JP6375103B2 - Rotating machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換器に電気的に接続された回転機の制御量をその指令値に制御すべく、少なくとも前記電力変換器の出力電圧の位相を操作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 manipulates at least the phase of the output voltage of the power converter so as to control the control amount of the rotating machine electrically connected to the power converter to its command value.
この種の制御装置としては、下記特許文献1に見られるように、回転機(交流電動機)のトルクをその指令値にフィードバック制御すべく、回転機に接続された電力変換器(インバータ)の出力電圧の位相を操作するものが知られている。詳しくは、この制御装置は、回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部によって検出された電流に基づき、回転機のトルクを推定するトルク推定部と、推定されたトルクを指令値にフィードバック制御するための電力変換器の操作量として、出力電圧の位相を算出する制御器とを備えている。
As this type of control device, as seen in
ここで、回転機のトルクを指令値に制御すべく出力電圧の位相を制御する制御系では、回転機に流れる電流は成り行きで決まることとなる。このため、回転機及び電力変換器が故障に至る電流を回転機に流してしまい、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。 Here, in the control system that controls the phase of the output voltage to control the torque of the rotating machine to the command value, the current flowing through the rotating machine is determined by the event. For this reason, there is a concern that the current that causes the failure of the rotating machine and the power converter flows in the rotating machine, and the reliability of the rotating machine and the power converter decreases.
また、回転機及び電力変換器に過電流が流れることを回避すべく、過電流によって回転機及び電力変換器の信頼性が低下しない値で上記指令値を制限することが考えられる。ただし、回転機のトルクを指令値に制御する制御系には、この制御系を伝達される信号(電流信号)のノイズや高調波成分を除去するフィルタが設けられている。例えば、電流検出部とトルク推定部との間に上記フィルタを設ける構成を採用する場合、過電流が実際に流れ始めてから、トルク推定部によって推定されるトルクが過電流に応じた大きな値となるまでの時間がフィルタを設けない構成と比較して長くなる。 Moreover, in order to avoid that overcurrent flows into a rotary machine and a power converter, it is possible to restrict | limit the said command value with the value by which the reliability of a rotary machine and a power converter does not fall by overcurrent. However, a control system that controls the torque of the rotating machine to a command value is provided with a filter that removes noise and harmonic components of a signal (current signal) transmitted through the control system. For example, when the configuration in which the filter is provided between the current detection unit and the torque estimation unit is adopted, the torque estimated by the torque estimation unit becomes a large value corresponding to the overcurrent after the overcurrent actually starts to flow. The time until is longer than that in the configuration in which no filter is provided.
このため、回転機及び電力変換器の信頼性が低下しない値で指令値を制限する場合であっても、過電流が流れ始めてから、回転機のトルクを低下させる方向に出力電圧の位相が操作され始めるまでの時間が長くなる。その結果、過電流が流れ始めてから過電流を絞るまでの時間が長くなり、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。 For this reason, even when the command value is limited with a value that does not decrease the reliability of the rotating machine and the power converter, the phase of the output voltage is manipulated in the direction of decreasing the torque of the rotating machine after overcurrent begins to flow. It takes longer to start being. As a result, there is a concern that the time from when the overcurrent starts to flow until the overcurrent is reduced becomes longer, and the reliability of the rotating machine and the power converter decreases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機及び電力変換器の信頼性の低下を好適に回避できる回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a rotating machine that can suitably avoid a decrease in reliability of the rotating machine and a power converter.
上記課題を解決すべく、本発明は、電力変換器(20)に電気的に接続された回転機(10)の制御量をその指令値に制御すべく、少なくとも前記電力変換器の出力電圧の位相を操作する通常操作手段(30c,30d,30h,30i;30q〜30v)と、前記回転機に流れる電流が閾値を超えた場合、前記通常操作手段による前記位相の操作に優先して、前記回転機に流れる電流が増加しないように前記位相を操作する優先操作手段(30j,30k;30j,30k,30m,30n,30p;30k,30m,30p,30w)と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides at least the output voltage of the power converter to control the control amount of the rotating machine (10) electrically connected to the power converter (20) to the command value. When normal operation means (30c, 30d, 30h, 30i; 30q-30v) for operating the phase and the current flowing through the rotating machine exceeds a threshold value, the operation of the phase by the normal operation means is prioritized. And priority operation means (30j, 30k; 30j, 30k, 30m, 30n, 30p; 30k, 30m, 30p, 30w) for operating the phase so that the current flowing through the rotating machine does not increase. .
上記発明では、通常操作手段によって位相が操作されることで、回転機の制御量が指令値に制御される。ここで、回転機の制御量を指令値に制御する制御系に、この制御系を伝達される信号のノイズを除去するフィルタが設けられる場合、回転機に過電流が流れ始めてから、制御量が過電流に応じた大きな値となるまでの時間が長くなる。その結果、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。 In the above invention, the control amount of the rotating machine is controlled to the command value by operating the phase by the normal operation means. Here, when a control system that controls the control amount of the rotating machine to the command value is provided with a filter that removes noise of a signal transmitted through the control system, the control amount is reduced after an overcurrent starts to flow through the rotating machine. The time until it becomes a large value corresponding to the overcurrent is lengthened. As a result, there is a concern that the reliability of the rotating machine and the power converter is lowered.
そこで、上記発明では、優先操作手段を備えた。優先操作手段によれば、回転機に過電流が流れ、回転機に流れる電流が閾値を超えた場合、通常操作手段による位相の操作に優先して、回転機に流れる電流が増加しないように位相を操作する。このため、回転機に流れる電流が増加しないように位相の操作を開始するタイミングを、通常操作手段によって位相の操作を開始タイミングよりも早くすることができる。これにより、回転機に過電流が流れる場合に回転機に流れる電流を迅速に制限することができる。したがって、回転機及び電力変換器の信頼性の低下を好適に回避することができる。 Therefore, in the above invention, the priority operation means is provided. According to the priority operation means, when an overcurrent flows through the rotating machine and the current flowing through the rotating machine exceeds a threshold value, the phase is set so that the current flowing through the rotating machine does not increase in preference to the phase operation by the normal operation means. To operate. For this reason, the phase operation can be started earlier than the start timing by the normal operation means so that the current flowing through the rotating machine does not increase. Thereby, when an overcurrent flows through the rotating machine, the current flowing through the rotating machine can be quickly limited. Therefore, it is possible to suitably avoid a decrease in the reliability of the rotating machine and the power converter.
(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回転機を備える車両(例えば、電気自動車やハイブリッド車)に適用した第1の実施形態について、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 machine according to the present invention is applied to a vehicle (for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle) including a rotating machine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
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、「電力変換器」としてのインバータ20、モータジェネレータ10を制御対象とする制御装置(以下、MGECU30)、及び車両制御を統括する制御装置(以下、HVECU40)を備えている。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、埋め込み磁石同期機(IPMSM)を用いている。
As shown in FIG. 1, the motor control system includes a
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」としての高電圧バッテリ22に接続されている。高電圧バッテリ22の出力電圧は、例えば百V以上である。なお、高電圧バッテリ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
インバータ20は、高電位側(上アーム側)のスイッチング素子S¥p(¥=U,V,W)及び低電位側(下アーム側)のスイッチング素子S¥nの直列接続体を備えている。詳しくは、インバータ20は、3組のスイッチング素子S¥p,S¥nの直列接続体を備え、スイッチング素子S¥p,S¥nの接続点は、モータジェネレータ10の¥相に接続されている。ちなみに、本実施形態では、上記スイッチング素子S¥#(#=p,n)として、電圧制御形の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、スイッチング素子S¥#には、フリーホイールダイオードD¥#が逆並列に接続されている。
The
モータ制御システムは、さらに、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、モータジェネレータ10のW相に流れる電流を検出するW相電流センサ42W、インバータ20の入力電圧(高電圧バッテリ22から出力される直流電圧)を検出する電圧センサ44、及びモータジェネレータ10の回転角(電気角θ)を検出する回転角センサ46(例えばレゾルバ)を備えている。
The motor control system further includes a V-phase
MGECU30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)をその指令値(以下、指令トルク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、MGECU30は、インバータ20を構成するスイッチング素子S¥#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、操作信号g¥#を生成し、生成された操作信号g¥#を駆動回路Dr¥#(ゲート駆動回路)に対して出力する。ここで、上アーム側の操作信号g¥pと、対応する下アーム側の操作信号g¥nとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アーム側のスイッチング素子S¥pと、対応する下アーム側のスイッチング素子S¥nとは、交互にオン状態とされる。
The MGECU 30 is composed mainly of a microcomputer, and operates the
HVECU40は、MGECU30の外部に設けられ、MGECU30よりも上位の車載制御装置である。HVECU40は、ユーザの操作対象とされるアクセルペダルの操作量等に基づき、モータジェネレータ10の指令トルクTrq*を設定する。HVECU40は、設定された指令トルクTrq*をMGECU30に対して出力する。なお、本実施形態において、HVECU40が「指令値設定手段」に相当する。
The HVECU 40 is a vehicle-mounted control device that is provided outside the MGECU 30 and is higher than the MGECU 30. The HVECU 40 sets the command torque Trq * of the
続いて、図2を用いて、MGECU30によって実行されるモータジェネレータ10のトルクフィードバック制御について説明する。
Next, torque feedback control of the
2相変換部30a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θ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2相回転座標系(dq座標系)における電流であるd軸電流idr及びq軸電流iqrに変換する。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。
The two-phase conversion unit 30a is based on the V-phase current iv detected by the V-
速度算出部30bは、回転角センサ46によって検出された電気角θに基づき、電気角速度ωを算出する。
The
指令電圧算出部30cは、指令トルク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、2相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振幅指令値(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、インバータ20の出力電圧ベクトルの振幅Vは、上記出力電圧ベクトルのd軸成分vdの2乗値及びq軸成分の2乗値の和の平方根として定義される。また、電圧振幅Vnは、例えば、指令トルクTrq*及び電圧振幅Vnが関係付けられたマップを用いて算出すればよい。
The command
速度乗算部30d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。
The
第1のローパスフィルタ30eは、2相変換部30aによって算出されたd軸電流idrから高周波成分を除去する。また、第2のローパスフィルタ30fは、2相変換部30aによって算出されたq軸電流iqrから高周波成分を除去する。
The first low-
高周波成分が除去されたd軸電流idr及びq軸電流iqrは、トルク推定器30gに入力される。トルク推定器30gは、高周波成分が除去されたd軸電流idr及び高周波成分が除去されたq軸電流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との関係を記憶し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。なお、本実施形態において、トルク推定器30gが「トルク推定手段」を構成する。
The d-axis current idr and q-axis current iqr from which the high-frequency component has been removed are input to the
トルク偏差算出部30hは、指令トルクTrq*から推定トルクTeを減算することでトルク偏差ΔTを算出する。
The torque
位相算出部30iは、トルク偏差ΔTに基づき、推定トルクTeを指令トルク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(以下、FB電圧位相δfb)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FB電圧位相δfbを算出する。ここでは、指令トルクTrq*に対して推定トルクTeが不足する場合にFB電圧位相δfbを増大(進角)させ、指令トルクTrq*に対して推定トルクTeが過剰となる場合に、FB電圧位相δfbを減少(遅角)させるようにする。なお、FB電圧位相δfbは、q軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向(q軸の正方向からd軸の負方向へと回転する方向)が正方向として定義される。 Based on the torque deviation ΔT, the phase calculation unit 30i calculates a voltage phase (hereinafter referred to as FB voltage phase δfb) as an operation amount for performing feedback control of the estimated torque Te to the command torque Trq *. Specifically, the FB voltage phase δfb is calculated by proportional integral control using the torque deviation ΔT as an input. Here, the FB voltage phase δfb is increased (advanced) when the estimated torque Te is insufficient with respect to the command torque Trq *, and the FB voltage phase when the estimated torque Te is excessive with respect to the command torque Trq *. δfb is decreased (retarded). The FB voltage phase δfb is defined with the positive direction of the q axis as a reference, and the counterclockwise direction from this reference (the direction rotating from the positive direction of the q axis to the negative direction of the d axis) is defined as the positive direction. .
なお、本実施形態において、指令電圧算出部30c、速度乗算部30d、トルク偏差算出部30h及び位相算出部30iが、モータジェネレータ10のトルクを指令トルクTrq*に制御すべく、電圧振幅Vn及びFB電圧位相δfbを操作する「通常操作手段」を構成する。
In this embodiment, the command
電流振幅算出部30jは、2相変換部30aによって算出されたd軸電流idr及びq軸電流iqrに基づき、電流ベクトルの振幅Inを算出する。ここで、電流ベクトルの振幅Inは、d軸電流idrの2乗値及びq軸電流iqrの2乗値の和の平方根として定義される。
The current
電圧位相制限部30kは、位相算出部30iによって算出されたFB電圧位相δfbを制限して操作信号生成部30lに出力する。なお、電圧位相制限部30kについては、後に詳述する。
The
操作信号生成部30lは、速度乗算部30dから出力された電圧振幅Vnと、電圧位相制限部30kから出力されたFB電圧位相δfb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、操作信号g¥#を生成して駆動回路Dr¥#に出力する。
The operation signal generation unit 30l operates based on the voltage amplitude Vn output from the
詳しくは、操作信号生成部30lは、まず、入力電圧VINVで電圧振幅Vnを規格化した値である変調率Mを算出する。詳しくは、入力電圧VINVの「1/2」で電圧振幅Vnを除算することで変調率Mを算出する。そして、操作信号生成部30lは、変調率M毎に、電気角θ1周期における操作信号の波形(パルスパターン)をマップデータとして記憶している。操作信号生成部30lは、算出された変調率Mに該当するパルスパターンを選択する。ここで、パルスパターンは、MGECU30の備えるROM等のメモリ32に予め記憶されている。
Specifically, the operation
パルスパターンが選択されると、操作信号生成部30lは、パルスパターンの出力タイミングをFB電圧位相δfbに基づき設定することで、操作信号g¥#を生成する。
When the pulse pattern is selected, the operation
ちなみに、本実施形態では、変調率Mが第1の規定値Ma(例えば1.15)以下となる場合、インバータ20の出力電圧(具体的には、線間電圧)を電気角速度ωの正弦波とする正弦波制御が行われる。一方、変調率Mが第1の規定値Maを超える過変調領域の場合、過変調制御が行われる。過変調領域においてインバータ20出力電圧に含まれる基本波成分の振幅又は実効値は、インバータ20の出力電圧を正弦波とする場合にインバータ20の出力電圧に含まれる基本波成分の振幅又は実効値よりも大きくなる。特に本実施形態では、変調率Mが第1の規定値Maよりも高い第2の規定値Mb(例えば1.27)となる場合、矩形波制御(1パルス制御)が行われる。矩形波制御が行われる場合、パルスパターンとして、電気角θ1周期において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回ずつとされるパルスパターン(1パルス波形)が選択される。
Incidentally, in the present embodiment, when the modulation factor M is equal to or less than the first specified value Ma (for example, 1.15), the output voltage (specifically, the line voltage) of the
続いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。この処理は、MGECU30によって実行され、上下アーム短絡等によってモータジェネレータ10及びインバータ20に過電流が流れる場合にモータジェネレータ10及びインバータ20の信頼性の低下を回避するための処理である。詳しくは、電流振幅算出部30jによって算出された電流振幅Inが所定値Iα(「閾値」に相当)を超えたと判断された場合、最優先で電流振幅Inが増加しないように、FB電圧位相δfbを操作する処理を行う。
Subsequently, the voltage phase limiting process according to the present embodiment will be described. This process is executed by the
図3に、本実施形態にかかる電圧位相制限処理の手順を示す。この処理は、MGECU30によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 3 shows the procedure of the voltage phase limiting process according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、電流振幅Inが所定値Iαを超えたか否かを判断する。ここで、所定値Iαは、例えば、モータジェネレータ10及びスイッチング素子S¥#の信頼性を維持可能な電流(モータジェネレータ10に流れる相電流や、インバータ20を構成するスイッチング素子S¥#に流れる電流)の上限値に対して安全側にマージンを持って設定すればよい。
In this series of processing, first, in step S10, it is determined whether or not the current amplitude In exceeds a predetermined value Iα. Here, the predetermined value Iα is, for example, a current capable of maintaining the reliability of the
ステップS10において肯定判断された場合には、ステップS12に進み、電圧位相制限部30kにおいて、電流振幅Inを所定値Iαを超えた時(上記ステップS10で肯定判断された時)の電圧位相でFB電圧位相δfbを制限する制限処理を実施する。これにより、FB電圧位相δfbの進角が禁止され、電流振幅Inの増加を回避する。ここで、FB電圧位相δfbの進角を禁止することで、電流振幅Inの増加を回避できるのは、図4に示すように、FB電圧位相δfbを進角させると電流振幅Inが増加する一方、FB電圧位相δfbを遅角させると電流振幅Inが減少するためである(力行の場合)。ここで、図4(a)は、力行時のある電圧振幅Vn及びモータジェネレータ10のある回転速度条件におけるFB電圧位相δfb及びモータジェネレータ10のトルクの関係を示し、図4(b)は、力行時のある電圧振幅Vn及びモータジェネレータ10のある回転速度条件におけるFB電圧位相δfb及び電流振幅Inの関係を示す図である。
If an affirmative determination is made in step S10, the process proceeds to step S12, and the
なお、本実施形態において、電流振幅算出部30j及び電圧位相制限部30kが「優先操作手段」を構成する。
In the present embodiment, the
続くステップS14では、HVECU40に対して指令トルクTrq*の低下指示を行う。この処理は、モータジェネレータ10及びインバータ20に過電流が流れる状況を早期に解消するための処理である。つまり、本実施形態では、MGECU30の外部装置であるHVECU40からMGECU30へと指令トルクTrq*が入力される。ここで、MGECU30が実行主体となる電圧位相制限処理によって電流振幅Inが制限されたとしても、電流振幅Inが制限されていることをHVECU40に対して通知しなければ、HVECU40はアクセルペダルの操作量等に基づき設定される指令トルクTrq*をMGECU30に対して出力し続けることとなる。この場合、例えばアクセルペダルの操作量が小さくならない限り、電流振幅Inが所定値Iαを超えようとする状況が継続され得る。こうした問題に対処すべく、本ステップの処理を設けた。なお、本実施形態において、本ステップの処理が「指示手段」を構成する。
In the subsequent step S14, a command to decrease the command torque Trq * is issued to the
先の図3に戻り、続くステップS16では、モータジェネレータ10のトルクが制限されている旨をユーザに報知する報知処理を行う。ここで、報知処理は、例えば、車両に設けられたMILを点灯させる処理とすればよい。
Returning to FIG. 3, in the subsequent step S <b> 16, notification processing for notifying the user that the torque of the
なお、上記ステップS10において否定判断された場合や、ステップS16の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。 When a negative determination is made in step S10 or when the process of step S16 is completed, this series of processes is temporarily terminated.
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)電流振幅Inが所定値Iαを超えたと判断された場合、電圧位相制限部30kによってFB電圧位相δfbを制限する制限処理を実施した。このため、トルクフィードバック制御によるFB電圧位相δfbの操作に優先して、電流振幅Inが増加しないようにFB電圧位相δfbを制限することができる。これにより、モータジェネレータ10に流れる電流が増加しないようにFB電圧位相δfbの操作を開始するタイミングを、トルクフィードバック制御によってFB電圧位相δfbの操作を開始タイミングよりも早くすることができる。これにより、モータジェネレータ10及びインバータ20に過電流が流れる場合に、モータジェネレータ10及びインバータ20に流れる電流を迅速に制限することができる。したがって、モータジェネレータ10及びインバータ20の信頼性の低下を好適に回避することができる。
(1) When it is determined that the current amplitude In exceeds the predetermined value Iα, the voltage
(2)電流振幅Inが所定値Iαを超えたと判断される期間において、HVECU40に対して指令トルクTrq*の低下を指示した。これにより、モータジェネレータ10及びインバータ20に過電流が流れる状況を早期に解消することができる。
(2) In the period in which the current amplitude In is determined to exceed the predetermined value Iα, the
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、電圧位相制限処理を変更する。 In the present embodiment, the voltage phase limiting process is changed.
図5に、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図を示す。なお、図5において、先の図2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。なお、本実施形態では、所定値Iαを第1の所定値(「第1の閾値」に相当)と称すこととする。ここで、本実施形態にかかる第1の所定値Iαの設定手法は、上記第1の実施形態における設定手法と同じものに限らない。例えば、第1の所定値Iαを、例えば、モータジェネレータ10及びスイッチング素子S¥#の信頼性を維持可能な電流の上限値に設定してもよい。
FIG. 5 shows a block diagram of torque feedback control according to the present embodiment. In FIG. 5, the same processes as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals for the sake of convenience. In the present embodiment, the predetermined value Iα is referred to as a first predetermined value (corresponding to a “first threshold value”). Here, the setting method of the first predetermined value Iα according to the present embodiment is not limited to the same setting method as in the first embodiment. For example, the first predetermined value Iα may be set to the upper limit value of the current that can maintain the reliability of the
図示されるように、電流偏差算出部30mは、第1の所定値Iαよりも小さい第2の所定値Iβ(「第2の閾値」に相当)から電流振幅Inを減算することで、電流偏差ΔIを算出する。
As illustrated, the current
積分器30nは、電流偏差ΔIに基づく積分制御によって電圧位相(以下、制限電圧位相δs)を算出する。制限電圧位相δsは、電流振幅Inを第2の所定値Iβにフィードバック制御するための操作量となる。算出された制限電圧位相δsは、電圧位相制限部30k及び切替部30pに対して出力される。
The integrator 30n calculates a voltage phase (hereinafter, limited voltage phase δs) by integral control based on the current deviation ΔI. The limit voltage phase δs is an operation amount for feedback control of the current amplitude In to the second predetermined value Iβ. The calculated limit voltage phase δs is output to the
切替部30pは、操作信号生成部30lに入力すべき電圧位相の供給源を、電圧位相制限部30k又は積分器30nから選択する。
The
ちなみに、本実施形態において、電流振幅算出部30j、電圧位相制限部30k、電流偏差算出部30m、積分器30n及び切替部30pが「優先操作手段」を構成する。
Incidentally, in the present embodiment, the current
続いて、図6を用いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。ここで、図6は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、MGECU30によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図6において、先の図3に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
Next, the voltage phase limiting process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the above processing. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、ステップS10において肯定判断された場合には、ステップS18に進む。ステップS18では、HVECU40に対する指令トルクTrq*の低下指示を開始する。そして、ステップS20では、モータジェネレータ10のトルクが制限されている旨のユーザへの報知を開始する。
In this series of processes, if an affirmative determination is made in step S10, the process proceeds to step S18. In step S18, an instruction to decrease the command torque Trq * to the
続くステップS22では、積分器30nによって算出された制限電圧位相δsが操作信号生成部30lに入力されるように切替部30pを操作する。ここで、本実施形態では、切替部30pの操作によって制限電圧位相δsが操作信号生成部30lに入力される期間においてのみ積分器30nを動作させる。このため、本ステップの処理が実行されることで、積分器30nにおいて電流偏差ΔIを入力とした制限電圧位相δsの算出が開始される。
In subsequent step S22, the
続くステップS24では、電流振幅Inが第2の所定値Iβまで低下したと判断されるまで待機する。続くステップS26では、積分器30nから出力される現在の制限電圧位相δsを電圧位相基準値δstaとする。 In the subsequent step S24, the process waits until it is determined that the current amplitude In has decreased to the second predetermined value Iβ. In the subsequent step S26, the current limit voltage phase δs output from the integrator 30n is set as the voltage phase reference value δsta.
続くステップS28では、位相算出部30iによって算出されたFB電圧位相δfbが操作信号生成部30lに入力されるように切替部30pを操作する。これにより、積分器30nの動作が停止され、また、積分器30nにおける積算値がリセットされる。
In subsequent step S28, the
続くステップS30では、位相算出部30iによって算出されたFB電圧位相δfbが電圧位相基準値δsta以下になったか否かを判断する。この処理は、操作信号生成部30lに入力すべき電圧位相の供給源が積分器30nから位相算出部30iに切り替えられることに起因して、電流振幅Inが第1の所定値Iαに向かって再度上昇する事態を回避するための処理である。つまり、ステップS24において電流振幅Inが第2の所定値Iβまで低下したと判断された場合であっても、位相算出部30iから出力されるFB電圧位相δfbは、未だ過電流を抑制可能なレベルまで低下していないことがある。こうした状況で操作信号生成部30lに入力すべき電圧位相の供給源が積分器30nから位相算出部30iに切り替えられると、電流振幅Inが第1の所定値Iαに向かって上昇する。こうした事態を回避すべく、本ステップの処理を設けた。 In the subsequent step S30, it is determined whether or not the FB voltage phase δfb calculated by the phase calculation unit 30i is equal to or less than the voltage phase reference value δsta. This processing is performed again when the current amplitude In is directed toward the first predetermined value Iα because the supply source of the voltage phase to be input to the operation signal generation unit 30l is switched from the integrator 30n to the phase calculation unit 30i. This is a process for avoiding a rising situation. That is, even when it is determined in step S24 that the current amplitude In has decreased to the second predetermined value Iβ, the FB voltage phase δfb output from the phase calculation unit 30i is still at a level at which overcurrent can be suppressed. It may not have dropped. In such a situation, when the supply source of the voltage phase to be input to the operation signal generation unit 30l is switched from the integrator 30n to the phase calculation unit 30i, the current amplitude In increases toward the first predetermined value Iα. In order to avoid such a situation, the processing of this step is provided.
ステップS30において否定判断された場合には、ステップS32に進み、電圧位相制限部30kにおいてFB電圧位相δfbを電圧位相基準値δstaで制限する。すなわち、FB電圧位相δfbが電圧位相基準値δstaを上回ろうとする間は、電圧位相制限部30kによってFB電圧位相δfbが電圧位相基準値δstaとされる。ステップS32の処理の完了後、ステップS30に戻る。
If a negative determination is made in step S30, the process proceeds to step S32, and the
ちなみに、本実施形態では、ステップS30の処理において否定判断される期間以外の期間において、電圧位相制限部30kを機能させない。このため、ステップS30の処理において否定判断される期間以外の期間において、位相算出部30iによって算出されたFB電圧位相δfbは、電圧位相制限部30kにおいて制限されることはない。
Incidentally, in this embodiment, the
一方、上記ステップS30において肯定判断された場合には、ステップS34に進み、HVECU40に対する指令トルクTrq*の低下指令を解除し、また、ユーザへの報知処理を解除する。
On the other hand, if an affirmative determination is made in step S30, the process proceeds to step S34, where the command for reducing the command torque Trq * for the
ちなみに、ステップS34の処理が完了した場合や、上記ステップS10において否定判断された場合には、位相算出部30iによって算出されたFB電圧位相δfbに基づき操作信号g¥#が生成される通常のトルクフィードバック制御が行われることとなる。 Incidentally, when the process of step S34 is completed, or when a negative determination is made in step S10, the normal torque that generates the operation signal g ¥ # based on the FB voltage phase δfb calculated by the phase calculation unit 30i. Feedback control is performed.
以上説明した本実施形態によれば、上記第1の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described above, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the following effects can be obtained.
(3)電流振幅Inが第1の所定値Iαを超えたと判断された場合、トルクフィードバック制御による電圧位相の操作に優先して、電流振幅Inが第1の所定値Iαよりも小さい第2の所定値Iβになるように電圧位相を操作した。このため、通常のトルクフィードバック制御を開始するに際し、モータジェネレータ10に流れる電流を安全なレベルまで低下させることができる。これにより、モータジェネレータ10及びインバータ20の信頼性の低下をいっそう好適に回避することができる。
(3) When it is determined that the current amplitude In exceeds the first predetermined value Iα, the second current amplitude In is smaller than the first predetermined value Iα in preference to the voltage phase operation by the torque feedback control. The voltage phase was manipulated to a predetermined value Iβ. For this reason, when starting normal torque feedback control, the current flowing through
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第2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。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
本実施形態では、トルクを直接の制御量とするトルクフィードバック制御に代えて、電流を直接の制御量とする電流フィードバック制御を行う。詳しくは、指令トルクTrq*を実現するための指令電流とモータジェネレータ10に流れる電流とが一致するように、スイッチング素子S¥#をオンオフ操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ10のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ10に流れる電流を直接の制御量として、これを指令電流に制御する。
In this embodiment, instead of torque feedback control using torque as a direct control amount, current feedback control using current as a direct control amount is performed. Specifically, switching element S ¥ # is turned on / off so that the command current for realizing command torque Trq * matches the current flowing in
図7に、本実施形態にかかる電流フィードバック制御のブロック図を示す。なお、図7において、先の図5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. 7 shows a block diagram of current feedback control according to the present embodiment. In FIG. 7, the same processes as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、指令電流算出部30qは、指令トルクTrq*及び電気角速度ωに基づき、2相回転座標系における電流の指令値であるd軸指令電流id*と、q軸指令電流iq*とを算出する。なお、d軸指令電流id*及びq軸指令電流iqは、例えば、指令トルクTrq*及び電気角速度ωと、d軸指令電流id*及びq軸指令電流iqとが関係付けられたマップを用いて算出すればよい。
As shown in the figure, the command
d軸偏差算出部30r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。一方、q軸偏差算出部30s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。
The d-axis deviation calculating unit 30r calculates the d-axis current deviation Δid by subtracting the d-axis current idr from the d-axis command current id *. On the other hand, the q-axis
d軸指令電圧算出部30tは、d軸電流idrをd軸指令電流id*にフィードバック制御するための操作量としてd軸上の指令電圧vd*を算出する。具体的には、d軸電流偏差Δidに基づく比例積分制御によってd軸上の指令電圧vd*を算出する。一方、q軸指令電圧算出部30uは、q軸電流iqrをq軸指令電流iq*にフィードバック制御するための操作量としてq軸上の指令電圧vq*を算出する。具体的には、q軸電流偏差Δiqに基づく比例積分制御によってq軸上の指令電圧vq*を算出する。
The d-axis command
振幅位相算出部30vは、d軸指令電圧vd*及びq軸指令電圧vq*に基づき、電圧振幅Vn及びFB電圧位相δfbを算出する。電圧振幅Vnは、操作信号生成部30lに出力され、FB電圧位相δfbは、電圧位相制限部30kに出力される。
The amplitude
なお、本実施形態において、指令電流算出部30q、d軸偏差算出部30r、q軸偏差算出部30s、d軸指令電圧算出部30t、q軸指令電圧算出部30u及び振幅位相算出部30vが「通常操作手段」を構成する。
In this embodiment, the command
以上説明した電流フィードバック制御系であっても、第1のローパスフィルタ30e及び第2のローパスフィルタ30fが設けられていることから、過電流を迅速に絞ることができなくなり得る。このため、以上説明した本実施形態によれば、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
Even in the current feedback control system described above, since the first low-
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第2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。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
本実施形態では、電圧位相制限処理を変更する。 In the present embodiment, the voltage phase limiting process is changed.
図8に、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図を示す。なお、図8において、先の図5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. 8 shows a block diagram of torque feedback control according to the present embodiment. In FIG. 8, the same processes as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態では、電流偏差算出部30m及び積分器30nが除去されている。本実施形態では、これらに代えて、電圧位相漸減部30wが備えられている。電圧位相漸減部30wには、電流振幅In、第2の所定値Iβ及びFB電圧位相δfbが入力される。ちなみに、本実施形態において、電流振幅算出部30j、電圧位相制限部30k、切替部30p及び電圧位相漸減部30wが「優先操作手段」を構成する。
As illustrated, in the present embodiment, the current
続いて、図9を用いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。ここで、図9は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、MGECU30によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図9において、先の図6に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
Next, the voltage phase limiting process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the above processing. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、ステップS10において肯定判断された場合、ステップS18〜S22を経由してステップS36、S38、S24に進む。これらステップでは、ステップS10において肯定判断された時におけるFB電圧位相δfbを初期値δ1として、電流振幅Inが第2の所定値Iβまで低下したと判断されるまで、制御周期毎に、初期値δ1から所定量Δ(例えば2°)ずつ減算する。そして、制御周期毎に減算された値を制限電圧位相δsとして出力する。この処理は、電圧位相漸減部30wにおいて行われる。この処理によれば、ステップS24において肯定判断されるまで、制限電圧位相δsがその初期値δ1から漸減することとなる。
In this series of processes, when an affirmative determination is made in step S10, the process proceeds to steps S36, S38, and S24 via steps S18 to S22. In these steps, the FB voltage phase δfb when an affirmative determination is made in step S10 is set to the initial value δ1, and the initial value δ1 is set for each control period until it is determined that the current amplitude In has decreased to the second predetermined value Iβ. Is subtracted by a predetermined amount Δ (for example, 2 °). Then, the value subtracted for each control cycle is output as the limit voltage phase δs. This process is performed in the voltage phase
なお、ステップS10において否定判断された場合や、ステップS34の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。 If a negative determination is made in step S10, or if the process of step S34 is completed, this series of processes is temporarily terminated.
以上説明した本実施形態によっても、上記第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
(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.
・フィードバック制御系におけるローパスフィルタの設置位置としては、上記第1の実施形態に例示したものに限らない。例えば、図10に示すように、第1のローパスフィルタ30e及び第2のローパスフィルタ30fを除去し、トルク推定器30gの出力側に、推定トルクから高周波成分を除去するローパスフィルタ30xを設けてもよい。
The installation position of the low-pass filter in the feedback control system is not limited to that exemplified in the first embodiment. For example, as shown in FIG. 10, the first low-
・電流振幅Inの算出手法としては、上記各実施形態で示したものに限らない。例えば、FFTによってモータジェネレータ10の相電流に含まれる1次成分の振幅を上記電流振幅Inとして算出してもよい。また、例えば、相電流の1周期のピーク値、又は相電流の実効値に基づき、上記電流振幅Inを算出してもよい。さらに、電圧位相を制限するために用いるパラメータとしては、電流振幅Inに限らず、上記ピーク値又は実効値であってもよい。
The method for calculating the current amplitude In is not limited to the method shown in the above embodiments. For example, the amplitude of the primary component included in the phase current of the
・本発明の適用対象としては、制御量(トルク又は2相回転座標系の電流)をその指令値にフィードバック制御する制御システムに限らず、制御量を指令値にフィードフォワード制御する制御システムであってもよい。 The application target of the present invention is not limited to a control system that feedback-controls a controlled variable (torque or current in a two-phase rotating coordinate system) to its command value, but is a control system that feed-forward-controls a controlled variable to the command value. May be.
・「回転機」として、IPMSMに限らず、表面磁石同期機(SPMSM)や巻線界磁型同期機であってもよい。ここで、例えば上記第1の実施形態においてSPMSMを採用する場合、回転機のトルクがq軸電流によって定まることから、制御システムは、実質、電流フィードバック制御によって構成されることとなる。 -"Rotating machine" is not limited to IPMSM, but may be a surface magnet synchronous machine (SPMSM) or a wound field type synchronous machine. Here, for example, when the SPMSM is employed in the first embodiment, since the torque of the rotating machine is determined by the q-axis current, the control system is substantially configured by current feedback control.
また、「回転機」としては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、「回転機」としては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、車載補機として用いられるものであってもよい。加えて、「回転機」としては、車載式のものに限らない。 Further, the “rotating machine” is not limited to a synchronous machine and may be, for example, an induction machine. Furthermore, the “rotating machine” is not limited to being used as an in-vehicle main machine, but may be used as an in-vehicle auxiliary machine such as an electric power steering device or an electric motor constituting an air-conditioning electric compressor. In addition, the “rotating machine” is not limited to a vehicle-mounted type.
10…モータジェネレータ、20…インバータ、30…MGECU。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記トルク推定手段において前記制御量としてのトルクの推定に用いられる前記電流から高周波成分を除去するフィルタ(30e,30f)と、
推定された前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるFB電圧位相を算出し、算出した前記FB電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段(30c,30d,30h,30i)と、
前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第1の閾値を超えた場合、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記FB電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段(30j,30k,30m,30n,30p;30k,30m,30p,30w)と、
を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 Torque estimating means (30g) for estimating the torque of the rotating machine as a control amount of the rotating machine based on a current flowing through the rotating machine (10) electrically connected to the power converter (20) ;
Filters (30e, 30f) for removing high-frequency components from the current used for estimation of torque as the control amount in the torque estimation means;
An FB voltage phase that is a phase of the output voltage of the power converter is calculated as an operation amount for feedback control of the estimated control amount to the command value, and the power conversion is performed based on the calculated FB voltage phase. Normal operating means (30c, 30d, 30h, 30i ) for operating the vessel ;
When the current from which the high-frequency component is not removed by the filter exceeds a first threshold value, the current from which the high-frequency component is not removed by the filter becomes a second threshold value that is smaller than the first threshold value. Calculating a limiting voltage phase that is a phase of the output voltage that reduces the current from which the high frequency component has not been removed by the filter, and replacing the calculated FB voltage phase by the normal operation means with the calculated limiting voltage Priority operating means ( 30j, 30k, 30m, 30n, 30p; 30k, 30m, 30p, 30w) for operating the power converter based on the voltage phase ;
A control device for a rotating machine.
前記トルク推定手段において推定されたトルクから高周波成分を除去するフィルタ(30x)と、
前記フィルタによって高周波成分が除去されたトルクを前記回転機の制御量とし、前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるFB電圧位相を算出し、算出した前記FB電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段(30c,30d,30h,30i)と、
高周波成分を除去するフィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第1の閾値を超えた場合、前記高周波成分が除去されていない前記電流が前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで、前記高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記FB電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段(30j,30k,30m,30n,30p;30k,30m,30p,30w)と、
を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 Torque estimation means (30g) for estimating the torque of the rotating machine based on the current flowing through the rotating machine (10) electrically connected to the power converter (20) ;
A filter (30x) for removing high-frequency components from the torque estimated by the torque estimating means;
The torque from which the high frequency component has been removed by the filter is used as a control amount of the rotating machine, and an FB voltage phase that is a phase of the output voltage of the power converter is used as an operation amount for feedback control of the control amount to its command value Normal operation means (30c, 30d, 30h, 30i) for operating the power converter based on the calculated FB voltage phase;
When the current from which the high-frequency component has not been removed by the filter that removes the high-frequency component exceeds the first threshold, the current from which the high-frequency component has not been removed becomes a second threshold that is smaller than the first threshold. Until it becomes, the limit voltage phase that is the phase of the output voltage that reduces the current from which the high-frequency component is not removed is calculated, and the calculated limit is replaced with the FB voltage phase calculated by the normal operation means. Priority operating means (30j, 30k, 30m, 30n, 30p; 30k, 30m, 30p, 30w) for operating the power converter based on the voltage phase;
A control device for a rotating machine.
前記フィルタによって高周波成分が除去された前記電流を前記回転機の制御量とし、前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるFB電圧位相を算出し、算出した前記FB電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段(30q〜30v)と、
前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第1の閾値を超えた場合、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記FB電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段(30j,30k,30m,30n,30p)と、
を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 Filters (30e, 30f) for removing high-frequency components from the current of the two-phase rotating coordinate system flowing in the rotating machine (10) electrically connected to the power converter (20) ;
The current from which the high-frequency component has been removed by the filter is used as the control amount of the rotating machine, and the FB voltage that is the phase of the output voltage of the power converter is used as an operation amount for feedback control of the control amount to its command value Normal operation means (30q-30v) for calculating a phase and operating the power converter based on the calculated FB voltage phase;
If the current pre-Symbol high frequency component is not removed by the filter exceeds a first threshold value, the current high-frequency component is not removed is smaller second threshold than said first threshold value by the filter Until, the limit voltage phase which is the phase of the output voltage that reduces the current from which the high frequency component has not been removed by the filter is calculated, and the calculated FB voltage phase is replaced with the FB voltage phase calculated by the normal operation means. Priority operating means (30j, 30k, 30m, 30n, 30p) for operating the power converter based on a limiting voltage phase;
A control device for a rotating machine.
前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第1の閾値を超えた場合、前記指令値設定手段に対して前記指令値の低下指示を行う指示手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 The normal operation means is provided outside the control device, and the command value set by the command value setting means for setting the command value is input,
The apparatus further comprises instruction means for instructing the command value setting means to reduce the command value when the current from which the high frequency component has not been removed by the filter exceeds the first threshold value. Item 4. The control device for a rotating machine according to any one of Items 1 to 3 .
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