JP5204463B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、3相永久磁石同期モータをインバータのパルス幅変調によって制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls a three-phase permanent magnet synchronous motor by pulse width modulation of an inverter.
一般に、交流モータを駆動するインバータの制御方式として、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御が広く用いられており、3相の永久磁石同期モータでは、U,V,Wの各相毎に正弦波の相電圧指令を生成し、この相電圧指令を3角波キャリアと比較することで、3相のPWM制御を行っている。 Generally, PWM (Pulse Width Modulation) control is widely used as a control method for an inverter that drives an AC motor. In a three-phase permanent magnet synchronous motor, each of U, V, and W phases is used. A three-phase PWM control is performed by generating a sine wave phase voltage command and comparing the phase voltage command with a triangular wave carrier.
しかしながら、この3角波キャリア比較のPWM制御では、正常に変調を実行するためには、各相の電圧指令がキャリアの振幅内にあることが必要であり、インバータの出力電圧の基本波の振幅は、直流電圧の√3/2以下に制限される。このため、直流電圧の電圧利用率が低いという問題があり、モータの効率向上及び高回転駆動を行う上での支障となっている。 However, in this triangular wave carrier comparison PWM control, in order to perform the modulation normally, the voltage command of each phase needs to be within the amplitude of the carrier, and the amplitude of the fundamental wave of the output voltage of the inverter Is limited to √3 / 2 or less of the DC voltage. For this reason, there is a problem that the voltage utilization rate of the DC voltage is low, which is an obstacle to improving the efficiency of the motor and driving at a high speed.
これに対処するに、非特許文献1や特許文献1に記載されているように、各相の電圧指令値に基本波の3倍の周波数の3次高調波を重畳させて電圧指令のピーク値を小さくすることで、出力電圧の基本波成分の最大値を大きくしてインバータの電圧利用率を向上する技術が知られている。
しかしながら、3次高調波を重畳する従来の技術では、基本波の電圧指令とは別に、基本波の3倍の周波数の正弦波を発生させる必要があるばかりでなく、電圧指令の基本波成分と3倍の周波数の正弦波とを同期させなければならないことから、制御系が複雑になるという問題がある。また、これに伴って複雑な演算を要して処理時間が増加し、システム負荷が増大して制御性が低下する虞がある。 However, in the conventional technique for superimposing the third harmonic, not only the voltage command of the fundamental wave but also a sine wave having a frequency three times that of the fundamental wave needs to be generated. There is a problem that the control system becomes complicated because it is necessary to synchronize with a sine wave of three times the frequency. In addition, a complicated calculation is required to increase the processing time, and the system load may increase and the controllability may decrease.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、3次高調波を重畳させた相電圧指令と同等の相電圧指令を簡単な演算で高速に生成し、インバータの電圧利用率を向上させて制御性を向上させることのできるモータ制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and generates a phase voltage command equivalent to a phase voltage command in which the third-order harmonics are superimposed at high speed by a simple calculation, and improves the voltage utilization rate of the inverter for control. An object of the present invention is to provide a motor control device capable of improving the performance.
上記目的を達成するため、本発明によるモータ制御装置は、3相永久磁石同期モータをインバータのパルス幅変調によって制御するモータ制御装置であって、上記インバータを介して上記モータを制御するための3相電圧指令値を、正弦波の基本指令値として生成する基本指令値生成部と、上記基本指令値を所定の比例ゲインで増幅すると共に所定のリミッタ値で波高値を制限し、パルス幅変調のための新たな3相電圧指令値として上記基本指令値を補正する電圧補正部とを備え、上記比例ゲイン及び上記リミッタ値を、上記3相電圧指令値の波高値或いはdq軸上の電圧の波高値と閾値との大小関係に応じて変更することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a motor control device according to the present invention is a motor control device that controls a three-phase permanent magnet synchronous motor by pulse width modulation of an inverter, and controls the motor via the inverter. A basic command value generator for generating a phase voltage command value as a sine wave basic command value, amplifying the basic command value with a predetermined proportional gain, and limiting a peak value with a predetermined limiter value, And a voltage correction unit that corrects the basic command value as a new three-phase voltage command value . The proportional gain and the limiter value are set to a peak value of the three-phase voltage command value or a voltage wave on the dq axis. It changes according to the magnitude relationship between a high value and a threshold value .
本発明によれば、3次高調波を重畳させた相電圧指令と同等の相電圧指令を簡単な演算で高速に生成することができ、インバータの電圧利用率を向上させて制御性を向上させることができる。 According to the present invention, a phase voltage command equivalent to a phase voltage command in which the third harmonic is superimposed can be generated at high speed by a simple calculation, and the controllability is improved by improving the voltage utilization rate of the inverter. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図5は本発明の実施の第1形態に係り、図1はモータ制御装置の全体構成図、図2はモータ制御系のブロック図、図3は電圧補正部のブロック図、図4は電圧指令補正処理を示すフローチャート、図5は電圧指令値の波形を示す波形図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor control device, FIG. 2 is a block diagram of a motor control system, FIG. 3 is a block diagram of a voltage correction unit, and FIG. Is a flowchart showing voltage command correction processing, and FIG. 5 is a waveform diagram showing a waveform of a voltage command value.
図1に示すように、本実施の形態のモータ制御装置1は、3相永久磁石同期電動機(PMモータ)2を駆動するインバータ3と、このインバータ3を駆動回路部10を介して制御するコントローラ20とを主として構成されている。インバータ3は、パワーMOSFET等のスイッチング素子Q1〜Q6を使用した3相ブリッジ型インバータであり、スイッチング素子Q1,Q2を直列接続して構成されるアームと、スイッチング素子Q3,Q4を直列接続して構成されるアームと、スイッチング素子Q5,Q6を直列接続して構成されるアームとが並列に接続されている。尚、各スイッチング素子Q1〜Q6には、それぞれ、環流用ダイオードD1〜D6が逆方向で並列に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
インバータ3の各アームの上段側(ハイサイド側)のスイッチング素子Q1,Q3,Q5は、平滑コンデンサや蓄電池等の直流電力の供給側に配設された蓄電装置4のプラス側に接続され、各アームの下段側(ローサイド側)のスイッチング素子Q2,Q4,Q6は、蓄電装置4のマイナス側に接続されている。また、各アームのハイサイド側とローサイド側との中間接続点は、それぞれ、PMモータ2の電機子巻線のU,V,W相の各端子に接続されている。
The switching elements Q1, Q3, Q5 on the upper side (high side) of each arm of the
コントローラ20は、マイクロコンピュータを中心として、各種タイマ・カウンタ、ロジック回路、演算器等を含んで構成され、PMモータ2に対する制御システム内で生成されるトルク指令等に従って、インバータ3をPWM制御するための3相電圧指令を生成する。すなわち、コントローラ20は、蓄電装置4の電圧を検出する電圧センサ5、PMモータ2のU,V,W相の各交流電流を検出する電流センサ6,7,8、PMモータ2のロータ位置を検出する位置センサ9からの信号に基づいて、d軸(磁石が発生する磁束の方向)及びq軸(d軸に直交する方向)のベクトル制御により、U,V,W相の3相の電圧指令を生成する。更に、コントローラ20は、各相の電圧指令値と3角波キャリア信号とを比較してPWM制御信号を生成し、駆動回路部10に出力する。
The
駆動回路部10は、コントローラ20からのPWM制御信号に従ってインバータ3のスイッチング素子Q1〜Q6を駆動するゲート信号を生成し、スイッチング素子Q1〜Q6を所定の周波数で駆動する。これにより、PMモータ2に供給される電流の振幅及び位相が制御され、PMモータ2が所定の回転数で回転する。
The
コントローラ20によるPMモータ2の制御は、例えば、電気自動車に搭載される走行用モータ等の高回転モータを考慮したものであり、特徴的には、正弦波を基本とする相電圧指令に3次高調波を重畳させた電圧指令と同等の電圧指令を簡単な演算で高速に生成し、インバータ3における電圧利用率を向上させる。
The
このため、図2に示すように、コントローラ20は、インバータ3を介してPMモータ2を制御するための3相電圧指令値を正弦波の基本指令値として生成する基本指令値を生成する基本指令値生成部20aと、この基本指令値生成部で生成した3相電圧指令値を補正し、PWM制御のための新たな相電圧指令値とする電圧補正部20bとを主要構成としている。基本指令値生成部20aは、電流指令値生成部21、3相−2相座標変換部22、減算器23,24、PI(比例積分)制御部25,26、2相−3相座標変換部27等を備えている。
Therefore, as shown in FIG. 2, the
基本指令値生成部20aは、電流指令値生成部21において、外部から入力されるトル指令値等からd軸の電流指令値idcmdとq軸の電流指令値iqcmdとを生成し、また、3相−2相座標変換部22において、電流センサ6,7,8によって検出したU,V,W相の各電流iu feed、iv feed、iw feedを、位置センサ9で検出した電気角θeに基づいて、d軸上での電流検出値idfeed、q軸上での電流検出値iqfeedに変換する。
The basic command
そして、減算器23,24により、d軸電流指令値idcmdとd軸電流検出値idfeedとの偏差、q軸電流指令値iqcmdとq軸電流検出値iqfeedとの偏差を算出し、PI制御部25,26で、それぞれ比例積分制御を行い、d軸電圧指令値Vdcmd、q軸電圧指令値Vqcmdを生成する。
Then, the
PI制御部25からのd軸電圧指令値Vdcmd、及びPI制御部26からのq軸電圧指令値Vqcmdは、2相−3相座標変換部27に入力され、電気角θeに基づく2相−3相変換により、U,V,W相毎の相電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdが正弦波の基本指令値として生成される。
The d-axis voltage command value Vd cmd from the
詳細には、2相−3相の間の変換は、以下に示す(1),(2)式を用いて実行される。
Specifically, the conversion between the two phases and the three phases is executed using the following equations (1) and (2).
2相−3相変換されたU,V,W相の相電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdは、2/3πの位相差を持った基本正弦波の指令値であり、波高値Vacを用いて以下の(3)〜(5)式で表現することができる。
Vucmd=Vac×sinθe …(3)
Vvcmd=Vac×sin(θe−2/3×π)…(4)
Vwcmd=Vac×sin(θe+2/3×π)…(5)
The phase voltage command values Vu cmd , Vv cmd , and Vw cmd of the U, V, and W phases after the two-phase to three-phase conversion are basic sine wave command values having a phase difference of 2 / 3π, and the peak value Vac Can be expressed by the following equations (3) to (5).
Vu cmd = Vac × sin θe (3)
Vv cmd = Vac × sin (θe−2 / 3 × π) (4)
Vw cmd = Vac × sin (θe + 2/3 × π) (5)
次に、電圧補正部20bは、2相−3相座標変換部27で生成されたU,V,W相毎の正弦波の相電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdに対して、d軸電圧指令値Vdcmd,q軸電圧指令値Vqcmdを用いた補正を行い、近似的に3次高調波を重畳させた新たな相電圧指令値Vucmd2,Vvcmd2,Vwcmd2を生成する。
Next, the
一般に、基本正弦波に3次高調波を重畳した電圧指令値は、(3)〜(5)式で示す電圧指令値に、ゲインG(G<1)による波高値を有する3次の整数倍の高調波成分を位相0点が一致するように同期して加算することで生成される。3次高調波を重畳した電圧指令値Vucmd3,Vvcmd3,Vwcmd3は、以下の(6)〜(8)式に示すようになる。この場合、ゲインGは、G=1/6とすることが最適であるが、モータや回路特性等に応じて若干の調整が可能である。
Vucmd3=Vac(sinθe+G×sin3θe)…(6)
Vvcmd3=Vac(sin(θe−2/3×π)+G×sin3θe)…(7)
Vwcmd3=Vac(sin(θe+2/3×π)+G×sin3θe)…(8)
In general, a voltage command value obtained by superimposing a third harmonic on a basic sine wave is a third order integer multiple having a peak value with a gain G (G <1) in addition to the voltage command value expressed by the equations (3) to (5). Are generated in synchronism so that the phase 0 points coincide with each other. Voltage command values Vu cmd3 , Vv cmd3 , and Vw cmd3 on which the third harmonic is superimposed are as shown in the following equations (6) to (8). In this case, the gain G is optimally set to G = 1/6, but can be slightly adjusted according to the motor and circuit characteristics.
Vu cmd3 = Vac (sin θe + G × sin 3θe) (6)
Vv cmd3 = Vac (sin (θe−2 / 3 × π) + G × sin3θe) (7)
Vw cmd3 = Vac (sin (θe + 2/3 × π) + G × sin3θe) (8)
この3次高調波を重畳した電圧指令の波形は、図5に実線で示すような波形となり、インバータ3の電圧利用率を向上させて出力電圧を上昇させ、PMモータ2を高回転まで駆動することが可能となる。しかしながら、このような波形を生成するには、(1),(2)式と同様の交流値での複雑な演算が必要になり、演算量が多大となってコンピュータの負荷が増大し、制御性の低下を招く虞がある。
The waveform of the voltage command on which the third harmonic is superimposed becomes a waveform as shown by a solid line in FIG. 5. The voltage utilization rate of the
従って、本実施の形態においては、簡単な演算で3次高調波の重畳を近似することにより、演算負荷を増大させることなく、3次高調波を重畳させた電圧指令と同等の効果を発揮させる。具体的には、2相−3相変換部27からの正弦波の相電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdを、電圧補正部20bにおいて、比例ゲインKによって振幅方向に増幅し、増幅した波形の上下の波高値をリミッタ値Vlimで制限することにより略台形状の波形を生成し、3次高調波が重畳した波形を近似する。
Therefore, in the present embodiment, by approximating the superposition of the third harmonic by a simple calculation, the same effect as the voltage command in which the third harmonic is superimposed is exhibited without increasing the calculation load. . Specifically, sinusoidal phase voltage command values Vu cmd , Vv cmd , Vw cmd from the two-phase / three-
このため、電圧補正部20bは、図3に示すように、2相−3相座標変換部27で生成した相電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdを、それぞれ比例ゲインKで補正するゲイン補正部30,31,32、d軸電圧指令値Vdcmd及びq軸電圧指令値Vqcmdからリミッタ値Vlimを演算するリミッタ値演算部33,比例ゲインKで補正した各相の電圧指令値をリミッタ値Vlimで制限するリミッタ回路部34,35,36を備えている。
Therefore, the
本実施の形態においては、比例ゲインK、リミッタ値Vlimは、U,V,Wの各相で同じ値を適用し、ゲイン補正部30,31,32は、比例ゲインKをシステム固定のデータとして保有しているものとする。以下、比例ゲインK及びリミッタ値Vlimについて、U相の交流電圧指令値Vucmdを代表的に用いて説明する。
In the present embodiment, the proportional gain K and the limiter value Vlim are applied to the same value in each of the U, V, and W phases, and the
先ず、比例ゲインKに関して、(6)式の右辺における3角関数に関する項は、3倍角の公式を用いて、以下の(9)式のように分解することができる。
sinθe+G×sin3θe=sinθe+G×(3sinθe−4sin3θe)
=sinθe+3G×sinθe−4G×sin3θe …(9)
First, regarding the proportional gain K, the term relating to the triangular function on the right side of the equation (6) can be decomposed as the following equation (9) using the triple angle formula.
sin θe + G × sin 3θe = sin θe + G × ( 3 sin θe−4 sin 3 θe)
= Sin θe + 3G × sin θe−4G × sin 3 θe (9)
ここで、(9)式における4G×sin3θeの項は、電気角θeが小さければ無視することができ、電気角θeが小さいとき、3次高調波を重畳した(6)式は、以下の(10)式で近似することができる。
Vucmd3=Vac(sinθe+G×sin3θe)
≒Vac(sinθe+3G×sinθe)
=Vac×(1+3G)×sinθe …(10)
Here, the term of 4G × sin 3 θe in the equation (9) can be ignored if the electrical angle θe is small, and when the electrical angle θe is small, the equation (6) in which the third harmonic is superimposed is as follows: (10).
Vu cmd3 = Vac (sin θe + G × sin 3θe)
≒ Vac (sinθe + 3G × sinθe)
= Vac × (1 + 3G) × sin θe (10)
従って、(10)式より、3次高調波を重畳した相電圧指令値Vucmd3は、電気角θeが小さい領域では、基本正弦波の相電圧指令値Vucmdを、以下の(11)式に示す比例ゲインKで増幅した値で近似することができる。本実施の形態においては、G=1/6として、比例ゲインKは、K=3/2とする。
K=1+3G …(11)
Therefore, from the equation (10), the phase voltage command value Vu cmd3 on which the third harmonic is superimposed is obtained by changing the basic sine wave phase voltage command value Vu cmd to the following equation (11) in a region where the electrical angle θe is small. It can be approximated by a value amplified by the proportional gain K shown. In the present embodiment, it is assumed that G = 1/6 and the proportional gain K is K = 3/2.
K = 1 + 3G (11)
比例ゲインKによる近似は、電気角θeが大きくなると誤差が大きくなるため、近似した波形の振幅をリミッタ値Vlimを用いて制限する。このリミッタ値Vlimは、次のように求めることができる。 In the approximation using the proportional gain K, the error increases as the electrical angle θe increases, so the amplitude of the approximated waveform is limited using the limiter value Vlim. This limiter value Vlim can be obtained as follows.
先ず、(1)式及び(2)式から求めた各相の電圧指令の波高値Vacと、dq軸での電圧Vd,Vqとの関係は、以下の(12)式で計算することができる。
Vac=(2/3)1/2×(Vd2+Vq2)1/2 …(12)
First, the relationship between the peak value Vac of the voltage command of each phase obtained from the equations (1) and (2) and the voltages Vd and Vq on the dq axis can be calculated by the following equation (12). .
Vac = (2/3) 1/2 × (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 (12)
ここで、比例ゲインKで補正した電圧指令の波高値が3次高調波を重畳した電圧指令値の波高値と略同等となるよう、電圧波形がピークとなる近辺の電気角θeを用いて、(6)式の右辺の項sinθe+G×sin3θeを計算する。例えば、正弦波の電圧指令値が最大となるθe=90°の場合について、(6)式の右辺の項sinθe+G×sin3θeを計算すると、以下の(13)式のようになる。
sin90°+G×sin270°=1−G …(13)
Here, using the electrical angle θe near the peak of the voltage waveform so that the peak value of the voltage command corrected with the proportional gain K is substantially equal to the peak value of the voltage command value superimposed with the third harmonic, The term sinθe + G × sin3θe on the right side of the equation (6) is calculated. For example, when θe = 90 ° at which the voltage command value of the sine wave is maximum, the term sinθe + G × sin3θe on the right side of equation (6) is calculated as shown in equation (13) below.
sin90 ° + G × sin270 ° = 1−G (13)
従って、(13)式の値(1−G)を係数として波高値Vacに乗算することでリミッタ値Vlimを設定し、比例ゲインKで補正した電圧指令値の上下限を制限する。本実施の形態では、G=1/6であり、リミッタ値Vlimは、正負の上下限に対して次の(14)式のように設定される。尚、(14)式中におけるVd,Vqは、それぞれ、d軸電圧指令値Vdcmd、q軸電圧指令値Vqcmdを用いて計算する。
±Vlim=±(1−G)×Vac
=±5/6×(2/3)1/2×(Vd2+Vq2)1/2 …(14)
Therefore, the limit value Vlim is set by multiplying the peak value Vac by using the value (1-G) of the equation (13) as a coefficient, and the upper and lower limits of the voltage command value corrected by the proportional gain K are limited. In the present embodiment, G = 1/6, and the limiter value Vlim is set as in the following equation (14) with respect to the upper and lower limits of positive and negative. Note that Vd and Vq in the equation (14) are calculated using the d-axis voltage command value Vd cmd and the q-axis voltage command value Vq cmd , respectively.
± Vlim = ± (1-G) × Vac
= ± 5/6 × (2/3) 1/2 × (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 (14)
この場合、リミッタ値Vlimは、必ずしもθe=90°での計算結果に限定されるわけではなく、モータ特性や回路特性等を考慮し、3次高調波を重畳した電圧指令波形のピーク近辺となる電気角θe(例えば、θe=60°〜90°)での計算結果から設定しても良く、実際のモータ特性や回路特性に応じてリミッタ値を設定することで、電利用率を効果的に向上させることができる。 In this case, the limiter value Vlim is not necessarily limited to the calculation result at θe = 90 °, and takes the vicinity of the peak of the voltage command waveform on which the third harmonic is superimposed in consideration of motor characteristics, circuit characteristics, and the like. It may be set from a calculation result at an electrical angle θe (for example, θe = 60 ° to 90 °). By setting a limiter value according to actual motor characteristics and circuit characteristics, the power utilization rate can be effectively increased. Can be improved.
次に、このようにして求めた比例ゲインK及びリミッタ値Vlimを用いた相電圧指令値の補正処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。尚、ここでは、U相の電圧指令値Vucmdを補正する例について説明するが、V相、W相も同様の補正を行う。 Next, the phase voltage command value correction process using the proportional gain K and the limiter value Vlim obtained in this way will be described with reference to the flowchart of FIG. Although an example in which the U-phase voltage command value Vu cmd is corrected will be described here, the same correction is performed for the V-phase and the W-phase.
この相電圧指令の補正処理は所定の演算時間毎に実行され、先ず、最初のステップS1において、正弦波の相電圧指令値Vucmdを比例ゲインKで補正し、この比例ゲインKで補正した指令値Vucmd×Kが、前述した(14)式で示される上限のリミッタ値Vlimより大きいか否かを調べる。 This phase voltage command correction process is executed every predetermined calculation time. First, in the first step S1, the sine wave phase voltage command value Vu cmd is corrected by the proportional gain K, and the command corrected by this proportional gain K is corrected. It is checked whether or not the value Vu cmd × K is larger than the upper limit value Vlim shown by the above-described equation (14).
その結果、Vucmd×K>Vlimであるときには、ステップS1からステップS2へ進み、比例ゲインKで補正した指令値Vucmd×Kを上限のリミッタ値Vlimで制限し、新たな相電圧指令値Vucmd2として出力する(Vucmd2=Vlim)。 As a result, when Vu cmd × K> Vlim, the process proceeds from step S1 to step S2, the command value Vu cmd × K corrected by the proportional gain K is limited by the upper limit value Vlim, and a new phase voltage command value Vu Output as cmd2 (Vu cmd2 = Vlim).
一方、ステップS1において、Vucmd×K≦Vlimであるときには、ステップS1からステップS3へ進み、比例ゲインKで補正した指令値Vucmd×Kが下限のリミッタ値−Vlimより小さいか否かを調べる。 On the other hand, when Vu cmd × K ≦ Vlim in step S1, the process proceeds from step S1 to step S3 to check whether or not the command value Vu cmd × K corrected with the proportional gain K is smaller than the lower limit limit value −Vlim. .
そして、Vucmd×K<−Vlimであるときには、ステップS3からステップS4へ進み、比例ゲインKで補正した指令値Vucmd×Kを下限のリミッタ値−Vlimで制限し、新たな相電圧指令値Vucmd2として出力する(Vucmd2=−Vlim)。 When Vu cmd × K <−Vlim, the process proceeds from step S3 to step S4, the command value Vu cmd × K corrected by the proportional gain K is limited by the lower limiter value −Vlim, and a new phase voltage command value is set. Output as Vu cmd2 (Vu cmd2 = −Vlim).
また、ステップS3において、Vucmd×K≧−Vlimであるときには、ステップS3からステップS5へ進み、比例ゲインKで補正した指令値Vucmd×Kを、そのまま新たな相電圧指令値Vucmd2として出力する(Vucmd2=Vucmd×K)。 If Vu cmd × K ≧ −Vlim in step S3, the process proceeds from step S3 to step S5, and the command value Vu cmd × K corrected with the proportional gain K is output as a new phase voltage command value Vu cmd2. (Vu cmd2 = Vu cmd × K).
図5は、以上の処理によって新たな電圧指令値Vucmd2を生成した結果を示し、同図中において、1点鎖線で示す波形が補正前の正弦波の電圧指令値Vucmd、2点鎖線で示す波形が3次高調波、実線で示す波形が従来の手法で3次高調波を重畳して生成した電圧指令値Vucmd3、破線で示す波形が比例ゲインK及びリミッタ値Vlimを用いた補正後の新たな電圧指令値Vucmd2である。この結果から、補正後の電圧指令値Vucmd2が、従来の手法で3次高調波を重畳して生成した電圧指令値Vucmd3に良く近似できていることがわかる。 FIG. 5 shows a result of generating a new voltage command value Vu cmd2 by the above processing. In FIG. 5, the waveform indicated by the one-dot chain line is the voltage command value Vu cmd of the sine wave before correction, and the two-dot chain line. The waveform shown is the third harmonic, the waveform shown by the solid line is the voltage command value Vu cmd3 generated by superimposing the third harmonic by the conventional method, and the waveform shown by the broken line is after correction using the proportional gain K and the limiter value Vlim. Is a new voltage command value Vu cmd2 . This result is the corrected voltage command value Vu cmd2, it can be seen that can well approximate the conventional voltage command values Vu cmd3 generated by superimposing a third harmonic wave method.
尚、以上の演算例では、電圧指令値のみを用いて、電圧補正演算を行う例について説明したが、3相電圧を検出する回路を設け、検出した3相電圧を用いて電圧補正演算を行っても良い。この場合のリミッタ値は、検出した3相電圧の波高値の平均値や、電流検出の場合と同様に2相−3相変換を用いてdq軸上の電圧に変換して求めた波高値を用いて演算しても良く、これにより、歪んだ電圧特性を持つモータに対しても安定した制御を行なうことが可能となる。 In the above calculation example, the example of performing the voltage correction calculation using only the voltage command value has been described. However, a circuit for detecting a three-phase voltage is provided, and the voltage correction calculation is performed using the detected three-phase voltage. May be. The limiter value in this case is the average value of the detected peak values of the three-phase voltage, or the peak value obtained by converting to the voltage on the dq axis using the two-phase to three-phase conversion as in the case of current detection. Therefore, it is possible to perform stable control even for a motor having a distorted voltage characteristic.
以上のように、本実施の形態においては、d軸電圧指令値Vdcmd及びq軸電圧指令値Vqcmdを2相−3相変換して生成した電圧指令値Vucmd,Vvcmd,Vwcmdを、基本正弦波に3次高調波を重畳させた電圧波形と略同じ振幅にするための比例ゲインKと、d軸電圧指令値Vdcmd及びq軸電圧指令値Vqcmdから算出した波高値制限用のリミッタ値Vlimとを用いて補正し、新たな相電圧指令値Vucmd2,Vvcmd2,Vwcmd2としてインバータ3を制御している。これにより、簡単な演算で3次高調波が重畳した波形を近似することができ、PMモータ2を駆動するインバータ3の電圧利用率を向上させると共に制御性を向上させ、PMモータ2を高回転まで駆動することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the voltage command values Vu cmd , Vv cmd , and Vw cmd generated by performing the two-phase to three-phase conversion on the d-axis voltage command value Vd cmd and the q-axis voltage command value Vq cmd are obtained. For limiting the crest value calculated from the proportional gain K for making the amplitude substantially the same as the voltage waveform obtained by superimposing the third harmonic on the basic sine wave, the d-axis voltage command value Vd cmd, and the q-axis voltage command value Vq cmd And the
次に、本発明の実施の第2形態について説明する。図6及び図7は本発明の実施の第2形態に係り、図6は電圧補正部のブロック図、図7は比例ゲイン及びリミッタ値の可変制御処理を示すフローチャートである。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. 6 and 7 relate to the second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram of the voltage correction unit, and FIG. 7 is a flowchart showing variable control processing of the proportional gain and limiter value.
前述の第1形態においては、比例ゲインK及びリミッタ値Vlimを、それぞれ、固定値(K=3/2、Vlim=5/6×Vac)としたが、第2形態では、比例ゲインK及びリミッタ値Vlimを可変することで、PMモータ2の回転域に応じた最適な制御へのスムーズな移行を可能とする。
In the first embodiment, the proportional gain K and the limiter value Vlim are fixed values (K = 3/2, Vlim = 5/6 × Vac), respectively, but in the second embodiment, the proportional gain K and the limiter are set. By changing the value Vlim, it is possible to smoothly shift to the optimum control according to the rotation range of the
このため、第2形態では、第1形態の電圧補正部20bを、図6に示すように変更する。すなわち、第2形態の電圧補正部20b’は、第1形態の電圧補正部20bに対して、第1形態の比例ゲインKを可変値とした比例ゲインK’を、ゲイン補正部30,31,32に出力する可変ゲイン演算部50を加えると共に、リミッタ値Vlimを固定値として演算するリミッタ値演算部33に代えて、リミッタ値Vlimを可変値としたリミッタ値Vlim’をリミッタ回路部34,35,36に出力する可変リミッタ値演算部51を備えて構成されている。
For this reason, in the second mode, the
可変ゲイン演算部50、可変リミッタ値演算部51は、d軸電圧指令値Vdcmd及びq軸電圧指令値Vqcmdから求められる相電圧指令値の波高値Vac’と閾値とを比較し、その比較結果に応じて、比例ゲインK’,リミッタ値Vlim’を、それぞれ、K’=1〜3/2、±Vlim’=±Vac〜±5/6×Vacまで可変する。尚、ここでの波高値Vac’は、前述の(12)式における係数(2/3)1/2を省略し、(Vd2+Vq2)1/2)で代表した値とする。
The variable
また、閾値として、本実施の形態では、第1の閾値Vdq1、第2の閾値Vdq2、第3の閾値Vdq3(Vdq1<Vdq2<Vdq3)の3つの設定値を用い、波高値Vac’と各閾値Vdq1,Vdq2,Vdq3との大小関係に応じて、比例ゲインK’及びリミッタ値Vlim’を可変設定し、基本正弦波の相電圧指令、3次高調波の重畳を近似した相電圧指令、弱め界磁制御の相電圧指令といった異なる制御状態への移行を円滑化する。 In this embodiment, as the threshold value, three set values of the first threshold value Vdq1, the second threshold value Vdq2, and the third threshold value Vdq3 (Vdq1 <Vdq2 <Vdq3) are used, and the peak value Vac ′ and each threshold value are used. Depending on the magnitude relationship with Vdq1, Vdq2, Vdq3, proportional gain K 'and limiter value Vlim' are variably set, phase voltage command of basic sine wave, phase voltage command approximating superposition of third harmonic, field weakening control Smooth transition to different control states such as phase voltage commands.
以下、比例ゲイン及びリミッタ値の可変制御処理について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。 Hereinafter, the variable control processing of the proportional gain and the limiter value will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
先ず、最初のステップS11において、相電圧指令値の波高値Vac’を第1の閾値Vdq1と比較し、Vac’≦Vdq1のとき、すなわち波高値Vac’が第1の閾値Vdq1以下のときには、ステップS12で、比例ゲインK’を1に設定すると共に、リミッタ値Vlim’を初期設定値とする。この場合の初期設定値は、インバータ3の安全保護を目的とした設計値である。
First, in step S11, the peak value Vac ′ of the phase voltage command value is compared with the first threshold value Vdq1, and when Vac ′ ≦ Vdq1, that is, when the peak value Vac ′ is equal to or less than the first threshold value Vdq1, step In S12, the proportional gain K ′ is set to 1 and the limiter value Vlim ′ is set as an initial set value. The initial set value in this case is a design value for the purpose of safety protection of the
この場合には、K’=1により基本正弦波による駆動に対して安全保護のリミッタを設けた制御となるが、リミッタ処理を行なわない場合には、通常の正弦波駆動となる。これにより、正弦波駆動制御から補正指令値による制御へのスムーズな制御系の移行を実現することができ、また、補正指令値による制御から正弦波駆動に移行する際にも、スムーズに移行することが可能となる。 In this case, the control is provided with a safety protection limiter for driving by the basic sine wave by K '= 1, but when the limiter process is not performed, the normal sine wave driving is performed. As a result, a smooth transition of the control system from the sine wave drive control to the control by the correction command value can be realized, and also when the shift from the control by the correction command value to the sine wave drive, the transition is smooth. It becomes possible.
一方、ステップS11において、Vac’>Vdq1のときには、ステップS11からステップS13へ進み、演算値Fを所定の調整ゲインA1で調整した値を比例ゲインK’として設定し(K’=A1×F)、また、固定リミッタ値Vlimを演算値Fで除算して所定の調整ゲインA2で調整した値をリミッタ値Vlim’として設定する(±Vlim’=±A2×1/F×Vlin)。 On the other hand, when Vac ′> Vdq1 in step S11, the process proceeds from step S11 to step S13, and a value obtained by adjusting the calculation value F with a predetermined adjustment gain A1 is set as a proportional gain K ′ (K ′ = A1 × F). Further, a value obtained by dividing the fixed limiter value Vlim by the calculated value F and adjusting with a predetermined adjustment gain A2 is set as the limiter value Vlim ′ (± Vlim ′ = ± A2 × 1 / F × Vlin).
演算値Fは、例えば、以下の(15)式に示すように、第1の閾値Vdq1と第2の閾値Vdq2との間の波高値Vac’の変化量を表す値として演算される。そして、次のステップS14においてVac’≦Vdq2の条件が成立する限り、1≦K’<3/2、5/6×Vac≦Vlim’<Vacの範囲で比例ゲインK’及びリミッタ値Vlim’が緩やかに可変される。
F=(Vac’−Vdq1)/(Vdq2−Vdq1) …(15)
The calculated value F is calculated as a value representing the amount of change in the peak value Vac ′ between the first threshold value Vdq1 and the second threshold value Vdq2, for example, as shown in the following equation (15). As long as the condition of Vac ′ ≦ Vdq2 is satisfied in the next step S14, the proportional gain K ′ and the limiter value Vlim ′ are within the range of 1 ≦ K ′ <3/2, 5/6 × Vac ≦ Vlim ′ <Vac. Slowly variable.
F = (Vac′−Vdq1) / (Vdq2−Vdq1) (15)
次に、Vac’>Vdq2になると、ステップS14からステップS15へ進み、比例ゲインK’、リミッタ値Vlim’を、それぞれの最大値(K’=3/2、Vlim’=5/6×Vac)に固定し、ステップS16へ進む。ステップS16では、波高値Vac’と第3の閾値Vdq3とを比較し、Vac’≦Vdq3であれば、処理を抜けて現在の比例ゲインK’及びリミッタ値Vlim’を保持し、Vac’>Vdq3の場合には、ステップS17で弱め界磁制御に移行する。 Next, when Vac ′> Vdq2, the process proceeds from step S14 to step S15, and the proportional gain K ′ and limiter value Vlim ′ are set to their maximum values (K ′ = 3/2, Vlim ′ = 5/6 × Vac). The process proceeds to step S16. In step S16, the peak value Vac ′ is compared with the third threshold value Vdq3. If Vac ′ ≦ Vdq3, the process exits and holds the current proportional gain K ′ and the limiter value Vlim ′, and Vac ′> Vdq3. In this case, the process proceeds to field weakening control in step S17.
第3の閾値Vdq3は、インバータ3が出力可能な最大電圧値以下又は最大電圧値と等しい値に設定され、電圧余裕を確保しつつ、弱め界磁制御へのスムーズな移行が可能となる。この場合、第3の閾値Vdq3は、第2の閾値Vdq2と同じ値としても良い。但し、最終的な電圧指令は、インバータ3を安全に使用可能な範囲に制限される。
The third threshold value Vdq3 is set to a value equal to or less than the maximum voltage value that can be output by the
尚、以上では、相電圧指令値の波高値Vac’を3つの閾値Vdq1,Vdq2,Vdq3と比較する例について説明したが、3相電圧を検出する回路を設け、検出した3相電圧をdq軸上の電圧値に座標変換して求めた波高値を用いて複数の閾値との比較を行っても良く、歪んだ電圧特性を持つモータに対しても安定した制御を行なうことができる。 In the above description, the example in which the peak value Vac ′ of the phase voltage command value is compared with the three threshold values Vdq1, Vdq2, and Vdq3 has been described. However, a circuit for detecting a three-phase voltage is provided, and the detected three-phase voltage is expressed on the dq axis. Comparison with a plurality of threshold values may be performed using the peak value obtained by coordinate conversion to the upper voltage value, and stable control can be performed even for a motor having distorted voltage characteristics.
また、各閾値は、PMモータ2の回転数やインバータ3の直流電圧等に応じて設定しても良く、安定性向上、信頼性向上、性能向上等の制御上の目的に応じて、適宜、設定することが可能である。
Each threshold value may be set according to the rotational speed of the
例えば、モータ回転数に応じて複数の閾値を設定することにより、回転数の低い領域では正弦波駆動によってPMモータ2を効率的に駆動し、回転数の高い領域では3次高調波を重畳した電圧指令と同等としてインバータ3での電圧利用率を高め、制御性を向上することができる。
For example, by setting a plurality of threshold values according to the motor rotation speed, the
また、インバータ3の直流電圧に応じて複数の閾値を設定する場合には、直流電圧の変動の影響を考慮することができ、制御性を向上することができる。その際、電流指令値又はトルク指令値に応じて各閾値を設定することにより、制御系の安定性をより向上させることが可能となる。
Moreover, when setting a some threshold value according to the direct current voltage of the
以上のように、第2形態においては、比例ゲイン及びリミッタ値を可変させることによりスムーズな制御の切り替えを行うことができる。しかも、相電圧指令値の波高値或いは検出した3相電圧の波高値の平均値が第1の閾値Vdq1を超えた場合に比例ゲイン及びリミッタ値を可変させ、第2の閾値Vdq2を超えた場合には比例ゲイン及びリミッタ値を固定とし、第3の閾値Vdq3を超えた場合には弱め界磁制御に移行させることにより、制御状態をスムーズに切り替えると共に、切り替え後の制御安定性を確保することができる。 As described above, in the second embodiment, smooth control switching can be performed by varying the proportional gain and the limiter value. In addition, when the peak value of the phase voltage command value or the average value of the detected peak values of the three-phase voltage exceeds the first threshold value Vdq1, the proportional gain and the limiter value are varied, and the peak value exceeds the second threshold value Vdq2. In this case, the proportional gain and the limiter value are fixed, and when the third threshold value Vdq3 is exceeded, the control state is smoothly switched and the control stability after switching can be secured by shifting to the field weakening control. .
1 モータ制御装置
2 3相永久磁石同期モータ
3 インバータ
20 コントローラ
20a 基本指令値生成部
20b 電圧補正部
K 比例ゲイン
Vlim リミッタ値
Vac 波高値
Vucmd,Vvcmd,Vwcmd 電圧指令値(基本指令値)
Vucmd2,Vvcmd2,Vwcmd2 電圧指令値(補正後の電圧指令値)
θe 電気角
Vdq1,Vdq2,Vdq3 閾値
1
Vu cmd2 , Vv cmd2 , Vw cmd2 voltage command value (corrected voltage command value)
θe Electrical angle Vdq1, Vdq2, Vdq3 Threshold
Claims (6)
上記インバータを介して上記モータを制御するための3相電圧指令値を、正弦波の基本指令値として生成する基本指令値生成部と、
上記基本指令値を所定の比例ゲインで増幅すると共に所定のリミッタ値で波高値を制限し、パルス幅変調のための新たな3相電圧指令値として上記基本指令値を補正する電圧補正部と
を備え、
上記比例ゲイン及び上記リミッタ値を、上記3相電圧指令値の波高値或いはdq軸上の電圧の波高値と閾値との大小関係に応じて変更することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device for controlling a three-phase permanent magnet synchronous motor by pulse width modulation of an inverter,
A basic command value generation unit for generating a three-phase voltage command value for controlling the motor via the inverter as a basic command value of a sine wave;
A voltage correction unit that amplifies the basic command value with a predetermined proportional gain, limits a peak value with a predetermined limiter value, and corrects the basic command value as a new three-phase voltage command value for pulse width modulation; Prepared ,
The motor control device according to claim 1, wherein the proportional gain and the limiter value are changed according to a peak value of the three-phase voltage command value or a peak value of a voltage on the dq axis and a threshold value .
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