JP2020114076A - Motor control device - Google Patents
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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.
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