JP5075704B2 - Current control device - Google Patents
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Description
本発明は、主にスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置に関する。 The present invention mainly relates to a current controller for a switched reluctance motor.
近年、スイッチト・リラクタンス・モータ(以下、SR(Switched Reluctance)モータという)は、構造が簡単で、簡単な構造のため堅牢、メンテナンス容易である等の特徴があり、広く用いられている。また、回転子位置や回転速度に対する電流やトルクの特性などに非線形性があるためにトルク脈動、騒音や振動が大きいなど特徴もあるが、様々な改良が施されている(例えば、非特許文献1参照)。
更に、PWM(Pulse Width Modulation)制御で駆動するSRモータの電流制御は、電流ヒステリシス制御が一般的である。電流ヒステリシス制御は、所望の巻線電流値である電流指令値に対して、電流上限指令値及び電流下限指令値を定め制御を行う。また、電流ヒステリシス制御は、巻線電流が予め定めた電流上限指令値を越えるまでは電圧を印加し、電流上限指令値を越えると電圧の印加を停止し、その後、巻線電流が予め定めた電流下限指令値を下回ると、電圧を印加することで、巻線電流が電流指令値に近づくように電流の制御を行う。
なお、電流ヒステリシス制御は、電圧をスイッチングする半導体素子などの特性により、スイッチング時に発生する発熱を考慮して、単位時間当たりのスイッチング回数を定める。定めたスイッチング回数から、電圧を印加するか否かの切替の周波数であるPWMキャリア周期を算出し、また、最小電圧印加時間及び最小の電圧印加時間間隔である最小オン・オフ時間も算出して予め定める。
In recent years, switched reluctance motors (hereinafter referred to as SR (Switched Reluctance) motors) are widely used because of their simple structure, robustness and easy maintenance due to their simple structure. In addition, there are characteristics such as large torque pulsation, noise and vibration due to non-linearity in the current and torque characteristics with respect to the rotor position and rotational speed, but various improvements have been made (for example, non-patent documents). 1).
Furthermore, current hysteresis control is generally used for current control of an SR motor driven by PWM (Pulse Width Modulation) control. In the current hysteresis control, a current upper limit command value and a current lower limit command value are determined and controlled for a current command value that is a desired winding current value. In addition, the current hysteresis control applies a voltage until the winding current exceeds a predetermined current upper limit command value, stops the voltage application when the current exceeds the current upper limit command value, and then the winding current is predetermined. If it falls below the current lower limit command value, the current is controlled by applying a voltage so that the winding current approaches the current command value.
In the current hysteresis control, the number of times of switching per unit time is determined in consideration of heat generated at the time of switching depending on characteristics of a semiconductor element that switches voltage. Calculate the PWM carrier cycle, which is the frequency of switching whether or not to apply voltage, from the set number of switching times, and also calculate the minimum voltage application time and minimum on / off time that is the minimum voltage application time interval. Predetermined.
図7は、SRモータの低回転における理想的な電流ヒステリシス制御を示すグラフである。巻線電流が電流上限指令値を越えた直後に電流値を検出して電圧の印加を停止し、また、巻線電流が電流下限指令値を下回った直後に電流値を検出して電圧の印加を開始する動作が理想的な動作である。このように、巻線電流の電流値が電流指令上限値を越えるタイミング及び巻線電流値が電離指令下限値を下回るタイミングと、電流値の検出が行われる周期と、PWMキャリア周期とが一致する場合には、巻線電流のオーバーシュートやアンダーシュートが小さくなり、安定したトルクをSRモータから得ることができる。
また、図8は、SRモータの高回転における理想的な電流ヒステリシス制御を示すグラフである。高回転域では、相インダクタンスの立ち上がる回転角において、電圧を印加しているにもかかわらず、電流が減少する。電圧を印加し続け、電流指令上限値を越えずに巻線電流が極大となる点が電流上限指令値に等しい電流波形が得られる制御が理想的である。このとき、スイッチングロスも小さくなり、効率的なSRモータの駆動ができる。
FIG. 7 is a graph showing ideal current hysteresis control at a low rotation of the SR motor. Immediately after the winding current exceeds the current upper limit command value, the current value is detected to stop the voltage application, and immediately after the winding current falls below the current lower limit command value, the current value is detected to apply the voltage. The operation that starts the operation is an ideal operation. As described above, the timing at which the current value of the winding current exceeds the current command upper limit value, the timing at which the winding current value falls below the ionization command lower limit value, the cycle in which the current value is detected, and the PWM carrier cycle match. In this case, overshoot and undershoot of the winding current are reduced, and a stable torque can be obtained from the SR motor.
FIG. 8 is a graph showing ideal current hysteresis control at high rotation of the SR motor. In the high rotation range, the current decreases at the rotation angle at which the phase inductance rises despite the voltage being applied. Ideally, the control is such that the voltage waveform is continuously applied and the current waveform equal to the current upper limit command value is obtained at the point where the winding current becomes maximum without exceeding the current command upper limit value. At this time, the switching loss is also reduced and the SR motor can be driven efficiently.
しかしながら、一般的な電流ヒステリシス制御においては、必ずしも上述の理想的なSRモータの制御が行われるわけではない。図9は、低回転におけるオーバーシュート及びアンダーシュートを伴う電流ヒステリシス制御を示す図である。巻線電流が電流上限指令値を越える直前に、電流制御のための電流値を読込むサンプリングを行う場合は、オーバーシュートしてから、次のサンプリングを行い電圧の印加を停止するまでの時間が長くなり、オーバーシュートが大きくなる。また、アンダーシュートに対しても同様である。 However, in the general current hysteresis control, the above ideal SR motor is not necessarily controlled. FIG. 9 is a diagram illustrating current hysteresis control with overshoot and undershoot at low rotation. When sampling is performed to read the current value for current control immediately before the winding current exceeds the current upper limit command value, the time from the overshoot to the next sampling to stop voltage application Longer, more overshoot. The same applies to undershoot.
更に、図10は、高回転域における電流上限値を越えた場合の電流ヒステリシス制御を示す図である。図10に示すように、巻線電流が電流上限指令値を越えてしまうと、電圧印加を停止する。高回転時には誘起電圧が大きいので電圧印加を行っても巻線電流が減少する、更に、最小の電圧印加時間間隔の電圧印加停止であっても電圧印加を停止することで巻線電流が急激に減少する。この巻線電流の減少により、トルク損失が発生し、SRモータの駆動効率が低下する。
この問題に対し、電流指令下限値を下げることでオーバーシュートを回避する電流制御をしているものもある(例えば、特許文献1参照)。
In some cases, current control is performed to avoid overshoot by lowering the current command lower limit value (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、巻線電流が電流上限指令値を越えるオーバーシュートは解決されているが、電流下限指令値を下げてヒステリシス幅を広げオーバーシュートを回避しているために、所望の電流値との差が広がってしまうという問題がある。 However, although the overshoot in which the winding current exceeds the current upper limit command value has been solved, the current lower limit command value is lowered to widen the hysteresis width and avoid overshoot. There is a problem of spreading.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、電流指令値に対する追従性を向上させ、電源効率の良いSRモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an SR motor control device with improved power supply efficiency and improved followability to a current command value.
上記問題を解決するために、本発明は、スイッチト・リラクタンス・モータのパルス幅変調方式を適用した電流制御装置であって、前記スイッチト・リラクタンス・モータが有するロータのロータ電気角を出力する回転位置検出部と、入力される所望の巻線電流値を示す電流指令値情報、及び前記ロータ電気角情報から前記スイッチト・リラクタンス・モータの鎖交磁束による第1の誘起電圧を算出するフィードフォワード入力生成部と、前記ロータの巻線インダクタンスによる第2の誘起電圧による損失を補うI制御を行う際のIゲインとして、前記ロータ電気角に基づく値を出力するIゲインテーブル部と、前記電流指令値情報と入力される前記スイッチト・リラクタンス・モータの巻線電流値との偏差から前記Iゲインを用いるPI制御により算出される電圧値と、前記鎖交磁束による第1の誘起電圧とを加算して、加算結果から電圧を印加するパルスの幅を算出するPWMデューティ算出部と、前記PWMデューティ算出部が算出するパルス幅に基づく駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備えることを特徴とする電流制御装置。 In order to solve the above problem, the present invention is a current control device to which a pulse width modulation system of a switched reluctance motor is applied, and outputs a rotor electrical angle of a rotor included in the switched reluctance motor. A feed for calculating a first induced voltage due to a flux linkage of the switched reluctance motor from the rotational position detector, current command value information indicating a desired winding current value and the rotor electrical angle information. A forward input generation unit; an I gain table unit that outputs a value based on the rotor electrical angle as an I gain for performing I control to compensate for a loss caused by a second induced voltage due to the winding inductance of the rotor; and the current PI control using the I gain from the deviation between the command value information and the input winding current value of the switched reluctance motor. The PWM duty calculation unit that calculates the width of the pulse to apply the voltage from the addition result by adding the voltage value calculated by the above and the first induced voltage due to the flux linkage, and the PWM duty calculation unit calculates And a drive signal generation unit that generates a drive signal based on a pulse width of the current control device.
また、本発明は、上記記載の発明において、前記フィードフォワード入力生成部は、前記ロータ電気角情報に基づいて、ロータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記ロータ電気角情報に基づいて、鎖交磁束の傾きの角度項を算出するフィードフォワード・ロータ角度マップ部と、前記電流指令値情報に基づいて、鎖交磁束の傾きの電流項を算出するフィードフォワード・電流マップ部と、前記ロータの回転速度、前記鎖交磁束の傾きの角度項、及び前記鎖交磁束の傾きの電流項を乗算することで前記スイッチト・リラクタンス・モータの鎖交磁束による誘起電圧を算出するフィードフォワード入力算出部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電流制御装置。 Further, according to the present invention, in the above-described invention, the feedforward input generation unit is based on a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of a rotor based on the rotor electrical angle information, and on the rotor electrical angle information. A feedforward rotor angle map unit that calculates an angle term of the linkage flux gradient; a feedforward current map unit that calculates a current term of the linkage flux gradient based on the current command value information; and Feedforward input that calculates the induced voltage due to the linkage flux of the switched reluctance motor by multiplying the rotational speed of the rotor, the angle term of the linkage flux gradient, and the current term of the linkage flux gradient The current control apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit.
また、本発明は、上記記載の発明において、前記電流指令値情報は、前記ロータ電気角に応じて変化する電流値情報であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流制御装置。 Further, according to the present invention, in the above-described invention, the current command value information is current value information that changes in accordance with the rotor electrical angle. apparatus.
この発明によれば、フィードフォワード入力生成部が鎖交磁束による誘起電圧を算出し、PWMデューティ算出部は、フィードフォワード入力生成部が算出する誘起電圧を用いるフィードフォワード制御、及び電流指令値と巻線の電流値との偏差から、可変Iゲインを用いるPI制御により算出される電圧値を、加算して得られる電圧値から駆動信号のパルス幅を算出する構成とした。これにより、中回転域及び高回転域において追従性の向上を妨げ、電流値の低下の原因となっている相インダクタンスによる誘起電圧を算出し、SRモータの電流制御に用いている。この結果、誘起電圧の高くなる中回転域及び高回転域において、電流指令値に対する追従性を向上することが可能となる。
また、駆動信号パルスのデューティ比を可変にすることにより、オーバーシュート状態の時間を短縮することが可能となる。更に、ヒステリシス制御の場合と異なり、電流指令値を0と一定の電流値との2値だけでなく、多値情報として与えることが可能となる。
According to this invention, the feedforward input generation unit calculates the induced voltage due to the flux linkage, and the PWM duty calculation unit performs the feedforward control using the induced voltage calculated by the feedforward input generation unit, and the current command value and winding. The pulse width of the drive signal is calculated from the voltage value obtained by adding the voltage value calculated by PI control using the variable I gain from the deviation from the current value of the line. As a result, improvement in followability is prevented in the middle rotation range and high rotation range, and the induced voltage due to the phase inductance causing the decrease in the current value is calculated and used for current control of the SR motor. As a result, it is possible to improve the followability to the current command value in the middle rotation region and the high rotation region where the induced voltage is high.
Further, by making the duty ratio of the drive signal pulse variable, it is possible to shorten the time of the overshoot state. Furthermore, unlike the case of hysteresis control, the current command value can be given not only as binary values of 0 and a constant current value but also as multi-value information.
また、この発明によれば、駆動信号パルスのデューティ比を可変にして、電圧印加時間が可変となる構成にした。電圧印加時間を可変にすることで電流指令値に対しての追従性が向上している。これにより、可変の電流指令値を与えた場合においても、SRモータの制御を行うことが可能である。この結果、回転トルク発生が減少するロータの突極とステータの突極とが正対するロータ角で電流指令値を減少させることで、電力効率を改善することが可能となる。 In addition, according to the present invention, the duty ratio of the drive signal pulse is made variable so that the voltage application time is made variable. By making the voltage application time variable, the followability to the current command value is improved. Thereby, even when a variable current command value is given, the SR motor can be controlled. As a result, it is possible to improve the power efficiency by reducing the current command value at the rotor angle where the salient pole of the rotor and the salient pole of the stator face each other, where the generation of rotational torque decreases.
以下、本発明の一実施形態によるスイッチト・リラクタンス・モータ(以下、SR(Switched Reluctance)モータという)の電流制御装置を図面を参照して説明する。 Hereinafter, a current control device of a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an SR (Switched Reluctance) motor) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(原理)
電圧をv、巻線抵抗をR、巻線のインダクタンスをL、ロータ電気角速度をω、鎖交磁束を表す関数をΨ(i、θ)とするとき、SRモータの電圧方程式を変形すると次式(1)と表せる。
(principle)
When voltage is v, winding resistance is R, winding inductance is L, rotor electrical angular velocity is ω, and the function representing the interlinkage magnetic flux is Ψ (i, θ), the SR motor voltage equation is transformed as It can be expressed as (1).
式(1)の(1.3)の右辺の第1項は、巻線抵抗による電圧効果を表し、式(1)の(1.3)の右辺の第2項は、巻線のインダクタンスによる過渡項であり、式(1)の(1.3)の第3項は、ロータの回転による誘起電圧項である。 The first term on the right side of (1.3) in equation (1) represents the voltage effect due to the winding resistance, and the second term on the right side in (1.3) in equation (1) depends on the inductance of the winding. This is a transient term, and the third term of (1.3) in equation (1) is an induced voltage term due to the rotation of the rotor.
図1は、SRモータにおける相電流i、ロータ電気角θ、鎖交磁束Ψの関係を示したグラフの一例である。ここで、式(1)の(1.3)の第3項の鎖交磁束の導関数dΨ(i,θ)/dθである鎖交磁束のθに対する変化量は、図1のように鎖交磁束の各電流値におけるθ方向の傾きである。この傾きに電気角速度を乗ずることで、誘起電圧を得ることができる。また、図1に示すように、中・大電流時のロータ対向開始が最も誘起電圧が大きくなり、ロータの突極とステータの突極とが完全対向に近くなるに従い誘起電圧は小さくなる。更に、0Aから150A程度までは、電流値の変化に対して、比例して鎖交磁束数が大きくなるが、150A以上では、鎖交磁束数は電流に対して大きく変化はない。誘起電圧は鎖交磁束数の傾きに比例するので、0Aから150A程度までは、電流に比例して誘起電圧は大きくなるが、150A以上では、誘起電圧の変化はさほど大きくない。また、鎖交磁束の傾きが緩やかになる0度及び360度付近は、ロータの突極とステータの突極とが正対するロータ電気角である。 FIG. 1 is an example of a graph showing the relationship between the phase current i, the rotor electrical angle θ, and the flux linkage Ψ in the SR motor. Here, the amount of change of the interlinkage magnetic flux, which is the derivative dΨ (i, θ) / dθ of the interlinkage magnetic flux of the third term of (1.3) in Equation (1), with respect to θ is as shown in FIG. It is the inclination in the θ direction at each current value of the magnetic flux. An induced voltage can be obtained by multiplying this inclination by the electrical angular velocity. Further, as shown in FIG. 1, the induced voltage becomes the largest when the rotor facing starts at medium and large currents, and the induced voltage becomes smaller as the rotor salient pole and the stator salient pole become nearly completely opposed. Further, from 0 A to about 150 A, the number of flux linkages increases in proportion to the change of the current value, but at 150 A or more, the number of flux linkages does not change greatly with respect to the current. Since the induced voltage is proportional to the gradient of the number of flux linkages, the induced voltage increases in proportion to the current from 0A to 150A, but the change in the induced voltage is not so large at 150A or more. Further, the vicinity of 0 degree and 360 degrees at which the gradient of the interlinkage magnetic flux becomes gentle is the rotor electrical angle at which the salient pole of the rotor and the salient pole of the stator face each other.
SRモータの電流制御を、式(1)の(1.3)の第3項をフィードフォワード入力することで行う。電流値とロータ電気角値との2次元のテーブルを用意し、テーブルに記憶させる値として鎖交磁束のθ方向の傾きを用意しておき、ロータ電気角速度と乗算することで、誘起電圧が求められ、入力電圧に加えることでフィードフォワード入力する情報が定まる。以下、電流値とロータ電気角値との2次元のテーブルをフィードフォワード・マップという。 The current control of the SR motor is performed by feedforward input of the third term of (1.3) in the equation (1). Prepare a two-dimensional table of current values and rotor electrical angle values, prepare the gradient of the linkage flux in the θ direction as a value to be stored in the table, and multiply the rotor electrical angular velocity to determine the induced voltage. The information to be fed forward is determined by adding to the input voltage. Hereinafter, a two-dimensional table of current values and rotor electrical angle values is referred to as a feedforward map.
フィードフォワード・マップは、SRモータの磁化特性より求められる。SRモータの磁化特性は、ロータ対向時の磁化特性と、ロータ電気角のインダクタンス値を用いることで、次式(2)のように表される。 The feedforward map is obtained from the magnetization characteristics of the SR motor. The magnetization characteristic of the SR motor is expressed by the following equation (2) by using the magnetization characteristic when the rotor is opposed and the inductance value of the rotor electrical angle.
ここで、Lmaxは、巻線の最大インダクタンスを表し、Lminは、巻線の最小インダクタンスを表し、L(θ)は、ロータ電気角θにおける巻線のインダクタンスを示す関数である。式(2)の両辺をθで微分することで、電流値とロータ電気角θとで定まるθ方向の鎖交磁束の傾きが得られる。次式(3)は、鎖交磁束の傾きを表している。 Here, L max represents the maximum inductance of the winding, L min represents the minimum inductance of the winding, and L (θ) is a function indicating the inductance of the winding at the rotor electrical angle θ. By differentiating both sides of Equation (2) by θ, the gradient of the linkage flux in the θ direction determined by the current value and the rotor electrical angle θ can be obtained. The following equation (3) represents the gradient of the flux linkage.
式(3)は、フィードフォワード制御に用いる数値を算出に用いる式であり、鎖交磁束のθの変化に対する鎖交磁束の傾きは電流iとロータ電気角θとの2つの変数で表されるが、右辺の電流の項とロータ電気角の項とを乗算で分けることができる。これにより、フィードフォワード・マップを、電流値iのテーブルとロータ電気角θとの1次元テーブルとを用意し、ぞれぞれの1次元テーブルで得られる数値を乗算することで、フィードフォワード・マップの値を算出する構成にすることが可能である。 Equation (3) is an equation that uses the numerical values used for feedforward control for calculation, and the gradient of the linkage flux with respect to the change in linkage flux θ is expressed by two variables, current i and rotor electrical angle θ. However, the current term and the rotor electrical angle term on the right side can be divided by multiplication. As a result, a feedforward map is prepared by preparing a table of current values i and a one-dimensional table of the rotor electrical angle θ, and multiplying the feedforward map by a numerical value obtained from each one-dimensional table. It is possible to employ a configuration for calculating a map value.
(本実施形態)
図2は、本実施形態によるSRモータ5の電流制御装置1の内部構成と、電流指令装置2、ドライバ装置3、バッテリ4、SRモータ5、電流センサ6及び回転検出センサ7との接続を示す概略ブロック図である。
(This embodiment)
FIG. 2 shows the internal configuration of the current control device 1 of the
電流制御装置1は、電流指令装置2の生成する電流指令値情報が入力される。電流指令装置2が生成する電流指令値は、例えば、電動車両の場合、アクセルの踏込み量に応じた値を示す情報である。また、電流制御装置1は、ドライバ装置3にSRモータ5が有する駆動相ごとの駆動信号を出力する。ドライバ装置3は、入力される駆動信号に応じて、バッテリ4から供給される電源をSRモータ5に供給する。バッテリ4は、例えば12Vの鉛電池を6個直列に接続した72Vを供給する電源である。電流センサ6は、ドライバ装置3からSRモータ5に供給される電流値を検出して、電流制御装置1に出力する。回転検出センサ7は、例えば、レゾルバなどのロータ回転検出センサであり、SRモータ5のロータの回転角を検出し電流制御装置1に出力する。
The current control device 1 receives current command value information generated by the current command device 2. For example, in the case of an electric vehicle, the current command value generated by the current command device 2 is information indicating a value corresponding to the accelerator depression amount. In addition, the current control device 1 outputs a drive signal for each drive phase of the
電流制御装置1は、フィードフォワード入力生成部20、PWMデューティ算出部14、Iゲインテーブル部15、駆動信号生成部16、転流信号生成部17、回転位置検出部18、進角・通電角テーブル部19を備える。なお、フィードフォワード入力生成部20は、フィードフォワード・電流マップ部10、回転速度検出部11、フィードフォワード入力算出部12、フィードフォワード・ロータ角度マップ部13を有している。
The current control device 1 includes a feedforward
フィードフォワード入力生成部20は、電流指令装置2から入力される電流指令値情報、及びSRモータ5のロータ電気角情報が入力され、入力される2つの情報を用いて、式(3)の演算を行い、演算結果にロータ電気角を乗算することにより、SRモータ5の鎖交磁束による誘起電力を算出する機能を有している。
The feedforward
フィードフォワード・電流マップ部10は、電流指令値に応じた誘起電圧を算出に用いる鎖交磁束の傾きを算出する式(3)の右辺第1項の鎖交磁束の傾きの電流項を表すテーブルを備えている。鎖交磁束の傾きの電流項を表すテーブルは、電流値に対する鎖交磁束の傾きの電流項が電流値ごとに対応付けられて記憶されている。また、フィードフォワード・電流マップ部10は、電流指令装置2から電流指令値情報が入力され、入力された電流指令値情報に対応する数値情報をテーブルから得てフィードフォワード入力算出部12に出力する。
The feedforward /
回転速度検出部11は、回転位置検出部18から入力されるロータ電気角情報と、過去の回転位置検出部18から入力されたロータ電気角情報との差分からSRモータ5のロータの回転速度を算出する。また、回転速度検出部11は、算出する回転速度情報をフィードフォワード入力算出部12及び進角・通電角テーブル部19に出力する。
The rotational speed detector 11 determines the rotational speed of the rotor of the
フィードフォワード入力算出部12は、フィードフォワード・電流マップ部10から式(3)の右辺第1項に対応する数値情報が入力され、回転速度検出部11からSRモータ5が有するロータの回転速度情報が入力され、フィードフォワード・ロータ角度マップ部13から、式(3)の右辺第2項に対応する数値情報が入力される。また、フィードフォワード入力算出部12は、入力される3つの数値情報から、鎖交磁束による誘起電圧を算出し、算出した鎖交磁束による誘起電圧を示す情報をPWMデューティ算出部14にフィードフォワード制御に用いる情報として出力する。
The feedforward
フィードフォワード・ロータ角度マップ部13は、式(3)で表される鎖交磁束の傾きを得る際に用いる式(3)の右辺第2項の値をロータ電気角に応じた値を予め記憶するテーブルを備えている。また、フィードフォワード・ロータ角度マップ部13は、回転位置検出部18から入力されるSRモータ5のロータ電気角情報を用いて、備えるテーブルから鎖交磁束の傾きの角度項を得て、フィードフォワード入力算出部12に出力する。フィードフォワード・ロータ角度マップ部13が備えるテーブルは、ロータ電気角に対する鎖交磁束の傾きの角度項の数値がロータ電気角ごとに対応付けられて記憶するテーブルである。
The feedforward rotor
なお、鎖交磁束の傾きを求めるためのテーブルは、式(3)に基づき電流値iとロータ電気角θの2変数を与えることにより鎖交磁束の傾き、すなわち、鎖交磁束のθの変化に対する変化量を得るものである。電流値iとロータ電気角θとの乗算で表されることから、2次元のテーブルを用意せずに、電流値iとロータ電気角θとのそれぞれの1次元テーブルであるフィードフォワード・電流マップ部10が出力する鎖交磁束の傾きの電流項及びフィードフォワード・ロータ角度マップ部13が出力する鎖交磁束の傾きの角度項をフィードフォワード入力算出部12で乗算する構成にしている。これにより、2次元テーブルを用いた場合に比べ、テーブルの記憶領域を削減している。
The table for determining the gradient of the linkage flux provides the gradient of the linkage flux, that is, the change in θ of the linkage flux, by giving two variables of the current value i and the rotor electrical angle θ based on the equation (3). The amount of change with respect to is obtained. Since it is represented by multiplication of the current value i and the rotor electrical angle θ, a feed-forward current map that is a one-dimensional table of each of the current value i and the rotor electrical angle θ without preparing a two-dimensional table. The feedforward
PWMデューティ算出部14は、電流指令装置2から電流指令値情報が入力され、フィードフォワード入力算出部12から式(1)の(1.3)の第3項で示される鎖交磁束による誘起電圧を示す情報が入力される。また、PWMデューティ算出部14は、Iゲインテーブル部15からSRモータ5のロータ電気角に応じたIゲインが入力される。また、PWMデューティ算出部14は、電流センサ6により計測されるドライバ装置3からSRモータ5に供給される電源の電流値情報が入力される。
The
更に、PWMデューティ算出部14は、電流指令装置2から入力される電流指令値情報と、電流センサ6から入力される電流値情報とを用いて、電流指令値とSRモータ5に流れる電流値との偏差を減算して算出する。また、PWMデューティ算出部14は、算出した偏差とPゲインとを用いてP制御によるP制御入力値としての電圧値を算出する。また、PWMデューティ算出部14は、算出した偏差の積分値と、Iゲインテーブル部15から入力された可変のIゲインとを用いて、I制御によるI制御入力値を算出する。そして、PWMデューティ算出部14は、P制御で算出した電圧値、I制御で算出した電圧値、及びフィードフォワード入力算出部12から入力された誘起電圧情報を加算する。
PWMのパルス幅の算出は、PI制御で得られる電圧値、及びフィードフォワード入力算出部12から入力される誘起電圧値を加算し、加算で得られた電圧値を電圧指令値とする。電圧指令値で示される電圧が、電流指令値に対応するSRモータ5に印加される電圧値となり、電圧指令値をバッテリ4から供給する電圧値で除算した値がスイッチング周期における電圧を印加する時間の割合、すなわちパルス幅のデューティ比になる。例えば、バッテリ4から供給される電圧が72Vであり、電圧指令値が36Vであるとき、電圧を印加する時間のデューティ比は50%になる。PWMデューティ算出部14の出力は、例えば、0%から100%までの値を0から1000を用いて、0.1%刻みの値を出力する。
また、PWMデューティ算出部14は、算出したPWMのデューティ比を示す情報を駆動信号生成部16に出力する。つまり、PWMデューティ算出部14は、フィードフォワード制御、及び可変Iゲインを用いたPI制御を併用してパルス幅の算出を行う。
Further, the PWM
The PWM pulse width is calculated by adding the voltage value obtained by PI control and the induced voltage value input from the feedforward
The
Iゲインテーブル部15は、式(1)の(1.3)の第2項のインダクタンスによる誘起電圧による電圧の損失を補うために行うI制御に用いるIゲインを得るためのものである。Iゲインテーブル部15は、フィードフォワード・ロータ角度マップ部13が有するロータ電気角ごとに対応付けられた数値を記録しているテーブルに記録されている数値に、制御対象となるSRモータ5の特性に基づく積分定数を乗じた数値を記録したテーブルを備えている。Iゲインテーブル部15は、回転位置検出部18から入力されるSRモータ5のロータ電気角情報に基づいて、ロータ電気角に対応付けられて記憶されている数値をテーブルから読み出してPWMデューティ算出部14で行うI制御のIゲインとして、PWMデューティ算出部14に出力する。
Iゲインテーブル部15が備えるテーブルは、ロータ電気角に対する巻線インダクタンスL(θ)の傾き、すなわち、巻線インダクタンスの導関数dL(θ)/dθの実測値と積分定数(Ki)とを乗算し、乗算して得られた数値がθごとに記録されている。ここで、積分定数(Ki)は、巻線の抵抗値とバッテリ4の内部抵抗値との合成抵抗値(R)を電流制御時定数(T)で除算した数値である、つまり、(Ki)=(R)/(T)。なお、電流制御時定数(T)は、電流制御周期であるスイッチング周期の2倍程度の値とする。
The I gain
The table provided in the I
駆動信号生成部16は、PWMデューティ算出部14から入力されるPWMデューティ比を示す情報と、転流信号生成部17から入力されるSRモータ5の駆動相を示す情報とを用いて駆動信号情報を生成する。また、駆動信号生成部16は、生成した駆動信号情報をドライバ装置3に出力する。
The drive
転流信号生成部17は、進角・通電角テーブル部19から入力される進角値情報及び通電角値情報と、回転位置検出部18から入力されるSRモータ5のロータ電気角情報とを用いて、通電するSRモータ5のステータ相を選択する。また、転流信号生成部17は、選択したステータ相を示す情報を駆動信号生成部16に出力する。
The commutation signal generation unit 17 receives the advance angle value information and energization angle value information input from the advance angle / energization
回転位置検出部18は、回転検出センサ7、例えばレゾルバなどのセンサ、から入力される情報をデジタル情報のロータ電気角情報に変換し、変換したロータ電気角情報を回転速度検出部11、フィードフォワード・ロータ角度マップ部13、Iゲインテーブル部15、及び転流信号生成部17に出力する。
The rotation
進角・通電角テーブル部19は、制御対象となるSRモータ5の特性に応じた、ロータ回転速度及び電流指令値により進角値を得られる進角値テーブル、及びロータ回転速度及び電流指令値により通電角値を得られる通電角値テーブルを予め備える。また、進角・通電角テーブル部19は、回転速度検出部11から入力される回転速度情報、及び電流指令装置2から入力される電流指令値情報を用いて、進角値テーブルと通電角値テーブルとから得られる進角値情報及び通電角値情報を転流信号生成部17に出力する。
The advance / energization
以上の構成を備えることで、電流制御装置1は、PWMデューティ算出部14において、目標となる電圧が算出され、算出された目標電圧が得られるPWMのデューティを算出する。電流制御装置1は、駆動信号生成部16が、PWMデューティ算出部14が算出したPWMのデューティを用いた駆動信号を生成するフィードフォワード制御とPI制御とを用いた電流制御を行う。
With the above-described configuration, the current control apparatus 1 calculates the duty of the PWM from which the target voltage is calculated and the calculated target voltage is obtained in the PWM
また、電流制御装置1は、主に、誘起電圧が大きくなるSRモータ5の中高回転域において、予め誘起電圧を算出し、算出した誘起電圧に応じた駆動信号パルスのデューティ比を定める。これにより、中高回転域における相インダクタンスによる誘起電圧による電流減少を前提とした電流制御を行うために、電流指令値に対する追従性が向上する。また、SRモータ5の出力を安定させて出力効率を向上させることが可能となる。
In addition, the current control device 1 calculates the induced voltage in advance in the middle and high rotation range of the
図3は、従来の電流ヒステリシス制御信号と、電流制御装置1の出力する電流制御信号とを比較した図である。従来の電流ヒステリシス制御では、ドライバ装置3に応じて定められるスイッチング周期及び最小オン・オフ時間の区切りで、電圧印加のオン・オフの切替が行われ、最小オン・オフ時間ごとに電圧印加をするか否かを選択している。これに対して、電流制御装置1においては、従来と同じスイッチング周期でSRモータ5の電流制御を行うが、パルスのデューティ比を変更することにより、電圧印加時間の変更を行うことが可能になる。パルスのデューティ比が50%対50%のみであった従来の電流ヒステリシス制御に比べ、SRモータ5の回転数、電流指令値等に応じて電圧印加する時間をパルスのデューティ比を変更することできるので、電流指令値に対しての追従性を向上させることが可能である。
FIG. 3 is a diagram comparing a conventional current hysteresis control signal and a current control signal output from the current control device 1. In conventional current hysteresis control, voltage application is switched on and off at intervals of a switching cycle and a minimum on / off time determined according to the
また、図4(a)に示す従来の電流指令値情報として用いられていた矩形の電流指令だけでなく、図4(b)に示すような任意の波形の電流指令値情報を用いることが可能になる。また、SRモータ5においては、ロータの突極とステータの突極とが対向する位置においては、トルクの発生が減少する。このとき、電流指令値を減少させる制御を行うことにより、トルク発生に寄与しない電力消費を抑えることで電力―トルク効率を向上させることが可能となる。
In addition to the rectangular current command used as the conventional current command value information shown in FIG. 4A, current command value information having an arbitrary waveform as shown in FIG. 4B can be used. become. Further, in the
次に、図5は、低回転域における電流制御装置1が行う電流制御を示した図である。低回転域においては、電流指令値を含む範囲で電流値が振動するような電流制御が行われる。また、パルス幅を可変にすることで電圧印加時間が可変にできるため、従来の電流ヒステリシス制御に比べ、電流指令値に対しての追従性を改善することが可能になる。 Next, FIG. 5 is a diagram showing current control performed by the current control device 1 in the low rotation range. In the low speed range, current control is performed such that the current value oscillates in a range including the current command value. Further, since the voltage application time can be made variable by making the pulse width variable, it is possible to improve the followability to the current command value as compared with the conventional current hysteresis control.
また、図6は、高回転域における電流制御装置1が行う電流制御を示した図である。高回転域においては、インダクタンスが大きくなる直前に電流指令値を越えたとしても、フィードフォワード制御の効果により、パルスのデューティが変更され、電圧印加が停止される時間が短く設定される。これにより、誘起電力による急激な電流値の減少を避けることが可能となる。従来の電流ヒステリシス制御と比べ、電流値の急激な減少がないために、SRモータ5は安定したトルクを供給することが可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing current control performed by the current control device 1 in the high rotation range. In the high rotation range, even if the current command value is exceeded immediately before the inductance increases, the pulse duty is changed and the time for stopping the voltage application is set short due to the effect of the feedforward control. Thereby, it is possible to avoid a sudden decrease in the current value due to the induced power. Compared to the conventional current hysteresis control, the
上述の電流制御装置1は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した鎖交磁束による誘起電圧の算出、算出した誘起電圧とPI制御によるパルスのデューティの算出の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 The above-described current control device 1 has a computer system inside. The process of calculating the induced voltage by the interlinkage magnetic flux and the calculation of the calculated induced voltage and the duty of the pulse by PI control is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program. The above processing is performed by the computer reading and executing. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
1…電流制御装置、2…電流指令装置、3…ドライバ装置、4…バッテリ
5…SRモータ、6…電流センサ、7…回転検出センサ
10…フィードフォワード・電流マップ部
11…回転速度検出部
12…フィードフォワード入力算出部
13…フィードフォワード・ロータ角度マップ部
14…PWMデューティ算出部
15…Iゲインテーブル部
16…駆動信号生成部
17…転流信号生成部
18…回転位置検出部
19…進角・通電角テーブル部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current control apparatus, 2 ... Current command apparatus, 3 ... Driver apparatus, 4 ...
Claims (3)
前記スイッチト・リラクタンス・モータが有するロータのロータ電気角を出力する回転位置検出部と、
入力される所望の巻線電流値を示す電流指令値情報、及び前記ロータ電気角情報から前記スイッチト・リラクタンス・モータの鎖交磁束による第1の誘起電圧を算出するフィードフォワード入力生成部と、
前記ロータの巻線インダクタンスによる第2の誘起電圧による損失を補うI制御を行う際のIゲインとして、前記ロータ電気角に基づく値を出力するIゲインテーブル部と、
前記電流指令値情報と入力される前記スイッチト・リラクタンス・モータの巻線電流値との偏差から前記Iゲインを用いるPI制御により算出される電圧値と、前記鎖交磁束による第1の誘起電圧とを加算して、加算結果から電圧を印加するパルスの幅を算出するPWMデューティ算出部と、
前記PWMデューティ算出部が算出するパルス幅に基づく駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備える、
ことを特徴とする電流制御装置。 A current control device applying a pulse width modulation method of a switched reluctance motor,
A rotational position detector that outputs a rotor electrical angle of a rotor of the switched reluctance motor;
A feedforward input generation unit that calculates a first induced voltage due to a linkage flux of the switched reluctance motor from current command value information indicating a desired winding current value and the rotor electrical angle information;
An I gain table unit that outputs a value based on the rotor electrical angle as an I gain when performing I control to compensate for a loss caused by a second induced voltage due to the winding inductance of the rotor;
A voltage value calculated by PI control using the I gain from a deviation between the current command value information and the input winding current value of the switched reluctance motor, and a first induced voltage caused by the linkage flux And a PWM duty calculator for calculating the width of a pulse for applying a voltage from the addition result,
A drive signal generator that generates a drive signal based on the pulse width calculated by the PWM duty calculator;
Comprising
A current control device.
前記ロータ電気角情報に基づいて、ロータの回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記ロータ電気角情報に基づいて、鎖交磁束の傾きの角度項を算出するフィードフォワード・ロータ角度マップ部と、
前記電流指令値情報に基づいて、鎖交磁束の傾きの電流項を算出するフィードフォワード・電流マップ部と、
前記ロータの回転速度、前記鎖交磁束の傾きの角度項、及び前記鎖交磁束の傾きの電流項を乗算することで前記スイッチト・リラクタンス・モータの鎖交磁束による誘起電圧を算出するフィードフォワード入力算出部と、
を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の電流制御装置。 The feedforward input generator is
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the rotor based on the rotor electrical angle information;
Based on the rotor electrical angle information, a feedforward rotor angle map unit that calculates an angle term of the linkage flux gradient,
Based on the current command value information, a feedforward / current map unit that calculates a current term of the linkage flux gradient,
Feed forward for calculating the induced voltage due to the linkage flux of the switched reluctance motor by multiplying the rotational speed of the rotor, the angle term of the linkage flux gradient, and the current term of the linkage flux gradient An input calculator;
Comprising
The current control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流制御装置。 The current command value information is current value information that changes according to the rotor electrical angle.
The current control device according to claim 1, wherein the current control device is a current control device.
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