JP4687104B2 - Control device and method for permanent magnet type rotary motor - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石型回転電動機の制御装置およびその方法に関し、より詳細には、磁石の温度によるトルクへの影響を補正するトルク補正に関するものである。 The present invention relates to a control device and method for a permanent magnet type rotary electric motor, and more particularly to torque correction for correcting the influence of magnet temperature on torque.
回転子に永久磁石を有する回転電動機(以下「PMモータ」と略す)においては永久磁石の温度変化により永久磁石の磁束密度が変化することがわかっている。実際のPMモータは磁来密度の変化によりトルクも変動することから、同じトルク指示でも出力トルクが変動するため状況によっては出力低下や電圧上昇による制御の失陥の問題が発生していた。また、条件を同じにするために基準となる電流マップを取得する際にモータの各部の温度条件を一定に保つために多くの工数がかかっていた。 In a rotary motor having a permanent magnet in the rotor (hereinafter abbreviated as “PM motor”), it has been found that the magnetic flux density of the permanent magnet changes due to the temperature change of the permanent magnet. In actual PM motors, the torque also fluctuates due to the change in magnetic density. Therefore, the output torque fluctuates even with the same torque command, and depending on the situation, there has been a problem of control failure due to output decrease or voltage increase. Further, when obtaining a reference current map in order to make the conditions the same, it takes a lot of man-hours to keep the temperature condition of each part of the motor constant.
モータの温度変化によるトルクへの影響を説明するため、図1に、回転電動機(モータ)の各要素の温度と実トルク値との間の関係を説明するグラフを示す。図に示すように、4000rpm−150Nmの回転数とトルクの指令値に対して時間経過に伴ってモータのコイル温度と磁石温度とが上昇し、これにしたがって実トルク値が減少していくことが観察される。この場合にはモータの構成要素の温度上昇に伴い、トルク誤差が大きくなり、最終的に3.5%低下して飽和していることがわかる。 In order to explain the influence of the temperature change of the motor on the torque, FIG. 1 shows a graph for explaining the relationship between the temperature of each element of the rotary electric motor (motor) and the actual torque value. As shown in the figure, the motor coil temperature and the magnet temperature increase with time with respect to the rotational speed of 4000 rpm-150 Nm and the torque command value, and the actual torque value decreases accordingly. Observed. In this case, it can be seen that the torque error increases as the temperature of the constituent elements of the motor increases, and is finally reduced by 3.5% and saturated.
このような問題を解決するために特開2000−224812(特許文献1を参照されたい。)では、磁束密度を計測または推定することでモータのトルク変動を抑えようとしているが、磁束密度の温度変化の計測方法や推定方法が不明確であり、磁石の推定精度により誤差が非常に大きくなるという課題が残されている。また、この従来技術ではd軸電流を増減させてトルクを一定にすることを提案しているが、電圧の監視、制御を行っていないため、電流値の増減をした際に不安定な制御、非効率な制御となり最悪の場合は、制御失陥に陥ることが予想される。
さらに、従来技術の特開平7−212915(特許文献2を参照されたい。)では、誘起電圧を計測して、磁石温度を補正しようとしているが、実際に運転中には実際の誘起電圧を計測することは不可能であり、電流、電圧および固定子温度を計測する必要が出てくる。
Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-212915 (refer to Patent Document 2) of the prior art, an attempt is made to correct the magnet temperature by measuring the induced voltage, but the actual induced voltage is actually measured during operation. It is impossible to do so, and it will be necessary to measure current, voltage and stator temperature.
本発明は、温度センサなどで温度計測することなく、永久磁石型モータの要素の温度変化に伴うトルク誤差を補正する制御装置を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a control device that corrects a torque error associated with a temperature change of an element of a permanent magnet motor without measuring the temperature with a temperature sensor or the like.
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による永久磁石型回転電動機の制御装置は、
前記回転電動機のモータ位相を検出する位置検出手段(回路)と、
前記検出したモータ位相から求めたモータ回転数および与えられたトルク指令値に基づき、予め用意されたトルク値、モータ回転数および電流値の関係を示すトルク電流変換マップを参照して、各電流指令値を求めるトルク演算手段(回路)と、
前記各電流指令値を各電圧指令値に変換する変換手段(例えば、PI型制御回路など)、
前記与えられたトルク指令値に基づき、前記トルク電流変換マップと同時に取得されたトルク値、回転数および電圧値の関係を示すトルク電圧変換マップを参照して読み取られた各電圧値と、前記回転電動機に印加された各電圧値を求め、前記回転電動機に印加される各電圧値と、前記読み取られた各電圧値との差を取り、これらに基づき前記各電流のうちの少なくとも1つの補正値を求める補正制御手段(回路)と、
を具える。
In order to solve the above-mentioned problems, a control device for a permanent magnet type rotary electric motor according to the first invention is provided:
Position detection means (circuit) for detecting the motor phase of the rotary motor;
Based on the motor rotational speed obtained from the detected motor phase and the given torque command value, each current command is referred to by referring to a torque current conversion map showing the relationship between the torque value, the motor rotational speed and the current value prepared in advance. Torque calculation means (circuit) for obtaining a value;
Conversion means for converting each current command value into each voltage command value (for example, a PI-type control circuit);
Based on the given torque command value, each voltage value read with reference to the torque voltage conversion map showing the relationship between the torque value, the rotational speed and the voltage value acquired simultaneously with the torque current conversion map, and the rotation obtains the voltage values applied to the motor, wherein the voltage values to be applied to the rotary electric machine, taking the difference between the voltage values, wherein the read, at least one correction value of the respective current based on these Correction control means (circuit) for obtaining
With
また、第2の発明による永久磁石型回転電動機の制御装置は、
前記補正制御手段が、前記各電流のうちq軸電流のみの補正値を求める、即ち、トルクに寄与する成分の電流(即ちq軸電流)の補正値(Δq)だけを求めることを特徴とする。
Further, the control device for the permanent magnet type rotary electric motor according to the second invention is:
The correction control means obtains a correction value of only the q-axis current among the currents, that is, obtains only a correction value (Δq) of a current of a component contributing to torque (ie, q-axis current). .
また、第3の発明による永久磁石型回転電動機の制御装置は、
前記補正制御手段で求めた少なくとも1つの補正値に基づき、前記トルク電流変換マップを書き換える(更新する)マップ書き換え手段(回路)、
をも具えることを特徴とする。
A control device for a permanent magnet type rotary electric motor according to a third invention is:
Map rewriting means (circuit) for rewriting (updating) the torque current conversion map based on at least one correction value obtained by the correction control means;
It is characterized by comprising.
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、第1の発明による永久磁石型回転電動機の制御装置を方法として実現させると、永久磁石型回転電動機の制御方法は、
モータ回転数および与えられたトルク指令値に基づき、予め用意されたトルク値、モータ回転数および電流値の関係を示すトルク電流変換マップを参照して、演算手段と使用して各電流指令値を求めるトルク演算ステップと、
前記演算手段を使用して前記各電流指令値を各電圧指令値に変換する変換ステップと、
前記演算手段を使用して、前記与えられたトルク指令値に基づき、前記トルク電流変換マップと同時に取得されたトルク値、回転数および電圧値の関係を示すトルク電圧変換マップを参照して読み取られた各電圧値と、前記回転電動機に印加された各電圧値を求め、前記回転電動機に印加される各電圧値と、前記読み取られた各電圧値との差を取り、これらに基づき前記各電流のうちの少なくとも1つの補正値を求める補正制御ステップと、
を含むことを特徴とする。
As described above, the solution of the present invention has been described as an apparatus. However, the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium storing the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
For example, when the control device for a permanent magnet type rotary electric motor according to the first invention is realized as a method, the control method for the permanent magnet type rotary electric motor is:
Based on the motor rotation speed and the given torque command value, the torque current conversion map showing the relationship between the torque value, the motor rotation speed and the current value prepared in advance is used to calculate each current command value using the calculation means. The required torque calculation step;
A conversion step of converting each current command value into each voltage command value using the computing means;
Based on the given torque command value using the arithmetic means, it is read with reference to the torque voltage conversion map showing the relationship between the torque value, the rotational speed and the voltage value acquired simultaneously with the torque current conversion map. The respective voltage values and the respective voltage values applied to the rotary motor are obtained, the difference between the respective voltage values applied to the rotary motor and the read voltage values is taken, and the currents are determined based on these differences. A correction control step for obtaining at least one correction value of
It is characterized by including.
第1の発明では、トルク−電流変換マップを持ち、その変換マップを取得時の電圧変換マップを持つことで、モータの温度が変化した場合に電圧差を検知するだけで、トルク補正ができる。即ち、第1の発明によれば、温度計測手段を用いなくとも、モータの温度が変化した場合に電圧差を検知するだけで、トルク補正ができるようになる。換言すれば、本発明は、モータの温度を計測せずに擬似的に温度補正を可能にする制御方式であり、そのためモータのコイル温度を計測するための温度計測装置(サーミスタや熱電対等)が不要である。 In the first invention, having a torque-current conversion map, and having the voltage conversion map at the time of acquisition of the conversion map, torque correction can be performed only by detecting the voltage difference when the motor temperature changes. That is, according to the first invention, torque correction can be performed only by detecting a voltage difference when the temperature of the motor changes without using a temperature measuring means. In other words, the present invention is a control method that enables temperature correction in a pseudo manner without measuring the temperature of the motor. Therefore, a temperature measuring device (such as a thermistor or a thermocouple) for measuring the coil temperature of the motor is used. It is unnecessary.
第2の発明によれば、上記制御を行った場合に、トルクに寄与q軸電流だけを補正することでトルク補正制御ができる。したがって、複雑な計算式をする必要がなく簡単な計算式でトルク補正制御ができるようになる。即ち、上記の補正制御のほかに電圧制御ロジックを設け、d軸電流のみを補完することで電圧調整をすることができる。これにより、高効率な制御ができ制御失陥等を避ける制御が可能となる。 According to the second invention, when the above control is performed, the torque correction control can be performed by correcting only the q-axis current contributing to the torque. Therefore, it is not necessary to use a complicated calculation formula, and torque correction control can be performed with a simple calculation formula. That is, voltage control logic can be provided in addition to the above correction control, and voltage adjustment can be performed by complementing only the d-axis current. As a result, it is possible to perform highly efficient control and to avoid control failure and the like.
第3の発明によれば、本制御で補正した値でトルク電流変換マップを書き換え、学習させることで制御ロジックを簡素化することができ、高レスボンス制御が可能となる。
本制御を適用することで基準となる電流マップ取得条件を特に考慮する必要のないため実験の効率化が図れる。
According to the third aspect of the invention, the control logic can be simplified by rewriting and learning the torque current conversion map with the value corrected in this control, and high response control is possible.
By applying this control, the efficiency of the experiment can be improved because it is not necessary to consider the current map acquisition condition as a reference.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
はじめに本発明の原理の概要を説明する。PMモータのトルクTは,
と表わせる。
一方、d軸電圧vdおよびq軸電圧Vqはそれぞれ
vd=R・id+ω・Ld・iq
vq=R・id+(ω・φa−Ld・id)
であり、Ld,Lqの温度変化は小さいことから無視でき、
トルク誤差ΔTは
っまり、常にトルク誤差ΔTを0にしようとすると、iq=Δvq/ΔRとなるように制御することで成立する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the outline of the principle of the present invention will be described. The torque T of the PM motor is
It can be expressed as
On the other hand, the d-axis voltage vd and the q-axis voltage Vq are vd = R · id + ω · Ld · iq, respectively.
vq = R · id + (ω · φa-Ld · id)
Since the temperature change of Ld and Lq is small, it can be ignored.
Torque error ΔT is
In other words, if the torque error ΔT is always set to 0, it is established by controlling so that iq = Δvq / ΔR.
また、ω=0の時
vd=R・id
vq=R・idと表せることから
Because it can be expressed as vq = R · id
本発明による制御では、基準となるトルク電流変換マップ(トルクから電流への変換マップ)取得時に電圧マップを同時に取得し、制御上で所有している。図2に、トルク電流変換マップおよびトルク電圧変換マップのイメージを表す模式図を示す。図に示すように、トルク値とモータ回転数値の様々な組み合わせにおける、電流および電圧の値がそれぞれ規定されている。 In the control according to the present invention, the voltage map is acquired at the same time as the reference torque-current conversion map (torque-to-current conversion map) is acquired, and is owned for control. FIG. 2 is a schematic diagram showing an image of a torque current conversion map and a torque voltage conversion map. As shown in the figure, current and voltage values are defined for various combinations of torque values and motor rotation values.
下にトルク電流変換マップの一例を表として示す。 An example of a torque current conversion map is shown as a table below.
なお、本発明における上述したような電流マップでは、時間的な影響は通常は考慮しなくてもよい。そのため電流マップなどを取得したときの条件に振られて実トルク値は出なりになる。実トルクを合わせるためには条件を一定にする必要があるが、時間などがかかり実質的には不可能である。上記のマップ取得条件を合わせる代わりに、マップ取得時の温度を測定し、実際にモータ駆動時の温度を比較してトルクを合わせることも可能であるが、サーミスタなどが必要になる。
そこで、本発明では、マップ取得時の電圧と実際にモータ駆動時の電圧を検出することでマップ取得時の温度ばらつきに対応している。つまり、時間要素をモータの電圧を検出することで代用していることになる。
In the current map as described above in the present invention, the temporal influence does not usually need to be considered. For this reason, the actual torque value is determined according to the conditions when the current map is acquired. In order to match the actual torque, it is necessary to make the conditions constant, but it takes time and is practically impossible. Instead of matching the above map acquisition conditions, it is possible to measure the temperature at the time of map acquisition and match the torque by actually comparing the temperature at the time of driving the motor, but a thermistor or the like is required.
Therefore, in the present invention, the voltage at the time of map acquisition is dealt with by detecting the voltage at the time of map acquisition and the voltage at the time of actual motor drive. That is, the time element is substituted by detecting the voltage of the motor.
図3に、本発明によるモータ制御装置の一例を説明する制御ブロック図を示す。図に示すように本発明によるモータ制御装置は、トルク演算部10、PI(比例積分)制御部12、2相/3相変換部14、電源16、IGBT(インバータ)18、モータ(回転電動機)20、位置センサ22、端子電圧温度補正制御部24、3相/2相変換部26、ω演算・Θ演算部28、トルク温度補正制御部30を具える。
モータ制御ではモータ20の位置センサ22(レゾルバやエンコーダ)に回転子の位置を検知し回転数を計算し、得られたレゾルバ信号或いはエンコーダ信号をω演算・Θ演算部28に与える。ω演算・Θ演算部28は、与えられた信号に基づき電気角速度ωと電気角Θを演算し、電気角速度ωをトルク演算部10に、電気角Θを2相/3相変換部14にそれぞれ与える。3相/2相変換部26は、3相電流を2相に変換しPI制御部12に与える。
FIG. 3 is a control block diagram for explaining an example of the motor control device according to the present invention. As shown in the figure, the motor control device according to the present invention includes a
In the motor control, the position sensor 22 (resolver or encoder) of the
図4に、図3の制御装置でのトルク補正制御の処理の一例を説明するフローチャートを示す。また、図5に図3の制御装置での電圧補正制御の処理の一例を説明するフローチャートを示す。トルク演算部10は、予め用意してあるトルク電流変換マップを参照することによって、外部から与えられたトルク指令値T*に対し、そのときのモータ回転数から電流をマップ引きしてトルク指令値を電流指令値に変換する。
また、この電流指令値(id*、iq*)はPI(比例積分)制御部12で電圧指令値(vd*、vq*)に変換される。このとき、トルク温度補正制御部30では、モータ20に引加される電圧値vd、vqを読み取る。
また、基準となるトルク電圧変換マップを参照してvd、vq基準トルク時のvd*、vq*を読み取り、最終的にd軸電圧補正値Δvdとq軸電圧補正値Δvqを下の式で計算する(ステップS10)。
Δvd=vd*−vd
Δvq=vq*−vq
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of torque correction control processing in the control device of FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of voltage correction control processing in the control device of FIG. By referring to a torque current conversion map prepared in advance, the
The current command values (id * , iq * ) are converted into voltage command values (vd * , vq * ) by the PI (proportional integration)
Also, refer to the reference torque voltage conversion map, read vd * and vq * at the time of vd and vq standard torque, and finally calculate d-axis voltage correction value Δvd and q-axis voltage correction value Δvq with the following formulas (Step S10).
Δvd = vd * −vd
Δvq = vq * −vq
次に抵抗値の計算を行う。抵抗の計算方法としては、コイルの温度を計測し、常温時の抵抗値に係数をかけて計算をするのが一般的であるが、本発明では、下記の式の様に電圧の変化のみを利用して抵抗変化を計算し、この求めた抵抗変化で補正することによって抵抗値を算出する(ステップS14)。
また、この抵抗変化を用いて電流値の変化量を計算する(ステップS16)。
また、角速度ω=0時には、
When the angular velocity ω = 0,
モータ回転数が0の場合は(ステップS2)、実際にモータ定数Ldおよび実際にモータ20ヘ引加しているq軸電流Iqを読み込む(ステップS24,S26)。そこで、トルクの補正値は
ΔT=P・iq2・Ld
として計算する(ステップS28)。
このトルク補正値をトルク指令値に加えて補正したトルク
T=T*+ΔT
を計算する(ステップS30)。
に基づき、トルク電流変換マップを参照して、トルク指令を電流指令へと変更することで対応する。
When the motor speed is 0 (step S2), the motor constant Ld and the q-axis current Iq actually applied to the
ΔT = P ・ iq 2・ Ld
(Step S28).
Torque corrected by adding this torque correction value to the torque command value
T = T * + ΔT
Is calculated (step S30).
Based on the above, the torque current conversion map is referred to and the torque command is changed to the current command.
また、電圧制御時、上記に示した電流値を補正した場合に電圧がバッテリ電圧の制限を超える場合が発生する。このときは、
または、この場合、△idは一定値にすることも可能である。
In addition, during voltage control, when the current value shown above is corrected, the voltage may exceed the battery voltage limit. At this time,
In this case, Δid can be a constant value.
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることを留意されたい。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention.
10 トルク演算部
12 PI(比例積分)制御部
14 2相/3相変換部
16 電源
18 IGBT(インバータ)
20 モータ(回転電動機)
22 位置センサ
24 端子電圧温度補正制御部
26 3相/2相変換部
28 ω演算・Θ演算部
30 トルク温度補正制御部
10 Torque calculator
12 PI (proportional integral) controller
14 2-phase / 3-phase converter
16 Power supply
18 IGBT (Inverter)
20 Motor (Rotary motor)
22 Position sensor
24 terminal voltage temperature compensation controller
26 3-phase / 2-phase converter
28 ω operation / Θ operation unit
30 Torque temperature compensation controller
Claims (4)
モータ回転数および与えられたトルク指令値に基づき、予め用意されたトルク値、モータ回転数および電流値の関係を示すトルク電流変換マップを参照して、各電流指令値を求めるトルク演算手段と、
前記各電流指令値を各電圧指令値に変換する変換手段、
前記与えられたトルク指令値に基づき、前記トルク電流変換マップと同時に取得されたトルク値、回転数および電圧値の関係を示すトルク電圧変換マップを参照して読み取られた各電圧値と、前記回転電動機に印加された各電圧値を求め、前記回転電動機に印加される各電圧値と、前記読み取られた各電圧値との差を取り、これらに基づき前記各電流のうちの少なくとも1つの補正値を求める補正制御手段と、
を具える永久磁石型回転電動機の制御装置。 A control device for a permanent magnet type rotary electric motor,
Torque calculation means for obtaining each current command value by referring to a torque current conversion map showing a relationship between a torque value, a motor rotation number and a current value prepared in advance based on the motor rotation number and a given torque command value;
Conversion means for converting each current command value into each voltage command value;
Based on the given torque command value, each voltage value read with reference to the torque voltage conversion map showing the relationship between the torque value, the rotational speed and the voltage value acquired simultaneously with the torque current conversion map, and the rotation obtains the voltage values applied to the motor, wherein the voltage values to be applied to the rotary electric machine, taking the difference between the voltage values, wherein the read, at least one correction value of the respective current based on these Correction control means for obtaining
A control device for a permanent magnet type rotary electric motor.
前記補正制御手段が、前記各電流のうちq軸電流のみの補正値を求める、
ことを特徴とする永久磁石型回転電動機の制御装置。 In the control device for the permanent magnet type rotary electric motor according to claim 1,
The correction control means obtains a correction value of only the q-axis current among the currents;
A control device for a permanent magnet type rotary electric motor.
前記補正制御手段で求めた少なくとも1つの補正値に基づき、前記トルク電流変換マップを書き換えるマップ書き換え手段、
をも具えることを特徴とする永久磁石型回転電動機の制御装置。 In the control apparatus of the permanent magnet type rotary electric motor according to claim 1 or 2,
Map rewriting means for rewriting the torque current conversion map based on at least one correction value obtained by the correction control means;
A control device for a permanent magnet type rotary electric motor, comprising:
モータ回転数および与えられたトルク指令値に基づき、予め用意されたトルク値、モータ回転数および電流値の関係を示すトルク電流変換マップを参照して、演算手段と使用して各電流指令値を求めるトルク演算ステップと、
前記演算手段を使用して前記各電流指令値を各電圧指令値に変換する変換ステップと、
前記演算手段を使用して、前記与えられたトルク指令値に基づき、前記トルク電流変換マップと同時に取得されたトルク値、回転数および電圧値の関係を示すトルク電圧変換マップを参照して読み取られた各電圧値と、前記回転電動機に印加された各電圧値を求め、前記回転電動機に印加される各電圧値と、前記読み取られた各電圧値との差を取り、これらに基づき前記各電流のうちの少なくとも1つの補正値を求める補正制御ステップと、
を含む永久磁石型回転電動機の制御方法。 A method for controlling a permanent magnet type rotary electric motor,
Based on the motor rotation speed and the given torque command value, the torque current conversion map showing the relationship between the torque value, the motor rotation speed and the current value prepared in advance is used to calculate each current command value using the calculation means. The required torque calculation step;
A conversion step of converting each current command value into each voltage command value using the computing means;
Based on the given torque command value using the arithmetic means, it is read with reference to the torque voltage conversion map showing the relationship between the torque value, the rotational speed and the voltage value acquired simultaneously with the torque current conversion map. The respective voltage values and the respective voltage values applied to the rotary motor are obtained, the difference between the respective voltage values applied to the rotary motor and the read voltage values is taken, and the currents are determined based on these differences. A correction control step for obtaining at least one correction value of
A control method of a permanent magnet type rotary electric motor including
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