JP2012105402A - Control device for rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of the rotating machine. .
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、モータジェネレータに対する要求トルクと電気角速度とに基づき電力変換回路（インバータ）の出力電圧ベクトルのノルムを開ループで設定し、モータジェネレータの実際のトルクをフィードバック制御すべく上記出力電圧の位相を操作するものも提案されている。ここでは、さらに、モータジェネレータに流れる電流の位相をフィードバック制御するための操作量として出力電圧ベクトルのノルムの補正量を積分制御器によって算出することも提案されている。これにより、開ループ制御によって設定されたノルムに誤差が生じた場合であっても、ノルムを適切な値に補正することができるとしている。
As this type of control device, for example, as seen in
ただし、モータジェネレータを流れる電流が小さい場合、位相を精度良く検出することができない。このため、モータジェネレータを流れる電流が小さい場合には、ノルムの補正量の算出精度が低下し、ひいては、インバータの出力電圧ベクトルのノルムの設定精度が補正によってさらに低下するおそれがあることが発明者らによって見出された。 However, when the current flowing through the motor generator is small, the phase cannot be detected with high accuracy. For this reason, when the current flowing through the motor generator is small, the calculation accuracy of the norm correction amount is lowered, and consequently the setting accuracy of the norm of the output voltage vector of the inverter may be further reduced by the correction. And the like.
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電力変換回路の出力電圧ベクトルのノルムをフィードバック補正するものにあって、このフィードバック補正精度の低下を好適に抑制することのできる新たな回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in the process of solving the above-mentioned problems, and its object is to perform feedback correction on the norm of the output voltage vector of the power conversion circuit, and to appropriately suppress this decrease in feedback correction accuracy. It is an object of the present invention to provide a new control device for a rotating machine.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.
請求項１記載の発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記回転機を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流のいずれか一方と前記回転機のトルクとの少なくとも一方をフィードバック制御するための操作量として前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段と、前記回転機のトルクに関するパラメータおよび前記回転機の回転速度を入力として前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの基本ノルムを設定する基本ノルム設定手段と、前記位相設定手段とは別のパラメータを制御量とするフィードバック制御手段であって且つ前記回転機を流れる電流をフィードバック制御するための操作量として前記基本ノルムの補正量を算出し、該補正量によって前記基本ノルムを補正する補正手段と、前記位相設定手段および前記補正手段の出力に基づき、前記電力変換回路を操作する操作手段とを備え、前記回転機に対する電流の指令値は、その振幅値がゼロよりも大きい規定値以上となるように設定されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of the rotating machine. The phase of the output voltage vector of the power conversion circuit as an operation amount for feedback control of at least one of the q-axis current and the d-axis current flowing through the rotating machine and the torque of the rotating machine. Phase setting means for setting a parameter, a basic norm setting means for setting a basic norm of an output voltage vector of the power conversion circuit with a parameter relating to the torque of the rotating machine and a rotation speed of the rotating machine as inputs, and the phase setting means, Is a feedback control means using another parameter as a controlled variable, and feeds back the current flowing through the rotating machine. A correction amount of the basic norm is calculated as an operation amount for controlling, and the power conversion circuit is operated based on outputs of a correction unit that corrects the basic norm by the correction amount, the phase setting unit, and the correction unit. And a command value of the current for the rotating machine is set such that the amplitude value is not less than a specified value greater than zero.
上記発明では、指令値の振幅値が規定値以上となるように設定されているため、基本ノルムの補正量を算出する際の入力パラメータとしてのフィードバック制御量が過度に小さくなる事態を好適に抑制することができる。このため、基本ノルムのフィードバック補正精度の低下を好適に抑制することができる。 In the above invention, since the amplitude value of the command value is set to be equal to or greater than the specified value, the situation where the feedback control amount as the input parameter when calculating the correction amount of the basic norm is suitably suppressed is suitably suppressed. can do. For this reason, it is possible to suitably suppress a decrease in the feedback correction accuracy of the basic norm.
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電流の指令値は、その振幅値が規定値となる領域を有し、該領域においてｑ軸の電流の絶対値が減少するにつれてｄ軸の電流の絶対値が大きくなるように設定されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the command value of the current has a region where the amplitude value becomes a specified value, and the absolute value of the q-axis current decreases in the region. The absolute value of the d-axis current is set to be large.
上記発明では、振幅値がその最小値（規定値）となる領域を有するため、規定値となるのが単一の点である場合と比較して、振幅値の大きさを極力大きくすることが容易となる。特に、ｑ軸の電流の絶対値が減少するにつれてｄ軸の電流の絶対値が大きくなるようにすることで、トルクがゼロとなる指令電流まで適切な設定を行うことができる。 In the above invention, since the amplitude value has a region where the minimum value (specified value) is obtained, the amplitude value can be increased as much as possible as compared with the case where the specified value is a single point. It becomes easy. In particular, by setting the absolute value of the d-axis current to increase as the absolute value of the q-axis current decreases, an appropriate setting can be made up to a command current at which the torque becomes zero.
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記電流の指令値は、前記振幅値が規定値よりも大きい領域では最小電流最大トルク制御を実現するための値に設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the command value of the current is set to a value for realizing minimum current / maximum torque control in a region where the amplitude value is larger than a specified value. It is characterized by.
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、前記回転機を流れる電流の位相をフィードバック制御することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the correction means feedback-controls the phase of the current flowing through the rotating machine.
電流の位相は、電流の振幅がゼロである場合には不定となり、また電流の振幅が小さい場合にはその検出精度が低下しやすい。このため、上記発明は、上記指令値の設定のメリットが大きい。 The phase of the current becomes indefinite when the amplitude of the current is zero, and the detection accuracy tends to decrease when the amplitude of the current is small. For this reason, the said invention has the big merit of the setting of the said command value.
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、前記回転機を流れる電流の振幅をフィードバック制御することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the correction means feedback-controls an amplitude of a current flowing through the rotating machine.
電流の振幅が小さい場合、その検出精度が低下しやすい。このため、上記発明は、上記指令値の設定のメリットが大きい。 When the amplitude of the current is small, the detection accuracy tends to be lowered. For this reason, the said invention has the big merit of the setting of the said command value.
請求項６記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、前記回転機を流れるｑ軸電流をフィードバック制御することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the correction means feedback-controls a q-axis current flowing through the rotating machine.
電流の振幅が小さい場合、ｑ軸電流の検出精度が低下しやすい。このため、上記発明は、上記指令値の設定のメリットが大きい。 When the amplitude of the current is small, the detection accuracy of the q-axis current tends to decrease. For this reason, the said invention has the big merit of the setting of the said command value.
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、ｑ軸電流がゼロとなる場合、前記補正量の算出手法を切り替え、前記回転機を流れるｄ軸電流をフィードバック制御するための操作量として前記補正量を算出することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of
ｑ軸電流がゼロとなる場合、ｑ軸電流や位相の検出精度が低下する。また、この場合、同一のトルクを実現するｄ軸電流が複数通り存在することとなる。上記発明では、この点に鑑み、ｑ軸電流がゼロとなる場合に補正量の算出手法を切り替えた。 When the q-axis current becomes zero, the detection accuracy of the q-axis current and the phase decreases. In this case, there are a plurality of d-axis currents that realize the same torque. In the above invention, in view of this point, the calculation method of the correction amount is switched when the q-axis current becomes zero.
請求項８記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記補正手段は、前記回転機を流れるｄ軸電流をフィードバック制御することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the correction means feedback-controls the d-axis current flowing through the rotating machine.
電流の振幅が小さい場合、ｄ軸電流の検出精度が低下しやすい。このため、上記発明は、上記指令値の設定のメリットが大きい。 When the current amplitude is small, the detection accuracy of the d-axis current tends to decrease. For this reason, the said invention has the big merit of the setting of the said command value.
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記位相設定手段は、前記回転機のトルクをフィードバック制御するものであることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, the phase setting means feedback-controls the torque of the rotating machine.
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a rotating machine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。 FIG. 1 shows a system configuration diagram according to the present embodiment.
モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
The
モータジェネレータ１０は、インバータＩＶおよび昇圧コンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＶは、高電圧バッテリ１２の電圧（百Ｖ以上：例えば「２８８Ｖ」）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧するものである。一方、インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ＊ｐ，Ｄ＊ｎが逆並列に接続されている。
本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の回転角度θ（電気角）を検出する回転角度センサ１５を備えている。また、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６，１７，１８を備えている。さらに、インバータＩＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ１９を備えている。
In this embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the
上記各種センサの検出値は、インターフェース１３を介して低圧システムを構成する制御装置１４に取り込まれる。制御装置１４では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶや昇圧コンバータＣＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎを操作する信号が、操作信号ｇ＊ｐ，ｇ＊ｎである。また、昇圧コンバータＣＶの２つのスイッチング素子を操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｃｎである。
The detection values of the various sensors are taken into the
図２に、上記インバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。 FIG. 2 shows a block diagram of processing relating to generation of the operation signal of the inverter IV.
図示されるように、本実施形態では、電流フィードバック制御部２０および過変調制御部３０を備えている。以下では、「電流フィードバック制御部２０の処理」、「過変調制御部３０の処理」、「電流フィードバック制御部２０の処理と過変調制御部３０の処理との切り替え処理」の順に説明した後、最後に「過変調制御部３０のノルム補正」について詳述する。
「電流フィードバック制御部２０の処理」
モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、２相変換部５０において、回転２相座標系の実電流であるｄ軸上の実電流ｉｄとｑ軸上の実電流ｉｑとに変換される。詳しくは、２相変換部５０の出力のｑ軸成分は、ローパスフィルタ２２にて高周波成分がカットされ、また、２相変換部５０の出力するｄ軸成分は、ローパスフィルタ２３にて高周波成分がカットされる。一方、指令電流設定部２１は、要求トルクＴｒに基づき、回転２相座標系の電流の指令値であるｄ軸上の指令電流ｉｄｒおよびｑ軸上の指令電流ｉｑｒを設定する。ここでは、基本的には、最小の電流で最大のトルクとなる最小電流最大トルク制御を実現可能なように指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒが設定されている。
As illustrated, the present embodiment includes a current
“Processing of Current
The currents iu, iv, iw flowing through the phases of the
フィードバック制御部２４は、ｄ軸上の実電流ｉｄを指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量としてのｄ軸上の指令電圧ｖｄｒを算出する。一方、フィードバック制御部２５は、ｑ軸上の実電流ｉｑを指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量としてのｑ軸上の指令電圧ｖｑｒを算出する。詳しくは、フィードバック制御部２４，２５では、比例制御器の出力と積分制御器の出力とを加算することで上記算出を行う。
The
３相変換部２６では、回転２相座標系の指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒを、３相の指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒに変換する。ＰＷＭ信号生成部２７では、３相の指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒと、電源電圧ＶＤＣとに基づき、ＰＷＭ処理によって、操作信号ｇ＊ｐ，ｇ＊ｎを生成する。本実施形態では、特に、３相の指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒを２相変調して且つ電源電圧ＶＤＣにて規格化した信号と三角波形状のキャリアとの大小比較に基づき操作信号を生成する。
「過変調制御部３０の処理」
トルク推定部３１では、モータジェネレータ１０を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流（ローパスフィルタ２２，２３の出力）に基づき、推定トルクＴｅを算出する。そして、位相設定部３２では、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として位相δを算出する。この位相δは、推定トルクＴｅと要求トルクＴｒとの差を入力とする比例制御器と積分制御器との各出力の和として算出されるものである。
The three-
“Processing of Overmodulation Control Unit 30”
The
ノルム設定部３３では、要求トルクＴｒおよび電気角速度ωとインバータＩＶの出力電圧ベクトルの基本ノルムＶｎ１との関係を記憶したマップを用い、要求トルクＴｒおよび電気角速度ωを入力として基本ノルムＶｎ１を設定する。ここで、ベクトルのノルムは、ベクトルの各成分の２乗の和の平方根によって定義される。なお、ここでの基本ノルムＶｎ１は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒと同一の要求事項を満たすように設計されている。すなわち、基本的には最小電流最大トルク制御を実現可能なように設計されている。
The
一方、指令位相算出部３４は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを入力として、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を算出する。実位相算出部３５は、モータジェネレータ１０を流れる実際のｄ軸およびｑ軸の電流を入力として、その位相を算出する。補正量算出部３６では、実位相算出部３５によって算出される位相を指令位相算出部３４によって算出される位相にフィードバック制御するための操作量として、基本ノルムＶｎ１の補正量ΔＶｎを算出する。この補正量ΔＶｎは、比例制御器と積分制御器との各出力の和として算出される。
On the other hand, the command
一方、ｄ軸フィードバック制御部３７では、モータジェネレータ１０を流れるｄ軸電流を指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量として、基本ノルムＶｎ１の補正量ΔＶｎを算出する。そしてセレクタ３８では、これら補正量算出部３６およびｄ軸フィードバック制御部３７のそれぞれの出力する補正量ΔＶｎのうちのいずれか一方を選択的に補正部３９に出力する。補正部３９では、基本ノルムＶｎ１を補正量ΔＶｎにて補正することでノルムＶｎを算出する。
On the other hand, the d-axis
そして、操作信号生成部４０では、上記位相設定部３２の設定する位相δと、上記補正部３９の出力するノルムＶｎと、電源電圧ＶＤＣと、回転角度θとに基づき、操作信号ｇ＊ｐ，ｇ＊ｎを生成する。詳しくは、操作信号生成部４０は、変調率毎に、電気角の１回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。
In the operation
操作信号生成部４０では、電源電圧ＶＤＣとノルムＶｎとに基づき、変調率を算出し、これに応じて、該当する操作信号波形を選択する。ここで、上記変調率の上限は、矩形波制御時の変調率である「１．２７」とされている。このため、変調率が最大値「１．２７」となる場合には、操作信号波形として、矩形波制御時の波形である電気角の１回転周期に高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐがオン状態とされる期間と低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎがオン状態とされる期間とのそれぞれを１回ずつとする波形（１パルス波形）が選択される。一方、変調率の下限は、電流フィードバック制御部２０によって設定される指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒに応じた３つの線間電圧をインバータＩＶの入力電圧によって実現することのできる上限値である「１．１５」に設定されている。すなわち、２相変調された信号をインバータＩＶの入力電圧によって実現することのできる上限値に設定されている。
The operation
こうして操作信号波形が選択されると、操作信号生成部４０では、この波形の出力タイミングを上記位相設定部３２の設定する位相δに基づき設定することで、操作信号を生成する。
「電流フィードバック制御部２０による制御と過変調制御部３０による制御との切り替え」
図３に、本実施形態にかかる上記切替処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
When the operation signal waveform is selected in this way, the operation
“Switching between control by the current
FIG. 3 shows the procedure of the switching process according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップＳ１０において変調率Ｍを算出する。そして、変調率Ｍが「１．１５」以上である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、過変調制御を行い（ステップＳ１４）、変調率Ｍが「１．１５」未満である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、電流フィードバック制御を行なう（ステップＳ１６）。
「過変調制御部３０のノルム補正」
本実施形態では、基本的に、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相のフィードバック制御によってノルムＶｎ１を補正する。これは、基本ノルムＶｎ１が最小電流最大トルク制御を実現する上で適切な値からずれる場合に、これを補償するためのものである。すなわち、ノルムが最小電流最大トルク制御を実現するうえで適切な値よりも大きく設定される場合、図４（ａ）に示すように、実際の電流ベクトルＩが最小電流最大トルク制御を実現する上で適切な電流（図中、２点鎖線にて示す指令電流ベクトルの終点の軌跡）とはならない。ここで、図の波線は、インバータＩＶの出力電圧ベクトルノルムによって実現可能な電流ベクトルＩのノルムである。図４（ａ）に示す現象は、位相設定部３２によってトルクフィードバック制御がなされることで推定トルクＴｅが要求トルクＴｒとなったとしても、与えられたノルムでこれを満たす電流の位相が指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相から離間するものである。
In this series of processing, first, the modulation factor M is calculated in step S10. When the modulation factor M is “1.15” or more (step S12: YES), overmodulation control is performed (step S14), and when the modulation factor M is less than “1.15” (step S12: NO). ), Current feedback control is performed (step S16).
"Norm correction of overmodulation control unit 30"
In the present embodiment, the norm Vn1 is basically corrected by feedback control of the phase of the current flowing through the
これに対し、補正量算出部３６を備えることで、図４（ｂ）に示すように、ノルムＶｎが適切な値に補正され、ひいては電流ベクトルＩを最小電流最大トルク制御を実現可能な値とすることができる。
On the other hand, by providing the correction
ただし、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを最小電流最大トルク制御を全域において実現可能なように設定する場合、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒのベクトルノルムがゼロまで減少することとなる。一方、モータジェネレータ１０を流れる電流の振幅が小さい場合には、補正量算出部３６による補正を行なうと、以下の理由により、ノルムＶｎがかえって適切な値から大きくずれるおそれがある。すなわち、振幅がゼロであるなら電流の位相を定義することができない。また、ｑ軸電流が小さい場合、電流センサ１６，１７，１８の検出精度の限界からｑ軸電流が正であるのか負であるのかを高精度に特定することができず、ひいては検出される位相の誤差が大きくなるおそれがある。このため、振幅が小さい場合には、補正量ΔＶｎの算出精度が低下し、ひいてはノルムＶｎが過度に大きくなったり過度に小さくなったりするおそれがある。ここで、ノルムＶｎが過度に大きくなる場合には、位相設定部３２によって操作される位相に対するモータジェネレータ１０のトルクの変化が大きくなるため、モータジェネレータ１０に顕著なトルク脈動が生じるおそれがある。
However, when the command currents idr and iqr are set so that the minimum current and maximum torque control can be realized in the entire region, the vector norm of the command currents idr and iqr decreases to zero. On the other hand, when the amplitude of the current flowing through the
そこで本実施形態では、図５に示すように、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒのベクトルノルムがゼロよりも大きい規定値以上となるように、モータジェネレータ１０を流れる電流の低振幅領域における指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを、最小電流最大トルク制御を実現可能なものから変更する。詳しくは、最小電流最大トルク制御を実現可能な指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒのベクトルノルムが規定値となることで、この規定値を保つように、ｄｑ軸上で円弧を描く指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒに変更する。この円弧上の電流は、最小電流最大トルク制御を実現可能な指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒのベクトルノルムが規定値となる際の要求トルクＴｒよりも小さい要求トルクを実現するためのものである。詳しくは、要求トルクＴｒが小さいほど、ｑ軸の指令電流ｉｑｒが小さくｄ軸の指令電流ｉｄｒの絶対値が大きくなる。なお、図中の破線は、ベクトルノルムが規定値未満となる領域における最小電流最大トルク制御を実現可能な電流である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the command currents idr, iqr in the low amplitude region of the current flowing through the
上記規定値は、電流センサ１６，１７，１８による検出精度等に起因してフィードバック制御の制御性が低下する上限値以上に設定される。 The specified value is set to be equal to or higher than an upper limit value at which the controllability of the feedback control is lowered due to the detection accuracy by the current sensors 16, 17 and 18.
こうした設定によれば、補正量算出部３６によって算出される補正量ΔＶｎを高精度なものとすることができる。ただし、この場合、要求トルクＴｒがゼロとなることに対応してｑ軸の指令電流ｉｑｒもゼロとなる点が存在し、この点においては、補正量算出部３６による制御の制御性が低下するおそれがある。これは、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる位相においては、ｄ軸の電流の絶対値を任意に設定することができ、これに対して位相設定部３２はなんら制約を課さないためである。
According to such setting, the correction amount ΔVn calculated by the correction
こうした点に鑑み、本実施形態では、ｄ軸フィードバック制御部３７を備えた。図６に、補正量算出部３６とｄ軸フィードバック制御部３７との切り替え処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
In view of these points, the present embodiment includes a d-axis
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、過変調制御中であるか否かを判断する。そしてステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２２において、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロであるか否かを判断する。この処理は、ｄ軸フィードバック制御部３７によって算出される補正量ΔＶｎを採用するか否かを判断するためのものである。そして、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロである場合、ステップＳ２４において、ｄ軸フィードバック制御部３７の補正量ΔＶｎを採用する。これに対し、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロではない場合、ステップＳ２６において、補正量算出部３６によって算出される補正量ΔＶｎを採用する。なお、補正量算出部３６による制御からｄ軸フィードバック制御部３７による制御への切り替えに際しては、補正量算出部３６の積分制御器の値をｄ軸フィードバック制御部３７の積分制御器の初期値とすればよい。また、ｄ軸フィードバック制御部３７による制御から補正量算出部３６による制御への切り替えに際しては、ｄ軸フィードバック制御部３７の積分制御器の値を補正量算出部３６の積分制御器の初期値とすればよい。
In this series of processes, first, in step S20, it is determined whether overmodulation control is being performed. If an affirmative determination is made in step S20, it is determined in step S22 whether or not the q-axis command current iqr is zero. This process is for determining whether or not the correction amount ΔVn calculated by the d-axis
上記ステップＳ２４，Ｓ２６の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。 When the processes of steps S24 and S26 are completed, or when a negative determination is made in step S20, this series of processes is temporarily terminated.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
（１）指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを、基本的には最小電流最大トルク制御を実現可能な設定としつつも、そのベクトルノルムが規定値となることで、ノルムの減少を回避すべく、設定を変更した。これにより、基本ノルムＶｎ１のフィードバック補正精度の低下を好適に抑制することができる。 (1) The command currents idr and iqr are basically set so that the minimum current and maximum torque control can be realized, but the setting is changed to avoid a decrease in the norm because the vector norm becomes a specified value. did. Thereby, the fall of the feedback correction precision of basic norm Vn1 can be suppressed suitably.
（２）最小電流最大トルク制御を実現可能なベクトルノルムが規定値となることで、ｑ軸の電流の絶対値が減少するにつれてｄ軸の電流の絶対値が大きくなる円弧状の指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒに変更した。このように、ベクトルノルムが規定値となる領域を有するようにすることで、規定値となるのが１点である場合と比較して、モータジェネレータ１０を流れる電流の振幅値の大きさ（電流のベクトルノルム）を極力大きくすることが容易となる。特に、ｑ軸の電流の絶対値が減少するにつれてｄ軸の電流の絶対値が大きくなるようにすることで、トルクがゼロとなる指令電流まで適切な設定を行うことができる。 (2) Since the vector norm capable of realizing the minimum current / maximum torque control becomes a specified value, the arc-shaped command current idr, in which the absolute value of the d-axis current increases as the absolute value of the q-axis current decreases, Changed to iqr. In this way, by providing a region where the vector norm has a specified value, the magnitude of the amplitude value of the current flowing through the motor generator 10 (current) is compared to the case where the specified value is a single point. It is easy to increase the vector norm of the maximum possible. In particular, by setting the absolute value of the d-axis current to increase as the absolute value of the q-axis current decreases, an appropriate setting can be made up to a command current at which the torque becomes zero.
（３）ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合、ｄ軸フィードバック制御部３７によって算出される補正量ΔＶｎを採用した。これにより、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合であっても、補正量ΔＶｎを高精度に算出することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(3) When the q-axis command current iqr becomes zero, the correction amount ΔVn calculated by the d-axis
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図７に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図７において、先の図２に示した処理に対応する処理については便宜上同一の符号を付している。 FIG. 7 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 7, processes corresponding to the processes shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、基本ノルムＶｎ１の補正量として、基本的には、モータジェネレータ１０を流れる電流の振幅のフィードバック制御にかかる操作量を用いる。すなわち、指令振幅算出部６０では、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを入力として、その振幅（ベクトルノルム）を算出する。また、実振幅算出部６２では、モータジェネレータ１０を流れるｄ軸およびｑ軸の電流を入力として、その振幅を算出する。補正量算出部３６では、実振幅算出部６２によって算出された振幅を指令振幅算出部６０によって算出された振幅にフィードバック制御するための操作量として、基本ノルムＶｎ１の補正量ΔＶｎを算出する。ここで、補正量算出部３６は、積分制御器および比例制御器の出力の和として操作量を算出するものである。
As shown in the figure, in the present embodiment, an operation amount related to feedback control of the amplitude of the current flowing through the
ここで、本実施形態でも、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを、先の図５に示した設定とする。これは、電流の振幅が小さいと、補正量算出部３６による制御性が低下するためである。また、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合には、ｄ軸フィードバック制御部３７による制御に切り替える。これは、振幅にはｄ軸の電流が正および負を特定する情報が含まれないために、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合、補正量算出部３６および位相設定部３２による制御によっては、ｄ軸の電流を高精度に制御することができなくなるおそれがあるためである。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
Here, also in this embodiment, the command currents idr and iqr are set as shown in FIG. This is because if the current amplitude is small, the controllability by the
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図８に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図８において、先の図２に示した処理に対応する処理については便宜上同一の符号を付している。 FIG. 8 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 8, processes corresponding to the processes shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態では、基本ノルムＶｎ１の補正量として、基本的には、モータジェネレータ１０を流れるｑ軸電流のフィードバック制御にかかる操作量を用いる。すなわち、補正量算出部３６では、モータジェネレータ１０を流れるｑ軸電流を指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量として、基本ノルムＶｎ１の補正量ΔＶｎを算出する。ここで、補正量算出部３６は、積分制御器および比例制御器の出力の和として操作量を算出するものである。
As shown in the figure, in the present embodiment, as the correction amount of the basic norm Vn1, an operation amount related to feedback control of the q-axis current flowing through the
ここで、本実施形態でも、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを、先の図５に示した設定とする。これは、電流の振幅が小さいと、補正量算出部３６による制御性が低下するためである。また、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合には、ｄ軸フィードバック制御部３７による制御に切り替える。これは、ｑ軸の指令電流ｉｑｒがゼロとなる場合、補正量算出部３６および位相設定部３２による制御によっては、ｄ軸の電流が正となったり、その絶対値が過度に大きくなったりするおそれがあるためである。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
Here, also in this embodiment, the command currents idr and iqr are set as shown in FIG. This is because if the current amplitude is small, the controllability by the
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図９に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した処理に対応する処理については便宜上同一の符号を付している。 FIG. 9 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 9, processes corresponding to the processes shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、基本ノルムＶｎ１の補正量として、常時、ｄ軸フィードバック制御部３７によって算出される補正量ΔＶｎを用いる。
As illustrated, in the present embodiment, the correction amount ΔVn calculated by the d-axis
ここで、本実施形態でも、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを、先の図５に示した設定とする。これは、電流の振幅が小さいと、ｄ軸フィードバック制御部３７による制御性が低下するためである。これは、振幅が小さい場合、電流センサ１６，１７，１８の検出精度の限界からｄ軸電流の検出精度が低下することによる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
「指令電流の設定について」
指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとしては、そのベクトルノルムの最小値がゼロよりも大きい規定値となって且つ規定値となる領域を有するものに限らない。例えば最小値となるのが単一の要求トルクＴｒに対応する設定であってもよい。これは例えば先の図５において、振幅一定の領域である円弧を、その領域の両端部を結ぶ線分に変更することで行うことができる。ただし、この場合であっても、最小値は、電流センサ１６，１７，１８の検出精度の低下や、フィードバック制御量の算出精度の低下に起因した補正量ΔＶｎの算出精度の低下を抑制または回避するための下限値以上に設定することが望ましい。
Here, also in this embodiment, the command currents idr and iqr are set as shown in FIG. This is because the controllability by the d-axis
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
“Setting command current”
The command currents idr and iqr are not limited to those having a region where the minimum value of the vector norm is a specified value larger than zero and becomes the specified value. For example, the minimum value may be a setting corresponding to a single required torque Tr. This can be done, for example, by changing the arc that is a constant amplitude region in FIG. 5 to a line segment that connects both ends of the region. However, even in this case, the minimum value suppresses or avoids a decrease in the calculation accuracy of the correction amount ΔVn due to a decrease in the detection accuracy of the current sensors 16, 17, and 18 and a decrease in the calculation accuracy of the feedback control amount. It is desirable to set it above the lower limit value.
指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの設定としては、基本的には、最小電流最大トルク制御を実現可能なように設定されるものに限らない。例えば基本的には最大効率制御を実現可能なように設定されるもの等であってもよい。ただし、この場合、基本ノルムＶｎ１についても基本的には最大効率制御を実現可能なように設定されることが望ましい。 Basically, the setting of the command currents idr and iqr is not limited to that which can realize the minimum current and maximum torque control. For example, it may be basically set such that maximum efficiency control can be realized. However, in this case, it is desirable that the basic norm Vn1 is basically set so that the maximum efficiency control can be realized.
なお、上記第１の実施形態では、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとして、力行時のものを例示したが回生時においても同様にして指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを定義することができる。ちなみに、力行、回生を問わず、ｄ軸電流についてはゼロ以下となるようにすることが望ましい。 In the first embodiment, the command currents idr and iqr are exemplified as those at the time of powering. However, the command currents idr and iqr can be defined in the same manner at the time of regeneration. Incidentally, it is desirable that the d-axis current be zero or less regardless of power running or regeneration.
「補正手段について」
ｄ軸フィードバック制御部３７の補正量ΔＶｎを採用する条件としては、ｑ軸の電流がゼロとなる条件に限らず、たとえばｑ軸の電流の絶対値が規定値（＞０）よりも小さいことを条件としてもよい。ここで、規定値は、補正量算出部３６の補正量ΔＶｎを用いた場合の制御性が電流センサ１６〜１８によるｑ軸電流の検出精度等に起因して低下することがないと想定される下限値以上とすればよい。また、ｄ軸フィードバック制御部３７の補正量ΔＶｎを採用するか否かを判断する処理の入力パラメータとしては、ｑ軸の指令電流ｉｑｒに限らない。たとえば、ｑ軸の実電流ｉｑでもよく、また要求トルクＴｒや実際のトルク（推定トルクＴｅ）等であってもよい。もっとも、上記第１〜第３の実施形態において、ｄ軸フィードバック制御部３７による制御への切り替えを行わなくてもよい。
About correction means
The condition for adopting the correction amount ΔVn of the d-axis
補正手段としては、ｄ軸電流をフィードバック制御するための操作量、ｑ軸電流をフィードバック制御するための操作量、電流の振幅をフィードバック制御するための操作量、および電流の位相をフィードバック制御するための操作量のいずれかを補正量とするものに限らない。例えばこれら４つの操作量のうちの２つ以上の和を補正量とするものであってもよい。 As correction means, an operation amount for feedback control of the d-axis current, an operation amount for feedback control of the q-axis current, an operation amount for feedback control of the amplitude of the current, and a feedback control of the phase of the current The operation amount is not limited to the correction amount. For example, the sum of two or more of these four operation amounts may be used as the correction amount.
さらに、上記フィードバック制御器としては、比例積分制御器に限らず、例えば比例積分微分制御器や積分制御器、２重積分制御器等であってもよい。 Furthermore, the feedback controller is not limited to a proportional integral controller, and may be, for example, a proportional integral derivative controller, an integral controller, a double integral controller, or the like.
「位相設定手段について」
位相設定手段としては、トルクフィードバック制御の操作量として位相を設定するものに限らず、ｑ軸電流フィードバック制御の操作量として位相を設定するものであってもよい。また、トルクフィードバック制御とｑ軸電流フィードバック制御とのいずれか一方の操作量として位相を設定するものに限らず、これら双方の操作量として位相を設定するものであってもよい。
"Phase setting method"
The phase setting means is not limited to setting the phase as the operation amount of the torque feedback control, but may be one that sets the phase as the operation amount of the q-axis current feedback control. Further, the phase is not limited to setting the operation amount as either one of the torque feedback control and the q-axis current feedback control, and the phase may be set as both operation amounts.
また、ｄ軸電流のフィードバック制御のための操作量として位相を設定するものであってもよい。この場合、補正手段は、ｑ軸電流のフィードバック制御のための操作量として補正量を算出するものや、電流の振幅をフィードバック制御するための操作量として補正量を算出するもの、さらには電流の位相をフィードバック制御するための操作量として補正量を算出するものとすることが望ましい。 Further, the phase may be set as an operation amount for feedback control of the d-axis current. In this case, the correction means calculates the correction amount as the operation amount for feedback control of the q-axis current, calculates the correction amount as the operation amount for feedback control of the current amplitude, and further It is desirable to calculate a correction amount as an operation amount for feedback control of the phase.
さらに、上記フィードバック制御器としては、比例積分制御器に限らず、例えば比例積分微分制御器や積分制御器等であってもよい。 Further, the feedback controller is not limited to a proportional integral controller, and may be a proportional integral derivative controller, an integral controller, or the like.
「基本ノルム設定手段について」
基本ノルム設定手段としては、要求トルクと回転速度とによって基本ノルムＶｎ１を一義的に定めるものに限らない。例えば、要求トルクと回転速度と温度とによって基本ノルムＶｎ１を一義的に定めるものであってもよい。これにより、モータジェネレータ１０の特性を定める各パラメータ（ｑ軸インダクタンスＬｑ，ｄ軸インダクタンスＬｄ，抵抗Ｒ，電機子鎖交磁束定数φ）が温度に応じて変動する場合であっても、都度のパラメータにとって適切なノルムを設定することができる。
"Basic norm setting method"
The basic norm setting means is not limited to one that uniquely determines the basic norm Vn1 by the required torque and the rotational speed. For example, the basic norm Vn1 may be uniquely determined by the required torque, the rotation speed, and the temperature. As a result, each parameter (q-axis inductance Lq, d-axis inductance Ld, resistance R, armature flux linkage constant φ) that determines the characteristics of the
また、トルクに関するパラメータとしては、要求トルクに限らない。例えば実電流ｉｄ，ｉｑであってもよい。 Further, the parameter relating to the torque is not limited to the required torque. For example, actual currents id and iq may be used.
「電流ＦＢ制御と過変調制御との実施領域について」
例えば電流ＦＢ制御において２相変調処理を行わない場合等には、変調率が「１」よりも大きい場合に過変調制御を行なうようにしてもよい。なお、電流ＦＢ制御から過変調制御への切替条件と過変調制御から電流ＦＢ制御への切替条件とを相違させることでヒステリシスを設けてもよい。
"Regarding the implementation area of current FB control and overmodulation control"
For example, when the two-phase modulation process is not performed in the current FB control, overmodulation control may be performed when the modulation rate is larger than “1”. Hysteresis may be provided by making the switching condition from current FB control to overmodulation control different from the switching condition from overmodulation control to current FB control.
また、低変調率領域で電流ＦＢ制御を行なう代わりに、瞬時電流値制御等を行ってもよい。 Further, instead of performing the current FB control in the low modulation factor region, instantaneous current value control or the like may be performed.
さらに、電流ＦＢ制御を行なうことなく上記各実施形態にかかる過変調制御部３０による処理を全変調率領域において行なってもよい。 Further, the processing by the overmodulation control unit 30 according to each of the above embodiments may be performed in the entire modulation factor region without performing the current FB control.
「そのほか」
・同期機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば表面磁石同期機（ＳＰＭＳＭ）や、巻線界磁式同期機等であってもよい。
"others"
-As a synchronous machine, not only IPMSM but a surface magnet synchronous machine (SPMSM), a winding field type synchronous machine, etc. may be sufficient, for example.
・回転機としては、車載主機となるものに限らない。例えばパワーステアリングに搭載される回転機等であってもよい。 -The rotating machine is not limited to the on-vehicle main machine. For example, a rotating machine mounted on a power steering may be used.
１０…モータジェネレータ、１２…高電圧バッテリ、１４…制御装置（回転機の制御装置の一実施形態）、２０…電流フィードバック制御部、３０…過変調制御部、３２…位相設定部、３３…ノルム設定部、３６…補正量算出部、３８…操作信号生成部、ＩＶ…インバータ、ＣＶ…コンバータ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記回転機を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流のいずれか一方と前記回転機のトルクとの少なくとも一方をフィードバック制御するための操作量として前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段と、
前記回転機のトルクに関するパラメータおよび前記回転機の回転速度を入力として前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの基本ノルムを設定する基本ノルム設定手段と、
前記位相設定手段とは別のパラメータを制御量とするフィードバック制御手段であって且つ前記回転機を流れる電流をフィードバック制御するための操作量として前記基本ノルムの補正量を算出し、該補正量によって前記基本ノルムを補正する補正手段と、
前記位相設定手段および前記補正手段の出力に基づき、前記電力変換回路を操作する操作手段とを備え、
前記回転機に対する電流の指令値は、その振幅値がゼロよりも大きい規定値以上となるように設定されていることを特徴とする回転機の制御装置。 In a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of the rotating machine,
Phase setting for setting the phase of the output voltage vector of the power conversion circuit as an operation amount for feedback control of at least one of the q-axis current and the d-axis current flowing through the rotating machine and the torque of the rotating machine Means,
A basic norm setting means for setting a basic norm of an output voltage vector of the power conversion circuit with a parameter relating to the torque of the rotating machine and a rotational speed of the rotating machine as inputs;
A feedback control unit that uses a parameter different from the phase setting unit as a control amount, and calculates a correction amount of the basic norm as an operation amount for performing feedback control of a current flowing through the rotating machine. Correction means for correcting the basic norm;
Operating means for operating the power conversion circuit based on the outputs of the phase setting means and the correction means,
A control device for a rotating machine, wherein the command value of the current for the rotating machine is set so that the amplitude value is not less than a specified value larger than zero.
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