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JP2003023800A - Motor controller and method of motor control - Google Patents

Motor controller and method of motor control

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Publication number
JP2003023800A
JP2003023800A JP2001206404A JP2001206404A JP2003023800A JP 2003023800 A JP2003023800 A JP 2003023800A JP 2001206404 A JP2001206404 A JP 2001206404A JP 2001206404 A JP2001206404 A JP 2001206404A JP 2003023800 A JP2003023800 A JP 2003023800A
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JP
Japan
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motor
arithmetic
arithmetic unit
current
magnetic pole
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Application number
JP2001206404A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Kaneko
金子  悟
Ryozo Masaki
良三 正木
Mitsusachi Motobe
光幸 本部
Hiroshi Katayama
博 片山
Takefumi Sawada
建文 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high speed and high response position-sensorless controller utilizing an arithmetic unit, such as a microcomputer. SOLUTION: This motor controller comprises an AC motor 1, a PWM inverter for applying voltage to the AC motor 1 and a controller 4 for controlling the PWM inverter with the PWM signal. Moreover, the controller 4 comprises a first arithmetic unit 5, including a current controlling means for controlling the current of the AC motor 1 and a second arithmetic unit 6 which includes a magnetic pole detecting means for detecting rotor magnetic pole position of the AC motor, which becomes the reference position of the current control means.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は交流モータを高性能
に制御するモータの御装置及びモータの制御方法に係
り、特に同期モータ用磁極位置センサレス方式の制御装
置及び制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor control device and a motor control method for controlling an AC motor with high performance, and more particularly to a magnetic pole position sensorless system control device and control method for a synchronous motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】同期モータの速度やトルクを高応答に制
御するには、モータ回転子の磁極位置に基づいてモータ
電流を磁束方向(d軸)とそれに直交する方向(q軸)に
座標変換し、ベクトル制御を行なう必要がある。このた
め、従来からモータ1の回転軸にレゾルバなどの位置セ
ンサを取り付けて磁極位置の検出を行ってきた。しかし
ながら、位置センサを用いた場合はコスト、配線、信頼
性等の課題が存在する。そこで、近年、磁極位置を位置
センサで検出することなく、同期モータを制御する「位
置センサレス制御方式」が種々提案されている。同期モ
ータは一般に円筒型と突極型(逆突極型を含む)に分類
でき、そのうち突極型同期モータの磁極位置推定方式
は、モータの発生する誘起電圧を用いる方法やモータの
電圧方程式に基づく方法、さらにはモータのインダクタ
ンス特性を用いる方法等、今までにいくつか提案されて
いる。例えば、特開平7−107776号公報、特開平
9−56199号公報、特開2001−8486号公報
等に、このような位置センサレス制御方式が提案されて
いる。これらの方式は、いずれもモータの特性や電圧方
程式を基にした理論的なものであり、モータ電流、さら
にはモータ電圧を入力として高精度に磁極位置を推定で
きる方式である。
2. Description of the Related Art In order to control the speed and torque of a synchronous motor with high response, the motor current is coordinate-converted into a magnetic flux direction (d axis) and a direction (q axis) orthogonal thereto based on the magnetic pole position of the motor rotor. However, it is necessary to perform vector control. Therefore, conventionally, a position sensor such as a resolver is attached to the rotary shaft of the motor 1 to detect the magnetic pole position. However, when using the position sensor, there are problems such as cost, wiring, and reliability. Therefore, in recent years, various "position sensorless control methods" have been proposed in which the synchronous motor is controlled without detecting the magnetic pole position by the position sensor. Synchronous motors are generally classified into cylindrical type and salient pole type (including reverse salient pole type). Among them, the magnetic pole position estimation method of salient pole type synchronous motor is based on the method of using the induced voltage generated by the motor or the voltage equation of the motor. Several methods have been proposed so far, including a method based on the above and a method using the inductance characteristic of the motor. For example, such a position sensorless control system has been proposed in JP-A-7-107776, JP-A-9-56199, JP-A-2001-8486 and the like. Each of these methods is a theoretical method based on the characteristics of the motor and the voltage equation, and is a method capable of highly accurately estimating the magnetic pole position by inputting the motor current and further the motor voltage.

【0003】例えば、インダクタンスの突極比(Ld≠L
q)を利用した方式の一例は以下のようなものである。
まず、突極性を有する永久磁石同期モータのインダクタ
ンス電流特性の一例を図4に示す。Ldはd軸方向のイン
ダクタンス、Lqはq軸方向のインダクタンスである。図
4に示すように、LdとLqは異なる値となる(突極性を有
する)。そこで図2に示すようにモータに位置検出用信
号14を印加し、この電圧信号の印加によって発生する
電流変化量を検出することにより、d軸方向、すなわち
磁極位置θ方向を検出することができる。位置検出用信
号14は例えば、電流制御用電圧と区別するために、モ
ータ周波数よりも十分高い周波数のパルスとする。
For example, the salient pole ratio of the inductance (Ld ≠ L
An example of the method using q) is as follows.
First, an example of the inductance current characteristic of the permanent magnet synchronous motor having saliency is shown in FIG. Ld is the inductance in the d-axis direction, and Lq is the inductance in the q-axis direction. As shown in FIG. 4, Ld and Lq have different values (having saliency). Therefore, as shown in FIG. 2, by applying the position detection signal 14 to the motor and detecting the amount of change in current generated by the application of this voltage signal, the d-axis direction, that is, the magnetic pole position θ direction can be detected. . The position detection signal 14 is, for example, a pulse having a frequency sufficiently higher than the motor frequency in order to distinguish it from the current control voltage.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では以下のような問題が考えられる。まず、この
ような位置センサレスシステムをマイクロコンピュータ
等のコントローラで実現するためには、ある程度のステ
ップ数の演算処理を行なう必要がある。さらに、モータ
は低コスト化、小型化に伴い高周波化する傾向にあり、
より高速に制御する必要がある。モータが高速、高周波
化された場合においても高応答性を維持するためには、
できるだけコントローラのサンプリング周期は短くしな
ければならない。これに対してマイクロコンピュータ等
の演算装置ではモータ制御処理の他、保護機能、通信機
能等の処理を行なう必要があり、ソフト負荷率の点か
ら、1つのマイクロコンピュータで信頼性の高い位置セ
ンサレスシステムを実現しようとすることが困難となる
場合が生じる。
However, the following problems are conceivable in the above prior art. First, in order to realize such a position sensorless system with a controller such as a microcomputer, it is necessary to perform arithmetic processing with a certain number of steps. Furthermore, motors tend to have higher frequencies with cost reduction and miniaturization,
Need to control faster. In order to maintain high responsiveness even when the motor is operated at high speed and high frequency,
The sampling period of the controller should be as short as possible. On the other hand, in an arithmetic unit such as a microcomputer, it is necessary to perform processing such as protection function and communication function in addition to motor control processing. From the viewpoint of software load factor, one microcomputer is a highly reliable position sensorless system. It may be difficult to realize the above.

【0005】上記のような事柄を考慮すると、従来から
用いられているマイクロコンピュータ等のコントローラ
を用いて高速・高応答な位置センサレス制御を行った場
合、所望のサンプリング周期では演算が間に合わない可
能性が出てくる。
Considering the above-mentioned matters, when a high-speed and high-response position sensorless control is performed using a controller such as a conventionally used microcomputer, the calculation may not be completed in a desired sampling cycle. Comes out.

【0006】そこで、本発明の目的は、高速・高応答な
位置センサレス制御装置を備え、かつ、低コスト、小型
化に適し、信頼性の高いモータ制御装置及び制御方法を
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable motor control device and control method, which is equipped with a high-speed and high-response position sensorless control device, is suitable for low cost and downsizing.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、交流
モータと、該交流モータに電圧を印加するインバータ
と、該インバータを制御するコントローラとを備えたモ
ータ制御装置において、前記コントローラは、トルク指
令及び前記交流モータの検出電流値に基づき前記交流モ
ータの電流を制御する電流制御手段を備えた第1の演算
装置と、前記第1の演算装置の異常状態を監視する第2
の演算装置と、前記第1の演算装置と前記第2の演算装
置との間でデータの送受信を行なう通信手段とを備え、
前記第2の演算装置は、前記交流モータの回転子磁極位
置を検出する磁極位置検出手段を具備したことにより、
上記目的は達成される。
According to the present invention, in a motor control device comprising an AC motor, an inverter for applying a voltage to the AC motor, and a controller for controlling the inverter, the controller is a torque command. And a first arithmetic unit having current control means for controlling the electric current of the AC motor based on the detected current value of the AC motor, and a second arithmetic unit for monitoring an abnormal state of the first arithmetic unit.
And a communication means for transmitting and receiving data between the first arithmetic device and the second arithmetic device,
The second arithmetic device includes magnetic pole position detection means for detecting the rotor magnetic pole position of the AC motor,
The above object is achieved.

【0008】さらに、前記第1の演算装置は、前記第2
の演算装置において検出された前記交流モータの回転子
磁極位置に基づいて電流制御演算を行ない、前記交流モ
ータに印加する電圧の指令値を出力する。
Further, the first arithmetic unit is the second arithmetic unit.
The current control calculation is performed on the basis of the rotor magnetic pole position of the AC motor detected by the arithmetic unit, and the command value of the voltage applied to the AC motor is output.

【0009】また、前記第2の演算装置は少なくとも前
記交流モータの検出電流値を入力として演算処理により
前記回転子磁極位置を算出し、該算出値を前記回転子磁
極位置の検出値として前記第1の演算装置に対して出力
する。
Further, the second arithmetic unit calculates the rotor magnetic pole position by an arithmetic process using at least the detected current value of the AC motor as an input, and the calculated value is used as the detected value of the rotor magnetic pole position. 1 is output to the arithmetic unit.

【0010】さらに、上記構成を機能させるためには、
前記第1の演算装置と前記第2の演算装置との間でデー
タの受け渡しが必要となり、このデータの受け渡しには
シリアル通信手段、もしくはデュアルポートRAMを用い
る。
Further, in order to make the above-mentioned structure work,
It is necessary to transfer data between the first arithmetic device and the second arithmetic device, and serial communication means or dual port RAM is used for this data transmission.

【0011】さらに、前記第1の演算装置内で生成され
るPWMキャリアと前記第2の演算装置で起動する演算タ
スクを同期させる必要もある。このため、前記第1の演
算装置は、装置内で発生されるPWMキャリアに同期したP
WMキャリア同期信号を前記第2の演算装置に出力し、前
記第2の演算装置は前記PWMキャリア同期信号により割
り込みを発生させ、前期PWMキャリアに同期した演算タ
スクを起動する。
Further, it is necessary to synchronize the PWM carrier generated in the first arithmetic unit with the arithmetic task started in the second arithmetic unit. For this reason, the first arithmetic unit has a P carrier synchronized with the PWM carrier generated in the device.
The WM carrier synchronization signal is output to the second arithmetic device, and the second arithmetic device generates an interrupt by the PWM carrier synchronization signal to activate the arithmetic task synchronized with the PWM carrier in the previous period.

【0012】本発明によれば、第1の演算装置の異常状
態を監視する第2の演算装置で交流モータの磁極位置の
検出を行なうようにしたため、マイクロコンピュータ等
のコントローラを用いた高速・高応答、かつ、高信頼
性、低コスト、小型のモータ制御装置及び制御方法を提
供することができる。
According to the present invention, since the magnetic pole position of the AC motor is detected by the second arithmetic unit that monitors the abnormal state of the first arithmetic unit, high speed and high speed using a controller such as a microcomputer. It is possible to provide a motor control device and a control method which are responsive and have high reliability, low cost and small size.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
1を用いて説明する。図1は本発明の実施例における第
1の演算装置と第2の演算装置を有するモータ制御装置
の構成を示す図である。図の第1の演算装置5と第2の
演算装置6は例えば、マイクロコンピュータで実現でき
る。図1において、バッテリ2の直流電圧はPWMインバ
ータ3により3相交流電圧に変換され、同期モータ1に
印加される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor control device having a first arithmetic device and a second arithmetic device according to an embodiment of the present invention. The first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6 in the figure can be realized by, for example, a microcomputer. In FIG. 1, the DC voltage of the battery 2 is converted into a 3-phase AC voltage by the PWM inverter 3 and applied to the synchronous motor 1.

【0014】この印加電圧の指令V*(Vu*,Vv*,Vw*)は
コントローラ4内の第1の演算装置5において、次のよ
うに演算される。(図2のブロック線図に第1の演算装
置5で行なう演算内容を示す。)まず、電流指令発生部
7では、モータが発生すべきトルク指令値Tr*に対し
て、d軸電流指令値id*、q軸電流指令値iq*を決定す
る。ここで、d軸はモータ1の回転子の磁極位置(磁
束)方向(α軸を基準としたθの方向)、q軸は電気的
にd軸に直交する方向を示しており、d-q軸はモータ角
速度ωで回転する回転座標系を構成している。
The command V * (Vu *, Vv *, Vw *) of the applied voltage is calculated by the first arithmetic unit 5 in the controller 4 as follows. (The block diagram of FIG. 2 shows the contents of the calculation performed by the first calculation device 5.) First, in the current command generator 7, the d-axis current command value is changed with respect to the torque command value Tr * that should be generated by the motor. id * and q-axis current command value iq * are determined. Here, the d-axis indicates the magnetic pole position (magnetic flux) direction of the rotor of the motor 1 (the direction of θ with respect to the α-axis), the q-axis indicates the direction electrically orthogonal to the d-axis, and the dq-axis indicates It constitutes a rotating coordinate system that rotates at a motor angular velocity ω.

【0015】図3に回転座標系(d-q軸)と静止座標系
(α-β軸)との関係を示しておく。本実施例のコント
ローラ4ではd-q軸上での電流制御系を構成してい
る。電流制御部8へのフィードバック値は、電流センサ
9u、9v、9wからの信号を入力として、電流検出部1
0で検出されたu相電流iu^、v相電流iv^、w相電流
iw^をd-q変換部11において座標変換して求められたd
軸電流検出値id^とq軸電流検出値iq^である。さらに電
流制御部8で演算された電圧指令Vd*,Vq*を3相変換部
12で座標変換し、3相交流電圧指令Vur,Vvr,Vwrを得
る。続いて、3相交流電圧指令Vur,Vvr,VwrはPWM信号発
生部13においてPWM信号Vu*,Vv*,Vw*に変換され、PWM
インバータ3のゲート回路に出力される。
FIG. 3 shows the relationship between the rotating coordinate system (dq axes) and the stationary coordinate system (α-β axes). The controller 4 of this embodiment constitutes a current control system on the dq axes. The feedback value to the current control unit 8 receives the signals from the current sensors 9u, 9v, 9w as input, and the current detection unit 1
D obtained by coordinate conversion of the u-phase current iu ^, v-phase current iv ^, and w-phase current iw ^ detected at 0 in the dq conversion unit 11.
They are the axis current detection value id ^ and the q axis current detection value iq ^. Further, the voltage commands Vd *, Vq * calculated by the current control unit 8 are coordinate-converted by the three-phase conversion unit 12 to obtain three-phase AC voltage commands Vur, Vvr, Vwr. Then, the three-phase AC voltage commands Vur, Vvr, Vwr are converted into PWM signals Vu *, Vv *, Vw * in the PWM signal generator 13,
It is output to the gate circuit of the inverter 3.

【0016】以上が印加電圧の指令V*(Vu*,Vv*,Vw*)
の演算手順である。このとき、d-q変換部11と3相変
換部12で行なう座標変換には回転子の磁極位置θが必
要となり、位置センサレスシステムが採用されている。
The above is the applied voltage command V * (Vu *, Vv *, Vw *)
Is a calculation procedure of. At this time, the magnetic pole position θ of the rotor is required for coordinate conversion performed by the dq converter 11 and the three-phase converter 12, and a position sensorless system is adopted.

【0017】また、コントローラ4では図1に示すよう
に、第2の演算装置6を有している。第2の演算装置6
の処理内容を図5に示す。第2の演算装置6は基本的に
は、異常監視手段30により第1の演算装置5の異常検
出を行なう。この異常検出方法は種々考えられるが、例
えばd-q軸電流の検出値を比較する方法がある。第1の
演算装置5では電流制御のためにd-q軸電流id^、iq^を
検出している。そこで、同様に第2の演算装置6でも電
流検出部32によりモータ電流を入力し、さらにd-q
変換部41によりd-q軸電流id2^、iq2^を検出する。
続いて、図1に示す通信手段25により、第1の演算手
段5からの出力データid^、iq^を通信入出力部31で受
け取り、異常監視手段30においてid^、iq^とid2^、i
q2^を比較し、その差が所定値以上であれば演算装置に
異常が生じたと見なす。異常監視手段30で異常が検出
された場合は、通信手段25を介して第1の演算装置5
の異常監視手段33に検出結果を送信する。異常監視手
段33では異常検出に応じて、PWM信号の出力を停止
する。ここでは、第2の演算装置6の異常監視手段30
において異常判断するとしたが、第1の演算装置5の異
常監視手段33で異常判断を行ってもよい。この場合、
異常監視に必要なデータが第2の演算装置6より通信手
段25を介して第1の演算装置5に送信される。また、
この異常検出処理はコントローラの最小サンプリング毎
に行なう必要はなく、数msec毎に実行すれば異常監視機
能は実現できる。
Further, the controller 4 has a second arithmetic unit 6 as shown in FIG. Second arithmetic unit 6
FIG. 5 shows the processing contents of the above. The second arithmetic unit 6 basically detects the abnormality of the first arithmetic unit 5 by the abnormality monitoring means 30. There are various possible methods for detecting this abnormality. For example, there is a method of comparing the detected values of the dq axis currents. The first arithmetic unit 5 detects the dq axis currents id ^, iq ^ for current control. Therefore, similarly, in the second arithmetic unit 6 as well, the motor current is input by the current detector 32, and dq
The conversion unit 41 detects the dq axis currents id2 ^, iq2 ^.
Subsequently, the communication means 25 shown in FIG. 1 receives the output data id ^, iq ^ from the first computing means 5 at the communication input / output unit 31, and the abnormality monitoring means 30 receives id ^, iq ^ and id2 ^, i
If q2 ^ is compared and the difference is equal to or greater than a predetermined value, it is considered that an abnormality has occurred in the arithmetic unit. When an abnormality is detected by the abnormality monitoring means 30, the first arithmetic unit 5 is transmitted via the communication means 25.
The detection result is transmitted to the abnormality monitoring means 33. The abnormality monitoring means 33 stops the output of the PWM signal in response to the abnormality detection. Here, the abnormality monitoring means 30 of the second arithmetic unit 6
In the above, the abnormality determination is made, but the abnormality monitoring means 33 of the first arithmetic unit 5 may make the abnormality determination. in this case,
Data necessary for abnormality monitoring is transmitted from the second arithmetic unit 6 to the first arithmetic unit 5 via the communication means 25. Also,
This abnormality detection processing does not have to be performed every minimum sampling of the controller, and the abnormality monitoring function can be realized if it is performed every several msec.

【0018】なお、本実施例においては、モータ電流は
U相、V相、W相の3相を用いるが、2相の電流を用いて
も本発明は実施可能である。さらに、本実施例では、コ
ントローラはトルク制御系を構成しているものとして説
明するが、トルク制御系の上位に速度制御系を加えた場
合においても本発明は何の問題もなく適用できるもので
ある。
In this embodiment, the motor current is
Although three phases of U phase, V phase, and W phase are used, the present invention can be implemented by using two phase currents. Further, in the present embodiment, the controller is described as constituting a torque control system, but the present invention can be applied without any problem even when a speed control system is added above the torque control system. is there.

【0019】ここで、本発明の目的は、先に述べたよう
に、マイクロコンピュータ等のコントローラを用いた高
速・高応答な位置センサレス制御装置を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a high-speed, high-response position sensorless control device using a controller such as a microcomputer as described above.

【0020】このような問題点を解決するために、本発
明では新たに磁極位置検出手段40を第2の演算装置6
に設ける。第2の演算装置は本来、第1の演算装置の異
常監視を行なうために設けられたものであり、ソフト負
荷率も第1の演算装置に比べ低い。そこで、磁極位置検
出手段40を第2の演算装置に設けることにより、第1
の演算装置のソフト負荷率を上げることなく、低コスト
で信頼性の高い位置センサレス制御システムを構成する
ことが出来る。
In order to solve such a problem, in the present invention, the magnetic pole position detecting means 40 is newly added to the second arithmetic unit 6.
To be installed. The second arithmetic device is originally provided to monitor the abnormality of the first arithmetic device, and the soft load factor is lower than that of the first arithmetic device. Therefore, by providing the magnetic pole position detection means 40 in the second arithmetic device,
It is possible to configure a low-cost and highly reliable position sensorless control system without increasing the soft load factor of the arithmetic unit.

【0021】ここで、上記第2の演算装置6の構成につ
いて説明する。第2の演算装置6も第1の演算装置5と
同様にマイクロコンピュータ等により実現される。第2
の演算装置6の処理内容を図5のブロック線図に示す。
第2の演算装置6では、電流検出部32において3相の
モータ電流iu,iv,iwを入力し、第1の演算装置5により
モータ1に印加された位置検出用信号14によって発生
する電流変化Δiα、Δiβを電流変化量検出部15によ
り検出する。さらに、位相検出部16において、電流変
化Δiα、Δiβに基づいて磁極位置検出値θ^を演算す
る。位相検出部16では、位置検出用信号14の種類に
よって実行すべきアルゴリズムが異なるが、電流変化ベ
クトルの位相を求める演算、電流変化量の大きさを求め
る演算等が実行される。
Here, the configuration of the second arithmetic unit 6 will be described. Similarly to the first arithmetic unit 5, the second arithmetic unit 6 is also realized by a microcomputer or the like. Second
The processing contents of the arithmetic unit 6 are shown in the block diagram of FIG.
In the second arithmetic unit 6, the three-phase motor currents iu, iv, iw are input to the current detector 32, and the current change generated by the position detection signal 14 applied to the motor 1 by the first arithmetic unit 5 is changed. The current change amount detector 15 detects Δiα and Δiβ. Further, the phase detection unit 16 calculates the magnetic pole position detection value θ ^ based on the current changes Δiα and Δiβ. Although the algorithm to be executed differs depending on the type of the position detection signal 14, the phase detection unit 16 executes an operation to obtain the phase of the current change vector, an operation to obtain the magnitude of the current change amount, and the like.

【0022】また、第1の演算装置5では、モータ制御
を行なうために磁極位置θの他にモータ速度ωmが必要
となる。モータ速度が必要な個所は電流指令発生部7で
あり、さらに、速度制御系が構成されている場合には速
度制御系へのフィードバックに使用される。このモータ
速度ωmは第2の演算装置6の速度検出部17におい
て、磁極位置検出値θ^の時間変化を演算することによ
り求めることができる。
Further, in the first arithmetic unit 5, the motor speed ωm is required in addition to the magnetic pole position θ in order to control the motor. The position where the motor speed is required is the current command generator 7, and when the speed control system is configured, it is used for feedback to the speed control system. The motor speed ωm can be obtained by calculating the time change of the magnetic pole position detection value θ ^ in the speed detecting unit 17 of the second arithmetic device 6.

【0023】以上が第2の演算装置6で構成される磁極
位置検出手段40の主な処理内容であり、第2の演算装
置6は、先で述べたような第1の演算装置の異常監視処
理と磁極位置検出処理を主として動作する。
The above is the main processing contents of the magnetic pole position detecting means 40 constituted by the second arithmetic unit 6, and the second arithmetic unit 6 monitors the abnormality of the first arithmetic unit as described above. It mainly operates the processing and the magnetic pole position detection processing.

【0024】次に、第1の演算装置5と第2の演算装置
6との間の通信方法について説明する。本実施例のコン
トローラでは、通信手段25により異常検出に必要なデ
ータ、および第2の演算装置6において演算された磁極
位置検出値θ^とモータ速度検値ωm^が送受信される。
図6に通信手段25の構成例を示す。通信されるデータ
の中でも、前記磁極位置検出値θ^はモータ周波数が高
くなるほど、より高速にデータの受け渡しを行なう必要
がある。この第1の演算装置5と第2の演算装置6との
間のデータ通信方法の一つは、マイクロコンピュータの
周辺装置であるシリアル通信を用いる方法がある。
Next, a communication method between the first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6 will be described. In the controller of the present embodiment, the communication unit 25 transmits and receives the data necessary for abnormality detection, the magnetic pole position detection value θ ^ and the motor speed detection value ωm ^ calculated by the second arithmetic unit 6.
FIG. 6 shows a configuration example of the communication means 25. Among the data to be communicated, the magnetic pole position detection value θ ^ needs to be transferred at higher speed as the motor frequency becomes higher. One of data communication methods between the first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6 is a method using serial communication which is a peripheral device of a microcomputer.

【0025】シリアル通信を用いる場合の接続例を図6
に示す。図6の接続例では、通信用クロックが共有され
ており、さらに第2の演算装置6のデータ送信端子と第
1の演算装置5のデータ受信端子が接続されている。図
6の場合、第2の演算装置6から第1の演算装置5への
データ送信のみを示しているが、その逆も当然可能であ
る。その場合は第1の演算装置5のデータ送信端子と第
2の演算装置6のデータ受信端子を接続する。通常、シ
リアル通信手段では、1ビットづつデータを送信するこ
とになる。例えば、16ビット幅の磁極位置検出値と1
6ビット幅のモータ速度検出値、合計32ビットを送信
するためには、通信速度を10Mbpsとすれば、通信時間
3.2μsec程度で1回のデータの送信を完了すること
ができる。この程度の通信速度であれば高速のモータ制
御に十分対応可能である。
FIG. 6 shows a connection example when serial communication is used.
Shown in. In the connection example of FIG. 6, the communication clock is shared, and the data transmission terminal of the second arithmetic device 6 and the data reception terminal of the first arithmetic device 5 are connected. In the case of FIG. 6, only data transmission from the second arithmetic unit 6 to the first arithmetic unit 5 is shown, but the opposite is naturally possible. In that case, the data transmission terminal of the first arithmetic unit 5 and the data reception terminal of the second arithmetic unit 6 are connected. Normally, serial communication means transmits data bit by bit. For example, a 16-bit width magnetic pole position detection value and 1
In order to transmit the motor speed detection value of 6-bit width, 32 bits in total, if the communication speed is 10 Mbps, it is possible to complete one data transmission in a communication time of about 3.2 μsec. With a communication speed of this level, it is possible to sufficiently cope with high-speed motor control.

【0026】さらに、第1の演算装置5と第2の演算装
置6とのその他のデータ送受信方法は、図6に示すよう
に、第1の演算装置5と第2の演算装置6との間にDPRA
M(Dual Port RAM)20を設ける方法である。DPRAM2
0を用いる場合は任意のデータ幅(例えば8ビット)を
もってデータの書き出し、および読み出しを行なう。異
常監視に用いるデータの転送速度は数msec程度であれば
十分である。ここで、モータ制御用の磁極位置検出値θ
^を受け渡しする場合には、DPRAM20は10μsec程度
の速さで読み書きできる性能のものが必要となる。
Further, as shown in FIG. 6, another data transmission / reception method between the first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6 is such that the data is transmitted between the first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6. To DPRA
This is a method of providing an M (Dual Port RAM) 20. DPRAM2
When 0 is used, data writing and reading are performed with an arbitrary data width (for example, 8 bits). It is sufficient that the data transfer rate used for abnormality monitoring is about several msec. Here, the magnetic pole position detection value θ for motor control
When passing ^, the DPRAM 20 is required to have a capability of reading and writing at a speed of about 10 μsec.

【0027】以上が第1の演算装置5と第2の演算装置
6との間のデータ送受信方法の説明である。本実施例で
は、磁極位置検出値とモータ速度検出値を受け渡しする
ように説明したが、第1の演算装置5のソフト負荷にあ
る程度余裕がある場合には磁極位置検出値のみでも構わ
ない。このようにすると、モータ速度は第1の演算装置
5において演算することとなるため、データ受け渡しに
要する時間を短縮することが可能である。
The above is the description of the data transmission / reception method between the first arithmetic unit 5 and the second arithmetic unit 6. In this embodiment, the magnetic pole position detection value and the motor speed detection value are transferred, but if the soft load of the first arithmetic unit 5 has some margin, only the magnetic pole position detection value may be used. In this case, the motor speed is calculated by the first calculation device 5, so that the time required for data transfer can be shortened.

【0028】次に、第1の演算装置5で発生するPWMキ
ャリアと第2の演算装置6で起動される演算タスクとの
間の同期方法について説明する。本発明で用いている磁
極位置検出方式は位置検出用信号14をモータ1に印加
し、それによって発生する電流変化を検出する方式であ
る。この場合、第1の演算装置5で位置検出用信号14
を印加して、それによって発生する電流変化を第2の演
算装置6で検出することになる。よって、第1の演算装
置5での位置検出用信号14の印加タイミングと、第2
の演算装置6でのモータ電流の検出タイミングとの同期
をとる必要が生じる。
Next, a method of synchronizing the PWM carrier generated by the first arithmetic unit 5 and the arithmetic task started by the second arithmetic unit 6 will be described. The magnetic pole position detection method used in the present invention is a method in which a position detection signal 14 is applied to the motor 1 and a change in current generated thereby is detected. In this case, the first arithmetic unit 5 outputs the position detection signal 14
Is applied, and the change in current generated thereby is detected by the second arithmetic unit 6. Therefore, the application timing of the position detection signal 14 in the first arithmetic unit 5 and the second
It becomes necessary to synchronize with the detection timing of the motor current in the arithmetic unit 6.

【0029】この同期方法については以下のような方法
がある。まず、2つの演算装置の同期をとる方法の構成
を図7に示す。図7において、位置検出用信号14を印
加する第1の演算装置5よりPWMキャリア同期信号21
を第2の演算装置6に出力する。第2の演算装置6では
外部割込み端子22でPWMキャリア同期信号21を受け
て外部割り込みを発生させ、モータ電流の検出を行な
う。通常、インバータへの電圧指令出力(電圧指令の更
新)はPWMキャリアに同期して行なうため、上記のよう
にPWMキャリアに同期したタスクを起動することによ
り、位置検出用信号14の印加タイミングと、第2の演
算装置6でのモータ電流の検出タイミングとの同期をと
ることができる。
There are the following methods for this synchronization method. First, FIG. 7 shows a configuration of a method for synchronizing two arithmetic devices. In FIG. 7, the PWM carrier synchronization signal 21 from the first arithmetic unit 5 applying the position detection signal 14 is applied.
Is output to the second arithmetic unit 6. The second arithmetic unit 6 receives the PWM carrier synchronization signal 21 at the external interrupt terminal 22 and generates an external interrupt to detect the motor current. Normally, the voltage command output to the inverter (update of the voltage command) is performed in synchronization with the PWM carrier. Therefore, by activating the task in synchronization with the PWM carrier as described above, the application timing of the position detection signal 14 and It is possible to synchronize with the detection timing of the motor current in the second arithmetic unit 6.

【0030】図8にPWMキャリア同期信号の概要を示
す。まず、第1の演算装置5では図8に示すようなPWM
キャリアを発生させ、PWM信号変換の基準としている。
通常、電圧指令はこのPWM搬送波の「山」か、もしくは
「谷」のタイミングで出力(更新)される。さらに、マ
イクロコンピュータには、図8に示すようなPWMキャリ
アに同期したパルスを出力できる機能が備わっている場
合がある。そのような場合には、このパルスをPWMキャ
リア同期信号21として第2の演算装置6に出力する。
第2の演算装置6ではこのPWMキャリア同期信号21を
外部割込み信号として入力し、割り込みを発生させる。
この割り込みによってA/D変換器を起動することによ
り、位置検出用信号14に応じた電流検出を行なうこと
ができるようになる。図8ではPWMキャリア同期信号2
1の立下りエッジにて割り込みが発生する場合を示して
いる。
FIG. 8 shows an outline of the PWM carrier synchronization signal. First, in the first arithmetic unit 5, the PWM as shown in FIG.
The carrier is generated and used as the standard for PWM signal conversion.
Normally, the voltage command is output (updated) at the timing of "peak" or "valley" of this PWM carrier wave. Further, the microcomputer may have a function capable of outputting a pulse synchronized with the PWM carrier as shown in FIG. In such a case, this pulse is output to the second arithmetic unit 6 as the PWM carrier synchronization signal 21.
In the second arithmetic unit 6, this PWM carrier synchronization signal 21 is input as an external interrupt signal to generate an interrupt.
By activating the A / D converter by this interrupt, it becomes possible to detect the current according to the position detection signal 14. In Figure 8, PWM carrier synchronization signal 2
The case where an interrupt occurs at the falling edge of 1 is shown.

【0031】以上のような方法により、第1の演算装置
5の電圧出力タイミングと第2の演算装置6のタスク起
動タイミングとの同期をとることができる。また、マイ
クロコンピュータでPWMキャリアに同期したパルス信号
が発生できない場合においては、第1の演算装置5にお
いて、PWMキャリアの「山」もしくは「谷」時点で割り
込みを発生させ、そのタイミングで外部に信号を発生さ
せる。このようにしてPWMキャリア同期信号を出力する
ようにする。
By the above method, the voltage output timing of the first arithmetic unit 5 and the task activation timing of the second arithmetic unit 6 can be synchronized. When the microcomputer cannot generate a pulse signal synchronized with the PWM carrier, the first arithmetic unit 5 generates an interrupt at the “peak” or “valley” of the PWM carrier, and outputs the signal to the outside at that timing. Generate. In this way, the PWM carrier synchronization signal is output.

【0032】なお、実施例では同期モータを対象として
説明を行ったが、本発明は誘導モータの速度センサレス
システムにも適用できるものである。また、本発明につ
いては、位置(速度)センサレスモータ制御装置であれ
ばアプリケーションを問わず適用可能である。
Although the embodiment has been described for a synchronous motor, the present invention can also be applied to a speed sensorless system for an induction motor. Further, the present invention is applicable to any application as long as it is a position (speed) sensorless motor control device.

【0033】そのなかでも、本発明は電気自動車やハイ
ブリッド車には好適である。なぜならば、位置センサレ
スシステムは低コスト化に有効であるほか、駆動用モー
タは高速化する傾向にあり、短い周期で磁極位置の検出
を行なう必要があるからである。
Of these, the present invention is suitable for electric vehicles and hybrid vehicles. This is because the position sensorless system is effective for cost reduction, the driving motor tends to increase in speed, and it is necessary to detect the magnetic pole position in a short cycle.

【0034】電気自動車やハイブリッド車のコントロー
ラには異常検出用の演算装置が備わっている場合が多
く、比較的容易に本システムを適用することができる。
The controller of an electric vehicle or a hybrid vehicle is often equipped with an arithmetic unit for detecting an abnormality, and this system can be applied relatively easily.

【0035】本発明が適用される電気自動車は、車両を
走行駆動するための駆動用モータと、この駆動用モータ
の電源でありかつ回生制動時エネルギーを回収するバッ
テリと、アクセルやブレーキの操作などを通して与えら
れる運転指令に応じてこの駆動用モータを制御するモー
タ制御装置等を備えており、モータ制御装置には異常検
出用の演算装置が備わっている。また、車両の走行駆動
源として、エンジンと駆動用モータの組み合わせになる
ハイブリッド車であって、モータ制御装置に異常検出用
の演算装置が備わっているものにも本発明を適用でき
る。
An electric vehicle to which the present invention is applied has a drive motor for driving the vehicle, a battery which is a power source of the drive motor and which recovers energy during regenerative braking, and operation of an accelerator and a brake. A motor control device for controlling the drive motor according to an operation command given through the motor control device is provided, and the motor control device is provided with an arithmetic unit for detecting an abnormality. The present invention can also be applied to a hybrid vehicle in which an engine and a drive motor are combined as a vehicle drive source, and the motor control device includes an arithmetic unit for detecting an abnormality.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、交流モータの電流を制
御する電流制御手段を備えた第1の演算装置と、この第
1の演算装置の異常状態を監視する第2の演算装置と、
第1、第2の演算装置間でデータの送受信を行なう通信
手段とを備え、第2の演算装置において交流モータの磁
極位置の検出を行なう構成としたことにより、マイクロ
コンピュータ等のコントローラを用いた高速・高応答か
つ、高信頼性、低コスト、小型のモータ制御装置及び制
御方法を提供することができる。
According to the present invention, there is provided a first arithmetic unit having current control means for controlling the current of an AC motor, and a second arithmetic unit for monitoring an abnormal state of the first arithmetic unit.
A controller such as a microcomputer is used by including a communication means for transmitting and receiving data between the first and second arithmetic devices, and detecting the magnetic pole position of the AC motor in the second arithmetic device. It is possible to provide a small-sized motor control device and control method with high speed, high response, high reliability, low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例における第1の演算装置と第
2の演算装置を有するモータ制御装置の構成を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor control device having a first arithmetic device and a second arithmetic device in an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の第1の演算装置で行なう処理内容を示
すブロック線図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the contents of processing performed by the first arithmetic unit of FIG.

【図3】 回転座標系(d-q軸)と静止座標系(α-β
軸)との関係を示す図である。
[Fig. 3] Rotating coordinate system (dq axes) and stationary coordinate system (α-β
It is a figure which shows the relationship with (axis).

【図4】 突極性を有する永久磁石同期モータのインダ
クタンス電流特性の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an inductance current characteristic of a permanent magnet synchronous motor having saliency.

【図5】 図1の第2の演算装置の処理内容を示すブロ
ック線図である。
5 is a block diagram showing the processing contents of the second arithmetic unit of FIG. 1. FIG.

【図6】 本発明の実施例における通信手段の構成例を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a communication unit in the embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例における2つの演算装置間の
同期方法を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a synchronization method between two arithmetic devices according to the embodiment of the present invention.

【図8】 図7の同期方法におけるPWMキャリア同期信
号の概要を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a PWM carrier synchronization signal in the synchronization method of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−交流モータ、2−バッテリ、3−PWMインバータ、
4−コントローラ、5−第1の演算装置、6−第2の演
算装置、7−電流指令発生部、8−電流制御部、9u,9
v,9w−電流センサ、10,32−電流検出部、11,4
1−d-q変換部、12−3相変換部、13−PWM信号発生
部、14−位置検出用信号、15−電流変化量検出部、
16−位相検出部、17−速度検出部、20−DPRAM、
21−PWMキャリア同期信号、22−外部割込み入力端
子、25−通信手段、30,33−異常監視手段、40
−磁極位置検出手段。
1-AC motor, 2-battery, 3-PWM inverter,
4-controller, 5-first arithmetic unit, 6-second arithmetic unit, 7-current command generator, 8-current controller, 9u, 9
v, 9w-current sensor, 10,32-current detector, 11,4
1-dq converter, 12-3 phase converter, 13-PWM signal generator, 14-position detection signal, 15-current change amount detector,
16-phase detector, 17-speed detector, 20-DPRAM,
21-PWM carrier synchronization signal, 22-external interrupt input terminal, 25-communication means, 30, 33-abnormality monitoring means, 40
-Magnetic pole position detection means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本部 光幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 片山 博 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 澤田 建文 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Fターム(参考) 5H115 PG04 PI16 PU10 PU11 PU21 PV09 QN02 QN03 QN09 RB22 SE01 TO16 5H560 AA08 BB04 BB12 DA14 DB14 EB01 EC01 GG04 RR06 SS02 TT11 TT15 TT16 UA01 XA02 XA13 XB10 5H576 AA15 BB09 CC02 DD07 EE01 EE14 FF02 FF03 FF04 GG01 GG02 GG04 HA01 HB02 JJ03 LL14 LL22 LL41 LL55 MM10   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Headquarters Mitsuyuki             Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture 2520 Takaba             Ceremony Company Hitachi Ltd. Automotive equipment group (72) Inventor Hiroshi Katayama             Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture 2520 Takaba             Ceremony Company Hitachi Ltd. Automotive equipment group (72) Inventor Kenfumi Sawada             Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture 2520 Takaba             Ceremony Company Hitachi Ltd. Automotive equipment group F term (reference) 5H115 PG04 PI16 PU10 PU11 PU21                       PV09 QN02 QN03 QN09 RB22                       SE01 TO16                 5H560 AA08 BB04 BB12 DA14 DB14                       EB01 EC01 GG04 RR06 SS02                       TT11 TT15 TT16 UA01 XA02                       XA13 XB10                 5H576 AA15 BB09 CC02 DD07 EE01                       EE14 FF02 FF03 FF04 GG01                       GG02 GG04 HA01 HB02 JJ03                       LL14 LL22 LL41 LL55 MM10

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流モータに電圧を印加するインバータ
と、該インバータを制御するコントローラとを備えたモ
ータ制御装置において、 前記コントローラは、トルク指令及び前記交流モータの
検出電流値に基づき前記交流モータの電流を制御する電
流制御手段を備えた第1の演算装置と、前記第1の演算
装置の異常状態を監視する第2の演算装置と、前記第1
の演算装置と前記第2の演算装置との間でデータの送受
信を行なう通信手段とを備え、前記第2の演算装置は、
前記交流モータの回転子磁極位置を検出する磁極位置検
出手段を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
1. A motor control device comprising an inverter for applying a voltage to an AC motor and a controller for controlling the inverter, wherein the controller controls the AC motor based on a torque command and a detected current value of the AC motor. A first arithmetic unit having a current control means for controlling an electric current; a second arithmetic unit monitoring an abnormal state of the first arithmetic unit;
And a communication means for transmitting and receiving data between the second arithmetic device and the second arithmetic device, wherein the second arithmetic device comprises:
A motor control device comprising magnetic pole position detection means for detecting a rotor magnetic pole position of the AC motor.
【請求項2】請求項1において、 前記第1の演算装置は、前記第2の演算装置において検
出された前記交流モータの回転子磁極位置に基づいて電
流制御演算を行ない、前記交流モータに印加する電圧の
指令値を出力することを特徴とするモータ制御装置。
2. The first arithmetic device according to claim 1, wherein the first arithmetic device performs a current control arithmetic operation based on the rotor magnetic pole position of the AC motor detected by the second arithmetic device, and applies the current control arithmetic operation to the AC motor. A motor control device that outputs a command value of a voltage to be applied.
【請求項3】請求項1または2において、 前記第2の演算装置は少なくとも前記交流モータの検出
電流値を入力として演算処理により前記回転子磁極位置
を算出し、該算出値を前記回転子磁極位置の検出値とし
て前記第1の演算装置に対して出力することを特徴とす
るモータ制御装置。
3. The rotor according to claim 1, wherein the second arithmetic unit calculates the rotor magnetic pole position by an arithmetic process using at least the detected current value of the AC motor as an input, and calculates the calculated value. A motor control device which outputs the detected value of the position to the first arithmetic unit.
【請求項4】請求項1ないし3のいずれかにおいて、 前記通信手段は、少なくとも前記第2の演算装置から前
記第1の演算装置に対しデータの受け渡しを行なうシリ
アル通信手段を備えたことを特徴とするモータ制御装
置。
4. The communication means according to claim 1, wherein the communication means includes at least serial communication means for transferring data from the second arithmetic device to the first arithmetic device. Motor control device.
【請求項5】請求項1ないし3のいずれかにおいて、 前記通信手段は、少なくとも前記第2の演算装置から前
記第1の演算装置に対しデータの受け渡しを行なうデュ
アルポートRAMを備えたことを特徴とするモータ制御装
置。
5. The communication means according to claim 1, further comprising a dual port RAM for transferring data from at least the second arithmetic device to the first arithmetic device. Motor control device.
【請求項6】請求項1ないし3のいずれかにおいて、前
記交流モータに電圧を印加するPWMインバータを備え、
該PWMインバータは前記コントローラで制御され、 前記第1の演算装置は、モータ制御装置内で発生される
PWMキャリアに同期したPWMキャリア同期信号を前記第2
の演算装置に出力し、前記第2の演算装置は前記PWMキ
ャリア同期信号により割り込みを発生させ、前記PWMキ
ャリアに同期したタスクを起動することを特徴とするモ
ータ制御装置。
6. The PWM inverter for applying a voltage to the AC motor according to claim 1,
The PWM inverter is controlled by the controller, and the first arithmetic unit is generated in the motor controller.
The PWM carrier synchronization signal synchronized with the PWM carrier is the second
To the arithmetic unit, and the second arithmetic unit causes an interrupt in response to the PWM carrier synchronization signal to activate a task synchronized with the PWM carrier.
【請求項7】請求項6において、 前記第2の演算装置で起動されるタスクは少なくとも前
記モータ電流の演算処理を行なうことを特徴とするモー
タ制御装置。
7. The motor control device according to claim 6, wherein the task started by the second arithmetic device performs at least arithmetic processing of the motor current.
【請求項8】車両を走行駆動するための駆動用モータを
備えた電気自動車の駆動装置であって、請求項1乃至7
のいずれかに記載のモータ制御装置を備えたことを特徴
とする電気自動車用駆動装置。
8. A drive device for an electric vehicle, comprising a drive motor for driving a vehicle to travel, comprising:
A drive device for an electric vehicle, comprising the motor control device according to any one of 1.
【請求項9】車両を走行駆動するためのエンジンと駆動
用モータとを備えたハイブリッド自動車の駆動装置であ
って、請求項1乃至7のいずれかに記載のモータ制御装
置を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車用駆動
装置。
9. A drive system for a hybrid vehicle including an engine for driving the vehicle to drive and a drive motor, comprising the motor control device according to claim 1. Description: A drive unit for a hybrid vehicle.
【請求項10】交流モータに電圧を印加するインバータ
と、該インバータを制御するコントローラとを備え、前
記交流モータを制御するモータの制御方法において、 前記コントローラは、第1の演算装置と第2の演算装置
及び前記第1の演算装置と前記第2の演算装置との間で
データの送受信を行なう通信手段とを備えており、 第1の演算装置により、トルク指令及び前記交流モータ
の検出電流値に基づき制御信号を生成して前記交流モー
タの電流を制御し、 前記第2の演算装置により、前記第1の演算装置の異常
状態を監視するとともに、前記交流モータの検出電流値
を利用して演算処理を行ない該交流モータの回転子磁極
位置を算出することを特徴とするモータの制御方法。
10. A method of controlling a motor for controlling the AC motor, comprising: an inverter for applying a voltage to the AC motor; and a controller for controlling the inverter, wherein the controller comprises a first arithmetic unit and a second arithmetic unit. An arithmetic unit and a communication unit for transmitting and receiving data between the first arithmetic unit and the second arithmetic unit are provided, and the torque instruction and the detected current value of the AC motor are provided by the first arithmetic unit. A control signal is generated based on the control signal to control the current of the AC motor, the second arithmetic device monitors an abnormal state of the first arithmetic device, and the detected current value of the AC motor is used. A method of controlling a motor, characterized by calculating a rotor magnetic pole position of the AC motor by performing arithmetic processing.
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