JP5376218B2 - Motor control device - Google Patents

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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.

永久磁石型の交流モータ、例えば3相同期モータの制御方法として、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。ベクトル制御を用いて交流モータを高精度且つ高速に制御するためには、モータのロータの位置を精度良く検出する必要がある。ロータ位置検出センサを用いてロータの位置を検出方法もあるが、ロータ位置検出センサは比較的体積が大きく、装置が大型化したり、配置上の制約を受けたりする可能性がある。これに対して、永久磁石を有するロータが回転することによって、ステータコイルに誘起される逆起電力を検出することで、電気的にロータ位置を検出する技術が知られている。しかし、ロータが停止中には逆起電力が生じず、ロータの動き初めは逆起電力も小さい。従って、モータの始動時にはロータの位置を検出できないという課題がある。この課題に鑑みて、ロータの回転速度とは異なる高周波電流をモータに印加し、ロータの磁気抵抗の差を検出することでロータの位置を推定する方法が特開2001−339999号公報(特許文献1)に記載されている。   As a control method for a permanent magnet AC motor, for example, a three-phase synchronous motor, a control method called vector 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. In order to control an AC motor with high accuracy and high speed using vector control, it is necessary to detect the position of the rotor of the motor with high accuracy. Although there is a method for detecting the position of the rotor using the rotor position detection sensor, the rotor position detection sensor has a relatively large volume, which may increase the size of the apparatus or may be restricted in arrangement. On the other hand, a technique is known in which a rotor position is electrically detected by detecting a counter electromotive force induced in a stator coil when a rotor having a permanent magnet rotates. However, no back electromotive force is generated while the rotor is stopped, and the back electromotive force is small at the beginning of the movement of the rotor. Therefore, there is a problem that the position of the rotor cannot be detected when the motor is started. In view of this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-339999 (Patent Document) discloses a method for estimating the position of a rotor by applying a high-frequency current different from the rotational speed of the rotor to the motor and detecting a difference in magnetic resistance of the rotor. 1).

特開2001−339999号公報(第7〜10、43〜68段落等)JP 2001-339999 A (7th to 10th, 43th to 68th paragraphs, etc.)

特許文献1において重畳される高周波電流の周波数は、例えば500Hzの固定値である。ロータが回転を始めると逆起電力が生じ始めるため、推定精度が低下する可能性がある。従って、ロータの回転速度に拘わらず、良好にロータ位置を推定する技術が求められる。   The frequency of the high-frequency current superimposed in Patent Document 1 is a fixed value of 500 Hz, for example. Since the counter electromotive force starts to be generated when the rotor starts to rotate, the estimation accuracy may be lowered. Therefore, there is a need for a technique for estimating the rotor position satisfactorily regardless of the rotational speed of the rotor.

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、モータのロータの回転速度に拘わらず、位置検出センサを用いることなく、ロータの回転位置を検出して、モータをベクトル制御するモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above problems, and a motor control device that detects the rotational position of a rotor and performs vector control of the motor without using a position detection sensor regardless of the rotational speed of the rotor of the motor. The purpose is to provide.

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、
交流モータのロータに配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるd軸と当該d軸に直交するq軸とにおける目標電流と、d軸及びq軸の2相電流に変換されてフィードバックされた前記交流モータのステータコイルに流れる3相電流の検出結果とに基づいて、d軸及びq軸上における駆動電流を演算すると共に、当該駆動電流に基づいてd軸及びq軸上における駆動電圧を演算する電流制御部と、
前記ロータの回転数と前記交流モータに要求される目標トルクとに基づいて前記駆動電圧に重畳される高周波電圧の周波数を設定する周波数設定部と、
設定された前記周波数を有する前記高周波電圧を前記駆動電圧に重畳する高周波電圧重畳部と、
前記高周波電圧の周波数に応じて阻止する周波数帯域が設定され、前記2相電流をフィルタリングして前記電流制御部へフィードバックするバンドストップフィルタと、
前記高周波電圧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2相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した後の前記2相電流に基づいて前記ロータの回転数及び前記ロータの回転位置を演算する回転状態演算部と、
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:
The target current in the d-axis, which is the direction of the magnetic field generated by the permanent magnet arranged in the rotor of the AC motor, and the q-axis orthogonal to the d-axis, and the two-phase current of the d-axis and q-axis are converted and fed back. Based on the detection result of the three-phase current flowing in the stator coil of the AC motor, the drive current on the d-axis and the q-axis is calculated, and the drive voltage on the d-axis and the q-axis is calculated based on the drive current. A current control unit to calculate,
A frequency setting unit that sets a frequency of a high-frequency voltage to be superimposed on the drive voltage based on a rotational speed of the rotor and a target torque required for the AC motor ;
A high-frequency voltage superimposing unit that superimposes the high-frequency voltage having the set frequency on the drive voltage;
A frequency band to be blocked according to the frequency of the high-frequency voltage is set, a band stop filter that filters the two-phase current and feeds back to the current control unit,
A frequency band that is passed according to the frequency of the high-frequency voltage is set, and a band-pass filter that filters the two-phase current;
A rotational state computing unit that computes the rotational speed of the rotor and the rotational position of the rotor based on the two-phase current after passing through the band-pass filter;
It is in the point provided with.

この特徴構成によれば、駆動電圧に重畳される高周波電圧の周波数が、ロータの回転数と目標トルクとに基づいて設定される。従って、高周波電圧が重畳された後の駆動電圧に基づいて制御されるインバータ回路を介して直流電源から交流モータに供給される駆動電流に重畳される高周波電流も、ロータの回転数と目標トルクとに応じて異なるものとなる。従来のモータ制御装置とは異なり、重畳される高周波電流の周波数が固定値ではないため、ロータが回転を始めた後の逆起電力に起因して、ロータ位置の推定精度が低下する可能性が抑制される。また、モータのステータコイルに流れる電流には、高周波電流が含まれるが、この高周波電流が含まれる3相電流は、2相電流に変換された後でバンドストップフィルタを介して電流制御部へフィードバックされる。バンドストップフィルタは、高周波電流の周波数帯域に応じて阻止する周波数帯域が設定されるので、ロータ位置を検出するために意図的に重畳された高周波成分は、電流制御部へフィードバックされる前に除去される。従って、電流制御部は高周波成分の影響を受けることなく、電流制御を実施することができる。以上、本特徴構成によって、モータのロータの回転速度に拘わらず、位置検出センサを用いることなく、ロータの回転位置を検出して、モータをベクトル制御するモータ制御装置を提供することが可能となる。   According to this characteristic configuration, the frequency of the high-frequency voltage superimposed on the drive voltage is set based on the rotational speed of the rotor and the target torque. Therefore, the high-frequency current superimposed on the drive current supplied from the DC power supply to the AC motor via the inverter circuit controlled based on the drive voltage after the high-frequency voltage is superimposed is also the rotor speed and the target torque. Depending on the situation. Unlike conventional motor control devices, the frequency of the superimposed high-frequency current is not a fixed value, so that the estimation accuracy of the rotor position may decrease due to the back electromotive force after the rotor starts rotating. It is suppressed. The current flowing in the stator coil of the motor includes a high-frequency current. The three-phase current including the high-frequency current is converted into a two-phase current and then fed back to the current control unit via the band stop filter. Is done. The band stop filter has a frequency band that is blocked according to the frequency band of the high-frequency current, so the high-frequency components that are intentionally superimposed to detect the rotor position are removed before being fed back to the current controller. Is done. Therefore, the current control unit can perform current control without being affected by the high frequency component. As described above, according to this characteristic configuration, it is possible to provide a motor control device that detects the rotational position of the rotor and performs vector control of the motor without using a position detection sensor regardless of the rotational speed of the rotor of the motor. .

また、本発明に係るモータ制御装置の前記周波数設定部は、前記ロータの回転数と前記目標トルクとを引数とする周波数テーブルを有して構成されると好適である。   In addition, it is preferable that the frequency setting unit of the motor control device according to the present invention is configured to have a frequency table having the rotation speed of the rotor and the target torque as arguments.

これによれば、ロータの回転数と目標トルクとを引数とする周波数テーブルにより、周波数が設定されるので、システム構成を簡素にすることが可能となる。   According to this, since the frequency is set by the frequency table using the rotation speed of the rotor and the target torque as arguments, the system configuration can be simplified.

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 周波数テーブルの一例を示す説明図Explanatory drawing showing an example of the frequency table

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 the 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 the 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. The stator coils 12u, 12v, and 12w are connected to the stator coils 12u, 12v, and 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.

モータ12には、レゾルバなどの回転検出センサが備えられる場合があるが、本実施形態においては、機械的にロータの回転角を検出するセンサは設けられていない。後述するように、本実施形態においては、永久磁石を有するロータが回転することによって、ステータコイル12u、12v、12wに誘起される逆起電力を検出することで、電気的にロータ位置を検出する方法が用いられる。電気的にロータ位置を検出する技術については、特許文献1等に記載されているように公知であるので詳細な説明は省略する。電気的に求められたロータ位置(回転角)やロータ位置に基づく電気角θを用いて、モータ1の回転数(角速度ω)や、インバータ回路5の各IGBTQ1〜Q6の制御タイミングが演算される。   The motor 12 may be provided with a rotation detection sensor such as a resolver, but in the present embodiment, a sensor for mechanically detecting the rotation angle of the rotor is not provided. As will be described later, in the present embodiment, the rotor position is electrically detected by detecting the counter electromotive force induced in the stator coils 12u, 12v, 12w as the rotor having the permanent magnet rotates. The method is used. Since the technique for electrically detecting the rotor position is known as described in Patent Document 1 and the like, detailed description thereof is omitted. Using the electrically obtained rotor position (rotation angle) and the electrical angle θ based on the rotor position, the rotational speed (angular velocity ω) of the motor 1 and the control timing of each of the IGBTs Q1 to Q6 of the inverter circuit 5 are calculated. .

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、ベクトル制御によりモータ12を制御する機能部であり、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。   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 a functional unit that controls the motor 12 by vector control, and includes 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.

ECU50は、図2に示すように、ベクトル制御を行うために、目標電流設定部1と、電流制御部2と、2相/3相変換部3及びPWM制御部4を含むインバータ回路制御部10と、3相/2相変換部6とを備えて構成される。また、ECU50は、ロータ位置や回転数などの回転状態を演算するための回転状態演算部11を備えて構成される。また、ECU50は、回転状態を電気的に検出するために、ベクトル制御において決定される駆動電圧に高周波成分を重畳させるための機能部である、周波数設定部7、高周波電圧設定部15、高周波電圧重畳部16を備えて構成される。さらに、ECU50は、重畳される高周波電圧の周波数成分に応じて周波数帯域が設定されるバンドパスフィルタ8やバンドストップフィルタ9を備えて構成される。   As shown in FIG. 2, the ECU 50 includes an inverter circuit control unit 10 including a target current setting unit 1, a current control unit 2, a two-phase / three-phase conversion unit 3, and a PWM control unit 4 in order to perform vector control. And a three-phase / two-phase converter 6. The ECU 50 includes a rotation state calculation unit 11 for calculating a rotation state such as the rotor position and the number of rotations. Further, the ECU 50 is a functional unit for superimposing a high frequency component on a drive voltage determined in vector control in order to electrically detect the rotation state, and includes a frequency setting unit 7, a high frequency voltage setting unit 15, and a high frequency voltage. A superimposing unit 16 is provided. Further, the ECU 50 includes a band pass filter 8 and a band stop filter 9 in which a frequency band is set according to the frequency component of the superimposed high frequency voltage.

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。目標電流設定部1は、モータ12の回転数と目標トルクとに基づいて、モータ12を駆動するためのd軸とq軸とにおける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、回転状態演算部11の回転数演算部19により演算される。   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. The target current setting unit 1 is a functional unit that sets a target current for the d-axis and the q-axis for driving the motor 12 based on the rotation speed of the motor 12 and the target torque. 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 calculated by the rotation number calculation unit 19 of the rotation state calculation unit 11.

電流制御部2は、比例制御(P制御)や、比例積分制御(PI制御)などを用いた電流制御によりd軸及びq軸上における駆動電流を演算すると共に、当該駆動電流に基づいてd軸及びq軸上における駆動電圧を演算する機能部である。電流制御部2は、目標電流設定部1により設定されたd軸及びq軸上の目標電流と、フィードバックされた2相電流とに基づいて、d軸及びq軸上における駆動電流を演算する。フィードバックされる2相電流は、ステータコイル12u、12v、12wに流れる3相電流の電流検出部13による検出結果が、3相/2相変換部6においてd軸及びq軸の2相電流に変換されたものである。さらに詳しくは、後述するように、フィードバックされる2相電流は、3相/2相変換部6において2相電流に変換されたのち、バンドストップフィルタ9を介してフィードバックされたものである。駆動電流を演算すると、電流制御部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 current control unit 2 calculates a drive current on the d-axis and the q-axis by current control using proportional control (P control), proportional-integral control (PI control), and the like, and based on the drive current, the d-axis And a functional unit that calculates a driving voltage on the q-axis. The current control unit 2 calculates a drive current on the d-axis and the q-axis based on the target current on the d-axis and the q-axis set by the target current setting unit 1 and the fed back two-phase current. As for the two-phase current fed back, the detection result of the three-phase current flowing through the stator coils 12u, 12v, 12w by the current detection unit 13 is converted into the d-phase and q-axis two-phase currents in the three-phase / two-phase conversion unit 6. It has been done. More specifically, as will be described later, the fed back two-phase current is converted into a two-phase current by the three-phase / two-phase conversion unit 6 and then fed back via the band stop filter 9. When the driving current is calculated, the current control unit 2 calculates the d-axis voltage and the q-axis voltage, which are two-phase driving voltages, by substituting the determined driving current value into the voltage equation.

インバータ回路制御部10は、2相/3相変換部3及びPWM制御部4を有して構成される機能部である。2相/3相変換部3は、電流制御部2が決定した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相の駆動電圧に変換する機能部である。PWM制御部4は、当該3相の駆動電圧に基づいて、直流電源20とモータ12との間に介在され、直流を3相交流に変換するインバータ回路5を駆動制御する駆動信号を生成する機能部である。つまり、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。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 inverter circuit control unit 10 is a functional unit configured to include the 2-phase / 3-phase conversion unit 3 and the PWM control unit 4. The two-phase / three-phase converter 3 is a three-phase drive voltage that is a drive voltage for actually passing a drive current through the three-phase stator coils 12v to 12w using the two-phase drive voltage determined by the current control unit 2. It is a functional part that converts to The PWM control unit 4 is a function of generating a drive signal that drives and controls the inverter circuit 5 that is interposed between the DC power supply 20 and the motor 12 and converts DC to three-phase AC based on the three-phase drive voltage. Part. That is, the PWM control unit 4 generates a gate drive signal for switching the IGBTs Q <b> 1 to Q <b> 6 of the inverter circuit 5 in order to generate the three-phase drive voltage determined by the two-phase / three-phase conversion unit 3. 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に流れる電流を検出し、これをフィードバックしてモータ12がベクトル制御される。但し、本実施形態においては、ステータコイル12u、12v、12wに誘起される逆起電力を検出することで、電気的にロータ位置を検出する方法が用いられる。従って、ECU50には、ベクトル制御のための各機能部に加えて、電気的にロータ位置を検出するための機能部が付加され、ベクトル制御のための各機能部と協働する。   In this manner, the current flowing through the three-phase stator coils 12v to 12w of the motor 12 is detected, and this is fed back to perform vector control of the motor 12. However, in the present embodiment, a method of electrically detecting the rotor position by detecting the counter electromotive force induced in the stator coils 12u, 12v, 12w is used. Therefore, in addition to the functional units for vector control, the ECU 50 is added with a functional unit for electrically detecting the rotor position, and cooperates with the functional units for vector control.

例えば、インバータ回路制御部10と電流制御部2との間には、高周波電圧重畳部16が備えられ、電流制御部2が決定した駆動電圧に、高周波電圧が重畳される。インバータ回路制御部10は、この高周波電圧が重畳された駆動電圧を受け取る。従って、2相/3相変換部3は、高周波電圧が重畳されたd軸及びq軸上における駆動電圧を3相の駆動電圧に変換することになる。そして、この3相の駆動電圧に基づいてPWM制御が実施されるので、ステータコイル12v〜12wに流れる電流にも高周波電流が重畳されることになる。電流検出部13において検出される電流に高周波成分が含まれるため、3相/2相変換部6により2相電流に変換された後にも高周波成分が含まれることとなる。   For example, a high frequency voltage superimposing unit 16 is provided between the inverter circuit control unit 10 and the current control unit 2, and the high frequency voltage is superimposed on the driving voltage determined by the current control unit 2. The inverter circuit control unit 10 receives the drive voltage on which the high-frequency voltage is superimposed. Therefore, the 2-phase / 3-phase converter 3 converts the drive voltage on the d-axis and the q-axis on which the high-frequency voltage is superimposed into a 3-phase drive voltage. Since PWM control is performed based on the three-phase drive voltage, the high-frequency current is also superimposed on the current flowing through the stator coils 12v to 12w. Since the current detected by the current detector 13 includes a high frequency component, the high frequency component is included even after the three-phase / two-phase converter 6 converts the current into a two-phase current.

高周波成分は、電気的にロータ位置を検出するために重畳されたものである。従って、高周波成分は、回転状態演算部11においてロータ位置やロータの回転数を演算する上では非常に重要な情報である。そこで、3相/2相変換部6において変換された後の2相電流は、高周波電圧の周波数に応じて通過させる周波数帯域が設定されるバンドパスフィルタ8を介して、回転状態演算部11へ伝達される。バンドパスフィルタ8は、高周波電圧の周波数に応じて周波数帯域が設定される可変フィルタである。   The high frequency component is superimposed to electrically detect the rotor position. Therefore, the high frequency component is very important information in calculating the rotor position and the rotation speed of the rotor in the rotation state calculation unit 11. Therefore, the two-phase current converted by the three-phase / two-phase conversion unit 6 is sent to the rotation state calculation unit 11 via the band-pass filter 8 in which a frequency band to be passed according to the frequency of the high-frequency voltage is set. Communicated. The band pass filter 8 is a variable filter in which a frequency band is set according to the frequency of the high frequency voltage.

一方、ベクトル制御におけるフィードバック電流として、電流制御部2へフィードバックされる場合には、高周波成分はノイズ成分である。そこで、2相電流は、高周波電圧の周波数に応じて阻止する周波数帯域が設定されるバンドストップフィルタ9を介して、電流制御部2へフィードバックされる。バンドストップフィルタ9は、高周波電圧の周波数に応じて周波数帯域が設定される可変フィルタである。2相電流に含まれる高周波成分の周波数帯域に応じて阻止する周波数帯域が設定されるので、ロータ位置を検出するために意図的に重畳された高周波成分は、電流制御部2へフィードバックされる前に除去される。その結果、電流制御部2は高周波成分の影響を受けることなく、電流制御を実施することができる。   On the other hand, when a feedback current in vector control is fed back to the current control unit 2, the high frequency component is a noise component. Therefore, the two-phase current is fed back to the current control unit 2 via the band stop filter 9 in which a frequency band to be blocked according to the frequency of the high frequency voltage is set. The band stop filter 9 is a variable filter whose frequency band is set according to the frequency of the high frequency voltage. Since the frequency band to be blocked is set according to the frequency band of the high-frequency component included in the two-phase current, the high-frequency component intentionally superimposed for detecting the rotor position is not fed back to the current control unit 2. Removed. As a result, the current control unit 2 can perform current control without being affected by high frequency components.

バンドパスフィルタ8及びバンドストップフィルタ9の周波数帯域は、高周波電圧の周波数に応じて設定されるが、高周波電圧の周波数は、周波数設定部7において設定される。周波数設定部7は、ロータの回転数と目標トルクとに基づいて駆動電圧に重畳される高周波電圧の周波数を設定する。周波数設定部7は、逐次計算を行うことによって周波数を設定してもよいが、図3に示すように、ロータの回転数と目標トルクとを引数とする周波数テーブルを有して構成されて、テーブル参照によって周波数を設定すると好適である。つまり、より簡素な構成で周波数設定部7を構成できると共に、ロータの回転数や目標トルクの小さな変化に対する影響を受けずに安定して周波数を設定することができる。   The frequency bands of the band pass filter 8 and the band stop filter 9 are set according to the frequency of the high frequency voltage, and the frequency of the high frequency voltage is set by the frequency setting unit 7. The frequency setting unit 7 sets the frequency of the high-frequency voltage to be superimposed on the drive voltage based on the rotational speed of the rotor and the target torque. The frequency setting unit 7 may set the frequency by performing sequential calculation, but as shown in FIG. 3, the frequency setting unit 7 is configured to have a frequency table with the rotor speed and the target torque as arguments, It is preferable to set the frequency by referring to a table. That is, the frequency setting unit 7 can be configured with a simpler configuration, and the frequency can be set stably without being affected by small changes in the rotational speed of the rotor and the target torque.

高周波電圧設定部15は、設定された周波数を有する高周波電圧を設定する機能部である。そして、高周波電圧重畳部16は、周波数設定部7により設定された周波数を有する高周波電圧を電流制御部2が演算した駆動電圧に重畳する機能部である。つまり、高周波電圧重畳部16により、目標トルク及びロータの回転数に応じた高周波電圧が重畳される。従来のモータ制御装置とは異なり、重畳される高周波の周波数が固定値ではないため、ロータが回転を始めた後の逆起電力に起因して、ロータ位置の推定精度が低下する可能性が抑制される。   The high frequency voltage setting unit 15 is a functional unit that sets a high frequency voltage having a set frequency. The high frequency voltage superimposing unit 16 is a functional unit that superimposes the high frequency voltage having the frequency set by the frequency setting unit 7 on the drive voltage calculated by the current control unit 2. That is, the high frequency voltage superimposing unit 16 superimposes the high frequency voltage according to the target torque and the rotational speed of the rotor. Unlike conventional motor control devices, the frequency of the superimposed high frequency is not a fixed value, so the possibility that the accuracy of estimation of the rotor position will be reduced due to the back electromotive force after the rotor starts rotating is suppressed. Is done.

以上、説明したように、本発明のモータ制御装置は、ベクトル制御を実施する各機能部と協調してロータ位置を推定する機能部が備えられる。従って、モータ制御装置の規模を抑制しつつ、高精度でロータ位置を推定することが可能となる。また、ベクトル制御を実施する各機能部と協調しつつも、ベクトル制御のためのフィードバック電流には、高周波成分に起因するノイズ成分が抑制される構成を採用している。また、高周波成分の周波数は、目標トルクとロータの回転数とに応じて設定されるので、ロータの回転速度に拘わらず、位置検出センサを用いることなく、ロータの回転位置が良好に推定される。   As described above, the motor control device of the present invention includes a functional unit that estimates the rotor position in cooperation with each functional unit that performs vector control. Therefore, it is possible to estimate the rotor position with high accuracy while suppressing the scale of the motor control device. In addition, a configuration is adopted in which a noise component due to a high frequency component is suppressed in a feedback current for vector control while cooperating with each functional unit that performs vector control. Further, since the frequency of the high frequency component is set according to the target torque and the rotational speed of the rotor, the rotational position of the rotor can be estimated well without using a position detection sensor regardless of the rotational speed of the rotor. .

以上、本発明によって、ロータの回転速度に拘わらず、位置検出センサを用いることなく、ロータの回転位置を検出して、モータをベクトル制御する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 apparatus that detects the rotational position of the rotor and performs vector control of the motor without using a position detection sensor regardless of the rotational speed of the rotor.

1:目標電流設定部
2:電流制御部
5:インバータ回路
7:周波数設定部
8:バンドパスフィルタ
9:バンドストップフィルタ
10:インバータ回路制御部
11:回転状態演算部
12:モータ(交流モータ)
12u、12v、12w:ステータコイル
16:高周波電圧重畳部
1: target current setting unit 2: current control unit 5: inverter circuit 7: frequency setting unit 8: band pass filter 9: band stop filter 10: inverter circuit control unit 11: rotation state calculation unit 12: motor (AC motor)
12u, 12v, 12w: Stator coil 16: High frequency voltage superposition part

Claims (2)

交流モータのロータに配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるd軸と当該d軸に直交するq軸とにおける目標電流と、d軸及びq軸の2相電流に変換されてフィードバックされた前記交流モータのステータコイルに流れる3相電流の検出結果とに基づいて、d軸及びq軸上における駆動電流を演算すると共に、当該駆動電流に基づいてd軸及びq軸上における駆動電圧を演算する電流制御部と、
前記ロータの回転数と前記交流モータに要求される目標トルクとに基づいて前記駆動電圧に重畳される高周波電圧の周波数を設定する周波数設定部と、
設定された前記周波数を有する前記高周波電圧を前記駆動電圧に重畳する高周波電圧重畳部と、
前記高周波電圧の周波数に応じて阻止する周波数帯域が設定され、前記2相電流をフィルタリングして前記電流制御部へフィードバックするバンドストップフィルタと、
前記高周波電圧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2相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した後の前記2相電流に基づいて前記ロータの回転数及び前記ロータの回転位置を演算する回転状態演算部と、
を備えるモータ制御装置。
The target current in the d-axis, which is the direction of the magnetic field generated by the permanent magnet arranged in the rotor of the AC motor, and the q-axis orthogonal to the d-axis, and the two-phase current of the d-axis and q-axis are converted and fed back. Based on the detection result of the three-phase current flowing in the stator coil of the AC motor, the drive current on the d-axis and the q-axis is calculated, and the drive voltage on the d-axis and the q-axis is calculated based on the drive current. A current control unit to calculate,
A frequency setting unit that sets a frequency of a high-frequency voltage to be superimposed on the drive voltage based on a rotational speed of the rotor and a target torque required for the AC motor ;
A high-frequency voltage superimposing unit that superimposes the high-frequency voltage having the set frequency on the drive voltage;
A frequency band to be blocked according to the frequency of the high-frequency voltage is set, a band stop filter that filters the two-phase current and feeds back to the current control unit,
A frequency band that is passed according to the frequency of the high-frequency voltage is set, and a band-pass filter that filters the two-phase current;
A rotational state computing unit that computes the rotational speed of the rotor and the rotational position of the rotor based on the two-phase current after passing through the band-pass filter;
A motor control device comprising:
前記周波数設定部は、前記ロータの回転数と前記目標トルクとを引数とする周波数テーブルを有して構成される請求項1に記載のモータ制御装置。   2. The motor control device according to claim 1, wherein the frequency setting unit includes a frequency table in which the rotation speed of the rotor and the target torque are arguments.
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