JP5370769B2 - Control device for motor drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給する直流交流変換部を備えた電動機駆動装置の制御を行う制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls a motor drive device including a DC / AC converter that converts a DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to an AC motor.
直流電源からの直流電圧をインバータにより交流電圧に変換して交流電動機を駆動する電動機駆動装置が一般的に用いられている。このような電動機駆動装置では、交流電動機の各相のコイルに正弦波状の交流電圧を供給して効率的にトルクを発生させるために、ベクトル制御に基づく正弦波PWM(パルス幅変調)制御及び最大トルク制御が多く行われている。ところで、電動機は、回転速度が高くなるに従って誘起電圧が高くなり、電動機を駆動するために必要となる交流電圧(以下「必要電圧」という。)も高くなる。そして、この必要電圧が、インバータから出力し得る最大の交流電圧(以下「最大出力電圧」という。)を超えると、コイルに必要な電流を流すことができなり、電動機を適切に制御することができない。そこで、この誘起電圧を下げるために、電動機の界磁磁束を弱める弱め界磁制御が行われる。しかし、弱め界磁制御を行うと、最大トルク制御を行うことができなくなるために出力可能な最大トルクが低下するとともに効率も低下する。このような問題に対して、下記の特許文献1には、電動機の回転速度が上昇して誘起電圧が高くなるに従って、正弦波PWM制御から過変調PWM制御、更には矩形波制御に移行する電動機駆動装置の制御装置の技術が記載されている。
2. Description of the Related Art Generally, an electric motor driving device that drives an AC motor by converting a DC voltage from a DC power source into an AC voltage by an inverter is generally used. In such an electric motor drive device, sinusoidal PWM (pulse width modulation) control based on vector control and maximum frequency are used to efficiently generate torque by supplying sinusoidal AC voltage to the coils of each phase of the AC motor. A lot of torque control is performed. By the way, the induced voltage of the electric motor increases as the rotational speed increases, and the AC voltage (hereinafter referred to as “required voltage”) required to drive the electric motor also increases. When this necessary voltage exceeds the maximum AC voltage that can be output from the inverter (hereinafter referred to as “maximum output voltage”), the necessary current cannot be passed through the coil, and the motor can be controlled appropriately. Can not. In order to reduce the induced voltage, field weakening control is performed to weaken the field magnetic flux of the electric motor. However, when the field weakening control is performed, the maximum torque control cannot be performed, so that the maximum torque that can be output decreases and the efficiency also decreases. With respect to such a problem, the following
ここで、直流電源電圧(システム電圧)に対する交流電圧波形の基本波成分の実効値の比率である変調率に関して、正弦波PWM制御では変調率の上限が0.61である。これに対して、過変調PWM制御では変調率を0.61〜0.78の範囲まで高めることができ、矩形波制御では変調率が最大の0.78となる。従って、この特許文献1に記載された制御装置によれば、過変調PWM制御又は矩形波制御によって交流電動機に供給する交流電圧波形の基本波成分の振幅を大きくする(変調率を高める)ことにより、正弦波PWM制御のみを行う構成に比べて、直流電圧を有効利用して最大トルク制御を行うことが可能な回転速度領域を拡大している。そして、電動機の必要電圧が最大出力電圧より低い状態では正弦波PWM制御又は過変調PWM制御と共に最大トルク制御を行い、電動機の必要電圧が最大出力電圧に達すると矩形波制御と共に弱め界磁制御を行う。
Here, regarding the modulation rate which is the ratio of the effective value of the fundamental wave component of the AC voltage waveform to the DC power supply voltage (system voltage), the upper limit of the modulation rate is 0.61 in the sinusoidal PWM control. On the other hand, in the overmodulation PWM control, the modulation rate can be increased to a range of 0.61 to 0.78, and in the rectangular wave control, the modulation rate becomes a maximum of 0.78. Therefore, according to the control device described in
上記の制御装置では、最大トルク制御を行うことが可能な動作領域においてPWM制御が行われるが、このようなPWM制御はインバータを構成するスイッチング素子のオンオフ回数が多いため、スイッチング損失が大きくなり易い。電動機の効率を更に向上させるためには、このようなスイッチング損失を抑制することが効果的である。一方、矩形波制御によればスイッチング素子のオンオフ回数をPWM制御に比べて大幅に少なくすることができるため、スイッチング損失を抑制することが可能である。しかし、上記のとおり矩形波制御では変調率が固定されるため、直流電圧が一定の場合、電動機の回転速度に応じて出力トルクが定まるため、目標トルクに応じたトルクを電動機に出力させることができない。 In the above control device, PWM control is performed in an operation region where maximum torque control can be performed. However, since such PWM control has a large number of on / off switching elements constituting the inverter, switching loss tends to increase. . In order to further improve the efficiency of the electric motor, it is effective to suppress such switching loss. On the other hand, according to the rectangular wave control, the number of on / off times of the switching element can be significantly reduced as compared with the PWM control, so that switching loss can be suppressed. However, as described above, since the modulation factor is fixed in the rectangular wave control, when the DC voltage is constant, the output torque is determined according to the rotation speed of the motor. Therefore, the torque corresponding to the target torque can be output to the motor. Can not.
そこで、本願の発明者らは、最大トルク制御を行うことが可能な動作領域においても、交流電動機の界磁磁束を強める強め界磁制御を行うように界磁調整指令値を決定することによって変調率を最大の0.78とし、矩形波制御を行うことを考案した。これにより、矩形波制御が行われる電動機の運転領域を広げ、インバータにおけるスイッチング損失を低減して効率を高めることが可能である。しかし、最大トルク制御と共にPWM制御を行っている状態から、急激に強め界磁制御と共に矩形波制御を行う状態に移行させると、電動機のコイルに流す電流の指令値である電流指令値が急激に変化する場合がある。そのため、電動機のコイルに流れる電流がオーバーシュートして振動し、更には電動機が発生させるトルクに振動が生じる可能性がある。 Therefore, the inventors of the present application determine the modulation rate by determining the field adjustment command value so as to perform the strong field control that strengthens the field magnetic flux of the AC motor even in the operation region where the maximum torque control can be performed. A maximum of 0.78 was devised to perform rectangular wave control. As a result, it is possible to expand the operating range of the electric motor in which the rectangular wave control is performed, to reduce the switching loss in the inverter, and to increase the efficiency. However, when a transition is made from a state in which PWM control is performed together with maximum torque control to a state in which rectangular wave control is performed together with field strengthening control, the current command value, which is the command value of the current flowing through the motor coil, changes abruptly. There is a case. Therefore, the current flowing through the coil of the electric motor may overshoot and vibrate, and further, the torque generated by the electric motor may vibrate.
そこで、交流電動機の界磁磁束を強める強め界磁制御と共に矩形波制御を実行する状態へ移行する際に、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる電動機駆動装置の制御装置を実現することが望まれる。 Therefore, when shifting to a state in which the rectangular wave control is executed together with the strong field control that strengthens the field magnetic flux of the AC motor, the electric motor that can suppress the overshoot of the current flowing in the coil of the motor and the vibration of the torque generated by the motor. It is desirable to realize a control device for a driving device.
上記目的を達成するための本発明に係る、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給する直流交流変換部を備えた電動機駆動装置の制御を行う制御装置の特徴構成は、前記交流電動機の目標トルクに基づいて、前記直流交流変換部から前記交流電動機に供給する電流の指令値である電流指令値を決定する電流指令決定部と、前記交流電動機の界磁磁束を強めるように前記電流指令値に対する調整を行う強め界磁制御及び前記電流指令値に対する調整を行わない通常界磁制御をそれぞれ実行するための界磁調整指令値を決定する界磁調整部と、前記交流電動機の回転速度、前記電流指令値、及び前記界磁調整指令値に基づいて、前記直流交流変換部から前記交流電動機に供給する電圧の指令値である電圧指令値を決定する電圧指令決定部と、前記電圧指令値に基づいて前記直流交流変換部を制御し、パルス幅変調制御及び矩形波制御をそれぞれ実行する電圧波形制御部と、前記通常界磁制御と共に前記パルス幅変調制御を実行する通常界磁・パルス幅変調制御モードから、前記強め界磁制御と共に前記矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードへ移行する間に、前記強め界磁制御と共に前記パルス幅変調制御を実行する強め界磁・パルス幅変調制御モードを経る強め界磁移行制御を実行するモード制御部と、を備える点にある。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a characteristic configuration of a control device that controls a motor driving device including a DC / AC converter that converts a DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to the AC motor is the AC motor. A current command determining unit that determines a current command value that is a command value of a current supplied from the DC / AC converter to the AC motor based on a target torque of the AC motor, and the current so as to increase a field flux of the AC motor. A field adjustment unit for determining a field adjustment command value for executing a strong field control for adjusting the command value and a normal field control for not adjusting the current command value; a rotational speed of the AC motor; and the current command A voltage command determination unit that determines a voltage command value that is a command value of a voltage supplied from the DC / AC conversion unit to the AC motor based on the value and the field adjustment command value A voltage waveform controller that controls the DC-AC converter based on the voltage command value, and executes pulse width modulation control and rectangular wave control, respectively, and a normal field that executes the pulse width modulation control together with the normal field control A strong field / pulse that executes the pulse width modulation control together with the strong field control during the transition from the pulse width modulation control mode to the strong field / rectangular wave control mode that executes the rectangular wave control together with the strong field control. And a mode control unit that executes strong field transfer control through the width modulation control mode.
この特徴構成によれば、強め界磁制御と共に矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードを実行することにより、電動機における矩形波制御が行われる運転領域を広げることができ、直流交流変換部におけるスイッチング損失を低減して効率を高めることができる。またこの際、界磁調整部により界磁調整指令値を適切に決定して強め界磁の程度を変化させることにより、電動機の回転速度に関わらず目標トルクに応じたトルクを適切に電動機に出力させることができる。そして、通常界磁・パルス幅変調制御モードから強め界磁・矩形波制御モードへ移行する間に、強め界磁制御と共にパルス幅変調制御を実行する強め界磁・パルス幅変調制御モードを経る強め界磁移行制御を実行することにより、電動機のコイルに流す電流の指令値である電流指令値が急激に変化することを抑制できる。従って、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。 According to this characteristic configuration, by executing the strong field / rectangular wave control mode in which the rectangular wave control is executed together with the strong field control, the operating range in which the rectangular wave control in the motor is performed can be expanded, and the DC / AC conversion unit The switching loss can be reduced and the efficiency can be increased. At this time, by appropriately determining the field adjustment command value by the field adjustment unit and changing the degree of the strong field, the torque corresponding to the target torque is appropriately output to the motor regardless of the rotation speed of the motor. Can be made. Then, during the transition from the normal field / pulse width modulation control mode to the strong field / square wave control mode, the strong field through the strong field / pulse width modulation control mode that executes the pulse width modulation control together with the strong field control. By executing the transition control, it is possible to suppress a sudden change in the current command value, which is the command value of the current flowing through the coil of the electric motor. Accordingly, it is possible to suppress overshoot of the current flowing through the coil of the motor and vibration of torque generated by the motor.
ここで、前記パルス幅変調制御が、前記電圧指令値に基づく交流電圧波形の振幅がキャリア波形の振幅を超える過変調パルス幅変調制御と、前記交流電圧波形の振幅が前記キャリア波形の振幅以下である通常パルス幅変調制御とを含む構成とすると好適である。この場合において、前記モード制御部は、前記強め界磁・パルス幅変調制御モードとして、前記強め界磁制御と共に前記過変調パルス幅変調制御を実行する強め界磁・過変調パルス幅変調制御モードを少なくとも実行する構成とすると好適である。この際、前記モード制御部は、前記強め界磁・パルス幅変調制御モードとして、前記直流電圧に対する前記電圧指令値の大きさを表す電圧指標の上昇に伴って、前記強め界磁制御と共に前記通常パルス幅変調制御を実行する強め界磁・通常パルス幅変調制御モードを実行した後、前記強め界磁・過変調パルス幅変調制御モードを実行しても好適である。或いは、前記モード制御部は、前記強め界磁・パルス幅変調制御モードとして、前記強め界磁・過変調パルス幅変調制御モードのみを実行しても好適である。 Here, the pulse width modulation control includes overmodulation pulse width modulation control in which the amplitude of the AC voltage waveform based on the voltage command value exceeds the amplitude of the carrier waveform, and the amplitude of the AC voltage waveform is less than the amplitude of the carrier waveform. A configuration including certain normal pulse width modulation control is preferable. In this case, the mode control unit executes at least a strong field / overmodulation pulse width modulation control mode for executing the overmodulation pulse width modulation control together with the strong field control as the strong field / pulse width modulation control mode. It is preferable to adopt a configuration to do so. At this time, the mode control unit, as the strong field / pulse width modulation control mode, increases the voltage index indicating the magnitude of the voltage command value with respect to the DC voltage, and the normal pulse width together with the strong field control. It is also preferable to execute the strong field / normal pulse width modulation control mode after executing the strong field / normal pulse width modulation control mode for executing the modulation control. Alternatively, the mode control unit may execute only the strong field / overmodulation pulse width modulation control mode as the strong field / pulse width modulation control mode.
これにより、パルス幅変調制御が、過変調パルス幅変調制御と通常パルス幅変調制御とを含む場合においても、適切に強め界磁移行制御を実行することができる。 Thereby, even when the pulse width modulation control includes the overmodulation pulse width modulation control and the normal pulse width modulation control, the strong field transfer control can be appropriately executed.
また、前記モード制御部は、前記直流電圧に対する前記電圧指令値の大きさを表す電圧指標が所定の矩形波切替しきい値以上の状態では前記電圧波形制御部に前記矩形波制御を実行させ、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値未満の状態では前記電圧波形制御部に前記パルス幅変調制御を実行させる構成とすると好適である。この場合において、前記モード制御部は、前記界磁調整指令値が前記交流電動機の界磁磁束を強める方向に所定の終了しきい値以上となった場合には、前記強め界磁制御を終了して前記通常界磁制御を実行するように前記界磁調整指令値を決定することで前記電圧指標を前記矩形波切替しきい値未満とし、前記電圧波形制御部に前記パルス幅変調制御を行わせる構成とすると好適である。 The mode control unit causes the voltage waveform control unit to execute the rectangular wave control in a state where a voltage index representing the magnitude of the voltage command value with respect to the DC voltage is equal to or greater than a predetermined rectangular wave switching threshold value. In a state where the voltage index is less than the rectangular wave switching threshold value, it is preferable that the voltage waveform control unit execute the pulse width modulation control. In this case, when the field adjustment command value is equal to or greater than a predetermined end threshold value in the direction of increasing the field magnetic flux of the AC motor, the mode control unit ends the strong field control and ends the field control. It is preferable that the voltage index is set to be less than the rectangular wave switching threshold value by determining the field adjustment command value so as to execute normal field control, and the voltage waveform control unit performs the pulse width modulation control. It is.
この構成によれば、強め界磁制御を行うことにより強制的に矩形波切替しきい値とされる電圧指標に関わらず、適切に強め界磁制御及び矩形波制御を終了して通常界磁制御及びパルス幅変調制御に復帰させることができる。また、この際、界磁調整指令値の値に基づいて強め界磁制御の終了を決定するため、強め界磁の程度が大きくなることによる効率低下が拡大することを抑制できる。なお、強め界磁制御を終了するための界磁調整指令値のしきい値となる終了しきい値は、矩形波制御によるスイッチング損失の低減に伴う効率向上が強め界磁の程度が大きくなることによる効率低下を上回る範囲内に設定するのが好適である。 According to this configuration, regardless of the voltage index that is forcibly set to the rectangular wave switching threshold by performing the strong field control, the strong field control and the rectangular wave control are appropriately terminated and the normal field control and the pulse width modulation control are performed. Can be restored. At this time, since the end of the strong field control is determined based on the value of the field adjustment command value, it is possible to suppress an increase in efficiency reduction due to an increase in the degree of the strong field. Note that the end threshold value, which is the threshold value of the field adjustment command value for ending the strong field control, is an efficiency improvement due to the increase in the degree of the strong field due to the improvement in efficiency accompanying the reduction of switching loss by the rectangular wave control. It is preferable to set within a range exceeding the decrease.
また、前記モード制御部は、前記交流電動機の目標トルクが所定の強め界磁許容トルク範囲から外れている場合には、前記強め界磁制御を実行しないように前記界磁調整指令値を決定する構成とすると好適である。 The mode control unit determines the field adjustment command value so as not to execute the strong field control when the target torque of the AC motor is out of a predetermined strong field allowable torque range. It is preferable.
ここで、矩形波制御ではコイルに流れる電流に含まれる基本波成分以外の高調波成分が大きくなり易い。そのため、交流電動機の目標トルクの値によっては、強め界磁制御を行うことによって矩形波制御に移行することが適切でない場合がある。この構成によれば、強め界磁制御を行うことを許容するトルク範囲を制限することにより、矩形波制御に移行することが適切な状態でのみ強め界磁を行い、よって適切に矩形波制御を実行することができる。 Here, in the rectangular wave control, harmonic components other than the fundamental component included in the current flowing through the coil are likely to be large. Therefore, depending on the value of the target torque of the AC motor, it may not be appropriate to shift to rectangular wave control by performing strong field control. According to this configuration, by restricting the torque range that allows the strong field control to be performed, the strong field is performed only when it is appropriate to shift to the rectangular wave control, and thus the rectangular wave control is appropriately performed. be able to.
ここで、前記直流電圧に対する前記電圧指令値の大きさを表す電圧指標の変化速度が予め定めた規制速度以下となるように規制する変化速度規制部を更に備え、前記電圧指令決定部は、前記界磁調整指令値が前記通常界磁制御を実行するための基準値から前記界磁磁束を強める方向に変化するに従って前記電圧指令値を増大させ、前記モード制御部は、前記電圧指標が所定の矩形波切替しきい値以上の状態では前記電圧波形制御部に前記矩形波制御を実行させ、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値未満の状態では前記電圧波形制御部に前記パルス幅変調制御を実行させ、更に、前記モード制御部は、前記強め界磁移行制御では、前記強め界磁制御の開始後に、前記変化速度規制部により前記電圧指標の変化速度を規制し、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値に到達するまでの時間に前記強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行する構成とすると好適である。 Here, the voltage command determination unit further includes a change rate regulating unit that regulates the change rate of the voltage index representing the magnitude of the voltage command value with respect to the DC voltage to be equal to or lower than a predetermined regulation rate, The mode control unit increases the voltage command value as the field adjustment command value changes from a reference value for executing the normal field control in a direction in which the field magnetic flux is strengthened. The voltage waveform control unit executes the rectangular wave control when the voltage threshold is equal to or higher than the switching threshold, and the voltage waveform control unit executes the pulse width modulation control when the voltage index is less than the rectangular wave switching threshold. Further, the mode control unit regulates the change rate of the voltage index by the change rate regulation unit after the start of the strong field control in the strong field transition control, and the voltage index is When configured to perform the strong field pulse width modulation control mode in time to reach the serial square wave switching threshold is suitable.
この構成によれば、強め界磁移行制御に際して、強め界磁制御の開始後に、変化速度規制部により電圧指標の変化速度を規制するので、電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでの時間を比較的長く確保することができる。これにより、電圧指標が矩形波切替しきい値に到達して強め界磁・矩形波制御モードが実行されるまでの時間に、適切に強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行することができる。従って、電流指令値が急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。 According to this configuration, when the strong field transition control is performed, the change speed of the voltage index is regulated by the change speed regulating unit after the start of the strong field control. It can be secured for a relatively long time. Thus, the strong field / pulse width modulation control mode can be appropriately executed during the time until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold and the strong field / rectangular wave control mode is executed. . Therefore, it is possible to suppress a sudden change in the current command value, and it is possible to suppress overshoot of the current flowing in the coil of the motor and vibration of torque generated by the motor.
また、前記変化速度規制部は、前記電圧指標の指令値である指令電圧指標を設定する指令電圧指標設定部を備え、前記界磁調整部は、前記電圧指標から前記指令電圧指標を引いた差である電圧指標偏差が所定の強め界磁しきい値以上ゼロ未満の状態では前記界磁磁束を強める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差がゼロより大きい状態では前記界磁磁束を弱める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差が前記強め界磁しきい値未満の状態及び前記電圧指標偏差がゼロの状態では前記界磁磁束を変化させないように前記界磁調整指令値を決定し、前記モード制御部は、前記指令電圧指標の初期値である指令電圧指標初期値と前記電圧指標との関係に基づいて前記指令電圧指標設定部に前記指令電圧指標の上昇を開始させ、前記指令電圧指標設定部は、前記指令電圧指標初期値から前記矩形波切替しきい値に到達するまで所定の変化速度で前記指令電圧指標を上昇させる構成とすると好適である。 The change rate regulating unit includes a command voltage index setting unit that sets a command voltage index that is a command value of the voltage index, and the field adjustment unit is a difference obtained by subtracting the command voltage index from the voltage index. When the voltage index deviation is not less than a predetermined strong field threshold value and less than zero, the field adjustment command value is changed in a direction in which the field magnetic flux is strengthened. The field adjustment command value is changed in the direction of weakening the magnetic flux so that the field magnetic flux is not changed when the voltage index deviation is less than the strong field threshold and when the voltage index deviation is zero. The field control command value is determined, and the mode control unit sends the command voltage index setting unit to the command voltage index setting unit based on a relationship between a command voltage index initial value that is an initial value of the command voltage index and the voltage index. Above the indicator It was started, the command voltage indicator setting section, it is preferable that a configuration of increasing the command voltage indicator at a predetermined rate of change until reaching the square wave switching threshold from the command voltage indicator initial value.
この構成によれば、界磁調整部が、電圧指標と指令電圧指標との差に応じて交流電動機の界磁磁束を調整するための界磁調整指令値を決定する構成において、指令電圧指標設定部が、指令電圧指標初期値から矩形波切替しきい値に到達するまで所定の変化速度で指令電圧指標を上昇させるので、当該指令電圧指標に追従する実際の電圧指標も所定の変化速度で上昇することになる。またこの際、指令電圧指標初期値と電圧指標との関係に基づいて指令電圧指標の上昇が開始されるため、実際の電圧指標に対して適切な指令電圧指標を常に設定することができる。そして、このように電圧指標の上昇速度を規制することにより、電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでの時間を比較的長く確保することができる。これにより、当該電圧指標が矩形波切替しきい値に到達して強め界磁・矩形波制御モードが実行されるまでの時間に、適切に強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行することができる。従って、電流指令値が急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。 According to this configuration, in the configuration in which the field adjustment unit determines the field adjustment command value for adjusting the field magnetic flux of the AC motor according to the difference between the voltage index and the command voltage index, the command voltage index setting Increases the command voltage index at a predetermined change rate from the command voltage index initial value to the rectangular wave switching threshold value, so that the actual voltage index following the command voltage index also increases at the predetermined change rate Will do. At this time, since the increase of the command voltage index is started based on the relationship between the command voltage index initial value and the voltage index, it is possible to always set a command voltage index appropriate for the actual voltage index. By regulating the rising speed of the voltage index in this way, it is possible to ensure a relatively long time until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold value. As a result, the strong field / pulse width modulation control mode can be appropriately executed during the time until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold and the strong field / rectangular wave control mode is executed. it can. Therefore, it is possible to suppress a sudden change in the current command value, and it is possible to suppress overshoot of the current flowing in the coil of the motor and vibration of torque generated by the motor.
前記指令電圧指標初期値は、前記交流電動機の回転速度及び目標トルクの少なくとも一方に応じて、前記通常界磁制御を実行した場合における前記電圧指標より大きくなるように設定されると好適である。 The command voltage index initial value is preferably set to be larger than the voltage index when the normal field control is executed according to at least one of the rotational speed and the target torque of the AC motor.
この構成によれば、強め界磁移行制御を実行する際に、電圧指標偏差がゼロより大きい状態となって界磁磁束を弱める方向に界磁調整指令値が変化することを防止し、適切に強め界磁制御が開始されるように指令電圧指標初期値を設定することができる。 According to this configuration, when the strong field transfer control is executed, it is possible to prevent the field adjustment command value from changing in a direction in which the voltage index deviation is greater than zero and weaken the field magnetic flux. The command voltage index initial value can be set so that the strong field control is started.
また、前記指令電圧指標設定部は、前記指令電圧指標が前記指令電圧指標初期値から前記矩形波切替しきい値に到達するまでの時間を前記指令電圧指標初期値に関わらず一定とするように、前記指令電圧指標の変化速度を設定すると好適である。 Further, the command voltage index setting unit is configured so that the time until the command voltage index reaches the rectangular wave switching threshold value from the command voltage index initial value is constant regardless of the command voltage index initial value. It is preferable to set the change speed of the command voltage index.
この構成によれば、交流電動機の回転速度及び目標トルクの少なくとも一方に応じて指令電圧指標初期値を変動させる場合においても、当該指令電圧指標初期値に関わらず指令電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでに一定の時間を確保することができる。これにより、電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでに必ず一定の時間を確保することができ、その時間に適切に強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行することができる。 According to this configuration, even when the command voltage index initial value is varied according to at least one of the rotational speed and the target torque of the AC motor, the command voltage index is switched to the rectangular wave regardless of the command voltage index initial value. A certain amount of time can be secured before reaching the value. As a result, a certain time can be ensured until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold, and the strong field / pulse width modulation control mode can be appropriately executed at that time.
或いは、前記変化速度規制部が上述した指令電圧指標設定部を備える構成に代えて、前記変化速度規制部は、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値となるような目標界磁調整指令値を決定する目標界磁調整指令値決定部と、前記目標界磁調整指令値に到達するまで所定の変化速度で変化する前記界磁調整指令値を決定する移行制御用界磁調整部と、を備え、前記界磁調整部は、前記電圧指標から前記矩形波切替しきい値を引いた差である電圧指標偏差が所定の強め界磁しきい値以上ゼロ未満の状態では前記界磁磁束を強める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差がゼロより大きい状態では前記界磁磁束を弱める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差が前記強め界磁しきい値未満の状態及び前記電圧指標偏差がゼロの状態では前記界磁磁束を変化させないように前記界磁調整指令値を決定し、前記モード制御部は、前記電圧指標が所定の強め界磁開始電圧指標以上となった際に前記目標界磁調整指令値決定部に前記目標界磁調整指令値を決定させ、当該目標界磁調整指令値が決定されてから前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値になるまでの間、前記界磁調整部が決定した界磁調整指令値に代えて前記移行制御用界磁調整部が決定した前記界磁調整指令値を前記電圧指令決定部に入力する構成としても好適である。 Alternatively, instead of the configuration in which the change speed regulation unit includes the above-described command voltage index setting unit, the change speed regulation unit has a target field adjustment command value such that the voltage index becomes the rectangular wave switching threshold value. A target field adjustment command value determining unit for determining the transition control field adjusting unit for determining the field adjustment command value that changes at a predetermined change rate until the target field adjustment command value is reached. The field adjustment unit strengthens the field magnetic flux in a state where a voltage index deviation, which is a difference obtained by subtracting the rectangular wave switching threshold value from the voltage index, is equal to or greater than a predetermined strong field threshold value and less than zero. The field adjustment command value is changed in the direction, and in the state where the voltage index deviation is greater than zero, the field adjustment command value is changed in the direction to weaken the field magnetic flux, and the voltage index deviation becomes the stronger field. The condition below the threshold and the voltage finger The field adjustment command value is determined so as not to change the field magnetic flux in a state where the deviation is zero, and the mode control unit, when the voltage index is equal to or higher than a predetermined strong field start voltage index, The target field adjustment command value determining unit determines the target field adjustment command value, and after the target field adjustment command value is determined until the voltage index becomes the rectangular wave switching threshold value, It is also preferable that the field adjustment command value determined by the transition control field adjustment unit is input to the voltage command determination unit instead of the field adjustment command value determined by the field adjustment unit.
この構成によれば、界磁調整部が、電圧指標と指令電圧指標との差に応じて交流電動機の界磁磁束を調整するための界磁調整指令値を決定する構成において、電圧指標が矩形波切替しきい値となるような目標界磁調整指令値を決定し、電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでの間、通常の界磁調整部が決定した界磁調整指令値に代えて移行制御用界磁調整部が決定した界磁調整指令値を電圧指令決定部に入力する。この際、移行制御用界磁調整部が決定する界磁調整指令値は、目標界磁調整指令値に到達するまで所定の変化速度で変化する。従って、このような界磁調整指令値が反映される電圧指令値の上昇速度を規制して電圧指標が矩形波切替しきい値に到達するまでの時間を比較的長く確保することができる。これにより、当該電圧指標が矩形波切替しきい値に到達して強め界磁・矩形波制御モードが実行されるまでの時間に、適切に強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行することができる。従って、電流指令値が急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。 According to this configuration, in the configuration in which the field adjustment unit determines the field adjustment command value for adjusting the field magnetic flux of the AC motor according to the difference between the voltage index and the command voltage index, the voltage index is rectangular. The target field adjustment command value that becomes the wave switching threshold value is determined, and until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold value, the field adjustment command value determined by the normal field adjustment unit is set. Instead, the field adjustment command value determined by the transition control field adjustment unit is input to the voltage command determination unit. At this time, the field adjustment command value determined by the transition control field adjustment unit changes at a predetermined rate of change until the target field adjustment command value is reached. Accordingly, it is possible to secure a relatively long time until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold by regulating the rising speed of the voltage command value reflecting such a field adjustment command value. As a result, the strong field / pulse width modulation control mode can be appropriately executed during the time until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold and the strong field / rectangular wave control mode is executed. it can. Therefore, it is possible to suppress a sudden change in the current command value, and it is possible to suppress overshoot of the current flowing in the coil of the motor and vibration of torque generated by the motor.
1.第一の実施形態
まず、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図1に示すように、本実施形態においては、電動機駆動装置1が、三相交流により動作する交流電動機としての埋込磁石構造の同期電動機4(IPMSM、以下単に「電動機4」という。)を駆動する装置として構成されている場合を例として説明する。この電動機4は、必要に応じて発電機としても動作するように構成されている。この電動機4は、例えば、電動車両やハイブリッド車両等の駆動力源として用いられる。電動機駆動装置1は、直流電圧Vdcを交流に変換して電動機4に供給するインバータ6を有して構成されている。そして、本実施形態では、図2に示すように、制御装置2は、電動機駆動装置1を制御することにより、ベクトル制御法を用いて電動機4の電流フィードバック制御を行う。この際、制御装置2は、電圧波形制御として、パルス幅変調(Pulse Width Modulation、以下「PWM」という)制御及び矩形波制御を実行可能に構成されている。また、制御装置2は、界磁調整制御として、目標トルクTMに基づいて決定された電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行わない通常界磁制御、電動機4の界磁磁束を弱めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う弱め界磁制御、及び界磁磁束を強めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う強め界磁制御を実行可能に構成されている。そして、図3に示すように、この制御装置2は、通常界磁制御と共にPWM制御を実行する通常界磁・PWM制御モードA1から、強め界磁制御と共に矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する間に、強め界磁制御と共にPWM制御を実行する強め界磁・PWM制御モードA2を経る強め界磁移行制御を実行可能に構成されている点に特徴を有している。以下、本実施形態に係る電動機駆動装置1及びその制御装置2について詳細に説明する。
1. First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
1−1.電動機駆動装置の構成
まず、本実施形態に係る電動機駆動装置1の構成について図1に基づいて説明する。この電動機駆動装置1は、直流電圧Vdcを交流電圧に変換して電動機4に供給するインバータ6を備えている。また、電動機駆動装置1は、直流電圧Vdcを発生させる直流電源3と、直流電源3からの直流電圧Vdcを平滑化する平滑コンデンサC1と、を備えている。直流電源3としては、例えば、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の各種二次電池、キャパシタ、或いはこれらの組合せ等が用いられる。直流電源3の電圧である直流電圧Vdcは、電圧センサ41により検出されて制御装置2へ出力される。
1-1. Configuration of Electric Motor Drive Device First, the configuration of an electric
インバータ6は、直流の直流電圧Vdcを交流電圧に変換して電動機4に供給するための装置であり、本発明における直流交流変換部に相当する。インバータ6は、複数組のスイッチング素子E1〜E6と、ダイオードD1〜D6と、を備えている。ここでは、インバータ6は、電動機4の各相(U相、V相、W相の3相)のそれぞれについて一対のスイッチング素子、具体的には、U相用上アーム素子E1及びU相用下アーム素子E2、V相用上アーム素子E3及びV相用下アーム素子E4、並びにW相用上アーム素子E5及びW相用下アーム素子E6を備えている。これらのスイッチング素子E1〜E6として、本例では、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いる。各相用の上アーム素子E1、E3、E5のエミッタと下アーム素子E2、E4、E6のコレクタとが、電動機4の各相のコイルにそれぞれ接続されている。また、各相用の上アーム素子E1、E3、E5のコレクタはシステム電圧線51に接続され、各相用の下アーム素子E2、E4、E6のエミッタは負極線52に接続されている。また、各スイッチング素子E1〜E6には、それぞれフリーホイールダイオードとして機能するダイオードD1〜D6が並列接続されている。なお、スイッチング素子E1〜E6としては、IGBTの他に、バイポーラ型、電界効果型、MOS型など種々の構造のパワートランジスタを用いることができる。
The
スイッチング素子E1〜E6のそれぞれは、制御装置2から出力されるスイッチング制御信号S1〜S6に従ってオンオフ動作を行う。これにより、インバータ6は、直流電圧Vdcを交流電圧に変換して電動機4に供給し、目標トルクTMに応じたトルクを電動機4に出力させる。この際、各スイッチング素子E1〜E6は、スイッチング制御信号S1〜S6に従って、後述するPWM制御又は矩形波制御に従ったスイッチング動作を行う。本実施形態では、スイッチング制御信号S1〜S6は、各スイッチング素子E1〜E6のゲートを駆動するゲート駆動信号である。一方、電動機4が発電機として機能する際には、インバータ6は、発電された交流電圧を直流電圧に変換してシステム電圧線51に供給する。電動機4の各相のコイルに流れる各相電流、具体的には、U相電流Iur、V相電流Ivr、及びW相電流Iwrは、電流センサ42により検出されて制御装置2へ出力される。
Each of the switching elements E <b> 1 to E <b> 6 performs an on / off operation according to the switching control signals S <b> 1 to S <b> 6 output from the
また、電動機4のロータの各時点での磁極位置θは、回転センサ43により検出されて制御装置2へ出力される。回転センサ43は、例えばレゾルバ等により構成される。ここで、磁極位置θは、電気角上でのロータの回転角度を表している。電動機4の目標トルクTMは、図示しない車両制御装置等の他の制御装置等からの要求信号として制御装置2に入力される。
Further, the magnetic pole position θ at each time point of the rotor of the electric motor 4 is detected by the
1−2.制御装置の構成
次に、図1に示される制御装置2の機能について、図2〜図7を用いて詳細に説明する。以下に説明する制御装置2の各機能部は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うためのハードウエア又はソフトウエア(プログラム)或いはその両方により構成されている。上記のとおり、制御装置2には、目標トルクTM及び磁極位置θが入力される。更に、制御装置2には、U相電流Iur、V相電流Ivr、及びW相電流Iwrも入力される。そこで、図2に示すように、制御装置2は、これらの目標トルクTM、磁極位置θ、磁極位置θから導出される電動機4の回転速度ω、及び各相電流Iur、Ivr、Iwrに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行い、電動機4に供給する電圧の指令値である電圧指令値Vd、Vqを決定する。そして、この電圧指令値Vd、Vqに基づいてインバータ6を駆動するためのスイッチング制御信号S1〜S6を生成して出力し、当該インバータ6を介して電動機4の駆動制御を行う。この際、制御装置2は、電圧指令値Vd、Vqに基づいてインバータ6を制御して行う電圧波形制御に関してPWM制御及び矩形波制御を実行可能に構成され、電流指令値Idb、Iqbに対して電動機4の界磁磁束を調整するように界磁調整指令値を決定することにより行う界磁制御に関して通常界磁制御、強め界磁制御、及び弱め界磁制御を実行可能に構成されている。そして、制御装置2は、これらの電圧波形制御と界磁制御とを組み合わせて複数の制御モードの何れかを切り替えて実行する。
1-2. Configuration of Control Device Next, functions of the
PWM制御では、インバータ6の各スイッチング素子E1〜E6のオンオフを、電圧指令値Vd、Vqに基づく交流電圧波形Vu、Vv、Vw(図2参照)に基づいて制御する。具体的には、U、V、Wの各相のインバータ6の出力電圧波形(PWM波形)が、上アーム素子E1、E3、E5がオン状態となるハイレベル期間と、下アーム素子E2、E4、E6がオン状態となるローレベル期間とにより構成されるパルスの集合で構成されると共に、その基本波成分が一定期間で略正弦波状となるように、各パルスのデューティ比を制御する。本実施形態では、PWM制御には、通常PWM制御と過変調PWM制御の2つの制御方式が含まれる。
In the PWM control, on / off of each of the switching elements E1 to E6 of the
通常PWM制御は、交流電圧波形Vu、Vv、Vwがキャリア波形の振幅以下であるPWM制御である。このような通常PWM制御としては、正弦波PWM制御が代表的であるが、本実施形態では、正弦波PWM制御の各相の基本波に対して中性点バイアス電圧を印加する空間ベクトルPWM(Space Vector PWM、以下「SVPWM」という)制御を用いる。なお、SVPWM制御では、キャリアとの比較によらずにデジタル演算により直接PWM波形を生成するが、その場合でも交流電圧波形Vu、Vv、Vwは仮想的なキャリア波形の振幅以下である。本発明においては、このようにキャリアを用いずにPWM波形を生成する方式も、仮想的なキャリア波形の振幅との比較で通常PWM制御又は過変調PWM制御に含めることとする。直流電圧Vdcに対するインバータ6の出力電圧波形の基本波成分の実効値の比率を変調率M(後述する式(4)参照)とすると、通常PWM制御としてのSVPWM制御では、変調率Mは「0〜0.71」の範囲で変化させることができる。
The normal PWM control is PWM control in which the AC voltage waveforms Vu, Vv, and Vw are less than or equal to the amplitude of the carrier waveform. As such normal PWM control, sine wave PWM control is typical, but in this embodiment, a space vector PWM (applying a neutral point bias voltage to the fundamental wave of each phase of sine wave PWM control. Space Vector PWM (hereinafter referred to as “SVPWM”) control is used. In the SVPWM control, the PWM waveform is directly generated by digital calculation without being compared with the carrier, but even in this case, the AC voltage waveforms Vu, Vv, and Vw are less than the amplitude of the virtual carrier waveform. In the present invention, such a method of generating a PWM waveform without using a carrier is also included in normal PWM control or overmodulation PWM control in comparison with the amplitude of a virtual carrier waveform. Assuming that the ratio of the effective value of the fundamental wave component of the output voltage waveform of the
過変調PWM制御は、交流電圧波形Vu、Vv、Vwの振幅がキャリア波形の振幅を超えるPWM制御である。過変調PWM制御では、通常PWM制御に比べて、各パルスのデューティ比を基本波成分の山側で大きく谷側で小さくすることにより、インバータ6の出力電圧波形の基本波成分の波形を歪ませ、振幅が通常PWM制御よりも大きくなるように制御する。このような過変調PWM制御としては、例えば、各スイッチング素子E1〜E6のオン及びオフが電動機4の電気角1周期につきM回(Mは2以上の整数)ずつ行われ、各相について電気角半周期につきM回のパルスが出力されるMパルス制御(例えば、3パルス制御や5パルス制御)がある。Mパルス制御は、電気角半周期につきM回のパルスが出力される制御であり、各パルスの幅は電気角の位相に応じて予め定められている。このとき、各相の出力電圧波形は、互いに120°位相をずらして出力される。過変調PWM制御では、変調率Mは「0.71〜0.78」の範囲で変化させることができる。
The overmodulation PWM control is PWM control in which the amplitude of the AC voltage waveforms Vu, Vv, and Vw exceeds the amplitude of the carrier waveform. In the overmodulation PWM control, the waveform of the fundamental wave component of the output voltage waveform of the
矩形波制御では、各スイッチング素子E1〜E6のオン及びオフが電動機4の電気角1周期につき1回ずつ行われ、各相について電気角半周期につき1回のパルスが出力される。すなわち、U、V、Wの各相のインバータ6の出力電圧波形が、1周期につき前記ハイレベル期間と前記ローレベル期間とが1回ずつ交互に表れるとともにこれらのハイレベル期間とローレベル期間との比が1:1の矩形波となるように制御する。このとき、各相の出力電圧波形は、互いに120°位相をずらして出力される。これにより、矩形波制御は、インバータ6に矩形波状電圧を出力させる。矩形波制御では、変調率Mは最大変調率Mmaxである「0.78」で固定される。すなわち、変調率Mが最大変調率Mmaxに到達すると矩形波制御が実行される。このため、本実施形態においては、矩形波制御を実行させるための変調率Mのしきい値である矩形波切替しきい値Mbは、最大変調率Mmaxに設定されている。
In the rectangular wave control, the switching elements E1 to E6 are turned on and off once per electrical angle cycle of the motor 4, and one pulse is output per electrical angle half cycle for each phase. That is, the output voltage waveform of the
上記のとおり、本実施形態における界磁制御には、通常界磁制御、強め界磁制御、及び弱め界磁制御が含まれる。後述するように、電流指令決定部7において、電動機4の目標トルクTMに基づいて、インバータ6から電動機4に供給する電流の指令値である電流指令値Idb、Iqbが決定される。界磁制御は、このように決定された電流指令値Idb、Iqbを適切に調整するように界磁調整指令値を決定することにより、電動機4の界磁磁束を適切に調整する制御である。具体的には、電流指令決定部7は、目標トルクTMに基づいて、電流指令値としての基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbを決定する。ここで、電流ベクトル制御法においては、d軸は界磁の磁束方向に設定し、q軸は界磁の向きに対して電気角でπ/2進んだ方向に設定する。そのため、基本d軸電流指令値Idbを調整するd軸電流調整指令値ΔIdを界磁調整指令値として適切に決定することにより、電動機4の界磁磁束を調整することができる。
As described above, the field control in the present embodiment includes normal field control, strong field control, and weak field control. As will be described later, the current
後述するように、電流指令決定部7は、最大トルク制御を行うように電流指令値(基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqb)を決定する。ここで、最大トルク制御は、同一電流に対して電動機4の出力トルクが最大となるように電流位相を調節する制御である。この最大トルク制御では、電動機4の電機子コイルに流す電流に対して最も効率的にトルクを発生させることができる。なお、この電流位相とは、d軸電流指令値Id(基本d軸電流指令値Idbを含む)とq軸電流指令値Iq(基本q軸電流指令値Iqbを含む)との合成ベクトルのq軸に対する位相である。通常界磁制御は、電流指令決定部7により決定された電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行わない界磁制御である。すなわち、通常界磁制御では、d軸電流調整指令値ΔIdが基本d軸電流指令値Idbに対する調整を行わないようにゼロ(ΔId=0)に設定される。従って、本実施形態においては、制御装置2は、通常界磁制御の実行中には、最大トルク制御を行うことになる。言い換えれば、本実施形態に係る通常界磁制御は最大トルク制御である。
As will be described later, the current
強め界磁制御は、通常界磁制御(最大トルク制御)に比べて電動機4の界磁磁束を強めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う界磁制御である。すなわち、強め界磁制御は、電動機4の界磁磁束を強める方向の磁束が電機子コイルから発生するように電流位相を調節する制御である。ここでは、強め界磁制御では、通常界磁制御よりも電流位相を遅らせるようにd軸電流調整指令値ΔIdを設定する。具体的には、強め界磁制御では、d軸電流調整指令値ΔIdが、基本d軸電流指令値Idbを正方向に変化させる(増加させる)ように正の値(ΔId>0)に設定される。 The strong field control is field control that adjusts the current command values Idb and Iqb so as to increase the field magnetic flux of the electric motor 4 as compared with the normal field control (maximum torque control). That is, the strong field control is a control that adjusts the current phase so that a magnetic flux in a direction that strengthens the field magnetic flux of the electric motor 4 is generated from the armature coil. Here, in the strong field control, the d-axis current adjustment command value ΔId is set so as to delay the current phase compared to the normal field control. Specifically, in the strong field control, the d-axis current adjustment command value ΔId is set to a positive value (ΔId> 0) so as to change (increase) the basic d-axis current command value Idb in the positive direction.
弱め界磁制御は、通常界磁制御(最大トルク制御)に比べて電動機4の界磁磁束を弱めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う界磁制御である。すなわち、弱め界磁制御は、電動機4の界磁磁束を弱める方向の磁束が電機子コイルから発生するように電流位相を調節する制御である。ここでは、弱め界磁制御では、通常界磁制御よりも電流位相を進めるようにd軸電流調整指令値ΔIdを設定する。具体的には、弱め界磁制御では、d軸電流調整指令値ΔIdが、基本d軸電流指令値Idbを負方向に変化させる(減少させる)ように負の値(ΔId<0)に設定される。 The field weakening control is field control that adjusts the current command values Idb and Iqb so as to weaken the field magnetic flux of the electric motor 4 as compared with the normal field control (maximum torque control). That is, the field weakening control is a control for adjusting the current phase so that the magnetic flux in the direction of weakening the field magnetic flux of the electric motor 4 is generated from the armature coil. Here, in the field weakening control, the d-axis current adjustment command value ΔId is set so that the current phase is advanced as compared with the normal field control. Specifically, in the field weakening control, the d-axis current adjustment command value ΔId is set to a negative value (ΔId <0) so as to change (decrease) the basic d-axis current command value Idb in the negative direction.
図3は、回転速度ωと目標トルクTMとにより規定される電動機4の動作可能領域の中における各制御モードが実行される領域を規定した制御モードマップの例を示す図である。この図に示すように、本実施形態においては、制御装置2は、通常界磁制御と共にPWM制御を実行する通常界磁・PWM制御モードA1、強め界磁制御と共にPWM制御を実行する強め界磁・PWM制御モードA2、強め界磁制御と共に矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードA3、弱め界磁制御と共に矩形波制御を実行する弱め界磁・矩形波制御モードA5を実行可能に構成されている。更に、この制御装置2は、強め界磁・PWM制御モードA2及び強め界磁・矩形波制御モードA3を経ずに弱め界磁・矩形波制御モードA5へ移行する場合には、通常界磁・PWM制御モードA1と弱め界磁・矩形波制御モードA5との間で、弱め界磁制御と共にPWM制御を実行する弱め界磁・PWM制御モードA4を実行可能に構成されている。図3のマップに示される領域Fは、本発明における特徴的な制御が行われる強め界磁制御領域であり、この強め界磁制御領域Fでは、まず強め界磁・PWM制御モードA2が実行され、その後強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する強め界磁移行制御が行なわれる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a control mode map that defines areas in which each control mode is executed in the operable area of the electric motor 4 defined by the rotational speed ω and the target torque TM. As shown in this figure, in the present embodiment, the
また、上記のとおり、本実施形態ではPWM制御として通常PWM制御及び過変調PWM制御の2つの電圧波形制御を実行する。そのため、通常界磁・PWM制御モードA1は、通常界磁制御と共に通常PWM制御を実行する通常界磁・通常PWM制御モードA1aと、通常界磁制御と共に過変調PWM制御を実行する通常界磁・過変調PWM制御モードA1bとを含んでいる。また、強め界磁・PWM制御モードA2は、強め界磁制御と共に通常PWM制御を実行する強め界磁・通常PWM制御モードA2aと、強め界磁制御と共に過変調PWM制御を実行する強め界磁・過変調PWM制御モードA2bとを含んでいる。更にここでは、弱め界磁・PWM制御モードA4は、弱め界磁制御と共に過変調PWM制御を実行する弱め界磁・過変調PWM制御モードA4aとされている。 Further, as described above, in the present embodiment, two voltage waveform controls of normal PWM control and overmodulation PWM control are executed as PWM control. Therefore, the normal field / PWM control mode A1 includes a normal field / normal PWM control mode A1a that executes normal PWM control together with normal field control, and a normal field / overmodulation PWM control that executes overmodulation PWM control together with normal field control. Mode A1b. The strong field / PWM control mode A2 includes the strong field / normal PWM control mode A2a for executing normal PWM control together with the strong field control, and the strong field / overmodulation PWM control for executing overmodulation PWM control together with the strong field control. Mode A2b. Further, here, the field weakening / PWM modulation mode A4 is a field weakening / overmodulation PWM control mode A4a in which the overmodulation PWM control is executed together with the field weakening control.
図3に示す制御モードマップの例おいて、曲線L1〜L4は、いずれも通常界磁制御(最大トルク制御)中における変調率Mがある値になるときの電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMにより定まる線である。曲線L1は、通常界磁制御中における変調率Mが、最大変調率Mmax(=0.78)となる線である。曲線L2は、通常界磁制御中における変調率Mが、通常PWM制御と過変調PWM制御との境界の値に設定された過変調切替変調率Mo(=0.71)となる線である。曲線L3は、通常界磁制御中における変調率Mが、過変調切替変調率Mo(=0.71)より低い値に設定された強め界磁開始変調率Ms(例えば、Ms=0.64)となる線である。なお、強め界磁開始変調率Msは、後述する指令変調率初期値MTsと強め界磁しきい値ΔMsとの双方の設定によって定まる。曲線L4は、通常界磁制御中における変調率Mが、過変調切替変調率Moと最大変調率Mmaxとの間に設定された値(例えば、0.76)となる線である。 In the example of the control mode map shown in FIG. 3, the curves L1 to L4 all depend on the rotational speed ω and the target torque TM of the electric motor 4 when the modulation factor M becomes a certain value during normal field control (maximum torque control). It is a fixed line. A curve L1 is a line at which the modulation factor M during normal field control becomes the maximum modulation factor Mmax (= 0.78). A curve L2 is a line in which the modulation factor M during the normal field control becomes the overmodulation switching modulation factor Mo (= 0.71) set to the boundary value between the normal PWM control and the overmodulation PWM control. A curve L3 indicates a strong field start modulation factor Ms (for example, Ms = 0.64) in which the modulation factor M during normal field control is set to a value lower than the overmodulation switching modulation factor Mo (= 0.71). Is a line. The strong field start modulation factor Ms is determined by setting both a command modulation factor initial value MTs and a strong field threshold value ΔMs, which will be described later. A curve L4 is a line in which the modulation factor M during the normal field control becomes a value (for example, 0.76) set between the overmodulation switching modulation factor Mo and the maximum modulation factor Mmax.
ところで、電動機4は、回転速度ωが高くなるに従って誘起電圧が高くなり、電動機4を駆動するために必要となる交流電圧(以下「必要電圧」という。)も高くなる。そして、この必要電圧が、そのときの直流電圧Vdcを変換してインバータ6から出力し得る最大の交流電圧(以下「最大出力電圧」という。)を超えると、コイルに必要な電流を流すことができなり、電動機4を適切に制御することができない。そこで、直流電圧Vdcに基づく最大出力電圧に対する電動機4の必要電圧を表す変調率Mが、最大変調率Mmaxに達する曲線L1より高回転側の領域では、弱め界磁・矩形波制御モードA5が実行される。なお、上記の必要電圧及び最大出力電圧は、共に交流電圧の実効値として互いに比較することができる。
Incidentally, the induced voltage of the electric motor 4 increases as the rotational speed ω increases, and the AC voltage (hereinafter referred to as “necessary voltage”) required to drive the electric motor 4 also increases. When the necessary voltage exceeds the maximum AC voltage that can be output from the
更に、本実施形態においては、変調率Mが最大変調率Mmaxより低い状態でも、所定の条件を満たす場合には、強め界磁制御と共に矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードA3を実行する。また、この際に、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化することによってコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機4が発生させるトルクの振動が発生することを抑制するために、強め界磁・PWM制御モードA2を経て強め界磁・矩形波制御モードA3に移行させる強め界磁移行制御を実行する。強め界磁制御は、通常界磁制御を行うとすれば変調率Mが最大変調率Mmaxより低くなる状態で目標トルクTMに応じたトルクを電動機4に出力させつつ矩形波制御を行うために実行される。 Further, in the present embodiment, when a predetermined condition is satisfied even when the modulation factor M is lower than the maximum modulation factor Mmax, the strong field / rectangular wave control mode A3 for executing the rectangular wave control together with the strong field control is executed. To do. At this time, the current command values Id and Iq after the adjustment based on the d-axis current adjustment command value ΔId suddenly change, thereby causing overshoot of the current flowing in the coil and vibration of the torque generated by the motor 4. In order to suppress this, strong field transfer control is executed in which the strong field / rectangular wave control mode A3 is shifted to the strong field / PWM control mode A2. If the normal field control is performed, the strong field control is executed to perform the rectangular wave control while causing the electric motor 4 to output a torque corresponding to the target torque TM in a state where the modulation factor M is lower than the maximum modulation factor Mmax.
図3に示すように、強め界磁制御領域Fは、目標トルクTMについて規定された強め界磁許容トルク範囲TMR内に設定されている。すなわち、強め界磁制御領域Fは、強め界磁許容トルク範囲TMR内であって、通常界磁制御中における変調率Mが強め界磁開始変調率Msから最大変調率Mmaxまでとなる領域(Ms≦M<Mmax)に設定されている。電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMにより定まる動作点が、通常界磁・PWM制御モードA1の領域から領域F内に入った場合には、制御装置2は、後述する方法により強め界磁・PWM制御モードA2を所定時間実行してから強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する強め界磁移行制御を行なう。強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行した後も、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMがこの領域F内に留まっている場合には、強め界磁・矩形波制御モードA3の実行状態が継続される。このような強め界磁制御領域Fを設定していることにより、従来からある弱め界磁・矩形波制御モードA5だけを有する場合に比べて、電動機4の動作可能領域の中における矩形波制御が実行される領域が拡大されている。なお、図3において強め界磁制御領域F内を区画する破線は、電動機4の回転速度ω又は目標トルクTMが所定の変化速度で変化した場合に、強め界磁・PWM制御モードA2が実行される領域と強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される領域とが切り替わる境界の一例を示している。この境界の位置は、回転速度ω又は目標トルクTMの変化速度によって異なる位置となる。よって、制御モードマップとしては、強め界磁制御領域Fの全体が、強め界磁・PWM制御モードA2を所定時間実行した後で強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する強め界磁移行制御を行なう領域として設定されている。
As shown in FIG. 3, the strong field control region F is set within the strong field allowable torque range TMR defined for the target torque TM. In other words, the strong field control region F is within the strong field allowable torque range TMR, and the modulation rate M during the normal field control is from the strong field start modulation rate Ms to the maximum modulation rate Mmax (Ms ≦ M <Mmax). ) Is set. When the operating point determined by the rotational speed ω and the target torque TM of the electric motor 4 enters the region F from the region of the normal field / PWM control mode A1, the
強め界磁制御領域Fでは、強め界磁・PWM制御モードA2として、少なくとも強め界磁・過変調PWM制御モードA2bを実行する。また、強め界磁・PWM制御モードA2として、変調率Mの上昇に伴って、強め界磁・通常PWM制御モードA2aを実行した後、強め界磁・過変調PWM制御モードA2bを実行する構成としても好適である。ここで、強め界磁・PWM制御モードA2として、強め界磁・過変調PWM制御モードA2bのみを実行するか、強め界磁・通常PWM制御モードA2aと強め界磁・過変調PWM制御モードA2bとの双方を順に実行するかは、後述する指令変調率初期値MTsの設定によって定まる。すなわち、指令変調率初期値MTsが過変調切替変調率Mo(=0.71)以上の値に設定されている場合には、基本的に強め界磁・過変調PWM制御モードA2bのみが実行される。なお、この場合にも、変調率Mが過変調切替変調率Moに到達するまでの極短時間、強め界磁・通常PWM制御モードA2aが実行される場合もあるが、本願では、このような極短時間の制御モードの実行は、積極的に当該制御モードを実行するものではないので除外して考えるものとする。一方、指令変調率初期値MTsが過変調切替変調率Mo(=0.71)未満の値に設定されている場合には、所定の変化速度での指令変調率MTの上昇に応じて、強め界磁・通常PWM制御モードA2aが実行された後、強め界磁・過変調PWM制御モードA2bが実行される。本実施形態においては、指令変調率初期値MTsが過変調切替変調率Mo(=0.71)以上の値に設定され、従って、基本的に強め界磁・過変調PWM制御モードA2bのみを実行する場合を例として説明する。 In the strong field control region F, at least the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed as the strong field / PWM control mode A2. Further, as the strong field / PWM control mode A2, as the modulation factor M increases, after the strong field / normal PWM control mode A2a is executed, the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed. Is also suitable. Here, as the strong field / PWM control mode A2, only the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed, or the strong field / normal PWM control mode A2a and the strong field / overmodulation PWM control mode A2b Whether to execute both of these in order depends on the setting of a command modulation rate initial value MTs described later. That is, when the command modulation factor initial value MTs is set to a value equal to or greater than the overmodulation switching modulation factor Mo (= 0.71), basically only the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed. The In this case as well, the strong field / normal PWM control mode A2a may be executed for a very short time until the modulation factor M reaches the overmodulation switching modulation factor Mo. Execution of the control mode for a very short time is not considered to be actively executed, and is considered to be excluded. On the other hand, when the command modulation factor initial value MTs is set to a value less than the overmodulation switching modulation factor Mo (= 0.71), the command modulation factor initial value MTs becomes stronger as the command modulation factor MT increases at a predetermined change speed. After the field / normal PWM control mode A2a is executed, the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed. In the present embodiment, the command modulation rate initial value MTs is set to a value equal to or greater than the overmodulation switching modulation rate Mo (= 0.71). Therefore, basically only the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed. This will be described as an example.
強め界磁許容トルク範囲TMR以外では曲線L2より低回転側の領域、強め界磁許容トルク範囲TMR内では曲線L3より低回転側の領域で、通常界磁・通常PWM制御モードA1aが実行される。また、強め界磁許容トルク範囲TMR以外では、曲線L2より高回転側であって曲線L4より低回転側の領域で、通常界磁・過変調PWM制御モードA1bが実行される。更に、強め界磁許容トルク範囲TMR以外では、曲線L4より高回転側であって曲線L1より低回転側の領域で弱め界磁・過変調PWM制御モードA4a(弱め界磁・PWM制御モードA4)が実行される。この弱め界磁・過変調PWM制御モードA4aは、通常界磁・過変調PWM制御モードA1bから急激に弱め界磁制御と共に矩形波制御を行う状態に移行させることにより、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化することを抑制するために実行される。これにより、コイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機4が発生させるトルクの振動が発生することを抑制することができる。 The normal field / normal PWM control mode A1a is executed in a region on the lower rotation side than the curve L2 except in the strong field allowable torque range TMR, and in a region on the lower rotation side than the curve L3 in the strong field allowable torque range TMR. . In addition, outside the strong field allowable torque range TMR, the normal field / overmodulation PWM control mode A1b is executed in a region on the higher rotation side than the curve L2 and on the lower rotation side than the curve L4. Further, except for the strong field allowable torque range TMR, the field weakening / overmodulation PWM control mode A4a (field weakening / PWM control mode A4) is higher in the region higher than the curve L4 and lower than the curve L1. Is executed. In the weak field / overmodulation PWM control mode A4a, the normal field / overmodulation PWM control mode A1b is suddenly shifted to the state in which the field weakening control and the rectangular wave control are performed, thereby adjusting by the d-axis current adjustment command value ΔId. This is executed to prevent the subsequent current command values Id and Iq from changing rapidly. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of overshoot of the current flowing in the coil and vibration of the torque generated by the electric motor 4.
次に、図2に示す制御装置2の機能ブロック図に基づいて、制御装置2の機能について説明する。図2に示すように、d軸電流指令値導出部21には、目標トルクTMが入力される。d軸電流指令値導出部21は、入力された目標トルクTMに基づいて基本d軸電流指令値Idbを導出する。ここで、基本d軸電流指令値Idbは、最大トルク制御を行う場合におけるd軸電流の指令値に相当する。本実施形態では、d軸電流指令値導出部21は、図4に示す基本d軸電流指令値マップを用いて、目標トルクTMの値に応じた基本d軸電流指令値Idbを導出する。図示の例では、目標トルクTMとして「TM1」の値が入力された場合には、これに応じて、d軸電流指令値導出部21は、基本d軸電流指令値Idbとして「Id1」を導出する。同様に、d軸電流指令値導出部21は、目標トルクTMとして「TM3」、「TM5」の値が入力された場合には、基本d軸電流指令値Idbとして「Id3」、「Id5」をそれぞれ導出する。このように導出された基本d軸電流指令値Idbは、加算器23へ入力される。加算器23には、後述する積分器32により導出されたd軸電流調整指令値ΔIdが更に入力される。加算器23は、下記の式(1)に示すように、基本d軸電流指令値Idbにd軸電流調整指令値ΔIdを加算し、調整後のd軸電流指令値Idを導出する。
Id=Idb+ΔId・・・(1)
Next, functions of the
Id = Idb + ΔId (1)
q軸電流指令値導出部22には、目標トルクTM及びd軸電流調整指令値ΔIdが入力される。q軸電流指令値導出部22は、入力された目標トルクTMとd軸電流調整指令値ΔIdとに基づいてq軸電流指令値Iqを導出する。本実施形態では、q軸電流指令値導出部22は、図5に示すq軸電流指令値マップを用いて、目標トルクTM及びd軸電流調整指令値ΔIdの値に応じたq軸電流指令値Iqを導出する。図5において、細い実線は、TM1〜TM5の各トルクを出力するためのd軸電流及びq軸電流の値を示す等トルク線61であり、太い実線は最大トルク制御を行うためのd軸電流及びq軸電流の値を示す最大トルク制御線62である。また、図5において、太い一点鎖線は、そのときの電動機4の回転速度ω及び直流電圧Vdcにより制限されるd軸電流及びq軸電流が取り得る値の範囲を示す電圧制限楕円63である。この電圧制限楕円63の径は、電動機4の回転速度ωに反比例し、直流電圧Vdcに比例する。d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqがこの電圧制限楕円63上の値をとる際には、変調率Mは最大変調率Mmax(=0.78)となる。このとき、制御装置2は電圧波形制御部10に矩形波制御を行わせる。
The target torque TM and the d-axis current adjustment command value ΔId are input to the q-axis current command
また、図5にハッチングを施して示す強め界磁制御領域Fは、強め界磁・PWM制御モードA2及び強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される領域を示している。この強め界磁制御領域Fの上限は最大トルク制御線62が電圧制限楕円63と交差する点で規定される。また、この強め界磁制御領域Fの下限は正のd軸電流調整指令値ΔIdの大きさで規定され、ここでは図5に示される最大トルク制御線62上から電圧制限楕円63上に移行するためのd軸電流調整指令値ΔIdが所定の終了しきい値ΔIds未満である領域として規定される。言い換えれば、強め界磁制御領域Fは、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロより大きく終了しきい値ΔIds未満の領域として規定される(0<ΔId<ΔIds)。ここで、終了しきい値ΔIdsは、強め界磁制御を終了するためのd軸電流調整指令値ΔIdのしきい値であり、矩形波制御によるスイッチング損失の低減に伴う効率向上が強め界磁電流の増大(強め界磁の程度の増大)による効率低下を上回る範囲内に設定すると好適である。
Further, a strong field control region F shown by hatching in FIG. 5 indicates a region where the strong field / PWM control mode A2 and the strong field / rectangular wave control mode A3 are executed. The upper limit of the strong field control region F is defined by the point where the maximum
図示の例では、目標トルクTMとして「TM1」の値が入力された場合には、q軸電流指令値導出部22は、目標トルクTM=TM1の等トルク線61と最大トルク制御線62との交点のq軸電流の値である「Iq1」を基本q軸電流指令値Iqbとして導出する。この場合、弱め界磁制御及び強め界磁制御の双方が行われず、後述する積分器32から入力されるd軸電流調整指令値ΔIdはゼロ(ΔId=0)である。従って、q軸電流指令値Iqは基本q軸電流指令値Iqbと同じ値となる。このとき制御装置2は、通常界磁・PWM制御モードA1を実行する。
In the illustrated example, when a value of “TM1” is input as the target torque TM, the q-axis current command
また、目標トルクTMとして「TM3」の値が入力された場合には、q軸電流指令値導出部22は、目標トルクTM=TM3の等トルク線61と最大トルク制御線62との交点のq軸電流の値である「Iq3」を基本q軸電流指令値Iqbとして導出する。ここで、基本q軸電流指令値は、最大トルク制御を行う場合におけるd軸電流の指令値に相当する。この際、基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbは、強め界磁制御領域F内に入っているため強め界磁制御が行われる。この場合、d軸電流調整指令値ΔIdとして正の値、ここでは「ΔId1」(ΔId1>0)が後述する積分器32から入力される。従って、q軸電流指令値導出部22は、目標トルクTM=TM3の等トルク線61に沿ってd軸の正方向に「ΔId1」だけ移動した電圧制限楕円63上のq軸電流の値である「Iq4」をq軸電流指令値Iqとして導出する。但し、後述するように、モード制御部5は、指令変調率設定部33により、指令変調率初期値MTsから最大変調率Mmaxに設定された矩形波切替しきい値Mbに到達するまで所定の変化速度で指令変調率MTを上昇させる。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdの変化速度が規制されるので、q軸電流指令値Iqも「Iq3」から「Iq4」まで変化する際の変化速度が規制される。
When a value of “TM3” is input as the target torque TM, the q-axis current command
また、目標トルクTMとして「TM5」の値が入力された場合には、q軸電流指令値導出部22は、目標トルクTM=TM5の等トルク線61と最大トルク制御線62との交点のq軸電流の値である「Iq5」を基本q軸電流指令値Iqbとして導出する。この際、基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbは、電圧制限楕円63よりも外側にあるため、弱め界磁制御が行われる。この場合、d軸電流調整指令値ΔIdとして負の値、ここでは「−ΔId2」(−ΔId2<0)が後述する積分器32から入力される。従って、q軸電流指令値導出部22は、目標トルクTM=TM5の等トルク線61に沿ってd軸の負方向に「−ΔId2」だけ移動した電圧制限楕円63上のq軸電流の値である「Iq6」をq軸電流指令値Iqとして導出する。このとき制御装置2は、弱め界磁・矩形波制御モードA5を実行する。
When a value of “TM5” is input as the target torque TM, the q-axis current command
なお、図5のq軸電流指令値マップにより求められる基本q軸電流指令値Iqb(Iq1、Iq3、Iq5)に対応するd軸電流の値(Id1、Id3、Id5)は、図4に示す基本d軸電流指令値マップを用いて求められる基本d軸電流指令値Idbの値と一致する。よって、基本d軸電流指令値Idbをこの図5に示すマップにより求めることも可能である。本実施形態においては、電動機4の目標トルクTMに基づいて基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbを決定するd軸電流指令値導出部21及びq軸電流指令値導出部22が、本発明における電流指令決定部7を構成している。そして、基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbが、インバータ6から電動機4に供給する電流の指令値である、本発明における電流指令値となる。
The d-axis current values (Id1, Id3, Id5) corresponding to the basic q-axis current command values Iqb (Iq1, Iq3, Iq5) obtained from the q-axis current command value map of FIG. 5 are the basic values shown in FIG. This coincides with the basic d-axis current command value Idb obtained using the d-axis current command value map. Therefore, the basic d-axis current command value Idb can be obtained from the map shown in FIG. In the present embodiment, a d-axis current command
電流制御部24には、上記のように導出されたd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqが入力される。更に、電流制御部24には、三相二相変換部27から実d軸電流Idr及び実q軸電流Iqrが入力され、回転速度導出部28から電動機4の回転速度ωが入力される。実d軸電流Idr及び実q軸電流Iqrは、電流センサ42(図1参照)により検出されたU相電流Iur、V相電流Ivr、及びW相電流Iwrと回転センサ43(図1参照)により検出された磁極位置θとに基づいて、三相二相変換部27により三相二相変換を行って導出される。また、電動機4の回転速度ωは、回転センサ43(図1参照)により検出された磁極位置θに基づいて回転速度導出部28により導出される。
The d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq derived as described above are input to the
電流制御部24は、d軸電流指令値Idと実d軸電流Idrとの偏差であるd軸電流偏差δId、及びq軸電流指令値Iqと実q軸電流Iqrとの偏差であるq軸電流偏差δIqを導出する。そして、電流制御部24は、d軸電流偏差δIdに基づいて比例積分制御演算(PI制御演算)を行って電圧降下のd軸成分であるd軸電圧降下Vzdを導出すると共に、q軸電流偏差δIqに基づいて比例積分制御演算を行って電圧降下のq軸成分であるq軸電圧降下Vzqを導出する。なお、これらの比例積分制御演算に代えて比例積分微分制御演算(PID制御演算)を行っても好適である。
The
そして、電流制御部24は、下記の式(2)に示すように、d軸電圧降下Vzdからq軸電機子反作用Eqを減算してd軸電圧指令値Vdを導出する。
Vd=Vzd−Eq
=Vzd−ω・Lq・Iqr・・・(2)
この式(2)に示されるように、q軸電機子反作用Eqは、電動機4の回転速度ω、実q軸電流Iqr、及びq軸インダクタンスLqに基づいて導出される。
Then, the
Vd = Vzd-Eq
= Vzd-ω · Lq · Iqr (2)
As shown in this equation (2), the q-axis armature reaction Eq is derived based on the rotational speed ω of the electric motor 4, the actual q-axis current Iqr, and the q-axis inductance Lq.
更に、電流制御部24は、下記の式(3)に示すように、q軸電圧降下Vzqにd軸電機子反作用Ed及び永久磁石の電機子鎖交磁束による誘起電圧Emを加算してq軸電圧指令値Vqを導出する。
Vq=Vzq+Ed+Em
=Vzq+ω・Ld・Idr+ω・MIf・・・(3)
この式(3)に示されるように、d軸電機子反作用Edは、電動機4の回転速度ω、実d軸電流Idr、及びd軸インダクタンスLdに基づいて導出される。また、誘起電圧Emは、永久磁石の電機子鎖交磁束の実効値により定まる誘起電圧定数MIf及び電動機4の回転速度ωに基づいて導出される。
Further, the
Vq = Vzq + Ed + Em
= Vzq + ω · Ld · Idr + ω · Mif (3)
As shown in this equation (3), the d-axis armature reaction Ed is derived based on the rotational speed ω of the electric motor 4, the actual d-axis current Idr, and the d-axis inductance Ld. The induced voltage Em is derived based on the induced voltage constant MIf determined by the effective value of the armature linkage flux of the permanent magnet and the rotational speed ω of the motor 4.
本実施形態においては、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを、インバータ6から電動機4に供給する電圧の指令値である電圧指令値とする。なお、d軸電流指令値導出部21及びq軸電流指令値導出部22において決定された基本d軸電流指令値Idb及び基本q軸電流指令値Iqbは、加算器23及びq軸電流指令値導出部22においてd軸電流調整指令値ΔIdによる調整後のd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqとされる。そして、これら調整後のd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqと、電動機4の回転速度ωとに基づいて、電圧指令値Vd、Vqが決定される。よって、これらの加算器23、q軸電流指令値導出部22、及び電流制御部24により、電動機4の回転速度ω、電流指令値Idb、Iqb、及びd軸電流調整指令値ΔIdに基づいて電圧指令値Vd、Vqを決定する電圧指令決定部9が構成されている。
In the present embodiment, the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq are set as voltage command values that are command values of voltages supplied from the
変調率導出部29には、電流制御部24により導出されたd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqが入力される。また、変調率導出部29には、電圧センサ41により検出された直流電圧Vdcの値が入力される。変調率導出部29は、これらの値に基づいて変調率Mを、下記の式(4)に従って導出する。
M=√(Vd2+Vq2)/Vdc・・・(4)
本実施形態では、変調率Mは、直流電圧Vdcに対するインバータ6の出力電圧波形の基本波成分の実効値の比率であり、ここでは、3相の線間電圧実効値を直流電圧Vdcの値で除算した値として導出される。本実施形態においては、この変調率Mが、そのときの直流電圧Vdcに対する電圧指令値Vd、Vqの大きさを表す電圧指標に相当する。上記のとおり、変調率Mの最大値(最大変調率Mmax)は、矩形波制御を実行している際の変調率Mに相当する「0.78」である。
The modulation
M = √ (Vd 2 + Vq 2 ) / Vdc (4)
In the present embodiment, the modulation factor M is the ratio of the effective value of the fundamental wave component of the output voltage waveform of the
減算器30には、変調率導出部29により導出された変調率Mと、指令変調率設定部33により設定された指令変調率MTとが入力される。減算器30は、下記の式(5)に示すように、変調率Mから指令変調率MTを減算した変調率偏差ΔMを導出する。
ΔM=M−MT・・・(5)
本実施形態では、変調率偏差ΔMは、電圧指令値Vd、Vqがそのときの直流電圧Vdcによって出力し得る最大の交流電圧の値を超えている程度を表す。従って、変調率偏差ΔMは、実質的には直流電圧Vdcの不足の程度を表す電圧不足指標として機能する。指令変調率設定部33による指令変調率MTの設定方法については後述する。
The
ΔM = M−MT (5)
In the present embodiment, the modulation factor deviation ΔM represents the degree to which the voltage command values Vd and Vq exceed the maximum AC voltage value that can be output by the DC voltage Vdc at that time. Therefore, the modulation factor deviation ΔM substantially functions as a voltage shortage index that represents the degree of shortage of the DC voltage Vdc. A method of setting the command modulation rate MT by the command modulation rate setting unit 33 will be described later.
積分入力調整部31には、減算器30により導出された変調率偏差ΔMが入力される。積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMの値に対して所定の調整を行い、当該調整後の値である調整値Yを積分器32へ出力する。図6は、この積分入力調整部31により用いられる変換マップの一例を示す図である。この図に示すように、本実施形態においては、積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMが所定の強め界磁しきい値ΔMs(ΔMs<0)以上ゼロ未満の状態(ΔMs≦ΔM<0)では正の調整値Y(Y>0)を出力し、変調率偏差ΔMがゼロより大きい状態(0<ΔM)では負の調整値Y(Y<0)を出力し、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満の状態(ΔM<ΔMs)及び変調率偏差ΔMがゼロの状態(ΔM=0)では調整値Yとしてゼロ(Y=0)を出力する。より詳しくは、積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上であって中間しきい値ΔMsm未満の状態(ΔMs≦ΔM<ΔMsm)では、変調率偏差ΔMが増加するに従って増加する調整値Yを出力する。この範囲では、変調率偏差ΔMと調整値Yとの関係は一次関数により表すことができる。このように変調率偏差ΔMの増加に従って調整値Yが増加する変換マップの領域を設定することにより、強め界磁制御を開始した直後にd軸電流調整指令値ΔIdが急激に上昇することを抑制できる。よって、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化してコイルに流れる電流がオーバーシュートしたり、電動機4が発生させるトルクの振動が発生することを抑制できる。
A modulation factor deviation ΔM derived by the
また、積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMが中間しきい値ΔMsm以上の状態(ΔMsm≦ΔM)では、変調率偏差ΔMが増加するに従って減少する調整値Yを出力する。この範囲では、調整値Yは変調率偏差ΔMに比例し、比例定数は負の値となる。ここで、強め界磁しきい値ΔMsは、強め界磁制御を開始するための変調率偏差ΔMのしきい値であり、ゼロ未満の値に設定される。この強め界磁しきい値ΔMsは、指令変調率初期値MTsと合わせて決定される強め界磁開始変調率Msが矩形波制御によるスイッチング損失の低減に伴う効率向上が強め界磁電流が大きい(強め界磁の程度が大きい)ことによる効率低下を上回るように設定すると好適である。また、中間しきい値ΔMsmは、強め界磁しきい値ΔMsより大きくゼロ未満の値に設定される。例えば、強め界磁しきい値ΔMsを「−0.07」に設定し、中間しきい値ΔMsmを「−0.03」に設定することができる。この強め界磁しきい値ΔMsは、指令変調率初期値MTsと合わせて強め界磁制御の開始条件を構成する。
Further, the integral
積分器32には積分入力調整部31により導出された調整値Yが入力される。積分器32は、この調整値Yを所定のゲインを用いて積分し、当該積分値をd軸電流調整指令値ΔIdとして導出する。本実施形態では、このd軸電流調整指令値ΔIdが、電動機4の界磁磁束を調整するための界磁調整指令値に相当する。このd軸電流調整指令値ΔIdは、変調率導出部29、指令変調率設定部33、減算器30、積分入力調整部31、及び積分器32により決定される。よって、本実施形態では、変調率導出部29、指令変調率設定部33、減算器30、積分入力調整部31、及び積分器32により、界磁調整部8が構成されている。そして、d軸電流調整指令値ΔIdに応じて、通常界磁制御(最大トルク制御)、強め界磁制御、及び弱め界磁制御がそれぞれ選択的に実行される。ここで、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロである場合(ΔId=0)には通常界磁制御(最大トルク制御)が行われる。d軸電流調整指令値ΔIdが正の値をとる場合(ΔId>0)、電動機4の界磁磁束を強めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う。すなわち正のd軸電流調整指令値ΔIdである強め界磁電流が流れることにより、通常界磁制御に比べて電動機4の界磁磁束が強められ、強め界磁制御が行われる。d軸電流調整指令値ΔIdが負の値をとる場合(ΔId<0)、電動機4の界磁磁束を弱めるように電流指令値Idb、Iqbに対する調整を行う。すなわち負のd軸電流調整指令値ΔIdである弱め界磁電流が流れることにより、通常界磁制御に比べて電動機4の界磁磁束が弱められ、弱め界磁制御が行われる。
The adjustment value Y derived by the integral
上記のように、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上ゼロ未満の状態(ΔMs≦ΔM<0)では、調整値Yとして正の値(Y>0)が出力されるので、積分器32により導出されるd軸電流調整指令値ΔIdは増加(正方向に変化)し、電動機4の界磁磁束を強める方向にd軸電流調整指令値ΔIdが変化する。また、変調率偏差ΔMがゼロより大きい状態(0<ΔM)では、調整値Yとして負の値(Y<0)が出力されるので、積分器32により導出されるd軸電流調整指令値ΔIdは減少(負方向に変化)し、電動機4の界磁磁束を弱める方向にd軸電流調整指令値ΔIdが変化する。変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満(ΔM<ΔMs)及び変調率偏差ΔMがゼロの状態(ΔM=0)では、調整値Yとしてゼロ(Y=0)が出力されるので、積分器32により導出されるd軸電流調整指令値ΔIdは変化せず、電動機4の界磁磁束を変化させないようにd軸電流調整指令値ΔIdが決定される。
As described above, when the modulation factor deviation ΔM is greater than the strong field threshold value ΔMs and less than zero (ΔMs ≦ ΔM <0), a positive value (Y> 0) is output as the adjustment value Y. The d-axis current adjustment command value ΔId derived by the
上記のとおり、本実施形態に係る通常界磁制御では、同一電流に対して電動機4の出力トルクが最大となるように電流位相を調節する最大トルク制御が行われる。そのため、通常界磁制御を実行するためのd軸電流調整指令値ΔIdの基準値(ΔId=0)から、電動機4の界磁磁束を強める方向にd軸電流調整指令値ΔIdが変化するに従って、同一トルクを出力するために必要とされる調整後の電流指令値Id、Iqは増加し、それに基づいて導出される電圧指令値Vd、Vq及び変調率Mは増加する。言い換えると、電圧指令決定部9は、d軸電流調整指令値ΔIdが基準値(ΔId=0)から増加する(正方向に変化する)に従って電圧指令値Vd、Vqを増大させる。また、変調率導出部29は、d軸電流調整指令値ΔIdが基準値(ΔId=0)から増加する(正方向に変化する)に従って変調率Mを増大させる。
As described above, in the normal field control according to the present embodiment, the maximum torque control is performed to adjust the current phase so that the output torque of the motor 4 is maximized with respect to the same current. Therefore, as the d-axis current adjustment command value ΔId changes from the reference value (ΔId = 0) of the d-axis current adjustment command value ΔId for executing the normal field control in the direction in which the field magnetic flux of the motor 4 is increased, the same torque The adjusted current command values Id and Iq required for outputting the voltage increase, and the voltage command values Vd and Vq and the modulation factor M derived based on the current command values Id and Iq increase. In other words, the voltage
指令変調率設定部33は、変調率Mの指令値である指令変調率MTを設定する。本実施形態では、指令変調率MTは可変値とされ、指令変調率設定部33は、指令変調率マップに従って時間Tと共に変化する指令変調率MTを減算器30へ出力する。図7は、この指令変調率マップの一例を示す図である。この図に示すように、指令変調率設定部33は、指令変調率MTの初期値である指令変調率初期値MTsから矩形波切替しきい値Mbに到達するまで、所定の変化速度で指令変調率MTを上昇させる。ここで、指令変調率初期値MTsは、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMに応じてモード制御部5により設定される。この際、通常界磁制御を実行した場合における、当該回転速度ω及び目標トルクTMでの変調率Mより大きくなるように設定される。すなわち、指令変調率初期値MTsは、d軸電流調整指令値ΔIdによる界磁磁束の調整を行わない場合に、回転速度ω及び目標トルクTMに応じて変調率導出部29が導出する変調率Mより大きい値に設定される。言い換えると、指令変調率初期値MTsは、通常界磁制御を行うことが可能な領域の全体で強め界磁制御を行わずに通常界磁制御(最大トルク制御)を行ったと仮定した場合における各回転速度ω及び目標トルクTMでの変調率Mよりも大きい値に設定される。図7には、このように変化する指令変調率初期値MTsの複数の値(MTs1〜MTs4)を例示している。指令変調率初期値MTsは、図示のように回転速度ω及び目標トルクTMに応じて段階的に変化するように設定されてもよいし、回転速度ω及び目標トルクTMに応じて連続的に変化するように設定されてもよい。このように指令変調率初期値MTsを可変設定することにより、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMにより規定される動作点が図3に示すいずれの領域から強め界磁制御領域Fに入った場合にも、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間を確保できる。よって、強め界磁制御領域Fに入る前の電動機4の動作点に因らず、適切に強め界磁移行制御を行なうことができる。従って、例えば、電動機4の動作点が通常界磁・過変調PWM制御モードA1bにある状態から強め界磁制御領域Fに入った場合にも、適切に強め界磁移行制御を行なうことができる。一方、矩形波切替しきい値Mbは、上記のとおり最大変調率Mmax(=0.78)に設定されている。
The command modulation rate setting unit 33 sets a command modulation rate MT that is a command value of the modulation rate M. In this embodiment, the command modulation rate MT is a variable value, and the command modulation rate setting unit 33 outputs the command modulation rate MT that changes with time T according to the command modulation rate map to the
そして、指令変調率設定部33は、上記のように設定された指令変調率初期値MTsから矩形波切替しきい値Mbに到達するまで時間Tの経過に従って次第に上昇(増加)するよう変化する指令変調率MTを出力する。ここでは、指令変調率MTの変化速度は一定とされている。更に、本実施形態においては、指令変調率設定部33は、指令変調率MTが指令変調率初期値MTsから矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間、すなわち指令変調率MTが変化中である時間(以下、「指令変調率変化時間ΔT」とする)を指令変調率初期値MTsに関わらず一定とするように、指令変調率MTの変化速度を設定する。これにより、指令変調率初期値MTsに応じて異なる指令変調率MTの変化速度が設定されることになるが、各指令変調率初期値MTsについてみれば、指令変調率MTの変化速度は指令変調率変化時間ΔTの全域にわたって一定に設定されている。この指令変調率変化時間ΔTは、電動機4の応答特性に応じて設定すると好適である。ここで用いる電動機4の応答特性としては、電動機4の電気的時定数を用いると好適である。この指令変調率変化時間ΔTは、通常界磁・PWM制御モードA1から強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する際の強め界磁移行制御において、強め界磁・PWM制御モードA2を実行する時間に対応する。すなわち、この指令変調率変化時間ΔTが長くなるに従って、強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する前に強め界磁・PWM制御モードA2が実行される時間が長くなる。指令変調率設定部33は、指令変調率MTを矩形波切替しきい値Mbまで上昇させた後は、モード制御部5が強め界磁制御又は弱め界磁制御を終了して通常界磁制御に戻るまでの間、指令変調率MTを矩形波切替しきい値Mbに一致させた状態に維持する。
Then, the command modulation rate setting unit 33 changes the command modulation rate so as to gradually increase (increase) with the passage of time T from the command modulation rate initial value MTs set as described above until the rectangular wave switching threshold value Mb is reached. The modulation rate MT is output. Here, the change rate of the command modulation rate MT is constant. Further, in the present embodiment, the command modulation factor setting unit 33 is changing the time until the command modulation factor MT reaches the rectangular wave switching threshold value Mb from the command modulation factor initial value MTs, that is, the command modulation factor MT is changing. The change rate of the command modulation rate MT is set so that the time (hereinafter referred to as “command modulation rate change time ΔT”) is constant regardless of the command modulation rate initial value MTs. As a result, different command modulation rate MT changing speeds are set in accordance with the command modulation rate initial value MTs. However, for each command modulation rate initial value MTs, the command modulation rate MT change rate is determined by the command modulation rate. It is set constant over the entire area of the rate change time ΔT. This command modulation rate change time ΔT is preferably set according to the response characteristics of the electric motor 4. As the response characteristics of the motor 4 used here, it is preferable to use the electrical time constant of the motor 4. This command modulation rate change time ΔT executes the strong field / PWM control mode A2 in the strong field transfer control when shifting from the normal field / PWM control mode A1 to the strong field / rectangular wave control mode A3. Corresponds to time. That is, as the command modulation rate change time ΔT becomes longer, the time during which the strong field / PWM control mode A2 is executed becomes longer before the strong field / rectangular wave control mode A3 is entered. The command modulation factor setting unit 33 increases the command modulation factor MT to the rectangular wave switching threshold value Mb, and then waits until the
指令変調率設定部33により指令変調率MTの変化を開始させるタイミングは、モード制御部5により決定される。すなわち、モード制御部5は、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMに応じて指令変調率初期値MTsを設定すると共に、指令変調率初期値MTsと変調率導出部29により導出された変調率Mとの関係に基づいて指令変調率設定部33に指令変調率MTの上昇を開始させる。本実施形態においては、モード制御部5は、変調率Mが指令変調率初期値MTsに一致した際に指令変調率設定部33による指令変調率MTの上昇を開始させる。なお、指令変調率初期値MTsと変調率Mとの関係に基づいて、例えば、指令変調率初期値MTsと変調率Mとの差が所定のしきい値以下となった時に、指令変調率MTの上昇を開始させる構成としても好適である。
The timing at which the command modulation rate setting unit 33 starts to change the command modulation rate MT is determined by the
上記のとおり、指令変調率初期値MTsは、d軸電流調整指令値ΔIdによる界磁磁束の調整が行われていない状態での変調率Mより大きい値となるように設定されている。そして、変調率Mが指令変調率初期値MTsに一致した時から指令変調率MTを一定の変化速度で次第に上昇させることにより、強め界磁制御の開始後における変調率Mも一定の変化速度で次第に上昇させることができる。すなわち、電動機4の回転速度ωや目標トルクTMが次第に上昇することにより変調率Mが次第に上昇する状況において、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上となった場合には、d軸電流調整指令値ΔIdは増加(正方向に変化)して強め界磁制御を実行する。この強め界磁制御により、変調率Mが指令変調率MTと一致するまでd軸電流調整指令値ΔIdが増加するため、変調率Mは、指令変調率MTに追従して変化し、最終的に矩形波切替しきい値Mbに一致する。このように指令変調率MTは変調率Mの制御目標となるため、指令変調率MTを一定の変化速度で変化させることにより、変調率Mも同様に変化させることができる。基本d軸電流指令値Idb(電流指令値)及び基本q軸電流指令値Iqbに変動がない理想的な状態では、変調率Mは指令変調率MTと同じ変化速度で変化する。従って、本実施形態では、指令変調率設定部33及びこれを制御するモード制御部5により、変調率Mの変化速度が予め定めた規制速度以下となるように規制する変化速度規制部11が構成されている。なお、このとき、d軸電流調整指令値ΔIdは、変調率偏差ΔMの調整値Yの積分値として導出されるため、指令変調率MTを一定の変化速度で次第に上昇させることにより、d軸電流調整指令値ΔIdも所定の変化速度で変化することになる。
As described above, the command modulation rate initial value MTs is set to be larger than the modulation rate M when the field magnetic flux is not adjusted by the d-axis current adjustment command value ΔId. Then, by gradually increasing the command modulation rate MT at a constant change rate from when the modulation rate M matches the command modulation rate initial value MTs, the modulation rate M after the start of the strong field control also gradually increases at a constant change rate. Can be made. That is, in a situation where the modulation factor M gradually increases as the rotational speed ω and the target torque TM of the electric motor 4 gradually increase, when the modulation factor deviation ΔM is greater than the field threshold value ΔMs, the d-axis The current adjustment command value ΔId increases (changes in the positive direction) to execute the strong field control. By this strong field control, the d-axis current adjustment command value ΔId increases until the modulation factor M coincides with the command modulation factor MT. Therefore, the modulation factor M changes following the command modulation factor MT and finally becomes a rectangular wave. It coincides with the switching threshold value Mb. Since the command modulation rate MT becomes a control target for the modulation rate M in this way, the modulation rate M can be changed in the same manner by changing the command modulation rate MT at a constant change rate. In an ideal state where the basic d-axis current command value Idb (current command value) and the basic q-axis current command value Iqb do not vary, the modulation factor M changes at the same rate of change as the command modulation factor MT. Therefore, in the present embodiment, the command modulation rate setting unit 33 and the
以上のように、変調率Mが上昇する際における変調率Mの変化速度を規制することにより、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達するまでの時間を一定時間確保することができる。本実施形態では、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでに、少なくとも指令変調率変化時間ΔT以上の時間を確保することができる。そして、制御装置2は、このような変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間に、強め界磁・PWM制御モードA2を実行する。その後、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達すると、強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。
As described above, by regulating the rate of change of the modulation factor M when the modulation factor M increases, the time until the modulation factor M reaches the rectangular wave switching threshold Mb (maximum modulation factor Mmax) is constant. Time can be secured. In this embodiment, it is possible to secure at least a time equal to or longer than the command modulation rate change time ΔT until the modulation rate M reaches the rectangular wave switching threshold value Mb. The
モード制御部5は、回転速度ω及び目標トルクTMを含む電動機4の動作状態に基づいて複数の制御モードの中から実行する制御モードを決定し、当該制御モードに応じて制御装置2の各部の動作状態を制御する。ここでは、図2に示すように、モード制御部5には、回転速度ω、目標トルクTM、変調率M、及びd軸電流調整指令値ΔIdが入力され、これらに基づいてモード制御部5の制御動作が行われる。本実施形態では、モード制御部5は、図3に示す制御モードマップに従って制御モードを決定する。従って、モード制御部5は、強め界磁制御領域Fを除いて、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMが高くなるに従って、通常界磁・通常PWM制御モードA1a、通常界磁・過変調PWM制御モードA1b、弱め界磁・過変調PWM制御モードA4a、弱め界磁・矩形波制御モードA5の順に制御モードを移行させる。上記のとおり、これらの各制御モード間の境界(曲線L1、L2、L4)は、通常界磁制御(最大トルク制御)中における変調率Mが一定となる位置に設定されている。この中で、曲線L1は、通常界磁制御中における変調率Mが最大変調率Mmax(=0.78)となる位置に設定されており、回転速度ω及び目標トルクTMに基づいて通常界磁制御を行うべく導出した変調率Mが最大変調率Mmaxを超える状態では、制御装置2は、弱め界磁・矩形波制御モードA5を実行する。
The
強め界磁制御領域Fは、目標トルクTMについて規定された強め界磁許容トルク範囲TMR内であって、通常界磁制御を行うことが可能な領域の全体で強め界磁制御を行わずに通常界磁制御を行ったと仮定した場合における変調率Mが、強め界磁開始変調率Ms(曲線L3)から最大変調率Mmax(曲線L1)までとなる領域(Ms≦M<Mmax)に設定されている。ここで、強め界磁開始変調率Msは、指令変調率初期値MTsと強め界磁しきい値ΔMsとの双方の設定によって定まる。すなわち、変調率Mが次第に上昇して指令変調率MTに近づく状況において、積分入力調整部31は、上記のとおり、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs(ΔMs<0)以上ゼロ未満の状態(ΔMs≦ΔM<0)で正の調整値Y(Y>0)を出力する。そして、変調率偏差ΔMは、上記式(5)に示すように、変調率Mから指令変調率MTを減算して求められる。従って、強め界磁制御を開始するときの変調率Mの値である強め界磁開始変調率Msは、下記の式(6)に示すように、指令変調率MTに強め界磁しきい値ΔMsを加算して求められる。
Ms=MTs+ΔMs・・・(6)
よって、例えば、指令変調率初期値MTsを「0.71」に設定し、強め界磁しきい値ΔMsを「−0.07」に設定した場合、強め界磁開始変調率Msは「0.64」となる。図3に示す例では、強め界磁開始変調率Msは、通常界磁・通常PWM制御モードA1aと通常界磁・過変調PWM制御モードA1bとの境界の値に設定された過変調切替変調率Mo(=0.71)より小さく設定されているため、強め界磁許容トルク範囲TMR内では、モード制御部5は、通常界磁・通常PWM制御モードA1aから強め界磁制御領域Fにおける強め界磁制御を開始する。
It is assumed that the strong field control region F is within the strong field allowable torque range TMR defined for the target torque TM, and the normal field control is performed without performing the strong field control in the entire region where the normal field control can be performed. In this case, the modulation factor M is set in a region (Ms ≦ M <Mmax) from the strong field start modulation factor Ms (curve L3) to the maximum modulation factor Mmax (curve L1). Here, the strong field start modulation factor Ms is determined by setting both the command modulation factor initial value MTs and the strong field threshold value ΔMs. That is, in a situation where the modulation factor M gradually increases and approaches the command modulation factor MT, the integral
Ms = MTs + ΔMs (6)
Therefore, for example, when the command modulation factor initial value MTs is set to “0.71” and the strong field threshold value ΔMs is set to “−0.07”, the strong field start modulation factor Ms is “0. 64 ". In the example shown in FIG. 3, the strong field start modulation rate Ms is the overmodulation switching modulation rate set to the boundary value between the normal field / normal PWM control mode A1a and the normal field / overmodulation PWM control mode A1b. Since it is set smaller than Mo (= 0.71), within the strong field allowable torque range TMR, the
また、モード制御部5は、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)以上の状態では電圧波形制御部10に矩形波制御を実行させ、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb未満の状態では電圧波形制御部10にPWM制御を実行させる。更に本実施形態では、PWM制御には通常PWM制御と過変調PWM制御の2つが含まれるため、モード制御部5は、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb未満の状態であって、過変調切替変調率Mo(=0.71)以下の状態では電圧波形制御部10に通常PWM制御を実行させ、過変調切替変調率Mo(=0.71)より大きい状態では電圧波形制御部10に過変調PWM制御を実行させる。ここで、電圧波形制御部10は、三相二相変換部25及び制御信号生成部26を備えて構成されている。これらの三相二相変換部25及び制御信号生成部26の動作については後述する。
Further, the
回転速度ω及び目標トルクTMにより定まる電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fに入った場合には、上記のような指令変調率初期値MTs及び強め界磁しきい値ΔMsの設定によって、積分入力調整部31から正の調整値Yが出力され、積分器32により正のd軸電流調整指令値ΔIdが出力される。これにより強め界磁制御が開始される。ここで、強め界磁制御領域Fを規定する強め界磁開始変調率Ms(曲線L3)は、指令変調率初期値MTs及び強め界磁しきい値ΔMsにより定まる。モード制御部5は、このうちの指令変調率初期値MTsを電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMに応じて可変設定することにより、強め界磁制御の開始を制御する。また、モード制御部5は、指令変調率初期値MTsと変調率Mとの関係に基づいて指令変調率設定部33に指令変調率MTの上昇を開始させる。本実施形態においては、モード制御部5は、変調率Mが指令変調率初期値MTsに一致した際に、指令変調率設定部33に対して指令変調率MTの上昇を開始させる。
When the operating point of the motor 4 determined by the rotational speed ω and the target torque TM enters the strong field control region F, the integral input is performed by setting the command modulation factor initial value MTs and the strong field threshold value ΔMs as described above. The
指令変調率設定部33は、モード制御部5から指令変調率MTの上昇開始指令を受け取った後、指令変調率初期値MTsから矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達するまで所定の変化速度で指令変調率MTを上昇させる。これにより、変調率Mの変化速度(上昇速度)を規制し、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間を所定時間確保する。そして、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの間に、モード制御部5は、電圧波形制御部10にPWM制御を実行させる。本実施形態では、指令変調率初期値MTsを過変調切替変調率Mo(=0.71)以上の値に設定しているため、モード制御部5は、強め界磁制御領域Fでは、基本的に過変調PWM制御を実行する。すなわち、モード制御部5は、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間に、強め界磁・過変調PWM制御モードA2bを実行する。その後、指令変調率設定部33が指令変調率MTを次第に上昇させることにより、変調率Mも次第に上昇し、最終的には矩形波切替しきい値Mbに到達する。変調率Mが矩形波切替しきい値Mb以上となった場合には、モード制御部5は、電圧波形制御部10に矩形波制御を実行させる。これにより、強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される。
The command modulation rate setting unit 33 receives the command modulation rate MT increase start command from the
以上のように、モード制御部5は、強め界磁制御の開始後における変調率Mの変化速度を規制することにより、通常界磁・PWM制御モードA1から強め界磁・矩形波制御モードA3へ移行する間に、強め界磁・PWM制御モードA2を経る強め界磁移行制御を実行するように構成されている。
As described above, the
上記のとおり、指令変調率MTは、矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)まで上昇した後は矩形波切替しきい値Mbに一致した状態に維持される。従って、強め界磁制御中の変調率Mは、最終的には最大変調率Mmax(=0.78)に収束する。そして、この状態から、電動機4の目標トルクTMや回転速度ωが変化することに伴って変調率Mが変化した場合、当該変調率Mの変化に応じて変調率偏差ΔMも変化し、界磁磁束を強める方向又は弱める方向にd軸電流調整指令値ΔIdが適宜変更される。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdは、強め界磁制御が行われる正の値から弱め界磁制御が行われる負の値まで適宜変化する。d軸電流調整指令値ΔIdが負の値になった状態では、弱め界磁制御が実行される。強め界磁制御及び弱め界磁制御のいずれが行われる場合においても、変調率Mは指令変調率MTとして設定された矩形波切替しきい値Mbに収束し、モード制御部5が電圧波形制御部10に矩形波制御を実行させる状態が維持される。
As described above, the command modulation rate MT is maintained in a state that matches the rectangular wave switching threshold value Mb after rising to the rectangular wave switching threshold value Mb (maximum modulation rate Mmax). Therefore, the modulation factor M during the strong field control finally converges to the maximum modulation factor Mmax (= 0.78). From this state, when the modulation factor M changes as the target torque TM or the rotational speed ω of the electric motor 4 changes, the modulation factor deviation ΔM also changes according to the change of the modulation factor M, and the field The d-axis current adjustment command value ΔId is appropriately changed in the direction of increasing or decreasing the magnetic flux. As a result, the d-axis current adjustment command value ΔId appropriately changes from a positive value at which the strong field control is performed to a negative value at which the weak field control is performed. In the state where the d-axis current adjustment command value ΔId is a negative value, field weakening control is executed. Regardless of whether the strong field control or the weak field control is performed, the modulation factor M converges to the rectangular wave switching threshold value Mb set as the command modulation factor MT, and the
ここで、弱め界磁制御は、電圧指令値Vd、Vqに対して直流電圧Vdcが不足する状態で実行される制御であるため、負のd軸電流調整指令値ΔId(弱め界磁電流の値)の大きさに関わらず実行する必要がある。しかし、電圧指令値Vd、Vqに対して直流電圧Vdcが足りている状態で強制的に矩形波制御を行うために実行される強め界磁制御は、正のd軸電流調整指令値ΔId(強め界磁電流)が増大することによる効率低下が矩形波制御によるスイッチング損失の低減に伴う効率向上を上回るまでに終了し、通常界磁制御(最大トルク制御)及びPWM制御に移行することが望ましい。しかし、上記のとおり、強め界磁制御中は変調率偏差ΔMがゼロ(変調率M=0.78)に固定されるため、一旦強め界磁制御に入ると、電動機4の目標トルクTMや回転速度ωが低下してもd軸電流調整指令値ΔIdの値が正方向に大きくなるだけで、通常界磁・PWM制御モードA1に復帰することができない。そこで、本実施形態においては、モード制御部5は、強め界磁制御を強制的に終了するための強め界磁終了制御も実行するように構成されている。また、本実施形態においては、この強め界磁終了制御を用いて、強め界磁許容トルク範囲TMR以外で強め界磁制御を行わないように制御している。
Here, since the field weakening control is executed in a state where the DC voltage Vdc is insufficient with respect to the voltage command values Vd and Vq, a negative d-axis current adjustment command value ΔId (value of field weakening current) is set. Must be executed regardless of size. However, the strong field control executed to forcibly perform the rectangular wave control in a state where the DC voltage Vdc is sufficient with respect to the voltage command values Vd and Vq is a positive d-axis current adjustment command value ΔId (strong field magnet). It is desirable that the efficiency decrease due to the increase in the current) be completed before the efficiency improvement associated with the reduction of the switching loss by the rectangular wave control exceeds the normal field control (maximum torque control) and the PWM control. However, as described above, since the modulation factor deviation ΔM is fixed to zero (modulation factor M = 0.78) during the strong field control, once the strong field control is entered, the target torque TM and the rotational speed ω of the electric motor 4 are reduced. Even if the d-axis current adjustment command value ΔId increases in the positive direction, the normal field / PWM control mode A1 cannot be restored. Therefore, in the present embodiment, the
すなわち、モード制御部5は、目標トルクTMとd軸電流調整指令値ΔIdに基づいて、強め界磁制御を終了する条件である強め界磁終了条件を判定し、強め界磁終了条件を満たす場合には、強め界磁制御を終了するようにd軸電流調整指令値ΔIdを決定する。具体的には、モード制御部5は、強め界磁終了条件を満たす場合には、d軸電流調整指令値ΔIdをゼロとする制御を行う。本実施形態においては、強め界磁終了条件は、以下の(a)及び(b)の2つの条件のいずれかを満たすこととしている。
(a)d軸電流調整指令値ΔId≧終了しきい値ΔIdsであること
(b)目標トルクTMが強め界磁許容トルク範囲TMR外であること
ここで、強め界磁許容トルク範囲TMRは、例えば、電動機4に流れる交流電流の基本波成分以外の高調波成分が大きくなり易い矩形波制御を行った際に、当該電動機4に流れる電流が制限値を超えないような目標トルクTMの上限値付近を範囲の上限とすると好適である。また、強め界磁許容トルク範囲TMRは、出力トルクが小さすぎるために矩形波制御を行うのに適さないトルク範囲を除外するように下限を設定すると好適である。
That is, the
(A) d-axis current adjustment command value ΔId ≧ end threshold value ΔIds (b) target torque TM is outside strong field allowable torque range TMR Here, strong field allowable torque range TMR is, for example, When rectangular wave control is performed in which harmonic components other than the fundamental wave component of the alternating current flowing through the motor 4 are likely to be large, near the upper limit value of the target torque TM so that the current flowing through the motor 4 does not exceed the limit value. Is the upper limit of the range. The lower limit of the strong field allowable torque range TMR is preferably set so as to exclude a torque range that is not suitable for performing rectangular wave control because the output torque is too small.
モード制御部5は、上記の強め界磁終了条件を満たす場合には、d軸電流調整指令値ΔIdをゼロとする指令を積分器32へ出力し、積分器32が出力するd軸電流調整指令値ΔIdをゼロとする。この際、モード制御部5は、d軸電流調整指令値ΔIdが一定の変化速度でゼロになるまで変化するようにd軸電流調整指令値ΔIdを制御する。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。そして、d軸電流調整指令値ΔIdをゼロにすることにより変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)未満となる。これに伴い、強め界磁・矩形波制御モードA3が終了されて通常界磁・PWM制御モードA1が実行される。モード制御部5は、上記強め界磁終了条件(a)及び(b)の双方が満たされなくなったときには、強め界磁制御を強制的に終了する制御を停止する。これにより、積分器32が調整値Yを積分してd軸電流調整指令値ΔIdを導出する制御が再開される。
When the strong field termination condition is satisfied, the
電圧波形制御部10は、電圧指令値Vd、Vqに基づいてインバータ6を制御し、PWM制御及び矩形波制御をそれぞれ選択的に実行する。上記のとおり、電圧波形制御部10には、三相二相変換部25及び制御信号生成部26が含まれる。二相三相変換部25には、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqが入力される。また、二相三相変換部25には、回転センサ43(図1参照)により検出された磁極位置θも入力される。二相三相変換部25は、磁極位置θを用いてd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqに対して二相三相変換を行い、三相の交流電圧指令値、すなわちU相電圧指令値Vu、V相電圧指令値Vv、及びW相電圧指令値Vwを導出する。但し、これらの交流電圧指令値Vu、Vv、Vwの波形は、制御モード毎に異なるため、二相三相変換部25は、制御モード毎に異なる電圧波形の交流電圧指令値Vu、Vv、Vwを制御信号生成部26に出力する。具体的には、二相三相変換部25は、モード制御部5から通常PWM制御の実行指令を受けた場合には、当該通常PWM制御に応じた交流電圧波形の交流電圧指令値Vu、Vv、Vwを出力する。ここでは、通常PWM制御はSVPWM制御とされているので、当該SVPWM制御用の交流電圧波形に従って交流電圧指令値Vu、Vv、Vwを出力する。また、二相三相変換部25は、モード制御部5から過変調PWM制御の実行指令を受けた場合には、当該過変調PWM制御に応じた交流電圧波形の交流電圧指令値Vu、Vv、Vwを出力する。また、二相三相変換部25は、モード制御部5から矩形波制御の実行指令を受けた場合には、当該矩形波制御に応じた交流電圧波形の交流電圧指令値Vu、Vv、Vwを出力する。ここで、矩形波制御を実行する際の交流電圧指令値Vu、Vv、Vwは、インバータ6の各スイッチング素子E1〜E6のオンオフ切替位相の指令値とすることができる。この指令値は、各スイッチング素子E1〜E6のオンオフ制御信号に対応し、各スイッチング素子E1〜E6のオン又はオフを切り替えるタイミングを表す磁極位置θの位相を表す指令値である。
The voltage
制御信号生成部26には、三相二相変換部25により生成されたU相電圧指令値Vu、V相電圧指令値Vv、及びW相電圧指令値Vwが入力される。制御信号生成部26は、それらの交流電圧指令値Vu、Vv、Vwに従って、図1に示すインバータ6の各スイッチング素子E1〜E6を制御するスイッチング制御信号S1〜S6を生成する。そして、インバータ6は、スイッチング制御信号S1〜S6に従って各スイッチング素子E1〜E6のオンオフ動作を行う。これにより、電動機4のPWM制御(通常PWM制御又は過変調PWM制御)又は矩形波制御が行われる。
The
1−3.制御装置の動作
次に、制御装置2の各部の動作について、図8及び図9を用いて詳細に説明する。図7は、本実施形態に係る制御装置2の各部の動作の流れを示すフローチャートである。
1-3. Operation of Control Device Next, the operation of each part of the
図8に示すように、制御装置2は、まず、変調率導出部29により変調率Mを導出する(ステップ#01)。次に、モード制御部5により、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロであるか否かを判定する(ステップ#02)。d軸電流調整指令値ΔIdがゼロである場合には(ステップ#02:Yes)、モード制御部5は、通常界磁制御中であると判定する。この場合、制御装置2は、モード制御部5により、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMに応じて指令変調率初期値MTsを設定する(ステップ#03)。その後、変調率導出部29により導出された変調率Mが指令変調率初期値MTs以上であるか否かを判定する(ステップ#04)。ここでは、指令変調率初期値MTsは、通常界磁制御を行うことが可能な領域の全体で通常界磁制御(最大トルク制御)を行った場合における各回転速度ω及び目標トルクTMでの変調率Mよりも大きい値に設定される。従って、通常界磁制御の実行中は、変調率Mは指令変調率初期値MTs未満となる(ステップ#04:No)。この状態では、指令変調率設定部33は、指令変調率初期値MTsを指令変調率MTとして設定する(ステップ#05)。
As shown in FIG. 8, the
一方、通常界磁制御の実行中に回転速度ω及び目標トルクTMが上昇して変調率Mが上昇することにより、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上となった場合には、正のd軸電流調整指令値ΔIdが決定され、強め界磁制御が実行される。これにより、変調率Mは更に上昇し、指令変調率初期値MTsに到達する。変調率Mが指令変調率初期値MTs以上となった場合には(ステップ#04:Yes)、指令変調率設定部33は、指令変調率初期値MTsから矩形波切替しきい値Mbに到達するまで所定の変化速度で指令変調率MTを次第に上昇させる(ステップ#06)。この場合、以降のステップでは、時間Tの経過に従って次第に上昇する指令変調率MTが用いられる。従って、強め界磁制御が実行されて変調率Mが上昇する状態では、当該変調率Mの上昇が指令変調率MTの変化速度に応じて規制される。よって、強め界磁制御の実行中であって変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達しない状態が一定時間確保され、その間に強め界磁・PWM制御モードA2が実行される。 On the other hand, if the modulation rate deviation ΔM is greater than the field threshold value ΔMs by increasing the rotational speed ω and the target torque TM and increasing the modulation rate M during execution of the normal field control, a positive value is obtained. The d-axis current adjustment command value ΔId is determined, and the strong field control is executed. As a result, the modulation factor M further increases and reaches the command modulation factor initial value MTs. When the modulation factor M becomes equal to or greater than the command modulation factor initial value MTs (step # 04: Yes), the command modulation factor setting unit 33 reaches the rectangular wave switching threshold value Mb from the command modulation factor initial value MTs. The command modulation rate MT is gradually increased until a predetermined change rate (step # 06). In this case, in the subsequent steps, a command modulation rate MT that gradually increases with the passage of time T is used. Therefore, in the state where the strong field control is executed and the modulation factor M increases, the increase in the modulation factor M is regulated according to the change rate of the command modulation factor MT. Therefore, a state where the strong field control is being executed and the modulation factor M does not reach the rectangular wave switching threshold value Mb (maximum modulation factor Mmax) is ensured for a certain period of time, and the strong field / PWM control mode A2 is executed during that time. The
また、上記のように強め界磁制御が開始された後は、d軸電流調整指令値ΔIdが正の値(ΔId>0)となり、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロでなくなるため(ステップ#02:No)、次に、モード制御部5は、上記のように所定の変化速度で上昇する指令変調率MTが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達したか否かを判定する(ステップ#07)。指令変調率MTが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に未だ達していない場合には(ステップ#07:No)、処理はステップ#06へ進み、指令変調率MTを所定の変化速度で更に上昇させる。そして、指令変調率MTが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に達した場合には(ステップ#07:Yes)、以降のステップでは、指令変調率MTとして当該矩形波切替しきい値Mbが用いられる。従って、後述するステップ#15によりd軸電流調整指令値ΔIdがゼロとされて通常界磁制御に戻されるまでは、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbとなるような制御が維持され、矩形波制御が実行される。
Further, after the strong field control is started as described above, the d-axis current adjustment command value ΔId becomes a positive value (ΔId> 0), and the d-axis current adjustment command value ΔId is not zero (step # 02: No) Next, the
上記のように指令変調率MTが決定された後は、減算器30により、変調率Mから指令変調率MTを減算した変調率偏差ΔM(=M−MT)を導出する(ステップ#08)。その後、制御装置2は、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロより大きい(ΔId>0)か否かを判定する(ステップ#09)。この判定は、そのときに制御装置2が強め界磁制御中であるか否かを判定するものである。d軸電流調整指令値ΔIdがゼロ以下(ΔId≦0)である場合には(ステップ#09:No)、制御装置2が通常界磁制御中又は弱め界磁制御中であると判定できる。そこで次に、変調率偏差ΔMがゼロ未満(ΔM<0)であるか否かを判定する(ステップ#10)。この判定は、変調率Mが指令変調率MT未満であるか否かを判定するものである。変調率偏差ΔMがゼロ以上(ΔM≧0)である場合には(ステップ#10:No)、処理はステップ#12へ進み、当該変調率偏差ΔMに基づいて積分入力調整部31から出力されるゼロ以下の調整値Y(図6参照)を積分器32により積分し、d軸電流調整指令値ΔIdを導出する(ステップ#12)。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdは負方向、すなわち電動機4の界磁磁束を弱める方向に変化する。このとき、通常界磁制御中であれば弱め界磁制御が開始され、弱め界磁制御中であれば弱め界磁の程度が増大する。
After the command modulation rate MT is determined as described above, the
変調率偏差ΔMがゼロ未満(ΔM<0)である場合には(ステップ#10:Yes)、次に、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上(ΔM≧ΔMs)であるか否かを判定する(ステップ#11)。変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満(ΔM<ΔMs)である場合には(ステップ#11:No)、積分入力調整部31により調整値Yとしてゼロが出力される(図6参照)。従って、積分器32による調整値Yの積分は行わず、処理はステップ#16へ進む。よって、d軸電流調整指令値ΔIdは変化しない。このとき、通常界磁制御中であれば当該通常界磁制御が継続され、弱め界磁制御中であれば当該弱め界磁制御が継続される。変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上(ΔM≧ΔMs)である場合には(ステップ#11:Yes)、積分入力調整部31により調整値Yとして正の値が出力される(図6参照)。そこで、積分器32により正の調整値Yを積分し、d軸電流調整指令値ΔIdを導出する(ステップ#12)。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdは正方向、すなわち電動機4の界磁磁束を強める方向に変化する。このとき、通常界磁制御中であれば強め界磁制御が開始され、弱め界磁制御中であれば弱め界磁の程度が減少し或いは強め界磁制御に移行する。
If the modulation factor deviation ΔM is less than zero (ΔM <0) (step # 10: Yes), then, whether the modulation factor deviation ΔM is greater than or equal to the strong field threshold value ΔMs (ΔM ≧ ΔMs). Is determined (step # 11). If the modulation factor deviation ΔM is less than the strong field threshold value ΔMs (ΔM <ΔMs) (step # 11: No), the integral
一方、d軸電流調整指令値ΔIdがゼロより大きい(ΔId>0)場合には(ステップ#09:Yes)、制御装置2が強め界磁制御中であると判定できる。そこで次に、モード制御部5により、強め界磁終了条件を判定する。具体的には、d軸電流調整指令値ΔIdが終了しきい値ΔIds以上(ΔId≧ΔIds)であるか否か(ステップ#13)、及び目標トルクTMが強め界磁許容トルク範囲TMR外か否か(ステップ#14)を判定する。これらいずれかの条件を満たす場合(ステップ#13:Yes又はステップ#14:Yes)には、強め界磁制御を終了するために、モード制御部5によりd軸電流調整指令値ΔIdを一定の変化速度でゼロにする(ステップ#15)。これにより、強め界磁制御が終了し、通常界磁制御が実行される。上記のいずれの条件も満たさない場合(ステップ#13:No及びステップ#14:No)には、強め界磁制御を継続することとし、処理はステップ#12へ進む。従って、変調率偏差ΔMに応じて積分入力調整部31により出力された調整値Yを積分器32により積分し、d軸電流調整指令値ΔIdを導出する(ステップ#12)。これにより、強め界磁制御中も、変調率偏差ΔMに応じてd軸電流調整指令値ΔIdが適切に調整される。この際、d軸電流調整指令値ΔIdが負方向に変化して強め界磁制御から弱め界磁制御へ移行することもある。
On the other hand, when the d-axis current adjustment command value ΔId is larger than zero (ΔId> 0) (step # 09: Yes), it can be determined that the
その後、d軸電流指令値導出部21により導出された基本d軸電流指令値Idbと積分器32により導出されたd軸電流調整指令値ΔIdとを加算してd軸電流指令値Idを導出する(ステップ#16)。また、q軸電流指令値導出部22によりq軸電流指令値Iqを導出する(ステップ#17)。そして、これらのd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqに基づいて、電流制御部24により電圧指令値Vd、Vqを導出する(ステップ#18)。以上で処理を終了する。
Thereafter, the basic d-axis current command value Idb derived by the d-axis current command
次に、図8に示すフローチャートに従う制御装置2の動作の具体例について、図3及び図9を用いて説明する。図9は、時間Tの経過に従って図3に示す点t0からt6へ向かって順に電動機4の動作点を変化させ、その後点t7からt13へ向かって順に電動機4の動作点を変化させた際における、目標トルクTM、回転速度ω、及びd軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqの変化の一例を示す図である。具体的には、図9(a)は時間軸Tに沿った目標トルクTMの変化、図9(b)はそのとき回転速度ωの変化、図9(c)はそのときのd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqの変化をそれぞれ示している。
Next, a specific example of the operation of the
本例では、時点t0〜t1では、目標トルクTMがゼロの状態で回転速度ωをゼロからω1まで上昇させる。このとき、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqはゼロのままである。時点t1〜t2では、回転速度ωをω1で一定とした状態で目標トルクTMをゼロからTM6まで上昇させる。このとき、d軸電流指令値Idは目標トルクTMに比例してId8まで減少し、q軸電流指令値Iqは目標トルクTMに比例してIq8まで増加する。時点t2〜t6では、目標トルクTMをTM6で一定とした状態で回転速度ωをω1からω2まで上昇させる。このとき、電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fに入るまでの時点t2〜t3では、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqは一定に維持される。時点t0〜t3では、通常界磁・PWM制御モードA1(通常界磁・通常PWM制御モードA1a)が実行される。電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fに入ってからの時点t3〜t4で、d軸電流調整指令値ΔIdが増加することにより強め界磁制御が実行され、d軸電流指令値IdはId8からId9まで増加し、q軸電流指令値IqはIq8からIq9まで増加する。このとき、上述したように指令変調率MTの変化速度が一定速度に規制されることによってd軸電流調整指令値ΔIdの増加速度が規制されるため、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後のd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqの増加速度も規制されて緩やかな曲線を描くように増加する。これにより、変調率Mの変化速度(上昇速度)が規制され、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間が確保されるので、この間(時点t3〜t4)に強め界磁・PWM制御モードA2が実行される。 In this example, at time t0 to t1, the rotational speed ω is increased from zero to ω1 with the target torque TM being zero. At this time, the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq remain zero. From time t1 to t2, the target torque TM is increased from zero to TM6 with the rotational speed ω kept constant at ω1. At this time, the d-axis current command value Id decreases to Id8 in proportion to the target torque TM, and the q-axis current command value Iq increases to Iq8 in proportion to the target torque TM. From time t2 to t6, the rotational speed ω is increased from ω1 to ω2 while the target torque TM is kept constant at TM6. At this time, the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq are kept constant at time points t2 to t3 until the operating point of the electric motor 4 enters the strong field control region F. At time points t0 to t3, the normal field / PWM control mode A1 (normal field / normal PWM control mode A1a) is executed. At time points t3 to t4 after the operating point of the motor 4 enters the strong field control region F, the strong field control is executed by increasing the d-axis current adjustment command value ΔId, and the d-axis current command value Id is from Id8 to Id9. The q-axis current command value Iq increases from Iq8 to Iq9. At this time, as described above, the rate of increase of the d-axis current adjustment command value ΔId is restricted by restricting the change speed of the command modulation rate MT to a constant speed. The increasing speed of the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq is also restricted and increases so as to draw a gentle curve. As a result, the rate of change (rising speed) of the modulation factor M is regulated, and a time until the modulation factor M reaches the rectangular wave switching threshold value Mb is secured. The magnetism / PWM control mode A2 is executed.
その後、時点t4〜t5では、回転速度ωが上昇することによって図5に示す電圧制限楕円63の径が縮小するため、矩形波制御中に電圧制限楕円63上に設定されるd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqが共に減少する。具体的には、d軸電流指令値IdはId9からId8まで減少し、q軸電流指令値IqはIq9からIq8まで減少する。このとき、d軸電流調整指令値ΔIdも減少する。時点t4〜t5では強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される。そして、時点t5でd軸電流調整指令値ΔIdがゼロとなり強め界磁制御が終了する。強め界磁制御領域Fから出てからの時点t5〜t6では、d軸電流調整指令値ΔIdが更に減少して負の値になることにより弱め界磁制御が実行され、d軸電流指令値IdはId8からId7まで減少し、q軸電流指令値IqはIq8からIq7まで減少する。時点t6〜t7では、回転速度ω及び目標トルクTMの双方が一定に維持されるため、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqは共に変化しない。 Thereafter, since the diameter of the voltage limit ellipse 63 shown in FIG. 5 is reduced by increasing the rotational speed ω from time t4 to t5, the d-axis current command value set on the voltage limit ellipse 63 during the rectangular wave control. Both Id and q-axis current command value Iq decrease. Specifically, the d-axis current command value Id decreases from Id9 to Id8, and the q-axis current command value Iq decreases from Iq9 to Iq8. At this time, the d-axis current adjustment command value ΔId also decreases. From time t4 to t5, the strong field / rectangular wave control mode A3 is executed. At time t5, the d-axis current adjustment command value ΔId becomes zero, and the strong field control ends. At time points t5 to t6 after exiting the strong field control region F, the d-axis current adjustment command value ΔId is further decreased to become a negative value, whereby field-weakening control is executed. The d-axis current command value Id is changed from Id8 to Id7. Q-axis current command value Iq decreases from Iq8 to Iq7. From time t6 to t7, since both the rotational speed ω and the target torque TM are maintained constant, both the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq do not change.
時点t7〜t11では、目標トルクTMをTM6で一定とした状態で回転速度ωをω2からω1まで下降させる。このとき、電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fに入るまでの時点t7〜t8では、弱め界磁制御が実行されつつd軸電流調整指令値ΔIdが次第に増加し、d軸電流指令値IdはId7からId8まで増加し、q軸電流指令値IqはIq7からIq8まで増加する。そして、時点t8でd軸電流調整指令値ΔIdがゼロとなり弱め界磁制御が終了する。時点t5〜t8では弱め界磁・PWM制御モードA4が実行される。電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fに入ってからの時点t8〜t9では、回転速度ωが下降することによって図5に示す電圧制限楕円63の径が拡大するため、矩形波制御中に電圧制限楕円63上に設定されるd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqが共に増加する。具体的には、d軸電流指令値IdはId8からId9まで増加し、q軸電流指令値IqはIq8からIq9まで増加する。このとき、d軸電流調整指令値ΔIdも増加する。時点t8〜t9では強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される。本例では、時点t9でd軸電流調整指令値ΔIdが終了しきい値ΔIdsに到達し、その後時点t10までの間に、d軸電流調整指令値ΔIdを一定の変化速度(減少速度)でゼロにする。これにより、d軸電流指令値IdはId9からId8まで減少し、q軸電流指令値IqはIq9からIq8まで減少する。このようにd軸電流調整指令値ΔIdの減少速度が規制されるため、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後のd軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqの減少速度も規制されて緩やかな曲線を描くように増加する。これにより、変調率Mの変化速度(下降速度)が規制され、変調率Mが強め界磁開始変調率Ms(図3の曲線L3)に到達するまでに所定の時間が確保されるので、この間(時点t9〜t10)に強め界磁・PWM制御モードA2が実行される。 From time t7 to t11, the rotational speed ω is decreased from ω2 to ω1 with the target torque TM being constant at TM6. At this time, at time points t7 to t8 until the operating point of the electric motor 4 enters the strong field control region F, the d-axis current adjustment command value ΔId gradually increases while the field weakening control is executed, and the d-axis current command value Id is increased from Id7. The q-axis current command value Iq increases from Iq7 to Iq8. At time t8, the d-axis current adjustment command value ΔId becomes zero and field weakening control ends. At time points t5 to t8, field weakening / PWM control mode A4 is executed. At the time t8 to t9 after the operating point of the electric motor 4 enters the strong field control region F, the diameter of the voltage limiting ellipse 63 shown in FIG. Both the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq set on the limit ellipse 63 increase. Specifically, the d-axis current command value Id increases from Id8 to Id9, and the q-axis current command value Iq increases from Iq8 to Iq9. At this time, the d-axis current adjustment command value ΔId also increases. From time t8 to t9, the strong field / rectangular wave control mode A3 is executed. In this example, the d-axis current adjustment command value ΔId reaches the end threshold value ΔIds at time t9, and thereafter, the d-axis current adjustment command value ΔId is zero at a constant change rate (decrease rate) until time t10. To. As a result, the d-axis current command value Id decreases from Id9 to Id8, and the q-axis current command value Iq decreases from Iq9 to Iq8. As described above, since the rate of decrease of the d-axis current adjustment command value ΔId is regulated, the rate of decrease of the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq after adjustment by the d-axis current adjustment command value ΔId is also regulated. It increases to draw a gentle curve. As a result, the rate of change (lowering rate) of the modulation factor M is regulated, and a predetermined time is ensured until the modulation factor M reaches the strong field start modulation factor Ms (curve L3 in FIG. 3). The strong field / PWM control mode A2 is executed at (time points t9 to t10).
電動機4の動作点が強め界磁制御領域Fから出てからの時点t10〜t11では、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqは一定に維持される。時点t11〜t12では、回転速度ωをω1で一定とした状態で目標トルクTMをTM6からゼロまで下降させる。このとき、d軸電流指令値Idは目標トルクTMに比例してId8からゼロまで増加し、q軸電流指令値Iqは目標トルクTMに比例してIq8からゼロまで減少する。時点t12〜t13では、目標トルクTMがゼロの状態で回転速度ωをω1からゼロまで下降させる。このとき、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqはゼロのままである。時点t10〜t3では、通常界磁・PWM制御モードA1(通常界磁・通常PWM制御モードA1a)が実行される。 At time points t10 to t11 after the operating point of the electric motor 4 comes out of the strong field control region F, the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq are kept constant. From time t11 to t12, the target torque TM is decreased from TM6 to zero with the rotation speed ω kept constant at ω1. At this time, the d-axis current command value Id increases from Id8 to zero in proportion to the target torque TM, and the q-axis current command value Iq decreases from Iq8 to zero in proportion to the target torque TM. From time t12 to t13, the rotational speed ω is decreased from ω1 to zero while the target torque TM is zero. At this time, the d-axis current command value Id and the q-axis current command value Iq remain zero. At time points t10 to t3, the normal field / PWM control mode A1 (normal field / normal PWM control mode A1a) is executed.
2.第二の実施形態
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図10は、本実施形態に係る制御装置2の機能ブロック図である。この制御装置2は、変化速度規制部11及びそれに関連する部分の構成が上記第一の実施形態と異なっている。すなわち、上記第一の実施形態に係る制御装置2は、指令変調率設定部33により指令変調率MTを所定の変化速度で変化させることによって変調率Mの変化速度を規制し、強め界磁・PWM制御モードA2を実行する時間を確保する構成となっている。これに対して、本実施形態に係る制御装置2は、強め界磁制御を開始する際におけるd軸電流調整指令値ΔIdの変化速度を規制することによって変調率Mの変化速度を規制し、強め界磁・PWM制御モードA2を実行する時間を確保する構成となっている。このため、本実施形態に係る制御装置2は、変化速度規制部11として目標d軸電流調整指令決定部(以下「目標ΔId決定部」とする)35及びd軸電流調整指令値変化率制限部(以下「ΔId変化率制限部」とする)36を備えている。以下では、本実施形態に係る制御装置2について、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様とする。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a functional block diagram of the
2−1.制御装置の構成
まず、図10に示す制御装置2の機能ブロック図に基づいて、上記第一の実施形態と異なる制御装置2の機能について説明する。本実施形態では、減算器30には、変調率M及び最大変調率Mmaxの値である「0.78」が入力される。減算器30は、下記の式(7)に示すように、変調率Mから固定値である最大変調率Mmax(矩形波切替しきい値Mb)の値「0.78」を減算した変調率偏差ΔMを導出する。
ΔM=M−0.78・・・(7)
本実施形態においては、変調率偏差ΔMは、電圧指令値Vd、Vqがそのときの直流電圧Vdcによって出力し得る最大の交流電圧の値を超えている程度を表す。従って、変調率偏差ΔMは、実質的には直流電圧Vdcの不足の程度を表す電圧不足指標として機能する。
2-1. Configuration of Control Device First, functions of the
ΔM = M−0.78 (7)
In the present embodiment, the modulation factor deviation ΔM represents the degree to which the voltage command values Vd and Vq exceed the maximum AC voltage value that can be output by the DC voltage Vdc at that time. Therefore, the modulation factor deviation ΔM substantially functions as a voltage shortage index that represents the degree of shortage of the DC voltage Vdc.
積分入力調整部31には、減算器30により導出された変調率偏差ΔMが入力される。積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMの値に対して所定の調整を行い、当該調整後の値である調整値Yを積分器32へ出力する。本実施形態においても、上記第一の実施形態と同様に、積分入力調整部31は、変調率偏差ΔMが所定の強め界磁しきい値ΔMs(ΔMs<0)以上ゼロ未満の状態(ΔMs≦ΔM<0)では正の調整値Y(Y>0)を出力し、変調率偏差ΔMがゼロより大きい状態(0<ΔM)では負の調整値Y(Y<0)を出力し、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満の状態(ΔM<ΔMs)及び変調率偏差ΔMがゼロの状態(ΔM=0)では調整値Yとしてゼロ(Y=0)を出力する。但し、本実施形態では、この積分入力調整部31により用いられる変換マップが上記第一の実施形態とは相違している。図10に示すように、この変換マップは、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満では調整値Yをゼロとし、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs以上では該変調率偏差ΔMの符号を反転した値を調整値Yとするように構成されている。従って、積分入力調整部31は、入力された変調率偏差ΔMが所定の強め界磁しきい値ΔMs以上である場合には、当該変調率偏差ΔMの符号を反転した値を調整値Yとして出力する。一方、積分入力調整部31は、入力された変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs未満である場合には調整値Yとしてゼロ(Y=0)を出力する。上記第一の実施形態と同様、強め界磁しきい値ΔMsは、強め界磁制御を開始するための変調率偏差ΔMのしきい値であり、ゼロ未満の値(例えば「−0.07」)に設定される。なお、積分入力調整部31が、変調率偏差ΔMに所定の定数(ゲイン)を乗算した値を調整値Yとして出力する構成としても好適である。
A modulation factor deviation ΔM derived by the
積分器32は、上記第一の実施形態と同様に、積分入力調整部31により導出された調整値Yを所定のゲインを用いて積分し、当該積分値をd軸電流調整指令値ΔIdとして導出する。本実施形態では、変調率導出部29、減算器30、積分入力調整部31、及び積分器32により、界磁調整部8が構成されている。
Similarly to the first embodiment, the
目標ΔId決定部35は、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbとなるようなd軸電流調整指令値ΔIdである目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定する。この目標ΔId決定部35が、本発明における目標界磁調整指令値決定部に相当する。目標ΔId決定部35には、回転速度ω、目標トルクTM、及び直流電圧Vdcが入力される。目標ΔId決定部35は、これらに基づいて目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定する。この際、本実施形態では、目標ΔId決定部35は、目標d軸電流調整指令値マップを用いて目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定する。図11は、この目標d軸電流調整指令値マップの一例を示す図である。この図に示すように、目標d軸電流調整指令値マップは、q軸電流指令値導出部22が用いるq軸電流指令値マップ(図5参照)と同様のマップとなっている。すなわち、図11において、細い実線は等トルク線61であり、太い実線は最大トルク制御を行うための最大トルク制御線62であり、太い一点鎖線は、回転速度ω及び直流電圧Vdcにより制限されるd軸電流及びq軸電流が取り得る値の範囲を示す電圧制限楕円63である。この電圧制限楕円63の径は、電動機4の回転速度ωに反比例し、直流電圧Vdcに比例する。図11には、回転速度ωと直流電圧Vdcとがω1とVdc1の組、ω2とVdc2の組、ω3とVdc3の組のそれぞれについての電圧制限楕円63を例示している。なお、本例では、以下の式(8)の関係が成立する。
(Vdc1/ω1)<(Vdc2/ω2)<(Vdc3/ω3)・・・(8)
それぞれの回転速度ω及び直流電圧Vdcの条件において、d軸電流指令値Id及びq軸電圧指令値Vqが電圧制限楕円63上の値をとる際には、変調率Mは矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)となる。このとき、制御装置2は電圧波形制御部10に矩形波制御を行わせる。
The target
(Vdc1 / ω1) <(Vdc2 / ω2) <(Vdc3 / ω3) (8)
When the d-axis current command value Id and the q-axis voltage command value Vq take values on the voltage limit ellipse 63 under the respective rotational speed ω and DC voltage Vdc conditions, the modulation factor M is a rectangular wave switching threshold value. Mb (maximum modulation factor Mmax). At this time, the
目標ΔId決定部35は、まず、入力された目標トルクTMに基づいて最大トルク制御を行うための最大トルク制御時d軸電流指令値IdMを求める。これは、目標d軸電流調整指令値マップにおいて、入力された目標トルクTMに対応する等トルク線61と最大トルク制御線62との交点のd軸電流指令値Idとなる。次に、目標ΔId決定部35は、入力された目標トルクTMを出力可能であって変調率Mが矩形波切替しきい値Mbとなる矩形波制御時d軸電流指令値IdNを求める。これは、目標d軸電流調整指令値マップにおいて、入力された目標トルクTMに対応する等トルク線61と、入力された回転速度ω及び直流電圧Vdcに対応する電圧制限楕円63との交点のd軸電流指令値Idとなる。そして、矩形波制御時d軸電流指令値IdNと最大トルク制御時d軸電流指令値IdMとの差を目標d軸電流調整指令値ΔIdtとして決定する。図11には、目標トルクTMとして「TM3」、回転速度ωとして「ω2」、直流電圧Vdcとして「Vdc2」がそれぞれ入力された場合の例を示している。この場合、目標ΔId決定部35は、目標トルクTM=TM3の等トルク線61と最大トルク制御線62との交点のd軸電流指令値Idである「Id11」を最大トルク制御時d軸電流指令値IdMとして求める。また、目標ΔId決定部35は、目標トルクTM=TM3の等トルク線61と回転速度ω=ω2及び直流電圧Vdc=Vdc2の電圧制限楕円63との交点のd軸電流指令値Idである「Id12」を矩形波制御時d軸電流指令値IdNとして求める。そして、最大トルク制御時d軸電流指令値Id11(IdM)から矩形波制御時d軸電流指令値Id12(IdN)を減算した差分値を目標d軸電流調整指令値ΔIdtとして決定する。
The target
ΔId変化率制限部36は、目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまで所定の変化速度で変化するd軸電流調整指令値ΔIdを決定する。ΔId変化率制限部36には、目標ΔId決定部35が決定した目標d軸電流調整指令値ΔIdtが入力される。ΔId変化率制限部36は、所定の初期値から目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまで所定の変化速度でd軸電流調整指令値ΔIdを上昇させるように変化させる。この際、ΔId変化率制限部36は、d軸電流調整指令値ΔIdの変化率を一定に保つことにより、d軸電流調整指令値ΔIdの変化速度を一定に規制する。ここで、初期値は、通常界磁制御(最大トルク制御)を行うときのd軸電流調整指令値ΔIdの値、ここではゼロに設定される。従って、ΔId変化率制限部36は、初期値(ゼロ)から目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまで時間Tの経過に従って次第に上昇(増加)するよう変化するd軸電流調整指令値ΔIdを出力する。この際のd軸電流調整指令値ΔIdの変化速度は一定とする。本実施形態においては、このΔId変化率制限部36が、本発明における移行制御用界磁調整部に相当する。
The ΔId change
切替部37は、界磁調整部8が決定したd軸電流調整指令値ΔIdと、移行制御用界磁調整部としてのΔId変化率制限部36が決定したd軸電流調整指令値ΔIdとのいずれを電圧指令決定部9において用いるかを切り替える。この切替部37の動作は、モード制御部5により制御される。界磁調整部8が決定したd軸電流調整指令値ΔIdを用いる場合には、積分器32により導出されたd軸電流調整指令値ΔIdが、電圧指令決定部9を構成するq軸電流指令値導出部22及び加算器23に入力される。ΔId変化率制限部36が決定したd軸電流調整指令値ΔIdを用いる場合には、当該d軸電流調整指令値ΔIdが、電圧指令決定部9を構成するq軸電流指令値導出部22及び加算器23に入力される。
The switching unit 37 includes any one of the d-axis current adjustment command value ΔId determined by the
モード制御部5の機能は、基本的に上記第一の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、モード制御部5は、指令変調率設定部33の制御に関する機能を有しておらず、代わりに目標ΔId決定部35及びΔId変化率制限部36を適切に機能させるための制御を行う機能を有している。まず、モード制御部5は、変調率Mが所定の強め界磁開始変調率Ms以上となった際に目標ΔId決定部35に目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定させる。本実施形態では、強め界磁開始変調率Msは、上述した強め界磁しきい値ΔMsの設定に応じて定める。ところで、界磁調整部8においては、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMs(ΔMs<0)以上となった時に正のd軸電流調整指令値ΔIdが出力され、強め界磁制御が開始される。移行制御用界磁調整部としてのΔId変化率制限部36は、このような界磁調整部8による強め界磁制御の開始に合わせて一定の変化速度で変化するd軸電流調整指令値ΔIdを出力する。従って、このような強め界磁制御を開始するときの変調率Mの値である強め界磁開始変調率Msは、変調率偏差ΔMが強め界磁しきい値ΔMsとなる変調率Mに設定される。具体的には、強め界磁開始変調率Msは、矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に強め界磁しきい値ΔMs(ΔMs<0)を加算して求められる。上記のように、強め界磁しきい値ΔMsを「−0.07」に設定した場合、強め界磁開始変調率Msは「0.71」となる。
The function of the
また、モード制御部5は、目標ΔId決定部35により目標d軸電流調整指令値ΔIdtが決定された際には、当該目標d軸電流調整指令値ΔIdtが決定されてから変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)になるまでの間、界磁調整部8が決定したd軸電流調整指令値ΔIdに代えてΔId変化率制限部36が決定したd軸電流調整指令値ΔIdを電圧指令決定部9に入力する。モード制御部5は、このようなd軸電流調整指令値ΔIdの入力切り替えを、切替部37を制御することにより行う。すなわち、モード制御部5は、変調率Mが所定の強め界磁開始変調率Ms以上となった時に、目標ΔId決定部35に目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定させると共に、切替部37を制御して、ΔId変化率制限部36が決定したd軸電流調整指令値ΔIdが電圧指令決定部9に入力される状態とする。そして、モード制御部5は、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbになったときに、切替部37を制御して、界磁調整部8が決定したd軸電流調整指令値ΔIdが電圧指令決定部9に入力される状態とする。本実施形態では、モード制御部5は、変調率Mを直接監視し、当該変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax=0.78)になったことを検出する構成となっている。当然ながら、変調率偏差ΔMを監視し、変調率偏差ΔMがゼロになったことにより変調率Mが矩形波切替しきい値Mbになったことを検出する構成としても好適である。上記のとおり、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)となったときに矩形波制御が開始されることから、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)になったことを検出する構成は、矩形波制御が開始されたことを検出する構成に等しい。なお、モード制御部5は、目標d軸電流調整指令値ΔIdtが決定されてから変調率Mが矩形波切替しきい値Mbになるまでの間以外は、界磁調整部8が決定したd軸電流調整指令値ΔIdを用いるように切替部37を制御する。
In addition, when the target d-axis current adjustment command value ΔIdt is determined by the target
以上のとおり、本実施形態では、目標ΔId決定部35、ΔId変化率制限部36、切替部37、及びこれらを制御するモード制御部5により、変調率Mの変化速度が予め定めた規制速度以下となるように規制する変化速度規制部11が構成されている。
As described above, in the present embodiment, the change rate of the modulation factor M is equal to or lower than a predetermined regulation rate by the target
本実施形態に係る制御装置2によれば、変調率Mが所定の強め界磁開始変調率Ms以上となって強め界磁制御を開始する際に、d軸電流調整指令値ΔIdの変化速度を規制することによって変調率Mの変化速度を規制する。これにより、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達するまでの時間を一定時間確保することができる。そして、制御装置2は、このような変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達するまでの時間に、強め界磁・PWM制御モードA2を実行する。その後、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達すると、強め界磁・矩形波制御モードA3が実行される。これにより、d軸電流調整指令値ΔIdによる調整後の電流指令値Id、Iqが急激に変化することを抑制でき、電動機のコイルに流れる電流のオーバーシュートや電動機が発生させるトルクの振動を抑制することができる。
According to the
2−2.制御装置の動作
次に、制御装置2の各部の動作について、図12を用いて説明する。図12は、本実施形態に係る制御装置2の各部の動作の流れを示すフローチャートである。なお、図12において「(#09〜#15)」及び「(#16〜#18)」とあるのは、上記第一の実施形態に係る図8の該当するステップと同じステップである。よって、図12ではこれらのステップを省略して示している。
2-2. Operation of Control Device Next, the operation of each part of the
図12に示すように、制御装置2は、まず、変調率導出部29により変調率Mを導出する(ステップ#21)。次に、モード制御部5により、変調率Mが強め界磁開始変調率Ms以上であるか否かを判定する(ステップ#22)。変調率Mが強め界磁開始変調率Ms未満である場合には(ステップ#22:No)、強め界磁制御を開始しない。よって、d軸電流調整指令値ΔIdを変化させないまま、処理はステップ#16(図8参照)へ進む。このとき、通常界磁・PWM制御モードA1が実行される。
As shown in FIG. 12, the
一方、変調率Mが強め界磁開始変調率Ms以上である場合には(ステップ#22:Yes)、モード制御部5により、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)未満であるか否かを判定する(ステップ#23)。そして、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb未満である場合には(ステップ#23:Yes)、目標ΔId決定部35により目標d軸電流調整指令値ΔIdtを決定する。上記のとおり、この目標d軸電流調整指令値ΔIdtは、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbとなるd軸電流調整指令値ΔIdである。その後、ΔId変化率制限部36によりd軸電流調整指令値ΔIdを決定する(ステップ#25)。ここで決定されるd軸電流調整指令値ΔIdは、初期値(ゼロ)からステップ#25で決定された目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまで、所定の変化速度で変化する値である。これにより強め界磁制御が開始される。そして、以降のステップでは、時間Tの経過に従って次第に上昇するd軸電流調整指令値ΔIdが用いられる。このように、強め界磁の大きさを規定するd軸電流調整指令値ΔIdの上昇速度が規制されることにより、変調率Mの上昇も規制される。よって、強め界磁制御の実行中であって変調率Mが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に到達しない状態が一定時間確保され、その間に強め界磁・PWM制御モードA2が実行される。ステップ#25の後、処理はステップ#16(図8参照)へ進む。
On the other hand, when the modulation factor M is equal to or greater than the strong field start modulation factor Ms (step # 22: Yes), the
ステップ#25により決定されるd軸電流調整指令値ΔIdが目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達することにより、変調率Mが矩形波切替しきい値Mbに到達した後は、電動機4の目標トルクTMや回転速度ωが変化することに伴って界磁磁束を強める方向又は弱める方向にd軸電流調整指令値ΔIdを適宜変更し、強め界磁制御又は弱め界磁制御を行う。このため、変調率Mが矩形波切替しきい値Mb以上である場合には(ステップ#23:No)、減算器30により、変調率Mから矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax=0.78)を減算した変調率偏差ΔM(=M−0.78)を導出する(ステップ#26)。その後、処理はステップ#09(図8参照)へ進む。従って、この後の処理は、上記第一の実施形態と同様となる。
After the d-axis current adjustment command value ΔId determined in
3.その他の実施形態
(1)上記の各実施形態では、強め界磁・PWM制御モードA2として強め界磁・過変調PWM制御モードA2bのみを実行する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、強め界磁・PWM制御モードA2として、変調率Mの上昇に伴って、強め界磁・通常PWM制御モードA2aを実行した後、強め界磁・過変調PWM制御モードA2bを実行する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような制御を行うためには、上記第一の実施形態においては、指令変調率初期値MTsを過変調切替変調率Mo(=0.71)未満に設定すると好適である。また、上記第二の実施形態においては、強め界磁開始変調率Msを過変調切替変調率Mo(=0.71)未満に設定すると好適である。
3. Other Embodiments (1) In each of the above embodiments, the case where only the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed as the strong field / PWM control mode A2 has been described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this, and after executing the strong field / normal PWM control mode A2a as the modulation field M increases as the strong field / PWM control mode A2, A configuration in which the strong field / overmodulation PWM control mode A2b is executed is also one preferred embodiment of the present invention. In order to perform such control, in the first embodiment, it is preferable to set the command modulation rate initial value MTs to less than the overmodulation switching modulation rate Mo (= 0.71). In the second embodiment, it is preferable to set the strong field start modulation factor Ms to be less than the overmodulation switching modulation factor Mo (= 0.71).
(2)上記第一の実施形態では、指令変調率初期値MTsが電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMに応じて設定される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、指令変調率初期値MTsが、電動機4の回転速度ω及び目標トルクTMのいずれか一方に応じて設定される構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。いずれの場合においても、指令変調率初期値MTsは、d軸電流調整指令値ΔIdによる界磁磁束の調整が行われていない状態で変調率導出部29により導出される変調率Mより大きい値となるように設定されると好適である。
(2) In the first embodiment, the case where the command modulation rate initial value MTs is set according to the rotational speed ω of the electric motor 4 and the target torque TM has been described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the command modulation rate initial value MTs may be set in accordance with either the rotational speed ω of the electric motor 4 or the target torque TM, which is one preferred embodiment of the present invention. In any case, the command modulation factor initial value MTs is larger than the modulation factor M derived by the modulation
(3)上記第一の実施形態では、指令変調率MTの変化速度を、指令変調率変化時間ΔTが指令変調率初期値MTsに関わらず一定となるように設定する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、指令変調率MTの変化速度が指令変調率初期値MTsに関わらず一定となるように設定することも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、指令変調率MTが変化中となる指令変調率変化時間ΔTは、指令変調率初期値MTsに応じて変化する。すなわち、指令変調率初期値MTsが矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に近い値となるに従って、指令変調率変化時間ΔTが短くなる。これにより、指令変調率初期値MTsに応じて強め界磁・PWM制御モードA2を実行する時間を調整することができる。 (3) In the first embodiment, the case where the change rate of the command modulation rate MT is set so that the command modulation rate change time ΔT is constant regardless of the command modulation rate initial value MTs has been described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, setting the rate of change of the command modulation rate MT to be constant regardless of the command modulation rate initial value MTs is also one preferred embodiment of the present invention. In this case, the command modulation rate change time ΔT during which the command modulation rate MT is changing changes according to the command modulation rate initial value MTs. That is, as the command modulation rate initial value MTs becomes a value close to the rectangular wave switching threshold value Mb (maximum modulation rate Mmax), the command modulation rate change time ΔT becomes shorter. Thereby, the time for executing the strong field / PWM control mode A2 can be adjusted according to the command modulation rate initial value MTs.
(4)上記第二の実施形態では、移行制御用界磁調整部としてのΔId変化率制限部36が、一定の変化速度でd軸電流調整指令値ΔIdを変化させる場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまでの時間、すなわちd軸電流調整指令値ΔIdの変化時間が目標d軸電流調整指令値ΔIdtに関わらず一定となるように設定することも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、d軸電流調整指令値ΔIdが目標d軸電流調整指令値ΔIdtに到達するまでの時間が一定となるため、強め界磁・PWM制御モードA2が実行される時間も一定時間が確実に確保される構成とすることができる。
(4) In the second embodiment, the case where the ΔId change
(5)上記第二の実施形態では、強め界磁開始変調率Msを、矩形波切替しきい値Mb(最大変調率Mmax)に強め界磁しきい値ΔMsを加算して求める構成とする場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、強め界磁開始変調率Msを上述した強め界磁しきい値ΔMsとは無関係に設定することも、本発明の好適な実施形態の一つである。但し、その場合においても、強め界磁開始変調率Msが、矩形波切替しきい値Mbに強め界磁しきい値ΔMsを加算した値よりも小さい値となるように設定すると好適である。強め界磁開始変調率Msをこのように設定すれば、界磁調整部8による正のd軸電流調整指令値ΔIdが加算器23に入力される前に、ΔId変化率制限部36により生成した正のd軸電流調整指令値ΔIdが加算器23に入力される構成とすることが容易となる。
(5) In the second embodiment, the strong field start modulation factor Ms is obtained by adding the strong field threshold value ΔMs to the rectangular wave switching threshold value Mb (maximum modulation factor Mmax). Was described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this, and it is also possible to set the strong field start modulation factor Ms independently of the above-described strong field threshold value ΔMs. one of. However, even in this case, it is preferable that the strong field start modulation factor Ms is set to a value smaller than the value obtained by adding the strong field threshold value ΔMs to the rectangular wave switching threshold value Mb. If the strong field start modulation rate Ms is set in this way, before the positive d-axis current adjustment command value ΔId by the
(6)上記の実施形態では、電動機駆動装置1が直流電源3からの直流電圧Vdcをインバータ6へ供給する構成である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、直流電源3からの電源電圧を変換して所望値のシステム電圧を生成するDC−DCコンバータ等の電圧変換部を備え、当該電圧変換部により生成されたシステム電圧を直流交流変換部としてのインバータ6に供給する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合において、電圧変換部は、電源電圧を昇圧する昇圧コンバータとすることができる他、電源電圧を降圧する降圧コンバータとし、或いは電源電圧の昇圧及び降圧の双方を行う昇降圧コンバータとすることもできる。
(6) In the above embodiment, the case where the
(7)上記の実施形態では、交流電動機4が三相交流により動作する埋込磁石構造の同期電動機(IPMSM)である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、交流電動機4として、表面磁石構造の同期電動機(SPMSM)を用いることができ、或いは、同期電動機以外にも、例えば、誘導電動機等を用いることもできる。また、このような交流電動機に供給する交流として、三相以外の単相、二相、又は四相以上の多相交流を用いることができる。 (7) In the above embodiment, the case where the AC motor 4 is a synchronous motor (IPMSM) having an embedded magnet structure that operates by three-phase AC has been described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, a synchronous motor (SPMSM) having a surface magnet structure can be used as the AC motor 4, or other than the synchronous motor, for example, induction An electric motor or the like can also be used. Moreover, as an alternating current supplied to such an alternating current motor, a single-phase other than three phases, a two-phase, or a polyphase alternating current having four or more phases can be used.
(8)上記の実施形態では、電動機4が電動車両やハイブリッド車両等の駆動力源として用いられる場合を例として説明した。しかし、本実施形態に係る電動機4の用途はこれに限定されるものではなく、あらゆる用途の電動機について、本発明を適用することが可能である。 (8) In the above embodiment, the case where the electric motor 4 is used as a driving force source for an electric vehicle or a hybrid vehicle has been described as an example. However, the use of the electric motor 4 according to the present embodiment is not limited to this, and the present invention can be applied to electric motors of all uses.
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給する直流交流変換部を備えた電動機駆動装置の制御を行う制御装置に好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a control device that controls a motor driving device that includes a DC / AC converter that converts a DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to an AC motor.
1:電動機駆動装置
2:制御装置
4:交流電動機
5:モード制御部
6:インバータ(直流交流変換部)
7:電流指令決定部
8:界磁調整部
9:電圧指令決定部
10:電圧波形制御部
11:変化速度規制部
33:指令変調率設定部(指令電圧指標設定部)
35:目標ΔId決定部(目標界磁調整指令値決定部)
36:ΔId変化率制限部(移行制御用界磁調整部)
Vdc:直流電圧
TM:目標トルク
ω:回転速度
Idb:基本d軸電流指令値(電流指令値)
Iqb:基本q軸電流指令値(電流指令値)
Id:d軸電流指令値
Iq:q軸電流指令値
Vd:d軸電圧指令値(電圧指令値)
Vq:q軸電圧指令値(電圧指令値)
ΔId:d軸電流調整指令値(界磁調整指令値)
ΔIds:終了しきい値
ΔIdt:目標d軸電流調整指令値(目標界磁調整指令値)
M:変調率(電圧指標)
MT:指令変調率(指令電圧指標)
MTs:指令変調率初期値
Mmax:最大変調率
Mb:矩形波切替しきい値
Ms:強め界磁開始変調率(強め界磁開始電圧指標)
ΔM:変調率偏差(電圧指標偏差)
ΔMs:強め界磁しきい値
TMR:強め界磁許容トルク範囲
A1:通常界磁・PWM制御モード
A1a:通常界磁・通常PWM制御モード
A1b:通常界磁・過変調PWM制御モード
A2:強め界磁・PWM制御モード
A2a:強め界磁・通常PWM制御モード
A2b:強め界磁・過変調PWM制御モード
A3:強め界磁・矩形波制御モード
1: Motor drive device 2: Control device 4: AC motor 5: Mode control unit 6: Inverter (DC / AC conversion unit)
7: Current command determination unit 8: Field adjustment unit 9: Voltage command determination unit 10: Voltage waveform control unit 11: Change rate regulation unit 33: Command modulation rate setting unit (command voltage index setting unit)
35: Target ΔId determination unit (target field adjustment command value determination unit)
36: ΔId change rate limiting unit (transition control field adjusting unit)
Vdc: DC voltage TM: target torque ω: rotational speed Idb: basic d-axis current command value (current command value)
Iqb: Basic q-axis current command value (current command value)
Id: d-axis current command value Iq: q-axis current command value Vd: d-axis voltage command value (voltage command value)
Vq: q-axis voltage command value (voltage command value)
ΔId: d-axis current adjustment command value (field adjustment command value)
ΔIds: end threshold value ΔIdt: target d-axis current adjustment command value (target field adjustment command value)
M: Modulation rate (voltage index)
MT: Command modulation rate (command voltage index)
MTs: Command modulation rate initial value Mmax: Maximum modulation rate Mb: Rectangular wave switching threshold Ms: Strong field start modulation rate (strong field start voltage index)
ΔM: Modulation rate deviation (voltage index deviation)
ΔMs: Strong field threshold value TMR: Strong field allowable torque range A1: Normal field / PWM control mode A1a: Normal field / normal PWM control mode A1b: Normal field / overmodulation PWM control mode A2: Strong field Magnetism / PWM control mode A2a: Strong field / normal PWM control mode A2b: Strong field / overmodulation PWM control mode A3: Strong field / rectangular wave control mode
Claims (10)
前記交流電動機の目標トルクに基づいて、前記直流交流変換部から前記交流電動機に供給する電流の指令値である電流指令値を決定する電流指令決定部と、
前記交流電動機の界磁磁束を強めるように前記電流指令値に対する調整を行う強め界磁制御及び前記電流指令値に対する調整を行わない通常界磁制御をそれぞれ実行するための界磁調整指令値を決定する界磁調整部と、
前記交流電動機の回転速度、前記電流指令値、及び前記界磁調整指令値に基づいて、前記直流交流変換部から前記交流電動機に供給する電圧の指令値である電圧指令値を決定する電圧指令決定部と、
前記電圧指令値に基づいて前記直流交流変換部を制御し、パルス幅変調制御及び矩形波制御をそれぞれ実行する電圧波形制御部と、
前記通常界磁制御と共に前記パルス幅変調制御を実行する通常界磁・パルス幅変調制御モードから、前記強め界磁制御と共に前記矩形波制御を実行する強め界磁・矩形波制御モードへ移行する間に、前記強め界磁制御と共に前記パルス幅変調制御を実行する強め界磁・パルス幅変調制御モードを経る強め界磁移行制御を実行するモード制御部と、
を備える電動機駆動装置の制御装置。 A control device that controls a motor drive device including a DC / AC converter that converts a DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to an AC motor,
Based on the target torque of the AC motor, a current command determination unit that determines a current command value that is a command value of a current supplied from the DC / AC conversion unit to the AC motor;
Field adjustment for determining a field adjustment command value for executing a strong field control for adjusting the current command value so as to increase a field magnetic flux of the AC motor and a normal field control for performing no adjustment for the current command value. And
Voltage command determination that determines a voltage command value that is a command value of a voltage supplied from the DC / AC converter to the AC motor based on the rotational speed of the AC motor, the current command value, and the field adjustment command value And
A voltage waveform controller that controls the DC-AC converter based on the voltage command value, and executes pulse width modulation control and rectangular wave control, respectively;
During the transition from the normal field / pulse width modulation control mode in which the pulse width modulation control is performed together with the normal field control to the strong field / rectangular wave control mode in which the rectangular wave control is performed together with the strong field control. A mode control unit for performing strong field transfer control via the strong field / pulse width modulation control mode for performing the pulse width modulation control together with the field control;
A control device for an electric motor drive device.
前記モード制御部は、前記強め界磁・パルス幅変調制御モードとして、前記強め界磁制御と共に前記過変調パルス幅変調制御を実行する強め界磁・過変調パルス幅変調制御モードを少なくとも実行する請求項1に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The pulse width modulation control includes overmodulation pulse width modulation control in which the amplitude of the AC voltage waveform based on the voltage command value exceeds the amplitude of the carrier waveform, and a normal pulse in which the amplitude of the AC voltage waveform is equal to or less than the amplitude of the carrier waveform. Width modulation control,
2. The mode control unit executes at least a strong field / overmodulation pulse width modulation control mode for executing the overmodulation pulse width modulation control together with the strong field control as the strong field / pulse width modulation control mode. The control apparatus of the electric motor drive device of description.
更に、前記モード制御部は、前記界磁調整指令値が前記交流電動機の界磁磁束を強める方向に所定の終了しきい値以上となった場合には、前記強め界磁制御を終了して前記通常界磁制御を実行するように前記界磁調整指令値を決定することで前記電圧指標を前記矩形波切替しきい値未満とし、前記電圧波形制御部に前記パルス幅変調制御を行わせる請求項1から3のいずれか一項に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The mode control unit causes the voltage waveform control unit to execute the rectangular wave control when the voltage index indicating the magnitude of the voltage command value with respect to the DC voltage is equal to or greater than a predetermined rectangular wave switching threshold value, In the state where the index is less than the rectangular wave switching threshold, the voltage waveform control unit is caused to execute the pulse width modulation control,
Further, the mode control unit terminates the strong field control and the normal field control when the field adjustment command value is equal to or greater than a predetermined end threshold value in the direction of increasing the field magnetic flux of the AC motor. 4. The field adjustment command value is determined so as to execute the step, the voltage index is set to be less than the rectangular wave switching threshold value, and the pulse width modulation control is performed by the voltage waveform control unit. The control apparatus of the electric motor drive device as described in any one.
前記電圧指令決定部は、前記界磁調整指令値が前記通常界磁制御を実行するための基準値から前記界磁磁束を強める方向に変化するに従って前記電圧指令値を増大させ、
前記モード制御部は、前記電圧指標が所定の矩形波切替しきい値以上の状態では前記電圧波形制御部に前記矩形波制御を実行させ、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値未満の状態では前記電圧波形制御部に前記パルス幅変調制御を実行させ、
更に、前記モード制御部は、前記強め界磁移行制御では、前記強め界磁制御の開始後に、前記変化速度規制部により前記電圧指標の変化速度を規制し、前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値に到達するまでの時間に前記強め界磁・パルス幅変調制御モードを実行する請求項1から5のいずれか一項に記載の電動機駆動装置の制御装置。 A change rate regulation unit that regulates the change rate of the voltage index representing the magnitude of the voltage command value with respect to the DC voltage to be equal to or less than a predetermined regulation rate;
The voltage command determination unit increases the voltage command value as the field adjustment command value changes in a direction in which the field magnetic flux is strengthened from a reference value for executing the normal field control,
The mode control unit causes the voltage waveform control unit to execute the rectangular wave control when the voltage index is equal to or greater than a predetermined rectangular wave switching threshold value, and the voltage index is less than the rectangular wave switching threshold value. Then, let the voltage waveform control unit execute the pulse width modulation control,
Further, in the strong field transition control, the mode control unit regulates the change speed of the voltage index by the change speed regulation unit after the start of the strong field control, and the voltage index is the rectangular wave switching threshold value. The motor drive device control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the strong field / pulse width modulation control mode is executed in a time period until the motor is reached.
前記界磁調整部は、前記電圧指標から前記指令電圧指標を引いた差である電圧指標偏差が所定の強め界磁しきい値以上ゼロ未満の状態では前記界磁磁束を強める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差がゼロより大きい状態では前記界磁磁束を弱める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差が前記強め界磁しきい値未満の状態及び前記電圧指標偏差がゼロの状態では前記界磁磁束を変化させないように前記界磁調整指令値を決定し、
前記モード制御部は、前記指令電圧指標の初期値である指令電圧指標初期値と前記電圧指標との関係に基づいて前記指令電圧指標設定部に前記指令電圧指標の上昇を開始させ、
前記指令電圧指標設定部は、前記指令電圧指標初期値から前記矩形波切替しきい値に到達するまで所定の変化速度で前記指令電圧指標を上昇させる請求項6に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The change speed regulation unit includes a command voltage index setting unit that sets a command voltage index that is a command value of the voltage index,
The field adjustment unit is configured to increase the field magnetic flux in a direction in which the field magnetic flux is increased in a state where a voltage index deviation, which is a difference obtained by subtracting the command voltage index from the voltage index, is greater than or equal to a predetermined strong field threshold and less than zero. When the adjustment command value is changed and the voltage index deviation is greater than zero, the field adjustment command value is changed in a direction to weaken the field magnetic flux, and the voltage index deviation is less than the strong field threshold value. And determining the field adjustment command value so as not to change the field magnetic flux when the voltage index deviation is zero,
The mode control unit causes the command voltage index setting unit to start increasing the command voltage index based on a relationship between a command voltage index initial value that is an initial value of the command voltage index and the voltage index,
The control device for an electric motor drive device according to claim 6, wherein the command voltage index setting unit raises the command voltage index at a predetermined change rate from the command voltage index initial value until the rectangular wave switching threshold value is reached. .
前記界磁調整部は、前記電圧指標から前記矩形波切替しきい値を引いた差である電圧指標偏差が所定の強め界磁しきい値以上ゼロ未満の状態では前記界磁磁束を強める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差がゼロより大きい状態では前記界磁磁束を弱める方向に前記界磁調整指令値を変化させ、前記電圧指標偏差が前記強め界磁しきい値未満の状態及び前記電圧指標偏差がゼロの状態では前記界磁磁束を変化させないように前記界磁調整指令値を決定し、
前記モード制御部は、前記電圧指標が所定の強め界磁開始電圧指標以上となった際に前記目標界磁調整指令値決定部に前記目標界磁調整指令値を決定させ、当該目標界磁調整指令値が決定されてから前記電圧指標が前記矩形波切替しきい値になるまでの間、前記界磁調整部が決定した界磁調整指令値に代えて前記移行制御用界磁調整部が決定した前記界磁調整指令値を前記電圧指令決定部に入力する請求項6に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The change speed regulation unit reaches a target field adjustment command value, a target field adjustment command value determination unit that determines a target field adjustment command value such that the voltage index becomes the rectangular wave switching threshold value. A transition control field adjustment unit that determines the field adjustment command value that changes at a predetermined change rate until
The field adjustment unit increases the field magnetic flux in a state where a voltage index deviation, which is a difference obtained by subtracting the rectangular wave switching threshold value from the voltage index, is greater than or equal to a predetermined strong field threshold value and less than zero. The field adjustment command value is changed, and when the voltage index deviation is greater than zero, the field adjustment command value is changed in the direction of weakening the field magnetic flux, and the voltage index deviation is the strong field threshold value. The field adjustment command value is determined so as not to change the field magnetic flux in a state of less than and a state where the voltage index deviation is zero,
The mode control unit causes the target field adjustment command value determination unit to determine the target field adjustment command value when the voltage index is equal to or greater than a predetermined strong field start voltage index, and the target field adjustment After the command value is determined, the transition control field adjustment unit is determined instead of the field adjustment command value determined by the field adjustment unit until the voltage index reaches the rectangular wave switching threshold value. The motor drive device control device according to claim 6, wherein the field adjustment command value is input to the voltage command determination unit.
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|---|---|
| JP (1) | JP5370769B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210083146A (en) * | 2019-12-26 | 2021-07-06 | 주식회사 다원시스 | Method and Device for Controlling Inverter of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9647583B2 (en) * | 2013-06-28 | 2017-05-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Variable magnetization machine controller |
| CN110268601B (en) * | 2017-02-16 | 2021-11-23 | 三菱电机株式会社 | Control device for rotating electrical machine, and control method for rotating electrical machine |
| JP6951945B2 (en) * | 2017-11-02 | 2021-10-20 | 澤藤電機株式会社 | Motor control device and motor control method |
| JP7143778B2 (en) * | 2019-02-12 | 2022-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | drive |
| JP7508950B2 (en) | 2020-08-28 | 2024-07-02 | 日産自動車株式会社 | Motor control method and motor system |
| JP7317064B2 (en) * | 2021-03-30 | 2023-07-28 | 株式会社アイシン | Rotating electric machine controller |
| US11787384B2 (en) * | 2021-11-22 | 2023-10-17 | GM Global Technology Operations LLC | Electric drive system and method |
| CN114865957A (en) * | 2022-05-25 | 2022-08-05 | 深圳四博智联科技有限公司 | Motor driving mode control method, device and storage medium |
| CN116915098B (en) * | 2023-09-14 | 2024-01-23 | 广东美的暖通设备有限公司 | Method, device and system for controlling running current of permanent magnet synchronous motor |
| CN117533154A (en) * | 2023-09-27 | 2024-02-09 | 浙江鼎力机械股份有限公司 | A vehicle differential steering control method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3685138B2 (en) * | 2002-02-18 | 2005-08-17 | 日産自動車株式会社 | Motor control device |
| JP4280573B2 (en) * | 2003-07-31 | 2009-06-17 | トヨタ自動車株式会社 | Load drive device |
| JP4604820B2 (en) * | 2005-05-02 | 2011-01-05 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for motor drive system |
| JP2007244116A (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | Synchronous rotating electrical machine |
| JP4379427B2 (en) * | 2006-04-03 | 2009-12-09 | 株式会社デンソー | Control device for multiphase rotating electrical machine |
| JP4864616B2 (en) * | 2006-09-20 | 2012-02-01 | 株式会社東芝 | Vehicle control device |
-
2009
- 2009-11-30 JP JP2009272292A patent/JP5370769B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210083146A (en) * | 2019-12-26 | 2021-07-06 | 주식회사 다원시스 | Method and Device for Controlling Inverter of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor |
| KR102392981B1 (en) * | 2019-12-26 | 2022-05-03 | 주식회사 다원시스 | Method and Device for Controlling Inverter of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor |
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