JP6225849B2 - Control device for rotating electrical machine - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング素子を有する電力変換回路に電気的に接続された回転電機に適用される制御装置に関する。   The present invention relates to a control device applied to a rotating electrical machine electrically connected to a power conversion circuit having a switching element.

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、電動機のトルク変動等を低減すべく、電動機に流れる高調波電流を低減するものが知られている。詳しくは、インバータを構成するスイッチング素子のオンオフ操作により、固定座標系において電動機に流れる基本波電流に、トルク変動等の要因となる高調波電流を低減するための高調波電流を重畳させる。ここで、高調波電流を重畳させるためのスイッチング素子のオンオフ操作は、電流フィードバック制御によって算出された指令電圧とキャリアとの大小比較に基づくPWM制御によって行われている。   As this type of control device, for example, as can be seen in Patent Document 1 below, there is known a device that reduces the harmonic current flowing through the motor in order to reduce the torque fluctuation of the motor. Specifically, the harmonic current for reducing the harmonic current that causes the torque fluctuation or the like is superimposed on the fundamental wave current that flows through the electric motor in the fixed coordinate system by turning on and off the switching elements constituting the inverter. Here, the on / off operation of the switching element for superimposing the harmonic current is performed by PWM control based on the magnitude comparison between the command voltage calculated by the current feedback control and the carrier.

特許第3852289号公報Japanese Patent No. 3852289

ところで、スイッチング素子のオンオフ操作手法としては、上述したPWM制御を用いた手法のほかに、パルスパターンを用いた手法もある。詳しくは、制御装置は、例えばインバータの出力電圧ベクトルの振幅ごとに、電動機の電気角と関係づけられたスイッチング素子のオンオフ操作指令を記憶する記憶手段を備えている。こうした構成において、まず、電動機の制御量をその目標値にフィードバック制御するための操作量として、1次回転座標系におけるインバータの出力電圧ベクトルの位相を設定する。ここで、1次回転座標系とは、固定座標系において電動機に流れる基本波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系のことである。そして、出力電圧ベクトルの振幅に基づき選択されたオンオフ操作指令を、電気角の検出値に対して上記位相だけずらしてスイッチング素子に対して出力することで、スイッチング素子をオンオフ操作する。   By the way, as a switching element on / off operation method, there is a method using a pulse pattern in addition to the above-described method using PWM control. Specifically, the control device includes storage means for storing an on / off operation command of the switching element related to the electrical angle of the electric motor, for example, for each amplitude of the output voltage vector of the inverter. In such a configuration, first, the phase of the output voltage vector of the inverter in the primary rotating coordinate system is set as an operation amount for feedback control of the control amount of the electric motor to the target value. Here, the primary rotating coordinate system is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the fundamental current flowing in the motor in the fixed coordinate system. Then, the on / off operation command selected based on the amplitude of the output voltage vector is output to the switching element by shifting the phase with respect to the detected value of the electrical angle, thereby turning on / off the switching element.

ここで、パルスパターンを用いた手法においても、電動機のトルク変動等の要因となる高調波電流を低減すべく、高調波電流を重畳する手法の適用が望まれる。   Here, also in the technique using the pulse pattern, it is desired to apply a technique of superimposing the harmonic current in order to reduce the harmonic current that causes the torque fluctuation of the motor.

本発明は、回転電機に流れる高調波電流を好適に低減することができる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。   The main object of the present invention is to provide a control device for a rotating electrical machine that can suitably reduce the harmonic current flowing in the rotating electrical machine.

以下、上記課題を解決するための手段、及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 effects thereof will be described.

本発明は、スイッチング素子(SUp〜SWn)を有する電力変換回路(20)に電気的に接続された3相の回転電機(10)に適用され、固定座標系において前記回転電機に流れる基本波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系を1次回転座標系とし、前記回転電機の制御量をその目標値にフィードバック制御するための操作量として、前記1次回転座標系における前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する電圧位相設定手段(30d)と、前記制御量を前記目標値に制御するための操作量として、前記出力電圧ベクトルの振幅を設定する電圧振幅設定手段(30h,30j,30k,32)と、前記振幅を含む振幅パラメータごとに、前記回転電機の電気角と関係づけられた前記スイッチング素子のオンオフ操作指令を記憶する記憶手段(33U〜33W)と、前記電圧振幅設定手段によって設定された振幅を含む前記振幅パラメータに基づき選択された前記オンオフ操作指令を、前記電気角の検出値を基準として、前記電圧位相設定手段によって設定された位相だけずらして前記スイッチング素子に対して出力することで、前記スイッチング素子をオンオフ操作する操作手段(33U〜33W)と、前記回転電機に流れる相電流検出値に基づき、前記回転電機に流れる高調波電流を抽出する抽出手段(31a,31b)と、「1±6n」(nは0以外の整数)を整数kとし、前記回転電機の電気角をθeとし、前記固定座標系において前記回転電機の電気角速度のk倍の角速度で変動する各相の高調波電流をIrk×cos(k×θe+φk),Irk×cos(k×θe−2/3π+φk),Irk×cos(k×θe+2/3π+φk)とする場合において、前記抽出手段によって抽出された高調波電流に基づき、前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する各相の高調波電流を低減するための高調波信号であって、前記1次回転座標系において前記電気角速度の「k−1」倍の角速度で変動する高調波信号を生成する生成手段(31i,31j;31i,31j,31s,31t)と、前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する高調波電流を低減すべく、前記操作手段において用いられる前記振幅及び前記位相のうち少なくとも一方に前記生成手段により生成された前記高調波信号を重畳する重畳手段(31k,31l)とを備えることを特徴とする。 The present invention is applied to a three-phase rotating electrical machine (10) electrically connected to a power conversion circuit (20) having switching elements (SUp to SWn), and a fundamental wave current flowing through the rotating electrical machine in a fixed coordinate system. The power conversion circuit in the primary rotary coordinate system is used as an operation amount for feedback control of the control amount of the rotating electrical machine to its target value. Voltage phase setting means (30d) for setting the phase of the output voltage vector, and voltage amplitude setting means (30h, 30h) for setting the amplitude of the output voltage vector as an operation amount for controlling the control amount to the target value. 30j, 30k, 32) and an on / off operation finger of the switching element associated with the electrical angle of the rotating electrical machine for each amplitude parameter including the amplitude. Storage means (33U to 33W) for storing the voltage, the on / off operation command selected based on the amplitude parameter including the amplitude set by the voltage amplitude setting means, the voltage based on the detected value of the electrical angle. Based on the operation means (33U to 33W) for turning on and off the switching element and the phase current detection value flowing in the rotating electrical machine by shifting the phase set by the phase setting means and outputting to the switching element, Extraction means (31a, 31b) for extracting the harmonic current flowing in the rotating electrical machine, “1 ± 6n” (n is an integer other than 0) is an integer k, the electrical angle of the rotating electrical machine is θe, In a fixed coordinate system, the harmonic current of each phase that fluctuates at an angular velocity k times the electrical angular velocity of the rotating electrical machine is represented by Irk × cos (k × θe + φk), Irk × co. s (k × θe-2 / 3π + φk), in the case of the Irk × cos (k × θe + 2 / 3π + φk), based on the harmonic currents extracted by the extraction means, before Symbol electrical angular speed in the fixed coordinate system A harmonic signal for reducing a harmonic current of each phase that fluctuates at an angular velocity of k times, and a harmonic signal that fluctuates at an angular velocity that is “k−1” times the electrical angular velocity in the primary rotational coordinate system. Generating means (31i, 31j; 31i, 31j, 31s, 31t) used in the operation means for reducing harmonic currents fluctuating at an angular velocity k times the electrical angular velocity in the fixed coordinate system. Superimposing means (31k, 31l) for superimposing the harmonic signal generated by the generating means on at least one of the amplitude and the phase.

操作手段において用いられる出力電圧ベクトルの振幅及び位相のうち少なくとも一方に、電気角速度の「k−1」倍の角速度で変動する高調波信号を重畳すると、固定座標系において回転電機に電気角速度のk倍の高調波電流(以下、k次の高調波電流)が流れる。このため、低減対象とするk次の高調波電流を相殺するような高調波信号を振幅及び位相のうち少なくとも一方に重畳することにより、回転電機に流れるk次の高調波電流を低減することができる。   When a harmonic signal that fluctuates at an angular velocity “k−1” times the electrical angular velocity is superimposed on at least one of the amplitude and phase of the output voltage vector used in the operating means, the electrical angular velocity k is applied to the rotating electrical machine in the fixed coordinate system. Double harmonic current (hereinafter referred to as kth harmonic current) flows. For this reason, it is possible to reduce the k-th order harmonic current flowing in the rotating electrical machine by superimposing a harmonic signal that cancels the k-th order harmonic current to be reduced on at least one of the amplitude and the phase. it can.

そこで、上記発明では、回転電機に流れる相電流検出値に基づき、回転電機に流れる高調波電流を抽出する。抽出された高調波電流は、低減対象とする高調波電流を把握するための情報となる。そして、抽出された高調波電流に基づき、上記高調波信号を生成する。こうして生成された高調波信号を、振幅及び位相のうち少なくとも一方に重畳することにより、回転電機に流れるk次の高調波電流を好適に低減することができる。   Therefore, in the above invention, the harmonic current flowing through the rotating electrical machine is extracted based on the detected phase current value flowing through the rotating electrical machine. The extracted harmonic current becomes information for grasping the harmonic current to be reduced. And the said harmonic signal is produced | generated based on the extracted harmonic current. By superimposing the harmonic signal thus generated on at least one of the amplitude and phase, the k-th order harmonic current flowing in the rotating electrical machine can be suitably reduced.

第1実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a motor control system according to a first embodiment. モータ制御のブロック図。The block diagram of motor control. λ軸を説明するための図。The figure for demonstrating (lambda) axis | shaft. d軸とλ軸とのなす角度の算出手法を示す図。The figure which shows the calculation method of the angle which d axis | shaft and (lambda) axis | shaft make. λ軸を説明するための図。The figure for demonstrating (lambda) axis | shaft. λ軸電流の算出手法を示す図。The figure which shows the calculation method of (lambda) axis current. 基本波成分と高調波成分との関係を示す図。The figure which shows the relationship between a fundamental wave component and a harmonic component. 高調波処理部のブロック図。The block diagram of a harmonic processing part. 第2実施形態にかかる高調波信号生成部のブロック図。The block diagram of the harmonic signal production | generation part concerning 2nd Embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明にかかる回転電機の制御装置を、車載主機として多相回転機(3相回転電機)を備える車両(例えば、電気自動車やハイブリッド車)に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a rotating electrical machine according to the present invention is applied to a vehicle (for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle) including a multi-phase rotating machine (three-phase rotating electrical machine) as an in-vehicle main unit is described with reference to the drawings. However, it explains.

図1に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ10、「電力変換回路」としてのインバータ20、及びモータジェネレータ10を制御対象とする制御装置30を備えている。本実施形態において、モータジェネレータ10は、車載主機であり、図示しない駆動輪に連結されている。本実施形態では、モータジェネレータ10として、突極機であるIPMSMを用いている。   As shown in FIG. 1, the motor control system includes a motor generator 10, an inverter 20 as a “power conversion circuit”, and a control device 30 that controls the motor generator 10. In the present embodiment, the motor generator 10 is an in-vehicle main machine and is connected to drive wheels (not shown). In the present embodiment, an IPMSM that is a salient pole machine is used as the motor generator 10.

モータジェネレータ10は、インバータ20を介して、直流電源としてのバッテリ22に接続されている。バッテリ22の出力電圧は、例えば百V以上である。なお、バッテリ22及びインバータ20の間には、インバータ20の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ24が設けられている。   The motor generator 10 is connected to a battery 22 as a DC power source via an inverter 20. The output voltage of the battery 22 is, for example, 100 V or more. A smoothing capacitor 24 that smoothes the input voltage of the inverter 20 is provided between the battery 22 and the inverter 20.

インバータ20は、上アームスイッチSUp,SVp,SWpと下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの直列接続体を備えている。U相上,下アームスイッチSUp,SUnの接続点には、モータジェネレータ10のU相が接続され、V相上,下アームスイッチSVp,SVnの接続点には、モータジェネレータ10のV相が接続され、W相上,下アームスイッチSWp,SWnの接続点には、モータジェネレータ10のW相が接続されている。ちなみに、本実施形態では、各スイッチSUp〜SWnとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用い、より具体的には、IGBTを用いている。そして、各スイッチSUp〜SWnには、各フリーホイールダイオードDUp〜DWnが逆並列に接続されている。   The inverter 20 includes a series connection body of upper arm switches SUp, SVp, SWp and lower arm switches SUn, SVn, SWn. The U-phase of the motor generator 10 is connected to the connection point of the U-phase upper and lower arm switches SUp and SUn, and the V-phase of the motor generator 10 is connected to the connection point of the V-phase upper and lower arm switches SVp and SVn. The W phase of the motor generator 10 is connected to the connection point between the upper and lower arm switches SWp and SWn of the W phase. Incidentally, in the present embodiment, as each of the switches SUp to SWn, a voltage-controlled semiconductor switching element is used, and more specifically, an IGBT is used. And each freewheel diode DUp-DWn is connected to each switch SUp-SWn in antiparallel.

モータ制御システムは、さらに、相電流検出手段、電圧検出手段、及び回転角検出手段を備えている。詳しくは、相電流検出手段は、モータジェネレータ10のV相に流れる電流を検出するV相電流センサ42Vと、W相に流れる電流を検出するW相電流センサ42Wとを含む。電圧検出手段は、インバータ20の入力電圧(バッテリ22から出力される直流電圧)を検出する電圧センサ44を含む。回転角検出手段は、モータジェネレータ10の回転角(電気角θe)を検出する回転角センサ46(例えばレゾルバ)を含む。   The motor control system further includes phase current detection means, voltage detection means, and rotation angle detection means. Specifically, the phase current detection means includes a V-phase current sensor 42V that detects a current flowing in the V-phase of motor generator 10 and a W-phase current sensor 42W that detects a current flowing in the W-phase. The voltage detection means includes a voltage sensor 44 that detects an input voltage of the inverter 20 (a DC voltage output from the battery 22). The rotation angle detection means includes a rotation angle sensor 46 (for example, a resolver) that detects the rotation angle (electrical angle θe) of the motor generator 10.

制御装置30は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ10の制御量(本実施形態ではトルク)をその目標値(以下、目標トルクTrq*)にフィードバック制御すべく、インバータ20を操作する。詳しくは、制御装置30は、インバータ20を構成するスイッチSUp〜SWnをオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づき、各スイッチSUp〜SWnに対応する操作信号gUp〜gWnを生成し、生成された各操作信号gUp〜gWnを各スイッチSUp〜SWnに対して出力する。ここで、上アーム操作信号gUp,gVp,gWpと、対応する下アーム操作信号gUn,gVn,gWnとは、互いに相補的な信号(論理が反転した信号)となっている。すなわち、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオン状態とされる。なお、目標トルクTrq*は、例えば、制御装置30の外部に設けられた制御装置であって、制御装置30よりも上位の制御装置から出力される。   The control device 30 is mainly composed of a microcomputer, and operates the inverter 20 to feedback control the control amount (torque in this embodiment) of the motor generator 10 to a target value (hereinafter, target torque Trq *). Specifically, the control device 30 generates and generates operation signals gUp to gWn corresponding to the switches SUp to SWn based on the detection values of the various sensors in order to turn on and off the switches SUp to SWn constituting the inverter 20. The operated operation signals gUp to gWn are output to the switches SUp to SWn. Here, the upper arm operation signals gUp, gVp, and gWp and the corresponding lower arm operation signals gUn, gVn, and gWn are complementary signals (inverted signals). That is, the upper arm switch and the corresponding lower arm switch are alternately turned on. The target torque Trq * is, for example, a control device provided outside the control device 30, and is output from a control device higher than the control device 30.

続いて、図2を用いて、制御装置30によって実行されるモータジェネレータ10のトルク制御について説明する。この制御は、位相制御と、振幅制御とを含むものである。   Next, torque control of the motor generator 10 executed by the control device 30 will be described using FIG. This control includes phase control and amplitude control.

まず、位相制御について説明する。2相変換部30a(「2相変換手段」に相当)は、V相電流センサ42Vによって検出されたV相電流IV、W相電流センサ42Wによって検出されたW相電流IW、及び回転角センサ46によって検出された電気角θeに基づき、3相固定座標系におけるU相電流IU,V相電流IV,W相電流IWを1次回転座標系(d−q座標系)におけるd軸電流Idr及びq軸電流Iqrに変換する。ここで、1次回転座標系とは、3相固定座標系における相電流の基本波成分の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系のことである。なお、U相電流IUは、キルヒホッフの法則に基づき、V相電流IV及びW相電流IWから算出すればよい。   First, phase control will be described. The two-phase converter 30a (corresponding to “two-phase converter”) includes a V-phase current IV detected by the V-phase current sensor 42V, a W-phase current IW detected by the W-phase current sensor 42W, and a rotation angle sensor 46. The U-phase current IU, V-phase current IV, and W-phase current IW in the three-phase fixed coordinate system are converted into the d-axis currents Idr and q in the primary rotation coordinate system (dq coordinate system) based on the electrical angle θe detected by It converts into shaft current Iqr. Here, the primary rotating coordinate system is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the fundamental wave component of the phase current in the three-phase fixed coordinate system. The U-phase current IU may be calculated from the V-phase current IV and the W-phase current IW based on Kirchhoff's law.

トルク推定器30bは、2相変換部30aから出力されたd,q軸電流Idr,Iqrに基づき、モータジェネレータ10の推定トルクTeを算出する。ここで、推定トルクTeは、d軸電流Idr及びq軸電流Iqrと推定トルクTeとが関係付けられたマップを用いて算出してもよいし、モデル式を用いて算出してもよい。   Torque estimator 30b calculates estimated torque Te of motor generator 10 based on the d and q axis currents Idr and Iqr output from two-phase converter 30a. Here, the estimated torque Te may be calculated using a map in which the d-axis current Idr and the q-axis current Iqr are associated with the estimated torque Te, or may be calculated using a model formula.

トルク偏差算出部30cは、目標トルクTrq*から、トルク推定器30bによって算出された推定トルクTeを減算することでトルク偏差ΔTを算出する。なお、トルク推定器30bによって算出された推定トルクTeから高周波成分を除去するフィルタ(ローパスフィルタ)を制御装置30に備え、高周波成分が除去された推定トルクTeを目標トルクTrq*から減算することでトルク偏差ΔTを算出してもよい。   The torque deviation calculation unit 30c calculates the torque deviation ΔT by subtracting the estimated torque Te calculated by the torque estimator 30b from the target torque Trq *. The control device 30 includes a filter (low-pass filter) that removes high-frequency components from the estimated torque Te calculated by the torque estimator 30b, and subtracts the estimated torque Te from which high-frequency components have been removed from the target torque Trq *. The torque deviation ΔT may be calculated.

位相設定部30d(「電圧位相設定手段」に相当)は、トルク偏差算出部30cによって算出されたトルク偏差ΔTに基づき、推定トルクTeを目標トルクTrq*にフィードバック制御するための操作量として、電圧位相φを算出する。詳しくは、トルク偏差ΔTを入力とする比例積分制御によって電圧位相φを算出する。本実施形態において、電圧位相φは、d軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向(d軸の正方向からq軸の正方向へと回転する方向)が正方向として定義されている。このため、目標トルクTrq*に対して推定トルクTeが不足する場合には、電圧位相φを増大(進角)させ、目標トルクTrq*に対して推定トルクTeが過剰となる場合には、電圧位相φを減少(遅角)させるようにする。   The phase setting unit 30d (corresponding to “voltage phase setting means”) uses a voltage as an operation amount for performing feedback control of the estimated torque Te to the target torque Trq * based on the torque deviation ΔT calculated by the torque deviation calculation unit 30c. The phase φ is calculated. Specifically, the voltage phase φ is calculated by proportional integral control using the torque deviation ΔT as an input. In the present embodiment, the voltage phase φ is defined with the positive direction of the d-axis as a reference, and the counterclockwise direction from this reference (the direction rotating from the positive direction of the d-axis to the positive direction of the q-axis) is defined as the positive direction. Has been. Therefore, when the estimated torque Te is insufficient with respect to the target torque Trq *, the voltage phase φ is increased (advanced), and when the estimated torque Te is excessive with respect to the target torque Trq *, the voltage The phase φ is decreased (retarded).

高調波処理部31は、位相設定部30dによって算出された電圧位相φに位相高調波信号φrを重畳して出力する。なお、高調波処理部31については、後に詳述する。   The harmonic processing unit 31 superimposes and outputs the phase harmonic signal φr on the voltage phase φ calculated by the phase setting unit 30d. The harmonic processing unit 31 will be described in detail later.

電気角加算部30eは、高調波処理部31の出力値δに電気角θeを加算する。第1シフト部30fは、電気角加算部30eの出力値「θe+δ」から「2π/3」減算した値を出力する。第2シフト部30gは、電気角加算部30eの出力値「θe+δ」に「2π/3」加算した値を出力する。これにより、電気角加算部30eの出力値「θe+δ」、第1シフト部30fの出力値「θe+δ−2π/3」、及び第2シフト部30gの出力値「θe+δ+2π/3」は、互いに電気角で「2π/3」(120°)ずつずれた信号となる。なお、本実施形態では、以降、電気角加算部30eの出力値をU相参照角θUと称し、第1,第2シフト部30f,30gの出力値をV,W相参照角θV,θWと称すこととする。   The electrical angle addition unit 30e adds the electrical angle θe to the output value δ of the harmonic processing unit 31. The first shift unit 30f outputs a value obtained by subtracting “2π / 3” from the output value “θe + δ” of the electrical angle adder 30e. The second shift unit 30g outputs a value obtained by adding “2π / 3” to the output value “θe + δ” of the electrical angle addition unit 30e. Thereby, the output value “θe + δ” of the electrical angle adder 30e, the output value “θe + δ-2π / 3” of the first shift unit 30f, and the output value “θe + δ + 2π / 3” of the second shift unit 30g are mutually equal to the electrical angle. Thus, the signal is shifted by “2π / 3” (120 °). In the present embodiment, hereinafter, the output value of the electrical angle adder 30e is referred to as a U-phase reference angle θU, the output values of the first and second shift units 30f and 30g are referred to as V, and the W-phase reference angles θV and θW as I will call it.

続いて、振幅制御について説明する。指令電圧設定部30hは、目標トルクTrq*を入力として、規格化電圧振幅「Vn/ω」を算出する。ここで、規格化電圧振幅「Vn/ω」とは、1次回転座標系におけるインバータ20の出力電圧ベクトルの指令振幅(以下、電圧振幅Vn)を電気角速度ωで除算した値のことである。なお、電圧振幅Vnは、上記出力電圧ベクトルのd軸成分Vdの2乗値及びq軸成分Vqの2乗値の和の平方根として定義される。本実施形態において、規格化電圧振幅は、目標トルクTrq*及び規格化電圧振幅が関係付けられたマップを用いて算出される。   Next, amplitude control will be described. The command voltage setting unit 30h calculates the standardized voltage amplitude “Vn / ω” using the target torque Trq * as an input. Here, the normalized voltage amplitude “Vn / ω” is a value obtained by dividing the command amplitude (hereinafter, voltage amplitude Vn) of the output voltage vector of the inverter 20 in the primary rotating coordinate system by the electrical angular velocity ω. The voltage amplitude Vn is defined as the square root of the sum of the square value of the d-axis component Vd and the square value of the q-axis component Vq of the output voltage vector. In the present embodiment, the normalized voltage amplitude is calculated using a map in which the target torque Trq * and the normalized voltage amplitude are related.

速度算出部30iは、回転角センサ46によって検出された電気角θeに基づき、モータジェネレータ10の電気角速度ωを算出する。速度乗算部30jは、規格化電圧振幅「Vn/ω」に電気角速度ωを乗算することで、電圧振幅Vnを算出する。電圧振幅Vnは、モータジェネレータ10のトルクを目標トルクTrq*にフィードフォワード制御するための操作量となる。   The speed calculation unit 30 i calculates the electrical angular speed ω of the motor generator 10 based on the electrical angle θe detected by the rotation angle sensor 46. The speed multiplier 30j calculates the voltage amplitude Vn by multiplying the normalized voltage amplitude “Vn / ω” by the electrical angular speed ω. Voltage amplitude Vn is an operation amount for performing feedforward control of torque of motor generator 10 to target torque Trq *.

補正部30kは、速度乗算部30jから出力された電圧振幅Vnに、補正量算出部32によって算出された振幅補正量ΔVを加算することで、電圧振幅Vnを補正する。なお、補正量算出部32については、後に詳述する。また、本実施形態において、指令電圧設定部30h、速度乗算部30j、補正部30k及び補正量算出部32が「電圧振幅設定手段」に相当する。   The correction unit 30k corrects the voltage amplitude Vn by adding the amplitude correction amount ΔV calculated by the correction amount calculation unit 32 to the voltage amplitude Vn output from the speed multiplication unit 30j. The correction amount calculation unit 32 will be described in detail later. In the present embodiment, the command voltage setting unit 30h, the speed multiplication unit 30j, the correction unit 30k, and the correction amount calculation unit 32 correspond to “voltage amplitude setting means”.

補正部30kによって補正された電圧振幅「Vn+ΔV」は、上記高調波処理部31に入力される。高調波処理部31は、電圧振幅「Vn+ΔV」に振幅高調波信号Vrを重畳して出力する。   The voltage amplitude “Vn + ΔV” corrected by the correction unit 30 k is input to the harmonic processing unit 31. The harmonic processing unit 31 superimposes and outputs the amplitude harmonic signal Vr on the voltage amplitude “Vn + ΔV”.

U,V,W相操作信号生成部33U,33V,33W(「操作手段」に相当)は、高調波処理部31において振幅高調波信号Vrが重畳された電圧振幅Vkと、U,V,W相参照角θU,θV,θWと、電圧センサ44によって検出された入力電圧VINVとに基づき、各操作信号gUp〜gWnを生成して各スイッチSUp〜Swnに対して出力する。本実施形態では、各操作信号を以下のように生成する。   The U, V, and W phase operation signal generation units 33U, 33V, and 33W (corresponding to “operation means”) are the voltage amplitude Vk on which the amplitude harmonic signal Vr is superimposed in the harmonic processing unit 31, and U, V, and W Based on the phase reference angles θU, θV, θW and the input voltage VINV detected by the voltage sensor 44, the operation signals gUp to gWn are generated and output to the switches SUp to Swn. In the present embodiment, each operation signal is generated as follows.

各操作信号生成部33U〜33Wは、メモリ(記憶手段)を備えている。メモリには、変調率Mごとに、電気角の1回転周期「2π」分の操作信号波形(パルスパターン)がマップデータとして記憶されている。本実施形態において、操作信号波形は、電気角1周期においてモータジェネレータ10の各相巻線に基本波電流を流すための基本波電圧を印加可能なものである。本実施形態では、U〜W相のそれぞれにおいて、記憶されている操作信号波形はいずれも、上アームスイッチSUp,SVp,SWpのオン操作期間と下アームスイッチSUn,SVn,SWnのオン操作期間とが半々となる波形とされている。これは、インバータ20の出力電圧を電気角の1回転周期で均衡の取れたものとするための設定である。さらに本実施形態では、U〜W相のそれぞれにおいて、操作信号波形はいずれも、電気角の1回転周期の中央(180°)に対して対称性を有するものとされている。詳しくは、中央に対して等距離にある一対のタイミングの論理値が逆とされている。本実施形態では、論理「H」が上アームスイッチSUp,SVp,SWpのオン操作指令に対応し、論理「L」が下アームのスイッチSUn,SVn,SWnのオン操作指令に対応する。メモリに記憶されている操作信号波形は、変調率Mごとに、各操作信号生成部33U〜33Wのそれぞれで互いに共通のものである。   Each of the operation signal generators 33U to 33W includes a memory (storage means). In the memory, for each modulation factor M, an operation signal waveform (pulse pattern) for one rotation period “2π” of the electrical angle is stored as map data. In the present embodiment, the operation signal waveform can be applied with a fundamental wave voltage for causing a fundamental wave current to flow in each phase winding of the motor generator 10 in one electrical angle cycle. In the present embodiment, in each of the U to W phases, the stored operation signal waveforms are the ON operation period of the upper arm switches SUp, SVp, SWp and the ON operation period of the lower arm switches SUn, SVn, SWn. Is a half-wave waveform. This is a setting for making the output voltage of the inverter 20 balanced in one rotation cycle of the electrical angle. Further, in the present embodiment, in each of the U to W phases, the operation signal waveform is symmetrical with respect to the center (180 °) of one rotation period of the electrical angle. Specifically, the logical values of a pair of timings equidistant from the center are reversed. In the present embodiment, the logic “H” corresponds to the ON operation command for the upper arm switches SUp, SVp, SWp, and the logic “L” corresponds to the ON operation command for the lower arm switches SUn, SVn, SWn. The operation signal waveforms stored in the memory are common to the operation signal generation units 33U to 33W for each modulation factor M.

各操作信号生成部33U〜33Wは、まず、入力電圧VINVと、高調波処理部31から出力された電圧振幅Vkとに基づき、変調率Mを算出する。本実施形態において、変調率Mとは、入力電圧VINVで電圧振幅Vkを規格化した値のことである。より具体的には、変調率Mとは、入力電圧VINVの「1/2」で電圧振幅Vkを除算した値を、「√(1.5)」で除算した値のことである。各操作信号生成部33U〜33Wは、算出された変調率Mに基づき、該当する操作信号波形を選択する。こうして操作信号波形が選択されると、各操作信号生成部33U〜33Wは、この波形の出力タイミングを高調波処理部31から出力された電圧位相δに基づき設定することで、操作信号を生成する。すなわち、U〜W相のそれぞれについて、同一の操作信号波形が、電気角で互いに120°ずつずらされて出力される。これにより、電気角で位相が互いに120°ずれた正弦波状の相電流を流すことができる。   Each of the operation signal generation units 33U to 33W first calculates the modulation factor M based on the input voltage VINV and the voltage amplitude Vk output from the harmonic processing unit 31. In the present embodiment, the modulation factor M is a value obtained by standardizing the voltage amplitude Vk with the input voltage VINV. More specifically, the modulation factor M is a value obtained by dividing a value obtained by dividing the voltage amplitude Vk by “½” of the input voltage VINV by “√ (1.5)”. Each of the operation signal generation units 33U to 33W selects a corresponding operation signal waveform based on the calculated modulation factor M. When the operation signal waveform is selected in this way, each of the operation signal generation units 33U to 33W generates an operation signal by setting the output timing of the waveform based on the voltage phase δ output from the harmonic processing unit 31. . That is, for each of the U to W phases, the same operation signal waveform is output with an electrical angle shifted by 120 ° from each other. As a result, sinusoidal phase currents whose phases are shifted from each other by 120 ° in electrical angle can flow.

続いて、上記補正量算出部32と、上記高調波処理部31とについて説明する。   Next, the correction amount calculation unit 32 and the harmonic processing unit 31 will be described.

まず、図3〜図5を用いて、補正量算出部32の設計手法について説明する。   First, the design method of the correction amount calculation unit 32 will be described with reference to FIGS.

永久磁石同期機の電圧方程式は、下式(eq1)で表される。   The voltage equation of the permanent magnet synchronous machine is expressed by the following equation (eq1).

Figure 0006225849
上式(eq1)において、「p」は微分演算子を示し、「R」は電機子巻線抵抗を示し、「Ld」,「Lq」はd,q軸インダクタンスを示し、「ψ」は永久磁石の電機子鎖交磁束の実効値を示す。上式(eq1)において、モータジェネレータ10の回転速度が一定となる定常状態を想定し、過渡現象を無視するとの条件を課すと、「p=0」となる。また、上式(eq1)に、モータジェネレータ10の回転速度が十分高く、「R<<ω・Ld」,「R<<ω・Lq」の関係が成立するとの条件を課す。以上から、上式(eq1)は下式(eq2)のように表される。
Figure 0006225849
In the above equation (eq1), “p” indicates a differential operator, “R” indicates an armature winding resistance, “Ld” and “Lq” indicate d and q axis inductances, and “ψ” is permanent. The effective value of the armature flux linkage of the magnet is shown. In the above equation (eq1), assuming a steady state in which the rotation speed of the motor generator 10 is constant and imposing a condition that the transient phenomenon is ignored, “p = 0” is obtained. Further, a condition that the rotational speed of the motor generator 10 is sufficiently high and the relationship of “R << ω · Ld” and “R << ω · Lq” is satisfied is given to the above equation (eq1). From the above, the above equation (eq1) is expressed as the following equation (eq2).

Figure 0006225849
d,q軸電圧Vd,Vqと、電圧位相φ及び電圧振幅Vnとの関係は、下式(eq3)で表される。
Figure 0006225849
The relationship between the d and q axis voltages Vd and Vq, the voltage phase φ, and the voltage amplitude Vn is expressed by the following equation (eq3).

Figure 0006225849
ここで、電圧位相φが微小量Δφだけ変化した場合における電圧方程式は、上式(eq2),(eq3)を用いると、下式(eq4)で表される。
Figure 0006225849
Here, the voltage equation when the voltage phase φ is changed by a minute amount Δφ is expressed by the following equation (eq4) using the above equations (eq2) and (eq3).

Figure 0006225849
上式(eq4)から上式(eq2)を減算すると、下式(eq5)が導かれる。
Figure 0006225849
When the above equation (eq2) is subtracted from the above equation (eq4), the following equation (eq5) is derived.

Figure 0006225849
上式(eq5)において、右辺の「Idφ−Id」がd軸電流変化量ΔIdφであり、「Iqφ−Iq」がq軸電流変化量ΔIqφである。上式(eq5)を各電流変化量ΔIdφ,ΔIqφについて解くと、下式(eq6)が導かれる。
Figure 0006225849
In the above equation (eq5), “Idφ−Id” on the right side is the d-axis current change amount ΔIdφ, and “Iqφ−Iq” is the q-axis current change amount ΔIqφ. When the above equation (eq5) is solved for each current change amount ΔIdφ, ΔIqφ, the following equation (eq6) is derived.

Figure 0006225849
図3に、1次回転座標系における電圧ベクトルVnvt及び電流ベクトルInvtを示す。ここで、電流ベクトルは、d軸電流の2乗値及びq軸電流の2乗値の和の平方根として定義される。図3には、電圧位相φが微小量Δφだけ変化した場合の電流ベクトルInvtの変化分を「ΔIφ」にて示した。また、電圧振幅が微小量ΔVnだけ変化した場合の電流ベクトルInvtの変化分を「ΔIvn」にて示した。この電流ベクトルInvtの変化分を拡大した図を図4として示す。上式(eq6)より、電圧位相φが微小変化した場合において、d軸に対する電流ベクトルInvtの変化方向αは、下式(eq7)で表される。
Figure 0006225849
FIG. 3 shows the voltage vector Vnvt and the current vector Invt in the primary rotating coordinate system. Here, the current vector is defined as the square root of the sum of the square value of the d-axis current and the square value of the q-axis current. In FIG. 3, the change amount of the current vector Invt when the voltage phase φ is changed by a minute amount Δφ is indicated by “ΔIφ”. Further, a change amount of the current vector Invt when the voltage amplitude is changed by a minute amount ΔVn is indicated by “ΔIvn”. FIG. 4 shows an enlarged view of the change in the current vector Invt. From the above equation (eq6), when the voltage phase φ is slightly changed, the change direction α of the current vector Invt with respect to the d axis is represented by the following equation (eq7).

Figure 0006225849
上式(eq7)のアークタンジェント演算により、例えば、変化方向αを「−π〜+π」の間で算出することができる。特に本実施形態では、上式(eq7)の右辺において、括弧内の分母が0となってかつ分子が正の値となる場合、変化方向αを「π/2」として算出する。一方、上式(eq7)の右辺において、括弧内の分母が0となってかつ分子が負の値となる場合、変化方向αを「−π/2」として算出する。ここで、図5には、電流ベクトルInvtの変化方向と直交する方向に延びる座標軸をλ軸として示している。電圧振幅Vnが微小量ΔVnだけ変化した場合の電流ベクトルの変化分ΔIvnのうち、λ軸成分(すなわち、上記変化分ΔIvnをλ軸に写像した成分)は、電圧位相φの変化の影響を受けない電流である。本実施形態では、この電流をλ軸電流Iλとして振幅補正量ΔVの算出に用いる。λ軸電流Iλを用いることにより、振幅制御と位相制御との干渉を抑制することができる。ここで、λ軸を設定するために必要なパラメータであるd軸とλ軸とのなす角度λは、下式(eq8)で表される。
Figure 0006225849
For example, the change direction α can be calculated between “−π to + π” by the arctangent calculation of the above equation (eq7). Particularly in the present embodiment, when the denominator in the parenthesis is 0 and the numerator is a positive value on the right side of the above equation (eq7), the change direction α is calculated as “π / 2”. On the other hand, in the right side of the above equation (eq7), when the denominator in the parenthesis is 0 and the numerator is a negative value, the change direction α is calculated as “−π / 2”. Here, in FIG. 5, a coordinate axis extending in a direction orthogonal to the changing direction of the current vector Invt is shown as a λ axis. Of the change ΔIvn of the current vector when the voltage amplitude Vn changes by a minute amount ΔVn, the λ-axis component (that is, the component obtained by mapping the change ΔIvn to the λ-axis) is affected by the change of the voltage phase φ. There is no current. In the present embodiment, this current is used as the λ-axis current Iλ for calculating the amplitude correction amount ΔV. By using the λ-axis current Iλ, interference between amplitude control and phase control can be suppressed. Here, the angle λ formed by the d-axis and the λ-axis, which is a parameter necessary for setting the λ-axis, is expressed by the following equation (eq8).

Figure 0006225849
以上を踏まえ、先の図2に戻り、補正量算出部32について説明する。
Figure 0006225849
Based on the above, returning to FIG. 2, the correction amount calculation unit 32 will be described.

λ軸設定部32aは、d,q軸インダクタンスLd,Lqと、位相設定部30dから出力された電圧位相φとに基づき、上式(eq8)を元に、d軸とλ軸とのなす角度λを算出する。λ軸設定部32aは、1次回転座標系において、電圧位相φの変化に対する電流ベクトルInvtの変化が非干渉化された非干渉化座標軸(λ軸)を設定する非干渉化軸設定手段に相当する。λ軸設定部32aにおいて設定されるλ軸は、モータジェネレータ10の駆動状態の変化に伴って都度変化する。   The λ-axis setting unit 32a is based on the d and q-axis inductances Ld and Lq and the voltage phase φ output from the phase setting unit 30d, and the angle formed between the d-axis and the λ-axis based on the above equation (eq8). λ is calculated. The λ-axis setting unit 32a corresponds to a non-interacting axis setting unit that sets a non-interacting coordinate axis (λ axis) in which the change of the current vector Invt is made non-interfering in the primary rotation coordinate system. To do. The λ axis set in the λ axis setting unit 32a changes each time the driving state of the motor generator 10 changes.

指令電流設定部32bは、目標トルクTrq*に基づき、d,q軸指令電流Id*,Iq*を設定する。本実施形態では、最小電流最大トルク制御を実現するための電流をd,q軸指令電流Id*,Iq*として設定する。なお、最小電流最大トルク制御については、例えば「埋込磁石同期モータの設計と制御:武田洋次ら、外3名、オーム社、平成18年4月20日、第1版」の23ページに記載されている。   The command current setting unit 32b sets the d and q axis command currents Id * and Iq * based on the target torque Trq *. In the present embodiment, currents for realizing minimum current / maximum torque control are set as d and q-axis command currents Id * and Iq *. The minimum current / maximum torque control is described, for example, on page 23 of “Design and control of embedded magnet synchronous motor: Yoji Takeda et al., 3 others, Ohmsha, April 20, 2006, first edition”. Has been.

λ軸指令電流算出部32cは、指令電流設定部32bから出力された各指令電流Id*,Iq*と、λ軸設定部32aから出力された角度λとに基づき、下式(eq9)を元に、λ軸指令電流Iλ*を算出する(図6参照)。   Based on the command currents Id * and Iq * output from the command current setting unit 32b and the angle λ output from the λ axis setting unit 32a, the λ-axis command current calculation unit 32c is based on the following equation (eq9). Then, the λ-axis command current Iλ * is calculated (see FIG. 6).

Figure 0006225849
ここで、図6には、現在の指令電流ベクトルを「In*」にて示し、現在の電流ベクトルを「Invt」にて示した。
Figure 0006225849
Here, in FIG. 6, the current command current vector is indicated by “In *”, and the current current vector is indicated by “Invt”.

λ軸実電流算出部32dは、2相変換部30aから出力されたd,q軸電流Idr,Iqrと、λ軸設定部32aから出力された角度λとに基づき、下式(eq10)を元に、λ軸電流Iλrを算出する(図6参照)。   The λ-axis actual current calculation unit 32d is based on the following equation (eq10) based on the d and q-axis currents Idr and Iqr output from the two-phase conversion unit 30a and the angle λ output from the λ-axis setting unit 32a. Then, the λ-axis current Iλr is calculated (see FIG. 6).

Figure 0006225849
λ軸がモータジェネレータ10の駆動状態の変化に伴って変化するため、λ軸電流Iλr及びλ軸指令電流Iλ*もモータジェネレータ10の駆動状態の変化に伴って都度変化することとなる。
Figure 0006225849
Since the λ axis changes as the driving state of the motor generator 10 changes, the λ axis current Iλr and the λ axis command current Iλ * also change as the driving state of the motor generator 10 changes.

電流偏差算出部32eは、λ軸実電流算出部32dから出力されたλ軸電流Iλrをλ軸指令電流Iλ*から減算することで電流偏差ΔIλを算出する。なお、λ軸実電流算出部32dから出力されたλ軸電流Iλrから高周波成分を除去するフィルタ(ローパスフィルタ)を制御装置30に備え、高周波成分が除去されたλ軸電流Iλrをλ軸指令電流Iλ*から減算することで電流偏差ΔIλを算出してもよい。   The current deviation calculator 32e calculates the current deviation ΔIλ by subtracting the λ-axis current Iλr output from the λ-axis actual current calculator 32d from the λ-axis command current Iλ *. The control device 30 includes a filter (low-pass filter) that removes high-frequency components from the λ-axis current Iλr output from the λ-axis actual current calculation unit 32d, and the λ-axis current Iλr from which the high-frequency components have been removed is used as the λ-axis command current. The current deviation ΔIλ may be calculated by subtracting from Iλ *.

振幅補正量算出部32fは、電流偏差算出部32eから出力された電流偏差ΔIλに基づき、λ軸電流Iλrをλ軸指令電流Iλ*にフィードバック制御するための操作量(換言すれば、推定トルクTeを目標トルクTrq*にフィードバック制御するための操作量)として、振幅操作量としての振幅補正量ΔVを算出する。詳しくは、電流偏差ΔIλを入力とする比例積分制御によって振幅補正量ΔVを算出する。   Based on the current deviation ΔIλ output from the current deviation calculation unit 32e, the amplitude correction amount calculation unit 32f performs an operation amount for feedback control of the λ-axis current Iλr to the λ-axis command current Iλ * (in other words, the estimated torque Te Is calculated as an amplitude manipulated variable, and an amplitude correction amount ΔV as an amplitude manipulated variable is calculated. Specifically, the amplitude correction amount ΔV is calculated by proportional-integral control using the current deviation ΔIλ as an input.

こうした構成によれば、λ軸電流Iλrに基づき振幅補正量ΔVを算出していることから、振幅制御と位相制御との干渉が抑制されている。このため、各電流Idr,Iqrを各指令電流Id*,Iq*に高精度に制御することができる。これにより、振幅制御におけるフィードバック制御の応答性を位相制御におけるフィードバック制御の応答性と同等レベルまで向上させることができる。したがって、外乱が発生したり、過渡状態となったりする場合であっても、高いトルク制御性と高い電流制御性との双方を維持することができる。   According to such a configuration, since the amplitude correction amount ΔV is calculated based on the λ-axis current Iλr, interference between the amplitude control and the phase control is suppressed. Therefore, the currents Idr and Iqr can be controlled to the command currents Id * and Iq * with high accuracy. Thereby, the responsiveness of the feedback control in the amplitude control can be improved to the same level as the responsiveness of the feedback control in the phase control. Therefore, both high torque controllability and high current controllability can be maintained even when a disturbance occurs or a transient state occurs.

続いて、高調波処理部31について説明する。   Next, the harmonic processing unit 31 will be described.

まず、高調波処理部31を制御装置30に備えた理由について説明する。   First, the reason why the harmonic processing unit 31 is provided in the control device 30 will be described.

モータジェネレータ10の磁気特性(例えば、d,q軸インダクタンスや誘起電圧定数)が理想的な特性とされる場合、電気角で互いに120°ずつずれた正弦波の相電流を各相に流すことでき、高調波成分を含まない一定のトルクを得ることができる。しかしながら、実際のモータジェネレータ10では、理想的な磁気特性を得ることは困難となる。このため、下式(eq11)に示すように、磁気特性が理想的なものからずれることに起因して、各相電流IU〜IWに高調波電流が含まれることとなる。   When the magnetic characteristics (for example, d and q axis inductances and induced voltage constants) of the motor generator 10 are ideal characteristics, sine wave phase currents that are shifted from each other by 120 ° in electrical angle can be supplied to each phase. A constant torque that does not contain harmonic components can be obtained. However, with an actual motor generator 10, it is difficult to obtain ideal magnetic characteristics. For this reason, as shown in the following equation (eq11), due to the magnetic characteristics deviating from the ideal one, each phase current IU to IW includes a harmonic current.

Figure 0006225849
上式(eq11)において、右辺第1項は、振幅Ir1及び位相φ1とする基本波電流を示し、右辺第2項は、振幅Irk及び位相φkとする高調波電流を示している。ここで、右辺第2項の「k」は、「1±6n」(nは0以外の整数)である。なお、以降、電気角速度ωのk倍の角速度で変動する高調波電流をk次の高調波電流と称すこととする。
Figure 0006225849
In the above equation (eq11), the first term on the right side indicates the fundamental wave current with the amplitude Ir1 and the phase φ1, and the second term on the right side indicates the harmonic current with the amplitude Irk and the phase φk. Here, “k” in the second term on the right side is “1 ± 6n” (n is an integer other than 0). Hereinafter, a harmonic current that fluctuates at an angular velocity that is k times the electrical angular velocity ω will be referred to as a k-th harmonic current.

高調波電流がモータジェネレータ10に流れると、トルク変動や損失(例えば鉄損)が増大する懸念がある。ここで、高調波電流が含まれる相電流を1次回転座標系のd,q軸電流に変換したものは、下式(eq12)で表される。なお、図7には、1次回転座標系における基本波電流ベクトルと高調波電流ベクトルとの合成ベクトルの振幅を「It」で示し、位相を「φt」で示した。   When harmonic current flows to the motor generator 10, there is a concern that torque fluctuation and loss (for example, iron loss) increase. Here, what converted the phase current containing a harmonic current into the d and q axis current of the primary rotation coordinate system is expressed by the following equation (eq12). In FIG. 7, the amplitude of the combined vector of the fundamental current vector and the harmonic current vector in the primary rotation coordinate system is indicated by “It”, and the phase is indicated by “φt”.

Figure 0006225849
上式(eq12)は、固定座標系において相電流にk次の高調波電流が含まれると、1次回転座標系において「k−1」次の高調波電流が表れることを示している。すなわち、上式(eq12)は、1次回転座標系における高調波電流であって、固定座標系におけるk次の高調波電流を低減可能な「k−1」次の高調波電流が存在することを示している。ここで、「k−1」次の高調波電流は、電気角速度ωの「k−1」倍の角速度で変動する高調波信号を電圧振幅「Vn+ΔV」及び電圧位相φのそれぞれに重畳することにより流すことができる。
Figure 0006225849
The above equation (eq12) indicates that if the k-order harmonic current is included in the phase current in the fixed coordinate system, the “k−1” -order harmonic current appears in the primary rotating coordinate system. That is, the above equation (eq12) is a harmonic current in the primary rotation coordinate system, and there exists a “k−1” -order harmonic current that can reduce the k-order harmonic current in the fixed coordinate system. Is shown. Here, the “k−1” -order harmonic current is obtained by superimposing a harmonic signal varying at an angular velocity “k−1” times the electrical angular velocity ω on each of the voltage amplitude “Vn + ΔV” and the voltage phase φ. It can flow.

特に本実施形態では、1次回転座標系における6次の高調波電流が顕著なため、6次の高調波電流を低減対象とする。ここで、「k=1±6n」の関係より、6次の高調波電流を打ち消すためには、固定座標系において、k=−5とした−5次の高調波電流、又はk=7とした7次の高調波電流を相電流に重畳すればよい。なお、「k>0」の場合、各相の高調波電流は、電気角θeの進行に伴って、U,V,W相の順で波形が変化する。一方、「k<0」の場合、各相の高調波電流は、電気角θeの進行に伴って、「k>0」のときとは逆順で波形が変化する。   In particular, in the present embodiment, since the 6th harmonic current in the primary rotating coordinate system is remarkable, the 6th harmonic current is targeted for reduction. Here, from the relationship of “k = 1 ± 6n”, in order to cancel the sixth-order harmonic current, in the fixed coordinate system, k = −5th-order harmonic current or k = 7 What is necessary is just to superimpose the 7th-order harmonic current made on the phase current. When “k> 0”, the waveform of the harmonic current of each phase changes in the order of the U, V, and W phases as the electrical angle θe progresses. On the other hand, in the case of “k <0”, the waveform of the harmonic current of each phase changes in the reverse order to that in the case of “k> 0” with the progress of the electrical angle θe.

図8に、高調波処理部31のブロック図を示す。   FIG. 8 shows a block diagram of the harmonic processing unit 31.

d軸偏差算出部31aは、指令電流設定部32bから出力されたd軸指令電流Id*と2相変換部30aから出力されたd軸電流Idrとの偏差であるd軸電流偏差ΔId(「d軸高調波成分」に相当)を算出する。具体的には、d軸指令電流Id*からd軸電流Idrを減算することでd軸電流偏差ΔIdを算出する。q軸偏差算出部31bは、指令電流設定部32bから出力されたq軸指令電流Iq*と2相変換部30aから出力されたq軸電流Iqrとの偏差であるq軸電流偏差ΔIq(「q軸高調波成分」に相当)を算出する。具体的には、q軸指令電流Iq*からq軸電流Iqrを減算することでq軸電流偏差ΔIqを算出する。なお、本実施形態において、各偏差算出部31a,31bが「抽出手段」に相当する。   The d-axis deviation calculation unit 31a is a d-axis current deviation ΔId (“d” that is a deviation between the d-axis command current Id * output from the command current setting unit 32b and the d-axis current Idr output from the two-phase conversion unit 30a. Equivalent to “Axial harmonic component”). Specifically, the d-axis current deviation ΔId is calculated by subtracting the d-axis current Idr from the d-axis command current Id *. The q-axis deviation calculating unit 31b is a q-axis current deviation ΔIq (“q” that is a deviation between the q-axis command current Iq * output from the command current setting unit 32b and the q-axis current Iqr output from the two-phase conversion unit 30a. Equivalent to “Axial harmonic component”). Specifically, the q-axis current deviation ΔIq is calculated by subtracting the q-axis current Iqr from the q-axis command current Iq *. In the present embodiment, each of the deviation calculation units 31a and 31b corresponds to “extraction means”.

高次電流変換部31c(「高次電流算出手段」に相当)は、下式(eq13),(eq14)を用いて、1次回転座標系における各電流偏差ΔId,ΔIqを、高次回転座標系(dk−qk)におけるd,q軸高次電流Idkr,Iqkrに変換する。ここで、高次回転座標系とは、固定座標系におけるk次の高調波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系のことである。高次回転座標系は、互いに直交するdk軸とqk軸とで規定されている。なお、本実施形態において、高調波電流の位相φkは、dk軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向(dk軸の正方向からqk軸の正方向へと回転する方向)が正方向として定義されている。   The high-order current converter 31c (corresponding to “high-order current calculation means”) uses the following equations (eq13) and (eq14) to convert the current deviations ΔId and ΔIq in the primary rotation coordinate system into high-order rotation coordinates. Conversion into d and q-axis higher order currents Idkr and Iqkr in the system (dk-qk). Here, the high-order rotating coordinate system is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the k-th harmonic current in the fixed coordinate system. The high-order rotational coordinate system is defined by a dk axis and a qk axis that are orthogonal to each other. In this embodiment, the phase φk of the harmonic current is based on the positive direction of the dk axis and is counterclockwise from this reference (the direction rotating from the positive direction of the dk axis to the positive direction of the qk axis). Is defined as the positive direction.

Figure 0006225849
Figure 0006225849

Figure 0006225849
上式(eq13),(eq14)において、右辺の「(k−1)θe」は、1次回転座標系の基準軸(d軸)と高次回転座標系の基準軸(dk軸)との位相差を示す。
Figure 0006225849
In the above equations (eq13) and (eq14), “(k−1) θe” on the right side is the difference between the reference axis (d axis) of the primary rotation coordinate system and the reference axis (dk axis) of the higher order rotation coordinate system. Indicates the phase difference.

目標値設定部31d(「可変設定手段」に相当)は、目標トルクTrq*及び電気角速度ωに基づき、d軸目標高次電流Idk*と、q軸目標高次電流Iqk*とを可変設定する。各目標高次電流Idk*,Iqk*は、トルク変動や鉄損を抑制する観点から設定されている。ここでは、例えば、目標トルクTrq*が大きいほど、各目標高次電流Idk*,Iqk*を大きく設定すればよい。なお、各目標高次電流Idk*,Iqk*は、例えば、目標トルクTrq*、電気角速度ω、及び各目標高次電流Idk*,Iqk*が関係付けられたマップや数式を用いて設定すればよい。   The target value setting unit 31d (corresponding to “variable setting means”) variably sets the d-axis target high-order current Idk * and the q-axis target high-order current Iqk * based on the target torque Trq * and the electrical angular velocity ω. . Each target higher-order current Idk *, Iqk * is set from the viewpoint of suppressing torque fluctuation and iron loss. Here, for example, the target high-order currents Idk * and Iqk * may be set larger as the target torque Trq * is larger. The target high-order currents Idk * and Iqk * may be set using, for example, a map or a mathematical formula in which the target torque Trq *, the electrical angular velocity ω, and the target high-order currents Idk * and Iqk * are related. Good.

d軸高次偏差算出部31eは、d軸目標高次電流Idk*とd軸高次電流Idkrとの偏差であるd軸高次偏差Δdkを算出する。具体的には、d軸目標高次電流Idk*からd軸高次電流Idkrを減算することでd軸高次偏差Δdkを算出する。q軸高次偏差算出部31fは、q軸目標高次電流Iqk*とq軸高次電流Iqkrとの偏差であるq軸高次偏差Δqkを算出する。具体的には、q軸目標高次電流Iqk*からq軸高次電流Iqkrを減算することでq軸高次偏差Δqkを算出する。   The d-axis high-order deviation calculation unit 31e calculates a d-axis high-order deviation Δdk that is a deviation between the d-axis target high-order current Idk * and the d-axis high-order current Idkr. Specifically, the d-axis higher-order deviation Δdk is calculated by subtracting the d-axis higher-order current Idkr from the d-axis target higher-order current Idk *. The q-axis higher-order deviation calculating unit 31f calculates a q-axis higher-order deviation Δqk that is a deviation between the q-axis target higher-order current Iqk * and the q-axis higher-order current Iqkr. Specifically, the q-axis higher-order deviation Δqk is calculated by subtracting the q-axis higher-order current Iqkr from the q-axis target higher-order current Iqk *.

d軸フィードバック制御部31g(「d軸操作量算出手段」に相当)は、d軸高次偏差算出部31eから出力されたd軸高次偏差Δdkに基づき、d軸高次電流Idkrをd軸目標高次電流Idk*にフィードバック制御するための操作量として、d軸フィードバック電流Idkf(「d軸操作量」に相当)を算出する。詳しくは、d軸高次偏差Δdkを入力とする比例積分制御によってd軸フィードバック電流Idkfを算出する。   The d-axis feedback control unit 31g (corresponding to “d-axis operation amount calculation means”) converts the d-axis higher-order current Idkr to the d-axis based on the d-axis higher-order deviation Δdk output from the d-axis higher-order deviation calculation unit 31e. A d-axis feedback current Idkf (corresponding to “d-axis operation amount”) is calculated as an operation amount for feedback control to the target higher-order current Idk *. Specifically, the d-axis feedback current Idkf is calculated by proportional-integral control using the d-axis higher-order deviation Δdk as an input.

q軸フィードバック制御部31h(「q軸操作量算出手段」に相当)は、q軸高次偏差算出部31fから出力されたq軸高次偏差Δqkに基づき、q軸高次電流Iqkrをq軸目標高次電流Iqk*にフィードバック制御するための操作量として、q軸フィードバック電流Iqkf(「q軸操作量」に相当)を算出する。詳しくは、q軸高次偏差Δqkを入力とする比例積分制御によってq軸フィードバック電流Iqkfを算出する。   The q-axis feedback control unit 31h (corresponding to “q-axis manipulated variable calculation means”) converts the q-axis higher-order current Iqkr to the q-axis based on the q-axis higher-order deviation Δqk output from the q-axis higher-order deviation calculation unit 31f. A q-axis feedback current Iqkf (corresponding to “q-axis operation amount”) is calculated as an operation amount for performing feedback control to the target higher-order current Iqk *. Specifically, the q-axis feedback current Iqkf is calculated by proportional-integral control using the q-axis higher-order deviation Δqk as an input.

1次電流変換部31iは、下式(eq15)を用いて、高次回転座標系におけるd,q軸フィードバック電流Idkf,Iqkfを1次回転座標系におけるd,q軸高調波電流Id1f,Iq1fに変換する。   The primary current conversion unit 31i converts the d and q-axis feedback currents Idkf and Iqkf in the higher-order rotational coordinate system into d and q-axis harmonic currents Id1f and Iq1f in the primary rotational coordinate system using the following equation (eq15). Convert.

Figure 0006225849
電圧変換部31jは、d,q軸高調波電流Id1f,Iq1fに基づき、振幅高調波信号Vrと、位相高調波信号φrとを算出する。詳しくは、まず、下式(eq16)を用いて、d,q軸高調波電流Id1f,Iq1fをd,q軸高調波電圧Vd1f,Vq1fに変換する。
Figure 0006225849
The voltage conversion unit 31j calculates the amplitude harmonic signal Vr and the phase harmonic signal φr based on the d and q axis harmonic currents Id1f and Iq1f. Specifically, first, the d and q axis harmonic currents Id1f and Iq1f are converted into d and q axis harmonic voltages Vd1f and Vq1f using the following equation (eq16).

Figure 0006225849
続いて、下式(eq17),(eq18)を用いて、d,q軸高調波電圧Vd1f,Vq1fに基づき、振幅高調波信号Vrと、位相高調波信号φrとを算出する。
Figure 0006225849
Subsequently, the amplitude harmonic signal Vr and the phase harmonic signal φr are calculated based on the d and q axis harmonic voltages Vd1f and Vq1f using the following equations (eq17) and (eq18).

Figure 0006225849
Figure 0006225849

Figure 0006225849
なお、下式(eq18)のアークタンジェント演算により、例えば、位相高調波信号φrを「−π〜+π」の間で算出することができる。特に本実施形態では、下式(eq18)の右辺において、括弧内の分母が0となってかつ分子が正の値となる場合、位相高調波信号φrを「π/2」として算出する。一方、括弧内の分母が0となってかつ分子が負の値となる場合、位相高調波信号φrを「−π/2」として算出する。
Figure 0006225849
Note that, for example, the phase harmonic signal φr can be calculated between “−π to + π” by arctangent calculation of the following equation (eq18). In particular, in this embodiment, when the denominator in the parenthesis is 0 and the numerator is a positive value on the right side of the following equation (eq18), the phase harmonic signal φr is calculated as “π / 2”. On the other hand, when the denominator in the parenthesis is 0 and the numerator is a negative value, the phase harmonic signal φr is calculated as “−π / 2”.

ちなみに、本実施形態において、1次電流変換部31i及び電圧変換部31jが「生成手段」に相当する。また、上式(eq16)は、基本波電流及び高調波電流を含む下式(eq19)に示す電圧方程式から、上式(eq2)を減算することで導くことができる。   Incidentally, in the present embodiment, the primary current converter 31 i and the voltage converter 31 j correspond to “generating means”. The above equation (eq16) can be derived by subtracting the above equation (eq2) from the voltage equation shown in the following equation (eq19) including the fundamental wave current and the harmonic current.

Figure 0006225849
振幅重畳部31kは、補正部30kから出力された電圧振幅「Vn+ΔV」に振幅高調波信号Vrを重畳して出力する。位相重畳部31lは、位相設定部30dから出力された電圧位相φに位相高調波信号φrを重畳して出力する。なお、本実施形態において、振幅重畳部31k及び位相重畳部31lが「重畳手段」に相当する。
Figure 0006225849
The amplitude superimposing unit 31k superimposes and outputs the amplitude harmonic signal Vr on the voltage amplitude “Vn + ΔV” output from the correcting unit 30k. The phase superimposing unit 31l superimposes and outputs the phase harmonic signal φr on the voltage phase φ output from the phase setting unit 30d. In the present embodiment, the amplitude superimposing unit 31k and the phase superimposing unit 31l correspond to “superimposing means”.

このように、本実施形態では、振幅重畳部31kの出力値Vkと、位相重畳部31lの出力値δとに基づき、操作信号波形を選択して各スイッチSUp〜SWnに対して出力した。これにより、モータジェネレータ10に流れる高調波電流を低減することができ、ひいてはトルク変動や損失を低減することができる。   As described above, in this embodiment, the operation signal waveform is selected and output to the switches SUp to SWn based on the output value Vk of the amplitude superimposing unit 31k and the output value δ of the phase superimposing unit 31l. As a result, the harmonic current flowing through the motor generator 10 can be reduced, and as a result, torque fluctuation and loss can be reduced.

さらに、本実施形態では、各高調波信号Vr,φrの生成に際し、目標トルクTrq*及び電気角速度ωに基づき、各目標高次電流Idk*,Iqk*を可変設定した。こうした設定は、高調波電流の低減効果の向上に寄与している。   Furthermore, in the present embodiment, the target high-order currents Idk * and Iqk * are variably set based on the target torque Trq * and the electrical angular velocity ω when generating the harmonic signals Vr and φr. Such a setting contributes to an improvement in the harmonic current reduction effect.

(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、先の第1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。本実施形態では、低減対象とする高調波電流を複数(2つ)とする。具体的には、1次回転座標系における±6次の高調波電流を低減するために、−5次の高調波電流と7次の高調波電流とを各相電流に重畳する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, a plurality (two) of harmonic currents to be reduced are used. Specifically, in order to reduce the ± 6th harmonic current in the primary rotating coordinate system, the −5th harmonic current and the 7th harmonic current are superimposed on each phase current.

図9に、本実施形態にかかる高調波処理部31のブロック図を示す。なお、図9において、先の図8に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 9 is a block diagram of the harmonic processing unit 31 according to the present embodiment. In FIG. 9, the same processes as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals for the sake of convenience.

本実施形態において、先の図8に示した各処理部31c〜31jを、第1高次電流変換部31c、第1目標値設定部31d、第1d,q軸高次偏差算出部31e,31f、第1d,q軸フィードバック制御部31g,31h、第1の1次電流変換部31i、及び第1電圧変換部31jと称すこととする。そして、第1高次電流変換部31cの出力値を第1d,q軸高次電流Idkr1,Iqkr1とし、第1目標値設定部31dの出力値を第1d,q軸目標高次電流Idk*1,Iqk*1とする。また、第1d,q軸高次偏差算出部31e,31fの出力値を第1d,q軸高次偏差Δdk1,Δqk1とし、第1d,q軸フィードバック制御部31g,31hの出力値を第1d,q軸フィードバック電流Idkf1,Iqkf1とし、第1の1次電流変換部31iの出力値を第1d,q軸高調波電流Id1f1,Iq1f1とする。また、第1電圧変換部31jの出力値を第1振幅高調波信号Vr1及び第1位相高調波信号φr1とする。本実施形態において、各高調波信号Vr1,φr1は、各相電流に−5次の高調波電流を重畳するための信号である。このため、第1高次電流変換部31cにおける高次回転座標系(第1高次回転座標系)は、固定座標系における−5次の高調波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系となる。   In the present embodiment, the processing units 31c to 31j shown in FIG. 8 are replaced with the first higher-order current conversion unit 31c, the first target value setting unit 31d, the first d- and q-axis higher-order deviation calculation units 31e and 31f. 1d, q-axis feedback control units 31g, 31h, first primary current conversion unit 31i, and first voltage conversion unit 31j. Then, the output value of the first higher-order current conversion unit 31c is the first d, q-axis higher order currents Idkr1, Iqkr1, and the output value of the first target value setting unit 31d is the first d, q-axis target higher-order current Idk * 1. , Iqk * 1. In addition, the output values of the first d and q-axis higher order deviation calculation units 31e and 31f are the first d and q-axis higher order deviations Δdk1 and Δqk1, and the output values of the first d and q-axis feedback control units 31g and 31h are the first d, The q-axis feedback currents Idkf1 and Iqkf1 are used, and the output value of the first primary current converter 31i is the first d and q-axis harmonic currents Id1f1 and Iq1f1. The output values of the first voltage converter 31j are the first amplitude harmonic signal Vr1 and the first phase harmonic signal φr1. In the present embodiment, the harmonic signals Vr1 and φr1 are signals for superimposing a −5th harmonic current on each phase current. Therefore, the high-order rotational coordinate system (first high-order rotational coordinate system) in the first high-order current conversion unit 31c is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the −5th harmonic current in the fixed coordinate system. It becomes.

こうした構成に加えて、各相電流に7次の高調波電流を重畳するための第2振幅高調波信号Vr2及び第2位相高調波信号φr2を生成するための構成31m〜31tを高調波処理部31に付加する。本実施形態において、これら構成31m〜31tは、第1振幅高調波信号Vr1及び第1位相高調波信号φr1を生成するための構成31c〜31jと同じ構成である。詳しくは、第2高次電流変換部31mは、各電流偏差ΔId,ΔIqを、第2高次回転座標系における第2d,q軸高次電流Idkr2,Iqkr2に変換する。ここで、第2高次回転座標系とは、固定座標系における7次の高調波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系のことである。   In addition to such a configuration, the configurations 31m to 31t for generating the second amplitude harmonic signal Vr2 and the second phase harmonic signal φr2 for superimposing the seventh harmonic current on each phase current include harmonic processing units. 31. In the present embodiment, these configurations 31m to 31t are the same as the configurations 31c to 31j for generating the first amplitude harmonic signal Vr1 and the first phase harmonic signal φr1. Specifically, the second higher-order current conversion unit 31m converts the current deviations ΔId and ΔIq into second d- and q-axis higher-order currents Idkr2 and Iqkr2 in the second higher-order rotational coordinate system. Here, the second higher-order rotational coordinate system is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the seventh-order harmonic current in the fixed coordinate system.

第2目標値設定部31nは、目標トルクTrq*及び電気角速度ωに基づき、第2d,q軸目標高次電流Idk*2,Iqk*2を可変設定する。各目標高次電流Idk*2,Iqk*2は、トルク変動や鉄損を抑制する観点から設定されている。   The second target value setting unit 31n variably sets the second d and q-axis target higher-order currents Idk * 2 and Iqk * 2 based on the target torque Trq * and the electrical angular velocity ω. Each target high-order current Idk * 2, Iqk * 2 is set from the viewpoint of suppressing torque fluctuation and iron loss.

第2d軸高次偏差算出部31oは、第2d軸目標高次電流Idk*2と第2d軸高次電流Idkr2との偏差である第2d軸高次偏差Δdk2を算出する。第2q軸高次偏差算出部31pは、第2q軸目標高次電流Iqk*2と第2q軸高次電流Iqkr2との偏差である第2q軸高次偏差Δqk2を算出する。第2d軸フィードバック制御部31qは、第2d軸高次偏差Δdk2を入力とする比例積分制御によって第2d軸フィードバック電流Idkf2を算出する。第2q軸フィードバック制御部31rは、第2q軸高次偏差Δqk2を入力とする比例積分制御によって第2q軸フィードバック電流Iqkf2を算出する。   The second d-axis higher-order deviation calculating unit 31o calculates a second d-axis higher-order deviation Δdk2 that is a deviation between the second d-axis target higher-order current Idk * 2 and the second d-axis higher-order current Idkr2. The second q-axis higher-order deviation calculation unit 31p calculates a second q-axis higher-order deviation Δqk2 that is a deviation between the second q-axis target higher-order current Iqk * 2 and the second q-axis higher-order current Iqkr2. The second d-axis feedback control unit 31q calculates the second d-axis feedback current Idkf2 by proportional-integral control with the second d-axis higher-order deviation Δdk2 as an input. The second q-axis feedback control unit 31r calculates the second q-axis feedback current Iqkf2 by proportional-integral control with the second q-axis higher-order deviation Δqk2 as an input.

第2の1次電流変換部31sは、上式(eq15)を用いて、第2高次回転座標系における第2d,q軸フィードバック電流Idkf2,Iqkf2を1次回転座標系における第2d,q軸高調波電流Id1f2,Iq1f2に変換する。第2電圧変換部31tは、第1電圧変換部31jと同様の手法により、第2d,q軸高調波電流Id1f2,Iq1f2に基づき、第2振幅高調波信号Vr2と、第2位相高調波信号φr2とを算出する。   The second primary current converter 31s uses the above equation (eq15) to convert the second d and q axis feedback currents Idkf2 and Iqkf2 in the second higher order rotation coordinate system into the second d and q axes in the primary rotation coordinate system. It converts into harmonic current Id1f2 and Iq1f2. The second voltage conversion unit 31t uses the same method as the first voltage conversion unit 31j to generate the second amplitude harmonic signal Vr2 and the second phase harmonic signal φr2 based on the second d and q axis harmonic currents Id1f2 and Iq1f2. And calculate.

振幅重畳部31kは、補正部30kから出力された電圧振幅「Vn+ΔV」に、第1,第2振幅高調波信号Vr1,Vr2を重畳して出力する。位相重畳部31lは、位相設定部30dから出力された電圧位相φに、第1,第2位相高調波信号φr1,φr2を重畳して出力する。   The amplitude superimposing unit 31k superimposes and outputs the first and second amplitude harmonic signals Vr1 and Vr2 on the voltage amplitude “Vn + ΔV” output from the correcting unit 30k. The phase superimposing unit 31l superimposes and outputs the first and second phase harmonic signals φr1 and φr2 on the voltage phase φ output from the phase setting unit 30d.

以上説明した本実施形態によれば、各相電流に含まれる高調波電流をより低減することができる。   According to the present embodiment described above, the harmonic current included in each phase current can be further reduced.

(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。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・d,q軸高次電流Idk,Iqkの算出手法としては、上記第1実施形態に例示したものに限らず、例えば以下に説明するものであってもよい。固定座標系において、d,q軸指令電流Id*,Iq*に基づき算出された基本波電流を相電流から減算することで、高調波電流を抽出する。そして、抽出された高調波電流を、1次回転座標系を介すことなく、高次回転座標系における電流に直接変換することで、d,q軸高次電流Idk,Iqkを算出する。   The method for calculating the d and q-axis higher-order currents Idk and Iqk is not limited to the method exemplified in the first embodiment, and may be described below, for example. In the fixed coordinate system, the harmonic current is extracted by subtracting the fundamental current calculated based on the d and q axis command currents Id * and Iq * from the phase current. Then, the extracted harmonic current is directly converted into a current in a high-order rotation coordinate system without going through the primary rotation coordinate system, thereby calculating d and q-axis high-order currents Idk and Iqk.

・目標トルクTrq*及び電気角速度ωのうちいずれか1つに基づき、d,q軸目標高次電流Idk*,Iqk*を可変設定してもよい。また、d,q軸目標高次電流Idk*,Iqk*のそれぞれを可変設定することなく、固定値に設定してもよい。   The d and q axis target higher-order currents Idk * and Iqk * may be variably set based on any one of the target torque Trq * and the electrical angular velocity ω. Further, the d and q-axis target high-order currents Idk * and Iqk * may be set to fixed values without being variably set.

・上記第1実施形態では、d軸偏差算出部31aにおいて、d軸指令電流Id*とd軸電流Idrとの偏差としてd軸高調波成分を抽出したがこれに限らない。例えば、d軸電流Idrにフィルタ(バンドパスフィルタやハイパスフィルタ)処理を施すことで、d軸高調波成分を抽出してもよい。なお、q軸高調波成分についても同様である。   In the first embodiment, the d-axis deviation calculation unit 31a extracts the d-axis harmonic component as the deviation between the d-axis command current Id * and the d-axis current Idr. However, the present invention is not limited to this. For example, the d-axis harmonic component may be extracted by applying a filter (bandpass filter or high-pass filter) process to the d-axis current Idr. The same applies to the q-axis harmonic component.

・上記第2実施形態において、低減対象とする高調波電流を3つ以上にしてもよい。   In the second embodiment, the number of harmonic currents to be reduced may be three or more.

・上記各実施形態において、特開2012−23943号公報に見られるように、電圧振幅のフィードバック制御として、d軸電流をその指令電流にフィードバック制御するための操作量として、振幅補正量ΔVを算出してもよい。また、上記各実施形態において、補正量算出部32を除去してもよい。すなわち、振幅制御において、電圧振幅のフィードバック制御は必須ではない。   In each of the above embodiments, as seen in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-23943, amplitude correction amount ΔV is calculated as an operation amount for feedback control of d-axis current to its command current as feedback control of voltage amplitude May be. In each of the above embodiments, the correction amount calculation unit 32 may be removed. That is, in amplitude control, voltage amplitude feedback control is not essential.

・上記各実施形態において、電圧振幅に振幅高調波信号を重畳しない構成を採用してもよい。また、上記各実施形態において、電圧位相に位相高調波信号を重畳しない構成を採用してもよい。この場合であっても、上記各実施形態で得られる効果に準じた効果を得ることはできる。   In each of the above embodiments, a configuration in which the amplitude harmonic signal is not superimposed on the voltage amplitude may be employed. Moreover, in each said embodiment, you may employ | adopt the structure which does not superimpose a phase harmonic signal on a voltage phase. Even in this case, an effect according to the effect obtained in each of the above embodiments can be obtained.

・上記第1実施形態において、変調率Mに代えて、電圧振幅「Vn+ΔV」ごとに電気角と関係づけてパルスパターンをメモリに記憶してもよい。   In the first embodiment, instead of the modulation factor M, a pulse pattern may be stored in the memory in association with the electrical angle for each voltage amplitude “Vn + ΔV”.

・回転電機としては、IPMSMに限らず、例えば、SPMSMや巻線界磁型同期機であってもよい。また、回転電機の制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。   The rotary electric machine is not limited to IPMSM, and may be SPMSM or a wound field type synchronous machine, for example. Further, the control amount of the rotating electrical machine is not limited to torque, and may be, for example, a rotational speed.

10…モータジェネレータ、20…インバータ、30…制御装置、SUp〜SWn…スイッチ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor generator, 20 ... Inverter, 30 ... Control apparatus, SUp-SWn ... Switch.

Claims (6)

スイッチング素子(SUp〜SWn)を有する電力変換回路(20)に電気的に接続された3相の回転電機(10)に適用され、
固定座標系において前記回転電機に流れる基本波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系を1次回転座標系とし、
前記回転電機の制御量をその目標値にフィードバック制御するための操作量として、前記1次回転座標系における前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する電圧位相設定手段(30d)と、
前記制御量を前記目標値に制御するための操作量として、前記出力電圧ベクトルの振幅を設定する電圧振幅設定手段(30h,30j,30k,32)と、
前記振幅を含む振幅パラメータごとに、前記回転電機の電気角と関係づけられた前記スイッチング素子のオンオフ操作指令を記憶する記憶手段(33U〜33W)と、
前記電圧振幅設定手段によって設定された振幅を含む前記振幅パラメータに基づき選択された前記オンオフ操作指令を、前記電気角の検出値を基準として、前記電圧位相設定手段によって設定された位相だけずらして前記スイッチング素子に対して出力することで、前記スイッチング素子をオンオフ操作する操作手段(33U〜33W)と、
前記回転電機に流れる相電流検出値に基づき、前記回転電機に流れる高調波電流を抽出する抽出手段(31a,31b)と、
「1±6n」(nは0以外の整数)を整数kとし、前記回転電機の電気角をθeとし、前記固定座標系において前記回転電機の電気角速度のk倍の角速度で変動する各相の高調波電流をIrk×cos(k×θe+φk),Irk×cos(k×θe−2/3π+φk),Irk×cos(k×θe+2/3π+φk)とする場合において、前記抽出手段によって抽出された高調波電流に基づき、前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する各相の高調波電流を低減するための高調波信号であって、前記1次回転座標系において前記電気角速度の「k−1」倍の角速度で変動する高調波信号を生成する生成手段(31i,31j;31i,31j,31s,31t)と、
前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する各相の高調波電流を低減すべく、前記操作手段において用いられる前記振幅及び前記位相のうち少なくとも一方に、前記生成手段により生成された前記高調波信号を重畳する重畳手段(31k,31l)とを備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
Applied to a three-phase rotating electrical machine (10) electrically connected to a power conversion circuit (20) having switching elements (SUp to SWn);
In a fixed coordinate system, a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the fundamental current flowing in the rotating electrical machine is a primary rotational coordinate system,
Voltage phase setting means (30d) for setting the phase of the output voltage vector of the power conversion circuit in the primary rotating coordinate system as an operation amount for feedback control of the control amount of the rotating electrical machine to the target value;
Voltage amplitude setting means (30h, 30j, 30k, 32) for setting the amplitude of the output voltage vector as an operation amount for controlling the control amount to the target value;
Storage means (33U to 33W) for storing an on / off operation command of the switching element related to the electrical angle of the rotating electrical machine for each amplitude parameter including the amplitude;
The on / off operation command selected based on the amplitude parameter including the amplitude set by the voltage amplitude setting means is shifted by the phase set by the voltage phase setting means with reference to the detected value of the electrical angle. Operation means (33U to 33W) for turning on and off the switching element by outputting to the switching element;
Extraction means (31a, 31b) for extracting a harmonic current flowing in the rotating electrical machine based on a detected phase current value flowing in the rotating electrical machine;
“1 ± 6n” (n is an integer other than 0) is an integer k, the electrical angle of the rotating electrical machine is θe, and each phase fluctuates at an angular velocity k times the electrical angular velocity of the rotating electrical machine in the fixed coordinate system. Are set to Irk × cos (k × θe + φk), Irk × cos (k × θe−2 / 3π + φk), and Irk × cos (k × θe + 2 / 3π + φk). based on the wave current, a harmonic signal for reducing the phase of the harmonic current that varies k times the angular velocity of the previous SL electrical angular speed in the fixed coordinate system, the electricity in the primary rotating coordinate system Generating means (31i, 31j; 31i, 31j, 31s, 31t) for generating a harmonic signal that fluctuates at an angular velocity "k-1" times the angular velocity;
In the fixed coordinate system, at least one of the amplitude and the phase used in the operation unit is generated by the generation unit to reduce the harmonic current of each phase that fluctuates at an angular velocity k times the electrical angular velocity. And a superimposing means (31k, 31l) for superimposing the harmonic signal.
前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する高調波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系、又は前記1次回転座標系における前記出力電圧ベクトルの位相が変化した場合に前記1次回転座標系における前記回転電機に流れる電流ベクトルが変化する方向と直交する方向に延びるλ軸を基準軸とする座標系を高次回転座標系とし、
前記抽出手段によって抽出された高調波電流を前記高次回転座標系における電流に変換した高次電流を算出する高次電流算出手段(31c;31c,31m)と、
前記高次電流算出手段によって算出された前記高次電流を目標高次電流にフィードバック制御するための操作量として、前記高次回転座標系における操作量を算出する操作量算出手段(31g,31h;31g,31h,31q,31r)とをさらに備え、
前記生成手段は、前記操作量算出手段によって算出された前記操作量に基づき、前記高調波信号を生成する請求項1記載の回転電機の制御装置。
When the phase of the output voltage vector in the coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the harmonic current that fluctuates at an angular velocity k times the electrical angular velocity in the fixed coordinate system or the primary rotating coordinate system changes. A coordinate system having a λ axis extending in a direction orthogonal to the direction in which the current vector flowing through the rotating electrical machine in the primary rotating coordinate system changes as a reference axis is referred to as a high-order rotating coordinate system.
Higher current calculation means for calculating a high-order current obtained by converting the harmonic current extracted by said extraction means into a current in the high-order rotational coordinate system (31c; 31c, 31m) and,
Operation amount calculation means (31g, 31h) for calculating an operation amount in the higher-order rotation coordinate system as an operation amount for feedback control of the higher-order current calculated by the higher-order current calculation means to a target higher-order current. 31g, 31h, 31q, 31r) ,
2. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the generation unit generates the harmonic signal based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit .
前記高次回転座標系は、前記固定座標系において前記電気角速度のk倍の角速度で変動する高調波電流の変動角速度と同じ角速度で回転する座標系であり、
前記高次電流算出手段は、前記高次電流として、前記高次回転座標系の直交2軸成分であるd軸高次電流及びq軸高次電流を算出し、
前記操作量算出手段は、
前記d軸高次電流をd軸目標高次電流にフィードバック制御するための操作量として、前記高次回転座標系におけるd軸操作量を算出するd軸操作量算出手段(31g;31g,31q)と、
前記q軸高次電流をq軸目標高次電流にフィードバック制御するための操作量として、前記高次回転座標系におけるq軸操作量を算出するq軸操作量算出手段(31h;31h,31r)とであり、
前記生成手段は、前記d軸操作量及び前記q軸操作量に基づき、前記高調波信号として、前記1次回転座標系における前記振幅の高調波成分である振幅高調波信号と、前記1次回転座標系における前記位相の高調波成分である位相高調波信号とを生成し、
前記重畳手段は、前記振幅に前記振幅高調波信号を重畳し、また、前記位相に前記位相高調波信号を重畳する請求項2記載の回転電機の制御装置。
The higher-order rotating coordinate system is a coordinate system that rotates at the same angular velocity as the fluctuation angular velocity of the harmonic current that fluctuates at an angular velocity that is k times the electrical angular velocity in the fixed coordinate system,
The high-order current calculating means calculates, as the high-order current, a d-axis high-order current and a q-axis high-order current that are orthogonal biaxial components of the high-order rotating coordinate system,
The operation amount calculation means includes:
D-axis operation amount calculation means (31g; 31g, 31q) for calculating a d-axis operation amount in the higher-order rotation coordinate system as an operation amount for feedback control of the d-axis higher-order current to the d-axis target higher-order current. When,
Q-axis operation amount calculation means (31h; 31h, 31r) for calculating a q-axis operation amount in the higher-order rotation coordinate system as an operation amount for feedback-controlling the q-axis higher-order current to the q-axis target higher-order current It is in and,
The generating means, based on the d-axis operation amount and the q-axis operation amount, as the harmonic signal, an amplitude harmonic signal that is a harmonic component of the amplitude in the primary rotation coordinate system, and the primary rotation Generating a phase harmonic signal that is a harmonic component of the phase in the coordinate system;
The control device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the superimposing unit superimposes the amplitude harmonic signal on the amplitude and superimposes the phase harmonic signal on the phase.
前記回転電機の電気角速度及び前記制御量の目標値のうち少なくとも一方に基づき、前記d軸目標高次電流及び前記q軸目標高次電流を可変設定する可変設定手段をさらに備える請求項3記載の回転電機の制御装置。   The variable setting means which variably sets the d-axis target high-order current and the q-axis target high-order current based on at least one of the electrical angular velocity of the rotating electrical machine and the target value of the control amount. Control device for rotating electrical machines. 前記相電流検出値を前記1次回転座標系の直交2軸成分であるd軸電流及びq軸電流に変換する2相変換手段(30a)をさらに備え、
前記電圧振幅設定手段は、直流成分である前記d軸電流の指令値と、直流成分である前記q軸電流の指令値とに基づき、前記振幅を設定し、
前記抽出手段は、前記d軸電流と前記d軸電流の指令値との差をd軸高調波成分として抽出し、また、前記q軸電流と前記q軸電流の指令値との差をq軸高調波成分として抽出し、
前記高次電流算出手段は、前記d軸高調波成分及び前記q軸高調波成分に基づき、前記d軸高次電流及び前記q軸高次電流を算出する請求項3又は4記載の回転電機の制御装置。
Two-phase conversion means (30a) for converting the phase current detection value into a d-axis current and a q-axis current that are orthogonal two-axis components of the primary rotation coordinate system;
The voltage amplitude setting means sets the amplitude based on a command value of the d-axis current that is a DC component and a command value of the q-axis current that is a DC component,
The extraction means extracts a difference between the d-axis current and the command value of the d-axis current as a d-axis harmonic component, and calculates a difference between the q-axis current and the command value of the q-axis current as a q-axis. Extract as harmonic components,
5. The rotating electrical machine according to claim 3, wherein the high-order current calculation unit calculates the d-axis high-order current and the q-axis high-order current based on the d-axis harmonic component and the q-axis harmonic component. Control device.
前記高調波信号によって低減対象とされる高調波電流は、前記電気角速度のk倍の角速度で変動する高調波電流のうち、互いに異なる角速度で変動する複数の高調波電流である請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。   The harmonic currents to be reduced by the harmonic signal are a plurality of harmonic currents that fluctuate at different angular velocities among the harmonic currents that fluctuate at an angular velocity k times the electrical angular velocity. The control apparatus of the rotary electric machine of any one of these.
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