JP4642512B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
そして、このようなトルク脈動の発生を抑制する方法として、例えば、正弦波状の相電流が台形波状となるようにして、相電流の瞬時値が所定の最大値となる位相の前後での所定角度領域に亘って、相電流が所定の最大値を維持するように設定する制御方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば、予め設定した所定のトルク脈動と相殺するトルク波形を発生させる波形データを電流指令値等の制御信号に重畳する制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、制御処理が複雑化することを防止しつつ、トルク脈動の発生を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
上記構成のモータ制御装置によれば、予め設定されたデータをマップ検索により取得するだけの単純な処理で磁極位置角度の検出値を補正することができ、制御処理が複雑化することを防止しつつ、トルク脈動の発生を抑制することができる。
前記磁極位置検出手段による前記磁極位置角度の検出値に、角度毎に応じた角度補正値を加算して得た値を、新たに前記磁極位置角度として設定する角度置換手段と、
前記角度置換手段により設定された前記磁極位置角度と、前記電動機の出力に対する指令である出力指令とに基づき、前記電動機に供給する前記電流を制御する電流制御手段と
を備え、前記角度補正値は、予め前記磁極位置角度の検出値に対する、複数の相電流進角値毎のトルク波形のデータに基づいて設定された、前記磁極位置角度の検出値の変化に応じた前記角度補正値の変化を示す数式から算出されることを特徴としている。
上記構成のモータ制御装置によれば、予め設定された数式を用いて角度補正値を算出するだけの単純な処理で磁極位置角度の検出値を補正することができ、制御処理が複雑化することを防止しつつ、トルク脈動の発生を抑制することができる。
上記構成のモータ制御装置によれば、例えば電動機に供給する電流の実効値を固定した状態で位相に対する進角値を変化させると、各進角値毎に対して実効値が異なる周期的なトルク変動が生じる。このため、各進角値毎のトルク波形から所定トルクでの磁極位置角度の値を抽出し、抽出した磁極位置角度と進角値とを対応させることで、磁極位置角度の変化に対して所定トルクを維持するために設定すべき進角値のデータを得ることができる。この所定トルクとして電動機の平均トルクを設定することにより、所定トルクを維持するための磁極位置角度と進角値との組み合わせのデータ数を増大させることができる。
上記構成のモータ制御装置によれば、角度置換手段により設定された磁極位置角度を電動機の回転数に応じた制御ゲインにより補正することで、トルク脈動を抑制する処理の作用量を電動機の運転状態に応じて変更することができる。
さらに、請求項3に記載の本発明のモータ制御装置によれば、電動機の平均トルクに応じてデータを設定することにより、データのデータ数を増大させることができる。
さらに、請求項4または請求項5に記載の本発明のモータ制御装置によれば、トルク脈動を抑制する処理の作用量を電動機の運転状態に応じて変更することができる。
この実施形態によるモータ制御装置1は、例えば図1に示すように、ハイブリッド車両に内燃機関2と共に駆動源として搭載されるブラシレスDCモータ3(以下、単に、モータ3と呼ぶ)を駆動制御するものであって、モータ3は、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(ロータ)4と、この回転子4を回転させる回転磁界を発生する3相(U相,V相,W相)のステータ(図示略)とを備えて構成され、さらに、3相のステータは、例えば各複数のティース毎に集中巻きされたステータ巻線を備えて構成されている。
また、モータ3には、回転子4の磁極位置を検出する磁極位置検出器6が組み付けられている。この磁極位置検出器6は、ホール素子やエンコーダを用いて構成され、回転子4の所定の基準回転位置からの磁極の回転角度θactの検出値を示す信号を磁極位置の検出信号としてモータ制御装置1へ出力する。
PWMインバータ回路8は、例えばモータ3の駆動時に、バッテリ7から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のモータ3のステータ巻線(図示略)への通電を順次転流させることで各相電圧指令値Vuc,Vvc,Vwcに応じてステータの各U相,V相,W相の印加電圧の大きさ(振幅)及び位相を操作し、U相電流Iu及びV相電流Iv及びW相電流Iwをモータ3の各相へと出力する。
そして、電流指令切換器10は、電流指令生成器9が出力するd軸電流指令値Idc及びq軸電流指令値Iqcの組(Idc,Iqc)と、値「0」のd軸電流指令値Idc及びq軸電流指令値Iqcの組(0,0)とを、後述する位相補正器18の指令に応じて選択的に出力する。
なお、ステータは3相であるため、任意の1相を流れる電流は他の2相を流れる電流によって一義的に決まる。例えばW相を流れる電流は、−(Iu+Iv)となる。
そして、電流座標変換器12から出力されるd軸検出電流Id及びq軸検出電流Iqは減算処理器13,14に出力されている。
また、電圧指令生成器15は、フィードバック制御則の処理に加えて、例えば、d軸とq軸との間で干渉し合う速度起電力成分を相殺してd軸及びq軸を独立して制御するために、d軸及びq軸に対する各干渉成分を相殺するd軸補償項及びq軸補償項を算出する非干渉制御の処理を行なう。
この電圧座標変換器16から出力される各相電圧指令値Vuc,Vvc,Vwcは、PWMインバータ回路8のスイッチング素子をオン/オフさせるためのスイッチング指令(例えば、パルス幅変調信号)としてPWMインバータ回路8に入力されている。
先ず、位相補正器18は、磁極位置検出器6の検出誤差を補正する処理として、イグニッションスイッチがオン状態とされる車両の始動時あるいは車両のアイドル運転状態からの復帰時等での所定タイミング(例えば、内燃機関2の始動完了以後等)において、電流指令切換器10から値「0」のd軸電流指令値Idc及びq軸電流指令値Iqcの組(0,0)を出力させるための切換指令を電流指令切換器10に出力すると共に、磁極位置検出器6の検出誤差を補正するための磁極補正角θofs(つまり実際の磁極位置の回転角に対する磁極検出角θactの誤差角)にゼロを設定する。これにより、磁極検出角θactから磁極位置誤差角θofsを減算して得られる補正磁極回転角θc(=θact−θofs)は、磁極位置検出器8による磁極検出角θactと同等になる。
ここで、速度算出器19は、磁極検出角θactを時間微分することによりモータ3のロータ4の回転角速度ω=dθact/dtを算出し、位相補正器18へ出力している。これにより、位相補正器18はロータ4の回転角速度ωが略一定の回転角速度であるか否かを判定することで、モータ3が零電流状態であるか否かを判定する。なお、回転角速度ωは適宜の速度センサにより検出されてもよいし、内燃機関2の回転数センサにより検出される回転速度Neが回転角速度ωとして代用されてもよい。
そして、位相補正器18は、零電流状態(モータ3の回転角速度ωが略一定となる状態)であると判定した場合に、電圧指令生成器15から出力されるd軸電圧指令値Vdc及びq軸電圧指令値Vqcに基づき、磁極補正角θofs=atan(Vdc/Vqc)を算出する。これにより、これ以降において補正磁極回転角θc(=θact−θofs)は、磁極位置検出器6の検出誤差が補正された値となる。
例えば図2に示すように、U相,V相,W相の各相を流れる相電流の実効値を所定値に固定した状態で相電流の位相に対する進角値を変化させると、例えばモータ3の構造等に起因して、各進角値(例えば、進角値A<進角値B<進角値C)毎に対し、実際の磁極回転角(実磁極回転角)の変化に応じた周期的なトルク変動が生じる。このため、これらの各進角値毎のトルク波形において、所定トルクD(例えば、モータ3の平均トルク等)を維持するためには、実磁極回転角の変化に応じて進角値の設定を順次変化させる(例えば、進角値A→進角値B→進角値C→…等へ変化させる)ことになる。
例えば、図2に示す進角値Aを基準進角値として設定し、所定トルクDを維持する場合、先ず、例えば図3に示すように、実磁極回転角=θ1(=0°[電気角])では、進角値差分=(進角値A−進角値A)=0°となり、磁極回転角θ=実磁極回転角θ1となる。
次に、例えば図3に示すように、実磁極回転角=θ2では、進角値差分=(進角値B−進角値A)となり、磁極回転角θ=実磁極回転角θ2+(進角値B−進角値A)となる。
次に、例えば図3に示すように、実磁極回転角=θ3(例えば、θ3=30°[電気角])では、進角値差分=(進角値C−進角値A)となり、磁極回転角θ=実磁極回転角θ3+(進角値C−進角値A)となる。
次に、例えば図3に示すように、実磁極回転角=θ4では、進角値差分=(進角値B−進角値A)となり、磁極回転角θ=実磁極回転角θ4+(進角値B−進角値A)となる。
次に、例えば図3に示すように、実磁極回転角=θ5(例えば、θ5=60°[電気角])では、進角値差分=(進角値A−進角値A)となり、磁極回転角θ=実磁極回転角θ5となる。
そして、位相補正器18は、補正磁極回転角θcを実磁極回転角として角度置換マップに基づき、補正磁極回転角θcを磁極回転角θへと置換する。
先ず、例えば図4に示すステップS01においては、磁極位置検出器6により回転子4の磁極位置を検出し、この検出値である回転角度θactに対して、磁極位置検出器6の検出誤差を補正する処理を実行し、補正磁極回転角θcを算出する。
次に、ステップS02においては、適宜の基準進角値での各実磁極回転角に進角値差分が加算されてなる磁極回転角θの変化を示す角度置換マップにおいて、補正磁極回転角θcを実磁極回転角として、補正磁極回転角θcを磁極回転角θへと置換する。
次に、ステップS03においては、角度置換マップにより置換された磁極回転角θに基づく相電流制御を実行し、一連の処理を終了する。
また、上述した実施形態においては、実磁極回転角に対して磁極回転角θの変化を示すデータを角度置換マップとして設定したが、これに限定されず、実磁極回転角に対して磁極回転角θの変化を示すデータを適宜の数式で近似し、この数式に基づき磁極回転角θを算出するように設定してもよい。
つまり、この変形例では、先ず、図5に示すステップS01において、磁極位置検出器6により回転子4の磁極位置を検出し、この検出値である回転角度θactに対して、磁極位置検出器6の検出誤差を補正する処理を実行し、補正磁極回転角θcを算出する。
次に、ステップS02においては、適宜の基準進角値での各実磁極回転角に進角値差分が加算されてなる磁極回転角θの変化を示す角度置換マップにおいて、補正磁極回転角θcを実磁極回転角として、補正磁極回転角θcを磁極回転角θへと置換する。
次に、ステップS11においては、モータ3に対する出力指令に係る各種状態量(例えば図6(a),(b)に示すモータ3の回転数やトルクあるいは図7に示すモータ3の回転数およびトルク等)に応じて変化する制御ゲインを取得する。
次に、ステップS12においては、角度置換マップにより置換された磁極回転角θを、取得した制御ゲインに基づき補正し、補正後の磁極回転角θにより相電流制御を実行し、一連の処理を終了する。
例えば図6(a),(b)に示すように、制御ゲインは、モータ3の回転数の増大に伴い減少傾向に変化し、モータ3のトルクの増大に伴い増大傾向に変化するように設定されている。そして、角度置換マップにより置換された磁極回転角θに、モータ3の回転数あるいはトルクに応じた制御ゲインが作用させられ、磁極回転角θがさらに補正される。そして、制御ゲインにより補正された磁極回転角θは電流座標変換器12及び電圧座標変換器16へ出力され、座標変換処理に利用される。
3 ブラシレスDCモータ
4 回転子(ロータ)
6 磁極位置検出器(磁極位置検出手段)
8 PWMインバータ回路(主回路、通電切換手段)
9 電流指令生成器(電流制御手段)
10 電流指令切換器(電流制御手段)
11u 相電流検出器(電流制御手段)
11v 相電流検出器(電流制御手段)
12 電流座標変換器(電流制御手段)
13,14 減算処理器(電流制御手段)
15 電圧指令生成器(電流制御手段)
16 電圧座標変換器(電流制御手段)
18 位相補正器(角度置換手段)
ステップS11 補正手段
Claims (7)
- 電動機に電流を供給する主回路と、回転子の磁極位置角度を検出する磁極位置検出手段と、
前記磁極位置検出手段による前記磁極位置角度の検出値に、角度毎に応じた角度補正値を加算して得た値を、新たに前記磁極位置角度として設定する角度置換手段と、
前記角度置換手段により設定された前記磁極位置角度と、前記電動機の出力に対する指令である出力指令とに基づき、前記電動機に供給する前記電流を制御する電流制御手段と
を備え、
前記角度補正値は、予め前記磁極位置角度の検出値に対する、複数の相電流進角値毎のトルク波形のデータに基づいて設定された、前記磁極位置角度の検出値の変化に応じた前記角度補正値の変化を示すデータにより構成されるマップから検索されることを特徴とするモータ制御装置。 - 電動機に電流を供給する主回路と、回転子の磁極位置角度を検出する磁極位置検出手段と、
前記磁極位置検出手段による前記磁極位置角度の検出値に、角度毎に応じた角度補正値を加算して得た値を、新たに前記磁極位置角度として設定する角度置換手段と、
前記角度置換手段により設定された前記磁極位置角度と、前記電動機の出力に対する指令である出力指令とに基づき、前記電動機に供給する前記電流を制御する電流制御手段と
を備え、
前記角度補正値は、予め前記磁極位置角度の検出値に対する、複数の相電流進角値毎のトルク波形のデータに基づいて設定された、前記磁極位置角度の検出値の変化に応じた前記角度補正値の変化を示す数式から算出されることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記データは、前記電動機の平均トルクに応じて設定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
- 前記角度置換手段により設定された前記磁極位置角度を、前記電動機の回転数に応じた制御ゲインにより補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載のモータ制御装置。
- 前記角度置換手段により設定された前記磁極位置角度を、前記電動機のトルクに応じた制御ゲインにより補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかひとつに記載のモータ制御装置。
- 前記電動機は、永久磁石を有するロータと、複数相のステータ巻線をステータ鉄心に集中的に巻回したステータとを備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかひとつに記載のモータ制御装置。
- 前記電動機は、永久磁石を有するロータと、このロータを回転させる回転磁界を発生する3相のステータ巻線を有するステータとを備え、
複数のスイッチング素子からなり、d軸電圧およびq軸電圧の2相電圧から変換されてなる3相電圧に応じて前記ステータ巻線への通電を順次転流させることで前記ロータを回転駆動させる通電切換手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れかひとつに記載のモータ制御装置。
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