JP5573580B2 - Rotating machine control device and rotating machine control system - Google Patents

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本発明は、供給される電圧を電力変換回路で変換して回転機に伝達する際、トルク指令値に基づいてスイッチング素子の制御を行うことで回転機の実トルクを制御する回転機の制御装置および回転機の制御システムに関する。   The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls the actual torque of the rotating machine by controlling a switching element based on a torque command value when the supplied voltage is converted by a power conversion circuit and transmitted to the rotating machine. And a control system for a rotating machine.

従来では、回転機の実トルク(実際のトルク)をトルク指令値(要求トルク)に制御するに際し、高い電圧利用率が要求される領域においても回転機の制御性を高く維持する技術の一例が開示されている(例えば特許文献1を参照)。この技術では、回転機に対するトルク指令値および回転機の回転数(回転速度)に基づいて、ノルム設定手段が回転2相座標系における電力変換回路が出力する電圧ベクトルのノルム(電圧指令振幅)を設定し、位相設定手段が実トルクとトルク指令値との差に基づいて、回転2相座標系における電力変換回路が出力する電圧の位相を設定する。電圧ベクトルのノルムはトルク指令値に制御するためのフィードフォワード操作量として機能し、回転機の実トルクがトルク指令値に追従する。   Conventionally, when controlling the actual torque (actual torque) of a rotating machine to a torque command value (required torque), an example of a technique for maintaining high controllability of the rotating machine even in a region where a high voltage utilization rate is required. It is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this technique, based on the torque command value for the rotating machine and the rotation speed (rotational speed) of the rotating machine, the norm setting means calculates the norm (voltage command amplitude) of the voltage vector output from the power conversion circuit in the rotating two-phase coordinate system. The phase setting means sets the phase of the voltage output from the power conversion circuit in the rotating two-phase coordinate system based on the difference between the actual torque and the torque command value. The norm of the voltage vector functions as a feedforward operation amount for controlling the torque command value, and the actual torque of the rotating machine follows the torque command value.

特開2009−232531号公報JP 2009-232531 A

しかし、実際の回転機では、電力変換回路が出力する電圧の位相に対し、トルクの傾きが回転機の回転数または電力変換回路が出力する電圧ベクトルのノルム(電圧指令振幅)に応じて特性が変化する。特性の変化に伴ってトルク応答性がばらつくという問題点があった。特に、回転機の回転数が高くなるにつれてトルク応答性が悪化し、上記電圧値が低くなるにつれてトルク応答性が悪化する。   However, in an actual rotating machine, the characteristic of the torque gradient with respect to the phase of the voltage output from the power conversion circuit depends on the rotation speed of the rotating machine or the norm (voltage command amplitude) of the voltage vector output by the power conversion circuit. Change. There is a problem that the torque response varies with the change of characteristics. In particular, the torque response deteriorates as the rotational speed of the rotating machine increases, and the torque response deteriorates as the voltage value decreases.

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、回転数および電圧指令振幅が変化しても、従来よりもトルク応答性を向上させることができる回転機の制御装置および回転機の制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such points, and even when the rotational speed and the voltage command amplitude change, the control device for the rotating machine and the control of the rotating machine that can improve the torque response than the conventional one. The purpose is to provide a system.

上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、供給される電圧を電力変換回路で変換して回転機に伝達する際、トルク指令値に基づいて前記電力変換回路に含まれるスイッチング素子の制御を行うことにより、前記回転機のトルクを制御する回転機の制御装置において、前記回転機の回転数前記電力変換回路に入力する電圧値、電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上}とに基づいて、制御ゲインを設定するゲイン設定器と、少なくとも積分要素を含み、前記トルク指令値と前記トルクとの偏差と、前記ゲイン設定器で設定される制御ゲインとに基づいてフィードバック制御を行い、前記電力変換回路が出力する電圧の位相を示す電圧位相指令を出力するフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器から出力される電圧位相指令に基づいて、前記スイッチング素子の制御を行う制御信号を生成して前記電力変換回路に出力するスイッチング信号生成器と、を有し、前記ゲイン設定器は、前記回転数が高くなるにつれて前記制御ゲインを増加するように設定し、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上が低くなるにつれて前記制御ゲインを増加するように設定することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is included in the power conversion circuit based on a torque command value when the supplied voltage is converted by the power conversion circuit and transmitted to the rotating machine. by controlling the switching element, wherein the control device of the rotary machine to control the torque of the rotating machine, and the rotational speed of the rotating machine, the voltage value input to {the power conversion circuit, the voltage instruction amplitude and the torque command A gain setting device for setting a control gain based on one or more of the values } , a deviation between the torque command value and the torque, and a control set by the gain setting device, including at least an integral element A feedback controller that performs feedback control based on the gain and outputs a voltage phase command indicating a phase of a voltage output from the power conversion circuit; and the feedback control. A switching signal generator that generates a control signal for controlling the switching element based on a voltage phase command output from the control unit and outputs the control signal to the power conversion circuit, and the gain setting unit includes: The control gain is set to increase as the rotational speed increases, and the control gain is set to increase as one or more of the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value decrease. It is characterized by that.

この構成によれば、ゲイン設定器が回転数電圧値、電圧指令振幅(ノルム)およびトルク指令値のうちで一つ以上}とに基づいて制御ゲインを設定し、フィードバック制御器が偏差と制御ゲインとに基づいてフィードバック制御を行う。回転数および電圧指令振幅に応じて回転機の特性が変化するが、電力変換回路に入力する電圧値に応じて、出力できる電圧指令振幅が変化するため、電力変換回路に入力する電圧値に応じて回転機の特性が変化する。なお、電力変換回路の出力電圧が電圧指令値に追従するように電力変換回路を制御(変調率を制御)するため、変調率により実出力電圧振幅は若干変化するものの、実質利用する変調率が高い状況においては、変調率の変化による特性の変化は小さいため、電力変換回路に入力する電圧値により回転機の特性が変化するとみなすことができる。また、上述している特許文献1の技術のように、トルク指令値および回転機の回転数に基づいて、ノルム設定手段が回転2相座標系における電力変換回路が出力する電圧ベクトルのノルム(電圧指令振幅)を決定する制御方法においては、トルク指令に基づいて電圧指令振幅が変化するため、トルク指令値により回転機の特性が変化するとみなすことができる。回転数、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値のうちで一つ以上に応じて特性が変化しても、ゲイン設定器によって適切な制御ゲインが設定されるので、トルク応答性を向上させることができる。言い換えれば、回転数、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値のいずれが変化しても同等のトルク応答性が得られる。さらに、回転数、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値に応じた適切な制御ゲインが設定されるので、従来よりも確実にトルク応答性を向上させることができる。 According to this configuration, the gain setting device sets the control gain based on the rotation speed and { one or more of the voltage value, voltage command amplitude (norm) and torque command value }, and the feedback controller deviates. And feedback control based on the control gain. The characteristics of the rotating machine change according to the rotation speed and the voltage command amplitude, but the voltage command amplitude that can be output changes according to the voltage value input to the power conversion circuit, so that it depends on the voltage value input to the power conversion circuit. Changes the characteristics of the rotating machine. Since the power conversion circuit is controlled so that the output voltage of the power conversion circuit follows the voltage command value (modulation rate is controlled), although the actual output voltage amplitude slightly changes depending on the modulation rate, the actual modulation rate used is In a high situation, the change in the characteristics due to the change in the modulation rate is small, so that it can be considered that the characteristics of the rotating machine change depending on the voltage value input to the power conversion circuit. Further, as in the technique of Patent Document 1 described above, based on the torque command value and the rotation speed of the rotating machine, the norm setting unit outputs the norm (voltage) of the voltage vector output from the power conversion circuit in the rotating two-phase coordinate system. In the control method for determining (command amplitude), since the voltage command amplitude changes based on the torque command, it can be considered that the characteristics of the rotating machine change depending on the torque command value. The rotation speed, voltage value, even if characteristics change in accordance with the one or more of the voltage instruction amplitude and the torque command value, the appropriate control gain by the gain setting unit is set, improved torque response Can be made. In other words, an equivalent torque response can be obtained regardless of any change in the rotational speed, voltage value, voltage command amplitude, and torque command value. Furthermore, since an appropriate control gain according to the rotation speed, voltage value, voltage command amplitude, and torque command value is set, the torque response can be improved more reliably than in the past.

なお、「トルク指令値」は目標値として指令されるトルク値を意味し、「目標トルク」や「要求トルク」等と同義である。「トルク」は、回転機に生じている実際のトルク値を意味し、「出力トルク」等と同義である。「回転機」は、例えば電動機(モータ),発電機,発電電動機等が該当する。「フィードバック制御器」は、トルク指令値とトルクとの偏差を入力し、制御ゲインに基づいて「PI制御」や「PID制御」等を行う。「制御ゲイン」はフィードバック制御を行う際に必要となるゲインを意味し、例えば比例ゲインや積分ゲイン等が該当する。「スイッチング素子」には、制御信号に基づいてオン/オフを制御可能な任意の素子を適用できる。例えば、FET(具体的にはMOSFET,JFET,MESFET等)、IGBT、GTO、パワートランジスタ等が該当する。   “Torque command value” means a torque value commanded as a target value, and is synonymous with “target torque”, “requested torque”, and the like. “Torque” means an actual torque value generated in the rotating machine, and is synonymous with “output torque” or the like. “Rotating machine” corresponds to, for example, an electric motor (motor), a generator, a generator motor, or the like. The “feedback controller” inputs a deviation between the torque command value and the torque, and performs “PI control”, “PID control”, and the like based on the control gain. “Control gain” means a gain required when performing feedback control, and corresponds to, for example, a proportional gain, an integral gain, or the like. As the “switching element”, any element that can be controlled to be turned on / off based on a control signal can be applied. For example, an FET (specifically, MOSFET, JFET, MESFET, etc.), IGBT, GTO, power transistor, etc. are applicable.

請求項に記載の発明は、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上と、前記制御ゲインとの関係を規定するゲイン情報を記録する記録媒体を有し、前記ゲイン設定器は、前記記録媒体に記録された前記ゲイン情報を参照し、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上に対応する前記制御ゲインを特定して設定することを特徴とする。この構成によれば、ゲイン情報を参照することで、回転数、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値のいずれかに対応する制御ゲインが簡単に得られる。算術処理を行わずに済むので、処理負荷を抑制した上で、トルク応答性を向上させることができる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a recording medium for recording gain information defining a relationship between one or more of the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value and the control gain. The gain setting device refers to the gain information recorded on the recording medium and corresponds to one or more of the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value. The control gain is specified and set. According to this configuration, referring to the gain information, a control gain corresponding to any of the rotation speed, voltage value, voltage command amplitude, and torque command value can be easily obtained. Since it is not necessary to perform arithmetic processing, torque response can be improved while suppressing the processing load.

請求項に記載の発明は、前記ゲイン設定器は、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上の基準値を規定し、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上の値と前記基準値との比に基づいて前記制御ゲインを設定することを特徴とする。この構成によれば、比を算出するだけで、対応する制御ゲインが素早く得られる。簡単な算術処理で済むので、処理負荷を抑制した上で、トルク応答性を向上させることができる。 According to a third aspect of the present invention, the gain setting device defines one or more reference values among the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value, and the rotation speed, The control gain is set based on a ratio between one or more values among the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value and the reference value. According to this configuration, the corresponding control gain can be obtained quickly only by calculating the ratio. Since simple arithmetic processing is sufficient, the torque response can be improved while suppressing the processing load.

請求項に記載の発明は、回転機の制御システムにおいて、請求項1からのいずれか一項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを有することを特徴とする。この構成によれば、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値のうちいずれかが変化しても、従来よりはトルク応答性が向上する回転機の制御システムを提供することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating machine control system comprising the rotating machine control device according to any one of the first to third aspects and the power conversion circuit. According to this configuration, it is possible to provide a control system for a rotating machine in which torque response is improved as compared with the related art even when any one of a voltage value, a voltage command amplitude, and a torque command value changes.

回転機の制御装置にかかる構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example concerning the control apparatus of a rotary machine. ゲイン設定器およびフィードバック制御器の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a gain setting device and a feedback controller. 回転機の制御システムにかかる構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example concerning the control system of a rotary machine. フィードバック制御処理の手続き例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a procedure of a feedback control process. 電圧位相(q軸基準)とトルクの関係例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of a relationship between a voltage phase (q-axis reference | standard) and a torque. 電圧値とトルク/電圧位相との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a voltage value and a torque / voltage phase. 電圧位相(q軸基準)とトルクの関係例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of a relationship between a voltage phase (q-axis reference | standard) and a torque. 回転数とトルク/電圧位相との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a rotation speed and a torque / voltage phase.

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。連続符号は記号「〜」を用いて簡略化する。例えば「スイッチング素子Q1〜Q6」は「スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6」を意味する。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Unless otherwise specified, “connect” means electrical connection. Each figure shows elements necessary for explaining the present invention, and does not show all actual elements. The continuous code is simplified using the symbol “˜”. For example, “switching elements Q1 to Q6” means “switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6”. When referring to directions such as up, down, left and right, the description in the drawings is used as a reference.

回転機の制御装置にかかる構成例について、各々模式図で示す図1および図2を参照しながら説明する。本形態では、「回転機」として三相の電動機である永久磁石同期電動機(図面では「M」と記載する)を適用する。詳しくは、突極型の永久磁石同期電動機(IPMSM)である。   A configuration example according to a control device for a rotating machine will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a permanent magnet synchronous motor (denoted as “M” in the drawing) that is a three-phase motor is applied as the “rotating machine”. Specifically, it is a salient pole type permanent magnet synchronous motor (IPMSM).

図1に示す制御装置20は、供給される電圧を電力変換回路42(図3を参照)で変換して電動機50に伝達する機能を担う。この機能には、トルク指令値Tに基づいて電力変換回路42に含まれるスイッチング素子Q1〜Q6(図3を参照)の制御を行うことにより、電動機50のトルクTを制御する機能を含む。制御装置20は、記録媒体21,ゲイン設定器23,フィードバック制御器24,スイッチング信号生成器25,回転数演算器26などを有する。各要素の構成は記録媒体21を除いて任意である。例えば、CPU(マイコンを含む)によってソフトウェア制御を行う構成でもよく、IC(LSIやゲートアレイ等を含む)やトランジスタ等の電子部品を用いてハードウェア制御を行う構成でもよい。 The control device 20 shown in FIG. 1 has a function of converting a supplied voltage by a power conversion circuit 42 (see FIG. 3) and transmitting the converted voltage to the electric motor 50. This function includes a function of controlling the torque T of the electric motor 50 by controlling the switching elements Q1 to Q6 (see FIG. 3) included in the power conversion circuit 42 based on the torque command value T * . The control device 20 includes a recording medium 21, a gain setting unit 23, a feedback controller 24, a switching signal generator 25, a rotation speed calculator 26, and the like. The configuration of each element is arbitrary except for the recording medium 21. For example, a configuration in which software control is performed by a CPU (including a microcomputer) or a configuration in which hardware control is performed using an electronic component such as an IC (including an LSI or a gate array) or a transistor may be employed.

記録媒体21は、ゲイン情報21aおよびマップ21bのうち一方または双方を少なくとも記録可能な任意の媒体が用いられる。例えばROM,EEPROM,光磁気ディスク等のような不揮発性メモリが望ましい。ゲイン情報21aは、回転数N、電力変換回路42に入力する電圧値(以下では「電圧値Vdc」と呼ぶ。)、電圧指令振幅に相当するノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一つ以上と、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiとの関係を規定する情報である。規定する形式は任意であり、マップ形式やテーブル形式等が該当する。ゲイン設定器23およびフィードバック制御器24については後述する(図2を参照)。スイッチング信号生成器25は、フィードバック制御器24から出力される電圧位相指令θ(さらにはノルムVn)に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6の制御を行う制御信号Scを生成して電力変換回路42に出力する。制御信号Scには、本形態ではパルス幅変調(PWM)信号を用いる。電圧位相指令θは、電力変換回路42が出力する電圧の位相である。ノルムVn(電圧指令振幅)は、回転二相座標系における電力変換回路42の出力電圧ベクトル(もしくはベクトルの大きさ)である。回転数演算器26は、レゾルバ51(図1,図3を参照)から出力される電気角θに基づいて回転数Nを演算して出力する機能を担う。 As the recording medium 21, any medium capable of recording at least one or both of the gain information 21a and the map 21b is used. For example, a nonvolatile memory such as a ROM, an EEPROM, a magneto-optical disk or the like is desirable. The gain information 21a is one of the rotation speed N, the voltage value input to the power conversion circuit 42 (hereinafter referred to as “voltage value Vdc”), the norm Vn corresponding to the voltage command amplitude, and the torque command value T *. This is information that defines the relationship between the proportional gain Kp and the integral gain Ki. The format to be defined is arbitrary, such as a map format or a table format. The gain setting unit 23 and the feedback controller 24 will be described later (see FIG. 2). The switching signal generator 25 generates a control signal Sc for controlling the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 based on the voltage phase command θ * (and norm Vn) output from the feedback controller 24 to generate the power conversion circuit 42. Output to. In this embodiment, a pulse width modulation (PWM) signal is used as the control signal Sc. The voltage phase command θ * is the phase of the voltage output from the power conversion circuit 42. The norm Vn (voltage command amplitude) is an output voltage vector (or vector magnitude) of the power conversion circuit 42 in the rotating two-phase coordinate system. Rotational speed calculator 26, the resolver 51 performs a function which calculates the rotational speed N is output based on the electrical angle theta e outputted from (1, see Figure 3).

図2には、ゲイン設定器23およびフィードバック制御器24の構成例を示す。ゲイン設定器23は、フィードバック制御を行うための制御ゲイン(すなわち比例ゲインKpや積分ゲインKi等)を増減して設定し出力する機能を担う。フィードバック制御器24は、少なくとも積分要素を含み、トルク指令値TとトルクTとの偏差ΔTと、ゲイン設定器23で設定し出力されるゲインとに基づいてフィードバック制御を行う機能を担う。フィードバック制御に従って、電圧位相指令θ(さらにはノルムVn)を出力する。 FIG. 2 shows a configuration example of the gain setting unit 23 and the feedback controller 24. The gain setting unit 23 has a function of increasing / decreasing and setting a control gain (ie, proportional gain Kp, integral gain Ki, etc.) for performing feedback control. The feedback controller 24 includes at least an integration element, and has a function of performing feedback control based on the deviation ΔT between the torque command value T * and the torque T and the gain set and output by the gain setting unit 23. According to the feedback control, the voltage phase command θ * (and norm Vn) is output.

ゲイン設定器23は、ゲイン算定部23aおよびゲイン参照部23bのうちで一方または双方を有する。例えば積分ゲインKiの設定は、回転数Nが高くなるにつれて積分ゲインKiを増加するように設定する。その反面、回転数Nが低くなるにつれて積分ゲインKiを減少するように設定する。また、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上が低くなるにつれて積分ゲインKiを増加するように設定する。その反面、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上が高くなるにつれて積分ゲインKiを減少するように設定する。比例ゲインKpは、上記積分ゲインKiと同様にして設定を行う。 The gain setting unit 23 has one or both of the gain calculation unit 23a and the gain reference unit 23b. For example, the integral gain Ki is set so that the integral gain Ki increases as the rotational speed N increases. On the other hand, the integral gain Ki is set to decrease as the rotational speed N decreases. Further, the integral gain Ki is set to increase as one or more of the voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * decrease. On the other hand, the integral gain Ki is set to decrease as one or more of the voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * increase. The proportional gain Kp is set in the same manner as the integral gain Ki.

ゲイン算定部23aは、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一つ以上の値と基準値との比に基づいて、制御ゲインを設定する。比は、回転数Nと基準回転数N_baseとの回転数比(すなわちN/N_base)、電圧値Vdcと基準電圧値Vdc_baseとの電圧値比(すなわちVdc_base/Vdc)、ノルムVnと基準ノルムVn_baseとのノルム比(すなわちVn_base/Vn)、トルク指令値Tと基準トルク指令値T_baseとのトルク指令値比(すなわちT_base/T)のうちで一以上が該当する。 The gain calculation unit 23a sets a control gain based on a ratio of one or more values among the rotation speed N, the voltage value Vdc, the norm Vn, and the torque command value T * and a reference value. The ratio includes the rotation speed ratio between the rotation speed N and the reference rotation speed N_base (that is, N / N_base), the voltage value ratio between the voltage value Vdc and the reference voltage value Vdc_base (that is, Vdc_base / Vdc), the norm Vn, and the reference norm Vn_base. 1 or more among the norm ratio (that is, Vn_base / Vn) and the torque command value ratio between the torque command value T * and the reference torque command value T * _base (that is, T * _base / T * ).

基準回転数N_baseは、電動機50の基準となる回転数(例えば定格回転数等)である。基準電圧値Vdc_baseは、電力変換回路42に供給される電圧の基準となる電圧値(例えば図3に示すコンバータ回路41の定格電圧値等)である。基準ノルムVn_baseは、ノルムVnの基準となる電圧指令振幅である。基準トルク指令値T_baseは、トルク指令値Tの基準となるトルク指令値である。 The reference rotation speed N_base is a rotation speed that serves as a reference for the electric motor 50 (for example, a rated rotation speed). The reference voltage value Vdc_base is a voltage value that serves as a reference for the voltage supplied to the power conversion circuit 42 (for example, the rated voltage value of the converter circuit 41 shown in FIG. 3). The reference norm Vn_base is a voltage command amplitude serving as a reference for the norm Vn. Reference torque command value T * _base is a torque command value as a torque command value T * of the reference.

ゲイン算定部23aによる算定式の一例を次の式(1)および式(2)に示す。式(1)は積分ゲインKiを求める算定式であり、式(2)は比例ゲインKpを求める算定式である。なお、制御ゲインの基準となる基準積分ゲインを「Ki_base」とし、基準比例ゲインを「Kp_base」とする。   An example of calculation formulas by the gain calculation unit 23a is shown in the following formulas (1) and (2). Formula (1) is a calculation formula for obtaining the integral gain Ki, and Formula (2) is a calculation formula for calculating the proportional gain Kp. The reference integral gain serving as the reference for the control gain is “Ki_base”, and the reference proportional gain is “Kp_base”.

Figure 0005573580
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上述した式(1)および式(2)は回転数比と電圧値比とを用いた例であるが、ノルム比やトルク指令値比をさらに用いてもよい。そこで、ノルム比を用いる算定式の一例を次の式(3)と式(4)に示し、トルク指令値比を用いる算定式の一例を次の式(5)と式(6)に示す。式(3)および式(5)は積分ゲインKiを求める算定式であり、式(4)および式(6)は比例ゲインKpを求める算定式である。なお上記以外の算定式であって、電動機50の種類や使用目的等に合わせて、回転数比,電圧値比,ノルム比およびトルク指令値比のうちで一以上の比を用いて積分ゲインKiや比例ゲインKpを求める算定式を定義してもよい。   Expressions (1) and (2) described above are examples using a rotation speed ratio and a voltage value ratio, but a norm ratio or a torque command value ratio may be further used. Therefore, examples of the calculation formula using the norm ratio are shown in the following formulas (3) and (4), and examples of the calculation formula using the torque command value ratio are shown in the following formulas (5) and (6). Expressions (3) and (5) are calculation expressions for obtaining the integral gain Ki, and Expressions (4) and (6) are calculation expressions for determining the proportional gain Kp. It should be noted that a calculation formula other than the above, and an integral gain Ki using a ratio of one or more of a rotation speed ratio, a voltage value ratio, a norm ratio, and a torque command value ratio in accordance with the type and purpose of use of the electric motor 50. Alternatively, a calculation formula for obtaining the proportional gain Kp may be defined.

Figure 0005573580
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ゲイン参照部23bは、記録媒体21に記録されたゲイン情報21aを参照し、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上に対応する積分ゲインKiを特定して設定する。マップ形式やテーブル形式等で記録されるゲイン情報21aは、記録媒体21の記録容量に上限があるため、離散的なデータの集合体にすぎない。そのため、所要の特定方法によって積分ゲインKiを特定する。以下では、一例として2つの特定方法について簡単に説明する。 The gain reference unit 23b refers to the gain information 21a recorded on the recording medium 21, and specifies an integral gain Ki corresponding to one or more of the rotational speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T *. To set. The gain information 21a recorded in a map format, a table format, or the like is merely an aggregate of discrete data because the recording capacity of the recording medium 21 has an upper limit. Therefore, the integral gain Ki is specified by a required specifying method. Below, two specific methods are demonstrated easily as an example.

第1の特定方法は、記録されている回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上の数値を基準値とし、当該基準値を含む所定範囲内の数値であるときは、当該回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上に対応する積分ゲインKiを特定する。 The first specifying method uses one or more numerical values as a reference value among the recorded rotation speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * , and is a numerical value within a predetermined range including the reference value. In some cases, an integral gain Ki corresponding to one or more of the rotation speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * is specified.

第2の特定方法は、記録媒体21に記録されている隣り合う二以上の数値に基づいて、所定の補間法に従って補間して特定する。所定の補間法には、例えば0次補間(最近傍補間,最近傍点補間とも呼ぶ。)、線形補間(直線補間,1次補間とも呼ぶ。)、放物線補間(2次補間とも呼ぶ。)、多項式補間、キュービック補間(3次補間とも呼ぶ。)、キュービックコンボリューション、ラグランジュ補間、スプライン補間、Sinc関数、ランツォシュ(Lanczos-n)補間などが該当する。   The second specifying method specifies by performing interpolation according to a predetermined interpolation method based on two or more adjacent numerical values recorded on the recording medium 21. The predetermined interpolation method includes, for example, zero-order interpolation (also referred to as nearest neighbor interpolation or nearest neighbor point interpolation), linear interpolation (also referred to as linear interpolation or primary interpolation), parabolic interpolation (also referred to as quadratic interpolation), or polynomial. Interpolation, cubic interpolation (also called cubic interpolation), cubic convolution, Lagrange interpolation, spline interpolation, Sinc function, Lanczos-n interpolation, and the like are applicable.

フィードバック制御器24は、加合部24a,PI制御部24b,ノルム算出部24c,トルク推定部24d,二相変換部24eなどを有する。加合部24aは、入力信号の加え合わせを行う。図2の例では負帰還ループを形成するため、トルク指令値TからトルクTを差し引き、差分値を偏差ΔTとして出力する。PI制御部24bは、加合部24aから出力される偏差ΔTと、ゲイン設定器23から出力される比例ゲインKpや積分ゲインKi等とに基づいてPI制御を行うため、電圧位相指令θを算出して出力する。PI制御部24bが算出する算出式の一例を次の式(7)に示す。式(7)では、経時的に変化することを考慮して、時間tをパラメータとして括弧内に示す。 The feedback controller 24 includes an adder 24a, a PI controller 24b, a norm calculator 24c, a torque estimator 24d, a two-phase converter 24e, and the like. The adding unit 24a performs addition of input signals. In the example of FIG. 2, in order to form a negative feedback loop, the torque T is subtracted from the torque command value T * , and the difference value is output as a deviation ΔT. Since the PI control unit 24b performs PI control based on the deviation ΔT output from the adding unit 24a and the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the like output from the gain setting unit 23, the voltage phase command θ * is set. Calculate and output. An example of a calculation formula calculated by the PI control unit 24b is shown in the following formula (7). In formula (7), taking into account the change over time, the time t is shown in parentheses as a parameter.

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ノルム算出部24cは、トルク指令値Tおよび回転数Nに基づいて、ノルムVnを算出して出力する。電気角速度ωを用いて算出する場合には、回転数Nと極対数Pとを用いて算出すればよい(ω=2πPN/60)。二相変換部24eは、三相の電動機50に流れるU相電流Iu,V相電流Iv,W相電流Iwを二相の電流すなわちq軸電流Iq,d軸電流Idに変換して出力する。トルク推定部24dは、二相変換部24eが出力するq軸電流Iq,d軸電流Idに基づいて、電動機50のトルクTを推定して出力する。ノルム算出部24cの算出法、二相変換部24eの変換法については、いずれも周知であるので具体的な構成例の説明や図示を省略する。トルク推定部24dの推定法は、例えば電流に対するトルクマップより推定する方法、電流とモータモデルを用いて推定する方法などによって推定する。また、トルク推定値の代わりに電動機50に備えたトルク計より検出した値を用いても良い。 The norm calculation unit 24c calculates and outputs a norm Vn based on the torque command value T * and the rotation speed N. When calculating using the electrical angular velocity ω, it may be calculated using the rotation speed N and the pole pair number P (ω = 2πPN / 60). The two-phase converter 24e converts the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw flowing through the three-phase motor 50 into a two-phase current, that is, a q-axis current Iq and a d-axis current Id, and outputs them. The torque estimation unit 24d estimates and outputs the torque T of the electric motor 50 based on the q-axis current Iq and the d-axis current Id output from the two-phase conversion unit 24e. Since both the calculation method of the norm calculation unit 24c and the conversion method of the two-phase conversion unit 24e are well known, description and illustration of a specific configuration example are omitted. The estimation method of the torque estimation unit 24d is estimated by, for example, a method of estimating from a torque map for current, a method of estimating using a current and a motor model, or the like. Further, a value detected from a torque meter provided in the electric motor 50 may be used instead of the estimated torque value.

次に、上述した制御装置20を備える回転機の制御システムにかかる構成例について、模式図で示す図3を参照しながら説明する。図3に示す制御システムは、少なくとも制御装置20や電力変換機構40などを備える。なお、図1,図2と同一の要素には同一符号を付して説明を省略する。以下では、電力変換機構40の構成例を中心に説明する。   Next, a configuration example according to the control system of the rotating machine including the control device 20 described above will be described with reference to FIG. The control system shown in FIG. 3 includes at least the control device 20 and the power conversion mechanism 40. The same elements as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, a configuration example of the power conversion mechanism 40 will be mainly described.

図3に示す電力変換機構40は、コンバータ回路41や電力変換回路42などを有する。コンバータ回路41は必要に応じて備えられ、電源30から平滑用のコンデンサC1を介して供給される直流電圧(電圧値Vin;例えば300ボルト等)を、電力変換回路42で必要とする直流電圧(電圧値Vdc)に変換して出力する機能を担う。コンバータ回路41の構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。   The power conversion mechanism 40 illustrated in FIG. 3 includes a converter circuit 41, a power conversion circuit 42, and the like. The converter circuit 41 is provided as necessary, and a DC voltage (voltage value Vin; for example, 300 volts) supplied from the power supply 30 via the smoothing capacitor C1 is converted into a DC voltage required by the power conversion circuit 42 ( The voltage value Vdc) is converted and output. Since the configuration and operation of the converter circuit 41 are well known, illustration and description thereof are omitted.

電力変換回路42は、供給される直流電圧(電圧値Vdc;例えば660ボルト等)を変換して電動機50に出力する機能を担う。電源30(例えばバッテリ等)と電力変換回路42との間には、コンバータ回路41を介在させている。コンバータ回路41と電力変換回路42との間には、平滑用のコンデンサC2が接続される。コンデンサC2は、コンバータ回路41の出力電圧値(電圧値Vdc)の電位変動を低減する機能を担う。   The power conversion circuit 42 has a function of converting a supplied DC voltage (voltage value Vdc; for example, 660 volts) and outputting the converted voltage to the electric motor 50. A converter circuit 41 is interposed between the power source 30 (for example, a battery) and the power conversion circuit 42. A smoothing capacitor C <b> 2 is connected between the converter circuit 41 and the power conversion circuit 42. The capacitor C2 has a function of reducing the potential fluctuation of the output voltage value (voltage value Vdc) of the converter circuit 41.

電力変換回路42は、スイッチング素子Q1〜Q6やダイオードD1〜D6などを有する。スイッチング素子Q1〜Q6にはIGBTが用いられ、制御装置20から個別に伝達される制御信号Scに従ってオン/オフが駆動される。ダイオードD1〜D6は、それぞれ対応するスイッチング素子Q1〜Q6のコレクタ端子とエミッタ端子との間に並列接続される。これらのダイオードD1〜D6は、いずれもフリーホイールダイオードとして機能する。スイッチング素子Q1〜Q3やダイオードD1〜D3などは上アーム側に配置され、スイッチング素子Q4〜Q6やダイオードD4〜D6などは下アーム側に配置される。共通電位G2は電力変換機構40内で共通する電位(同電位グランド)であり、接地されるグランドG1と接続された場合には0[V]になる。共通電位G2は接地電位と同電位でないことが多く、グランドG1とは異なる図記号を用いて図示する。   The power conversion circuit 42 includes switching elements Q1 to Q6, diodes D1 to D6, and the like. IGBTs are used for the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 and are turned on / off in accordance with a control signal Sc transmitted individually from the control device 20. Diodes D1-D6 are connected in parallel between the collector terminals and emitter terminals of switching elements Q1-Q6, respectively. These diodes D1 to D6 all function as freewheeling diodes. Switching elements Q1-Q3, diodes D1-D3, etc. are arranged on the upper arm side, and switching elements Q4-Q6, diodes D4-D6, etc. are arranged on the lower arm side. The common potential G2 is a common potential (same potential ground) in the power conversion mechanism 40, and becomes 0 [V] when connected to the ground G1 to be grounded. The common potential G2 is often not the same as the ground potential, and is illustrated using a different symbol from the ground G1.

電力変換回路42内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように三相(本例ではU相,V相,W相)に分けられ、制御装置20によって相ごとに作動が制御される。U相は、スイッチング素子Q1,Q4やダイオードD1,D4などで構成される。V相は、スイッチング素子Q2,Q5やダイオードD2,D5などで構成される。W相は、スイッチング素子Q3,Q6やダイオードD3,D6などで構成される。U相のスイッチング素子Q1,Q4は、直列接続されてハーフブリッジを構成する。V相のスイッチング素子Q2,Q5と、W相のスイッチング素子Q3,Q6とについても同様に、直列接続されてハーフブリッジを構成する。ハーフブリッジの各接続点と電動機50の三相端子とは、線路Ku,Kv,Kwによって相ごとに接続されている。線路KuにはU相電流Iuが流れ、線路KvにはV相電流Ivが流れ、線路KwにはW相電流Iuが流れる。   The circuit elements in the power conversion circuit 42 are divided into three phases (U phase, V phase, and W phase in this example) as shown by being surrounded by a one-dot chain line, and the operation is controlled for each phase by the control device 20. The U phase is composed of switching elements Q1, Q4, diodes D1, D4, and the like. The V phase includes switching elements Q2 and Q5, diodes D2 and D5, and the like. The W phase includes switching elements Q3 and Q6, diodes D3 and D6, and the like. The U-phase switching elements Q1 and Q4 are connected in series to form a half bridge. Similarly, the V-phase switching elements Q2 and Q5 and the W-phase switching elements Q3 and Q6 are connected in series to form a half bridge. Each connection point of the half bridge and the three-phase terminal of the electric motor 50 are connected for each phase by lines Ku, Kv, Kw. A U-phase current Iu flows through the line Ku, a V-phase current Iv flows through the line Kv, and a W-phase current Iu flows through the line Kw.

図3に示す制御装置20は、コンバータ回路41や電力変換回路42等の動作を司る。制御装置20が入力する信号は、外部装置に相当するECU60から伝達されるトルク指令値Tや、電流センサ52から伝達される電流I(Iu,Iv,Iw)、レゾルバ51から出力される電気角θなどがある。制御装置20が出力する信号は、スイッチング素子Q1〜Q6の制御端子P1〜P6に伝達する制御信号Scや、コンバータ回路41に備える駆動回路に伝達する制御信号などがある。 The control device 20 shown in FIG. 3 governs operations of the converter circuit 41, the power conversion circuit 42, and the like. The signal input by the control device 20 includes a torque command value T * transmitted from the ECU 60 corresponding to an external device, a current I (Iu, Iv, Iw) transmitted from the current sensor 52, and an electric power output from the resolver 51. There is an angle θ e and the like. The signal output from the control device 20 includes a control signal Sc transmitted to the control terminals P1 to P6 of the switching elements Q1 to Q6, a control signal transmitted to a drive circuit provided in the converter circuit 41, and the like.

電動機50は、電流センサ52やレゾルバ51などを備える。電流センサ52には各相の電流(Iu,Iv,Iw)を検出可能なセンサを用いることができ、例えば磁気比例型センサ,電磁誘導型センサ,ファラデー効果型センサ,変流器型センサなどが該当する。レゾルバ51は「位置(回転)検出センサ」に相当し、電動機50に備える回転子(ロータ)の電気角θを検出して出力する。 The electric motor 50 includes a current sensor 52, a resolver 51, and the like. As the current sensor 52, a sensor capable of detecting the current (Iu, Iv, Iw) of each phase can be used. For example, a magnetic proportional sensor, an electromagnetic induction sensor, a Faraday effect sensor, a current transformer sensor, etc. Applicable. The resolver 51 corresponds to the "position (rotation) sensor", detects and outputs the electrical angle theta e of the rotor (rotor) with the motor 50.

回転機の制御システム(すなわち図1〜図3に示す制御装置20や電力変換回路42など)は、電動機50の駆動によって移動を実現できる輸送機器に備えるのが望ましい。輸送機器は、例えば自動車,航空機,船舶,鉄道車両などが該当する。   It is desirable that the control system for the rotating machine (that is, the control device 20 and the power conversion circuit 42 shown in FIGS. For example, automobiles, airplanes, ships, railway vehicles, and the like correspond to the transportation equipment.

上述のように構成された制御装置20において実行される処理内容について、図4を参照しながら説明する。図4には、フィードバック制御処理の手続き例をフローチャートで示す。フィードバック制御処理は制御装置20の作動中において繰り返し実行される。   The processing content executed in the control device 20 configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure example of the feedback control process. The feedback control process is repeatedly executed during the operation of the control device 20.

なお、上述した要素と図4の各ステップとの関連については次のようになる。すなわち、ステップS10は加合部24aに相当し、ステップS11〜S13はゲイン設定器23に相当し、ステップS14はPI制御部24bに相当し、ステップS16はスイッチング信号生成器25に相当する。   The relationship between the above-described elements and each step in FIG. 4 is as follows. That is, step S10 corresponds to the adding unit 24a, steps S11 to S13 correspond to the gain setting unit 23, step S14 corresponds to the PI control unit 24b, and step S16 corresponds to the switching signal generator 25.

図4において、トルク指令値TとトルクTとの偏差ΔTを求めるとともに〔ステップS10〕、制御ゲインを設定する〔ステップS11〜S13〕。回転数Nには、回転数演算器26から出力される回転数を用いる。制御ゲインの設定は次の方法で行う。第1の設定法は、回転数比(すなわちN/N_base)および電圧値比(すなわちVdc_base/Vdc)に基づいて式(1)に従って積分ゲインKiを求めるとともに、式(2)に従って比例ゲインKpを求めて設定する〔ステップS11〕。第2の設定法は、ゲイン情報21aを参照して、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上に対応する積分ゲインKiおよび比例ゲインKpを個別に特定して設定する〔ステップS12〕。第3の設定法は、マップ21bを参照して積分ゲインKiおよび比例ゲインKpを個別に設定する〔ステップS13〕。ステップS11,S12,S13に示す設定法について条件を満たすステップの設定法で求めた値で設定してもよく、2以上のステップで求めた値の平均値等を求めて設定してもよい。 In FIG. 4, a deviation ΔT between the torque command value T * and the torque T is obtained [Step S10], and a control gain is set [Steps S11 to S13]. As the rotational speed N, the rotational speed output from the rotational speed calculator 26 is used. The control gain is set by the following method. In the first setting method, the integral gain Ki is obtained according to the equation (1) based on the rotation speed ratio (ie, N / N_base) and the voltage value ratio (ie, Vdc_base / Vdc), and the proportional gain Kp is obtained according to the equation (2). Obtain and set [step S11]. In the second setting method, the gain information 21a is referred to and the integral gain Ki and the proportional gain Kp corresponding to one or more of the rotational speed N, the voltage value Vdc, the norm Vn, and the torque command value T * are individually specified. [Step S12]. In the third setting method, the integral gain Ki and the proportional gain Kp are individually set with reference to the map 21b [step S13]. The setting method shown in steps S11, S12, and S13 may be set with a value obtained by a step setting method that satisfies a condition, or an average value of values obtained in two or more steps may be obtained and set.

ステップS11,S12に共通するのは、回転数Nが高くなるにつれて積分ゲインKiを増加するように設定する反面、回転数Nが低くなるにつれて積分ゲインKiを減少するように設定することである。比例ゲインKpについても同様にして設定する。このように設定するのは、回転数Nをパラメータとする図5および図6を参照すると理解し易い。図5には、トルクT(縦軸)と電圧位相指令θを(横軸)との関係を示す。図6には、トルクT/電圧位相指令θ(縦軸)と電圧値Vdc(横軸)との関係を示す。図5および図6によれば、回転数Nが高くなる(大きくなる)につれてトルクTを得る特性線が下方に移行し、回転数Nが低くなる(小さくなる)につれてトルクTを得る特性線が上方に移行することから明らかである。 What is common to steps S11 and S12 is that the integral gain Ki is set to increase as the rotational speed N increases, while the integral gain Ki is set to decrease as the rotational speed N decreases. The proportional gain Kp is set similarly. This setting is easy to understand with reference to FIGS. 5 and 6 with the rotation speed N as a parameter. FIG. 5 shows the relationship between the torque T (vertical axis) and the voltage phase command θ * (horizontal axis). FIG. 6 shows the relationship between the torque T / voltage phase command θ * (vertical axis) and the voltage value Vdc (horizontal axis). According to FIGS. 5 and 6, the characteristic line for obtaining torque T shifts downward as the rotational speed N increases (increases), and the characteristic line for obtaining torque T decreases as the rotational speed N decreases (decreases). It is clear from the upward movement.

また、電圧値Vdcが低くなるにつれて積分ゲインKiを増加するように設定する反面、電圧値Vdcが高くなるにつれて積分ゲインKiを減少するように設定することである。比例ゲインKpについても同様にして設定する。このように設定するのは、電圧値Vdcをパラメータとする図7および図8を参照すると理解し易い。図7には、トルクT(縦軸)と電圧位相指令θを(横軸)との関係を示す。図8には、トルクT/電圧位相指令θ(縦軸)と回転数N(横軸)との関係を示す。図7および図8によれば、電圧値Vdcが高くなる(大きくなる)につれてトルクTを得る特性線が上方に移行し、電圧値Vdcが低くなる(小さくなる)につれてトルクTを得る特性線が下方に移行することから明らかである。なお図示を省略するが、下記理由により電圧値Vdcの代わりにノルムVnおよびトルク指令値Tをパラメータに取った場合についても、図7および図8と同様の関係となる。
(理由1)変調率を一定でインバータ入力電圧Vdcをパラメータとして変化させた図が図7および図8である。この場合、インバータ入力電圧Vdcを変化させることはノルムVn(電圧指令振幅)を変化させていることと同じであるため、ノルムVn(電圧指令振幅)をパラメータに取った場合も図7および図8と同様の関係になる。
(理由2)上述している特許文献1の技術のように、トルク指令値および回転機の回転数に基づいて、ノルム設定手段が回転2相座標系における電力変換回路が出力する電圧ベクトルのノルムVn(電圧指令振幅)を決定する制御方法ではトルク指令値に基づいて電圧指令振幅が変化する。そのため、トルク指令値Tをパラメータに取った場合も図7および図8と同様の関係になる。
On the other hand, the integral gain Ki is set to increase as the voltage value Vdc decreases. On the other hand, the integral gain Ki is set to decrease as the voltage value Vdc increases. The proportional gain Kp is set similarly. This setting can be easily understood with reference to FIGS. 7 and 8 in which the voltage value Vdc is a parameter. FIG. 7 shows the relationship between the torque T (vertical axis) and the voltage phase command θ * (horizontal axis). FIG. 8 shows the relationship between the torque T / voltage phase command θ * (vertical axis) and the rotational speed N (horizontal axis). According to FIGS. 7 and 8, the characteristic line for obtaining the torque T shifts upward as the voltage value Vdc increases (increases), and the characteristic line for obtaining the torque T decreases as the voltage value Vdc decreases (decreases). It is clear from the downward movement. Although not shown in the figure, the same relationship as in FIGS. 7 and 8 is obtained when the norm Vn and the torque command value T * are used as parameters instead of the voltage value Vdc for the following reason.
(Reason 1) FIGS. 7 and 8 are diagrams in which the modulation rate is constant and the inverter input voltage Vdc is changed as a parameter. In this case, since changing the inverter input voltage Vdc is the same as changing the norm Vn (voltage command amplitude), the case where the norm Vn (voltage command amplitude) is taken as a parameter is also shown in FIGS. It becomes the same relationship.
(Reason 2) The norm of the voltage vector output from the power conversion circuit in the rotating two-phase coordinate system by the norm setting means based on the torque command value and the rotational speed of the rotating machine as in the technique of Patent Document 1 described above. In the control method for determining Vn (voltage command amplitude), the voltage command amplitude changes based on the torque command value. Therefore, even when the torque command value T * is taken as a parameter, the relationship is the same as in FIGS.

ステップS10で求めた偏差ΔTや、ステップS11,S12で設定した比例ゲインKpおよび積分ゲインKi等に基づいて、式(7)に従って電圧位相指令θを算出し〔ステップS14〕、当該ステップS14で算出した電圧位相指令θやノルムVnに基づいて制御信号Scを生成して電力変換回路42(具体的にはスイッチング素子Q1〜Q6)に出力し〔ステップS15〕、フィードバック制御処理をリターンする。電圧位相指令θおよびノルムVnに基づいて制御信号Scを生成する方法については周知であるので構成および説明を省略する。 Based on the deviation ΔT obtained in step S10, the proportional gain Kp and the integral gain Ki set in steps S11 and S12, etc., the voltage phase command θ * is calculated according to the equation (7) [step S14], and in step S14 A control signal Sc is generated based on the calculated voltage phase command θ * and norm Vn and output to the power conversion circuit 42 (specifically, the switching elements Q1 to Q6) [step S15], and the feedback control process is returned. Since the method of generating the control signal Sc based on the voltage phase command θ * and the norm Vn is well known, the configuration and description are omitted.

上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる
(1)制御装置20は、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVn(電圧指令振幅)およびトルク指令値Tのうちで一以上に基づいて制御ゲイン(すなわち積分ゲインKiや比例ゲインKp等)を設定するゲイン設定器23と、少なくとも積分要素を含み、トルク指令値TとトルクTとの偏差ΔTとゲイン設定器23で設定される制御ゲインとに基づいてフィードバック制御を行い電力変換回路42が出力する電圧の位相を示す電圧位相指令θを出力するフィードバック制御器24と、フィードバック制御器24から出力される電圧位相指令θに基づいてスイッチング素子Q1〜Q6の制御を行う制御信号Scを生成して電力変換回路42に出力するスイッチング信号生成器25とを有する構成とした(図1〜図3を参照)。この構成によれば、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上に応じて特性が変化しても、ゲイン設定器23によって適切な制御ゲインが設定されるので、トルク応答性を向上させることができる。言い換えれば、回転数、電圧値、電圧指令振幅およびトルク指令値のいずれが変化しても同等のトルク応答性が得られる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained .
(1) The control device 20 controls the control gain (ie, integral gain Ki, proportional gain Kp, etc.) based on one or more of the rotation speed N, voltage value Vdc, norm Vn (voltage command amplitude), and torque command value T *. And a gain setting unit 23 that sets at least an integral element, and performs feedback control based on a deviation ΔT between the torque command value T * and the torque T and a control gain set by the gain setting unit 23, and a power conversion circuit 42 A feedback controller 24 that outputs a voltage phase command θ * indicating the phase of the voltage that is output from the control signal Sc and a control signal Sc that controls the switching elements Q1 to Q6 based on the voltage phase command θ * output from the feedback controller 24. And a switching signal generator 25 that outputs to the power conversion circuit 42 (see FIGS. 1 to 3). According to this configuration, an appropriate control gain is set by the gain setting unit 23 even if the characteristics change according to one or more of the rotational speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T *. Therefore, torque response can be improved. In other words, an equivalent torque response can be obtained regardless of any change in the rotational speed, voltage value, voltage command amplitude, and torque command value.

(2)ゲイン設定器23は、回転数Nが高くなるにつれて制御ゲインを増加するように設定し、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上が低くなるにつれて制御ゲインを増加するように設定する構成とした。この構成によれば、回転数Nや電圧値VdcやノルムVnやトルク指令値Tに応じた適切な制御ゲインが設定されるので、従来よりも確実にトルク応答性を向上させることができる。 (2) The gain setting unit 23 sets the control gain to increase as the rotational speed N increases, and increases the control gain as one or more of the voltage value Vdc, norm Vn and torque command value T * decreases. The configuration is set so as to increase. According to this configuration, since an appropriate control gain is set according to the rotational speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * , it is possible to improve the torque response more reliably than before.

(3)回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上と、制御ゲインとの関係を規定するゲイン情報21aを記録する記録媒体21を備える構成とした(図1を参照)。ゲイン設定器23は、記録媒体21に記録されたゲイン情報21aを参照し、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上に対応する制御ゲインを特定して設定する構成とした(図4のステップS12を参照)。この構成によれば、ゲイン情報21aを参照することで、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちでいずれかに対応する制御ゲインが素早く得られる。簡単な算術処理で済むので、処理負荷を抑制した上で、トルク応答性を向上させることができる。 (3) The recording medium 21 is provided that records gain information 21a that defines the relationship between one or more of the rotation speed N, the voltage value Vdc, the norm Vn, and the torque command value T * and the control gain (see FIG. 1). The gain setting unit 23 refers to the gain information 21a recorded on the recording medium 21, and specifies a control gain corresponding to one or more of the rotation speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T *. The configuration is set (see step S12 in FIG. 4). According to this configuration, referring to the gain information 21a, a control gain corresponding to any one of the rotation speed N, the voltage value Vdc, the norm Vn, and the torque command value T * can be quickly obtained. Since simple arithmetic processing is sufficient, the torque response can be improved while suppressing the processing load.

(4)ゲイン設定器23は、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tのうちで一以上の基準値(すなわち基準回転数N_base、基準電圧値Vdc_base、基準ノルムVn_base、基準トルク指令値T_base)を規定し、回転数N、電圧値Vdc、ノルムVnおよびトルク指令値Tの値と基準値との比に基づいて、制御ゲインを設定する構成とした(式(1),式(2)および図4のステップS11を参照)。この構成によれば、比を算出するだけで、対応する制御ゲインが簡単に得られる。簡単な算術処理で済むので、処理負荷を抑制した上で、トルク応答性を向上させることができる。 (4) The gain setting unit 23 has one or more reference values among the rotation speed N, the voltage value Vdc, the norm Vn, and the torque command value T * (that is, the reference rotation speed N_base, the reference voltage value Vdc_base, the reference norm Vn_base, the reference Torque command value T * _base) is defined, and the control gain is set based on the ratio of the rotational speed N, voltage value Vdc, norm Vn, and torque command value T * to the reference value (formula ( 1), formula (2) and step S11 of FIG. 4). According to this configuration, the corresponding control gain can be obtained simply by calculating the ratio. Since simple arithmetic processing is sufficient, the torque response can be improved while suppressing the processing load.

(5)電動機50の制御システムにおいて、制御装置20と、電力変換回路42とを有する構成とした(図3を参照)。この構成によれば、回転数N,ノルムVnやトルク指令値Tのいずれかが変化しても、従来よりはトルク応答性が向上する電動機50の制御システムを提供することができる。 (5) The control system of the electric motor 50 is configured to include the control device 20 and the power conversion circuit 42 (see FIG. 3). According to this configuration, it is possible to provide a control system for the electric motor 50 in which the torque response is improved as compared with the related art even if any of the rotation speed N, norm Vn, and torque command value T * changes.

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
[Other Embodiments]
Although the form for implementing this invention was demonstrated above, this invention is not limited to the said form at all. In other words, various forms can be implemented without departing from the scope of the present invention. For example, the following forms may be realized.

上述した実施の形態では、スイッチング素子としてIGBTを適用した(図1〜図3を参照)。この形態に代えて、他のスイッチング素子を適用してもよい。他のスイッチング素子としては、例えばFET(具体的にはMOSFET,JFET,MESFET等)、GTO、パワートランジスタ等が該当する。いずれを適用するにせよ、IGBTと同等に機能するので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the IGBT is applied as the switching element (see FIGS. 1 to 3). Instead of this form, other switching elements may be applied. Examples of other switching elements include FETs (specifically MOSFETs, JFETs, MESFETs, etc.), GTOs, power transistors, and the like. Regardless of which is applied, the same function as the above-described embodiment can be obtained because it functions in the same manner as the IGBT.

上述した実施の形態では、回転機として突極型の永久磁石同期電動機(IPMSM)50を適用した。この形態に代えて、非突極型の永久磁石同期電動機(SPMSM)でもよい。また、回転機としては、永久磁石同期電動機に限定するものではなく、例えばシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)、ロータが巻線タイプの巻線型同期モータ(突極および非突極型)、誘導機(IM)などでもよい。さらには、回転機が電動機動作だけに限定するものではなく、発電機動作を行ってもよい。いずれを適用するにせよ、電動機50と同等に機能するので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the embodiment described above, the salient pole type permanent magnet synchronous motor (IPMSM) 50 is applied as the rotating machine. Instead of this form, a non-salient permanent magnet synchronous motor (SPMSM) may be used. In addition, the rotating machine is not limited to a permanent magnet synchronous motor. For example, a synchronous reluctance motor (SynRM), a winding type synchronous motor with a rotor winding type (a salient pole and a non-salient pole type), an induction machine ( IM). Further, the rotating machine is not limited to the electric motor operation, and the generator operation may be performed. Regardless of which is applied, the same function as that of the above-described embodiment can be obtained because it functions in the same manner as the electric motor 50.

上述した実施の形態では、制御ゲインとして積分ゲインKiおよび比例ゲインKpを適用し、第1の設定法から第3の設定法までを用いて設定する構成とした(図4のステップS11〜S13を参照)。この形態に代えて、積分ゲインKiおよび比例ゲインKpのうち一方については、一定値で設定してもよい。一方の制御ゲインを一定値で設定する場合でも、従来よりはトルク応答性が向上する。   In the above-described embodiment, the integral gain Ki and the proportional gain Kp are applied as the control gain, and the setting is performed using the first setting method to the third setting method (steps S11 to S13 in FIG. 4 are performed). reference). Instead of this form, one of the integral gain Ki and the proportional gain Kp may be set to a constant value. Even when one control gain is set to a constant value, the torque response is improved as compared with the conventional case.

上述した実施の形態では、PI制御部24bはPI制御を行う構成とした(図2を参照)。この形態に代えて、さらに微分要素を含めてPID制御を行う構成としてもよい。この場合には、ゲイン設定器23は、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiの設定と同様にして、微分ゲインKdを増減して設定する構成としてもよい。回転機の性能や用途等によっては回転数Nが急激に変化する場合があり、このような回転機についてもトルク応答性が向上させることができる。なお、PID制御を行う場合には電圧位相指令θを次の式(8)に従って算出する。制御ゲインの基準となる基準微分ゲインを「Kd_base」とする。 In the embodiment described above, the PI control unit 24b is configured to perform PI control (see FIG. 2). Instead of this form, PID control may be performed including a differential element. In this case, the gain setting unit 23 may be configured to increase or decrease the differential gain Kd in the same manner as the setting of the proportional gain Kp and the integral gain Ki. Depending on the performance and application of the rotating machine, the rotational speed N may change abruptly, and the torque response can also be improved for such a rotating machine. When performing PID control, the voltage phase command θ * is calculated according to the following equation (8). The reference differential gain serving as the reference for the control gain is “Kd_base”.

Figure 0005573580
Figure 0005573580

上述した実施の形態では、制御装置20は、電力変換機構40やECU60とは別体に設ける構成とした(図3を参照)。この形態に代えて、制御装置20と電力変換機構40とを一体に設ける構成としてもよく、制御装置20とECU60とを一体に設ける構成としてもよく、制御装置20,電力変換機構40およびECU60を一体に設ける構成としてもよい。形態上の差異に過ぎず機能は同等であるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the control device 20 is configured to be provided separately from the power conversion mechanism 40 and the ECU 60 (see FIG. 3). Instead of this form, the control device 20 and the power conversion mechanism 40 may be provided integrally, or the control device 20 and the ECU 60 may be provided integrally, and the control device 20, the power conversion mechanism 40, and the ECU 60 may be provided. It is good also as a structure provided integrally. Since it is only a difference in form and has the same function, it is possible to obtain the same effect as the above-described embodiment.

上述した実施の形態では、電力変換回路42はコンバータ回路41を経て供給される電圧(電圧値Vdc)を変換して電動機50に出力する構成とした(図1,図3を参照)。この形態に代えて、コンバータ回路41を不要とし、電力変換回路42は電源30から直接供給される電圧(電圧値Vin)を変換して電動機50に出力する構成としてもよい。この場合はVdc=Vinと考え、同様の処理を行えばよい。単に電圧の供給手段が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the power conversion circuit 42 is configured to convert the voltage (voltage value Vdc) supplied via the converter circuit 41 and output it to the electric motor 50 (see FIGS. 1 and 3). Instead of this form, the converter circuit 41 may be unnecessary, and the power conversion circuit 42 may be configured to convert the voltage (voltage value Vin) directly supplied from the power supply 30 and output it to the electric motor 50. In this case, Vdc = Vin is considered and the same processing may be performed. Since only the voltage supply means is different, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

上述した実施の形態では、ゲイン設定器23またはフィードバック制御器24に入力する回転数Nは、電動機50に備えたレゾルバ51で検出した電気角θに基づいて回転数演算器26で演算する構成とした(図2を参照)。この形態に代えて、位置(回転)検出センサとしてのロータリエンコーダ(インクリメンタル型またはアブソリュート型)を電動機50に備え、ロータリエンコーダから出力される信号(例えばパルス信号等)に基づいて回転数Nを演算する回転数演算器とを備える構成としてもよい。同様に、位置(回転)検出センサとしての角速度センサ(例えばジャイロスコープ等)を電動機50に備え、角速度センサから出力される信号(例えば角速度信号等)に基づいて回転数Nを演算する回転数演算器とを備える構成としてもよい。いずれの位置(回転)検出センサを用いても電動機50の回転数Nが得られるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the rotational speed N input to the gain setting device 23 or the feedback controller 24 is calculated by the rotational speed calculator 26 based on the electrical angle θ e detected by the resolver 51 provided in the electric motor 50. (See FIG. 2). Instead of this form, a rotary encoder (incremental type or absolute type) as a position (rotation) detection sensor is provided in the electric motor 50, and the rotational speed N is calculated based on a signal (for example, a pulse signal or the like) output from the rotary encoder. It is good also as a structure provided with the rotation speed calculator which performs. Similarly, an angular velocity sensor (for example, a gyroscope) as a position (rotation) detection sensor is provided in the electric motor 50, and a rotational speed calculation for calculating the rotational speed N based on a signal (for example, an angular velocity signal) output from the angular velocity sensor. It is good also as a structure provided with a vessel. Since any position (rotation) detection sensor can be used to obtain the rotational speed N of the electric motor 50, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described embodiment.

上述した実施の形態では、電動機50の回転数Nを用いて制御ゲインの設定を行う構成とした(図4のステップS11〜S13を参照)。この形態に代えて、センサレスで推定した推定値を回転数Nとして用いる構成としてもよい。例えば、関数式等で表される数式モデルに基づいて回転数を推定したり、車両システムの他のセンサや制御量に基づいて回転数を推定したりする。こうして推定した回転数を回転数Nとして用いて、制御ゲインの設定を行えばよい。推定された回転数Nを用いる場合でも、状況に応じた制御ゲインを設定することができるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the control gain is set using the rotation speed N of the electric motor 50 (see steps S11 to S13 in FIG. 4). Instead of this form, an estimated value estimated without a sensor may be used as the rotation speed N. For example, the rotational speed is estimated based on a mathematical model represented by a function formula or the like, or the rotational speed is estimated based on another sensor or control amount of the vehicle system. The control gain may be set using the rotation speed thus estimated as the rotation speed N. Even when the estimated number of revolutions N is used, a control gain corresponding to the situation can be set, so that the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

上述した実施の形態では、電動機50の回転数Nを用いて制御ゲインの設定を行う構成としたが(式(1)から式(6)を参照)、電気角速度ωを用いて制御ゲインの設定を行う構成としてもよい。電気角速度ωは「ω=2πPN/60」で表せるように、次元が異なるだけで同じ物理量を表しているため、同様の効果が得られる。制御ゲインの設定に用いる電圧指令振幅(ノルムVn)は、回転2相座標系における電圧指令振幅、3相座標系における電圧指令振幅のうちのいずれでもよい。また、電力変換回路42が出力する電圧Vpの電圧振幅(電気角周波数1次成分の振幅)でもよい。電力変換回路42は電圧指令値に基づいて電圧を出力するため、同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment, the control gain is set using the rotational speed N of the electric motor 50 (see the equations (1) to (6)), but the control gain is set using the electrical angular velocity ω. It is good also as composition which performs. As the electrical angular velocity ω can be expressed by “ω = 2πPN / 60”, the same physical quantity is represented only by different dimensions, and thus the same effect can be obtained. The voltage command amplitude (norm Vn) used for setting the control gain may be any of the voltage command amplitude in the rotating two-phase coordinate system and the voltage command amplitude in the three-phase coordinate system. Alternatively, the voltage amplitude of the voltage Vp output from the power conversion circuit 42 (the amplitude of the primary component of the electrical angular frequency) may be used. Since the power conversion circuit 42 outputs a voltage based on the voltage command value, the same effect can be obtained.

上述した実施の形態では、制御装置20から電力変換回路42に出力(伝達)する制御信号Scとしてパルス幅変調信号を用いた。この形態に代えて、予め電気角に対するスイッチング信号を記録媒体21等に記憶したマップを用いて制御信号Scを出力する構成としてもよい。いずれにせよ、電動機50の制御を行える信号であれば任意の信号を適用することができる。この場合であっても電動機50を制御できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the pulse width modulation signal is used as the control signal Sc output (transmitted) from the control device 20 to the power conversion circuit 42. Instead of this form, the control signal Sc may be output using a map in which the switching signal for the electrical angle is stored in advance in the recording medium 21 or the like. In any case, any signal that can control the electric motor 50 can be applied. Even in this case, since the electric motor 50 can be controlled, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described embodiment.

20 制御装置
21 記録媒体
21a ゲイン情報
23 ゲイン設定器
23a ゲイン算定部
23b ゲイン参照部
24 フィードバック制御器
24a 加合部
24b PI制御部
24c ノルム算出部
24d トルク推定部
24e 二相変換部
25 スイッチング信号生成器
26 回転数演算器
30 電源
40 電力変換機構
41 コンバータ回路
42 電力変換回路
50 電動機(回転機)
51 レゾルバ(位置(回転)検出センサ)
52 電流センサ
60 ECU(外部装置)
Kp 比例ゲイン(制御ゲイン)
Ki 積分ゲイン(制御ゲイン)
Kd 微分ゲイン(制御ゲイン)
N 回転数
Sc 制御信号
Sv 検出値
T トルク
トルク指令値
Vdc 電圧値(電力変換回路に入力する電圧値)
Vp 電力変換回路出力電圧
Vn ノルム(電圧指令振幅)
θ 電圧位相指令
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Control apparatus 21 Recording medium 21a Gain information 23 Gain setting device 23a Gain calculation part 23b Gain reference part 24 Feedback controller 24a Addition part 24b PI control part 24c Norm calculation part 24d Torque estimation part 24e Two-phase conversion part 25 Switching signal generation 26 Rotational speed calculator 30 Power supply 40 Power conversion mechanism 41 Converter circuit 42 Power conversion circuit 50 Electric motor (rotary machine)
51 Resolver (position (rotation) detection sensor)
52 Current sensor 60 ECU (external device)
Kp proportional gain (control gain)
Ki integral gain (control gain)
Kd Differential gain (control gain)
N Rotation speed Sc Control signal Sv Detected value T Torque T * Torque command value Vdc Voltage value (voltage value input to power conversion circuit)
Vp Power converter output voltage Vn norm (Voltage command amplitude)
θ * Voltage phase command

Claims (4)

供給される電圧を電力変換回路で変換して回転機に伝達する際、トルク指令値に基づいて前記電力変換回路に含まれるスイッチング素子の制御を行うことにより、前記回転機のトルクを制御する回転機の制御装置において、
前記回転機の回転数、前記電力変換回路に入力する電圧値、電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上に基づいて、制御ゲインを設定するゲイン設定器と、
少なくとも積分要素を含み、前記トルク指令値と前記トルクとの偏差と、前記ゲイン設定器で設定される制御ゲインとに基づいてフィードバック制御を行い、前記電力変換回路が出力する電圧の位相を示す電圧位相指令を出力するフィードバック制御器と、
前記フィードバック制御器から出力される電圧位相指令に基づいて、前記スイッチング素子の制御を行う制御信号を生成して前記電力変換回路に出力するスイッチング信号生成器と、を有し、
前記ゲイン設定器は、前記回転数が高くなるにつれて前記制御ゲインを増加するように設定し、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上が低くなるにつれて前記制御ゲインを増加するように設定することを特徴とする回転機の制御装置。
When the supplied voltage is converted by the power conversion circuit and transmitted to the rotating machine, the switching element included in the power conversion circuit is controlled based on the torque command value, thereby controlling the torque of the rotating machine. In the control device of the machine,
The rotation speed of the rotating machine, the voltage value to be input to the power conversion circuit, based on the one or more of the voltage instruction amplitude and the torque command value, a gain setter for setting a control gain,
A voltage that includes at least an integration element, performs feedback control based on a deviation between the torque command value and the torque, and a control gain set by the gain setting device, and indicates a phase of a voltage output from the power conversion circuit A feedback controller that outputs a phase command;
A switching signal generator that generates a control signal for controlling the switching element based on a voltage phase command output from the feedback controller and outputs the control signal to the power conversion circuit ;
The gain setter is set to increase the control gain as the rotational speed increases, and the control gain increases as one or more of the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value decrease. A control device for a rotating machine, characterized in that the setting is made to increase .
前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上と、前記制御ゲインとの関係を規定するゲイン情報を記録する記録媒体を有し、
前記ゲイン設定器は、前記記録媒体に記録された前記ゲイン情報を参照し、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上に対応する前記制御ゲインを特定して設定することを特徴とする請求項に記載の回転機の制御装置。
A recording medium for recording gain information defining a relationship between one or more of the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value, and the control gain;
The gain setting unit refers to the gain information recorded on the recording medium, and determines the control gain corresponding to one or more of the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value. 2. The control device for a rotating machine according to claim 1 , wherein the control device is specified and set.
前記ゲイン設定器は、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上の基準値を規定し、前記回転数、前記電圧値、前記電圧指令振幅および前記トルク指令値のうちで一つ以上の値と前記基準値との比に基づいて前記制御ゲインを設定することを特徴とする請求項に記載の回転機の制御装置。 The gain setting device defines one or more reference values among the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the torque command value, and the rotation speed, the voltage value, the voltage command amplitude, and the 2. The control device for a rotating machine according to claim 1 , wherein the control gain is set based on a ratio between one or more values of torque command values and the reference value. 請求項1からのいずれか一項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを有することを特徴とする回転機の制御システム。 A control system for a rotating machine comprising the control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 3 and the power conversion circuit.
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