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JP5375679B2 - Control device for motor drive system - Google Patents

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JP5375679B2
JP5375679B2 JP2010050555A JP2010050555A JP5375679B2 JP 5375679 B2 JP5375679 B2 JP 5375679B2 JP 2010050555 A JP2010050555 A JP 2010050555A JP 2010050555 A JP2010050555 A JP 2010050555A JP 5375679 B2 JP5375679 B2 JP 5375679B2
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To smoothly perform the determination of switching to rectangular voltage wave control from PWM control during AC electric motor control which selectively employs rectangular wave control and PWM control. <P>SOLUTION: In this motor drive system using an inverter, in pulse-width modulation (PWM) control, the inverter is controlled by the voltage comparison of an AC voltage command for operating an AC electric motor in accordance with an operation command and a carrier wave represented by a triangle wave. At PWM control selection, switching to rectangular wave control from PWM control is commanded when an instantaneous value of the AC voltage command is larger than an amplitude of the carrier wave at each of timings corresponding to two points closest to the timings at which the positive and negative of the voltage command are inverted among apexes of the carrier wave. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、モータ駆動システムの制御装置に関し、より特定的には、矩形波制御およびパルス幅変調(PWM)制御の間での制御モード切換を行なう交流電動機制御に関する。   The present invention relates to a control device for a motor drive system, and more particularly to AC motor control for switching a control mode between rectangular wave control and pulse width modulation (PWM) control.

直流電源を用いて交流電動機を駆動するために、インバータを用いたモータ駆動システムが使用されている。インバータは、インバータ駆動回路によりスイッチング制御されることによって、直流/交流電力変換を実行する。たとえば、正弦波状の電圧指令と搬送波(三角波)との比較に基づいて、直流電圧をスイッチングして得られる、パルス幅変調された擬似交流電圧が、インバータから出力されて交流電動機に印加される。   In order to drive an AC motor using a DC power source, a motor drive system using an inverter is used. The inverter performs DC / AC power conversion by switching control by an inverter drive circuit. For example, based on a comparison between a sinusoidal voltage command and a carrier wave (triangular wave), a pseudo-AC voltage that is obtained by switching a DC voltage and is pulse-width modulated is output from the inverter and applied to the AC motor.

また、交流電動機への印加電圧の基本波成分の振幅を拡大するために、正弦波電圧指令の振幅が搬送波の振幅を超える過変調PWM制御や、回転周波数に同期した正負1パルスの矩形波電圧を印加する矩形波制御が知られている。   In addition, in order to expand the amplitude of the fundamental wave component of the voltage applied to the AC motor, overmodulation PWM control in which the amplitude of the sine wave voltage command exceeds the amplitude of the carrier wave, or a square wave voltage with one positive and negative pulse synchronized with the rotation frequency There is known a rectangular wave control for applying a voltage.

たとえば、特開2008−312420号公報(特許文献1)および特開2009−100588号公報(特許文献2)には、過変調PWM制御を含むPWM制御と、矩形波制御とを選択的に適用する交流電動機制御が記載されている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-31420 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-100588 (Patent Document 2) selectively apply PWM control including overmodulation PWM control and rectangular wave control. AC motor control is described.

特開2008−312420号公報JP 2008-31420 A 特開2009−100588号公報JP 2009-100588 A

PWM制御と矩形波制御とを選択的に適用する場合には、これらの制御モード間での切換判定が必要となる。たとえば、特許文献1(段落0046)では、電圧指令から把握される必要電圧振幅と、搬送波(三角波)のピーク値の絶対値との比較によって、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要否が判定される。   When the PWM control and the rectangular wave control are selectively applied, it is necessary to determine whether to switch between these control modes. For example, in Patent Document 1 (paragraph 0046), the necessity of switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is determined by comparing the required voltage amplitude obtained from the voltage command with the absolute value of the peak value of the carrier wave (triangular wave). Is determined.

また、特許文献2には、PWM制御モードから矩形波制御モードに切換えるときにトルク振動の発生を防止するために、矩形波制御モードへの切換後の最初の周期において、スイッチングタイミングに応じて、制御モードの切換を待機することが記載されている。   Further, in Patent Document 2, in order to prevent the occurrence of torque vibration when switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode, according to the switching timing in the first cycle after switching to the rectangular wave control mode, It is described that the control mode is switched on and off.

しかしながら、PWM制御(特に過変調PWM制御)と矩形波制御との切換領域では、デッドタイムの影響やセンサ誤差に起因する制御演算の誤差により、本来、矩形波制御モードへ切換わるべき電動機状態ではないのに、誤って、矩形波制御モードへの切換えが要求されるケースがある。   However, in the switching region between PWM control (especially overmodulation PWM control) and rectangular wave control, due to the influence of dead time and control calculation error due to sensor error, in the motor state that should be switched to the rectangular wave control mode originally There is a case where switching to the rectangular wave control mode is erroneously required even though there is not.

このような状況が発生すると、矩形波制御モードへの切換直後に、再びPWM制御モードへの切換が要求される結果を招くので、両制御モード間の切換が頻繁に発生してしまう可能性がある。さらに、交流電動機への印加電圧が不連続となるため、電流がサージ状に大きくなってしまう虞がある。   If such a situation occurs, immediately after switching to the rectangular wave control mode, a result of requesting switching to the PWM control mode again is caused, so that switching between both control modes may occur frequently. is there. Furthermore, since the voltage applied to the AC motor is discontinuous, the current may increase in a surge manner.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、矩形波制御およびPWM制御を選択的に適用する交流電動機制御において、PWM制御から矩形電圧波制御への切換判定を円滑に行なうことである。   The present invention has been made in order to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a rectangular voltage wave from PWM control in AC motor control that selectively applies rectangular wave control and PWM control. Smooth switching determination to control is to be performed.

この発明のある局面では、インバータおよび交流電動機の間を流れるモータ電流を検出するための電流検出器とを備えるモータ駆動制御システムの制御装置は、所定振幅および所定周波数を有する搬送波と、交流電動機を動作指令に従って動作させるための交流電圧指令との比較に基づくパルス幅変調制御によって、インバータの制御指令を生成するための手段と、パルス幅変調制御の選択時に、交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御への切換要否を判定するための判定手段とを備える。判定手段は、搬送波の頂点のうちの、電圧指令の正負が反転するタイミングに最も近い2点に対応するタイミングの各々において、交流電圧指令の瞬時値が搬送波の振幅よりも大きいときに、パルス幅変調制御から矩形波制御への切換を指示する手段を含む。   In one aspect of the present invention, a control device for a motor drive control system including a current detector for detecting a motor current flowing between an inverter and an AC motor includes a carrier wave having a predetermined amplitude and a predetermined frequency, and an AC motor. Means for generating an inverter control command by pulse width modulation control based on comparison with an AC voltage command for operation according to the operation command, and a rectangular wave voltage applied to the AC motor when selecting pulse width modulation control Determining means for determining whether or not switching to the rectangular wave control for controlling the voltage phase of the signal is necessary. The determination means determines the pulse width when the instantaneous value of the AC voltage command is larger than the amplitude of the carrier wave at each of the timings corresponding to the two points closest to the timing at which the positive / negative of the voltage command is reversed. Means for instructing switching from modulation control to rectangular wave control is included.

この発明によれば、この発明の目的は、矩形波制御およびPWM制御を選択的に適用する交流電動機制御において、PWM制御から矩形電圧波制御への切換判定を円滑に行なうことができる。   According to the present invention, an object of the present invention is to smoothly perform switching determination from PWM control to rectangular voltage wave control in AC motor control that selectively applies rectangular wave control and PWM control.

本発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態によるモータ駆動システムにおける交流電動機の制御モードを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the control mode of the alternating current motor in the motor drive system by embodiment of this invention. PWM制御の制御動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining control operation of PWM control. 同期PWM制御を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining synchronous PWM control. 電圧指令振幅に応じた変調率に基づく制御モード切換の例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the example of control mode switching based on the modulation factor according to a voltage command amplitude. PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換判定が正常でなかったときの動作例を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the operation example when the switching determination from PWM control mode to rectangular wave control mode is not normal. 本発明の実施の形態によるモータ駆動システムにおけるPWM制御モードから矩形波制御モードへの切換判定の制御処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing of the switching determination from PWM control mode to rectangular wave control mode in the motor drive system by embodiment of this invention. PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要と判定される動作例を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the operation example determined to be the switching necessity from PWM control mode to a rectangular wave control mode. PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換不要と判定される動作例を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the operation example determined to be the switching unnecessary from PWM control mode to a rectangular wave control mode.

図1は、本発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。
図1を参照して、モータ駆動システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、交流電動機M1と、制御装置30とを備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, motor drive system 100 includes a DC voltage generation unit 10 #, a smoothing capacitor C0, an inverter 14, an AC motor M1, and a control device 30.

交流電動機M1は、たとえば、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流電動機M1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機(モータジェネレータ)を含むものである。   For example, AC electric motor M1 generates torque for driving drive wheels of an electric vehicle (referred to as a vehicle that generates vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). This is an electric motor for driving. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example. That is, in the present embodiment, the “AC motor” includes an AC drive motor, a generator, and a motor generator (motor generator).

直流電圧発生部10♯は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、コンバータ12とを含む。   DC voltage generation unit 10 # includes a DC power supply B, system relays SR1 and SR2, a smoothing capacitor C1, and a converter 12.

直流電源Bは、代表的には、二次電池(ニッケル水素またはリチウムイオン等)や蓄電装置の蓄電装置により構成される。直流電源Bが出力する直流電圧Vbおよび入出力される直流電流Ibは、電圧センサ10および電流センサ11によってそれぞれ検知される。   The DC power supply B is typically configured by a secondary battery (such as nickel metal hydride or lithium ion) or a power storage device of a power storage device. The DC voltage Vb output from the DC power supply B and the input / output DC current Ib are detected by the voltage sensor 10 and the current sensor 11, respectively.

システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR1は、直流電源Bの負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオンオフされる。   System relay SR 1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and power line 6, and system relay SR 1 is connected between the negative terminal of DC power supply B and ground line 5. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by a signal SE from control device 30.

コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオンオフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。   Converter 12 includes a reactor L1, power semiconductor switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2. Power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between power line 7 and ground line 5. On / off of power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 is controlled by switching control signals S 1 and S 2 from control device 30.

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、
電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラ
トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。
In the embodiment of the present invention, as a power semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as “switching element”), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
A power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line 6.

平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、電力線7の直流電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。以下では、インバータ14の直流側電圧に相当する直流電圧VHをシステム電圧VHとも称する。   Smoothing capacitor C 0 is connected between power line 7 and ground line 5. Voltage sensor 13 detects the voltage across smoothing capacitor C 0, that is, DC voltage VH of power line 7, and outputs the detected value to control device 30. Hereinafter, the DC voltage VH corresponding to the DC side voltage of the inverter 14 is also referred to as a system voltage VH.

インバータ14は、電力線7およびアース線5の間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7およびアース線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオンオフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。   Inverter 14 includes a U-phase upper and lower arm 15, a V-phase upper and lower arm 16, and a W-phase upper and lower arm 17 provided in parallel between power line 7 and ground line 5. Each phase upper and lower arm is constituted by a switching element connected in series between the power line 7 and the ground line 5. For example, the U-phase upper and lower arms 15 are composed of switching elements Q3 and Q4, the V-phase upper and lower arms 16 are composed of switching elements Q5 and Q6, and the W-phase upper and lower arms 17 are composed of switching elements Q7 and Q8. Further, antiparallel diodes D3 to D8 are connected to switching elements Q3 to Q8, respectively. Switching elements Q3 to Q8 are turned on / off by switching control signals S3 to S8 from control device 30.

代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。   Typically, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a neutral point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of the upper and lower arms 15 to 17 of each phase.

コンバータ12は、スイッチング素子Q1および/またはQ2のオンオフ制御により、直流電圧VbおよびVHの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。コンバータ12による電圧変換比(VH/Vb)は、スイッチング素子Q1,Q2のデューティ比に応じて制御される。具体的には、交流電動機M1の状態に応じて電圧指令値VHrが設定されるとともに、コンバータ12におけるデューティ比が、直流電圧VH,Vbの検出値に基づいて制御される。なお、直流電圧VHを直流電圧Vbから昇圧する必要がない場合には、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定することにより、VH=Vb(電圧変換比=1.0)とすることもできる。   Converter 12 is configured to perform bidirectional DC voltage conversion between DC voltages Vb and VH by on / off control of switching elements Q1 and / or Q2. The voltage conversion ratio (VH / Vb) by converter 12 is controlled according to the duty ratio of switching elements Q1, Q2. Specifically, voltage command value VHr is set according to the state of AC electric motor M1, and the duty ratio in converter 12 is controlled based on the detected values of DC voltages VH and Vb. When it is not necessary to boost DC voltage VH from DC voltage Vb, VH = Vb (voltage conversion ratio = 1.0) is set by fixing switching elements Q1 and Q2 to ON and OFF, respectively. You can also.

コンバータ12では、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオンオフするように制御される。このようにすると、コンバータ12の電流方向に応じて特に制御動作を切換えることなく、直流電源Bの充電および放電のいずれにも対応して、直流電圧VHを電圧指令値VHrに制御することができる。   In converter 12, basically, switching elements Q1 and Q2 are controlled to be turned on and off in a complementary manner in each switching period. In this way, the DC voltage VH can be controlled to the voltage command value VHr in accordance with both charging and discharging of the DC power supply B without switching the control operation in particular according to the current direction of the converter 12. .

電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流(相電流)を検出し、その検出したモータ電流を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ24は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。   Current sensor 24 detects a motor current (phase current) flowing through AC electric motor M <b> 1 and outputs the detected motor current to control device 30. Since the sum of instantaneous values of the three-phase currents iu, iv, and iw is zero, the current sensor 24 has a motor current for two phases (for example, a V-phase current iv and a W-phase current iw) as shown in FIG. It is sufficient to arrange it so as to detect.

回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角θに基づき交流電動機M1の回転数(回転速度)および角速度ω(rad/s)を算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。   The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotation angle θ of the AC electric motor M1 and sends the detected rotation angle θ to the control device 30. Control device 30 can calculate the rotational speed (rotational speed) and angular speed ω (rad / s) of AC electric motor M1 based on rotational angle θ. Note that the rotation angle sensor 25 may be omitted by directly calculating the rotation angle θ from the motor voltage or current by the control device 30.

制御装置30は、電子制御ユニットにより構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPUで実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動システム100の動作を制御する。   The control device 30 is configured by an electronic control unit, and controls the operation of the motor drive system 100 by software processing by executing a program stored in advance by a CPU (not shown) and / or hardware processing by a dedicated electronic circuit. .

具体的には、制御装置30は、トルク指令値Trqcomに従って、交流電動機M1が動作するように、インバータ14およびコンバータ12を制御する。制御装置30には、トルク指令値Trqcom、電圧センサ10によって検出された直流電圧Vb、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VH、電流センサ24によって検出されるモータ電流iu,iw、および回転角センサ25からの回転角θが入力される。制御装置30は、これらの入力信号に基づいて、コンバータ12による直流電圧変換を制御するためのスイッチング制御信号S1,S2と、インバータ14による直流/交流電圧変換を制御するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。   Specifically, control device 30 controls inverter 14 and converter 12 such that AC electric motor M1 operates in accordance with torque command value Trqcom. Control device 30 includes torque command value Trqcom, DC voltage Vb detected by voltage sensor 10, system voltage VH detected by voltage sensor 13, motor currents iu and iw detected by current sensor 24, and a rotation angle sensor. The rotation angle θ from 25 is input. Based on these input signals, control device 30 controls switching control signals S1 and S2 for controlling DC voltage conversion by converter 12 and switching control signals S3 to S3 for controlling DC / AC voltage conversion by inverter 14. S8 is generated.

電動車両では、ユーザのアクセル操作およびブレーキ操作に応じた加速度または減速度が実現されるように電動車両の走行を制御する走行制御の一環として、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomが設定される。たとえば、交流電動機M1が車両走行用モータであるときには、車両加速時にはTrqcom>0に設定される一方で、回生制動時には、Trqcom<0に設定される。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。また、直流電源Bの充電禁止時には、減速時であっても回生電力が発生しないように、Trqcom=0に設定される。   In the electric vehicle, the torque command value Trqcom of AC electric motor M1 is set as part of the traveling control for controlling the traveling of the electric vehicle so that acceleration or deceleration according to the accelerator operation and the brake operation of the user is realized. For example, when AC electric motor M1 is a vehicle driving motor, Trqcom> 0 is set during vehicle acceleration, while Trqcom <0 is set during regenerative braking. The regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver operating the electric vehicle performs a footbrake operation, or regenerative braking by turning off the accelerator pedal while driving, although the footbrake is not operated. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while generating electricity. When charging of DC power supply B is prohibited, Trqcom = 0 is set so that regenerative power is not generated even during deceleration.

インバータ14は、トルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0からの直流電圧を、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により交流電圧に変換して、正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。   When the torque command value is positive (Trqcom> 0), inverter 14 converts the DC voltage from smoothing capacitor C0 into an AC voltage by switching operations of switching elements Q3 to Q8 in response to switching control signals S3 to S8. Then, AC motor M1 is driven so as to output a positive torque.

また、インバータ14は、トルク指令値が零の場合(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作によって、交流電動機M1の出力トルクを零とするような回転磁界をステータに生じさせるように制御される。   Further, when the torque command value is zero (Trqcom = 0), the inverter 14 generates a rotating magnetic field that makes the output torque of the AC motor M1 zero by switching operation in response to the switching control signals S3 to S8. Is controlled to occur.

さらに、インバータ14は、トルク指令値が負(Trqcom<0)の場合には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。その変換された直流電圧(システム電圧)は、平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給される。   Further, when the torque command value is negative (Trqcom <0), inverter 14 converts the AC voltage generated by AC electric motor M1 into a DC voltage by a switching operation in response to switching control signals S3 to S8. The converted DC voltage (system voltage) is supplied to the converter 12 via the smoothing capacitor C0.

コンバータ12は、スイッチング制御信号S1,S2に応答したスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング制御(デューティ制御)により、システム電圧VHを電圧指令値VHrに制御する。この電圧制御を通じて、電力線7での余剰電力に応じて直流電源Bが充電されるとともに、電力線7での不足電力に応じて直流電源Bが放電される。   Converter 12 controls system voltage VH to voltage command value VHr by switching control (duty control) of switching elements Q1, Q2 in response to switching control signals S1, S2. Through this voltage control, the DC power source B is charged according to the surplus power in the power line 7 and the DC power source B is discharged according to the insufficient power in the power line 7.

(制御モードの説明)
制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳細に説明する。
(Description of control mode)
The control of AC motor M1 by control device 30 will be described in further detail.

図2は、本発明の実施の形態によるモータ駆動システムにおける交流電動機M1の制御
モードを概略的に説明する図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a control mode of AC electric motor M1 in the motor drive system according to the embodiment of the present invention.

図2に示すように、本発明の実施の形態によるモータ駆動システム100では、交流電動機M1の制御、すなわち、インバータ14における電力変換について、3つの制御モードを切換えて使用する。   As shown in FIG. 2, in motor drive system 100 according to the embodiment of the present invention, three control modes are switched and used for control of AC electric motor M <b> 1, that is, power conversion in inverter 14.

正弦波PWM制御は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相上下アーム素子のオンオフを、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。周知のように、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限される正弦波PWM制御では、交流電動機M1への印加電圧(以下、単に「モータ印加電圧」とも称する)の基本波成分をインバータの直流リンク電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない。以下、本明細書では、インバータ14の直流リンク電圧(すなわち、システム電圧VH)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称することとする。   The sine wave PWM control is used as general PWM control, and controls on / off of each phase upper and lower arm elements according to a voltage comparison between a sine wave voltage command and a carrier wave (typically a triangular wave). As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. Is controlled. As is well known, in the sinusoidal PWM control in which the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to a range below the carrier wave amplitude, the fundamental wave of the applied voltage to the AC motor M1 (hereinafter also simply referred to as “motor applied voltage”). The component can only be increased to about 0.61 times the DC link voltage of the inverter. Hereinafter, in this specification, the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the DC link voltage (that is, the system voltage VH) of the inverter 14 is referred to as “modulation rate”.

正弦波PWM制御では、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲であるため、交流電動機M1に印加される線間電圧が正弦波となる。   In the sine wave PWM control, since the amplitude of the voltage command of the sine wave is in the range below the carrier wave amplitude, the line voltage applied to the AC motor M1 becomes a sine wave.

一方、矩形波制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分を交流電動機に印加する。これにより、変調率は0.78まで高められる。   On the other hand, in the rectangular wave control, one pulse of the rectangular wave with a ratio of 1: 1 between the high level period and the low level period is applied to the AC motor within the predetermined period. As a result, the modulation rate is increased to 0.78.

過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御モードでの最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、交流電動機M1に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。   The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude. In particular, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sine wave waveform (amplitude correction), and the modulation rate is increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control mode to a range of 0.78. Can do. In overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is greater than the carrier wave amplitude, the line voltage applied to AC motor M1 is not a sine wave but a distorted voltage.

交流電動機M1では、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる駆動電圧(モータ必要電圧)が高くなる。コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHには限界値(VH最大電圧)が存在する。   In the AC motor M1, the induced voltage increases as the rotational speed and output torque increase, so that the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the converter 12, that is, the system voltage VH needs to be set higher than the required voltage of the motor. On the other hand, there is a limit value (VH maximum voltage) in the boosted voltage by converter 12, that is, system voltage VH.

したがって、交流電動機M1の動作状態に応じて、モータ電流のフィードバックによってモータ印加電圧(交流)の振幅および位相を制御する、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モード、および、矩形波制御モードのいずれかが選択的に適用される。図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内となるように決定される。   Therefore, the PWM control mode by sine wave PWM control or overmodulation PWM control that controls the amplitude and phase of the motor applied voltage (AC) by feedback of the motor current according to the operating state of AC motor M1, and rectangular wave control One of the modes is selectively applied. Which one of the control modes shown in FIG. 2 is used is basically determined so as to be within the range of a realizable modulation rate.

なお、矩形波制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、制御可能なパラメータはモータ印加電圧の位相のみとなる。矩形波制御においては、目標のトルク指令値とトルク実績値との偏差に基づいて、矩形波電圧パルスの位相を直接制御するトルクフィードバック制御を実行する場合、および、PWM制御と同様にモータ電流のフィードバックによって、モータ印加電圧の位相を制御する場合がある。   In the rectangular wave control, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, the only controllable parameter is the phase of the motor applied voltage. In rectangular wave control, when executing torque feedback control that directly controls the phase of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation between the target torque command value and the actual torque value, and in the same way as PWM control, The phase of the motor applied voltage may be controlled by feedback.

図3および図4を用いて、PWM制御の動作についてさらに説明する。
図3を参照して、PWM制御では、搬送波160と、電圧指令170との電圧比較に基づき、インバータ14の各相のスイッチング素子のオンオフを制御することによって、交流電動機M1の各相に疑似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧180が印加される。搬送波160は、所定周波数の三角波やのこぎり波によって構成することができる。以下では、三角波を例示する。
The operation of PWM control will be further described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 3, in PWM control, each phase of AC motor M <b> 1 is pseudo-sine by controlling on / off of the switching element of each phase of inverter 14 based on voltage comparison between carrier wave 160 and voltage command 170. A pulse width modulation voltage 180 as a wave voltage is applied. The carrier wave 160 can be configured by a triangular wave or a sawtooth wave having a predetermined frequency. Below, a triangular wave is illustrated.

非同期PWMでは、搬送波160の周波数(以下、搬送波周波数と称する)は、交流電動機M1の回転速度(回転周波数)に同期して変化することなく、電磁騒音が感知され難い比較的高い所定周波数に固定される。   In asynchronous PWM, the frequency of the carrier wave 160 (hereinafter referred to as the carrier wave frequency) does not change in synchronization with the rotational speed (rotational frequency) of the AC motor M1, and is fixed at a relatively high predetermined frequency at which electromagnetic noise is difficult to detect. Is done.

一方で、図4に示されるように、同期PWMでは、交流電動機M1の回転速度(回転周波数)に同期させて、交流電動機M1の回転周波数のk倍(k:2以上の整数)となるように、搬送波周波数が制御される。この結果、同期PWMでは、交流電動機M1の電気角360度(1周期)に含まれる搬送波160のキャリア数は一定値kに制御される。なお、本実施の形態では、交流電動機M1の回転周波数に同期させて正負1パルスの矩形波電圧が印加される、いわゆる矩形波制御とは区別して同期PWMを適用するため、上記のようにk≧2としている。   On the other hand, as shown in FIG. 4, in synchronous PWM, the rotational frequency (rotational frequency) of AC electric motor M <b> 1 is synchronized with k times the rotational frequency of AC electric motor M <b> 1 (k: an integer equal to or greater than 2). In addition, the carrier frequency is controlled. As a result, in the synchronous PWM, the number of carriers of the carrier wave 160 included in the electrical angle 360 degrees (one cycle) of the AC motor M1 is controlled to a constant value k. In the present embodiment, synchronous PWM is applied in distinction from so-called rectangular wave control in which a rectangular wave voltage of one positive and negative pulse is applied in synchronization with the rotation frequency of AC electric motor M1, so that k is used as described above. ≧ 2.

相電圧指令170も、交流電動機M1の回転周波数に同期するので、この結果、搬送波160および相電圧指令170の周波数比もk:1となる。   Since phase voltage command 170 is also synchronized with the rotational frequency of AC electric motor M1, as a result, the frequency ratio between carrier wave 160 and phase voltage command 170 is also k: 1.

同期PWMでは、電気角1周期(360度)あたりのキャリア数を少なくしてもパルス幅変調電圧180(図2)の正負対称性が確保できる。このため、電圧指令の振幅が大きいためにオンオフの切換わり回数が少なくなる過変調制御では、同期PWMの適用が好ましい。   In synchronous PWM, the positive / negative symmetry of the pulse width modulation voltage 180 (FIG. 2) can be ensured even if the number of carriers per electrical angle period (360 degrees) is reduced. For this reason, in overmodulation control in which the number of on / off switching operations is reduced because the amplitude of the voltage command is large, application of synchronous PWM is preferable.

次にPWM制御モードにおける、制御モードの切換判定について説明する。
一般的には特許文献1にも示されるように、過変調PWM制御を含むPWM制御モードから、矩形波制御モードへの遷移は、電圧指令の振幅と、インバータの入力直流電圧との関係に応じて判定される。
Next, control mode switching determination in the PWM control mode will be described.
Generally, as shown in Patent Document 1, the transition from the PWM control mode including the overmodulation PWM control to the rectangular wave control mode depends on the relationship between the amplitude of the voltage command and the input DC voltage of the inverter. Is determined.

たとえば、上述のように定義された、PWM制御による電圧指令振幅から求められた変調率に基づいて、変調率が判定値F0(たとえばF0=0.78)に達したときに、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換を指示することができる。   For example, when the modulation rate reaches the determination value F0 (for example, F0 = 0.78) based on the modulation rate obtained from the voltage command amplitude by PWM control defined as described above, the PWM control mode Switching to the rectangular wave control mode can be instructed.

図5を参照して、時刻ta以前では、PWM制御モードが選択されており、出力トルクを増加するためのフィードバック制御により、電圧指令の振幅が大きくなるのに伴って変調率も増加する。そして、図2からも理解されるように、変調率が約0.61を超えると、過変調PWM制御が適用される。   Referring to FIG. 5, before time ta, the PWM control mode is selected, and the modulation rate increases as the amplitude of the voltage command increases due to the feedback control for increasing the output torque. As can be understood from FIG. 2, when the modulation rate exceeds about 0.61, overmodulation PWM control is applied.

電圧指令振幅がさらに大きくなり、時刻taで変調率が0.78に達すると、矩形波制御モードへの切換要と判定される。そして、時刻ta以降では、矩形波制御が適用されて、電圧振幅が固定されるので、変調率も0.78に固定される。   When the voltage command amplitude further increases and the modulation factor reaches 0.78 at time ta, it is determined that switching to the rectangular wave control mode is necessary. After time ta, rectangular wave control is applied and the voltage amplitude is fixed, so that the modulation rate is also fixed at 0.78.

しかしながら、図5に示すような、電圧指令振幅から演算される変調率に基づく制御モードの切換判定では、デッドタイムやセンサ誤差の影響による制御誤差により、切換領域近辺で、正確な切換判定ができなくなる可能性がある。図6には、矩形波制御モードへの切換判定が正常でなかったときの動作例が示される。   However, in the control mode switching determination based on the modulation factor calculated from the voltage command amplitude as shown in FIG. 5, an accurate switching determination can be made in the vicinity of the switching region due to the control error due to the influence of the dead time and sensor error. There is a possibility of disappearing. FIG. 6 shows an operation example when the switching determination to the rectangular wave control mode is not normal.

図6を参照して、矩形波制御モードでは、正常なインバータ出力電圧Vinvは、電圧指令170の正負が反転するゼロクロス点である時刻t0でハイレベル期間およびローレベル期間が入替わる、交流電動機M1の回転周波数と同期した正負1パルスの矩形波電圧となる(図6の下段参照)。すなわち、矩形波電圧モードへの切換要と判定される領域では、電圧指令値|Vcp|が搬送波電圧|Vcw|よりも常に大きくなるような状態となっている必要がある。   Referring to FIG. 6, in the rectangular wave control mode, AC inverter M1 in which normal inverter output voltage Vinv is switched between a high level period and a low level period at time t0, which is a zero cross point where the sign of voltage command 170 is inverted. A square wave voltage of 1 pulse of positive and negative synchronized with the rotation frequency of (see the lower part of FIG. 6). That is, in the region where it is determined that switching to the rectangular wave voltage mode is necessary, it is necessary that the voltage command value | Vcp | is always higher than the carrier voltage | Vcw |.

しかしながら、制御誤差を含む電圧指令振幅から演算された変調率に基づく制御モード判定では、図6の上段に示されるように、実際には、電圧指令値|Vcp|が搬送波電圧|Vcw|よりも小さくなる期間が存在するような状態であるにも関らず、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要と判定される虞がある。   However, in the control mode determination based on the modulation factor calculated from the voltage command amplitude including the control error, the voltage command value | Vcp | is actually higher than the carrier voltage | Vcw | as shown in the upper part of FIG. There is a risk that it is determined that the switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is necessary in spite of a state in which there is a period during which the period becomes smaller.

このような状況では、フィードバック制御によって、直後に演算された電圧指令170により、再び矩形波制御モードからPWM制御モードへの切換が指示されることにより、図6の中段に示されるように、インバータ出力電圧Vinvが、搬送波160および電圧指令170の電圧比較に従った、パルス幅変調電圧となる。これにより、モータ印加電圧が不連続なものとなり、かかる不連続な電圧遷移によって、交流電動機M1の電流がサージ状に増大する虞がある。   In such a situation, the switching from the rectangular wave control mode to the PWM control mode is again instructed by the voltage command 170 calculated immediately after the feedback control, as shown in the middle stage of FIG. The output voltage Vinv becomes a pulse width modulation voltage according to the voltage comparison between the carrier wave 160 and the voltage command 170. As a result, the motor applied voltage becomes discontinuous, and the current of the AC motor M1 may increase in a surge state due to the discontinuous voltage transition.

したがって、本発明の実施の形態によるモータ駆動システムでは、図7に示すフローチャートに従って、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換判定を実行する。   Therefore, in the motor drive system according to the embodiment of the present invention, switching determination from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is executed according to the flowchart shown in FIG.

図7を参照して、制御装置30は、ステップS100により、PWM制御モードの選択中であるかどうかを判定する。すなわち、正弦波PWM制御または過変調PWM制御の適用時に、ステップS100はYES判定とされる。PWM制御モードが選択されていない矩形波制御のとき(S100のNO判定時)には、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換判定は不要であるので、以下のステップS105〜S180はスキップされる。   Referring to FIG. 7, control device 30 determines in step S100 whether the PWM control mode is being selected. That is, step S100 is determined to be YES when sine wave PWM control or overmodulation PWM control is applied. In the case of the rectangular wave control in which the PWM control mode is not selected (NO in S100), the determination of switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is not necessary, so the following steps S105 to S180 are skipped. The

制御装置30は、PWM制御モードの選択中(S100のYES判定時)には、ステップS105に処理を進めて、交流電動機M1のフィードバック制御により、交流電動機M1をトルク指令値Trqcomに従って動作させるための各相の電圧指令170(図4)を演算する。   While selecting PWM control mode (when YES is determined in S100), control device 30 advances the process to step S105 to operate AC electric motor M1 according to torque command value Trqcom by feedback control of AC electric motor M1. The voltage command 170 (FIG. 4) for each phase is calculated.

さらに、制御装置30は、ステップS110では、同期PWMが適用されているかどうかを判定する。上述のように、好ましい態様として、矩形波制御モードとの境界となる変調率の高い領域では、過変調PWM制御の選択に伴って同期PWMが適用されている。制御装置30は、同期PWM適用時(S110のYES判定時)には、ステップS150に処理を進めて、電圧指令170のゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミングであるかどうかを判定する。   Further, in step S110, control device 30 determines whether or not synchronous PWM is applied. As described above, as a preferred mode, synchronous PWM is applied in accordance with selection of overmodulation PWM control in a region with a high modulation rate that becomes a boundary with the rectangular wave control mode. When synchronous PWM is applied (YES determination in S110), control device 30 advances the process to step S150 to determine whether or not the carrier vertex timing is closest to the zero cross point of voltage command 170.

図8を参照して、時刻t0は、電圧指令170の正負が反転するゼロクロス点に対応する。そして、搬送波160の各頂点に対応するキャリア頂点タイミングには、ゼロクロス点(時刻t0)に最も近い2つである、時刻t1およびt2が含まれる。すなわち、時刻t1およびt2は、「ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミング」に相当する。   Referring to FIG. 8, time t0 corresponds to a zero cross point at which the positive / negative of voltage command 170 is reversed. The carrier vertex timing corresponding to each vertex of the carrier wave 160 includes two times t1 and t2, which are the two closest to the zero cross point (time t0). That is, times t1 and t2 correspond to “carrier vertex timing closest to zero cross point”.

上述のように、同期PWMでは、交流電動機M1の電気1周期(360度)内のキャリア数(k)が予め決まっているため、「ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミング」を、交流電動機M1の回転角θに基づいて事前に把握することができる。したがって、同期PWMの適用時には、回転角θに基づいてステップS150の判定を容易に実行できる。   As described above, in synchronous PWM, since the number of carriers (k) in one electric cycle (360 degrees) of AC motor M1 is determined in advance, the “carrier vertex timing nearest to the zero cross point” is set to the value of AC motor M1. It can be grasped in advance based on the rotation angle θ. Therefore, when applying synchronous PWM, the determination in step S150 can be easily performed based on the rotation angle θ.

そして、制御装置30は、ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミングでは(S150のYES判定時)、電圧指令170の絶対値|Vp♯|と、搬送波160の絶対値|Vcw|(すなわち、振幅)とを比較する。図8に示されるように、|Vp♯|>|Vcw|が成立するとき(S160のYES判定時)には、電圧指令(交流電圧)170が搬送波160の各頂点の電圧よりも高い、すなわち、電圧指令値|Vcp|が搬送波電圧|Vcw|よりも常に大きくなるような状態となっていると判断される。このため、制御装置30は、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要と判定して、ステップS170により、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換を指示する。   Then, at the carrier vertex timing closest to the zero cross point (when YES is determined in S150), control device 30 determines that absolute value | Vp # | of voltage command 170 and absolute value | Vcw | Compare As shown in FIG. 8, when | Vp # |> | Vcw | is satisfied (YES in S160), voltage command (AC voltage) 170 is higher than the voltage at each vertex of carrier wave 160, that is, Therefore, it is determined that the voltage command value | Vcp | is always higher than the carrier voltage | Vcw |. For this reason, control device 30 determines that switching from PWM control mode to rectangular wave control mode is necessary, and instructs switching from PWM control mode to rectangular wave control mode in step S170.

一方、図9に示されるように、ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミングにおいて、|Vp♯|≦|Vcw|のときには(S160のNO判定時)、矩形波電圧モードへ切換えると図6で説明した不具合が発生する可能性があるので、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換不要と判定する。すなわち、制御装置30は、ステップS180に処理を進めて、PWM制御モードを維持する。   On the other hand, as shown in FIG. 9, when | Vp # | ≦ | Vcw | is satisfied (at the time of NO determination in S160) at the carrier vertex timing closest to the zero cross point, switching to the rectangular wave voltage mode has been described with reference to FIG. Since a problem may occur, it is determined that switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is unnecessary. That is, control device 30 proceeds to step S180 to maintain the PWM control mode.

制御装置30は、同期PWMの非適用時(S110のNO判定時)には、ステップS120に処理を進めて、ステップS105で算出した電圧指令値に基づいて変調率を演算する。そして、制御装置30は、ステップS130により、ステップS120で演算した変調率に基づく切換判定(図5)を実行する。なお、上述したように、正弦波PWM制御では非同期PWMを適用するとともに、過変調PWMでは同期PWMを適用する場合には、同期PWMの非適用領域では、変調率が比較的小さく矩形波制御モードへの切換が発生しないため、変調率に基づく切換判定であっても、図6で説明した不具合が発生する可能性は低い。   When synchronous PWM is not applied (NO determination in S110), control device 30 proceeds to step S120 and calculates the modulation factor based on the voltage command value calculated in step S105. And control device 30 performs switching judgment (Drawing 5) based on the modulation factor computed at Step S120 by Step S130. As described above, when the asynchronous PWM is applied to the sine wave PWM control and the synchronous PWM is applied to the overmodulation PWM, the modulation factor is relatively small in the non-application region of the synchronous PWM, and the rectangular wave control mode. Therefore, even if the switching determination is based on the modulation rate, the possibility that the problem described in FIG. 6 occurs is low.

このように、本発明の実施の形態によるモータ駆動装置では、PWM制御演算のための電圧指令(交流電圧)が搬送波の各頂点の電圧よりも高いことを条件に、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換を指示する。したがって、制御誤差を含む電圧指令振幅から演算される変調率の誤差に起因して、PWM制御から矩形波制御へ誤って制御モードが切換えられることによって、交流電動機M1への印加電圧が不連続となって電流がサージ状に増大することを防止できる。   As described above, in the motor drive device according to the embodiment of the present invention, the rectangular wave control is performed from the PWM control mode on condition that the voltage command (AC voltage) for the PWM control calculation is higher than the voltage at each vertex of the carrier wave. Instruct to switch to mode. Accordingly, the control voltage is erroneously switched from PWM control to rectangular wave control due to the error of the modulation factor calculated from the voltage command amplitude including the control error, so that the applied voltage to the AC motor M1 is discontinuous. Thus, the current can be prevented from increasing in a surge state.

そして、ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミングでの、搬送波160および電圧指令170の電圧比較を行うことにより、特に同期PWM制御の適用時において、PWM制御演算のための電圧指令(交流電圧)が搬送波の各頂点の電圧よりも高いか否かを簡易に判定できる。   Then, by comparing the voltage of the carrier wave 160 and the voltage command 170 at the carrier vertex timing closest to the zero cross point, the voltage command (AC voltage) for the PWM control calculation is changed to the carrier wave particularly when the synchronous PWM control is applied. It can be easily determined whether or not the voltage is higher than the voltage at each vertex.

ただし、非同期PWMの適用時においても、演算は複雑化するものの、ゼロクロス点最近傍のキャリア頂点タイミングを予め把握することは可能であるため、ステップS110〜S130を省略して、常に、ステップS150の判定により、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要否を判定してもよい。あるいは、搬送波160の各頂点タイミングにおいて、電圧指令170の絶対値|Vp♯|と、搬送波160の絶対値|Vcw|(すなわち、振幅)とを比較し、|Vp♯|>|Vcw|が所定期間(たとえば、交流電動機M1の電気角180度または360度)継続したときに、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切換要と判定してもよい。   However, even when the asynchronous PWM is applied, the calculation is complicated, but it is possible to grasp the carrier vertex timing closest to the zero cross point in advance, so steps S110 to S130 are omitted, and step S150 is always performed. The determination may determine whether or not switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is necessary. Alternatively, at each vertex timing of the carrier wave 160, the absolute value | Vp # | of the voltage command 170 is compared with the absolute value | Vcw | (ie, amplitude) of the carrier wave 160, and | Vp # |> | Vcw | When the period (for example, the electrical angle of AC motor M1 is 180 degrees or 360 degrees) continues, it may be determined that switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode is necessary.

また、本実施の形態では、交流電動機M1として三相電動機を例示したが、三相以外の多相電動機に対しても本発明による電流サンプリング処理を適用することができる。   In the present embodiment, a three-phase motor is illustrated as the AC motor M1, but the current sampling process according to the present invention can be applied to a multiphase motor other than the three-phase motor.

また、図1では、好ましい構成例として、インバータ14への入力電圧(システム電圧VH)を可変制御可能なように、モータ駆動システムの直流電圧発生部10♯がコンバータ12を含む構成を示したが、直流電圧発生部10♯は本実施の形態に例示した構成には限定されない。すなわち、インバータ入力電圧が可変であることは必須ではなく、直流電源Bの出力電圧がそのままインバータ14へ入力される構成(たとえば、コンバータ12の配置を省略した構成)に対しても本発明を適用可能である。   In FIG. 1, as a preferred configuration example, a configuration is shown in which DC voltage generation unit 10 # of the motor drive system includes converter 12 so that the input voltage (system voltage VH) to inverter 14 can be variably controlled. DC voltage generation unit 10 # is not limited to the configuration exemplified in the present embodiment. That is, it is not essential that the inverter input voltage is variable, and the present invention is also applied to a configuration in which the output voltage of the DC power supply B is directly input to the inverter 14 (for example, a configuration in which the converter 12 is omitted). Is possible.

さらに、モータ駆動システムの負荷となる交流電動機についても、本実施の形態では、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本願発明を適用可能である。   Further, with regard to the AC motor serving as a load of the motor drive system, in the present embodiment, a permanent magnet motor mounted for driving a vehicle in an electric vehicle (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) is assumed. The present invention can also be applied to a configuration in which an arbitrary AC motor used in the above is used as a load.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、矩形波制御およびパルス幅変調制御の間での制御モード切換を行なう交流電動機の制御に適用できる。   The present invention can be applied to control of an AC motor that performs control mode switching between rectangular wave control and pulse width modulation control.

5 アース線、6,7 電力線、10,13 電圧センサ、10♯ 直流電圧発生部、11,24 電流センサ、12 コンバータ、14 インバータ、15〜17 各相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置、100 モータ駆動システム、160 搬送波、170 電圧指令、180 パルス幅変調電圧、B 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 逆並列ダイオード、Ib 直流電流、L1 リアクトル、M1 交流電動機、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、S〜S8 スイッチング制御信号、SE 信号、SR1,SR2,SR1 システムリレー、Trqcom トルク指令値、VH,Vb 直流電圧、VHr 電圧指令値、Vinv インバータ出力電圧、iu,iv,iw モータ電流(相電流)。   5 ground wire, 6, 7 power line, 10, 13 voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 24 current sensor, 12 converter, 14 inverter, 15-17 upper and lower arms for each phase, 25 rotation angle sensor, 30 control device , 100 motor drive system, 160 carrier wave, 170 voltage command, 180 pulse width modulation voltage, B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D1-D8 antiparallel diode, Ib DC current, L1 reactor, M1 AC motor, Q1-Q8 Power semiconductor switching element, S to S8 switching control signal, SE signal, SR1, SR2, SR1 system relay, Trqcom torque command value, VH, Vb DC voltage, VHr voltage command value, Vinv inverter output voltage, iu, iv, iw Motor current (phase current).

Claims (1)

インバータと、前記インバータによって印加電圧が制御される交流電動機と、前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れるモータ電流を検出するための電流検出器とを備えるモータ駆動制御システムの制御装置であって、
所定振幅および所定周波数を有する搬送波と、前記交流電動機を動作指令に従って動作させるための交流電圧指令との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を生成するための手段と、
前記パルス幅変調制御の選択時に、前記交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御への切換要否を判定するための判定手段とを備え、
前記判定手段は、前記搬送波の頂点のうちの、前記電圧指令の正負が反転するタイミングに最も近い2点に対応するタイミングの各々において、前記交流電圧指令の瞬時値が前記搬送波の振幅よりも大きいときに、前記パルス幅変調制御から前記矩形波制御への切換を指示する手段を含む、モータ駆動システムの制御装置。
A control device of a motor drive control system comprising an inverter, an AC motor whose applied voltage is controlled by the inverter, and a current detector for detecting a motor current flowing between the inverter and the AC motor,
Means for generating a control command for the inverter by pulse width modulation control based on a comparison between a carrier wave having a predetermined amplitude and a predetermined frequency and an AC voltage command for operating the AC motor according to an operation command;
Determination means for determining whether or not to switch to rectangular wave control for controlling the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor when selecting the pulse width modulation control;
The determination means has an instantaneous value of the AC voltage command larger than an amplitude of the carrier wave at each of timings corresponding to two points closest to a timing at which the positive / negative of the voltage command is inverted among the vertexes of the carrier wave. A control device for a motor drive system including means for instructing switching from the pulse width modulation control to the rectangular wave control.
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