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JP2022152779A - Motor controller, motor control method, and program - Google Patents

Motor controller, motor control method, and program Download PDF

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JP2022152779A
JP2022152779A JP2021055683A JP2021055683A JP2022152779A JP 2022152779 A JP2022152779 A JP 2022152779A JP 2021055683 A JP2021055683 A JP 2021055683A JP 2021055683 A JP2021055683 A JP 2021055683A JP 2022152779 A JP2022152779 A JP 2022152779A
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JP
Japan
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motor
voltage
limit value
command value
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP2021055683A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
伸雄 鵜飼
Nobuo Ukai
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

To achieve motor control that enables avoidance of voltage saturation and reduction of its influence considering a dead time.SOLUTION: Provided is a motor controller including: calculation means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error resulting from a dead time in an AC motor and a power supply voltage of an inverter; and derivation means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using a torque command value and the armature voltage limit value.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本願発明は、モータ制御装置、モータ制御方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a program.

従来、電動パワーステアリング装置などに備えられる交流モータなどの交流電動機に対して、周波数や電圧、電流、位相などを制御可能な電源から電力を供給し、その動作を制御することが行われている。同期モータの駆動制御を行う際、制御対象であるモータへ制御装置から出力される電圧は、一般的にインバータを介する。インバータの一般的な構成では、三相モータへ電圧を出力するために6個のスイッチング素子が1組となっている。これらのスイッチングにより、直流電源電圧の範囲で任意の三相電圧が出力可能である。 Conventionally, electric power is supplied from a power supply capable of controlling frequency, voltage, current, phase, etc. to an AC motor such as an AC motor provided in an electric power steering device, and the operation thereof is controlled. . When performing drive control of a synchronous motor, the voltage output from the control device to the motor to be controlled generally passes through an inverter. In a typical inverter configuration, a set of six switching elements is used to output voltage to a three-phase motor. By these switching, any three-phase voltage can be output within the DC power supply voltage range.

制御器から見ると、上記の構成によりモータへの出力電圧は制限されている。つまり、モータ制御系は、出力飽和の存在する非線形システムとなっている。インバータの電源電圧による制限(以下、電圧制限と称する)を考慮せずにモータ駆動を行うと、特に電流指令が大きい場合や高速回転を行っている場合には電圧指令が増大し、電圧制限を超えた電圧飽和状態となる。これは、電圧指令が、回転数や電流指令値、電流検出値に基づいて都度導出されるため、上記のように制御している場合には電圧指令の値も増大することに起因する。電圧飽和が生じると出力トルクの急激な低下や応答性の低下など、種々の問題が生じる。そのため、電圧飽和が生じないように、あるいは電圧飽和の影響を低減するような処理が必要となる。 From the controller's point of view, the above configuration limits the output voltage to the motor. In other words, the motor control system is a nonlinear system with output saturation. If the motor is driven without considering the limitation of the power supply voltage of the inverter (hereafter referred to as voltage limitation), especially when the current command is large or when the motor is rotating at high speed, the voltage command increases and the voltage limitation is imposed. Exceeded voltage saturation state. This is because the voltage command is derived each time based on the rotational speed, the current command value, and the current detection value, so the voltage command value also increases when the control is performed as described above. When voltage saturation occurs, various problems arise, such as a sudden drop in output torque and a drop in responsiveness. Therefore, processing is required to prevent voltage saturation or to reduce the influence of voltage saturation.

例えば、高速回転時には誘起電圧が増大する。そのため、モータにおけるd軸の電機子反作用による減磁効果で永久磁石による鎖交磁束を減少させ、誘起電圧を電圧制限値内に保つ弱め磁束(FW:Flux Weaking)制御が行われるのが一般的である(例えば、特許文献1)。 For example, the induced voltage increases during high-speed rotation. Therefore, it is common to perform flux weakening (FW) control to keep the induced voltage within the voltage limit value by reducing the interlinking magnetic flux due to the permanent magnet due to the demagnetization effect due to the d-axis armature reaction in the motor. (For example, Patent Document 1).

特開2019-134612号公報JP 2019-134612 A

特許文献1に示すような一般的な弱め磁束制御では、インバータの電源電圧のみを電圧制限値として用いている。しかし、実際の制御ではデッドタイムの挿入が避けられないため、出力される相電圧に差が生じてしまう。正確に弱め磁束制御を行うためには、正確な電圧の利用可能範囲の把握が必要となる。デッドタイムが挿入されていることで、利用できる電圧が減少するため、高速回転時の弱め磁束制御によって出力できるトルクは低下する。つまり、デッドタイムを考慮していない場合、意図するトルクを出力しようとする際に電圧飽和が生じ、その結果として出力トルクの低下を招いてしまう。 In general flux-weakening control as disclosed in Patent Document 1, only the power supply voltage of the inverter is used as the voltage limit value. However, since dead time insertion is unavoidable in actual control, a difference occurs in the output phase voltages. Accurate flux-weakening control requires an accurate grasp of the usable range of voltage. Since the dead time is inserted, the voltage that can be used is reduced, so the torque that can be output by the flux-weakening control during high-speed rotation is reduced. In other words, if the dead time is not taken into consideration, voltage saturation occurs when trying to output the intended torque, resulting in a decrease in the output torque.

上記課題を鑑み、本願発明は、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能とするモータ制御を実現することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to realize motor control that enables avoidance of voltage saturation and reduction of its influence in consideration of dead time.

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、モータ制御装置であって、
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段と
を有する。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the motor control device is
calculating means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
deriving means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、モータ制御方法であって、
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出工程と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出工程と
を有する。
Moreover, another form of this invention has the following structures. That is, a motor control method comprising:
a calculating step of calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
and a deriving step of deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、プログラムであって、
コンピュータを、
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段
として機能させる。
Moreover, another form of this invention has the following structures. That is, the program
the computer,
calculation means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
Using the torque command value and the armature voltage limit value, it functions as derivation means for deriving the dq current command value for controlling the AC motor.

本願発明により、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。 According to the invention of the present application, it is possible to realize motor control that can avoid voltage saturation and reduce the influence of dead time in consideration of dead time.

本願発明の一実施形態に係るモータ制御装置を用いた電動パワーステアリング装置の概要構成の例を示す構成図。1 is a configuration diagram showing an example of a schematic configuration of an electric power steering device using a motor control device according to an embodiment of the present invention; FIG. 本願発明の一実施形態に係るモータ制御系の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the motor control system which concerns on one Embodiment of this invention. 本願発明に係るデッドタイムの影響を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of dead time according to the present invention; 本願発明の一実施形態に係るデッドタイムを考慮した制御信号値の算出処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing control signal value calculation processing in consideration of dead time according to an embodiment of the present invention; 本願発明の一実施形態に係るデッドタイムによる電圧誤差を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining a voltage error due to dead time according to one embodiment of the present invention;

以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereafter, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings. In addition, the embodiment described below is one embodiment for describing the invention of the present application, and is not intended to be construed as limiting the invention of the present application. Not all configurations are essential configurations for solving the problems of the present invention. Moreover, in each drawing, the same component is indicated by the same reference number to indicate the correspondence.

<第1の実施形態>
以下、本願発明の第1の実施形態について説明を行う。なお、以下に示す電動パワーステアリング装置の構成は本願適用例の一例であり、本願発明は、電動パワーステアリング装置の他、交流モータを含む電動機全般(例えば、電動ブレーキブースター等)に適用可能である。また、本願発明に係る制御方法は、交流モータとして、メガトルクモータなどにも適用可能である。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described below. The configuration of the electric power steering device shown below is an example of application of the present application, and the present invention can be applied to electric motors in general including AC motors (e.g., electric brake booster, etc.) in addition to the electric power steering device. . Moreover, the control method according to the present invention can also be applied to a megatorque motor as an AC motor.

[構成概要]
本実施形態に係るモータ制御方法を適用可能な装置の一例としての電動パワーステアリング装置の構成例を図1に示す。ステアリングホイール1は、ドライバが転舵操作を行うための転舵輪である。ステアリングホイール1の操舵軸2は、減速機構を構成する減速ギア(ウォームギア)3、ユニバーサルジョイント4a、4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a、6bを経て、更にハブユニット7a、7bを介して操向車輪8L、8Rに連結されている。
[Configuration overview]
FIG. 1 shows a configuration example of an electric power steering device as an example of a device to which the motor control method according to this embodiment can be applied. A steering wheel 1 is a steered wheel for a driver to perform a steering operation. A steering shaft 2 of the steering wheel 1 is steered through a reduction gear (worm gear) 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, tie rods 6a and 6b, and hub units 7a and 7b. It is connected to wheels 8L and 8R.

操舵軸2は、トーションバー9を介して、ステアリングホイール1側の入力軸と、ピニオンラック機構5側の出力軸とが連結して構成される。ピニオンラック機構5は、ユニバーサルジョイント4bから操舵力が伝達されるピニオンシャフト(不図示)に連結されたピニオン5aと、ピニオン5aに噛合するラック5bとを有する。ピニオン5aに伝達された回転運動が、ラック5bで車幅方向の直進運動に変換される。 The steering shaft 2 is configured by connecting an input shaft on the side of the steering wheel 1 and an output shaft on the side of the pinion rack mechanism 5 via a torsion bar 9 . The pinion rack mechanism 5 has a pinion 5a connected to a pinion shaft (not shown) to which steering force is transmitted from the universal joint 4b, and a rack 5b that meshes with the pinion 5a. The rotational motion transmitted to the pinion 5a is converted into a rectilinear motion in the vehicle width direction by the rack 5b.

操舵軸2には、トーションバー9に対して加えられる操舵トルクTdctを検出するトルクセンサ10が設けられている。また、操舵軸2には、操舵軸2のステアリングホイール1側(入力軸側)の軸周りの回転角を示す操舵角θを検出する操舵角センサ14が設けられている。また、操舵軸2には、操舵軸2のピニオンラック機構5側(出力軸側)の軸周りの回転角を示す出力軸角θを検出する出力軸角センサ15が設けられている。つまり、操舵角センサ14はトーションバー9に対する入力軸側の回転角を操舵角θとして検出し、出力軸角センサ15はトーションバー9に対する出力軸側の回転角を出力軸角θとして検出する。トルクセンサ10は、操舵角θと出力軸角θの差によって生じるトーションバー9のねじれに基づき、操舵トルクTdctを検出する。 The steering shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting steering torque Tdct applied to the torsion bar 9 . Further, the steering shaft 2 is provided with a steering angle sensor 14 for detecting a steering angle θh indicating the rotation angle of the steering shaft 2 around the steering wheel 1 side (input shaft side). Further, the steering shaft 2 is provided with an output shaft angle sensor 15 for detecting an output shaft angle θc indicating the rotation angle of the steering shaft 2 around the pinion rack mechanism 5 side (output shaft side). That is, the steering angle sensor 14 detects the rotation angle of the input shaft with respect to the torsion bar 9 as the steering angle θh , and the output shaft angle sensor 15 detects the rotation angle of the output shaft with respect to the torsion bar 9 as the output shaft angle θc . do. The torque sensor 10 detects the steering torque Tdct based on the twist of the torsion bar 9 caused by the difference between the steering angle θh and the output shaft angle θc .

なお、操舵角センサ14と出力軸角センサ15は、一体となって構成されたセンサであってもよい。また、図1では、説明を容易にするために、操舵軸2とトルクセンサ10を分けて示しているが、これらが一体となった構成であってもよい。トルクセンサ10の構成は特に限定するものではなく、例えば、トーションバー9のねじれからトルクを検出するスリーブタイプやリングタイプなどが用いられてよい。また、上記の構成では、操舵トルクTdctは、操舵角θと出力軸角θの差によって生じるトーションバー9のねじれに基づいて検出されているが、これに限定するものではない。例えば、トーションバー9のステアリングホイール1側の角度信号と、ピニオンラック機構5側の角度信号の差を用いて、トルク値を検出してもよい。以下の説明において、操舵軸2のステアリングホイール1側を上流側、ピニオンラック機構5側を下流側とも称する。 The steering angle sensor 14 and the output shaft angle sensor 15 may be integrated sensors. Further, in FIG. 1, the steering shaft 2 and the torque sensor 10 are shown separately for ease of explanation, but they may be integrated together. The configuration of the torque sensor 10 is not particularly limited, and for example, a sleeve type or ring type that detects torque from the torsion of the torsion bar 9 may be used. In the above configuration, the steering torque Tdct is detected based on the torsion of the torsion bar 9 caused by the difference between the steering angle θh and the output shaft angle θc , but it is not limited to this. For example, the torque value may be detected using the difference between the angle signal of the torsion bar 9 on the steering wheel 1 side and the angle signal on the pinion rack mechanism 5 side. In the following description, the steering wheel 1 side of the steering shaft 2 is also referred to as the upstream side, and the pinion rack mechanism 5 side is also referred to as the downstream side.

トルクセンサ10にて検出される操舵トルクTdctには、ドライバによるステアリングホイール1に対する操作に基づくドライバトルクの他、下流側からの入力(外乱等)により生じたトルクが含まれる。操舵トルクTdctに基づく指令値を、下流側の入力に起因する振動を抑制するように補正する。ここでの抑制方法は特に限定するものではなく、任意の手法が用いられてよい。 The steering torque T dct detected by the torque sensor 10 includes the driver torque based on the driver's operation on the steering wheel 1 as well as the torque generated by the input (disturbance, etc.) from the downstream side. The command value based on the steering torque T dct is corrected so as to suppress the vibration caused by the downstream input. The suppressing method here is not particularly limited, and any method may be used.

ステアリングホイール1に対する操舵力を補助する操舵補助モータ20が減速ギア3を介して操舵軸2に連結されている。電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置を制御するコントローラであるEPS-ECU(Electronic Control Unit)30には、バッテリ13から電力が供給されるとともに、イグニッション(IGN)キー11を経てイグニッションキー信号が入力される。 A steering assist motor 20 that assists the steering force to the steering wheel 1 is connected to the steering shaft 2 via the reduction gear 3 . An EPS-ECU (Electronic Control Unit) 30, which is a controller for controlling an electric power steering (EPS) device, is supplied with electric power from a battery 13 and receives an ignition key signal via an ignition (IGN) key 11. is entered.

本実施形態に係る操舵補助モータ20(以下、単にモータ20とも称する)は、例えば、同期モータの一種である3相交流モータであり、永久磁石界磁または巻線界磁を有する。モータ20は、u相、v相、w相の各相コイル(不図示)に120°ずつ位相が異なる3相の交流電流が供給されることにより回転する。モータ20の回転子(不図示)の軸には、レゾルバやロータリエンコーダなどから構成される回転角検出部215が設置される。回転角検出部215にて検出されたモータ20の回転角θは、EPS-ECU30へ出力される。ここで検出される回転角θの用途については後述する。 A steering assist motor 20 (hereinafter also simply referred to as motor 20) according to the present embodiment is, for example, a three-phase AC motor, which is a type of synchronous motor, and has a permanent magnet field or a winding field. The motor 20 rotates by supplying three-phase AC currents with phases different by 120° to u-phase, v-phase, and w-phase coils (not shown). A rotation angle detection unit 215 including a resolver, a rotary encoder, and the like is installed on the shaft of the rotor (not shown) of the motor 20 . Rotation angle θ of motor 20 detected by rotation angle detection unit 215 is output to EPS-ECU 30 . The use of the rotation angle θ detected here will be described later.

EPS-ECU30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTdct、および車速センサ12で検出された車速Vに基づいてアシスト指令値としての電圧指令値の演算を行う。さらに、EPS-ECU30は、操舵トルクTdctに基づく電圧指令値と、運転支援機能に基づく電圧指令値とに応じて操舵補助モータ20に供給する電力(電圧値Vref)を制御する。操舵補助モータ20は、EPS-ECU30から入力された電圧値Vrefに基づき、減速ギア3を動作させ、ステアリングホイール1に対するアシスト制御を行う。 The EPS-ECU 30 calculates a voltage command value as an assist command value based on the steering torque T dct detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V h detected by the vehicle speed sensor 12 . Further, the EPS-ECU 30 controls the electric power (voltage value V ref ) supplied to the steering assist motor 20 according to the voltage command value based on the steering torque T dct and the voltage command value based on the driving support function. The steering assist motor 20 operates the reduction gear 3 based on the voltage value V ref input from the EPS-ECU 30 to perform assist control for the steering wheel 1 .

EPS-ECU30は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)であってよい。記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。以下に説明するEPS-ECU30の機能は、例えばEPS-ECU30のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。 The EPS-ECU 30 may comprise, for example, a computer including a processor and peripheral components such as a storage device. The processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro-Processing Unit). The storage device may comprise any one of a semiconductor storage device, a magnetic storage device and an optical storage device. The storage device may include memory such as a register, a cache memory, a ROM (Read Only Memory) used as a main memory, and a RAM (Random Access Memory). The functions of the EPS-ECU 30 to be described below are realized, for example, by the processor of the EPS-ECU 30 executing a computer program stored in a storage device.

なお、EPS-ECU30は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウェアにより形成されてもよい。例えば、EPS-ECU30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えば、EPS-ECU30は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。 Note that the EPS-ECU 30 may be formed of dedicated hardware for executing each information process described below. For example, the EPS-ECU 30 may comprise a functional logic circuit set in a general-purpose semiconductor integrated circuit. For example, the EPS-ECU 30 may have a programmable logic device (PLD: Programmable Logic Device) such as a Field-Programmable Gate Array (FPGA).

[モータ制御の機能構成]
図2は、本実施形態に係るモータ20の制御に係る制御系の構成例を示す図である。図2に示す制御系は、例えば、EPS-ECU30の内部に構成される。
[Motor control functional configuration]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a control system for controlling the motor 20 according to this embodiment. The control system shown in FIG. 2 is configured inside the EPS-ECU 30, for example.

本実施形態に係る制御系において、まず、トルク指令値τが、電流指令生成部201に入力される。なお、以下の説明において記号「」は、指令値であることを示す。電流指令生成部201は、角速度演算部217から入力されるモータ20の角速度ωに基づいて、モータ20にて発生させるトルクと、トルク指令値τとが一致するようにd軸およびq軸成分それぞれにおける電流指令値を演算する。ここで、d軸とq軸は、dq回転座標系における軸である。d軸は、モータ20が備える回転子(不図示)の磁束の方向を示す。また、q軸は、d軸に直交した方向を示す。 In the control system according to the present embodiment, first, torque command value τ * is input to current command generator 201 . In the following description, the symbol " * " indicates a command value. Based on the angular velocity ω of the motor 20 input from the angular velocity calculator 217, the current command generator 201 adjusts the d-axis and q-axis components so that the torque generated by the motor 20 and the torque command value τ * match. Calculate the current command value for each. Here, the d-axis and the q-axis are axes in the dq rotating coordinate system. The d-axis indicates the direction of magnetic flux of a rotor (not shown) included in the motor 20 . Also, the q-axis indicates a direction perpendicular to the d-axis.

電流指令生成部201は、回転数に応じたdq電流指令値を生成する。本実施形態では、MTPA(Maximum Torque Per Ampere:最大トルク/電流)制御と、FW(Flux Weaking:弱め磁束)制御を用いる。電流指令生成部201による処理の詳細については、図を用いて後述する。電流指令生成部201により生成されたd軸成分の電流指令値i は減算器202に出力される。また、電流指令生成部201により生成されたq軸成分の電流指令値i は減算器202に出力される。 A current command generator 201 generates a dq current command value corresponding to the rotation speed. In this embodiment, MTPA (Maximum Torque Per Ampere) control and FW (Flux Weaking) control are used. Details of the processing by the current command generation unit 201 will be described later with reference to the drawings. The current command value i d * of the d-axis component generated by the current command generator 201 is output to the subtractor 202 . Also, the q-axis component current command value i q * generated by the current command generation unit 201 is output to the subtractor 202 .

減算器202は、電流指令値i から、3相/2相変換部216から出力される実電流値iを減算し、偏差Δi としてPI制御部204へ出力する。減算器203は、電流指令値i から、3相/2相変換部216から出力される実電流値iを減算し、偏差Δi としてPI制御部204へ出力する。 Subtractor 202 subtracts actual current value id output from 3-phase/2-phase converter 216 from current command value id * , and outputs the result to PI control unit 204 as deviation Δid * . Subtractor 203 subtracts actual current value i q output from 3-phase/2-phase converter 216 from current command value i q * , and outputs the result to PI controller 204 as deviation Δi q * .

PI制御部204は、減算器202、203からの偏差Δi 、Δi を入力とし、PI(Proportinal-Integral:比例-積分)制御を行う。ここでは、PI制御部204は、所定の伝達関数を用いて電圧指令値v 、v を算出し、アンチワインドアップ部205へ出力する。このとき、PI制御部204は、アンチワインドアップ部205から、電圧指令値に対する制限値からの超過分Δv 、Δv を積分器(不図示)に対する負帰還として受け付け、PI制御に反映させる。これにより、積分器(不図示)における飽和を防ぐ。 A PI control unit 204 receives the deviations Δi d * and Δi q * from the subtractors 202 and 203 and performs PI (Proportional-Integral) control. Here, PI control section 204 calculates voltage command values v d * and v q * using a predetermined transfer function, and outputs them to anti-windup section 205 . At this time, the PI control unit 204 receives from the anti-windup unit 205 the excesses Δv d * and Δv q * from the limit values for the voltage command value as negative feedback to the integrator (not shown), and reflects them in the PI control. Let This prevents saturation in the integrator (not shown).

アンチワインドアップ部205は、PI制御部204からの電圧指令値v 、v を、予め設定した制限値を超過しないように制限し、超過分をΔv 、Δv として、PI制御部204へ負帰還する。これにより、制御出力が飽和している際の積分器(不図示)内の積分値が増加し続けることを防止し、指令変化への追従性を高める。また、アンチワインドアップ部205は、制限後の電圧指令値v **、v **をデカップリング部206へ出力する。 The anti-windup unit 205 limits the voltage command values v d * and v q * from the PI control unit 204 so that they do not exceed preset limit values, and the excess amounts are Δv d * and Δv q * . Negative feedback is provided to the PI control unit 204 . This prevents the integral value in the integrator (not shown) from continuing to increase when the control output is saturated, and improves followability to command changes. Anti-windup section 205 also outputs voltage command values v d ** and v q ** after the limitation to decoupling section 206 .

デカップリング部206は、アンチワインドアップ部205から入力された電圧指令値v **、v **に対し、角速度演算部217から入力されるモータ20の角速度ωに応じて、誘起電圧を除去し、q軸-d軸間の非干渉化を行う。そして、デカップリング部206は、処理後の電圧指令値v ***、v ***を2相/3相変換部207へ出力する。 The decoupling unit 206 applies an induced voltage to the voltage command values v d ** and v q ** input from the anti-windup unit 205 according to the angular velocity ω of the motor 20 input from the angular velocity calculation unit 217. are removed, and decoupling between the q-axis and the d-axis is performed. Decoupling section 206 then outputs the processed voltage command values v d *** and v q *** to 2-phase/3-phase conversion section 207 .

2相/3相変換部207は、デカップリング部206から入力された電圧指令値v ***、v ***を、回転角検出部215から入力されるモータ20の回転角θに基づいて、モータ20に対応した3相電圧指令値v 、v 、v に変換する。そして、2相/3相変換部207は、3相電圧指令値v 、v 、v をデッドタイム補償部208へ出力する。 The two-phase/three-phase conversion unit 207 converts the voltage command values v d *** and v q *** input from the decoupling unit 206 into the rotation angle θ of the motor 20 input from the rotation angle detection unit 215 . Based on this, the three-phase voltage command values v u * , v v * , v w * corresponding to the motor 20 are converted. Two-phase/three-phase converter 207 then outputs three-phase voltage command values v u * , v v * , and v w * to dead time compensator 208 .

デッドタイム補償部208は、2相/3相変換部207から入力された3相電圧指令値v 、v 、v に対し、デッドタイムの影響を除去するための補償を行う。デッドタイム補償部208では、デッドタイムに起因する電圧誤差を予め各相電圧指令値に重畳することで、電圧誤差を打ち消す。ここで重畳する電圧は、デッドタイムに起因する電圧誤差と同等の大きさである。そして、デッドタイム補償部208は、処理後の3相電圧指令値v **、v **、v **をSVM部209へ出力する。 The dead time compensator 208 compensates for the three-phase voltage command values v u * , v v * , v w * input from the two-phase/three-phase converter 207 to remove the effects of dead time. . The dead time compensator 208 cancels the voltage error by superimposing the voltage error caused by the dead time on each phase voltage command value in advance. The voltage superimposed here has the same magnitude as the voltage error caused by the dead time. Dead time compensation section 208 then outputs the processed three-phase voltage command values v u ** , v v ** , and v w ** to SVM section 209 .

SVM部209は、デッドタイム補償部208から入力された3相電圧指令値v **、v **、v **に対し、SVM(Space Vector Modulation:空間ベクトル変調)処理を行い、各相のDutyであるDuty、Duty、Dutyを生成する。そして、SVM部209は、生成した3相DutyをPWM生成部210へ出力する。 The SVM unit 209 performs SVM (Space Vector Modulation) processing on the three-phase voltage command values v u ** , v v ** , and v w ** input from the dead time compensation unit 208, Duty u , Duty v , and Duty w , which are the duties of each phase, are generated. Then, SVM section 209 outputs the generated 3-phase duty to PWM generation section 210 .

PWM生成部210は、SVM部209から入力された3相Dutyそれぞれから、インバータ211に対する制御信号であるPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)信号PWM、PWM、PWMを生成する。そして、PWM生成部210は、PWM信号PWM、PWM、PWMをインバータ211へ出力する。 The PWM generation unit 210 generates PWM (Pulse Width Modulation) signals PWM u , PWM v , and PWM w , which are control signals for the inverter 211 , from each of the three-phase duties input from the SVM unit 209 . PWM generator 210 then outputs PWM signals PWM u , PWM v , and PWM w to inverter 211 .

インバータ211は、PWM生成部210からの入力に基づいて、バッテリ13により供給される交流電源の電力を3相交流電圧v、v、vに変換して、モータ20へ供給する。なお、図1では、EPS-ECU30からモータ20に出力される指令値として、電圧値Vrefを示したが、これは、3相交流電圧v、v、vに対応する。 Inverter 211 converts AC power supplied from battery 13 into three-phase AC voltages v u , v v , and v w based on an input from PWM generator 210 , and supplies the three-phase AC voltages v u , v v , and v w to motor 20 . Note that FIG. 1 shows the voltage value V ref as the command value output from the EPS-ECU 30 to the motor 20, which corresponds to the three-phase AC voltages v u , v v , and v w .

インバータ211とモータ20との間の接続線上には、3相交流電圧v、v、vに対応する電流値を検出するための電流検出回路212、213、214が備えられ、3相交流電流i、i、iの値が検出される。電流検出回路212、213、214は、検出した電流値を3相/2相変換部216へ出力する。なお、電流検出回路212、213、214は、インバータ211内部に設けられてもよい。 Current detection circuits 212, 213, and 214 for detecting current values corresponding to the three-phase AC voltages vu , vv , and vw are provided on the connection line between the inverter 211 and the motor 20. The values of alternating currents i u , i v , i w are detected. The current detection circuits 212 , 213 and 214 output the detected current values to the 3-phase/2-phase converter 216 . Note that the current detection circuits 212 , 213 and 214 may be provided inside the inverter 211 .

回転角検出部215は、モータ20の回転角θを検出し、2相/3相変換部207、3相/2相変換部216、および角速度演算部217へ出力する。 Rotation angle detection unit 215 detects rotation angle θ of motor 20 and outputs it to 2-phase/3-phase conversion unit 207 , 3-phase/2-phase conversion unit 216 , and angular velocity calculation unit 217 .

3相/2相変換部216は、3相電流値(インバータ211からモータ20に供給される3相交流電流i、i、i)、および回転角検出部215からのモータ20の回転角θを入力とし、3相電流値をdq回転座標系のd軸およびq軸それぞれに対応した2相の実電流値i、iに変換する。そして、3相/2相変換部216は、実電流値iを減算器202へ出力し、実電流値iを減算器203へ出力する。 3-phase/2-phase converter 216 converts 3-phase current values (3-phase AC currents i u , iv , and i w supplied from inverter 211 to motor 20 ) and rotation of motor 20 from rotation angle detector 215 . With the angle θ as an input, the three-phase current values are converted into two-phase actual current values i d and i q respectively corresponding to the d-axis and q-axis of the dq rotating coordinate system. Three-phase/two-phase converter 216 then outputs actual current value id to subtractor 202 and outputs actual current value iq to subtractor 203 .

角速度演算部217は、回転角検出部215からの回転角θを微分してモータ20の角速度ωを算出し、電流指令生成部201、およびデカップリング部206へ出力する。 Angular velocity calculator 217 differentiates rotation angle θ from rotation angle detector 215 to calculate angular velocity ω of motor 20 , and outputs it to current command generator 201 and decoupling section 206 .

[デッドタイムのトルクへの影響]
図3は、弱め磁束制御におけるデッドタイムの影響を説明するための概念図である。図3において、横軸はモータの回転数[rpm]を示し、縦軸はトルク[Nm]を示す。また、線301は、デッドタイムを考慮していない場合の変化を示し、線302は、デッドタイムを考慮した場合の変化を示す。デッドタイムが挿入されていることで、利用できる電圧が低下するため、高速回転時の弱め磁束制御によって出力できるトルクは低下する。つまり、図3に示すように、デッドタイムを考慮せずに算出されたトルク(線301)に対し、デッドタイムを考慮したトルク(線302)は低い値となる。そのため、線301に示すようなトルクを出力するように弱め磁束制御を行った結果、電圧飽和が生じ、出力トルクの低下を招く。
[Influence of dead time on torque]
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the influence of dead time in flux-weakening control. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the number of revolutions [rpm] of the motor, and the vertical axis indicates the torque [Nm]. A line 301 indicates the change without considering the dead time, and a line 302 indicates the change when the dead time is taken into consideration. Since the dead time is inserted, the voltage that can be used is reduced, so the torque that can be output by the flux-weakening control during high-speed rotation is reduced. That is, as shown in FIG. 3, the torque (line 302) with the dead time taken into account is a lower value than the torque (line 301) calculated without taking the dead time into account. Therefore, as a result of performing flux-weakening control so as to output torque as indicated by line 301, voltage saturation occurs, resulting in a decrease in output torque.

なお、本実施形態では、図2に示すようにデッドタイム補償部208を設け、デッドタイムの影響を取り除く構成を備えている。しかし、これはデッドタイムによる電圧誤差を予め相電圧指令値に重畳する処理を行うものである。ここで重畳する電圧はデッドタイムの電圧誤差と同等の大きさであり、制御で用いることができない電圧となる。そこで、本実施形態では、デッドタイム補償部208を設けた構成に加え、電流指令生成部201により、デッドタイムの影響を考慮したdq電流指令値を生成する。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, a dead time compensator 208 is provided to remove the influence of dead time. However, in this method, the voltage error due to the dead time is preliminarily superimposed on the phase voltage command value. The voltage superimposed here has a size equivalent to the voltage error of the dead time, and is a voltage that cannot be used for control. Therefore, in this embodiment, in addition to the configuration provided with the dead time compensator 208, the current command generator 201 generates a dq current command value considering the influence of the dead time.

[電流ベクトルの制御方法]
ここで、本実施形態にて用いる電流ベクトルの制御方法について説明する。本実施形態では、モータ20における電流ベクトルの制御方法として、最大トルク/電流(MTPA:Maximum Torque Per Ampere)制御と、弱め磁束(FW:Flux-Weaking)制御を用いる。
[Current vector control method]
Here, the current vector control method used in this embodiment will be described. In this embodiment, maximum torque/current (MTPA: Maximum Torque Per Ampere) control and flux-weakening (FW: Flux-Weaking) control are used as methods for controlling the current vector in the motor 20 .

ここで、以下の説明にて用いる各種式にて用いられるパラメータの定義を示しておく。また、ここで示すパラメータ以外で用いるパラメータについては適時説明を行う。 Here, definitions of parameters used in various formulas used in the following description are shown. Further, parameters used other than the parameters shown here will be explained as appropriate.

:dq座標系におけるd軸成分の電流値
:dq座標系におけるq軸成分の電流値
:電流ベクトル、または、電流ベクトルのスカラー値(ノルム)
:モータにおける巻線抵抗
ψ:dq座標系の永久磁石による鎖交磁束
:dq座標系におけるd軸のインダクタンス
:dq座標系におけるq軸のインダクタンス
β:q軸からの電流ベクトル位相
:dq座標系におけるd軸成分の電圧値
:dq座標系におけるq軸成分の電圧値
:電気子電圧ベクトル、または、電機子電圧ベクトルのスカラー値(ノルム)
:誘起電圧ベクトル、または、誘起電圧ベクトルのスカラー値(ノルム)
dc:インバータの電源電圧(DCリンク電圧)
i d : Current value of d-axis component in dq coordinate system i q : Current value of q-axis component in dq coordinate system ia : Current vector or scalar value (norm) of current vector
R a : Winding resistance in the motor ψ a : Magnetic flux linkage by permanent magnet in dq coordinate system L d : Inductance of d axis in dq coordinate system L q : Inductance of q axis in dq coordinate system β : Current from q axis Vector phase v d : voltage value of d-axis component in dq coordinate system v q : voltage value of q-axis component in dq coordinate system v a : armature voltage vector or scalar value (norm) of armature voltage vector
v o : induced voltage vector or scalar value (norm) of the induced voltage vector
V dc : Inverter power supply voltage (DC link voltage)

(MTPA制御)
MTPA制御は、電流に対して発生トルクが最大となるように電流ベクトルを制御する方法である。MTPA制御では、同一トルクを発生する電流ベクトルのうち、その振幅が最も小さくなる(すなわち、最も効率の良い)電流位相を電流指令値として特定する。本実施形態では、電圧(誘起電圧)が所定の制限値に達しない、モータ20の回転が低速である低速領域にて、MTPA制御を用いる。電流ベクトルの大きさがiとして決まっているとき、電流ベクトル位相βは、以下の式(1)にて規定される。
(MTPA control)
MTPA control is a method of controlling a current vector so that the generated torque is maximized with respect to the current. In the MTPA control, among the current vectors that generate the same torque, the current phase with the smallest amplitude (that is, the most efficient one) is specified as the current command value. In this embodiment, MTPA control is used in a low speed region where the voltage (induced voltage) does not reach a predetermined limit value and the rotation of the motor 20 is low. When the magnitude of the current vector is determined as ia , the current vector phase β is defined by the following equation (1).

Figure 2022152779000002
Figure 2022152779000002

そして、電流ベクトルの大きさiと電流ベクトル位相βとを用いて、dq軸電流指令値を算出することができる。dq軸電流指令値は、以下の式(2)、式(3)により算出できる。 Then, the dq-axis current command values can be calculated using the magnitude ia of the current vector and the current vector phase β. The dq-axis current command values can be calculated by the following equations (2) and (3).

Figure 2022152779000003
Figure 2022152779000003

Figure 2022152779000004
Figure 2022152779000004

(FW制御)
FW制御は、負のd軸電流によりd軸電機子反作用による減磁効果で磁束を減少させ、誘起電圧を制限値内に保てるように電流ベクトルを制御する方法である。本実施形態では、MTPA制御を適用した場合に電圧(誘起電圧)が所定の制限値に達する(すなわち、電圧飽和する)ような、モータ20の回転が高速である高速領域にて、FW制御を用いる。FW制御により、回転により生じる誘起電圧を抑制して、更なる高速回転を可能とする。誘起電圧制限値をvo_limとし、q軸電流iが決まっているとき、d軸電流は以下の式(4)にて規定される。
(FW control)
The FW control is a method of controlling the current vector so that the magnetic flux is reduced by the demagnetization effect due to the d-axis armature reaction due to the negative d-axis current and the induced voltage is kept within the limit value. In the present embodiment, FW control is performed in a high-speed region where the rotation of the motor 20 is high such that the voltage (induced voltage) reaches a predetermined limit value (that is, the voltage is saturated) when MTPA control is applied. use. The FW control suppresses the induced voltage generated by the rotation to enable even higher speed rotation. When the induced voltage limit value is vo_lim and the q -axis current iq is determined, the d-axis current is defined by the following equation (4).

Figure 2022152779000005
Figure 2022152779000005

[処理フロー]
図4は、本実施形態に係る電流指令生成部201による制御処理のフローチャートである。
[Processing flow]
FIG. 4 is a flowchart of control processing by the current command generator 201 according to this embodiment.

S401にて、電流指令生成部201は、制限値および閾値を算出する。本実施形態に係る制限値および閾値の算出を説明する前に、本工程において、基礎となる算出の流れをまず説明する。相電流振幅をI、システム最大相電流振幅をIp_max、電機子電圧制限値をva_lim、電流制限値ia_limとした場合、電流と電圧の制限に係る関係式(制限式)は、例えば以下の式(4)、式(5)にて表すことができる。 In S401, current command generator 201 calculates a limit value and a threshold. Before explaining the calculation of the limit value and the threshold value according to this embodiment, the basic flow of calculation in this process will be explained first. Assuming that the phase current amplitude is I p , the system maximum phase current amplitude is I p_max , the armature voltage limit value is va_lim , and the current limit value is ia_lim , the relational expression (limiting expression) relating to current and voltage limits is, for example, It can be represented by the following formulas (4) and (5).

Figure 2022152779000006
Figure 2022152779000006

Figure 2022152779000007
Figure 2022152779000007

ここで、インバータ211の電源電圧Vdcによる相電圧の最大振幅は、通常はVdc/2であるが、図2に示すようなSVM部209によるSVM処理によって出力される相電圧の基本波振幅はVdc/√3となる。したがって、電機子電圧制限値va_limは、SVM処理を行うことを考慮し、以下の式(7)にて算出できる。 Here, the maximum amplitude of the phase voltage due to the power supply voltage V dc of the inverter 211 is normally V dc /2, but the fundamental wave amplitude of the phase voltage output by the SVM processing by the SVM unit 209 as shown in FIG. becomes V dc /√3. Therefore, the armature voltage limit value v a_lim can be calculated by the following equation (7) in consideration of the SVM processing.

Figure 2022152779000008
Figure 2022152779000008

また、誘起電圧制限値vo_limは、力率角φを用いて、以下の式(8)により算出できる。 Also, the induced voltage limit value v o_lim can be calculated by the following equation (8) using the power factor angle φ.

Figure 2022152779000009
Figure 2022152779000009

ここで、簡単化のため、式(8)で導かれる値において、最小値を誘起電圧制限値vo_limとして扱う。これにより、誘起電圧制限値vo_limは以下の式(9)にて表すことができる。 Here, for the sake of simplification, the minimum value among the values derived from Equation (8) is treated as the induced voltage limit value vo_lim . As a result, the induced voltage limit value v o_lim can be expressed by the following equation (9).

Figure 2022152779000010
Figure 2022152779000010

したがって、誘起電圧制限式は、以下の式(10)にて表すことができる。式(10)にて示した関係式を電圧制限式として扱う。 Therefore, the induced voltage limiting formula can be expressed by the following formula (10). The relational expression shown in Expression (10) is treated as a voltage limiting expression.

Figure 2022152779000011
Figure 2022152779000011

MTPA制御からFW制御への切り替えの際に用いる閾値は、モータ20の角速度ωに基づいて決定され、この閾値に相当する角速度をここでは基底速度ωbaseと呼ぶ。MTPA制御における条件としてi=ia_limの際のdq軸電流をそれぞれid1、iq1とした場合、基底速度ωbaseは以下の式(11)で表される。 The threshold used for switching from MTPA control to FW control is determined based on the angular velocity ω of the motor 20, and the angular velocity corresponding to this threshold is called base velocity ω base . Assuming that the dq-axis currents when i a = ia_lim are i d1 and i q1 , respectively, as a condition of the MTPA control, the base speed ω base is expressed by the following equation (11).

Figure 2022152779000012
Figure 2022152779000012

ここまでに示したように、本工程により、電流制限式、電圧制限式、および基底速度ωbaseが求められる(式(5)、式(10)、式(11))。本実施形態では、デッドタイムの影響を考慮した電機子電圧制限値va_limを求めるために一部の算出式を変更する。本実施形態に係る算出式の詳細については、図5等を用いて後述する。 As shown so far, the current limit formula, the voltage limit formula, and the base velocity ω base are obtained by this process (formula (5), formula (10), formula (11)). In this embodiment, part of the calculation formula is changed in order to obtain the armature voltage limit value v a_lim that takes into consideration the effect of dead time. Details of the calculation formula according to the present embodiment will be described later with reference to FIG. 5 and the like.

S402にて、電流指令生成部201は、回転数(すなわち、角速度ω)に対応するq軸電流制限値iq_limを算出する。モータ20の角速度ωが基底速度ωbase以下である場合(ω≦ωbase)、MTPA制御を適用するため、以下の式(12)の様に、q軸電流制限値iq_limはiq1とする。 In S402, the current command generator 201 calculates the q-axis current limit value iq_lim corresponding to the number of rotations (that is, the angular velocity ω). When the angular velocity ω of the motor 20 is equal to or lower than the base speed ω base (ω≦ω base ), the q-axis current limit value i q_lim is set to i q1 as shown in the following equation (12) in order to apply the MTPA control. .

Figure 2022152779000013
Figure 2022152779000013

一方、モータ20の角速度ωが基底速度ωbaseより大きい場合(ω>ωbase)、FW制御を適用するため、以下の式(13)、式(14)にてq軸電流制限値iq_limを求める。 On the other hand, when the angular velocity ω of the motor 20 is greater than the base speed ω base (ω>ω base ), the q-axis current limit value i q_lim is set to Ask.

Figure 2022152779000014
Figure 2022152779000014

Figure 2022152779000015
Figure 2022152779000015

S403にて、電流指令生成部201は、入力されたトルク指令値τに基づいて、相電流指令値Ip_CMDを算出する。相電流指令値Ip_CMDは、例えば、出力トルク(すなわち、トルク指令値τにて示されるトルク)と相電流指令値の対応関係を規定したテーブルを予め規定して保持しておき、このテーブルを参照することで導出されてよい。そして、電流指令生成部201は、算出した相電流指令値Ip_CMDに基づいて、MTPA条件(すなわち、式(1)、式(3))での仮q軸電流指令値i’q_CMDを算出する。MTPA条件において、仮q軸電流指令値i’q_CMDは、例えば、以下の式(15)により算出できる。 In S403, current command generation unit 201 calculates phase current command value I p_CMD based on input torque command value τ * . For the phase current command value Ip_CMD , for example, a table defining the correspondence between the output torque (that is, the torque indicated by the torque command value τ * ) and the phase current command value is defined in advance and held. may be derived by referring to Then, the current command generator 201 calculates the temporary q-axis current command value i′q_CMD under the MTPA conditions (that is, formula (1) and formula (3)) based on the calculated phase current command value Ip_CMD . . Under the MTPA conditions, the provisional q-axis current command value i′ q_CMD can be calculated, for example, by the following equation (15).

Figure 2022152779000016
Figure 2022152779000016

S404にて、電流指令生成部201は、S403にて算出した仮q軸電流指令値i’q_CMDを回転数に応じて、q軸電流制限値iq_limで制限し、制限後の値をq軸電流指令値iq_CMDとする。つまり、q軸電流指令値の上限は、S402にて算出したq軸電流制限値iq_limとなる。 In S404, the current command generation unit 201 limits the temporary q-axis current command values i′ q_CMD calculated in S403 by the q-axis current limit values i q_lim according to the rotation speed, Let the current command value be iq_CMD . That is, the upper limit of the q-axis current command value is the q-axis current limit value i q_lim calculated in S402.

S405にて、電流指令生成部201は、上記の式(10)に基づいて、誘起電圧vが誘起電圧制限値vo_lim以下か否かを判定する。誘起電圧vが誘起電圧制限値vo_lim以下である場合(S405にてYES)、電流指令生成部201の処理はS406へ進む。一方、誘起電圧vが誘起電圧制限値vo_limより大きい場合(S405にてNO)、電流指令生成部201の処理はS407へ進む。 In S405, the current command generator 201 determines whether or not the induced voltage v o is equal to or less than the induced voltage limit value v o_lim based on the above equation (10). If induced voltage v o is equal to or lower than induced voltage limit value v o_lim (YES in S405), the process of current command generation unit 201 proceeds to S406. On the other hand, if induced voltage v o is greater than induced voltage limit value vo_lim (NO in S405), the process of current command generation unit 201 proceeds to S407.

S406にて、電流指令生成部201は、MTPA制御を行うものとし、dq電流指令値を算出する。電流指令生成部201は、S404にて算出したq軸電流指令値iq_CMDを、q軸成分の電流指令値i とする。また、電流指令生成部201は、q軸成分の電流指令値i の値と、上記の式(1)、式(2)を用いて、d軸成分の電流指令値i を算出する。そして、電流指令生成部201は、算出した電流指令値i 、i として出力し、本処理フローを終了する。なお、モータ20の駆動制御が継続する間、本処理フローも繰り返し実行される。 In S406, the current command generator 201 performs MTPA control and calculates the dq current command value. The current command generation unit 201 sets the q-axis current command value iq_CMD calculated in S404 as the q -axis component current command value iq * . Further, the current command generation unit 201 calculates the current command value i d * of the d-axis component using the value of the current command value i q * of the q-axis component and the above equations (1) and (2). do. Then, the current command generation unit 201 outputs the calculated current command values id* and iq * , and the processing flow ends. Note that this processing flow is also repeatedly executed while the drive control of the motor 20 continues.

S407にて、電流指令生成部201は、FW制御を行うものとし、dq電流指令値を算出する。電流指令生成部201は、S404にて算出したq軸電流指令値iq_CMDを、q軸成分の電流指令値i とする。また、電流指令生成部201は、q軸成分の電流指令値i の値と、上記の式(4)等を用いて、d軸成分の電流指令値i を算出する。そして、電流指令生成部201は、算出した電流指令値i 、i として出力し、本処理フローを終了する。なお、モータ20の駆動制御が継続する間、本処理フローも繰り返し実行される。 In S407, the current command generator 201 performs FW control and calculates a dq current command value. The current command generation unit 201 sets the q-axis current command value iq_CMD calculated in S404 as the q -axis component current command value iq * . Further, the current command generation unit 201 calculates the current command value id * of the d -axis component using the value of the current command value iq * of the q -axis component and the above equation (4). Then, the current command generation unit 201 outputs the calculated current command values id* and iq * , and the processing flow ends. Note that this processing flow is also repeatedly executed while the drive control of the motor 20 continues.

[デッドタイムの影響を考慮した制限値]
本実施形態に係る図4のS401の算出工程の詳細について説明する。まず、デッドタイムに起因して現れる電圧誤差について説明する。デッドタイムに起因して平均的に表れる電圧誤差Vdtは、インバータ211のDCリンク電圧Vdc、PWM周波数fpwm、デッドタイムTのとき、以下の式(16)にて表される。
[Limit value considering the effect of dead time]
Details of the calculation process in S401 of FIG. 4 according to the present embodiment will be described. First, the voltage error that appears due to dead time will be described. A voltage error V dt that appears on average due to the dead time is expressed by the following equation (16) when the DC link voltage V dc of the inverter 211, the PWM frequency f pwm , and the dead time T d .

Figure 2022152779000017
Figure 2022152779000017

これが相電流の符号に応じて、相電圧に対して概ね矩形波上の電圧誤差となる。図5は、デッドタイムによる電圧誤差の重畳の概要を説明するための概念図である。図5において、横軸は電気角[deg]を示し、左の縦軸は電圧[V]を示し、右の横軸は電流[A]を示す。また、線501(一点鎖線)は理想相電圧を示し、線502(実線)は相電圧を示す。線503(太線)は電圧誤差を示し、線501と線502にて示される電圧の差分である。線504(破線)は、相電流を示す。 This becomes a voltage error on a substantially rectangular wave with respect to the phase voltage, depending on the sign of the phase current. FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an overview of the superimposition of voltage errors due to dead time. In FIG. 5, the horizontal axis indicates electrical angle [deg], the left vertical axis indicates voltage [V], and the right horizontal axis indicates current [A]. A line 501 (chain line) indicates the ideal phase voltage, and a line 502 (solid line) indicates the phase voltage. Line 503 (thick line) indicates the voltage error, which is the difference between the voltages indicated by lines 501 and 502 . Line 504 (dashed line) indicates the phase current.

線503にて示される電圧誤差の値を、デッドタイム補償部208により予め加算するため、この分の電圧を制御に用いることはできない。その結果、電気角1次の相電圧最大値が低下していると想定される。ある1次の相電圧Vp1は、相電圧位相をθ、相電圧位相θに対する相電流位相差φとしたとき、以下の式(17)にて表される。 Since the value of the voltage error indicated by the line 503 is added in advance by the dead time compensator 208, this amount of voltage cannot be used for control. As a result, it is assumed that the phase voltage maximum value of the primary electrical angle is reduced. A certain primary phase voltage V p1 is expressed by the following equation (17), where θ is the phase voltage phase and φ is the phase current phase difference with respect to the phase voltage phase θ.

Figure 2022152779000018
Figure 2022152779000018

相電流位相差φ=0のとき、式(17)にて表される振幅は最小値となり、これを本実施形態においては最大位相電流振幅とする。このときの最大相電圧Vp1_maxは、以下の式(18)にて表される。 When the phase current phase difference φ=0, the amplitude represented by Equation (17) becomes the minimum value, which is the maximum phase current amplitude in this embodiment. The maximum phase voltage Vp1_max at this time is represented by the following equation (18).

Figure 2022152779000019
Figure 2022152779000019

そして、この最大相電圧Vp1_maxを用いて電機子電圧制限値va_limを計算すると、以下の式(19)により求められる。つまり、本実施形態では、式(7)に代えて、式(18)を用いることで、以下の式(19)が導かれる。 When the armature voltage limit value v a_lim is calculated using this maximum phase voltage V p1_max , it is obtained by the following equation (19). That is, in this embodiment, the following equation (19) is derived by using equation (18) instead of equation (7).

Figure 2022152779000020
Figure 2022152779000020

そして、式(19)を用いて計算することで得られる電機子電圧制限値va_limと、式(8)~式(11)を用いることで、誘起電圧制限値vo_lim、基底速度ωbaseを算出する。更に、MTPA制御、またはFW制御に対応した電流指令値を算出することで、デッドタイムの影響を考慮した電流指令値を生成することができる。なお、本実施形態において、インバータ211のDCリンク電圧Vdc、PWM周波数fpwm、デッドタイムTは、予め電流指令生成部201にて保持、管理され、電流指令値の生成の際に用いられる。 Then, by using the armature voltage limit value v a_lim obtained by calculating using the formula (19) and the formulas (8) to (11), the induced voltage limit value v o_lim and the base speed ω base are calculated as calculate. Furthermore, by calculating a current command value corresponding to MTPA control or FW control, it is possible to generate a current command value considering the influence of dead time. In this embodiment, the DC link voltage V dc , PWM frequency f pwm , and dead time T d of the inverter 211 are held and managed in advance by the current command generation unit 201, and used when generating the current command value. .

以上、本実施形態により、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize motor control that can avoid voltage saturation and reduce the influence of dead time in consideration of dead time.

<その他の実施形態>
本願発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
<Other embodiments>
In the present invention, a program or application for realizing the functions of one or more embodiments described above is supplied to a system or device using a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device can also be implemented by reading and executing the program.

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make modifications and applications by combining each configuration of the embodiments with each other, based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention that it falls within the scope of protection sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段と
を有することを特徴とするモータ制御装置。
この構成によれば、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。
As described above, this specification discloses the following matters.
(1) calculating means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
and deriving means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
According to this configuration, it is possible to realize motor control that enables the avoidance of voltage saturation and the reduction of its influence, taking dead time into account.

(2) 前記算出手段は、電機子電圧制限値va_lim、前記インバータの電源電圧Vdc、PWM(Pulse Width Modulation)周波数fpwm、デッドタイムTとした場合に、以下の式を用いて、前記電機子電圧制限値を算出することを特徴とする(1)に記載のモータ制御装置。 (2) When the armature voltage limit value v a_lim , the power supply voltage V dc of the inverter, the PWM (Pulse Width Modulation) frequency f pwm , and the dead time T d are used, the calculation means uses the following equation to obtain: The motor control device according to (1), wherein the armature voltage limit value is calculated.

Figure 2022152779000021
Figure 2022152779000021

この構成によれば、インバータのDCリンク電圧、PWM周波数、デッドタイムから求められる電圧誤差を考慮して電機子電圧制限値を算出することができる。 According to this configuration, the armature voltage limit value can be calculated in consideration of the voltage error obtained from the DC link voltage of the inverter, the PWM frequency, and the dead time.

(3) 前記モータ制御装置は、MTPA(Maximum Torque Per Ampere)制御、および、FW(Flux-Weaking)制御を切り替え可能であり、
前記導出手段は、
前記電機子電圧制限値と前記交流モータの回転数に基づいて、q軸電流制限値を算出し、
前記交流モータの回転数に基づいて、前記MTPA制御または前記FW制御のいずれの制御を行うかを決定し、
前記トルク指令値から特定されるq電流指令値を前記q軸電流制限値にて制限した指令値を用いて、前記決定した制御に対応するd軸電流指令値を算出する
ことを特徴とする(1)または(2)に記載のモータ制御装置。
この構成によれば、MTPA制御、および、FW制御を切り替え可能な構成において、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。
(3) the motor control device is capable of switching between MTPA (Maximum Torque Per Ampere) control and FW (Flux-Weaking) control;
The derivation means is
calculating a q-axis current limit value based on the armature voltage limit value and the rotation speed of the AC motor;
determining whether to perform the MTPA control or the FW control based on the rotation speed of the AC motor;
The d-axis current command value corresponding to the determined control is calculated using the command value obtained by limiting the q-current command value specified from the torque command value by the q-axis current limit value ( 1) or a motor control device according to (2).
According to this configuration, in a configuration capable of switching between MTPA control and FW control, it is possible to realize motor control that enables avoidance of voltage saturation and reduction of its influence in consideration of dead time.

(4) 前記導出手段は、前記電機子電圧制限値を用いて、前記MTPA制御または前記FW制御のいずれの制御を行うかを決定するための閾値である誘起電圧制限値、および、基底速度を算出することを特徴とする(3)に記載のモータ制御装置。
この構成によれば、デッドタイムを考慮した電機子電圧制限値を用いて、MTPA制御またはFW制御のいずれの制御を行うかを決定するための閾値を算出することができる。
(4) The derivation means uses the armature voltage limit value to obtain an induced voltage limit value, which is a threshold value for determining whether to perform the MTPA control or the FW control, and a base velocity. The motor control device according to (3), wherein the calculation is performed.
According to this configuration, it is possible to calculate a threshold value for determining whether to perform MTPA control or FW control using the armature voltage limit value that takes dead time into consideration.

(5) 前記導出手段にて導出されたdq電流指令値を3相の電圧指令値に変換する第1の変換手段と、
前記3相の電圧指令値に基づいて、3相のデューティ信号を生成する第2の変換手段と、
前記3相のデューティ信号に基づき、前記インバータにより前記交流モータに電源電圧を供給するための制御信号を生成する第2の生成手段と
を更に有することを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載のモータ制御装置。
この構成によれば、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。
(5) first converting means for converting the dq current command values derived by the deriving means into three-phase voltage command values;
second conversion means for generating a three-phase duty signal based on the three-phase voltage command values;
(1) to (4), further comprising second generation means for generating a control signal for supplying a power supply voltage to the AC motor by the inverter based on the three-phase duty signal. A motor control device according to any one of the preceding claims.
According to this configuration, it is possible to realize motor control that enables the avoidance of voltage saturation and the reduction of its influence, taking dead time into account.

(6) 交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出工程と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出工程と
を有することを特徴とするモータ制御方法。
この構成によれば、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。
(6) a calculation step of calculating an armature voltage limit value based on the voltage error caused by the dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
and a derivation step of deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
According to this configuration, it is possible to realize motor control that enables the avoidance of voltage saturation and the reduction of its influence, taking dead time into account.

(7) コンピュータを、
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段
として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、デッドタイムを考慮して、電圧飽和の回避、影響の低減を可能としたモータ制御を実現することができる。
(7) a computer;
calculation means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
A program for functioning as derivation means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
According to this configuration, it is possible to realize motor control that enables the avoidance of voltage saturation and the reduction of its influence, taking dead time into account.

1 ステアリングホイール
2 操舵軸
3 減速ギア
4a,4b ユニバーサルジョイント
5 ピニオンラック機構
6a,6b タイロッド
7a,7b ハブユニット
8L,8R 操向車輪
9 トーションバー
10 トルクセンサ
11 イグニッション(ING)キー
12 車速センサ
13 バッテリ
14 操舵角センサ
20 操舵補助モータ
30 EPS(Electric Power Steering)-ECU(Electronic Control Unit))
201 電流指令生成部
202,203 減算器
204 PI制御部
205 アンチワインドアップ部
206 デカップリング部
207 2相/3相変換部
208 デッドタイム補償部
209 SVM部
210 PWM生成部
211 インバータ
212,213,214 電流検出回路
215 回転角検出部
216 3相/2相変換部
217 角速度演算部
1 Steering Wheel 2 Steering Shaft 3 Reduction Gears 4a, 4b Universal Joint 5 Pinion Rack Mechanisms 6a, 6b Tie Rods 7a, 7b Hub Units 8L, 8R Steering Wheels 9 Torsion Bar 10 Torque Sensor 11 Ignition (ING) Key 12 Vehicle Speed Sensor 13 Battery 14 steering angle sensor 20 steering assist motor 30 EPS (Electric Power Steering)-ECU (Electronic Control Unit))
201 current command generation units 202, 203 subtractor 204 PI control unit 205 anti-windup unit 206 decoupling unit 207 2-phase/3-phase conversion unit 208 dead time compensation unit 209 SVM unit 210 PWM generation unit 211 inverters 212, 213, 214 Current detection circuit 215 Rotation angle detection unit 216 Three-phase/two-phase conversion unit 217 Angular velocity calculation unit

Claims (7)

交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段と
を有することを特徴とするモータ制御装置。
calculating means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
and deriving means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
前記算出手段は、電機子電圧制限値va_lim、前記インバータの電源電圧Vdc、PWM(Pulse Width Modulation)周波数fpwm、デッドタイムTとした場合に、以下の式を用いて、前記電機子電圧制限値を算出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
Figure 2022152779000022
The calculation means calculates the armature 2. The motor control device according to claim 1, wherein the voltage limit value is calculated.
Figure 2022152779000022
前記モータ制御装置は、MTPA(Maximum Torque Per Ampere)制御、および、FW(Flux-Weaking)制御を切り替え可能であり、
前記導出手段は、
前記電機子電圧制限値と前記交流モータの回転数に基づいて、q軸電流制限値を算出し、
前記交流モータの回転数に基づいて、前記MTPA制御または前記FW制御のいずれの制御を行うかを決定し、
前記トルク指令値から特定されるq電流指令値を前記q軸電流制限値にて制限した指令値を用いて、前記決定した制御に対応するd軸電流指令値を算出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor control device is capable of switching between MTPA (Maximum Torque Per Ampere) control and FW (Flux-Weaking) control,
The derivation means is
calculating a q-axis current limit value based on the armature voltage limit value and the rotation speed of the AC motor;
determining whether to perform the MTPA control or the FW control based on the rotation speed of the AC motor;
The d-axis current command value corresponding to the determined control is calculated using a command value obtained by limiting the q-current command value specified from the torque command value by the q-axis current limit value. Item 3. A motor control device according to Item 1 or 2.
前記導出手段は、前記電機子電圧制限値を用いて、前記MTPA制御または前記FW制御のいずれの制御を行うかを決定するための閾値である誘起電圧制限値、および、基底速度を算出することを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 The derivation means uses the armature voltage limit value to calculate an induced voltage limit value, which is a threshold value for determining whether to perform the MTPA control or the FW control, and a base speed. 4. The motor control device according to claim 3, characterized by: 前記導出手段にて導出されたdq電流指令値を3相の電圧指令値に変換する第1の変換手段と、
前記3相の電圧指令値に基づいて、3相のデューティ信号を生成する第2の変換手段と、
前記3相のデューティ信号に基づき、前記インバータにより前記交流モータに電源電圧を供給するための制御信号を生成する第2の生成手段と
を更に有することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
a first converting means for converting the dq current command value derived by the deriving means into a three-phase voltage command value;
second conversion means for generating a three-phase duty signal based on the three-phase voltage command values;
5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising second generation means for generating a control signal for supplying power supply voltage to said AC motor by said inverter based on said three-phase duty signal. 1. The motor control device according to claim 1.
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出工程と、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出工程と
を有することを特徴とするモータ制御方法。
a calculating step of calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
and a derivation step of deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
コンピュータを、
交流モータにおけるデッドタイムに起因する電圧誤差と、インバータの電源電圧とに基づいて、電機子電圧制限値を算出する算出手段、
トルク指令値と前記電機子電圧制限値を用いて、前記交流モータを制御するためのdq電流指令値を導出する導出手段
として機能させるためのプログラム。
the computer,
calculation means for calculating an armature voltage limit value based on a voltage error caused by dead time in the AC motor and the power supply voltage of the inverter;
A program for functioning as derivation means for deriving a dq current command value for controlling the AC motor using the torque command value and the armature voltage limit value.
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