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JP5686110B2 - Control device for AC electric machine drive system - Google Patents

Control device for AC electric machine drive system Download PDF

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JP5686110B2 JP2012064877A JP2012064877A JP5686110B2 JP 5686110 B2 JP5686110 B2 JP 5686110B2 JP 2012064877 A JP2012064877 A JP 2012064877A JP 2012064877 A JP2012064877 A JP 2012064877A JP 5686110 B2 JP5686110 B2 JP 5686110B2
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、交流モータの如き交流電機を駆動するシステムの制御装置に係り、更に詳細には電源電圧を交流電圧に変換して交流電機へ出力するインバータを含む交流電機駆動システムの制御装置に係る。   The present invention relates to a control device for a system for driving an AC electric machine such as an AC motor, and more particularly to a control device for an AC electric machine drive system including an inverter that converts a power supply voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC electric machine. .

交流電機駆動システムの一つとして、電源と、コンバータと、コンバータによる昇圧後の電源電圧を交流電圧に変換して交流電機へ出力するインバータとを含む交流電機駆動システムは広く利用されている。また、交流電機駆動システムの制御方式としてPWM制御方式が広く利用されており、この制御方式に於いては、交流電機を駆動するためのPWM制御のデューティ比が演算され、該デューティ比に基づいてインバータが制御される。   As one of AC electric machine drive systems, an AC electric machine drive system including a power source, a converter, and an inverter that converts a power supply voltage boosted by the converter into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC electric machine is widely used. Also, a PWM control method is widely used as a control method for an AC electric machine drive system. In this control method, a duty ratio of PWM control for driving an AC electric machine is calculated, and based on the duty ratio. The inverter is controlled.

PWM制御のデューティ比は、交流電機に要求される出力に基づいて演算され、またコンバータによる昇圧後の電源電圧の変動に起因して交流電機の出力が変動しないよう、昇圧後の電源電圧に基づいて修正される。例えば下記の特許文献1には、インバータに於けるPWM制御のデューティ比が昇圧後の電源電圧の指令値に基づいて修正されるよう構成された交流モータ駆動システムの制御装置が記載されている。   The duty ratio of the PWM control is calculated based on the output required for the AC electric machine, and based on the power supply voltage after boosting so that the output of the AC electric machine does not fluctuate due to fluctuations in the power supply voltage after boosting by the converter. Will be corrected. For example, Patent Document 1 below describes a control device for an AC motor drive system configured such that the duty ratio of PWM control in an inverter is corrected based on a command value of a boosted power supply voltage.

特開2006−320039号公報JP 2006-320039 A

〔発明が解決しようとする課題〕
昇圧後の電源電圧の実際の値はその指令値と一致しない場合がある。そのため上記公開公報に記載された制御装置に於いては、コンバータによる昇圧後の電源電圧の変動に起因する交流モータの出力の変動を効果的に抑制することができない場合がある。
[Problems to be Solved by the Invention]
The actual value of the power supply voltage after boosting may not match the command value. For this reason, in the control device described in the above publication, fluctuations in the output of the AC motor due to fluctuations in the power supply voltage after boosting by the converter may not be effectively suppressed.

また、上記公開公報に記載された制御装置に於ける上述の問題を解消すべく、昇圧後の電源電圧を検出し、その検出値に基づいてインバータに於けるPWM制御のデューティ比を修正することが考えられる。しかし、デューティ比が検出値に基づいて修正される場合には、例えば昇圧後の電源電圧の実際の値が比較的高い周波数にて大きく変動するような状況に於いて、交流モータの出力の変動が却って大きくなってしまう。   Further, in order to solve the above-mentioned problem in the control device described in the above publication, the power supply voltage after boosting is detected, and the duty ratio of PWM control in the inverter is corrected based on the detected value. Can be considered. However, when the duty ratio is corrected based on the detected value, for example, in a situation where the actual value of the boosted power supply voltage greatly fluctuates at a relatively high frequency, fluctuations in the output of the AC motor On the other hand, it becomes bigger.

更に、デューティ比が検出値に基づいて修正される場合に交流モータの出力の変動が却って大きくなることを防止すべく、インバータに於けるPWM制御の周期を高くすることが考えられる。しかし、その場合にはインバータに於けるスイッチング素子のスイッチングの頻度が高くなるため、スイッチング損失や発熱量が高くなるという新たな問題が発生する。   Further, when the duty ratio is corrected based on the detected value, it is conceivable to increase the PWM control period in the inverter in order to prevent the fluctuation of the output of the AC motor from increasing. However, in such a case, the switching frequency of the switching element in the inverter increases, which causes a new problem of increased switching loss and heat generation.

本発明は、コンバータによる昇圧後の電源電圧を交流電圧に変換して交流電機へ出力するインバータを含む交流電機駆動システムの制御に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものである。そして本発明の主要な課題は、スイッチング損失や発熱量の増大を招来することなく、コンバータによる昇圧後の電源電圧の変動に起因する交流電機の出力の変動を効果的に抑制することである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
The present invention has been made in view of the above-described problems in the control of an AC electric machine drive system including an inverter that converts a power supply voltage boosted by a converter into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC electric machine. And the main subject of this invention is suppressing the fluctuation | variation of the output of an alternating current electric machine resulting from the fluctuation | variation of the power supply voltage after the pressure | voltage rise by a converter, without causing the increase in a switching loss or the emitted-heat amount.
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]

上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項1の構成、即ち、電源と、コンバータと、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧を交流電圧に変換して交流電機へ出力するインバータとを含む交流電機駆動システムの制御装置であって、前記交流電機の目標出力に基づいてPWM制御のデューティ比を演算し、該デューティ比に基づいて前記インバータを制御する交流電機駆動システムの制御装置に於いて、昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動しているときには、前記コンバータに対する指令値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正し、昇圧後の電源電圧が前記予め設定された周波数範囲内にて前記基準振幅以上に亘り変動していないときには、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正する、ことを特徴とする交流電機駆動システムの制御装置によって達成される。   According to the present invention, the main problem described above is the configuration of claim 1, that is, the power source, the converter, and the inverter that converts the power source voltage boosted by the converter into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC electric machine. A control apparatus for an AC electric machine drive system, comprising: calculating a duty ratio of PWM control based on a target output of the AC electric machine; and controlling the inverter based on the duty ratio. When the boosted power supply voltage fluctuates over a reference amplitude within a preset frequency range, the PWM control duty ratio is corrected based on the command value for the converter, and the boosted power supply voltage When the voltage does not fluctuate over the reference amplitude within the preset frequency range, the power supply voltage after boosting by the converter is detected. Modifying the duty ratio of the PWM control based on, it is achieved by a control apparatus for an AC electric drive system, characterized in that.

上記の構成によれば、昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動しているときには、コンバータに対する指令値に基づいてPWM制御のデューティ比が修正される。従って昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて大きく変動しているときにも、昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比が修正される場合に比して、交流電機の出力の変動が却って大きくなることを効果的に抑制することができる。   According to the above configuration, when the boosted power supply voltage fluctuates over a reference amplitude within a preset frequency range, the duty ratio of PWM control is corrected based on the command value for the converter. Therefore, even when the boosted power supply voltage fluctuates significantly within a preset frequency range, compared to the case where the duty ratio of PWM control is corrected based on the detected value of the boosted power supply voltage. And it can suppress effectively that the fluctuation | variation of the output of an alternating current electric machine becomes large on the contrary.

また、上記の構成によれば、昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動していないときには、コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比が修正される。従って昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて大きく変動していないときには、昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正し、昇圧後の電源電圧の変動に起因する交流電機の出力の変動を効果的に抑制することができる。   Further, according to the above configuration, when the boosted power supply voltage does not fluctuate over the reference amplitude within the preset frequency range, the PWM control is performed based on the detected value of the boosted power supply voltage by the converter. The duty ratio is corrected. Therefore, when the boosted power supply voltage does not fluctuate significantly within the preset frequency range, the PWM control duty ratio is corrected based on the detected value of the boosted power supply voltage, and the boosted power supply voltage fluctuates. It is possible to effectively suppress fluctuations in the output of the AC electric machine due to the above.

更に、上記の構成によれば、インバータに於けるPWM制御の周期を高くする必要がない。従ってインバータに於けるスイッチング素子のスイッチングの頻度が高くなること、及びこれに起因するスイッチング損失や発熱量が高くなることを効果的に防止することができる。   Furthermore, according to the above configuration, it is not necessary to increase the period of PWM control in the inverter. Accordingly, it is possible to effectively prevent the switching frequency of the switching element in the inverter from increasing, and the switching loss and the heat generation amount resulting from the switching frequency from being increased.

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、昇圧後の電源電圧についての前記コンバータに対する指令値が存在しない動作モード及び前記コンバータに対する指令値が正確ではなくなる動作モードを予め設定された所定のモードとして、前記交流電機駆動システムが前記所定のモードにて動作しているときには、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正するよう構成される(請求項2の構成)。   Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the main problems described above, there are an operation mode in which there is no command value for the converter with respect to the boosted power supply voltage and an operation mode in which the command value for the converter is not accurate. As the predetermined mode set in advance, when the AC electric machine drive system is operating in the predetermined mode, the duty ratio of the PWM control is corrected based on the detected value of the power supply voltage after boosting by the converter. (Constitution of Claim 2)

上記の構成によれば、交流電機駆動システムが所定のモードにて動作しているときには、コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比が修正される。従ってコンバータに対する指令値が存在しない動作モードやコンバータに対する指令値が正確ではなくなる動作モードに於いて、昇圧後の電源電圧に基づいてPWM制御のデューティ比を適正に修正することができなくなることを確実に回避することができる。   According to the above configuration, when the AC electric machine drive system is operating in the predetermined mode, the duty ratio of the PWM control is corrected based on the detected value of the power supply voltage after being boosted by the converter. Therefore, in an operation mode where there is no command value for the converter or an operation mode where the command value for the converter is not accurate, it is certain that the duty ratio of PWM control cannot be properly corrected based on the power supply voltage after boosting. Can be avoided.

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、前記インバータは複数のアームを有し、各アームは互いに直列に接続された上アーム及び下アームを有し、前記所定のモードは前記上アームのオン制御モードを含んでいるよう構成される(請求項3の構成)。   According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main problems, the inverter has a plurality of arms, each arm having an upper arm and a lower arm connected in series with each other, and The mode is configured to include an on-control mode of the upper arm (structure of claim 3).

上記の構成によれば、上アームがオン制御モードにあるときには、昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正することができる。よってコンバータに対する指令値が存在しない状況に於いて、昇圧後の電源電圧に基づいてPWM制御のデューティ比を適正に修正することができなくなることを確実に回避することができる。   According to the above configuration, when the upper arm is in the on control mode, the duty ratio of the PWM control can be corrected based on the detected value of the boosted power supply voltage. Therefore, in a situation where there is no command value for the converter, it can be reliably avoided that the duty ratio of the PWM control cannot be properly corrected based on the boosted power supply voltage.

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、前記交流電機駆動システムは、前記電源と前記コンバータとの間に設けられた第一の平滑コンデンサと、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられた第二の平滑コンデンサとを有し、前記所定のモードは前記第一及び第二の平滑コンデンサより電荷を放出するディスチャージモードを含んでいるよう構成される(請求項4の構成)。   According to the present invention, in order to effectively achieve the main problem described above, the AC electric machine drive system includes a first smoothing capacitor provided between the power source and the converter, the converter, and the A second smoothing capacitor provided between the first smoothing capacitor and the inverter, wherein the predetermined mode includes a discharge mode for discharging charges from the first and second smoothing capacitors. 4 configuration).

上記の構成によれば、交流電機駆動システムの動作モードが第一及び第二の平滑コンデンサより電荷を放出するディスチャージモードであるときには、コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比が修正される。従ってコンバータに対する指令値が正確ではなくなる動作モードに於いて、昇圧後の電源電圧に基づいてPWM制御のデューティ比を適正に修正することができなくなることを確実に回避することができる。   According to the above configuration, when the operation mode of the AC electric machine drive system is the discharge mode in which charges are discharged from the first and second smoothing capacitors, the PWM control is performed based on the detected value of the power supply voltage after boosting by the converter. The duty ratio is corrected. Therefore, in the operation mode in which the command value for the converter is not accurate, it is possible to reliably avoid the fact that the duty ratio of the PWM control cannot be properly corrected based on the boosted power supply voltage.

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、前記コンバータに対する指令値と前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値との偏差が基準値よりも大きいときには、前記コンバータに対する指令値を低減補正した値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正するよう構成される(請求項5の構成)。   According to the present invention, in order to effectively achieve the above main problem, when the deviation between the command value for the converter and the detected value of the power supply voltage after boosting by the converter is larger than a reference value, the converter The duty ratio of the PWM control is modified based on the value obtained by reducing and correcting the command value for (configuration of claim 5).

上記の構成によれば、コンバータに対する指令値と昇圧後の電源電圧の検出値との偏差が基準値よりも大きいときには、PWM制御のデューティ比の修正量を低減することができる。よってコンバータに対する指令値と昇圧後の電源電圧の検出値との偏差が基準値よりも大きい状況に於いて、PWM制御のデューティ比の修正量が過大になることに起因して交流電機の出力にサージが発生する虞れを効果的に低減することができる。   According to said structure, when the deviation of the command value with respect to a converter and the detected value of the power supply voltage after pressure | voltage rise is larger than a reference value, the correction amount of the duty ratio of PWM control can be reduced. Therefore, in a situation where the deviation between the command value for the converter and the detected value of the power supply voltage after boosting is larger than the reference value, the amount of correction of the duty ratio of PWM control becomes excessive, resulting in an AC electric machine output. The possibility that a surge will occur can be effectively reduced.

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、PWM制御のデューティ比を修正するための前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値は、検出手段により検出された昇圧後の電源電圧をフィルタ処理した値であるよう構成される(請求項6の構成)。   According to the present invention, the detected value of the power supply voltage after the boosting by the converter for correcting the duty ratio of the PWM control is effectively the boost detected by the detecting means in order to effectively achieve the main problem described above. It is configured to be a value obtained by filtering the subsequent power supply voltage (configuration of claim 6).

上記の構成によれば、PWM制御のデューティ比を修正するための昇圧後の電源電圧の検出値は、検出手段により検出された昇圧後の電源電圧をフィルタ処理した値である。よって昇圧後の電源電圧の変動が大きくはなく、PWM制御のデューティ比が昇圧後の電源電圧の検出値に応じて修正されるべき状況に於いて、昇圧後の電源電圧の変動に起因して交流電機の出力の変動が大きくなる虞れを低減することができる。   According to the above configuration, the detected value of the boosted power supply voltage for correcting the duty ratio of the PWM control is a value obtained by filtering the boosted power supply voltage detected by the detecting means. Therefore, the fluctuation of the power supply voltage after boosting is not large, and in the situation where the duty ratio of PWM control should be corrected according to the detected value of the power supply voltage after boosting, it is caused by the fluctuation of the power supply voltage after boosting The possibility that the fluctuation of the output of the AC electric machine becomes large can be reduced.

交流モータ駆動システムに適用された本発明による交流電機駆動システムの制御装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the control apparatus of the alternating current electric drive system by this invention applied to the alternating current motor drive system. 実施形態に於いて制御装置によって実行される正弦波PWM制御方式による制御ブロック図である。It is a control block diagram by the sine wave PWM control system performed by the control device in the embodiment. 軸電圧指令値から相電圧指令値への変換に際しシステム電圧VHを反映させるための参照値VHrefを設定する制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine which sets the reference value VHref for reflecting the system voltage VH in the case of conversion from a shaft voltage command value to a phase voltage command value. 参照値VHrefを設定する制御ルーチンの変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the control routine which sets the reference value VHref.

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を好ましい実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は交流モータ駆動システムに適用された本発明による交流電機駆動システムの制御装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a control device for an AC electric machine drive system according to the present invention applied to an AC motor drive system.

図1に於いて、符号100は交流モータ駆動システムを全体的に示している。駆動システム100は、直流電源Bと、昇降圧コンバータ10と、コンバータによる昇圧後の電源電圧を交流電圧に変換するインバータ12とを含み、インバータ12は交流電圧を交流電機としての交流モータMへ出力し、これを駆動する。   In FIG. 1, reference numeral 100 generally indicates an AC motor drive system. Drive system 100 includes a DC power supply B, a step-up / down converter 10, and an inverter 12 that converts a power supply voltage boosted by the converter into an AC voltage. The inverter 12 outputs the AC voltage to an AC motor M as an AC electric machine. And drive this.

直流電源Bは、任意の電池であってよく、例えばニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池や燃料電池、或いは両者の組合せであってよい。特に、駆動システム100がハイブリッド自動車又は電気自動車に搭載される場合には、直流電源Bは蓄電可能な電池であることが好ましい。   The direct current power source B may be any battery, for example, a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, a fuel cell, or a combination of both. In particular, when drive system 100 is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, DC power supply B is preferably a battery that can store electricity.

交流モータMは、例えばハイブリッド自動車又は電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。また、交流モータMは、エンジンにて駆動されることにより発電する電動発電機として機能するよう構成されてもよい。更に、交流モータMは、エンジンに対して電動機として動作し、例えばエンジン始動を行ない得るようハイブリッド自動車に組み込まれてもよい。   The AC motor M is a drive motor that generates torque for driving the drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example. Further, AC motor M may be configured to function as a motor generator that generates electric power when driven by an engine. Furthermore, AC motor M may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle so that the engine can be started, for example.

直流電源Bの正極端子及び負極端子にはそれぞれ電力線14及びアース線16の一端が接続されている。電力線14及びアース線16にはそれぞれシステムリレーSR1、SR2が設けられており、システムリレーSR1、SR2とコンバータ10との間にて電力線14とアース線16との間には第一の平滑コンデンサC1が設けられている。   One end of a power line 14 and a ground line 16 are connected to the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply B, respectively. System relays SR1 and SR2 are provided for power line 14 and ground line 16 respectively, and first smoothing capacitor C1 is interposed between power line 14 and ground line 16 between system relays SR1 and SR2 and converter 10. Is provided.

システムリレーSR1、SR2は制御装置30からの信号SEによりオン・オフされる。具体的には、システムリレーSR1、SR2は、制御装置30からのH(論理ハイ)レベルの信号SEによりオンされ、制御装置30からのL(論理ロー)レベルの信号SEによりオフされる。   System relays SR1 and SR2 are turned on / off by a signal SE from control device 30. Specifically, the system relays SR1 and SR2 are turned on by an H (logic high) level signal SE from the control device 30, and are turned off by an L (logic low) level signal SE from the control device 30.

昇降圧コンバータ10は、電力線14に設けられたリアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1、Q2と、スイッチング素子Q1、Q2に対しそれぞれ逆並列接続されたダイオードD1、D2とを含んでいる。電力力用半導体スイッチング素子Q1及びダイオードD1は、電力線14の他端と電力線18の一端との間に設けられ、電力力用半導体スイッチング素子Q2及びダイオードD2は、電力線14の他端とアース線16との間に設けられている。電力用半導体スイッチング素子Q1、Q2のオン・オフは、それぞれ制御装置30からのスイッチング制御信号S1及びS2によって制御される。   The buck-boost converter 10 includes a reactor L1 provided on the power line 14, power semiconductor switching elements Q1 and Q2, and diodes D1 and D2 connected in antiparallel to the switching elements Q1 and Q2, respectively. The power power semiconductor switching element Q1 and the diode D1 are provided between the other end of the power line 14 and one end of the power line 18, and the power power semiconductor switching element Q2 and the diode D2 are connected to the other end of the power line 14 and the ground line 16. Between. On / off of the power semiconductor switching elements Q1 and Q2 is controlled by switching control signals S1 and S2 from the control device 30, respectively.

本実施形態に於いて、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等であってよい。   In this embodiment, the power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”) is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like. It may be.

インバータ12は、電力線18の他端とアース線16の他端との間に設けられ、U相アーム20と、V相アーム22と、W相アーム24とからなっている。各相アームは、電力線18とアース線16との間に直列接続されたスイッチング素子を有している。U相アーム20は、スイッチング素子Q3及びQ4を有し、V相アーム22は、スイッチング素子Q5及びQ6を有し、W相アーム24は、スイッチング素子Q7及びQ8を有している。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対しそれぞれダイオードD3〜D8が逆並列接続されている。   Inverter 12 is provided between the other end of power line 18 and the other end of ground line 16, and includes U-phase arm 20, V-phase arm 22, and W-phase arm 24. Each phase arm has a switching element connected in series between the power line 18 and the ground line 16. U-phase arm 20 has switching elements Q3 and Q4, V-phase arm 22 has switching elements Q5 and Q6, and W-phase arm 24 has switching elements Q7 and Q8. Further, diodes D3 to D8 are connected in reverse parallel to the switching elements Q3 to Q8, respectively.

スイッチング素子Q3、Q5、Q7及びD3、D5、D7はそれぞれU相アーム20、V相アーム22、W相アーム24の上アームを構成している。また、スイッチング素子Q4、Q6、Q8及びD4、D6、D8はそれぞれU相アーム20、V相アーム22、W相アーム24の下アームを構成している。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、それぞれ制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。   Switching elements Q3, Q5, Q7 and D3, D5, D7 constitute upper arms of U-phase arm 20, V-phase arm 22, and W-phase arm 24, respectively. Switching elements Q4, Q6, Q8 and D4, D6, D8 constitute lower arms of U-phase arm 20, V-phase arm 22, and W-phase arm 24, respectively. Switching elements Q3 to Q8 are turned on / off by switching control signals S3 to S8 from control device 30, respectively.

各相アームの中間点は、交流モータMの各相コイルの各相端に接続されている。即ち、交流モータMは、三相の永久磁石モータであり、U相、V相、W相の三つのコイルの一端が中点に共通接続されている。更に、各相コイルの他端は、各相アーム20〜24の一対のスイッチング素子の中間点、即ち、上アームと下アームとの間に接続されている。   An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M. That is, the AC motor M is a three-phase permanent magnet motor, and one end of three coils of the U phase, the V phase, and the W phase is commonly connected to the middle point. Further, the other end of each phase coil is connected to the middle point of the pair of switching elements of each phase arm 20 to 24, that is, between the upper arm and the lower arm.

昇降圧コンバータ10は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧Vbを昇圧し、昇圧後の直流電圧をインバータ12へ供給する(本明細書に於いては、インバータ12へ供給されるこの直流電圧を必要に応じて「システム電圧」と称する)。具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1、S2に応答して、スイッチング素子Q1のオン期間及びQ2のオン期間が交互に与えられ、電圧の昇圧比は、これらのオン期間の比に応じた値になる。   The step-up / down converter 10 boosts the DC voltage Vb supplied from the DC power source B and supplies the boosted DC voltage to the inverter 12 during the boosting operation (in this specification, supplied to the inverter 12). This DC voltage is referred to as “system voltage” as necessary). Specifically, in response to the switching control signals S1 and S2 from the control device 30, the ON period of the switching element Q1 and the ON period of Q2 are alternately given, and the voltage boost ratio is the ratio of these ON periods. It becomes a value according to.

昇降圧コンバータ10とインバータ12との間にて電力線18とアース線16との間には、第二の平滑コンデンサC2が設けられている。平滑コンデンサC2は、昇圧動作時には、昇降圧コンバータ10からの直流電圧を平滑化し、平滑化された直流電圧をインバータ12へ供給する。   A second smoothing capacitor C <b> 2 is provided between the power line 18 and the ground line 16 between the buck-boost converter 10 and the inverter 12. The smoothing capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage from the step-up / step-down converter 10 during the boosting operation, and supplies the smoothed DC voltage to the inverter 12.

また、昇降圧コンバータ10は、降圧動作時には、平滑コンデンサC2を介してインバータ12から供給された直流電圧(システム電圧)を降圧して直流電源Bへ出力し、これにより直流電源Bを充電する。具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1、S2に応答して、スイッチング素子Q1のみがオンする期間と、スイッチング素子Q1、Q2の両方がオフする期間とが交互に与えられ、電圧の降圧比は、上記オン期間のデューティ比に応じた値になる。   Further, during the step-down operation, the step-up / step-down converter 10 steps down the DC voltage (system voltage) supplied from the inverter 12 via the smoothing capacitor C2 and outputs it to the DC power supply B, thereby charging the DC power supply B. Specifically, in response to the switching control signals S1 and S2 from the control device 30, a period in which only the switching element Q1 is turned on and a period in which both the switching elements Q1 and Q2 are turned off are alternately given. The step-down ratio is a value corresponding to the duty ratio in the ON period.

インバータ12は、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8にそれぞれ応答するスイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により、平滑コンデンサC2から供給される昇圧後の直流電圧を適切な交流のモータ印加電圧に変換する。特に、交流モータMのトルク指令値が正である場合には、交流モータMが正のトルクを出力するように平滑コンデンサC2からの昇圧後の直流電圧を適切な交流のモータ印加電圧に変換する。また、インバータ12は、交流モータMのトルク指令値が零である場令には、交流モータMの出力が零になるように平滑コンデンサC2からの昇圧後の直流電圧を適切な交流のモータ印加電圧に変換する。従って、交流モータMは、トルク指令値によって指定された零又は正のトルクを発生するように駆動される。   The inverter 12 converts the boosted DC voltage supplied from the smoothing capacitor C2 to an appropriate AC motor applied voltage by the switching operation of the switching elements Q3 to Q8 respectively responding to the switching control signals S3 to S8 from the control device 30. Convert. In particular, when the torque command value of AC motor M is positive, the boosted DC voltage from smoothing capacitor C2 is converted to an appropriate AC motor applied voltage so that AC motor M outputs a positive torque. . Further, when the torque command value of the AC motor M is zero, the inverter 12 applies an appropriate AC motor to the DC voltage after boosting from the smoothing capacitor C2 so that the output of the AC motor M becomes zero. Convert to voltage. Therefore, AC motor M is driven to generate zero or positive torque designated by the torque command value.

更に、モータ駆動システム100がハイブリッド自動車又は電気自動車に搭載され、車両が回生制動される場合には、交流モータMのトルク指令値は負に設定される。この場合には、インバータ12は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答するスイッチング動作により、交流モータMが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC2を介して昇降圧コンバータ10へ供給する。回生制動とは、車両の運動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換することによる制動である。具体的には、運転者によるブレーキ操作が行われた場合に摩擦制動力に加えて回生発電による制動力を発生させる制動や、ブレーキ操作は行われないがアクセルペダルがオフされた場合に回生発電によって車両を減速(又は加速を中止)させることが含まれる。   Furthermore, when the motor drive system 100 is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle and the vehicle is regeneratively braked, the torque command value of the AC motor M is set negative. In this case, the inverter 12 converts the AC voltage generated by the AC motor M into a DC voltage by a switching operation in response to the switching control signals S3 to S8, and converts the DC voltage (system voltage) through the smoothing capacitor C2. To the step-up / down converter 10. Regenerative braking is braking by converting a part of the kinetic energy of the vehicle into electric energy. Specifically, when braking is performed by the driver, braking that generates braking force by regenerative power generation in addition to friction braking force, or regenerative power generation when the accelerator pedal is turned off but no braking operation is performed. To decelerate (or stop acceleration) the vehicle.

なお、モータ駆動システム100の回生制動時の動作は本発明の要旨をなすものではないので、回生制動時の動作の詳細な説明を省略する。   In addition, since the operation | movement at the time of regenerative braking of the motor drive system 100 does not make the summary of this invention, detailed description of the operation | movement at the time of regenerative braking is abbreviate | omitted.

直流電源Bには電圧センサ32が設けられており、電圧センサ32は、検出した直流電源Bの電圧Vbを示す信号を制御装置30へ出力する。また平滑コンデンサC2にはその両端間の電圧(システム電圧)を検出する電圧センサ34が設けられており、電圧センサ34は、検出した電圧、即ち、昇降圧コンバータ10による昇圧後の電源電圧VHを示す信号を制御装置30へ出力する。   The DC power supply B is provided with a voltage sensor 32, and the voltage sensor 32 outputs a signal indicating the detected voltage Vb of the DC power supply B to the control device 30. Further, the smoothing capacitor C2 is provided with a voltage sensor 34 for detecting a voltage (system voltage) between both ends of the smoothing capacitor C2. The voltage sensor 34 detects the detected voltage, that is, the power supply voltage VH after being boosted by the buck-boost converter 10. The signal shown is output to the control device 30.

インバータ12と交流モータMとの間の電力線には電流センサ36が設けられている。電流センサ36は、交流モータMに流れるモータ電流を検出し、検出したモータ電流を示す信号を制御装置30へ出力する。なお、三つの電力線に流れる三相電流iu、iv、iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示されている如く、電流センサ36は2相分のモータ電流(例えば、V相電流iv及びW相電流iw)を検出するように配置されていればよい。   A current sensor 36 is provided on the power line between the inverter 12 and the AC motor M. The current sensor 36 detects a motor current flowing through the AC motor M, and outputs a signal indicating the detected motor current to the control device 30. Since the sum of the instantaneous values of the three-phase currents iu, iv, iw flowing through the three power lines is zero, the current sensor 36 has a motor current (for example, V-phase) for two phases as shown in FIG. It only needs to be arranged so as to detect the current iv and the W-phase current iw).

交流モータMにはそのロータ回転角θを検出する回転角センサ(レゾルバ)38が設けられており、回転角センサ38は、交流モータMのロータ回転角θを示す信号を制御装置30へ出力する。制御装置30は、回転角θに基づき交流モータMの回転数(回転速度)を算出する。   The AC motor M is provided with a rotation angle sensor (resolver) 38 that detects the rotor rotation angle θ. The rotation angle sensor 38 outputs a signal indicating the rotor rotation angle θ of the AC motor M to the control device 30. . The control device 30 calculates the rotational speed (rotational speed) of the AC motor M based on the rotational angle θ.

制御装置30には外部に設けられた電子制御ユニット(ECU)から交流モータMのトルク指令値Tqcomも入力される。制御装置30は、トルク指令値、各センサによって検出された電源電圧Vb、システム電圧VH、モータ電流iv、iv、回転角θに基づいて、交流モータMがトルク指令値に対応するトルクを出力するように、昇降圧コンバータ10及びインバータ12を制御する。即ち、制御装置30は、昇降圧コンバータ10及びインバータ12を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成し、昇降圧コンバータ10及びインバータ12へ出力する。   Control device 30 also receives torque command value Tqcom of AC motor M from an electronic control unit (ECU) provided outside. Based on the torque command value, power supply voltage Vb detected by each sensor, system voltage VH, motor currents iv and iv, and rotation angle θ, control device 30 outputs torque corresponding to the torque command value. Thus, the buck-boost converter 10 and the inverter 12 are controlled. That is, the control device 30 generates switching control signals S1 to S8 for controlling the step-up / step-down converter 10 and the inverter 12 as described above, and outputs them to the step-up / down converter 10 and the inverter 12.

昇降圧コンバータ12の昇圧動作時には、制御装置30は、平滑コンデンサC1の出力電圧VHをフィードバック制御し、出力電圧VHが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号S1、S2を生成して昇降圧コンバータ12へ出力する。更に、制御装置30は、システムリレーSR1,SR2をオン・オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。   During the step-up operation of the step-up / step-down converter 12, the control device 30 feedback-controls the output voltage VH of the smoothing capacitor C1, and generates the switching control signals S1, S2 so that the output voltage VH becomes a voltage command value, thereby generating the step-up / down converter 12 is output. Furthermore, control device 30 generates signal SE for turning on / off system relays SR1, SR2 and outputs the signal SE to system relays SR1, SR2.

次に、制御装置30によって制御されインバータ12に於いて実行される電力変換について詳細に説明する。インバータ14に於ける電力変換は、正弦波PWM制御方式により制御される。   Next, power conversion controlled by the control device 30 and executed in the inverter 12 will be described in detail. The power conversion in the inverter 14 is controlled by a sine wave PWM control method.

正弦波PWM制御方式は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相アームに於けるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。   The sine wave PWM control method is used as a general PWM control. The on / off of the switching element in each phase arm is determined by a sine wave voltage command value and a carrier wave (typically a triangular wave). Control according to voltage comparison. As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. The ratio is controlled.

交流モータMでは、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなり、その必要電圧が高くなる。コンバータ10による昇圧電圧、即ち、システム電圧VHは、このモータ必要電圧(誘起電圧)よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ10による昇圧電圧すなわち、システム電圧には限界値(VH最大電圧)が存在する。   In the AC motor M, the induced voltage increases as the rotation speed and output torque increase, and the required voltage increases. The boosted voltage by the converter 10, that is, the system voltage VH needs to be set higher than this motor required voltage (induced voltage). On the other hand, there is a limit value (VH maximum voltage) in the boosted voltage by the converter 10, that is, the system voltage.

従って、正弦波PWM制御方式による最大トルク制御が適用されて、ベクトル制御に従ったモータ電流制御によって出力トルクが目標値であるトルク指令値Tqcomに制御される。なお、交流モータMのトルク指令値Tqcomは、図には示されていないECUによって、アクセル開度等に基づく車両要求出力より算出される。   Therefore, the maximum torque control by the sine wave PWM control method is applied, and the output torque is controlled to the torque command value Tqcom which is the target value by the motor current control according to the vector control. Note that torque command value Tqcom of AC motor M is calculated from the vehicle request output based on the accelerator opening and the like by an ECU not shown in the figure.

図2は、制御装置30によって実行される正弦波PWM制御方式による制御ブロック図である。なお、図2に示された制御ブロック図の制御は、制御装置30によって実行される所定プログラムに従った制御演算処理によって実現される。   FIG. 2 is a control block diagram according to the sine wave PWM control method executed by the control device 30. The control in the control block diagram shown in FIG. 2 is realized by a control calculation process according to a predetermined program executed by the control device 30.

図2に示されている如く、PWM制御ブロック200は、電流指令生成部210と、座標変換部220、250と、回転数演算部230と、PI演算部240と、PWM信号生成部260とを含んでいる。   As shown in FIG. 2, the PWM control block 200 includes a current command generation unit 210, coordinate conversion units 220 and 250, a rotation speed calculation unit 230, a PI calculation unit 240, and a PWM signal generation unit 260. Contains.

電流指令生成部210は、予め作成されたテーブル等に従って、交流モータMのトルク指令値Tqcomに応じたd軸電流指令値Idcom及びq軸電流指令値Iqcomを生成する。   The current command generation unit 210 generates a d-axis current command value Idcom and a q-axis current command value Iqcom corresponding to the torque command value Tqcom of the AC motor M according to a table created in advance.

座標変換部220は、回転角センサ38によって検出される交流モータMの回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ36によって検出されたv相電流iv及びW相電流ivに基づいてd軸電流id及びq軸電流iqを算出する。   The coordinate conversion unit 220 performs the v-phase current iv and the W-phase current detected by the current sensor 36 by coordinate conversion (3 phase → 2 phase) using the rotation angle θ of the AC motor M detected by the rotation angle sensor 38. Based on iv, the d-axis current id and the q-axis current iq are calculated.

回転数演算部230は、回転角センサ38から入力される交流モータMの回転角θに基づいて、交流モータMの回転数Nmtを演算する。   The rotation speed calculation unit 230 calculates the rotation speed Nmt of the AC motor M based on the rotation angle θ of the AC motor M input from the rotation angle sensor 38.

PI演算部240には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−id)及びq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−iq)が入力される。PI演算部240は、d軸電流偏差ΔId及びq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯及びq軸電圧指令値Vq♯を生成する。   The PI calculation unit 240 receives a deviation ΔId (ΔId = Idcom-id) with respect to the command value of the d-axis current and a deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom-iq) with respect to the command value of the q-axis current. The PI calculation unit 240 performs a PI calculation with a predetermined gain for each of the d-axis current deviation ΔId and the q-axis current deviation ΔIq to obtain a control deviation, and the d-axis voltage command value Vd # and the q-axis corresponding to the control deviation Voltage command value Vq # is generated.

座標変換部250は、交流モータMの回転角θを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯及びq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の相電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換する。システム電圧VHが変動してもその変動が交流モータMの出力トルクに影響しないよう、軸電圧指令値から相電圧指令値への変換に際しては、後に詳細に説明する如く、システム電圧VHの参照値VHrefが反映される。   The coordinate conversion unit 250 converts the d-axis voltage command value Vd # and the q-axis voltage command value Vq # to the U-phase, V-phase, W-phase by coordinate conversion (2 phase → 3 phase) using the rotation angle θ of the AC motor M. The phase voltage command values Vu, Vv, Vw of the phases are converted. In order to convert the shaft voltage command value to the phase voltage command value so that the fluctuation does not affect the output torque of the AC motor M even if the system voltage VH varies, the reference value of the system voltage VH will be described later in detail. VHref is reflected.

PWM信号生成部260は、各相の電圧指令値Vu、Vv、Vwと所定の搬送波との比較に基づいて、図1に示されたスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。インバータ14のスイッチング素子Q3〜Q8が、PWM制御ブロック200によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8によってスイッチング制御されることにより、交流モータMがトルク指令値Tqcomに対応するトルクを出力するための交流電圧が交流モータMに印加される。   The PWM signal generator 260 generates the switching control signals S3 to S8 shown in FIG. 1 based on the comparison of the voltage command values Vu, Vv, Vw of each phase and a predetermined carrier wave. The switching elements Q3 to Q8 of the inverter 14 are switching-controlled by the switching control signals S3 to S8 generated by the PWM control block 200, so that the AC motor M outputs a torque corresponding to the torque command value Tqcom. A voltage is applied to the AC motor M.

上述の如く、軸電圧指令値Vd♯、Vq♯から相電圧指令値Vu、Vv、Vwへの変換に際しシステム電圧VHの参照値VHrefが反映され、変換後の各相の電圧指令値と所定の搬送波との比較に基づいてスイッチング制御信号S3〜S8が生成される。よってインバータ12に於けるPWM制御のデューティ比は、交流モータMのトルク指令値が達成されるよう相電圧指令値に基づいて演算されると共に、システム電圧の変動が交流モータMの出力トルクに影響しないよう、参照値VHrefに基づいて修正される。   As described above, the reference value VHref of the system voltage VH is reflected in the conversion from the shaft voltage command values Vd #, Vq # to the phase voltage command values Vu, Vv, Vw, and the voltage command value of each phase after conversion and a predetermined value Switching control signals S3 to S8 are generated based on the comparison with the carrier wave. Therefore, the duty ratio of the PWM control in the inverter 12 is calculated based on the phase voltage command value so that the torque command value of the AC motor M is achieved, and the fluctuation of the system voltage affects the output torque of the AC motor M. Is corrected based on the reference value VHref.

図2に示されている如く、実施形態の交流モータ駆動システム100の制御装置30には、更に、VH指令値生成部310と、PWM信号生成部360と、参照値設定部370とが設けられている。   As shown in FIG. 2, the control device 30 of the AC motor drive system 100 according to the embodiment further includes a VH command value generation unit 310, a PWM signal generation unit 360, and a reference value setting unit 370. ing.

VH指令値生成部310は、交流モータMのトルク指令値Tqcom及び回転数Nmtに応じて、システム電圧VHの制御指令値VH♯(以下、電圧指令値VH♯とも称する)を生成する。   VH command value generation unit 310 generates control command value VH # (hereinafter also referred to as voltage command value VH #) of system voltage VH in accordance with torque command value Tqcom and rotation speed Nmt of AC motor M.

PWM信号生成部360は、電圧センサ32によって検出された電源電圧Vb及び現在の電圧指令値VH♯に基づき、コンバータ10の出力電圧が電圧指令値VH♯と一致するように、所定のPWM制御方式に従ってスイッチング制御信号S1、S2を生成する。   The PWM signal generation unit 360 is a predetermined PWM control method based on the power supply voltage Vb detected by the voltage sensor 32 and the current voltage command value VH # so that the output voltage of the converter 10 matches the voltage command value VH #. The switching control signals S1 and S2 are generated according to

この構成により、交流モータMの出力トルクがトルク指令値Tqcomと一致するように、モータ電流(id、iq)のフィードバック制御が行われる。   With this configuration, feedback control of the motor current (id, iq) is performed so that the output torque of AC motor M coincides with torque command value Tqcom.

システム電圧の参照値設定部370は、図3に示されたフローチャートに従って、座標変換部250に於ける軸電圧指令値から相電圧指令値への変換に際しシステム電圧VHを反映させるための参照値VHrefを設定し、設定したシステム電圧の参照値VHrefを座標変換部250へ出力する。座標変換部250は入力されるシステム電圧VHの参照値VHrefに基づいてシステム電圧の変動の影響が低減されるよう軸電圧指令値から相電圧指令値への変換を行う。   The reference value setting unit 370 for the system voltage is a reference value VHref for reflecting the system voltage VH in the conversion from the axial voltage command value to the phase voltage command value in the coordinate conversion unit 250 according to the flowchart shown in FIG. And the reference value VHref of the set system voltage is output to the coordinate conversion unit 250. The coordinate conversion unit 250 converts the shaft voltage command value into the phase voltage command value so that the influence of the system voltage fluctuation is reduced based on the input reference value VHref of the system voltage VH.

図3に示されている如く、まずステップ100より制御が開始され、ステップ110に於いては、駆動システム100が平滑コンデンサC1及びC2より電荷を放出するディスチャージ動作中であるか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ170へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ120へ進む。   As shown in FIG. 3, first, control is started from step 100. In step 110, it is determined whether or not the drive system 100 is in a discharge operation in which charges are discharged from the smoothing capacitors C1 and C2. Done. When an affirmative determination is made, control proceeds to step 170, and when a negative determination is made, control proceeds to step 120.

ステップ120に於いては、インバータ12の何れかの上アームがオン中であるか否かの判別、即ち、スイッチング素子Q3、Q5、Q7の何れかがオンであるか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ170へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ130へ進む。   In step 120, it is determined whether any upper arm of the inverter 12 is on, that is, whether any of the switching elements Q3, Q5, Q7 is on. . When an affirmative determination is made, control proceeds to step 170, and when a negative determination is made, control proceeds to step 130.

ステップ130に於いては、電圧指令値VH♯とシステム電圧VHの検出値VHdとの偏差ΔVHが基準値α(例えば電圧指令値VH♯の10%)よりも大きいか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときにはステップ140に於いて、βを例えば電圧指令値VH♯の10%の値として、参照値VHrefがβにて低減補正された後の電圧指令値「VH♯−β」に設定され、否定判別が行われたときには制御はステップ150へ進む。   In step 130, it is determined whether or not deviation ΔVH between voltage command value VH # and detected value VHd of system voltage VH is larger than reference value α (for example, 10% of voltage command value VH #). . When a positive determination is made, in step 140, β is set to, for example, 10% of the voltage command value VH #, and the voltage command value “VH # −β after the reference value VHref is reduced and corrected by β is determined. When the determination is negative, the control proceeds to step 150.

ステップ150に於いては、システム電圧VHの検出値VHdの変動が閾値よりも大きいか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ160へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ170へ進む。この場合、システム電圧VHの検出値VHdが予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動しているときに、検出値VHdの変動が閾値よりも大きいと判別されてよい。   In step 150, it is determined whether or not the fluctuation of the detected value VHd of the system voltage VH is larger than a threshold value. When an affirmative determination is made, the control proceeds to step 160, and when a negative determination is made, the control proceeds to step 170. In this case, when the detected value VHd of the system voltage VH varies over a reference amplitude within a preset frequency range, it may be determined that the variation of the detected value VHd is larger than the threshold value.

なお、上記周波数範囲及び基準振幅は、参照値VHrefが検出値VHd又はそのフィルタ処理値VHdfに設定される場合に、システム電圧の変動に起因して交流モータの出力トルクの変動が大きくなる周波数範囲及び振幅として例えば実験的に求められてよい。   Note that the frequency range and the reference amplitude are a frequency range in which fluctuations in the output torque of the AC motor increase due to fluctuations in the system voltage when the reference value VHref is set to the detection value VHd or its filtered value VHdf. The amplitude may be obtained experimentally, for example.

ステップ160に於いては、参照値VHrefが電圧指令値VH♯に設定され、ステップ170に於いては、参照値VHrefがシステム電圧VHの検出値VHdをフィルタ処理した値VHdfに設定される。なお、フィルタ処理はシステム電圧VHの変動を低減した値を求めるものである限り、任意のフィルタ処理であってよい。   In step 160, reference value VHref is set to voltage command value VH #, and in step 170, reference value VHref is set to a value VHdf obtained by filtering detected value VHd of system voltage VH. The filtering process may be an arbitrary filtering process as long as a value obtained by reducing the fluctuation of the system voltage VH is obtained.

上述の如く、昇圧後の電源電圧であるシステム電圧VHの検出値VHdが予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動しているときには、ステップ160に於いて参照値VHrefが電圧指令値VH♯に設定される。すなわち、システム電圧VHの検出値VHdの変動が閾値よりも大きいときには、インバータ12に於けるPWM制御のデューティ比がコンバータ10に対する電圧指令値VH♯に基づいて修正される。   As described above, when the detected value VHd of the system voltage VH, which is the boosted power supply voltage, fluctuates over a reference amplitude within a preset frequency range, the reference value VHref is determined as a voltage command in step 160. Set to the value VH #. That is, when the fluctuation of detected value VHd of system voltage VH is larger than the threshold value, the duty ratio of PWM control in inverter 12 is corrected based on voltage command value VH # for converter 10.

従ってシステム電圧VHの変動が大きく、PWM制御のデューティ比がシステム電圧VHの検出値VHdに基づいて修正されると交流モータMの出力トルクが却って大きく変動する状況に於いて、交流モータMの出力トルクの変動を低減することができる。   Accordingly, when the fluctuation of the system voltage VH is large and the duty ratio of the PWM control is corrected based on the detected value VHd of the system voltage VH, the output of the AC motor M is greatly changed instead of the output torque of the AC motor M. Torque fluctuations can be reduced.

また、システム電圧VHの検出値VHdが予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動していないときには、ステップ170に於いて参照値VHrefがシステム電圧VHの検出値VHdをフィルタ処理した値VHdfに設定される。すなわち、システム電圧VHの検出値VHdの変動が閾値以下であるときには、インバータ12に於けるPWM制御のデューティ比がシステム電圧検出値VHdのフィルタ処理値VHdfに基づいて修正される。   When the detected value VHd of the system voltage VH does not fluctuate over the reference amplitude within the preset frequency range, the reference value VHref filters the detected value VHd of the system voltage VH in step 170. Set to the value VHdf. That is, when the fluctuation of the detected value VHd of the system voltage VH is equal to or less than the threshold value, the duty ratio of the PWM control in the inverter 12 is corrected based on the filter processing value VHdf of the system voltage detected value VHd.

従ってシステム電圧VHの変動が大きくはなく、PWM制御のデューティ比が昇圧後の電源電圧の検出値に応じて修正されるべき状況に於いて、システム電圧VHの変動に起因して交流モータMの出力トルクの変動が大きくなる虞れを低減することができる。   Therefore, in the situation where the fluctuation of the system voltage VH is not large and the duty ratio of the PWM control should be corrected according to the detected value of the power supply voltage after boosting, the AC motor M is caused by the fluctuation of the system voltage VH. It is possible to reduce the possibility that the fluctuation of the output torque becomes large.

また、参照値VHrefがシステム電圧VHの検出値VHdではなく、検出値VHdをフィルタ処理した値VHdfに設定される。従って参照値VHrefがシステム電圧VHの検出値VHdに設定される場合に比して、インバータ14の制御周期を低くし、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング頻度を低減し、スイッチング損失や発熱量が高くなることを効果的に抑制することができる。   Further, the reference value VHref is set not to the detected value VHd of the system voltage VH but to a value VHdf obtained by filtering the detected value VHd. Therefore, compared with the case where the reference value VHref is set to the detection value VHd of the system voltage VH, the control cycle of the inverter 14 is lowered, the switching frequency of the switching elements Q3 to Q8 is reduced, and the switching loss and the heat generation amount are high. Can be effectively suppressed.

また、上述の実施形態によれば、駆動システム100が平滑コンデンサC1及びC2より電荷を放出するディスチャージ動作中であるときや、インバータ12の何れかの上アームがオン中であるにも、ステップ170が実行される。従って昇圧後の電源電圧についてのコンバータ10に対する電圧指令値VH♯が存在しない動作モード時や、コンバータ10に対する電圧指令値VH♯が正確ではなくなる動作モード時にも、PWM制御のデューティ比をできるだけシステム電圧VHに基づいて修正することができる。   Further, according to the above-described embodiment, even when the driving system 100 is in a discharging operation for discharging electric charges from the smoothing capacitors C1 and C2, or when any one of the upper arms of the inverter 12 is on, step 170 is performed. Is executed. Therefore, the duty ratio of PWM control is set to the system voltage as much as possible even in an operation mode in which voltage command value VH # for converter 10 does not exist for the boosted power supply voltage or in an operation mode in which voltage command value VH # for converter 10 is not accurate. Corrections can be made based on VH.

更に、上述の実施形態によれば、電圧指令値VH♯とシステム電圧VHの検出値VHdとの偏差ΔVHが基準値αよりも大きいときには、ステップ140に於いて参照値VHrefがβにて低減補正された後の電圧指令値「VH♯−β」に設定される。従ってPWM制御のデューティ比がその下限制限値に到達しているような状況に於いて、参照値VHrefが電圧指令値VH♯に設定されることにより交流モータMの出力トルクにサージが発生することを効果的に抑制することができる。   Further, according to the above-described embodiment, when the difference ΔVH between the voltage command value VH # and the detected value VHd of the system voltage VH is larger than the reference value α, the reference value VHref is corrected to be reduced by β in step 140. Is set to the voltage command value “VH # −β”. Therefore, in a situation where the duty ratio of PWM control has reached the lower limit value, a surge occurs in the output torque of AC motor M by setting reference value VHref to voltage command value VH #. Can be effectively suppressed.

特に、上述の実施形態によれば、基準値α及び低減補正量βは例えば電圧指令値VH♯の10%の値として電圧指令値VH♯に応じて可変設定される。従ってこらの値が一定である場合に比して、交流モータMの出力トルクが急変することを適正に抑制することができる。   In particular, according to the above-described embodiment, the reference value α and the reduction correction amount β are variably set according to the voltage command value VH #, for example, as a value of 10% of the voltage command value VH #. Therefore, it is possible to appropriately suppress a sudden change in the output torque of AC motor M, as compared with the case where these values are constant.

以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。   Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

例えば上述の実施形態に於いては、交流電機は三相交流モータであるが、交流電機はコンバータによる昇圧後の電源電圧がインバータにより交流電圧に変換され、その交流電圧により駆動される限り任意の交流電機であってよい。   For example, in the above-described embodiment, the AC electric machine is a three-phase AC motor, but the AC electric machine has an arbitrary voltage as long as the power supply voltage after being boosted by the converter is converted into an AC voltage by an inverter and driven by the AC voltage. It may be an AC electric machine.

また上述の実施形態に於いては、インバータに於ける電力変換のシステム電圧の参照値VHrefは、図3に示されたフローチャートに従って設定されるようになっているが、図4に示されたフローチャートに従って設定されるよう修正されてもよい。なお、図4に於いては、図3に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。   Further, in the above-described embodiment, the reference value VHref of the system voltage for power conversion in the inverter is set according to the flowchart shown in FIG. 3, but the flowchart shown in FIG. May be modified to be set according to In FIG. 4, the same step numbers as those in FIG. 3 are assigned.

また上述の実施形態に於いては、インバータに於ける電力変換は、正弦波PWM制御方式により制御されるようになっているが、状況に応じて例えば可変調PWM制御方式の如き他の制御方式により制御されるようされるよう修正されてもよい。   In the above-described embodiment, the power conversion in the inverter is controlled by the sine wave PWM control method. However, other control methods such as a modulation PWM control method can be used depending on the situation. It may be modified to be controlled by.

10…コンバータ、12…インバータ、14,18…電力線、16…アース線、20…U相アーム、22…V相アーム、24…W相アーム、30…制御装置、32,34…電圧センサ、36…電流センサ、38…回転角センサ、100…交流モータ駆動システム、200…PWM制御ブロック、210…電流指令生成部、260…PWM信号生成部(インバータ)、270…制御モード判定部、310…制御モード判定部、VH指令値生成部、320…VH指令値修正部、350…PWM信号生成部(コンバータ)、370…参照値設定部、
B…直流電源、C1,C2…平滑コンデンサ、D1〜D8…ダイオード(逆並列ダイオード)、id…d軸電流、Idcom…d軸電流指令値、iq…q軸電流、Iqcom…q軸電流指令値、iu,iv,iw…モータ電流(三相電流)、L1…リアクトル、M…交流モータ、Nmt…モータ回転数、Q1〜Q8…電力用スイッチング素子、S1〜S8…スイッチング制御信号、SR1,SR2…システムリレー、Tqcom…トルク指令値、Vb…直流電圧、Vd…d軸電圧、Vd♯…d軸電圧指令値、VH…システム電圧(インバータ入力電圧)、VH♯…システム電圧指令値、Vq…q軸電圧、Vq♯…q軸電圧指令値、Vu,Vv,Vw…各相電圧指令値、ΔId…d軸電流偏差、ΔIq…q軸電流偏差、θ…ロータ回転角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Converter, 12 ... Inverter, 14, 18 ... Power line, 16 ... Ground wire, 20 ... U-phase arm, 22 ... V-phase arm, 24 ... W-phase arm, 30 ... Control device, 32, 34 ... Voltage sensor, 36 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Current sensor, 38 ... Rotation angle sensor, 100 ... AC motor drive system, 200 ... PWM control block, 210 ... Current command generation part, 260 ... PWM signal generation part (inverter), 270 ... Control mode determination part, 310 ... Control Mode determining unit, VH command value generating unit, 320 ... VH command value correcting unit, 350 ... PWM signal generating unit (converter), 370 ... reference value setting unit,
B: DC power supply, C1, C2: smoothing capacitor, D1 to D8: diode (anti-parallel diode), id: d-axis current, Idcom: d-axis current command value, iq: q-axis current, Iqcom: q-axis current command value , Iu, iv, iw ... motor current (three-phase current), L1 ... reactor, M ... AC motor, Nmt ... motor speed, Q1-Q8 ... power switching element, S1-S8 ... switching control signal, SR1, SR2 ... System relay, Tqcom ... Torque command value, Vb ... DC voltage, Vd ... d-axis voltage, Vd # ... d-axis voltage command value, VH ... System voltage (inverter input voltage), VH # ... System voltage command value, Vq ... q-axis voltage, Vq #, q-axis voltage command value, Vu, Vv, Vw, phase voltage command values, ΔId, d-axis current deviation, ΔIq, q-axis current deviation, θ, rotor rotation angle

Claims (6)

電源と、コンバータと、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧を交流電圧に変換して交流電機へ出力するインバータとを含む交流電機駆動システムの制御装置であって、前記交流電機の目標出力に基づいてPWM制御のデューティ比を演算し、該デューティ比に基づいて前記インバータを制御する交流電機駆動システムの制御装置に於いて、
昇圧後の電源電圧が予め設定された周波数範囲内にて基準振幅以上に亘り変動しているときには、前記コンバータに対する指令値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正し、
昇圧後の電源電圧が前記予め設定された周波数範囲内にて前記基準振幅以上に亘り変動していないときには、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正する、
ことを特徴とする交流電機駆動システムの制御装置。
A control device for an AC electric machine drive system including a power supply, a converter, and an inverter that converts a power supply voltage boosted by the converter into an AC voltage and outputs the AC voltage to an AC electric machine, based on a target output of the AC electric machine In a control device for an AC electric machine drive system that calculates a duty ratio of PWM control and controls the inverter based on the duty ratio.
When the boosted power supply voltage fluctuates over a reference amplitude within a preset frequency range, the duty ratio of PWM control is corrected based on the command value for the converter,
When the boosted power supply voltage does not fluctuate over the reference amplitude within the preset frequency range, the duty ratio of PWM control is corrected based on the detected value of the boosted power supply voltage by the converter ,
A control device for an AC electric machine drive system.
昇圧後の電源電圧についての前記コンバータに対する指令値が存在しない動作モード及び前記コンバータに対する指令値が正確ではなくなる動作モードを予め設定された所定のモードとして、前記交流電機駆動システムが前記所定のモードにて動作しているときには、前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正することを特徴とする請求項1に記載の交流電機駆動システムの制御装置。   The operation mode in which there is no command value for the converter with respect to the boosted power supply voltage and the operation mode in which the command value for the converter is not accurate are set as the predetermined mode set in advance, and the AC electric machine drive system is changed to the predetermined mode. 2. The control device for an AC electric machine drive system according to claim 1, wherein the duty ratio of the PWM control is corrected based on a detected value of the power supply voltage boosted by the converter. 前記インバータは複数のアームを有し、各アームは互いに直列に接続された上アーム及び下アームを有し、前記所定のモードは前記上アームのオン制御モードを含んでいることを特徴とする請求項2に記載の交流電機駆動システムの制御装置。   The inverter includes a plurality of arms, each arm having an upper arm and a lower arm connected in series with each other, and the predetermined mode includes an on control mode of the upper arm. Item 3. A control device for an AC electric machine drive system according to Item 2. 前記交流電機駆動システムは、前記電源と前記コンバータとの間に設けられた第一の平滑コンデンサと、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられた第二の平滑コンデンサとを有し、前記所定のモードは前記第一及び第二の平滑コンデンサより電荷を放出するディスチャージモードを含んでいることを特徴とする請求項2に記載の交流電機駆動システムの制御装置。   The AC electric machine drive system includes a first smoothing capacitor provided between the power source and the converter, and a second smoothing capacitor provided between the converter and the inverter, 3. The control device for an AC electric machine drive system according to claim 2, wherein the mode includes a discharge mode for discharging electric charges from the first and second smoothing capacitors. 前記コンバータに対する指令値と前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値との偏差が基準値よりも大きいときには、前記コンバータに対する指令値を低減補正した値に基づいてPWM制御のデューティ比を修正することを特徴とする請求項2乃至4の何れか一つに記載の交流電機駆動システムの制御装置。   When the deviation between the command value for the converter and the detected value of the power supply voltage after boosting by the converter is larger than a reference value, the duty ratio of PWM control is corrected based on the value obtained by reducing and correcting the command value for the converter The control device for an AC electric machine drive system according to any one of claims 2 to 4. PWM制御のデューティ比を修正するための前記コンバータによる昇圧後の電源電圧の検出値は、検出手段により検出された昇圧後の電源電圧をフィルタ処理した値であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載の交流電機駆動システムの制御装置。   The detection value of the boosted power supply voltage by the converter for correcting the duty ratio of PWM control is a value obtained by filtering the boosted power supply voltage detected by the detecting means. 4. The control apparatus for an AC electric machine drive system according to any one of 4 above.
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