JP5354270B2 - Motor control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device capable of satisfactorily determining the step-out of an AC motor based on a drive current of the AC motor. <P>SOLUTION: The motor control device includes a basic wave frequency calculating section 10 for calculating the frequency of a basic wave component of a drive current to be supplied to the AC motor 12 from an inverter circuit 5 interposed between the AC motor 12 and a DC power supply to convert an output of the DC power supply into a three-phase AC based on the number of rotations of the AC motor 12, a band-pass filter 7 having a set frequency band for filtering according to the frequency of the basic wave component and filtering the drive current, an integrating section 8 for sectionally integrating the drive current after passing through the band-pass filter 7 over a predetermined period, and a decision unit 9 for determining whether the AC motor 12 is in a step-out state based on results of integration. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、直流電源を交流に変換して交流モータを駆動するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that drives an AC motor by converting a DC power source into AC.

交流モータ、例えば3相同期モータの3相ステータコイルに流れる電流を検出し、これをフィードバックしてモータの回転を制御する方法が知られている。この制御においては、永久磁石を有する3相同期モータのロータの回転位置と、ステータコイルにより生成される回転磁界とを同期させる必要がある。しかし、急激な回転変動が生じた場合、この同期が外れる、いわゆる「脱調」が発生する場合がある。脱調が生じると、ステータコイルの電流の平衡が崩れ、ステータコイルに過電流が流れる場合があり、これによりモータを損傷する可能性が生じる。従って、このような脱調を早期に発見し、モータを停止させたり、同期を回復させたりするなどの対策が求められる。特開平11−75389号公報(特許文献1)には、電流測定値のピーク値と所定の設定値とを比較することにより脱調を判定し、同期タイミング(転流タイミング)を自己修復する技術が開示されている。   A method is known in which the current flowing in the three-phase stator coil of an AC motor, for example, a three-phase synchronous motor, is detected and fed back to control the rotation of the motor. In this control, it is necessary to synchronize the rotational position of the rotor of the three-phase synchronous motor having a permanent magnet with the rotating magnetic field generated by the stator coil. However, when a sudden rotational fluctuation occurs, there is a case where this synchronization is lost, so-called “step-out” occurs. When the step-out occurs, the current of the stator coil is unbalanced, and an overcurrent may flow through the stator coil, which may damage the motor. Therefore, measures such as detecting such step-out early and stopping the motor or restoring synchronization are required. Japanese Patent Laid-Open No. 11-75389 (Patent Document 1) discloses a technique for determining a step-out by comparing a peak value of a current measurement value with a predetermined set value, and self-recovering the synchronization timing (commutation timing). Is disclosed.

特開平11−75389号公報(第80〜82段落等)JP-A-11-75389 (80th to 82nd paragraphs, etc.)

モータのステータコイルに流れる電流には、直流電源を交流に変換するインバータのスイッチングノイズなどのノイズが重畳されている場合がある。このため、電流測定値のピーク値が、このノイズの影響を受け、正確に脱調が判定できない可能性がある。従って、このようなノイズによる影響を抑制し、正確に脱調を判定することができるモータ制御装置が望まれている。   In some cases, noise such as switching noise of an inverter that converts a DC power source into AC is superimposed on the current flowing through the stator coil of the motor. For this reason, the peak value of the current measurement value is affected by this noise, and there is a possibility that step-out cannot be accurately determined. Therefore, there is a demand for a motor control device that can suppress the influence of such noise and accurately determine step-out.

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、交流モータの駆動電流に基づいて良好に交流モータの脱調を判定することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor control device that can satisfactorily determine the step-out of an AC motor based on the drive current of the AC motor.

上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置の特徴構成は、
交流モータと直流電源との間に介在されて前記直流電源の出力を3相交流に変換するインバータ回路から前記交流モータに供給される駆動電流の検出結果を取得する電流値取得部と、
前記交流モータの回転数に基づいて前記駆動電流の基本波成分の周波数を演算する基本波周波数演算部と、
前記基本波成分の周波数に応じて通過させる周波数帯域が設定され、前記駆動電流をフィルタリングするバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過後の前記駆動電流を基本波成分の1周期に亘って区間積分する積分部と、
前記積分結果に基づいて、前記交流モータが脱調状態にあるか否かを判定する判定部と、を備える点にある。
The characteristic configuration of the motor control device according to the present invention for achieving the above object is as follows:
A current value acquisition unit for acquiring a detection result of a drive current supplied to the AC motor from an inverter circuit interposed between the AC motor and a DC power source and converting the output of the DC power source into a three-phase AC;
A fundamental frequency calculator that calculates the frequency of the fundamental component of the drive current based on the rotational speed of the AC motor;
A frequency band that is passed according to the frequency of the fundamental component is set, and a bandpass filter that filters the drive current;
An integration unit that integrates the drive current after passing through the bandpass filter over one period of the fundamental wave component ;
And a determination unit that determines whether or not the AC motor is in a step-out state based on the integration result.

この特徴構成によれば、交流モータのステータコイルに流れる交流電流である駆動電流に含まれるノイズ成分がバンドパスフィルタによって除去され、ほぼ基本波成分のみが取り出される。そして、ほぼ基本波成分のみとなった駆動電流が基本波成分の1周期に亘って区間積分され、この積分結果に基づいて交流モータが脱調状態であるか否かが判定される。従って、従来のように、インバータ回路におけるスイッチングノイズ等によって、駆動電流のピーク値が影響を受け、脱調判定の精度が損なわれることがない。つまり、本特徴構成によれば、交流モータの駆動電流に基づいて良好に交流モータの脱調を判定することが可能なモータ制御装置を提供することができる。 According to this characteristic configuration, the noise component contained in the drive current, which is an alternating current flowing in the stator coil of the alternating current motor, is removed by the bandpass filter, and only the fundamental wave component is extracted. Then, the drive current which is substantially only the fundamental wave component is subjected to interval integration over one period of the fundamental wave component, and it is determined whether or not the AC motor is in a step-out state based on the integration result. Therefore, unlike the prior art, the peak value of the drive current is affected by switching noise or the like in the inverter circuit, and the accuracy of the step-out determination is not impaired. That is, according to this feature configuration, it is possible to provide a motor control device that can satisfactorily determine the step-out of the AC motor based on the drive current of the AC motor.

また、本発明のモータ制御装置の前記判定部は、3相の前記駆動電流の前記基本波成分の1周期分の積分結果が所定の設定値を超えた場合に、前記交流モータが脱調状態にあると判定すると好適である。 In addition, the determination unit of the motor control device of the present invention causes the AC motor to be out of step when an integration result for one period of the fundamental component of the three-phase driving current exceeds a predetermined set value. It is preferable to determine that the

交流モータが同期を保って回転している場合には、3相の駆動電流は平衡状態に有り、その瞬時時の総和は理想的にはゼロである。このため、駆動電流の基本波成分の1周期分の区間積分の結果は、理想的には3相で等しくなる。複数周期に亘って積分した場合も同様である。理想的に等しいとしているのは、現実の交流モータにおいては、ノイズ成分やオフセット成分が含まれる場合があり、完全に等しいとは限らないからである。しかし、3相が平衡状態にある場合にはほぼ同一の積分結果が得られるので、3相の駆動電流の積分結果の相互の差が所定の設定値により規定される設定範囲内であれば、同期が得られていると判定することができる。上述したように、バンドパスフィルタを通過した駆動電流の基本波成分の1周期分を積分することによってノイズ耐性を高めることができている。さらに、3相の平衡性が正確に判定されるので、判定部は、交流モータが脱調状態にあるか否かを良好に判定することが可能となる。 When the AC motor rotates in synchronization, the three-phase drive current is in an equilibrium state, and the sum total at the moment is ideally zero. For this reason, the result of interval integration for one period of the fundamental wave component of the drive current is ideally equal in three phases. The same applies when integrating over a plurality of periods. The reason why they are ideally equal is that in an actual AC motor, a noise component and an offset component may be included, and they are not always equal. However, when the three phases are in an equilibrium state, almost the same integration result is obtained. Therefore, if the difference between the integration results of the driving currents of the three phases is within a setting range defined by a predetermined setting value, It can be determined that synchronization is obtained. As described above, noise tolerance can be improved by integrating one period of the fundamental wave component of the drive current that has passed through the band-pass filter. Furthermore, since the three-phase balance is accurately determined, the determination unit can satisfactorily determine whether or not the AC motor is in a step-out state.

交流モータを駆動するモータ制御システムの構成例を模式的に示すブロック図A block diagram schematically showing a configuration example of a motor control system for driving an AC motor モータ制御装置の構成例を模式的に示すブロック図Block diagram schematically showing a configuration example of a motor control device

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、交流モータを駆動するモータ制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。交流モータであるモータ12を駆動するモータ制御システムは、モータ12と直流電源20との間に介在されて、直流電源20の出力を3相交流に変換するインバータ回路5を有して構成される。インバータ回路5は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、IGBT(insulated gate bipolar transistor)やMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)を適用すると好適である。ここでは、スイッチング素子としてIGBTを用いる場合を例示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a motor control system that drives an AC motor. A motor control system that drives a motor 12 that is an AC motor includes an inverter circuit 5 that is interposed between the motor 12 and a DC power supply 20 and converts the output of the DC power supply 20 into a three-phase AC. . The inverter circuit 5 includes a plurality of switching elements. It is preferable to apply an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) to the switching element. Here, the case where IGBT is used as a switching element is illustrated.

インバータ回路5は、3相のブリッジ回路により構成されている。インバータ回路5の入力プラス側21と入力マイナス側22との間に2つのIGBTが直列に接続され、この直列回路が3回線並列接続される。つまり、モータ12のステータコイルu相、v相、w相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図1において、IGBTQ5、Q1、Q3は、それぞれu相、v相、w相に対応する上段側のスイッチング素子である。また、IGBTQ6、Q2、Q4は、それぞれu相、v相、w相に対応する下段側のスイッチング素子である。尚、IGBTQ1〜Q6には、それぞれフライホイールダイオード(回生ダイオード)が並列に接続される。フライホイールダイオードは、カソード端子がIGBTのコレクタ端子に接続され、アノード端子がIGBTのエミッタ端子に接続される形で並列に接続される。   The inverter circuit 5 is configured by a three-phase bridge circuit. Two IGBTs are connected in series between the input plus side 21 and the input minus side 22 of the inverter circuit 5, and this series circuit is connected in parallel in three lines. That is, a bridge circuit in which a set of series circuits corresponds to each of the stator coils u-phase, v-phase, and w-phase of the motor 12 is configured. In FIG. 1, IGBTs Q5, Q1, and Q3 are upper-stage switching elements corresponding to the u-phase, v-phase, and w-phase, respectively. The IGBTs Q6, Q2, and Q4 are lower-stage switching elements corresponding to the u-phase, the v-phase, and the w-phase, respectively. Note that flywheel diodes (regenerative diodes) are connected in parallel to the IGBTs Q1 to Q6, respectively. The flywheel diodes are connected in parallel such that the cathode terminal is connected to the collector terminal of the IGBT and the anode terminal is connected to the emitter terminal of the IGBT.

各相の上段側のIGBTQ1、Q3、Q5のコレクタはインバータ回路5の入力プラス側21に接続され、エミッタは各相の下段側のIGBTQ2、Q4、Q6のコレクタに接続されている。また、各相の下段側のIGBTQ2、Q4、Q6のエミッタは、インバータ回路5の入力マイナス側22(グラウンド)に接続されている。対となる各相のIGBT(Q5,Q6)、(Q3,Q4)、(Q1,Q2)による直列回路の中間点(IGBTの接続点)は、モータ12のu相、v相、w相のステータコイル12u、12v、12wにそれぞれ接続されている。   The collectors of IGBTs Q1, Q3, Q5 on the upper side of each phase are connected to the input plus side 21 of the inverter circuit 5, and the emitters are connected to the collectors of IGBTs Q2, Q4, Q6 on the lower side of each phase. Further, the emitters of the IGBTs Q2, Q4, Q6 on the lower side of each phase are connected to the input minus side 22 (ground) of the inverter circuit 5. The intermediate points (IGBT connection points) of the series circuit by the IGBTs (Q5, Q6), (Q3, Q4), (Q1, Q2) of each phase to be paired are the u-phase, v-phase, and w-phase of the motor 12, respectively. It is connected to the stator coils 12u, 12v, 12w, respectively.

各IGBTQ1〜Q6のゲートは、ドライバ回路51を介して制御部としてのECU50に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。ECU50は、マイクロコンピュータなどの論理回路を中核として構成される。ECU50は、本発明のモータ制御装置に相当する。高電圧をスイッチングするIGBTやMOSFETのゲートに入力される駆動信号は、一般的な論理回路の電圧よりも高い電圧を必要とするため、ドライバ回路51を介してインバータ回路5に入力される。   The gates of the IGBTs Q1 to Q6 are connected to an ECU 50 as a control unit via a driver circuit 51, and are individually controlled for switching. The ECU 50 is configured with a logic circuit such as a microcomputer as a core. The ECU 50 corresponds to the motor control device of the present invention. The drive signal input to the gate of the IGBT or MOSFET that switches the high voltage requires a voltage higher than the voltage of a general logic circuit, and therefore is input to the inverter circuit 5 via the driver circuit 51.

ECU50は、IGBTQ1〜Q6を、モータ12に対する目標トルク及び回転数に基づいてPWM制御することで、モータ12に3相の交流駆動電流を供給する。これにより、モータ12は、回転数、目標トルクに応じて力行する。尚、モータ12が発電機として働き、モータ12側からインバータ回路5が電力を受ける回生時も力行時と同様である。ECU50は、IGBTQ1〜Q6を、モータ12に対する目標トルク及び回転数に基づいてPWM制御することで、発電された電力を直流に変換する。尚、単純に、IGBTQ1〜Q6に並列接続されたフライホイールダイオードを用いて整流することも可能である。   The ECU 50 supplies the motor 12 with a three-phase AC drive current by performing PWM control on the IGBTs Q <b> 1 to Q <b> 6 based on the target torque and the rotational speed for the motor 12. Thereby, the motor 12 powers according to the rotation speed and the target torque. The motor 12 functions as a generator, and the regeneration when the inverter circuit 5 receives power from the motor 12 side is the same as during powering. ECU50 converts IGBTQQ1-Q6 into direct current | flow by carrying out PWM control based on the target torque with respect to the motor 12, and rotation speed. It is also possible to simply rectify using flywheel diodes connected in parallel to the IGBTs Q1 to Q6.

また、ECU50は、回転数やモータ電流に基づいてフィードバック制御を行う。図1に示すように、モータ2のu相、v相、w相の各ステータコイル12u、12v、12wへ供給される駆動電流を計測するために、電流検出部13として機能する電流センサが備えられている。電流センサによる検出値は、ECU50が受け取り、フィードバック制御に用いられる。本例では、3相全ての電流を計測する構成を示しているが、3相は平衡状態にあり、電流の瞬時値の総和は零であるので2相のみの電流を計測して、ECU50において残りの1相の電流を演算により求めてもよい。   Further, the ECU 50 performs feedback control based on the rotation speed and the motor current. As shown in FIG. 1, a current sensor that functions as a current detection unit 13 is provided to measure the drive current supplied to the u-phase, v-phase, and w-phase stator coils 12 u, 12 v, and 12 w of the motor 2. It has been. The detected value by the current sensor is received by the ECU 50 and used for feedback control. In this example, a configuration is shown in which the currents of all three phases are measured, but since the three phases are in an equilibrium state and the sum of instantaneous current values is zero, only the currents of the two phases are measured and the ECU 50 The remaining one-phase current may be obtained by calculation.

また、モータ12には、回転検出部11として、レゾルバなどの回転検出センサが備えられており、モータ12のロータの回転角(機械角)を検出する。回転検出センサは、単独で、又はECU50と協働して回転検出部11として機能する。回転検出センサは、ロータの極数(極対数)に応じて設定されており、ロータの回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を出力することも可能である。ECU50は、この回転角や電気角θに基づいてモータ12の回転数(角速度ω)や、インバータ回路5の各IGBTQ1〜Q6の制御タイミングを演算する。   Further, the motor 12 is provided with a rotation detection sensor such as a resolver as the rotation detection unit 11, and detects the rotation angle (mechanical angle) of the rotor of the motor 12. The rotation detection sensor functions as the rotation detection unit 11 alone or in cooperation with the ECU 50. The rotation detection sensor is set according to the number of poles (the number of pole pairs) of the rotor, and can convert the rotation angle of the rotor into an electrical angle θ and output a signal corresponding to the electrical angle θ. The ECU 50 calculates the rotational speed (angular velocity ω) of the motor 12 and the control timing of the IGBTs Q1 to Q6 of the inverter circuit 5 based on the rotational angle and the electrical angle θ.

図2は、モータ制御装置としてのECU50の構成を模式的に示すブロック図である。図2では、モータ制御システムの内、ECU50以外の構成については適宜簡略化して表している。上述したように、ECU50は、マイクロコンピュータなどの論理回路を中核として構成される。従って、ECU50の各機能部は、それぞれ独立して構成される必要はなく、プログラムと共通のハードウェアとの協働によって各機能が実現されれば充分である。ECU50は、図2に示すように、目標電流設定部1と、PI制御部2と、2相/3相変換部3と、PWM制御部4と、3相/2相変換部6と、バンドパスフィルタ7と、積分部8と、判定部9と、回転状態演算部10と有して構成される。   FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the ECU 50 as the motor control device. In FIG. 2, the components other than the ECU 50 in the motor control system are simply simplified as appropriate. As described above, the ECU 50 is configured with a logic circuit such as a microcomputer as a core. Therefore, each function part of ECU50 does not need to be comprised independently, respectively, and it is sufficient if each function is implement | achieved by cooperation with a program and common hardware. As shown in FIG. 2, the ECU 50 includes a target current setting unit 1, a PI control unit 2, a 2-phase / 3-phase conversion unit 3, a PWM control unit 4, a 3-phase / 2-phase conversion unit 6, a band A pass filter 7, an integration unit 8, a determination unit 9, and a rotation state calculation unit 10 are included.

交流モータを制御する方法として、ベクトル制御(field oriented control : FOC)と呼ばれる制御方法が知られている。ベクトル制御では、交流モータの3相各相のステータコイルに流れるモータ電流を、回転子に配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるd軸と、d軸に直交するq軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。本例においても、このベクトル制御を採用している。   As a method of controlling an AC motor, a control method called vector control (field oriented control: FOC) is known. In the vector control, a motor current flowing through the stator coils of the three phases of the AC motor is represented by a vector of a d axis that is a direction of a magnetic field generated by a permanent magnet disposed on the rotor and a q axis that is orthogonal to the d axis. Performs feedback control by converting coordinates to components. This vector control is also adopted in this example.

目標電流設定部1は、モータ12を駆動するための目標電流を設定する機能部である。目標電流設定部1は、ECU50とは別の制御部、例えば車両全体を制御するECUなどから、モータ12に要求される目標トルクを受け取り、この目標トルクとモータ12の回転数などの回転状態に基づいて目標電流値を演算する。モータ12の回転状態は、上述したように回転角検出部11により検出される。目標電流値は、d軸電流及びq軸電流の2相電流として演算される。   The target current setting unit 1 is a functional unit that sets a target current for driving the motor 12. The target current setting unit 1 receives a target torque required for the motor 12 from a control unit different from the ECU 50, for example, an ECU that controls the entire vehicle, and changes the rotational state such as the target torque and the rotational speed of the motor 12 to the target current. Based on this, the target current value is calculated. The rotation state of the motor 12 is detected by the rotation angle detector 11 as described above. The target current value is calculated as a two-phase current of a d-axis current and a q-axis current.

PI制御部2は、モータ12を駆動するための駆動電流を決定するための電流制御を行うと共に決定された電流に基づいて駆動電圧を決定する機能部である。PI制御部2は、目標電流設定部1により設定された目標電流と、電流検出部13により検出されて3相/2相変換部6を介してフィードバックされたモータ電流(駆動電流)に基づいて電流制御を実施して駆動電流を決定する。電流制御の方式には、比例制御(P制御)や、比例積分制御(PI制御)が一般的に用いられる。本例では、比例積分制御方式が用いられる場合を例示しているが、もちろん比例制御方式を用いることも可能である。モータ電流は、上述したように電流検出部13によって検出されるが、これらは実際に3相のステータコイル12v〜12Wに流れる電流である。一方、PI制御部2は、ベクトル空間上において、d軸電流及びq軸電流の2相電流に対して電流制御を実施する。従って、電流検出部13によって検出された3相電流は、3相/2相変換部6において2相電流へ変換されてPI制御部2へ伝達される。PI制御部2は、決定した駆動電流の値を電圧方程式へ代入して演算し、2相の駆動電圧であるd軸電圧及びq軸電圧を決定する。   The PI control unit 2 is a functional unit that performs current control for determining a drive current for driving the motor 12 and determines a drive voltage based on the determined current. The PI control unit 2 is based on the target current set by the target current setting unit 1 and the motor current (drive current) detected by the current detection unit 13 and fed back via the three-phase / two-phase conversion unit 6. Current control is performed to determine the drive current. As the current control method, proportional control (P control) or proportional-integral control (PI control) is generally used. In this example, the case where the proportional-integral control method is used is illustrated, but it is of course possible to use the proportional control method. The motor current is detected by the current detector 13 as described above, and these are actually currents flowing through the three-phase stator coils 12v to 12W. On the other hand, the PI control unit 2 performs current control on the two-phase current of the d-axis current and the q-axis current in the vector space. Therefore, the three-phase current detected by the current detection unit 13 is converted into a two-phase current in the three-phase / two-phase conversion unit 6 and transmitted to the PI control unit 2. The PI control unit 2 calculates by substituting the determined value of the drive current into the voltage equation, and determines the d-axis voltage and the q-axis voltage, which are two-phase drive voltages.

2相/3相変換部3は、PI制御部2により演算されたd軸電圧及びq軸電圧の2相の駆動電圧を、実際に3相のステータコイル12v〜12wに駆動電流を流すための駆動電圧である3相電圧に変換する機能部である。そして、PWM制御部4は、2相/3相変換部3において決定された3相の駆動電圧を発生させるべく、インバータ回路5の各IGBTQ1〜Q6をスイッチングするゲート駆動信号を生成する機能部である。インバータ回路5は、PWM制御部4によりスイッチング制御されて、直流電源20の出力を交流に変換して、モータ12を駆動する。   The two-phase / three-phase conversion unit 3 is configured to cause the two-phase drive voltage of the d-axis voltage and the q-axis voltage calculated by the PI control unit 2 to actually flow the drive current to the three-phase stator coils 12v to 12w. This is a functional unit that converts the driving voltage into a three-phase voltage. The PWM control unit 4 is a functional unit that generates gate drive signals for switching the IGBTs Q1 to Q6 of the inverter circuit 5 so as to generate the three-phase drive voltages determined by the two-phase / three-phase conversion unit 3. is there. The inverter circuit 5 is switching-controlled by the PWM control unit 4, converts the output of the DC power supply 20 into AC, and drives the motor 12.

このように、モータ12の3相のステータコイル12v〜12wに流れるモータ電流を検出し、これをフィードバックしてモータ12が制御される。この制御においては、永久磁石を有するモータ12のロータの回転位置と、ステータコイル12v〜12wにより生成される回転磁界とを同期させる必要がある。しかし、急激な回転変動が生じた場合、この同期が外れる、いわゆる「脱調」が発生する場合がある。脱調が生じると、ステータコイル12v〜12wの電流の平衡が崩れ、ステータコイル12v〜12wに過電流が流れる場合があり、これによりモータを損傷する可能性が生じる。従って、このような脱調を早期に発見し、モータを停止させたり、同期を回復させたりするなどの対策が求められる。そこで、ECU50は、同期ずれ(脱調)判定手段として、バンドパスフィルタ7、積分部8、判定部9を備えて構成される。   In this way, the motor 12 is controlled by detecting the motor current flowing through the three-phase stator coils 12v to 12w of the motor 12 and feeding back this. In this control, it is necessary to synchronize the rotational position of the rotor of the motor 12 having a permanent magnet and the rotating magnetic field generated by the stator coils 12v to 12w. However, when a sudden rotational fluctuation occurs, there is a case where this synchronization is lost, so-called “step-out” occurs. When the step-out occurs, the current balance of the stator coils 12v to 12w may be lost, and an overcurrent may flow through the stator coils 12v to 12w, thereby possibly damaging the motor. Therefore, measures such as detecting such step-out early and stopping the motor or restoring synchronization are required. Therefore, the ECU 50 includes a band-pass filter 7, an integration unit 8, and a determination unit 9 as a synchronization shift (step-out) determination unit.

バンドパスフィルタ7は、電流検出部13により検出された各ステータコイル12u〜12wの駆動電流をフィルタリングする機能部である。バンドパスフィルタ7は、モータ12の駆動電流である3相交流の基本波成分の周波数に応じて設定された周波数帯域の信号を通過させる特性を有している。基本波成分の周波数は、モータ12の回転状態により変動するため、バンドパスフィルタ7は、対象周波数可変のフィルタである。バンドパスフィルタ7の特性は、回転角検出部11の検出結果に基づいて回転状態演算部10によって演算された基本波成分の周波数に応じて設定される。従って、回転状態演算部10は、後述するように、本発明の基本波周波数演算部として機能する。尚、本例においては、ECU50がマイクロコンピュータを中核として構成されており、バンドパスフィルタ7はデジタルフィルタである。   The band-pass filter 7 is a functional unit that filters the drive currents of the stator coils 12 u to 12 w detected by the current detection unit 13. The band-pass filter 7 has a characteristic of passing a signal in a frequency band set according to the frequency of the fundamental wave component of the three-phase alternating current that is the drive current of the motor 12. Since the frequency of the fundamental wave component varies depending on the rotation state of the motor 12, the band-pass filter 7 is a target frequency variable filter. The characteristics of the bandpass filter 7 are set according to the frequency of the fundamental wave component calculated by the rotation state calculation unit 10 based on the detection result of the rotation angle detection unit 11. Accordingly, the rotation state calculation unit 10 functions as a fundamental wave frequency calculation unit of the present invention, as will be described later. In this example, the ECU 50 is configured with a microcomputer as a core, and the bandpass filter 7 is a digital filter.

基本波周波数演算部(回転状態演算部)10は、インバータ回路5からモータ12に供給される駆動電流の基本波成分の周波数を、モータ12の回転数に基づいて演算する機能部である。本実施形態においては、バンドパスフィルタ7はデジタルフィルタであり、下記の式(3)に示すようなフィルタ演算によってバンドパスフィルタが実現される。バンドパスフィルタ7は可変フィルタであり、基本波周波数演算部10の演算結果に基づいて、ECU50内のマップが検索され、フィルタ演算のパラメータが設定される。例えば、モータ12の回転数をNとし、ロータに備えられる永久磁石の極対数をPnとし、回転角検出部11(レゾルバ)の分解能をXとすれば、周波数Wは、以下の式(1)で求められる。そして、以下の式(2)に示すように、求められた周波数Wに基づいてバンドパスマップ(bandpassMap)を検索して、パラメータ[a, b]を得る。   The fundamental frequency calculation unit (rotation state calculation unit) 10 is a functional unit that calculates the frequency of the fundamental component of the drive current supplied from the inverter circuit 5 to the motor 12 based on the rotational speed of the motor 12. In the present embodiment, the bandpass filter 7 is a digital filter, and a bandpass filter is realized by a filter operation as shown in the following equation (3). The bandpass filter 7 is a variable filter, and a map in the ECU 50 is searched based on the calculation result of the fundamental frequency calculation unit 10 to set parameters for filter calculation. For example, if the rotational speed of the motor 12 is N, the number of pole pairs of the permanent magnet provided in the rotor is Pn, and the resolution of the rotational angle detector 11 (resolver) is X, the frequency W is expressed by the following equation (1). Is required. Then, as shown in the following equation (2), a bandpass map (bandpassMap) is searched based on the obtained frequency W to obtain parameters [a, b].

W = N × Pn × X ・・・(1)
[a, b] = bandpassMap(W) ・・・(2)
W = N × Pn × X (1)
[a, b] = bandpassMap (W) (2)

例えば、バンドパスフィルタ7は、以下の式(3)に示すフィルタ演算により実現される。式(3)において、i_uf(n), i_vf(n), i_wf(n)はフィルタ通過後の3相電流を示し、i_u(n), i_v(n), i_w(n)は電流検出部13により検出された3相電流の電流値を示し、nはデジタルフィルタの演算回数(n回目)を示す。バンドパスマップを検索して取得されたパラメータ[a, b]は、a[a1, a2]、b[b0, b1, b2]として、式(3)中の係数となる。   For example, the bandpass filter 7 is realized by a filter calculation represented by the following formula (3). In Expression (3), i_uf (n), i_vf (n), i_wf (n) indicate three-phase currents after passing through the filter, and i_u (n), i_v (n), i_w (n) indicate the current detector 13. Indicates the current value of the three-phase current detected by n, and n indicates the number of operations of the digital filter (n-th). Parameters [a, b] obtained by searching the bandpass map are coefficients in equation (3) as a [a1, a2] and b [b0, b1, b2].

Figure 0005354270
Figure 0005354270

積分部8は、バンドパスフィルタ7を通過後の駆動電流を所定の周期に亘って、下記に示す式(4)に示すように区間積分する機能部である。式(4)において、i_uin, i_vin, i_winは、区間積分結果を示す。積分区間は、基本波の周波数Wに基づいて決定され、基本波の周期の整数倍に設定される。最も短い場合は、基本波の1周期分であり、本実施形態においては、3〜4周期分に設定される。本実施形態では、デジタル信号処理されるので、積分区間に相当する繰り返し演算の中で算出されたi_uf, i_vf, i_wfを積算することによって区間積分が実現される。   The integration unit 8 is a functional unit that integrates the drive current after passing through the bandpass filter 7 over a predetermined period as shown in the following equation (4). In Expression (4), i_uin, i_vin, and i_win indicate interval integration results. The integration interval is determined based on the fundamental wave frequency W, and is set to an integral multiple of the fundamental wave period. The shortest case is one period of the fundamental wave, and in this embodiment, it is set to 3-4 periods. In this embodiment, since digital signal processing is performed, interval integration is realized by integrating i_uf, i_vf, and i_wf calculated in an iterative operation corresponding to the integration interval.

Figure 0005354270
Figure 0005354270

判定部9は、積分結果に基づいて、モータ12が脱調状態にあるか否かを判定する機能部である。この判定は、例えば、下記に示す式(5)に基づいて実施される。式(5)においてAはしきい値であり、3相電流が平衡状態にあるか否かを判定する限度値である。   The determination unit 9 is a functional unit that determines whether or not the motor 12 is in a step-out state based on the integration result. This determination is performed based on, for example, the following formula (5). In Expression (5), A is a threshold value, which is a limit value for determining whether or not the three-phase current is in an equilibrium state.

Figure 0005354270
Figure 0005354270

式(5)は論理式であり、括弧でくくられた第1項、第2項、第3項の何れか一項が「真」であるとき、左辺の判定結果Yが「真」となる論理和を示している。第1項、第2項、第3項は、それぞれ括弧内の減算結果が基準値Aよりも大きい場合に「真」となる。つまり、u相電流とv相電流との差、v相電流とw相電流との差、w相電流とu相電流との差の何れかが限度値である基準値Aを超えている場合に「真」となる。第1項、第2項、第3項の内の何れか一項が「真」であるとき、判定結果Yが「真」となり、3相電流は平衡状態ではないことになる。   Expression (5) is a logical expression, and when one of the first, second, and third terms in parentheses is “true”, the determination result Y on the left side is “true”. Indicates logical OR. The first term, the second term, and the third term are “true” when the subtraction results in parentheses are larger than the reference value A, respectively. In other words, when any of the difference between the u-phase current and the v-phase current, the difference between the v-phase current and the w-phase current, or the difference between the w-phase current and the u-phase current exceeds the limit value A. Becomes true. When any one of the first term, the second term, and the third term is “true”, the determination result Y is “true”, and the three-phase current is not in an equilibrium state.

3相電流が平衡状態にない場合、モータ12の同期がずれている、即ち脱調状態に有る可能性が非常に高いので、判定部9は、モータ12が脱調状態にあると判定する。判定結果は、例えば、目標電流設定部1に伝達されて目標電流の値がゼロに設定され、モータ12が停止される。また、判定結果は、図2に破線で示すように、ECU50の外部に出力されてもよい。そして、ECU50とは別の制御部、例えば車両全体を制御するECUなどが、モータ12に要求するトルク目標をゼロに設定することによって、モータ12を停止させてもよい。   When the three-phase current is not in an equilibrium state, the determination of the motor 12 is in a step-out state because the motor 12 is out of synchronization, that is, in a step-out state. The determination result is transmitted to, for example, the target current setting unit 1, the value of the target current is set to zero, and the motor 12 is stopped. Further, the determination result may be output to the outside of the ECU 50 as indicated by a broken line in FIG. Then, a controller other than the ECU 50, for example, an ECU that controls the entire vehicle, may stop the motor 12 by setting the torque target required for the motor 12 to zero.

尚、ステータコイル12u〜12wを流れる電流を基本周波数の周期の整数倍の区間に亘って区間積分した場合、理想的にはその積分結果はゼロとなる。従って、しきい値Aは、ゼロに対して、マージンを設けた値に設定されると好適である。また、このような特性から判定部9は、各相の区間積分の結果の差を求めることなく、各相の区間積分の結果が、ゼロであるか否か(ゼロに近い基準値B以内であるか否か)によってモータ12が脱調状態にあるか否かを判定してもよい。また、この際、各相の区間積分の結果が基準値B以内であるか否かの結果について論理和を求めることなく、単独の任意の相の区間積分の結果に基づいて判定を行ってもよい。1相の区分積分の結果が電流の乱れを示している場合、3相の平衡状態が崩れていることになるので同期がずれていることが判定できる。   Note that when the current flowing through the stator coils 12u to 12w is integrated over a section that is an integral multiple of the period of the fundamental frequency, the integration result is ideally zero. Therefore, the threshold value A is preferably set to a value with a margin with respect to zero. Further, from such characteristics, the determination unit 9 determines whether or not the result of the interval integration of each phase is zero (within the reference value B close to zero) without obtaining the difference of the interval integration results of each phase. It may be determined whether or not the motor 12 is in a step-out state. Further, at this time, even if the result of whether or not the result of the interval integration of each phase is within the reference value B is determined based on the result of the interval integration of any single phase without obtaining a logical sum. Good. When the result of the one-phase piecewise integration indicates a disturbance in the current, it can be determined that the synchronization is shifted because the three-phase equilibrium state is broken.

以上説明したように、本発明によって、交流モータの駆動電流に基づいて良好に交流モータの脱調を判定することが可能なモータ制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a motor control device that can satisfactorily determine the step-out of an AC motor based on the drive current of the AC motor.

5:インバータ回路
7:バンドパスフィルタ
8:積分部
9:判定部
10:回転状態演算部(基本波周波数演算部)
12:交流モータ
20:直流電源
5: Inverter circuit 7: Band pass filter 8: Integration unit 9: Determination unit 10: Rotation state calculation unit (fundamental frequency calculation unit)
12: AC motor 20: DC power supply

Claims (2)

交流モータと直流電源との間に介在されて前記直流電源の出力を3相交流に変換するインバータ回路から前記交流モータに供給される駆動電流の基本波成分の周波数を、前記交流モータの回転数に基づいて演算する基本波周波数演算部と、
前記基本波成分の周波数に応じて通過させる周波数帯域が設定され、前記駆動電流をフィルタリングするバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過後の前記駆動電流を基本波成分の1周期に亘って区間積分する積分部と、
前記積分結果に基づいて、前記交流モータが脱調状態にあるか否かを判定する判定部と、を備えるモータ制御装置。
The frequency of the fundamental wave component of the drive current supplied to the AC motor from an inverter circuit that is interposed between the AC motor and the DC power source and converts the output of the DC power source into three-phase AC is determined by the rotational speed of the AC motor. A fundamental frequency calculation unit that calculates based on
A frequency band that is passed according to the frequency of the fundamental component is set, and a bandpass filter that filters the drive current;
An integration unit that integrates the drive current after passing through the bandpass filter over one period of the fundamental wave component ;
And a determination unit that determines whether or not the AC motor is in a step-out state based on the integration result.
前記判定部は、3相の前記駆動電流の前記基本波成分の1周期分の積分結果が所定の設定値を超えた場合に、前記交流モータが脱調状態にあると判定する請求項1に記載のモータ制御装置。 The determination unit determines that the AC motor is in a step-out state when an integration result for one period of the fundamental wave component of the three-phase driving current exceeds a predetermined set value. The motor control apparatus described.
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