JP7099186B2 - Rotating electric machine control device - Google Patents
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Description
回転電機を回転駆動させる回転電機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a rotary electric machine that drives a rotary electric machine to rotate.
特許文献1には、回転電機を備えるシステムにおいて、回転電機の制御量を目標値にフィードバック制御するものが開示されている。特許文献1では、制御対象を、イナーシャや動粘性係数等の機械的な特性を用いてモデル化し、モデル化された制御対象の各要素に基づいて、フィードバック制御に用いられる各制御係数が定められる。
ところで、回転電機を共通化しつつ、システムの仕様に応じて回転電機に取り付ける回転体の形状や重さを異ならせる場合がある。この場合、回転体の差異により制御対象の機械的特性が異なるため、異なる回転体を備えるシステム間で、回転速度が変化する際の特性を示す応答性にばらつきが生じることが懸念される。応答性のばらつきを抑制するためには、各回転体に応じて制御対象をモデル化し、モデル化された制御対象の各要素から各制御係数の値を適合させる必要がある。そのため、回転体が異なるシステム毎に制御係数を適合する必要があり、システムの生産性が向上しないことが懸念される。 By the way, while standardizing the rotary electric machine, the shape and weight of the rotating body attached to the rotary electric machine may be different depending on the specifications of the system. In this case, since the mechanical characteristics of the controlled object differ due to the difference in the rotating body, there is a concern that the responsiveness showing the characteristics when the rotation speed changes may vary between the systems provided with the different rotating bodies. In order to suppress the variation in responsiveness, it is necessary to model the control target according to each rotating body and adapt the value of each control coefficient from each element of the modeled control target. Therefore, it is necessary to match the control coefficient for each system having a different rotating body, and there is a concern that the productivity of the system will not be improved.
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、回転体の差異に伴う回転速度の応答性のばらつきを抑制し、かつシステムの生産性を向上させることができる回転電機の制御装置を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has been made in view of the above problems, and provides a control device for a rotating electric machine capable of suppressing a variation in the responsiveness of a rotating speed due to a difference in a rotating body and improving the productivity of a system. With the goal.
上記課題を解決するために第1の発明では、回転体が回転軸に取り付けられた回転電機と、電源からの電力を変換し変換後の電力を前記回転電機に供給する電力変換部と、を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置に関する。制御装置は、前記回転電機の回転速度を取得する速度取得部と、取得された前記回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する速度分算出部と、取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の負荷トルクに相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を負荷操作量として算出する負荷分算出部と、前記フィードバック操作量に前記負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、前記電力変換部を操作する操作部と、を備える。 In order to solve the above problems, in the first invention, a rotary electric machine in which a rotating body is attached to a rotating shaft, and a power conversion unit that converts electric power from a power source and supplies the converted electric power to the rotary electric machine. It relates to the control device of the rotary electric machine applied to the system provided. The control device includes a speed acquisition unit that acquires the rotation speed of the rotary electric machine, a speed portion calculation unit that calculates a feedback operation amount for controlling the acquired rotation speed to a target value, and the acquired rotation speed. Based on the above, the load amount calculation unit that calculates the feed forward operation amount, which is a value corresponding to the load torque of the rotary electric machine and becomes larger as the rotation speed is larger, as the load operation amount, and the feedback operation amount. It includes an operation unit that operates the power conversion unit based on a command operation amount that is a value obtained by adding the load operation amount.
回転電機のトルクには、回転体の回転速度の増加に寄与する加減速トルクと、回転体の回転速度の増加に寄与しない負荷トルクと、が含まれる。そのため、回転電機のトルクに占める負荷トルクの割合に応じて、加減速トルクが異なるため、負荷トルクは回転電機の回転速度に対して応答性のばらつきを生じさせる要因となる。また、回転体の形状や重量等に応じて制御対象の機械的特性が異なるため、回転体の差異が負荷トルクを異ならせることが考えられる。ここで、本発明者は、回転体の回転速度が大きいほど負荷トルクが大きくなる関係性に着目し、回転体を回転させる回転電機の回転速度に基づいて、負荷トルクを補償するためのフィードフォワード操作量を算出するとの知見を得た。 The torque of the rotary electric machine includes an acceleration / deceleration torque that contributes to an increase in the rotation speed of the rotating body and a load torque that does not contribute to the increase in the rotation speed of the rotating body. Therefore, since the acceleration / deceleration torque differs depending on the ratio of the load torque to the torque of the rotary electric machine, the load torque causes a variation in responsiveness to the rotation speed of the rotary electric machine. Further, since the mechanical characteristics of the controlled object differ depending on the shape and weight of the rotating body, it is conceivable that the difference in the rotating body causes the load torque to differ. Here, the present inventor pays attention to the relationship that the load torque increases as the rotation speed of the rotating body increases, and feed forward for compensating the load torque based on the rotation speed of the rotating electric machine that rotates the rotating body. We obtained the knowledge that the operation amount is calculated.
この点、上記構成では、回転電機の回転速度に基づいて、回転電機の負荷トルクに相当する値であって、回転電機の回転速度が大きいほど大きくなるフィードフォワード操作量が負荷操作量として算出される。また、回転体の回転速度を目標値に制御するフィードバック操作量に、負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、電力変換部が操作される。これにより、負荷トルクを補償する負荷操作量が回転電機の回転速度から都度算出され、この負荷操作量を含む指令操作量により電力変換部が操作される。そのため、回転電機を共通化しつつ、システム毎に異なる回転体を備える場合でも、システム間での回転速度の応答性のばらつきを抑制することができる。これにより、回転体の差異に応じて制御係数を適合する必要がないため、システムの生産性を向上させることができる。 In this regard, in the above configuration, the feed forward operation amount, which is a value corresponding to the load torque of the rotary electric machine and increases as the rotation speed of the rotary electric machine increases, is calculated as the load operation amount based on the rotation speed of the rotary electric machine. To. Further, the power conversion unit is operated based on the command operation amount which is the value obtained by adding the load operation amount to the feedback operation amount for controlling the rotation speed of the rotating body to the target value. As a result, the load operation amount that compensates for the load torque is calculated each time from the rotation speed of the rotary electric machine, and the power conversion unit is operated by the command operation amount including this load operation amount. Therefore, it is possible to suppress variations in the responsiveness of the rotation speed between the systems even when different rotating bodies are provided for each system while standardizing the rotating electric machine. As a result, it is not necessary to match the control coefficient according to the difference in the rotating body, so that the productivity of the system can be improved.
第2の発明では、前記回転体はファンであり、前記負荷分算出部は、取得された前記回転速度を2乗した値に、正の値である負荷係数を積算した値を前記負荷操作量として算出する。 In the second invention, the rotating body is a fan, and the load calculation unit calculates the load operation amount by adding a positive value, which is a load coefficient, to the squared value of the acquired rotation speed. Calculated as.
回転体がファンである場合、回転速度の増加に応じて、負荷トルクが非線形に増加することが考えられる。この点、上記構成では、回転電機の回転速度を2乗した値に正の値である負荷係数を積算した値を負荷操作量として算出することとした。これにより、システム間でのファンの差異に伴う回転速度の応答性のばらつきを好適に抑制することができる。 When the rotating body is a fan, it is conceivable that the load torque increases non-linearly as the rotation speed increases. In this respect, in the above configuration, the value obtained by integrating the load coefficient, which is a positive value, into the squared value of the rotation speed of the rotary electric machine is calculated as the load operation amount. As a result, it is possible to suitably suppress the variation in the responsiveness of the rotation speed due to the difference in the fan between the systems.
第3の発明では、取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の動力損失に相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量として算出する損失分算出部を備え、前記操作部は、前記指令操作量から前記損失操作量を減算した値に基づいて、前記電力変換部を操作する。 In the third invention, the feed forward operation amount, which is a value corresponding to the power loss of the rotary electric machine and becomes larger as the rotation speed is larger, is calculated as the loss operation amount based on the acquired rotation speed. The operation unit operates the power conversion unit based on a value obtained by subtracting the loss operation amount from the command operation amount.
負荷操作量が加算された指令操作量により負荷トルクを補償する構成では、回転電機において負荷トルクにより相殺される外乱トルクの量が減少することにより、外乱トルクに起因する回転速度の変化が負荷トルクを補償しない場合よりも大きくなることが懸念される。特に、回転電機に対して正の外乱トルクが付与される場合、回転速度の変化が大きくなることにより、システムの安定性が悪化することが懸念される。そこで、回転電機の動力損失量に相当する値であって、回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量が損失操作量として算出される。そして、指令操作量から損失操作量を減算した値に基づいて、電力変換部が操作される。このため、電力変換部から回転電機へ供給される電力が損失操作量に応じて減算されることにより、外乱トルクに起因する回転速度の増加が抑制される。その結果、外乱トルクに起因するシステムの安定性の悪化が抑制され、システム間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。 In the configuration in which the load torque is compensated by the command operation amount to which the load operation amount is added, the amount of the disturbance torque offset by the load torque in the rotary electric machine is reduced, and the change in the rotation speed due to the disturbance torque is the load torque. It is feared that it will be larger than if it is not compensated. In particular, when a positive disturbance torque is applied to the rotary electric machine, there is a concern that the stability of the system may deteriorate due to a large change in the rotation speed. Therefore, the feed forward operation amount, which is a value corresponding to the power loss amount of the rotary electric machine and becomes larger as the rotation speed is higher, is calculated as the loss operation amount. Then, the power conversion unit is operated based on the value obtained by subtracting the loss operation amount from the command operation amount. Therefore, the electric power supplied from the power conversion unit to the rotary electric machine is subtracted according to the loss operation amount, so that the increase in the rotation speed due to the disturbance torque is suppressed. As a result, the deterioration of the stability of the system due to the disturbance torque can be suppressed, and the variation in the responsiveness between the systems can be suitably suppressed.
第4の発明では、前記損失分算出部は、前記回転電機の動力損失量に応じて大きな値となる損失量係数を前記回転速度に積算することにより前記損失操作量を算出する。 In the fourth invention, the loss amount calculation unit calculates the loss operation amount by integrating the loss amount coefficient, which becomes a large value according to the power loss amount of the rotary electric machine, into the rotation speed.
上記構成では、回転電機の動力損失量を回転速度に応じて線形に算出することができるため、制御装置の演算負荷を抑制することができる。 In the above configuration, the amount of power loss of the rotary electric machine can be calculated linearly according to the rotation speed, so that the calculation load of the control device can be suppressed.
第5の発明では、前記速度分算出部は、取得された前記回転速度を前記目標値にフィードバック制御するための前記フィードバック操作量を算出し、前記フィードバック制御における積分ゲインは、前記損失量係数が大きいほど大きいな値に定められている。 In the fifth invention, the speed calculation unit calculates the feedback operation amount for feedback-controlling the acquired rotation speed to the target value, and the integrated gain in the feedback control is the loss amount coefficient. The larger the value, the larger the value.
指令操作量から損失操作量を減算することにより負荷トルクを補償する構成では、指令操作量が損失操作量分だけ小さくなる。そのため、回転速度を目標値に制御するフィードバック制御を実施する場合、損失操作量の増加に応じて指令操作量が小さくなるほど、回転速度と目標値との間の定常偏差が収束しにくくなることが懸念される。この点上記構成では、フィードバック制御における積分ゲインは、損失量係数が大きいほど大きいな値に定められている。これにより、外乱トルクの抑制に伴い定常偏差が収束しにくくなることを適正に抑制することができる。その結果、システム間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。 In the configuration in which the load torque is compensated by subtracting the loss operation amount from the command operation amount, the command operation amount is reduced by the loss operation amount. Therefore, when performing feedback control that controls the rotation speed to the target value, the steady deviation between the rotation speed and the target value becomes more difficult to converge as the command operation amount decreases as the loss operation amount increases. I am concerned. In this respect, in the above configuration, the integrated gain in the feedback control is set to a value larger as the loss amount coefficient is larger. As a result, it is possible to appropriately suppress that the steady-state deviation becomes difficult to converge due to the suppression of the disturbance torque. As a result, variations in responsiveness between systems can be suitably suppressed.
<第1実施形態>
以下、本発明に係る冷却システムの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の冷却システムは車両のエンジンルーム内に搭載されており、車両のエンジンを冷却する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the cooling system according to the present invention will be described with reference to the drawings. The cooling system of the present embodiment is installed in the engine room of the vehicle and cools the engine of the vehicle.
図1に示す冷却システム100は、エンジンを流れる冷却水の放熱を行うラジエータ11と、ラジエータ11を流れる冷却水を空冷する冷却用ファン12と、冷却用ファン12を回転させるモータ20とを備えている。ラジエータ11は、往流路と復流路とで構成される図示しない冷却水通路を介してエンジンに連結されている。冷却用ファン12は、モータ20の回転軸20aに取り付けられており、車両の停車時や低速走行時などに応じてモータ20により回転駆動される。本実施形態では、冷却用ファン12が回転体に相当する。
The
モータ20は、U,V,Wの各相コイル21,22,23を備える交流駆動型の回転電機である。
The
冷却システム100は、電源としてのバッテリ110からの電力を変換し、変換後の電力をモータ20に供給するインバータ30と、モータ20の電気角θを検出する回転角検出部14と、インバータ30を制御する制御装置40と、を備えている。
The
インバータ30は、バッテリ110の正極端子及び負極端子に接続されており、バッテリ110から供給される直流電力をU,V、Wの3相交流電力に変換し、モータ20に供給する。本実施形態では、インバータ30は、U,V,Wの相毎に1組のスイッチング素子の直列接続体を有し、各直列接続体が並列接続されることにより構成される。各相のスイッチング素子の接続点は、動力線L1,L2,L3を介してモータ20のU,V,Wの各相コイル21~23に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置40から出力される操作信号により、オンオフ操作されることにより、各動力線L1~L3を介して各相コイル21~23に給電する。例えば、スイッチング素子はMOSFETにより構成されている。本実施形態では、インバータ30が電力変換部に相当する。
The
インバータ30と各相コイル21~23とを接続する動力線L1~L3には、電流検出部13が設けられている。電流検出部13は、U相コイル21に流れる電流をU相電流Iuとして検出するU相検出部13aと、V相コイル22に流れる電流をV相電流Ivとして検出するV相検出部13bと、W相コイル23に流れる電流をW相電流Iwとして検出するW相検出部13cとを備えている。U相検出部13aは、インバータ30とU相コイル21とを接続する動力線L1に設けられており、V相検出部13bは、インバータ30とV相コイル22とを接続する動力線L2に設けられており、W相検出部13cは、インバータ30とW相コイル23とを接続する動力線L3に設けられている。本実施形態では、電流検出部13を構成する各相検出部13a~13cは、例えばシャント抵抗により構成されている。なお、各相検出部13a~13cをホールICにより構成してもよい。
The power lines L1 to L3 connecting the
回転角検出部14は、モータ20の電気角θを検出する。そのため、この電気角θを微分することによりモータ20の回転速度ωrを算出することが可能となる。回転角検出部14は、例えば、レゾルバにより構成されている。
The rotation
制御装置40は、CPU、ROM、RAM及びI/OIFを備える周知のマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御装置40が提供する各機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
The
制御装置40は、モータ20の電気角θから、モータ20の回転速度ωrを算出し、算出した回転速度ωrを速度指令値ω*に制御する速度フィードバック制御を実施する。制御装置40は、徐変器41と、電流指令値算出部42と、電流制御部43と、電圧指令値算出部44と、3相2相座標変換部45とを備えている。本実施形態では、制御装置40が速度取得部に相当する。
The
徐変器41には、モータ20の回転速度ωrの目標値を示す速度指令値ω*が入力される。徐変器41は、速度指令値ω*の変化に応じて、速度指令値ω*を徐変させた値を出力する。
A speed command value ω * indicating a target value of the rotation speed ωr of the
電流指令値算出部42は、回転速度ωrを取得し、この回転速度ωrを徐変後の速度指令値ω*に制御するためのフィードバック操作量を算出する。本実施形態では、電流指令値算出部42は、フィードバック操作量として、dq座標上の値であるq軸電流指令値Iq*を算出する。ここで、dq座標を規定する各軸のうち、q軸は、有効電流成分、即ち、モータ20のトルクに寄与する電流であるトルク電流成分の軸である。なお、d軸は、無効電流成分、即ち、モータ20の回転に伴う回転磁界に寄与する電流である励磁電流成分の軸である。
The current command
3相2相座標変換部45は、モータ20の電気角θに基づいて、各相電流Iu、Iv、Iwをdq座標上の値であるq軸電流Iqrに変換する。
The three-phase two-phase coordinate
電流制御部43は、q軸電流指令値Iq*からq軸電流Iqrを減算した値を、電流偏差ΔIqとして算出する。
The
電圧指令値算出部44は、電流制御部43により算出された電流偏差ΔIqに基づいて、インバータ30のU,V,Wの各相半導体スイッチを操作するための操作信号GSを算出する。本実施形態では、電圧指令値算出部44は、まず、電流偏差ΔIqと、モータ20の電気角θとに基づいて、電流偏差ΔIqからU,V,Wの各相コイル21~23の印加電圧であるU相電圧、V相電圧、W相電圧を算出する。そして、U相電圧に基づいてインバータ30のU相スイッチを操作するための操作信号GSuを算出し、V相電圧に基づいてV相スイッチを操作するための操作信号GSvを算出し、W相電圧に基づいてW相スイッチを操作するための操作信号GSwを算出する。本実施形態では、電流制御部43と、電圧指令値算出部44とが操作部に相当する。
The voltage command
図2は、比較例における冷却システム100の各機能をモデル化したブロック図である。図2では、ブロック400は、制御装置40の機能をモデル化したものであり、ブロック200は、制御対象であるモータ20の機能をモデル化したものである。
FIG. 2 is a block diagram modeling each function of the
ブロック400の偏差算出ブロック401により、速度指令値ω*から回転速度ωrが減算された値が速度偏差Δωとなる。指令値算出ブロック402により、速度偏差Δωを速度フィードバック制御した値が、q軸電流指令値Iq*となる。本実施形態では、指令値算出ブロック402は、フィードバック制御としてPI制御(比例積分制御)を実施し、速度偏差Δωに積算される比例ゲインKPと、速度偏差Δωの積分値に積算される積分ゲインKIとにより構成されている。
The value obtained by subtracting the rotation speed ωr from the speed command value ω * by the deviation calculation block 401 of the
ブロック200のモータトルクブロック201により、q軸電流指令値Iq*にモータトルク係数KTが乗算された値がモータトルクT1となる。モータトルクT1は、q軸電流指令値Iq*に応じてモータ20が出力できる総トルクを示す。ここで、モータトルクT1には、冷却用ファン12の回転速度ωrの増加に寄与する加減速トルクT2と、冷却用ファン12の回転速度ωrの増加に寄与しない負荷トルクT3とが含まれる。そのため、減算ブロック202によりモータトルクT1から負荷トルクT3が減算された値が、加減速トルクT2となる。特性ブロック203により、加減速トルクT2にモータ20及び冷却用ファン12の機械的特性に応じた伝達関数(=1/(sJ+D1))を積算した値が冷却用ファン12の回転速度ωrとなる。なお、Jはモータ20及び冷却用ファン12の合成イナーシャ[kg/m^2]であり、D1はモータ20の動粘性係数(Nm/(rad/s))である。
The motor torque T1 is obtained by multiplying the q-axis current command value Iq * by the motor torque coefficient KT by the
ところで、冷却システム100において、モータ20を共通化しつつ、仕様に応じて冷却用ファン12の形状や重さを異ならせる場合がある。この場合、冷却用ファン12の差異により制御対象の機械的特性が異なるため、異なる冷却用ファン12を備える冷却システム100間で、回転速度の応答性にばらつきが生じることが懸念される。そのため、冷却システム100間での回転速度ωrの応答性のばらつきを抑制するためには、各冷却用ファン12の違いに応じて冷却システム100を再度モデル化し、制御係数を適合させることが考えられる。そのため、異なる冷却用ファン12毎に、制御装置40の制御係数を適合する必要があり、生産性が向上しないことが懸念される。また、冷却用ファン12が同一種類であっても冷却用ファン12の回転方向の違いにより、冷却用ファン12の仕事量が異なり、負荷トルクT3も変化することが考えられる。
By the way, in the
ここで、モータトルクT1に占める負荷トルクT3の割合に応じて、加減速トルクT2が異なるため、負荷トルクT3はモータ20の速度指令値ω*に対する応答性のばらつきを生じさせる要因となる。また、負荷トルクT3は冷却用ファン12の形状や重量等に応じてその値が異なるため、冷却用ファン12の差異に伴う負荷トルクT3の違いが、冷却用ファン12の違いによる回転速度ωrの応答性をばらつかせる要因となる。
Here, since the acceleration / deceleration torque T2 differs depending on the ratio of the load torque T3 to the motor torque T1, the load torque T3 causes a variation in the responsiveness to the speed command value ω * of the
本発明者は、冷却用ファン12の回転速度が大きいほど負荷トルクT3が大きくなる関係性に着目し、モータ20の回転速度ωrに基づいて、負荷トルクT3を補償するためのフィードフォワード操作量を算出することを知見した。具体的には、図2において、負荷トルクT3は、負荷トルクブロック204により回転速度ωrを2乗した値に負荷トルク係数KF(Nm/A)を積算した値として近似することができる。そこで、制御装置40は、モータ20の回転速度ωrに基づいて、負荷トルクT3を補償するフィードフォワード操作量を算出する。そして、算出したフィードフォワード操作量をフィードバック操作量であるq軸電流指令値Iq*に加算した値に応じて、インバータ30を操作することとした。
The present inventor pays attention to the relationship that the load torque T3 increases as the rotation speed of the cooling
図1に戻り、電流指令値算出部42は、偏差算出部50と、速度分算出部51と、負荷分算出部52と、加算器53とを備えている。
Returning to FIG. 1, the current command
偏差算出部50は、速度指令値ω*から回転速度ωrを減算した値を速度偏差Δωとして算出する。
The
速度分算出部51は、回転速度ωrを速度指令値ω*に制御するフィードバック操作量を電流操作量Iqfbとして算出する。本実施形態では、速度分算出部51は、速度偏差Δωに対して比例ゲインKP及び積分ゲインKIを用いたPI制御を実施することにより、電流操作量Iqfbを算出する。
The speed
負荷分算出部52は、回転速度ωrに基づいて、負荷トルクT3を補償するためのフィードフォワード操作量を負荷操作量ILffとして算出する。本実施形態では、負荷分算出部52は、下記式(1)に基づいて、負荷操作量ILffを算出する。
ILff = KF/KT×ωr^2 … (1)
負荷トルク係数KFは、負荷の種別に応じた回転速度ωrと負荷トルクT3との関係を規定する係数であり、0よりも大きな値である。また、モータトルク係数KTは0よりも大きな値であるため、負荷トルク係数KFをモータトルク係数KTで割った値である負荷係数(KF/KT)は正の値となる。なお、負荷トルク係数KF及びモータトルク係数KTは、モータ20が同一種類であれば、冷却用ファン12の種別に依らず同じ値に定められている。
The load
ILff = KF / KT x ωr ^ 2 ... (1)
The load torque coefficient KF is a coefficient that defines the relationship between the rotation speed ωr and the load torque T3 according to the type of load, and is a value larger than 0. Further, since the motor torque coefficient KT is a value larger than 0, the load coefficient (KF / KT), which is the value obtained by dividing the load torque coefficient KF by the motor torque coefficient KT, is a positive value. If the
加算器53は、電流操作量Iqfbに負荷操作量ILffを加算した値を、q軸電流指令値Iq*として出力する。そのため、q軸電流指令値Iq*には、負荷トルクT3の補償分である負荷操作量ILffが加算された値となる。
The
本実施形態では、以下の効果を奏することができる。 In this embodiment, the following effects can be achieved.
・制御装置40は、電流指令値算出部42により算出されたq軸電流指令値Iq*に基づいて、インバータ30を操作するための操作信号GSu,GSv,GSwを算出し、この操作信号GSu,GSv,GSwに基づいてインバータ30がモータ20を給電する。モータ20では、モータトルクT1から負荷トルクT3が減算された値に相当する加減速トルクT2により冷却用ファン12を回転駆動する。このとき、負荷トルクT3を補償する負荷操作量ILffがモータ20の回転速度ωrから都度算出され、この負荷操作量ILffを含むq軸電流指令値Iq*によりインバータ30が操作される。このため、冷却システム100間で、冷却用ファン12の違いにより負荷トルクT3が異なる場合でも、速度指令値ω*が同じであれば、冷却システム100間での加減速トルクT2のばらつきは小さいものとなる。その結果、冷却用ファン12の違いに起因する、冷却システム100間での、回転速度ωrの応答性のばらつきを抑制することができる。
The
・電流指令値算出部42は、モータ20の回転速度ωrを2乗した値に所定の負荷係数(=KF/KT)を積算した値を負荷操作量ILffとして算出することとした。これにより、冷却用ファン12の違いに起因する、回転速度ωrの応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
The current command
<第1実施形態の変形例> 指令操作量として、q軸電流指令値Iq*に加えて、d軸電流指令値Id*を算出するものであってもよい。この場合において、電流指令値算出部42は、PI制御により、速度偏差Δωに基づくフィードバック操作量として電流操作量Idfb,Iqfbを算出する。そして、この電流操作量Idfb,Iqfbのそれぞれに負荷操作量ILffを加算した値を、各軸電流指令値Id*,Iq*として算出すればよい。
<Modification example of the first embodiment> As the command operation amount, the d-axis current command value Id * may be calculated in addition to the q-axis current command value Iq *. In this case, the current command
<第2実施形態> 第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明を行う。なお、第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。 <Second Embodiment> In the second embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図3(a),(b)は、本実施形態において冷却システム100の各機能をモデル化したブロック図である。図3(a),(b)では、モータ20の機能をモデル化したブロック200において、外乱トルクT4が加算された状態を示している。
3 (a) and 3 (b) are block diagrams modeling each function of the
図3(a)に示すように、モータ20の機能をモデル化したブロック200において、加減速トルクT2に正の外乱トルクT4が加算されることにより、モータ20の回転速度ωrが外乱トルクT4に応じて増加する。例えば、正の外乱トルクT4としては、車両前方から車両後方に向けて流れる走行風により冷却用ファン12を正回転させることで生じるトルクである。
As shown in FIG. 3A, in the
制御装置40は、負荷操作量ILffを加算したq軸電流指令値Iq*により負荷トルクT3を補償している。このため、モータ20において、外乱トルクT4が負荷トルクT3に対して小さい場合でも、補償により外乱トルクT4が相対的に増大する。その結果、外乱トルクT4に起因する回転速度ωrの変化が負荷トルクT3を補償しない場合よりも大きくなることが懸念される。具体的には、負荷トルクT3を補償する場合、モータ20において、加減速トルクT2に加えられる外乱トルクT4が相対的に大きくなる。加減速トルクT2に加えられる外乱トルクT4が相対的に大きくなることにより、この外乱トルクT4に起因する回転速度ωrの変化が大きくなり、冷却システム100の安定性が悪化することが懸念される。
The
ここで、モータ20には動力損失が生じており、モータ20の加減速トルクT2は、モータトルクT1から負荷トルクT3及び動力損失を減算したものとなる。また、動力損失の一部は、モータ20の状態を示す回転速度ωrに基づいて推定することが可能である。図3(a)では、動力損失として、モータ20のベアリング損失に伴う動力損失量と、回転速度ωrに基づいて推定することができる動力損失量とを示している。モータ20では、特性ブロック210の出力値(ωr)に、第1損失ブロック211により動粘性係数D1を積算した値(D1×ωr)がベアリング損失に伴う動力損失量となる。また、モータ20では、モータ20の回転速度ωrに、第2損失ブロック212により損失量係数D2を積算した値(=D2×ωr)が、回転速度ωrに基づいて推定することができる動力損失量となる。損失量係数D2は、回転速度ωrと動力損失量との関係性を規定する係数であり、動力損失量が大きくなるほど大きな値となる。本実施形態では、損失量係数D2を、0よりも大きな値としている。
Here, a power loss occurs in the
モータ20では、モータトルクT1からベアリング損失に伴う動力損失量と、回転速度ωrに基づいて推定することができる動力損失量とを減算した値が加減速トルクT2となる。なお、図3では説明を容易にするため、負荷トルクT3を図示していない。
In the
図3(b)に示すように、ブロック410により、回転速度ωrに基づいて推定することができる動力損失分(=D2×ωr)に応じたフィードフォワード操作量を算出する。そして、q軸電流指令値Iq*から、算出したフィードフォワード操作量を減算することにより、外乱トルクT4の加算に伴う回転速度ωrの増加を抑制することとした。本実施形態では、制御装置40は、回転速度ωrが大きいほど大きな値となる動力損失量に応じたフィードフォワード操作量を算出する。
As shown in FIG. 3B, the
図4は、本実施形態に係る冷却システム100の構成図である。電流指令値算出部42は、偏差算出部50と、速度分算出部51と、負荷分算出部52と、加算器53とに加えて、損失分算出部54と、減算器55と、を備えている。
FIG. 4 is a block diagram of the
損失分算出部54は、回転速度ωrに基づいて、動力損失分に応じたフィードフォワード操作量である損失操作量IPffを算出する。具体的には、損失分算出部54は、下記式(2)により、回転速度ωrに基づいて損失操作量IPffを算出する。
IPff = D2/KT ×ωr … (2)
損失量係数D2は、0よりも大きい値であり、本実施形態では、冷却用ファン12が定常回転する際の動力損失量に基づいて定められている。
The loss
IPff = D2 / KT x ωr ... (2)
The loss amount coefficient D2 is a value larger than 0, and is determined based on the power loss amount when the cooling
減算器55は、q軸電流指令値Iq*から損失操作量IPffを減算した値を補正後電流指令値Iqa*として出力する。そのため、電流制御部43は補正後電流指令値Iqa*からq軸電流Iqrを減算した値を、電流偏差ΔIqとして算出する。
The
q軸電流指令値Iq*から損失操作量IPffを減算することにより負荷トルクT3を補償する構成では、q軸電流指令値Iq*が損失操作量IPff分だけ小さくなる。そのため、電流指令値算出部42が実施するPI制御において、回転速度ωrと速度指令値ω*との間の定常偏差が収束しにくくなることが懸念される。そこで、本実施形態では、速度分算出部51における積分ゲインKIは、損失量係数D2が大きいほど大きいな値に定められている。
In the configuration in which the load torque T3 is compensated by subtracting the loss manipulated amount IPff from the q-axis current command value Iq *, the q-axis current command value Iq * is reduced by the loss manipulated amount IPff. Therefore, in the PI control performed by the current command
図5は、外乱トルクT4を付与した場合の、本実施形態と比較例との回転速度ωrの推移を示している。図5では、時刻t1においてモータ20にパルス状の正の外乱トルクT4を付与している。なお、比較例では、積分ゲインを本実施形態の積分ゲインよりも小さな値としている。
FIG. 5 shows the transition of the rotation speed ωr between the present embodiment and the comparative example when the disturbance torque T4 is applied. In FIG. 5, a pulse-shaped positive disturbance torque T4 is applied to the
本実施形態及び比較例では、時刻t1においてステップ状の外乱トルクT4が付与された後、回転速度ωrが増加し、その後、回転速度ωrが減少している。比較例では、時刻t1後の時刻t2及び時刻t3においても、回転速度ωrは緩やかに減少しており、回転速度ωrと速度指令値ω*との間の定常偏差が所定値よりも大きなままとなっている。これに対して、本実施形態では、時刻t2において、回転速度ωrは速度指令値ω*まで減少することにより定常偏差が所定値以下となり、その後、回転速度ωrが速度指令値ω*を維持している。 In the present embodiment and the comparative example, after the step-like disturbance torque T4 is applied at time t1, the rotation speed ωr increases, and then the rotation speed ωr decreases. In the comparative example, the rotation speed ωr gradually decreases even at the time t2 and the time t3 after the time t1, and the steady deviation between the rotation speed ωr and the speed command value ω * remains larger than the predetermined value. It has become. On the other hand, in the present embodiment, at time t2, the rotation speed ωr decreases to the speed command value ω *, so that the steady deviation becomes equal to or less than the predetermined value, and then the rotation speed ωr maintains the speed command value ω *. ing.
そのため、本実施形態では、比較例と比べて、積分ゲインKIを損失量係数D2が大きいほど大きいな値に定めることにより、回転速度ωrの定常偏差が収束しにくくなることが抑制されている。 Therefore, in the present embodiment, as compared with the comparative example, by setting the integrated gain KI to a value larger as the loss amount coefficient D2 is larger, it is suppressed that the steady deviation of the rotation speed ωr is less likely to converge.
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。 In the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
・電流指令値算出部42は、モータ20の回転速度ωrに基づいて、モータ20の動力損失に応じた値であって、回転速度ωrが大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量IPffとして算出する。そして、q軸電流指令値Iq*から損失操作量IPffを減算した値に基づいて、インバータ30を操作することとした。これにより、インバータ30からモータ20へ供給される電力が動力損失損分だけ減算されることにより、外乱トルクT4の付与による回転速度ωrの増加が抑制される。その結果、冷却システム100間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
The current command
・損失分算出部54は、回転速度ωrに動力損失量に応じた損失量係数D2を積算することにより損失操作量IPffを算出する。これにより、モータ20の動力損失量を回転速度ωrに応じて線形に算出することができるため、制御装置40の演算負荷を抑制することができる。
The loss
速度分算出部51が実施するPI制御における積分ゲインKIは、損失量係数D2が大きいほど大きいな値に定められている。これにより、積分ゲインKIは、損失操作量IPffによるq軸電流指令値Iq*の減算量が多いほど大きな値に定められるため、回転速度ωrの定常偏差が収束しにくくなることを抑制することができる。その結果、冷却システム100間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
The integrated gain KI in the PI control carried out by the speed
<第2実施形態の変形例>
・冷却システム100の仕様等により、外乱トルクT4が所定値よりも大きくならないとみこまれる場合、速度分算出部51が実施するPI制御における積分ゲインKIを損失量係数の大きさに依らない値としてもよい。
<Modified example of the second embodiment>
When it is assumed that the disturbance torque T4 does not become larger than the predetermined value due to the specifications of the
<第3実施形態> 第3実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明を行う。なお、第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。 <Third Embodiment> In the third embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図6は、第3実施形態に係る冷却システム100の構成図である。本実施形態では、制御装置40は、電流指令値算出部42、及び電流制御部43を備えておらず、電圧指令値算出部44が指令操作量を算出する構成が第1実施形態と異なる。
FIG. 6 is a block diagram of the
電圧指令値算出部44は、回転速度ωrを、徐変後の速度指令値ω*に制御するための操作信号GSu,GSv,GSwを算出する。本実施形態では、電圧指令値算出部44は、偏差算出部61と、速度分算出部62と、負荷分算出部63と、加算器64と、損失分算出部65と、減算器66と、操作信号算出部67を備えている。
The voltage command
偏差算出部61は、速度指令値ω*から回転速度ωrを減算した値を速度偏差Δωとして算出する。速度分算出部62は、速度偏差Δωに対してPI制御を実施することにより、電圧操作量Vqfbを算出する。本実施形態では、電圧操作量Vqfbが回転速度ωrを速度指令値ω*に制御するためのフィードバック操作量となる。負荷分算出部63は、回転速度ωrに基づいて、負荷トルクT3を補償するためのフィードフォワード操作量を負荷操作量VLffとして算出する。
The
加算器64は、電圧操作量Vqfbに負荷操作量VLffを加算した値を、電圧指令値Vq*として出力する。電圧指令値Vq*には、負荷トルクT3の補償分である負荷操作量VLffが加算された値となる。損失分算出部65は、電圧指令値Vq*から冷却用ファン12の動力損失分に応じた損失操作量Vpffを減算する。本実施形態においても、損失分算出部65は、回転速度ωrが大きいほど損失操作量Vpffを大きな値とする。操作信号算出部67は、損失操作量Vpffが減算された電圧指令値Vq*に基づいて、インバータ30のスイッチング素子を操作するための操作信号GSu,GSv,GSwを算出する。
The
以上説明した本実施形態においても第1実施形態と同様の効果を奏する。 The present embodiment described above has the same effect as that of the first embodiment.
<その他の実施形態>
・モータ20に取り付けられる回転体は冷却用ファン12に限らず、プーリーや歯車等、モータ20の回転速度ωrが大きくなるほど負荷トルクが大きな値となるものであればどのようなものであってもよい。
<Other embodiments>
-The rotating body attached to the
・速度分算出部51が実施するフィードバック制御は、PI制御に換えて、P制御(比例制御)や、PID制御を用いてもよい。
-The feedback control performed by the speed
・モータ20を備えるシステムは、冷却システム100に限定されない。
The system including the
10…回転電機、30…インバータ、40…制御装置、42…電流指令値算出部、51…速度分算出部、52…負荷分算出部。 10 ... rotary electric machine, 30 ... inverter, 40 ... control device, 42 ... current command value calculation unit, 51 ... speed calculation unit, 52 ... load calculation unit.
Claims (5)
前記回転体はファンであり、
前記回転電機の回転速度を取得する速度取得部(40)と、
取得された前記回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する速度分算出部(51)と、
取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の負荷トルクに相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を負荷操作量として算出する負荷分算出部(52)と、
前記フィードバック操作量に前記負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、前記電力変換部を操作する操作部(43,44)と、を備え、
前記負荷分算出部は、取得された前記回転速度を2乗した値に、正の値である負荷係数を積算した値を前記負荷操作量として算出する回転電機の制御装置。 A rotary electric machine (20) in which a rotary body (12) is attached to a rotary shaft (20a), and a power conversion unit (30) that converts electric power from a power source (110) and supplies the converted electric power to the rotary electric machine. A rotary electric machine control device (40) applied to the system (100) including the above.
The rotating body is a fan
A speed acquisition unit (40) for acquiring the rotation speed of the rotary electric machine, and
A speed component calculation unit (51) for calculating a feedback operation amount for controlling the acquired rotation speed to a target value, and a speed component calculation unit (51).
Based on the acquired rotation speed, a load amount calculation unit that calculates a feed forward operation amount, which is a value corresponding to the load torque of the rotary electric machine and becomes a larger value as the rotation speed is larger, as a load operation amount ( 52) and
An operation unit (43, 44) for operating the power conversion unit is provided based on a command operation amount which is a value obtained by adding the load operation amount to the feedback operation amount.
The load amount calculation unit is a control device for a rotary electric machine that calculates as the load operation amount a value obtained by integrating the acquired load coefficient, which is a positive value, into the squared value of the rotation speed.
前記回転電機の回転速度を取得する速度取得部(40)と、
取得された前記回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する速度分算出部(51)と、
取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の負荷トルクに相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を負荷操作量として算出する負荷分算出部(52)と、
取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の動力損失に相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量として算出する損失分算出部(54)と、
前記フィードバック操作量に前記負荷操作量を加算した値である指令操作量から前記損失操作量を減算した値に基づいて、前記電力変換部を操作する操作部(43,44)と、を備える回転電機の制御装置。 A rotary electric machine (20) in which a rotary body (12) is attached to a rotary shaft (20a), and a power conversion unit (30) that converts electric power from a power source (110) and supplies the converted electric power to the rotary electric machine. A rotary electric machine control device (40) applied to the system (100) including the above.
A speed acquisition unit (40) for acquiring the rotation speed of the rotary electric machine, and
A speed component calculation unit (51) for calculating a feedback operation amount for controlling the acquired rotation speed to a target value, and a speed component calculation unit (51).
A load amount calculation unit that calculates a feed forward operation amount, which is a value corresponding to the load torque of the rotary electric machine and becomes a larger value as the rotation speed increases, as a load operation amount based on the acquired rotation speed ( 52) and
A loss amount calculation unit that calculates a feed forward operation amount, which is a value corresponding to the power loss of the rotary electric machine and becomes a larger value as the rotation speed increases, as a loss operation amount based on the acquired rotation speed ( 54) and
A rotation including an operation unit (43, 44) for operating the power conversion unit based on a value obtained by subtracting the loss operation amount from a command operation amount which is a value obtained by adding the load operation amount to the feedback operation amount. Electric control device.
前記操作部は、前記指令操作量から前記損失操作量を減算した値に基づいて、前記電力変換部を操作する請求項1に記載の回転電機の制御装置。 A loss amount calculation unit that calculates a feed forward operation amount, which is a value corresponding to the power loss of the rotary electric machine and becomes a larger value as the rotation speed increases, as a loss operation amount based on the acquired rotation speed ( 54)
The control device for a rotary electric machine according to claim 1 , wherein the operation unit operates the power conversion unit based on a value obtained by subtracting the loss operation amount from the command operation amount.
前記フィードバック制御における積分ゲインは、前記損失量係数が大きいほど大きな値に定められている請求項4に記載の回転電機の制御装置。 The speed component calculation unit calculates the feedback operation amount for feedback-controlling the acquired rotation speed to the target value.
The control device for a rotary electric machine according to claim 4 , wherein the integrated gain in the feedback control is set to a larger value as the loss amount coefficient is larger.
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