JP2010063221A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3相交流モータを制御するモータ制御装置に係わる。 The present invention relates to a motor control device that controls a three-phase AC motor.
3相交流モータは、従来より、様々な分野で広く利用されてきている。例えば、大型の3相交流モータは、電動車両またはハイブリッド車両の走行用モータとして実用化されている。 Conventionally, three-phase AC motors have been widely used in various fields. For example, a large three-phase AC motor has been put into practical use as a traveling motor for an electric vehicle or a hybrid vehicle.
ところが、3相交流モータ(特に、集中巻IPMモータ等の固定子巻線が集中して巻かれたモータ)は、構造上の要因から、ロータ回転時の磁束分布が歪むため、モータ電流の周期の6n倍の周期を持ったトルクリプルが発生する。トルクリプルは、騒音や振動の増大、あるいは電流波形の歪による効率の低下の原因となる。 However, a three-phase AC motor (particularly, a motor in which stator windings such as a concentrated winding IPM motor are wound in a concentrated manner) is distorted in magnetic flux distribution during rotor rotation due to structural factors. Torque ripple having a period of 6n times as large as that of the torque is generated. Torque ripple causes an increase in noise and vibration, or a decrease in efficiency due to current waveform distortion.
上記問題を解決するための1つの技術として、ベクトル制御の制御対象であるモータ電流の基本波電流成分だけでなく、高調波電流成分を制御する方式が知られている。すなわち、dq座標系において6n次の電流を重畳することでトルクリプルを抑制する技術が知られている。そして、特許文献1には、電流歪を低減する技術が記載されている。 As one technique for solving the above problem, there is known a method for controlling not only the fundamental wave current component of the motor current to be controlled by vector control but also the harmonic current component. That is, a technique for suppressing torque ripple by superimposing a 6n-order current in the dq coordinate system is known. Patent Document 1 describes a technique for reducing current distortion.
特許文献1に記載のモータ制御装置において、基本波電流制御手段は、3相交流モータの回転に同期して回転する直交座標系でモータ電流の基本波成分を制御する。高調波電流制御手段は、モータ電流の基本波成分の整数倍の周波数で回転する直交座標系でモータ電流に含まれる高調波成分を制御する。電圧指令値生成手段は、基本波電流制御手段の出力と高調波電流制御手段の出力とを加算して3相交流電圧指令値を生成する。電力変換手段は、直流電源電圧を3相交流電圧指令値に応じた3相交流電圧に変換して3相交流モータへ出力する。デッドタイム補償手段は、電力変換手段のデッドタイムに起因する出力電圧を補償するために、3相交流電圧指令値を補正する。速度検出手段は、3相交流モータの速度を検出する。制御選択手段は、3相交流モータの回転速度が予め定められたしきい値以下のときは、デッドタイム補償手段による補正を行わずに高調波電流制御手段による制御を行い、3相交流モータの回転速度が上記しきい値より高いときは、高調波電流制御手段による制御を行わずにデッドタイム補償手段による補正を行う。
上述のような3相交流モータにおいて、高調波電流を制御する場合、その高調波電流成分の大きさ及び/又は位相が適切に制御されていないと、かえって特性を低下させてしまうことがある。例えば、モータの回転数が高くなったときなどには、電流制御追従性が悪くなり、トルクリプルの増大または効率の低下を引き起こすことがある。 In the three-phase AC motor as described above, when the harmonic current is controlled, the characteristic may be deteriorated if the magnitude and / or phase of the harmonic current component is not properly controlled. For example, when the number of rotations of the motor becomes high, the current control followability is deteriorated, which may cause an increase in torque ripple or a decrease in efficiency.
本発明の目的は、3相交流モータにおいて、適切に高調波電流を制御することで運転状況に応じてシステム特性の劣化(トルクリプル増大、モータ効率低下)を防ぐことである。 An object of the present invention is to prevent deterioration of system characteristics (increase in torque ripple, decrease in motor efficiency) according to operating conditions by appropriately controlling harmonic current in a three-phase AC motor.
本発明のモータ制御装置は、3相交流モータを制御するモータ制御装置であって、前記3相交流モータのモータ電流の基本波電流指令値を出力する基本波電流制御手段と、前記基本波電流の整数倍の周波数を持ち、前記基本波電流よりも小さい振幅の高調波電流指令値を出力する高調波電流制御手段と、前記基本波電流制御手段の出力および前記高調波電流制御手段の出力を利用して前記3相交流モータのモータ電流を制御する電流制御回路と、前記高調波電流の位相を検出する位相検出手段と、前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに、前記高調波電流の振幅を減少させる動作モード制御手段と、を備える。 The motor control device of the present invention is a motor control device for controlling a three-phase AC motor, and includes a fundamental wave current control means for outputting a fundamental wave current command value of a motor current of the three-phase AC motor, and the fundamental wave current. A harmonic current control means for outputting a harmonic current command value having a frequency that is an integer multiple of the amplitude and smaller than the fundamental current, an output from the fundamental current control means, and an output from the harmonic current control means. A current control circuit for controlling the motor current of the three-phase AC motor, phase detection means for detecting the phase of the harmonic current, and the harmonic current when the phase of the harmonic current is out of the effective phase. Operation mode control means for reducing the amplitude of the wave current.
3相交流モータの特性は、高調波電流の位相を適切に制御することにより改善される。したがって、高調波電流の位相が有効位相から外れたときには、高調波電流の振幅を減少させる。これにより、高調波電流制御による特性の劣化を防ぐことができる。 The characteristics of the three-phase AC motor are improved by appropriately controlling the phase of the harmonic current. Therefore, when the phase of the harmonic current deviates from the effective phase, the amplitude of the harmonic current is decreased. Thereby, the deterioration of the characteristic by harmonic current control can be prevented.
前記動作モード制御手段は、前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに、前記高調波電流制御手段の出力を無効にするようにしてもよい。高調波電流の位相が有効位相から外れたときに、高調波電流制御手段の出力を無効にすることにより、高調波電流制御による特性の劣化を確実に防ぐことができる。 The operation mode control means may invalidate the output of the harmonic current control means when the phase of the harmonic current is out of the effective phase. By invalidating the output of the harmonic current control means when the phase of the harmonic current deviates from the effective phase, it is possible to reliably prevent deterioration of characteristics due to the harmonic current control.
本発明のモータ制御装置は、前記高調波電流の振幅を検出する振幅検出手段を備えるようにしてもよい。前記有効位相は、前記高調波電流の振幅に応じて変化する。この構成を導入すれば、高調波電流制御を行うべきか否かを、より適切に判断できる。 The motor control device of the present invention may include amplitude detection means for detecting the amplitude of the harmonic current. The effective phase changes according to the amplitude of the harmonic current. If this configuration is introduced, it can be more appropriately determined whether or not harmonic current control should be performed.
前記有効位相は、例えば、前記高調波電流制御手段の出力を有効にしたときのトルクリプル率が前記高調波電流制御手段の出力を無効にしたときのトルクリプル率よりも低くなる位相である。有効位相をこのように設定すれば、高調波電流制御を行うことに起因してトルクリプルがかえって大きくなってしまう事態は回避される。 The effective phase is, for example, a phase in which the torque ripple rate when the output of the harmonic current control unit is enabled is lower than the torque ripple rate when the output of the harmonic current control unit is disabled. If the effective phase is set in this way, a situation in which the torque ripple is increased due to the harmonic current control is avoided.
あるいは、前記有効位相は、例えば、前記高調波電流制御手段の出力を有効にしたときのトルクリプル率が予め決められたトルクリプル閾値よりも低くなる位相である。有効位相をこのように設定すれば、高調波電流制御を行うべきか否かの判断が簡単になる。 Alternatively, the effective phase is, for example, a phase in which the torque ripple rate when the output of the harmonic current control means is enabled is lower than a predetermined torque ripple threshold value. Setting the effective phase in this way makes it easy to determine whether or not to perform harmonic current control.
さらに、前記有効位相は、前記高調波電流指令値の振幅を基に決定してもよい。また、前記有効位相は、前記高調波電流指令値の位相から一定範囲内にある位相としてもよい。
本発明のモータ制御装置は、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記基本波電流の電流値を検出する基本波電流検出手段と、前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに検出される回転速度および基本波電流の電流値を記録する記録手段、をさらに備えるようにしてもよい。この場合、前記動作モード制御手段は、前記記録手段に記録されている回転速度および基本波電流の電流値を含む所定の動作領域において、前記高調波電流の振幅を減少させる。この構成によれば、高調波電流制御を行うことによって特性が劣化する事態を事前に回避できる。
Further, the effective phase may be determined based on the amplitude of the harmonic current command value. The effective phase may be a phase within a certain range from the phase of the harmonic current command value.
The motor control device according to the present invention includes a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the motor, a fundamental wave current detection unit that detects a current value of the fundamental wave current, and a phase of the harmonic current is out of an effective phase. Recording means for recording the rotational speed detected at the time and the current value of the fundamental wave current may be further provided. In this case, the operation mode control unit decreases the amplitude of the harmonic current in a predetermined operation region including the rotation speed and the current value of the fundamental wave current recorded in the recording unit. According to this configuration, it is possible to avoid in advance a situation in which the characteristics deteriorate due to the harmonic current control.
本発明のモータ制御装置において、前記動作モード制御手段は、前記高調波電流の振幅が減少されている期間に、一時的に前記高調波電流制御手段により前記高調波電流を流すことで前記高調波電流の位相が有効位相であるか否かチェックし、有効位相であるときは、前記高調波電流制御手段を通常制御するようにしてもよい。この構成によれば、高調波電流制御を行わないよりも高調波電流制御を行う方が有利な状況を早期に認識できるので、トルクリプルを適切に抑制できる。 In the motor control device of the present invention, the operation mode control means temporarily causes the harmonic current to flow by the harmonic current control means during a period in which the amplitude of the harmonic current is reduced. It is checked whether or not the phase of the current is an effective phase, and when it is an effective phase, the harmonic current control means may be normally controlled. According to this configuration, since it is possible to recognize at an early stage a situation in which it is more advantageous to perform harmonic current control than to perform harmonic current control, it is possible to appropriately suppress torque ripple.
本発明の他の態様のモータ制御装置は、3相交流モータを制御するモータ制御装置であって、前記3相交流モータのモータ電流の基本波電流指令値を出力する基本波電流制御手段と、前記基本波電流の整数倍の周波数を持った高調波電流指令値を出力する高調波電流制御手段と、前記基本波電流制御手段の出力および前記高調波電流制御手段の出力を利用して前記3相交流モータのモータ電流を制御する電流制御回路と、前記3相交流モータのトルクリプル率を算出する算出手段と、前記算出されたトルクリプル率が閾値以上であったときに、前記高調波電流の振幅を減少させるように前記電流制御回路を制御する動作モード制御手段と、を備える。この構成によれば、高調波電流制御に起因してトルクリプルが閾値を越えてしまうことが回避される。 A motor control device according to another aspect of the present invention is a motor control device that controls a three-phase AC motor, and includes a fundamental wave current control unit that outputs a fundamental wave current command value of the motor current of the three-phase AC motor; Harmonic current control means for outputting a harmonic current command value having a frequency that is an integral multiple of the fundamental current, and output of the fundamental current control means and output of the harmonic current control means using the output of the harmonic current control means. A current control circuit for controlling a motor current of the phase AC motor, a calculation means for calculating a torque ripple rate of the three-phase AC motor, and an amplitude of the harmonic current when the calculated torque ripple rate is equal to or greater than a threshold value. Operating mode control means for controlling the current control circuit so as to reduce the current. According to this configuration, it is avoided that the torque ripple exceeds the threshold due to the harmonic current control.
本発明によれば、3相交流モータにおいて運転状況に応じて適切に高調波電流を制御することでシステム特性の劣化(トルクリプル増大、モータ効率低下)を防ぐことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent deterioration of system characteristics (increase in torque ripple, decrease in motor efficiency) by appropriately controlling the harmonic current in accordance with the operation state in the three-phase AC motor.
図1は、本発明の実施形態のモータ制御装置の構成を示す図である。実施形態のモータ制御装置1は、トルク指示信号に応じてモータ100を制御する。トルク指示信号は、例えば、ユーザにより与えられる。モータ100が電動車両の走行用モータである場合は、トルク指示信号は、アクセルの踏込み角度を表す情報である。モータ100は、この実施例では、3相交流モータである。また、モータ100は、例えば、埋込み磁石構造の同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention. The motor control device 1 according to the embodiment controls the motor 100 according to a torque instruction signal. The torque instruction signal is given by the user, for example. When the motor 100 is a traveling motor for an electric vehicle, the torque instruction signal is information indicating the depression angle of the accelerator. In this embodiment, the motor 100 is a three-phase AC motor. The motor 100 is, for example, an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM).
指令値生成部11は、トルク指示信号に応じて電流指令値を生成する。電流指令値は、dq座標系におけるd軸成分指令値およびq軸成分指令値で表される。dq座標系は、UVW座標系からモータ100の回転に同期した回転座標変換した座標系である。この実施例においては、1組の指令値Id*、Iq*、および1組の指令値Ind*、Inq*が生成される。ここで、指令値Id*、Iq*は、それぞれ、モータ電流の基本波成分である基本波電流のd軸成分q軸成分の目標値である。また、指令値Ind*、In1*は、それぞれ、モータ電流の高調波成分である高調波電流のd軸成分およびq軸成分の目標値である。 The command value generation unit 11 generates a current command value according to the torque instruction signal. The current command value is represented by a d-axis component command value and a q-axis component command value in the dq coordinate system. The dq coordinate system is a coordinate system obtained by converting rotational coordinates synchronized with the rotation of the motor 100 from the UVW coordinate system. In this embodiment, a set of command values Id * and Iq * and a set of command values Ind * and Inq * are generated. Here, the command values Id * and Iq * are the target values of the d-axis component and the q-axis component of the fundamental wave current that are the fundamental wave components of the motor current, respectively. The command values Ind * and In1 * are target values for the d-axis component and the q-axis component of the harmonic current that are the harmonic components of the motor current, respectively.
誤差演算部12は、基本波電流指令値Id*とd軸電流検出値Idとの誤差を表すd軸電流誤差値を演算する。同様に、誤差演算部13は、基本波電流指令値Iq*とq軸電流検出値Iqとの誤差を表すq軸電流誤差値を生成する。なお、誤差演算部12、13は、例えば、減算器により実現される。 The error calculation unit 12 calculates a d-axis current error value representing an error between the fundamental wave current command value Id * and the d-axis current detection value Id. Similarly, the error calculator 13 generates a q-axis current error value that represents an error between the fundamental wave current command value Iq * and the q-axis current detection value Iq. The error calculators 12 and 13 are realized by a subtracter, for example.
dq電流制御部14は、d軸電流誤差値およびq軸電流誤差値に対してPI演算を行うことにより、基本波電圧指令値Vd*、Vq*を生成する。加算器31は、dq電流制御部14により得られる基本波電圧指令値Vd*に、後述する高調波電圧指令値Vnd(h)*を加算することにより、d軸電圧指令値を生成する。同様に、加算器32は、基本波電圧指令値Vq*に、高調波電圧指令値Vnq(h)*を加算することにより、q軸電圧指令値を生成する。2相/3相変換部15は、モータ100の位相θに基づいて、加算器31、32により得られるdq座標系の電圧指令値を、UVW座標系の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換する。電力変換部16は、例えば、IGBT等の半導体素子を含むインバータ回路であって、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に相当する電圧をPWM制御等によりモータ100に与える。 The dq current control unit 14 performs the PI calculation on the d-axis current error value and the q-axis current error value, thereby generating the fundamental voltage command values Vd * and Vq *. The adder 31 generates a d-axis voltage command value by adding a harmonic voltage command value Vnd (h) * described later to the fundamental voltage command value Vd * obtained by the dq current control unit 14. Similarly, the adder 32 generates a q-axis voltage command value by adding the harmonic voltage command value Vnq (h) * to the fundamental voltage command value Vq *. The two-phase / three-phase converter 15 converts the voltage command value in the dq coordinate system obtained by the adders 31 and 32 based on the phase θ of the motor 100 into the voltage command values Vu *, Vv *, Vw in the UVW coordinate system. Convert to *. The power conversion unit 16 is an inverter circuit including a semiconductor element such as an IGBT, for example, and applies voltages corresponding to the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * to the motor 100 by PWM control or the like.
位相演算部(回転速度検出手段)17は、モータ100の位相θを検出すると共に、検出した位相θに基づいてモータ100の回転速度ωを算出する。検出した位相θは、2相/3相変換部15、3相/2相変換部18、および乗算器24に与えられる。3相/2相変換部(基本波電流検出手段)18は、モータ100の位相θに基づいて、UVW座標系のモータ電流Iu、Iv、Iwを、dq座標系のモータ電流Id、Iq(d軸電流検出値Id、q軸電流検出値Iq)に変換する。ここで、3相/2相変換部18は、Iu、Iv、Iwの中の任意の2つ(図1では、Iu、Iw)から他の1つを求めることができる。よって、実施例では、Iu、Iwを検出するための電流センサが設けられている。 The phase calculation unit (rotational speed detection means) 17 detects the phase θ of the motor 100 and calculates the rotational speed ω of the motor 100 based on the detected phase θ. The detected phase θ is supplied to the 2-phase / 3-phase converter 15, the 3-phase / 2-phase converter 18, and the multiplier 24. Based on the phase θ of the motor 100, the three-phase / two-phase conversion unit (fundamental current detection means) 18 converts the motor currents Iu, Iv, Iw in the UVW coordinate system into the motor currents Id, Iq (d in the dq coordinate system). Converted into a shaft current detection value Id and a q-axis current detection value Iq). Here, the three-phase / two-phase converter 18 can obtain another one from any two (Iu, Iw in FIG. 1) of Iu, Iv, and Iw. Therefore, in the embodiment, a current sensor for detecting Iu and Iw is provided.
誤差演算部21、22は、それぞれ、高調波電流指令値Ind*、Inq*と、検出された高調波電流Ind、Inqとの誤差を演算する。dq高調波電流制御部23は、誤差演算部21、22により得られる誤差情報に対応する高調波電圧指令値Vnd*、Vnq*を生成する。乗算器24は、モータ100の位相θに対して「n」を乗算する。なお、「n」は整数であり、例えば、6次の高調波を制御する場合は「n=6」である。高調波座標逆変換部25は、乗算器24により得られる「nθ」を利用して、高調波座標系上の高調波電圧指令値Vnd*、Vnq*を、dq座標系上の高調波電圧指令値Vnd(h)*、Vnq(h)*に変換する。なお、この変換は、位相回転を打ち消すための逆回転演算に相当し、下式で表される。
Vnd(h)* =Vnd*・cos(nθ) −Vnq*・sin(nθ)
Vnq(h)* =Vnd*・sin(nθ) +Vnq*・cos(nθ)
高調波検出部26は、例えば、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタにより実現され、3相/2相変換部18により得られるモータ電流Id、Iqから、高調波成分Idh、Iqhを検出する。高調波座標変換部27は、「nθ」を利用して、高調波検出部26により得られる高調波成分Idh、Iqhを、高調波座標系上の高調波電流値Ind、Inqに変換する。変換により得られた電流値Ind、Inqは、誤差演算部21、22に与えられる。なお、高調波座標変換部27による変換演算は、下式により表される。
Ind =Idh・cos(nθ) +Iqh・sin(nθ)
Inq =−Idh・sin(nθ) +Iqh・cos(nθ)
上記構成のモータ制御装置1において、誤差演算部12、13、dq電流制御部14、2相/3相変換部15、電力変換部16、3相/2相変換部18は、モータ電流の基本波成分を制御するフィードバック系を構成する。このフィードバック系は、誤差演算部12、13により得られるd軸電流誤差値およびq軸電流誤差値を最小化する。このフィードバック制御により、モータ電流の基本波成分は、電流指令値Id*、Iq*に制御される。すなわち、モータ100は、トルク指示信号に応じたトルクを生成する。
The error calculators 21 and 22 calculate errors between the harmonic current command values Ind * and Inq * and the detected harmonic currents Ind and Inq, respectively. The dq harmonic current control unit 23 generates harmonic voltage command values Vnd * and Vnq * corresponding to the error information obtained by the error calculation units 21 and 22. The multiplier 24 multiplies the phase θ of the motor 100 by “n”. Note that “n” is an integer, for example, “n = 6” when controlling the sixth harmonic. The harmonic coordinate inverse transform unit 25 uses the “nθ” obtained by the multiplier 24 to convert the harmonic voltage command values Vnd * and Vnq * on the harmonic coordinate system into the harmonic voltage command on the dq coordinate system. Converted to values Vnd (h) * and Vnq (h) *. This conversion corresponds to a reverse rotation calculation for canceling the phase rotation, and is expressed by the following equation.
Vnd (h) * = Vnd * ・ cos (nθ) −Vnq * ・ sin (nθ)
Vnq (h) * = Vnd * · sin (nθ) + Vnq * · cos (nθ)
The harmonic detection unit 26 is realized by, for example, a bandpass filter or a high pass filter, and detects the harmonic components Idh and Iqh from the motor currents Id and Iq obtained by the three-phase / two-phase conversion unit 18. The harmonic coordinate conversion unit 27 uses “nθ” to convert the harmonic components Idh and Iqh obtained by the harmonic detection unit 26 into the harmonic current values Ind and Inq on the harmonic coordinate system. The current values Ind and Inq obtained by the conversion are given to the error calculators 21 and 22. The conversion calculation by the harmonic coordinate conversion unit 27 is expressed by the following equation.
Ind = Idh · cos (nθ) + Iqh · sin (nθ)
Inq = -Idh · sin (nθ) + Iqh · cos (nθ)
In the motor control device 1 configured as described above, the error calculation units 12 and 13, the dq current control unit 14, the two-phase / three-phase conversion unit 15, the power conversion unit 16, and the three-phase / two-phase conversion unit 18 A feedback system for controlling wave components is configured. This feedback system minimizes the d-axis current error value and the q-axis current error value obtained by the error calculation units 12 and 13. By this feedback control, the fundamental component of the motor current is controlled to the current command values Id * and Iq *. That is, the motor 100 generates torque according to the torque instruction signal.
また、誤差演算部21、22、dq高調波電流制御部23、乗算器24、高調波座標逆変換部25、高調波検出部26、高調波座標変換部27は、モータ電流の高調波成分を制御するフィードバック系を構成する。このフィードバック系は、誤差演算部21、22により得られる高調波電流誤差値を最小化する。このフィードバック制御により、モータ電流の高調波成分は、電流指令値Ind*、Inq*に制御される。すなわち、モータ100のトルクリプルが抑制される。 Further, the error calculation units 21 and 22, the dq harmonic current control unit 23, the multiplier 24, the harmonic coordinate inverse conversion unit 25, the harmonic detection unit 26, and the harmonic coordinate conversion unit 27 convert the harmonic component of the motor current. Configure the feedback system to be controlled. This feedback system minimizes the harmonic current error value obtained by the error calculators 21 and 22. By this feedback control, the harmonic component of the motor current is controlled to the current command values Ind * and Inq *. That is, torque ripple of the motor 100 is suppressed.
なお、電流指令値Id*、Iq*は、指令値制御部11において、トルク指示信号に応じて生成される。また、電流指令値Ind*、Inq*は、指令値生成部11において、例えば下式に従って生成される。
Ind* =Indq×cosφ
Inq* =Indq×sinφ
Indq =(Ind2+Inq2)1/2
φ=tan-1(Inq/Ind)
ただし、モータ電流の高調波成分を制御するための電流指令値Ind*、Inq*は、要求される特性(すなわち、トルクリプルの低減、効率の向上)に応じて、異なる演算式に従って生成されるようにしてもよい。
The current command values Id * and Iq * are generated by the command value control unit 11 according to the torque instruction signal. Further, the current command values Ind * and Inq * are generated in the command value generation unit 11 according to, for example, the following formula.
Ind * = Indq × cosφ
Inq * = Indq × sinφ
Indq = (Ind 2 + Inq 2 ) 1/2
φ = tan -1 (Inq / Ind)
However, the current command values Ind * and Inq * for controlling the harmonic component of the motor current are generated according to different arithmetic expressions according to required characteristics (that is, reduction of torque ripple and improvement of efficiency). It may be.
モータ制御装置1において、指令値生成部11、誤差演算部12、13、dq電流制御部14、2相/3相変換部15、位相演算部17、3相/2相変換部18、誤差演算部21、22、dq高調波電流制御部23、乗算器24、高調波座標逆変換部25、高調波検出部26、高調波座標変換部27は、この実施例では、プロセッサを用いてソフトウェアプログラムを実行することにより実現される。なお、本発明に係わる基本波電流制御手段は、例えば、誤差演算部12、13、dq電流制御部14、3相/2相変換部18に相当する。高調波電流制御手段は、例えば、誤差演算部21、22、dq高調波電流制御部23、乗算器24、高調波座標逆変換部25、高調波検出部26、高調波座標変換部27に相当する。電流制御回路は、例えば、加算器31、32、2相/3相変換部15、電力変換部16に相当する。 In the motor control device 1, the command value generation unit 11, the error calculation units 12 and 13, the dq current control unit 14, the 2 phase / 3 phase conversion unit 15, the phase calculation unit 17, the 3 phase / 2 phase conversion unit 18, the error calculation In this embodiment, the units 21 and 22, the dq harmonic current control unit 23, the multiplier 24, the harmonic coordinate inverse conversion unit 25, the harmonic detection unit 26, and the harmonic coordinate conversion unit 27 are software programs using a processor. It is realized by executing. The fundamental wave current control means according to the present invention corresponds to, for example, the error calculation units 12 and 13, the dq current control unit 14, and the 3 phase / 2 phase conversion unit 18. The harmonic current control means corresponds to, for example, the error calculation units 21 and 22, the dq harmonic current control unit 23, the multiplier 24, the harmonic coordinate inverse conversion unit 25, the harmonic detection unit 26, and the harmonic coordinate conversion unit 27. To do. The current control circuit corresponds to, for example, the adders 31 and 32, the two-phase / three-phase conversion unit 15, and the power conversion unit 16.
図2は、高調波電流の位相に対するトルクリプル率の変化を示す図である。図2に示す特性は、トルクリプルを低減するために高調波電流を制御したときに得られたものである。ここで、モータ電流の高調波成分の位相φは、下式で演算される。
φ=tan-1(Inq/Ind)
また、トルクリプル率Rは、下式で定義される。なお、「T」はモータ100の平均トルクを表し、「Tpp」はモータ100のピークツーピークトルクを表す。
R=100×{(Tpp)/2}/T
特性Aは、高調波電流制御を行わないときのトルクリプル率を示している。また、特性B〜Eは、順番に、基本波電流に対する高調波電流の振幅を、大きくした場合のトルクリプル率の変化の一例を示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in the torque ripple rate with respect to the phase of the harmonic current. The characteristics shown in FIG. 2 are obtained when the harmonic current is controlled in order to reduce torque ripple. Here, the phase φ of the harmonic component of the motor current is calculated by the following equation.
φ = tan -1 (Inq / Ind)
Further, the torque ripple rate R is defined by the following equation. “T” represents the average torque of the motor 100, and “Tpp” represents the peak-to-peak torque of the motor 100.
R = 100 × {(Tpp) / 2} / T
A characteristic A indicates a torque ripple rate when the harmonic current control is not performed. Characteristics B to E show an example of a change in torque ripple rate when the amplitude of the harmonic current with respect to the fundamental current is increased in order.
図2に示すように、実施形態のモータ制御装置1でモータ100を駆動するときは、モータ電流の高調波成分の位相φが200度近傍であるときにトルクリプル率が低くなっている。そして、高調波電流の振幅が特性Dであり、位相φが約210度であるときに、トルクリプル率が最小となっている。換言すれば、高調波電流の振幅をD特性に制御し、位相φを約210度に制御すれば、モータ100のトルクリプルが最小になる。 As shown in FIG. 2, when the motor 100 is driven by the motor control device 1 of the embodiment, the torque ripple rate is low when the phase φ of the harmonic component of the motor current is around 200 degrees. When the amplitude of the harmonic current is characteristic D and the phase φ is about 210 degrees, the torque ripple rate is minimum. In other words, if the amplitude of the harmonic current is controlled to the D characteristic and the phase φ is controlled to about 210 degrees, the torque ripple of the motor 100 is minimized.
ところが、高調波電流の位相φが適切に制御されていないときは、トルクリプル率は、高調波電流制御を行わないときよりもかえって悪化してしまう。例えば、特性Dにおいて位相φが0〜140度、250〜360度であるときは、高調波電流制御を行うと、高調波電流制御を行わない(A特性)ときよりもトルクリプルが大きくなってしまう。換言すれば、高調波電流制御は、位相φが所定の位相条件(有効位相)を満たす場合に限って実行することが好ましい。この場合、位相条件は、例えば、高調波電流制御を行うときのトルクリプル率が高調波電流制御を行わないときのトルクリプル率よりも低くなる位相である。あるいは、位相条件は、例えば、高調波電流制御を行うときのトルクリプル率が予め決められたトルクリプル閾値(一例としては、A特性であるが、必ずしもA特性に限定されない。)よりも低くなる位相である。 However, when the phase φ of the harmonic current is not properly controlled, the torque ripple rate becomes worse than when the harmonic current control is not performed. For example, when the phase φ is 0 to 140 degrees and 250 to 360 degrees in the characteristic D, the torque ripple becomes larger when the harmonic current control is performed than when the harmonic current control is not performed (A characteristic). . In other words, the harmonic current control is preferably executed only when the phase φ satisfies a predetermined phase condition (effective phase). In this case, the phase condition is, for example, a phase in which the torque ripple rate when performing harmonic current control is lower than the torque ripple rate when not performing harmonic current control. Alternatively, the phase condition is, for example, a phase at which a torque ripple rate when performing harmonic current control is lower than a predetermined torque ripple threshold (for example, the A characteristic is not necessarily limited to the A characteristic). is there.
そこで、実施形態のモータ制御装置1は、高調波電流の位相φを検出し、その位相φが所定の位相条件から外れたときに、高調波電流制御を行わない動作モードに切り替える機能を備える。ただし、動作モード切替えを判断するための位相条件は、図2から明らかなように、高調波電流の振幅に依存して変化する。したがって、モータ制御装置1は、モータ電流の高調波成分の振幅および位相φを検出し、その位相φが振幅に依存して決まる位相条件から外れたときに動作モードを切り替えるようにしてもよい。 Therefore, the motor control device 1 according to the embodiment has a function of detecting the phase φ of the harmonic current and switching to an operation mode in which harmonic current control is not performed when the phase φ deviates from a predetermined phase condition. However, the phase condition for determining the operation mode switching changes depending on the amplitude of the harmonic current, as is apparent from FIG. Therefore, the motor control device 1 may detect the amplitude and phase φ of the harmonic component of the motor current and switch the operation mode when the phase φ deviates from the phase condition determined depending on the amplitude.
上述の動作モード切替え機能を提供するために、モータ制御装置1は、図1に示すように、スイッチ41〜44、振幅/位相検出部45、動作モード切替部46を備える。
スイッチ41、42のA端子には、それぞれ、高調波電流指令値Ind*、Inq*が与えられ、B端子には、それぞれ、検出された高調波電流Ind、Inqが与えられる。また、スイッチ43、44のA端子には、それぞれ、高調波電圧指令値Vnd*、Vnq*が与えられ、B端子には、それぞれ、「ゼロ」が与えられる。そして、スイッチ41〜44は、動作モード切替部46からの指示に従って、A端子またはB端子に与えられるデータを選択する。
In order to provide the above-described operation mode switching function, the motor control device 1 includes switches 41 to 44, an amplitude / phase detection unit 45, and an operation mode switching unit 46 as shown in FIG.
Harmonic current command values Ind * and Inq * are given to the A terminals of the switches 41 and 42, respectively, and the detected harmonic currents Ind and Inq are given to the B terminals, respectively. Further, harmonic voltage command values Vnd * and Vnq * are given to the A terminals of the switches 43 and 44, respectively, and “zero” is given to the B terminals. Then, the switches 41 to 44 select data given to the A terminal or the B terminal in accordance with an instruction from the operation mode switching unit 46.
振幅/位相検出部(位相検出手段および振幅検出手段)45は、検出された高調波電流Ind、Inqを利用して、高調波電流の振幅Indqおよび位相φを算出する。高調波電流の振幅Indqおよび位相φは、下式で算出される。
Indq =(Ind2+Inq2)1/2
φ=tan-1(Inq/Ind)
動作モード切替部46は、高調波電流の振幅Indqおよび位相φに基づいて、モータ制御装置1の動作モードを切り替える。また、動作モード切替部46は、モータ100の回転速度ωおよびモータ電流Id、Iqも、動作モードを切り替えるためのパラメータとして使用することができる。
The amplitude / phase detection unit (phase detection unit and amplitude detection unit) 45 calculates the amplitude Indq and the phase φ of the harmonic current using the detected harmonic currents Ind and Inq. The amplitude Indq and the phase φ of the harmonic current are calculated by the following equations.
Indq = (Ind 2 + Inq 2 ) 1/2
φ = tan -1 (Inq / Ind)
The operation mode switching unit 46 switches the operation mode of the motor control device 1 based on the amplitude Indq and the phase φ of the harmonic current. The operation mode switching unit 46 can also use the rotational speed ω of the motor 100 and the motor currents Id and Iq as parameters for switching the operation mode.
モータ制御装置1の動作モードは、基本的に以下のようにして制御される。すなわち、高調波電流の位相φが所定の位相条件を満たすときは、動作モード切替部46は、各スイッチ41〜44に対して、A端子のデータを選択する指示を与える。これにより、高調波電流を制御するためのフィードバック系が動作する。この場合、高調波座標逆変換部25は、dq高調波電流制御部23により得られる高調波電圧指令値Vnd*、Vnq*を、dq座標系上の高調波電圧指令値Vnd(h)*、Vnq(h)*に変換して出力する。そうすると、高調波電流が加算されたモータ電流がモータ100に与えられることになる。すなわち、高調波電流の位相φが所定の位相条件を満たすときは、通常の高調波電流制御が行われる。なお、所定の位相条件は、例えば、図2を参照しながら説明した通りである。 The operation mode of the motor control device 1 is basically controlled as follows. That is, when the phase φ of the harmonic current satisfies a predetermined phase condition, the operation mode switching unit 46 gives an instruction to select data of the A terminal to each of the switches 41 to 44. Thereby, the feedback system for controlling the harmonic current operates. In this case, the harmonic coordinate inverse transform unit 25 converts the harmonic voltage command values Vnd * and Vnq * obtained by the dq harmonic current control unit 23 into the harmonic voltage command values Vnd (h) *, dq coordinate system, Convert to Vnq (h) * and output. Then, the motor current to which the harmonic current is added is given to the motor 100. That is, when the phase φ of the harmonic current satisfies a predetermined phase condition, normal harmonic current control is performed. The predetermined phase condition is, for example, as described with reference to FIG.
一方、高調波電流の位相φが所定の位相条件から外れたときには、動作モード切替部46は、各スイッチ41〜44に対して、B端子のデータを選択する指示を与える。この場合、高調波座標逆変換部25は、高調波電圧指令値Vnd(h)*、Vnq(h)*として「ゼロ」を出力する。すなわち、高調波制御系の出力が無効化される。そうすると、モータ100には、基本波電圧指令値Vd*、Vq*に対応するモータ電流が供給されることになる。すなわち、高調波電流の位相φが所定の位相条件から外れたときには、高調波電流制御が行われない。 On the other hand, when the phase φ of the harmonic current deviates from the predetermined phase condition, the operation mode switching unit 46 gives an instruction to select the data of the B terminal to each of the switches 41 to 44. In this case, the harmonic coordinate inverse conversion unit 25 outputs “zero” as the harmonic voltage command values Vnd (h) * and Vnq (h) *. That is, the output of the harmonic control system is invalidated. Then, the motor 100 is supplied with motor currents corresponding to the fundamental wave voltage command values Vd * and Vq *. That is, the harmonic current control is not performed when the phase φ of the harmonic current deviates from a predetermined phase condition.
なお、高調波電流の位相φが所定の位相条件から外れたときには、スイッチ41、42は、高調波電流指令値Ind*、Inq*の代わりに、高調波電流検出値Ind、Inqのを選択する。そうすると、dq高調波電流制御部23には「ゼロ」が入力されることになる。したがって、モータ制御装置1が高調波電流を再開する際にも、dq高調波電流制御部23の動作は安定する。 When the harmonic current phase φ deviates from a predetermined phase condition, the switches 41 and 42 select the harmonic current detection values Ind and Inq instead of the harmonic current command values Ind * and Inq *. . Then, “zero” is input to the dq harmonic current control unit 23. Therefore, even when the motor control device 1 restarts the harmonic current, the operation of the dq harmonic current control unit 23 is stabilized.
図3および図4Aは、実施形態のモータ制御装置1の動作を示すフローチャートである。ここでは、6次の高調波電流を制御するものとする。また、6次の高調波電流の目標値である高調波電流指令値I6d*、I6q*は、指令値生成部11において所定のアルゴリズムで生成される。 3 and 4A are flowcharts showing the operation of the motor control device 1 of the embodiment. Here, the sixth harmonic current is controlled. In addition, the harmonic current command values I6d * and I6q *, which are target values of the sixth harmonic current, are generated by the command value generation unit 11 using a predetermined algorithm.
ステップS1では、モータ100の回転速度ω、基本波電流の振幅Idq、基本波電流の位相φdqを計算する。なお、基本波電流の振幅Idqおよび基本波電流の位相φdqは、下式により計算される。
Idq =(Id2+Iq2)1/2
φdq =tan-1(Iq/Id)
ステップS2では、高調波電流制御を開始すべき状態に達しているか否かをチェックする。具体的には、モータ100の回転速度ω、および基本波電流の振幅Idqが下記の条件を満たしているか否かをチェックする。なお、「ωstart」および「Idqstart」は、ゼロであってもよい。
ωstart<ω
Idqstart<Idq
上記条件が満たされていなければ、ステップS3において、高調波電流制御を無効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、B端子のデータを選択するための指示を与える。一方、上記条件が満たされていれば、ステップS4において、モータ100の回転速度ω、および基本波電流の状態を参照し、モータ制御装置1が高調波電流制御を停止すべき高調波停止領域に入っているか否かをチェックする。この実施例では、下式に従ってチェックが行われる。
ωs−Δωs ≦ ω ≦ ωs+Δωs
Idqs−ΔIdqs ≦ Idq ≦ Idqs+ΔIdqs
φdqs−Δφdqs ≦ φdq ≦ φdqs+Δφdqs
ここで、「ωs」「Idqs」「φdqs」は、後で詳しく説明するが、過去の動作において高調波電流制御を停止すべきであると判定されたときに検出されたモータ100の回転速度、基本波電流の振幅、基本波電流の位相であり、動作モード切替部46がアクセス可能なメモリ(記録手段)に格納されている。「Δωs」「ΔIdqs」「Δφdqs」は、高調波停止領域の大きさを決める値であり、制御誤差等を考慮して適宜決めることができる。すなわち、ステップS4では、過去に高調波電流制御を停止すべきであると判定された状態と同じ状態に近づいたことが検出される。
In step S1, the rotational speed ω of the motor 100, the amplitude Idq of the fundamental wave current, and the phase φdq of the fundamental wave current are calculated. The amplitude Idq of the fundamental wave current and the phase φdq of the fundamental wave current are calculated by the following equations.
Idq = (Id 2 + Iq 2 ) 1/2
φdq = tan -1 (Iq / Id)
In step S2, it is checked whether or not the state in which harmonic current control should be started has been reached. Specifically, it is checked whether the rotational speed ω of the motor 100 and the amplitude Idq of the fundamental wave current satisfy the following conditions. “Ωstart” and “Idqstart” may be zero.
ωstart <ω
Idqstart <Idq
If the above condition is not satisfied, the harmonic current control is invalidated in step S3. That is, an instruction for selecting data of the B terminal is given to the switches 41 to 44. On the other hand, if the above condition is satisfied, in step S4, the rotational speed ω of the motor 100 and the state of the fundamental wave current are referred to, and the motor control device 1 enters the harmonic stop region where the harmonic current control should be stopped. Check if it is in. In this embodiment, the check is performed according to the following formula.
ωs−Δωs ≦ ω ≦ ωs + Δωs
Idqs−ΔIdqs ≦ Idq ≦ Idqs + ΔIdqs
φdqs−Δφdqs ≦ φdq ≦ φdqs + Δφdqs
Here, “ωs”, “Idqs”, and “φdqs” are described in detail later, but the rotational speed of the motor 100 detected when it is determined that the harmonic current control should be stopped in the past operation, The amplitude of the fundamental wave current and the phase of the fundamental wave current are stored in a memory (recording means) accessible by the operation mode switching unit 46. “Δωs”, “ΔIdqs”, and “Δφdqs” are values that determine the size of the harmonic stop region, and can be appropriately determined in consideration of a control error or the like. That is, in step S4, it is detected that the harmonic current control has approached the same state as that determined in the past that the harmonic current control should be stopped.
モータ100の回転速度および基本波電流が高調波停止領域に入ったときは、ステップS5において、高調波電流制御を無効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、B端子のデータを選択するための指示を与える。一方、モータ100の回転速度および基本波電流が高調波停止領域に入っていなければ、ステップS6において、高調波電流制御を有効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、A端子のデータを選択するための指示を与える。そして、ステップS7において、高調波電流制御の動作が安定するために必要な時間の経過を待つ。 When the rotational speed of the motor 100 and the fundamental current enter the harmonic stop region, the harmonic current control is invalidated in step S5. That is, an instruction for selecting data of the B terminal is given to the switches 41 to 44. On the other hand, if the rotation speed of the motor 100 and the fundamental wave current are not in the harmonic stop region, the harmonic current control is validated in step S6. That is, an instruction for selecting data of the A terminal is given to the switches 41 to 44. In step S7, the process waits for the passage of time necessary for the harmonic current control operation to stabilize.
ステップS11では、下式に従って、高調波電流の振幅I6dq、および位相φ6dqを演算する。
I6dq =(I6d2+I6q2)1/2
φ6dq =tan-1(I6q/I6d)
ステップS12では、下式に従って、高調波電流が指令値に従って制御されているかをチェックする。
I6dq*−ΔI6dq ≦ I6dq ≦ I6dq*+ΔI6dq
φ6dq*−Δφ6dq ≦ φ6dq ≦ φ6dq*+Δφ6dq
ここで、「I6dq*」は6次の高調波電流の振幅の指令値であり、「φ6dq*」は6次の高調波電流の位相の指令値である。
In step S11, the amplitude I6dq and the phase φ6dq of the harmonic current are calculated according to the following equation.
I6dq = (I6d 2 + I6q 2 ) 1/2
φ6dq = tan -1 (I6q / I6d)
In step S12, it is checked whether the harmonic current is controlled according to the command value according to the following equation.
I6dq * −ΔI6dq ≦ I6dq ≦ I6dq * + ΔI6dq
φ6dq * −Δφ6dq ≦ φ6dq ≦ φ6dq * + Δφ6dq
Here, “I6dq *” is a command value of the amplitude of the sixth-order harmonic current, and “φ6dq *” is a command value of the phase of the sixth-order harmonic current.
なお、上記した式は、I6dqとφ6dqの値が誤差の範囲内にあるかどうかを判定する式となる。I6dqとφ6dqとの誤差は、IndとInqとの誤差によることになり、IndとInqとの誤差は、出力電流検出Iu、Iwとモータ磁極位置検出θの検知誤差およびCPU内での計算誤差により決まる。 The above formula is a formula for determining whether the values of I6dq and φ6dq are within the error range. The error between I6dq and φ6dq is due to the error between Ind and Inq. The error between Ind and Inq depends on the detection error of output current detection Iu, Iw and motor magnetic pole position detection θ and the calculation error in the CPU. Determined.
高調波電流が指令値に従って制御されていなければ、ステップS13において、高調波電流制御を無効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、B端子のデータを選択するための指示を与える。続いて、ステップS14において、「高調波電流が指令値に従って制御されていない」と判定された時点のモータ100の回転数、基本波電流の振幅、基本波電流の位相を検出し、それぞれ、「ωs」「Idqs」「φdqs」としてメモリに記録する。これらの値は、モータ制御装置1の以降の動作において、上述したステップS4で使用される。なお、メモリには、複数組の「ωs」「Idqs」「φdqs」を格納可能である。 If the harmonic current is not controlled according to the command value, the harmonic current control is invalidated in step S13. That is, an instruction for selecting data of the B terminal is given to the switches 41 to 44. Subsequently, in step S14, the rotational speed of the motor 100, the amplitude of the fundamental wave current, and the phase of the fundamental wave current at the time when it is determined that “the harmonic current is not controlled according to the command value” are detected. ωs ”,“ Idqs ”, and“ φdqs ”are recorded in the memory. These values are used in step S4 described above in subsequent operations of the motor control device 1. Note that a plurality of sets of “ωs”, “Idqs”, and “φdqs” can be stored in the memory.
高調波電流が指令値に従って制御されていれば、ステップS15において、高調波電流制御を有効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、A端子のデータを選択するための指示を与える。 If the harmonic current is controlled according to the command value, the harmonic current control is validated in step S15. That is, an instruction for selecting data of the A terminal is given to the switches 41 to 44.
図4Aに示す手順の代わりに、図4Bに示す手順を実行するようにしてもよい。すなわち、図4Bに示す手順では、ステップS12の代わりにステップS16が実行される。ステップS16では、高調波電流の位相φ6dqが所定の位相条件を満たしているかチェックする。所定の位相条件は、例えば、高調波電流制御を行うときのトルクリプル率が高調波電流制御を行わないときのトルクリプル率よりも低くなる位相である。すなわち、下式を利用して判定が行われる。
φmin ≦ φ6dqn ≦ φmax
ここで、「φmax」「φmin」は、例えば、高調波電流制御を行うときのトルクリプル率が高調波電流制御を行わないときのトルクリプル率よりも低くなる位相範囲の上限値および下限値である。「φmax」「φmin」は、高調波電流の振幅に応じて変化するようにしてもよいし、固定値であってもよい。
Instead of the procedure shown in FIG. 4A, the procedure shown in FIG. 4B may be executed. That is, in the procedure shown in FIG. 4B, step S16 is executed instead of step S12. In step S16, it is checked whether the phase φ6dq of the harmonic current satisfies a predetermined phase condition. The predetermined phase condition is, for example, a phase in which the torque ripple rate when performing harmonic current control is lower than the torque ripple rate when not performing harmonic current control. That is, the determination is performed using the following equation.
φmin ≤ φ6dqn ≤ φmax
Here, “φmax” and “φmin” are, for example, the upper limit value and the lower limit value of the phase range in which the torque ripple rate when performing harmonic current control is lower than the torque ripple rate when not performing harmonic current control. “Φmax” and “φmin” may be changed according to the amplitude of the harmonic current, or may be a fixed value.
高調波電流の位相が位相条件を満たしていなければ、ステップS13〜S14が実行される。すなわち、スイッチ41〜44に対してB端子のデータを選択するための指示を与えることにより高調波電流制御を無効し、さらに「ωs」「Idqs」「φdqs」をメモリに記録する。一方、高調波電流の位相が位相条件を満たしていれば、ステップS17において高調波電流制御を有効にする。すなわち、スイッチ41〜44に対して、A端子のデータを選択するための指示を与える。 If the phase of the harmonic current does not satisfy the phase condition, steps S13 to S14 are executed. That is, the harmonic current control is invalidated by giving an instruction for selecting data of the B terminal to the switches 41 to 44, and “ωs”, “Idqs”, and “φdqs” are recorded in the memory. On the other hand, if the phase of the harmonic current satisfies the phase condition, the harmonic current control is validated in step S17. That is, an instruction for selecting data of the A terminal is given to the switches 41 to 44.
このように、実施形態のモータ制御装置1においては、高調波電流の位相φが所定の位相条件を満たしている期間は高調波電流制御を行い、位相φがその位相条件を満たしていない期間は高調波電流制御を停止するので、トルクリプル特性の劣化を防ぐことができる。また、高調波電流制御期間に高調波電流目標値から外れるモータ100の回転速度および基本波電流の条件を記録しておき、そのような状態が発生しそうになったときには、高調波電流制御を行わないようにしている。よって、この機能によっても、特性の劣化を防ぐことができる。 As described above, in the motor control device 1 of the embodiment, the harmonic current control is performed during the period in which the phase φ of the harmonic current satisfies the predetermined phase condition, and the period in which the phase φ does not satisfy the phase condition. Since harmonic current control is stopped, it is possible to prevent deterioration of torque ripple characteristics. Also, the rotational speed of the motor 100 and the fundamental wave current conditions that deviate from the harmonic current target value during the harmonic current control period are recorded, and when such a state is likely to occur, the harmonic current control is performed. I am trying not to. Therefore, deterioration of characteristics can be prevented also by this function.
なお、ステップS14においてメモリに記録すべき条件として、例えば、下記の条件1〜3を採用するようにしてもよい。
条件1:
(Id−Idnow)2+(Iq−Iqnow)2≦α 且つ
ωnow −β≦ω≦ωnow +β
条件2:
Idnow −α≦Id ≦Idnow +α 且つ
Iqnow −α≦Iq ≦Iqnow +α 且つ
ωnow −β≦ω≦ωnow +β
条件3:
Id増加期間は「Idnow ≦Id ≦Idnow +α」、Id減少期間は「Idnow −α≦Id ≦Idnow」 且つ
Iq増加期間は「Iqnow ≦Iq ≦Iqnow +α」、Iq減少期間は「Iqnow −α≦Iq≦Iqnow」 且つ
ω増加期間は「ωnow ≦ω≦ωnow +β」、ω減少期間は「ωnow −β≦ω≦ωnow」
定数α、βは、実験およびシミュレーション等によって、適切な値が選択されるものとする。
ここで、条件1から条件3における「Idnow」「Iqnow」「ωnow」は、ステップS16で「NO」と判定された際の「Id」「Iq」「ω」を指す。
Note that, for example, the following conditions 1 to 3 may be adopted as conditions to be recorded in the memory in step S14.
Condition 1:
(Id−Idnow) 2 + (Iq−Iqnow) 2 ≦ α and ωnow −β ≦ ω ≦ ωnow + β
Condition 2:
Idnow −α ≦ Id d ≦ Idnow + α and Iqnow −α ≦ Iq ≦ Iqnow + α and ωnow −β ≦ ω ≦ ωnow + β
Condition 3:
The Id increase period is “Idnow ≦ Id ≦ Idnow + α”, the Id decrease period is “Idnow−α ≦ Id ≦ Idnow”, the Iq increase period is “Iqnow ≦ Iq ≦ Iqnow + α”, and the Iq decrease period is “Iqnow−α ≦ Iq”. ≦ Iqnow ”and ω increase period is“ ωnow ≦ ω ≦ ωnow + β ”, and ω decrease period is“ ωnow −β ≦ ω ≦ ωnow ”.
It is assumed that appropriate values for the constants α and β are selected through experiments and simulations.
Here, “Idnow”, “Iqnow”, and “ωnow” in the conditions 1 to 3 indicate “Id”, “Iq”, and “ω” when “NO” is determined in Step S16.
<他の実施形態>
図5は、他の実施形態の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、所定の時間間隔で繰り返し実行されるものとする。
<Other embodiments>
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of another embodiment. It is assumed that the process of this flowchart is repeatedly executed at predetermined time intervals, for example.
ステップS21では、基本波電流のd軸成分およびq軸成分(Id、Iq)が検出される。ステップS22では、モータ100の回転数ωが検出される。ステップS23では、下式の条件が満たされているかチェックする。ただし、「Id0」「Iq0」「ω0」は、予め決められた初期値であり、それぞれ「ゼロ」であってもよい。一例として、Id0、Iq0、ω0が正の場合を表している。
Id >Id0 かつ Iq >Iq0 かつ ω>ω0
なお、ステップS21〜S23の処理は、図3に示すステップS1〜S2に相当する。
In step S21, the d-axis component and the q-axis component (Id, Iq) of the fundamental current are detected. In step S22, the rotational speed ω of the motor 100 is detected. In step S23, it is checked whether the following condition is satisfied. However, “Id0”, “Iq0”, and “ω0” are predetermined initial values, and each may be “zero”. As an example, Id0, Iq0, and ω0 are positive.
Id> Id0 and Iq> Iq0 and ω> ω0
Note that the processing of steps S21 to S23 corresponds to steps S1 to S2 shown in FIG.
ステップS24では、モータ制御装置1の現在の動作モードをチェックする。そして、高調波電流制御を実行中であれば、ステップS25において高調波電流の振幅を検出し、ステップS26において高調波電流の位相を検出する。ステップS27(算出手段)においては、ステップS25〜S26で検出した高調波電流の振幅および位相をキーとしてマップを参照し、トルクリプル率を算出する。ここで参照されるマップには、例えば、図2に示す特性がデータ化されて格納されている。 In step S24, the current operation mode of the motor control device 1 is checked. If harmonic current control is being executed, the amplitude of the harmonic current is detected in step S25, and the phase of the harmonic current is detected in step S26. In step S27 (calculation means), the torque ripple rate is calculated by referring to the map using the amplitude and phase of the harmonic current detected in steps S25 to S26 as keys. In the map referred to here, for example, the characteristics shown in FIG. 2 are stored as data.
ステップS28では、算出されたトルクリプル率を閾値と比較する。閾値は、固定値であってもよいし、高調波電流の振幅に応じて変化する値であってもよい。そして、算出されたトルクリプル率が閾値よりも低ければ、ステップS29において高調波電流制御を有効にする。一方、算出されたトルクリプル率が閾値以上であれば、ステップS30において高調波電流制御を無効にする。 In step S28, the calculated torque ripple rate is compared with a threshold value. The threshold value may be a fixed value or a value that changes according to the amplitude of the harmonic current. If the calculated torque ripple rate is lower than the threshold value, harmonic current control is validated in step S29. On the other hand, if the calculated torque ripple rate is greater than or equal to the threshold value, harmonic current control is disabled in step S30.
モータ制御装置1が、高調波電流制御を行っていなければ(ステップS24:No)、ステップS31において、一時的に高調波電流制御を実行する。すなわち、スイッチ41〜44に対して、所定時間だけ、A端子のデータを選択する指示を与える。ここで、所定時間とは、例えば、高調波電流を制御するためのフィードバック系が安定するまでに要する時間に相当する。この後、ステップS25以降の処理が実行される。 If the motor control device 1 is not performing harmonic current control (step S24: No), harmonic current control is temporarily executed in step S31. That is, an instruction to select data of the A terminal is given to the switches 41 to 44 for a predetermined time. Here, the predetermined time corresponds to, for example, the time required until the feedback system for controlling the harmonic current is stabilized. Thereafter, the processing after step S25 is executed.
このように、図5に示す手順においては、高調波電流制御を行っていない期間に、一時的に高調波電流制御を実行して、高調波電流制御を再開してもよいかチェックする。そして、高調波電流制御を実行してもよい環境であれば、そのまま高調波電流制御が継続される。したがって、この手順を導入すれば、高調波電流制御を行った方が有利な環境においては、可能な限り高調波電流制御が行われるようになる。この結果、トルクリプルの改善を図ることができる。 As described above, in the procedure shown in FIG. 5, it is checked whether the harmonic current control may be resumed by temporarily executing the harmonic current control during the period when the harmonic current control is not performed. And if it is the environment where harmonic current control may be performed, harmonic current control is continued as it is. Therefore, if this procedure is introduced, harmonic current control is performed as much as possible in an environment where it is advantageous to perform harmonic current control. As a result, torque ripple can be improved.
<さらに他の実施形態>
モータ制御装置1の動作モードを、高調波電流制御無効状態から高調波電流制御有効状態に切り替える際には、下記の手順を導入するようにしてもよい。すなわち、高調波電流制御無効状態において、高調波電流検出値Ind、Inqで、高調波指令値Ind*、Inq*をリセットしておく。そして、高調波電流制御有効状態へ切り替えた時点から、高調波指令値Ind*、Inq*を実際の目標値にまで徐々に変化させていく。これにより、有効状態/無効状態が交互に切り替わる電流振動を抑えることができる。
<Still another embodiment>
When the operation mode of the motor control device 1 is switched from the harmonic current control invalid state to the harmonic current control valid state, the following procedure may be introduced. That is, in the harmonic current control invalid state, the harmonic command values Ind * and Inq * are reset with the harmonic current detection values Ind and Inq. Then, the harmonic command values Ind * and Inq * are gradually changed to the actual target values from the time of switching to the harmonic current control enabled state. As a result, it is possible to suppress the current oscillation in which the valid state / invalid state is switched alternately.
高調波電流制御を実行するか否かを判定するための位相条件は、高調波電流の振幅に依存することなく決定するようにしてもよい。
上記位相条件は、図2に示すような特性データをマップに保持しておく必要はなく、高調波電流の振幅ごとに位相閾値を記憶するだけでもよい。
The phase condition for determining whether or not to execute the harmonic current control may be determined without depending on the amplitude of the harmonic current.
The phase condition does not need to hold characteristic data as shown in FIG. 2 in the map, and may simply store a phase threshold value for each amplitude of the harmonic current.
上記位相条件は、高調波電流制御を行わないときのトルクリプル率(図2に示す例ではA特性)を基準として設定する必要はなく、それよりも低いトルクリプル率、或いはそれよりも高いトルクリプル率を基準として設定するようにしてもよい。 The phase condition does not need to be set based on the torque ripple rate when the harmonic current control is not performed (A characteristic in the example shown in FIG. 2), and a torque ripple rate lower than that or a torque ripple rate higher than that is set. You may make it set as a reference | standard.
高調波無制御時トルクリプル率よりもトルクリプル率を低減できる電流位相でなかった場合に、高調波電流制御を無効とする(例えば、図4BにおけるステップS16、S13)代わりに、高調波電流の振幅を減らす制御を行うことで、高調波電流制御の無効位相の範囲を広げるようにしてもよい。また、高調波電流の振幅を減らす制御をした後に、高調波電流制御を無効にするようにしても良い。 When the current phase is such that the torque ripple rate can be reduced more than the torque ripple rate when no harmonics are controlled, the harmonic current control is invalidated (for example, steps S16 and S13 in FIG. 4B). By performing the control to reduce, the range of the invalid phase of the harmonic current control may be expanded. Further, the harmonic current control may be invalidated after the control for reducing the amplitude of the harmonic current.
上述の実施例では、モータ制御装置1の起動時に高調波電流制御を行わない期間(例えば、図3に示すステップS2〜S3)を設けているが、この期間を省略するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, a period (for example, steps S2 to S3 shown in FIG. 3) in which the harmonic current control is not performed when the motor control device 1 is started is provided, but this period may be omitted.
上述の実施例では、6次の高調波電流を制御する構成を示したが、2以上の高調波電流(例えば、6次および12次)を制御するようにしてもよい。この場合、複数の高調波電流制御系が並列に設けられる。 In the above-described embodiment, the configuration for controlling the sixth-order harmonic current is shown. However, two or more harmonic currents (for example, sixth-order and twelfth-order) may be controlled. In this case, a plurality of harmonic current control systems are provided in parallel.
モータ100は、例えばIPMであるが、これに限定されるものではなく、例えば表面磁石同期モータ(SPMSM:Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)等であってもよい。 The motor 100 is, for example, an IPM, but is not limited to this, and may be, for example, a surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM).
上述の実施例では、基本波電流を制御する制御系と高調波電流を制御する制御系とが互いに分離されているが、これらの制御系を統合するようにしてもよい。この場合、指令値生成部11は、基本波電流指令値に高調波電流指令値を加算することにより得られるモータ電流指令値を生成する。そして、高調波電流制御を停止する際には、指令値生成部11において高調波電流指令値がゼロに制御され、モータ電流指令値として基本波電流指令値が出力される。 In the above-described embodiment, the control system for controlling the fundamental current and the control system for controlling the harmonic current are separated from each other. However, these control systems may be integrated. In this case, the command value generation unit 11 generates a motor current command value obtained by adding the harmonic current command value to the fundamental current command value. When stopping the harmonic current control, the command value generation unit 11 controls the harmonic current command value to zero, and the fundamental current command value is output as the motor current command value.
1 モータ制御装置
11 指令値生成部
12、13 誤差演算部
14 dq電流制御部
15 2相/3相変換部
16 電力変換部
17 位相演算部
18 3相/2相変換部
21、22 誤差演算部
23 dq高調波電流制御部
24 乗算器
25 高調波座標逆変換部
26 高調波検出部
27 高調波座標変換部
31、32 加算器
41〜44 スイッチ
45 振幅/位相検出部
46 動作モード切替部
100 モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor control apparatus 11 Command value generation part 12, 13 Error calculation part 14 dq current control part 15 2 phase / 3 phase conversion part 16 Power conversion part 17 Phase calculation part 18 3 phase / 2 phase conversion part 21, 22 Error calculation part 23 dq harmonic current control unit 24 multiplier 25 harmonic coordinate inverse conversion unit 26 harmonic detection unit 27 harmonic coordinate conversion units 31 and 32 adders 41 to 44 switch 45 amplitude / phase detection unit 46 operation mode switching unit 100 motor
Claims (10)
前記3相交流モータのモータ電流の基本波電流指令値を出力する基本波電流制御手段と、
前記基本波電流の整数倍の周波数を持ち、前記基本波電流よりも小さい振幅の高調波電流指令値を出力する高調波電流制御手段と、
前記基本波電流制御手段の出力および前記高調波電流制御手段の出力を利用して前記3相交流モータのモータ電流を制御する電流制御回路と、
前記高調波電流の位相を検出する位相検出手段と、
前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに、前記高調波電流の振幅を減少させる動作モード制御手段と、
を備えるモータ制御装置。 A motor control device for controlling a three-phase AC motor,
Fundamental wave current control means for outputting a fundamental wave current command value of the motor current of the three-phase AC motor;
Harmonic current control means having a frequency that is an integral multiple of the fundamental current, and outputting a harmonic current command value having an amplitude smaller than the fundamental current;
A current control circuit for controlling the motor current of the three-phase AC motor using the output of the fundamental current control means and the output of the harmonic current control means;
Phase detection means for detecting the phase of the harmonic current;
An operation mode control means for reducing the amplitude of the harmonic current when the phase of the harmonic current is out of the effective phase;
A motor control device comprising:
前記動作モード制御手段は、前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに、前記高調波電流制御手段の出力を無効とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The motor control device, wherein the operation mode control means invalidates the output of the harmonic current control means when the phase of the harmonic current deviates from an effective phase.
前記高調波電流の振幅を検出する振幅検出手段をさらに備え、
前記有効位相は、前記高調波電流の振幅に応じて変化する
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
Further comprising amplitude detection means for detecting the amplitude of the harmonic current;
The effective phase changes according to the amplitude of the harmonic current.
前記有効位相は、前記高調波電流制御手段の出力を有効にしたときのトルクリプル率が前記高調波電流制御手段の出力を無効にしたときのトルクリプル率よりも低くなる位相である
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The effective phase is a phase in which the torque ripple rate when the output of the harmonic current control unit is enabled is lower than the torque ripple rate when the output of the harmonic current control unit is disabled. Motor control device.
前記有効位相は、前記高調波電流制御手段の出力を有効にしたときのトルクリプル率が予め決められたトルクリプル閾値よりも低くなる位相である
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The motor control device, wherein the effective phase is a phase at which a torque ripple rate when the output of the harmonic current control means is enabled is lower than a predetermined torque ripple threshold value.
前記有効位相は前記高調波電流指令値の振幅を基に決定されることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 4 or 5,
The motor control device, wherein the effective phase is determined based on an amplitude of the harmonic current command value.
前記有効位相は、前記高調波電流指令値の位相から一定範囲内にある位相である
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The motor control device, wherein the effective phase is a phase within a certain range from the phase of the harmonic current command value.
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記基本波電流の電流値を検出する基本波電流検出手段と、
前記高調波電流の位相が有効位相から外れたときに検出される回転速度および基本波電流の電流値を記録する記録手段、をさらに備え、
前記動作モード制御手段は、前記記録手段に記録されている回転速度および基本波電流の電流値を含む所定の動作領域において、前記高調波電流の振幅を減少させるように前記電流制御回路を制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the motor;
Fundamental wave current detecting means for detecting a current value of the fundamental wave current;
Recording means for recording the rotational speed detected when the phase of the harmonic current deviates from the effective phase and the current value of the fundamental wave current;
The operation mode control means controls the current control circuit so as to reduce the amplitude of the harmonic current in a predetermined operation region including the rotation speed and the current value of the fundamental wave current recorded in the recording means. The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記動作モード制御手段は、前記高調波電流の振幅が減少されている期間に、一時的に前記高調波電流制御手段により前記高調波電流を流すことで前記高調波電流の位相が有効位相であるか否かチェックし、有効位相であるときは、前記高調波電流制御手段を通常制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The operation mode control means causes the harmonic current to flow temporarily by the harmonic current control means during a period in which the amplitude of the harmonic current is reduced, so that the phase of the harmonic current is an effective phase. The harmonic current control means is normally controlled when it is in an effective phase.
前記3相交流モータのモータ電流の基本波電流指令値を出力する基本波電流制御手段と、
前記基本波電流の整数倍の周波数を持った高調波電流指令値を出力する高調波電流制御手段と、
前記基本波電流制御手段の出力および前記高調波電流制御手段の出力を利用して前記3相交流モータのモータ電流を制御する電流制御回路と、
前記3相交流モータのトルクリプル率を算出する算出手段と、
前記算出されたトルクリプル率が閾値以上であったときに、前記高調波電流の振幅を減少させるように前記電流制御回路を制御する動作モード制御手段と、
を備えるモータ制御装置。 A motor control device for controlling a three-phase AC motor,
Fundamental wave current control means for outputting a fundamental wave current command value of the motor current of the three-phase AC motor;
Harmonic current control means for outputting a harmonic current command value having a frequency that is an integral multiple of the fundamental current;
A current control circuit for controlling the motor current of the three-phase AC motor using the output of the fundamental current control means and the output of the harmonic current control means;
Calculating means for calculating a torque ripple rate of the three-phase AC motor;
An operation mode control means for controlling the current control circuit to reduce the amplitude of the harmonic current when the calculated torque ripple rate is equal to or greater than a threshold;
A motor control device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008224503A JP2010063221A (en) | 2008-09-02 | 2008-09-02 | Motor controller |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-09-02 JP JP2008224503A patent/JP2010063221A/en not_active Withdrawn
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