JP5482625B2 - Rotating machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石を備える回転機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating an AC voltage applying unit that applies an AC voltage to the rotating machine including a permanent magnet.
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、永久磁石を備える3相電動機に対する要求トルクおよび回転速度と交流電圧印加手段(インバータ)の出力電圧ベクトルのノルムとの関係を定めたマップを用いて、インバータの出力電圧ベクトルのノルムを設定するものも提案されている。ここでは、インバータの出力電圧の位相は、トルクフィードバック制御の操作量とされている。 As this type of control device, for example, as can be seen in Patent Document 1 below, the relationship between the required torque and rotational speed for a three-phase motor including a permanent magnet and the norm of the output voltage vector of the AC voltage applying means (inverter) is shown. There has also been proposed a method for setting a norm of an inverter output voltage vector using a predetermined map. Here, the phase of the output voltage of the inverter is an operation amount of torque feedback control.
ところで、電動機の備える永久磁石の磁束が減少する異常であるいわゆる減磁が生じる場合、要求トルクに対して実際のトルクが小さくなる等の不都合が生じる。このため、例えば下記特許文献2に見られるように、永久磁石の磁束が減少するいわゆる減磁の有無を判断するものも提案されている。詳しくは、3相電動機に対する要求トルクに応じた指令電流となるように電流フィードバック制御をするための操作量として指令電圧を操作するに際し、この指令電圧と基準値との差に基づき減磁の有無を判断する。 By the way, when so-called demagnetization, which is an abnormality in which the magnetic flux of the permanent magnet included in the electric motor is reduced, inconveniences such as the actual torque being smaller than the required torque occur. For this reason, as shown in, for example, Patent Document 2 below, there is also proposed a method for determining the presence or absence of so-called demagnetization in which the magnetic flux of the permanent magnet decreases. Specifically, whether or not demagnetization is performed based on the difference between the command voltage and the reference value when operating the command voltage as an operation amount for performing current feedback control so as to obtain a command current corresponding to the required torque for the three-phase motor. Judging.
ところで、上記特許文献1に記載の技術では、インバータの出力電圧ベクトルのノルムは、開ループ制御によって与えられているため、上記特許文献2に記載の技術によって減磁の有無を判断することはできない。 By the way, in the technique described in Patent Document 1, since the norm of the output voltage vector of the inverter is given by open loop control, the technique described in Patent Document 2 cannot determine the presence or absence of demagnetization. .
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、交流電圧印加手段の出力電圧ベクトルについての開ループ操作量を有する場合であっても、永久磁石の磁束の異常の有無を診断することのできる新たな回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in the process of solving the above-mentioned problems, and its purpose is to detect the abnormality of the magnetic flux of the permanent magnet even when it has an open loop operation amount for the output voltage vector of the AC voltage applying means. An object of the present invention is to provide a new control device for a rotating machine capable of diagnosing the presence or absence.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.
請求項1記載の発明は、永久磁石を備える回転機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記回転機のトルクを要求トルクに制御するための開ループ操作量としての前記交流電圧印加手段の出力電圧ベクトルの基本ノルムを設定するノルム設定手段と、前記回転機を流れるq軸電流および前記回転機のトルクの少なくとも一方と前記回転機を流れるd軸電流とのいずれか一方をフィードバック制御するための操作量として前記交流電圧印加手段の出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、前記位相設定手段とは別のパラメータを制御量とするフィードバック制御手段であって且つ前記回転機を流れる電流をフィードバック制御するための操作量として前記基本ノルムの補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量によって補正された基本ノルムと前記設定される位相とに基づき前記交流電圧印加手段を操作する操作手段と、前記補正量が所定の範囲から外れることに基づき前記永久磁石の磁束に異常が生じた旨診断する診断手段とを備えることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a control device for a rotating machine that controls an amount of control of the rotating machine by operating an AC voltage applying unit that applies an AC voltage to the rotating machine including a permanent magnet. A norm setting means for setting a basic norm of an output voltage vector of the AC voltage applying means as an open-loop operation amount for controlling the torque to a required torque, at least a q-axis current flowing through the rotating machine and a torque of the rotating machine Phase setting means for setting the phase of the output voltage of the AC voltage application means as an operation amount for feedback control of one of the d-axis current flowing through the rotating machine and the phase setting means is different from the phase setting means. A feedback control means using a parameter as a control amount and an operation amount for performing feedback control of a current flowing through the rotating machine. A correction amount calculating means for calculating a correction amount of the current, an operating means for operating the AC voltage applying means based on the basic norm corrected by the correction amount and the set phase, and the correction amount within a predetermined range. Diagnostic means for diagnosing that an abnormality has occurred in the magnetic flux of the permanent magnet based on the deviation from the magnetic field.
永久磁石の磁束に異常が生じると、誘起電圧が変化することなどから制御量を制御する上で要求されるノルムが変化する。このため、上記補正量は、永久磁石の磁束の変化に関する情報を有するパラメータとなる。上記発明では、この点に鑑み、補正量を用いて永久磁石の磁束に異常が生じたか否かを診断する。 When an abnormality occurs in the magnetic flux of the permanent magnet, the norm required for controlling the control amount changes because the induced voltage changes. For this reason, the said correction amount becomes a parameter which has the information regarding the change of the magnetic flux of a permanent magnet. In view of this point, the above invention diagnoses whether or not an abnormality has occurred in the magnetic flux of the permanent magnet using the correction amount.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記診断手段は、前記補正量が前記基本ノルムを低減補正するものであることに基づき前記永久磁石の磁束が減少する異常が生じた旨診断することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the diagnostic means has an abnormality in which the magnetic flux of the permanent magnet decreases based on the correction amount that reduces and corrects the basic norm. It is characterized by making a diagnosis.
永久磁石の磁束が減少すると、同一の電気角速度における誘起電圧が小さくなるため、制御量に制御する上で要求されるノルムが小さくなる。上記発明では、この点に鑑み永久磁石の磁束が減少する異常の有無を診断する。 When the magnetic flux of the permanent magnet decreases, the induced voltage at the same electrical angular velocity decreases, so the norm required for controlling the control amount decreases. In the above invention, in view of this point, the presence or absence of an abnormality in which the magnetic flux of the permanent magnet decreases is diagnosed.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記ノルム設定手段は、前記回転機の要求トルクおよび前記回転機の電気角速度に応じて前記基本ノルムを一義的に設定するものであり、前記所定の範囲は、前記永久磁石の温度、前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、前記回転機のインダクタンス、前記回転機の電気角速度、および前記回転機の抵抗の少なくとも1つに基づき可変設定されることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the norm setting means uniquely sets the basic norm according to a required torque of the rotating machine and an electrical angular velocity of the rotating machine. And the predetermined range is at least one of the temperature of the permanent magnet, the current flowing through the rotating machine, the torque of the rotating machine, the inductance of the rotating machine, the electrical angular velocity of the rotating machine, and the resistance of the rotating machine. It is characterized in that it is variably set based on the above.
要求トルクに制御する上で適切なノルムは、永久磁石の磁束に応じて変化する一方、永久磁石の磁束は、温度依存性を有する。また、適切なノルムは、回転機のインダクタンスや抵抗に応じて変化する一方、これらは、変化しうる。このため、永久磁石の温度、インダクタンス、抵抗に応じて適切なノルムが変化する。これに対し、基本ノルムがこれらに応じて可変設定されていないなら、これらパラメータの変動による最適なノルムと基本ノルムとのずれは補正量によって補償されることとなる。このため、こうしたパラメータに応じて所定の範囲を可変設定するなら、所定の範囲にこの補償量を含めることができる。なお、回転機のインダクタンスは、回転機を流れる電流に応じて変化し得、また、トルクは、電流と相関を有するパラメータである。このため、上記補償量は、電流やトルクによっても把握可能である。 An appropriate norm for controlling the required torque changes according to the magnetic flux of the permanent magnet, while the magnetic flux of the permanent magnet has temperature dependency. Also, the appropriate norm will vary depending on the inductance and resistance of the rotating machine, while these may vary. For this reason, an appropriate norm changes according to the temperature, inductance, and resistance of the permanent magnet. On the other hand, if the basic norm is not variably set according to these, the deviation between the optimal norm and the basic norm due to the variation of these parameters is compensated by the correction amount. For this reason, if the predetermined range is variably set according to these parameters, the compensation amount can be included in the predetermined range. Note that the inductance of the rotating machine can change according to the current flowing through the rotating machine, and the torque is a parameter having a correlation with the current. For this reason, the compensation amount can also be grasped by current and torque.
また、適切なノルムは、電気角速度の大きさや電流に応じてその大きさが変化する。このため、基本ノルムの補正量として磁束の異常が生じていない場合にとり得る値の大きさは、電気角速度や電流に応じて変化すると考えられる。このため、所定の範囲をこれらに応じて可変設定することで、所定の範囲をより適切に設定することができる。 Also, the appropriate norm varies in magnitude depending on the magnitude of the electrical angular velocity and the current. For this reason, it is considered that the magnitude of the value that can be taken when the magnetic flux abnormality does not occur as the correction amount of the basic norm changes according to the electrical angular velocity and the current. For this reason, the predetermined range can be set more appropriately by variably setting the predetermined range according to these.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記位相設定手段は、前記回転機のトルクをフィードバック制御量とすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the phase setting means uses the torque of the rotating machine as a feedback control amount.
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a rotating machine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。車載主機としてのモータジェネレータ10は、3相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ10は、突極性を有する回転機(突極機)である。詳しくは、モータジェネレータ10は、埋め込み磁石同期モータ(IPMSM)である。
FIG. 1 shows the overall configuration of a motor generator control system according to this embodiment. The
モータジェネレータ10は、インバータIVを介して高電圧バッテリ12に接続されている。インバータIVは、スイッチング素子S*p,S*n(*=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S*#(*=u,v,w;#=n,p)として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードD*#が逆並列に接続されている。
The
本実施形態では、モータジェネレータ10やインバータIVの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ10の回転角度(電気角θ)を検出する回転角度センサ14を備えている。また、モータジェネレータ10の各相を流れる電流iu,iv,iwを検出する電流センサ16を備えている。更に、インバータIVの入力電圧(電源電圧VDC)を検出する電圧センサ18を備えている。
In this embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the
上記各種センサの検出値は、図示しないインターフェースを介して低電圧システムを構成する制御装置20に取り込まれる。制御装置20では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータIVを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータIVのスイッチング素子S*#を操作する信号が、操作信号g*#である。
The detection values of the various sensors are taken into the
上記制御装置20は、モータジェネレータ10のトルクを要求トルクTrに制御すべく、インバータIVを操作する。詳しくは、制御装置20は、変調率の低い領域においては、要求トルクTrに応じた指令電流となるように周知の電流フィードバック制御を行っている。図1では、制御装置20の行なう処理のうち、変調率の高い領域におけるものを記載している。以下、これについて説明する。
The
2相変換部22は、電流センサ16によって検出される3相の実電流iu,iv,iwを回転座標系の電流であるd軸の実電流idとq軸の実電流iqとに変換する。一方、速度算出部24は、回転角度センサ14によって検出される電気角θに基づき電気角速度ωを算出する。トルク推定器26は、実電流id,iqを入力として、モータジェネレータ10の推定トルクTeを算出する。この処理は、実電流id,iqとトルクとの関係を記憶したマップを用いて算出してもよいし、またモデル式を用いて算出してもよい。位相設定部28は、要求トルクTrと推定トルクTeとの差に基づき、推定トルクTeを要求トルクTrにフィードバック制御するための操作量として位相δを設定する。詳しくは、要求トルクTrと推定トルクTeとの差を入力とする比例制御器および積分制御器の出力同士の和として位相δを算出する。
The two-
一方、ノルム設定部30は、要求トルクTrと電気角速度ωとを入力として、インバータIVの出力電圧ベクトルの基本ノルムVn1を設定する。これは、例えば要求トルクTrおよび電気角速度ωと基本ノルムVn1との関係を定めたマップ等、要求トルクTrと電気角速度ωとから基本ノルムVn1を一義的に算出する手段を備えることで行なうことができる。本実施形態では、基本ノルムVn1を、最小電流最大トルク制御を実現可能な値に設定する。
On the other hand, the
一方、指令電流設定部32では、要求トルクTrを実現するためのd軸電流の指令値(指令電流idr)を設定する。ここで、指令電流idrは、最小電流最大トルク制御によって要求トルクTrを実現する際に要求されるd軸の電流値とされる。これは、ノルム設定部30の設定との整合を取るための設定である。
On the other hand, the command
補正量算出部34は、2相変換部22の出力するd軸の実電流idをローパスフィルタ33によって処理したものと、指令電流idrとの差に基づき、実電流id(ローパスフィルタ33の出力)を指令電流idrにフィードバック制御するための操作量として、基本ノルムVn1の補正量ΔVnを算出する。この補正量ΔVnは、上記差を入力とする比例制御器および積分制御器の出力同士の和として算出することができる。ちなみに、ローパスフィルタ33は、実電流idに重畳している高次高調波成分を除去するためのものである。これは、例えば、カットオフ周波数を電気角周波数の2倍以上に設定することで行うことができる。
The correction
補正部36では、基本ノルムVn1に補正量ΔVnを加算することで、最終的なノルムVnを算出する。
The
そして操作信号生成部38では、上記位相設定部28の設定する位相δと、上記補正部36の出力するノルムVnと、電源電圧VDCと、電気角θとに基づき、操作信号g*#を生成して出力する。詳しくは、操作信号生成部38は、変調率毎に、電気角の1回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。操作信号生成部38では、電源電圧VDCとノルムVnとに基づき、変調率を算出し、これに応じて、該当する操作信号波形を選択する。ここで、上記変調率の上限は、矩形波制御時の変調率である「1.27」とされている。このため、変調率が最大値「1.27」となる場合には、操作信号波形として、矩形波制御時の波形である電気角の1回転周期に高電位側のスイッチング素子S*pをオン状態とする期間と低電位側のスイッチング素子S*nをオン状態する期間とが1回ずつとされる波形(1パルス波形)が選択される。一方、変調率の下限は、上記電流フィードバック制御によって設定される指令電圧に応じた3つの線間電圧をインバータIVの入力電圧によって実現することのできる上限値である「1.15」に設定されている。こうして操作信号波形が選択されると、操作信号生成部38では、この波形の出力タイミングを上記位相設定部28の設定する位相δに基づき設定することで、操作信号を生成する。
The operation
上記操作信号g*#を用いることで、最小電流最大トルク制御によってモータジェネレータ10のトルクを要求トルクTrに制御することができる。ただし、永久磁石の磁束が減少するいわゆる減磁が生じる場合には、モータジェネレータ10を流れる電流が最小電流最大トルク制御を実現する上で要求される電流に制御されたとしても、モータジェネレータ10の実際のトルクが要求トルクTrよりも小さくなる。そしてこの実際のトルクの低下が顕著となる場合には、モータジェネレータ10の効率が低下する等、様々な問題が生じる。
By using the operation signal g * #, the torque of the
そこで本実施形態では、減磁が生じることでノルム設定部30によって設定される基本ノルムVn1が、最小電流最大トルク制御によって要求トルクTrに制御する上で要求される値からずれることに着目して、モータジェネレータ10の永久磁石の磁束が減少する異常の有無を判断し、異常があると判断される場合にその旨を外部に通知する。次に、以下の式(c1),(c2)にて表現されるIPMSMの電圧方程式を用いて、減磁によって基本ノルムVn1が正しい値からずれる理由を説明する。なお、以下の式では、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、抵抗R、電機子鎖交磁束定数φおよび微分演算子pを用いている。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq= ωLdid+(R+pLq)iq +ωφ …(c2)
上記電機子鎖交磁束定数φが、ノルム設定部30において想定されたものに対して減少すると、最小電流最大トルク制御を実現するための電流を流すために要求されるインバータIVの出力電圧ベクトルのノルムが変化する。詳しくは、要求されるノルムが減少する。
Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the fact that the basic norm Vn1 set by the
vd = (R + pLd) id−ωLqiq (c1)
vq = ωLdid + (R + pLq) iq + ωφ (c2)
When the armature interlinkage flux constant φ decreases with respect to that assumed in the
図2に、上記基本ノルムVn1が適切な値からずれることに着目した減磁の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置20によって、先の図1に示したトルクフィードバック制御がなされている際に、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 2 shows a procedure for demagnetization diagnosis processing focusing on the fact that the basic norm Vn1 deviates from an appropriate value. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle when the
この一連の処理では、まずステップS10において、基本ノルムVn1の補正量ΔVnを算出する。続くステップS12においては、補正量ΔVnの大小比較対象とする閾値ΔVthを設定する。本実施形態では、モータジェネレータ10の制御破綻等に起因した異常な磁束の減少以外の要因によっても基本ノルムVn1が適切な値からずれうることを考慮して閾値ΔVthを可変設定する。
In this series of processing, first, in step S10, a correction amount ΔVn of the basic norm Vn1 is calculated. In subsequent step S12, a threshold value ΔVth that is a comparison target of the correction amount ΔVn is set. In the present embodiment, the threshold ΔVth is variably set in consideration of the fact that the basic norm Vn1 can deviate from an appropriate value due to factors other than an abnormal decrease in magnetic flux due to the control failure of the
すなわち、上記(c1),(c2)に示すd軸インダクタンスLdやq軸インダクタンスLqは、モータジェネレータ10を流れる電流によって変化するため、最小電流最大トルク制御を行う上で適切なノルムもモータジェネレータ10を流れる電流によって変化する。これに対し、さきの図1に示したノルム設定部30では、基本ノルムVn1は、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqについて、固定値を想定している。このため、モータジェネレータ10が正常であったとしても、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqの上記想定される固定値からのずれを補償するように補正量ΔVnが算出されることとなる。このため、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqの変動量に応じて閾値ΔVthを可変設定するなら、インダクタンスの変動量を補償するための補正量が正常な補正量であるとの認識の下で減磁の有無を判断することができ、ひいては減磁の有無の判断精度を向上させることができる。
That is, since the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq shown in the above (c1) and (c2) change depending on the current flowing through the
また、上記(c1),(c2)に示す抵抗Rは、モータジェネレータ10の温度に応じて変化するため、最小電流最大トルク制御を行う上で適切なノルムもモータジェネレータ10の温度によって変化する。これに対し、さきの図1に示したノルム設定部30では、要求トルクTrと電気角速度ωとによって基本ノルムVn1が一義的に定められているため、基本ノルムVn1は、抵抗Rについて、固定値を想定していることとなる。このため、モータジェネレータ10が正常であったとしても、抵抗Rの上記想定される固定値からのずれを補償するように補正量ΔVnが算出されることとなる。このため、抵抗Rの変動量に応じて閾値ΔVthを可変設定するなら、抵抗の変動量を補償するための補正量が正常な補正量であるとの認識の下で減磁の有無を判断することができ、減磁の有無の判断精度を向上させることができる。
Further, since the resistance R shown in the above (c1) and (c2) changes according to the temperature of the
さらに、電機子鎖交磁束定数φは、永久磁石の温度に応じて変化するため、最小電流最大トルク制御を行う上で適切なノルムも永久磁石の温度によって変化する。これに対し、さきの図1に示したノルム設定部30では、要求トルクTrと電気角速度ωとによって基本ノルムVn1が一義的に定められているため、基本ノルムVn1は、電機子鎖交磁束定数φについて、固定値を想定していることとなる。このため、モータジェネレータ10が正常であったとしても、電機子鎖交磁束定数φの上記想定される固定値からのずれを補償するように補正量ΔVnが算出されることとなる。このため、温度に応じて閾値ΔVthを可変設定するなら、磁束の温度による変動量を補償するための補正量が正常な補正量であるとの認識の下で減磁の有無を判断することができ、減磁の有無の判断精度を向上させることができる。
Furthermore, since the armature flux linkage constant φ changes according to the temperature of the permanent magnet, the norm appropriate for performing the minimum current maximum torque control also changes with the temperature of the permanent magnet. On the other hand, in the
また、要求トルクTrに制御する上で要求される基本ノルムVn1は、上記の式(c1),(c2)からわかるように、電流id,iqや電気角速度ωが大きいほど大きくなる。このため、基本ノルムVn1が設計上の誤差等を含んでいた場合、この誤差を補正する補正量ΔVnの絶対値は、電流id,iqや電気角速度ωが大きいほど大きくなると考えられる。このため、基本ノルムVn1の大きさに応じて閾値ΔVthを可変設定するなら、減磁の有無の判断精度を向上させることができる。 The basic norm Vn1 required for controlling the required torque Tr increases as the currents id, iq and the electrical angular velocity ω increase, as can be seen from the equations (c1) and (c2). For this reason, when the basic norm Vn1 includes a design error or the like, it is considered that the absolute value of the correction amount ΔVn for correcting this error increases as the current id, iq or the electrical angular velocity ω increases. For this reason, if the threshold value ΔVth is variably set according to the size of the basic norm Vn1, the accuracy of determining the presence or absence of demagnetization can be improved.
ここで、d軸インダクタンスLdやq軸インダクタンスLqの変化に応じて閾値ΔVthを可変設定する手法としては、これを直接推定する推定器を備え、推定値を入力とすることで行うものが考えられる。またこれに代えて、実電流id,iqや指令電流idr,iqrに応じて閾値ΔVthを可変設定することで、d軸インダクタンスLdやq軸インダクタンスLqの変化を補償してもよい。また例えば、要求トルクTrから最小電流最大トルク制御を実現する上での電流が定まることから、要求トルクTrに応じて閾値ΔVthを可変設定することで、d軸インダクタンスLdやq軸インダクタンスLqの変化を補償してもよい。もっとも、要求トルクTrに代えて、推定トルク等を用いてもよい。 Here, as a method of variably setting the threshold value ΔVth in accordance with changes in the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq, an approach that includes an estimator that directly estimates this and inputs an estimated value is conceivable. . Alternatively, the change in the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq may be compensated by variably setting the threshold value ΔVth according to the actual currents id, iq and the command currents idr, iqr. Further, for example, since the current for realizing the minimum current / maximum torque control is determined from the required torque Tr, a change in the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq can be made by variably setting the threshold value ΔVth according to the required torque Tr. May be compensated. However, estimated torque or the like may be used instead of the required torque Tr.
上記ステップS12においては、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、永久磁石の温度、d軸電流、q軸電流、トルク、電気角速度ω、抵抗Rのうちの少なくとも1つを用いて閾値ΔVthを可変設定する。なお、永久磁石の温度については、これを直接検出する手段を備えない場合には、ステータの温度等、永久磁石の温度と相関を有する部材の温度の検出値や推定値を用いてもよい。 In step S12, the threshold ΔVth is varied using at least one of the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, the temperature of the permanent magnet, the d-axis current, the q-axis current, the torque, the electrical angular velocity ω, and the resistance R. Set. In addition, about the temperature of a permanent magnet, when the means to detect this directly is not provided, you may use the detected value and estimated value of the temperature of the member which have a correlation with the temperature of a permanent magnet, such as the temperature of a stator.
なお、上記閾値ΔVth(<0)は、基本ノルムVn1と、上記パラメータを考慮することで算出されるノルムとの差から所定のマージン量を減算することで算出すればよい。また、これに代えて、基本ノルムVn1と上記パラーメータを考慮することで算出された減磁の生じた場合のノルムとの差としてもよい。なお、上記パラメータの考慮されたノルムは、上記の式(c1)、(c2)に基づき算出してもよいが、例えば上記特許文献1に記載されたノルムの式に基づき算出してもよい。 The threshold value ΔVth (<0) may be calculated by subtracting a predetermined margin amount from the difference between the basic norm Vn1 and the norm calculated by considering the above parameters. Alternatively, the difference between the basic norm Vn1 and the norm when demagnetization calculated by considering the above parameters may be used. The norm in which the above parameters are taken into account may be calculated based on the above formulas (c1) and (c2), but may be calculated based on the norm formula described in Patent Document 1, for example.
続くステップS14においては、補正量ΔVnが閾値ΔVth(<0)以下であるか否かを判断する。そしてステップS14において肯定判断される場合、ステップS16において、ステップS14において肯定判断されている期間の継続時間を計時する計時動作を行う。続くステップS18では、ステップS14において肯定判断された状態の継続時間が所定時間となったか否かを判断する。この処理は、減磁が生じたか否かを判断するためのものである。そして、ステップS18において否定判断される場合、ステップS14に戻る。一方、上記ステップS18において肯定判断される場合、ステップS20において、減磁が生じたと判断し、その旨を外部に通知する。ここでは、インストルメントパネル上の警告灯を点灯させるなどして、ユーザにその旨を通知する。 In the subsequent step S14, it is determined whether or not the correction amount ΔVn is equal to or less than the threshold value ΔVth (<0). If an affirmative determination is made in step S14, a time counting operation is performed in step S16 to measure the duration of the period for which an affirmative determination is made in step S14. In subsequent step S18, it is determined whether or not the duration of the state in which an affirmative determination is made in step S14 has reached a predetermined time. This process is for determining whether or not demagnetization has occurred. If a negative determination is made in step S18, the process returns to step S14. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S18, it is determined in step S20 that demagnetization has occurred, and the fact is notified to the outside. Here, the user is notified of this by turning on a warning lamp on the instrument panel.
一方、上記ステップS14において否定判断される場合、ステップS22に移行し、計時動作を初期化する。 On the other hand, when a negative determination is made in step S14, the process proceeds to step S22 to initialize the timing operation.
なお、上記ステップS20,22の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。 In addition, when the process of said step S20, 22 is completed, this series of processes are once complete | finished.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)基本ノルムVn1の補正量ΔVnが閾値ΔVth以下となることに基づき、モータジェネレータ10の永久磁石の磁束に異常が生じた旨診断した。これにより、減磁の有無を好適に診断することができる。
(1) Based on the fact that the correction amount ΔVn of the basic norm Vn1 is equal to or less than the threshold value ΔVth, it was diagnosed that an abnormality occurred in the magnetic flux of the permanent magnet of the
(2)閾値ΔVthを可変設定することで、減磁の有無の診断精度を向上させることができる。 (2) By variably setting the threshold value ΔVth, it is possible to improve the diagnostic accuracy of the presence or absence of demagnetization.
(3)補正量ΔVnが異常である状態が継続する場合に減磁が生じた旨診断した。これにより、モータジェネレータ10の過渡運転状態に起因して補正量ΔVnの絶対値が大きくなる際に、これを減磁が生じたと誤診断することを回避することができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(3) It was diagnosed that demagnetization occurred when the state where the correction amount ΔVn was abnormal continued. As a result, when the absolute value of the correction amount ΔVn increases due to the transient operation state of the
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図3に、本実施形態にかかる減磁の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置20によって、先の図1に示したトルクフィードバック制御がなされている際に、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 3 shows a procedure of demagnetization diagnosis processing according to the present embodiment. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle when the
この一連の処理では、ステップS30において補正量ΔVnを算出した後、ステップS32において、先の図2に示したステップS12と同様、閾値Ithを可変設定する。続くステップS34においては、補正量算出部34の積分制御器の出力Iの変動量ΔI(既定時間における最大値および最小値間の差)が閾値ΔIth以下であるか否かを判断する。この処理は、補正量ΔVnが、基本ノルムVn1と適切なノルムとの定常的な乖離を定量化したものとして適切なものであるか否かを判断するためのものである。これは、積分制御器の出力が収束しているなら、出力は定常的な乖離を補償する値であると考えられることに着目したものである。
In this series of processing, after calculating the correction amount ΔVn in step S30, the threshold value Ith is variably set in step S32 as in step S12 shown in FIG. In the subsequent step S34, it is determined whether or not the fluctuation amount ΔI (difference between the maximum value and the minimum value in the predetermined time) of the output I of the integration controller of the correction
上記ステップS34において肯定判断される場合、ステップS36において、積分制御器の出力Iが閾値Ith(<0)以下であるか否かを判断する。この処理は、減磁が生じたか否かを判断するためのものである。そして、ステップS36において肯定判断される場合、ステップS38において減磁が生じたと判断し、外部にその旨を通知する。 If an affirmative determination is made in step S34, it is determined in step S36 whether the output I of the integral controller is equal to or less than a threshold value Ith (<0). This process is for determining whether or not demagnetization has occurred. If an affirmative determination is made in step S36, it is determined in step S38 that demagnetization has occurred, and the fact is notified to the outside.
なお、上記ステップS38の処理が完了する場合や、ステップS34,S36において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
When the process of step S38 is completed or when a negative determination is made in steps S34 and S36, this series of processes is temporarily terminated.
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
「診断手段について」
診断手段としては、閾値を可変設定するものに限らず、固定値とするものであってもよい。ただし、この場合、異常である旨の誤診断を回避すべく、上記各実施形態よりも大きいマージンを設けることが望ましい。
"About diagnostic tools"
The diagnostic means is not limited to variably setting the threshold value, but may be a fixed value. However, in this case, it is desirable to provide a larger margin than in the above embodiments in order to avoid a misdiagnosis indicating an abnormality.
「診断対象となる異常の種類について」
診断対象となる異常としては、減磁に限らず、例えば永久磁石の磁束が制御装置20の想定するものよりも過度に大きくなる異常であってもよい。これは、補正量ΔVnが、基本ノルムVn1を増大させる補正量であることに基づき診断することができる。ちなみに、この場合、誘起電圧が過度に大きくならないように回転速度制限を設けるなどすればよい。
“About the types of abnormalities to be diagnosed”
The abnormality to be diagnosed is not limited to demagnetization, and may be an abnormality in which the magnetic flux of the permanent magnet is excessively larger than that assumed by the
「補正手段について」
補正手段としては、d軸電流をフィードバック制御するための操作量を補正量とするものに限らない。例えば、q軸電流をフィードバック制御するための操作量、電流の振幅をフィードバック制御するための操作量、および電流の位相をフィードバック制御するための操作量のいずれかを補正量とするものであってもよい。また例えば、これら4つの操作量のうちの2つ以上の和を補正量とするものであってもよい。
About correction means
The correction means is not limited to a correction amount that is an operation amount for feedback control of the d-axis current. For example, any one of an operation amount for feedback control of the q-axis current, an operation amount for feedback control of the amplitude of the current, and an operation amount for feedback control of the phase of the current is used as the correction amount. Also good. Further, for example, the sum of two or more of these four operation amounts may be used as the correction amount.
さらに、上記フィードバック制御器としては、比例積分制御器に限らず、例えば比例積分微分制御器や積分制御器、2重積分制御器等であってもよい。 Furthermore, the feedback controller is not limited to a proportional integral controller, and may be, for example, a proportional integral derivative controller, an integral controller, a double integral controller, or the like.
「位相設定手段について」
位相設定手段としては、トルクフィードバック制御の操作量として位相を設定するものに限らず、q軸電流フィードバック制御の操作量として位相を設定するものであってもよい。また、トルクフィードバック制御とq軸電流フィードバック制御とのいずれか一方の操作量として位相を設定するものに限らず、これら双方の操作量として位相を設定するものであってもよい。
"Phase setting method"
The phase setting means is not limited to setting the phase as the operation amount of the torque feedback control, but may be one that sets the phase as the operation amount of the q-axis current feedback control. Further, the phase is not limited to setting the operation amount as either one of the torque feedback control and the q-axis current feedback control, and the phase may be set as both operation amounts.
また、d軸電流のフィードバック制御のための操作量として位相を設定するものであってもよい。この場合、補正手段は、q軸電流のフィードバック制御のための操作量として補正量を算出するものや、電流の振幅をフィードバック制御するための操作量として補正量を算出するもの、さらには電流の位相をフィードバック制御するための操作量として補正量を算出するものとすることが望ましい。 Further, the phase may be set as an operation amount for feedback control of the d-axis current. In this case, the correction means calculates the correction amount as the operation amount for feedback control of the q-axis current, calculates the correction amount as the operation amount for feedback control of the current amplitude, and further It is desirable to calculate a correction amount as an operation amount for feedback control of the phase.
さらに、上記フィードバック制御器としては、比例積分制御器に限らず、例えば比例積分微分制御器や積分制御器等であってもよい。 Further, the feedback controller is not limited to a proportional integral controller, and may be a proportional integral derivative controller, an integral controller, or the like.
「基本ノルム設定手段について」
基本ノルム設定手段としては、要求トルクTrおよび電気角速度ωと基本ノルムVn1との関係を定めたマップを用いるものに限らず、例えば上記の式(c1),(c2)の電圧方程式を用いて基本ノルムVn1を算出するものであってもよい。ただし、この場合、要求トルクTrを入力として指令電流idr,iqrを出力する手段を備えて、出力された指令電流idr,iqrを電圧方程式の電流値とする。
"Basic norm setting method"
The basic norm setting means is not limited to one using a map that defines the relationship between the required torque Tr, the electrical angular velocity ω, and the basic norm Vn1, but for example, the basic norm setting means is based on the voltage equations of the above equations (c1) and (c2). Norm Vn1 may be calculated. However, in this case, a means for outputting the command currents idr and iqr with the required torque Tr as an input is provided, and the output command currents idr and iqr are set as the current values of the voltage equation.
基本ノルム設定手段としては、要求トルクと回転速度とによって基本ノルムVn1を一義的に定めるものに限らない。例えば、要求トルクと回転速度とモータジェネレータ10の温度とによって基本ノルムVn1を一義的に定めるものであってもよい。これにより、モータジェネレータ10の特性を定める各パラメータ(q軸インダクタンスLq,d軸インダクタンスLd,抵抗R,電機子鎖交磁束定数φ)が温度に応じて変動する場合であっても、都度のパラメータにとって適切なノルムを設定することができる。なお、この場合、診断の閾値を温度に応じて可変設定しなくても閾値を温度に応じて可変設定するのと同等の効果が得られるとも考えられる。
The basic norm setting means is not limited to one that uniquely determines the basic norm Vn1 by the required torque and the rotational speed. For example, the basic norm Vn1 may be uniquely determined by the required torque, the rotation speed, and the temperature of the
また、トルクに関するパラメータとしては、要求トルクに限らない。例えば実電流id,iqであってもよい。 Further, the parameter relating to the torque is not limited to the required torque. For example, actual currents id and iq may be used.
「回転機について」
永久磁石を備える同期機としては、IPMSMに限らず、例えば表面磁石同期機(SPMSM)等であってもよい。また、回転機としては、車載主機となるものに限らない。例えばパワーステアリングに搭載される回転機等であってもよい。
"About rotating machines"
As a synchronous machine provided with a permanent magnet, not only IPMSM but a surface magnet synchronous machine (SPMSM) etc. may be sufficient, for example. Moreover, as a rotary machine, it is not restricted to what becomes a vehicle-mounted main machine. For example, a rotating machine mounted on a power steering may be used.
「そのほか」
・上記第1の実施形態では、補正量ΔVnが閾値ΔVth以下となる状態が所定時間継続することをもって、基本ノルムVn1と適切なノルムとの間に減磁に起因した定常的な乖離が生じていると判断したが、これに限らない。たとえば、上記第2の実施形態におけるように積分制御器の出力Iの変動量ΔIが閾値ΔIth以下であることを上記判断をするうえでの条件として加えてもよい。
"others"
In the first embodiment, when the correction amount ΔVn is equal to or less than the threshold value ΔVth continues for a predetermined time, a steady divergence due to demagnetization occurs between the basic norm Vn1 and an appropriate norm. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the second embodiment, it may be added as a condition for making the above determination that the fluctuation amount ΔI of the output I of the integral controller is equal to or less than the threshold value ΔIth.
・交流電圧印加手段としては、インバータに限らない。例えば特願2008−030825号公報に記載されているものであってもよい。 -The AC voltage application means is not limited to an inverter. For example, it may be described in Japanese Patent Application No. 2008-030825.
10…モータジェネレータ、12…高電圧バッテリ、20…制御装置(回転機の制御装置の一実施形態)、28…位相設定部、30…ノルム設定部、34…補正量算出部、38…操作信号生成部、IV…インバータ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転機のトルクを要求トルクに制御するための開ループ操作量としての前記交流電圧印加手段の出力電圧ベクトルの基本ノルムを設定するノルム設定手段と、
前記回転機を流れるq軸電流および前記回転機のトルクの少なくとも一方と前記回転機を流れるd軸電流とのいずれか一方をフィードバック制御するための操作量として前記交流電圧印加手段の出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、
前記位相設定手段とは別のパラメータを制御量とするフィードバック制御手段であって且つ前記回転機を流れる電流をフィードバック制御するための操作量として前記基本ノルムの補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量によって補正された基本ノルムと前記設定される位相とに基づき前記交流電圧印加手段を操作する操作手段と、
前記補正量が所定の範囲から外れることに基づき前記永久磁石の磁束に異常が生じた旨診断する診断手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。 In a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating an AC voltage applying unit that applies an AC voltage to the rotating machine including a permanent magnet.
Norm setting means for setting a basic norm of an output voltage vector of the AC voltage applying means as an open-loop operation amount for controlling the torque of the rotating machine to a required torque;
The phase of the output voltage of the AC voltage application means as an operation amount for feedback control of at least one of the q-axis current flowing through the rotating machine and the torque of the rotating machine and the d-axis current flowing through the rotating machine Phase setting means for setting
A correction amount calculating means for calculating a correction amount of the basic norm as an operation amount for performing feedback control of a current flowing through the rotating machine, wherein the feedback control means uses a parameter different from the phase setting means as a control amount; ,
Operating means for operating the AC voltage applying means based on the basic norm corrected by the correction amount and the set phase;
A control device for a rotating machine, comprising: diagnostic means for diagnosing that an abnormality has occurred in the magnetic flux of the permanent magnet based on the correction amount being out of a predetermined range.
前記所定の範囲は、前記永久磁石の温度、前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、前記回転機のインダクタンス、前記回転機の電気角速度、および前記回転機の抵抗の少なくとも1つに基づき可変設定されることを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。 The norm setting means uniquely sets the basic norm according to the required torque of the rotating machine and the electrical angular velocity of the rotating machine,
The predetermined range is based on at least one of the temperature of the permanent magnet, the current flowing through the rotating machine, the torque of the rotating machine, the inductance of the rotating machine, the electrical angular velocity of the rotating machine, and the resistance of the rotating machine. 3. The control device for a rotating machine according to claim 1, wherein the control device is variably set.
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