JP4775168B2 - Control device for three-phase rotating machine - Google Patents

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Description

本発明は、3相回転機に電力を供給するインバータのスイッチング素子を操作することで該3相回転機の出力を制御する3相回転機の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a three-phase rotating machine that controls an output of the three-phase rotating machine by operating a switching element of an inverter that supplies electric power to the three-phase rotating machine.

この種の制御装置としては、3相電動機の各相に流れる電流を指令値にフィードバック制御すべく、各相に印加すべき電圧の指令値(指令電圧)を算出し、算出される指令電圧とキャリアとの大小に基づきインバータのスイッチング素子を操作するPWM制御を行うものも提案されている。これにより、3相電動機の各相に印加される電圧を指令電圧とすることができ、ひいては各相に流れる電流を指令値にフィードバック制御することができる。   This type of control device calculates a command value (command voltage) of a voltage to be applied to each phase in order to feedback control the current flowing in each phase of the three-phase motor to a command value, A device that performs PWM control for operating a switching element of an inverter based on the size of the carrier has been proposed. Thereby, the voltage applied to each phase of the three-phase motor can be used as a command voltage, and the current flowing through each phase can be feedback-controlled to the command value.

また、3相回転機の高速度回転領域において、インバータのスイッチング素子のオン・オフ周期と3相回転機の電気角の回転周期とを略一致させるいわゆる矩形波制御もなされている(特許文献1、2)。   In addition, in the high-speed rotation region of the three-phase rotating machine, so-called rectangular wave control is performed in which the ON / OFF cycle of the switching element of the inverter substantially matches the rotation cycle of the electrical angle of the three-phase rotating machine (Patent Document 1). 2).

ただし、高回転速度領域において矩形波制御を行い且つそれ以外の領域においてPWM制御を行う場合、矩形波制御からPWM制御へと切り替える際にトルクが急激に変化するおそれがある。   However, when the rectangular wave control is performed in the high rotation speed region and the PWM control is performed in other regions, the torque may change abruptly when switching from the rectangular wave control to the PWM control.

なお、上記矩形波制御とPWM制御とを行うものに限らず、3相回転機を流れる電流の検出値を指令値にフィードバック制御する電流制御と、矩形波制御とを行う制御装置にあっては、矩形波制御から電流制御への切り替えに伴ってトルク変動が生じるおそれのあるこうした実情も概ね共通したものとなっている。
特開2000−50689号公報 特開2002−223590号公報
In addition to those that perform the rectangular wave control and the PWM control described above, the control device that performs the rectangular wave control and the current control that feedback-controls the detected value of the current flowing through the three-phase rotating machine to the command value. Such a situation in which torque fluctuation may occur in accordance with switching from rectangular wave control to current control is also generally common.
JP 2000-50689 A JP 2002-223590 A

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、3相回転機を流れる電流の検出値を指令値にフィードバック制御する電流制御と、矩形波制御とを行うに際し、矩形波制御から電流制御への切り替えに伴うトルク変動を好適に抑制することのできる3相回転機の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to perform current control for feedback control of a detected value of current flowing through a three-phase rotating machine to a command value and rectangular wave control. An object of the present invention is to provide a control device for a three-phase rotating machine capable of suitably suppressing torque fluctuations associated with switching from rectangular wave control to current control.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、前記3相回転機の各相に印加される電圧の変化の周期を前記3相回転機の電気角の回転周期と略一致させるべく前記スイッチング素子を操作する矩形波制御手段と、前記3相回転機を流れる電流の検出値を、前記3相回転機を流れる電流についてのdq軸上での指令値に応じた電流にフィードバック制御する電流制御手段と、前記指令値のとり得る値についての情報を記憶する記憶手段と、前記矩形波制御手段による制御時において、前記3相回転機を流れる電流の検出値及び前記情報に基づき、前記3相回転機を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が前記指令値としてとり得る値と略一致するとき、前記矩形波制御手段による制御から前記電流制御手段による制御に切り替える切替手段とを備え、前記切替手段は、前記指令値がdq軸上を描く曲線に対して、前記3相回転機を流れる電流のdq軸上での電流ベクトルである実電流ベクトルと対称な電流ベクトルを算出する算出手段を備え、該対称な電流ベクトルと前記実電流ベクトルとが略一致するとき、前記3相回転機を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が前記指令値としてとり得る値と略一致するとして、前記切り替えを行うことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, a rectangular wave that operates the switching element to make the period of change in voltage applied to each phase of the three-phase rotating machine substantially coincide with the rotation period of the electrical angle of the three-phase rotating machine. Control means, current control means for feedback-controlling the detected value of the current flowing through the three-phase rotating machine to a current corresponding to a command value on the dq axis for the current flowing through the three-phase rotating machine, and the command value Storage means for storing information about possible values, and current flowing through the three-phase rotating machine based on the detected value of the current flowing through the three-phase rotating machine and the information during control by the rectangular wave control means when the value on the d-axis and q-axis which substantially coincides possible values and as the command value, and a switching means for switching from control by the rectangular wave control means control by the current control means, the switching The stage includes a calculation unit that calculates a current vector that is symmetric to an actual current vector that is a current vector on the dq axis of the current flowing through the three-phase rotating machine with respect to a curve in which the command value is drawn on the dq axis. When the symmetrical current vector and the actual current vector substantially match, the values on the d-axis and q-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine substantially match the values that can be taken as the command value. The switching is performed .

上記構成では、矩形波制御による電流のd軸上及びq軸上の値が指令値としてとり得る値と略一致するときに矩形波制御から電流制御に切り替えるために、切り替えに際して3相回転機に流れる電流の変動を抑制することができる。このため、切り替えに伴うトルクの変動を好適に抑制することができる。   In the above configuration, when switching the current from the rectangular wave control to the current control when the values on the d-axis and q-axis of the current by the rectangular wave control substantially match the values that can be taken as the command value, Variations in the flowing current can be suppressed. For this reason, the fluctuation | variation of the torque accompanying switching can be suppressed suitably.

また、dq軸上の指令値は、dq軸平面内において1次元空間を占める。換言すれば、曲線で表現される。このため、切り替えにかかる処理を上記情報に基づき行うことで、例えば矩形波制御を行う領域を記憶する場合と比較して、切り替えにかかる処理のために記憶すべきデータ数を低減することもできる。   The command value on the dq axis occupies a one-dimensional space in the dq axis plane. In other words, it is expressed by a curve. For this reason, by performing the process related to switching based on the above information, for example, the number of data to be stored for the process related to switching can be reduced as compared with the case of storing a region where rectangular wave control is performed. .

ところで、3相回転機を流れる電流のdq軸上での値が、指令値がdq軸上を描く曲線上にある場合、上記実電流ベクトルと上記対称な電流ベクトルとは一致する。このため、これらの略一致に基づき、3相回転機を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が指令値としてとり得る値と略一致することを好適に判断することができる。 By the way, when the value on the dq axis of the current flowing through the three-phase rotating machine is on a curve drawing the command value on the dq axis, the actual current vector matches the symmetric current vector. For this reason, it is possible to preferably determine that the values on the d-axis and the q-axis for the current flowing through the three-phase rotating machine substantially match the values that can be taken as the command values based on these substantially matches.

請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記算出手段は、前記3相回転機を流れる電流のd軸上の値と前記情報とに基づき前記対称な電流ベクトルのq軸成分を算出する手段と、前記3相回転機を流れる電流のq軸上の値と前記情報とに基づき前記対称な電流ベクトルのd軸成分を算出する手段とを備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the calculating means includes a q-axis component of the symmetric current vector based on the value on the d-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine and the information. And means for calculating the d-axis component of the symmetric current vector based on the value on the q-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine and the information.

3相回転機を流れる電流のd軸上の値をd軸上の指令値がとるときのq軸上の指令値は、上記対称な電流ベクトルのq軸成分となる。また、3相回転機を流れる電流のq軸上の値をq軸上の指令値がとるときのd軸上の指令値は、上記対称な電流ベクトルのd軸成分となる。このため、上記構成では、対称な電流ベクトルを適切に算出することができる。   The command value on the q-axis when the command value on the d-axis takes the value on the d-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine becomes the q-axis component of the symmetric current vector. The command value on the d-axis when the command value on the q-axis takes the value on the q-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine is the d-axis component of the symmetric current vector. For this reason, in the said structure, a symmetrical electric current vector can be calculated appropriately.

請求項記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記電流制御手段は、前記3相回転機を流れる各相の電流の検出値に基づき、これら各相の検出値をdq軸上の電流に変換する変換手段と、該変換された電流と前記指令値との差に基づき、前記フィードバック制御を行う手段とを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the current control means determines the detected values of the respective phases based on the detected values of the currents of the respective phases flowing through the three-phase rotating machine. Conversion means for converting to the above current and means for performing the feedback control based on the difference between the converted current and the command value are provided.

上記構成では、電流制御手段が変換手段を備えるため、切替手段においてこの変換手段を流用することができる。   In the above configuration, since the current control means includes the conversion means, the conversion means can be used in the switching means.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載の発明において、前記指令値は、前記3相回転機に対する要求トルクを最小の電流で生成可能な値に設定されてなることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the command value is set to a value capable of generating a required torque for the three-phase rotating machine with a minimum current. It is characterized by.

上記構成によれば、電流制御手段による制御において出力トルクを生成するために要する電力を最小とすることができる。   According to the above configuration, the power required to generate the output torque in the control by the current control unit can be minimized.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる3相回転機の制御装置をハイブリッド車に搭載される3相電動機の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a three-phase rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a three-phase motor mounted on a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、電動機4の制御システムの全体構成を示す。   In FIG. 1, the whole structure of the control system of the electric motor 4 is shown.

図示される電動機4は、埋込磁石同期電動機(IPMSM)からなる。また、電動機4の3つの相(U相、V相、W相)には、インバータ10が接続されている。このインバータ10は、3相インバータであり、3つの相のそれぞれとバッテリ42の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子12,14(U相アーム)とスイッチング素子16,18(V相アーム)とスイッチング素子20,22(W相アーム)との並列接続体を備えて構成されている。更に、インバータ10は、各スイッチング素子12〜22に逆並列に接続されたフライホイールダイオード24〜34を備えている。そして、スイッチング素子12及びスイッチング素子14を直列接続する接続点が電動機4のU相と接続されている。また、スイッチング素子16及びスイッチング素子18を直列接続する接続点が電動機4のV相と接続されている。更に、スイッチング素子20及びスイッチング素子22を直列接続する接続点が電動機4のW相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子12〜22は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)によって構成されている。   The illustrated electric motor 4 is composed of an embedded magnet synchronous motor (IPMSM). In addition, an inverter 10 is connected to the three phases (U phase, V phase, and W phase) of the electric motor 4. This inverter 10 is a three-phase inverter, and switching elements 12 and 14 (U-phase arm) and switching elements 16 and 18 (V-phase) are connected to electrically connect each of the three phases to the positive side or negative side of the battery 42. Arm) and switching elements 20, 22 (W-phase arm) in parallel. Furthermore, the inverter 10 includes flywheel diodes 24 to 34 connected in antiparallel to the switching elements 12 to 22. A connection point for connecting the switching element 12 and the switching element 14 in series is connected to the U phase of the electric motor 4. A connection point for connecting the switching element 16 and the switching element 18 in series is connected to the V phase of the motor 4. Furthermore, a connection point for connecting the switching element 20 and the switching element 22 in series is connected to the W phase of the electric motor 4. Incidentally, these switching elements 12-22 are comprised by the insulated gate bipolar transistor (IGBT) in this embodiment.

インバータ10の各1組のスイッチング素子12,14とスイッチング素子16,18とスイッチング素子20,22との両端には、平滑コンデンサ40が接続されている。   A smoothing capacitor 40 is connected to both ends of each pair of switching elements 12 and 14, switching elements 16 and 18, and switching elements 20 and 22 of the inverter 10.

一方、マイクロコンピュータ(マイコン50)は、中央処理装置や、メモリ51を備えて構成されている。そして、マイコン50は、バッテリ42の両端の電圧VBを検出する電圧センサ44や、電動機4の出力軸の回転角度を検出する位置センサ52、U相及びV相に流れる電流を検出する電流センサ54,56の出力を取り込む。そして、マイコン50は、W相に流れる電流を、キルヒホッフの法則に基づき、U相を流れる電流iuとV相を流れる電流ivとから算出する。そして、マイコン50は、上記電動機4の出力軸の回転角度や3つの相を流れるそれぞれの電流等に基づき、ゲート駆動回路60〜70を介してスイッチング素子12〜22を操作する。   On the other hand, the microcomputer (microcomputer 50) includes a central processing unit and a memory 51. The microcomputer 50 includes a voltage sensor 44 that detects the voltage VB across the battery 42, a position sensor 52 that detects the rotation angle of the output shaft of the electric motor 4, and a current sensor 54 that detects the current flowing in the U phase and the V phase. , 56 are captured. The microcomputer 50 calculates the current flowing through the W phase from the current iu flowing through the U phase and the current iv flowing through the V phase based on Kirchhoff's law. The microcomputer 50 operates the switching elements 12 to 22 via the gate drive circuits 60 to 70 based on the rotation angle of the output shaft of the electric motor 4 and the currents flowing through the three phases.

図2に、マイコン50の行なう処理についてのブロック線図を示す。本実施形態では、三角波PWM制御及び矩形波制御によって、電動機4の出力トルクを要求トルクに制御する。以下では、図2に示す処理について、三角波PWM制御に関する処理、矩形波制御に関する処理、及びこれら両制御の切り替えに関する処理の順に説明する。   FIG. 2 shows a block diagram of processing performed by the microcomputer 50. In the present embodiment, the output torque of the electric motor 4 is controlled to the required torque by triangular wave PWM control and rectangular wave control. In the following, the processing shown in FIG. 2 will be described in the order of processing related to triangular wave PWM control, processing related to rectangular wave control, and processing related to switching between these two controls.

<PWM制御>
3相2相変換部80は、上記電流センサ54,56によって検出されるU相を流れる実電流iu及びV相を流れる実電流ivと、これらに基づき算出されるW相を流れる実電流iwとを、dq軸に座標変換して実電流id及び実電流iqを生成する部分である。ちなみに、この座標変換に際しては、電動機4の回転角度が用いられるために、3相2相変換部80には、位置センサ52によって検出される回転角度θが入力される。一方、指令電流生成部82は、要求トルクTcに応じて指令電流iqc,idcを生成する部分である。これら指令電流iqc,idcは、dq軸上での電流の指令値となっている。
<PWM control>
The three-phase / two-phase conversion unit 80 includes an actual current iu flowing through the U phase and an actual current iv flowing through the V phase detected by the current sensors 54 and 56, and an actual current iw flowing through the W phase calculated based on these. Is a part for generating a real current id and a real current iq by converting the coordinates to the dq axis. Incidentally, since the rotation angle of the electric motor 4 is used for the coordinate conversion, the rotation angle θ detected by the position sensor 52 is input to the three-phase / two-phase conversion unit 80. On the other hand, the command current generator 82 is a part that generates command currents iqc and idc in accordance with the required torque Tc. These command currents iqc and idc are current command values on the dq axis.

上記指令電流idcと実電流idとの差に基づき、PI制御部84によって比例項と積分項とが算出される。そして、これら算出値の和は、第1指令電圧vd1としてPI制御部84から出力される。また、指令電流iqcと実電流iqとの差に基づき、PI制御部86によって比例項と積分項とが算出される。そして、これら算出値の和は、第1指令電圧vq1としてPI制御部86によって出力される。ここで、これら第1指令電圧vd1,vq1の振る舞いについて説明する。   Based on the difference between the command current idc and the actual current id, the PI control unit 84 calculates a proportional term and an integral term. The sum of these calculated values is output from the PI controller 84 as the first command voltage vd1. Further, based on the difference between the command current iqc and the actual current iq, the proportional term and the integral term are calculated by the PI control unit 86. The sum of these calculated values is output by the PI controller 86 as the first command voltage vq1. Here, the behavior of the first command voltages vd1 and vq1 will be described.

上記3つの相のそれぞれに印加される電圧vu,vv,vw、3相のそれぞれを流れる電流iu,iv,iw、3相のそれぞれに生じる逆起電力eu,ev,ew、電動機4の抵抗R、自己インダクタンスL´、相互インダクタンスM、時間微分演算子Pとの関係は下式となる。

vu=(R+PL´)×iu −1/2×PM×iv −1/2×PM×iw+eu
vv=−1/2×PM×iu+(R+PL´)×iv −1/2×PM×iw+ev
vw=−1/2×PM×iu −1/2×PM×iv+(R+PL´)×iw+ew

ここで、dq軸変換を行なうと、d軸及びq軸の電圧vd,vqは、電気角の回転速度ωと、d軸上のインダクタンスLd及びq軸上のインダクタンスLqと、逆起電力ωφとを用いて下式(cd)及び(cq)となる。なお、電気角の回転速度は、電動機4の回転速度に電動機4の極対数を乗算した値である。

vd=(R+PLd)×id −ωLq×iq …(cd)
vq= ωLd×id+(R+PLq)×iq +ωφ …(cq)

上記の式(cd)、(cq)に示されるように、電動機4に印加される電圧の各軸成分は、電動機4を流れる電流のうち同一の軸成分に比例する項のみならず、異なる軸成分に比例する項や逆起電力ωφ(以下、これらを干渉項という)を含む。
Voltages vu, vv, vw applied to each of the three phases, currents iu, iv, iw flowing through the three phases, and counter electromotive forces eu, ev, ew generated in the three phases, respectively, and the resistance R of the motor 4 The relationship between the self-inductance L ′, the mutual inductance M, and the time differential operator P is as follows.

vu = (R + PL ′) × iu−1 / 2 × PM × iv−1 / 2 × PM × iw + eu
vv = -1 / 2 * PM * iu + (R + PL ') * iv-1 / 2 * PM * iw + ev
vw = −1 / 2 × PM × iu −1 / 2 × PM × iv + (R + PL ′) × iw + ew

Here, when dq-axis conversion is performed, the voltages vd and vq of the d-axis and the q-axis are represented by the rotation speed ω of the electrical angle, the inductance Ld on the d-axis, the inductance Lq on the q-axis, and the counter electromotive force ωφ. The following formulas (cd) and (cq) are obtained. Note that the rotation speed of the electrical angle is a value obtained by multiplying the rotation speed of the electric motor 4 by the number of pole pairs of the electric motor 4.

vd = (R + PLd) × id−ωLq × iq (cd)
vq = ωLd × id + (R + PLq) × iq + ωφ (cq)

As shown in the above formulas (cd) and (cq), each axis component of the voltage applied to the motor 4 is not only a term proportional to the same axis component of the current flowing through the motor 4, but also different axes. It includes terms proportional to the components and back electromotive force ωφ (hereinafter referred to as interference terms).

そこで、本実施形態では、非干渉化制御部88により、これら干渉項を、実電流id及び実電流iqに基づき算出して第0指令電圧vd0,vq0を算出する。そして、第1指令電圧vd1と第0指令電圧vd0との和としてd軸の指令電圧vdc1を算出し、第1指令電圧vq1と第0指令電圧vq0との和としてq軸の指令電圧vqc1を算出する。   Therefore, in the present embodiment, the non-interacting control unit 88 calculates these interference terms based on the actual current id and the actual current iq to calculate the zeroth command voltages vd0 and vq0. Then, the d-axis command voltage vdc1 is calculated as the sum of the first command voltage vd1 and the zeroth command voltage vd0, and the q-axis command voltage vqc1 is calculated as the sum of the first command voltage vq1 and the zeroth command voltage vq0. To do.

d軸の指令電圧vdc1とq軸の指令電圧vqc1とは、2相3相変換部92に取り込まれる。2相3相変換部92では、d軸の指令電圧vdc1とq軸の指令電圧vqc1とを、U相の指令電圧vuc1と、V相の指令電圧vvc1と、W相の指令電圧vwc1とに変換する。これら指令電圧vuc1,vvc1,vwc1は、電動機4の各相に指令電流を流すときに各相に印加すべき電圧となっている。これら指令電圧vuc1,vvc1,vwc1は、基本的には、正弦波となって且つその電圧の中心がゼロとなっている。ただし、電圧センサ44によって検出されるバッテリ42の電圧に基づき、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の変調率が大きいときには、正弦波に所定の高調波を重畳したものが最終的な指令電圧vuc1,vvc1,vwc1とされる。なお、電動機4の各相の上記指令電流とは、上記指令電流idc,iqcによって定まる3相のそれぞれにおける指令電流を意味する。   The d-axis command voltage vdc1 and the q-axis command voltage vqc1 are taken into the two-phase / three-phase converter 92. The two-phase / three-phase converter 92 converts the d-axis command voltage vdc1 and the q-axis command voltage vqc1 into a U-phase command voltage vuc1, a V-phase command voltage vvc1, and a W-phase command voltage vwc1. To do. These command voltages vuc 1, vvc 1, vwc 1 are voltages to be applied to each phase when a command current is passed through each phase of the electric motor 4. These command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 are basically sine waves and the centers of the voltages are zero. However, when the modulation rate of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 is large based on the voltage of the battery 42 detected by the voltage sensor 44, the final command voltage vuc1, vvc1 is obtained by superimposing a predetermined harmonic on the sine wave. , Vwc1. The command current of each phase of the electric motor 4 means a command current in each of the three phases determined by the command currents idc and iqc.

これら指令電圧vuc1,vvc1,vwc1は、各々比較器94,96,98の非反転入力端子に印加される。比較器94,96,98では、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1と、三角波生成部100によって生成される三角形状の搬送波との大小が比較される。そして、これら各比較器94、96、98の出力信号gu1、gv1、gw1は、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1を各々パルス幅変調(PWM)したものとなる。   These command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 are applied to the non-inverting input terminals of the comparators 94, 96, and 98, respectively. Comparators 94, 96, and 98 compare the command voltages vuc 1, vvc 1, and vwc 1 with the triangular carrier wave generated by the triangular wave generator 100. The output signals gu1, gv1, and gw1 of the comparators 94, 96, and 98 are obtained by pulse width modulation (PWM) of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1, respectively.

出力信号gu1,gv1,gw1は、切替部102に取り込まれる。そして、切替部102から出力される信号及びインバータ104,106,108によるそれらの反転信号が、Deadtime生成部110に取り込まれる。Deadtime生成部110では、上記出力される各信号とこれに対応する上記反転信号とを、これらのエッジ部分同士のタイミングの重なりを避けるように波形整形する。そして、波形整形された信号は、U相のスイッチング素子12を操作する操作信号gup、U相のスイッチング素子14を操作する操作信号gun、V相のスイッチング素子16を操作する操作信号gvp、V相のスイッチング素子18を操作する操作信号gvn、W相のスイッチング素子20を操作する操作信号gwp、W相のスイッチング素子22を操作する操作信号gwnとなる。   The output signals gu1, gv1, and gw1 are taken into the switching unit 102. Then, a signal output from the switching unit 102 and an inverted signal thereof by the inverters 104, 106, and 108 are taken into the deadtime generation unit 110. The Deadtime generating unit 110 shapes the waveform of each of the output signals and the inverted signal corresponding to the signals so as to avoid the overlapping of the timings of the edge portions. The waveform-shaped signal includes an operation signal gup for operating the U-phase switching element 12, an operation signal gun for operating the U-phase switching element 14, and an operation signal gvp for operating the V-phase switching element 16, V-phase. The operation signal gvn for operating the switching element 18, the operation signal gwp for operating the W-phase switching element 20, and the operation signal gwn for operating the W-phase switching element 22.

上記構成において切替部102により出力信号gu1,gv1,gw1が選択されているときには、実電流iu,iv,iwを指令電流idc,iqcによって定まる3相の電流(指令電流)に追従させるべく、PI制御によりスイッチング素子12〜22の操作がなされる。この際には、3相に印加される電圧は、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1に追従する。   In the above configuration, when the output signals gu1, gv1, and gw1 are selected by the switching unit 102, the actual currents iu, iv, and iw are made to follow the three-phase currents (command currents) determined by the command currents idc and iqc. The switching elements 12 to 22 are operated by the control. At this time, the voltages applied to the three phases follow the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1.

<矩形波制御>
トルク推定部120は、3相2相変換部80の出力するdq軸上での実電流id,iqに基づき、電動機4の出力トルクを推定する。この推定トルクTeは、例えば電動機4のトルク定数Kt、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqを用いて、下記の式によって算出すればよい。
<Rectangular wave control>
The torque estimation unit 120 estimates the output torque of the electric motor 4 based on the actual currents id and iq on the dq axis output from the three-phase / two-phase conversion unit 80. The estimated torque Te may be calculated by the following equation using, for example, the torque constant Kt, d-axis inductance Ld, and q-axis inductance Lq of the electric motor 4.

Te=Kt×iq−(Ld−Lq)×id×iq
vqc算出部122は、要求トルクTcと推定トルクTeとの差に基づき、q軸上の指令電圧vqc2を算出する。一方、vdc算出部124は、指令電圧vqc2とバッテリ42の電圧VBとに基づき、d軸上の指令電圧vqc2を算出する。これらvqc算出部122及びvdc算出部124は、指令電圧vqc2,vdc2によって定まる電圧ベクトルの長さをバッテリ42の電圧VBに応じて定まる長さとしつつ、同電圧ベクトルの位相を定める処理を行っている。そして、2相3相変換部126は、指令電圧vqc2、vdc2を、3相の指令電圧vuc2,vvc2,vwc2に変換する。これら指令電圧vuc2,vvc2,vwc2は、略正弦波形状の信号である。また、出力信号生成部128では、指令電圧vuc2,vvc2,vwc2に基づき、出力信号gu2,gv2,gw2を生成する。ここで、出力信号gu2は、指令電圧vuc2がゼロ以上のときに論理「H」となり、ゼロ未満のときに論理「L」となる。また、出力信号gv2は、指令電圧vvc2がゼロ以上のときに論理「H」となり、ゼロ未満のときに論理「L」となる。更に、出力信号gw2は、指令電圧vwc2がゼロ以上のときに論理「H」となり、ゼロ未満のときに論理「L」となる。なお、これら出力信号gu2,gv2,gw2は、切替部102に出力される。
Te = Kt × iq− (Ld−Lq) × id × iq
The vqc calculation unit 122 calculates the command voltage vqc2 on the q axis based on the difference between the required torque Tc and the estimated torque Te. On the other hand, the vdc calculation unit 124 calculates the command voltage vqc2 on the d-axis based on the command voltage vqc2 and the voltage VB of the battery 42. The vqc calculation unit 122 and the vdc calculation unit 124 perform processing for determining the phase of the voltage vector while the length of the voltage vector determined by the command voltages vqc2 and vdc2 is determined according to the voltage VB of the battery 42. . Then, the two-phase / three-phase conversion unit 126 converts the command voltages vqc2 and vdc2 into three-phase command voltages vuc2, vvc2, and vwc2. These command voltages vuc2, vvc2, and vwc2 are substantially sinusoidal signals. In addition, the output signal generation unit 128 generates output signals gu2, gv2, and gw2 based on the command voltages vuc2, vvc2, and vwc2. Here, the output signal gu2 becomes logic “H” when the command voltage vuc2 is zero or more, and becomes logic “L” when it is less than zero. Further, the output signal gv2 becomes logic “H” when the command voltage vvc2 is equal to or greater than zero, and becomes logic “L” when the command voltage vvc2 is less than zero. Further, the output signal gw2 becomes logic “H” when the command voltage vwc2 is zero or more, and becomes logic “L” when the command voltage vwc2 is less than zero. These output signals gu2, gv2, and gw2 are output to the switching unit 102.

上記指令電圧vuc2,vvc2,vwc2は、電動機4の電気角の回転周期と略等しい周期を有する。このため、出力信号gu2,gv2,gw2は、その論理「H」及び論理「L」との繰り返しの周期が電気角の1周期と略一致する。このため、上記構成において切替部102により出力信号gu2、gv2、gw2が選択されているときには、各相のアームの上段のスイッチング素子12,16,20及び下段のスイッチング素子14,18,22が交互にオン・オフされる周期が、電気角の1周期と略一致する。このため、切替部102によって出力信号gu2,gv2,gw2が選択される矩形波制御時には、電動機4の各相に印加される電圧が矩形波状に変化して且つ、その変化の周期が電気角の1周期と略等しくなる。   The command voltages vuc2, vvc2, and vwc2 have a period that is substantially equal to the rotation period of the electrical angle of the electric motor 4. For this reason, in the output signals gu2, gv2, and gw2, the repetition period of the logic “H” and the logic “L” is substantially the same as one period of the electrical angle. For this reason, when the output signals gu2, gv2, and gw2 are selected by the switching unit 102 in the above configuration, the upper switching elements 12, 16, and 20 and the lower switching elements 14, 18, and 22 of each phase arm are alternated. The cycle of turning on and off substantially coincides with one cycle of the electrical angle. For this reason, at the time of the rectangular wave control in which the output signals gu2, gv2, and gw2 are selected by the switching unit 102, the voltage applied to each phase of the electric motor 4 changes to a rectangular wave shape, and the cycle of the change is an electrical angle. It becomes substantially equal to one cycle.

<切替処理>
図3に、PWM制御を行う領域と矩形波制御を行う領域とを示す。図示されるように、低回転速度領域から中回転速度領域まではPWM制御を行う領域であり、高回転速度領域は矩形波制御を行う領域である。そして、PWM制御を行う領域と矩形波制御を行う領域との境界は、要求トルクTcが大きいほど低回転速度側となる。ここで、高回転速度領域において、PWM制御から矩形波制御へ切り替えるのは、次の理由による。
<Switching process>
FIG. 3 shows a region where PWM control is performed and a region where rectangular wave control is performed. As shown in the figure, the PWM control is performed from the low rotation speed region to the medium rotation speed region, and the high rotation speed region is the region where the rectangular wave control is performed. The boundary between the region for performing PWM control and the region for performing rectangular wave control is on the lower rotational speed side as the required torque Tc is larger. Here, the reason why the PWM control is switched to the rectangular wave control in the high rotation speed region is as follows.

電動機4の各相に印加可能な電圧の上限値は、バッテリ42の電圧VBである。このため、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値が電圧VBの「1/2」以上となる状態、換言すれば変調率が「1」以上の状態では、電動機4の各相に実際に印加される電圧を指令電圧vuc1,vvc1,vwc1とすることができない。図4(a)に、変調率が「1」のときの各相に印加される電圧の推移を示し、図4(b)に、変調率が「1」よりも大きいときの各相に印加される電圧の推移を示す。図示されるように、変調率が「1」よりも大きいときには各相に印加される電圧の振幅は、バッテリ42の電圧VBの「1/2」によって制限されるため、正弦波形状の電圧とはならない。しかし、この場合であっても、図4(a)に示される電圧と比較すると、図4(b)中斜線にて示す領域だけ電圧の利用度が向上している。これにより、各相に印加される電圧の実効値を、先の図4(a)に示したものと比較して大きくすることができる。このため、指令電流idc,iqcによって定まる3相の指令電流を電動機4に流すことが可能となる。したがって、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値が電圧VBの「1/2」以上となったとしても、PWM制御を継続することで、電動機4に、指令電流idc,iqcによって定まる3相の電流を流すことは可能である。   The upper limit value of the voltage that can be applied to each phase of the electric motor 4 is the voltage VB of the battery 42. Therefore, when the maximum value of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 is “½” or more of the voltage VB, in other words, when the modulation factor is “1” or more, the voltage is actually applied to each phase of the motor 4. Cannot be set to the command voltages vuc1, vvc1, vwc1. FIG. 4A shows the transition of the voltage applied to each phase when the modulation rate is “1”, and FIG. 4B shows the change applied to each phase when the modulation rate is greater than “1”. The transition of the applied voltage is shown. As shown in the figure, when the modulation rate is larger than “1”, the amplitude of the voltage applied to each phase is limited by “½” of the voltage VB of the battery 42. Must not. However, even in this case, as compared with the voltage shown in FIG. 4A, the utilization of the voltage is improved only in the region indicated by the oblique line in FIG. Thereby, the effective value of the voltage applied to each phase can be increased as compared with that shown in FIG. For this reason, it is possible to flow a three-phase command current determined by the command currents idc and iqc to the motor 4. Therefore, even if the maximum value of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 is equal to or greater than “½” of the voltage VB, the PWM control is continued to cause the motor 4 to have a three-phase determined by the command currents idc and iqc. It is possible to pass an electric current.

上記指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値が増大していくと、最終的には、電動機4の各相に印加される電圧は、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1と同一周期で「VB/2」と「−VB/2」とに交互に変化する矩形波状となる。しかし、理論的には、変調率が「1.28」となることでPWM制御による制御性が極度に低下することが知られている。このため、本実施形態では、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値が、バッテリ42の電圧VBの「1.28/2」倍の値となることでPWM制御から矩形波制御へ切り替える。   As the maximum values of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 increase, finally, the voltage applied to each phase of the motor 4 is “VB / 2” in the same cycle as the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1. ”And“ −VB / 2 ”. However, theoretically, it is known that the controllability by PWM control is extremely lowered when the modulation rate becomes “1.28”. For this reason, in this embodiment, the maximum value of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 is a value that is “1.28 / 2” times the voltage VB of the battery 42, thereby switching from PWM control to rectangular wave control.

詳しくは、図2に示す切替制御部130では、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1を定める指令電圧vdc1、vqc1を取り込み、これに基づき、切替部102を操作する。図5に、切替制御部130の行う処理のうち、特にPWM制御から矩形波制御への切り替えにかかる処理の手順を示す。なお、この処理は、マイコン50により、PMW制御がなされている期間において例えば所定周期で繰り返し実行される。   Specifically, the switching control unit 130 illustrated in FIG. 2 takes in the command voltages vdc1 and vqc1 that define the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1, and operates the switching unit 102 based on the command voltages. FIG. 5 shows a procedure of processing related to switching from PWM control to rectangular wave control among the processing performed by the switching control unit 130. This process is repeatedly executed by the microcomputer 50 at a predetermined cycle, for example, during a period in which PMW control is performed.

この一連の処理においては、まずステップS10において、指令電圧vdc1、vqc1によって定まる電圧ベクトルの長さが、制限電圧VL以上であるか否かを判断する。ここで、制限電圧VLは、電圧VBに「1.28」及び「3/8」の平方根を乗算した値である。指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値に「3/2」の平方根を乗算したものがdq軸上の電圧ベクトルの長さとなる。そして、最大値として上記変調率が「1.28」であるときの値を用いると、これは、「VB/2」に「1.28」を乗算した値となる。このため、上記ステップS10によって、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1の最大値が、「VB/2」に「1.28」を乗算した値以上であるか否かを判断することができる。そして、ステップS10において肯定判断されると、ステップS12において、上記切替部102を操作して出力信号gu2,gv2,gw2を選択することで、PWM制御から矩形波制御に切り替える処理がなされる。   In this series of processes, first, in step S10, it is determined whether or not the length of the voltage vector determined by the command voltages vdc1 and vqc1 is greater than or equal to the limit voltage VL. Here, the limit voltage VL is a value obtained by multiplying the voltage VB by the square roots of “1.28” and “3/8”. The voltage vector length on the dq axis is obtained by multiplying the maximum value of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 by the square root of “3/2”. When the value when the modulation factor is “1.28” is used as the maximum value, this is a value obtained by multiplying “VB / 2” by “1.28”. For this reason, it is possible to determine whether or not the maximum value of the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 is equal to or larger than the value obtained by multiplying “VB / 2” by “1.28” by the above step S10. When an affirmative determination is made in step S10, in step S12, the switching unit 102 is operated to select the output signals gu2, gv2, and gw2, thereby switching from PWM control to rectangular wave control.

なお、ステップS10において否定判断されるときや、ステップS12の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。   When a negative determination is made in step S10 or when the process of step S12 is completed, this series of processes is temporarily ended.

図6に、PWM制御と矩形波制御とによってとり得るdq軸上の電流を示す。図中、実線にて示す指令電流曲線CLは、上記指令電流生成部82によって生成される指令電流idc,iqcの描く曲線である。この曲線(指令電流idc,iqc)は、電動機4の制御に対する要求に応じて適宜設定されるものであるが、本実施形態では、要求トルクTcを最小の電流で実現することのできるdq軸上の電流によって設定されている。一方、図中、2点鎖線にて示すのは、実際に電動機4に流すことの可能な電流の境界をdq上で定義する制限曲線LLである。この制限曲線LLは、バッテリ42の電圧VB及び回転速度に基づき定まるものである。このため、PWM制御時においては、実電流iq,idは、指令電流曲線CLと制限曲線LLとの交点である上限PMを超えることはできない。したがって、指令電流iqc,idcが上限PMに達することで矩形波制御に切り替えられることとなる。そして矩形波制御に切り替えられることで、指令電流iqc,idcによって定まる電流ベクトルは、ベクトルV2よりも位相を進めることでベクトルV1へと移行する。これにより、電動機4を更に高回転速度に制御することができる。   FIG. 6 shows currents on the dq axis that can be taken by PWM control and rectangular wave control. In the figure, a command current curve CL indicated by a solid line is a curve drawn by the command currents idc and iqc generated by the command current generator 82. This curve (command current idc, iqc) is appropriately set according to a request for control of the electric motor 4, but in the present embodiment, the required torque Tc can be realized with a minimum current on the dq axis. Is set by the current. On the other hand, what is indicated by a two-dot chain line in the figure is a limit curve LL that defines a boundary of current that can actually flow through the electric motor 4 on dq. The limit curve LL is determined based on the voltage VB of the battery 42 and the rotation speed. For this reason, during PWM control, the actual currents iq and id cannot exceed the upper limit PM that is the intersection of the command current curve CL and the limit curve LL. Therefore, when the command currents iqc and idc reach the upper limit PM, the control is switched to the rectangular wave control. By switching to the rectangular wave control, the current vector determined by the command currents iqc and idc shifts to the vector V1 by advancing the phase with respect to the vector V2. Thereby, the electric motor 4 can be controlled to a higher rotational speed.

このように、矩形波制御がなされているときには、一般に、dq軸上の電流は、上記指令電流曲線CLによって規定される電流とは一致しない。したがって、矩形波制御からPWM制御へ切り替える際には、電動機4を流れる電流が大きく変化し、ひいては、電動機4の出力トルクが変動するおそれがある。   As described above, when the rectangular wave control is performed, generally, the current on the dq axis does not coincide with the current defined by the command current curve CL. Therefore, when switching from the rectangular wave control to the PWM control, the current flowing through the electric motor 4 changes greatly, and as a result, the output torque of the electric motor 4 may fluctuate.

そこで本実施形態では、先の図2に示す指令電流情報格納部132に指令電流idc,iqcのとり得る値についての情報を格納し、電動機4を流れる電流についてのd軸及びq軸上の値が上記指令電流iqcとしてとり得る値と略一致するとき、矩形波制御からPWM制御へと切り替えることで、切り替えに伴う出力トルクの変動を抑制する。ここで、指令電流情報格納部132は、先の図1に示すメモリ51によって構成される。指令電流情報格納部132には、上記指令電流曲線CLについての情報が格納されている。この情報は、d軸上の指令電流idcとq軸上の指令電流iqcとの関係を定めるマップデータであってもよいし、指令電流曲線CLを表現するモデル式であってもよい。   Therefore, in the present embodiment, information on the values that can be taken by the command currents idc and iqc is stored in the command current information storage unit 132 shown in FIG. 2, and values on the d-axis and q-axis for the current flowing through the motor 4 are stored. Is substantially the same as the value that can be taken as the command current iqc, switching from the rectangular wave control to the PWM control suppresses fluctuations in the output torque associated with the switching. Here, the command current information storage unit 132 is configured by the memory 51 shown in FIG. The command current information storage unit 132 stores information about the command current curve CL. This information may be map data that defines the relationship between the command current idc on the d-axis and the command current iqc on the q-axis, or may be a model formula that expresses the command current curve CL.

詳しくは、上記一致を、図7に示す態様にて判断する。すなわち、電動機4を流れる電流のdq軸上での電流ベクトルである実電流ベクトルIrと、指令電流曲線CLに対して対称な電流ベクトルIsを算出し、これらが略一致するときに、電動機4を流れる電流についてのd軸及びq軸上の値が上記指令電流idc,iqcとしてとり得る値と略一致すると判断する。   Specifically, the coincidence is determined in the manner shown in FIG. That is, an actual current vector Ir that is a current vector on the dq axis of a current flowing through the motor 4 and a current vector Is that is symmetric with respect to the command current curve CL are calculated. It is determined that the values on the d-axis and the q-axis for the flowing current substantially match the values that can be taken as the command currents idc and iqc.

図8に、本実施形態にかかるPWM制御への切り替えにかかる処理の手順を示す。この処理は、先の図2の切替制御部130によってなされるものであり、具体的には、マイコン50によって、矩形波制御のなされる期間において所定周期で繰り返し実行される。   FIG. 8 shows a procedure of processing related to switching to PWM control according to the present embodiment. This process is performed by the switching control unit 130 of FIG. 2, and specifically, is repeatedly executed by the microcomputer 50 at a predetermined period during a period in which rectangular wave control is performed.

この一連の処理では、まずステップS20において、実電流ベクトルIrを取得する。換言すれば、実電流id,iqを取得する。続くステップS22においては、実電流ベクトルのq軸成分である実電流ベクトルiqに基づき、対称な電流ベクトルIsのd軸成分idsを算出する。これは、「ids,iq」が指令電流曲線CL上の点となるようにd軸成分idsを設定することで算出することができる。続いてステップS24においては、実電流ベクトルのd軸成分である実電流ベクトルidに基づき、対称な電流ベクトルIsのq軸成分iqsを算出する。これは、「id,iqs」が指令電流曲線CL上の点となるようにq軸成分iqsを設定することで算出することができる。   In this series of processing, first, in step S20, an actual current vector Ir is acquired. In other words, the actual currents id and iq are acquired. In the subsequent step S22, the d-axis component ids of the symmetric current vector Is is calculated based on the actual current vector iq that is the q-axis component of the actual current vector. This can be calculated by setting the d-axis component ids so that “ids, iq” is a point on the command current curve CL. Subsequently, in step S24, based on the actual current vector id which is the d-axis component of the actual current vector, the q-axis component iqs of the symmetric current vector Is is calculated. This can be calculated by setting the q-axis component iqs so that “id, iqs” is a point on the command current curve CL.

続いてステップS26においては、対称な電流ベクトルIeと実電流ベクトルIrとが略一致するか否かを判断する。この判断は、例えばdq軸の各成分同士の比較によって行えばよい。また、これに代えて、互いのベクトルの長さの比較に基づき行ってもよい。そして、ステップS26において肯定判断されるときには、実電流id,iqが指令電流曲線CL上にあると考えられるため、ステップS28に移行してPWM制御に切り替える。ちなみに、矩形波制御がなされているときには、PI制御部84,86の値はゼロに固定しておく。   Subsequently, in step S26, it is determined whether or not the symmetric current vector Ie and the actual current vector Ir substantially match. This determination may be made, for example, by comparing each component on the dq axis. Alternatively, it may be performed based on a comparison of vector lengths. When an affirmative determination is made in step S26, since the actual currents id and iq are considered to be on the command current curve CL, the process proceeds to step S28 to switch to PWM control. Incidentally, when the rectangular wave control is performed, the values of the PI control units 84 and 86 are fixed to zero.

なお、ステップS26において否定判断されるときや、ステップS28の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。   When a negative determination is made in step S26 or when the process of step S28 is completed, this series of processes is temporarily ended.

図9に、本実施形態にかかる切り替え処理による電流ベクトルの推移についてのタイムチャートを示す。図9(a)に示されるように、dq軸上での指令電圧ベクトル(vdc1,vqc1)の長さが上記制限電圧VLに達すると、矩形波制御に移行するため、対称な電流ベクトルIsと実電流ベクトルIrとが不一致となる。このように指令電圧ベクトルの長さが制限電圧VLとなることで矩形波制御に切り替えることで、出力トルクの変動を抑制しつつ、切り替えを行うことができる。しかも、矩形波制御に切り替えることで、高回転速度領域における電圧利用率(バッテリ42の電圧VBに対する線間電圧の1次成分の実効値)を向上させることができ、電動機4の回転速度を高回転速度に制御することが可能となる。また、図9(b)に示すように、対称な電流ベクトルIsと実電流ベクトルIrとが略一致するときにPWM制御に切り替えることで、実電流ベクトルの変動を好適に抑制しつつ切り替えを行うことができる。   FIG. 9 shows a time chart regarding the transition of the current vector by the switching process according to the present embodiment. As shown in FIG. 9 (a), when the length of the command voltage vector (vdc1, vqc1) on the dq axis reaches the limit voltage VL, the process shifts to the rectangular wave control, so that the symmetrical current vector Is and The actual current vector Ir does not match. By switching to rectangular wave control when the length of the command voltage vector becomes the limit voltage VL in this manner, switching can be performed while suppressing fluctuations in output torque. Moreover, by switching to the rectangular wave control, the voltage utilization factor (effective value of the primary component of the line voltage with respect to the voltage VB of the battery 42) in the high rotation speed region can be improved, and the rotation speed of the motor 4 can be increased. It is possible to control the rotation speed. Further, as shown in FIG. 9B, when the symmetrical current vector Is substantially matches the actual current vector Ir, switching to PWM control is performed while suitably suppressing fluctuations in the actual current vector. be able to.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)指令電流情報格納部132に格納される情報に基づき、矩形波制御時において、電動機4を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が、PWM制御の指令電流idc,iqcのとり得る値と略一致するとき、PWM制御に切り替えた。これにより、切り替えに際して電動機4に流れる電流の変動を抑制することができる。このため、切り替えに伴うトルクの変動を好適に抑制することができる。また、dq軸上の指令電流は、dq軸平面内において1次元空間を占める(曲線で表現される)。このため、切り替えにかかる処理を指令電流情報格納部132の情報に基づき行うことで、例えば矩形波制御を行う領域を記憶する場合と比較して、切り替えにかかる処理のために記憶すべきデータ数を低減することもできる。   (1) Based on the information stored in the command current information storage unit 132, during rectangular wave control, the values on the d-axis and the q-axis of the current flowing through the motor 4 are the values of the command currents idc and iqc of the PWM control. When it almost coincided with a possible value, the control was switched to PWM control. Thereby, the fluctuation | variation of the electric current which flows into the electric motor 4 at the time of switching can be suppressed. For this reason, the fluctuation | variation of the torque accompanying switching can be suppressed suitably. In addition, the command current on the dq axis occupies a one-dimensional space in the dq axis plane (represented by a curve). For this reason, the number of data to be stored for the processing related to the switching is compared with the case where the area for performing the rectangular wave control is stored by performing the processing related to the switching based on the information in the command current information storage unit 132, for example. Can also be reduced.

(2)指令電流曲線CLに対して実電流ベクトルIrと対称な電流ベクトルIsを算出し、これら対称な電流ベクトルIsと実電流ベクトルIrとが略一致するとき、電動機4を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が指令電流idc,iqcとしてとり得る値と略一致すると判断した。これにより、電動機4を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値と指令電流idc,iqcとしてとり得る値との一致の有無を好適に判断することができる。   (2) A current vector Is that is symmetric to the actual current vector Ir with respect to the command current curve CL, and when the symmetric current vector Is and the actual current vector Ir substantially match, d about the current flowing through the motor 4 It was determined that the values on the axis and the q-axis substantially coincided with the values that can be taken as the command currents idc and iqc. Thereby, it can be suitably determined whether or not there is a match between the values on the d-axis and the q-axis for the current flowing through the motor 4 and the values that can be taken as the command currents idc and iqc.

(3)指令電流情報格納部132に格納される情報と実電流idとに基づき、対称な電流ベクトルIsのq軸成分iqsを算出し、指令電流情報格納部132に格納される情報と実電流iqとに基づき、対称な電流ベクトルIsのd軸成分idsを算出した。これにより、対称な電流ベクトルIsを適切に算出することができる。   (3) The q-axis component iqs of the symmetric current vector Is is calculated based on the information stored in the command current information storage unit 132 and the actual current id, and the information stored in the command current information storage unit 132 and the actual current Based on iq, the d-axis component ids of the symmetric current vector Is was calculated. Thereby, the symmetrical current vector Is can be calculated appropriately.

(4)3相の実電流iu,iv,iwをdq軸上の実電流id,iqに変換する3相2相変換部80を備え、実電流id,iqと指令電流idc,iqcとの差に基づくフィードバック制御を行うことで、PWM制御を行った。これにより、切替制御部130が3相2相変換部80を流用することができる。   (4) A three-phase two-phase conversion unit 80 that converts the three-phase actual currents iu, iv, and iw into the actual currents id and iq on the dq axis is provided, and the difference between the actual currents id and iq and the command currents idc and iqc PWM control was performed by performing feedback control based on the above. Thereby, the switching control unit 130 can divert the three-phase / two-phase conversion unit 80.

(5)PWM制御の指令電流idc,iqcを、電動機4に対する要求トルクTcを最小の電流で生成可能な値に設定した。これにより、PWM制御において出力トルクを生成するために要する電力を最小とすることができる。   (5) The command currents idc and iqc of the PWM control are set to values that can generate the required torque Tc for the electric motor 4 with the minimum current. Thereby, the electric power required for generating the output torque in the PWM control can be minimized.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図10に、本実施形態にかかるPWM制御への切り替えにかかる処理の手順を示す。この処理は、先の図2に示した切替制御部130によってなされるものであり、具体的には、マイコン50によって、矩形波制御のなされる期間において所定周期で繰り返し実行される。   FIG. 10 shows a procedure of processing related to switching to PWM control according to the present embodiment. This process is performed by the switching control unit 130 shown in FIG. 2, and specifically, is repeatedly executed by the microcomputer 50 at a predetermined period during a period of rectangular wave control.

この一連の処理では、まずステップS30において、実電流id,iqを取得する。続くステップS32においては、実電流id,iqを、指令電流idc,iqcを定めるモデル式fに代入し、そのときの出力値が略0であるか否かを判断する。ここで、モデル式は、「f(idc,iqc)=0」を満たすものであり、「f(id,iq)」が略ゼロであるときには、実電流id,iqが指令電流曲線CL上の点と略一致することを意味する。このため、略ゼロであるか否かに基づき、電動機4を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が、PWM制御の指令電流idc,iqcのとり得る値と略一致するか否かを判断することができる。そして、ステップS32において肯定判断されるときには、ステップS34においてPWM制御に切り替える。   In this series of processing, first, actual currents id and iq are acquired in step S30. In the subsequent step S32, the actual currents id and iq are substituted into the model formula f that determines the command currents idc and iqc, and it is determined whether or not the output value at that time is substantially zero. Here, the model formula satisfies “f (idc, iqc) = 0”, and when “f (id, iq)” is substantially zero, the actual currents id and iq are on the command current curve CL. It means that it is almost coincident with the point. Therefore, whether or not the values on the d-axis and the q-axis for the current flowing through the electric motor 4 substantially match the values that can be taken by the PWM control command currents idc and iqc, based on whether or not it is substantially zero. Can be judged. If an affirmative determination is made in step S32, the control is switched to PWM control in step S34.

なお、ステップS32において否定判断されるときや、ステップS34の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。   When a negative determination is made at step S32 or when the process at step S34 is completed, this series of processes is temporarily terminated.

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(4)、(5)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to this embodiment described above, in addition to the effects (1), (4), and (5) of the first embodiment, the following effects can be obtained.

(6)モデル式に実電流id,iqを代入するときのモデル式の出力が略ゼロであるとき、電動機4を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が、PWM制御の指令電流idc,iqcのとり得る値と略一致すると判断した。これにより、指令電流情報格納部132に記憶させるデータ数を好適に低減することができるとともに、簡易な手法によって上記判断を行うことができる。   (6) When the output of the model formula when substituting the actual currents id and iq into the model formula is substantially zero, the values on the d-axis and the q-axis for the current flowing through the motor 4 are the PWM control command currents It was determined that the values of idc and iqc could be substantially the same. Thereby, the number of data stored in the command current information storage unit 132 can be suitably reduced, and the above determination can be made by a simple method.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・上記第2の実施形態では、「f(idc,iqc)=0」にてモデル式を定量化したが、これに限らず、「f(idc,iqc)=A(A:任意に整数)」であればよい。この場合、先の図10のステップS32において、モデル式の出力がAと略一致するか否かを判断すればよい。   In the second embodiment, the model formula is quantified by “f (idc, iqc) = 0”, but not limited to this, “f (idc, iqc) = A (A: an arbitrary integer) " In this case, it is only necessary to determine whether or not the output of the model formula substantially matches A in step S32 of FIG.

・PWM制御から矩形波制御への切り替えは、指令電圧vuc1,vvc1,vwc1が、バッテリ42の電圧VBに「1.28/2」を乗算した値以上となるときに行うものに限らない。ただし、バッテリ42の電圧VBに「1.28/2」を乗算した値以下の所定値以上となるときに切り替えを行うことが望ましい。   Switching from PWM control to rectangular wave control is not limited to the case where the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 are equal to or higher than the value obtained by multiplying the voltage VB of the battery 42 by “1.28 / 2”. However, it is desirable to perform switching when the voltage VB of the battery 42 is equal to or greater than a predetermined value equal to or less than a value obtained by multiplying the voltage VB of “1.28 / 2”.

・矩形波制御としては、先の図2に例示した処理に限らない。例えば上記特許文献1に記載されている手法を用いてもよい。   The rectangular wave control is not limited to the process illustrated in FIG. For example, the technique described in Patent Document 1 may be used.

・PWM制御としては、先の図2に例示した処理に限らない。例えば、非干渉化制御部88を備えなくてもよい。また、PWM制御のための搬送波としては、三角波に限らず、鋸波等であってもよい。更に、要求トルクTcからdq軸上の指令電流idc,iqcを求めるものに限らず、要求トルクTcから3相の指令電流iuc,ivc,iwcを直接求め、これに基づき指令電圧vuc1,vvc1,vwc1を算出してもよい。ここで、指令電流iuc,ivc,iwcから指令電圧vuc1,vvc1,vwc1を求める際には、上述した3相の電流と3相の電圧との関係を定める関係式を用いればよい。   The PWM control is not limited to the process illustrated in FIG. For example, the non-interacting control unit 88 may not be provided. Further, the carrier wave for PWM control is not limited to a triangular wave but may be a sawtooth wave or the like. Further, not only the command currents idc and iqc on the dq axis are obtained from the request torque Tc, but the three-phase command currents iuc, ivc and iwc are directly obtained from the request torque Tc, and the command voltages vuc1, vvc1 and vwc1 are obtained based on this. May be calculated. Here, when the command voltages vuc1, vvc1, and vwc1 are obtained from the command currents iuc, ivc, and iwc, the relational expression that determines the relationship between the three-phase current and the three-phase voltage may be used.

・電動機4の各相に流れる電流の検出値を、dq軸上での指令電流idc,iqcに応じた電流にフィードバック制御する電流制御としては、上記PWM制御に限らない。例えば、ヒステリシスコンパレータの2つの入力端子のいずれか一方に指令電流idc,iqcに基づき定まる3相の指令電流iuc1,ivc1,iwc1の各1相を、また他方に実電流iu,iv,iwの同1相を入力することで、瞬時電流値制御を行ってもよい。   The current control for feedback control of the detected value of the current flowing in each phase of the motor 4 to the current corresponding to the command currents idc and iqc on the dq axis is not limited to the PWM control. For example, each of the two input terminals of the hysteresis comparator has one phase of each of the three-phase command currents iuc1, ivc1, and iwc1 determined based on the command currents idc and iqc, and the other has the same currents iu, iv, and iw. The instantaneous current value control may be performed by inputting one phase.

・3相電動機としては、IPMSMに限らない。また、3相回転機としては、3相電動機に限らず、例えば3相発電機であってもよい。   -The three-phase motor is not limited to IPMSM. Further, the three-phase rotating machine is not limited to a three-phase motor, and may be, for example, a three-phase generator.

・3相回転機の制御装置としては、上記マイコン50に限らず、例えば専用の集積回路(IC)であってもよい。   The control device for the three-phase rotating machine is not limited to the microcomputer 50 but may be a dedicated integrated circuit (IC), for example.

第1の実施形態にかかる電動機及びその制御システムを示す図。The figure which shows the electric motor concerning 1st Embodiment, and its control system. 同実施形態にかかる電動機の出力制御の処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process of the output control of the electric motor concerning the embodiment. 同実施形態にかかるPWM制御と矩形波制御との領域を示す図。The figure which shows the area | region of PWM control and rectangular wave control concerning the embodiment. PWM制御の問題点を示すタイムチャート。The time chart which shows the problem of PWM control. 上記実施形態にかかるPWM制御から矩形波制御への切替処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the switching process from PWM control concerning the said embodiment to rectangular wave control. 上記実施形態にかかる矩形波制御からPWM制御への切替条件を説明する図。The figure explaining the switching conditions from the rectangular wave control concerning the said embodiment to PWM control. 同実施形態にかかる矩形波制御からPWM制御への切替手法を説明する図。The figure explaining the switching method from rectangular wave control to PWM control concerning the embodiment. 同実施形態にかかる矩形波制御からPWM制御への切替処理の手順を示すフローチャート。6 is a flowchart showing a procedure for switching processing from rectangular wave control to PWM control according to the embodiment; 上記切替処理による電流ベクトルの推移を示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the current vector by the said switching process. 第2の実施形態にかかる矩形波制御からPWM制御への切替処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the switching process from the rectangular wave control concerning 2nd Embodiment to PWM control.

符号の説明Explanation of symbols

4…電動機、10…インバータ、12〜22…スイッチング素子、50…マイクロコンピュータ(3相回転機の制御装置の一実施形態)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Electric motor, 10 ... Inverter, 12-22 ... Switching element, 50 ... Microcomputer (one Embodiment of the control apparatus of a three-phase rotary machine).

Claims (4)

3相回転機に電力を供給するインバータのスイッチング素子を操作することで該3相回転機の出力を制御する3相回転機の制御装置において、
前記3相回転機の各相に印加される電圧の変化の周期を前記3相回転機の電気角の回転周期と略一致させるべく前記スイッチング素子を操作する矩形波制御手段と、
前記3相回転機を流れる電流の検出値を、前記3相回転機を流れる電流についてのdq軸上での指令値に応じた電流にフィードバック制御する電流制御手段と、
前記指令値のとり得る値についての情報を記憶する記憶手段と、
前記矩形波制御手段による制御時において、前記3相回転機を流れる電流の検出値及び前記情報に基づき、前記3相回転機を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が前記指令値としてとり得る値と略一致するとき、前記矩形波制御手段による制御から前記電流制御手段による制御に切り替える切替手段とを備え、
前記切替手段は、前記指令値がdq軸上を描く曲線に対して、前記3相回転機を流れる電流のdq軸上での電流ベクトルである実電流ベクトルと対称な電流ベクトルを算出する算出手段を備え、該対称な電流ベクトルと前記実電流ベクトルとが略一致するとき、前記3相回転機を流れる電流についてのd軸上及びq軸上の値が前記指令値としてとり得る値と略一致するとして、前記切り替えを行うことを特徴とする3相回転機の制御装置。
In a control device for a three-phase rotating machine that controls the output of the three-phase rotating machine by operating a switching element of an inverter that supplies power to the three-phase rotating machine,
Rectangular wave control means for operating the switching element to make the period of change in the voltage applied to each phase of the three-phase rotating machine substantially coincide with the rotation period of the electrical angle of the three-phase rotating machine;
Current control means for feedback-controlling the detected value of the current flowing through the three-phase rotating machine to a current according to a command value on the dq axis for the current flowing through the three-phase rotating machine;
Storage means for storing information about possible values of the command value;
At the time of control by the rectangular wave control means, values on the d-axis and q-axis for the current flowing through the three-phase rotating machine are based on the detected value of the current flowing through the three-phase rotating machine and the information. Switching means for switching from the control by the rectangular wave control means to the control by the current control means when substantially equal to the value that can be taken as,
The switching means calculates a current vector that is symmetrical to an actual current vector that is a current vector on the dq axis of the current flowing through the three-phase rotating machine with respect to a curve in which the command value is drawn on the dq axis. When the symmetric current vector and the actual current vector substantially match, the values on the d-axis and the q-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine substantially match the values that can be taken as the command value. Then, a control device for a three-phase rotating machine , wherein the switching is performed .
前記算出手段は、前記3相回転機を流れる電流のd軸上の値と前記情報とに基づき前記対称な電流ベクトルのq軸成分を算出する手段と、前記3相回転機を流れる電流のq軸上の値と前記情報とに基づき前記対称な電流ベクトルのd軸成分を算出する手段とを備えることを特徴とする請求項記載の3相回転機の制御装置。 The calculating means calculates a q-axis component of the symmetric current vector based on the value on the d-axis of the current flowing through the three-phase rotating machine and the information; and q of the current flowing through the three-phase rotating machine control apparatus for a three-phase rotary machine according to claim 1, characterized in that it comprises means for calculating a value on the axis and the d-axis component of the symmetrical current vector on the basis of said information. 前記電流制御手段は、前記3相回転機を流れる各相の電流の検出値に基づき、これら各相の検出値をdq軸上の電流に変換する変換手段と、該変換された電流と前記指令値との差に基づき、前記フィードバック制御を行う手段とを備えることを特徴とする請求項1又は2記載の3相回転機の制御装置。 The current control means is a conversion means for converting the detected value of each phase into a current on the dq axis based on the detected value of the current of each phase flowing through the three-phase rotating machine, and the converted current and the command based on the difference between the value, the control unit of the three-phase rotary machine according to claim 1, wherein further comprising a means for performing the feedback control. 前記指令値は、前記3相回転機に対する要求トルクを最小の電流で生成可能な値に設定されてなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の3相回転機の制御装置。 The control device for a three-phase rotating machine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the command value is set to a value that can generate a required torque for the three-phase rotating machine with a minimum current. .
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