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JP4522273B2 - Motor control device and motor drive system having the same - Google Patents

Motor control device and motor drive system having the same Download PDF

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JP4522273B2
JP4522273B2 JP2005015199A JP2005015199A JP4522273B2 JP 4522273 B2 JP4522273 B2 JP 4522273B2 JP 2005015199 A JP2005015199 A JP 2005015199A JP 2005015199 A JP2005015199 A JP 2005015199A JP 4522273 B2 JP4522273 B2 JP 4522273B2
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、永久磁石同期モータの駆動を制御するモータ駆動装置に関し、特に弱め磁束制御を行うモータ駆動装置に関する。また、それらのモータ駆動装置を有するモータ駆動システムに関する。   The present invention relates to a motor drive device that controls driving of a permanent magnet synchronous motor, and more particularly to a motor drive device that performs flux-weakening control. Moreover, it is related with the motor drive system which has those motor drive devices.

一般に、永久磁石同期モータ(永久磁石型の同期モータ;以下、単に「モータ」という)を駆動するモータ駆動システムにおいては、高速回転時における誘起電圧の過度の上昇を抑制するために負のd軸電流による弱め磁束制御が行われる。   In general, in a motor drive system that drives a permanent magnet synchronous motor (permanent magnet type synchronous motor; hereinafter simply referred to as “motor”), a negative d-axis is used to suppress an excessive increase in induced voltage during high-speed rotation. Magnetic flux weakening control by current is performed.

モータの回転とモータのインダクタンス及び電機子鎖交磁束とによって発生する誘起電圧Voは、一般に下記式(1)によって表され、誘起電圧Voを弱め磁束制御によって制限電圧Vomに保つことを考えると、下記式(2)が得られる。そして、式(2)をd軸電流について解くと下記式(3)が得られる。 The induced voltage Vo generated by the rotation of the motor, the inductance of the motor and the armature interlinkage magnetic flux is generally expressed by the following equation (1). Considering that the induced voltage Vo is weakened and kept at the limit voltage V om by magnetic flux control. The following formula (2) is obtained. Then, when the equation (2) is solved for the d-axis current, the following equation (3) is obtained.

Figure 0004522273
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ここで、ωはモータの回転角速度、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、Φaは永久磁石による電機子鎖交磁束、idはd軸電流、iqはq軸電流である。 Here, ω is the rotational angular velocity of the motor, L d is the d-axis inductance, L q is the q-axis inductance, Φ a is the armature flux linkage by the permanent magnet, i d is the d-axis current, and i q is the q-axis current. is there.

上記式(3)から分かるように、弱め磁束制御用のd軸電流は、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqに依存する。従来のモータ駆動システムは、上記式(3)によってd軸電流idが追従すべき弱め磁束制御用のd軸電流指令値を算出し、弱め磁束制御を行っていた。 As can be seen from the above equation (3), the d-axis current for flux-weakening control depends on the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q . Conventional motor drive system, the d-axis current i d calculates the d-axis current command value for flux-weakening control to be followed, has been performed weakening controlling by the above formula (3).

また、弱め磁束制御の手法に関しては様々な手法が提案されている。例えば、下記特許文献1に記載された永久磁石同期モータの駆動制御装置は、バッテリの電圧を逐次検出してモータに印加できる最大電圧値を算出し、その最大電圧値とモータに要求される要求トルクに基づいて、弱め磁束電流の値を算出している。   Various methods have been proposed for the magnetic flux weakening control method. For example, the drive control device for a permanent magnet synchronous motor described in Patent Document 1 below calculates the maximum voltage value that can be applied to the motor by sequentially detecting the voltage of the battery, and the maximum voltage value and the request required for the motor Based on the torque, the value of the flux weakening current is calculated.

また、下記特許文献2には、バッテリ電圧と回転角速度を用いて同期モータの弱め磁束電流を算出する同期モータの制御装置が開示されている。   Patent Document 2 below discloses a synchronous motor control device that calculates a flux weakening current of a synchronous motor using a battery voltage and a rotational angular velocity.

また、下記特許文献3には、弱め界磁制御を行う際、バッテリ電圧値が大きいときは前記弱め界磁制御の開始回転数が高く、バッテリ電圧値が小さいときは前記弱め界磁制御の開始回転数が低くなるよう、バッテリ電圧の検出値に応じて前記弱め界磁制御の開始回転数を補正することを特徴とした同期電動機の制御装置が開示されている。   Further, in Patent Document 3 below, when field weakening control is performed, when the battery voltage value is large, the starting rotational speed of the field weakening control is high, and when the battery voltage value is small, the starting rotational speed of the field weakening control is low. A control apparatus for a synchronous motor is disclosed in which the starting rotational speed of the field weakening control is corrected in accordance with a detected value of the battery voltage.

特許第3146791号公報Japanese Patent No. 3146791 特許第3418826号公報Japanese Patent No. 3418826 特許第3396440号公報Japanese Patent No. 3396440

一般的に、q軸インダクタンスLqはq軸電流iqに依存して変化することが知られている。q軸インダクタンスLqの値は、q軸電流iqが増えると磁気飽和の影響により減少する。従って、従来のモータ駆動システムにおいて、Lqの値を一定として扱った場合、q軸電流iqに変化(即ち、トルクの変化や負荷の変動)によって、上記式(3)を用いた弱め磁束制御用のd軸電流指令値の計算に誤差が生じてしまう。 In general, it is known that the q-axis inductance L q changes depending on the q-axis current i q . The value of the q-axis inductance L q decreases as the q-axis current i q increases due to the influence of magnetic saturation. Therefore, in the conventional motor drive system, when the value of L q is treated as a constant value, the weakening magnetic flux using the above equation (3) due to a change in the q-axis current i q (that is, a change in torque or a change in load). An error occurs in the calculation of the control d-axis current command value.

また、上記式(3)を用い、q軸インダクタンスLqの値を一定とみなして弱め磁束制御を行う場合、駆動する負荷範囲は小さくなってしまう。負荷範囲が大きくなればq軸電流iqの変動範囲も大きくなるため、q軸電流iqの変化に対応したq軸インダクタンスLqの値の変化も大きくなってモータを安定して制御することができなくなるからである。 In addition, when the above-described expression (3) is used and the flux-weakening control is performed with the q-axis inductance L q regarded as a constant value, the load range to be driven becomes small. Since the variation range of the q-axis current i q increases as the load range increases, the change in the value of the q-axis inductance L q corresponding to the change in the q-axis current i q also increases and the motor can be controlled stably. It is because it becomes impossible.

また、モータを駆動するシステムを作成する際、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの設計値は存在するが、それらの設計値はそれらの実際の真値と必ずしも一致しない。式(3)に従って作成される弱め磁束制御用のd軸電流指令値は、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqに依存しているため、従来のモータ駆動システムにおいて弱め磁束制御を行うためには、実際のd軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの真値に合うように弱め磁束制御用のd軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの値を調整する必要があった。即ち、期待通りの弱め磁束制御を実現するために、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの値の夫々を如何なる値に設定すべきか調べてやる必要があった。2つのパラメータの調整は複雑であり、設計工数・設計コストの増大を招いてしまう。 Also, when creating a system for driving a motor, there are design values for the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q , but these design values do not necessarily match their actual true values. Since the d-axis current command value for flux-weakening control created according to Equation (3) depends on the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q , in order to perform flux-weakening control in a conventional motor drive system. Therefore, it was necessary to adjust the values of the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q for flux-weakening control so as to match the true values of the actual d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q . That is, in order to realize the expected flux-weakening control, it is necessary to investigate what value each of the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q should be set. The adjustment of the two parameters is complicated and causes an increase in design man-hours and design costs.

また、上記特許文献1に記載された永久磁石同期モータの駆動制御装置によっても、q軸インダクタンスの値の変動に起因する弱め磁束制御用のd軸電流指令値の計算誤差等は解消できない。また、上記特許文献2に記載された同期モータの制御装置は、モータ印加電圧のd軸成分を無視して弱め磁束制御用のd軸電流指令値を算出している。モータ印加電圧のd軸成分はq軸インダクタンスに依存しており、単に無視してしまったのでは上述の計算誤差等を解消できない。また、上記特許文献3の記載された技術は、上述の計算誤差等の問題を解決する技術ではない。   Further, even with the drive control device for the permanent magnet synchronous motor described in Patent Document 1, the calculation error of the d-axis current command value for the flux-weakening control caused by the fluctuation of the q-axis inductance value cannot be solved. The synchronous motor control device described in Patent Document 2 calculates a d-axis current command value for flux-weakening control while ignoring the d-axis component of the motor applied voltage. The d-axis component of the motor applied voltage depends on the q-axis inductance, and the above calculation error cannot be eliminated by simply ignoring it. Further, the technique described in Patent Document 3 is not a technique for solving the above-described problems such as calculation errors.

そこで本発明は、トルク(q軸電流)変化に対応したq軸インダクタンス変化の影響を受けない弱め磁束制御を実現するモータ制御装置及びモータ駆動システムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device and a motor drive system that realize a flux-weakening control that is not affected by a change in q-axis inductance corresponding to a change in torque (q-axis current).

上記目的を実現するために、本発明に係るモータ制御装置は、永久磁石型の同期モータの弱め磁束制御を行うモータ制御装置において、回転子としての永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸としたとき、同期モータの回転と同期モータのインダクタンス及び前記永久磁石による電機子鎖交磁束とによって発生する誘起電圧のd軸成分をd軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなして、弱め磁束制御用のd軸電流指令値を作成する磁束制御部を備え、同期モータのd軸電流が前記d軸電流指令値に追従するように、同期モータのd軸電圧が追従すべき前記d軸電圧指令値を作成して弱め磁束制御を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a motor control device according to the present invention is a motor control device that performs flux-weakening control of a permanent magnet type synchronous motor. An axis parallel to a magnetic flux generated by a permanent magnet as a rotor is d-axis. When the d-axis component of the induced voltage generated by the rotation of the synchronous motor, the inductance of the synchronous motor and the armature linkage magnetic flux by the permanent magnet is regarded as a value calculated based on the d-axis voltage command value, A magnetic flux control unit that creates a d-axis current command value for flux-weakening control is provided, and the d-axis voltage of the synchronous motor should follow so that the d-axis current of the synchronous motor follows the d-axis current command value. A weakening magnetic flux control is performed by creating a shaft voltage command value.

前記誘起電圧のd軸成分はq軸インダクタンスに依存しているが、上記構成の如く、前記誘起電圧のd軸成分をd軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなすことにより、弱め磁束制御用のd軸電流指令値はq軸インダクタンスの値に依存しなくなる。これにより、トルク(q軸電流)変化に対応したq軸インダクタンス変化に起因する弱め磁束制御用のd軸電流指令値の計算誤差が発生しなくなる。   The d-axis component of the induced voltage depends on the q-axis inductance. However, as described above, the weak magnetic flux can be obtained by regarding the d-axis component of the induced voltage as a value calculated based on the d-axis voltage command value. The control d-axis current command value does not depend on the q-axis inductance value. As a result, the calculation error of the d-axis current command value for the flux-weakening control caused by the q-axis inductance change corresponding to the torque (q-axis current) change does not occur.

また、弱め磁束制御用のd軸電流指令値がq軸インダクタンスに依存しなくなるため、トルク(q軸電流)変化に対応したq軸インダクタンスの値の変化を考慮する必要がない。従って、負荷範囲を大きくするべくq軸電流の変動範囲を大きくしても、安定した弱め磁束制御が確保される。つまり、上記のモータ制御装置によれば、負荷範囲を大きくとることができる。   In addition, since the d-axis current command value for flux-weakening control does not depend on the q-axis inductance, it is not necessary to consider the change in the q-axis inductance value corresponding to the torque (q-axis current) change. Therefore, even if the variation range of the q-axis current is increased to increase the load range, stable flux-weakening control is ensured. That is, according to said motor control apparatus, a large load range can be taken.

また、従来のモータ駆動システムにおいて必要であったd軸インダクタンス及びq軸インダクタンスの2つのパラメータの調整が、d軸インダクタンスのみの調整に簡略化でき、パラメータ調整が容易になる。   Also, the adjustment of the two parameters d-axis inductance and q-axis inductance required in the conventional motor drive system can be simplified to the adjustment of only the d-axis inductance, and parameter adjustment becomes easy.

具体的には、例えば、前記d軸電流指令値をid *、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVom、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの回転角速度をω、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流をidとしたとき、前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分を(vd *−Ra・id)とみなし、下記式(A)に基づいて前記d軸電流指令値を作成すればよい。 Specifically, for example, the d-axis current command value is i d * , the armature interlinkage magnetic flux is Φ a , the d-axis inductance is L d , the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , and the d-axis The voltage command value is v d * , the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, the resistance of the armature winding of the synchronous motor is R a , and the d-axis current obtained using the rotor position and the value of the current flowing through the synchronous motor is i When d , the magnetic flux control unit regards the d-axis component of the induced voltage as (v d * −R a · id ), and creates the d-axis current command value based on the following formula (A). That's fine.

Figure 0004522273
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また、例えば、前記d軸電流指令値をid *、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVom、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの回転角速度をωとしたとき、前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分をvd *とみなし、下記式(B)に基づいて前記d軸電流指令値を作成してもよい。 Also, for example, the d-axis current command value is i d * , the armature flux linkage is Φ a , the d-axis inductance is L d , the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , and the d-axis voltage command value is Is v d * and the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, the magnetic flux control unit regards the d-axis component of the induced voltage as v d *, and the d-axis current command value based on the following equation (B) May be created.

Figure 0004522273
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これにより、計算処理が簡略化され、モータ制御装置の処理の高速化が図られる。   This simplifies the calculation process and speeds up the process of the motor control device.

また、例えば、前記式(A)を用いて最新のd軸電流指令値を作成する際、直前に作成されたd軸電流指令値を前記式(A)におけるidの値として用いてもよい。 Further, for example, when the latest d-axis current command value is created using the formula (A), the d-axis current command value created immediately before may be used as the value of i d in the formula (A). .

また、例えば、前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分を前記d軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなした上で求められる前記誘起電圧の大きさと前記誘起電圧に対する所定の制限電圧の大きさとの比較結果に基づいて、弱め磁束制御を行うか否かの判断を行うようにするとよい。   Further, for example, the magnetic flux control unit considers the d-axis component of the induced voltage as a value calculated based on the d-axis voltage command value, and determines the magnitude of the induced voltage and a predetermined value for the induced voltage. Based on the result of comparison with the magnitude of the limit voltage, it is preferable to determine whether or not to perform the flux-weakening control.

前記誘起電圧のd軸成分はq軸インダクタンスの値に依存するが、前記誘起電圧のd軸成分をd軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなした上で求められる前記誘起電圧の大きさは、q軸インダクタンスの値に依存しない。従って、上記のように構成することにより、弱め磁束制御を行うか否かの判断は、トルク(q軸電流)変化に応じたq軸インダクタンスの変化の影響を受けない。   Although the d-axis component of the induced voltage depends on the value of the q-axis inductance, the magnitude of the induced voltage obtained after considering the d-axis component of the induced voltage as a value calculated based on the d-axis voltage command value. The length does not depend on the value of the q-axis inductance. Therefore, by configuring as described above, the determination as to whether or not the flux-weakening control is performed is not affected by the change in the q-axis inductance corresponding to the change in the torque (q-axis current).

また、例えば、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータのq軸電圧が追従すべきq軸電圧指令値をvq *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流及びq軸電流を夫々id及びiq、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVomとしたとき、前記磁束制御部は、下記式(C)が成立する場合に弱め磁束制御を行うようにするとよい。 Further, for example, the d-axis voltage command value is v d * , the q-axis voltage command value to be followed by the q-axis voltage of the synchronous motor is v q * , the resistance of the armature winding of the synchronous motor is Ra , and the rotor When the d-axis current and the q-axis current obtained using the position and the value of the current flowing through the synchronous motor are i d and i q , respectively, and the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , the magnetic flux control unit When the following formula (C) is satisfied, it is preferable to perform the flux-weakening control.

Figure 0004522273
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そして、例えば、前記式(C)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(C)におけるidの値として用いてもよい。 For example, when determining whether or not to perform the flux-weakening control using the equation (C), the d-axis current command value to be followed by the d-axis current is set to the value of d d in the equation (C). It may be used as a value.

また、例えば、前記式(C)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記q軸電流が追従すべきq軸電流指令値を前記式(C)におけるiqの値として用いてもよい。 Further, for example, when determining whether or not to perform the flux-weakening control using the formula (C), the q-axis current command value that the q-axis current should follow is the value of i q in the formula (C). It may be used as

また、例えば、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流をid、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、同期モータの回転角速度をω、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVomとしたとき、前記磁束制御部は、下記式(D)が成立する場合に弱め磁束制御を行うようにしてもよい。 Further, for example, the d-axis voltage command value is v d * , the resistance of the armature winding of the synchronous motor is R a , and the d-axis current obtained using the rotor position and the value of the current flowing through the synchronous motor is i d. When the armature interlinkage flux is Φ a , the d-axis inductance is L d , the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, and the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , the magnetic flux control unit has the following formula ( When D) is established, the flux-weakening control may be performed.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

そして、例えば、前記式(D)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(D)におけるidの値として用いてもよい。 For example, when determining whether or not to perform the flux-weakening control using the equation (D), the d-axis current command value to be followed by the d-axis current is set to the value of d d in the equation (D). It may be used as a value.

また、例えば、当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、前記磁束制御部は、同期モータへの印加電圧のd軸成分を前記d軸電圧指令値とみなした上で求められる同期モータへの印加電圧の大きさと前記インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧の大きさとの比較結果に基づいて、弱め磁束制御を行うか否かの判断を行うとよい。   In addition, for example, the motor control device is configured to control the weakening magnetic flux of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor, and the magnetic flux control unit is configured to apply d of the voltage applied to the synchronous motor. Based on the comparison result between the magnitude of the voltage applied to the synchronous motor and the predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage that can be output from the inverter based on the fact that the axis component is regarded as the d-axis voltage command value, the flux-weakening control It is better to determine whether or not to perform.

同期モータへの印加電圧のd軸成分はq軸インダクタンスの値に依存するが、同期モータへの印加電圧のd軸成分をd軸電圧指令値とみなした上で求められる同期モータへの印加電圧の大きさはq軸インダクタンスの値に依存しない。従って、上記のように構成することにより、弱め磁束制御を行うか否かの判断は、トルク(q軸電流)変化に応じたq軸インダクタンスの変化の影響を受けない。   Although the d-axis component of the voltage applied to the synchronous motor depends on the value of the q-axis inductance, the applied voltage to the synchronous motor that is obtained by regarding the d-axis component of the voltage applied to the synchronous motor as the d-axis voltage command value. Does not depend on the value of the q-axis inductance. Therefore, by configuring as described above, the determination as to whether or not the flux-weakening control is performed is not affected by the change in the q-axis inductance corresponding to the change in the torque (q-axis current).

また、例えば、当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータのq軸電圧が追従すべきq軸電圧指令値をvq *、インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧をVamとしたとき、前記磁束制御部は、下記式(E)が成立する場合に弱め磁束制御を行うとよい。 Further, for example, the motor control device is configured to control the magnetic flux weakening of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor, and the d-axis voltage command value is set to v d * When the q-axis voltage command value to be followed by the q-axis voltage is v q * , and the predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage that can be output from the inverter is V am , the magnetic flux control unit satisfies the following formula (E) It is better to perform magnetic flux control.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

また、例えば、当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流及びq軸電流を夫々id及びiq、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、同期モータの回転角速度をω、インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧をVamとしたとき、前記磁束制御部は、下記式(F)が成立する場合に弱め磁束制御を行うようにしてもよい。 Further, for example, the motor control device is configured to control the magnetic flux weakening of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor, and the d-axis voltage command value is set to v d * The resistance of the armature winding is R a , the d-axis current and the q-axis current obtained using the values of the rotor position and the current flowing through the synchronous motor are i d and i q , respectively, and the armature linkage flux is Φ a When the d-axis inductance is L d , the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, and the predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage that can be output from the inverter is V am , the magnetic flux control unit performs the following equation (F): Magnetic flux weakening control may be performed.

Figure 0004522273
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そして、例えば、前記式(F)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(F)におけるidの値として用いてもよい。 For example, when determining whether or not to perform the flux-weakening control using the formula (F), the d-axis current command value to be followed by the d-axis current is set to the value of d d in the formula (F). It may be used as a value.

また、例えば、前記式(F)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記q軸電流が追従すべきq軸電流指令値を前記式(F)におけるiqの値として用いてもよい。 Further, for example, when determining whether or not to perform the flux-weakening control using the equation (F), the q-axis current command value that the q-axis current should follow is the value of i q in the equation (F). It may be used as

式(C)、式(D)、式(E)及び式(F)の何れにもq軸インダクタンスが含まれていないため、磁束制御部による弱め磁束制御を行うか否かの判断(実行/不実行の判断)は、トルク(q軸電流)変化に応じたq軸インダクタンスの変化の影響を受けない。   Since none of the expressions (C), (D), (E), and (F) includes the q-axis inductance, it is determined whether or not to perform the flux-weakening control by the magnetic flux controller (execution / The determination of non-execution) is not affected by a change in q-axis inductance corresponding to a change in torque (q-axis current).

また、例えば、前記磁束制御部は、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて前記誘起電圧に対する前記制限電圧を算出すればよい。また、例えば、前記磁束制御部は、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて前記最大電圧に対する前記制限電圧を算出すればよい。   Further, for example, the magnetic flux control unit may calculate the limit voltage with respect to the induced voltage based on a power supply voltage for driving the synchronous motor. For example, the magnetic flux control unit may calculate the limit voltage with respect to the maximum voltage based on a power supply voltage for driving the synchronous motor.

前記誘起電圧に対する制限電圧の値を、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて算出すれば、電源電圧に応じた誘起電圧に対する制限電圧の最適化が可能となり、弱め磁束制御の最適化が図られる。また、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて算出した前記誘起電圧に対する制限電圧又は最大電圧に対する制限電圧の値を用いて、弱め磁束制御を行うか否かの判断を行えば、電源電圧に応じた弱め磁束制御の実行/不実行の判断がなされる。   If the value of the limit voltage for the induced voltage is calculated based on the power supply voltage for driving the synchronous motor, the limit voltage for the induced voltage according to the power supply voltage can be optimized, and the weakening flux control can be optimized. It is done. In addition, if the value of the limit voltage for the induced voltage or the limit voltage for the maximum voltage calculated based on the power supply voltage for driving the synchronous motor is used to determine whether to perform the flux-weakening control, the power supply voltage is The execution / non-execution of the weak magnetic flux control is determined accordingly.

上記目的を実現するために、本発明に係るモータ駆動システムは、前記同期モータと、前記同期モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行う上記のモータ制御装置と、を備えている。   In order to achieve the above object, the motor drive system according to the present invention includes the synchronous motor, an inverter that drives the synchronous motor, and the motor control that performs flux weakening control of the synchronous motor by controlling the inverter. And a device.

上述した通り、本発明に係るモータ制御装置及びモータ駆動システムによれば、トルク(q軸電流)変化に対応したq軸インダクタンス変化の影響を受けない弱め磁束制御が可能である。   As described above, according to the motor control device and the motor drive system of the present invention, the flux-weakening control that is not affected by the change in the q-axis inductance corresponding to the change in the torque (q-axis current) is possible.

以下、本発明に係るモータ制御装置及びモータ駆動システムの実施形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置及びこれを有するモータ駆動システムのブロック構成図である。   Hereinafter, embodiments of a motor control device and a motor drive system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a block configuration diagram of a motor control device and a motor drive system having the motor control device according to an embodiment of the present invention.

1は、永久磁石を回転子(不図示)に、電機子巻線を固定子(不図示)に設けた三相永久磁石同期モータ1(以下、単に「モータ1」と記すことがある)である。モータ(同期モータ)1は、該永久磁石により界磁磁束を得る。2は、PWM(Pulse Width Modulation)インバータであり、モータ1の回転子位置に応じてモータ1にU相、V相及びW相から成る三相交流電圧を供給する。このモータ1に供給される電圧をモータ印加電圧(電機子電圧)Vaとし、モータ1に供給される電流をモータ電流(電機子電流)Iaとする。3は、モータ制御装置であり、モータ1を所望の回転速度で回転させるための信号や弱め磁束制御を行うための信号をPWMインバータ2に与える。 Reference numeral 1 denotes a three-phase permanent magnet synchronous motor 1 (hereinafter simply referred to as “motor 1”) in which a permanent magnet is provided on a rotor (not shown) and an armature winding is provided on a stator (not shown). is there. The motor (synchronous motor) 1 obtains a field magnetic flux by the permanent magnet. A PWM (Pulse Width Modulation) inverter 2 supplies a three-phase AC voltage composed of a U phase, a V phase, and a W phase to the motor 1 according to the rotor position of the motor 1. The voltage supplied to the motor 1 and the motor applied voltage (armature voltage) V a, the current supplied to the motor 1 the motor current (armature current) and I a. Reference numeral 3 denotes a motor control device, which provides the PWM inverter 2 with a signal for rotating the motor 1 at a desired rotational speed and a signal for performing flux-weakening control.

図1のモータ駆動システムは、モータ1、PWMインバータ2及びモータ制御装置3を有し、PWMインバータ2にモータ1の駆動用の電源電圧を供給する電源4を接続して構成される。電源4は、直流の電源電圧をPWMインバータ2に供給するものであれば何でもよい。例えば、電池(例えば、ニッケル水素電池等の二次電池)であってもよいし、商用交流電圧を直流に変換するAC/DCコンバータ等であってもよい。   The motor drive system of FIG. 1 includes a motor 1, a PWM inverter 2, and a motor control device 3, and is configured by connecting a power supply 4 that supplies a power supply voltage for driving the motor 1 to the PWM inverter 2. The power supply 4 may be anything as long as it supplies a DC power supply voltage to the PWM inverter 2. For example, a battery (for example, a secondary battery such as a nickel metal hydride battery) may be used, or an AC / DC converter that converts a commercial AC voltage into a direct current may be used.

電源4の出力電圧(上記電源電圧に等しい)は、電源4とモータ1との間に設けられたPWMインバータ2によって三相交流電圧に変換され、モータ1に供給される。また、電源4の出力電圧は電圧検出器5によって逐次検出され、その検出された値は、モータ1の駆動用の電源電圧VBとしてモータ制御装置3に与えられる。尚、電源4や電圧検出器5は、本実施形態に係るモータ駆動システムに含まれていると考えても良い。 The output voltage of the power supply 4 (equal to the power supply voltage) is converted into a three-phase AC voltage by the PWM inverter 2 provided between the power supply 4 and the motor 1 and supplied to the motor 1. The output voltage of the power source 4 is sequentially detected by the voltage detector 5, and the detected value is given to the motor control device 3 as the power source voltage V B for driving the motor 1. Note that the power supply 4 and the voltage detector 5 may be considered to be included in the motor drive system according to the present embodiment.

図2は、三相永久磁石同期モータ1の解析モデル図である。図2には、U相、V相、W相の電機子巻線固定軸が示されている。1aは、モータ1の回転子に相当する永久磁石である。永久磁石が作る磁束と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石の磁束方向をd軸にとり、d軸から電気角で90度進んだ位相にq軸をとる(q軸は不図示)。   FIG. 2 is an analysis model diagram of the three-phase permanent magnet synchronous motor 1. FIG. 2 shows U-phase, V-phase, and W-phase armature winding fixed axes. 1 a is a permanent magnet corresponding to the rotor of the motor 1. In the rotating coordinate system that rotates at the same speed as the magnetic flux generated by the permanent magnet, the magnetic flux direction of the permanent magnet is taken as the d-axis, and the q-axis is taken at a phase advanced by 90 degrees from the d-axis by an electrical angle (the q-axis is not shown).

d軸とq軸から成る回転座標軸は回転しており、その回転角速度をωとする。この回転角速度ωは、モータ1の回転角速度と等しい。また、ある瞬間の回転している回転座標軸において、d軸の位相をU相の電機子巻線固定軸を基準としてθ(回転子位置θ)により表す。   A rotational coordinate axis composed of a d-axis and a q-axis is rotating, and its rotational angular velocity is ω. This rotational angular velocity ω is equal to the rotational angular velocity of the motor 1. In addition, in a rotating coordinate axis rotating at a certain moment, the phase of the d-axis is represented by θ (rotor position θ) with respect to the U-phase armature winding fixed axis.

以下の記述において、モータ印加電圧Vaのd軸成分、q軸成分を、それぞれd軸電圧vd、q軸電圧vqで表し、モータ電流Iaのd軸成分、q軸成分を、それぞれd軸電流id、q軸電流iqで表す。 In the following description, the d-axis component and the q-axis component of the motor applied voltage V a are represented by the d-axis voltage v d and the q-axis voltage v q , respectively, and the d-axis component and the q-axis component of the motor current I a are respectively expressed as It is expressed by d-axis current i d and q-axis current i q .

また、以下の記述において、Raは、モータ抵抗(モータ1の電機子巻線の抵抗値)であり、Ld、Lqは、夫々d軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのd軸成分)、q軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのq軸成分)であり、Φaは、永久磁石1aによる電機子鎖交磁束である。尚、Ld、Lq、Ra及びΦaは、モータ駆動システムの設計時において予め設定される値である。 In the following description, R a is a motor resistance (resistance value of the armature winding of the motor 1), and L d and L q are d-axis inductances (inductance of the armature winding of the motor 1). d-axis component), q-axis inductance (q-axis component of the inductance of the armature winding of the motor 1), and Φ a is an armature interlinkage magnetic flux by the permanent magnet 1a. Note that L d , L q , R a and Φ a are values set in advance at the time of designing the motor drive system.

(全体概要説明)
図3に図1のモータ駆動システム3の詳細なブロック構成図を示す。モータ駆動システム3は、電流検出器11、3相2相座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部16、2相3相座標変換器18、レゾルバ20、位置検出器21及び速度検出器22を有して構成される。
(Overall description)
FIG. 3 shows a detailed block diagram of the motor drive system 3 of FIG. The motor drive system 3 includes a current detector 11, a three-phase two-phase coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a two-phase three-phase coordinate converter 18, a resolver 20, A position detector 21 and a velocity detector 22 are included.

位置検出器21は、位置センサとしての機能を有するレゾルバ20からの出力を基に回転子位置θを検出する。速度検出器22は、回転速度センサとしての機能を有するレゾルバ20からの出力を基に回転角速度ωを検出する。   The position detector 21 detects the rotor position θ based on the output from the resolver 20 having a function as a position sensor. The speed detector 22 detects the rotational angular speed ω based on the output from the resolver 20 having a function as a rotational speed sensor.

電流検出器11は、例えばホール素子等から成り、PWMインバータ2からモータ1に供給されるモータ電流IaのU相電流iu及びV相電流ivを検出する。3相2相座標変換器12は、電流検出器11からのU相電流iu及びV相電流ivの検出結果を受け取り、それらを位置検出器21から与えられる回転子位置θを用いて、d軸電流id及びq軸電流iqに変換する。 Current detector 11, for example, a Hall element, detects the U-phase current i u and the V-phase current i v of the motor current I a supplied from the PWM inverter 2 to the motor 1. 3-phase 2-phase coordinate converter 12 receives detection results of the U-phase current i u and the V-phase current i v from the current detector 11, with the rotor position θ given from their position detector 21, It converts into d-axis current i d and q-axis current i q .

減算器14は、q軸電流指令値iq *から3相2相座標変換器12より与えられるq軸電流iqを差し引いて、電流誤差(iq *−iq)を算出する。q軸電流指令値iq *は、q軸電流iqが追従すべき電流の値に相当する。q軸電流指令値iq *は、例えば、図示されないCPU(中央処理装置;Central Processing Unit)等から与えられる。また、例えば、速度検出器22が出力する回転角速度ωが、図示されないCPU等から与えられる所望の回転速度を表すモータ速度指令値に追従するように、速度制御部(不図示)が比例積分制御等によりq軸電流指令値iq *を算出する。 The subtractor 14 subtracts the q-axis current i q given from the three-phase two-phase coordinate converter 12 from the q-axis current command value i q * to calculate a current error (i q * −i q ). The q-axis current command value i q * corresponds to a current value that the q-axis current i q should follow. The q-axis current command value i q * is given from, for example, a CPU (Central Processing Unit) not shown. Further, for example, the speed control unit (not shown) performs proportional-integral control so that the rotational angular speed ω output from the speed detector 22 follows a motor speed command value representing a desired rotational speed given from a CPU (not shown). The q-axis current command value i q * is calculated from the above.

減算器13は、d軸電流指令値id *から3相2相座標変換器12より与えられるd軸電流idを差し引いて、電流誤差(id *−id)を算出する。d軸電流指令値id *は、d軸電流idが追従すべき電流の値に相当する。d軸電流指令値id *は、磁束制御部16から与えられるが、その算出法は後述する。 The subtracter 13 subtracts the d-axis current i d supplied from three-phase to two-phase coordinate converter 12 from the d-axis current command value i d *, and calculates the current error (i d * -i d). The d-axis current command value i d * corresponds to a current value that the d-axis current i d should follow. The d-axis current command value i d * is given from the magnetic flux controller 16, and the calculation method will be described later.

電流制御部15は、減算器13、14からの各電流誤差、3相2相座標変換器12からのd軸電流id及びq軸電流iq及び速度検出器22からの回転角速度ωに基づいて、d軸電流idがd軸電流指令値id *に追従するように(等しくなるように)、且つq軸電流iqがq軸電流指令値iq *に追従するように(等しくなるように)、比例積分制御等を用いて、モータ1に印加されるべき電圧を表す回転座標系上における電圧指令値(d軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *)作成して出力する。尚、電流制御部15は、d軸電流id及びq軸電流iq並びに回転角速度ωに基づくことなく、減算器13、14からの各電流誤差にのみ基づいて上記電圧指令値を作成してもよい。 The current control unit 15 is based on the current errors from the subtracters 13 and 14, the d-axis current id and the q-axis current i q from the three-phase two-phase coordinate converter 12, and the rotational angular velocity ω from the speed detector 22. Thus, the d-axis current i d follows the d-axis current command value i d * (so that it becomes equal), and the q-axis current i q follows the q-axis current command value i q * (equally). The voltage command values (d-axis voltage command value v d * and q-axis voltage command value v q * ) on the rotating coordinate system representing the voltage to be applied to the motor 1 using proportional integral control or the like. Create and output. The current control unit 15 creates the voltage command value based only on the current errors from the subtracters 13 and 14 without being based on the d-axis current i d and the q-axis current i q and the rotational angular velocity ω. Also good.

2相3相座標変換器18は、位置検出器21から与えられる回転子位置θを用いてd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *の逆変換を行い、U相電圧指令値vu *、V相電圧指令値vv *及びW相電圧指令値vw *から成る三相の電圧指令値を作成して、それらをPWMインバータ2に出力する。PWMインバータ2は、モータ1に印加されるべき電圧を表す三相の電圧指令値に基づいてパルス幅変調された信号を作成し、モータ1を駆動する。 The two-phase / three-phase coordinate converter 18 performs reverse conversion of the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * by using the rotor position θ given from the position detector 21, and the U-phase voltage A three-phase voltage command value composed of the command value v u * , the V-phase voltage command value v v *, and the W-phase voltage command value v w * is created and output to the PWM inverter 2. The PWM inverter 2 creates a pulse-width modulated signal based on a three-phase voltage command value representing a voltage to be applied to the motor 1 and drives the motor 1.

(id *の算出法)
次に、磁束制御部16による弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *の算出法について説明する。モータ1の回転とインダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンス)及び電機子鎖交磁束Φaとによって生じる誘起電圧Voは、上述の式(1)によって表され、該誘起電圧Voを弱め磁束制御によって制限電圧Vomに保つ場合、d軸電流idの値は、一般に上述の式(3)の右辺のようになる。式(3)において、制限電圧Vomは、誘起電圧Voに対して制限を加えたい上限の電圧を示し、PWMインバータ2が出力できる最大電圧(供給可能電圧)などから計算されるが、その算出法については後述する。
(Calculation method of i d * )
Next, a method for calculating the d-axis current command value i d * for the flux weakening control by the magnetic flux controller 16 will be described. The induced voltage Vo generated by the rotation and inductance of the motor 1 (inductance of the armature winding of the motor 1) and the armature interlinkage magnetic flux Φ a is expressed by the above-described equation (1). When the control voltage is kept at the limit voltage V om , the value of the d-axis current i d is generally as shown on the right side of the above equation (3). In Expression (3), the limit voltage V om indicates an upper limit voltage to be limited to the induced voltage Vo, and is calculated from the maximum voltage (suppliable voltage) that can be output by the PWM inverter 2. The law will be described later.

式(3)は下記式(4)のように変形される。更に、誘起電圧Voのd軸成分をvdoとすると、vdo=−ωLqqなのであるから、式(4)は、更に式(5)のように変形される。 Formula (3) is transformed into the following formula (4). Further, if the d-axis component of the induced voltage Vo is v do , then v do = −ωL q i q, so equation (4) is further transformed into equation (5).

Figure 0004522273
Figure 0004522273

Figure 0004522273
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ここで、−ωLqqで算出される誘起電圧Voのd軸成分vdoを、d軸電圧指令値vd *から算出されるd軸誘起電圧指令値vdo *に置換し、式(6)を得る。 Here, the d-axis component v do of the induced voltage Vo calculated by −ωL q i q is replaced with the d-axis induced voltage command value v do * calculated from the d-axis voltage command value v d * , and the formula ( 6) is obtained.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

ここで、d軸誘起電圧指令値vdo *は、vdo *=(vd *−Ra・id)にて算出される値である。定常状態において、誘起電圧Voのd軸成分vdoは、d軸電圧vdからモータ抵抗Raによる電圧降下を差し引いたもの、即ち(vd−Ra・id)に相当するが、d軸電圧vdはd軸電圧指令値vd *に追従する(等しくなる)ため、誘起電圧Voのd軸成分vdoはd軸誘起電圧指令値vdo *=(vd *−Ra・id)と略等しくなる。 Here, the d-axis induced voltage command value v do * is a value calculated by v do * = (v d * −R a · id ). In the steady state, the d-axis component v do of the induced voltage Vo corresponds to a value obtained by subtracting the voltage drop due to the motor resistance Ra from the d-axis voltage v d , that is, (v d −R a · id ). Since the shaft voltage v d follows (becomes equal to) the d-axis voltage command value v d * , the d-axis component v do of the induced voltage Vo is d-axis induced voltage command value v do * = (v d * −R a. i d ).

従って、磁束制御部16が、下記式(7)に従って弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を算出すれば、d軸電流idは、そのd軸電流指令値id *に追従することになり、誘起電圧Voは制限電圧Vomに保たれる。このように、磁束制御部16は、誘起電圧Voのd軸成分vdoを、(vd *−Ra・id)とみなして弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を作成するのである。 Therefore, if the magnetic flux control unit 16 calculates the d-axis current command value i d * for flux-weakening control according to the following formula (7), the d-axis current i d follows the d-axis current command value i d * . Therefore, the induced voltage Vo is kept at the limit voltage V om . As described above, the magnetic flux controller 16 regards the d-axis component v do of the induced voltage Vo as (v d * −R a · id ), and creates the d-axis current command value i d * for controlling the weak magnetic flux. To do.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

上述したように、誘起電圧Voのd軸成分vdoは、正確には−ωLqqになるのであるが、式(3)や式(4)に従って弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を算出すれば、その値はq軸インダクタンスLqやq軸電流iqに依存することになる。そうすると、従来の構成のように、磁束制御用のd軸電流指令値の計算に誤差が生じてしまう。 As described above, the d-axis component v do of the induced voltage Vo is accurately −ωL q i q , but the d-axis current command value for the flux-weakening control according to the equations (3) and (4). If i d * is calculated, its value depends on the q-axis inductance L q and the q-axis current i q . If it does so, an error will arise in calculation of d axis current command value for magnetic flux control like the conventional composition.

しかしながら、誘起電圧Voのd軸成分vdoをd軸電圧指令値vd *に基づいて算出される値とみなすことにより、弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *はq軸インダクタンスLqの値に依存しなくなる。これにより、従来の構成が抱えていた計算誤差の問題が解消される。 However, by regarding the d-axis component v do of the induced voltage Vo as a value calculated on the basis of the d-axis voltage command value v d * , the d-axis current command value i d * for flux-weakening control becomes the q-axis inductance L It does not depend on the value of q . Thereby, the problem of the calculation error which the conventional structure has is solved.

また、弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *がq軸インダクタンスLqに依存しなくなるため、q軸電流iqの変化に対応したq軸インダクタンスLqの値の変化を考慮する必要がない。従って、負荷範囲が大きくするべくq軸電流iqの変動範囲を大きくしても、安定した弱め磁束制御が確保される。つまり、本実施形態によれば、負荷範囲を大きくとることができるのである。 Also, weakening since the flux control of d-axis current command value i d * does not depend on the q-axis inductance L q, necessary to consider the change in the value of q-axis current i q-axis corresponding to the change of q inductance L q There is no. Therefore, even if the fluctuation range of the q-axis current i q is increased so as to increase the load range, stable flux-weakening control is ensured. That is, according to the present embodiment, the load range can be increased.

また、従来のモータ駆動システムにおいて必要であったd軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの2つのパラメータの調整が、d軸インダクタンスLdのみの調整に簡略化でき、パラメータ調整が容易になる。 Also, the adjustment of the two parameters of the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q required in the conventional motor drive system can be simplified to the adjustment of only the d-axis inductance L d , and the parameter adjustment becomes easy. .

尚、弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を算出する際に必要となる回転角速度ω、d軸電圧指令値vd *、d軸電流idは、それぞれ速度検出器22、電流制御部15、3相2相座標変換器12から与えられる。 Note that the rotational angular velocity ω, the d-axis voltage command value v d * , and the d-axis current i d required for calculating the d-axis current command value i d * for flux-weakening control are the speed detector 22 and the current, respectively. It is given from the control unit 15 and the three-phase / two-phase coordinate converter 12.

また、弱め磁束制御において、磁束制御部16は、所定の間隔をおいて次々とd軸電流指令値id *を更新する。そして、電流制御部15は、d軸電流idが次々と更新されるd軸電流指令値id *に追従するようにd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を次々と更新する。 In the flux weakening control, the magnetic flux controller 16 updates the d-axis current command value i d * one after another at a predetermined interval. Then, the current control unit 15 sets the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * so as to follow the d-axis current command value i d * in which the d-axis current i d is updated one after another. Update one after another.

d軸電流指令値id *が、第(n―2)回目、第(n―1)回目、第n回目、・・・と次々と更新されることを考えた場合(但し、nは自然数)、式(7)において第n回目のd軸電流指令値id *の算出に用いられるd軸電流idの値は、第(n―1)回目に求められたd軸電流指令値id *と略等しいと考えることができる。 Considering that the d-axis current command value i d * is updated one after another (n-2), (n-1), nth, etc. (where n is a natural number) ), the value of d-axis current i d to be used in the n-th d-axis current command value i d * is calculated in the equation (7) is the (n-1) th to the obtained d-axis current command value i It can be considered to be approximately equal to d * .

従って、最新の(第n回目の)d軸電流指令値id *の算出に際して、直前に(第(n−1)回目に)算出されたd軸電流指令値id *をd軸電流idとみなしても構わない。つまり、上記式(7)に代えて下記式(8)を用いて、最新のd軸電流指令値id *を算出するようにしても構わない。下記式(8)におけるid- *は、式(8)にて求められるべき最新のd軸電流指令値id *の直前に求められたd軸電流指令値を表す。 Therefore, the latest (the n-th) when d-axis current command value i d * for calculation, immediately before (the (n-1) th to) the calculated d-axis current command value i d * and d-axis current i You can consider it as d . That is, the latest d-axis current command value i d * may be calculated using the following equation (8) instead of the above equation (7). In the following formula (8), i d− * represents the d-axis current command value obtained immediately before the latest d-axis current command value i d * to be obtained by the formula (8).

Figure 0004522273
Figure 0004522273

また、モータ抵抗Raにおける電圧降下分を無視し、上記式(7)の代わりに下記式(9)を用いて弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を算出してもよい。下記式(9)を用いる手法は、モータ抵抗Raにおける電圧降下分がd軸電圧指令値vd *に比べて十分に小さい場合等に、特に有効な手法である。下記式(9)を用いることにより、計算処理が簡略化され、モータ制御装置3の処理の高速化が図られる。 Moreover, ignoring the voltage drop in the motor resistance R a, the following equation (9) may be calculated d-axis current command value i d * for flux-weakening control using instead of the equation (7). Method using the following formula (9), such as when the voltage drop in the motor resistance R a is sufficiently smaller than the d-axis voltage command value v d *, is a particularly effective method. By using the following formula (9), the calculation process is simplified, and the processing speed of the motor control device 3 is increased.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

(制限電圧の算出法)
次に、誘起電圧Voに対する制限電圧Vomの算出法について説明する。制限電圧Vomは、誘起電圧Voに対して制限を加えたい上限の電圧を示し、PWMインバータ2が出力できる最大電圧(供給可能電圧)などから計算される。例えば、磁束制御部16は、制限電圧Vomを下記式(10)に従って算出する。
(Calculation method of limit voltage)
Next, a method for calculating the limit voltage V om with respect to the induced voltage Vo will be described. The limit voltage V om indicates an upper limit voltage to be limited with respect to the induced voltage Vo, and is calculated from the maximum voltage (suppliable voltage) that the PWM inverter 2 can output. For example, the magnetic flux controller 16 calculates the limit voltage V om according to the following formula (10).

Figure 0004522273
Figure 0004522273

ここで、Vamは、PWMインバータ2が出力できる最大電圧(供給可能電圧)に対する所定の制限電圧であり、Iamは、PWMインバータ2が出力できる最大電流である。制限電圧Vamは、PWMインバータ2が出力できる最大電圧と等しくなるように設定しても良いし、その最大電圧から余裕を持たせて最大電圧未満の電圧に設定しても良い。Vamの値は、電圧検出器5(図1参照)による電源4の出力電圧の検出結果、即ち、モータ1の駆動用の電源電圧VBの値に基づき、例えば、下記式(11)によって算出される。電圧検出器5によって逐次検出されるVBの値が変われば、Vamの値も逐次更新される。 Here, V am is a predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage (voltage that can be supplied) that can be output by the PWM inverter 2, and I am is the maximum current that can be output by the PWM inverter 2. The limit voltage Vam may be set to be equal to the maximum voltage that the PWM inverter 2 can output, or may be set to a voltage less than the maximum voltage with a margin from the maximum voltage. The value of V am is based on the detection result of the output voltage of the power source 4 by the voltage detector 5 (see FIG. 1), that is, the value of the power source voltage V B for driving the motor 1, for example, by the following equation (11) Calculated. If the value of V B sequentially detected by the voltage detector 5 changes, the value of V am is also updated sequentially.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

但し、上記式(11)で算出されるVamは、電源4の出力電圧の有効利用率(電圧利用率)が100%の場合のものであり、電源4の出力電圧の有効利用率(電圧利用率)が100%未満の場合、その有効利用率の低下を考慮し、Vamは上記式(11)の右辺で算出される値よりも小さく設定される。 However, V am calculated by the above formula (11) is that when the effective utilization rate (voltage utilization rate) of the output voltage of the power supply 4 is 100%, and the effective utilization rate (voltage) of the output voltage of the power supply 4 is In the case where the (utilization rate) is less than 100%, Vam is set smaller than the value calculated on the right side of the above equation (11) in consideration of the decrease in the effective utilization rate.

amの値は、PWMインバータ2の特性上の制約や、電源4の出力可能電流、モータ1の発熱上の制限等を考慮して設定される。尚、Iamの値は、固定値としてもよいし、モータ1の温度(例えば、図示されないサーミスタ等によって検出される温度)や電流検出器11によって検出されたモータ電流の値等に応じて変化するようにしてもよい。 The value of I am is set in consideration of the restrictions on the characteristics of the PWM inverter 2, the current that can be output from the power source 4, the restriction on the heat generation of the motor 1, and the like. Note that the value of I am may be a fixed value, or changes according to the temperature of the motor 1 (for example, the temperature detected by a thermistor not shown), the value of the motor current detected by the current detector 11, and the like. You may make it do.

例えば、PWMインバータ2の出力できる最大電圧がある基準電圧より大きくなった場合、より大きな誘起電圧が発生してもPWMインバータ2や電源4にはストレスはかからないため、誘起電圧に対する制限電圧の値はより大きな値に変更されることが望ましい。   For example, when the maximum voltage that can be output from the PWM inverter 2 is greater than a certain reference voltage, the PWM inverter 2 and the power supply 4 are not stressed even if a larger induced voltage is generated. It is desirable to change to a larger value.

仮に、最大電圧がある基準電圧より大きくなっているにも拘わらず、制限電圧Vomの値を変更しなければ、トルク発生に関与しないd軸電流idが無駄に発生するため、効率の低下を招く。逆に、最大電圧がある基準電圧より小さくなっているにも拘わらず、制限電圧Vomの値を変更しなければ、PWMインバータ2や電源4に誘起電圧に起因する逆電圧が加わり、それらにストレスがかかり得る。 If, despite larger than the reference voltage with a maximum voltage, necessary to adjust the value of the limit voltage V om, because the d-axis current i d which is not involved in torque generation occurring waste, reduction of efficiency Invite. On the contrary, if the value of the limit voltage V om is not changed even though the maximum voltage is smaller than a certain reference voltage, the reverse voltage caused by the induced voltage is added to the PWM inverter 2 and the power source 4 and is added to them. It can be stressful.

しかしながら、上記式(10)及び式(11)から分かるように、本実施形態に係る磁束制御部16は、モータ1の駆動用の電源電圧に相当する電源4の出力電圧に基づいて最大電圧に対する制限電圧Vamの値を算出するようにしており、制限電圧Vomの値もその出力電圧に基づいて算出するようにしているため、電源4の出力電圧に応じた制限電圧Vomの最適化が可能となり、弱め磁束制御の最適化が図られる。特に、電源4が電池の場合には電源4の出力電圧が比較的大きく変動するため、電源4の出力電圧に基づいて制限電圧Vomを算出する意義は大きい。また、電源4の出力電圧に応じた制限電圧Vomの値又は電源4の出力電圧に応じた制限電圧Vamの値を用いて、後に示す式(14)〜式(20)の成立/不成立を判断すれば、電源4の出力電圧に応じた弱め磁束制御の実行/不実行の判断がなされる。 However, as can be seen from the above formulas (10) and (11), the magnetic flux control unit 16 according to the present embodiment corresponds to the maximum voltage based on the output voltage of the power source 4 corresponding to the power source voltage for driving the motor 1. Since the value of the limit voltage V am is calculated, and the value of the limit voltage V om is also calculated based on the output voltage, the limit voltage V om is optimized according to the output voltage of the power supply 4. This makes it possible to optimize the flux-weakening control. In particular, when the power source 4 is a battery, the output voltage of the power source 4 fluctuates relatively greatly. Therefore, it is significant to calculate the limit voltage V om based on the output voltage of the power source 4. Further, using the value of the limit voltage V om corresponding to the output voltage of the power source 4 or the value of the limit voltage V am corresponding to the output voltage of the power source 4, the following expressions (14) to (20) are established / not established. If it is determined, execution / non-execution of the magnetic flux weakening control corresponding to the output voltage of the power supply 4 is determined.

(弱め磁束制御の実行判断)
次に、磁束制御部16がどのような条件が成立する場合に弱め磁束制御を有効にするのか、について説明する。
(Execution of weak flux control)
Next, a description will be given of what conditions are satisfied by the magnetic flux control unit 16 to enable the flux-weakening control.

一般的に、誘起電圧Voの大きさ(誘起電圧Voのベクトルの大きさ)が誘起電圧に対する制限電圧Vomの大きさを超える場合、即ち、下記式(12)が成立する場合に、弱め磁束制御が有効にされる(弱め磁束制御が行われる)。 Generally, when the magnitude of the induced voltage Vo (the magnitude of the vector of the induced voltage Vo) exceeds the magnitude of the limit voltage V om with respect to the induced voltage, that is, when the following formula (12) is satisfied, the flux weakening Control is enabled (weakening magnetic flux control is performed).

Figure 0004522273
Figure 0004522273

ここで、vqoは誘起電圧Voのq軸成分であり、その値と誘起電圧Voのd軸成分vdoは、検出値である回転角速度ω、d軸電流id q軸電流iqを用い、下記式(13a)及び式(13b)にて表される。また、定常状態において、d軸電圧vd及びq軸電圧vqは下記式(13c)及び式(13d)にて表される。 Here, v qo is the q-axis component of the induced voltage Vo, and the value and the d-axis component v do of the induced voltage Vo use the rotational angular velocity ω and the d-axis current i d q-axis current i q which are detected values. And represented by the following formula (13a) and formula (13b). In a steady state, the d-axis voltage v d and the q-axis voltage v q are expressed by the following formulas (13c) and (13d).

Figure 0004522273
Figure 0004522273

上述したように、q軸インダクタンスLqはモータ1のトルクに関与するq軸電流iqに依存して変化するため、式(12)に従うと、弱め磁束制御を有効にするか否かの判断は、トルク(q軸電流iq)変化に応じたq軸インダクタンスLqの変化の影響を受けてしまう。 As described above, the q-axis inductance L q changes depending on the q-axis current i q involved in the torque of the motor 1. Therefore, according to the equation (12), it is determined whether or not the weakening magnetic flux control is enabled. Is affected by the change in the q-axis inductance L q according to the change in the torque (q-axis current i q ).

そこで、磁束制御部16は、判断式にq軸インダクタンスLqを含まない下記の第1〜第4の判断手法の何れかを用いて、弱め磁束制御を行うか否か(弱め磁束制御の実行/不実行)の判断を行うようにしている。 Therefore, the magnetic flux controller 16 determines whether or not to perform the weak magnetic flux control using any of the following first to fourth determination methods that do not include the q-axis inductance L q in the determination formula (execution of the weak magnetic flux control). / Not-executed).

第1の判断手法においては、上記式(12)における誘起電圧Voのd軸成分vdo及び誘起電圧Voのq軸成分vqoを、それぞれd軸誘起電圧指令値vdo *及びq軸誘起電圧指令値vqo *に置換した式(14)を用いる。d軸誘起電圧指令値vdo *は、vdo *=(vd *−Ra・id)にて算出される値であり、q軸誘起電圧指令値vqo *は、vqo *=(vq *−Ra・iq)にて算出される値である。従って、式(14)は式(15)と等価である。磁束制御部16は、下記式(15)が成立しているときに弱め磁束制御を有効にする(弱め磁束制御を行う)。尚、式(15)の成立/不成立の判断に必要なq軸電流iqの値は、図3において図示していないが、3相2相座標変換器12から磁束制御部16に与えられる。 In the first determination method, the d-axis component v do of the induced voltage Vo and the q-axis component v qo of the induced voltage Vo in the above equation (12) are used as the d-axis induced voltage command value v do * and the q-axis induced voltage, respectively. Equation (14) replaced with the command value v qo * is used. d-axis induced voltage command value v do * is, v do * = a value calculated by (v d * -R a · i d), q axis induced voltage command value v qo * is, v qo * = This is a value calculated by (v q * −R a · i q ). Therefore, equation (14) is equivalent to equation (15). The magnetic flux control unit 16 enables the weakening magnetic flux control (performs the weakening magnetic flux control) when the following formula (15) is established. Note that the value of the q-axis current i q necessary for determining whether the equation (15) is satisfied or not is supplied from the three-phase / two-phase coordinate converter 12 to the magnetic flux controller 16 although not shown in FIG.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

Figure 0004522273
Figure 0004522273

定常状態において、誘起電圧Voのd軸成分vdoは、d軸電圧vdからモータ抵抗Raによる電圧降下を差し引いたもの、即ち(vd−Ra・id)に相当するが、d軸電圧vdはd軸電圧指令値vd *に追従する(等しくなる)ため、誘起電圧Voのd軸成分vdoはd軸誘起電圧指令値vdo *=(vd *−Ra・id)と略等しくなる。同様に、定常状態において、誘起電圧Voのq軸成分vqoは、q軸電圧vqからモータ抵抗Raによる電圧降下を差し引いたもの、即ち(vq−Ra・iq)に相当するが、q軸電圧vqはq軸電圧指令値vq *に追従する(等しくなる)ため、誘起電圧Voのq軸成分vqoはq軸誘起電圧指令値vqo *=(vq *−Ra・iq)と略等しくなる。従って、上記式(15)を用いても、問題なく弱め磁束制御の実行/不実行の判断が可能である。 In the steady state, the d-axis component v do of the induced voltage Vo corresponds to a value obtained by subtracting the voltage drop due to the motor resistance Ra from the d-axis voltage v d , that is, (v d −R a · id ). Since the shaft voltage v d follows (becomes equal to) the d-axis voltage command value v d * , the d-axis component v do of the induced voltage Vo is d-axis induced voltage command value v do * = (v d * −R a. i d ). Similarly, in the steady state, the q-axis component v qo of the induced voltage Vo corresponds to the q-axis voltage v q minus the voltage drop due to the motor resistance R a , that is, (v q −R a · i q ). However, since the q-axis voltage v q follows (becomes equal) the q-axis voltage command value v q * , the q-axis component v qo of the induced voltage Vo is the q-axis induced voltage command value v qo * = (v q * − R a · i q ). Therefore, even if the above equation (15) is used, the execution / non-execution of the weak magnetic flux control can be determined without any problem.

第2の判断手法においては、誘起電圧Voのq軸成分vqoがq軸インダクタンスLqに依存しないことに鑑み、式(12)における誘起電圧Voのd軸成分vdoのみを、d軸誘起電圧指令値vdo *に置換した式(16)を用いる。式(17)は、式(16)と等価の式である(式(13b)参照)。磁束制御部16は、下記式(17)が成立しているときに弱め磁束制御を有効にする(弱め磁束制御を行う)。 In the second determination method, considering that the q-axis component v qo of the induced voltage Vo does not depend on the q-axis inductance L q , only the d-axis component v do of the induced voltage Vo in Expression (12) is used as the d-axis induced. Expression (16) replaced with the voltage command value v do * is used. Expression (17) is an expression equivalent to Expression (16) (see Expression (13b)). The magnetic flux control unit 16 enables the weakening magnetic flux control (performs the weakening magnetic flux control) when the following formula (17) is established.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

Figure 0004522273
Figure 0004522273

誘起電圧Voのd軸成分vdoは、式(13a)から分かるように、q軸インダクタンスLqに依存している。このことに鑑み、第1の判断手法における式(14)と第2の判断手法における式(16)は、共に、誘起電圧Voのd軸成分vdoをd軸電圧指令値vdo *に基づいて算出される値とみなした上で求められる誘起電圧Voの大きさと制限電圧Vomの大きさとを比較している。 The d-axis component v do of the induced voltage Vo depends on the q-axis inductance L q as can be seen from the equation (13a). In view of this, both the expression (14) in the first determination method and the expression (16) in the second determination method are based on the d-axis component v do of the induced voltage Vo based on the d-axis voltage command value v do * . The magnitude of the induced voltage Vo and the magnitude of the limit voltage V om which are obtained after being regarded as the values calculated in the above are compared.

第3の判断手法においては、Ra・idやRa・iqの成分を考慮しない下記式(18)を、弱め磁束制御の実行判断に用いる。磁束制御部16は、下記式(18)が成立しているときに弱め磁束制御を有効にする(弱め磁束制御を行う)。 In the third determination method, the following equation without consideration of the components of the R a · i d and R a · i q (18), weakened used in executing the judgment of the flux control. The magnetic flux controller 16 enables the weakening magnetic flux control (performs the weakening magnetic flux control) when the following formula (18) is established.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

第4の判断手法においては、式(18)におけるq軸電圧指令値vq *をq軸電圧vqに置換した式(19)を、弱め磁束制御の実行判断に用いる。式(13d)から分かるように、q軸電圧vqはq軸インダクタンスLqに依存しない。式(19)に式(13d)を代入して式(20)を得る。磁束制御部16は、下記式(20)が成立しているときに弱め磁束制御を有効にする(弱め磁束制御を行う)。尚、式(20)の成立/不成立の判断に必要なq軸電流iqの値は、図3において図示していないが、3相2相座標変換器12から磁束制御部16に与えられる。 In the fourth determination method, Expression (19) in which the q-axis voltage command value v q * in Expression (18) is replaced with the q-axis voltage v q is used for execution determination of the flux-weakening control. As can be seen from the equation (13d), the q-axis voltage v q does not depend on the q-axis inductance L q . By substituting equation (13d) into equation (19), equation (20) is obtained. The magnetic flux control unit 16 enables the weakening magnetic flux control (performs the weakening magnetic flux control) when the following equation (20) is established. Note that the value of the q-axis current i q necessary for determining whether the equation (20) is satisfied or not is supplied from the three-phase two-phase coordinate converter 12 to the magnetic flux control unit 16 although not shown in FIG.

Figure 0004522273
Figure 0004522273

Figure 0004522273
Figure 0004522273

モータ印加電圧Vaのd軸成分(d軸電圧vd)は、式(13c)から分かるように、q軸インダクタンスLqに依存している。このことに鑑み、第3の判断手法における式(18)と第4の判断手法における式(19)は、共に、モータ印加電圧Vaのd軸成分(d軸電圧vd)をd軸電圧指令値vd *とみなした上で求められるモータ1への印加電圧の大きさとPWMインバータ2が出力できる最大電圧に対する制限電圧Vamの大きさとを比較している。 The d-axis component (d-axis voltage v d ) of the motor applied voltage V a depends on the q-axis inductance L q as can be seen from the equation (13c). In view of this, both the expression (18) in the third determination technique and the expression (19) in the fourth determination technique both express the d-axis component (d-axis voltage v d ) of the motor applied voltage V a as the d-axis voltage. The magnitude of the voltage applied to the motor 1 that is obtained after considering the command value v d * is compared with the magnitude of the limit voltage V am with respect to the maximum voltage that can be output by the PWM inverter 2.

上述した第1〜第4の判断手法に用いる式(15)、式(17)、式(18)及び式(20)の何れにもq軸インダクタンスLqが含まれていないため、磁束制御部16による弱め磁束制御を有効にするか否かの判断(実行/不実行の判断)は、トルク(q軸電流iq)変化に応じたq軸インダクタンスLqの変化の影響を受けない。 Since none of the equations (15), (17), (18), and (20) used in the first to fourth determination methods described above includes the q-axis inductance L q , the magnetic flux control unit The determination as to whether to enable the flux-weakening control by 16 (execution / non-execution determination) is not affected by the change in the q-axis inductance L q according to the change in the torque (q-axis current i q ).

また、第1、第2及び第4の判断手法を用いて弱め磁束制御の実行/不実行を判断する場合において、d軸電流指令値id *を式(15)、式(17)及び式(20)の夫々におけるd軸電流idの値として用いても構わない。また、第1及び第4の判断手法を用いて弱め磁束制御の実行/不実行を判断する場合において、q軸電流指令値iq *を式(15)及び式(20)の夫々におけるq軸電流iqの値として用いても構わない。また、第1及び第4の判断手法を用いて弱め磁束制御の実行/不実行を判断する場合において、d軸電流指令値id *を式(15)及び式(20)の夫々におけるd軸電流idの値として用い、且つq軸電流指令値iq *を式(15)及び式(20)の夫々におけるq軸電流iqの値として用いても構わない。また、式(14)〜式(20)の夫々において、左辺の値が右辺の値よりも大きい場合にのみ、弱め磁束制御が有効になるようにしても構わない。即ち、式(14)〜式(20)の夫々における“≧”を“>”に置換しても構わない。 Further, when the execution / non-execution of the flux-weakening control is determined using the first, second, and fourth determination methods, the d-axis current command value i d * is expressed by Expression (15), Expression (17), and Expression (20) may be used as the value of d-axis current i d in each of. Further, when the execution / non-execution of the flux-weakening control is determined using the first and fourth determination methods, the q-axis current command value i q * is changed to the q-axis in each of the equations (15) and (20). It may be used as the value of the current i q . Further, when the execution / non-execution of the flux-weakening control is determined using the first and fourth determination methods, the d-axis current command value i d * is set to the d-axis in each of the equations (15) and (20). The q-axis current command value i q * may be used as the value of the current i d as the value of the q-axis current i q in each of the equations (15) and (20). Further, in each of the equations (14) to (20), the magnetic flux weakening control may be made effective only when the value on the left side is larger than the value on the right side. That is, “≧” in each of the equations (14) to (20) may be replaced with “>”.

尚、弱め磁束制御を有効にするか否かの判断において必要なd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *は電流制御部15から、d軸電流id及びq軸電流iqは3相2相座標変換器12から、回転角速度ωは速度検出器22から、磁束制御部16に与えられる。但し、弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *を作成するためのブロック図(上記式(7)等を参照)を示す図3には、図面の煩雑化防止のため、q軸電流iqが磁束制御部16に与えられている様子は示していない。 Note that the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * necessary for determining whether to enable the flux-weakening control are obtained from the current control unit 15 by the d-axis current id and q-axis current. i q is supplied to the magnetic flux controller 16 from the three-phase / two-phase coordinate converter 12, and the rotational angular velocity ω is supplied from the velocity detector 22. However, FIG. 3 showing a block diagram for creating the d-axis current command value i d * for flux-weakening control (see the above formula (7), etc.) shows the q-axis current to prevent the drawing from becoming complicated. how i q is given to the flux controller 16 is not shown.

また、上記式(14)〜式(20)が成立せず、弱め磁束制御が行われていないときにおいては、d軸電流指令値id *は、例えばゼロとされる。 Further, when the above formulas (14) to (20) are not established and the flux-weakening control is not performed, the d-axis current command value i d * is set to, for example, zero.

(デットタイム考慮)
また、PWMインバータ2は、2相3相座標変換器18から与えられた三相の電圧指令値に基づいて上アームと下アームのスイッチング素子を交互にオンオフさせるが、上アームと下アームのスイッチング素子が短絡することを防止するために、上アームと下アームのスイッチング素子のオンオフを切り換える際、所定のデットタイム分だけ双方のスイッチング素子はオフとされる。
(Debt time is considered)
The PWM inverter 2 alternately turns on and off the switching elements of the upper arm and the lower arm based on the three-phase voltage command value given from the two-phase / three-phase coordinate converter 18. In order to prevent the elements from being short-circuited, when switching on and off the switching elements of the upper arm and the lower arm, both switching elements are turned off for a predetermined dead time.

このため、上記デットタイムに対応した電圧指令値に対する補正を何ら施さなければ、モータ1の各相に加わる実際の電圧は、2相3相座標変換器18から与えられた三相の電圧指令値よりも小さくなる。   Therefore, if no correction is made to the voltage command value corresponding to the dead time, the actual voltage applied to each phase of the motor 1 is the three-phase voltage command value given from the two-phase three-phase coordinate converter 18. Smaller than.

そこで、電流制御部15を、上記のデットタイムを考慮してd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を作成するように構成してもよい。つまり、上記のデットタイムに起因して生じうるモータ1の各相に加わる実際の電圧の低下を、キャンセルするようにd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を作成してもよい。勿論、この場合、上述してきた弱め磁束制御用のd軸電流指令値id *の算出や弱め磁束制御を有効にするか否かの判断は、デットタイムを考慮して作成されたd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を用いて行われる。これにより、デットタイムの影響を排除した弱め磁束制御が可能となる。 Therefore, the current control unit 15 may be configured to create the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * in consideration of the dead time. That is, the d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * are created so as to cancel the actual voltage drop applied to each phase of the motor 1 that may be caused by the dead time. May be. Of course, in this case, the above-described calculation of the d-axis current command value i d * for the flux-weakening control and the determination as to whether or not to enable the flux-weakening control are determined based on the d-axis voltage created in consideration of the dead time. This is performed using the command value v d * and the q-axis voltage command value v q * . As a result, it is possible to control the magnetic flux weakening without the influence of the dead time.

<<その他、変形等>>
上述した実施形態においては、レゾルバ20からの出力に基づいて回転子位置θ及び回転角速度ωを得る例を示しているが、レゾルバ20、位置検出器21及び速度検出器22を設けずにモータ電流Ia等に基づいて回転子位置θ及び回転角速度ωを推定する、所謂速度センサレス制御を採用しても良い。
<< Other, deformation, etc. >>
In the above-described embodiment, an example in which the rotor position θ and the rotational angular velocity ω are obtained based on the output from the resolver 20 is shown, but the motor current is not provided without the resolver 20, the position detector 21, and the velocity detector 22. So-called speed sensorless control in which the rotor position θ and the rotational angular velocity ω are estimated based on I a or the like may be employed.

また、電流検出器11は、ホール素子等を用いてモータ電流Iaを検出すると例示したが、所謂電流センサレス制御を採用しても構わない。例えば、電流検出器11を、電源側のDC電流の瞬時電流からモータ電流を再現し、それによってモータ電流Iaを検出するような構成としてもよい。 The current detector 11 has been illustrated and detects the motor current I a by using a Hall element or the like, may be adopted a so-called current sensorless control. For example, a current detector 11, to reproduce the motor current from the instantaneous current of the power supply side of the DC current, whereby it may be configured so as to detect the motor current I a.

本発明に係るモータ制御装置及びモータ駆動システムによれば、トルク(q軸電流)変化に対応したq軸インダクタンス変化の影響を受けない弱め磁束制御が可能である。   According to the motor control device and the motor drive system of the present invention, it is possible to control the magnetic flux weakening without being affected by the q-axis inductance change corresponding to the torque (q-axis current) change.

本発明の実施の形態に係るモータ制御装置及びこれを有するモータ駆動システムのブロック構成図である。1 is a block configuration diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention and a motor drive system having the motor control device. 図1の永久磁石同期モータの解析モデル図である。It is an analysis model figure of the permanent magnet synchronous motor of FIG. 図1のモータ駆動システムの詳細なブロック構成図である。FIG. 2 is a detailed block configuration diagram of the motor drive system of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ
1a 永久磁石
2 PWMインバータ
3 モータ制御装置
4 電源
5 電圧検出器
11 電流検出器
12 3相2相座標変換器
13、14 減算器
15 電流制御部
16 磁束制御部
18 2相3相座標変換器
20 レゾルバ
21 位置検出器
22 速度検出器
ω 回転角速度ω
θ 回転子位置θ
u * U相電圧指令値vu *
v * V相電圧指令値vv *
w * W相電圧指令値vw *
d * d軸電圧指令値vd *
q * q軸電圧指令値vq *
d d軸電流id
q q軸電流iq
d * d軸電流指令値id *
q * q軸電流指令値iq *
B 電源電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 1a Permanent magnet 2 PWM inverter 3 Motor controller 4 Power supply 5 Voltage detector 11 Current detector 12 Three-phase two-phase coordinate converter 13, 14 Subtractor 15 Current control unit 16 Magnetic flux control unit 18 Two-phase three-phase coordinate conversion 20 Resolver 21 Position detector 22 Speed detector ω Rotational angular velocity ω
θ Rotor position θ
v u * U-phase voltage command value v u *
v v * V-phase voltage command value v v *
v w * W-phase voltage command value v w *
v d * d-axis voltage command value v d *
v q * q-axis voltage command value v q *
i d d-axis current i d
i q q-axis current i q
i d * d-axis current command value i d *
i q * q-axis current command value i q *
V B supply voltage

Claims (18)

永久磁石型の同期モータの弱め磁束制御を行うモータ制御装置において、
回転子としての永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸としたとき、
同期モータの回転と同期モータのインダクタンス及び前記永久磁石による電機子鎖交磁束とによって発生する誘起電圧のd軸成分をd軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなして、弱め磁束制御用のd軸電流指令値を作成する磁束制御部を備え、
同期モータのd軸電流が前記d軸電流指令値に追従するように、同期モータのd軸電圧が追従すべき前記d軸電圧指令値を作成して弱め磁束制御を行う
ことを特徴とするモータ制御装置。
In the motor control device for performing the flux weakening control of the permanent magnet type synchronous motor,
When the axis parallel to the magnetic flux created by the permanent magnet as the rotor is d-axis,
For weakening magnetic flux control, the d-axis component of the induced voltage generated by the rotation of the synchronous motor, the inductance of the synchronous motor, and the armature linkage flux by the permanent magnet is regarded as a value calculated based on the d-axis voltage command value. A magnetic flux control unit for creating a d-axis current command value of
A magnetic flux control is performed by creating the d-axis voltage command value that the d-axis voltage of the synchronous motor should follow so that the d-axis current of the synchronous motor follows the d-axis current command value. Control device.
前記d軸電流指令値をid *、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVom、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの回転角速度をω、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流をidとしたとき、
前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分を(vd *−Ra・id)とみなし、下記式(A)に基づいて前記d軸電流指令値を作成する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The d-axis current command value is i d * , the armature flux linkage is Φ a , the d-axis inductance is L d , the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , and the d-axis voltage command value is v d *. When the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, the resistance of the armature winding of the synchronous motor is R a , and the d-axis current obtained by using the rotor position and the value of the current flowing through the synchronous motor is i d ,
The magnetic flux control unit regards the d-axis component of the induced voltage as (v d * −R a · id ), and creates the d-axis current command value based on the following formula (A). The motor control device according to claim 1.
Figure 0004522273
前記d軸電流指令値をid *、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVom、前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの回転角速度をωとしたとき、
前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分をvd *とみなし、下記式(B)に基づいて前記d軸電流指令値を作成する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The d-axis current command value is i d * , the armature flux linkage is Φ a , the d-axis inductance is L d , the predetermined limit voltage for the induced voltage is V om , and the d-axis voltage command value is v d *. When the rotational angular speed of the synchronous motor is ω,
2. The motor control according to claim 1, wherein the magnetic flux control unit regards the d-axis component of the induced voltage as v d * and creates the d-axis current command value based on the following formula (B). apparatus.
Figure 0004522273
前記式(A)を用いて最新のd軸電流指令値を作成する際、直前に作成されたd軸電流指令値を前記式(A)におけるidの値として用いる
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
The latest d-axis current command value is created using the equation (A), and the d-axis current command value created immediately before is used as the value of i d in the equation (A). 2. The motor control device according to 2.
前記磁束制御部は、前記誘起電圧のd軸成分を前記d軸電圧指令値に基づいて算出される値とみなした上で求められる前記誘起電圧の大きさと前記誘起電圧に対する所定の制限電圧の大きさとの比較結果に基づいて、弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
The magnetic flux control unit considers the d-axis component of the induced voltage as a value calculated based on the d-axis voltage command value, and the magnitude of the induced voltage and a predetermined limit voltage with respect to the induced voltage. 4. The motor control device according to claim 1, wherein a determination is made as to whether or not the flux-weakening control is performed based on a comparison result with the motor control device. 5.
前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータのq軸電圧が追従すべきq軸電圧指令値をvq *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流及びq軸電流を夫々id及びiq、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVomとしたとき、
前記磁束制御部は、下記式(C)が成立する場合に弱め磁束制御を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The d-axis voltage command value is v d * , the q-axis voltage command value to be followed by the q-axis voltage of the synchronous motor is v q * , the resistance of the armature winding of the synchronous motor is Ra , the rotor position and the synchronous motor When the d-axis current and the q-axis current obtained using the values of the currents flowing through i are i d and i q , respectively, and the predetermined limiting voltage for the induced voltage is V om ,
The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic flux control unit performs magnetic flux weakening control when the following formula (C) is satisfied.
Figure 0004522273
前記式(C)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(C)におけるidの値として用いる
ことを特徴とする請求項6に記載のモータ制御装置。
When determining whether or not to perform flux-weakening control using the equation (C), the d-axis current command value that the d-axis current should follow is used as the value of id in the equation (C). The motor control device according to claim 6.
前記式(C)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記q軸電流が追従すべきq軸電流指令値を前記式(C)におけるiqの値として用いる
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のモータ制御装置。
When determining whether or not to perform flux-weakening control using the equation (C), the q-axis current command value that the q-axis current should follow is used as the value of i q in the equation (C). The motor control device according to claim 6, wherein the motor control device is characterized by the following.
前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流をid、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、同期モータの回転角速度をω、前記誘起電圧に対する所定の制限電圧をVomとしたとき、
前記磁束制御部は、下記式(D)が成立する場合に弱め磁束制御を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The d-axis voltage command value is v d * , the resistance of the armature winding of the synchronous motor is R a , the d-axis current obtained using the rotor position and the value of the current flowing through the synchronous motor is i d , and the armature When the flux linkage is Φ a , the d-axis inductance is L d , the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, and the predetermined limiting voltage for the induced voltage is V om ,
The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic flux control unit performs magnetic flux weakening control when the following formula (D) is satisfied.
Figure 0004522273
前記式(D)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(D)におけるidの値として用いる
ことを特徴とする請求項9に記載のモータ制御装置。
When determining whether or not to perform flux-weakening control using the equation (D), the d-axis current command value that the d-axis current should follow is used as the value of id in the equation (D). The motor control device according to claim 9.
当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、
前記磁束制御部は、同期モータへの印加電圧のd軸成分を前記d軸電圧指令値とみなした上で求められる同期モータへの印加電圧の大きさと前記インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧の大きさとの比較結果に基づいて、弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
The motor control device is configured to control the magnetic flux weakening of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor,
The magnetic flux control unit determines a predetermined limit on the magnitude of the voltage applied to the synchronous motor and the maximum voltage that can be output from the inverter based on the d-axis component of the voltage applied to the synchronous motor as the d-axis voltage command value. The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein a determination is made as to whether or not the flux-weakening control is performed based on a comparison result with the magnitude of the voltage.
当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、
前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータのq軸電圧が追従すべきq軸電圧指令値をvq *、インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧をVamとしたとき、
前記磁束制御部は、下記式(E)が成立する場合に弱め磁束制御を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The motor control device is configured to control the magnetic flux weakening of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor,
When the d-axis voltage command value is v d * , the q-axis voltage command value to be followed by the q-axis voltage of the synchronous motor is v q * , and a predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage that can be output from the inverter is V am ,
The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic flux control unit performs magnetic flux weakening control when the following formula (E) is satisfied.
Figure 0004522273
当該モータ制御装置は、同期モータを駆動するインバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行うように構成されており、
前記d軸電圧指令値をvd *、同期モータの電機子巻線の抵抗をRa、回転子位置と同期モータに流れる電流の値を用いて求められるd軸電流及びq軸電流を夫々id及びiq、前記電機子鎖交磁束をΦa、d軸インダクタンスをLd、同期モータの回転角速度をω、インバータの出力できる最大電圧に対する所定の制限電圧をVamとしたとき、
前記磁束制御部は、下記式(F)が成立する場合に弱め磁束制御を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。
Figure 0004522273
The motor control device is configured to control the magnetic flux weakening of the synchronous motor by controlling an inverter that drives the synchronous motor,
The d-axis voltage command value is v d * , the resistance of the armature winding of the synchronous motor is R a , and the d-axis current and q-axis current obtained by using the rotor position and the value of the current flowing through the synchronous motor are i, respectively. d and i q , where the armature flux linkage is Φ a , the d-axis inductance is L d , the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω, and the predetermined limit voltage with respect to the maximum voltage that can be output from the inverter is V am ,
The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic flux control unit performs magnetic flux weakening control when the following formula (F) is satisfied.
Figure 0004522273
前記式(F)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記d軸電流が追従すべき前記d軸電流指令値を前記式(F)におけるidの値として用いる
ことを特徴とする請求項13に記載のモータ制御装置。
When determining whether to perform flux-weakening control using the equation (F), the d-axis current command value that the d-axis current should follow is used as the value of i d in the equation (F). The motor control device according to claim 13.
前記式(F)を用いて弱め磁束制御を行うか否かの判断を行う際、前記q軸電流が追従すべきq軸電流指令値を前記式(F)におけるiqの値として用いる
ことを特徴とする請求項13又は請求項14に記載のモータ制御装置。
When determining whether to perform the flux-weakening control using the equation (F), the q-axis current command value that the q-axis current should follow is used as the value of i q in the equation (F). The motor control device according to claim 13 or claim 14, characterized by the above.
前記磁束制御部は、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて前記誘起電圧に対する前記制限電圧を算出する
ことを特徴とする請求項2〜請求項10の何れかに記載のモータ制御装置。
The motor control device according to claim 2, wherein the magnetic flux control unit calculates the limit voltage for the induced voltage based on a power supply voltage for driving a synchronous motor.
前記磁束制御部は、同期モータの駆動用の電源電圧に基づいて前記最大電圧に対する前記制限電圧を算出する
ことを特徴とする請求項12〜請求項15の何れかに記載のモータ制御装置。
The motor control device according to claim 12, wherein the magnetic flux control unit calculates the limit voltage with respect to the maximum voltage based on a power supply voltage for driving a synchronous motor.
前記同期モータと、
前記同期モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御することにより同期モータの弱め磁束制御を行う請求項1〜請求項17の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。
The synchronous motor;
An inverter for driving the synchronous motor;
A motor drive system comprising: the motor control device according to claim 1, wherein the magnetic flux weakening control of the synchronous motor is performed by controlling the inverter.
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