JP2018098978A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、モータのトルク脈動を補正するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device that corrects torque pulsation of a motor.
従来、モータのトルク脈動を補正するモータ制御装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a motor control device that corrects torque pulsation of a motor is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1に記載のモータ制御装置は、各相の電流および磁極の位置を検出し、磁極の位置に基づいて、各相の電流をd軸電流およびq軸電流(iq)に変換する。上記モータ制御装置は、上記q軸電流(iq)と、q軸電流指令値(iQS)との偏差(Δiq)に基づいて、モータを駆動させるための電圧指令値を算出している。また、上記モータ制御装置は、トルク脈動の発生を抑制するために、車両制御回路から送信されるq軸電流指令値(iqs)と、上記q軸電流指令値(iqs)に対して所定の大きさの位相(αN)がずれた補正電流指令値(It *)とを加算することにより、上記q軸電流指令値(iQS)を算出している。なお、上記補正電流指令値(It *)は、所定の補正係数(KAMN)と、上記位相のずれ(αN)とに基づいて算出されている。
The motor control device described in
ここで、上記所定の補正係数(KAMN)および上記位相のずれ(αN)は、所定の定数であると考えられる。したがって、上記特許文献1に記載のモータ制御装置では、補正電流指令値(It *)は、上記所定の補正係数(KAMN)と、上記位相のずれ(αN)に基づき、所定の値に決定される。すなわち、補正電流指令値(It *)は、モータに生じる経年劣化、および、複数のモータ間における個体差の情報を含んでいないと考えられる。このため、モータに経年劣化が生じた場合、および、複数のモータ間に個体差がある場合では、適切な補正電流指令値(It *)を決定することが困難になる。その結果、トルク脈動を適切に抑制することが困難になるという問題点がある。
Here, the predetermined correction coefficient (K AMN ) and the phase shift (α N ) are considered to be predetermined constants. Therefore, in the motor control device described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、トルク脈動を適切に抑制することが可能なモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a motor control device capable of appropriately suppressing torque pulsation.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるモータ制御装置は、トルク指令値に基づいて設定された電流指令値により、永久磁石が設けられるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、モータのトルク脈動成分の正負を反転させた逆トルク脈動成分を、モータおよびモータの負荷に生じる摩擦の大きさである摩擦値に基づいて補正することによって補正脈動成分を決定する補正部を含み、要求トルクと決定された補正脈動成分とに基づいて補償されたトルク指令値を決定するトルク指令値決定部と、トルク指令値決定部により決定されたトルク指令値に基づいて、電流指令値を算出するトルク/電流変換部とを備える。 In order to achieve the above object, a motor control device according to one aspect of the present invention is a motor control device that controls driving of a motor provided with a permanent magnet by a current command value set based on a torque command value. A correction unit that determines a correction pulsation component by correcting a reverse torque pulsation component obtained by reversing the sign of the torque pulsation component of the motor based on a friction value that is a magnitude of friction generated in the motor and the motor load. A torque command value determining unit that determines a compensated torque command value based on the required torque and the determined corrected pulsation component, and a current command value based on the torque command value determined by the torque command value determining unit A torque / current conversion unit for calculating
ここで、摩擦値は、モータの経年劣化および複数のモータ間における個体差による数値のばらつきが比較的大きい。したがって、この発明の一の局面によるモータ制御装置では、上記のように、モータの経年劣化および複数のモータ間における個体差に起因して数値が変動する摩擦値に基づいて、逆トルク脈動成分を補正し、補正脈動成分を決定することによって、モータの経年劣化および複数のモータ間における個体差の影響を考慮した補正を容易に行うことができる。その結果、トルク脈動を適切に抑制することができる。なお、トルク脈動とは、コギングトルクを意味する。 Here, the friction value has a relatively large variation in numerical values due to aging of the motor and individual differences among a plurality of motors. Therefore, in the motor control device according to one aspect of the present invention, as described above, the reverse torque pulsation component is calculated based on the friction value whose numerical value fluctuates due to aging of the motor and individual differences between the plurality of motors. By correcting and determining the corrected pulsation component, it is possible to easily perform correction in consideration of the aging of the motor and the influence of individual differences among a plurality of motors. As a result, torque pulsation can be appropriately suppressed. Torque pulsation means cogging torque.
上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、補正部は、所定の制御周期において補償されたトルク指令値に基づいて取得された摩擦値と、所定の制御周期の次の制御周期において補償されたトルク指令値に基づいて取得された摩擦値と、逆トルク脈動成分とに基づいて、所定の制御周期の次の制御周期の補正脈動成分を決定する制御を行うように構成されている。 In the motor control device according to the above aspect, the correction unit is preferably compensated for in the control value following the predetermined control cycle and the friction value acquired based on the torque command value compensated in the predetermined control cycle. Based on the friction value acquired based on the torque command value and the reverse torque pulsation component, control is performed to determine a correction pulsation component of the control cycle next to the predetermined control cycle.
このように構成すれば、前回推定時の制御周期において取得された摩擦値に基づいて補正脈動成分を決定することによって、制御周期間におけるモータの状態変化に起因する摩擦値の変動を加味しながら補正脈動成分を決定することができる。その結果、モータを比較的長い期間使用することにより、モータに経年劣化が生じた場合でも、トルク脈動をより適切に抑制することができる。 According to this configuration, the correction pulsation component is determined based on the friction value acquired in the control cycle at the time of the previous estimation, thereby taking into account the variation in the friction value caused by the motor state change during the control cycle. A corrected pulsation component can be determined. As a result, by using the motor for a relatively long period, torque pulsation can be more appropriately suppressed even when the motor has deteriorated over time.
この場合、好ましくは、補正部は、所定の制御周期において補償されたトルク指令値に基づいて取得された摩擦値と、所定の制御周期の次の制御周期において補償されたトルク指令値に基づいて取得された摩擦値との比率と、逆トルク脈動成分とに基づいて、所定の制御周期の次の制御周期の補正脈動成分を決定する制御を行うように構成されている。 In this case, preferably, the correction unit is based on the friction value acquired based on the torque command value compensated in the predetermined control cycle and the torque command value compensated in the control cycle next to the predetermined control cycle. Based on the ratio with the acquired friction value and the reverse torque pulsation component, control is performed to determine a correction pulsation component of the control cycle next to the predetermined control cycle.
このように構成すれば、前回推定時の制御周期において取得された摩擦値と、現時点の制御周期において取得された摩擦値との比率に基づいて補正脈動成分を決定することによって、制御周期間におけるモータの状態(摩擦値)の変化率を直接的に加味しながら、補正脈動成分を決定することができる。その結果、制御周期間における摩擦値の差分等を考慮する場合に比べて、補正脈動成分を効率的に決定することができる。 If comprised in this way, by determining a correction | amendment pulsation component based on the ratio of the friction value acquired in the control period at the time of the last estimation, and the friction value acquired in the present control period, between control periods The correction pulsation component can be determined while directly taking into account the rate of change of the motor state (friction value). As a result, the corrected pulsation component can be determined more efficiently than in the case where the friction value difference between control cycles is taken into consideration.
上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、補正部は、要求トルクが第1しきい値以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないように構成されている。 In the motor control device according to the above aspect, the correction unit is preferably configured not to compensate the torque command value when the required torque is equal to or greater than the first threshold value.
ここで、要求トルクが比較的大きい場合は、トルク脈動がモータの動作(回転)に与える影響は比較的小さい。したがって、要求トルクが第1しきい値以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないことによって、トルク脈動によるモータの動作への影響を抑制しながら、要求トルクが第1しきい値以上の場合における制御を簡略化することができる。 Here, when the required torque is relatively large, the influence of torque pulsation on the operation (rotation) of the motor is relatively small. Therefore, when the required torque is equal to or higher than the first threshold value, the torque command value is not compensated, thereby suppressing the influence of the torque pulsation on the operation of the motor, while the required torque exceeds the first threshold value. The control in the case can be simplified.
上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、補正部は、要求トルクが、モータの停止状態のトルク近傍である第2しきい値よりも小さい場合において、トルク指令値の補償を行わないように構成されている。 In the motor control device according to the above aspect, it is preferable that the correction unit does not compensate the torque command value when the required torque is smaller than a second threshold value in the vicinity of the torque in the motor stop state. It is configured.
ここで、モータが停止または停止寸前の状態において、トルク脈動を考慮する必要性は比較的小さい。したがって、要求トルクが、モータの停止状態のトルク近傍である第2しきい値よりも小さい場合において、トルク指令値の補償を行わないことによって、要求トルクが第2しきい値よりも小さい場合における制御を簡略化することができる。また、要求トルクが比較的小さい場合でかつトルク指令値の補償を行った場合は、補償後のトルク指令値に含まれる補正脈動成分の割合が比較的大きくなる。したがって、要求トルクが第2しきい値よりも小さい場合にトルク指令値の補償を行わないことによって、補正脈動成分に起因するECUおよびモータの発熱を抑制することができる。 Here, when the motor is stopped or just before stopping, the necessity of considering the torque pulsation is relatively small. Therefore, in the case where the required torque is smaller than the second threshold value that is near the torque in the motor stop state, the torque command value is not compensated, so that the required torque is smaller than the second threshold value. Control can be simplified. When the required torque is relatively small and the torque command value is compensated, the ratio of the corrected pulsation component included in the compensated torque command value is relatively large. Therefore, when the required torque is smaller than the second threshold value, heat generation of the ECU and the motor due to the corrected pulsation component can be suppressed by not compensating the torque command value.
上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、補正部は、モータの正回転時において、モータの正回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定し、モータの負回転時において、モータの負回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定する制御を行うように構成されている。 In the motor control device according to the above aspect, the correction unit preferably determines a correction pulsation component based on the reverse torque pulsation component during the forward rotation of the motor during the forward rotation of the motor, and during the negative rotation of the motor. The control is configured to determine the correction pulsation component based on the reverse torque pulsation component during negative rotation of the motor.
このように構成すれば、モータの正回転時および負回転時の各々において、トルク脈動を適切に抑制することができる。 If comprised in this way, a torque pulsation can be suppressed appropriately in each of the positive rotation and the negative rotation of the motor.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[本実施形態]
(モータ制御装置の構造)
図1〜図7を参照して、本実施形態によるモータ制御装置100の構成について説明する。
[This embodiment]
(Structure of motor control device)
With reference to FIGS. 1-7, the structure of the
(モータ制御装置の構成)
図1に示すように、モータ制御装置100は、トルク指令Tref(後述する、トルク指令値Trefα(絶対値)およびトルク指令値Trefβ(絶対値))に基づいて設定されたd軸電流指令idrefおよびq軸電流指令iqrefにより、永久磁石(図示せず)が設けられるモータ200の駆動を制御するように構成されている。以下、具体的に説明する。
(Configuration of motor controller)
As shown in FIG. 1, the
モータ200には、複数の永久磁石が設けられている。また、モータ200は、ロータ(図示せず)に永久磁石が埋め込まれたIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)、または、ロータの表面に永久磁石が配置されたSPMモータ(Surface Permanent Magnet Motor)からなる。また、モータ200には、モータ200の電気角θを検出する電気角センサ201が設けられている。
The
モータ制御装置100は、トルク/電流変換部1を備えている。トルク/電流変換部1には、電力管理制御部2、および、後述するトルクリップル低減制御部15を介して、トルク指令が入力される。具体的には、電力管理制御部2にはトルク指令値Trefαが入力される。また、トルクリップル低減制御部15には、電力管理制御部2を介してトルク指令値Trefαが入力される。そして、トルク/電流変換部1には、トルクリップル低減制御部15により補償されたトルク指令値であるトルク指令値Trefβが入力される。なお、トルクリップル低減制御部15の制御については後述する。また、トルク指令値Trefαおよびトルク指令値Trefβは、それぞれ、特許請求の範囲の「要求トルク」および「補償されたトルク指令値」の一例である。
The
また、トルク/電流変換部1には、角速度算出部3によって算出されたモータ200の角速度ωが入力される。そして、トルク/電流変換部1は、トルク指令値Trefβおよびモータ200の角速度ωに基づいて、d軸電流指令idrefとq軸電流指令iqrefとを算出する。
In addition, the angular velocity ω of the
また、モータ制御装置100は、電流電圧変換部4を備えている。電流電圧変換部4は、トルク/電流変換部1により算出されたd軸電流指令idrefおよびq軸電流指令iqrefを、それぞれ、d軸電圧指令vdおよびq軸電圧指令vqに変換する。
In addition, the
具体的には、電流電圧変換部4には、3相/2相変換部13からのd軸電流idおよびq軸電流iqが入力される。そして、電流電圧変換部4では、d軸電流指令idrefとd軸電流idとの差分、q軸電流指令iqrefとq軸電流iqとの差分が、それぞれ、PI制御される。
Specifically, the d-axis current id and the q-axis current iq from the three-phase / 2-
また、モータ制御装置100は、制限部5を備えている。制限部5は、後述する非干渉制御部14からの補正値vd1およびvq1を、d軸電圧指令vdおよびq軸電圧指令vqに加算し、出力されるd軸電圧指令vdrefおよびq軸電圧指令vqrefの増大を制限するように構成されている。たとえば、d軸電圧指令vdref(q軸電圧指令vqref)が、所定のしきい値以下の場合には、d軸電圧指令vdref(q軸電圧指令vqref)は、そのままの値で制限部5から出力される。一方、d軸電圧指令vdref(q軸電圧指令vqref)が、リミッタvdlim(vqlim)よりも大きい場合には、d軸電圧指令vdref(q軸電圧指令vqref)は、リミッタvdlim(vqlim)の値(ある一定の値)に変換されて出力される。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、2相/3相変換部6を備えている。2相/3相変換部6は、制限部5から出力されるd軸電圧指令vdref(q軸電圧指令vqref)を、逆パーク変換および逆クラーク変換することにより、3相の電圧値に応じた電圧vu、vvおよびvwを出力するように構成されている。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、変調部7を備えている。変調部7は、2相/3相変換部6から入力される電圧vu、vvおよびvwに対して、包絡線中心シフト変調を行う。具体的には、変調部7は、電圧vu、vvおよびvwの値を互いに比較して、電圧vu、vvおよびvwの中間値の1/2を補正値とする。そして、変調部7は、電圧vu、vvおよびvwから、補正値を減算し、減算された値を出力するように構成されている。
Further, the
また、モータ制御装置100は、PWM出力部8を備えている。PWM出力部8は、変調部7から出力された信号(電圧vu、vvおよびvwから補正値が減算された信号)に基づいて、駆動部9に含まれる互いにブリッジ接続された複数のスイッチング素子(図示せず)を駆動するためのPWM信号pwmu、pwmvおよびpwmwを出力する。
Further, the
また、モータ制御装置100は、駆動部9を備えている。駆動部9は、PWM信号pwmu、pwmvおよびpwmwに基づいて、複数のスイッチング素子を駆動することにより、モータ200に3相の電圧vu、vvおよびvwを印加する。これにより、モータ200は、印加された電圧vu、vvおよびvwの周期に応じた速度により回転する。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、電流制限部10を備えている。電流制限部10は、モータ200の制御(ベクトル制御)に用いられる電流を制限するように構成されている。すなわち、電流制限部10は、モータ200のベクトル制御において、電流制限よりも大きな電流が流れないように電流を制限するように構成されている。
Further, the
また、モータ制御装置100は、遅れ補償部11を備えている。遅れ補償部11は、モータ200の回転の遅れを補償するように構成されている。一般にモータ200の回転は、ソフトウェアの演算処理やモータ200の応答の遅れ等、複数の要因によって遅れる。そして、遅れ補償部11は、上記の複数の要因を考慮した遅れ時間と、角速度算出部3によって算出された角速度ωに基づいて、遅れ角を算出する。そして、算出された遅れ角を、電気角センサ201によって検出された電気角θ(レゾルバの信号に基づいて電気角算出部12により算出された電気角θ)に加算して、加算した値θcを、2相/3相変換部6および後述する3相/2相変換部13に入力する。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、3相/2相変換部13を備えている。3相/2相変換部13は、モータ200の各相の励磁電流Iu、IvおよびIwを、クラーク変換およびパーク変換することにより、q軸電流iqおよびd軸電流idを算出する。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、非干渉制御部14を備えている。非干渉制御部14は、角速度算出部3から入力される角速度ωと、3相/2相変換部13から出力されるq軸電流iqおよびd軸電流idに対して、所定の演算(iqとidとの干渉に関する演算)を行い、補正値vd1およびvq1を制限部5に出力する。
In addition, the
また、モータ制御装置100は、トルクリップル低減制御部15を備える。図2に示すように、トルクリップル低減制御部15は、補正部16を含む。なお、トルクリップル低減制御部15は、特許請求の範囲の「トルク指令値決定部」の一例である。
Further, the
また、トルクリップル低減制御部15は、加算器17を含む。トルク指令値Trefβ(絶対値)は、トルク指令値Trefα(絶対値)と、補正部16により決定されたモータ200のトルク脈動(電気角θにおけるトルク脈動)を補正(抑制)する補正脈動成分とが、加算器17により加算されることによって得られる。なお、後述する、補正部16による補正制御は、ソフト的に実行されている。
The torque ripple
また、モータ制御装置100は、モータ200の駆動を制御するパラメータである、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、電機子抵抗Ra、および、トルク定数Ktを決定(同定)する決定部18を備えている。また、決定部18は、決定されたトルク定数Ktに基づいて、モータ200およびモータ200の負荷に生じる摩擦の大きさである摩擦値を取得する。具体的には、摩擦値は、モータ200のギアに生じる摩擦の大きさである摩擦値、および、モータ200の起動時の摩擦の大きさである摩擦値等を含む。なお、決定部18によるパラメータの決定方法については後述する。
The
(補正部の制御)
ここで、本実施形態では、補正部16は、モータ200のトルク脈動成分(図3参照)の正負を反転させた逆トルク脈動成分を、決定部18により取得された摩擦値に基づいて補正することによって、トルク指令値Trefαを補正する補正脈動成分を出力する。なお、モータ200のトルク脈動成分とは、モータ200の電気角θに対する脈動トルク(電気角θのモータ200が動き出す直前の脈動トルク)を意味し、補正部16の補正制御が行われる以前に予め計測された値である。
(Control of correction unit)
Here, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、補正部16は、モータ200の正回転時において、モータ200の正回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定する制御を行う。また、補正部16は、モータ200の負回転時において、モータ200の負回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定する。
In the present embodiment, the
具体的には、補正脈動成分を決定するためのパラメータである摩擦値は、下記の式(1a)または(1b)に基づいて取得される。なお、下記の式(1a)のD0+とは、モータ200の正回転時の摩擦値である。また、iqpminとは、モータ200の正回転時の逆トルク脈動成分に起因する電流のうちの最もゼロに近い値である。また、下記の式(1)の式(1b)のD0−とは、モータ200の負回転時の摩擦値である。また、iqmmaxとは、モータ200の負回転時の逆トルク脈動成分に起因する電流のうちの最もゼロに近い値である。なお、Ktはトルク定数であり、値の決定方法については後述する。また、以下では、説明の簡略化のため、モータ200が正回転している場合における説明を行う。
ここで、本実施形態では、補正部16は、所定のパラメータ同定される制御周期(以下、周期N)(N=0、1、2、・・・)においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、所定の制御周期の次の制御周期(以下、周期N+1)においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、逆トルク脈動成分とに基づいて、周期N+1以降の補正脈動成分を決定する制御を行う。
Here, in the present embodiment, the
具体的には、補正部16は、周期Nにおいてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、周期N+1においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値との比率と、逆トルク脈動成分とに基づいて、周期N+1以降の補正脈動成分を決定する制御を行う。
Specifically, the
詳細には、補正部16は、周期N+1以降において、逆トルク脈動成分を、((D0+(N+1))/(D0+(N)))倍することによって、逆トルク脈動成分を補正する。なお、D0+(N+1)とは、周期N+1において新しく取得された摩擦値であり、D0+(N)とは、周期Nにおいて以前取得された摩擦値である。そして、補正された逆トルク脈動成分に基づいて、周期N+1以降の補正脈動成分を決定する。
Specifically, the
すなわち、図4に示すように、補正部16は、モータ200の角速度ω(絶対値)がω1(たとえば、1rps)以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないように構成されている。具体的には、補正部16は、モータ200の角速度ω(絶対値)がω1以上になった場合に、補正された逆トルク脈動成分を乗算する補正係数をゼロにする。この場合、補正のための演算処理が行われず、逆トルク脈動成分がゼロにされる。これにより、モータ200の角速度ω(絶対値)がω1以上の場合における、補正部16の制御を簡略化することが可能である。
That is, as shown in FIG. 4, the
また、補正部16は、角速度ω(絶対値)がω2(ω1よりも小さい角速度)よりも大きくかつω1未満である場合において、角速度ω(絶対値)が大きくなるにつれ、補正係数を線形的に減少させる。また、角速度ω(絶対値)が、ゼロ以上ω2以下の場合は、補正係数は一定値に固定されている。これにより、モータ200が中低速回転時(角速度ω(絶対値)がω1よりも小さい時)においては、トルク脈動が適切に補正されることにより、モータ200をスムーズに回転させることが可能である。なお、この時の補正係数は、1に固定されていてもよいし、1回目の制御周期だけ1よりも小さい値(たとえば、0.7)にしてもよい。1回目の制御周期の補正係数を1よりも小さい値にすることにより、パラメータが決定(同定)されていない1回目の制御周期において、逆トルク脈動成分を過剰に補正することを抑制することが可能である。なお、1回目の制御周期だけではなく、すべての制御周期において、補正係数を1よりも小さい値にしてもよい。
Further, when the angular velocity ω (absolute value) is larger than ω2 (angular velocity smaller than ω1) and smaller than ω1, the correcting
また、本実施形態では、図5に示すように、補正部16は、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T1(たとえば、モータ200のトルクの定格値の10パーセント)以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないように構成されている。具体的には、補正部16は、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T1以上になった場合に、補正された逆トルク脈動成分を乗算する補正係数をゼロにする。この場合、補正のための演算処理は行われず、逆トルク脈動成分がゼロにされる。なお、トルク値T1は、特許請求の範囲の「第1しきい値」の一例である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、補正部16は、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T2(トルク値T1よりも小さいトルク値)よりも大きくかつトルク値T1未満である場合において、トルク指令値Trefα(絶対値)が大きくなるにつれ、補正係数を線形的に減少させる。また、トルク指令値Trefα(絶対値)が、ゼロ以上トルク値T2以下の場合は、補正係数は一定値(たとえば、1)に固定されている。
Further, when the torque command value Trefα (absolute value) is larger than the torque value T2 (torque value smaller than the torque value T1) and less than the torque value T1, the
また、本実施形態では、図6に示すように、補正部16は、トルク指令値Trefα(絶対値)が、モータ200の停止状態のトルク近傍であるトルク値T3(たとえば、モータ200のトルクの定格値の1パーセント)よりも小さい場合において、トルク指令値の補償を行わないように構成されている。なお、トルク値T3は、特許請求の範囲の「第2しきい値」の一例である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
具体的には、図6(a)に示すように、時間t1において、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T3未満になったとする。この場合、図6(b)に示すように、時間t1から所定時間後(たとえば、1秒後)の時間t2において、補正された逆トルク脈動成分を乗算する補正係数をゼロにする。この場合、補正のための演算処理は行われず、逆トルク脈動成分がゼロにされる。なお、補正係数がゼロにされるまでに所定時間が設けられることにより、トルク指令値Trefβ(絶対値)の急激な変動を抑制することが可能である。 Specifically, as shown in FIG. 6A, it is assumed that the torque command value Trefα (absolute value) becomes less than the torque value T3 at time t1. In this case, as shown in FIG. 6B, the correction coefficient for multiplying the corrected reverse torque pulsation component is set to zero at a time t2 after a predetermined time (for example, 1 second) after the time t1. In this case, calculation processing for correction is not performed, and the reverse torque pulsation component is made zero. Note that, by providing a predetermined time until the correction coefficient is set to zero, it is possible to suppress a rapid fluctuation in the torque command value Trefβ (absolute value).
また、補正部16は、時間t1から時間t2の間において、トルク指令値Trefα(絶対値)が大きくなるにつれ、補正係数を線形的に減少させる。また、時間t1までは、補正係数は一定値(たとえば、1)に固定されている。
Further, the
(トルク定数Ktの決定方法)
ここで、トルク定数Ktの決定方法について説明する。なお、以下では、q軸電流iq、d軸電流id、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、電機子抵抗Ra、および、トルク定数Kt、d軸電流指令idref、および、q軸電流指令iqrefを、それぞれ、iq、id、Ld、Lq、Ra、Kt、idref、および、iqrefと記載する。
(Method for determining torque constant Kt)
Here, a method for determining the torque constant Kt will be described. In the following, q-axis current iq, d-axis current id, d-axis inductance Ld, q-axis inductance Lq, armature resistance Ra, torque constant Kt, d-axis current command idref, and q-axis current command iqref are , Iq, id, Ld, Lq, Ra, Kt, idref, and iqref, respectively.
モータ200を駆動するためのパラメータ(所望のトルクを出力するためのパラメータ)である、Kt、Ra、LdおよびLqは、モータ200の状態(温度など)によって変化する。そこで、パラメータは、実際にモータ200が駆動されている(電流が流されている)状態で、実測された様々な測定値と、下記の式(2)とに基づいて、決定部18により決定(同定)される。なお、以下の説明では、Ktの代わりに、ψaが決定される。なお、Ktとψaとは、ψa=Kt/Pn(Pnは対極数)の関係を有する。なお、式(2)のidrefおよびiqrefは、電流電圧変換部4(図1参照)による電流のPI偏差後の値である。
そして、上記の式(2)を、所定の条件(Ra2>>ω2×Ld×Lqなど)に基づいて修正することにより、下記の式(3a)〜式(3e)が得られる。
ここで、Ra、idref、iqref、ψa、LdおよびLqは、現在(周期N)の値である。idおよびiqは、実測値(ida、iqa)である。Ra^、ψa^、Ld^およびLq^は、計算後(周期N+1)の値である。そして、上記の式(3a)〜(3e)に基づいて、次回の制御に用いられるパラメータが決定される。なお、Raは、式(3a)および(3b)のどちらからでも求められるが、SPMモータでは、d軸電流(id)がゼロなので、Raは、式(3b)により求められる。 Here, Ra, idref, iqref, ψ a , Ld, and Lq are present (period N) values. id and iq are actual measurement values (ida, iqa). Ra ^, ψ a ^, Ld ^ , and Lq ^ are values after calculation (cycle N + 1). And the parameter used for the next control is determined based on said Formula (3a)-(3e). Ra can be obtained from either of the equations (3a) and (3b). However, since the d-axis current (id) is zero in the SPM motor, Ra is obtained from the equation (3b).
(補正部の制御フロー)
次に、図7を参照して、本実施形態の補正部16の制御フローについて説明する。
(Control flow of correction unit)
Next, a control flow of the
まず、ステップS1において、トルク脈動成分を正負反転させることによって、逆トルク脈動成分を算出する。なお、ステップS1は、1回目の制御周期(N=0)においてのみ行われる。 First, in step S1, the reverse torque pulsation component is calculated by reversing the torque pulsation component between positive and negative. Step S1 is performed only in the first control cycle (N = 0).
次に、ステップS2において、ステップS1において算出された逆トルク脈動成分を比例補正する。すなわち、ステップS1において算出された逆トルク脈動成分を、((D0+(N+1))/(D0+(N)))倍する。なお、1回目の制御周期(N=0)においては、D0+(N)に1、D0+(N+1)に所定の設計値を代入する。 Next, in step S2, the inverse torque pulsation component calculated in step S1 is proportionally corrected. That is, the inverse torque pulsation component calculated in step S1 is multiplied by ((D0 + (N + 1) ) / (D0 + (N) )). In the first control cycle (N = 0), substituting the predetermined design value to 1, D0 + (N + 1 ) to D0 + (N).
次に、ステップS3において、角速度ω(絶対値)がω1以上否かを判定する。角速度ω(絶対値)がω1未満である場合は、ステップS4に進む。また、角速度ω(絶対値)がω1以上である場合は、ステップS5に進む。 Next, in step S3, it is determined whether the angular velocity ω (absolute value) is equal to or greater than ω1. If the angular velocity ω (absolute value) is less than ω1, the process proceeds to step S4. On the other hand, if the angular velocity ω (absolute value) is equal to or greater than ω1, the process proceeds to step S5.
次に、ステップS4において、ステップS2において補正された逆トルク脈動成分に、角速度ω(絶対値)に基づく補正係数(図4参照)を乗算する。次にステップS6に進む。 Next, in step S4, the inverse torque pulsation component corrected in step S2 is multiplied by a correction coefficient (see FIG. 4) based on the angular velocity ω (absolute value). Next, the process proceeds to step S6.
また、ステップS5において、ステップS2において補正された逆トルク脈動成分をゼロにする。次にステップS6に進む。 In step S5, the reverse torque pulsation component corrected in step S2 is set to zero. Next, the process proceeds to step S6.
次に、ステップS6において、トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T1以上か否かを判定する。トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T1未満である場合は、ステップS7に進む。また、トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T1以上である場合は、ステップS8に進む。 Next, in step S6, it is determined whether or not the torque command value Trefα (absolute value) is equal to or greater than the torque value T1. If the torque command value Trefα (absolute value) is less than the torque value T1, the process proceeds to step S7. When the torque command value Trefα (absolute value) is equal to or greater than the torque value T1, the process proceeds to step S8.
次に、ステップS7において、ステップS4またはS5において補正された逆トルク脈動成分に、トルク指令値Trefα(絶対値)(モータ200の回転時)の補正係数(図5参照)を乗算する。次にステップS9に進む。
Next, in step S7, the inverse torque pulsation component corrected in step S4 or S5 is multiplied by a correction coefficient (see FIG. 5) of the torque command value Trefα (absolute value) (when the
また、ステップS8において、ステップS4またはS5において補正された逆トルク脈動成分をゼロにする。次にステップS9に進む。 In step S8, the reverse torque pulsation component corrected in step S4 or S5 is set to zero. Next, the process proceeds to step S9.
次に、ステップS9において、トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T3未満であるか否かを判定する。トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T3以上である場合は、ステップS10に進む。また、トルク指令値Trefα(絶対値)が、トルク値T3未満である場合は、ステップS11に進む。 Next, in step S9, it is determined whether or not the torque command value Trefα (absolute value) is less than the torque value T3. When the torque command value Trefα (absolute value) is equal to or greater than the torque value T3, the process proceeds to step S10. When the torque command value Trefα (absolute value) is less than the torque value T3, the process proceeds to step S11.
次に、ステップS10において、ステップS7またはS8において補正された逆トルク脈動成分に、トルク指令値Trefα(絶対値)(モータ200の停止時)の補正係数(図6(b)参照)を乗算する。次にステップS12に進む。
Next, in step S10, the inverse torque pulsation component corrected in step S7 or S8 is multiplied by a correction coefficient (see FIG. 6B) of the torque command value Trefα (absolute value) (when the
また、ステップS11において、ステップS7またはS8において補正された逆トルク脈動成分をゼロにする。次にステップS12に進む。 In step S11, the reverse torque pulsation component corrected in step S7 or S8 is set to zero. Next, the process proceeds to step S12.
そして、ステップS12において、補正脈動成分が決定される。すなわち、補正脈動成分は、ステップS10における乗算によって得られた値か、または、ステップS11によって得られたゼロに決定される。 In step S12, a corrected pulsation component is determined. That is, the corrected pulsation component is determined to be a value obtained by multiplication in step S10 or zero obtained in step S11.
そして、ステップS12の後に、ステップS2に戻り、周期N+2に移る。周期N+2のステップS12の後の周期N+2のステップS2においては、周期N+1のステップS12において決定された補正脈動成分とトルク指令値Trefα(絶対値)との和であるトルク指令値Trefβ(絶対値)に基づいて、逆トルク脈動成分が比例補正される。具体的には、決定部18により、トルク指令値Trefβ(絶対値)に基づいて、idrefおよびiqrefが決定される。この時、モータ200がSPMモータの場合は、Lq=Ldなので、下記の式(4a)により、idrefおよびiqrefが決定される。また、モータ200がIPMモータの場合は、下記の式(4b)により、idrefおよびiqrefが決定される。これにより、モータ200がSPMモータである場合、および、IPMモータである場合の各々に対応した、idrefおよびiqrefを決定することが可能である。
そして、決定部18により、決定されたidrefおよびiqrefと、上記の式(2)および(3c)とに基づいて、周期N+2におけるψa(Kt)が決定される。さらに、決定部18により、決定された周期N+2におけるKtと、上記の式(1a)に基づいて、周期N+2における摩擦値であるD0+(N+2)が取得される。そして、D0+(N+2)とD0+(N+1)とに基づいて、逆トルク脈動成分が比例補正され、その後、ステップS3〜S12の制御に進む。なお、ステップS2〜S12までの制御は、繰り返し行われる。
Then, the determining
(本実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of this embodiment)
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態では、上記のように、モータ200のトルク脈動成分の正負を反転させた逆トルク脈動成分を、モータ200およびモータ200の負荷に生じる摩擦の大きさである摩擦値に基づいて補正することによって補正脈動成分を決定する補正部16を含み、トルク指令値Trefαと決定された補正脈動成分とに基づいてトルク指令値Trefβを決定するトルクリップル低減制御部15と、トルクリップル低減制御部15により決定されたトルク指令値(トルク指令値Trefβ)に基づいて、電流指令値を算出するトルク/電流変換部1とを備えるように、モータ制御装置100を構成する。ここで、摩擦値は、モータ200の経年劣化および複数のモータ200間における個体差による数値のばらつきが比較的大きい。したがって、モータ200の経年劣化および複数のモータ200間における個体差に起因して数値が変動する摩擦値に基づいて、逆トルク脈動成分を補正し、補正脈動成分を決定することによって、モータ200の経年劣化および複数のモータ200間における個体差の影響を考慮した補正を容易に行うことができる。その結果、トルク脈動を適切に抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the reverse torque pulsation component obtained by reversing the sign of the torque pulsation component of the
また、本実施形態では、上記のように、補正部16が、所定の制御周期においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、所定の制御周期の次の制御周期においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、逆トルク脈動成分とに基づいて、所定の制御周期の次の制御周期の補正脈動成分を決定する制御を行うように、モータ制御装置100を構成する。これにより、前回推定時の制御周期において取得された摩擦値に基づいて補正脈動成分を決定することによって、制御周期間におけるモータ200の状態変化に起因する摩擦値の変動を加味しながら補正脈動成分を決定することができる。その結果、モータ200を比較的長い期間使用することにより、モータ200に経年劣化が生じた場合でも、トルク脈動をより適切に抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、補正部16が、所定の制御周期においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値と、所定の制御周期の次の制御周期においてトルク指令値Trefβに基づいて取得された摩擦値との比率と、逆トルク脈動成分とに基づいて、所定の制御周期の次の制御周期の補正脈動成分を決定する制御を行うように、モータ制御装置100を構成する。これにより、前回推定時の制御周期において取得された摩擦値と、現時点の制御周期において取得された摩擦値との比率に基づいて補正脈動成分を決定することによって、制御周期間におけるモータ200の状態(摩擦値)の変化率を直接的に加味しながら、補正脈動成分を決定することができる。その結果、制御周期間における摩擦値の差分等を考慮する場合に比べて、補正脈動成分を効率的に決定することができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、補正部16が、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T1以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないように、モータ制御装置100を構成する。ここで、トルク指令値Trefα(絶対値)が比較的大きい場合は、トルク脈動がモータ200の動作(回転)に与える影響は比較的小さい。したがって、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T1以上の場合において、トルク指令値の補償を行わないことによって、トルク脈動によるモータ200の動作への影響を抑制しながら、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T1以上の場合における制御を簡略化することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, when the torque command value Trefα (absolute value) is equal to or greater than the torque value T1, the
また、本実施形態では、上記のように、補正部16が、トルク指令値Trefα(絶対値)が、モータ200の停止状態のトルク近傍であるトルク値T3よりも小さい場合において、トルク指令値の補償を行わないように、モータ制御装置100を構成する。ここで、モータ200が停止または停止寸前の状態において、トルク脈動を考慮する必要性は比較的小さい。したがって、トルク指令値Trefα(絶対値)が、モータ200の停止状態のトルク近傍であるトルク値T3よりも小さい場合において、トルク指令値の補償を行わないことによって、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T3よりも小さい場合における制御を簡略化することができる。また、トルク指令値Trefα(絶対値)が比較的小さい場合でかつトルク指令値の補償を行った場合は、補償後のトルク指令値(トルク指令値Trefβ(絶対値))に含まれる補正脈動成分の割合が比較的大きくなる。したがって、トルク指令値Trefα(絶対値)がトルク値T3よりも小さい場合にトルク指令値の補償を行わないことによって、補正脈動成分に起因するECUおよびモータ200の発熱を抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、補正部16が、モータ200の正回転時において、モータ200の正回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定し、モータ200の負回転時において、モータ200の負回転時の逆トルク脈動成分に基づいて補正脈動成分を決定する制御を行うように、モータ制御装置100を構成する。これにより、モータ200の正回転時および負回転時の各々において、トルク脈動を適切に抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、D0+(N)とD0+(N+1)との比率に基づいて、補正脈動成分が決定される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、D0+(N)とD0+(N+1)との比率以外(たとえば、差分)に基づいて、補正脈動成分が決定されてもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example in which the correction pulsation component is determined based on the ratio of D0 + (N) and D0 + (N + 1) is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the corrected pulsation component may be determined based on a ratio other than the ratio between D0 + (N) and D0 + (N + 1) (for example, a difference).
また、上記実施形態では、角速度ω(絶対値)が大きい場合の補正(ステップS3)、トルク指令値Trefα(絶対値)(要求トルク)が大きい場合の補正(ステップS6)、トルク指令値Trefα(絶対値)(要求トルク)が小さい場合の補正(ステップS9)の順番に補正制御が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、この補正制御の順番が互いに入れ替わってもよい。 In the above embodiment, the correction when the angular velocity ω (absolute value) is large (step S3), the correction when the torque command value Trefα (absolute value) (requested torque) is large (step S6), and the torque command value Trefα ( Although the example in which the correction control is performed in the order of the correction when the (absolute value) (required torque) is small (step S9) is shown, the present invention is not limited to this. For example, the order of this correction control may be interchanged.
また、上記実施形態では、角速度ω(絶対値)が大きい場合の補正(ステップS3)、トルク指令値Trefα(絶対値)(要求トルク)が大きい場合の補正(ステップS6)、および、トルク指令値Trefα(絶対値)(要求トルク)が小さい場合の補正(ステップS9)の各々において、所定の条件下で逆トルク脈動成分(補正係数)を線形的に減少させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、逆トルク脈動成分を線形関数以外(たとえば、指数関数)により減少させてもよい。 In the above embodiment, the correction when the angular velocity ω (absolute value) is large (step S3), the correction when the torque command value Trefα (absolute value) (requested torque) is large (step S6), and the torque command value. In each of the corrections (step S9) when Trefα (absolute value) (required torque) is small, an example has been shown in which the reverse torque pulsation component (correction coefficient) is linearly reduced under a predetermined condition. It is not limited to this. For example, the reverse torque pulsation component may be decreased by a function other than a linear function (for example, an exponential function).
また、上記実施形態では、トルク脈動成分は、補正部16の補正制御が行われる以前に予め計測されたものであり、計測されたトルク脈動成分に基づいて逆トルク脈動成分が算出される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、予め準備された逆トルク脈動成分を示す特性マップを使用してもよい。
Further, in the above embodiment, the torque pulsation component is measured in advance before the correction control of the
また、上記実施形態では、説明の便宜上、本発明の補正部16の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補正部16の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型(イベントドリブン型)の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the process of the correction |
15 トルクリップル低減制御部(トルク指令値決定部)
16 補正部
100 モータ制御装置
200 モータ
T1 トルク値(第1しきい値)
T3 トルク値(第2しきい値)
α トルク指令値Tref(要求トルク)
β トルク指令値Tref(補償されたトルク指令値)
ω 角速度
15 Torque ripple reduction control unit (torque command value determination unit)
16
T3 Torque value (second threshold)
α Torque command value Tref (requested torque)
β Torque command value Tref (compensated torque command value)
ω angular velocity
Claims (6)
前記モータのトルク脈動成分の正負を反転させた逆トルク脈動成分を、前記モータおよび前記モータの負荷に生じる摩擦の大きさである摩擦値に基づいて補正することによって補正脈動成分を決定する補正部を含み、要求トルクと決定された前記補正脈動成分とに基づいて補償された前記トルク指令値を決定するトルク指令値決定部と、
前記トルク指令値決定部により決定された前記トルク指令値に基づいて、前記電流指令値を算出するトルク/電流変換部とを備える、モータ制御装置。 A motor control device that controls driving of a motor provided with a permanent magnet by a current command value set based on a torque command value,
A correction unit that determines a correction pulsation component by correcting a reverse torque pulsation component obtained by reversing the sign of the torque pulsation component of the motor based on a friction value that is a magnitude of friction generated in the load of the motor and the motor. A torque command value determining unit that determines the torque command value compensated based on the required torque and the determined corrected pulsation component;
A motor control device comprising: a torque / current conversion unit that calculates the current command value based on the torque command value determined by the torque command value determination unit.
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