JP2016054594A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、三相交流電動機を備える電動機システムを制御する電動機制御装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of an electric motor control device that controls an electric motor system including a three-phase AC electric motor, for example.
三相交流電動機を駆動するための制御方法の一例として、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御があげられる。ＰＷＭ制御は、三相交流電動機に供給される相電流を所望値と一致させるという観点から設定された相電圧指令信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて、直流電圧（直流電力）を交流電圧（交流電力）に変換する電力変換器を制御する（特許文献２参照）。尚、ＰＷＭ制御は、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器を制御するために用いられることもある（特許文献１参照）。 An example of a control method for driving a three-phase AC motor is PWM (Pulse Width Modulation) control. The PWM control is based on the magnitude relationship between the phase voltage command signal set from the viewpoint of matching the phase current supplied to the three-phase AC motor with a desired value and the carrier signal of a predetermined frequency. A power converter that converts AC to AC voltage (AC power) is controlled (see Patent Document 2). The PWM control is sometimes used to control a power converter that converts an AC voltage into a DC voltage (see Patent Document 1).
ところで、電力変換器に入力される又は電力変換器から出力される直流電圧の変動を抑制するための平滑コンデンサが、電力変換器に対して電気的に並列に接続されることが多い。近年では、平滑コンデンサの容量を小さくすることで、平滑コンデンサの小型化が図られることが多い。しかしながら、平滑コンデンサの容量が小さくなると、平滑コンデンサの端子間電圧のリプル（いわゆる、脈動成分）が相対的に大きくなってしまうおそれがある。そこで、このような平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制（低減）するために三次高調波信号を利用する技術が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。具体的には、特許文献１には、交流電源からの入力電流の電流波形が、交流電源と同一周波数の正弦波及び三次高調波の合成波と一致するように、電力変換器が備えるスイッチング素子を制御する技術が開示されている。特許文献２には、三相変調波及び三次高調波を重畳させた変調波を用いたＰＷＭ制御を行うことで、電力変換器の一例であるインバータ回路を制御する技術が開示されている。
By the way, in many cases, a smoothing capacitor for suppressing fluctuations in DC voltage input to or output from the power converter is electrically connected in parallel to the power converter. In recent years, the smoothing capacitor is often downsized by reducing the capacity of the smoothing capacitor. However, when the capacity of the smoothing capacitor is reduced, the ripple (so-called pulsating component) of the voltage between the terminals of the smoothing capacitor may be relatively increased. Therefore,
本願発明者の研究するところによれば、三次高調波を重畳するＰＷＭ制御においては、振幅及び位相が異なる三次高調波を利用しているが故に、過変調領域において指令通りの電圧出力が行えないおそれがあることが判明している。指令通りの電圧出力が行えない場合、例えば三次高調波を重畳する制御から三次高調波を重畳しない制御への切り替え時に、大きな電圧変動が発生してしまう。 According to the research conducted by the inventor of the present application, in the PWM control for superimposing the third harmonic, since the third harmonic having different amplitude and phase is used, the voltage output as commanded cannot be performed in the overmodulation region. It turns out that there is a risk. When the voltage output as commanded cannot be performed, for example, a large voltage fluctuation occurs at the time of switching from the control that superimposes the third harmonic to the control that does not superimpose the third harmonic.
従って、上述した特許文献１及び２に記載されている技術は、仮に平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制できたとしても、意図せぬ電圧変動に起因して、新たな不具合が生ずるおそれがあるという技術的問題点を有している。
Therefore, even if the techniques described in
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、三次高調波を重畳するＰＷＭ制御おいても適切な電圧出力を行うことができる電動機制御装置を提供することを課題とする。 Examples of problems to be solved by the present invention include the above. It is an object of the present invention to provide an electric motor control device capable of performing appropriate voltage output even in PWM control in which third harmonics are superimposed.
＜１＞
本発明の電動機制御装置は、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子を含む電力変換器と、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段と、前記変調信号の変調率が所定値以上である場合に、前記相電圧指令信号に対する前記三次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する補正手段とを備える。
<1>
The motor control device of the present invention is driven using a DC power source, a power converter including a switching element that converts DC power supplied from the DC power source into AC power, and AC power output from the power converter. A motor control device that controls an electric motor system including a three-phase AC motor that generates a modulation signal by adding a third harmonic signal to a phase voltage command signal that defines the operation of the three-phase AC motor Generating means, control means for controlling the operation of the power converter using the modulation signal, and the third harmonic signal for the phase voltage command signal when the modulation rate of the modulation signal is a predetermined value or more. Correction means for correcting so as to reduce the amplitude deviation and the phase deviation.
本発明の電動機制御装置によれば、電動機システムを制御することができる。電動機制御装置による制御対象となる電動機システムは、直流電源と、電力変換器と、三相交流電動機とを備えている。直流電源は、直流電力（言い換えれば、直流電圧や、直流電流）を出力する。電力変換器は、直流電源から供給される直流電力を交流電力（典型的には、三相交流電力）に変換する。その結果、三相交流電動機は、電力変換器から当該三相交流電動機に供給される交流電力を用いて駆動する。 According to the motor control device of the present invention, the motor system can be controlled. An electric motor system to be controlled by the electric motor control device includes a DC power source, a power converter, and a three-phase AC electric motor. The direct current power source outputs direct current power (in other words, direct current voltage or direct current). The power converter converts DC power supplied from a DC power source into AC power (typically three-phase AC power). As a result, the three-phase AC motor is driven using AC power supplied from the power converter to the three-phase AC motor.
尚、電動機システムは、平滑コンデンサを含んでいてもよい。平滑コンデンサは、電力変換器に対して電気的に並列に接続されてもよい。典型的には、平滑コンデンサは、直流電源に対して電気的に並列に接続されてもよい。この場合、平滑コンデンサは、平滑コンデンサの端子間電圧（つまり、直流電源及び電力変換器の夫々の端子間電圧）の変動を抑制することができる。 The electric motor system may include a smoothing capacitor. The smoothing capacitor may be electrically connected in parallel to the power converter. Typically, the smoothing capacitor may be electrically connected in parallel to the DC power source. In this case, the smoothing capacitor can suppress fluctuations in the voltage between the terminals of the smoothing capacitor (that is, the voltage between the terminals of the DC power supply and the power converter).
このような電動機システムを制御するために、電動機制御装置は、生成手段と、制御手段と、補正手段とを備えている。 In order to control such an electric motor system, the electric motor control device includes a generation unit, a control unit, and a correction unit.
生成手段は、相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで、変調信号を生成する。つまり、生成手段は、三相交流電動機の各相（つまり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる三相の夫々）に対応する相電圧指令信号に対して、三次高調波信号を加算する。その結果、生成手段は、三相交流電動機の各相（つまり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる三相の夫々）に対応する変調信号を生成する。 The generating means generates a modulation signal by adding the third harmonic signal to the phase voltage command signal. In other words, the generating unit adds the third harmonic signal to the phase voltage command signal corresponding to each phase of the three-phase AC motor (that is, each of the three phases including the U phase, the V phase, and the W phase). As a result, the generation unit generates a modulation signal corresponding to each phase of the three-phase AC motor (that is, each of the three phases including the U phase, the V phase, and the W phase).
相電圧指令信号は、三相交流電動機の動作を規定する交流信号である。例えば、相電圧指令信号は、三相交流電動機が出力するトルクを所望値と一致させるという観点から適宜設定されてもよい。 The phase voltage command signal is an AC signal that defines the operation of the three-phase AC motor. For example, the phase voltage command signal may be appropriately set from the viewpoint of matching the torque output from the three-phase AC motor with a desired value.
三次高調波信号は、相電圧指令信号の周波数の３倍の周波数を有する信号（典型的には、交流信号）である。尚、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の全てで共用される共通の三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、当該共通の三次高調波信号が加算されてもよい。或いは、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の夫々に個別に用意される三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、各相に対応する三次高調波信号が加算されてもよい。 The third harmonic signal is a signal (typically an AC signal) having a frequency three times the frequency of the phase voltage command signal. As the third harmonic signal, a common third harmonic signal shared by all three phases of the three-phase AC motor may be used. In this case, the common third harmonic signal may be added to the phase voltage command signal of each phase. Alternatively, as the third harmonic signal, a third harmonic signal prepared individually for each of the three phases of the three-phase AC motor may be used. In this case, a third harmonic signal corresponding to each phase may be added to the phase voltage command signal of each phase.
制御手段は、生成手段が生成した変調信号を用いて電力変換器の動作を制御する。例えば、制御手段は、変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて電力変換器の動作を制御してもよい。その結果、電力変換器は、相電圧指令信号に応じた交流電力を三相交流電動機に対して供給する。従って、三相交流電動機は、相電圧指令信号に応じた態様で駆動する。 The control unit controls the operation of the power converter using the modulation signal generated by the generation unit. For example, the control means may control the operation of the power converter according to the magnitude relationship between the modulation signal and a carrier signal having a predetermined frequency. As a result, the power converter supplies AC power corresponding to the phase voltage command signal to the three-phase AC motor. Therefore, the three-phase AC motor is driven in a manner corresponding to the phase voltage command signal.
本発明では特に、変調信号の変調率が所定値以上である場合に、補正手段によって三次高調波信号の振幅及び位相が夫々補正される。ここで、「所定値」とは、補正手段による補正を実行するか否かを判定するための閾値であり、具体的には、変調信号の変調率が過変調領域であるか否かを判定できる値として設定される。過変調領域であるか否かを判定するためには、例えば三次高調波の振幅及び位相によって所定値を決定すればよい。 Particularly in the present invention, when the modulation rate of the modulation signal is greater than or equal to a predetermined value, the amplitude and phase of the third harmonic signal are corrected by the correction means. Here, the “predetermined value” is a threshold value for determining whether or not correction by the correction unit is to be executed. Specifically, it is determined whether or not the modulation rate of the modulation signal is an overmodulation region. It is set as a possible value. In order to determine whether or not the region is an overmodulation region, for example, a predetermined value may be determined based on the amplitude and phase of the third harmonic.
本願発明者の研究するところによれば、三次高調波を重畳するＰＷＭ制御においては、過変調領域において指令通りの電圧出力が行えないおそれがあることが判明している。指令通りの電圧出力が行えない場合、例えば三次高調波を重畳する制御から三次高調波を重畳しない制御への切り替え時に、大きな電圧変動が発生してしまう。 According to the research conducted by the inventor of the present application, it has been found that there is a possibility that the voltage output as commanded cannot be performed in the overmodulation region in the PWM control in which the third harmonic is superimposed. When the voltage output as commanded cannot be performed, for example, a large voltage fluctuation occurs at the time of switching from the control that superimposes the third harmonic to the control that does not superimpose the third harmonic.
しかるに本発明では、変調信号の変調率が所定値以上である場合（即ち、過変調領域である場合）、補正手段により、相電圧指令信号に対する三次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれが小さくなるように補正される。これにより、過変調領域であっても、指令通りの電圧出力が行えるようになる。なお、振幅ずれ及び位相ずれは、できる限り小さくなるように補正されることが望まれるが、多少なりとも小さくできるのであれば相応に効果は得られる。 However, in the present invention, when the modulation rate of the modulation signal is greater than or equal to a predetermined value (that is, in the overmodulation region), the amplitude shift and the phase shift of the third harmonic signal with respect to the phase voltage command signal are reduced by the correction means. It is corrected as follows. As a result, even in the overmodulation region, a voltage output as commanded can be performed. It should be noted that the amplitude shift and the phase shift are desirably corrected so as to be as small as possible. However, if they can be reduced somewhat, a corresponding effect can be obtained.
ちなみに、振幅ずれを補正するだけでは（即ち、位相ずれを補正しなければ）、指令通りの電圧出力が行えない状況は生じ得る。従って、振幅ずれだけでなく、位相ずれまで補正する本発明によれば、極めて好適に電圧出力を制御できる。なお、位相ずれの補正値としては、例えばスイッチングパターンをＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）して得られる位相差を使用することができる。或いは、予め試験やシミュレーション等によって決定した値を使用してもよい。 Incidentally, a situation in which voltage output cannot be performed as instructed may occur only by correcting the amplitude deviation (that is, unless the phase deviation is corrected). Therefore, according to the present invention in which not only the amplitude shift but also the phase shift is corrected, the voltage output can be controlled very suitably. As the phase shift correction value, for example, a phase difference obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the switching pattern can be used. Alternatively, a value determined in advance by a test, simulation, or the like may be used.
以上説明したように、本発明に係る電動機制御装置によれば、三次高調波を重畳するＰＷＭ制御おいて、適切な電圧出力を行うことができる。従って、より好適に電動機を制御することが可能である。 As described above, according to the motor control device of the present invention, an appropriate voltage output can be performed in the PWM control in which the third harmonic is superimposed. Therefore, it is possible to control the electric motor more suitably.
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。 The effect | action and other gain of this invention are clarified from the form for implementing demonstrated below.
以下、電動機制御装置の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the motor control device will be described.
（１）車両の構成
まず、図１を参照しながら、車両１の構成について説明する。図１は、車両１の構成を示すブロック図である。
(1) Configuration of Vehicle First, the configuration of the
図１に示すように、車両１は、直流電源１１と、平滑コンデンサ１２と、「電力変換器」の一具体例であるインバータ１３と、「三相交流電動機」の一具体例であるモータジェネレータ１４と、「電動機制御装置」の一具体例であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１５とを備えている。
As shown in FIG. 1, a
直流電源１１は、充電可能な蓄電装置である。直流電源１１の一例として、例えば、二次電池（例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等）や、キャパシタ（例えば、電気二重相キャパシタや大容量のコンデンサ等）が例示される。 The DC power supply 11 is a chargeable power storage device. As an example of the DC power supply 11, for example, a secondary battery (for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery) or a capacitor (for example, an electric double phase capacitor or a large capacity capacitor) is exemplified.
平滑コンデンサ１２は、直流電源１１の正極線と直流電源１１の負極線との間に接続された電圧平滑用のコンデンサである。つまり、平滑コンデンサ１２は、正極線と負極線との間の端子間電圧ＶＨの変動を平滑化するためのコンデンサである。
The smoothing
インバータ１３は、直流電源１１から供給される直流電力（直流電圧）を交流電力（三相交流電圧）に変換する。直流電力（直流電圧）を交流電力（三相交流電圧）に変換するために、インバータ１３は、ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｕｎを含むＵ相アーム、ｐ側スイッチング素子Ｑｖｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｖｎを含むＶ相アーム及びｐ側スイッチング素子Ｑｗｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｗｎを含むＷ相アームを備えている。インバータ１３が備える各アームは、正極線と負極線との間に並列に接続されている。ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｕｎは、正極線と負極線との間に直列に接続される。ｐ側スイッチング素子Ｑｖｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｖｎ並びにｐ側スイッチング素子Ｑｗｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｗｎについても同様である。ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐには、ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐのエミッタ端子からｐ側スイッチング素子Ｑｕｐのコレクタ端子へと電流を流す整流用ダイオードＤｕｐが接続されている。ｎ側スイッチング素子Ｑｕｎからｎ側スイッチング素子Ｑｗｎについても同様に、整流用ダイオードＤｕｎから整流用ダイオードＤｗｎが夫々接続されている。インバータ１３における各相アームの上側アーム（つまり、各ｐ側スイッチング素子）と下側アーム（つまり、各ｎ側スイッチング素子）との中間点は、夫々モータジェネレータ１４の各相コイルに接続されている。その結果、インバータ１３による変換動作の結果生成される交流電力（三相交流電圧）が、モータジェネレータ１４に供給される。
The
モータジェネレータ１４は、三相交流電動発電機である。モータジェネレータ１４は、車両１が走行するために必要なトルクを発生するように駆動する。モータジェネレータ１４が発生したトルクは、当該モータジェネレータ１４の回転軸に機械的に連結された駆動軸を介して、駆動輪に伝達される。尚、モータジェネレータ１４は、車両１の制動時に電力回生（発電）を行ってもよい。
The
ＥＣＵ１５は、車両１の動作を制御するための電子制御ユニットである。特に、本実施形態では、ＥＣＵ１５は、インバータ１３の動作を制御するためのインバータ制御動作を行う。尚、ＥＣＵ１５によるインバータ制御動作については、後に詳述する（図３等参照）。
The
ここで、図２を参照しながら、ＥＣＵ１５の構成（特に、インバータ１３の動作を制御するための構成）について説明する。図２は、ＥＣＵ１５の構成（特に、インバータ１３の動作を制御するための構成）を示すブロック図である。 Here, the configuration of the ECU 15 (particularly, the configuration for controlling the operation of the inverter 13) will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ECU 15 (particularly, a configuration for controlling the operation of the inverter 13).
図２に示すように、ＥＣＵ１５は、電流指令変換部１５１と、三相／二相変換部１５２と、電流制御部１５３と、二相／三相変換部１５４と、高調波生成部１５５と、「生成手段」の一具体例である加算器１５６ｕ、１５６ｖ及び１５６ｗと、「制御手段」の一具体例であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変換部１５７とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
電流指令変換部１５１は、三相交流電動機１４のトルク指令値ＴＲに基づいて、二相電流指令信号（つまり、ｄ軸電流指令信号Ｉｄｔｇ及びｑ軸電流指令信号Ｉｑｔｇ）を生成する。電流指令変換部１５１は、ｄ軸電流指令信号Ｉｄｔｇ及びｑ軸電流指令信号Ｉｑｔｇを電流制御部１５３に出力する。
The current
三相／二相変換部１５２は、インバータ１３から、フィードバック情報としてのＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗを取得する。但し、三相／二相変換部１５２は、インバータ１３から、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗのうちの少なくとも２つを取得してもよい。三相／二相変換部１５２は、三相電流値に相当するＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを、二相電流値に相当するｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。三相／二相変換部１５２は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを電流制御部１５３に出力する。
The three-phase / two-
電流制御部１５３は、電流指令変換部１５１から出力されるｄ軸電流指令信号Ｉｄｔｇ及びｑ軸電流指令信号Ｉｑｔｇと、三相／二相変換部１５２から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとの差分に基づいて、二相電圧指令信号に相当するｄ軸電圧指令信号Ｖｄ及びｑ軸電圧指令信号Ｖｑを生成する。このとき、電流制御部１５３は、例えば、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御又はＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御を用いて、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄ及びｑ軸電圧指令信号Ｖｑを生成してもよい。電流制御部１５３は、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄ及びｑ軸電圧指令信号Ｖｑを、二相／三相変換部１５４に出力する。
The
二相／三相変換部１５４は、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄ及びｑ軸電圧指令信号Ｖｑを、三相電圧指令信号であるＵ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ及びＷ相電圧指令信号Ｖｗに変換する。二相／三相変換部１５４は、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕを加算器１５６ｕに出力する。同様に、二相／三相変換部１５４は、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖを加算器１５６ｖに出力する。同様に、二相／三相変換部１５４は、Ｗ相電圧指令信号Ｖｗを加算器１５６ｗに出力する。
The two-phase / three-
高調波生成部１５５は、三相電圧指令信号（つまり、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ及びＷ相電圧指令信号Ｖｗ）及び三相電流値（つまり、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗ）の周波数の３倍の周波数を有する三次高調波信号を生成する。本実施形態では特に、高調波生成部１５５は、生成した三次高調波信号Ｖｈ１を補正し、補正後信号Ｖｈ２として出力可能である。但し、高調波生成部１５５は、常に補正を行う訳ではなく、所定の条件に応じて補正を行う。即ち、高調波生成部１５５は、生成した三次高調波信号Ｖｈ１をそのまま出力することもできるし、補正後信号Ｖｈ２を出力することもできる。尚、三次高調波信号Ｖｈ１の具体的な補正方法については、後に詳述する（図６等参照）。
The
加算器１５６ｕは、二相／三相変換部１５４から出力されるＵ相電圧指令信号Ｖｕに対して、高調波生成部１５５が生成する三次高調波信号Ｖｈ１又は補正後信号Ｖｈ２を加算する。その結果、加算器１５６ｕは、Ｕ相変調信号Ｖｍｕ（＝Ｖｕ＋Ｖｈ１又はＶｕ＋Ｖｈ２）を生成する。加算器１５６ｕは、Ｕ相変調信号ＶｍｕをＰＷＭ変換部１５７に出力する。
The
加算器１５６ｖは、二相／三相変換部１５４から出力されるＶ相電圧指令信号Ｖｖに対して、高調波生成部１５５が生成する三次高調波信号Ｖｈ１又は補正後信号Ｖｈ２を加算する。その結果、加算器１５６ｖは、Ｖ相変調信号Ｖｍｖ（＝Ｖｖ＋Ｖｈ１又はＶｖ＋Ｖｈ２）を生成する。加算器１５６ｖは、Ｖ相変調信号ＶｍｖをＰＷＭ変換部１５７に出力する。
The
加算器１５６ｗは、二相／三相変換部１５４から出力されるＷ相電圧指令信号Ｖｗに対して、高調波生成部１５５が生成する三次高調波信号Ｖｈ１又は補正後信号Ｖｈ２を加算する。その結果、加算器１５６ｗは、Ｗ相変調信号Ｖｍｗ（＝Ｖｗ＋Ｖｈ１又はＶｗ＋Ｖｈ２）を生成する。加算器１５６ｗは、Ｗ相変調信号ＶｍｗをＰＷＭ変換部１５７に出力する。
The
ＰＷＭ変換部１５７は、所定のキャリア周波数ｆを有するキャリア信号ＣとＵ相変調信号Ｖｍｕとの大小関係に基づいて、ｐ側スイッチング素子Ｑｕｐを駆動するためのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｕｎを駆動するためのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｎを生成する。例えば、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号Ｃよりも小さい状態にあるＵ相変調信号Ｖｍｕがキャリア信号Ｃに一致すると、ｐ側スイッチング素子ＱｕｐをオンするためのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎを生成してもよい。一方で、例えば、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号Ｃよりも大きい状態にあるＵ相変調信号Ｖｍｕがキャリア信号Ｃに一致すると、ｎ側スイッチング素子ＱｕｎをオンするためのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎを生成する。ＰＷＭ変換部１５７は、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎを、インバータ１３に出力する。その結果、インバータ１３（特に、インバータ１３が備えるＵ相アームを構成するｐ側スイッチング素子Ｑｕｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｕｎ）は、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎに応じて動作する。
The
更に、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号ＣとＶ相変調信号Ｖｍｖとの大小関係に基づいて、ｐ側スイッチング素子Ｑｖｐを駆動するためのＶ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｖｎを駆動するためのＶ相ＰＷＭ信号Ｇｖｎを生成する。加えて、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号ＣとＷ相変調信号Ｖｍｗとの大小関係に基づいて、ｐ側スイッチング素子Ｑｗｐを駆動するためのＷ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ及びｎ側スイッチング素子Ｑｗｎを駆動するためのＷ相ＰＷＭ信号Ｇｗｎを生成する。Ｖ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ及びＧｖｎ並びにＷ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ及びＧｗｎの生成の態様は、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎの生成の態様と同一である。
Furthermore, the
（２）インバータ制御動作の流れ
次に、図３を参照しながら、車両１において行われるインバータ制御動作（つまり、ＥＣＵ１５が行うインバータ制御動作）の流れについて説明する。図３は、インバータ制御動作の流れを示すフローチャートである。
(2) Flow of Inverter Control Operation Next, the flow of the inverter control operation performed in the vehicle 1 (that is, the inverter control operation performed by the ECU 15) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the inverter control operation.
図３に示すように、二相／三相変換部１５４は、三相電圧指令信号（つまり、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ及びＷ相電圧指令信号Ｖｗ）を生成する（ステップＳ１１）。尚、三相電圧指令信号の生成方法は、図２を参照しながら上述したとおりである。
As shown in FIG. 3, the two-phase / three-
続いて、三次高調波生成部１５５は、三次高調波信号Ｖｈを生成する（ステップＳ１２）。そして更に、三次高調波生成部１５５は、三次高調波信号Ｖｈを所定の条件に応じて補正する（ステップＳ１３）。三次高調波信号Ｖｈは、生成されたままの三次高調波信号Ｖｈ１又は、補正された補正後信号Ｖｈ２として、加算器１５６、１５６ｕ及び１５６ｖに夫々出力される。
Subsequently, the third
その後、加算器１５６ｕは、ステップＳ１１で生成されたＵ相電圧指令信号Ｖｕに対して、ステップＳ１３で生成された三次高調波信号Ｖｈを加算する。その結果、加算器１５６ｕは、Ｕ相変調信号Ｖｍｕ（＝Ｖｕ＋Ｖｈ）を生成する（ステップＳ１４）。加算器１５６ｖもまた同様に、Ｖ相変調信号Ｖｍｖ（＝Ｖｖ＋Ｖｈ）を生成する（ステップＳ１４）。加算器１５６ｗもまた同様に、Ｗ相変調信号Ｖｍｗ（＝Ｖｗ＋Ｖｈ）を生成する（ステップＳ１４）。
Thereafter, the
変調信号Ｖｍｕ、Ｖｍｖ、Ｖｍｗ生成されると、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号ＣとＵ相変調信号Ｖｍｕとの大小関係に基づいて、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ及びＧｕｎを生成する（ステップＳ１５）。同様に、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号ＣとＶ相変調信号Ｖｍｖとの大小関係に基づいて、Ｖ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ及びＧｖｎを生成する（ステップＳ１５）。同様に、ＰＷＭ変換部１５７は、キャリア信号ＣとＷ相変調信号Ｖｍｗとの大小関係に基づいて、Ｗ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ及びＧｗｎを生成する（ステップＳ１５）。その結果、インバータ１３は、各ＰＷＭ信号に基づいて駆動する。
When the modulation signals Vmu, Vmv, and Vmw are generated, the
以上説明した本実施形態のインバータ制御動作によれば、三次高調波信号Ｖｈを用いてインバータ１３の動作が制御される（以下、適宜「三次高調波重畳制御」と称する）。本実施形態に係る三次高調波重畳制御によれば、三次高調波信号Ｖｈを用いることなくインバータ１３の動作を制御する比較例のインバータ制御動作と比較して、例えば平滑コンデンサ１２の端子間電圧ＶＨのリプルが好適に低減される。
According to the inverter control operation of the present embodiment described above, the operation of the
（３）三次高調波重畳制御で発生し得る問題点
次に、図４及び５を参照しながら、三次高調波重畳制御を行う場合に発生し得る問題点について具体的に説明する。図４は、制御切り替え時の変調率の変動を示すタイムチャートである。また図５は、過変調領域における電圧指令の振幅ずれ及び位相ずれを示すタイムチャートである。
(3) Problems that can occur in third harmonic superposition control Next, problems that may occur when third harmonic superposition control is performed will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a time chart showing the variation of the modulation rate at the time of control switching. FIG. 5 is a time chart showing the amplitude deviation and phase deviation of the voltage command in the overmodulation region.
図４に示すように、三次高調波重畳制御を行っている状態から、通常制御（即ち、三次高調波を重畳しない制御）を行っている状態へと切り替える例を考える。このような場合、図を見ても分かるように、三次高調波重畳制御から通常制御へと切り替わるタイミングで、変調信号の変調率が大きく変動する。これは、過変調領域における三次高調波重畳制御において、制御認識の変調率（即ち、装置が認識している変調率）が、真の変調率からずれているために起こると考えられる。このような変調率のずれは、電圧指令と実出力電圧との間に差が生じることで発生している。 As shown in FIG. 4, consider an example of switching from a state in which third harmonic superimposition control is performed to a state in which normal control (that is, control without superimposing third harmonics) is performed. In such a case, as can be seen from the figure, the modulation rate of the modulation signal varies greatly at the timing of switching from the third harmonic superposition control to the normal control. This is considered to occur because the modulation rate of control recognition (that is, the modulation rate recognized by the apparatus) deviates from the true modulation rate in the third harmonic superposition control in the overmodulation region. Such a deviation in the modulation rate is caused by a difference between the voltage command and the actual output voltage.
図５に示すように、過変調領域における三次高調波重畳制御では、キャリア信号Ｃに対して、変調信号の振幅及び位相に夫々ずれが発生する。このようなずれは、三相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに対して、振幅及び位相が異なる三次高調波Ｖｈを重畳しているために発生する。よって、本実施形態では、三次高調波信号Ｖｈの振幅及び位相を補正することで、上述したずれの低減を図っている。 As shown in FIG. 5, in the third harmonic superposition control in the overmodulation region, the amplitude and phase of the modulation signal are shifted from the carrier signal C, respectively. Such a shift occurs because the third-order harmonics Vh having different amplitudes and phases are superimposed on the three-phase voltage command signals Vu, Vv, and Vw. Therefore, in this embodiment, the above-described shift is reduced by correcting the amplitude and phase of the third harmonic signal Vh.
（４）三次高調波の補正処理
以下では、図６及び図７を参照しながら、三次高調波信号Ｖｈの補正処理について詳細に説明する。図６は、三次高調波信号の補正処理の流れを示すフローチャートである。また図７は、補正方法によるモータジェネレータに流れる電流の違いを示すタイムチャートである。
(4) Third Harmonic Correction Processing Hereinafter, the third harmonic signal Vh correction processing will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a flowchart showing a flow of correction processing of the third harmonic signal. FIG. 7 is a time chart showing the difference in current flowing through the motor generator according to the correction method.
図６に示すように、三次高調波Ｖｈの補正処理（即ち、図３のステップＳ１３）が開始されると、まず変調信号の変調率が演算される（ステップＳ２１）。演算された変調率は、所定の閾値αより大きいか否かが判定される（ステップＳ２２）。尚、閾値αは、「所定値」の一具体例であり、過変調領域であるか否かを判定するための閾値として予め設定されている。閾値αは、例えば重畳する三次高調波Ｖｈの振幅及び位相によって決定することができる。 As shown in FIG. 6, when the correction process of the third harmonic Vh (that is, step S13 in FIG. 3) is started, first, the modulation rate of the modulation signal is calculated (step S21). It is determined whether the calculated modulation factor is larger than a predetermined threshold value α (step S22). The threshold α is a specific example of “predetermined value”, and is set in advance as a threshold for determining whether or not the region is an overmodulation region. The threshold value α can be determined by, for example, the amplitude and phase of the superimposed third harmonic Vh.
変調率が閾値αより大きくない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、過変調領域ではないと判断され、以降の処理は省略される。即ち、三次高調波Ｖｈの補正は行われず、生成されたままの三次高調波Ｖｈ１が出力されることになる。 If the modulation rate is not greater than the threshold value α (step S22: NO), it is determined that the modulation region is not an overmodulation region, and the subsequent processing is omitted. That is, the third harmonic Vh is not corrected, and the third harmonic Vh1 as it is generated is output.
一方で、変調率が閾値αより大きい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、過変調領域であると判断され、振幅の補正（ステップＳ２３）及び位相の補正（ステップＳ２４）が実行される。即ち、生成された三次高調波Ｖｈ１が、補正後信号Ｖｈ２に補正される。尚、位相の補正値（言い換えれば、加算値）としては、例えばスイッチングパターンをＦＦＴして得られる位相差を使用することができる。或いは、予め試験やシミュレーション等によって決定した値を使用してもよい。 On the other hand, if the modulation rate is larger than the threshold value α (step S22: NO), it is determined that the region is an overmodulation region, and amplitude correction (step S23) and phase correction (step S24) are executed. That is, the generated third harmonic Vh1 is corrected to the corrected signal Vh2. As a phase correction value (in other words, an addition value), for example, a phase difference obtained by FFT of a switching pattern can be used. Alternatively, a value determined in advance by a test, simulation, or the like may be used.
図７（ａ）に示すように、仮に振幅及び位相の両方を補正せず、振幅のみを補正したとすると、モータ相電流（即ち、モータジェネレータ１４に流れる電流）には、通常制御と三次高調波重畳制御との間で、振幅ずれ及び位相ずれが生じてしまう。 As shown in FIG. 7A, if both the amplitude and the phase are not corrected and only the amplitude is corrected, the motor phase current (that is, the current flowing through the motor generator 14) includes normal control and third harmonic. Amplitude shift and phase shift occur between the wave superposition control.
他方、図７（ｂ）に示すように、振幅及び位相の両方を補正した場合、モータ相電流には、通常制御と三次高調波重畳制御との間で全く或いは殆どずれが生じない。従って、モータジェネレータ１４に対して不適切な制御が行われてしまうことを防止できる。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when both the amplitude and the phase are corrected, there is no or little deviation in the motor phase current between the normal control and the third harmonic superposition control. Therefore, it is possible to prevent the
以上説明したように、本実施形態に係る電動機制御装置によれば、過変調領域において三次高調波信号Ｖｈの振幅及び位相が補正されるため、指令通りの電圧出力を実現できる。 As described above, according to the motor control device according to the present embodiment, the amplitude and phase of the third harmonic signal Vh are corrected in the overmodulation region, so that a voltage output as commanded can be realized.
尚、上述の説明では、車両１が単一のモータジェネレータ１４を備える例を用いて説明を進めている。しかしながら、車両１は、複数のモータジェネレータ１４を備えていてもよい。この場合。車両１は、モータジェネレータ１４毎に対応するインバータ１３を備えていることが好ましい。また、この場合、ＥＣＵ１５は、インバータ１４毎に独立して上述したインバータ制御動作を行ってもよい。或いは、車両１は、モータジェネレータ１４に加えてエンジンを更に備えていてもよい。つまり、車両１は、ハイブリッド車両であってもよい。
In the above description, the description is made using an example in which the
また、上述の説明では、インバータ１３及びモータジェネレータ１４が車両１に搭載される例を用いて説明を進めている。しかしながら、インバータ１３及びモータジェネレータ１４は、車両１以外の任意の機器（例えば、インバータ１３及びモータジェネレータ１４を用いて動作する機器であって、例えば、空調機器等）に搭載されてもよい。インバータ１３及びモータジェネレータ１４が車両１以外の任意の機器に搭載される場合であっても、上述した各種効果が享受されることは言うまでもない。
In the above description, the description is made using an example in which the
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電動機制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. Is also included in the technical scope of the present invention.
１ 車両制御装置
１１ 直流電源
１２ 平滑コンデンサ
１３ インバータ
１４ モータジェネレータ
１５ ＥＣＵ
１５１ 電流指令変換部
１５２ 三相／二相変換部
１５３ 電流制御部
１５４ 二相／三相変換部
１５５ 高調波生成部
１５６ｕ、１５６ｖ、１５６ｗ 加算器
１５７ ＰＷＭ変換部
Ｉｕ Ｕ相電流
Ｉｖ Ｖ相電流
Ｉｗ Ｗ相電流
Ｖｕ Ｕ相電圧指令信号
Ｖｖ Ｖ相電圧指令信号
Ｖｗ Ｗ相電圧指令信号
Ｖｈ１ 三次高調波信号
Ｖｈ２ 補正後信号
Ｖｍｕ Ｕ相変調信号
Ｖｍｖ Ｖ相変調信号
Ｖｍｗ Ｗ相変調信号
Ｑｕｐ、Ｑｖｐ、Ｑｗｐ ｐ側スイッチング素子
Ｑｕｎ、Ｑｖｎ、Ｑｗｎ ｎ側スイッチング素子
Ｄｕｐ、Ｄｕｎ、Ｄｖｐ、Ｄｖｎ、Ｄｗｐ、Ｄｗｎ 整流用ダイオード
DESCRIPTION OF
151 Current
Claims (1)
前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、
前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段と、
前記変調信号の変調率が所定値以上である場合に、前記相電圧指令信号に対する前記三次高調波信号の振幅ずれ及び位相ずれを小さくするように補正する補正手段と
を備えることを特徴とする電動機制御装置。 A DC power supply, a power converter including a switching element that converts DC power supplied from the DC power supply into AC power, and a three-phase AC motor driven using AC power output from the power converter An electric motor control device for controlling an electric motor system,
Generating means for generating a modulation signal by adding a third harmonic signal to a phase voltage command signal defining the operation of the three-phase AC motor;
Control means for controlling the operation of the power converter using the modulation signal;
And a correction means that corrects the amplitude deviation and phase deviation of the third harmonic signal with respect to the phase voltage command signal to be small when the modulation rate of the modulation signal is a predetermined value or more. Control device.
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