On the other hand, in this embodiment, the fundamental wave component of physical quantities such as voltage and current is handled in the dq axis coordinate system as in the prior art, and the harmonic component indicates the direction of the armature flux linkage vector dh for each order. A direction perpendicular to the dh axis is taken as the qh axis, and is handled in the dhqh coordinate system (harmonic coordinate system). When the fifth harmonic component is included as shown in FIG. 3, the armature interlinkage magnetic flux is divided into a fundamental component and a fifth harmonic component, and the fundamental component armature chain. The direction of the flux vector is d-axis, the direction orthogonal to the d-axis is q-axis, and the direction of the armature flux linkage vector of the fifth harmonic component is dh-axis and is orthogonal to the dh-axis. The direction is on the qh axis. Therefore, the fundamental wave coordinate system dq is a coordinate system that rotates in synchronization with the fundamental wave component of the armature linkage flux, and the harmonic coordinate system dhqh rotates in synchronization with the harmonic order component of the armature linkage flux. Coordinate system.
従来のモーター制御装置は基本波成分の磁束と電流とによりモータートルクを制御しているが、この従来の制御装置により駆動制御されるモーターの効率と出力について説明する。空間高調波成分を含むモーターの出力トルクTeは、次式により表される。
Te=P(φd・id−φq・iq)
=P{(φd_1+φd_h)(iq_1+iq_h)−(φq_1+φq_h)(id_1+id_h)}
=P{(φd_1・iq_1+φq_1・id_1)+(φd_h・iq_h+φq_h・id_h)
+(φd_h・iq_1+φq_h・id_1)+(φd_1・iq_h+φq_1・id_h)}・・・(1)
上式において、Pは極対数、φdはd軸電機子鎖交磁束、φd_1はd軸電機子鎖交磁束の基本波成分、φd_hはd軸電機子鎖交磁束の高調波成分、φqはq軸電機子鎖交磁束、φq_1はq軸電機子鎖交磁束の基本波成分、φq_hはq軸電機子鎖交磁束の高調波成分である。また、idはd軸電流、id_1はd軸電流の基本波成分、id_hはd軸電流の高調波成分、iqはq軸電流、iq_1はq軸電流の基本波成分、iq_hはq軸電流の高調波成分である。
The conventional motor control device controls the motor torque by the magnetic flux and current of the fundamental wave component. The efficiency and output of the motor that is driven and controlled by this conventional control device will be described. The output torque Te of the motor including the spatial harmonic component is expressed by the following equation.
Te = P (φd · id−φq · iq)
= P {(φd_1 + φd_h) (iq_1 + iq_h) − (φq_1 + φq_h) (id_1 + id_h)}
= P {(φd_1 · iq_1 + φq_1 · id_1) + (φd_h · iq_h + φq_h · id_h)
+ (Φd_h · iq_1 + φq_h · id_1) + (φd_1 · iq_h + φq_1 · id_h)} (1)
In the above equation, P is the number of pole pairs, φd is the d-axis armature linkage flux, φd_1 is the fundamental component of the d-axis armature linkage flux, φd_h is the harmonic component of the d-axis armature linkage flux, φq is q Axis armature linkage flux, φq_1 is the fundamental wave component of q-axis armature linkage flux, and φq_h is a harmonic component of q-axis armature linkage flux. Also, id is the d-axis current, id_1 is the fundamental component of the d-axis current, id_h is the harmonic component of the d-axis current, iq is the q-axis current, iq_1 is the fundamental component of the q-axis current, and iq_h is the q-axis current. Harmonic component.
なお、基本波座標系dqにおけるd軸電流idの基本波成分はid_1、高調波成分はid_hであるから、
id=id_1+id_h・・・(2)
また、基本波座標系dqにおけるq軸電流iqの基本波成分はiq_1、高調波成分はiq_hであるから、
iq=iq_1+iq_h・・・(3)
Since the fundamental wave component of the d-axis current id in the fundamental wave coordinate system dq is id_1 and the harmonic component is id_h,
id = id_1 + id_h (2)
In addition, since the fundamental wave component of the q-axis current iq in the fundamental wave coordinate system dq is iq_1 and the harmonic component is iq_h,
iq = iq_1 + iq_h (3)
この実施の形態では高調波電流を高調波座標系dhqhで制御するから、トルク制御部1で、基本波座標系dqにおける励磁電流成分のd軸電流指令値id*とトルク電流成分のq軸電流指令値iq*を演算するとともに、高調波座標系dhqhにおける励磁電流成分のdh軸電流指令値idh*とトルク電流成分のqh軸電流指令値iqh*を演算し、基本波電流制御回路2,5でdq軸基本波電流id、iqがそれらの指令値id*、iq*に一致するように制御するとともに、高調波電流制御回路5,6,8,9でdhqh軸高調波電流idh、iqhがそれらの指令値idh*、iqh*に一致するように制御する。以下の説明では、説明を分かりやすくするために、基本波座標系dqにおいて基本波電流id_1、iq_1と高調波電流id_h、iq_hを取り扱い、最終的にdq軸高調波電流id_h、iq_hをdhqh軸高調波電流idh、iqhに変換することにする。
In this embodiment, since the harmonic current is controlled by the harmonic coordinate system dhqh, the
数式1の右辺第1項は、モーターの電機子鎖交磁束の基本波成分と電流の基本波成分とにより発生するトルクを表す。第2項は、モーターの電機子鎖交磁束の高調波成分と電流の高調波成分とにより発生するトルクを表す。また第3項は、モーターの電機子鎖交磁束の高調波成分と電流の基本波成分とにより発生するトルクを表す。さらに第4項は、モーターの電機子鎖交磁束の基本波成分と電流の高調波成分とにより発生するトルクを表す。
The first term on the right side of
数式1の右辺第3項と第4項は、次数の異なる電機子鎖交磁束成分と電流成分の積であるからその時間平均値は0となり、モーターから出力される平均トルクには寄与しない。しかし、第1項は電機子鎖交磁束の基本波成分と電流の基本波成分との積であるから、当然平均トルクに寄与し、また、第2項は電機子鎖交磁束の高調波成分と電流の高調波成分との積であるから、ともに高調波成分の次数が同一であり平均トルクに寄与する。従来のモーター制御装置はdq座標系での基本波電流制御、つまり電流歪みを0とする制御を行っており、数式1の右辺第1項のトルクしか活用できていない。そのため、従来の制御装置ではモーターの効率が低く、また出力も低い値になっている。
Since the third term and the fourth term on the right side of
そこでこの第1の実施の形態では、基本波成分の磁束と電流とによりモータートルクを制御するのに加え、高調波成分の磁束と電流とによりモータートルクを制御し、モーターの効率を改善するとともに出力を向上させる。 Therefore, in the first embodiment, in addition to controlling the motor torque by the magnetic flux and current of the fundamental wave component, the motor torque is controlled by the magnetic flux and current of the harmonic component to improve the motor efficiency. Improve output.
まず、モーターに流れる高調波電流が効率に与える影響を考察する。図4は基本波電流成分であるdq軸電流id、iqを一定にした場合の高調波電流成分と総合効率との関係を示す図であり、(a)はqh軸電流iqhを0にした場合のdh軸電流idhに対する総合効率を示し、(b)はdh軸電流idhを0にした場合のqh軸電流iqhに対する総合効率を示す。図から明らかなように、高調波電流idhまたはiqhを0にしたときに効率は最大にならず、ある程度の高調波電流を流したときに効率が最大となる。つまり、基本波電流だけでモーターを駆動制御する従来の制御方法よりも、基本波電流に高調波電流を重畳させた方が総合効率を改善できる。 First, the effect of the harmonic current flowing in the motor on the efficiency is considered. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the harmonic current component and the overall efficiency when the dq-axis currents id and iq, which are the fundamental wave current components, are constant, and FIG. 4A shows the case where the qh-axis current iqh is zero. (B) shows the total efficiency for the qh-axis current iqh when the dh-axis current idh is zero. As is apparent from the figure, the efficiency is not maximized when the harmonic current idh or iqh is set to 0, and the efficiency is maximized when a certain amount of harmonic current is passed. That is, the overall efficiency can be improved by superimposing the harmonic current on the fundamental current compared to the conventional control method in which the motor is driven and controlled only by the fundamental current.
図5は第1の実施の形態のトルク制御部1の詳細な構成を示す。トルク制御部1は、トルク指令値とモーター回転速度に対するd軸電流指令値のデータが収められている最高効率idマップ1aから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するd軸電流指令値id*を表引き演算する。また、トルク指令値とモーター回転速度に対するq軸電流指令値のデータが収められている最高効率iqマップ1bから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するq軸電流指令値iq*を表引き演算する。
FIG. 5 shows a detailed configuration of the
同様に、トルク指令値とモーター回転速度に対するdh軸電流指令値のデータが収められている最高効率idhマップ1cから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するdh軸電流指令値idh*を表引き演算する。さらに、トルク指令値とモーター回転速度に対するqh軸電流指令値のデータが収められている最高効率iqhマップ1dから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するqh軸電流指令値iqh*を表引き演算する。 Similarly, a dh-axis current command value idh corresponding to the torque command value Te * and the motor rotation speed ωe is obtained from the maximum efficiency idh map 1c storing data of the torque command value and the dh-axis current command value with respect to the motor rotation speed. * Is calculated. Further, from the maximum efficiency iqh map 1d in which data of the torque command value and the qh-axis current command value with respect to the motor rotation speed is stored, the qh-axis current command value iqh * corresponding to the torque command value Te * and the motor rotation speed ωe . Is calculated.
これらのマップ1a〜1dには、モータートルクTeをトルク指令値Te*に一致させるための電流指令値の組み合わせの中で、総合効率を最大にする基本波電流と高調波電流の指令値が収められている。 These maps 1a to 1d contain the command values of the fundamental wave current and the harmonic current that maximize the total efficiency among the combinations of the current command values for making the motor torque Te coincide with the torque command value Te *. It has been.
この第1の実施の形態によれば、あらゆるモーター回転速度ωeにおいて、効率よくトルク指令値Te*に一致するトルクTeをモーターから出力させることができる。 According to the first embodiment, it is possible to efficiently output from the motor a torque Te that coincides with the torque command value Te * at any motor rotation speed ωe.
《発明の第2の実施の形態》
モーターのトルクリップルを最少にする第2の実施の形態を説明する。なお、この第2の実施の形態の構成は、トルク制御部1を除いて図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であり、全体構成の説明を省略して相違点を中心に説明する。
<< Second Embodiment of the Invention >>
A second embodiment for minimizing the torque ripple of the motor will be described. The configuration of the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the
上記数式1の右辺第3項と第4項は次数の異なる電機子鎖交磁束と電流の積であるから平均トルクには寄与しないが、これらはトルクリップル成分となる。従来のモーター制御装置では、dq軸座標系での基本波電流の制御、つまり電流の高調波成分を0とする制御を行うので、第4項は0となるが、第3項は0とならずトルクリップル成分となる。つまり、従来の制御装置では空間高調波が大きいモーターのトルクリップルを低減することができなかった。電気自動車ではこのモーターのトルクリップルが乗員に不快感を与える原因となり、低減しなければならない。
The third term and the fourth term on the right side of
そこで、この第2の実施の形態では、空間高調波が存在するIPMモーターの電流と出力トルクとの関係を解析し、トルクリップルを数式で表してトルクリップルを0にするための電流条件を導出する。 Therefore, in the second embodiment, the relationship between the current of the IPM motor in which spatial harmonics exist and the output torque is analyzed, and the current condition for deriving the torque ripple to 0 by expressing the torque ripple by a mathematical expression is derived. To do.
IPMモーターの出力トルクTeはマグネットトルクTemと、リラクタンストルクTerとの和で表すことができる。
Te=Tem+Ter
=P(φdm・iq−Lqd・id・iq)・・・(4)
上式において、Temはマグネットトルク、Terはリラクタンストルク、φdmは電機子鎖交磁束(磁石分)、Lqdはdq軸インダクダンス差(=Lq−Ld=Lqd_1+Lqd_h)である。
The output torque Te of the IPM motor can be expressed as the sum of the magnet torque Tem and the reluctance torque Ter.
Te = Tem + Ter
= P (φdm · iq−Lqd · id · iq) (4)
In the above equation, Tem is the magnet torque, Ter is the reluctance torque, φdm is the armature flux linkage (magnet), and Lqd is the dq axis inductance difference (= Lq−Ld = Lqd_1 + Lqd_h).
まず、マグネットトルクTemを演算する。
Tem=P・φdm・iq
=P(φdm_1+φdm_h)(iq_1+iq_h)
=P(φdm_1・iq_1+φdm_h・iq_1+φdm_1・iq_h+φdm_h・iq_h)
=P・φdm_1・iq_1+P(φdm_h・iq_1+φdm_1・iq_h+φdm_h・iq_h)・・・(5)
上式において、φdm_1は電機子鎖交磁束の基本波成分(磁石分)、φdm_hは電機子鎖交磁束の高調波分(磁石分)である。数式5の右辺第1項は基本波成分トルクを表し、第2項はトルクリップル成分を表す。したがって、第2項を0にする電流条件が存在すれば、マグネットトルクのリップル成分を0にすることができる。
φdm_h・iq_1+φdm_1・iq_h+φdm_h・iq_h=0・・・(6)
つまり、
iq_h=−φdm_h・iq_1/(φdm_1+φdm_h)・・・(7)
ここで、磁石が形成する電機子鎖交磁束の基本波成分が高調波成分に比べて十分に大きい(φdm_1≫φdm_h)とすれば、数式7は次式に近似できる。
iq_h=−φdm_h・iq_1/φdm_1・・・(8)
以上の演算により、マグネットトルクTemのリップルを0にする条件は、q軸電流の高調波成分iq_hを数式8で表す値にすればよいことがわかる。
First, the magnet torque Tem is calculated.
Tem = P ・ φdm ・ iq
= P (φdm_1 + φdm_h) (iq_1 + iq_h)
= P (φdm_1 · iq_1 + φdm_h · iq_1 + φdm_1 · iq_h + φdm_h · iq_h)
= P · φdm_1 · iq_1 + P (φdm_h · iq_1 + φdm_1 · iq_h + φdm_h · iq_h) (5)
In the above equation, φdm_1 is a fundamental wave component (magnet component) of the armature interlinkage magnetic flux, and φdm_h is a harmonic component (magnet component) of the armature interlinkage magnetic flux. The first term on the right side of
φdm_h · iq_1 + φdm_1 · iq_h + φdm_h · iq_h = 0 (6)
That means
iq_h = −φdm_h · iq_1 / (φdm_1 + φdm_h) (7)
Here, if the fundamental wave component of the armature flux linkage formed by the magnet is sufficiently larger than the harmonic component (φdm_1 >> φdm_h),
iq_h = −φdm_h · iq_1 / φdm_1 (8)
From the above calculation, it can be seen that the condition for reducing the ripple of the magnet torque Tem to 0 is that the harmonic component iq_h of the q-axis current should be a value expressed by
次に、リラクタンストルクTerを演算する。
Ter=−P・Lqd・id・iq
=P(Lqd_1+Lqd_h)(id_1+id_h)(iq_1+iq_h)
=P(Lqd_1・iq_1+Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)(id_1+id_h)
=P・Lqd_1・iq_1・id_1
+P(Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)id_1
+P(Lqd_1・iq_1+Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)id_h ・・・(9)
数式9の右辺第1項はリラクタンストルクの基本波成分を表し、第2項と第3項がトルクリップル成分を表す。したがって、第2項と第3項の和を0にする電流条件が存在すれば、リラクタンストルクのリップル成分を0にすることができる。
(Lqd_1・iq_1+Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)id_h=−(Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)id_1
∴id_h=−(Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)id_1/(Lqd_1・iq_1+Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h+Lqd_h・iq_h)・・・(10)
ここで、モーターのパラメーターおよび電流は、基本波成分に比べ高調波成分が十分に小さいと仮定すれば、数式10を次式に近似できる。
id_h=−(Lqd_h・iq_1+Lqd_1・iq_h)id_1/(Lqd_1・iq_1)・・・(11)
以上の演算により、リラクタンストルクのリップルを0にする条件は、d軸電流の高調波成分id_hを数式11で表す値にすればよいことがわかる。
Next, the reluctance torque Ter is calculated.
Ter = -P ・ Lqd ・ id ・ iq
= P (Lqd_1 + Lqd_h) (id_1 + id_h) (iq_1 + iq_h)
= P (Lqd_1 · iq_1 + Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) (id_1 + id_h)
= P ・ Lqd_1 ・ iq_1 ・ id_1
+ P (Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) id_1
+ P (Lqd_1 · iq_1 + Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) id_h (9)
The first term on the right side of Equation 9 represents the fundamental wave component of the reluctance torque, and the second and third terms represent the torque ripple component. Therefore, if there is a current condition that makes the sum of the second term and the third term zero, the ripple component of the reluctance torque can be zero.
(Lqd_1 · iq_1 + Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) id_h = − (Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) id_1
∴id_h = − (Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) id_1 / (Lqd_1 · iq_1 + Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h + Lqd_h · iq_h) (10)
Here, if it is assumed that the harmonic parameter of the motor parameter and current is sufficiently smaller than the fundamental wave component,
id_h = − (Lqd_h · iq_1 + Lqd_1 · iq_h) id_1 / (Lqd_1 · iq_1) (11)
From the above calculation, it can be seen that the condition for reducing the ripple of the reluctance torque to 0 is that the harmonic component id_h of the d-axis current is set to a value represented by Equation 11.
このように、q軸の高調波成分電流iq_hを数式8に示す値に制御し、d軸の高調波成分電流id_hを数式11に示す値に制御すれば、モーターのトルクリップルを低減することができる。
Thus, if the q-axis harmonic component current iq_h is controlled to the value shown in
ところで、ここで用いているid_h、iq_hはそれぞれd軸とq軸の高調波成分電流を表しており、次式により高調波座標系のdh軸とqh軸の高調波成分電流に変換する。
図6は第2の実施の形態のトルク制御部1Aの詳細を示す図である。この第2の実施の形態では、図1に示すトルク制御部1に代えてトルク制御部1Aを用いる。トルク制御部1Aは、トルク指令値とモーター回転速度に対するd軸電流指令値のデータが収められている最高効率idマップ1eから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するd軸電流指令値id*を表引き演算する。また、トルク指令値とモーター回転速度に対するq軸電流指令値のデータが収められている最高効率iqマップ1fから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するq軸電流指令値iq*を表引き演算する。
FIG. 6 is a diagram showing details of the torque control unit 1A of the second embodiment. In the second embodiment, a torque control unit 1A is used instead of the
トルク制御部1Aはさらに、dq軸電流指令値に対するdh軸電流指令値のデータが収められている最少トルクリップルidhマップ1gから、dq軸電流指令値id*、iq*に対応するdh軸電流指令値idh*を表引き演算する。同様に、dq軸電流指令値に対するqh軸電流指令値のデータが収められている最少トルクリップルiqhマップ1hから、dq軸電流指令値id*、iq*に対応するqh軸電流指令値iqh*を表引き演算する。 The torque control unit 1A further determines the dh-axis current command corresponding to the dq-axis current command values id * and iq * from the minimum torque ripple idh map 1g storing data of the dh-axis current command value with respect to the dq-axis current command value. The value idh * is looked up. Similarly, the qh-axis current command value iqh * corresponding to the dq-axis current command value id * and iq * is obtained from the minimum torque ripple iqh map 1h in which the data of the qh-axis current command value with respect to the dq-axis current command value is stored. Perform a table lookup operation.
マップ1e〜1hには、モータートルクTeをトルク指令値Te*に一致させるための電流指令値の組み合わせの中で、上記数式8と数式11を満たしトルクリップルを最少にする基本波電流と高調波電流の指令値が収められている。これらの指令値を演算により求めるとずれが生じるので、実験によりトルクリップルを最少とする基本波電流と高調波電流を測定し、それらの値をデータとして採用してもよい。
In the maps 1e to 1h, among the current command value combinations for making the motor torque Te coincide with the torque command value Te * , the fundamental wave current and the harmonics that satisfy the
この第2の実施の形態によれば、あらゆるモーター回転速度ωeにおいて、トルクリップルを最少に抑制しながらトルク指令値Te*に一致するトルクTeをモーターから出力させることができる。 According to the second embodiment, at any motor rotation speed ωe, torque Te that matches the torque command value Te * can be output from the motor while minimizing torque ripple.
《発明の第3の実施の形態》
電圧リップルを最少にする第3の実施の形態を説明する。なお、この第3の実施の形態の構成は、トルク制御部1を除いて図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であり、全体構成の説明を省略して相違点を中心に説明する。
<< Third Embodiment of the Invention >>
A third embodiment for minimizing voltage ripple will be described. The configuration of the third embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the
図7はモーターMの回転速度ωeに対するトルクTeの関係、つまりモーターMの出力特性を示す。モーターMは、回転速度ωeが0から基底回転速度±ωbまでは太線(1)の最大トルクラインまで駆動制御され、基底回転速度±ωbを超えると破線(2)の最大出力ラインまで駆動制御される。通常、電力変換部10のパワー素子の定格電流は最大トルクライン(1)に応じて決定されので、例えば定格電流が600Aの場合には基本波電流を600Aまで流すことができる。ところが、モーター電流に高調波電流が含まれると、モーター電流のピーク値が基本波電流のピーク値より大きくなるため、基本波電流を定格の600Aより低く抑えなければならなくなり、最大トルクが小さくなる上に、鉄損や銅損が増加して効率が悪くなる。一方、モーター電圧に高調波成分が含まれると、モーター電圧のピーク値が基本波電圧のピーク値より高くなるため、基本波電圧をモーターおよびパワー素子の定格電圧より低く抑えなければならなくなり、電圧不足により所定の電流が流せなくなって出力が低下する。
FIG. 7 shows the relationship of the torque Te to the rotational speed ωe of the motor M, that is, the output characteristics of the motor M. The motor M is driven and controlled up to the maximum torque line of the thick line (1) from 0 to the base rotational speed ± ωb, and is controlled to the maximum output line of the broken line (2) when the rotational speed exceeds the base rotational speed ± ωb. The Normally, the rated current of the power element of the
まず、空間高調波含むモーターの電圧リップルについて説明する。モーターMの回路方程式は次のように表すことができる。
vd=R・id+d(φd)/dt−ωe・φq
=R・id+d(φdm+Ld・id)/dt−ωe・Lq・iq,
vq=ωe・φd+R・iq+d(φq)/dt
=ωe(φdm+Ld・id)+R・iq+d(Lq・iq)/dt・・・(13)
ここで、vdはd軸電圧、vqはq軸電圧、Rは相巻線抵抗、φdはd軸電機子鎖交磁束、φqはq軸電機子鎖交磁束、φdmは電機子鎖交磁束(磁石分)、Ldはd軸インダクダンス、Lqはq軸インダクダンスである。
First, the voltage ripple of the motor including spatial harmonics will be described. The circuit equation of the motor M can be expressed as follows.
vd = R · id + d (φd) / dt−ωe · φq
= R · id + d (φdm + Ld · id) / dt−ωe · Lq · iq,
vq = ωe ・ φd + R ・ iq + d (φq) / dt
= Ωe (φdm + Ld · id) + R · iq + d (Lq · iq) / dt (13)
Here, vd is a d-axis voltage, vq is a q-axis voltage, R is a phase winding resistance, φd is a d-axis armature linkage flux, φq is a q-axis armature linkage flux, and φdm is an armature linkage flux ( Magnet)), Ld is d-axis inductance, and Lq is q-axis inductance.
磁束、インダクダンス、電流を基本波成分と高調波成分とに分けて数式13を記述すると、まずd軸電圧vdは次のように表される。
vd=R(id_1+id_h)
+d{(φdm_1+φdm_h)+(Ld_1+Ld_h)(id_1+id_h)}/dt
−ωe(Lq_1+Lq_h)(iq_1+iq_h)
=R(id_1+id_h)
+d{(φdm_1+Ld_1・id_1)+(φdm_h+Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)}/dt
−ωe(Lq_1・iq_1+Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h)
={R・id_1+d(φdm_1+Ld_1・id_1)/dt+ωe・Lq_1・iq_1}
+[R・id_h+d(φdm_h+Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)/dt−ωe(Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h)]・・・(14)
数式14において、第1項は基本波成分であり、第2項は電圧リップル成分である。電圧リップルを0にするにはこの第2項を0にすればよい。
R・id_h+d(φdm_h+Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)/dt−ωe(Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h)=0・・・(15)
そのためには、数式15の3項すべてを0にする必要があるが、通常、第1項は第2項および第3項に比べて無視できる程度に小さいので、第2項と第3項を0にする条件を導出する。まず、第2項を0にする条件から次式が求められる。
φdm_h+Ld_h・id_1+(Ld_1+Ld_h)id_h=const,
∴id_h=−{(φdm_h+Ld_h・id_1)+const}/(Ld_1+Ld_h)・・・(16)
また、第3項を0にする条件から次式が求められる。
Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h=0
∴iq_h=−Lq_h・iq_1/(Lq_1+Lq_h)・・・(17)
When
vd = R (id_1 + id_h)
+ D {(φdm_1 + φdm_h) + (Ld_1 + Ld_h) (id_1 + id_h)} / dt
-Ωe (Lq_1 + Lq_h) (iq_1 + iq_h)
= R (id_1 + id_h)
+ D {(φdm_1 + Ld_1 · id_1) + (φdm_h + Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h)} / dt
-Ωe (Lq_1 ・ iq_1 + Lq_h ・ iq_1 + Lq_1 ・ iq_h + Lq_h ・ iq_h)
= {R · id_1 + d (φdm_1 + Ld_1 · id_1) / dt + ωe · Lq_1 · iq_1}
+ [R · id_h + d (φdm_h + Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h) / dt−ωe (Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h)] (14)
In Expression 14, the first term is a fundamental wave component, and the second term is a voltage ripple component. In order to reduce the voltage ripple to 0, the second term may be set to 0.
R · id_h + d (φdm_h + Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h) / dt−ωe (Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h) = 0 (15)
For that purpose, it is necessary to set all three terms of Formula 15 to 0. Normally, however, the first term is so small that it can be ignored as compared with the second and third terms. A condition for deriving 0 is derived. First, the following equation is obtained from the condition for setting the second term to zero.
φdm_h + Ld_h · id_1 + (Ld_1 + Ld_h) id_h = const,
∴id_h = − {(φdm_h + Ld_h · id_1) + const} / (Ld_1 + Ld_h) (16)
Further, the following equation is obtained from the condition for setting the third term to zero.
Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h = 0
∴iq_h = -Lq_h · iq_1 / (Lq_1 + Lq_h) (17)
このように、d軸電圧vdのリップルを0にするには、dq軸電流の高調波成分id_h、iq_hが数式16、数式17に示す値となるように制御すればよい。 As described above, in order to reduce the ripple of the d-axis voltage vd to 0, the harmonic components id_h and iq_h of the dq-axis current may be controlled so as to have the values shown in Equations 16 and 17.
一方、磁束、インダクダンス、電流を基本波成分と高調波成分とに分けて数式13を記述すると、q軸電圧vqは次のように表される。
vq=ωe{φdm_1+φdm_h+(Ld_1+Ld_h)(id_1+id_h)}
+R(iq_1+iq_h)+d(Lq_1+Lq_h)(iq_1+iq_h)/dt
={ωe(φdm_1+Ld_1・id_1)+R・iq_1+d(Lq_1・iq_1)/dt}
+[ωe{φdm_h+(Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)}+R・iq_h+d(Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h)/dt]・・・(18)
数式18において、第1項は基本波成分であり、第2項は高次成分(リップル分)である。q軸電圧のリップルを0にするにはこの第2項を0にすればよい。
ωe{φdm_h+(Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)}+R・iq_h+d(Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h)/dt=0・・・(19)
そのためには、数式19の3項すべてを0にする必要があるが、通常、第2項は第1項および第3項に比べて無視できる程度に小さいので、第1項と第3項を0にする条件を導出する。まず、第1項を0にする条件から次式が求められる。
φdm_h+(Ld_h・id_1+Ld_1・id_h+Ld_h・id_h)=0,
∴id_h=−(φdm_h+Ld_h・id_1)/(Ld_1+Ld_h)・・・(20)
また、第3項を0にする条件から次式が求められる。
Lq_h・iq_1+Lq_1・iq_h+Lq_h・iq_h=const,
∴iq_h=(−Lq_h・iq_1+const)/(Lq_1+Lq_h)・・・(21)
On the other hand, when
vq = ωe {φdm_1 + φdm_h + (Ld_1 + Ld_h) (id_1 + id_h)}
+ R (iq_1 + iq_h) + d (Lq_1 + Lq_h) (iq_1 + iq_h) / dt
= {Ωe (φdm_1 + Ld_1 · id_1) + R · iq_1 + d (Lq_1 · iq_1) / dt}
+ [Ωe {φdm_h + (Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h)} + R · iq_h + d (Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h) / dt] (18)
In Expression 18, the first term is a fundamental wave component, and the second term is a high-order component (ripple component). In order to reduce the q-axis voltage ripple to zero, the second term may be set to zero.
ωe {φdm_h + (Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h)} + R · iq_h + d (Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h) / dt = 0 (19)
For that purpose, it is necessary to set all three terms of
φdm_h + (Ld_h · id_1 + Ld_1 · id_h + Ld_h · id_h) = 0,
∴id_h = − (φdm_h + Ld_h · id_1) / (Ld_1 + Ld_h) (20)
Further, the following equation is obtained from the condition for setting the third term to zero.
Lq_h · iq_1 + Lq_1 · iq_h + Lq_h · iq_h = const,
∴iq_h = (− Lq_h · iq_1 + const) / (Lq_1 + Lq_h) (21)
このように、q軸電圧vqのリップルを0にするには、dq軸電流の高調波成分id_h、iq_hが数式20、数式21に示す値となるように制御すればよい。 As described above, in order to reduce the ripple of the q-axis voltage vq to 0, the harmonic components id_h and iq_h of the dq-axis current may be controlled so as to have the values shown in Expression 20 and Expression 21.
なお、数式16と数式21のconstを0とすれば、数式16と数式20、数式17と数式21はそれぞれ同一となる。つまり、d軸電圧vdのリップル電圧を0にする条件と、q軸電圧vqのリップル電圧を0にする条件とを同一にすることができ、d軸電圧vdとq軸電圧vqのリップル成分をともに0にすることが可能になる。
id_h=−(φdm_h+Ld_h・id_1)/Ld_1,
iq_h=−Lq_h・iq_1/Lq_1・・・(22)
つまり、基本波座標系dqにおけるd軸高調波電流id_hとq軸高調波電流iq_hが数式22に表す値となるように制御すれば、電圧リップルを小さくすることができる。なお、基本波座標系dqにおける高調波電流id_h、iq_hは、上記数式12により高調波座標系dhqhのdh軸高調波電流idhとqh軸高調波電流iqhに変換することができる。したがって、数式22を数式12に代入してdh軸電流指令値idh*とqh軸電流指令値iqh*を算出し、上述したように高調波電流を制御すれば電圧リップルを最少にすることができる。
Note that if const in Expression 16 and Expression 21 is 0, Expression 16 and Expression 20, Expression 17 and Expression 21 are the same. That is, the condition for setting the ripple voltage of the d-axis voltage vd to 0 and the condition for setting the ripple voltage of the q-axis voltage vq to 0 can be made the same. Both can be set to zero.
id_h = − (φdm_h + Ld_h · id_1) / Ld_1,
iq_h = −Lq_h · iq_1 / Lq_1 (22)
That is, the voltage ripple can be reduced by controlling the d-axis harmonic current id_h and the q-axis harmonic current iq_h in the fundamental wave coordinate system dq to be the values represented by Equation 22. The harmonic currents id_h and iq_h in the fundamental wave coordinate system dq can be converted into the dh-axis harmonic current idh and the qh-axis harmonic current iqh in the harmonic coordinate system dhqh by the
図8は第3の実施の形態のトルク制御部1Bの詳細を示す図である。この第3の実施の形態では、図1に示すトルク制御部1に代えてトルク制御部1Bを用いる。トルク制御部1Bは、トルク指令値とモーター回転速度に対するd軸電流指令値のデータが収められている最高効率idマップ1eから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するd軸電流指令値id*を表引き演算する。また、トルク指令値とモーター回転速度に対するq軸電流指令値のデータが収められている最高効率iqマップ1fから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するq軸電流指令値iq*を表引き演算する。
FIG. 8 is a diagram illustrating details of the torque control unit 1B according to the third embodiment. In the third embodiment, a torque control unit 1B is used instead of the
トルク制御部1Bはさらに、dq軸電流指令値に対するdh軸電流指令値のデータが収められている最少電圧リップルidhマップ1iから、dq軸電流指令値id*、iq*に対応するdh軸電流指令値idh*を表引き演算する。同様に、dq軸電流指令値に対するqh軸電流指令値のデータが収められている最少電圧リップルiqhマップ1jから、dq軸電流指令値id*、iq*に対応するqh軸電流指令値iqh*を表引き演算する。 The torque control unit 1B further determines the dh-axis current command corresponding to the dq-axis current command values id * and iq * from the minimum voltage ripple idh map 1i that stores the data of the dh-axis current command value with respect to the dq-axis current command value. The value idh * is looked up. Similarly, the qh-axis current command value iqh * corresponding to the dq-axis current command values id * and iq * is obtained from the minimum voltage ripple iqh map 1j storing the data of the qh-axis current command value with respect to the dq-axis current command value. Perform a table lookup operation.
マップ1e、1f、1i、1jには、モータートルクTeをトルク指令値Te*に一致させるための電流指令値の組み合わせの中で、電圧リップルを最少にする基本波電流と高調波電流の指令値データが収められている。これらの指令値を演算により求めるとずれが生じるので、実験により電圧リップルを最少とする基本波電流と高調波電流を測定し、それらの値をデータとして採用してもよい。 Maps 1e, 1f, 1i, and 1j show fundamental wave current and harmonic current command values that minimize voltage ripple among the current command value combinations for making motor torque Te coincide with torque command value Te *. Contains data. Since deviation occurs when these command values are obtained by calculation, the fundamental current and the harmonic current that minimize the voltage ripple may be measured by experiment, and these values may be adopted as data.
この第3の実施の形態によれば、あらゆるモーター回転速度ωeにおいて、電圧リップルを最少に抑制しながらトルク指令値Te*に一致するトルクTeをモーターから出力させることができる。 According to the third embodiment, at any motor rotation speed ωe, the torque Te that matches the torque command value Te * can be output from the motor while suppressing the voltage ripple to a minimum.
《発明の第4の実施の形態》
電流リップルを最少にする第4の実施の形態を説明する。なお、この第4の実施の形態の構成は、トルク制御部1を除いて図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であり、全体構成の説明を省略して相違点を中心に説明する。
<< Fourth Embodiment of the Invention >>
A fourth embodiment for minimizing current ripple will be described. The configuration of the fourth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the
図9は第4の実施の形態のトルク制御部1Cの詳細を示す図である。この第4の実施の形態では、図1に示すトルク制御部1に代えてトルク制御部1Cを用いる。トルク制御部1Cは、トルク指令値とモーター回転速度に対するd軸電流指令値のデータが収められている最高効率idマップ1eから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するd軸電流指令値id*を表引き演算する。また、トルク指令値とモーター回転速度に対するq軸電流指令値のデータが収められている最高効率iqマップ1fから、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeとに対応するq軸電流指令値iq*を表引き演算する。
FIG. 9 is a diagram illustrating details of the torque control unit 1C according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a torque control unit 1C is used instead of the
一方、トルク制御部1Cは、dh軸電流指令値idh*とqh軸電流指令値iqh*をともに0にする。これにより、高調波電流制御回路5,6,8,9は高調波座標系dhqhのdh軸電流idhとqh軸電流iqhがともに0になるように制御する。
On the other hand, the torque control unit 1C sets both the dh-axis current command value idh * and the qh-axis current command value iqh * to 0. As a result, the harmonic
この第4の実施の形態によれば、あらゆるモーター回転速度ωeにおいて電流リップルを最少に抑制しながら、トルク指令値Te*に一致するトルクTeをモーターから出力させることができる。 According to the fourth embodiment, it is possible to output torque Te that matches the torque command value Te * from the motor while minimizing current ripple at any motor rotation speed ωe.
《発明の第5の実施の形態》
モーターMの動作状態に応じて最適な基本波電流指令値と高調波電流指令値を選択するようにした第5の実施の形態を説明する。なお、この第5の実施の形態の構成は、トルク制御部1を除いて図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であり、全体構成の説明を省略して相違点を中心に説明する。
<< Fifth Embodiment of the Invention >>
A fifth embodiment in which the optimum fundamental wave current command value and harmonic current command value are selected according to the operating state of the motor M will be described. The configuration of the fifth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the
図10は第5の実施の形態のトルク制御部1Dの詳細を示す図である。この第5の実施の形態では、図1に示すトルク制御部1に代えてトルク制御部1Dを用いる。トルク制御部1Dは、最高効率電流指令演算部1p、最少トルクリップル電流指令演算部1g、最少電圧リップル電流指令演算部1r、最少電流リップル電流指令演算部1t、最適指令値選択部1uおよび切り換えスイッチ1vを備えている。
FIG. 10 is a diagram illustrating details of the torque control unit 1D according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a torque control unit 1D is used instead of the
最高効率電流指令演算部1pは、効率を最大にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する。最少トルクリップル電流指令演算部1gは、トルクリップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する。最少電圧リップル電流指令演算部1rは、電圧リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する。最少電流リップル電流指令演算部1tは、電流リップルを最少にする基本波電流指令値id*、iq*と高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する。 The highest efficiency current command calculation unit 1p calculates the fundamental current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that maximize the efficiency. The minimum torque ripple current command calculation unit 1g calculates the fundamental current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that minimize the torque ripple. The minimum voltage ripple current command calculation unit 1r calculates the fundamental current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that minimize the voltage ripple. The minimum current ripple current command calculation unit 1t calculates the fundamental current command values id * and iq * and the harmonic current command values idh * and iqh * that minimize the current ripple.
最適指令値選択部1uは、モーターMの回転速度ωeやトルクTeなどのモーターMの動作状態に応じて、電流指令演算部1p、1q、1r、1tで演算された電流指令値の中から最適な電流指令値を選択し、切り換えスイッチ1vを切り換える。なお、モーターMのトルクTeは、例えば上述した数式1や数式4により演算により求めてもよいし、トルク検出器を設置して測定してもよい。
The optimum command value selection unit 1u is optimally selected from the current command values calculated by the current command calculation units 1p, 1q, 1r, and 1t according to the operation state of the motor M such as the rotational speed ωe and torque Te of the motor M. A current command value is selected, and the changeover switch 1v is switched. The torque Te of the motor M may be obtained by calculation using, for example, the above-described
図11により、最適指令値選択部1uの動作を説明する。図11は、図7に示すモーターMの出力特性の内の第1象限のみを示す。なお、第2象限〜第4象限における動作は第1象限の動作と同様であり、説明を省略する。 The operation of the optimum command value selection unit 1u will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows only the first quadrant of the output characteristics of the motor M shown in FIG. The operation in the second quadrant to the fourth quadrant is the same as the operation in the first quadrant, and the description thereof is omitted.
図11において、最大トルクライン(1)近傍の領域(6)では他の領域(3)〜(5)に比べてモーター電流が大きく、モーター電流が電力変換部10のパワー素子の定格電流に近くなる。モーターMの回転速度ωeとトルクTeで決まる運転点が領域(6)内にあるとき、つまりモータートルクTeと最大トルクとの差が所定値以下でモータートルクTeが最大値に近いときは、最少電流リップル電流指令演算部1tで演算される電流指令値を選択し、モーターMの電流リップルを最少に抑制することによって、モーター電流のピーク値をパワー素子の定格電流より低く抑える。
In FIG. 11, the motor current is larger in the region (6) near the maximum torque line (1) than in the other regions (3) to (5), and the motor current is close to the rated current of the power element of the
また、最大出力ライン(2)近傍の領域(5)では上述したようにモーターMに大きな電圧を印加する必要があるので、直流母線電圧(インバーターのDCリンク電圧)とモーター電圧vu、vv、vwとの差が小さくなる。したがって、モーターMの回転速度ωeとトルクTeで決まる運転点が領域(5)内にあるとき、つまりモーター出力と最大出力との差が所定値以下でモーター出力が最大値に近いときは、最少電圧リップル電流指令演算部1rで演算される電流指令値を選択し、モーターMの電圧リップルを最少に抑制することによって、モーター電圧のピーク値がパワー素子の電圧電圧より低くなるようにしながら、リップル電圧によるモーター電圧の低下を防ぐ。 Further, in the region (5) near the maximum output line (2), it is necessary to apply a large voltage to the motor M as described above, so the DC bus voltage (inverter DC link voltage) and the motor voltages vu, vv, vw. The difference with is small. Therefore, when the operating point determined by the rotational speed ωe and torque Te of the motor M is in the region (5), that is, when the difference between the motor output and the maximum output is less than a predetermined value and the motor output is close to the maximum value, the minimum By selecting the current command value calculated by the voltage ripple current command calculation unit 1r and suppressing the voltage ripple of the motor M to the minimum, the peak value of the motor voltage becomes lower than the voltage voltage of the power element, and the ripple Prevents motor voltage drop due to voltage.
さらに、モーターMの回転速度ωeとトルクTeがともに低い領域(4)では、トルクリップルの影響が大きく現れるので、最少トルクリップル電流指令演算部1gで演算される電流指令値を選択し、モーターMのトルクリップルを最少に抑えることによって、トルクリップルに起因した影響、例えば車両の振動や騒音を低減して乗員の不快感を減ずる。 Further, in the region (4) where both the rotational speed ωe and the torque Te of the motor M are low, the influence of torque ripple appears greatly. Therefore, the current command value calculated by the minimum torque ripple current command calculation unit 1g is selected, and the motor M By minimizing the torque ripple, the influence caused by the torque ripple, for example, the vibration and noise of the vehicle is reduced, thereby reducing the passenger discomfort.
モーターMの回転速度ωeとトルクTeで決まる運転点が領域(3)内にあるときは、効率を最大とする最高効率電流指令演算部1pで演算された電流指令値を選択し、効率を最大にしてモーターMの消費電力を低減する。 When the operating point determined by the rotational speed ωe and torque Te of the motor M is in the region (3), the current command value calculated by the maximum efficiency current command calculation unit 1p that maximizes the efficiency is selected to maximize the efficiency. Thus, the power consumption of the motor M is reduced.
このように第5の実施の形態によれば、モーターMの動作状態に応じた最適な電流指令値を選択してモーターMを駆動制御することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the motor M can be driven and controlled by selecting an optimum current command value corresponding to the operating state of the motor M.
なお、上述した各実施の形態では、トルク制御部1、1A、1B、1Cにおいて、トルク指令値Te*とモーター回転速度ωeに基づいてdq軸基本波電流指令値id*、iq*とdhqh軸高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する例を示したが、モーターを図7に示す0〜基底回転速度ωbまでの速度範囲で使用する場合、すなわち定トルク制御領域でのみ使用する場合(定トルク制御)には、トルク指令値Te*のみに基づいてdq軸基本波電流指令値id*、iq*とdhqh軸高調波電流指令値idh*、iqh*を演算する。つまり、トルク指令値に対する電流指令値のマップを予め設定しておき、トルク指令値Te*に対応する電流指令値id*、iq*、idh*、iqh*を表引き演算する。
In each of the embodiments described above, in the
また、本発明は同期モーターや誘導モーターなどの交流モーターに適用することができる。誘導モーターの場合には、磁束の方向を推定する周知の磁束推定器を設け、磁束の基本波成分の推定方向に同期して回転する座標系をdq座標系とし、磁束の高調波次数成分の推定方向に同期して回転する座標系をdhqh座標系とする。 The present invention can also be applied to AC motors such as synchronous motors and induction motors. In the case of an induction motor, a known magnetic flux estimator for estimating the direction of magnetic flux is provided, the coordinate system rotating in synchronization with the estimated direction of the fundamental wave component of the magnetic flux is a dq coordinate system, and the harmonic order component of the magnetic flux is A coordinate system that rotates in synchronization with the estimated direction is defined as a dhqh coordinate system.
1 トルク制御部
1a 最高効率d軸電流指令値マップ
1b 最高効率q軸電流指令値マップ
1c 最高効率dh軸電流指令値マップ
1d 最高効率qh軸電流指令値マップ
1e 最高効率d軸電流指令値マップ
1f 最高効率q軸電流指令値マップ
1g 最少トルクリップルdh軸電流指令値マップ
1h 最少トルクリップルqh軸電流指令値マップ
1i 最少電圧リップルdh軸電流指令値マップ
1j 最少電圧リップルqh軸電流指令値マップ
1p 最高効率電流指令演算部
1q 最少トルクリップル電流指令演算部
1r 最少電圧リップル電流指令演算部
1t 最少電流リップル電流指令演算部
2 基本波電流制御部
3 加算器
4 dq/3相変換部
5 3相/dq変換部
6 高調波電流制御部
7 dhqh/dq変換部
8 ハイパスフィルター
9 dq/dhqh変換部
10 電力変換部
11,12 電流センサー
13 位相速度演算部
1 Torque control unit 1a Maximum efficiency d-axis current command value map 1b Maximum efficiency q-axis current command value map 1c Maximum efficiency dh-axis current command value map 1d Maximum efficiency qh-axis current command value map 1e Maximum efficiency d-axis current command value map 1f Maximum efficiency q-axis current command value map 1g Minimum torque ripple dh-axis current command value map 1h Minimum torque ripple qh-axis current command value map 1i Minimum voltage ripple dh-axis current command value map 1j Minimum voltage ripple qh-axis current command value map 1p Maximum Efficiency current command calculation unit 1q Minimum torque ripple current command calculation unit 1r Minimum voltage ripple current command calculation unit 1t Minimum current ripple current
Claims (12)
少なくとも交流モーターの前記トルク指令値に基づいて、モーター電流の高調波電流指令値を決定する高調波電流指令値決定手段と、
前記交流モーターに流れる実電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出される実電流を、前記基本波電流指令値決定手段によって決定される基本波電流指令値と一致させるための基本波制御指令値を決定する基本波制御指令値決定手段と、
前記電流検出手段によって検出される実電流の高調波成分を検出する高調波成分検出手段と、
前記高調波成分検出手段によって検出されるモーター電流の高調波成分を、前記高調波電流指令値決定手段によって決定される高調波電流指令値と一致させるための高調波制御指令値を決定する高調波制御指令値決定手段と、
前記基本波制御指令値決定手段によって決定される基本波制御指令値、および、前記高調波制御指令値決定手段によって決定される高調波制御指令値に基づいて、前記交流モーターを駆動するモーター駆動手段とを備えることを特徴とするモーター制御装置。 Fundamental wave current command value determining means for determining a fundamental current command value of the motor current based on at least the torque command value of the AC motor;
Based on the torque command value of at least AC motor, a harmonic current command value determining means for determining a harmonic current command value of the motor current,
Current detecting means for detecting an actual current flowing through the AC motor;
Fundamental wave control command value determining means for determining a fundamental wave control command value for making the actual current detected by the current detection means coincide with the fundamental wave current command value determined by the fundamental wave current command value determining means; ,
Harmonic component detection means for detecting the harmonic component of the actual current detected by the current detection means;
Harmonics for determining a harmonic control command value for matching the harmonic component of the motor current detected by the harmonic component detection means with the harmonic current command value determined by the harmonic current command value determination means Control command value determining means;
Motor driving means for driving the AC motor based on the fundamental wave control command value determined by the fundamental wave control command value determining means and the harmonic control command value determined by the harmonic control command value determining means And a motor control device.
前記基本波電流指令値決定手段は、電機子鎖交磁束の基本波成分に同期して回転するdq座標系における基本波電流指令値を決定し、
前記高調波電流指令値決定手段は、電機子鎖交磁束の高調波次数成分に同期して回転するdhqh座標系における高調波電流指令値を決定することを特徴とするモーター制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The fundamental wave current command value determining means determines a fundamental current command value in a dq coordinate system that rotates in synchronization with the fundamental wave component of the armature flux linkage,
The harmonic current command value determining means determines a harmonic current command value in a dhqh coordinate system that rotates in synchronization with a harmonic order component of an armature flux linkage.
前記基本波制御指令値決定手段は、電機子鎖交磁束の基本波成分に同期して回転するdq座標系において、前記モーター電流の基本波成分を前記基本波電流指令値と一致させるための基本波制御指令値を決定し、
前記高調波制御指令値決定手段は、電機子鎖交磁束の高調波次数成分に同期して回転するdhqh座標系において、前記モーター電流の高調波成分を前記高調波電流指令値と一致させるための高調波制御指令値を決定することを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to claim 1 or 2,
The fundamental wave control command value determining means is a fundamental for matching the fundamental wave component of the motor current with the fundamental wave current command value in a dq coordinate system that rotates in synchronization with the fundamental wave component of the armature flux linkage. Determine the wave control command value,
The harmonic control command value determining means is for making the harmonic component of the motor current coincide with the harmonic current command value in a dhqh coordinate system that rotates in synchronization with the harmonic order component of the armature linkage flux. A motor control device that determines a harmonic control command value.
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段は、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら、モーターの効率を最大にする基本波電流指令値および高調波電流指令値をそれぞれ決定することを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The fundamental wave current command value determining means and the harmonic current command value determining means are configured to set a fundamental wave current command value and a harmonic current command value that maximize motor efficiency while matching the motor torque with the torque command value. A motor control device characterized by determining each.
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段は、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら、トルクリップルを最少にする基本波電流指令値および高調波電流指令値をそれぞれ決定することを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The fundamental wave current command value determining means and the harmonic current command value determining means are configured to set a fundamental wave current command value and a harmonic current command value that minimize torque ripple while matching motor torque to the torque command value, respectively. A motor control device characterized by determining.
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段は、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら、電圧リップルを最少にする基本波電流指令値および高調波電流指令値をそれぞれ決定することを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The fundamental wave current command value determining means and the harmonic current command value determining means are configured to set a fundamental wave current command value and a harmonic current command value that minimize voltage ripple while matching the motor torque with the torque command value, respectively. A motor control device characterized by determining.
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段は、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら、電流リップルを最少にする基本波電流指令値および高調波電流指令値をそれぞれ決定することを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The fundamental wave current command value determining means and the harmonic current command value determining means are configured to set a fundamental wave current command value and a harmonic current command value that minimize current ripple while matching motor torque to the torque command value, respectively. A motor control device characterized by determining.
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段は、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながらモーター効率を最大にする基本波電流指令値と高調波電流指令値、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながらトルクリップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら電圧リップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値、およびモータートルクを前記トルク指令値に一致させながら電流リップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値をそれぞれ決定し、
モーターの動作状態を検出する動作状態検出手段と、
前記基本波電流指令値決定手段および前記高調波電流指令値決定手段により決定される基本波電流指令値および高調波電流指令値の中から、モーターの動作状態に応じた最適な電流指令値を選択する電流指令値選択手段とをさらに備えることを特徴とするモーター制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The fundamental current command value determining means and the harmonic current command value determining means are a fundamental current command value, a harmonic current command value, and a motor torque that maximize motor efficiency while making the motor torque coincide with the torque command value. The fundamental wave current command value and the harmonic current command value that minimize the torque ripple while matching the torque command value, and the fundamental wave current command value that minimizes the voltage ripple while matching the motor torque to the torque command value; Determine the harmonic current command value and the harmonic current command value to minimize the current ripple while matching the motor torque with the torque command value, respectively.
Operation state detection means for detecting the operation state of the motor;
The optimum current command value corresponding to the motor operating state is selected from the fundamental wave current command value and the harmonic current command value determined by the fundamental current command value determining means and the harmonic current command value determining means. The motor control device further comprising a current command value selection means for performing the operation.
前記電流指令値選択手段は、モータートルクが最大値に近い所定領域内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら電流リップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値を選択することを特徴とするモーター制御装置。 The motor control device according to claim 8, wherein
The current command value selection means, when a motor operating state within a predetermined region where the motor torque is close to the maximum value is detected, a fundamental current command that minimizes current ripple while matching the motor torque with the torque command value. A motor control device that selects a value and a harmonic current command value.
前記電流指令値選択手段は、モータートルクとモーター回転速度がともに低い所定範囲内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながらトルクリップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値を選択することを特徴とするモーター制御装置。 The motor control device according to claim 8, wherein
The current command value selection means is a fundamental wave that minimizes torque ripple while matching the motor torque with the torque command value when a motor operating state within a predetermined range in which both the motor torque and the motor rotation speed are low is detected. A motor control device that selects a current command value and a harmonic current command value.
前記電流指令値選択手段は、モーター出力が最大値に近い所定領域内のモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながら電圧リップルを最少にする基本波電流指令値と高調波電流指令値を選択することを特徴とするモーター制御装置。 The motor control device according to claim 8, wherein
The current command value selection means is a fundamental current command for minimizing voltage ripple while matching the motor torque with the torque command value when a motor operating state within a predetermined region where the motor output is close to the maximum value is detected. A motor control device that selects a value and a harmonic current command value.
前記電流指令値選択手段は、モータートルクとモーター出力がそれらの最大値に近い前記所定域内になく、かつモータートルクとモーター回転速度がともに低い前記所定範囲内にないモーター動作状態が検出されたときは、モータートルクを前記トルク指令値に一致させながらモーター効率を最大にする基本波電流指令値と高調波電流指令値を選択することを特徴とするモーター制御装置。 The motor control device according to claim 8, wherein
The current command value selecting means detects a motor operating state in which the motor torque and the motor output are not within the predetermined range close to their maximum values, and both the motor torque and the motor rotation speed are not within the predetermined range. Is a motor control device that selects a fundamental current command value and a harmonic current command value that maximize motor efficiency while making the motor torque coincide with the torque command value.
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