JP5482574B2 - AC motor control system - Google Patents
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Description
本発明は、交流電動機の制御システムに関し、より特定的には、矩形波制御およびパルス幅変調制御(PWM制御)の間での制御モードが切換えられる交流電動機制御に関する。 The present invention relates to an AC motor control system, and more particularly to an AC motor control in which a control mode is switched between rectangular wave control and pulse width modulation control (PWM control).
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システムが一般的に採用されている。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 supply, a drive system using an inverter is generally 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.
また、PWM制御の他に、電気角に応じて1パルススイッチング波形を交流電動機に印加する矩形波制御も適用される。矩形波制御では、PWM制御よりもモータ印加電圧の基本波成分が大きくなるため、特にモータ回転速度の高い領域で高出力を得ることができる。 In addition to PWM control, rectangular wave control in which a one-pulse switching waveform is applied to the AC motor according to the electrical angle is also applied. In the rectangular wave control, since the fundamental wave component of the motor applied voltage is larger than that in the PWM control, a high output can be obtained particularly in a region where the motor rotation speed is high.
特開2006−320039号公報(特許文献1)には、PWM制御および矩形波制御を選択的に適用する交流電動機制御が記載されている。PWM制御については、正弦波PWM制御に加えて、正弦波PWM制御よりも交流電圧指令の振幅が大きい過変調PWM制御がさらに用いられている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-320039 (Patent Document 1) describes AC motor control that selectively applies PWM control and rectangular wave control. For PWM control, in addition to sine wave PWM control, overmodulation PWM control in which the amplitude of the AC voltage command is larger than that of sine wave PWM control is further used.
特に特許文献1では、矩形波制御の制御応答性があまり高くないことを考慮して、モータ回転速度の急変に対応させてモータ印加電圧を変化させることによって、モータ電流の制御性を向上することが記載されている。
In particular,
また、特開2010−81660号公報(特許文献2)には、矩形波制御からPWM制御(過変調PWM制御)への制御モード切換を実際の電流位相に基づいて判定することが記載されている。特に、特許文献2には、瞬時電流に対して高調波成分のフィルタ処理を行ったなまし電流の電流位相に基づく定常的運転状態に対応した制御モード切換に加えて、瞬時電流そのものの電流位相に基づく過渡的運転状態に対応した制御モード切換を行うことが記載されている。
Japanese Patent Laying-Open No. 2010-81660 (Patent Document 2) describes that control mode switching from rectangular wave control to PWM control (overmodulation PWM control) is determined based on an actual current phase. . In particular,
特許文献1にも記載されるように、矩形波制御では電圧パルスの位相しか制御できないため、交流電圧の振幅および位相の両方が制御できるPWM制御と比較して制御応答性が低くなる。さらに、矩形波制御では、電圧パルスの周波数が交流電動機の回転周波数に対応したものとなるので、交流電動機の電気角に対応して制御周期が設けられる。このため、キャリア信号の周期に対応するPWM制御での制御周期と比較すると、矩形波制御での制御周期は長くなる傾向にある。特に、低回転速度領域で矩形波制御が適用されているときには、制御周期がさらに長くなってしまうことにより、制御応答性が低下する虞がある。
As described in
なお、特許文献2によれば、瞬時電流の電流位相に基づく過渡的な制御モード切換によって、矩形波制御からPWM制御(過変調PWM)に切換えることにより、制御性の向上によって過電流や過電圧を防止することが期待される。しかしながら、低回転速度時には、制御周期と同様に制御モード切換の判定周期も長くなってしまうため、矩形波制御からPWM制御への制御モード切換を効果的に実行できなくなる可能性がある。
According to
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、矩形波制御の適用時に交流電動機に制御外乱が生じても、過電流や過電圧の発生を防止することである。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to prevent the occurrence of overcurrent and overvoltage even if a control disturbance occurs in the AC motor when rectangular wave control is applied. It is to be.
この発明のある局面によれば、交流電動機の制御システムは、インバータと、矩形波制御部と、パルス幅変調制御部と、制御モード選択部とを備える。インバータは、直流電源および交流電動機の間に電気的に接続された、交流電動機への印加電圧を制御する。矩形波制御部は、交流電動機を動作指令に従って動作させるように、交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御に従って、インバータの制御指令を生成する。パルス幅変調制御部は、搬送波と、交流電動機を動作指令に従って動作させるための交流電圧指令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生成する。制御モード選択部は、矩形波制御およびパルス幅変調制御のいずれか一方の制御モードを選択する。そして、制御モード選択部は、矩形波制御が選択されており、かつ、交流電動機の運転領域が所定領域内である場合には、交流電動機の回転速度変化に応じて、制御モードを矩形波制御からパルス幅変調制御へ切換える。 According to an aspect of the present invention, an AC motor control system includes an inverter, a rectangular wave control unit, a pulse width modulation control unit, and a control mode selection unit. The inverter controls the voltage applied to the AC motor that is electrically connected between the DC power source and the AC motor. The rectangular wave control unit generates a control command for the inverter according to rectangular wave control for controlling the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor so that the AC motor is operated according to the operation command. The pulse width modulation control unit generates an inverter control command by pulse width modulation control based on a comparison between a carrier wave and an AC voltage command for operating the AC motor according to the operation command. The control mode selection unit selects one of the rectangular wave control and the pulse width modulation control. When the rectangular wave control is selected and the operation area of the AC motor is within the predetermined area, the control mode selection unit sets the control mode to the rectangular wave control according to the change in the rotational speed of the AC motor. To pulse width modulation control.
好ましくは、制御モード選択部は、矩形波制御が選択されており、かつ、交流電動機の運転領域が所定領域の外である場合には、インバータおよび交流電動機の間を流れる電流の位相に応じて、制御モードを矩形波制御からパルス幅変調制御へ切換える。 Preferably, when the rectangular wave control is selected and the operation region of the AC motor is outside the predetermined region, the control mode selection unit according to the phase of the current flowing between the inverter and the AC motor. The control mode is switched from rectangular wave control to pulse width modulation control.
さらに好ましくは、所定領域は、交流電動機の回転速度が所定値よりも低い領域を含む。 More preferably, the predetermined region includes a region where the rotational speed of the AC motor is lower than a predetermined value.
また、さらに好ましくは、所定領域は、交流電動機の回転速度が所定値よりも低く、かつ、交流電動機のトルクが所定値よりも高い領域を含む。 More preferably, the predetermined region includes a region where the rotational speed of the AC motor is lower than a predetermined value and the torque of the AC motor is higher than a predetermined value.
好ましくは、交流電動機は、電動車両の駆動輪の駆動トルクを発生するように構成される。そして、制御モード選択部は、矩形波制御が選択されており、かつ、交流電動機の運転領域が所定領域内である場合には、駆動輪のスリップまたはグリップが検出されたときに、交流電動機の回転速度変化を検出して、制御モードを矩形波制御からパルス幅変調制御へ切換える。 Preferably, the AC motor is configured to generate a driving torque of driving wheels of the electric vehicle. When the rectangular wave control is selected and the operation region of the AC motor is within the predetermined region, the control mode selection unit detects the slip or grip of the drive wheel when the AC motor is detected. A change in rotational speed is detected, and the control mode is switched from rectangular wave control to pulse width modulation control.
この発明によれば、矩形波制御の適用時に交流電動機に制御外乱が生じても、過電流や過電圧の発生を防止することができる。 According to this invention, even if a control disturbance occurs in the AC motor when the rectangular wave control is applied, it is possible to prevent the occurrence of an overcurrent or an overvoltage.
以下において、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、以下では図中の同一または相当部分について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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, 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.
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。
図1を参照して、モータ制御システム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、制御装置30とを備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1,
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)の駆動輪の駆動トルクを発生するための走行用モータである。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、エンジン始動のためのスタータの機能を有するように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。 AC electric motor M1 is, for example, for traveling for generating driving torque of driving 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). It is a motor. 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 so as to have a starter function for starting 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、二次電池(ニッケル水素またはリチウムイオン等)や蓄電装置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 configured by a secondary battery (such as nickel metal hydride or lithium ion) or a power storage device of a power storage device. 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。
System relay SR 1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and
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。
本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。
In this embodiment, power semiconductor switching elements (hereinafter simply referred to as “switching elements”) include IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors, or power bipolar transistors. 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
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。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、電力線7の直流電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。以下では、インバータ14の直流側電圧に相当する直流電圧VHをシステム電圧VHとも称する。
インバータ14は、直流電圧発生部10♯および交流電動機M1の間に電気的に接続される。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つのステータ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 U, V, and W-phase stator coils 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、スイッチング素子Q1および/またはQ2のオンオフ制御により、直流電圧VbおよびVHの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。コンバータ12による電圧変換比(VH/Vb)は、スイッチング素子Q1,Q2のデューティ比に応じて制御される。具体的には、交流電動機M1の状態に応じて電圧指令値VHrが設定されるとともに、コンバータ12におけるデューティ比が、直流電圧VH,Vbの検出値に基づいて制御される。なお、直流電圧VHを直流電圧Vbから昇圧する必要がない場合には、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ることにより、VH=Vb(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
コンバータ12では、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。このようにすると、コンバータ12の電流方向に応じて特に制御動作を切換えることなく、直流電源Bの充電および放電のいずれにも対応して、直流電圧VHを電圧指令値VHrに制御することができる。
In
電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流(相電流)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 rotation angle θ of the AC electric motor M1 and sends the detected rotation angle θ to the
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(Central Processing Unit)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、モータ制御システム100の動作を制御する。
The
具体的には、制御装置30は、トルク指令値Trqcomに従って、交流電動機M1が動作するように、インバータ14およびコンバータ12を制御する。制御装置30には、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、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VH、電流センサ24によって検出されるモータ電流iu,iw、および回転角センサ25からの回転角θが入力される。制御装置30は、これらの入力信号に基づいて、コンバータ12による直流電圧変換を制御するためのスイッチング制御信号S1,S2と、インバータ14による直流/交流電圧変換を制御するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
Specifically,
電動車両では、ユーザのアクセル操作およびブレーキ操作に応じた加速度または減速度が実現されるように電動車両の走行を制御する走行制御の一環として、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomが設定される。たとえば、交流電動機M1が走行用モータであるときには、車両加速時にはTrqcom>0に設定される一方で、回生制動時には、Trqcom<0に設定される。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。また、直流電源Bの充電禁止時には、減速時であっても回生電力が発生しないように、Trqcom=0に設定される。 In the electric vehicle, the torque command value Trqcom of AC electric motor M1 is set as part of the traveling control for controlling the traveling of the electric vehicle so that acceleration or deceleration according to the accelerator operation and the brake operation of the user is realized. For example, when AC electric motor M1 is a traveling motor, Trqcom> 0 is set during vehicle acceleration, while Trqcom <0 is set during regenerative braking. The regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver operating the electric vehicle performs a footbrake operation, or regenerative braking by turning off the accelerator pedal while driving, although the footbrake is not operated. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while generating electricity. When charging of DC power supply B is prohibited, Trqcom = 0 is set so that regenerative power is not generated even during deceleration.
インバータ14は、トルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0からの直流電圧を、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。
When the torque command value is positive (Trqcom> 0),
また、インバータ14は、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って、交流電動機M1の出力トルクを零とするような回転磁界をステータに生じさせるように制御される。
Further, when the torque command value is zero (Trqcom = 0), the
さらに、インバータ14は、トルク指令値が負(Trqcom<0)の場合には、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、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。その変換された直流電圧(システム電圧)は、平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給される。
Further, when the torque command value is negative (Trqcom <0),
コンバータ12は、スイッチング制御信号S1,S2に応答したスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング制御(デューティ制御)により、システム電圧VHを電圧指令値VHrに制御する。この電圧制御を通じて、電力線7での余剰電力に応じて直流電源Bが充電されるとともに、電力線7での不足電力に応じて直流電源Bが放電される。
(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交流電動機制御システムにおける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 in the AC motor control 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換えて使用する。
As shown in FIG. 2, in the
図2に示すように、本発明の実施の形態によるモータ制御システム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換えて使用する。
As shown in FIG. 2, in the
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。 The sine wave PWM control is used as 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.
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。正弦波PWM制御では、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲であるため、交流電動機M1に印加される線間電圧が正弦波となる。
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に印加する。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 control, one pulse of the rectangular wave with a ratio of 1: 1 between the high level period and the low level period is applied to the AC motor 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 can be increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control to a range of 0.78. it can. 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、回転速度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 the output torque increase, so the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the
したがって、交流電動機M1の状態に応じて、PWM制御(正弦波PWM制御または過変調PWM制御)および矩形波制御のいずれかが選択的に適用される。図2に示した制御モードの選択、すなわち、制御モード切換の判定については、後程詳細に説明する。 Therefore, either PWM control (sine wave PWM control or overmodulation PWM control) or rectangular wave control is selectively applied according to the state of AC electric motor M1. The selection of the control mode shown in FIG. 2, that is, the control mode switching determination will be described in detail later.
なお、矩形波制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、制御可能なパラメータはモータ印加電圧の位相のみとなる。また、制御周期は、交流電動機M1の電気角に対応して決まるので、回転速度の低下につれて制御周期は長くなることになる。矩形波制御においては、目標のトルク指令値とトルク実績値との偏差に基づいて、矩形波電圧パルスの位相を直接制御するトルクフィードバック制御を実行する場合、および、PWM制御と同様にモータ電流のフィードバックによって、モータ印加電圧の位相を制御する場合がある。 In the rectangular wave control, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, the only controllable parameter is the phase of the motor applied voltage. Further, since the control cycle is determined according to the electrical angle of AC electric motor M1, the control cycle becomes longer as the rotational speed decreases. In rectangular wave control, when executing torque feedback control that directly controls the phase of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation between the target torque command value and the actual torque value, and in the same way as PWM control, The phase of the motor applied voltage may be controlled by feedback.
図3は、交流電動機の運転領域と制御モードとの概略的な対応関係を説明する概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a schematic correspondence relationship between the operation range of the AC motor and the control mode.
図3を参照して、交流電動機M1の運転領域は、回転速度およびトルクの組合せによって示される。交流電動機M1の出力(パワー)は、回転速度およびトルクの積で示される。概略的には、高出力領域において矩形波制御が用いられる。 Referring to FIG. 3, the operating range of AC electric motor M1 is indicated by a combination of rotational speed and torque. The output (power) of AC electric motor M1 is represented by the product of rotational speed and torque. Schematically, rectangular wave control is used in the high output region.
ここで、交流電動機M1を走行用モータとして搭載する電動車両を想定する。交流電動機M1の低回転速度時に、アクセルペダルおよびブレーキペダルの両方が操作されると、交流電動機M1が動作点P1で動作するようになる。動作点P1は、本来、矩形波制御が適用されるような運転領域のうち、比較的、低回転速度かつ高トルクの領域に位置する。 Here, an electric vehicle equipped with AC electric motor M1 as a traveling motor is assumed. When both the accelerator pedal and the brake pedal are operated at a low rotational speed of the AC motor M1, the AC motor M1 operates at the operating point P1. The operating point P1 is originally located in a relatively low rotational speed and high torque region in an operating region where rectangular wave control is applied.
この結果、低回転速度の状態で矩形波制御が適用されることになるため、制御応答性が低下する虞がある。このような状態下で、スリップやグリップの発生によって交流電動機M1の回転速度が急変する等の制御外乱が発生すると、トルク指令値が一定であっても実際の出力トルクがトルク指令値から外れてしまう虞がある。この結果、図4に示されるように、交流電動機M1の相電流が増大して、規定値Imaxを超えるような過電流が発生する虞がある。 As a result, since the rectangular wave control is applied at a low rotational speed, the control responsiveness may be reduced. Under such conditions, if a control disturbance such as a sudden change in the rotational speed of the AC motor M1 due to the occurrence of slip or grip occurs, the actual output torque deviates from the torque command value even if the torque command value is constant. There is a risk of it. As a result, as shown in FIG. 4, the phase current of AC electric motor M <b> 1 increases, and an overcurrent that exceeds the specified value Imax may occur.
一方、動作点P1から、車両が減速、すなわち、交流電動機M1の回転速度がさらに低下すると、制御モードは、矩形波制御からPWM制御(過変調PWM)へ切換えられる。PWM制御(過変調PWM)が適用されると、制御性向上によって過電流や過電圧を防止することが期待される。しかしながら、低回転速度の状態で矩形波制御が適用されている場合には、制御周期と同様に制御モード切換の要否を判断する周期も長くなることが懸念される。このため、特許文献2のような、実際の電流位相に基づく制御モード切換の判定では、矩形波制御からPWM制御(過変調PWM)への切換が遅れることによって、インバータおよび/または交流電動機に過電流や過電圧が発生する虞がある。
On the other hand, when the vehicle decelerates from the operating point P1, that is, when the rotational speed of the AC motor M1 further decreases, the control mode is switched from rectangular wave control to PWM control (overmodulation PWM). When PWM control (overmodulation PWM) is applied, it is expected to prevent overcurrent and overvoltage by improving controllability. However, when the rectangular wave control is applied at a low rotational speed, there is a concern that the cycle for determining whether or not the control mode switching is necessary becomes longer as well as the control cycle. For this reason, in the determination of the control mode switching based on the actual current phase as in
したがって、本発明の実施の形態によるモータ制御システム100では、このような低回転速度時の問題を生じさせないような制御モードの切換を実行する。
Therefore, in the
図5は、本発明の実施の形態による交流電動機の制御構成を示す機能ブロック図である。 FIG. 5 is a functional block diagram showing a control configuration of the AC motor according to the embodiment of the present invention.
図5を参照して、制御装置30は、PWM制御部200と、制御モード選択部300と、矩形波制御部400とを含む。PWM制御部200においては、正弦波PWM制御および過変調PWM制御が選択的に実行される。
Referring to FIG. 5,
図6は、図5に示したPWM制御部200の構成例を詳細に示す機能ブロック図である。
FIG. 6 is a functional block diagram showing in detail a configuration example of the
図6を参照して、PWM制御部200は、電流指令生成部210とおよびフィードバック制御部290を含む。フィードバック制御部290は、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。
Referring to FIG. 6,
電流指令生成部210は、予め作成されたテーブル等に従って、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomに応じた、d軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。
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ivおよびW相電流iwから算出される各相電流より、d−q軸平面におけるd軸電流値Idおよびq軸電流値Iqを算出する。この際に、電流の高調波成分を除去するためのフィルタ処理を組み合わせてもよい。
The coordinate
電圧指令生成部240には、d軸電流指令値に対するd軸電流の偏差ΔId(ΔId=Idcomf−Id)およびq軸電流指令値に対するq軸電流の偏差ΔIq(ΔIq=Iqcomf−Iq)が入力される。電圧指令生成部240では、偏差ΔIdおよび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が求められる。そして、電圧指令生成部240は、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。
The
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、図示されない一定周期の搬送波と、交流電圧指令(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スイッチング制御信号S3〜S8を生成する。
The
スイッチング制御信号S3〜S8に従って、インバータ14が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(疑似正弦波電圧)が印加される。
When the
正弦波PWM制御が選択される場合には、PWM制御部200は、図6に示したd軸電流およびq軸電流のフィードバック制御によって、トルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するための、電圧指令値Vd♯,Vq♯を生成する。過変調PWM制御が選択される場合には、図6に示したフィードバックループに電圧振幅補正を行う機能が追加される。これにより、各相の電圧指令Vu,Vv,Vwは、電圧指令値Vd♯,Vq♯に従う振幅よりも大きく補正される。この結果、これにより電圧指令値の基本波成分を高めて、正弦波PWM制御よりも大きな出力を発生することができる。
When the sine wave PWM control is selected, the
図7は、図5に示した矩形波制御部400の構成例を詳細に示す機能ブロック図である。
FIG. 7 is a functional block diagram showing in detail a configuration example of the rectangular
図7を参照して、矩形波制御部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、座標変換部460とを含む。
Referring to FIG. 7, rectangular
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。
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(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、交流電動機M1の各相電圧として印加される。
The
矩形波制御部400は、トルク(電力)のフィードバック制御により、交流電動機M1のトルクを制御することができる。なお、電力演算部410における電力演算(式(1))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。あるいは、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。
The rectangular
また、座標変換部460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交流電動機M1の回転角θとに基づいて座標変換(3相→2相)を行い、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。そして、座標変換部460は、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを制御モード選択部300へ出力する。なお、座標変換部460の機能は、PWM制御部200の座標変換部220を、矩形波制御実施時にも動作させることで実現することもできる。
The coordinate
再び、図5を参照して、制御モード選択部300には、システム電圧VHと、電圧指令値Vd♯,Vq♯(PWM制御部200から)と、d軸電流Id,Iq(矩形波制御部400から)と、交流電動機M1の回転速度NmおよびトルクTrqとが入力される。回転速度Nmは、回転角センサ25の出力から求めることができる。トルクTrqについては、トルク指令値Trqcomを用いてもよい。制御モード選択部300は、後述するように、システム電圧VHと電圧指令値Vd♯,Vq♯とから算出される変調率に基づいて、PWM制御から矩形波制御への制御モード切換判定を行う。また、制御モード選択部300は、矩形波制御時のd軸電流Idおよびq軸電流Iqから求まる電流位相φiに基づいて、矩形波制御からPWM制御への制御モード切換判定を行う。
Again referring to FIG. 5, control
制御モード選択部300が矩形波制御を選択しているときには、矩形波制御部400によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8がインバータ14へ供給される。一方、制御モード選択部300がPWM制御を選択しているときには、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がインバータ14へ供給される。
When the control
次に、制御モード選択部300による制御モードの選択について図8を用いて詳細に説明する。図8に示されるフローチャート中の各ステップについては、制御装置30に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することにより実現される。あるいは、一部のステップについては専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。図8に示す制御処理は、制御周期毎に実行される。
Next, selection of a control mode by the control
図8を参照して、制御装置30は、ステップS100により、現在の制御モードが矩形波制御モードであるかを判定する。制御装置30は、現在の制御モードがPWM制御であるとき(S100のNO判定時)には、ステップS110〜S130により、PWM制御から矩形波制御への制御モード切換判定を実行する。一方、制御装置30は、現在の制御モードが矩形波制御であるとき(S100のYES判定時)には、ステップS210〜S240により、矩形波制御からPWM制御への制御モード切換判定を実行する。
Referring to FIG. 8,
まず、PWM制御から矩形波制御への制御モード切換判定について説明する。制御装置30は、ステップS110では、図6に示したフィードバック制御に従う制御演算により、電圧指令値Vd♯,Vq♯を算出する。そして、制御装置30は、ステップS120により、ステップS110で算出された電圧指令値Vd♯,Vq♯およびシステム電圧VHに基づいて、システム電圧VHを交流電動機M1へ印加される交流電圧に変換する際の変調率を演算する。
First, the control mode switching determination from PWM control to rectangular wave control will be described. In step S110,
たとえば下記(3)式によって変調率FMは算出される。
FM={(Vd♯2+Vq♯2)1/2}/VH …(3)
そして、制御装置30は、ステップS130により、ステップS120で求めた変調率が0.78以上であるかどうかを判定する。制御装置30は、変調率≧0.78のとき(S130がYES判定時)のときには、PWM制御では適切な交流電圧を発生することができないため、ステップS200に処理を進めて、矩形波制御を選択するように制御モードを切換える。一方、制御装置30は、変調率<0.78のとき(S130のNO判定時)には、ステップS300に処理を進めて、PWM制御を継続的に選択する。PWM制御の選択時には、制御装置30は、ステップS310により、正弦波PWM制御および過変調PWM制御のいずれを用いるかを判定する。なお、矩形波制御モードからPWM制御モードに切換えられた初回の制御周期では、過変調PWMが適用される。それ以降では、ステップS310では、電圧指令値Vd♯,Vq♯に基づく変調率が、図2に示した、正弦波PWM制御および過変調PWM制御のそれぞれでの変調率範囲のいずれに属するか応じて、正弦波PWMおよび過変調PWMの一方が選択される。
For example, the modulation rate FM is calculated by the following equation (3).
FM = {(Vd # 2 + Vq # 2 ) 1/2 } / VH (3)
In step S130, the
次に、矩形波制御からPWM制御への制御モード切換判定について説明する。矩形波制御では、電圧振幅が一定であるので、変調率に基づいて制御モード切換を判定することができない。したがって、基本的には、電流位相に基づいて制御モード切換が判定される。 Next, control mode switching determination from rectangular wave control to PWM control will be described. In the rectangular wave control, since the voltage amplitude is constant, control mode switching cannot be determined based on the modulation rate. Therefore, basically, control mode switching is determined based on the current phase.
制御装置30は、矩形波制御の選択時(S100のYES判定時)には、ステップS210に処理を進めて、交流電動機M1が所定の運転領域で動作しているか否かを判定する。
When the rectangular wave control is selected (YES in S100),
図9を参照して、ステップS210での判定に用いられる所定領域330は、回転速度が所定の閾値Nthよりも低い「低速領域」である。あるいは、所定領域330は、回転速度<Mthであり、かつ、トルク>Tthである「低速高トルク領域」である。
Referring to FIG. 9, the
回転速度の閾値Nthは、矩形波制御における制御周期と、制御応答性の低下との対応関係に基づいて実験的に定めることができる。一方、トルクの閾値Tthは、制御応答性が低下したときに、過電流または過電圧につながるようなトルク領域に対応して設定することができる。 The rotation speed threshold value Nth can be determined experimentally based on the correspondence between the control period in rectangular wave control and the decrease in control responsiveness. On the other hand, the torque threshold Tth can be set in correspondence with a torque region that leads to an overcurrent or overvoltage when the control responsiveness decreases.
再び図8を参照して、制御装置30は、ステップS210のNO判定時、すなわち交流電動機M1の運転領域が所定領域330(図9)の外であるときには、ステップS220,S230により、電流位相に基づく通常の切換判定を実行する。
Referring to FIG. 8 again,
ここで、図10を用いて、電流位相に基づく矩形波制御からPWM制御への通常の制御モード切換判定を説明する。 Here, a normal control mode switching determination from the rectangular wave control to the PWM control based on the current phase will be described with reference to FIG.
図10を参照して、交流電動機M1の電流位相は、d軸電流Idおよびq軸電流Iqの比によって、下記(4)式で定義される。 Referring to FIG. 10, the current phase of AC electric motor M1 is defined by the following equation (4) according to the ratio of d-axis current Id and q-axis current Iq.
φi=tan-1(Iq/Id) …(4)
そして、電流位相φiが予め設定された切換ライン320を超えて遅角側に変化すると、矩形波制御からPWM制御への制御モード切換が指示される。切換ライン320は、同一の電流振幅に対してトルクが最大となる電流位相の集合に相当する最大効率位相線310よりも遅角側に設定される。
φi = tan −1 (Iq / Id) (4)
When current phase φi changes beyond the
特許文献2に示されるように、切換ライン320と比較される電流位相φiは、高調波電流を除去するためのフィルタ処理後の電流値に基づいて算出することが好ましい。この場合には、切換ライン320の他に、フィルタ処理前の瞬時電流の電流位相と比較される、緊急用の切換ライン325をさらに設けることが好ましい。切換ライン320は、特許文献2での定常的切換ラインに対応し、切換ライン325は、特許文献2での過渡的切換基準線に対応する。
As shown in
再び図8を参照して、制御装置30は、ステップS220では、d軸電流Idおよびq軸電流Iqに基づき、式(4)に従って電流位相φiを算出する。さらに、制御装置30は、ステップS230により、ステップS220で算出された電流位相φiが切換ライン320(図10)よりも遅角側であるかどうかを判定する。
Referring to FIG. 8 again, in step S220,
そして、制御装置30は、電流位相φiが切換ライン320よりも遅角側であるとき(S230のYES判定時)には、ステップS300に処理を進めて、PWM制御への制御モード切換を指示する。一方で、制御装置30は、電流位相φiが切換ライン320よりも遅角側でないとき(S230のNO判定時)には、ステップS300に処理を進めて、矩形波制御を継続的に選択する。
Then, when current phase φi is retarded from switching line 320 (when YES is determined in S230),
これに対して、制御装置30は、交流電動機M1の運転領域が所定領域330(図9)内である場合(S210のYES判定時)には、ステップS240により、交流電動機M1の回転速度が急変しているかどうかを判断する。
In contrast, when the operating range of AC motor M1 is within predetermined region 330 (FIG. 9) (when YES is determined in S210),
交流電動機M1が電動車両の走行用モータであるときには、ステップS240の判定には、電動車両でのスリップ検出またはグリップ検出の結果を共通に用いることできる。すなわち、電動車両においてスリップまたはグリップが検出されたときに、S240をYES判定とすることができる。あるいは、単位時間当り(たとえば、制御周期1回当り)での回転速度変化量と所定の判定値との比較によって、ステップS240の判定を実行してもよい。 When AC electric motor M1 is a motor for driving an electric vehicle, the result of slip detection or grip detection in the electric vehicle can be commonly used for the determination in step S240. That is, when slip or grip is detected in the electric vehicle, S240 can be determined as YES. Alternatively, the determination in step S240 may be executed by comparing the amount of change in rotational speed per unit time (for example, per control cycle) with a predetermined determination value.
制御装置30は、交流電動機の回転速度が急変しているとき(S240のYES判定時)には、電流位相に基づく判定によらず、ステップS300に処理を進めて、制御モードをPWM制御へ切換える。一方で、回転速度の急変が生じていないとき(S240のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS220,S230により、電流位相に基づく通常の制御モード切換判定を実行する。
When the rotational speed of the AC motor is changing suddenly (YES in S240),
このように、本実施の形態による交流電動機の制御システムでは、低回転速度の所定領域での矩形波制御では、交流電動機M1の回転速度変化に代表される制御外乱が発生したときに、直ちに、制御応答性が高いPWM制御を適用することができる。この結果、比較的低回転速度で矩形波制御が適用されているために制御性低下が懸念される状態において制御外乱が発生しても、過電流や過電圧の発生を防止することができる。 Thus, in the AC motor control system according to the present embodiment, in the rectangular wave control in the predetermined region of the low rotation speed, when a control disturbance typified by the rotation speed change of the AC motor M1 occurs, immediately, PWM control with high control response can be applied. As a result, even when a control disturbance occurs in a state in which controllability is concerned because rectangular wave control is applied at a relatively low rotational speed, it is possible to prevent occurrence of overcurrent and overvoltage.
なお、図9の所定領域330については、矩形波制御の制御応答性の観点からは、回転速度に対応させて(Nm<Nth)定めることできる。ただし、低トルク領域では、電流および電圧が比較的小さいため、制御応答性が低下しても過電流や過電圧が発生する可能性が低い。したがって、通常の制御モード切換判定から離れた強制的な制御モード切換判定の実行を必要最小限に止める観点からは、図9に示したように、低回転速度領域(Nm<Nth)のうちの、高トルク領域(T>Tth)に限定して所定領域330を設定することが好ましい。
Note that the
なお、本実施の形態では、交流電動機M1として三相電動機を例示したが、矩形波制御およびPWM制御を選択的に用いる制御が適用される場合には、三相以外の多相電動機に対しても本発明による制御モード切換を適用することができる。また、PWM制御が、過変調PWM制御を含まずに正弦波PWM制御のみで構成されるときも、本発明による制御モード切換を同様に適用できる。 In the present embodiment, a three-phase motor is exemplified as AC motor M1, but when control using selective use of rectangular wave control and PWM control is applied, for a multi-phase motor other than three-phase motor The control mode switching according to the present invention can also be applied. Further, when the PWM control is configured only by the sine wave PWM control without including the overmodulation PWM control, the control mode switching according to the present invention can be similarly applied.
さらに、図1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♯がコンバータ12を含む構成を示したが、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。すなわち、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、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。
Further, in FIG. 1, as a preferable configuration example, a configuration is shown in which DC
また、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)に走行用モータ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 the load of the motor drive system, in the present embodiment, a permanent magnet motor mounted as a running motor 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.
矩形波制御およびパルス幅変調制御(PWM制御)の間での制御モードが切換えられる交流電動機制御に適用することができる。 The present invention can be applied to AC motor control in which the control mode is switched between rectangular wave control and pulse width modulation control (PWM control).
5 アース線、6,7 電力線、10 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、13 電圧センサ、14 インバータ、15〜17 各相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置(ECU)、100 モータ制御システム、200 PWM制御部、210 電流指令生成部、220,250,460 座標変換部、240 電圧指令生成部、260 PWM変調部、290 フィードバック制御部、300 制御モード選択部、310 最大効率位相線、320,325 切換ライン、330 所定領域、400 矩形波制御部、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、495 電流記憶部、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軸電流値、Idcom,Iqcom 電流指令値(d軸,q軸)、Imax 規定値、Iq q軸電流値、L1 リアクトル、M1 交流電動機、Nm 回転速度(交流電動機)、Nth,Tth 閾値、P1 動作点(交流電動機)、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、SE 信号、SR1,SR2 システムリレー、Tq トルク推定値、Trqcom トルク指令値、Vb 直流電圧、VH 直流電圧(システム電圧)、Vd d軸電圧指令値、Vq q軸電圧指令値、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令、iu,iv,iw モータ電流(相電流)。 5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10 Voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 24 Current sensor, 12 Converter, 13 Voltage sensor, 14 Inverter, 15-17 Upper and lower arms for each phase, 25 Rotation angle sensor, 30 Control device (ECU), 100 motor control system, 200 PWM control unit, 210 current command generation unit, 220, 250, 460 coordinate conversion unit, 240 voltage command generation unit, 260 PWM modulation unit, 290 feedback control unit, 300 control mode Selection unit, 310 maximum efficiency phase line, 320, 325 switching line, 330 predetermined region, 400 rectangular wave control unit, 410 power calculation unit, 420 torque calculation unit, 430 calculation unit, 440 rectangular wave generator, 450 signal generation unit, 495 Current storage unit, B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor , D1 to D8 Anti-parallel diode, Ib DC current, Id d-axis current value, Idcom, Iqcom Current command value (d-axis, q-axis), Imax specified value, Iq q-axis current value, L1 reactor, M1 AC motor, Nm Rotational speed (AC motor), Nth, Tth threshold, P1 operating point (AC motor), Q1-Q8 power semiconductor switching element, S1-S8 switching control signal, SE signal, SR1, SR2 system relay, Tq torque estimated value, Trqcom Torque command value, Vb DC voltage, VH DC voltage (system voltage), Vd d-axis voltage command value, Vq q-axis voltage command value, Vu, Vv, Vw Each phase voltage command, iu, iv, iw Motor current (phase Current).
Claims (4)
前記交流電動機を動作指令に従って動作させるように、前記交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御に従って、前記インバータの制御指令を生成するための矩形波制御部と、
搬送波と、前記交流電動機を前記動作指令に従って動作させるための交流電圧指令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生成するためのパルス幅変調制御部と、
前記矩形波制御および前記パルス幅変調制御のいずれか一方の制御モードを選択するための制御モード選択部とを備え、
前記制御モード選択部は、前記矩形波制御が選択されており、かつ、前記交流電動機の運転領域が所定領域内である場合には、前記交流電動機の回転速度変化に応じて、前記制御モードを前記矩形波制御から前記パルス幅変調制御へ切換え、
前記所定領域は、前記交流電動機の回転速度が所定値よりも低い領域である、交流電動機の制御システム。 An inverter for controlling an applied voltage to the AC motor, electrically connected between the DC power source and the AC motor;
A rectangular wave control unit for generating a control command for the inverter according to a rectangular wave control for controlling a voltage phase of a rectangular wave voltage applied to the AC motor so as to operate the AC motor according to an operation command;
A pulse width modulation control unit for generating a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between a carrier wave and an AC voltage command for operating the AC motor according to the operation command;
A control mode selection unit for selecting one of the control modes of the rectangular wave control and the pulse width modulation control;
When the rectangular wave control is selected and the operation region of the AC motor is within a predetermined region, the control mode selection unit changes the control mode according to a change in the rotational speed of the AC motor. switching example from the rectangular wave control to the pulse width modulation control,
The control system for an AC motor , wherein the predetermined region is a region where the rotational speed of the AC motor is lower than a predetermined value .
前記交流電動機を動作指令に従って動作させるように、前記交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御に従って、前記インバータの制御指令を生成するための矩形波制御部と、
搬送波と、前記交流電動機を前記動作指令に従って動作させるための交流電圧指令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生成するためのパルス幅変調制御部と、
前記矩形波制御および前記パルス幅変調制御のいずれか一方の制御モードを選択するための制御モード選択部とを備え、
前記制御モード選択部は、前記矩形波制御が選択されており、かつ、前記交流電動機の運転領域が所定領域内である場合には、前記交流電動機の回転速度変化に応じて、前記制御モードを前記矩形波制御から前記パルス幅変調制御へ切換え、
前記所定領域は、前記交流電動機の回転速度が所定値よりも低く、かつ、前記交流電動機のトルクが所定値よりも高い領域である、交流電動機の制御システム。 An inverter for controlling an applied voltage to the AC motor, electrically connected between the DC power source and the AC motor;
A rectangular wave control unit for generating a control command for the inverter according to a rectangular wave control for controlling a voltage phase of a rectangular wave voltage applied to the AC motor so as to operate the AC motor according to an operation command;
A pulse width modulation control unit for generating a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between a carrier wave and an AC voltage command for operating the AC motor according to the operation command;
A control mode selection unit for selecting one of the control modes of the rectangular wave control and the pulse width modulation control;
When the rectangular wave control is selected and the operation region of the AC motor is within a predetermined region, the control mode selection unit changes the control mode according to a change in the rotational speed of the AC motor. switching example from the rectangular wave control to the pulse width modulation control,
The control system for an AC motor , wherein the predetermined region is a region where the rotational speed of the AC motor is lower than a predetermined value and the torque of the AC motor is higher than a predetermined value .
前記制御モード選択部は、前記矩形波制御が選択されており、かつ、前記交流電動機の運転領域が所定領域内である場合には、前記駆動輪のスリップまたはグリップが検出されたときに、前記交流電動機の回転速度変化を検出して、前記制御モードを前記矩形波制御から前記パルス幅変調制御へ切換える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の交流電動機の制御システム。 The AC motor is configured to generate a driving torque of driving wheels of an electric vehicle,
When the rectangular wave control is selected and the operation region of the AC motor is within a predetermined region, the control mode selection unit, when slip or grip of the drive wheel is detected, The control system for an AC motor according to any one of claims 1 to 3 , wherein a change in rotational speed of the AC motor is detected, and the control mode is switched from the rectangular wave control to the pulse width modulation control.
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