JP2020114076A - Motor control device - Google Patents
Motor control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020114076A JP2020114076A JP2019002116A JP2019002116A JP2020114076A JP 2020114076 A JP2020114076 A JP 2020114076A JP 2019002116 A JP2019002116 A JP 2019002116A JP 2019002116 A JP2019002116 A JP 2019002116A JP 2020114076 A JP2020114076 A JP 2020114076A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- gain
- voltage phase
- feedback
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
従来、インバータが多相交流モータに印加する電圧の位相を操作し、モータの出力トルクをフィードバック制御するモータ制御装置が知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, there is known a motor control device that operates a phase of a voltage applied to a multi-phase AC motor by an inverter and feedback-controls an output torque of the motor.
例えば特許文献1に開示された永久磁石同期電動機の制御装置では、トルク算出部は、モータに流れるdq軸電流、及びモータ回転数に基づいてトルク推定値を演算する。負荷角調節器は、トルク指令値とトルク推定値との偏差を無くすように負荷角(電圧位相)を調節する。電圧振幅指令値が電圧リミッタ値より大きい場合、負荷角調節器で調節された負荷角が用いられる。すなわち、電圧位相指令が進角されることで、弱め界磁制御により大きなトルクが実現される。 For example, in the control device for a permanent magnet synchronous motor disclosed in Patent Document 1, the torque calculation unit calculates a torque estimated value based on the dq-axis current flowing in the motor and the motor rotation speed. The load angle adjuster adjusts the load angle (voltage phase) so as to eliminate the deviation between the torque command value and the estimated torque value. When the voltage amplitude command value is larger than the voltage limiter value, the load angle adjusted by the load angle adjuster is used. That is, by advancing the voltage phase command, a large torque is realized by the field weakening control.
トルクフィードバック制御に用いられるトルク推定値は、低トルク域において位相感度が低い。そのため、低トルク域では、高トルク域に比べ、トルク指令値の変更時における応答性、すなわち、トルク指令値に対する収束性が低下する。例えばハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータの駆動を制御するモータ制御装置では、応答性の低下はドライバビリティの低下につながる。 The estimated torque value used for the torque feedback control has low phase sensitivity in the low torque range. Therefore, in the low torque region, the responsiveness at the time of changing the torque command value, that is, the convergence with respect to the torque command value, is lower than in the high torque region. For example, in a motor control device that controls driving of a main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, a decrease in responsiveness leads to a decrease in drivability.
本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、トルクフィードバック制御における低トルク域での応答性を改善するモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a motor control device that improves responsiveness in a low torque range in torque feedback control.
本発明は、インバータ(60)が供給する多相交流電力によりモータ(80)が出力するトルクをフィードバック制御し、インバータへの電圧位相指令を演算するモータ制御装置である。このモータ制御装置は、トルク偏差算出部(33)と、電圧位相算出部(34)と、を備える。トルク偏差算出部は、モータに通電されるdq軸実電流に基づき推定され又はトルクセンサにより検出されたトルク値と、トルク指令値とのトルク偏差を算出する。電圧位相算出部は、トルク偏差を0に近づけるように電圧位相指令を演算する。 The present invention is a motor control device that performs feedback control of torque output from a motor (80) by multi-phase AC power supplied by an inverter (60) and calculates a voltage phase command to the inverter. This motor control device includes a torque deviation calculation unit (33) and a voltage phase calculation unit (34). The torque deviation calculation unit calculates the torque deviation between the torque value estimated based on the dq-axis actual current supplied to the motor or detected by the torque sensor and the torque command value. The voltage phase calculator calculates the voltage phase command so that the torque deviation approaches zero.
電圧位相算出部は、トルクフィードバック制御における比例ゲイン、積分ゲイン又は微分ゲインのうち一つ以上のフィードバックゲインについて、モータのトルクの推定値、検出値、指令値、又は、トルクと相関するパラメータの値である「トルク情報」が小さいほどゲインを大きくするように、トルク情報に応じてフィードバックゲインを切り替える。 The voltage phase calculation unit is an estimated value, a detected value, a command value of a motor torque, or a value of a parameter correlated with the torque, for one or more feedback gains of a proportional gain, an integral gain or a differential gain in torque feedback control. The feedback gain is switched according to the torque information so that the smaller the “torque information” is, the larger the gain is.
本発明では、トルク域による応答性(又は収束性)の違いに着目し、位相感度が低い低トルク域で、高トルク域よりもフィードバックゲインを大きくするように切り替えることで、低トルク域での応答性を向上させることができる。例えばハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータの駆動を制御するモータ制御装置では、ドライバビリティを向上させることができる。 In the present invention, focusing on the difference in responsiveness (or convergence) depending on the torque range, by switching the feedback gain to be larger than that in the high torque range in the low torque range where the phase sensitivity is low, switching in the low torque range is possible. The responsiveness can be improved. For example, in a motor control device that controls driving of a main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, drivability can be improved.
以下、モータ制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載され、主機モータの駆動を制御する装置である。第1実施形態及び第2実施形態は、制御装置の構成、及び、基本的な処理内容は同じであり、処理の具体的構成のみが異なる。以下、第1実施形態及び第2実施形態を包括して「本実施形態」という。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a motor control device will be described with reference to the drawings. The motor control device of each embodiment is a device that is mounted in, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle and that controls the drive of a main motor. The first embodiment and the second embodiment have the same configuration of the control device and the same basic processing content, and differ only in the specific configuration of the processing. Hereinafter, the first embodiment and the second embodiment are collectively referred to as the “present embodiment”.
(第1実施形態)
第1実施形態のモータ制御装置について、図1、及び図4〜図6を参照して説明する。まず図1を参照し、モータ制御装置301の構成を説明する。モータ制御装置301は、インバータ60が供給する三相交流電力によりモータ80が出力するトルクをフィードバック制御し、インバータ60への電圧位相指令Vθを演算する。
(First embodiment)
The motor control device of the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. 4 to 6. First, the configuration of the
詳しくは、図1の構成ではインバータ60は、極座標の電圧振幅指令Vamp及び電圧位相指令Vθから変換された三相電圧指令Vu、Vv、Vwにより駆動される。電圧位相指令Vθは、各相のスイッチングパルスの位相に反映されるため、「インバータ60への電圧位相指令Vθ」として解釈される。なお、構成上、三相電圧指令演算部37をインバータの一部と解釈してもよい。
Specifically, in the configuration of FIG. 1, the
モータ80は、永久磁石式同期型三相交流モータである。具体的には主にIPM(埋込永久磁石型)のモータを想定するがSPM(表面永久磁石型)であってもよい。主機モータとして用いられる場合のモータ80は、駆動輪を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備えたモータジェネレータである。
The
電流センサ70は、モータ80の三相巻線のうち二相又は三相に流れる相電流を検出する。二相の電流を検出する構成では、他の一相の電流は、キルヒホッフの法則により算出される。図示の例では、V相及びW相の電流経路に設けられた電流センサ70によりV相電流Iv及びW相電流Iwが検出され、U相電流Iuがキルヒホッフの法則により算出される。
The
回転角センサ85は、レゾルバ等により構成され、モータ80の電気角θを検出する。回転数演算部86は電気角θを時間微分して電気角速度ωを算出する。電気角速度ωは、係数を乗じることによって回転数に換算されるため、本明細書では「回転数ω」と記す。なお、回転数演算部86は、モータ制御装置301の内部に設けられてもよい。
The
モータ制御装置301は、dq変換部31、トルク推定値演算部32、トルク偏差算出部33、電圧位相演算部34、電圧位相制限部35、電圧振幅演算部36、電圧振幅演算部36、三相電圧指令演算部37、及び、インバータ60等を備える。モータ制御装置301は、例えば上位の車両制御回路からモータ80に要求される出力としてトルク指令値trq*が入力される。
The
dq変換部31は、電気角θを用いて三相電流Iu、Iv、Iwをdq軸実電流Id、Iqにdq変換し、トルク推定値演算部32に出力する。トルク推定値演算部32は、dq軸実電流Id、Iq、逆起電圧定数φ、dq軸インダクタンスLd、Lq、モータ80の極対数pに基づき、下記式を用いてトルク推定値trq_estを演算する。一般にIPMモータではLd≠Lqであるため、右辺の第2項は0とならない。したがって、トルク推定値trq_estは、d軸電流Id及びq軸電流Iqの両方に影響される。
trq_est=p×{Iq×φ+(Ld−Lq)×Id×Iq}
The
trq_est=p×{Iq×φ+(Ld−Lq)×Id×Iq}
トルク推定値trq_estは実トルクとみなされ、トルク偏差算出部33にフィードバックされる。トルク偏差算出部33は、トルク指令値trq*とトルク推定値trq_estとのトルク偏差Δtrqを算出する。或いは破線で示すように、モータ80の実トルクを実測するトルクセンサ88が設けられ、トルク偏差算出部33は、トルク指令値trq*と、トルクセンサ88により実測されたトルク検出値trq_snsとのトルク偏差Δtrqを算出してもよい。
The estimated torque value trq_est is regarded as the actual torque and is fed back to the torque
電圧位相演算部34は、PID制御器により構成され、トルクフィードバック制御によりトルク偏差Δtrqを0に近づけるように、操作量としての電圧位相指令Vθ_0を演算する。なお、記号の「_0」は、電圧位相制限部35による制限前の位相であることを表す。
The
以下、トルクフィードバック制御において比例項の演算に用いられる比例ゲインKp、積分項の演算に用いられる積分ゲインKi、及び、微分項の演算に用いられる微分ゲインKdを「トルクフィードバックゲイン」という。トルクフィードバックゲインは、基本的にモータ80の初期特性等に基づいて設定される。なお、「その他の実施形態」として後述する通り、電圧位相演算部34は、PID制御に限らず、PI制御又はP制御により電圧位相指令Vθを演算してもよい。
Hereinafter, in the torque feedback control, the proportional gain Kp used to calculate the proportional term, the integral gain Ki used to calculate the integral term, and the differential gain Kd used to calculate the differential term are referred to as “torque feedback gain”. The torque feedback gain is basically set based on the initial characteristics of the
本実施形態の電圧位相演算部34は、太線矢印で示すように、トルク推定値演算部32が演算したトルク推定値trq_estを「トルク情報」として取得する。そして電圧位相演算部34は、トルク推定値trq_estが小さいほどゲインを大きくするように、トルク推定値trq_estに応じてトルクフィードバックゲインを切り替える。この電圧位相演算部34によるトルクフィードバックゲインの切替処理を「ゲイン切替処理」という。ゲイン切替処理の詳細、及び、それにより生じる効果については後述する。
The voltage
電圧位相制限部35は、インバータ60の入力電圧であるシステム電圧Vsys、及びモータ回転数ωに基づいて電圧位相制限値を演算する。そして、電圧位相演算部34により演算された制限前の電圧位相Vθ_0が制限値を超えている場合、制限値で制限された電圧位相Vθを出力する。一方、制限前の電圧位相Vθ_0が制限値以下の場合、そのままの値を電圧位相Vθとして出力する。
The
電圧振幅演算部36は、トルク指令値trq*及び回転数ωに基づき、詳しくはトルク指令値trq*から演算されたdq軸電流指令値Id*、Iq*、及び回転数ωに基づき、電圧振幅Vampを演算する。なお、電圧利用率(又は変調率)が所定値以上の領域で用いられる矩形波制御方式の場合、電圧振幅Vampは一定値となる。
The voltage
三相電圧指令演算部37は、極座標の電圧振幅指令Vamp、及び、制限後の電圧位相指令Vθをdq軸電圧指令に変換し、さらに電気角θを用いてdq軸電圧指令を三相変換して三相電圧指令Vu、Vv、Vwを演算する。そして、三相電圧指令Vu、Vv、Vw及びシステム電圧Vsysに基づき、スイッチングパルス信号を生成し、インバータ60に出力する。
The three-phase
インバータ60は、上下アームの6つのスイッチング素子がブリッジ接続されている。スイッチング素子は、例えばIGBTで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。インバータ60は、三相電圧指令Vu、Vv、Vwに従ってスイッチング素子が動作することで、図示しないバッテリの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ80に供給する。
In the
以上のようなトルクフィードバック制御方式のモータ制御装置301において、車両の運転状態等に従ってトルク指令値trq*は随時変化する。高いドライバビリティを確保するため、モータ制御装置301は、トルク指令値trq*の変化に対する応答性の良さが求められる。このようなトルクフィードバック制御の応答性に関する従来技術の課題について、図2、図3を参照して説明する。
In the torque feedback control type
図2(a)に、システム電圧Vsys及び回転数ωが一定の条件での電流振幅毎の電流位相Iθとトルク推定値trq_estとの関係を示す。電流位相Iθは、図2(b)に示すようにd軸基準で定義される位相であり、正のq軸方向が90[deg]、負のd軸方向が180[deg]と表される。電流振幅が一定のとき、特性線は上に凸のカーブを描き、特定の電流位相で最大トルクが得られる。電流振幅が大きいほど、特性線全体が高トルク側に移行する。また、各カーブの頂点を結んだ線上では、最小電流で最大トルクが得られる。トルクフィードバック制御では、最小電流最大トルク線よりも進角側で弱め界磁制御が行われる。 FIG. 2A shows the relationship between the current phase Iθ for each current amplitude and the estimated torque value trq_est under the condition that the system voltage Vsys and the rotation speed ω are constant. The current phase Iθ is a phase defined based on the d-axis as shown in FIG. 2B, and is expressed as 90 [deg] in the positive q-axis direction and 180 [deg] in the negative d-axis direction. .. When the current amplitude is constant, the characteristic line has a convex curve, and the maximum torque is obtained at a specific current phase. The larger the current amplitude, the more the entire characteristic line shifts to the high torque side. Further, the maximum torque can be obtained with the minimum current on the line connecting the vertices of each curve. In the torque feedback control, the field weakening control is performed on the advance side of the minimum current/maximum torque line.
図2(a)における電流位相が約150〜180[deg]の領域において、特性線の傾きが示す「電流位相の変化に対するトルクの変化」、すなわち位相感度に注目する。すると、高トルク域では特性線の傾きが大きく、位相感度が高い。一方、低トルク域では特性線の傾きが小さく、位相感度が低い。 In the region where the current phase is approximately 150 to 180 [deg] in FIG. 2A, attention is paid to "change in torque with respect to change in current phase", that is, phase sensitivity, which is indicated by the slope of the characteristic line. Then, in the high torque region, the slope of the characteristic line is large and the phase sensitivity is high. On the other hand, in the low torque region, the slope of the characteristic line is small and the phase sensitivity is low.
ここで、図2(a)に四角印で示される点を所定の高トルク値trq_hiとして想定する。トルク指令値trq*を0から高トルク値trq_hiまで増加させたとき、電流振幅の増加と共に、電流位相は一点鎖線のように推移する。逆に、トルク指令値trq*を高トルク値trq_hiから0まで減少させたとき、電流振幅の減少と共に、電流位相は二点鎖線のように推移する。 Here, a point indicated by a square mark in FIG. 2A is assumed as a predetermined high torque value trq_hi. When the torque command value trq * is increased from 0 to the high torque value trq_hi, the current phase changes as shown by the alternate long and short dash line as the current amplitude increases. Conversely, when the torque command value trq * is reduced from the high torque value trq_hi to 0, the current phase changes as the chain double-dashed line as the current amplitude decreases.
図3に、従来技術相当の比較例のトルク応答性を示す。比較例では、電圧位相演算部34のトルクフィードバックゲインは、トルク推定値trq_estに関係なく一定に設定される。図3(a)には、トルク指令値trq*を0から高トルク値trq_hiまで増加させたときのトルク推定値trq_estの応答性を示す。図3(b)には、トルク指令値trq*を高トルク値trq_hiから0まで減少させたときのトルク推定値trq_estの応答性を示す。図3(a)、(b)において横軸の時間及び縦軸のトルクに具体的な数値は記載しないが、両図のスケールは同一とする。
FIG. 3 shows the torque response of a comparative example corresponding to the conventional technique. In the comparative example, the torque feedback gain of the voltage
図3(a)に示すように、トルク増加時、トルク指令値trq*は時刻a0に0から立ち上がり、一時遅れ型のカーブを描いて高トルク値trq_hiに至る。それに対し、実電流Id、Iqに基づくトルク推定値trq_estは、低トルク域での位相感度が低いため、特に立ち上がり初期における上昇勾配が小さく、応答が遅れる。トルク推定値trq_estがある程度増加し低トルク域を脱すると、勾配が比較的大きくなる。そして、トルク指令値trq*に遅れて、時刻arcにトルク推定値trq_estが高トルク値trq_hiに達する。 As shown in FIG. 3(a), when the torque increases, the torque command value trq * rises from 0 at time a0 and draws a temporary delay type curve to reach the high torque value trq_hi. On the other hand, the estimated torque value trq_est based on the actual currents Id and Iq has a low phase sensitivity in the low torque range, so that the rising gradient is small especially at the initial stage of rising and the response is delayed. When the estimated torque value trq_est increases to some extent and the low torque range is exited, the gradient becomes relatively large. Then, after the torque command value trq * , the estimated torque value trq_est reaches the high torque value trq_hi at time arc.
図3(b)に示すように、トルク減少時、トルク指令値trq*は時刻b0に高トルク値trq_hiから立ち下がり、一時遅れ型のカーブを描いて0に至る。それに対し、実電流Id、Iqに基づくトルク推定値trq_estは、少し遅れて同程度の勾配で追従する。しかし、トルク推定値trq_estが低トルク域に達すると、位相感度が低下し、下降勾配が小さくなる。そして、トルク指令値trq*に遅れて、時刻brcにトルク推定値trq_estが0に達する。 As shown in FIG. 3B, when the torque is reduced, the torque command value trq * falls from the high torque value trq_hi at time b0 and reaches 0 in a temporary delay type curve. On the other hand, the estimated torque value trq_est based on the actual currents Id and Iq follows with a similar gradient with a slight delay. However, when the estimated torque value trq_est reaches the low torque range, the phase sensitivity decreases and the descending slope decreases. Then, the estimated torque value trq_est reaches 0 at time brc after the torque command value trq * .
このように、比較例では、トルク増加時、トルク減少時ともに低トルク域での応答性が悪い。特にトルク減少時における到達時刻brcは、トルク増加時における到達時刻arcよりもさらに遅れる。このような応答性の低下は、車両におけるドライバビリティの低下につながる。そこで本実施形態では、低トルク域での応答性、すなわち、トルク指令値trq*に対する収束性を改善することを課題とする。 As described above, in the comparative example, the responsiveness in the low torque range is poor both when the torque increases and when the torque decreases. In particular, the arrival time brc when the torque is decreasing is further delayed than the arrival time arc when the torque is increasing. Such a decrease in responsiveness leads to a decrease in drivability in the vehicle. Therefore, an object of the present embodiment is to improve the responsiveness in the low torque range, that is, the convergence with respect to the torque command value trq * .
次に図4、図5を参照し、第1実施形態によるゲイン切替処理について説明する。第1実施形態では、電圧位相演算部34は、トルク推定値trq_estが所定の切替閾値を超えたとき、トルクフィードバックゲインを段階的に切り替える。ここでは、トルクフィードバックゲインが二段階で切り替えられる例について説明する。
Next, the gain switching process according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In the first embodiment, the voltage
このゲイン切替処理において、所定の切替閾値以下の低トルク域で用いられるフィードバックゲインを「低トルク域ゲインK_LT」とする。また、低トルク域以外の領域をまとめて高トルク域といい、高トルク域で用いられるフィードバックゲインを「通常ゲインK_N」とする。 In this gain switching process, the feedback gain used in the low torque range equal to or lower than the predetermined switching threshold is referred to as “low torque range gain K_LT”. The regions other than the low torque region are collectively referred to as the high torque region, and the feedback gain used in the high torque region is referred to as "normal gain K_N".
電圧位相演算部34における比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKdのうち一つ以上について、低トルク域ゲインK_LTは通常ゲインK_Nよりも大きい値に設定される。例えば、比例ゲインKpについてのみ、低トルク域ゲインK_LTが通常ゲインK_Nより大きく設定され、積分ゲインKi及び微分ゲインKdについては、低トルク域ゲインK_LTが通常ゲインK_Nと同等以下の値に設定されてもよい。
For one or more of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd in the voltage
或いは、比例ゲインKp及び積分ゲインKiについて、低トルク域ゲインK_LTが通常ゲインK_Nより大きく設定され、微分ゲインKdについては、低トルク域ゲインK_LTが通常ゲインK_Nと同等以下の値に設定されてもよい。或いは、比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKdの全てについて、低トルク域ゲインK_LTが通常ゲインK_Nより大きく設定されてもよい。 Alternatively, for the proportional gain Kp and the integral gain Ki, the low torque range gain K_LT is set to be larger than the normal gain K_N, and for the differential gain Kd, the low torque range gain K_LT is set to a value equal to or less than the normal gain K_N. Good. Alternatively, the low torque range gain K_LT may be set to be larger than the normal gain K_N for all of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd.
図4に、第1実施形態によるゲイン切替処理のフローチャートを示す。ゲイン切替処理は、所定の周期で繰り返し実行される。フローチャートの説明で、記号「S」はステップを意味する。S1では、現在のトルクフィードバックゲインが通常ゲインK_Nであるか否か判断される。現在、通常ゲインK_Nである場合、S1でYESと判断され、S2へ移行する。現在、低トルク域ゲインK_LTである場合、S1でNOと判断され、S4へ移行する。 FIG. 4 shows a flowchart of the gain switching process according to the first embodiment. The gain switching process is repeatedly executed at a predetermined cycle. In the description of the flowchart, the symbol "S" means a step. In S1, it is determined whether or not the current torque feedback gain is the normal gain K_N. If the gain is currently the normal gain K_N, YES is determined in S1 and the process proceeds to S2. If the gain is currently in the low torque range K_LT, it is determined as NO in S1 and the process proceeds to S4.
S2及びS4では、トルク推定値trq_estがそれぞれ、トルク減少時用の第1切替閾値trq_th1、及び、トルク増加時用の第2切替閾値trq_th2と比較される。ハンチング防止のため、第2切替閾値trq_th2は第1切替閾値trq_th1より大きい値に設定され、ゲイン切替のヒステリシスが設けられている。 In S2 and S4, the estimated torque value trq_est is compared with the first switching threshold value trq_th1 for decreasing torque and the second switching threshold value trq_th2 for increasing torque, respectively. To prevent hunting, the second switching threshold value trq_th2 is set to a value larger than the first switching threshold value trq_th1, and a gain switching hysteresis is provided.
S2では、トルク推定値trq_estが第1切替閾値trq_th1以下であるか判断され、YESの場合、S3で、通常ゲインK_Nから低トルク域ゲインK_LTに切り替えられる。S2でNOの場合、通常ゲインK_Nのまま維持される。 In S2, it is determined whether the estimated torque value trq_est is less than or equal to the first switching threshold value trq_th1, and if YES, the normal gain K_N is switched to the low torque range gain K_LT in S3. If NO in S2, the normal gain K_N is maintained.
S4では、トルク推定値trq_estが第2切替閾値trq_th2以上であるか判断され、YESの場合、S5で、低トルク域ゲインK_LTから通常ゲインK_Nに切り替えられる。S4でNOの場合、低トルク域ゲインK_LTのまま維持される。 In S4, it is determined whether the estimated torque value trq_est is greater than or equal to the second switching threshold value trq_th2, and if YES, the low torque range gain K_LT is switched to the normal gain K_N in S5. In the case of NO in S4, the low torque range gain K_LT is maintained.
図5(a)にゲイン切替処理のタイムチャートを示し、図5(b)にゲイン切替マップを示す。ここで、トルクフィードバックゲイン(図中、「トルクFBゲイン」)は、比例ゲインKp、積分ゲインKi又は微分ゲインKdのうち一つ以上のゲインを意味する。 FIG. 5A shows a time chart of the gain switching process, and FIG. 5B shows a gain switching map. Here, the torque feedback gain (“torque FB gain” in the figure) means one or more gains of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, or the differential gain Kd.
図5(a)において、初期にはトルク推定値trq_estは第2切替閾値trq_th2より大きく、通常ゲインK_Nが用いられている。トルク推定値trq_estが漸減し、時刻bxに第1切替閾値trq_th1を下回ると、トルクフィードバックゲインは通常ゲインK_Nから低トルク域ゲインK_LTに切り替えられる。その後、トルク推定値trq_estが漸増し、時刻axに第2切替閾値trq_th2を上回ると、トルクフィードバックゲインは低トルク域ゲインK_LTから通常ゲインK_Nに切り替えられる。 In FIG. 5A, the estimated torque value trq_est is initially larger than the second switching threshold value trq_th2, and the normal gain K_N is used. When the estimated torque value trq_est gradually decreases and falls below the first switching threshold value trq_th1 at time bx, the torque feedback gain is switched from the normal gain K_N to the low torque region gain K_LT. After that, when the estimated torque value trq_est gradually increases and exceeds the second switching threshold value trq_th2 at the time ax, the torque feedback gain is switched from the low torque range gain K_LT to the normal gain K_N.
なお、第1実施形態では、二段階の切替に限らず、さらに多くの切替閾値が設定され、トルクフィードバックゲインが三段階以上の多段階に切り替えられるようにしてもよい。 In the first embodiment, the number of switching thresholds is not limited to two-step switching, and more switching thresholds may be set to switch the torque feedback gain to three or more steps.
次に図6を参照し、第1実施形態のゲイン切替処理によるトルク応答性の改善効果について、図3と比較して説明する。図6において破線のトルク指令値trq*は図3と同一である。また、図3のトルク推定値trq_estを比較例として二点鎖線で示し、第1実施形態のゲイン切替処理を実施したときのトルク推定値trq_estを実線で示す。特に低トルク域におけるトルク推定値trq_estを太実線で示す。 Next, with reference to FIG. 6, the effect of improving the torque responsiveness by the gain switching process of the first embodiment will be described in comparison with FIG. 3. In FIG. 6, the torque command value trq * indicated by the broken line is the same as that in FIG. Further, the estimated torque value trq_est in FIG. 3 is indicated by a two-dot chain line as a comparative example, and the estimated torque value trq_est when the gain switching process of the first embodiment is performed is indicated by a solid line. Particularly, the estimated torque value trq_est in the low torque range is shown by a thick solid line.
図6(a)にトルク増加時の挙動を示す。トルク推定値trq_estが0から第2切替閾値trq_th2までの低トルク域において、低トルク域ゲインK_LTが用いられる。これにより、トルク推定値trq_estの立ち上がり勾配が大きくなり、第2切替閾値trq_th2への到達時刻が比較例のaxcよりも早いaxになる。時刻axにトルク推定値trq_estが第2切替閾値trq_th2を超えると、トルクフィードバックゲインは通常ゲインK_Nに切り替えられる。以後、トルク推定値trq_estは比較例と同等の勾配で上昇し、時刻arに目標の高トルク値trq_hiに到達する。したがって、比較例に対しトルク指令値trq*への収束時間がTa短縮し、応答性が向上する。 FIG. 6A shows the behavior when the torque is increased. The low torque range gain K_LT is used in the low torque range where the estimated torque value trq_est is 0 to the second switching threshold value trq_th2. As a result, the rising gradient of the estimated torque value trq_est becomes large, and the arrival time at the second switching threshold value trq_th2 becomes ax earlier than axc in the comparative example. When the estimated torque value trq_est exceeds the second switching threshold value trq_th2 at the time ax, the torque feedback gain is switched to the normal gain K_N. After that, the estimated torque value trq_est rises at a gradient equivalent to that of the comparative example, and reaches the target high torque value trq_hi at the time ar. Therefore, the convergence time to the torque command value trq * is shortened as compared with the comparative example, and the responsiveness is improved.
図6(b)にトルク減少時の挙動を示す。トルク推定値trq_estが初期の高トルク値trq_hiから第1切替閾値trq_th1までの高トルク域では、通常ゲインK_Nが用いられ、トルク推定値trq_estは比較例と同じカーブで推移する。時刻bxにトルク推定値trq_estが第1切替閾値trq_th1を超えると、トルクフィードバックゲインは低トルク域ゲインK_LTに切り替えられる。以後、トルク推定値trq_estは比較例に比べ大きな勾配で下降し、時刻brに0に到達する。したがって、比較例に対しトルク指令値trq*への収束時間がTb短縮し、応答性が向上する。 FIG. 6B shows the behavior when the torque is reduced. In the high torque range where the estimated torque value trq_est is from the initial high torque value trq_hi to the first switching threshold value trq_th1, the normal gain K_N is used, and the estimated torque value trq_est changes with the same curve as the comparative example. When the estimated torque value trq_est exceeds the first switching threshold value trq_th1 at time bx, the torque feedback gain is switched to the low torque range gain K_LT. After that, the estimated torque value trq_est falls with a larger gradient than in the comparative example, and reaches 0 at time br. Therefore, as compared with the comparative example, the convergence time to the torque command value trq * is shortened by Tb, and the responsiveness is improved.
このように第1実施形態では、低トルク域で高トルク域に比べゲインを大きくするようにトルクフィードバックゲインを切り替えることで、トルク増加時、トルク減少時ともに応答性、すなわち、トルク指令値に対する収束性が改善される。特に比較例での応答性がより劣っているトルク減少時において、より顕著な効果が得られる。 As described above, in the first embodiment, the torque feedback gain is switched so that the gain is larger in the low torque region than in the high torque region, so that the responsiveness is achieved both when the torque is increased and when the torque is decreased, that is, the torque command value converges. Sex is improved. In particular, a more remarkable effect can be obtained when the torque is reduced, which is less responsive in the comparative example.
また、第1実施形態ではトルクフィードバックゲインが段階的に切り替えられるため、演算量が過大とならず、演算負荷が低く抑えられる。また、dq軸実電流Id、Iqに基づいて推定されたトルク推定値trq_estが、フィードバックされる「実トルク」として用いられると共に、ゲイン切替処理の「トルク情報」としても用いられる構成では、演算結果を有効に利用することができる。 Further, in the first embodiment, the torque feedback gain is switched stepwise, so the amount of calculation does not become excessive and the calculation load is kept low. Further, in the configuration in which the estimated torque value trq_est estimated based on the dq-axis actual currents Id and Iq is used as the “actual torque” to be fed back and also as the “torque information” of the gain switching process, the calculation result Can be used effectively.
(第2実施形態)
次に図7を参照し、第2実施形態のゲイン切替処理について説明する。第2実施形態のモータ制御装置の構成は、第1実施形態の図1と同様である。第2実施形態では、電圧位相演算部34がトルク推定値trq_estの増減に応じてトルクフィードバックゲインを連続的に切り替える点が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と同様、「トルクフィードバックゲイン」は、比例ゲインKp、積分ゲインKi又は微分ゲインKdのうち一つ以上のゲインを意味する。
(Second embodiment)
Next, the gain switching process of the second embodiment will be described with reference to FIG. 7. The configuration of the motor control device of the second embodiment is similar to that of FIG. 1 of the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the
図7(a)のタイムチャートにおいて、トルク推定値trq_estが漸減すると、それに伴い、トルクフィードバックゲインは連続的に増加するように切り替えられる。トルク推定値trq_estが最小のとき、トルクフィードバックゲインは最大となる。その後、トルク推定値trq_estが漸増すると、それに伴い、トルクフィードバックゲインは連続的に減少するように切り替えられる。 In the time chart of FIG. 7A, when the estimated torque value trq_est gradually decreases, the torque feedback gain is switched so as to continuously increase accordingly. The torque feedback gain becomes maximum when the estimated torque value trq_est is minimum. After that, when the estimated torque value trq_est gradually increases, the torque feedback gain is switched so as to continuously decrease accordingly.
図7(b)のゲイン切替マップにおいて、トルクフィードバックゲインは、トルク推定値trq_estに対して負の相関を有する連続的な線で表される。この線は、実線で示すように線形でもよく、破線で示すように非線形としてもよい。また、線形又は非線形にかかわらず、トルクフィードバックゲインに上限ガード値又は下限ガード値が設定されてもよい。 In the gain switching map of FIG. 7B, the torque feedback gain is represented by a continuous line having a negative correlation with the estimated torque value trq_est. This line may be linear as shown by the solid line or non-linear as shown by the broken line. Further, the upper limit guard value or the lower limit guard value may be set for the torque feedback gain regardless of linearity or non-linearity.
なお、厳密に言えば、制御周期を単位としてトルクフィードバックゲインが離散的な値を取ることは当然である。ここでいう「連続的」とは、制御周期に対して十分に長い時間レベルでの挙動を意味し、制御周期レベルでの微小な離散的変化は無視する。 Strictly speaking, it is natural that the torque feedback gain takes a discrete value with the control cycle as a unit. The term "continuous" as used herein means the behavior at a time level that is sufficiently long with respect to the control cycle, and neglects minute discrete changes at the control cycle level.
第2実施形態によるトルク応答性は、第1実施形態の図6(a)、図6(b)のように切替閾値前後での明確な変化はなく、低トルク域に近づくにつれて比較例との差が徐々に広がる特性となる。第2実施形態では、トルクフィードバックゲインを滑らかに切り替えることで、トルクの急変による車両振動等を回避することがきる。 The torque responsiveness according to the second embodiment does not show a clear change before and after the switching threshold as shown in FIGS. 6A and 6B of the first embodiment, and is comparable to that of the comparative example as the low torque range is approached. The difference gradually widens. In the second embodiment, by smoothly switching the torque feedback gain, it is possible to avoid vehicle vibration and the like due to a sudden change in torque.
(その他の実施形態)
(a)ゲイン切替処理に用いられる「トルク情報」のその他の例について、図8、図9を参照して説明する。図8、図9において図1と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図8に示すモータ制御装置302は、トルク指令値trq*が電圧位相演算部34に入力され、電圧位相演算部34は、「トルク情報」として、トルク指令値trq*に応じてフィードバックゲインを切り替える。図9に示すモータ制御装置303は、トルクセンサ88により実測されたトルク検出値trq_snsが電圧位相演算部34に入力され、電圧位相演算部34は、「トルク情報」として、トルク検出値trq_snsに応じてフィードバックゲインを切り替える。
(Other embodiments)
(A) Another example of the “torque information” used in the gain switching process will be described with reference to FIGS. 8 and 9. 8 and 9, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the
さらに、トルク値に限らず、トルクと相関する電流等のパラメータ値が「トルク情報」として電圧位相演算部34に入力され、電圧位相演算部34は、その「トルク情報」に応じてフィードバックゲインを切り替えてもよい。どのような「トルク情報」に応じてトルクフィードバックゲインが切り替えらえても上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
Further, not only the torque value but also a parameter value such as a current correlated with the torque is input to the voltage
(b)電圧位相演算部34のよる制御演算は、PID制御に限らず、比例項及び積分項を演算するPI制御、又は、比例項のみを演算するP制御としてもよい。PI制御では、トルク情報に応じて比例ゲインKp又は積分ゲインKiのうち一つ以上が切り替えられ、P制御では、トルク情報に応じて比例ゲインKpが切り替えられる。特に低トルク域で比例ゲインKpが切り替えられることにより、応答性の向上に大きく寄与する。
(B) The control calculation by the voltage
(c)上記第1実施形態では、トルク減少時及び増加時の切替閾値trq_th1、trq_th2が個別に設定され、ゲイン切替のヒステリシスが設けられている。ただし、ハンチングを問題にしない場合には、ヒステリシスを設けず、減少時及び増加時に共通の切替閾値によりトルクフィードバックゲインを切り替えてもよい。 (C) In the first embodiment, the switching thresholds trq_th1 and trq_th2 when the torque is decreasing and when the torque is increasing are individually set, and a hysteresis for gain switching is provided. However, when the hunting is not a problem, the hysteresis may not be provided, and the torque feedback gain may be switched by the common switching threshold value during the decrease and the increase.
(d)電圧位相演算部34は、トルク情報に応じてトルクフィードバックゲインを切り替える以外に、本発明とは異なる着眼点からトルク情報以外のパラメータによってトルクフィードバックゲインを切り替えてもよい。例えばモータ温度が上昇すると減磁によってトルク性能に影響を与える可能性があるため、モータ温度をパラメータとしてトルクフィードバックゲインを切り替える等の制御を組み合わせてもよい。
(D) In addition to switching the torque feedback gain according to the torque information, the voltage
(e)本発明のモータ制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータに限らず、トルクフィードバック制御されるあらゆるモータに適用可能である。また、インバータがモータに供給する多相交流電力の相の数は、三相に限らず何相でもよい。 (E) The motor control device of the present invention is not limited to the main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, but is applicable to any motor that is torque feedback controlled. Further, the number of phases of the polyphase AC power supplied to the motor by the inverter is not limited to three, and any number of phases may be used.
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。 As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
301−303・・・モータ制御装置、
33・・・トルク偏差算出部、
34・・・電圧位相演算部、
60・・・インバータ、
80・・・モータ。
301-303... Motor control device,
33... Torque deviation calculation unit,
34... Voltage phase calculator
60... Inverter,
80... Motor.
Claims (3)
前記モータに通電されるdq軸実電流に基づき推定され又はトルクセンサにより検出されたトルク値と、トルク指令値とのトルク偏差を算出するトルク偏差算出部(33)と、
前記トルク偏差を0に近づけるように電圧位相指令を演算する電圧位相演算部(34)と、
を備え、
前記電圧位相演算部は、トルクフィードバック制御における比例ゲイン、積分ゲイン又は微分ゲインのうち一つ以上のフィードバックゲインについて、前記モータのトルクの推定値、検出値、指令値、又は、トルクと相関するパラメータの値であるトルク情報が小さいほどゲインを大きくするように、前記トルク情報に応じてフィードバックゲインを切り替えるモータ制御装置。 A motor control device that feedback-controls torque output from a motor (80) by polyphase AC power supplied by an inverter (60) and calculates a voltage phase command to the inverter,
A torque deviation calculation unit (33) for calculating a torque deviation between a torque value estimated based on the dq-axis actual current supplied to the motor or detected by a torque sensor and a torque command value,
A voltage phase calculation unit (34) for calculating a voltage phase command so that the torque deviation approaches 0,
Equipped with
The voltage phase calculation unit, for one or more feedback gains of proportional gain, integral gain or differential gain in torque feedback control, an estimated value of torque of the motor, a detected value, a command value, or a parameter correlated with the torque. The motor control device that switches the feedback gain according to the torque information so that the smaller the torque information that is the value of, the larger the gain.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019002116A JP7271954B2 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | motor controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019002116A JP7271954B2 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | motor controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020114076A true JP2020114076A (en) | 2020-07-27 |
JP7271954B2 JP7271954B2 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=71667378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019002116A Active JP7271954B2 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | motor controller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7271954B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009189146A (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Calsonic Kansei Corp | Control unit for electric motor |
JP2015220884A (en) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | 株式会社デンソー | Controller of rotary machine |
JP2016059245A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Controller of rotary machine |
JP2017204993A (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 株式会社デンソー | Controller of dynamo-electric machine |
-
2019
- 2019-01-09 JP JP2019002116A patent/JP7271954B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009189146A (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Calsonic Kansei Corp | Control unit for electric motor |
JP2015220884A (en) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | 株式会社デンソー | Controller of rotary machine |
JP2016059245A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Controller of rotary machine |
JP2017204993A (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 株式会社デンソー | Controller of dynamo-electric machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7271954B2 (en) | 2023-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101110515B1 (en) | Controller of motor | |
JP4582168B2 (en) | Rotating machine control device and rotating machine control system | |
JP4770883B2 (en) | Rotating machine control device and rotating machine control system | |
JP4697017B2 (en) | Control device for multiphase rotating electrical machine | |
US8148937B2 (en) | Alternating-current motor control apparatus | |
KR101157732B1 (en) | Controller for electric motor | |
US8310197B2 (en) | Control device for electric motor drive device | |
EP3528383B1 (en) | Control device and control method for alternating current motor | |
JP5751234B2 (en) | AC motor control device | |
JP2007159368A (en) | Control unit of motor drive system | |
WO2008047438A1 (en) | Vector controller of permanent magnet synchronous motor | |
JP2016119822A (en) | Power conversion device, controller, and method for changing carrier frequency | |
US20140225540A1 (en) | Control apparatus for ac motor | |
JP3674741B2 (en) | Control device for permanent magnet synchronous motor | |
US9656554B2 (en) | Vehicle and control device for vehicle | |
JP5760831B2 (en) | Motor control device | |
JP4605254B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP5233427B2 (en) | Rotating machine control device and rotating machine control system | |
JP5204463B2 (en) | Motor control device | |
CN111758215B (en) | Motor control method and motor control device | |
JP2018057131A (en) | Flywheel power storage system | |
JP5510444B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP5326444B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP7271954B2 (en) | motor controller | |
JP7073799B2 (en) | Motor control method and motor control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220915 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220927 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230410 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7271954 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |