JP5724733B2 - Rotating machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、互いに相違する複数の電圧値を有する電圧印加手段と回転機の端子との間を開閉するスイッチング素子を備えて構成される電力変換回路について、該電力変換回路を構成するスイッチング素子を操作対象とし、前記回転機を流れる電流を検出する検出手段による電流の検出結果に基づき、前記スイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit including a switching element that opens and closes between a voltage applying unit having a plurality of voltage values different from each other and a terminal of a rotating machine. The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls an amount of control of the rotating machine by turning on and off the switching element based on a detection result of a current detected by a detecting unit that detects a current flowing through the rotating machine.
電流センサによって検出される電流と実際の値との間に定常的な誤差(オフセット誤差)が生じる現象が周知である。このため、電流センサの検出値に基づき回転機の制御量を制御する場合、電流のオフセット誤差に起因して制御性が低下するおそれがある。 A phenomenon in which a steady error (offset error) occurs between a current detected by a current sensor and an actual value is well known. For this reason, when controlling the controlled variable of a rotary machine based on the detection value of a current sensor, there exists a possibility that controllability may fall due to the offset error of an electric current.
そこで従来、下記特許文献1に見られるように、dq軸の電流のフィードバック操作量としてのdq軸の電圧を3相変換することで各相の指令電圧を生成する構成において、これら指令電圧を1電気角周期に渡って積分し、この積分値に基づきオフセット誤差を検出することで、電流センサの検出値を補正するものも提案されている。
Therefore, conventionally, as can be seen in
ただし、上記手法を用いた場合、たとえば回転機の電気角の検出誤差等が生じる場合等にあっては、オフセット誤差が正しく検出されず、ひいては電流センサの検出値を誤った補正量で補正するおそれがあることが発明者らによって見出されている。 However, when the above method is used, for example, when an error in detecting the electrical angle of the rotating machine occurs, the offset error is not correctly detected, and thus the detection value of the current sensor is corrected with an incorrect correction amount. It has been found by the inventors that there is a fear.
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、互いに相違する複数の電圧値を有する電圧印加手段と回転機の端子との間を開閉するスイッチング素子を備えて構成される電力変換回路について、該電力変換回路を構成するスイッチング素子を操作対象とし、前記回転機を流れる電流を検出する検出手段による電流の検出結果に基づき、前記スイッチング素子をオン・オフ操作することで、前記回転機の制御量を制御する新たな回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in the process of solving the above-mentioned problems, and its object is to include a switching element that opens and closes between a voltage applying means having a plurality of different voltage values and a terminal of the rotating machine. A power conversion circuit to be turned on / off based on a detection result of a current detected by a detection unit that detects a current flowing through the rotating machine, with the switching element constituting the power conversion circuit as an operation target Then, it is providing the control apparatus of the new rotary machine which controls the control amount of the said rotary machine.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.
第1の発明は、互いに相違する複数の電圧値を有する電圧印加手段と回転機の端子との間を開閉するスイッチング素子を備えて構成される電力変換回路について、該電力変換回路を構成するスイッチング素子を操作対象とし、前記回転機を流れる電流を検出する検出手段による電流の検出結果に基づき、前記スイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記オン・オフ操作によって定まって且つ固定座標系の電圧ベクトルにて表現される前記電力変換回路の都度の操作状態を入力とし、前記回転機の各端子または各相に印加される電圧を算出する印加電圧算出手段と、前記印加電圧算出手段によって算出される各端子または各相のそれぞれの電圧についての1電気角周期以上の期間にわたる積分値を算出する積分手段と、前記積分値をゼロにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする。 A first invention relates to a power conversion circuit configured to include a switching element that opens and closes between a voltage applying unit having a plurality of different voltage values and a terminal of a rotating machine, and the switching that configures the power conversion circuit An apparatus for controlling a rotating machine that controls an amount of control of the rotating machine by turning on and off the switching element based on a current detection result by a detecting unit that detects current flowing through the rotating machine. , The operation state of the power conversion circuit determined by the on / off operation and expressed by a voltage vector in a fixed coordinate system as an input, and the voltage applied to each terminal or each phase of the rotating machine Applied voltage calculation means for calculating, and a period of one electrical angle period or more for each terminal or each voltage calculated by the applied voltage calculation means An integrating means for calculating an integral value over, characterized in that it comprises a feedback control means for feedback controlling the integrated value to zero.
回転機の制御量を制御するに際し、上記検出手段にオフセット誤差がある場合、これに起因して回転機の端子の電圧や相電圧の振幅中心がゼロからずれる。このため、電圧の一周期にわたる積分値をゼロにフィードバック制御することで、検出手段のオフセット誤差を補償することができる。ただし、積分の対象とされる電圧を電気角情報を用いて算出する場合には、検出手段のオフセット誤差の補償処理に際して、電気角情報に含まれる誤差の影響を受けることとなる。この点、上記発明では、印加電圧算出手段が、電力変換回路の操作状態を入力として印加される電圧を算出するため、電圧の算出に際して電気角情報等を用いない。このため、こうして算出された電圧は、電気角の検出誤差等の影響を受けない精度の高いものとなる。そして、この電圧の積分値をゼロにフィードバック制御することで、検出手段のオフセット誤差を好適に補償することができる。 When the control amount of the rotating machine is controlled, if there is an offset error in the detection means, the terminal voltage of the rotating machine or the amplitude center of the phase voltage deviates from zero. For this reason, the offset error of the detection means can be compensated by feedback-controlling the integral value over one period of the voltage to zero. However, when the voltage to be integrated is calculated using the electrical angle information, the offset included in the electrical angle information is affected by the offset error compensation processing of the detection means. In this regard, in the above-described invention, the applied voltage calculation means calculates the voltage to be applied with the operation state of the power conversion circuit as an input, and therefore electrical angle information or the like is not used when calculating the voltage. For this reason, the voltage thus calculated is highly accurate without being affected by the detection error of the electrical angle. Then, the offset error of the detecting means can be suitably compensated by feedback-controlling the integrated value of this voltage to zero.
第2の発明は、第1の発明において、前記フィードバック制御手段は、前記積分値を入力とする積分要素を備えて構成されることを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention, the feedback control means includes an integration element having the integration value as an input.
たとえば上記積分値をゼロとするように積分値を電流値に変換することで検出手段の検出値が補正される場合、積分手段によって次回算出される積分値はゼロとなる。このため、次回においては、検出値が補正されず、オフセット誤差が再度生じることとなる。また、積分値をゼロとするように検出値を一回で補正する場合には、積分値に含まれるノイズ等の影響を直接的に受けることともなる。この点、上記発明では、フィードバック制御手段に積分要素を備えることで、定常的な誤差を解消することができ、また、ゲインの設定によってノイズの影響を抑制することも容易となる。 For example, when the detection value of the detection means is corrected by converting the integration value into a current value so that the integration value is zero, the integration value calculated next time by the integration means becomes zero. For this reason, in the next time, the detected value is not corrected, and an offset error occurs again. In addition, when the detection value is corrected at once so that the integral value is zero, it is directly affected by noise and the like included in the integral value. In this regard, in the above invention, by providing the feedback control means with an integral element, it is possible to eliminate a stationary error, and it becomes easy to suppress the influence of noise by setting the gain.
第3の発明は、第1または2の発明において、前記回転機の過渡運転時であるか否かを判断する判断手段と、前記過渡運転時であると判断される場合、前記積分手段の積分処理が前記フィードバック制御手段に反映されることを禁止する禁止手段とをさらに備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a determination unit that determines whether or not the rotating machine is in a transient operation, and an integration of the integration unit when it is determined that the transient operation is in progress. And a prohibiting unit that prohibits the processing from being reflected in the feedback control unit.
過渡運転時においては、検出手段の検出値にオフセット誤差がない場合であっても、電気角の1周期当たりの上記積分値がゼロとならない。上記発明では、この点に鑑み、禁止手段を備えることで、積分値とオフセット誤差との関連が低いときにおける積分値がフィードバック制御に反映されることを回避する。 During transient operation, even if there is no offset error in the detection value of the detection means, the integrated value per cycle of the electrical angle does not become zero. In view of this point, in the above invention, by providing the prohibiting means, it is avoided that the integral value when the relation between the integral value and the offset error is low is reflected in the feedback control.
第4の発明は、第1〜3のいずれか1つの発明において、前記積分手段は、前記各端子または各相に印加される電圧を電気角の関数として積分するものであることを特徴とする。 A fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the integrating means integrates a voltage applied to each terminal or each phase as a function of an electrical angle. To do.
上記発明では、電圧を電気角で積分することで、時間で積分する場合と比較して、電気角速度の変動に起因して積分値によるオフセット誤差の定量化精度が低下することを好適に抑制することができる。 In the above-described invention, by integrating the voltage with the electrical angle, it is preferable to suppress a decrease in the quantification accuracy of the offset error due to the integrated value due to the fluctuation of the electrical angular velocity as compared with the case of integrating with the time. be able to.
第5の発明は、第1〜4のいずれか1つの発明において、前記積分手段は、前記回転機の電気角周期の2倍以上の期間にわたる前記積分値を前記フィードバック制御手段に出力することを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the integrating means outputs the integrated value over a period more than twice the electrical angle cycle of the rotating machine to the feedback control means. It is characterized by.
上記発明では、積分期間を長く取ることで、1電気角周期に渡る積分値と比較して、積分値が微視的なタイムスケールにおける電気角速度の変動を受けることを好適に抑制することができる。また、積分処理を行なう周期の整数倍が1電気角周期と一致しない場合には、電圧が様々な位相をとるときの値を積分処理に用いることができるため、積分値によるオフセット誤差の定量化精度が向上する。 In the above invention, by taking a long integration period, it is possible to suitably suppress the integration value from undergoing fluctuations in the electrical angular velocity on a microscopic time scale as compared with the integration value over one electrical angle cycle. . Further, when the integral multiple of the cycle for performing the integration process does not coincide with one electrical angle cycle, the value when the voltage takes various phases can be used for the integration process. Accuracy is improved.
第6の発明は、第1〜5のいずれか1つの発明において、前記電力変換回路は、前記回転機の端子を直流電圧源の正極および負極のそれぞれに選択的に接続するスイッチング素子および該スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを備える直流交流変換回路であり、前記正極に接続するスイッチング素子と前記負極に接続するスイッチング素子とのいずれか一方および他方がそれぞれオンおよびオフとなる状態からいずれか一方および他方がそれぞれオフおよびオンとなる状態に切り替えるに際し、双方がオフ状態となるデッドタイム期間が設けられ、前記操作状態が変更される場合、前記回転機を流れる電流に基づき、前記デッドタイム期間において各端子または各相に印加される電圧を前記積分値に反映させるデッドタイム補正手段をさらに備えることを特徴とする。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the power conversion circuit includes a switching element that selectively connects a terminal of the rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source, and A DC-AC conversion circuit including a diode connected in reverse parallel to a switching element, and one of the switching element connected to the positive electrode and the switching element connected to the negative electrode and the other are turned on and off respectively. When switching to a state in which one and the other are turned off and on respectively, a dead time period in which both are turned off is provided, and when the operation state is changed, the dead time is based on the current flowing through the rotating machine. A dead time correction method for reflecting the voltage applied to each terminal or each phase in the integration value in the period. And further comprising a.
デッドタイム期間において各端子や各相に印加される電圧は回転機を流れる電流に依存するため、デッドタイムを含む期間における端子電圧や相電圧は、操作状態によっては一義的に定まらない。このため、操作状態の切り替えに際しては、印加電圧算出手段による算出精度が低下するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、デッドタイム補正手段を備えた。 Since the voltage applied to each terminal and each phase in the dead time period depends on the current flowing through the rotating machine, the terminal voltage and the phase voltage in the period including the dead time are not uniquely determined depending on the operation state. For this reason, when switching the operation state, the calculation accuracy by the applied voltage calculation means may be reduced. In view of this point, the above invention includes a dead time correcting means.
第7の発明は、第1〜6のいずれか1つの発明において、前記電力変換回路の操作状態を仮設定した場合についての前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の磁束の少なくとも1つを有した制御量を予測する予測手段と、該予測手段によって予測される制御量に基づき、該予測される制御量に対応する操作状態を評価し、評価の高い操作状態を前記電力変換回路の操作状態として決定する決定手段と、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とをさらに備えることを特徴とする。 A seventh invention provides the current flowing through the rotating machine, the torque of the rotating machine, and the rotating machine when the operation state of the power conversion circuit is temporarily set in any one of the first to sixth inventions. A predicting unit that predicts a control amount having at least one of the magnetic fluxes of the magnetic field, an operation state corresponding to the predicted control amount based on the control amount predicted by the prediction unit, and a highly evaluated operation state Is further provided with determination means for determining the operation state of the power conversion circuit, and operation means for operating the power conversion circuit so as to be in the determined operation state.
モデル予測制御を行なう場合、操作状態を表現する電圧ベクトルが決定手段によって都度決定される。このため、印加電圧算出手段の入力情報としての操作状態に関する情報を簡易に取得することができる。 When model predictive control is performed, the voltage vector expressing the operation state is determined each time by the determining means. For this reason, the information regarding the operation state as input information of an applied voltage calculation means can be acquired easily.
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a rotating machine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。車載主機としてのモータジェネレータ10は、3相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ10は、突極性を有する回転機(突極機)である。詳しくは、モータジェネレータ10は、埋め込み磁石同期モータ(IPMSM)である。
FIG. 1 shows the overall configuration of a motor generator control system according to this embodiment. The
モータジェネレータ10は、インバータINVを介して高電圧バッテリ12およびコンデンサ13に接続されている。高電圧バッテリ12は、端子電圧がたとえば百V以上となる直流電圧源である。インバータINVは、スイッチング素子S*p,S*n(*=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S*#(*=u,v,w;#=p,n)として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードD*#が逆並列に接続されている。
The
本実施形態では、モータジェネレータ10やインバータINVの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ10の回転角度(電気角θ)を検出する回転角度センサ14を備えている。また、モータジェネレータ10のU相、V相およびW相のそれぞれを流れる相電流(実電流iu,iv,iw)を検出する電流センサ16u,16v,16wを備えている。さらに、インバータINVの入力電圧(電源電圧VDC)を検出する電圧センサ18を備えている。
In the present embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the
上記各種センサの検出値は、図示しないインターフェースを介して低電圧システムを構成する制御装置20に取り込まれる。制御装置20では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータINVを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータINVのスイッチング素子S*#を操作する信号が、操作信号g*#である。
The detection values of the various sensors are taken into the
上記制御装置20は、モータジェネレータ10のトルクを要求トルクTrに制御すべく、インバータINVを操作する。詳しくは、要求トルクTrを実現するための指令電流とモータジェネレータ10を流れる電流とが一致するように、インバータINVを操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ10のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ10を流れる電流を直接の制御量として、これを指令電流に制御する。特に、本実施形態では、モータジェネレータ10を流れる電流を指令電流に制御すべく、インバータINVの操作状態を複数通りのそれぞれに仮設定した場合についてのモータジェネレータ10の電流を予測し、予測される電流に基づき仮設定した操作状態を評価する。そして評価の高いものをインバータINVの実際の操作状態として採用するモデル予測制御を行う。
The
詳しくは、上記実電流iu,iv,iwは、dq変換部22において、回転座標系の実電流id,iqに変換される。また、回転角度センサ14によって検出される電気角θは、速度算出部23の入力となり、これにより、回転速度(電気角速度ω)が算出される。一方、指令電流設定部24は、要求トルクTrを入力とし、dq座標系での指令電流idr,iqrを出力する。これら指令電流idr,iqr、実電流id,iq、及び電気角θは、モデル予測制御部30の入力となる。モデル予測制御部30では、これら入力パラメータに基づき、インバータINVの操作状態を規定する電圧ベクトルViを決定し、操作部26に入力する。操作部26では、入力された電圧ベクトルViに基づき、上記操作信号g*#を生成してインバータINVに出力する。
Specifically, the actual currents iu, iv, iw are converted into actual currents id, iq in the rotating coordinate system by the
ここで、インバータINVの操作状態を表現する電圧ベクトルは、図2に示す8つの電圧ベクトルとなる。例えば、低電位側のスイッチング素子Sun,Svn,Swnがオン状態となる操作状態(図中、「下」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV0であり、高電位側のスイッチング素子Sup,Svp,Swpがオン状態となる操作状態(図中、「上」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV7である。これら電圧ベクトルV0,V7は、モータジェネレータ10の全相を短絡させるものであり、インバータINVからモータジェネレータ10に印加される電圧がゼロとなるものであるため、ゼロ電圧ベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの6つの電圧ベクトルV1〜V6は、上側アームおよび下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作パターンによって規定されるものであり、有効電圧ベクトルと呼ばれている。なお、図2(b)に示すように、電圧ベクトルV1、V3,V5のそれぞれがU相、V相、W相の正側にそれぞれ対応している。
Here, the voltage vectors expressing the operation state of the inverter INV are eight voltage vectors shown in FIG. For example, a voltage vector representing an operation state (indicated as “lower” in the drawing) in which the low-potential side switching elements Sun, Svn, Swn are turned on is the voltage vector V0, and the high-potential side switching elements Sup, A voltage vector representing an operation state (indicated as “upper” in the drawing) in which Svp and Swp are turned on is a voltage vector V7. These voltage vectors V0 and V7 are for short-circuiting all phases of the
次に、モデル予測制御部30の処理の詳細について説明する。先の図1に示す操作状態設定部31では、インバータINVの操作状態を仮設定する。ここでは、先の図2に示した電圧ベクトルV0〜V7をインバータINVの操作状態として仮設定する。dq変換部32では、操作状態設定部31によって設定された電圧ベクトルをdq変換することで、dq座標系の電圧ベクトルVdq=(vd,vq)を算出する。こうした変換を行うべく、操作状態設定部31における電圧ベクトルV0〜V7を、例えば、先の図2において、「上」を「VDC/2」として且つ「下」を「−VDC/2」とすることで表現すればよい。この場合、例えば、電圧ベクトルV0は、(−VDC/2、−VDC/2、−VDC/2)となり、電圧ベクトルV1は、(VDC/2、−VDC/2、−VDC/2)となる。
Next, details of the processing of the model
予測部33では、電圧ベクトル(vd、vq)と、実電流id,iqと、電気角速度ωとに基づき、インバータINVの操作状態を操作状態設定部31によって仮設定される状態とした場合の電流id,iqを予測する。ここでは、基本的には、下記(c1)、(c2)にて表現される電圧方程式を、電流の微分項について解いた下記の状態方程式(式(c3)、(c4))を離散化し、1ステップ先の電流を予測する。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq=ωLdid +(R+pLq)iq +ωφ …(c2)
pid
=−(R/Ld)id +ω(Lq/Ld)iq +vd/Ld …(c3)
piq
=−ω(Ld/Lq)id−(Rd/Lq)iq+vq/Lq−ωφ/Lq…(c4)
ちなみに、上記の式(c1)、(c2)において、抵抗R、微分演算子p、d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLqおよび電機子鎖交磁束定数φを用いた。
In the
vd = (R + pLd) id−ωLqiq (c1)
vq = ωLdid + (R + pLq) iq + ωφ (c2)
pid
= − (R / Ld) id + ω (Lq / Ld) iq + vd / Ld (c3)
piq
= −ω (Ld / Lq) id− (Rd / Lq) iq + vq / Lq−ωφ / Lq (c4)
Incidentally, in the above formulas (c1) and (c2), the resistance R, the differential operator p, the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the armature flux linkage constant φ are used.
上記電流の予測は、操作状態設定部31によって仮設定される複数通りの操作状態のそれぞれについて行われる。 The prediction of the current is performed for each of a plurality of operation states temporarily set by the operation state setting unit 31.
一方、操作状態設定部34では、予測部33によって予測された予測電流ide,iqeと、指令電流idr,iqrとを入力として、インバータINVの操作状態を決定する。こうして決定された操作状態に基づき、操作部26では、操作信号g*#を生成して出力する。
On the other hand, the operation
図3に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、所定周期(制御周期Tc)で繰り返し実行される。 FIG. 3 shows a model prediction control processing procedure according to the present embodiment. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle (control cycle Tc).
この一連の処理では、まずステップS10において、電気角θ(n)と、実電流id(n),iq(n)とを検出するとともに、前回の制御周期で決定された電圧ベクトルV(n)を出力する。続くステップS12においては、1制御周期先における電流(ide(n+1),iqe(n+1))を予測する。これは、上記ステップS10によって出力された電圧ベクトルV(n)によって、1制御周期先の電流がどうなるかを予測する処理である。ここでは、基本的には、上記の式(c3)、(c4)にて表現されたモデルを前進差分法にて制御周期Tcで離散化したものを用いて、電流ide(n+1)、iqe(n+1)を算出する。この際、電流の初期値として、上記ステップS10において検出された実電流id(n),iq(n)を用いるとともに、dq軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルV(n)を、上記ステップS10において検出された電気角θ(n)によってdq変換したものを用いる。 In this series of processing, first, in step S10, the electrical angle θ (n) and the actual currents id (n) and iq (n) are detected, and the voltage vector V (n) determined in the previous control cycle. Is output. In subsequent step S12, the current (ide (n + 1), iqe (n + 1)) in one control cycle ahead is predicted. This is a process of predicting what will happen to the current one control cycle ahead based on the voltage vector V (n) output in step S10. Here, basically, currents ide (n + 1), iqe (n) are obtained by discretizing the model expressed by the above equations (c3) and (c4) with the control period Tc by the forward difference method. n + 1) is calculated. At this time, the actual currents id (n) and iq (n) detected in step S10 are used as the initial value of the current, and the voltage vector V (n) is used as the voltage vector on the dq axis. The one obtained by dq conversion using the electrical angle θ (n) detected in FIG.
続くステップS14〜S22では、次回の制御周期における電圧ベクトルを複数通りに仮設定した場合のそれぞれについて、2制御周期先の電流を予測する処理を行う。すなわち、まずステップS14において、電圧ベクトルを定める数jを「0」に設定する。続くステップS16においては、電圧ベクトルVjを、次回の制御周期における電圧ベクトルV(n+1)として設定する。続くステップS18においては、上記ステップS12と同様にして予測電流ide(n+2)、iqe(n+2)を算出する。ただし、ここでは、電流の初期値として、上記ステップS12において算出された予測電流ide(n+1),iqe(n+1)を用いるとともに、dq軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルV(n+1)を、上記ステップS10において検出された電気角θ(n)にωTcを加算した角度によってdq変換したものを用いる。 In subsequent steps S14 to S22, a process of predicting a current two control cycles ahead is performed for each of cases where a plurality of voltage vectors are temporarily set in the next control cycle. That is, first, in step S14, the number j that defines the voltage vector is set to “0”. In subsequent step S16, voltage vector Vj is set as voltage vector V (n + 1) in the next control cycle. In subsequent step S18, predicted currents ide (n + 2) and iqe (n + 2) are calculated in the same manner as in step S12. However, here, the predicted currents ide (n + 1) and iqe (n + 1) calculated in step S12 are used as the initial value of the current, and the voltage vector V (n + 1) is used as the voltage vector on the dq axis. What dq-transformed by the angle which added (omega) Tc to the electrical angle (theta) (n) detected in step S10 is used.
続くステップS20においては、数jが「7」であるか否かを判断する。この処理は、インバータINVの操作状態を決定する電圧ベクトルV0〜V7の全てについて、電流の予測処理が完了したか否かを判断するためのものである。そして、ステップS20において否定判断される場合には、ステップS22において、数jをインクリメントし、ステップS16に戻る。これに対し、ステップS20において肯定判断される場合には、ステップS24に移行する。 In a succeeding step S20, it is determined whether or not the number j is “7”. This process is for determining whether or not the current prediction process has been completed for all of the voltage vectors V0 to V7 that determine the operating state of the inverter INV. If a negative determination is made in step S20, the number j is incremented in step S22, and the process returns to step S16. On the other hand, when a positive determination is made in step S20, the process proceeds to step S24.
ステップS24においては、次回の制御周期における電圧ベクトルV(n+1)を決定する処理を行う。ここでは、評価関数Jを最小化する電圧ベクトルを最終的な電圧ベクトルV(n+1)とする。本実施形態では、評価関数Jとして、評価が低いほど値が大きくなるものを採用する。具体的には、評価関数Jを、指令電流ベクトルIdqr=(idr,iqr)と、予測電流ベクトルIdqe=(ide,iqe)との差の内積値に基づき算出する。これは、指令電流ベクトルIdqrと予測電流ベクトルIdqeとの各成分の偏差が正、負の双方の値となりえることに鑑み、値が大きいほど評価が低いことを表現するための一手法である。これにより、指令電流ベクトルIdqrと予測電流ベクトルIdqeとの各成分の差が大きいほど、評価が低くなる評価関数Jを構築することができる。 In step S24, a process for determining the voltage vector V (n + 1) in the next control cycle is performed. Here, a voltage vector that minimizes the evaluation function J is defined as a final voltage vector V (n + 1). In the present embodiment, an evaluation function J having a value that increases as the evaluation is lower is employed. Specifically, the evaluation function J is calculated based on the inner product value of the difference between the command current vector Idqr = (idr, iqr) and the predicted current vector Idqe = (ide, iqe). This is a method for expressing that the evaluation is lower as the value is larger in view of the fact that the deviation of each component between the command current vector Idqr and the predicted current vector Idqe can be both positive and negative values. As a result, it is possible to construct an evaluation function J in which the evaluation becomes lower as the difference between the components of the command current vector Idqr and the predicted current vector Idqe is larger.
ここで、ステップS20において肯定判断される時点で、電圧ベクトルV0〜V7のそれぞれについての予測電流ide(n+2),iqe(n+2)が算出されている。このため、これら8通りの予測電流ide(n+2),iqe(n+2)を用いて、評価関数Jの値を8つ算出することができる。続くステップS26においては、電圧ベクトルV(n),V(n+1)を、それぞれ電圧ベクトルV(n−1),V(n)とし、電気角θ(n)を電気角θ(n−1)とし、実電流id(n),iq(n)を、それぞれ実電流id(n−1)、iq(n−1)とする。 Here, when an affirmative determination is made in step S20, predicted currents ide (n + 2) and iqe (n + 2) are calculated for each of the voltage vectors V0 to V7. Therefore, eight values of the evaluation function J can be calculated using these eight predicted currents ide (n + 2) and iqe (n + 2). In the subsequent step S26, the voltage vectors V (n) and V (n + 1) are set to the voltage vectors V (n−1) and V (n), respectively, and the electrical angle θ (n) is the electrical angle θ (n−1). And real currents id (n) and iq (n) are assumed to be real currents id (n-1) and iq (n-1), respectively.
なお、ステップS26の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。 In addition, when the process of step S26 is completed, this series of processes is once complete | finished.
ところで、上記電流センサ16u,16v,16wによって検出される実電流iu,iv,iwには、実際の電流値に対して規定値(オフセット値)だけずれたオフセット誤差が生じることがある。そしてこの場合には、モデル予測制御を行なう場合であっても、モータジェネレータ10のトルクが電気角周期で変動することが発明者らによって見出された。
Incidentally, the actual currents iu, iv, and iw detected by the
そこで本実施形態では、都度選択される電圧ベクトルViから各相の電圧を算出し、それらの1電気角周期に渡る積分値によって上記オフセット誤差を定量化するとともに、これをゼロにフィードバック制御する。すなわち、オフセット誤差が生じる場合、基本波に応じて変動するはずの相電流の振幅中心がゼロからずれる。そして、操作状態設定部34では、これを解消しようとして電圧ベクトルViを選択するために、各相に印加する電圧もオフセットを有するようになる。したがって、各相に印加する電圧をオフセット誤差の定量値とすることができ、また、これをゼロにフィードバック制御することで、オフセット誤差を補償することができる。
Therefore, in this embodiment, the voltage of each phase is calculated from the voltage vector Vi selected each time, and the offset error is quantified by the integral value over one electrical angle period, and this is feedback-controlled to zero. That is, when an offset error occurs, the amplitude center of the phase current that should fluctuate according to the fundamental wave deviates from zero. And in the operation
こうした処理を実現すべく、本実施形態では、先の図1に示すように、積分値算出部40において、操作状態設定部34によって都度設定された電圧ベクトルViと電源電圧VDCとを入力として、各相の都度の印加電圧vu,vv,vwの積分値Δvu,Δvv,Δvwを算出する。図4に、積分値算出部40の行なう処理の手順を示す。この処理は、たとえば先の図3に示した処理に同期してくり返し実行される。
In order to realize such processing, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the integral
この一連の処理では、まずステップS30において、今回の電圧ベクトルV(n)を取得する。この処理は、たとえば先の図3のステップS10の処理の後に行えばよい。続くステップS32においては、電圧ベクトルV(n)から、各相の印加電圧vu(n),vv(n),vw(n)をマップ演算する。図5に、このマップを示す。図示されるように、マップは、各電圧ベクトルVi(i=0〜7)と、印加電圧vu,vv,vwとの関係を定めるものである。ここで、たとえば電圧ベクトルV1について、マップの値となることは、以下のようにして示される。 In this series of processes, first, in step S30, the current voltage vector V (n) is acquired. This process may be performed after the process of step S10 of FIG. In the subsequent step S32, the applied voltages vu (n), vv (n), and vw (n) of each phase are map-calculated from the voltage vector V (n). FIG. 5 shows this map. As shown in the figure, the map defines the relationship between each voltage vector Vi (i = 0 to 7) and the applied voltages vu, vv, and vw. Here, for example, regarding the voltage vector V1, the value of the map is indicated as follows.
まず、U相およびV相間の線間電圧Vuv,V相およびW相間の線間電圧Vvw、W相およびU相間の線間電圧Vwuは、以下の式にて表現される。 First, the line voltage Vuv between the U phase and the V phase, the line voltage Vvw between the V phase and the W phase, and the line voltage Vwu between the W phase and the U phase are expressed by the following equations.
Vuv=vu−vv=VDC−0=VDC
Vvw=vv−vw=0−0=0
Vwu=vw−vu=0−VDC=−VDC
ここで、「vu+vv+vw=0」とすることで、図5に示すマップの値が得られる。
Vuv = vu-vv = VDC-0 = VDC
Vvw = vv-vw = 0-0 = 0
Vwu = vw−vu = 0−VDC = −VDC
Here, by setting “vu + vv + vw = 0”, the value of the map shown in FIG. 5 is obtained.
先の図4に示すステップS34においては、各相の印加電圧v*(*=u,v,w)の積分値Δv*を算出する。これは、制御周期Tcと今回の印加電圧v*(n)との積を前回の積分値Δv*に加算することで行われる。続くステップS36においては、積分値Δv*の積分区間が1電気角周期となったか否かを判断する。そして、1電気角周期となったと判断される場合、ステップS38において、積分値Δv*を出力し、これを初期化する。 In step S34 shown in FIG. 4, the integrated value Δv * of the applied voltage v * (* = u, v, w) of each phase is calculated. This is performed by adding the product of the control cycle Tc and the current applied voltage v * (n) to the previous integrated value Δv *. In the subsequent step S36, it is determined whether or not the integration interval of the integration value Δv * is one electrical angle cycle. If it is determined that one electrical angle period has been reached, an integral value Δv * is output and initialized in step S38.
上記出力された積分値Δvu,Δvv,Δvwのそれぞれは、先の図1に示す積分要素42u,42v,42wのそれぞれに出力される。そして、積分要素42u,42v,42wの出力のそれぞれは、補正部44u,44v,44wのそれぞれにおいて、実電流iu,iv,iwに加算される。これにより、積分要素42*の出力が実電流i*の補正量となる。
The output integration values Δvu, Δvv, Δvw are output to the
上記積分要素42*のゲインKiは、積分値Δv*を電流量に変換する係数「1/R(R:モータジェネレータ10のモデルにおける抵抗値)よりも小さく設定される。これは、一度の積分値Δv*によって実電流i*のオフセット誤差を全て解消する処理とする場合には、積分値Δv*に混入するノイズの影響を受けやすいことに鑑みた設定である。
The gain Ki of the
図6に、本実施形態の効果を示す。 FIG. 6 shows the effect of this embodiment.
図示されるように、本実施形態によれば、電流のオフセット誤差が解消し、トルクの変動も解消できている。 As shown in the figure, according to the present embodiment, the current offset error is eliminated, and torque fluctuations are also eliminated.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)電圧ベクトルV(n)を入力とし、印加電圧vu(n),vv(n),vw(n)をマップ演算した。これにより、回転角度センサ14によって検出される電気角θに誤差があったとしても、その影響を受けることなく、各相に実際に印加された電圧を算出することができ、ひいては積分値Δv*を電流センサ16*のオフセット誤差を高精度に定量化した値とすることができる。
(1) With the voltage vector V (n) as an input, the applied voltages vu (n), vv (n), and vw (n) were map-calculated. As a result, even if there is an error in the electrical angle θ detected by the
(2)積分値Δv*を入力とする積分要素42*の出力を、実電流i*の補正量とした。これにより、定常的な誤差であるオフセット誤差を解消することができる。
(2) The output of the
(3)モデル予測制御を行った。これにより、印加電圧vu(n),vv(n),vw(n)を算出する上で必要なインバータINVの操作状態に関する情報(電圧ベクトルV(n))を簡易に取得することができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(3) Model predictive control was performed. Thereby, information (voltage vector V (n)) regarding the operation state of the inverter INV necessary for calculating the applied voltages vu (n), vv (n), and vw (n) can be easily obtained.
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図7に、本実施形態にかかる積分値算出部40の行なう処理の手順を示す。この処理は、たとえば先の図3に示した処理に同期してくり返し実行される。なお、図7に示す処理のうち、先の図4に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
FIG. 7 shows a procedure of processing performed by the integral
本実施形態では、ステップS34aにおいて、印加電圧v*が電気角の関数であるとして、積分値Δv*を電気角で積分する。すなわち、1制御周期Tcにおける電気角の変化量は、「ω×Tc」であるため、印加電圧v*(n)に「ω×Tc」を乗算した値を前回の積分値Δv*に加算することで、今回の積分値Δv*を算出する。 In the present embodiment, in step S34a, the integrated value Δv * is integrated with the electrical angle, assuming that the applied voltage v * is a function of the electrical angle. That is, since the change amount of the electrical angle in one control cycle Tc is “ω × Tc”, a value obtained by multiplying the applied voltage v * (n) by “ω × Tc” is added to the previous integrated value Δv *. Thus, the current integration value Δv * is calculated.
このように、電気角で積分することで、電気角速度ωが変化しても、積分値Δv*によるオフセット誤差の定量化精度が低下することを抑制することができる。すなわち、図8(a)に示すように、電気角速度ωが一定である場合、印加電圧v*にオフセットがない状況下において制御周期Tcを用いて積分すると、1電気角周期に渡る積分値Δv*はゼロとなる。一方、図8(b)に示すように、電気角速度ωが変化する場合、印加電圧v*にオフセットがない状況下において制御周期Tcを用いて積分すると、1電気角周期に渡る積分値Δv*がゼロからずれる。これに対し、図8(c)に示すように、電気角速度ωが変化する場合であっても、印加電圧v*にオフセットがない状況下において電気角を用いて積分すると、1電気角周期に渡る積分値Δv*がゼロとなる。 As described above, by integrating with the electrical angle, it is possible to suppress a reduction in the quantification accuracy of the offset error due to the integral value Δv * even if the electrical angular velocity ω changes. That is, as shown in FIG. 8 (a), when the electrical angular velocity ω is constant, the integration value Δv over one electrical angular cycle is obtained by integration using the control cycle Tc under the condition that the applied voltage v * is not offset. * Is zero. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the electrical angular velocity ω changes, integration is performed using the control cycle Tc under the condition that the applied voltage v * is not offset, the integrated value Δv * over one electrical angular cycle. Deviates from zero. On the other hand, as shown in FIG. 8 (c), even when the electrical angular velocity ω changes, integration using the electrical angle under the condition that the applied voltage v * has no offset results in one electrical angular period. The integrated value Δv * that passes is zero.
ここで、図8(b)に示す積分値Δv*に誤差が生じるのは、印加電圧v*の各サンプリングタイミング間の位相差が電気角速度ωに応じて変化することに起因している。すなわち、電気角速度ωの変化前と変化後とで、サンプリングタイミング間の位相差が変化することに起因している。印加電圧v*の位相は、電気角であるため、印加電圧v*が基本波となるためには、その独立変数を電気角とする必要がある。このため、時間での積分では、電気角速度ωが不変となり時間と電気角とが比例関係となる場合を除いて、積分値Δv*に誤差を生じさせることとなる。 Here, the error in the integrated value Δv * shown in FIG. 8B is due to the fact that the phase difference between the sampling timings of the applied voltage v * changes according to the electrical angular velocity ω. In other words, this is because the phase difference between the sampling timings changes before and after the change of the electrical angular velocity ω. Since the phase of the applied voltage v * is an electrical angle, in order for the applied voltage v * to be a fundamental wave, the independent variable needs to be an electrical angle. For this reason, in integration over time, an error occurs in the integrated value Δv * except when the electrical angular velocity ω does not change and the time and electrical angle are in a proportional relationship.
以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained in addition to the above-described effects of the first embodiment.
(4)印加電圧v*を電気角の関数として積分した。これにより、電気角速度ωの変動に起因して積分値Δv*によるオフセット誤差の定量化精度が低下することを好適に抑制することができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(4) The applied voltage v * was integrated as a function of the electrical angle. Thereby, it can suppress suitably that the quantification precision of the offset error by integral value (DELTA) v * resulting from the fluctuation | variation of electrical angular velocity (omega) falls.
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図9に、本実施形態にかかる積分値算出部40の行なう処理の手順を示す。この処理は、所定周期Tでくり返し実行される。なお、図9に示す処理のうち、先の図4に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
FIG. 9 shows a procedure of processing performed by the integral
本実施形態では、積分演算の周期Tを制御周期Tcよりも長い周期とする(ステップS34b)。これに応じるべく、本実施形態では、積分値Δv*を、N(>1)電気角周期に渡る印加電圧v*の積分値とする(ステップS36a)。これは、積分値Δv*によって、モータジェネレータ10の各相(端子)に印加される電圧の平均値をより高精度に定量化するための設定である。すなわち、積分値Δv*の精度を向上させる上では、積分値Δv*の算出に用いられる印加電圧v*として様々な位相における値を用いることが望ましい。しかし、図10(a)に示すように、積分値Δv*の算出に用いる印加電圧v*のサンプリング数が不足すると、算出に用いる印加電圧v*の位相としても十分なものとならない。このため、積分値Δv*に誤差が生じやすい。これに対し、図10(b)に示すように、積分値Δv*の算出期間をN電気角周期(ここでは、N=4を例示)とすることで、積分値Δv*の算出に用いる印加電圧v*のサンプリング数を増大させ、サンプリングする印加電圧v*の位相もサンプリング周期の整数倍が電気角周期とならないかぎり、様々な値となる。このため積分値Δv*の誤差を低減することができる。
In the present embodiment, the integration calculation cycle T is longer than the control cycle Tc (step S34b). In order to respond to this, in the present embodiment, the integral value Δv * is set to the integral value of the applied voltage v * over N (> 1) electrical angle cycles (step S36a). This is a setting for quantifying the average value of the voltage applied to each phase (terminal) of the
以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained in addition to the above-described effects of the first embodiment.
(5)積分値Δv*の積分期間を1電気角周期よりも長くすることで、印加電圧v*のサンプリング数を増加させたり、様々な位相での印加電圧v*をサンプリングしたりすることができ、ひいては積分値Δv*によるオフセット誤差の定量化精度が向上する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(5) By increasing the integration period of the integration value Δv * to be longer than one electrical angle cycle, the number of applied voltages v * can be increased, or the applied voltage v * can be sampled at various phases. As a result, the quantification accuracy of the offset error by the integral value Δv * is improved.
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、モータジェネレータ10の運転状態が過渡的な運転状態となる場合に、積分値Δv*の算出を停止し、積分値Δv*を初期化する。これは、過渡的な運転状態の場合、モータジェネレータ10の各相に印加される電圧の振幅が変化するために、実電流i*にオフセット誤差が生じない場合であっても、1電気角周期に渡る印加電圧v*の積分値がゼロにならないためである。
In the present embodiment, when the operation state of the
図11に、上記積分値Δv*の算出停止処理の手順を示す。この処理は、所定周期でくり返し実行される。 FIG. 11 shows the procedure of the calculation stop processing of the integral value Δv *. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle.
この一連の処理では、まずステップS40において、要求トルクTrの変化量ΔTrの絶対値が規定量ΔTthより大きいことと、電気角速度ωの変化量Δωの絶対値が規定量Δωthよりも大きいこととの論理和が真であるか否かを判断する。この処理は、モータジェネレータ10の過渡運転時であるか否かを判断するためのものである。そしてステップS40において肯定判断される場合、ステップS42において、積分値Δv*の算出処理を停止し、積分値Δv*を初期化する。これにより、過渡運転時において積分要素42*の出力は、過渡運転時に移行する直前の出力値に維持されることとなる。
In this series of processing, first, in step S40, the absolute value of the change amount ΔTr of the required torque Tr is greater than the specified amount ΔTth, and the absolute value of the change amount Δω of the electrical angular velocity ω is greater than the specified amount Δωth. Determine whether the logical sum is true. This process is for determining whether or not the
なお、ステップS42の処理が完了する場合や、上記ステップS40において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。 When the process of step S42 is completed or when a negative determination is made in step S40, this series of processes is temporarily terminated.
以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained in addition to the above-described effects of the first embodiment.
(6)過渡運転時であると判断される場合、積分値Δv*の算出処理を停止した。これにより、積分値Δv*によるオフセット誤差の定量化精度が低下する状況下、積分値Δv*がフィードバック制御に反映されることを回避することができる。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(6) When it is determined that the vehicle is in transient operation, the calculation process of the integral value Δv * is stopped. As a result, it is possible to avoid the integration value Δv * being reflected in the feedback control in a situation where the quantification accuracy of the offset error due to the integration value Δv * is reduced.
<Fifth Embodiment>
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.
上記実施形態では、印加電圧v*を電圧ベクトルViから一義的に定まる値として算出した。ところで、電圧ベクトルV(n)が電圧ベクトルV(n−1)と相違することで、インバータINVのスイッチング状態の切り替えがなされる場合、上側アームのスイッチング素子S*pと下側アームのスイッチング素子S*nとの双方がオフとなるデッドタイム期間DTが設けられる。そしてデッドタイム期間DTにおいては、対応する相電流の極性に応じてダイオードD*#に電流が流れることから、モータジェネレータ10に印加される電圧は、相電流に依存することとなる。このため、本実施形態では、先の図5に示したマップによって算出される印加電圧v*を、デッドタイム期間の電圧を考慮して補正する。
In the above embodiment, the applied voltage v * is calculated as a value that is uniquely determined from the voltage vector Vi. By the way, when the switching state of the inverter INV is switched because the voltage vector V (n) is different from the voltage vector V (n−1), the switching element S * p of the upper arm and the switching element of the lower arm are switched. A dead time period DT in which both S * n and OFF are provided. In the dead time period DT, since a current flows through the diode D * # according to the polarity of the corresponding phase current, the voltage applied to the
図12に、上記補正処理の手順を示す。この処理は、先の図4に示した処理に同期して行われる。 FIG. 12 shows the procedure of the correction process. This process is performed in synchronization with the process shown in FIG.
この一連の処理では、まずステップS50において、前回の電圧ベクトルV(n−1)と今回の電圧ベクトルV(n)とが互いに相違するか否かを判断する。この処理は、インバータINVのスイッチング状態が変更されるか否かを判断するためのものである。そして、ステップS50において肯定判断される場合、ステップS52において、今回の電圧ベクトルV(n)と前回採用された電圧ベクトルV(n−1)との差ベクトル(U,V,W)を算出する。ここでは、電圧ベクトルV(n),V(n−1)を、3相座標系の成分として表現する。ここで、各成分の値は、上側アームがオンの場合と下側アームがオンの場合とで相違すれば任意でよい。ただしここでは、簡単のため、上側アームがオンの場合を「1」、下側アームがオンの場合を「0」とする。また、デッドタイム期間DTにおける印加電圧(nu,nv,nw)を、今回の電圧ベクトルV(n)に仮設定する。ここで、印加電圧(nu,nv,nw)の各成分の表現方法も任意であるが、ここでは、簡単のため、上側アームがオンの場合を「1」、下側アームがオンの場合を「0」とする。 In this series of processes, first, in step S50, it is determined whether or not the previous voltage vector V (n-1) and the current voltage vector V (n) are different from each other. This process is for determining whether or not the switching state of the inverter INV is changed. If an affirmative determination is made in step S50, a difference vector (U, V, W) between the current voltage vector V (n) and the previously adopted voltage vector V (n-1) is calculated in step S52. . Here, voltage vectors V (n) and V (n−1) are expressed as components of a three-phase coordinate system. Here, the value of each component may be arbitrary as long as it differs between when the upper arm is on and when the lower arm is on. However, here, for simplicity, the case where the upper arm is on is “1”, and the case where the lower arm is on is “0”. Further, the applied voltage (nu, nv, nw) in the dead time period DT is temporarily set to the current voltage vector V (n). Here, the expression method of each component of the applied voltage (nu, nv, nw) is also arbitrary, but here, for simplicity, the case where the upper arm is on is “1” and the case where the lower arm is on. “0”.
続くステップS54においては、差ベクトルのU相成分Uがゼロであるか否かを判断する。この処理は、電圧ベクトルV(n)の設定によって、U相のスイッチング状態の切り替えがなされないか否かを判断するためのものである。そして、ステップS54において否定判断される場合、切り替えがなされたとして、ステップS56において、U相の電流iuが負であるか否かを判断する。この処理は、上側アームのダイオードDupに電流が流れるか否かを判断するためのものである。なお、ここでの電流iuは、電圧ベクトルV(n)の出力タイミングにおける予測電流(前回の制御周期における予測電流ide(n+1),iqe(n+1))とすればよい。そして、負である場合には、デッドタイム期間の印加電圧のU相成分nuを「1」とし(ステップS58)、そうでない場合には、U相成分nuを「0」とする(ステップS60)。これは、相電流が負である場合、デッドタイム期間DTにおいて、ダイオードDupを介して電流が流れ、相電流が正である場合、デッドタイム期間DTにおいて、ダイオードDunを介して電流が流れることに鑑みたものである。 In a succeeding step S54, it is determined whether or not the U-phase component U of the difference vector is zero. This process is for determining whether or not the switching state of the U phase is not switched by setting the voltage vector V (n). If a negative determination is made in step S54, it is determined that switching has been performed, and in step S56, it is determined whether or not the U-phase current iu is negative. This process is for determining whether or not a current flows through the diode Dup of the upper arm. Here, the current iu may be a predicted current at the output timing of the voltage vector V (n) (predicted current ide (n + 1), iqe (n + 1) in the previous control cycle). If negative, the U-phase component nu of the applied voltage during the dead time period is set to “1” (step S58). If not, the U-phase component nu is set to “0” (step S60). . This is because when the phase current is negative, current flows through the diode Dup in the dead time period DT, and when the phase current is positive, current flows through the diode Dun in the dead time period DT. In view of this.
上記ステップS58,S60の処理が完了する場合や、ステップS54において肯定判断される場合には、上記ステップS54〜S60の処理に対応するステップS62〜S68の処理によって、V相のスイッチング状態が変更されたか否かの判断処理、および変更された場合におけるデッドタイム期間の印加電圧のV相成分nvを設定する処理を行う。 When the processes of steps S58 and S60 are completed or when an affirmative determination is made in step S54, the switching state of the V phase is changed by the processes of steps S62 to S68 corresponding to the processes of steps S54 to S60. And a process of setting the V-phase component nv of the applied voltage in the dead time period when changed.
そして、上記ステップS66,S68の処理が完了する場合や、ステップS62において肯定判断される場合には、上記ステップS54〜S60の処理に対応するステップS70〜S76の処理によって、W相のスイッチング状態が変更されたか否かの判断処理、および変更された場合におけるデッドタイム期間の印加電圧のW相成分nwを設定する処理を行う。 When the processes of steps S66 and S68 are completed or when an affirmative determination is made in step S62, the W-phase switching state is changed by the processes of steps S70 to S76 corresponding to the processes of steps S54 to S60. Processing for determining whether or not the change has been made, and processing for setting the W-phase component nw of the applied voltage during the dead time when changed are performed.
こうしてステップS74,S76の処理が完了した場合や、ステップS70において否定判断される場合には、ステップS78に移行する。この時点では、印加電圧(nu,nv,nw)は、デッドタイム期間DTにおける印加電圧として正しい値を示している(ただし、上側アームがオンの場合を「1」、下側アームがオンの場合を「0」と表現しているのみであるため、絶対値は正しくない)。このため、これに基づき、デッドタイム期間DTにおける電圧の補正量を算出する。これはたとえば、上記のように「1」および「0」で表記された電圧ベクトルV(n)と印加電圧(nu,nv,nw)との差ベクトルが、先の図2に示した電圧ベクトルのいずれであるかを特定し、この電圧ベクトルを先の図5のマップで各相の印加電圧に変換し、この印加電圧に「DT/Tc」を乗算したものを補正量とすればよい。 When the processes in steps S74 and S76 are completed in this way, or when a negative determination is made in step S70, the process proceeds to step S78. At this time, the applied voltage (nu, nv, nw) shows a correct value as the applied voltage in the dead time period DT (however, “1” when the upper arm is on and “1” when the lower arm is on) Is simply expressed as “0”, so the absolute value is not correct). Therefore, based on this, the voltage correction amount in the dead time period DT is calculated. For example, the difference vector between the voltage vector V (n) represented by “1” and “0” and the applied voltage (nu, nv, nw) as described above is the voltage vector shown in FIG. The voltage vector is converted into an applied voltage for each phase using the map shown in FIG. 5 and the applied voltage is multiplied by “DT / Tc” as a correction amount.
続くステップS80においては、先の図4のステップS32においてマップ演算される印加電圧v*を、ステップS78において算出された補正量によって補正する。これにより、印加電圧v*は、制御周期Tcにおける各相の電圧を高精度に表現したものとなる。このため、先の図4のステップS34において、デッドタイム期間DTにおける印加電圧をも正確に反映した積分値Δv*を算出することができる。 In subsequent step S80, the applied voltage v * calculated in the map in step S32 of FIG. 4 is corrected by the correction amount calculated in step S78. As a result, the applied voltage v * is a highly accurate representation of the voltage of each phase in the control cycle Tc. Therefore, in step S34 of FIG. 4, the integrated value Δv * that accurately reflects the applied voltage in the dead time period DT can be calculated.
以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained in addition to the above-described effects of the first embodiment.
(7)モータジェネレータ10を流れる電流に基づき、印加電圧v*をデッドタイム期間DTにおいて印加される電圧を反映して算出した。これにより、積分値Δv*を、電流のオフセット誤差をより高精度に表現したものとすることができる。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(7) Based on the current flowing through the
<Sixth Embodiment>
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図13に本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図13において、先の図1に示した部材や処理に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 13 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 13, the same reference numerals are given for the sake of convenience for members and processes corresponding to those shown in FIG. 1.
図示されるように、本実施形態では、積分値Δv*をゼロにフィードバック制御するための操作対象を、予測電流ide,iqeとする。すなわち、積分要素42*の出力は、dq変換部60においてd軸の補正量Δidと、q軸の補正量Δiqとに変換される。そして、これらは予測部33において、予測電流ide,iqeが算出される際に用いられる。すなわち、先の図3のステップS12において算出される予測電流ide,iqeに加算される。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
As illustrated, in the present embodiment, the operation target for feedback control of the integral value Δv * to zero is assumed to be the predicted currents ide and iqe. That is, the output of the
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
「デッドタイム補正手段について」
上記第5の実施形態(図12)に例示した処理を行なうものに限らない。たとえば、電圧ベクトルが変更される場合、電圧ベクトルV(n)に基づきマップ演算される印加電圧v*(n)の積分処理を、「v*(n)×(Tc−DT)」としたり、「v*(n)×ω×(Tc−DT)」としたりしてもよい。これによっても、積分値Δv*のデッドタイムDTに起因した誤差を低減することができることもある。
"Dead time correction method"
The processing is not limited to the processing exemplified in the fifth embodiment (FIG. 12). For example, when the voltage vector is changed, the integration process of the applied voltage v * (n) that is mapped based on the voltage vector V (n) is set to “v * (n) × (Tc−DT)”, “V * (n) × ω × (Tc−DT)” may be used. This may also reduce the error due to the dead time DT of the integral value Δv *.
「積分手段について」
電気角の整数倍の期間にわたって相電圧を積分するものに限らない。たとえば、相電圧が正である期間における相電圧と負である期間における相電圧の絶対値とを別途積分し、それらの差を算出するものであってもよい。この場合、積分期間が電気角周期の整数倍からずれる場合であっても、積分期間を長くすることで、電気角の整数倍からのずれによって積分値によるオフセット誤差の定量化精度が低下することを好適に抑制することができる。
"About integration means"
The phase voltage is not limited to be integrated over a period that is an integral multiple of the electrical angle. For example, the phase voltage in the period in which the phase voltage is positive and the absolute value of the phase voltage in the period in which the phase voltage is negative may be separately integrated and the difference between them may be calculated. In this case, even if the integration period deviates from an integral multiple of the electrical angle period, the accuracy of quantifying the offset error due to the integral value decreases due to the deviation from the integral multiple of the electrical angle by increasing the integration period. Can be suitably suppressed.
「フィードバック制御手段について」
積分要素の出力を補正量とするものに限らない。たとえば、比例要素および積分要素の出力同士の和を補正量とするものであってもよい。
About feedback control means
The correction is not limited to the output of the integral element. For example, the sum of outputs of the proportional element and the integral element may be used as the correction amount.
また、積分要素を備えるものにも限らない。たとえば、積分値Δv*を、電流量に変換し、これを補正量としてもよい。この変換係数は、モータジェネレータ10をモデル化した際の抵抗値Rを用いて「1/R」とすればよい。なお、この場合、禁止手段による禁止処理によって新たな補正量が算出されない場合、前回の補正量を継続して使用することが望ましい。
Moreover, it is not restricted to what has an integral element. For example, the integral value Δv * may be converted into a current amount and used as a correction amount. This conversion coefficient may be set to “1 / R” using the resistance value R when the
「判断手段について」
要求トルクTrの変化量ΔTrに代えて、指令電流idr,iqrの変化量が大きいことに基づき過渡運転時であると判断してもよい。
About judgment means
Instead of the change amount ΔTr of the required torque Tr, it may be determined that the operation is in transient operation based on the large change amounts of the command currents idr and iqr.
「禁止手段について」
積分ゲインKiを十分に小さくするなら、禁止手段を備えなくても、過渡運転時における補正部44,48,52の出力値の精度の低下等を抑制することができる。
“Prohibited measures”
If the integral gain Ki is made sufficiently small, a decrease in accuracy of output values of the
「仮設定される操作状態について」
スイッチング状態の切り替え端子数が「1」以下となるものに限らず、「2」以下となるものであってもよい。また、電圧ベクトルV0〜V7の全てであってもよい。
“Temporarily set operation status”
The number of switching terminals in the switching state is not limited to “1” or less, but may be “2” or less. Moreover, all of voltage vectors V0-V7 may be sufficient.
「予測手段について」
次回の電圧ベクトルV(n+1)によって生じる制御量のみを予測するものに限らない。たとえば、数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータINVの操作による制御量まで順次予測するものであってもよい。
About prediction means
It is not limited to predicting only the control amount generated by the next voltage vector V (n + 1). For example, the control amount by the operation of the inverter INV at the update timing several control cycles ahead may be sequentially predicted.
「決定手段について」
たとえば、上記第1の実施形態において、予測電流ide(n+2)と指令電流idr(n+2)との差の絶対値と、予測電流iqe(n+2)と指令電流iqr(n+2)との差の絶対値との加重平均処理値を、予測電流と指令電流との乖離度合いの評価対象とするパラメータとしてもよい。要は、乖離度合いが大きいほど評価が低くなることを定量化すべく、乖離度合いと評価パラメータとの間に正または負の相関関係があるパラメータによって定量化すればよい。
About the decision means
For example, in the first embodiment, the absolute value of the difference between the predicted current ide (n + 2) and the command current idr (n + 2) and the absolute value of the difference between the predicted current iqe (n + 2) and the command current iqr (n + 2) The weighted average processing value may be a parameter for which the degree of deviation between the predicted current and the command current is to be evaluated. In short, in order to quantify that the evaluation becomes lower as the degree of divergence is larger, it may be quantified by a parameter having a positive or negative correlation between the degree of divergence and the evaluation parameter.
「制御量について」
指令値と予測値とに基づきインバータINVの操作を決定するために用いる制御量としては、トルクおよび磁束と、電流とのいずれかに限らない。例えば、トルクのみまたは磁束のみであってもよい。また例えば、トルクおよびd軸電流またはトルクおよびq軸電流等、トルクおよび電流であってもよい。ここで、制御量を電流以外とする場合等において、センサによる直接の検出対象を電流以外としてもよい。
"About controlled variables"
The control amount used for determining the operation of the inverter INV based on the command value and the predicted value is not limited to any of torque, magnetic flux, and current. For example, only torque or magnetic flux may be used. Further, for example, torque and current such as torque and d-axis current or torque and q-axis current may be used. Here, when the control amount is other than the current, the direct detection target by the sensor may be other than the current.
上記各実施形態では、回転機の究極の制御量(予測対象であるか否かにかかわらず、最終的に所望の量とされることが要求される制御量)を、トルクとしたが、これに限らず、例えば回転速度等としてもよい。 In each of the above embodiments, the ultimate control amount of the rotating machine (the control amount that is ultimately required to be a desired amount regardless of whether or not it is a prediction target) is the torque. For example, the rotational speed may be used.
「回転機について」
回転機としては、3相回転機に限らず、5相回転機等、4相以上の回転機であってもよい。
"About rotating machines"
The rotating machine is not limited to a three-phase rotating machine, and may be a four-phase or more rotating machine such as a five-phase rotating machine.
上記実施形態では、固定子巻線がスター結線されたものを想定したがこれに限らず、デルタ結線されたものであってもよい。この場合、回転機の端子と相とは一致しない。したがって、印加電圧算出手段を、回転機の2つの端子に印加される電圧の差を算出する手段とすればよい。もっとも、これに限らず、各端子の電圧を算出し、それらの積分値同士に基づき、各相のオフセット誤差を特定するなどしてもよい。 In the above embodiment, it is assumed that the stator windings are star-connected, but the present invention is not limited to this and may be delta-connected. In this case, the terminal and phase of the rotating machine do not match. Therefore, the applied voltage calculation means may be a means for calculating the difference between the voltages applied to the two terminals of the rotating machine. However, the present invention is not limited to this, and the voltage at each terminal may be calculated, and the offset error of each phase may be specified based on the integral values thereof.
回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。 The rotating machine is not limited to an embedded magnet synchronous machine, and may be an arbitrary synchronous machine such as a surface magnet synchronous machine or a field winding type synchronous machine. Furthermore, it is not limited to a synchronous machine, but may be an induction rotating machine such as an induction motor.
回転機としては車両の主機として用いられるものに限らない。 The rotating machine is not limited to that used as the main machine of the vehicle.
「制御量の制御手法について」
モデル予測制御に限らず、通常の電流フィードバック制御や、瞬時電流値制御であってもよい。この場合であっても、印加電圧算出手段を備えることで、電気角θの誤差等の影響を受けることなく相電圧の偏り度合いを定量化することができるため、実電流iu,iv,iwのオフセット誤差を精度よく検出することができる。
"Control method of control amount"
Not only model prediction control but normal current feedback control or instantaneous current value control may be used. Even in this case, by providing the applied voltage calculation means, the degree of bias of the phase voltage can be quantified without being affected by the error of the electrical angle θ, etc., so that the actual currents iu, iv, iw An offset error can be detected with high accuracy.
「そのほか」
直流電圧源としては、高電圧バッテリ12に限らず、例えば高電圧バッテリ12の電圧を昇圧するコンバータの出力端子であってもよい。
"others"
The DC voltage source is not limited to the
互いに相違する複数の電圧値を有する電圧印加手段と回転機の端子との間を開閉するスイッチング素子を備えて構成される電力変換回路としては、回転機の端子を直流電圧源の正極および負極のそれぞれに選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路(インバータINV)に限らない。例えば、多相回転機の各相に3つ以上の互いに相違する値の電圧を印加する電圧印加手段と回転機の端子との間を選択的に開閉するスイッチング素子を備えるものであってもよい。なお、回転機の端子に3つ以上の互いに相違する値の電圧を印加するための電力変換回路としては、例えば特開2006−174697号公報に例示されているものがある。 As a power conversion circuit comprising a switching element that opens and closes between a voltage applying means having a plurality of voltage values different from each other and a terminal of the rotating machine, the terminal of the rotating machine is connected to the positive and negative terminals of the DC voltage source. The present invention is not limited to a DC / AC conversion circuit (inverter INV) including switching elements selectively connected to each. For example, it may be provided with a switching element that selectively opens and closes between a voltage applying unit that applies three or more different voltages to each phase of the multiphase rotating machine and a terminal of the rotating machine. . An example of a power conversion circuit for applying three or more different voltages to a terminal of a rotating machine is exemplified in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-174697.
10…モータジェネレータ、20…制御装置、40…積分値算出部、42u,42v,42w…積分要素、44u,44v,44w…補正部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電力変換回路の操作状態を表現する電圧ベクトルであって前記オン・オフ操作によって定まる固定座標系の電圧ベクトルを入力とし、前記回転機の回転角度を検出する回転角度センサの検出値を用いることなく、前記回転機の各端子または各相に印加される電圧と前記電圧ベクトルとの予め算出された関係を用いて前記各端子または各相に印加される電圧を算出する印加電圧算出手段と、
前記印加電圧算出手段によって算出される各端子または各相のそれぞれの電圧についての1電気角周期以上の期間にわたる積分値を算出する積分手段と、
前記積分値をゼロにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 For a power conversion circuit configured to include a switching element that opens and closes between a voltage application unit having a plurality of voltage values different from each other and a terminal of the rotating machine, the switching element constituting the power conversion circuit is an operation target, In a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by turning on and off the switching element based on a detection result of a current by a detecting unit that detects a current flowing through the rotating machine.
A voltage vector representing the operation state of the power converter circuit as the input voltage vector of a fixed coordinate system that Sadama by the on-off operation, the detection value of the rotation angle sensor for detecting a rotational angle of the rotating machine Applied voltage calculation means for calculating a voltage applied to each terminal or each phase using a pre-calculated relationship between a voltage applied to each terminal or each phase of the rotating machine and the voltage vector without using When,
Integrating means for calculating an integral value over a period of one electrical angle period or more for each voltage of each terminal or each phase calculated by the applied voltage calculating means;
Feedback control means for feedback-controlling the integral value to zero;
A control device for a rotating machine.
該予測手段によって予測される制御量に基づき、該予測される制御量に対応する前記電圧ベクトルを評価し、評価の高い前記電圧ベクトルを前記電力変換回路の操作状態として決定する決定手段と、
該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備え、
前記フィードバック制御手段は、前記検出手段による電流の検出結果を、前記積分値をゼロにフィードバック制御するような補正量で補正することを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。 Based on the detection result of the current by the detection means, a control amount having at least one of the current flowing through the rotating machine, the torque of the rotating machine, and the magnetic flux of the rotating machine when the voltage vector is temporarily set. Prediction means to predict;
A determination unit that evaluates the voltage vector corresponding to the predicted control amount based on the control amount predicted by the prediction unit, and determines the voltage vector having a high evaluation as an operation state of the power conversion circuit;
Operating means for operating the power conversion circuit so as to be in the determined operation state,
2. The control apparatus for a rotating machine according to claim 1 , wherein the feedback control unit corrects the detection result of the current by the detection unit with a correction amount that feedback-controls the integral value to zero .
前記過渡運転時であると判断される場合、前記積分手段の積分処理が前記フィードバック制御手段に反映されることを禁止する禁止手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 Determining means for determining whether or not the rotating machine is in a transient operation;
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a prohibiting unit that prohibits the integration process of the integrating unit from being reflected in the feedback control unit when it is determined that the operation is in the transient operation . The control device for a rotating machine according to Item 1 .
前記正極に接続するスイッチング素子と前記負極に接続するスイッチング素子とのいずれか一方および他方がそれぞれオンおよびオフとなる状態からいずれか一方および他方がそれぞれオフおよびオンとなる状態に切り替えるに際し、双方がオフ状態となるデッドタイム期間が設けられ、
前記操作状態が変更される場合、前記回転機を流れる電流に基づき、前記デッドタイム期間において各端子または各相に印加される電圧を前記積分値に反映させるデッドタイム補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 The power conversion circuit is a DC / AC conversion circuit including a switching element that selectively connects a terminal of the rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source and a diode connected in reverse parallel to the switching element,
When switching from the state where either one of the switching element connected to the positive electrode and the switching element connected to the negative electrode and the other are turned on and off to the state where one and the other are turned off and on, respectively, There is a dead time period to turn off,
When the operation state is changed, the apparatus further includes a dead time correction unit that reflects a voltage applied to each terminal or each phase in the dead time period based on a current flowing through the rotating machine in the integral value. The control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6 .
該予測手段によって予測される制御量に基づき、該予測される制御量に対応する前記電圧ベクトルを評価し、評価の高い前記電圧ベクトルを前記電力変換回路の操作状態として決定する決定手段と、
該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 Predicting means for predicting a control amount having at least one of a current flowing through the rotating machine, a torque of the rotating machine, and a magnetic flux of the rotating machine when the voltage vector is temporarily set;
Based on the control amount predicted by said prediction means, and determining means for evaluating the voltage vector corresponding to the control amount of the prediction to determine a high rating the voltage vector as the operation state of the power conversion circuit,
The rotating machine control device according to any one of claims 1 to 7 , further comprising operation means for operating the power conversion circuit so as to be in the determined operation state.
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