JP2005039964A - Detection method and device for failure in three-phase motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は３相電動機（以下、３相モータと記載）における電流検出手段（電流センサ）の異常検出方法および装置に関する。 The present invention relates to an abnormality detection method and apparatus for current detection means (current sensor) in a three-phase motor (hereinafter referred to as a three-phase motor).
電流センサ（電流検出手段）によって３相モータの各相巻線に流れる電流（実電流値）を検出し、検出した実電流値と電流指令値との差から電圧指令値を演算し、演算した電圧指令値に基づいてインバータ回路を制御してモータの各相巻線に印加する電圧を制御する３相モータの制御装置が知られている。このような３相モータの制御装置において、電流センサに異常が生じて実電流値が正確に検出できなくなると制御精度が悪化するため、電流センサの異常検出を行う必要がある。 The current (actual current value) flowing in each phase winding of the three-phase motor is detected by the current sensor (current detection means), and the voltage command value is calculated from the difference between the detected actual current value and the current command value. A three-phase motor control device that controls an inverter circuit based on a voltage command value to control a voltage applied to each phase winding of the motor is known. In such a control device for a three-phase motor, if an abnormality occurs in the current sensor and the actual current value cannot be detected accurately, the control accuracy deteriorates. Therefore, it is necessary to detect abnormality of the current sensor.
電流センサの異常検出方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、電圧指令値から各相電流値を演算し、演算した電流値と電流センサによって検出された実電流値とを比較して、両者の差が所定値以上となった場合に異常と判定する方法がある。しかし、前記のような実電流値と電流指令値との差から電圧指令値を演算してモータを制御する制御装置においては、過渡的な電流変化や巻線抵抗およびコイルのインダクタンスによる電流の追従遅れ（電圧指令値に対する実電流の追従遅れ）が発生するため、上記の異常検出方法では正確に異常を検出することは困難である、という問題があった。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、電流の追従遅れが生じるような制御系においても電流センサの異常を精度良く検出することのできる異常検出方法および異常検出装置を提供することを目的とする。
As a current sensor abnormality detection method, for example, as described in
The present invention has been made to solve the above problems, and provides an abnormality detection method and an abnormality detection apparatus capable of accurately detecting an abnormality of a current sensor even in a control system in which a current follow-up delay occurs. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するため本発明においては、電流検出手段（電流センサ）の異常判定時には、電圧指令値を所定時間の間（電圧指令値に対して電流指令値が追従する程度の時間）一定値とし、その間に電流指令値と実電流値（ｄ−ｑ軸実電流値）とを比較して、両者の差が所定値以上となった場合に異常と判定するように構成している。 In order to achieve the above object, in the present invention, when an abnormality is detected in the current detection means (current sensor), the voltage command value is constant for a predetermined time (a time that the current command value follows the voltage command value). The current command value and the actual current value (dq axis actual current value) are compared between them, and when the difference between the two becomes a predetermined value or more, it is determined to be abnormal.
本発明においては、異常判定時に、電圧指令値を所定時間のあいだ一定値としているため、電流の追従遅れがあっても上記所定時間の間に電圧指令値に対して電流指令値が追従するので、その間に電流指令値と実電流値とを比較すれば、電流検出手段の異常を精度良く判定することができる、という効果がある。 In the present invention, since the voltage command value is a constant value for a predetermined time at the time of abnormality determination, the current command value follows the voltage command value during the predetermined time even if there is a delay in tracking the current. If the current command value and the actual current value are compared in the meantime, there is an effect that the abnormality of the current detection means can be accurately determined.
図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。なお、本実施例は３相同期モータを電気自動車の駆動用モータに適用したものとして説明するが、これに限られるものではない。
図１において、１〜１０の部分は３相モータの電流フィードバック制御ブロックを示し、相電流変換部１１、指令電圧演算部１２、診断指令部１３、指令電圧切替部１４、インターバルタイマ１５および電流指令値−実電流比較部１６の部分が本発明の特徴的なブロックの部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In this embodiment, the three-phase synchronous motor is described as being applied to a drive motor for an electric vehicle. However, the present invention is not limited to this.
In FIG. 1,
まず、３相モータの電流フィードバック制御ブロックの部分について概略を説明する。電気自動車においては、図示しないアクセル開度センサを用いてアクセル開度を検出して出力する。また、図示しないトルク指令値演算部はアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度からトルク指令値Ｔ＊を演算し、トルク指令値をデジタル信号として出力する。
電流指令値演算部１では、外部から指令されたトルク指令値Ｔ*と後述する角速度演算部９にて算出された回転角速度ωreとに基づき、予め定められたマップを参照してｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。それらの電流指令値は電流ＰＩ制御部２に入力される。
電流ＰＩ制御部２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸電流値Ｉｄ（現在値）との偏差に基づき比例積分演算を行ってｄ軸電圧指令値Ｖｄ*を出力し、同様にｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸電流値Ｉｑ（現在値）との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を出力する。
First, an outline of the current feedback control block portion of the three-phase motor will be described. In an electric vehicle, an accelerator opening is detected and output using an accelerator opening sensor (not shown). A torque command value calculation unit (not shown) calculates a torque command value T * from the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor, and outputs the torque command value as a digital signal.
The current command
The current
通常動作時（後述する異常判定時以外の時）は、上記のｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*が後述する指令電圧切替部１４を介して２相３相変換器３に与えられ、２相３相変換器３によって３相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に変換された後、ＰＷＭ変換部４に与えられ、ＰＷＭ信号に変換される。
During normal operation (except when an abnormality determination described later) is performed, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are converted into a two-phase / three-
インバータ５は上記ＰＷＭ信号に応じて図示しない直流電源（バッテリ等）の電力を３相交流電力に変換し、３相モータ６を駆動する。
この際に流れる３相の各相電流のうち、Ｕ相実電流ＩｕとＶ相実電流Ｉｖを電流センサ７−１、７−２でそれぞれ検出し、アナログ信号として相電流変換部１１へ送る。
The
Of the three-phase currents flowing at this time, the U-phase actual current Iu and the V-phase actual current Iv are detected by the current sensors 7-1 and 7-2, and sent to the phase current converter 11 as analog signals.
相電流変換部１１では、通常動作時（異常判定時以外の時）は、３相電流の総和が０になることから、２相のＩｕとＩｖから Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ） の演算を行ってＷ相実電流Ｉｗを算出し、かつ、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル信号の３相電流Ｉｕ’、Ｉｖ’、Ｉｗ’を出力する。 In the phase current conversion unit 11, during normal operation (when not in abnormality determination), the sum of the three-phase currents is 0, so that Iw = − (Iu + Iv) is calculated from the two-phase Iu and Iv. The W-phase actual current Iw is calculated, and A / D conversion is performed to output three-phase currents Iu ′, Iv ′, and Iw ′ of digital signals.
３相／２相変換部１０は、回転角検出部８から出力された回転角θと相電流変換部１１から出力された電流Ｉｕ’、Ｉｖ’、Ｉｗ’をｄ軸およびｑ軸の２相に変換して、ｄ軸実電流値Ｉｄおよびｑ軸実電流値Ｉｑとして出力し、前記電流ＰＩ制御部２にフィードバックする。
回転角検出部８は、３相モータ６の現在回転角（電気角θ）を検出する。この電気角θは、前記２相３相変換器３および３相２相変換器１０における座標変換演算に用いられると共に、角速度演算部９へ送られ、回転角速度ωreの演算に用いられる。
The three-phase / two-
The
以下、本発明の特徴とするブロックについて説明する。
前記相電流変換部１１は、後述する診断指令部１３からの異常判定開始信号（Ｓｉｇ１＝ＯＮ）および相選択信号（Ｓｉｇ１で表示）を入力すると、相選択信号に基づく相（Ｕ相およびＶ相のどちらかの相）の実電流値、つまりＩｕまたはＩｖのどちらかに基づいて各相の電流を算出し、算出した電流値をＩｕ’、Ｉｕ’、Ｉｗ’として出力する。
Hereafter, the block which characterizes the present invention will be described.
When the phase current conversion unit 11 inputs an abnormality determination start signal (Sig1 = ON) and a phase selection signal (indicated by Sig1) from a diagnosis command unit 13, which will be described later, the phase based on the phase selection signal (U phase and V phase) The current of each phase is calculated based on the actual current value of either phase), that is, either Iu or Iv, and the calculated current values are output as Iu ′, Iu ′, and Iw ′.
ここで、相電流変換部１１が相選択信号を受信した場合のＩｕ’、Ｉｖ’、Ｉｗ’の算出方法について説明する。
相電流変換部１１は、診断指令部１３からＵ相を選択する相選択信号を入力すると、電流センサによって検出されたＵ相の実電流ＩｕをＩｕ’とすると共に、３相モータにおけるＵ相電流とＶ相電流の位相差が１２０度であることからＩｕの位相を１２０度進めた値をＩｖ’として算出する。また、Ｉｗ’は上述のようにして算出されたＩｖ’とＩｕ’からＩｗ’＝−（Ｉｕ’＋Ｉｖ’）の式に従って算出する。一方、診断指令部１３からＶ相を選択する相選択信号を入力すると、電流センサによって検出されたＶ相の実電流ＩｖをＩｖ’とすると共に、３相モータにおけるＵ相電流とＶ相電流の位相差が１２０度であることから、Ｉｖの位相を１２０度遅らせた値をＩｕ’として算出する。Ｉｗ’は上記と同様の式で算出する。図２は、上記相電流変換部１１の構成を示すブロック図である。
Here, a method of calculating Iu ′, Iv ′, and Iw ′ when the phase current converter 11 receives the phase selection signal will be described.
When the phase selection signal for selecting the U phase is input from the diagnosis command unit 13, the phase current conversion unit 11 sets the U-phase actual current Iu detected by the current sensor to Iu ′ and the U-phase current in the three-phase motor. Since the phase difference between the current and the V-phase current is 120 degrees, a value obtained by advancing the phase of Iu by 120 degrees is calculated as Iv ′. Iw ′ is calculated from Iv ′ and Iu ′ calculated as described above according to the formula Iw ′ = − (Iu ′ + Iv ′). On the other hand, when a phase selection signal for selecting the V phase is input from the diagnosis command unit 13, the V phase actual current Iv detected by the current sensor is set to Iv ′ and the U phase current and the V phase current in the three phase motor are set. Since the phase difference is 120 degrees, a value obtained by delaying the phase of Iv by 120 degrees is calculated as Iu ′. Iw ′ is calculated by the same formula as above. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the phase current converter 11.
指令電圧演算部１２は、後述する診断指令部１３からの異常判定開始信号（Ｓｉｇ２＝ＯＮ）を入力すると、十数ｍｓｅｃ（例えば１５ｍｓｅｃ）程度の短時間の間、異常判定開始信号を入力した時点（異常判定開始時）におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊と、角速度演算部９から出力された回転角速度ωreから下記の（数１）式、（数２）式に従って、診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）を算出して出力する。
Ｖｄ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊０−ωre×Ｌｑ×Ｉｑ＊０ …（数１）
Ｖｑ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｑ＊０＋ωre×Ｌｄ×Ｉｄ＊０＋ωre×φａ …（数２）
ただし、
Ｒａ：巻線抵抗値
Ｉｄ＊０：異常判定開始時のｄ軸電流指令値
Ｉｑ＊０：異常判定開始時のｑ軸電流指令値
ωre：モータ回転数（角速度）
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
φａ：永久磁石の発生する磁束
この時、診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）を算出および出力する時間は十数ｍｓｅｃ（例えば１５ｍｓｅｃ）程度の短時間であるため、診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）は略一定値となる。図３は、上記の指令電圧演算部１２の構成を示すブロック図である。
When the command voltage calculation unit 12 inputs an abnormality determination start signal (Sig2 = ON) from a diagnosis command unit 13 (to be described later), the time point when the abnormality determination start signal is input for a short time of about 10 msec (for example, 15 msec) From the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value iq * (at the start of abnormality determination) and the rotational angular velocity ωre output from the angular
Vd_r * = Ra ×
Vq_r * = Ra ×
However,
Ra: Winding resistance value Id * 0: d-axis current command value at the start of abnormality determination Iq * 0: q-axis current command value at the start of abnormality determination ωre: Motor rotation speed (angular velocity)
Ld: d-axis inductance Lq: q-axis inductance φa: magnetic flux generated by the permanent magnet At this time, the time for calculating and outputting the diagnostic d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the diagnostic q-axis voltage command value (Vq_r * ) is sufficient . The diagnosis d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the diagnosis q-axis voltage command value (Vq_r * ) are substantially constant because of a short time of about several msec (for example, 15 msec). FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the command voltage calculation unit 12 described above.
なお、この診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）は、上記（数１）式、（数２）式以外に下記の式に従って、算出しても良い。
Ｖｄ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊０−Ｖｄ１
Ｖｑ_ｒ＊＝ωre×φａ
ただし、Ｖｄ１：回転数に応じて定められた弱め界磁電圧
上記のＶｄ１（回転数に応じて定められた弱め界磁電圧）は実験によって求められた回転数（角速度ωre）に対応する予め定められた値であり、診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）算出時の回転数（角速度ωre）に基づいて求められる。これによって、モータの誘起電圧が過大となることを防止することができる。
なお、上記の診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）は、低回転時には０にしてもよいが、高回転時にはモータの回転によって発生する誘起電圧が増大して過大な電流が流れるおそれがあるため、誘起電圧分（すなわちωre×φａ）を指令値として出力することが好ましい。
The diagnostic d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the diagnostic q-axis voltage command value (Vq_r * ) may be calculated according to the following formulas in addition to the formulas (1) and (2). .
Vd_r * = Ra ×
Vq_r * = ωre × φa
However, Vd1: field weakening voltage determined according to the number of rotations The above-mentioned Vd1 (field weakening voltage determined according to the number of rotations) is determined in advance corresponding to the number of rotations (angular velocity ωre) obtained by experiment. And is obtained based on the rotational speed (angular velocity ωre) at the time of calculating the diagnostic d-axis voltage command value (Vq_r * ) and the diagnostic q-axis voltage command value (Vq_r * ). This can prevent the induced voltage of the motor from becoming excessive.
The diagnostic q-axis voltage command value (Vq_r * ) may be set to 0 at a low rotation, but an induced voltage generated by the rotation of the motor may increase at a high rotation and an excessive current may flow. It is preferable to output the induced voltage (that is, ωre × φa) as a command value.
指令電圧切替部１４は、通常動作時（異常判定時以外の時）は、電流ＰＩ制御部２から出力されたｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊およびｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊を選択し、診断指令部１３からの異常判定開始信号（Ｓｉｇ２＝ＯＮ）を入力した場合は、指令電圧演算部１２から出力された診断ｄ軸電圧指令値Ｖｄ_ｒ＊および診断ｑ軸電圧指令値Ｖｑ_ｒ＊を選択する。そして、その選択した方の電圧値を最終ｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊１および最終ｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊１として出力する。
The command
なお、異常判定時には、指令電圧演算部１２における診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）のうち、少なくとも診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）は必ず最終ｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊１として選択する必要があるが、ｑ軸に関しては必ずしも診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）を選択しなくてもよい。つまり、診断電圧指令値はたとえば誘起電圧を抑制するため、ｄ軸のみに与えるように構成してもよい。
Note that at the time of abnormality determination, at least the diagnosis d-axis voltage command value (Vd_r * ) of the diagnosis d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the diagnosis q-axis voltage command value (Vq_r * ) in the command voltage calculation unit 12 is always final. Although it is necessary to select the d-axis command
２相／３相変換部３は、指令電圧切替部１４から出力された最終ｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊１および最終ｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊１と回転角検出部８から出力された回転角θとに基づき、最終ｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊１および最終ｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊１をＵ、Ｖ、Ｗの３相の指令電圧に変換し、Ｕ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊、Ｗ相指令電圧Ｖｗ＊として出力する。
以下、前記のように、上記３相の指令電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＰＷＭ変換部４でＰＷＭ信号に変換し、それによってインバータ５をデューティ制御して３相モータ６を駆動する。
The two-phase / three-
Hereinafter, as described above, the three-phase command voltages Vu * , Vv * , and Vw * are converted into PWM signals by the
一方、電流指令値−実電流比較部１６は、診断指令部１３から送られる診断信号（Ｓｉｇ３＝ＯＮ）を入力すると、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸実電流値Ｉｄとの差およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸実電流値Ｉｑとの差をそれぞれ演算し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸実電流値Ｉｄとの差の絶対値またはｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸実電流値Ｉｑとの差の絶対値のどちらか一方でも所定の規定値以上であった場合は電流センサの異常と判断し、異常検知信号（Ｓｉｇ４）を出力する。図４は上記電流指令値−実電流比較部１６の構成を示すブロック図である。
On the other hand, when the current command value-actual current comparing
上記の異常判定において、Ｕ相とＶ相の電流センサのうち、異常を生じた方の判定方法について説明する。
前記相電流変換部１１で説明したように、相選択信号によって選択された相がＵ相の場合には、Ｕ相の電流センサ７−１の検出値のみを用い、Ｖ相の電流はＵ相電流の位相を１２０°ずらした電流をＶ相の電流として用いている。したがって、この状態で異常判定を行った際に異常が検出された場合は、Ｕ相の電流センサ７−１が異常であると判断できる。
同様に、相選択信号によって選択された相がＶ相の場合には、Ｖ相の電流センサ７−２の検出値のみを用い、Ｕ相の電流はＶ相電流の位相を１２０°ずらした電流をＵ相の電流として用いている。したがって、この状態で異常判定を行った際に異常が検出された場合は、Ｖ相の電流センサ７−２が異常であると判断できることになる。
In the above abnormality determination, a method for determining which of the U-phase and V-phase current sensors has an abnormality will be described.
As described in the phase current conversion unit 11, when the phase selected by the phase selection signal is the U phase, only the detection value of the U phase current sensor 7-1 is used, and the V phase current is the U phase. A current obtained by shifting the phase of the current by 120 ° is used as the V-phase current. Therefore, if an abnormality is detected when abnormality determination is performed in this state, it can be determined that the U-phase current sensor 7-1 is abnormal.
Similarly, when the phase selected by the phase selection signal is the V phase, only the detection value of the V phase current sensor 7-2 is used, and the U phase current is a current obtained by shifting the phase of the V phase current by 120 °. Is used as the U-phase current. Therefore, if an abnormality is detected when abnormality determination is performed in this state, it can be determined that the V-phase current sensor 7-2 is abnormal.
また、インターバルタイマ１５は、診断指令部１３からのカウントアップ指令に基づいてカウント値ｎを増加すると共に、クリア指令に基づいてクリアするカウンタである。
The
診断指令部１３は、インターバルタイマ１５のカウント値が所定数ｎ１以上（すなわちインターバルタイマの計時時間が所定時間に達する）となる毎に異常判定開始信号（Ｓｉｇ２＝ＯＮ）を指令電圧演算部１２および指令電圧切替部１４へ送信すると共に、相電流変換部１１へ相選択信号（Ｓｉｇ１：Ｕ相選択信号またはＶ相選択信号）を送信し、異常判定開始信号出力時点から所定時間後に電流指令値−実電流比較部１６へ診断信号（Ｓｉｇ３＝ＯＮ）を送信する。
The diagnosis command unit 13 sends an abnormality determination start signal (Sig2 = ON) to the command voltage calculation unit 12 and the count value of the
なお、異常判定開始信号（Ｓｉｇ２＝ＯＮ）出力から診断信号（Ｓｉｇ３＝ＯＮ）を送信するまでの所定時間は、指令電圧切替部１４が最終ｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊１および最終ｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊１を出力してから、実電流値が追従するまでの時間（電流追従時間）以上の値であり、この時間は数ｍｓｅｃ（例えば５ｍｓｅｃ）程度が一般的である。
また、診断指令部１３は、内部にフラグを記憶するフラグ記憶部を有しており、このフラグをＵ相選択信号を出力した後に“０”、Ｖ相選択信号を出力した後に“１”に書き換える。
Note that, for a predetermined time from when the abnormality determination start signal (Sig2 = ON) is output until the diagnosis signal (Sig3 = ON) is transmitted, the command
The diagnosis command unit 13 has a flag storage unit for storing a flag therein. The flag is set to “0” after outputting the U-phase selection signal and set to “1” after outputting the V-phase selection signal. rewrite.
診断（異常判定）が終了すると、診断指令部１３は、指令電圧切替部１４と指令電圧演算部１２へ異常判定終了信号（Ｓｉｇ２＝ＯＦＦ）を送信し、指令電圧切替部１４では選択する電圧指令値をｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊およびｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊とし、指令電圧演算部１２では診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）の算出を停止する。また、診断指令部１３は、電流指令値−実電流比較部１６へ診断終了信号（Ｓｉｇ３＝ＯＦＦ）を送信して、電流指令値−実電流比較部１６における電流センサの異常判定動作を停止させる。さらに、相電流変換部１１へも異常判定終了信号（Ｓｉｇ１＝ＯＦＦ）を送信して相電流変換部１１の変換動作を通常動作時に戻す。
When the diagnosis (abnormality determination) is completed, the diagnosis command unit 13 transmits an abnormality determination end signal (Sig2 = OFF) to the command
なお、電流指令値−実電流比較部１６が電流センサの異常と判定して異常検知信号Ｓｉｇ４を出力した場合には、異常と判定された方の電流センサの検出信号は用いず、前記相電流変換部１１の説明で述べたように、他方の電流センサで検出した電流値から１２０°位相のずれた値を故障した電流センサの値として用いることにより、一応のフィードバック制御を継続することができる。したがって電気自動車の場合には、最寄りの販売店や修理工場まで走行し、可及的速やかに修理を行うことができる。
When the current command value-actual current comparing
図５および図６は、診断指令部１３の動作を表すフローチャートである。この処理は３相モータ６の起動時から所定時間毎（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に起動する。
まず、図５において、ステップＳ１では、インターバルタイマ１５ヘカウントアップ指令を送信し、カウンタをインクリメントする。つまり、カウント値ｎ＝ｎ＋１としてステップＳ２へ進む。
FIGS. 5 and 6 are flowcharts showing the operation of the diagnosis command unit 13. This process is started every predetermined time (for example, every 100 msec) from the time when the three-
First, in FIG. 5, in step S1, a count-up command is transmitted to the
ステップＳ２では、インターバルタイマ１５のカウント値ｎが所定値ｎ１以上であるか否かを判断する。インターバルタイマ１５のカウント値ｎが所定値ｎ１以上である場合はステップＳ３へ進んで異常判定開始信号（Ｓｉｇ２＝ＯＮ）を指令電圧演算部１２および指令電圧切替部１４へ出力する。インターバルタイマ１５のカウント値ｎが所定値ｎ１未満である場合は、ＳＴＡＲＴへＲＥＴＵＲＮし、再度所定時間後にインターバルタイマ１５ヘカウントアップ指令を送信する。つまり、ｎ１を５とすると、５×所定時間（ここでは所定時間を１００ｍｓｅｃとしているので、５００ｍｓｅｃ）毎にステップＳ３へ進むことになる。
次に、ステップＳ４では、内部タイマをスタートさせる。つまり、異常判定開始信号を送信した時点からの時間を計時開始する。
In step S2, it is determined whether or not the count value n of the
Next, in step S4, an internal timer is started. That is, the time from the time when the abnormality determination start signal is transmitted is started.
ステップＳ５では、角速度演算部９にて算出された回転角速度ωreの変化量を算出して、回転角速度ωreの変化量が所定値以上となった場合にはステップＳ８へ進んでインターバルタイマ１５ヘクリア指令を送信して、カウント値ｎをクリア（カウント値を０）する。
ステップＳ５にて、角速度演算部９にて算出された回転角速度ωreの変化量が所定値未満と判定された場合はステップＳ６へ進んで、内部タイマの計時時間が所定時間（数ｍｓｅｃ程度の電流追従時間）以上となったか否かを判断し、所定時間未満であれば再度ステップＳ５へ戻り、所定時間以上であればステップＳ７へ進んで内部タイマをクリアする。 なお、ステップＳ５における回転角速度ωreの変化量は、上記の所定時間（数ｍｓｅｃ程度の電流追従時間）での回転角速度ωreの変化量であり、通常であれば殆ど一定値となるため、指令電圧演算部１２にて算出される診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）は略一定値となる。しかし、回転角速度ωreの変化量が所定値以上となった場合には、トルクショックがあったものと判断し、この場合には実電流値が診断電圧指令値に追従できなくなるおそれが有るため、ステップＳ８へ進んで、診断を行わずにＲＥＴＵＲＮするようにしている。
In step S5, the amount of change in the rotational angular velocity ωre calculated by the angular
If it is determined in step S5 that the change amount of the rotational angular velocity ωre calculated by the angular
次に、図６のステップＳ９では、診断指令部１３内のフラグ記憶部に記憶されているフラグが“１”であるか否かを判断し、“１”であればステップＳ１０へ進んで相電流変換部１１へＵ相選択信号を出力し、フラグが“１”でなければ（つまり“０”であれば）ステップＳ１２へ進んで相電流変換部１１へＶ相選択信号を出力する。
つまり、前回出力した相選択信号がＶ相選択信号である場合は相電流変換部１１へＵ相選択信号を出力し、前回出力した相選択信号がＵ相選択信号である場合は相電流変換部１１へＶ相選択信号を出力する。これにより、Ｕ相の電流センサ７−１とＶ相の電流センサ７−２を交互に診断することが可能となる。
Next, in step S9 in FIG. 6, it is determined whether or not the flag stored in the flag storage unit in the diagnosis command unit 13 is “1”. The U-phase selection signal is output to the current conversion unit 11, and if the flag is not “1” (that is, “0”), the process proceeds to step S 12 to output the V-phase selection signal to the phase current conversion unit 11.
That is, when the phase selection signal output last time is the V phase selection signal, the U phase selection signal is output to the phase current conversion unit 11, and when the phase selection signal output last time is the U phase selection signal, the phase current conversion unit. 11 outputs a V-phase selection signal. This makes it possible to diagnose the U-phase current sensor 7-1 and the V-phase current sensor 7-2 alternately.
次に、ステップＳ１１では、フラグを“０”に変更し、ステップＳ１３では、フラグを“１”に変更した後、ステップＳ１４へ行く。
ステップＳ１４では、電流指令値−実電流比較部１６へ診断信号（Ｓｉｇ３＝ＯＮ）を送信して、電流センサの診断（異常判定）を行う。この場合には、上記のステップＳ１０またはステップＳ１２で選択された電流センサが診断される。
Next, in step S11, the flag is changed to “0”. In step S13, the flag is changed to “1”, and then the process proceeds to step S14.
In step S14, a diagnostic signal (Sig3 = ON) is transmitted to the current command value-actual
ステップＳ１５では、インターバルタイマ１５ヘクリア指令を送信して、カウント値ｎをクリア（カウント値を０）する。そして、ステップＳ１６で、指令電圧切替部１４と指令電圧演算部１２へ異常判定終了信号（Ｓｉｇ２＝ＯＦＦ）を送信する。これにより指令電圧切替部１４では選択する電圧指令値をｄ軸指令電圧値Ｖｄ＊およびｑ軸指令電圧値Ｖｑ＊とし、指令電圧演算部１２では診断ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ_ｒ＊）および診断ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ_ｒ＊）の算出を停止する。また、電流指令値−実電流比較部１６へ診断終了信号（Ｓｉｇ３＝ＯＦＦ）を送信して、電流指令値−実電流比較部１６における電流センサの異常判定動作を停止させる。さらに、相電流変換部１１へも異常判定終了信号（Ｓｉｇ１＝ＯＦＦ）を送信して相電流変換部１１の変換動作を通常動作時の動作に戻す。
In step S15, a clear command is transmitted to the
上記のように、本実施例においては、
（１）電流フィードバックを一時的に停止してオープンループとし、診断電圧指令値に切り替え、
（２）時間変化する相電流ではなく２相変換後のｄ軸実電流値、ｑ軸実電流値を用いて、
（３）電流は追従するが、車両挙動には影響のでない数十ｍｓｅｃ程度の時間で、
（４）ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値（追従に十分な時間が経過した後の電流指令値）と検出したｄ軸実電流値、ｑ軸実電流値とを比較する。
（５）測定が終了したら、あるいは車両挙動に影響のある回転数変化が発生したら、電流フィードバック制御に復帰させる、ように構成している。
As described above, in this embodiment,
(1) Temporarily stop the current feedback to make it open loop and switch to the diagnostic voltage command value.
(2) Using the d-axis actual current value and the q-axis actual current value after the two-phase conversion instead of the time-varying phase current,
(3) The current follows, but in a time of about several tens of msec that does not affect the vehicle behavior,
(4) The d-axis current command value and the q-axis current command value (current command value after a sufficient time has elapsed for tracking) are compared with the detected d-axis actual current value and q-axis actual current value.
(5) It is configured to return to the current feedback control when the measurement is completed or when a rotational speed change that affects the vehicle behavior occurs.
なお、電圧指令値はたとえば誘起電圧を抑制するため、ｄ軸のみに回転数に応じて与えてもよい。
また、電流は数ｍｓｅｃで目標値に対して追従するが、車両においてトルク変動が体感できるのは数十ｍｓｅｃ以上を要する。したがって短時間であればモータの軸トルクが変動するような電流を通電しても運転者には違和感は生じない。
Note that the voltage command value may be given only to the d-axis according to the number of rotations in order to suppress the induced voltage, for example.
In addition, the current follows the target value in several milliseconds, but it takes several tens of milliseconds or more to experience torque fluctuation in the vehicle. Therefore, the driver does not feel uncomfortable even if a current that changes the shaft torque of the motor is applied for a short time.
本発明においては、異常検出時に、電圧指令値を所定時間のあいだ一定値としているので、電流の追従遅れがあっても上記所定時間の間に電圧指令値に対して電流指令値が追従するので、その間に電流指令値と実電流値とを比較すれば、電流センサの異常を精度良く判定することができる、という効果がある。そのため、電気自動車の駆動装置等に適用すれば、電流センサの異常検知を常時、かつ精度よく実施可能となるので、異常検出後に、異常な電流センサを切り離すことにより、走行状態にスムーズに移行可能である。 In the present invention, when the abnormality is detected, the voltage command value is set to a constant value for a predetermined time. Therefore, even if there is a delay in following the current, the current command value follows the voltage command value during the predetermined time. If the current command value and the actual current value are compared in the meantime, there is an effect that the abnormality of the current sensor can be accurately determined. Therefore, if applied to a drive device for an electric vehicle, the abnormality detection of the current sensor can be carried out constantly and accurately, so that it is possible to smoothly shift to the running state by disconnecting the abnormal current sensor after the abnormality detection. It is.
１…電流指令値演算部 ２…電流ＰＩ制御部
３…２相３相変換器 ４…ＰＷＭ変換部
５…インバータ ６…３相モータ
７−１、７−２…電流センサ ８…回転角検出部
９…角速度演算部 １０…３相／２相変換部
１１…相電流変換部 １２…指令電圧演算部
１３…診断指令部 １４…指令電圧切替部
１５…インターバルタイマ １６…電流指令値−実電流比較部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電流検出手段によって検出された実電流を、ｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値に変換する実電流変換手段と、
ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを演算する電流指令値演算部と、
前記電流指令値演算部にて演算されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記実電流変換手段によって変換されたｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値とに基づいてｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて３相電動機の各相巻線へ印加する電圧を制御して電動機を駆動する電動機駆動手段と、を備えた３相電動機の制御装置における前記電流検出手段の異常検出方法であって、
前記電流検出手段の異常判定時には、前記ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記ｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値とに基づくｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値の演算を停止して、前記ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値をそれぞれ所定の一定値にすると共に、前記実電流変換手段によって変換されたｄ軸実電流値とｄ軸電流指令値およびｑ軸実電流値とｑ軸電流指令値とをそれぞれ比較して、ｄ軸実電流値とｄ軸電流指令値との差またはｑ軸実電流値とｑ軸電流指令値との差のうち、少なくともどちらか一方が所定値以上となった場合に前記電流検出手段の異常と判定することを特徴とする３相電動機の異常検出方法。 Current detection means for detecting an actual current that flows through each phase winding of the three-phase motor;
Real current conversion means for converting the actual current detected by the current detection means into a d-axis actual current value and a q-axis actual current value;
a current command value calculation unit for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value;
D-axis voltage based on the d-axis current command value and q-axis current command value calculated by the current command value calculation unit and the d-axis actual current value and q-axis actual current value converted by the actual current conversion means. Voltage command value calculating means for calculating the command value and the q-axis voltage command value;
Motor driving means for controlling the voltage applied to each phase winding of the three-phase motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value calculated by the voltage command value calculating means, and driving the motor. An abnormality detection method for the current detection means in a control device for a three-phase motor provided,
At the time of abnormality determination of the current detection means, calculation of a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value based on the d-axis current command value and the q-axis current command value and the d-axis actual current value and the q-axis actual current value And the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are set to predetermined constant values, respectively, and the d-axis actual current value, the d-axis current command value converted by the actual current converting means, and the q-axis The actual current value and the q-axis current command value are respectively compared, and at least either of the difference between the d-axis actual current value and the d-axis current command value or the difference between the q-axis actual current value and the q-axis current command value. An abnormality detection method for a three-phase motor, characterized in that when one of the values exceeds a predetermined value, it is determined that the current detection means is abnormal.
Ｖｄ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊０−ωre×Ｌｑ×Ｉｑ＊０
Ｖｑ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｑ＊０＋ωre×Ｌｄ×Ｉｄ＊０＋ωre×φａ
ただし、
Ｒａ：巻線抵抗値
Ｉｄ＊０：異常判定開始時のｄ軸電流指令値
Ｉｑ＊０：異常判定開始時のｑ軸電流指令値
ωre：電動機回転数
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
φａ：永久磁石の発生する磁束 3. The three-phase according to claim 2, wherein the d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the q-axis voltage command value (Vq_r * ) are set based on the following formulas when determining abnormality of the current detection means. An abnormality detection method for an electric motor.
Vd_r * = Ra × Id * 0−ωre × Lq × Iq * 0
Vq_r * = Ra × Iq * 0 + ωre × Ld × Id * 0 + ωre × φa
However,
Ra: Winding resistance value Id * 0: d-axis current command value at the start of abnormality determination Iq * 0: q-axis current command value at the start of abnormality determination ωre: Motor rotation speed Ld: d-axis inductance Lq: q-axis inductance φa : Magnetic flux generated by a permanent magnet
Ｖｄ_ｒ＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊０−Ｖｄ１
Ｖｑ_ｒ＊＝ωre×φａ
ただし、
Ｒａ：巻線抵抗値
Ｉｄ＊０：異常判定開始時のｄ軸電流指令値
Ｖｄ１：回転数に応じて定められた弱め界磁電圧
ωre：電動機回転数
φａ：永久磁石の発生する磁束 3. The three-phase according to claim 2, wherein the d-axis voltage command value (Vd_r * ) and the q-axis voltage command value (Vq_r * ) are set based on the following formulas when determining abnormality of the current detection means. An abnormality detection method for an electric motor.
Vd_r * = Ra × Id * 0−Vd1
Vq_r * = ωre × φa
However,
Ra: Winding resistance value Id * 0: d-axis current command value at the start of abnormality determination Vd1: field-weakening voltage determined according to the rotational speed ωre: motor speed φa: magnetic flux generated by a permanent magnet
第１の電流検出手段のみを用い、第１の電流検出手段で検出した第１相の電流の位相を１２０°ずらした電流を第２相の電流として前記異常判定を行った場合に異常が検出された場合は第１の電流検出手段が異常であり、
第２の電流検出手段のみを用い、第２の電流検出手段で検出した第２相の電流の位相を１２０°ずらした電流を第１相の電流として前記異常判定を行った場合に異常が検出された場合は第２の電流検出手段が異常である、判定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の３相電動機の異常検出方法。 Of the three-phase current of the three-phase motor, the first-phase current detection means for detecting the first-phase current and the second-current detection means for detecting the second-phase current are provided, and the third-phase current is When calculating from the current of the first and second phases,
Abnormality is detected when the abnormality determination is performed using only the first current detection means and the current of the first phase detected by the first current detection means being shifted by 120 ° as the current of the second phase. If the first current detection means is abnormal,
Abnormality is detected when the abnormality determination is performed using only the second current detection means and the current of the second phase detected by the second current detection means is shifted by 120 ° as the first phase current. 6. The abnormality detection method for a three-phase motor according to claim 1, wherein if it is determined, the second current detection means is determined to be abnormal.
前記電流検出手段によって検出された実電流を、ｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値に変換する実電流変換手段と、
ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを演算する電流指令値演算部と、
前記電流指令値演算部にて演算されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記実電流変換手段によって変換されたｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値とに基づいてｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて３相電動機の各相巻線へ印加する電圧を制御して電動機を駆動する電動機駆動手段と、を備えた３相電動機の制御装置における電流検出手段の異常検出装置であって、
前記電流検出手段の異常判定時には、前記ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記ｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値とに基づくｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値の演算を停止して、前記ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値をそれぞれ所定の一定値にすると共に、前記実電流変換手段によって変換されたｄ軸実電流値とｄ軸電流指令値およびｑ軸実電流値とｑ軸電流指令値とをそれぞれ比較して、ｄ軸実電流値とｄ軸電流指令値との差またはｑ軸実電流値とｑ軸電流指令値との差のうち、少なくともどちらか一方が所定値以上となった場合に前記電流検出手段の異常と判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする３相電動機の異常検出装置。 Current detection means for detecting an actual current that flows through each phase winding of the three-phase motor;
Real current conversion means for converting the actual current detected by the current detection means into a d-axis actual current value and a q-axis actual current value;
a current command value calculation unit for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value;
D-axis voltage based on the d-axis current command value and q-axis current command value calculated by the current command value calculation unit and the d-axis actual current value and q-axis actual current value converted by the actual current conversion means. Voltage command value calculating means for calculating the command value and the q-axis voltage command value;
Motor driving means for controlling the voltage applied to each phase winding of the three-phase motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value calculated by the voltage command value calculating means, and driving the motor. An abnormality detection device for current detection means in a control device for a three-phase motor provided,
At the time of abnormality determination of the current detection means, calculation of a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value based on the d-axis current command value and the q-axis current command value and the d-axis actual current value and the q-axis actual current value And the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are set to predetermined constant values, respectively, and the d-axis actual current value, the d-axis current command value converted by the actual current converting means, and the q-axis The actual current value and the q-axis current command value are respectively compared, and at least either of the difference between the d-axis actual current value and the d-axis current command value or the difference between the q-axis actual current value and the q-axis current command value. An abnormality detection device for a three-phase motor, comprising abnormality determination means for determining that the current detection means is abnormal when one of the values exceeds a predetermined value.
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|---|---|---|---|
| JP2003276406A JP2005039964A (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Detection method and device for failure in three-phase motor |
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