JP5281370B2 - AC motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流電動機の制御装置に関し、より特定的には、トルク指令値に基づいて設定された電流指令値に従った電流フィードバック制御が適用される交流電動機の制御に関する。 The present invention relates to a control device for an AC motor, and more particularly to control of an AC motor to which current feedback control according to a current command value set based on a torque command value is applied.
直流電源を用いて交流電動機を駆動制御するために、インバータを用いた駆動方法が採用されている。インバータは、インバータ駆動回路によりスイッチング制御されており、たとえばPWM制御に従ってスイッチングされた電圧が交流電動機に印加される。 In order to drive and control an AC motor using a DC power source, a driving method using an inverter is employed. The inverter is switching-controlled by an inverter drive circuit. For example, a voltage switched according to PWM control is applied to the AC motor.
特開平11−332298号公報(特許文献1)に記載されるように、このような交流電動機制御では、モータの要求トルクに応じてd軸およびq軸の電流指令値を設定し、当該電流指令値を基準としたモータ電流のフィードバック制御によってトルク制御が実行されることが一般的である。 As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-332298 (Patent Document 1), in such AC motor control, current command values for the d-axis and the q-axis are set according to the required torque of the motor, and the current command In general, torque control is executed by feedback control of a motor current based on a value.
このような電流フィードバック制御において、特開2007−151336号公報(特許文献2)では、同一の電流振幅に対して出力トルクが最大となる最適な電流位相を選択するように電流指令値を設定する一方で、交流モータでの電力損失を意図的に増大させるために、電流位相を上記最適値から変化させるように電流指令値を設定することが記載されている。 In such current feedback control, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-151336 (Patent Document 2) sets a current command value so as to select an optimum current phase that maximizes output torque for the same current amplitude. On the other hand, it is described that the current command value is set so that the current phase is changed from the optimum value in order to intentionally increase the power loss in the AC motor.
また、上記特許文献2の他、特開2000−358393号公報(特許文献3)、特開2007−159368号公報(特許文献4)および特開2007−20383号公報(特許文献5)には、正弦波制御および過変調制御を含むパルス幅変調(PWM制御)と、矩形波電圧制御とを、交流電動機の動作状態に応じて切換えて適用することが記載されている。
上述のように、通常はエネルギ効率を考慮して、パルス幅変調制御における電流指令値は、同一振幅のモータ電流に対して出力トルクが最大となるような電流位相に対応させて設定される。その一方で、モータの出力(回転数・トルク)が上昇し、PWM制御から矩形波電圧制御へ切換えられる境界の動作領域では、モータ電流が相対的に大きくなることによって、制御動作が不安定となった際に電流の乱れが大きくなることが予想される。特にこのような領域では、インバータ入力電圧に対するモータ印加電圧(線間電圧)の実効値の比で定義される変調率(電圧利用率)も大きくなるので、電流制御が相対的に不安定となり易い。 As described above, in consideration of energy efficiency, the current command value in the pulse width modulation control is usually set in correspondence with the current phase that maximizes the output torque with respect to the motor current having the same amplitude. On the other hand, in the operation region at the boundary where the output (rotation speed / torque) of the motor is increased and switched from PWM control to rectangular wave voltage control, the control current becomes unstable due to the relatively large motor current. It is expected that current disturbance will increase when Particularly in such a region, the modulation rate (voltage utilization rate) defined by the ratio of the effective value of the motor applied voltage (line voltage) to the inverter input voltage also increases, so current control tends to be relatively unstable. .
一般的に、PWM制御の適用領域のうちの、矩形波電圧制御との境界領域では、各相電圧の基本波成分振幅がPWM制御での搬送波振幅よりも大きくなる過変調PWM制御が用いられる。ただし、過変調PWM制御では、インバータでのスイッチング回数が相対的に少なくなるため、センサ誤差等の影響によりスイッチングタイミングが少しずれるだけで、モータ印加電圧が変動して電流制御が不安定となる虞がある。また、過変調PWM制御では、モータ電流に高調波成分が重畳されるため、モータ電流にフィルタ処理を施した上で電流フィードバック制御が実行されるので、制御応答性を高めることが困難となっている。 Generally, overmodulation PWM control in which the fundamental wave component amplitude of each phase voltage is larger than the carrier wave amplitude in PWM control is used in the boundary region with rectangular wave voltage control in the application region of PWM control. However, in overmodulation PWM control, the number of times of switching in the inverter is relatively small, so that the switching timing may be slightly shifted due to the influence of sensor error or the like, and the motor applied voltage may fluctuate and current control may become unstable. There is. Further, in the overmodulation PWM control, since harmonic components are superimposed on the motor current, the current feedback control is executed after filtering the motor current, so it is difficult to improve the control response. Yes.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電流フィードバックが適用される交流電動機制御において、電流指令値の適切な設定によって制御安定性を高めることである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to improve control stability by appropriately setting a current command value in AC motor control to which current feedback is applied. Is to increase.
この発明による交流電動機の制御装置は、インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、電流検出器と、パルス幅変調制御部を備える。電流検出器は、インバータおよび交流電動機の間を流れる電流を検出するように構成される。パルス幅変調制御部は、交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、インバータの制御指令を発生する。パルス幅変調制御部は、正弦波変調制御部と、過変調制御部とを含む。正弦波変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式に従って、電流検出器により検出されたモータ電流と、トルク指令値に対応する電流指令との偏差に応じて、制御指令を発生するように構成される。過変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、モータ電流および電流指令の電流偏差に応じて制御指令を発生するように構成される。過変調制御部は、電流指令生成部と、電圧指令生成部と、変調部と含む。電流指令生成部は、トルク指令値に対応させて電流指令を生成するように構成される。電圧指令生成部は、電流指令とモータ電流との偏差に応じて、電圧指令を生成するように構成される。変調部は、電圧指令と搬送波との比較に基づいて、制御指令を発生するように構成される。そして、電流指令生成部は、同一電流振幅に対して交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従ってトルク指令値に対応する電流指令を設定するための第1の制御ラインと、第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従ってトルク指令値に対応する電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、交流電動機の動作領域に応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従ってトルク指令値に対応する電流指令を生成する。 An AC motor control apparatus according to the present invention is an AC motor control apparatus in which an applied voltage is controlled by an inverter, and includes a current detector and a pulse width modulation control unit. The current detector is configured to detect a current flowing between the inverter and the AC motor. The pulse width modulation control unit generates an inverter control command by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command for operating the AC motor according to a torque command value and a carrier wave. The pulse width modulation control unit includes a sine wave modulation control unit and an overmodulation control unit. The sine wave modulation control unit is configured to generate a control command according to a deviation between the motor current detected by the current detector and the current command corresponding to the torque command value according to the sine wave pulse width modulation method. The The overmodulation control unit outputs a control command according to the motor current and the current deviation of the current command according to the overmodulation pulse width modulation method for outputting an applied voltage having a larger amplitude of the fundamental wave component than the sine wave pulse width modulation method. Configured to occur. The overmodulation control unit includes a current command generation unit, a voltage command generation unit, and a modulation unit. The current command generation unit is configured to generate a current command corresponding to the torque command value. The voltage command generation unit is configured to generate a voltage command in accordance with a deviation between the current command and the motor current. The modulation unit is configured to generate a control command based on a comparison between the voltage command and the carrier wave. The current command generation unit includes a first control line for setting a current command corresponding to the torque command value according to a current phase at which the torque of the AC motor is maximized with respect to the same current amplitude, and a first control line And selecting one of the second control lines for setting the current command corresponding to the torque command value according to the current phase in which the current amplitude with respect to the same torque becomes larger as compared with the AC motor, A current command corresponding to the torque command value is generated according to the selected control line.
好ましくは、電流指令生成部は、交流電動機の電圧、トルクおよび回転数によって規定される動作領域のうちの、各電圧に応じた高出力の所定領域内で交流電動機が動作しているときには第2の制御ラインを選択する一方で、所定領域の外部で交流電動機が動作しているときには第1の制御ラインを選択する。 Preferably, when the AC motor is operating in a predetermined region of a high output corresponding to each voltage, among the operation regions defined by the voltage, torque and rotation speed of the AC motor, the current command generator is On the other hand, when the AC motor is operating outside the predetermined area, the first control line is selected.
上記交流電動機の制御装置によれば、過変調PWM制御の適用時には、交流電動機の高出力領域では、同一のモータ電流振幅に対して出力トルクが最大となる第1の制御ライン(最大トルク制御ライン)よりも同一トルクに対して変調率(電圧利用率)の低い第2の制御ライン(回避用制御ライン)に従って、トルク指令値に対応する電流指令を設定することができる。この結果、当該高出力領域での電動機制御の安定性を高めることができる。 According to the above AC motor control device, when overmodulation PWM control is applied, the first control line (maximum torque control line) in which the output torque is maximum for the same motor current amplitude in the high output region of the AC motor. The current command corresponding to the torque command value can be set according to the second control line (avoidance control line) having a lower modulation rate (voltage utilization rate) than the same torque. As a result, it is possible to improve the stability of the motor control in the high output region.
さらに好ましくは、電流指令生成部は、交流電動機の温度が判定温度より高いときには第2の制御ラインを選択する一方で、交流電動機の温度が判定温度以下のときには第1の制御ラインを選択する。 More preferably, the current command generation unit selects the second control line when the temperature of the AC motor is higher than the determination temperature, and selects the first control line when the temperature of the AC motor is equal to or lower than the determination temperature.
このようにすると、モータ温度の上昇に伴う減磁の影響によって電流挙動が不安定となり易い動作状態のときに、第2の制御ライン(回避用制御ライン)を選択することによって、変調率を意図的に低下した電流指令に基づき電動機制御を相対的に安定化することができる。 In this case, the modulation rate is intended by selecting the second control line (avoidance control line) in an operating state in which the current behavior is likely to be unstable due to the effect of demagnetization accompanying an increase in motor temperature. Therefore, the motor control can be relatively stabilized based on the current command that has been reduced.
この発明の他の局面による交流電動機の制御装置は、インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、電流検出器と、パルス幅変調制御部を備える。電流検出器は、インバータおよび交流電動機の間を流れる電流を検出するように構成される。パルス幅変調制御部は、交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、インバータの制御指令を発生する。パルス幅変調制御部は、正弦波変調制御部と、過変調制御部とを含む。正弦波変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式に従って、電流検出器により検出されたモータ電流と、トルク指令値に対応する電流指令との偏差に応じて、制御指令を発生するように構成される。過変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、モータ電流および電流指令の電流偏差に応じて制御指令を発生するように構成される。過変調制御部は、電流指令生成部と、電圧指令生成部と、変調部と含む。電流指令生成部は、トルク指令値に対応させて電流指令を生成するように構成される。電圧指令生成部は、電流指令とモータ電流との偏差に応じて、電圧指令を生成するように構成される。変調部は、電圧指令と搬送波との比較に基づいて、制御指令を発生するように構成される。そして、電流指令生成部は、同一電流振幅に対して交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従ってトルク指令値に対応する電流指令を設定するための第1の制御ラインと、第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従ってトルク指令値に対応する電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、電流偏差の大きさに応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従ってトルク指令値に対応する電流指令を生成する。 A control device for an AC motor according to another aspect of the present invention is a control device for an AC motor in which an applied voltage is controlled by an inverter, and includes a current detector and a pulse width modulation control unit. The current detector is configured to detect a current flowing between the inverter and the AC motor. The pulse width modulation control unit generates an inverter control command by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command for operating the AC motor according to a torque command value and a carrier wave. The pulse width modulation control unit includes a sine wave modulation control unit and an overmodulation control unit. The sine wave modulation control unit is configured to generate a control command according to a deviation between the motor current detected by the current detector and the current command corresponding to the torque command value according to the sine wave pulse width modulation method. The The overmodulation control unit outputs a control command according to the motor current and the current deviation of the current command according to the overmodulation pulse width modulation method for outputting an applied voltage having a larger amplitude of the fundamental wave component than the sine wave pulse width modulation method. Configured to occur. The overmodulation control unit includes a current command generation unit, a voltage command generation unit, and a modulation unit. The current command generation unit is configured to generate a current command corresponding to the torque command value. The voltage command generation unit is configured to generate a voltage command in accordance with a deviation between the current command and the motor current. The modulation unit is configured to generate a control command based on a comparison between the voltage command and the carrier wave. The current command generation unit includes a first control line for setting a current command corresponding to the torque command value according to a current phase at which the torque of the AC motor is maximized with respect to the same current amplitude, and a first control line And selecting one of the second control lines for setting the current command corresponding to the torque command value according to the current phase in which the current amplitude with respect to the same torque is larger than the current torque, A current command corresponding to the torque command value is generated according to the selected control line.
好ましくは、電流指令生成部は、電流偏差が判定値より大きいときには第2の制御ラインを選択する一方で、電流偏差が判定値以下のときには第1制御ラインを選択する。 Preferably, the current command generation unit selects the second control line when the current deviation is larger than the determination value, and selects the first control line when the current deviation is equal to or less than the determination value.
上記交流電動機の制御装置によれば、電流フィードバック制御による電流偏差が大きくなった場合には、第1の制御ライン(最大トルク制御ライン)よりも同一トルクに対して変調率(電圧利用率)の低い第2の制御ライン(回避用制御ライン)に従って、トルク指令値に対応する電流指令を設定することができる。この結果、電流偏差に基づいて電流フィードバック制御の不安定化の兆候を検知して、インバータでの変調率を低下させた電動機制御とすることによって制御安定性を高めることができる。 According to the control apparatus for an AC motor, when the current deviation due to the current feedback control becomes large, the modulation rate (voltage utilization rate) is equal to the same torque than the first control line (maximum torque control line). A current command corresponding to the torque command value can be set according to the low second control line (avoidance control line). As a result, the control stability can be improved by detecting a sign of instability of the current feedback control based on the current deviation and setting the motor control with a reduced modulation rate in the inverter.
また好ましくは、電流指令生成部は、電流偏差が判定値より大きいときに、トルク指令値よりも低い目標トルクに対応させて正弦波パルス幅変調方式が適用されるように電流指令を設定する退避処理を実行するとともに、当該退避処理の実行後において、目標トルクから本来のトルク指令値までトルクを徐々に増加させるように第2の制御ラインに従って電流指令を生成する復帰処理を実行する。 Preferably, the current command generation unit sets the current command so that the sinusoidal pulse width modulation method is applied in correspondence with a target torque lower than the torque command value when the current deviation is larger than the determination value. In addition to executing the process, a return process for generating a current command in accordance with the second control line is executed so as to gradually increase the torque from the target torque to the original torque command value after the execution of the evacuation process.
このようにすると、電流偏差が判定値以上となり電流の乱れが大きくなった場合には、制御安定性の高い正弦波PWM制御が適用される動作点までトルクを低下させる待避処理によって電流制御の安定性を一旦確保するとともに、第2の制御ラインに沿ってトルクを徐々に増加させる復帰処理によって、制御安定性を確保しながら本来のトルク指令値まで交流電動機の出力トルク復帰させることができる。 In this way, when the current deviation is equal to or greater than the determination value and the current turbulence becomes large, the current control is stabilized by a saving process that reduces the torque to the operating point where the sine wave PWM control with high control stability is applied. The return torque of the AC motor can be returned to the original torque command value while ensuring the control stability by the return process of gradually increasing the torque along the second control line.
さらに好ましくは、電流指令は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含む。そして、電流指令生成部は、第1の制御ラインに従ってトルク指令値ならびにd軸電流指令値およびq軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップと、第2の制御ラインに従って、トルク指令値ならびにd軸電流指令値およびq軸電流指令値の組を予め対応付けた第2のマップとを選択的に参照することによって、トルク指令値に対応する電流指令を生成する。 More preferably, the current command includes a d-axis current command value and a q-axis current command value. Then, the current command generator generates torque according to the first map in which the torque command value and the set of the d-axis current command value and the q-axis current command value are associated in advance according to the first control line, and the second control line. The current command corresponding to the torque command value is generated by selectively referring to the second map in which the command value and the set of the d-axis current command value and the q-axis current command value are associated in advance.
このようにすると、トルク値とd軸,q軸電流指令値の組とを予め対応付けたマップの参照によって、第1または第2の制御ラインに従った電流指令値の設定を実現することができる。 In this way, setting of the current command value according to the first or second control line can be realized by referring to a map in which the torque value is associated with a set of d-axis and q-axis current command values in advance. it can.
また、さらに好ましくは、電流指令は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含む。そして、電流指令生成部は、第1の制御ラインの選択時には、第1の制御ラインに従ってトルク指令値ならびにd軸電流指令値およびq軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップの参照によって電流指令を生成する一方で、第2の制御ラインの選択時には、第1のマップの参照によって得られたd軸電流指令値およびq軸電流指令値の一方に調整係数を乗算することによって一方の電流指令値を生成するとともに、当該一方の電流指令値およびトルク指令値に基づいて、当該トルク指令値を実現するためのd軸電流指令値およびq軸電流指令値の組合わせに従って他方の電流指令値を生成する。 More preferably, the current command includes a d-axis current command value and a q-axis current command value. Then, when the first control line is selected, the current command generator generates a first map in which a set of a torque command value, a d-axis current command value, and a q-axis current command value is associated in advance according to the first control line. While generating the current command by reference, when selecting the second control line, by multiplying one of the d-axis current command value and the q-axis current command value obtained by referring to the first map by the adjustment coefficient One current command value is generated, and on the basis of the one current command value and the torque command value, the other current command value is generated according to the combination of the d-axis current command value and the q-axis current command value for realizing the torque command value. A current command value is generated.
このようにすると、一意に定められる第1の制御ライン(最大トルク制御ライン)に従った電流指令値に対する調整係数の乗算に基づいて、第2の制御ライン(回避用制御ライン)に従った電流指令値を生成することができる。この結果、当該調整係数のみをパラメータとして第2の制御ラインを調整できるので、第2の制御ラインの適合を簡易化できる。 In this case, the current according to the second control line (avoidance control line) is based on the multiplication of the adjustment coefficient to the current command value according to the uniquely determined first control line (maximum torque control line). A command value can be generated. As a result, since the second control line can be adjusted using only the adjustment coefficient as a parameter, adaptation of the second control line can be simplified.
この発明によれば、電流フィードバックが適用される交流電動機制御において、電流指令値の適切な設定によって制御安定性を高めることができる。 According to the present invention, in AC motor control to which current feedback is applied, control stability can be improved by appropriately setting the current command value.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
[実施の形態1]
(電動機制御の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。
[Embodiment 1]
(General configuration of motor control)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive control system to which an AC motor control device according to an embodiment of the present invention is applied.
図1を参照して、モータ駆動制御システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、交流電動機M1と、制御装置30とを備える。
Referring to FIG. 1, motor
交流電動機M1は、たとえば、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流電動機M1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機(モータジェネレータ)を含むものである。 For example, AC electric motor M1 generates torque for driving drive wheels of an electric vehicle (referred to as a vehicle that generates vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). This is an electric motor for driving. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example. That is, in the present embodiment, the “AC motor” includes an AC drive motor, a generator, and a motor generator (motor generator).
直流電圧発生部10♯は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、コンバータ12とを含む。
DC
直流電源Bは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。直流電源Bが出力する直流電圧Vbおよび入出力される直流電流Ibは、電圧センサ10および電流センサ11によってそれぞれ検知される。
The DC power supply B is typically constituted by a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, or a power storage device such as an electric double layer capacitor. The DC voltage Vb output from the DC power supply B and the input / output DC current Ib are detected by the
システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR1は、直流電源Bの負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。
コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。
この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、
電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラ
トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。
In the embodiment of the present invention, as a power semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as “switching element”), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
A power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and
インバータ14は、電力線7およびアース線5の間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7およびアース線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。
代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。
Typically, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a neutral point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of the upper and
コンバータ12は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ12は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧Vbを直流電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)へ昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線7へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ12は、降圧動作時には、直流電圧VHを直流電圧Vbに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、電力線6へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作または降圧動作における電圧変換比(VHおよびVbの比)は、上記スイッチング周期に対するスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=Vb(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
Further,
平滑コンデンサC0は、コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、システム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。
インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0から直流電圧が供給されると制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Trqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of AC motor M1 is positive (Trqcom> 0),
さらに、モータ駆動制御システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomは負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with motor
電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ24は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。
回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角θに基づき交流電動機M1の回転数(回転速度)および角速度ω(rad/s)を算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle θ of the AC
制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPUで実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動制御システム100の動作を制御する。
The
代表的な機能として、制御装置30は、入力されたトルク指令値Trqcom、電圧センサ10によって検出された直流電圧Vb、電流センサ11によって検出された直流電流Ib、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ24からのモータ電流iv,iw、回転角センサ25からの回転角θ等に基づいて、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。すなわち、コンバータ12およびインバータ14を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
As a representative function, the
コンバータ12の昇圧動作時には、制御装置30は、システム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。
During the boost operation of
また、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ14へ出力する。これにより、インバータ14は、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ12へ供給する。
In addition, when
さらに、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成し、コンバータ12へ出力する。これにより、交流電動機M1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
Further, when receiving a signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU,
(制御モードの説明)
制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳細に説明する。
(Description of control mode)
The control of AC motor M1 by
図2は、本発明の実施の形態によるモータ駆動システムにおける交流電動機M1の制御モードを概略的に説明する図である。 FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a control mode of AC electric motor M1 in the motor drive system according to the embodiment of the present invention.
図2に示すように、本発明の実施の形態によるモータ駆動制御システム100では、交流電動機M1の制御、すなわち、インバータ14における電力変換について、3つの制御モードを切替えて使用する。
As shown in FIG. 2, in the motor
正弦波PWM制御は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相上下アーム素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。周知のように、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限される正弦波PWM制御では、交流電動機M1への印加電圧(以下、単に「モータ印加電圧」とも称する)の基本波成分をインバータの直流リンク電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない。以下、本明細書では、インバータ14の直流リンク電圧(すなわち、システム電圧VH)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称することとする。
The sine wave PWM control is used as a general PWM control, and controls on / off of each phase upper and lower arm elements according to a voltage comparison between a sine wave voltage command and a carrier wave (typically a triangular wave). . As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. Is controlled. As is well known, in the sinusoidal PWM control in which the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to a range below the carrier wave amplitude, the fundamental wave of the applied voltage to the AC motor M1 (hereinafter also simply referred to as “motor applied voltage”). The component can only be increased to about 0.61 times the DC link voltage of the inverter. Hereinafter, in this specification, the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the DC link voltage (that is, the system voltage VH) of the
一方、矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分を交流電動機印加する。これにより、変調率は0.78まで高められる。 On the other hand, in the rectangular wave voltage control, an AC motor is applied for one pulse of a rectangular wave whose ratio between the high level period and the low level period is 1: 1 within the predetermined period. As a result, the modulation rate is increased to 0.78.
過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御モードでの最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、交流電動機M1に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。 The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude. In particular, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sine wave waveform (amplitude correction), and the modulation rate is increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control mode to a range of 0.78. Can do. In overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is greater than the carrier wave amplitude, the line voltage applied to AC motor M1 is not a sine wave but a distorted voltage.
交流電動機M1では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる駆動電圧(モータ必要電圧)が高くなる。コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHには限界値(VH最大電圧)が存在する。
In the AC motor M1, the induced voltage increases as the rotational speed and output torque increase, so that the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the
したがって、交流電動機M1の動作状態に応じて、モータ電流のフィードバックによってモータ印加電圧(交流)の振幅および位相を制御する、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モード、および、矩形波電圧制御モードのいずれかが選択的に適用される。なお、矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。 Therefore, a PWM control mode by sine wave PWM control or overmodulation PWM control that controls the amplitude and phase of the motor applied voltage (AC) by feedback of the motor current according to the operating state of AC motor M1, and rectangular wave voltage One of the control modes is selectively applied. In the rectangular wave voltage control, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, the torque control is executed by the phase control of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation between the actual torque value and the torque command value.
図3には、交流電動機M1の動作状態と上述の制御モードとの対応関係が示される。
図3を参照して、概略的には、低回転数域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中回転数域A2では過変調PWM制御、高回転数域A3では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機M1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
FIG. 3 shows the correspondence between the operating state of AC electric motor M1 and the control mode described above.
Referring to FIG. 3, schematically, sinusoidal PWM control is used in order to reduce the torque fluctuation in the low rotational speed range A1, overmodulation PWM control in the intermediate rotational speed range A2, and in the high rotational speed range A3. Square wave voltage control is applied. In particular, application of overmodulation PWM control and rectangular wave voltage control can improve the output of AC electric motor M1. As described above, which one of the control modes shown in FIG. 2 is used is basically determined within the range of the realizable modulation rate.
(各制御モードの制御構成の説明)
図4は、本発明の実施の形態による交流電動機の制御装置による、基本的な制御構成である、正弦波PWM制御によるモータ制御構成を説明するブロック図である。図4を含めて、以下で説明されるブロック図に記載されたモータ制御のための各機能ブロックは、制御装置30による、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
(Description of control configuration in each control mode)
FIG. 4 is a block diagram illustrating a motor control configuration based on sinusoidal PWM control, which is a basic control configuration by the AC motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. Each functional block for motor control described in the block diagrams described below including FIG. 4 is realized by hardware or software processing by the
図4を参照して、正弦波PWM制御部200は、正弦波PWM制御モードの選択時に、交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、インバータ14のスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
Referring to FIG. 4, sine wave
正弦波PWM制御部200は、電流指令生成部210と、座標変換部220,250と、電圧指令生成部240と、PWM変調部260とを含む。
The sine wave
電流指令生成部210は、予め作成されたマップ等に従って、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomに対応するd軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。なお、電流指令生成部210による電流指令値Idcom,Iqcomの生成については、後程詳細に説明する。
Current
座標変換部220は、回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ24によって検出されたv相電流いvおよびW相電流iwを基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。
The coordinate
電圧指令生成部240には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−Id)およびq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−Iq)が入力される。電圧指令生成部240は、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定ゲインによるPI(比例積分)演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。
Deviation ΔId (ΔId = Idcom−Id) relative to the command value of the d-axis current and deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom−Iq) relative to the command value of the q-axis current are input to the voltage
座標変換部250は、交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。
The coordinate
PWM変調部260は、図5に示すように、搬送波262と、交流電圧指令264(Vu,Vv,Vwを包括的に示すもの)との比較に基づき、インバータ14の各相の上下アーム素子のオン・オフを制御することによって、交流電動機M1の各相に疑似正弦波電圧を生成する。搬送波262は、所定周波数の三角波やのこぎり波によって構成される。
As shown in FIG. 5, the
なお、インバータ制御のためのPWM変調において、搬送波262の振幅は、インバータ14の入力直流電圧(システム電圧VH)に相当する。ただし、PWM変調する交流電圧指令264の振幅について、本来の各相電圧指令Vu,Vv,Vwの振幅をシステム電圧VHで除算したものに変換すれば、PWM変調部260で用いる搬送波262の振幅を固定できる。
In the PWM modulation for inverter control, the amplitude of the
再び図4を参照して、インバータ14が、正弦波PWM制御部200によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、交流電動機M1に対してトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。
Referring to FIG. 4 again, the
図6は、矩形波電圧制御モードが適用された場合に実行される、矩形波電圧制御によるモータ制御構成を説明するブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram illustrating a motor control configuration based on rectangular wave voltage control that is executed when the rectangular wave voltage control mode is applied.
図6を参照して、矩形波電圧制御部400は、電力演算部410と、トルク演算部420と、PI演算部430と、矩形波発生器440と、信号発生部450とを含む。
Referring to FIG. 6, rectangular wave
電力演算部410は、電流センサ24によるV相電流ivおよびW相電流iwから求められる各相電流と、各相(U相,V相、W相)電圧Vu,Vv,Vwとにより、下記(1)式に従ってモータへの供給電力(モータ電力)Pmtを算出する。この際には、検出されたモータ電流(iv,iw)から歪み成分を除去するためのフィルタ処理が併せて実行される。
The
Pmt=iu・Vu+iv・Vv+iw・Vw …(1)
トルク演算部420は、電力演算部410によって求められたモータ電力Pmtおよび回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θから算出される角速度ωを用いて、下記(2)式に従ってトルク推定値Tqを算出する。
Pmt = iu · Vu + iv · Vv + iw · Vw (1)
The
Tq=Pmt/ω …(2)
PI演算部430へは、トルク指令値Trqcomに対するトルク偏差ΔTq(ΔTq=Trqcom−Tq)が入力される。PI演算部430は、トルク偏差ΔTqについて所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。具体的には、正トルク発生(Trqcom>0)時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生(Trqcom<0)時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。
Tq = Pmt / ω (2)
Torque deviation ΔTq (ΔTq = Trqcom−Tq) with respect to torque command value Trqcom is input to
矩形波発生器440は、PI演算部430によって設定された電圧位相φvに従って、各相電圧指令値(矩形波パルス)Vu,Vv,Vwを発生する。信号発生部450は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに従ってスイッチング制御信号S3〜S8を発生する。インバータ14がスイッチング制御信号S3〜S8に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相φvに従った矩形波パルスが、モータの各相電圧として印加される。
The
このように、矩形波電圧制御方式時には、トルク(電力)のフィードバック制御により、モータトルク制御を行なうことができる。ただし、矩形波電圧制御方式ではモータ印加電圧の操作量が位相のみとなるので、モータ印加電圧の振幅および位相を操作量とできるPWM制御方式と比較して、その制御応答性は低下する。 As described above, in the rectangular wave voltage control method, the motor torque control can be performed by the feedback control of the torque (electric power). However, since the operation amount of the motor applied voltage is only the phase in the rectangular wave voltage control method, the control responsiveness is reduced as compared with the PWM control method in which the amplitude and phase of the motor applied voltage can be the operation amount.
なお、電力演算部410およびトルク演算部420に代えてトルクセンサを配置することによって、当該トルクセンサの検出値に基づいて、トルク偏差ΔTqを求めてもよい。
Note that a torque deviation ΔTq may be obtained based on a detection value of the torque sensor by arranging a torque sensor instead of the
さらに、図7には、過変調PWM制御によるモータ制御構成の一般的な例を説明するブロック図が示される。 FIG. 7 is a block diagram for explaining a general example of a motor control configuration based on overmodulation PWM control.
図7を参照して、過変調PWM制御部201は、図4に示した正弦波PWM制御部200の構成に加えて、電流フィルタ230および電圧振幅補正部270を含む。
Referring to FIG. 7, overmodulation
電流フィルタ230は、座標変換部220によって算出されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqを、時間軸方向に平滑化する処理を実行する。これにより、センサ検出値に基づく実電流Id,Iqがフィルタ処理された電流Idf、Iqfに変換される。
The
そして、過変調PWM制御部201では、電流偏差ΔId,ΔIqは、フィルタ処理された電流Idf,Iqfを用いて算出される。すなわち、ΔId=Idcom−Idf、ΔIq=Iqcom−Iqfとされる。
In the overmodulation
電圧振幅補正部270は、電圧指令生成部240によって算出された、本来のd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯に対して、モータ印加電圧の振幅を拡大するための補正処理を実行する。座標変換部250および変調部260は、電圧振幅補正部270による補正処理がなされた電圧指令に従って、インバータ14のスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
Voltage
なお、過変調PWM制御の適用時には、電圧指令値Vd♯,Vq♯を2相−3相変換した各相電圧指令の振幅が、インバータ入力電圧(システム電圧VH)よりも大きい状態となる。この状態は、図5に示した波形図において、交流電圧指令264の振幅が搬送波262の振幅よりも大きくなった状態に相当する。このようになると、インバータ14からは交流電動機M1に対してはシステム電圧VHを超えた電圧が印加できないため、本来の電圧指令値Vd♯,Vq♯に従った各相電圧指令信号に従ったPWM制御によっては、電圧指令値Vd♯,Vq♯に対応する本来の変調率が確保できなくなる。
When the overmodulation PWM control is applied, the amplitude of each phase voltage command obtained by converting the voltage command values Vd # and Vq # into two-phase to three-phase is larger than the inverter input voltage (system voltage VH). This state corresponds to a state in which the amplitude of the
このため、電圧指令値Vd♯,Vq♯による交流電圧指令に対して、電圧印加区間が増大するように電圧振幅を拡大(×k倍,k>1)する補正処理を行うことによって、電圧指令値Vd♯,Vq♯による本来の変調率が確保できるようになる。なお、電圧振幅補正部270におる電圧振幅の拡大比kは、この本来の変調率に基づいて理論的に導出できる。
(PWM制御における電流指令値の設定)
図4に示した正弦波PWM制御および図7に示した過変調PWM制御を含むPWM制御では、図8に示す処理手順に従って交流電動機制御が実行される。なお、以下に説明する各フローチャート中の各ステップでの制御処理についても、制御装置30による、所定プログラム(サブルーチン)の実行によるソフトウェア処理、および、専用の電子回路を構築したハードウェア処理のいずれかによって実現することができる。
Therefore, with respect to the AC voltage command based on the voltage command values Vd # and Vq #, the voltage command is performed by performing a correction process for expanding the voltage amplitude (× k times, k> 1) so that the voltage application interval is increased. The original modulation rate based on the values Vd # and Vq # can be secured. The voltage amplitude expansion ratio k in the voltage
(Setting of current command value in PWM control)
In the PWM control including the sine wave PWM control shown in FIG. 4 and the overmodulation PWM control shown in FIG. 7, AC motor control is executed according to the processing procedure shown in FIG. Note that the control processing at each step in each flowchart described below is either software processing by execution of a predetermined program (subroutine) by the
図8を参照して、制御装置30は、ステップS100では、交流電動機M1への出力要求に従ってトルク指令値Trqcomを設定し、さらに、ステップS200により、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomを決定する。すなわち、ステップS200による処理は、図4および図7での電流指令生成部210の機能に対応する。
Referring to FIG. 8, in step S100,
さらに、制御装置30は、ステップS300により、ステップS200で設定した電流指令値Idcom,Iqcomと、モータ電流から換算されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの電流偏差に基づいて、電圧指令値Vd♯,Vq♯を決定する。すなわち、ステップS300の処理は、図4および図7における電圧指令生成部240の機能に相当する。
Further, in step S300,
制御装置30は、ステップS400では、ステップS300で求められた電圧指令値Vd♯,Vq♯および、システム電圧VHに基づいて、インバータ14の入力電圧VHを、交流電動機M1へのモータ印加電圧に変換する際の変調率を演算する。たとえば、下記(3)式によって、変調率FMは算出される。
In step S400,
FM=(Vd♯2+Vq♯2)1/2/VH ・・・(3)
制御装置30は、さらに、ステップS500では、ステップS400で演算した変調率に応じて、制御モードを決定する。具体的には、変調率≧0.78のときは、PWM制御から矩形波電圧制御への制御モード切換が指示される。また、変調率<0.78のときには、演算された変調率と、所定の判定値(たとえば、正弦波PWM制御を適用可能な変調率上限の理論値である0.61)との比較により、正弦波PWM制御および過変調PWM制御のいずれかが選択される。
FM = (Vd # 2 + Vq # 2 ) 1/2 / VH (3)
In step S500,
制御装置30は、ステップS600では、ステップS500で決定された制御モードに従って、電圧指令値Vd♯,Vq♯に基づいてインバータ14のスイッチング指令(スイッチング制御信号S3〜S8)を生成する。すなわち、ステップS600の処理は、図4における座標変換部250およびPWM変調部260の機能、あるいは、図7における電圧振幅補正部270、座標変換部250およびPWM変調部260の機能に対応する。
In step S600,
このように、PWM制御では、トルク指令値Trqcomから電流指令値Idcom,Iqcomを生成して、当該電流指令値を基準値とする電流フィードバック制御が実行される。本実施の形態による交流電動機制御では、このような電流指令値の設定を、交流電動機M1の動作状態あるいは制御状態に応じて切換えることを特徴としている。 Thus, in the PWM control, current command values Idcom and Iqcom are generated from the torque command value Trqcom, and current feedback control using the current command value as a reference value is executed. The AC motor control according to the present embodiment is characterized in that the setting of such a current command value is switched according to the operating state or control state of the AC motor M1.
図9は、本発明の実施の形態1による交流電動機制御での電流指令値の設定手順を説明するフローチャートである。すなわち、図9は、図8のステップS200の詳細を説明するものである。 FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure for setting a current command value in AC motor control according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 9 explains details of step S200 of FIG.
図9を参照して、制御装置30は、ステップS212により、交流電動機M1の動作領域を判定する。たとえば、図10に示すように、交流電動機M1の電圧、トルクおよび回転数によって動作領域を規定するとともに、過変調PWM制御が適用される領域A2のうちの、かく予め定めた高出力領域500に交流電動機M1の動作点(トルク,回転数)が存在しているときには、ステップS212(図9)をYES判定とする一方で、高出力領域500の外に交流電動機M1の動作点があるときには、ステップS212をNO判定とすることができる。なお、動作点を判定する際のトルクについては、トルク指令値Trqcomを用いてもよい。また、高出力領域500については、交流電動機M1の電圧(具体的には、交流電動機M1への印加電圧の振幅に対応する、インバータ入力電圧であるシステム電圧VH)に応じて設定される。
Referring to FIG. 9,
再び図9を参照して、制御装置30は、ステップS214では、交流電動機M1の温度(モータ温度)をさらに判定する。たとえば、ステップS214の判定については、交流電動機M1のステータコイルや潤滑油の温度を測定するように配置された温度センサ(図示せず)による検出温度が、所定の判定温度よりも上昇したときにYES判定とする一方で、そうでないときにはNO判定とすることができる。
Referring to FIG. 9 again, in step S214,
たとえば、この判定温度は、交流電動機M1が永久磁石モータであるときには、永久磁石の温度上昇による減磁の影響が生じる温度領域に対応させて設定することができる。すなわち、上記モータ温度は、磁石温度の推定温度であることが好ましい。 For example, when the AC motor M1 is a permanent magnet motor, this determination temperature can be set in correspondence with a temperature region in which demagnetization due to a temperature increase of the permanent magnet occurs. That is, the motor temperature is preferably an estimated temperature of the magnet temperature.
制御装置30は、交流電動機M1が高出力領域500で動作しており(S212がYES判定)であり、かつ、モータ温度が上昇しているとき(S214がYES判定)には、ステップS230により回避用制御ラインを採用する。一方で、制御装置30は、交流電動機M1が高出力領域500で動作していないとき(S212がNO判定)、または、交流電動機M1が高出力領域500で動作していてもモータ温度が上昇していないとき(S214のNO判定時)には、処理をステップS240に進めて、最大トルク制御ラインを採用する。
なお、ステップS214による温度判定は省略可能であるが、温度判定を加えることにより、高出力領域500での動作時のうちの、モータ温度の上昇に伴う減磁の影響によって電流挙動が不安定となり易い動作状態のときに絞って、モータ効率が低下する回避用制御ラインを採用することが可能となる。
Note that the temperature determination in step S214 can be omitted. However, by adding the temperature determination, the current behavior becomes unstable due to the effect of demagnetization accompanying the increase in the motor temperature during operation in the
次に図11を用いて、最大トルク制御ラインおよび回避用制御ラインについて説明する。 Next, the maximum torque control line and the avoidance control line will be described with reference to FIG.
図11を参照して、横軸にd軸電流、縦軸にq軸電流を取った平面において、電流指令値Idcom,Iqcomの組み合わせにより電流動作点が示される。同一トルクを実現するための電流動作点の集合により、等トルク線600が描かれる。図11には、出力トルク=T1,T2,T3のときの等トルクラインが代表的に示されている。
Referring to FIG. 11, a current operating point is indicated by a combination of current command values Idcom and Iqcom on a plane having a d-axis current on the horizontal axis and a q-axis current on the vertical axis. An
このように、トルク指令値Trqcomに対応させて電流指令値Idcom,Iqcomを生成する際には、等トルク線600上の電流動作点のいずれかを選択することとなり、選択の自由度が存在することになる。ここで、各等トルク線600について、原点からの距離が最小となる電流動作点611,612,613、すなわち、交流電動機M1の出力トルクが最大となるような電流位相の電流動作点の集合により、最大トルク制御ライン610が一意に定義される。最大トルク制御ライン610に従って電流指令値Idcom,Iqcomを設定すれば、同一トルク出力に対して電流振幅が最小となる電流位相で電流動作点が設定されることとなる。
Thus, when the current command values Idcom and Iqcom are generated in correspondence with the torque command value Trqcom, one of the current operation points on the
基本的には、事前の解析によって最大トルク制御ライン610を定めることができるので、各等トルク線600と最大トルク制御ライン610との交点に対応する電流動作点に従って、トルク指令値Trqcomを引数として、電流指令値Idcom,Iqcomを抽出するマップを構成することが可能である。
Basically, since the maximum
一方、各等トルク線600上において、最大トルク制御ライン610上の各電流動作点611,612,613から、界磁角を大きくするように電流位相をずらした電流動作点621,622,623の集合として、回避用制御ライン620が定義される。
On the other hand, on each
回避用制御ライン620上の電流動作点は、最大トルク制御ライン610上の電流動作点と比較して、同一トルク出力に対して電流振幅が増大することになる。したがって、エネルギ効率の観点からは、最大トルク制御ライン610に従って電流指令値Idcom,Iqcomを設定することが好ましい一方で、電流乱れを抑制して制御動作を安定化される観点からは、回避用制御ライン620に従って電流指令値Idcom,Iqcomを設定する方が有利となる。
Compared with the current operating point on the maximum
また、回避用制御ライン620上の電流動作点では、以下の理由により、同一トルク出力に対する最大トルク制御ライン610上の電流動作点と比較して、変調率(電圧利用率)が低下することとなる。
Also, at the current operating point on the
周知のように、交流電動機M1のd、q軸での電圧方程式は、下記(4),(5)で示される。なお、(4),(5)式中において、Rは電機子巻線抵抗を示し、Ld,Lqはd軸およびq軸のインダクタンスを示し、Ψは永久磁石の電機子鎖交磁束数を示す。また、ωは交流電動機M1の電気角速度を示しており、モータ回転速度Nm(rpm)を用いて、ω=2π・(Nm/60)・P)で求めることができる(P:交流電動機M1の極対数)。 As is well known, the voltage equations on the d and q axes of the AC motor M1 are represented by the following (4) and (5). In the equations (4) and (5), R represents armature winding resistance, Ld and Lq represent d-axis and q-axis inductances, and Ψ represents the number of armature linkage magnetic fluxes of the permanent magnet. . Further, ω represents the electrical angular velocity of the AC motor M1, and can be obtained by ω = 2π · (Nm / 60) · P) using the motor rotation speed Nm (rpm) (P: the AC motor M1) Number of pole pairs).
Vd=R・Id+L・(dId/dt)−ω・Lq・Iq ・・・(4)
Vq=R・Iq+L・(dIq/dt)+ω・Ld・Id+ω・Ψ ・・・(5)
図11から理解されるように、同一トルクに対する、最大トルク制御ライン610から
回避用制御ライン620への移動は、q軸電流の絶対値を減少させる一方で、d軸電流の絶対値を増大させる。
Vd = R · Id + L · (dId / dt) −ω · Lq · Iq (4)
Vq = R · Iq + L · (dIq / dt) + ω · Ld · Id + ω · Ψ (5)
As can be seen from FIG. 11, the movement from the maximum
なお、(4),(5)式において、巻線抵抗Rに依存する電圧成分はごく低速領域で寄与するため第1項は無視でき、さらに、定常的な動作点の検討においては、第2項も無視できる。また、(5)式において、永久磁石モータでは、一般的に、|ω・Ld・Id|<|ω・Ψ|が成立する。 In the equations (4) and (5), since the voltage component depending on the winding resistance R contributes in a very low speed region, the first term can be ignored, and in the examination of the steady operating point, the second term is used. Terms can also be ignored. In the equation (5), in general, | ω · Ld · Id | <| ω · Ψ |
したがって、(4)式より、q軸電流の絶対値減少はVd2の減少につながり、かつ、(5)式より、d軸電流の絶対値増大は、Id<0であることを考慮すると、Vq2の減少につながる。この結果、同一トルクに対して、(3)式で示される変調率は、回避用制御ライン620上の電流動作点では、最大トルク制御ライン610上の電流動作点よりも低くなる。
Therefore, from the equation (4), the decrease in the absolute value of the q-axis current leads to a decrease in Vd 2 , and from the equation (5), considering that the increase in the absolute value of the d-axis current is Id <0, It leads to a reduction of Vq 2. As a result, for the same torque, the modulation factor expressed by the expression (3) is lower at the current operating point on the
なお、回避用制御ライン620についても、実機実験結果等に基づいて求めることができるので、各等トルク線600と回避用制御ライン620との交点に対応する電流動作点に従って、トルク指令値Trqcomを引数として、電流指令値Idcom,Iqcomを抽出するマップを構成することが可能である。
Since the
この結果、図9のステップS230,S240により回避用制御ラインおよび最大トルク制御ラインのいずれを採用するかが決定された場合には、図12に示すフローチャートに従って、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomを設定することができる。 As a result, when it is determined in steps S230 and S240 in FIG. 9 which of the avoidance control line and the maximum torque control line is to be adopted, the current command corresponding to the torque command value Trqcom is determined according to the flowchart shown in FIG. Values Idcom and Iqcom can be set.
図12を参照して、制御装置30は、ステップS250では、ステップS230,S240に従って、回避用制御ラインが適用されるか否かを判定する。そして、回避用制御ラインの適用時(S250のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS251により、回避用制御ライン用マップの参照によって、回避用制御ライン620(図11)上の電流動作点を選択するように、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomを生成する。
Referring to FIG. 12, in step S250,
これに対して、制御装置30は、最大トルク制御ラインの適用時(S250のNO判定時)には、ステップS252により、最大トルク制御ライン用マップの参照によって、最大トルク制御ライン610(図11)上の電流動作点を選択するように、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomを生成する。
In contrast, when applying the maximum torque control line (when NO is determined in S250),
以上説明したように、実施の形態1による交流電動機制御によれば、電流フィードバック制御が行なわれるPWM制御時、特に相対的に高出力となる過変調PWM制御時には、交流電動機M1の動作状態に応じて、インバータ14における変調率(電圧利用率)が低下するような電流動作点(電流指令値Idcom,Iqcom)を設定した電流フィードバック制御を予防的に適用することができる。この結果、高出力領域500(図10)での動作時や、モータ温度の上昇時といった、交流電動機M1の出力レベルが高く、モータ電流の乱れの発生が懸念される動作状態では、電流乱れの発生を防止するように電流指令値を適切に設定することによって、制御安定性を高めることができる。
As described above, according to AC motor control according to the first embodiment, during PWM control in which current feedback control is performed, particularly during overmodulation PWM control with a relatively high output, it depends on the operating state of AC motor M1. Thus, it is possible to preventively apply current feedback control in which a current operating point (current command values Idcom, Iqcom) at which the modulation factor (voltage utilization factor) in the
[実施の形態1の変形例]
図12に示したように、回避用制御ライン620に従う電流指令値Idcom,Iqcomは、事前に作成したマップの参照によって生成することが可能である。しかしながら、最大トルク制御ライン610については一意に求められる一方で、回避用制御ライン620の設定は、変調率の低下と電流制御の安定性との兼ね合いを考慮した調整が必要となってくる。このため、回避用制御ライン620について、電流指令値Idcom,Iqcomの両方をマップ化すると、調整負荷が大きくなることが懸念される。
[Modification of Embodiment 1]
As shown in FIG. 12, the current command values Idcom and Iqcom according to the
したがって、実施の形態1の変形例では、回避用制御ライン620に従った電流指令値の生成について、その調整負荷が軽減されるような手法を説明する。なお、実施の形態1の変形例では、最大トルク制御ライン610および回避用制御ライン620の選択を受けた、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomの生成のみが実施の形態1と異なるので、それ以外の共通部分について説明は繰り返さない。
Therefore, in the modification of the first embodiment, a method will be described in which the adjustment load is reduced for the generation of the current command value according to the
図13は、図12と対比される、制御ラインの選択結果に従った電流指令値の設定処理手順の変形例を説明するフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart illustrating a modification of the current command value setting processing procedure according to the control line selection result, as compared with FIG.
図13を参照して、実施の形態1の変形例では、制御装置30は、図12でのステップS250〜S252に代えて、以下に説明するステップS245,S250,S253〜S255を実行する。
Referring to FIG. 13, in the modification of the first embodiment,
制御装置30は、ステップS230またはS240(図9)によって採用される制御ラインが決定されると、ステップS245により、上述の最大トルク制御ライン用マップを参照して、トルク指令値Trqcomに対応する、最大トルク制御ライン610(図11)に従った、電流指令値Idcom,Iqcomのマップ値Idcom(M)およびIqcom(M)を読出す。
When the control line adopted in step S230 or S240 (FIG. 9) is determined,
そして、制御装置30は、ステップS250により、回避用制御ラインが適用されるか否かを判定する。そして、最大トルク制御の適用時(S250のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS253に処理を進めて、ステップS245で読出したマップ値をそのまま用いて電流指令値Idcom,Iqcomを生成する。すなわちIdcom=Idcom(M),Iqcom=Iqcom(M)に設定される。
Then, in step S250, the
これに対して、回避用制御ラインの適用時(S250のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS253に処理を進めて、電流指令値Idcom,Iqcomの一方の電流指令値を、ステップS245で読出したマップ値を修正することによって決定する。たとえば、d軸電流について、Idcom=Idcom(M)・k(k>1)とする。
In contrast, when the avoidance control line is applied (YES in S250),
そして、制御装置30は、ステップS254に処理を進めて、ステップS253で決定されたd軸電流指令値Idcom(一方の電流指令値)との組合わせによって、トルク指令値Trqcomを実現することが可能な、q軸電流指令値(他方の電流指令値)を逆算する。この逆算演算は、図11に示した等トルク線600上において、Id,Iqの一方が決定されたときに、Id,Iqの他方を求めることに相当する。この逆算結果に従って、ステップS253で決定された一方の電流指令値を対を成す、他方の電流指令値が決定される。
Then,
ここで、上記逆算演算処理については、一方の電流指令値とトルク指令値とを引数として、当該トルク指令値を実現するための他方の電流指令値が抽出される、等トルク換算マップを予め作成することによって実現できる。上記のように、等トルク換算マップは、図11上の等トルク線600に基づいて構成できる。
Here, with regard to the above reverse calculation processing, an equal torque conversion map is created in advance, in which one current command value and torque command value are used as arguments, and the other current command value for realizing the torque command value is extracted. It can be realized by doing. As described above, the equal torque conversion map can be configured based on the
あるいは、ステップS254,S255では、上記と反対に、ステップS253において、Iqcom=Iqcom(M)・k′(k′<1)と決定するとともに、ステップS254において、q軸電流指令値Iqcomおよびトルク指令値Trqcomから、d軸電流指令値Idcomを求めてもよい。このようにしても、最大トルク制御ライン610と比較して、インバータ14での変調率が低下した電流動作点621〜623(図11)を設定するように、電流指令値Idcom,Iqcomを生成することができる。
Alternatively, in steps S254 and S255, contrary to the above, in step S253, Iqcom = Iqcom (M) · k ′ (k ′ <1) is determined, and in step S254, the q-axis current command value Iqcom and the torque command are determined. The d-axis current command value Idcom may be obtained from the value Trqcom. Even in this case, the current command values Idcom and Iqcom are generated so as to set the current operation points 621 to 623 (FIG. 11) where the modulation rate in the
このようにすると、係数k(またはk′)のみを調整することによって、変調率の低下度合いと電流制御の安定性との関係を考慮した回避用制御ライン620の設定が可能となる。この結果、電流指令値Idcom,Iqcomの組み合わせを直接マップ化する手法と比較して、電流動作点決定のための調整負荷を軽減できる。
In this way, by setting only the coefficient k (or k ′), it is possible to set the
[実施の形態2]
実施の形態1では、電流の乱れが発生しやすいような交流電動機M1の動作状態において、最大トルク制御ラインから回避用制御ラインへの切換を予防的に行なう制御構成について説明した。以下では、実際の制御状態に応じて、最大トルク制御ラインから回避用制御ラインへの切換を最小限に抑えるように考慮した制御構成について説明する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the control configuration for preventing the switching from the maximum torque control line to the avoidance control line in the operating state of AC electric motor M1 in which current disturbance is likely to occur has been described. In the following, a control configuration that considers switching from the maximum torque control line to the avoidance control line to the minimum according to the actual control state will be described.
なお、実施の形態2による交流電動機制御では、実施の形態1と比較して、電流指令値Idcom,Iqcomの生成における回避用制御ラインおよび最大トルク制御ラインの選択が、図9のフローチャートに代えて、図14に示すフローチャートに従って実行される点が異なる。その他の実施の形態1と共通である部分については、説明は繰り返さない。 In the AC motor control according to the second embodiment, the selection of the avoidance control line and the maximum torque control line in generating the current command values Idcom and Iqcom is replaced with the flowchart of FIG. 9 as compared with the first embodiment. The difference is that it is executed according to the flowchart shown in FIG. The description of other parts common to the first embodiment will not be repeated.
図14は、本発明の実施の形態2による交流電動機制御での電流指令値の設定手順を説明するフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for setting a current command value in AC motor control according to the second embodiment of the present invention.
図14を参照して、制御装置30は、ステップS220では、電流偏差を所定の判定値と比較することによって、実際の電流乱れの有無を判定する。ステップS220では、d軸電流およびq軸電流の電流偏差の両方がそれぞれの判定値を超えたときに、電流乱れを検出してもよいし、d軸電流およびq軸電流の電流偏差のいずれかが判定値を超えたときに電流乱れを検出してもよい。
Referring to FIG. 14, in step S <b> 220,
制御装置30は、電流乱れの発生時(S220のYES時)には、ステップS230により回避用制御ラインを採用する一方で、電流乱れの非発生時(S220のNO判定時)には、ステップS240により、最大トルク制御ラインを採用する。
When current disturbance occurs (YES in S220),
ステップS230またはS240によって、回避用制御ライン/最大トルク制御ラインのいずれを採用するかが決定されると、上述した図12または図13のフローチャートに従って、実施の形態1またはその変形例と同様に、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomを生成することができる。 When it is determined in step S230 or S240 which of the avoidance control line / maximum torque control line is to be adopted, according to the flowchart of FIG. 12 or FIG. 13 described above, as in the first embodiment or its modification, Current command values Idcom and Iqcom corresponding to the torque command value Trqcom can be generated.
実施の形態2による交流電動機制御によれば、実際に電流乱れが発生した場合に限定して回避用制御ラインが採用される。したがって、効率が低下する回避用制御ラインの採用を最小限に抑制した上で、電流乱れの発生時には、変調率を意図的に低下させるような電流指令値の設定とすることによって、制御安定性を高めることができる。 According to the AC motor control according to the second embodiment, the avoidance control line is employed only when current disturbance actually occurs. Therefore, the control stability is controlled by setting the current command value so that the modulation rate is intentionally reduced when current disturbance occurs while minimizing the use of avoidance control lines that reduce efficiency. Can be increased.
[実施の形態3]
図15は、本発明の実施の形態3による交流電動機制御での電流指令値の設定手順を説明するフローチャートである。実施の形態3による交流電動機制御においても、実施の形態1と共通である部分については、説明は繰り返さない。
[Embodiment 3]
FIG. 15 is a flowchart illustrating a procedure for setting a current command value in AC motor control according to the third embodiment of the present invention. Also in the AC motor control according to the third embodiment, the description common to the first embodiment will not be repeated.
図15を参照して、制御装置30は、図14と同様のステップS220により、電流偏差に基づいて電流乱れが発生しているかどうかを判定する。
Referring to FIG. 15,
そして、電流乱れの非発生時(S220のNO判定時)には、ステップS290に処理を進めて、最大トルク制御ラインを採用して制御を継続する。すなわち、図12または図13のフローチャートに従って、最大トルク制御用マップの参照によって、トルク指令値Trqcomに対応する電流指令値Idcom,Iqcomが生成されるとともに、当該電流指令値に従って電流フィードバック制御が実行される。 When current turbulence does not occur (NO in S220), the process proceeds to step S290, and the control is continued using the maximum torque control line. That is, according to the flowchart of FIG. 12 or FIG. 13, the current command values Idcom and Iqcom corresponding to the torque command value Trqcom are generated by referring to the map for maximum torque control, and the current feedback control is executed according to the current command value. The
一方、電流乱れの発生時(S220のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS270に処理を進めて、電流制御を一旦安定化するための退避処理を実行する。具体的には、電流動作点を、変調率が低く、かつ、正弦波PWM制御が適用されるような領域へ変更する。
On the other hand, when current disturbance occurs (when YES is determined in S220),
たとえば、図16に示すように、電流動作点613での過変調PWM制御によって電流乱れが発生すると、正弦波PWM制御での動作が保証され、かつ、変調率も比較的低い所定の電流動作点630に、電流動作点が変更される。そして、電流動作点630に対応する電流指令値Idcom,Iqcomに従って、電流フィードバック制御が実行される。
For example, as shown in FIG. 16, when current disturbance occurs due to overmodulation PWM control at the
これにより、瞬間的に交流電動機M1の出力トルクが低下することになる。したがって、電流動作点630が選択される時間は、電流制御の安定化に必要な範囲内で、交流電動機M1による負荷運転(たとえば、ハイブリッド自動車等の運転快適性)に問題が生じないように、ごく短時間に設定されることが好ましい。
Thereby, the output torque of AC electric motor M1 falls instantaneously. Therefore, the time during which the
再び図15を参照して、制御装置30は、ステップS270により電流動作点を変更する待避処理を実行した後に、ステップS280に処理を進めて復帰処理を実行する。
Referring to FIG. 15 again,
再び図16を参照して、復帰処理では、出力トルクが強制的に低下された電流動作点から、本来のトルク指令値Trqcomへ向けてトルクを徐々に上昇するように、回避用制御ライン620に沿って電流動作点が移動する。すなわち、ステップS270による復帰処理中には、回避用制御ライン620に従って電流指令値Idcom,Iqcomが設定されるとともに、当該電流指令値に従って電流フィードバック制御が実行されることになる。なお、実施の形態3においても、回避用制御ライン620に従った電流指令値Idcom,Iqcomの生成については、実施の形態1(Idcom,Iqcomともマップ値)または実施の形態1の変形例(調整係数の導入)と同様に実現できる。
Referring to FIG. 16 again, in the return process, the
回避用制御ライン620は、矩形波電圧制御との切換点に相当する電流動作点621(変調率=0.78)を含むようにを準備されている。したがって、復帰処理の終了後にも、トルク指令値Trqcomの変化に対応して回避用制御ライン620に従って電流指令値Idcom,Iqcomを設定することができる。これにより一旦電流乱れが発生した後の電流フィードバック制御を安定化できる。そして、トルク指令値Trqcomの上昇により、回避用制御ライン620上で変調率=0.78(電流動作点621)となると、制御モードは矩形波電圧制御へ切換えられ、再び、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切換が発生したときには、最大トルク制御ライン610に沿って、電流動作点が設定される。すなわち、過変調PWM制御への制御モード切換時には、電流動作点612の付近に電流動作点が設定されることになる。
The
以上説明したように、実施の形態3による交流電動機制御によれば、電流偏差が判定値以上となり電流の乱れが大きくなった場合には、正弦波PWM制御が適用される電流動作点への変更によって、安定性の高い制御条件とした電流フィードバック制御を強制的に適用する待避処理を実行することによって、制御安定性を高めることができる。 As described above, according to the AC motor control according to the third embodiment, when the current deviation is equal to or greater than the determination value and the current disturbance becomes large, the change to the current operating point to which the sine wave PWM control is applied. Thus, the control stability can be enhanced by executing a saving process that forcibly applies the current feedback control under a highly stable control condition.
さらに、待避処理によって低下した出力トルクを復帰させる復帰処理についても、回避用制御ラインに沿って電流動作点を変化させることによって制御安定性を確保することができる。 Furthermore, also in the return process for recovering the output torque reduced by the save process, the control stability can be ensured by changing the current operating point along the avoidance control line.
なお、本実施の形態では、好ましい構成例として、インバータ14への入力電圧(システム電圧VH)を可変制御可能なように、モータ駆動システムの直流電圧発生部10♯が昇降圧コンバータ12を含む構成を示したが、インバータ14への入力電圧を可変制御可能であれば、直流電圧発生部10♯は本実施の形態に例示した構成には限定されない。また、インバータ入力電圧が可変であることは必須ではなく、直流電源Bの出力電圧がそのままインバータ14へ入力される構成(たとえば、昇降圧コンバータ12の配置を省略した構成)に対しても本発明を適用可能である。
In the present embodiment, as a preferred configuration example, DC
さらに、モータ駆動システムの負荷となる交流電動機についても、本実施の形態では、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本願発明を適用可能である。 Further, with regard to the AC motor serving as a load of the motor drive system, in the present embodiment, a permanent magnet motor mounted for driving a vehicle in an electric vehicle (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) is assumed. The present invention can also be applied to a configuration in which an arbitrary AC motor used in the above is used as a load.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
5 アース線、6,7 電力線、10,13 電圧センサ、10♯ 直流電圧発生部、11,24 電流センサ、12 コンバータ、14 インバータ、15 U相上下アーム、16 V相上下アーム、17 W相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置(ECU)、100 モータ駆動制御システム、200 正弦波PWM制御部、201 過変調PWM制御部、210 電流指令生成部、220,250 座標変換部、230 電流フィルタ、240 電圧指令生成部、250 座標変換部、260 PWM変調部、262 搬送波、264 交流電圧指令、270 電圧振幅補正部、400 矩形波電圧制御部、410 電力演算部、420 トルク演算部、430 演算部、440 矩形波発生器、450 信号発生部、500 高出力領域、600 等トルク線、610 最大トルク制御ライン、611,612,613 電流動作点(最大トルク制御ライン)、620 回避用制御ライン、621,622,623 電流動作点(回避用制御ライン)、630 電流動作点(待避処理時)、B 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 逆並列ダイオード、Ib 直流電流、Id d軸電流、Idcom d軸電流指令値、Idf,Iqf d,q軸電流(フィルタ処理)、Iqcom q軸電流指令値、iu,iv,iw 三相電流、L1 リアクトル、M1 交流電動機、MCRT モータ電流、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、S1〜S8 スイッチング制御信号、SR1,SR2 システムリレー、Trqcom トルク指令値、Vb 直流電圧、Vd♯ d軸電圧指令値、VH システム電圧、Vq q軸電圧指令値、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令、ΔId d軸電流偏差、ΔIq q軸電流偏差、θ ロータ回転角、φv 電圧位相、ω 角速度。 5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10, 13 Voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 24 Current sensor, 12 Converter, 14 Inverter, 15 U phase upper and lower arm, 16 V phase upper and lower arm, 17 W phase upper and lower Arm, 25 rotation angle sensor, 30 control unit (ECU), 100 motor drive control system, 200 sine wave PWM control unit, 201 overmodulation PWM control unit, 210 current command generation unit, 220, 250 coordinate conversion unit, 230 current filter , 240 voltage command generation unit, 250 coordinate conversion unit, 260 PWM modulation unit, 262 carrier wave, 264 AC voltage command, 270 voltage amplitude correction unit, 400 rectangular wave voltage control unit, 410 power calculation unit, 420 torque calculation unit, 430 calculation 440 square wave generator 450 signal generator 500 high output area 00 equal torque line, 610 maximum torque control line, 611, 612, 613 current operating point (maximum torque control line), 620 avoidance control line, 621, 622, 623 current operating point (evasion control line), 630 current operation Point (during the save process), B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D1 to D8 antiparallel diode, Ib DC current, Id d axis current, Idcom d axis current command value, Idf, Iqf d, q axis current Processing), Iqcom q-axis current command value, iu, iv, iw three-phase current, L1 reactor, M1 AC motor, MCRT motor current, Q1-Q8 power semiconductor switching element, S1-S8 switching control signal, SR1, SR2 system Relay, Trqcom torque command value, Vb DC voltage, Vd # d-axis power Pressure command value, VH system voltage, Vq q-axis voltage command value, Vu, Vv, Vw Phase voltage command, ΔId d-axis current deviation, ΔIq q-axis current deviation, θ rotor rotation angle, φv voltage phase, ω angular velocity.
Claims (8)
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部を備え、
前記パルス幅変調制御部は、
正弦波パルス幅変調方式に従って、前記電流検出器により検出されたモータ電流と、前記トルク指令値に対応する電流指令との偏差である電流偏差に応じて、前記制御指令を発生する正弦波変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、前記電流偏差に応じて前記制御指令を発生する過変調制御部とを含み、
前記過変調制御部は、
前記トルク指令値に対応させて前記電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流偏差に応じて、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令と搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する変調部とを含み、
前記電流指令生成部は、同一電流振幅に対して前記交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第1の制御ラインと、前記第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、前記交流電動機の動作領域に応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成し、
前記正弦波変調制御部における前記電流指令は、前記第1の制御ラインに従って設定される、交流電動機の制御装置。 An AC motor control device in which an applied voltage is controlled by an inverter,
A current detector for detecting a current flowing between the inverter and the AC motor;
A pulse width modulation control unit that generates a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command and a carrier wave for operating the AC motor according to a torque command value;
The pulse width modulation control unit
Sine wave modulation control for generating the control command according to a current deviation which is a deviation between the motor current detected by the current detector and the current command corresponding to the torque command value according to a sine wave pulse width modulation method And
According overmodulation pulse width modulation scheme for outputting an applied voltage amplitude is large of the fundamental wave component than the sinusoidal pulse width modulation method, and the overmodulation control unit to generate the control command in accordance with the prior SL current deviation Including
The overmodulation control unit
A current command generator that generates the current command in correspondence with the torque command value;
Depending on the electrostatic Nagarehen difference, voltage command generation unit that generates a voltage command,
Based on a comparison between the voltage command and the carrier, and a modulator for generating the control command,
The current command generation unit includes a first control line for setting the current command corresponding to the torque command value according to a current phase at which the torque of the AC motor is maximized with respect to the same current amplitude, and the first control line. One of the second control line for setting the current command corresponding to the torque command value according to the current phase in which the current amplitude for the same torque is larger than the control line of Selecting according to the selected control line and generating the current command corresponding to the torque command value ,
The AC motor control device , wherein the current command in the sine wave modulation control unit is set according to the first control line .
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部を備え、
前記パルス幅変調制御部は、
正弦波パルス幅変調方式に従って、前記電流検出器により検出されたモータ電流と、前記トルク指令値に対応する電流指令との偏差である電流偏差に応じて、前記制御指令を発生する正弦波変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、前記電流偏差に応じて前記制御指令を発生する過変調制御部とを含み、
前記過変調制御部は、
前記トルク指令値に対応させて前記電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流偏差に応じて、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令と搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する変調部とを含み、
前記電流指令生成部は、同一電流振幅に対して前記交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第1の制御ラインと、前記第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、前記電流偏差の大きさに応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成する、交流電動機の制御装置。 An AC motor control device in which an applied voltage is controlled by an inverter,
A current detector for detecting a current flowing between the inverter and the AC motor;
A pulse width modulation control unit that generates a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between an AC voltage command and a carrier wave for operating the AC motor according to a torque command value;
The pulse width modulation control unit
Sine wave modulation control for generating the control command according to a current deviation which is a deviation between the motor current detected by the current detector and the current command corresponding to the torque command value according to a sine wave pulse width modulation method And
According overmodulation pulse width modulation scheme for outputting an applied voltage amplitude is large of the fundamental wave component than the sinusoidal pulse width modulation method, and the overmodulation control unit to generate the control command in accordance with the prior SL current deviation Including
The overmodulation control unit
A current command generator that generates the current command in correspondence with the torque command value;
Depending on the electrostatic Nagarehen difference, voltage command generation unit that generates a voltage command,
Based on a comparison between the voltage command and the carrier, and a modulator for generating the control command,
The current command generation unit includes a first control line for setting the current command corresponding to the torque command value according to a current phase at which the torque of the AC motor is maximized with respect to the same current amplitude, and the first control line. One of the second control line for setting the current command corresponding to the torque command value according to the current phase in which the current amplitude for the same torque is larger than that of the control line is set to the magnitude of the current deviation. A control apparatus for an AC motor that selects according to the selected control line and generates the current command corresponding to the torque command value.
前記電流指令生成部は、前記第1の制御ラインに従って前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップと、前記第2の制御ラインに従って、前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第2のマップとを選択的に参照することによって、前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の交流電動機の制御装置。 The current command includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
The current command generation unit includes a first map in which the set of the torque command value and the d-axis current command value and the q-axis current command value are associated in advance according to the first control line, and the second control. According to the line, the torque command value and the second map in which the set of the d-axis current command value and the q-axis current command value are preliminarily associated are selectively referred to, so that the torque command value corresponds to the torque command value. The control device for an AC motor according to claim 1, wherein the current command is generated.
前記電流指令生成部は、前記第1の制御ラインの選択時には、前記第1の制御ラインに従って前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップの参照によって前記電流指令を生成する一方で、前記第2の制御ラインの選択時には、前記第1のマップの参照によって得られた前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の一方に調整係数を乗算することによって一方の電流指令値を生成するとともに、当該一方の電流指令値および前記トルク指令値に基づいて、当該トルク指令値を実現するための前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組合わせに従って他方の電流指令値を生成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の交流電動機の制御装置。 The current command includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
When the first control line is selected, the current command generation unit associates a set of the torque command value and the d-axis current command value and the q-axis current command value in advance according to the first control line. While the current command is generated by referring to one map, the d-axis current command value and the q-axis current command value obtained by referring to the first map are selected when the second control line is selected. One current command value is generated by multiplying one by an adjustment coefficient, and the d-axis current command value for realizing the torque command value based on the one current command value and the torque command value, and The control device for an AC motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the other current command value is generated according to the combination of the q-axis current command values.
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