JP2021090285A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、車両等に搭載される電動モータを制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to, for example, a motor control device that controls an electric motor mounted on a vehicle or the like.
電気自動車等の動力駆動源となるブラシレスモータ等の多相モータは、出力要求(モータ負荷)の増大によって電源より過大な電流が供給された場合、インバータ回路を構成するスイッチング素子が発熱、破壊等するおそれがある。そのため、電動モータの駆動トルクを制御する際、過電圧、過電流、温度上昇等からインバータ、モータ、車両等を保護するため、電流制御部において電流制限をかけている。 In a multi-phase motor such as a brushless motor that is a power drive source for an electric vehicle or the like, when an excessive current is supplied from the power supply due to an increase in output requirement (motor load), the switching elements constituting the inverter circuit generate heat, break, etc. There is a risk of Therefore, when controlling the drive torque of the electric motor, a current limit is applied in the current control unit in order to protect the inverter, the motor, the vehicle, etc. from overvoltage, overcurrent, temperature rise, and the like.
特許文献1は、モータの角度検出器とPWM変換器の出力の間に遅れがある場合、この遅れがオフセット調整の精度に影響を与えるため、モータを精度良く制御できないことに着目し、無負荷状態のモータを一定の電流指令値により速度制御して定速回転させているときのd軸電流指令値およびq軸電流指令値より算出したオフセット誤差補正値をもとに、モータの回転位置に対する補正値を算出してモータの電流制御を行うモータ制御装置を開示している。
モータに流れる電流が、入力されたトルク指令のトルクになるようにフィードバック制御を行っている従来のモータ制御装置は、トルク指令のトルク出力を得るためにチューニングによって測定したデータからd軸およびq軸電流値を決めて、電流制御によってトルク出力を制御している。したがって、電流制御の際には、電圧、電流の制限の範囲内で動作させる必要がある。 The conventional motor control device that performs feedback control so that the current flowing through the motor becomes the torque of the input torque command is the d-axis and q-axis from the data measured by tuning in order to obtain the torque output of the torque command. The torque output is controlled by determining the current value and controlling the current. Therefore, in the case of current control, it is necessary to operate within the limits of voltage and current.
トルク指令から決定されるd軸およびq軸電流指令値は、上記のように電圧、電流の制限範囲内でチューニングされた値であるが、例えば温度特性、製造上のばらつき等により電流指示値が電圧制限範囲外になる場合が想定される。そのような場合、電流制御が不安定・振動的になるという問題がある。 The d-axis and q-axis current command values determined from the torque command are values tuned within the limits of voltage and current as described above, but for example, the current indicated values may be different due to temperature characteristics, manufacturing variations, etc. It is assumed that the voltage limit range may be exceeded. In such a case, there is a problem that the current control becomes unstable and oscillating.
また、上記従来のモータ制御装置では、d軸とq軸両方の電流指令値を用いた電流制御が必要となるため、モータ制御が複雑化するという問題がある。 Further, in the above-mentioned conventional motor control device, there is a problem that the motor control becomes complicated because the current control using the current command values of both the d-axis and the q-axis is required.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧制限の範囲外にある目標電流を、迅速かつ簡易な方法で電圧制限の範囲内に収めることができるモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is a motor control device capable of keeping a target current outside the voltage limit range within the voltage limit range in a quick and simple manner. Is to provide.
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第1の発明は、dq電流座標平面でのベクトル制御でブラシレスDCモータを駆動するモータ制御装置であって、前記ブラシレスDCモータのd軸電流指令値とq軸電流指令値とを合成した電流ベクトルを算出する手段と、前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値より前記ブラシレスDCモータのd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める制御部と、前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスDCモータの駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備え、前記dq電流座標平面上における電圧制限楕円に対する前記電流ベクトルの終点の位置に基づいて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値のいずれか一方を補正することを特徴とする。 The following configuration is provided as a means for achieving the above object and solving the above-mentioned problem. That is, the first exemplary invention of the present application is a motor control device that drives a brushless DC motor by vector control in the dq current coordinate plane, and the d-axis current command value and the q-axis current command of the brushless DC motor. A means for calculating a current vector obtained by combining values, a control unit for obtaining a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value of the brushless DC motor from the d-axis current command value and the q-axis current command value, and the above. A drive signal generator that generates a drive signal for the brushless DC motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value is provided, and the end point of the current vector with respect to the voltage limiting ellipse on the dq current coordinate plane is provided. It is characterized in that either the d-axis current command value or the q-axis current command value is corrected based on the position.
本願の例示的な第2の発明は、ブラシレスDCモータであって、上記例示的な第1の発明に係るモータ制御装置により駆動されることを特徴とする。 An exemplary second invention of the present application is a brushless DC motor, characterized in that it is driven by a motor control device according to the first exemplary invention.
本願の例示的な第3の発明は、電気自動車であって、上記例示的な第2の発明に係るブラシレスDCモータをトラクションモータとして使用することを特徴とする。 An exemplary third invention of the present application is an electric vehicle, wherein the brushless DC motor according to the second exemplary invention is used as a traction motor.
本願の例示的な第4の発明は、dq電流座標平面でのベクトル制御でブラシレスDCモータを駆動するモータ制御方法であって、前記ブラシレスDCモータのd軸電流指令値とq軸電流指令値とを合成した電流ベクトルを算出する工程と、前記dq電流座標平面上における電圧制限楕円に対する前記電流ベクトルの終点の位置に基づいて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値のいずれか一方を補正する工程と、前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値より前記ブラシレスDCモータへのd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める工程と、前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスDCモータの駆動信号を生成する工程とを備えることを特徴とする。 An exemplary fourth invention of the present application is a motor control method for driving a brushless DC motor by vector control in the dq current coordinate plane, wherein the d-axis current command value and the q-axis current command value of the brushless DC motor are used. Based on the step of calculating the current vector obtained by synthesizing the above and the position of the end point of the current vector with respect to the voltage limiting ellipse on the dq current coordinate plane, either the d-axis current command value or the q-axis current command value. The step of obtaining the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value to the brushless DC motor from the d-axis current command value and the q-axis current command value, and the d-axis voltage command value and the said It is characterized by including a step of generating a drive signal of the brushless DC motor based on a q-axis voltage command value.
本発明によれば、チューニングにより決定した電流指令値が電圧制限楕円外にあっても、d軸電流指令値とq軸電流指令値のいずれか一方を補正することで、電流指令値を電圧制限楕円内に容易に収容できる。 According to the present invention, even if the current command value determined by tuning is outside the voltage limiting ellipse, the current command value is voltage-limited by correcting either the d-axis current command value or the q-axis current command value. Can be easily accommodated in an ellipse.
以下、本発明に係る実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
図1のモータ制御装置20は、例えば3相ブラシレスDCモータである電動モータ15の駆動制御部として機能するモータ制御部10を備える。電動モータ15は、モータ本体とモータ駆動装置(ECU)とが一体化されていないタイプと、それらを一体化したタイプ(機電一体型モータ)を含む。
The
モータ制御装置20は、後述するようにq軸電流値およびd軸電流値がq軸電流指令値およびd軸電流指令値に追従するように電流フィードバック制御を行い、それをもとに演算して得たq軸電圧指令値およびd軸電圧指令値より各相へのPWM制御信号を生成して、モータ駆動部であるインバータによって電動モータ15を駆動制御する。
As will be described later, the
モータ制御装置10は、モータ制御装置10全体の制御を司るマイクロプロセッサ(CPU)を含み、各種の入力情報に基づいて、不図示の記憶部に記憶されているデータ等を参照しながら所定のプログラムを実行する。
The
記憶部35は、例えば、電気的に書き込みおよび消去が可能なEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、あるいは電気的に書き換え可能なフラッシュメモリ等からなる。
The
モータ制御部10のPWM信号生成部21は、入力された電圧指令値にしたがって、インバータ回路23を構成する複数の半導体スイッチング素子(FET)のON/OFF制御信号(PWM信号)を生成する。半導体スイッチング素子は電動モータ15の各相(a相、b相、c相)に対応して配置されている。
The PWM
スイッチング素子はパワー素子とも呼ばれ、例えば、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子が用いられる。 The switching element is also called a power element, and for example, a switching element such as a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used.
インバータ回路23には、電源リレー27を介して外部バッテリBTよりモータ駆動用の電源(電源電圧を+Bとする)が供給される。電源リレー27は、バッテリBTからの電力を遮断可能に構成され、半導体リレーで構成することもできる。
Power for driving the motor (power supply voltage is + B) is supplied to the
モータ駆動回路としてのインバータ回路23より電動モータ15に供給されるモータ駆動電流は、各相に対応して配置した電流センサ(不図示)からなる電流検出部25で検出される。電流検出部25は、例えばモータ駆動電流検出用のホールセンサからの電気信号を、オペアンプ等からなる増幅回路を用いて検出する。
The motor drive current supplied from the
電流検出部25からの出力信号(電流検出信号)は、A/D変換部(ADC)28に入力される。ADC28は、そのA/D変換機能によりアナログ電流値をデジタル値に変換し、3相電流Ia,Ib,Icとして座標変換部(3相/2相変換部)29に入力される。座標変換部29は、回転角センサ51で検出された回転角度θと3相電流(実電流)Ia,Ib,Icより、d軸上の電流Idとq軸上の電流Iqを演算する。回転角速度ωmは、例えば回転角度θをもとに近似微分等を行って算出する。
The output signal (current detection signal) from the
電動モータ15に流せる電流は、モータの回転数、電源電圧で決まる。そのため、目標電流演算部11は、入力された第1の目標q軸電流Iq1 *および第1の目標d軸電流Id1 *を所定の範囲内に収める演算を行う。
The current that can be passed through the
そこで、目標電流演算部11を構成する目標Iq算出部11aは、例えば、トルク指令値に応じて、算出またはテーブル化した電流値を補正して、第2の目標q軸電流Iq2 *を算出する。
Therefore, the target
目標電流演算部11を構成する弱め磁束制御部11bは、算出またはテーブル化して記憶部(不図示)に格納されたId,Iqマップを参照した後、3相ブラシレスDCモータの回転界磁のd軸方向の磁束を弱めるように負のd軸電流をモータに流す弱め磁束制御、あるいはq軸方向の電流を絶対値が小さくなる方向に変動させる制御を行って、第2の目標d軸電流Id2 *および第2の目標q軸電流Iq2 *を算出する。
The weakening magnetic
なお、上記の算出またはテーブル化された電流値は、例えばモータの設計等に依存し、個々の設計に応じて変わる値である。 The calculated or tabulated current value described above depends on, for example, the design of the motor, and is a value that changes according to each design.
弱め磁束制御部11bにおける制御では、電動モータ15の制御において、インバータ回路23によって出力可能な印加電圧の上限を超えないように、界磁電流であるd軸電流を減少させる弱め界磁状態を利用している。
In the control of the weakening magnetic
電流ベクトル制限部12は、電動モータ15等に流せる最大電流を規制するため、目標電流演算部11からの出力(弱め界磁電流)である第2の目標d軸電流Id2 *の上限値と、第2の目標q軸電流Iq2 *の上限値を設定する。よって、電流ベクトル制限部12からは、上限値が設定された第3のq軸電流Iq3 *、および第3の目標d軸電流Id3 *が出力される。
In order to regulate the maximum current that can be passed through the
ここでは、第3のq軸電流Iq3 *はトルク成分であるq軸指令電流であり、第3の目標d軸電流Id3 *は磁界成分であるd軸指令電流である。 Here, the third q-axis current Iq 3 * is the q-axis command current which is a torque component, and the third target d-axis current Id 3 * is the d-axis command current which is a magnetic field component.
減算器13aは、第3のq軸電流Iq3 *と、座標変換部29で演算されたq軸電流Iqとの差分を演算し、その差分はPI制御部16aに入力される。同様に減算器13bによって、第3の目標d軸電流Id3 *と、座標変換部29で演算されたd軸電流Idとの差分が演算され、その差分がPI制御部16bに入力される。
The
PI制御部16aは、上述した差分をゼロに収束させるようにPI(比例+積分)制御を行って、q軸電圧の指令値であるq軸電圧指令値Vq*を算出する。同様にPI制御部16bも、上述した差分をゼロに収束させるようにPI(比例+積分)制御を行うことで、d軸電圧の指令値であるd軸電圧指令値Vd*を算出する。
The
非干渉制御部18は、電動モータ15の回転速度、第3の目標q軸電流Iq3 *と第3の目標d軸電流Id3 *等からq軸非干渉電圧とd軸非干渉電圧を演算する。そして、加算器19a,19bにおいて、q軸電圧指令値Vq*とd軸電圧指令値Vd*それぞれにq軸非干渉電圧とd軸非干渉電圧を加算する、電圧フィードフォワード制御を行う。
The non-interference control unit 18 calculates the q-axis non-interference voltage and the d-axis non-interference voltage from the rotation speed of the
加算器19a,19bからの出力(q軸電圧指令値Vq*、d軸電圧指令値Vd*)は、2相/3相変換機能を有する座標変換部17に入力される。座標変換部17は、回転角度θに基づいて、Vq*、Vd*を3相の各相毎の電圧指令値である電圧指令値Va*、Vb*、Vc*に変換する。変換後の電圧指令値Va*、Vb*、Vc*は、PWM信号生成部21に入力される。
The outputs (q-axis voltage command value Vq * , d-axis voltage command value Vd * ) from the
次に、本実施形態に係るモータ制御装置における電動モータの電流制御方法について説明する。図2は、図1に示すモータ制御装置20のモータ制御部10における電動モータの電流制御手順を時系列で示すフローチャートである。
Next, a current control method for the electric motor in the motor control device according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the current control procedure of the electric motor in the
図2のステップS11において、外部より入力された指示トルク(目標トルク)Tqに対するq軸電流とd軸電流を求める。ここでは、上述したように、あらかじめ算出または、ベンチ測定しテーブル化して記憶部に格納したq軸電流およびd軸電流より、指示トルクTqに対応するq軸電流およびd軸電流を決める。 In step S11 of FIG. 2, the q-axis current and the d-axis current with respect to the indicated torque (target torque) Tq input from the outside are obtained. Here, as described above, the q-axis current and the d-axis current corresponding to the indicated torque Tq are determined from the q-axis current and the d-axis current calculated in advance or measured on the bench and stored in the storage unit as a table.
ステップS13において、電圧ベクトル算出部1は下記の式(1)により、上述したq軸電圧指令値Vq*およびd軸電圧指令値Vd*をもとに電圧ベクトルの大きさVdq*を求める。 In step S13, the voltage vector calculation unit 1 obtains the magnitude Vdq * of the voltage vector based on the above-mentioned q-axis voltage command value Vq * and d-axis voltage command value Vd * by the following equation (1).
Vdq*=√(Vd*2+Vq*2) … (1) Vdq * = √ (Vd * 2 + Vq * 2 )… (1)
ステップS15において、式(1)により求めた電圧指令値としての電圧ベクトルの大きさVdq*と、モータ制御部10の駆動電源電圧+B等をもとに算出した相電圧実効値(+B×最大変調率/√2)とを比較する。Vdq*≦(+B×最大変調率/√2)であれば、電圧指令値が電源電圧の範囲内にあるため、通常の電流制限処理を実行する(ステップS17)。
In step S15, the phase voltage effective value (+ B × maximum modulation) calculated based on the magnitude Vdq * of the voltage vector as the voltage command value obtained by the equation (1) and the drive power supply voltage + B of the
一方、ステップS15で、Vdq*>(+B×最大変調率/√2)と判断された場合、電圧指令値が電源電圧の制限から外れており、Vdq*が大き過ぎて、モータ制御装置10に供給されている駆動電源(バッテリ)の電圧を最大限使用しても実現できないモータ電圧であるとして、以下の処理に移行する。
On the other hand, when it is determined in step S15 that Vdq * > (+ B × maximum modulation factor / √2), the voltage command value is out of the limit of the power supply voltage, Vdq * is too large, and the
すなわち、ステップS19において、上記のステップS11で求めたq軸電流(q軸電流指令値)とd軸電流(d軸電流指令値)とを合成した電流ベクトルを算出する。この電流ベクトルは、dq電流座標平面上において、d軸とq軸の交点を始点とするd軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルとの合成電流ベクトルである。 That is, in step S19, a current vector obtained by combining the q-axis current (q-axis current command value) and the d-axis current (d-axis current command value) obtained in step S11 is calculated. This current vector is a combined current vector of the d-axis current vector and the q-axis current vector starting from the intersection of the d-axis and the q-axis on the dq current coordinate plane.
続くステップS21においてCPU1は、q軸電圧指令値(Vqとする)の符号を判定する。これは、合成電流ベクトルの終点の電圧制限楕円に対する位置を、q軸電圧指令値の符号に基づいて判断するためである。
In the following step S21, the
ここで電圧制限楕円とは、dq電流座標平面上に電動モータ15の電源電圧(+B)、回転速度、相抵抗等のモータ特性によって出力可能な値により定まる範囲、つまり、電源電圧等に応じて設定可能な合成ベクトルの電圧制限を示す範囲である。
Here, the voltage limiting ellipse is a range determined by values that can be output by the motor characteristics such as the power supply voltage (+ B), rotation speed, and phase resistance of the
ステップS21でVq<0と判断された場合、ステップS15において電圧ベクトルの大きさが相電圧実効値を上回っていると判定されているので、ステップS23において、上記ステップS19で算出したd軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルとの合成電流ベクトルの終点が電圧制限楕円外にあって、かつ、電圧制限楕円の中心を通り電圧制限楕円のq軸方向に延伸する直線の右側に位置していると判断する。 When it is determined in step S21 that Vq <0, it is determined in step S15 that the magnitude of the voltage vector exceeds the phase voltage effective value. Therefore, in step S23, the d-axis current vector calculated in step S19 is described. And the q-axis current vector It is determined that the end point of the current vector is outside the voltage limiting ellipse and is located on the right side of the straight line that passes through the center of the voltage limiting ellipse and extends in the q-axis direction of the voltage limiting ellipse. To do.
そして、ステップS25で、目標電流演算部11の弱め磁束制御部11bにおいて、後述する方法によって、d軸電流を負方向に変化させる補正(目標電流の調整)を行う。
Then, in step S25, the weakening magnetic
ステップS27において、上記のようにd軸電流を負方向に変化させた結果、合成電流ベクトルの終点が電圧制限楕円に達したか否かを判断する。電流ベクトルの終点が電圧制限楕円に達していなければ、ステップS25に戻り、電圧制限楕円に達するまで、d軸電流を負方向に調整する補正を続ける。 In step S27, as a result of changing the d-axis current in the negative direction as described above, it is determined whether or not the end point of the combined current vector has reached the voltage limiting ellipse. If the end point of the current vector has not reached the voltage limiting ellipse, the process returns to step S25, and the correction for adjusting the d-axis current in the negative direction is continued until the voltage limiting ellipse is reached.
一方、ステップS21でVq≧0と判断された場合には、ステップS15において電圧ベクトルの大きさが相電圧実効値を上回っていると判定されていることから、ステップS31において、上記ステップS19で算出したd軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルとの合成電流ベクトルの終点が電圧制限楕円外にあり、かつ、電圧制限楕円の中心を通り電圧制限楕円のq軸方向に延伸する直線の左側にあると判断する。そして、ステップS33で、後述する方法によって、q軸電流をその絶対値が小さくなる方向に変化させる補正(目標電流の調整)を行う。 On the other hand, when it is determined in step S21 that Vq ≧ 0, it is determined in step S15 that the magnitude of the voltage vector exceeds the effective phase voltage value. Therefore, in step S31, it is calculated in step S19. If the end point of the combined current vector of the d-axis current vector and the q-axis current vector is outside the voltage limiting ellipse and is on the left side of the straight line that passes through the center of the voltage limiting ellipse and extends in the q-axis direction of the voltage limiting ellipse. to decide. Then, in step S33, correction (adjustment of the target current) is performed to change the q-axis current in the direction in which the absolute value becomes smaller by the method described later.
ステップS35において、上記のようにq軸電流を変化させた結果、合成電流ベクトルの終点が電圧制限楕円に達したか否かを判断する。電流ベクトルの終点が電圧制限楕円に達していなければ、ステップS33に戻って、電圧制限楕円に達するまで、q軸電流の絶対値が小さくなる方向に調整する補正を続ける。 In step S35, as a result of changing the q-axis current as described above, it is determined whether or not the end point of the combined current vector has reached the voltage limiting ellipse. If the end point of the current vector has not reached the voltage limiting ellipse, the process returns to step S33, and the correction for adjusting the absolute value of the q-axis current to decrease is continued until the voltage limiting ellipse is reached.
ステップS37において、上記のステップS25あるいはステップS33における電流調整で得られたd軸電流指令値あるいはq軸電流指令値に基づいて、電動モータ15の駆動信号であるd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を生成する。そして、ステップS39において、上記のステップS37で生成された電圧指令値に従って、インバータ回路の半導体スイッチング素子をON/OFF制御するPWM信号により電動モータ15を駆動制御する。
In step S37, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage, which are the drive signals of the
図3は、図2のステップS25およびS27の処理を模式的に示している。図3において、あらかじめチューニングして得たd軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルとの合成電流ベクトル35は、その終点35aが電圧制限楕円30の外にある。また、終点35aは、電圧制限楕円30の中心Oを通り電圧制限楕円30のq軸方向に延伸する直線32の右側に位置する。
FIG. 3 schematically shows the processing of steps S25 and S27 of FIG. In FIG. 3, the
つまり、合成電流ベクトル35は、電源電圧(+B)によって出力可能な値により定まる範囲にないことになる。そこで、目標電流演算部11の弱め磁束制御部11bは、電動モータ15に負のd軸電流を流すため、図3において符号36で示すように、q軸電流(目標q軸電流33)については、その値を維持し、終点35aをd軸に沿う方向に移動してd軸電流を負方向に変化させる補正(調整)を行う。
That is, the combined
このようなd軸電流の調整を、電流ベクトルの終点35aが電圧制限楕円30に達するまで(つまり、点Aに到達するまで)行う。その結果、目標d軸電流31と目標q軸電流33からなる電流34が得られる。よって、q軸電流を維持してd軸電流の補正のみで、電圧制限を満たす電流ベクトル(電流指示値)を簡単かつ迅速に得ることができる。
Such adjustment of the d-axis current is performed until the
これは、電動モータ15(ブラシレスDCモータ)で出力可能な印加電圧の上限を超えないように、弱め磁束制御により界磁電流であるd軸電流を補正できることを意味する。 This means that the d-axis current, which is a field current, can be corrected by weakening magnetic flux control so as not to exceed the upper limit of the applied voltage that can be output by the electric motor 15 (brushless DC motor).
図4は、図2のステップS33およびS35の処理を模式的に示している。図4に示すように、あらかじめチューニングして得たd軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルとの合成電流ベクトル45は、その終点45aが電圧制限楕円30の外にある。さらに終点45aは、電圧制限楕円30の中心Oを通り電圧制限楕円30のq軸方向に延伸する直線32の左側に位置している。
FIG. 4 schematically shows the processing of steps S33 and S35 of FIG. As shown in FIG. 4, the
この場合においても、合成電流ベクトル45は、電源電圧(+B)によって出力可能な値により定まる範囲にない。このような場合、仮に、図3に示す弱め磁束制御を行うと、合成電流ベクトル45の終点45aが電圧制限楕円30と交わることなく、q軸電流が負の方向に増大し続けることになる。
Even in this case, the combined
そこで、目標電流演算部11の目標Iq算出部11aは、電動モータ15に流すq軸電流を減少させるため、図4において符号46で示すように、d軸電流の値を維持し、終点45aをq軸に沿う方向に移動してq軸電流を、その値がq軸の負方向に小さくなるように変化させる調整を行う。
Therefore, the target
d軸電流の場合と同様、q軸電流を調整する場合においても、電流ベクトルの終点45aが電圧制限楕円30に達するまで(つまり、点Bに到達するまで)調整を行う。その結果、目標d軸電流41と目標q軸電流43からなる電流44が得られる。
Similar to the case of the d-axis current, when adjusting the q-axis current, the adjustment is performed until the
上記の場合、合成電流ベクトル45の終点45aは、電圧制限楕円30の外であって、電圧制限楕円30のd軸の上側にあったが、図4の合成電流ベクトル55のように、その終点55aが電圧制限楕円30の外であって、電圧制限楕円30のd軸の下側にある場合にも、上記と同様の調整を行う。
In the above case, the
つまり、図4において符号56で示すように、d軸電流の値を維持し、q軸電流を、その値がq軸の正方向に小さくなるように、点Cに到達するまで変化させる調整を行う。
That is, as shown by
よって、d軸電流を維持してq軸電流の補正のみで、電圧制限を満たす電流ベクトル(電流指示値)を簡単かつ迅速に得ることができる。 Therefore, a current vector (current indicated value) satisfying the voltage limit can be easily and quickly obtained only by maintaining the d-axis current and correcting the q-axis current.
このようにq軸電流の調整は、q軸電流の符号により電流を減らす方向が異なる。このことから、目標Iq算出部11aにおけるq軸電流の調整は、その絶対値が小さくなる方向に変化させる補正となる。
In this way, the adjustment of the q-axis current differs in the direction of reducing the current depending on the sign of the q-axis current. From this, the adjustment of the q-axis current in the target
なお、図3および図4に示す処理において、上記の電流調整の結果、例えば、現在のバッテリ電圧の範囲内で対応可能なd軸電流値、あるいはq軸電流値まで電流ベクトルが下がったことで、合成電流ベクトルの終点が電圧制限楕円30に達したと判断する。
In the processes shown in FIGS. 3 and 4, as a result of the above current adjustment, for example, the current vector has dropped to a d-axis current value or a q-axis current value that can be handled within the current battery voltage range. , It is determined that the end point of the combined current vector has reached the
なお、d軸電流ベクトルとq軸電流ベクトルの合成電流ベクトル65の終点65aが、図5に示す位置にある場合には、q軸電流の値を維持し、終点65aを符号66で示すように直線32に到達するまで移動して、d軸電流を負方向に変化させる。さらに、符号68で示すように、直線32に沿って終点65aを点Dに到達するまで移動させて、q軸電流の値をq軸の負方向に小さくなるように変化させる調整を行う。これにより、目標d軸電流61と目標q軸電流63からなる電流64が得られる。
When the
上述したモータ制御装置およびモータ制御方法は、例えば、ブラシレスDCモータをトラクションモータとして使用する電気自動車に搭載して使用できる。そして、電気自動車におけるモータ制御において、電圧制限の範囲外にある目標電流を、迅速かつ簡易な方法で電圧制限の範囲内に収めることができる。また、電気自動車におけるトラクションモータの電流制御が不安定・振動的となるのを抑制できる。 The motor control device and motor control method described above can be used, for example, by mounting them on an electric vehicle that uses a brushless DC motor as a traction motor. Then, in motor control in an electric vehicle, a target current outside the voltage limit range can be quickly and easily set within the voltage limit range. In addition, it is possible to prevent the current control of the traction motor in the electric vehicle from becoming unstable and oscillating.
以上説明したように本実施形態に係るモータ制御装置は、dq電流座標平面上に想定される電圧制限楕円に対する、ブラシレスDCモータのd軸電流指令値とq軸電流指令値とを合成した電流ベクトルの終点の位置に基づいて、d軸電流指令値とq軸電流指令値のいずれか一方を補正し、補正後のd軸電流指令値あるいはq軸電流指令値に基づいて電動モータ(ブラシレスDCモータ)のd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める構成を備える。 As described above, the motor control device according to the present embodiment is a current vector obtained by synthesizing the d-axis current command value and the q-axis current command value of the brushless DC motor with respect to the voltage limiting ellipse assumed on the dq current coordinate plane. Either the d-axis current command value or the q-axis current command value is corrected based on the position of the end point of the electric motor (brushless DC motor) based on the corrected d-axis current command value or the q-axis current command value. ), The d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are obtained.
このように、目標電流のベクトル位置をもとにd軸電流とq軸電流のいずれかを補正することで、電流制限範囲内に電流指令値を収める処理を簡単かつ迅速に行うことができる。例えば、モータの温度特性、製造等に起因するばらつきにより電流指示値が制限範囲外になっても、補正により電流制限範囲内に収めることができるので、電流制御が不安定・振動的となるのを抑制できる。 In this way, by correcting either the d-axis current or the q-axis current based on the vector position of the target current, it is possible to easily and quickly perform the process of keeping the current command value within the current limit range. For example, even if the current indicated value is out of the limit range due to variations due to the temperature characteristics of the motor, manufacturing, etc., it can be kept within the current limit range by correction, so that the current control becomes unstable and oscillating. Can be suppressed.
よって、永久磁石埋込型同期モータ(IPMSM)等のモータの電流を制限範囲内(電流制限領域の最大範囲)に制御可能となる。 Therefore, the current of a motor such as a permanent magnet embedded synchronous motor (IPMSM) can be controlled within the limited range (maximum range of the current limited region).
また、電流補正の際、インダクタンス、抵抗、磁束等を含むモータパラメータを使用せずに補正を行うことで、モータパラメータによるばらつきを排除した簡単な処理で電圧制限が可能になる。 Further, when the current is corrected, the voltage can be limited by a simple process that eliminates the variation due to the motor parameter by performing the correction without using the motor parameter including the inductance, the resistance, the magnetic flux and the like.
1 電圧ベクトル算出部
10 モータ制御部
11 目標電流演算部
11a 目標Iq算出部
11b 弱め磁束制御部
12 電流ベクトル制限部
15 電動モータ
16a,16b PI制御部
17,29 座標変換部
18 非干渉制御部
20 モータ制御装置
21 PWM信号生成部
23 インバータ回路
25 電流検出部
27 電源リレー
28 A/D変換部(ADC)
51 回転角センサ
BT 外部バッテリ
1 Voltage
51 Rotation angle sensor BT external battery
Claims (13)
前記ブラシレスDCモータのd軸電流指令値とq軸電流指令値とを合成した電流ベクトルを算出する手段と、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値より前記ブラシレスDCモータのd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める制御部と、
前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスDCモータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備え、
前記dq電流座標平面上における電圧制限楕円に対する前記電流ベクトルの終点の位置に基づいて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値のいずれか一方を補正するモータ制御装置。 A motor control device that drives a brushless DC motor by vector control on the dq current coordinate plane.
A means for calculating a current vector obtained by combining the d-axis current command value and the q-axis current command value of the brushless DC motor, and
A control unit that obtains the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value of the brushless DC motor from the d-axis current command value and the q-axis current command value.
A drive signal generator that generates a drive signal for the brushless DC motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value.
With
A motor control device that corrects either the d-axis current command value or the q-axis current command value based on the position of the end point of the current vector with respect to the voltage limiting ellipse on the dq current coordinate plane.
前記ブラシレスDCモータのd軸電流指令値とq軸電流指令値とを合成した電流ベクトルを算出する工程と、
前記dq電流座標平面上における電圧制限楕円に対する前記電流ベクトルの終点の位置に基づいて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値のいずれか一方を補正する工程と、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値より前記ブラシレスDCモータへのd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める工程と、
前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスDCモータの駆動信号を生成する工程と、
を備えるモータ制御方法。 A motor control method that drives a brushless DC motor by vector control on the dq current coordinate plane.
A step of calculating a current vector obtained by combining the d-axis current command value and the q-axis current command value of the brushless DC motor, and
A step of correcting either the d-axis current command value or the q-axis current command value based on the position of the end point of the current vector with respect to the voltage limiting ellipse on the dq current coordinate plane.
A step of obtaining a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value for the brushless DC motor from the d-axis current command value and the q-axis current command value.
A step of generating a drive signal of the brushless DC motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and
A motor control method comprising.
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