JP2910517B2 - Induction motor control device - Google Patents
Induction motor control deviceInfo
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Stopping Of Electric Motors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、回生制動を
行なう際の制御技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an induction motor used in an electric vehicle or the like, and more particularly to a control technique for performing regenerative braking.
【0002】[0002]
【従来の技術】車両の制動時に、負荷から誘導モータを
駆動して発電することにより、電力を電源に回収する回
生制動方式が知られている。従来の回生制動を行なう誘
導モータの制御装置としては、例えば、特開昭61−1
21783号公報に記載されているものがある。この制
御装置は、すべり周波数指令信号を発生する手段と、こ
れに基づいて誘導モータを駆動する電流指令値を演算す
る演算手段とを備えたものであり、誘導モータから負荷
を駆動する力行時と負荷から誘導モータを駆動する回生
時とで異なった目標値のすべり周波数指令信号を発生
し、力行時から回生時への移行を緩やかに行なうことに
より、移行時に急激なトルク変動が発生するのを防止す
るように構成したものである。例えば、磁束をφr、ト
ルク電流指令値をiT、出力トルクをTe、すべり周波数
をωse、電源周波数をω、モータ回転数(電気角)をω
re、k1およびk2を定数とすれば、 ωse=ω−ωre=k1・iT/φr Te=k2・φr・iT と表すことが出来る。上記の従来例においては、上式に
おいて、すべり周波数ωseの指令値を与えた場合に、磁
束φrを一定とし、トルク電流指令値iTを増減させるこ
とによって所望の回生トルクを発生させるようになって
いる。このように、従来例のトルク制御はすべり周波数
ωseを指定することによって行ない、定常時および過渡
時の効率(損失)とは無関係に設定されるようになって
いる。2. Description of the Related Art There is known a regenerative braking system in which an induction motor is driven from a load to generate electric power when a vehicle is braked, so that electric power is recovered to a power supply. A conventional induction motor control device for performing regenerative braking is disclosed in, for example,
There is one described in US Pat. The control device includes a means for generating a slip frequency command signal and a calculating means for calculating a current command value for driving the induction motor based on the slip frequency command signal. A slip frequency command signal with a different target value is generated at the time of regeneration when the induction motor is driven from the load, and the transition from power running to regeneration is performed gently. It is configured to prevent this. For example, the magnetic flux is φ r , the torque current command value is i T , the output torque is Te , the slip frequency is ω se , the power supply frequency is ω, and the motor speed (electric angle) is ω.
If re , k 1 and k 2 are constants, it can be expressed as ω se = ω−ω re = k 1 · i T / φ r Te = k 2 · φ r · i T. In the above conventional example, in the above equation, when the command value of the slip frequency ω se is given, the desired regenerative torque is generated by keeping the magnetic flux φ r constant and increasing or decreasing the torque current command value i T. It has become. As described above, the conventional torque control is performed by designating the slip frequency ω se , and is set independently of the efficiency (loss) in the steady state and the transient state.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の誘
導モータ制御方法においては、損失とは無関係に設定さ
れたすべり周波数指令信号に対応して定まるトルク電流
指令値に応じて誘導モータが駆動されるため、過渡時お
よび定常時の損失を考慮することなしに回生動作が行な
われ、効率が悪いという問題があった。本発明は、上記
のごとき従来技術の問題を解決するためになされたもの
であり、力行時から回生時への移行時に急激なトルク変
動を避けると共に、過渡損失を低減することの出来る誘
導モータ制御装置を提供することを目的とする。As described above, in the conventional induction motor control method, the induction motor is driven in accordance with a torque current command value determined in accordance with a slip frequency command signal set independently of a loss. Therefore, there is a problem that the regenerative operation is performed without considering the loss at the time of transition and at the time of steady state, and the efficiency is low. The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and an induction motor control capable of avoiding a sudden torque fluctuation at the time of transition from power running to regeneration and reducing transient loss. It is intended to provide a device.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、誘導モータから負荷を駆動する力行時には運
転者の操作に対応したトルク指令値を発生し、負荷から
誘導モータを駆動して発電する回生時には力行時と逆符
号のトルク指令値を出力するトルク指令値発生部と、上
記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、上
記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶対
値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子磁
束を演算する定常損失最小磁束演算部と、上記定常損失
最小磁束を入力し、ローパス特性を有する伝達関数に基
づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算する
目標磁束演算部と、上記トルク指令値発生部からのトル
ク指令値を入力し、力行時と回生時とで異なるローパス
特性を有する所定の伝達関数に基づいて上記トルク指令
値から誘導モータの目標トルクを演算する目標トルク演
算部と、を備えている。また、上記トルク指令値発生部
は、例えば請求項2に記載のように、誘導モータから負
荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正のト
ルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動して発
電する回生時には力行時から回生時に切り換わるときの
状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生するもの
である。また、上記目標トルク演算部は、例えば請求項
3に記載のように、力行時にはローパス特性を有する所
定の伝達関数に基づいて目標トルクを演算し、回生時に
は上記トルク指令値に応じて予め設定された、力行時と
は異なった、ローパス特性を有する伝達関数で目標トル
クを演算するものである。また、上記目標磁束演算部
は、例えば請求項4に記載のように、力行時にはローパ
ス特性を有する所定の伝達関数を選択し、回生時には上
記トルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の、ロ
ーパス特性を有する伝達関数を選択し、それらに基づい
て目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算するもの
である。なお、上記のトルク指令値発生部、絶対値回路
部、定常損失最小磁束演算部、目標磁束演算部および目
標トルク演算部は、例えば、後記図1の実施例における
指令値発生部9、絶対値回路部10、定常損失最小磁束
演算部11、目標磁束演算部12および目標トルク演算
部15にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例え
ば後記図1または図2の実施例における励磁電流指令値
iφ'、トルク電流指令値iT'および電流の位相角θに
相当する。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is configured as described in the claims. That is, according to the first aspect of the present invention, in addition to the vector control operation unit and the motor driving unit similar to the conventional one, a torque command value corresponding to the driver's operation is generated when the load is driven by the induction motor. A torque command value generating unit that outputs a torque command value having the opposite sign to that during power running during regenerative power generation by driving an induction motor from a load; an absolute value circuit unit that outputs an absolute value of the torque command value; A steady-state loss minimum magnetic flux calculation unit that calculates a rotor magnetic flux that minimizes the steady-state loss of the induction motor at the absolute value of the torque command value given via the value circuit unit; A target magnetic flux calculating section for calculating a target magnetic flux and a first-order differential value of the target magnetic flux based on a transfer function having a torque function, and a torque command value from the torque command value generating section, which are input during power running and regeneration. Different low-pass in
A target torque calculator for calculating a target torque of the induction motor from the torque command value based on a predetermined transfer function having characteristics . Further, the torque command value generating unit generates a positive torque command value corresponding to the driver's operation at the time of power running to drive the load from the induction motor, for example, as described in claim 2, and controls the induction motor from the load. At the time of regenerative driving and power generation, a negative torque command value having a magnitude corresponding to a state at the time of switching from power running to regenerating is generated. The target torque calculation unit calculates a target torque based on a predetermined transfer function having a low-pass characteristic during power running, and converts the target torque to the torque command value during regeneration, for example, as described in claim 3. When powering is set in advance according to
Different is for calculating a target torque transfer function with low pass characteristics. In addition, the target magnetic flux calculation unit may be configured to control the low-power
A predetermined transfer function having a transfer characteristic is selected, and during regeneration, a time constant for minimizing a loss according to the torque command value is selected .
Select a transfer function having Pasu properties, based on their
To calculate the target magnetic flux and the first derivative of the target magnetic flux . The above-described torque command value generating section, absolute value circuit section, steady-state minimum loss magnetic flux calculating section, target magnetic flux calculating section and target torque calculating section are, for example, a command value generating section 9 in the embodiment of FIG. It corresponds to the circuit section 10, the steady-state minimum magnetic flux calculation section 11, the target magnetic flux calculation section 12, and the target torque calculation section 15, respectively. The current command value corresponds to, for example, the excitation current command value i φ ′, the torque current command value i T ′, and the current phase angle θ in the embodiment of FIG. 1 or FIG.
【0005】[0005]
【作用】上記のごとく、本発明においては、定常損失最
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部とを
一般的なベクトル制御演算部に付加し、トルク応答性と
磁束応答性とを独立に可変できる制御系構成とすること
により、定常的にはすべり周波数を損失最小すべり周波
数ωse-optとし、過渡的には磁束応答をトルク応答に応
じた最適な値とするように制御することによって、過渡
損失を軽減するように構成している。さらに回生時には
力行時と逆符号のトルク指令値を出力するトルク指令値
発生部を設け、それによって回生時には負のトルクを得
るようにしている。トルクTeは、Te=k・φr・i
T(ただしkは定数)で与えられる。したがってトルク
を負の値にするには、磁束φrとトルク電流iTのいずれ
か一方の極性を反転させればよい。しかし、磁束φrは
励磁電流iφを変化させても直ぐには追従しないので好
ましくない。そのため、本発明においては、トルク電流
iTの符号を反転することによって負のトルクを発生さ
せている。上記の機能を実現するため、本発明において
は、絶対値回路部を設け、回生時にトルク指令値が負に
なった場合でも、定常損失最小磁束演算部には常に正の
値を与え、目標磁束は常に正の値になるようにしてい
る。そして目標トルク演算部には、トルク指令値がその
まま与えられるので、回生時にトルク指令値が負の値に
なれば、トルク電流指令値も負になり、負のトルクを得
ることが出来る。なお、上記の過渡損失を軽減する制御
は力行時、回生時を通じて同じである。また、目標トル
ク演算部における伝達関数を力行時と回生時とで異なっ
た値とすることにより、力行時から回生時への移行時に
急激なトルク変動が発生するのを防止することが出来
る。なお、上記伝達関数の切り換えは、トルク指令値の
値に応じて行なってもよいが、後記図1および図3の実
施例に示すごとく、切り換え用の回生指令信号を別に発
生させ、それを用いて伝達関数の時定数を切り換えるよ
うに構成してもよい。この回生指令信号もトルク指令値
と同様に回生時には移行時の運転状態に応じた大きさと
なる信号である。As described above, in the present invention, the steady-state loss minimum magnetic flux calculating section, the target magnetic flux calculating section, and the target torque calculating section are added to a general vector control calculating section, and the torque response and the magnetic flux responsiveness are improved. By adopting a control system configuration that can be changed independently, the slip frequency is steadily set to the minimum loss slip frequency ω se-opt, and the magnetic flux response is transiently controlled to an optimum value according to the torque response. Thus, the configuration is designed to reduce the transient loss. Further, a torque command value generating section for outputting a torque command value having the opposite sign to that during power running during regeneration is provided, whereby a negative torque is obtained during regeneration. The torque Te is expressed as: Te = k · φ r · i
T (where k is a constant). Therefore, in order to set the torque to a negative value, one of the polarities of the magnetic flux φ r and the torque current i T may be reversed. However, the magnetic flux φ r is not preferable because it does not immediately follow even if the exciting current i φ is changed. Therefore, in the present invention, thereby generating a negative torque by reversing the sign of the torque current i T. In order to realize the above function, in the present invention, an absolute value circuit section is provided, and even if the torque command value becomes negative during regeneration, a positive value is always given to the steady-state loss minimum magnetic flux calculating section, and the target magnetic flux Is always positive. Since the torque command value is directly supplied to the target torque calculation unit, if the torque command value becomes negative during regeneration, the torque current command value also becomes negative, and a negative torque can be obtained. Note that the above-described control for reducing the transient loss is the same throughout power running and regeneration. Further, by setting the transfer function in the target torque calculation unit to be different between powering and regeneration, it is possible to prevent a sudden torque fluctuation from occurring during transition from powering to regeneration. The transfer function may be switched according to the value of the torque command value. However, as shown in the embodiments of FIGS. 1 and 3 below, a regenerative command signal for switching is separately generated and used. Alternatively, the time constant of the transfer function may be switched. This regenerative command signal is also a signal having a magnitude corresponding to the operating state at the time of transition at the time of regenerating, like the torque command value.
【0006】[0006]
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図1〜図3は、本発明の一実施例図であり、図1は図2
における高効率駆動制御演算部1の詳細を示すブロック
図、図2はシステム全体の構成を示すブロック図、図3
はトルク指令値発生部9の詳細を示すブロック図であ
る。まず、図2において、1は高効率駆動制御演算部
(詳細後述)であり、トルク指令値発生部9(詳細後
述)から与えられるトルク指令値Te'と回転速度センサ
5で検出したモータ回転速度N(rpm)とを入力し、励
磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値iT'および電流
の位相角θを演算して出力する。また、2は座標変換部
であり、モータの電源周波数で回転する座標系で演算さ
れた上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値
iT'および電流の位相角θを三相交流電流指令値iu'、
iv'、iw'に変換する。3は電流制御PWM(パルス幅
変調)インバータであり、誘導モータ4に流れる三相交
流電流iu、iv、iwをそれぞれの指令値に追従させ
る。5は誘導モータ4の回転速度を検出する回転速度セ
ンサ、6は電流制御PWMインバータ3に電力を供給す
る直流電源(誘導モータ駆動用電源)である。次に、図
2において、9はトルク指令値発生部、10は絶対値回
路部、11は定常損失最小磁束演算部、12は目標磁束
演算部、13は励磁電流演算部、14は時定数設定部、
15は目標トルク演算部、16はトルク電流演算部、1
7はすべり周波数演算部、18はモータ回転数演算部、
19は積分演算部である。なお、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17、モー
タ回転数演算部18および積分演算部19は、一般的な
ベクトル制御演算を行なう部分である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing details of the high-efficiency drive control operation unit 1 in FIG. 2, FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing details of a torque command value generator 9. First, in FIG. 2, reference numeral 1 denotes a high-efficiency drive control calculation unit (details will be described later), and a torque command value Te ′ given from a torque command value generation unit 9 (details described later) and a motor rotation detected by the rotation speed sensor 5. The speed N (rpm) is input, the excitation current command value i φ ′, the torque current command value i T ′, and the phase angle θ of the current are calculated and output. Reference numeral 2 denotes a coordinate conversion unit which converts the excitation current command value i φ ′, torque current command value i T ′, and current phase angle θ calculated in a coordinate system rotating at the power frequency of the motor into a three-phase AC. The current command value i u ′,
Convert to iv ', iw '. Reference numeral 3 denotes a current control PWM (pulse width modulation) inverter which causes the three-phase AC currents i u , i v , i w flowing through the induction motor 4 to follow respective command values. Reference numeral 5 denotes a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the induction motor 4, and 6 denotes a DC power supply (power supply for driving the induction motor) that supplies power to the current control PWM inverter 3. Next, in FIG. 2, 9 is a torque command value generating section, 10 is an absolute value circuit section, 11 is a steady loss minimum magnetic flux calculating section, 12 is a target magnetic flux calculating section, 13 is an exciting current calculating section, and 14 is a time constant setting. Department,
15 is a target torque calculation unit, 16 is a torque current calculation unit, 1
7 is a slip frequency calculation unit, 18 is a motor rotation speed calculation unit,
19 is an integral operation unit. In addition, the excitation current calculation unit 13,
The torque current calculation unit 16, the slip frequency calculation unit 17, the motor rotation speed calculation unit 18, and the integration calculation unit 19 are units that perform general vector control calculation.
【0007】次に作用を説明するが、最初に各演算部の
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図1において、トルク指令値
発生部9は、運転者によって操作されるアクセルペダル
の操作量に対応したトルク指令値Te'と回生指令信号C
sを出力する。なお、前記図2においては、上記のTe'
とCsを一括してTe'と表示している。上記のトルク指
令値Te'は力行時は正の値、回生時は負の値となる信号
であり、回生指令信号Csは力行時から回生時に切り換
わるときの運転状態に応じて異なった値となる。また、
絶対値回路部10は、上記のトルク指令値Te'の絶対値
を出力する。したがって絶対値回路部10から出力され
る値は、トルク指令値Te'の正負に関わりなく、すなわ
ち力行時か回生時かに関わりなく常に正の値である。定
常損失最小磁束演算部11は、絶対値回路部10から与
えられる常に正のトルク指令値Te'を入力し、そのトル
ク指令値Te'において定常状態での損失(銅損)を最小
とする磁束φr'を演算して出力する。また、時定数設定
部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回生指
令信号Csに応じて回生状態を判別し、それに応じた目
標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを
算出する。また、目標磁束演算部12は、上記の定常損
失最小磁束φr'を入力し、定常時においては上記の定常
損失最小磁束φr'に対応し、過渡時においては磁束応答
をトルク応答に応じた最適な値とする目標磁束φrと、
その一階微分値d/dt φrとを演算して出力する。そして
上記の目標磁束φrの演算においては、力行時には予め
定められた所定の伝達関数に基づいて演算を行ない、回
生時には伝達関数の時定数として時定数設定部14から
与えられる目標磁束応答時定数τφを用いて演算する。
また、目標トルク演算部15は、トルク指令値Te'を入
力し、所定の伝達関数(要求される応答性や許容される
電流容量等に応じて設定する)に基づいて目標トルクT
mを演算する。そして回生時には伝達関数の時定数とし
て時定数設定部14から与えられる目標トルク応答時定
数τTを用いて演算する。また、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17の部分
は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分である。ま
ず、励磁電流演算部13は、上記目標磁束演算部12か
ら与えれる目標磁束φrと一階微分値d/dt φrとに基づ
いて、励磁電流指令値iφ'を演算して出力する。ま
た、トルク電流演算部16は、目標トルク演算部15の
目標トルクTmと目標磁束演算部12の目標磁束φrとを
入力し、トルク電流指令値iT'を演算して出力する。ま
た、すべり周波数演算部17は、目標磁束演算部12の
目標磁束φrとトルク電流演算部16のトルク電流指令
値iT'とを入力し、すべり周波数ωseを演算して出力す
る。また、モータ回転数演算部18は、図2の回転速度
センサ5から与えられるモータ回転速度Nに当該誘導モ
ータ固有の極対数Pを乗算してモータ回転数(電気角)
ωreを演算する。すなわちωre=(π/30)N×Pで
ある。このモータ回転数ωreと上記のすべり周波数ωse
とを加算したものが電源周波数ωとなる。すなわち、ω
=ωse+ωreである。そして、積分演算部19は、上記
の電源周波数ωを積分した値を電流の位相角θとして出
力する。上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令
値iT'および電流の位相角θが電流指令値として図2の
座標変換部2に送られる。Next, the operation will be described. First, the general operation of each arithmetic section will be described, and then the characteristic features of the present embodiment will be described in detail. In FIG. 1, a torque command value generator 9 includes a torque command value T e ′ corresponding to an operation amount of an accelerator pedal operated by a driver and a regeneration command signal C.
Output s . Incidentally, in FIG. 2, the above T e '
And C s are collectively indicated as Te ′. Power running above the torque command value T e 'is a positive value, the signal comprising the regenerative and negative value, regeneration command signal C s is different according to the operating state when switched during regeneration from power running Value. Also,
The absolute value circuit section 10 outputs the absolute value of the torque command value Te ′. Therefore, the value output from the absolute value circuit section 10 is always a positive value regardless of whether the torque command value Te 'is positive or negative, that is, regardless of whether the power is running or during regeneration. The steady loss minimum magnetic flux calculation unit 11 always receives the positive torque command value Te ′ given from the absolute value circuit unit 10 and minimizes the loss (copper loss) in the steady state at the torque command value Te ′. operation and outputs the magnetic flux φ r 'to. Further, the time constant setting unit 14 discriminates the regenerative mode depending on the regeneration command signal C s provided from the torque command value generating unit 9, the target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T accordingly Is calculated. Further, the target magnetic flux computing unit 12, 'enter the, during steady steady loss minimum flux phi r of the' aforementioned constant loss minimum flux phi r corresponds to, depending on the torque response flux response in transient Target flux φ r to be the optimal value,
The first derivative d / dt φ r is calculated and output. In the calculation of the target magnetic flux φ r , a calculation is performed based on a predetermined transfer function during power running, and a target magnetic flux response time constant given from the time constant setting unit 14 as a time constant of the transfer function during regeneration during regeneration. It is calculated by using the τ φ.
Further, the target torque calculation unit 15 receives the torque command value Te ′, and sets the target torque Te based on a predetermined transfer function (set in accordance with a required responsiveness, an allowable current capacity, and the like).
Calculate m . At the time of regeneration, calculation is performed using the target torque response time constant τ T given from the time constant setting unit 14 as the time constant of the transfer function. In addition, the excitation current calculation unit 13,
The portions of the torque current calculation section 16 and the slip frequency calculation section 17 are sections for performing general vector control calculation. First, the excitation current calculation unit 13 calculates and outputs an excitation current command value i φ ′ based on the target magnetic flux φ r provided from the target magnetic flux calculation unit 12 and the first derivative d / dt φ r. . The torque current calculation unit 16 inputs the target magnetic flux phi r of the target torque T m and the target magnetic flux calculating unit 12 of the target torque calculating section 15 calculates and outputs a torque current command value i T '. Further, the slip frequency calculation unit 17 receives the target magnetic flux φ r of the target magnetic flux calculation unit 12 and the torque current command value i T ′ of the torque current calculation unit 16 and calculates and outputs the slip frequency ω se . The motor rotation speed calculation unit 18 multiplies the motor rotation speed N given from the rotation speed sensor 5 in FIG. 2 by the number of pole pairs P unique to the induction motor to obtain a motor rotation speed (electrical angle).
Calculate ω re . That is, ω re = (π / 30) N × P. This motor rotation speed ω re and the above slip frequency ω se
Is the power supply frequency ω. That is, ω
= Ω se + ω re . Then, the integration calculator 19 outputs a value obtained by integrating the power supply frequency ω as a phase angle θ of the current. The above exciting current command value i φ ′, torque current command value i T ′, and current phase angle θ are sent to the coordinate conversion unit 2 in FIG. 2 as current command values.
【0008】次に、各演算部の詳細について説明する。
まず、励磁電流演算部13、トルク電流演算部16、す
べり周波数演算部17の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ωseを下記(数
1)式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Teを下記(数2)式の形に導くものである。Next, the details of each operation unit will be described.
First, the excitation current calculation unit 13, the torque current calculation unit 16, and the slip frequency calculation unit 17 perform a general vector control calculation, and a detailed description thereof will be omitted. by providing omega se below (equation 1), and guides the output torque T e of the induction motor in the form of the following equation 2.
【0009】[0009]
【数1】 (Equation 1)
【0010】ただし、ω:電源周波数、ωre:モータ回
転数(電気角)、M:相互インダクタンス、Lr:回転
子自己インダクタンス、Rr:回転子抵抗、iT:トルク
電流、φr:回転子磁束Where ω: power supply frequency, ω re : motor speed (electrical angle), M: mutual inductance, L r : rotor self-inductance, R r : rotor resistance, i T : torque current, φ r : Rotor flux
【0011】[0011]
【数2】 (Equation 2)
【0012】ただし、P:極対数 また、このとき回転子磁束φrと励磁電流iφとの関係
は下記(数3)式に示すようになる。Here, P is the number of pole pairs. At this time, the relationship between the rotor magnetic flux φ r and the exciting current i φ is expressed by the following equation (3).
【0013】[0013]
【数3】 (Equation 3)
【0014】ただし、S:ラプラス演算子 したがって、励磁電流演算部13で行なわれる励磁電流
指令値iφ'の演算式は、上記(数3)式から下記(数
4)式に示すようになる。However, S: Laplace operator Therefore, the equation for calculating the excitation current command value i φ ′ performed in the excitation current calculation unit 13 is as shown in the following equation (4) from the above equation (3). .
【0015】[0015]
【数4】 (Equation 4)
【0016】また、トルク電流演算部16で行なわれる
トルク電流指令値iT'の演算式は上記(数2)式から下
記(数5)式に示すようになる。The equation for calculating the torque current command value i T ′ performed by the torque current calculation section 16 is as shown in the following equation (5) from the above equation (2).
【0017】[0017]
【数5】 (Equation 5)
【0018】ただし、Te':トルク指令値 なお、すべり周波数演算部17におけるすべり周波数ω
seの演算式は、前記(数1)式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部18および積分演算部19に
おける演算は、前記のとおりである。Here, T e ': torque command value Note that the slip frequency ω in the slip frequency calculation unit 17
The arithmetic expression of se is as shown in the above (Equation 1).
The calculations in the motor rotation speed calculation unit 18 and the integration calculation unit 19 are as described above.
【0019】次に、本実施例の特徴とするトルク指令値
発生部9、時定数設定部14、定常損失最小磁束演算部
11、目標磁束演算部12、目標トルク演算部15の部
分について説明する。図3は、トルク指令値発生部9の
一実施例のブロック図である。図3において、21はア
クセルセンサであり、運転者の操作するアクセルペダル
に連動したポテンショメータと電源から成る。また22
は負電圧を出力する可変基準電源であり、回生指令信号
Csに応じて異なった値の負電圧を出力する。また23
はアクセルセンサ21と連動するアイドルスイッチであ
り、アクセルペダルが開放状態(全く踏み込まれていな
い状態)の時には、可変基準電源22側に切り換わり、
それ以外の時にはアクセルセンサ21側に切り換わる。
また微分回路24はアクセルセンサ21の出力S1の微
分値を出力する。また負電圧比較器25は入力値が負の
所定値以上の場合に“1”を出力する。またスイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力が“1”のあいだオン
になる。また比較器27は入力値が正の所定値以上の場
合に“1”を出力する。またサンプルホールド回路28
は、スイッチ回路26がオンのあいだ微分回路24の出
力S3を保持して出力し、比較器27の出力S6によっ
てリセットされる。そしてこのサンプルホールド回路2
8の出力が回生指令信号Csとなる。また、アイドルス
イッチ23の出力がトルク指令値Te'となる。Next, the parts of the torque command value generator 9, the time constant setting unit 14, the steady-state minimum loss magnetic flux calculator 11, the target magnetic flux calculator 12, and the target torque calculator 15 which are features of the present embodiment will be described. . FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of the torque command value generator 9. In FIG. 3, reference numeral 21 denotes an accelerator sensor, which comprises a potentiometer and a power supply interlocked with an accelerator pedal operated by a driver. Also 22
Is a variable reference power supply that outputs a negative voltage, and outputs different values of negative voltage according to the regeneration command signal Cs. Also 23
Is an idle switch interlocked with the accelerator sensor 21, and switches to the variable reference power supply 22 when the accelerator pedal is released (in a state where the accelerator pedal is not depressed at all),
At other times, it switches to the accelerator sensor 21 side.
The differentiating circuit 24 outputs a differential value of the output S1 of the accelerator sensor 21. The negative voltage comparator 25 outputs “1” when the input value is equal to or more than a predetermined negative value. The switch circuit 26 is turned on while the output of the negative voltage comparator 25 is "1". The comparator 27 outputs “1” when the input value is equal to or more than a predetermined positive value. Also, the sample hold circuit 28
While the switch circuit 26 is on, the output S3 of the differentiating circuit 24 is held and output, and is reset by the output S6 of the comparator 27. And this sample and hold circuit 2
The output of 8 becomes the regeneration command signal Cs. Further, the output of the idle switch 23 becomes the torque command value Te '.
【0020】図4は、図3の回路における信号波形の一
例図である。図4に示すごとく、アクセルセンサ21の
出力S1が図示のごとく変化した場合、微分回路24の
出力S3は、出力S1が増加しているときは正の信号、
減少しているときは負の信号となる。また、スイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力S4がある場合、すな
わち微分回路24の出力S3が負の場合にのみオンとな
る。サンプルホールド回路28はスイッチ回路26の出
力S5を保持し、比較器27の出力S6が与えられる
と、すなわち微分回路24の出力S3が正になるとリセ
ットされる。したがってサンプルホールド回路28から
出力される回生指令信号Csは、微分回路24の出力S
3が負の場合にのみ出力され、かつその負の大きさに対
応した大きさの値となる。この回生指令信号Csによっ
て可変基準電源22を切り換え、回生指令信号Csに応
じた負の電圧S2を出力させる。一方、アイドルスイッ
チ23の出力がトルク指令値Te'となるが、アクセルペ
ダルが踏み込まれている状態では、アクセルセンサ21
の出力S1がトルク指令値Te'として出力される。これ
はアクセルペダルの踏み込み量に対応した正の値であ
る。このとき回生指令信号Csは0である。そしてアク
セルペダルが開放状態になると、アイドルスイッチ23
が切り換えられて可変基準電源22の出力S2がトルク
指令値Te'となって出力される。この出力S2は回生指
令信号Csに応じた負の値である。すなわちトルク指令
値Te'は、力行時には正の値、回生時には負の値とな
り、かつその負の値は、力行時から回生時に切り換わる
ときの運転状態に応じた値となる。例えば、アクセルペ
ダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、ト
ルク指令値Te'は負の大きな値となる。これに対してア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、トルク指令値Te'は負の小さな値となる。なお、ア
クセルペダルを踏み込んでいた時間、車両の加速度、車
速、モータ回転数、トルク電流、励磁電流、フットブレ
ーキの使用状態等に応じて、トルク指令値Te'の値をさ
らに精密に設定するように構成してもよい。FIG. 4 is an example of a signal waveform in the circuit of FIG. As shown in FIG. 4, when the output S1 of the accelerator sensor 21 changes as shown, the output S3 of the differentiating circuit 24 becomes a positive signal when the output S1 increases,
When it is decreasing, it becomes a negative signal. The switch circuit 26 is turned on only when the output S4 of the negative voltage comparator 25 is present, that is, when the output S3 of the differentiating circuit 24 is negative. The sample hold circuit 28 holds the output S5 of the switch circuit 26, and is reset when the output S6 of the comparator 27 is given, that is, when the output S3 of the differentiating circuit 24 becomes positive. Therefore, the regeneration command signal Cs output from the sample hold circuit 28 is equal to the output S
It is output only when 3 is negative, and has a value corresponding to the negative value. The variable reference power supply 22 is switched by the regeneration command signal Cs, and a negative voltage S2 corresponding to the regeneration command signal Cs is output. On the other hand, the output of the idle switch 23 becomes the torque command value T e ′, but when the accelerator pedal is depressed, the accelerator sensor 21
Is output as the torque command value T e ′. This is a positive value corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal. At this time, the regeneration command signal Cs is 0. When the accelerator pedal is released, the idle switch 23
Is switched, and the output S2 of the variable reference power supply 22 is output as the torque command value T e ′. This output S2 is a negative value corresponding to the regeneration command signal Cs. That is, the torque command value T e ′ is a positive value during power running, a negative value during regeneration, and the negative value is a value according to the operating state when switching from power running to regeneration. For example, when the accelerator pedal is suddenly released from a state in which the accelerator pedal is fully depressed, the torque command value T e 'becomes a large negative value. On the other hand, when the accelerator pedal is released from being depressed slightly, the torque command value Te 'becomes a small negative value. The value of the torque command value T e ′ is set more precisely according to the time during which the accelerator pedal is depressed, the acceleration of the vehicle, the vehicle speed, the motor rotation speed, the torque current, the excitation current, the use state of the foot brake, and the like. It may be configured as follows.
【0021】次に、図1に戻って、時定数演算部14に
ついて説明する。時定数演算部14は、トルク指令値発
生部9から与えられる回生指令信号Csに応じて回生状
態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφと目
標トルク応答時定数τTとを算出する。すなわち、回生
指令信号Csが0の力行時には、予め定められた所定の
目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTを
出力する。この時の値は、速い応答性が得られるように
時定数を小さな値とする。一方、回生時には、回生指令
信号Csに応じて目標磁束応答時定数τφと目標トルク
応答時定数τTを変える。例えば、アクセルペダルを大
きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、回生指令信
号Csが大きくなるので、この場合には目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比較的小さな
値(力行時よりは大きな値)とする。これに対して、ア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、回生指令信号Csが小さいので、この場合には目標
磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比
較的大きな値とする。この算出した値によって定常損失
最小磁束演算部11の目標磁束応答時定数τφと目標ト
ルク演算部15の目標トルク応答時定数τTとを設定す
る。なお、上記のように、トルク指令値Te'の値も移行
時の状態に応じた値となるから、回生指令信号Csの代
わりにトルク指令値Te'自体を用いて目標磁束応答時定
数τφと目標トルク応答時定数τTを切り換えるように
構成することもできる。すなわち、トルク指令値Te'が
正の力行時には、予め定められた所定の目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTを出力し、回生時
にはトルク指令値Te'の負の値の大きさに応じて上記と
同様に目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数
τTの値を変えるように構成すればよい。Next, returning to FIG. 1, the time constant calculator 14 will be described. The time constant computing unit 14 discriminates the regenerative mode depending on the regeneration command signal C s provided from the torque command value generating unit 9, and a target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T accordingly calculate. That is, regeneration command to the signal C s is power running of 0, and outputs a pre-specified target flux response time constant that is determined tau phi and the target torque response time constant tau T. At this time, the time constant is set to a small value so as to obtain a quick response. On the other hand, during regenerative, changing the target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T in response to the regeneration instruction signal C s. For example, if suddenly released from the large-depth state the accelerator pedal, since regeneration instruction signal C s is increased, relatively to the target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T in this case Set a small value (larger value than during power running). In contrast, if released from the small-depth state the accelerator pedal, since regeneration instruction signal C s is small, relatively the target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T in this case Use a large value. Based on the calculated value, the target magnetic flux response time constant τ φ of the steady loss minimum magnetic flux calculator 11 and the target torque response time constant τ T of the target torque calculator 15 are set. Incidentally, as described above, 'from a value a value also corresponding to the state at the time of transition, the torque command value T e instead of the regeneration command signal C s' torque command value T e when the target magnetic flux respond with itself It may be configured to switch the constant tau phi and the target torque response time constant tau T. That is, when the torque command value T e ′ is positive power running, a predetermined target magnetic flux response time constant τ φ and a target torque response time constant τ T are output, and at the time of regeneration, the torque command value T e ′ is negative. What is necessary is just to change the value of the target magnetic flux response time constant τ φ and the target torque response time constant τ T according to the magnitude of the value in the same manner as described above.
【0022】次に、定常損失最小磁束演算部11、目標
磁束演算部12、目標トルク演算部15の部分について
説明する。通常のベクトル制御は、回転子磁束φrを一
定(励磁電流iφを一定)とし、トルク電流iTのみを
変化させることによって、出力トルクのトルク電流iT
に対する線形性と速応性を得るものである。しかし、こ
のような回転子磁束φr一定ベクトル制御は、負荷によ
らず一定の励磁電流iφを供給するため、一般的に軽負
荷において効率が悪化する。そのため、誘導モータの損
失として銅損を考え、これを最小とする条件を求める。
まず、図5に示すごときγ−δ座標モデル、すなわち誘
導モータのモデルとして良く知られた電源周波数で回転
するγ−δ座標モデルを用いることにする。図5におい
て、ベクトル制御が成立している場合、各軸の電流成分
と、回転子磁束φrとの間には、下記(数6)式が成立
することが知られている。ただし、各電流成分iγs、
iδs、iγr、iδrにおいて、添字γ、δは各軸成
分、rは回転子、sは固定子を表わす。Next, the parts of the steady-state minimum loss magnetic flux calculator 11, the target magnetic flux calculator 12, and the target torque calculator 15 will be described. In the ordinary vector control, the rotor magnetic flux φ r is fixed (the exciting current i φ is constant), and only the torque current i T is changed, so that the torque current i T of the output torque is changed.
To obtain linearity and responsiveness to However, such a constant vector control of the rotor magnetic flux φ r supplies a constant exciting current i φ regardless of the load, so that the efficiency generally deteriorates at a light load. Therefore, copper loss is considered as the loss of the induction motor, and a condition for minimizing the loss is determined.
First, a .gamma .-. Delta. Coordinate model as shown in FIG. 5, that is, a .gamma .-. Delta. Coordinate model rotating at a power supply frequency well known as an induction motor model is used. 5, if the vector control is established, the current components of the respective axes, is between the rotor flux phi r, it is known that the following equation (6) is established. Here, each current component i γs ,
In i δs , i γr , and i δr , subscripts γ and δ represent each axis component, r represents a rotor, and s represents a stator.
【0023】[0023]
【数6】 (Equation 6)
【0024】一方、誘導モータの銅損Lcは、図5と上
記(数6)式から下記(数7)式に示すようになる。On the other hand, the copper loss L c of the induction motor is as shown in the following equation (7) from FIG. 5 and the equation (6).
【0025】[0025]
【数7】 (Equation 7)
【0026】ただし、Rs:固定子抵抗、K1、K2:モ
ータによって決まる定数 上記(数7)式において、定常状態を考えればφrの微
分項d/dt φrは0となるから、銅損Lcを最小とするす
べり周波数ωse-optは、dLc/dωse=0の条件か
ら、下記(数8)式で求めることができる。[0026] However, R s: stator resistance, K 1, K 2: In constant above (7) determined by the motor type, because the differential term d / dt φ r of phi r given the steady state becomes 0 , And the slip frequency ω se-opt that minimizes the copper loss L c can be obtained by the following equation (8) from the condition of dL c / dω se = 0.
【0027】[0027]
【数8】 (Equation 8)
【0028】したがって、すべり周波数ωseを(数8)
式の値に保てば、銅損を最小とする駆動が可能となる。
具体的には前記(数1)式より、すべり周波数を損失最
小すべり周波数ωse-optに保つためには、トルク電流i
Tと磁束φrとの関係を下記(数9)式に示すようにすれ
ばよいことが判る。Therefore, the slip frequency ω se is given by ( Equation 8)
By keeping the value of the equation, it is possible to perform driving that minimizes copper loss.
Specifically, from the above equation (1), in order to keep the slip frequency at the minimum loss slip frequency ω se-opt , the torque current i
The relationship between T and the magnetic flux phi r It can be seen that it is sufficient as shown in the following equation (9) below.
【0029】[0029]
【数9】 (Equation 9)
【0030】次に、上記(数9)式を前記(数2)式に
代入してiTを消去すると、トルク指令値Te'と磁束φr
の関係は下記(数10)式で示すようになる。Next, when the equation (9) is substituted into the equation (2) to eliminate i T , the torque command value Te ′ and the magnetic flux φ r
Is expressed by the following equation (10).
【0031】[0031]
【数10】 (Equation 10)
【0032】したがって、トルク指令値Te'が入力され
た場合に、定常損失最小磁束φr'を(数10)式で導
き、トルク電流指令値iT'は(数9)式、励磁電流指令
値iφ'は(数4)式、すべり周波数ωseは(数1)式
でそれぞれ演算することにより、定常的に銅損を最小と
する駆動が可能となる。このとき、すべり周波数ωseは
損失最小すべり周波数ωse-optに一致し、かつ出力トル
クTeはトルク指令値Te'に追従することになる。とこ
ろが、トルク指令値Te'がステップ状に変化した場合に
は、(数10)式から、定常損失最小磁束φr'も同様に
ステップ状となる。そして(数4)式に示すように、励
磁電流指令値iφ'の演算にはdφr/dtが含まれてい
るため、ステップ状のトルク指令値変化が生じると、励
磁電流指令値iφ'は過渡的に大きな値となり、そのた
め過渡損失が増加する。以上の現象は、(数7)式で、
Lcがdφr/dtの関数となっていることからも判る。
また、本実施例では損失として銅損のみを考えている
が、前記の従来例(特開平2−23085号公報)に記
載のように、銅損と鉄損を考慮した場合においても同様
の問題が生じる。したがって、過渡損失についても考慮
した場合には、すべり周波数を損失最小すべり周波数ω
se-optに留めるのは効率の面からも得策とは言えない。
また、図2の電流制御PWMインバータ3に用いる半導
体スイッチング素子の電流容量から電流の上限値が決め
られている場合には、電流が大になる過渡時にはトルク
のレスポンスを遅くしなければならない。そのため、本
実施例においては、トルクのレスポンスを決定する目標
トルク演算部15と定常損失最小磁束演算部11と目標
磁束演算部12とを一般的なベクトル制御演算部13、
15、16に付加し、トルク応答性と磁束応答性を独立
に可変できる制御系構成とすることにより、定常的には
すべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optとし、過
渡的には磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とする
ように制御することによって、過渡損失を軽減する構成
としている。Therefore, when the torque command value Te ′ is input, the minimum steady-state loss magnetic flux φ r ′ is derived by the equation (10), and the torque current command value i T ′ is obtained by the equation (9). The command value i φ ′ is calculated by equation (4), and the slip frequency ω se is calculated by equation (1), so that it is possible to constantly drive to minimize the copper loss. At this time, the slip frequency ω se matches the minimum loss slip frequency ω se-opt , and the output torque Te follows the torque command value Te ′. However, the torque command value T e 'when changes stepwise from equation (10), the steady loss minimum flux phi r' becomes likewise stepwise. Then, as shown in equation (4), since the calculation of the excitation current command value i φ ′ includes dφ r / dt, when a step-like change in the torque command value occurs, the excitation current command value i φ 'Becomes a transiently large value, thereby increasing the transient loss. The above phenomenon is expressed by equation (7).
It can also be seen from the fact that L c is a function of dφ r / dt.
In this embodiment, only the copper loss is considered as the loss. However, as described in the above-described conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 23085/1990), the same problem occurs when the copper loss and the iron loss are considered. Occurs. Therefore, when the transient loss is also considered, the slip frequency is changed to the loss minimum slip frequency ω.
Keeping se-opt is not a good idea in terms of efficiency.
Further, when the upper limit of the current is determined from the current capacity of the semiconductor switching element used in the current control PWM inverter 3 of FIG. 2, the response of the torque must be slowed down during a transient when the current becomes large. Therefore, in the present embodiment, the target torque calculation unit 15 for determining the response of the torque, the steady-state loss minimum magnetic flux calculation unit 11 and the target magnetic flux calculation unit 12 are replaced with a general vector control calculation unit 13,
By adding a control system configuration that can independently change the torque response and the magnetic flux response in addition to 15 and 16, the slip frequency is steadily set to the loss minimum slip frequency ω se-opt, and the magnetic flux response is changed transiently. Is controlled so as to have an optimum value according to the torque response, thereby reducing the transient loss.
【0033】まず、定常損失最小磁束演算部11の演算
内容は(数10)式であり、定常的に損失を最小とする
回転子磁束、すなわち定常損失最小磁束φr'を演算す
る。First, the calculation content of the steady-state minimum loss magnetic flux calculation unit 11 is expressed by the following equation (10), and calculates the rotor magnetic flux that constantly minimizes the loss, that is, the steady-state minimum loss magnetic flux φ r ′.
【0034】また、目標磁束φrを演算する目標磁束演
算部12は、定常ゲインが1となるフィルタであり、本
実施例では下記(数11)式に示すごとき1次のローパ
スフィルタとする。The target magnetic flux calculating section 12 for calculating the target magnetic flux φ r is a filter having a steady gain of 1. In this embodiment, it is a first-order low-pass filter as shown in the following equation (11).
【0035】[0035]
【数11】 [Equation 11]
【0036】ただし、τφ:目標磁束の時定数、S:ラ
プラス演算子 なお、上記の目標磁束の時定数τφは、前記のごとく、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じた可変の値である(詳細後述)。また、目
標トルクTmを演算する目標トルク演算部15は、本実
施例においては下記(数12)式に示すような伝達関数
とする。この伝達関数は、必要とされる応答性に応じて
設定され、かつ回生時には回生指令信号Csに応じて設
定される。Where τ φ is the time constant of the target magnetic flux, and S is the Laplace operator. The time constant τ φ of the target magnetic flux is, as described above,
At the time of regeneration, it is a variable value according to the regeneration command signal Cs (or the torque command value T e ′) (details will be described later). Further, in the present embodiment, the target torque calculation unit 15 that calculates the target torque Tm has a transfer function as shown in the following equation (12). This transfer function is set according to the required responsiveness, and at the time of regeneration, according to the regeneration command signal Cs.
【0037】[0037]
【数12】 (Equation 12)
【0038】ただし、τT:目標トルクの時定数 なお、上記の目標トルクの時定数τTは、前記のごと
く、回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて可変の値である(詳細後述)。Here, τ T is the time constant of the target torque. The time constant τ T of the target torque is variable during regeneration according to the regeneration command signal Cs (or the torque command value Te ′) as described above. Value (details described later).
【0039】図6は、図1に示す制御系において、トル
ク指令値Te'としてステップ状に変化する入力を加えた
場合における目標磁束の時定数τφに対する誘導モータ
の損失のピーク値および或る時間内での損失エネルギの
計算値を示す特性図である。図6から、各損失は最小値
を有する特性であり、時定数τφが或る値の場合に各損
失が最小値になることが判る。したがって、図1に示す
制御系において、トルク応答性を(数12)式で与えた
とき、図6から得られる過渡損失を最小とする目標磁束
の時定数τφを用いて磁束応答性を決めてやれば、過渡
時と定常時に共に損失の少ないモータ駆動が可能とな
る。すなわち、図6で損失が最小となるτφの値を(数
11)式で用いればよい。FIG. 6 shows the peak value of the loss of the induction motor and the peak value of the induction motor loss with respect to the time constant τ φ of the target magnetic flux when a stepwise input is applied as the torque command value Te ′ in the control system shown in FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a calculated value of loss energy within a predetermined time. FIG. 6 shows that each loss has a characteristic having a minimum value, and that each loss has a minimum value when the time constant τ φ is a certain value. Therefore, in the control system shown in FIG. 1, when the torque response is given by the equation (12), the magnetic flux response is determined using the time constant τ φ of the target magnetic flux that minimizes the transient loss obtained from FIG. If this is done, it is possible to drive the motor with little loss both during the transition and during the steady state. That is, the value of τ φ that minimizes the loss in FIG. 6 may be used in equation (11).
【0040】図7および図8は、速度制御シミュレーシ
ョン結果を示す特性図であり、図7は過渡時と定常時に
共にすべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optに保
つ方法を用いた場合、図8は本実施例による方法を用い
た場合の特性を示す。なお、トルクの応答性は両者同一
とした。図7と図8において、トルクTおよび回転速度
Nの特性(応答性)は両者同一になっているが、銅損L
cの特性は、過渡時においては本実施例の方が明らかに
減少しており、かつ定常時には従来と同様に銅損を最小
とするすべり周波数駆動となっている。したがって、本
実施例においては、同一の応答特性を保ちながら過渡時
における損失を減少させることが出来る。また、本実施
例においては、前記のごとく、目標トルク演算部15に
おける演算において、目標トルクの時定数τTの値が、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて変化する。そして前記図6の特性は、所
定の時定数τTに対応した特性であり、時定数τTが変化
すれば、損失最小となる目標磁束の時定数τφの値も変
化する。そのため、目標磁束演算部12の演算における
目標磁束の時定数τφも前記のように変化させている。
この場合の目標磁束の時定数τφは、そのときの目標ト
ルクの時定数τTに対応した図6の特性において損失最
小となる値である。FIGS. 7 and 8 are characteristic diagrams showing speed control simulation results. FIG. 7 shows the case where the method of maintaining the slip frequency at the minimum loss slip frequency ω se-opt in both the transient and steady states is used. 8 shows the characteristics when the method according to the present embodiment is used. Note that the torque response was the same for both. 7 and 8, the characteristics (response) of the torque T and the rotation speed N are the same, but the copper loss L
The characteristic of c is clearly reduced in the present embodiment in the transient state, and at the steady state, the slip frequency drive is performed to minimize the copper loss as in the conventional case. Therefore, in the present embodiment, it is possible to reduce the loss at the time of transition while maintaining the same response characteristics. Further, in the present embodiment, as described above, in the calculation in the target torque calculation unit 15, the value of the time constant τ T of the target torque is:
During regeneration, it changes according to the regeneration command signal Cs (or the torque command value Te ′). The characteristic shown in FIG. 6 is a characteristic corresponding to the predetermined time constant τ T. If the time constant τ T changes, the value of the time constant τ φ of the target magnetic flux that minimizes the loss also changes. Therefore, the time constant τ φ of the target magnetic flux in the calculation of the target magnetic flux calculator 12 is also changed as described above.
The time constant τ φ of the target magnetic flux in this case is a value that minimizes the loss in the characteristic of FIG. 6 corresponding to the time constant τ T of the target torque at that time.
【0041】次に、図9は力行時から回生時に移行する
際の動作特性を示す特性図である。図9において、φr
は磁束、iTはトルク電流、iφは励磁電流、iTはトル
ク電流、Teはトルクである。前記のごとく本実施例に
おいては、励磁電流iφとトルク電流iTとの時定数を
可変にし、iφとiTの分配比を効率最大の点にするよ
うに制御する。この制御は力行時、回生時を通じて同じ
である。また、回生時に必要な負のトルクは、トルク電
流iTの極性を反転することによって行なっている。し
たがって図9に示すように、回生時にトルク電流iTが
負の値になり、それに伴ってトルクTeが負の値になっ
ている。トルクTeは、Te=k・φr・iT(ただしkは
定数)で与えられる。したがってトルクを負の値にする
には、磁束φrとトルク電流iTのいずれか一方の極性を
反転させればよい。しかし、磁束φrは励磁電流iφを
変化させても直ぐには追従しないので好ましくない。そ
のため、本実施例においては、トルク電流iTの符号を
反転することによって負のトルクを発生させている。上
記の機能を実現するため、本実施例においては、図1に
示すように、絶対値回路部10を設け、回生時にトルク
指令値Te'が負になった場合でも、定常損失最小磁束演
算部11には常に正の値を与え、目標磁束φrは常に正
の値になるようにしている。そして目標トルク演算部1
5には、トルク指令値Te'がそのまま与えられるので、
回生時にトルク指令値Te'が負の値になれば、トルク電
流指令値iT'は負になる。また、前記のごとく、時定数
演算部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回
生指令信号Cs(またはトルク指令値Te')に応じて回
生状態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφ
と目標トルク応答時定数τTとを算出する。例えば、ア
クセルペダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場
合は、回生指令信号Csが大きくなるので、この場合に
は目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τT
とを比較的小さな値(力行時よりは大きな値)とする。
そのため目標トルクTmは比較的速やかに変化する。一
方、目標磁束φrは常に正の値であり、これに向かって
磁束φが過渡損失最小で急激なトルク変化が起こらない
ように変化する。また、アクセルペダルを小さく踏み込
んだ状態から離した場合は、回生指令信号Csが小さい
ので、この場合には目標磁束応答時定数τφと目標トル
ク応答時定数τTとを比較的大きな値とする。そのため
目標トルクTmと目標磁束φrの変化はさらに緩やかにな
る。Next, FIG. 9 is a characteristic diagram showing operation characteristics when shifting from power running to regeneration. In FIG. 9, φ r
Is a magnetic flux, i T is a torque current, i φ is an exciting current, i T is a torque current, and Te is a torque. As described above, in the present embodiment, the time constant between the exciting current i φ and the torque current i T is made variable, and the distribution ratio between i φ and i T is controlled so that the efficiency is maximized. This control is the same during power running and regeneration. Further, negative torque required during regeneration is done by reversing the polarity of the torque current i T. Therefore, as shown in FIG. 9, the torque current i T has a negative value during regeneration, and accordingly, the torque Te has a negative value. Torque Te is, Te = k · φ r · i T ( where k is a constant) given by. Therefore, in order to set the torque to a negative value, one of the polarities of the magnetic flux φ r and the torque current i T may be reversed. However, the magnetic flux φ r is not preferable because it does not immediately follow even if the exciting current i φ is changed. Therefore, in the present embodiment, by generating a negative torque by reversing the sign of the torque current i T. In order to realize the above function, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, an absolute value circuit unit 10 is provided, and even when the torque command value Te 'becomes negative during regeneration, 11 is always given a positive value so that the target magnetic flux φ r always has a positive value. And the target torque calculation unit 1
5, the torque command value Te 'is given as it is,
If the torque command value Te ′ becomes a negative value during regeneration, the torque current command value i T ′ becomes negative. Further, as described above, the time constant calculating section 14 determines the regenerative state according to the regenerative command signal C s (or the torque command value Te ′) given from the torque command value generating section 9 and determines the target magnetic flux according to the regenerative state. Response time constant τ φ
And a target torque response time constant τ T are calculated. For example, if suddenly released from the large-depth state the accelerator pedal, since regeneration instruction signal C s is increased, the target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant in this case tau T
Are relatively small values (larger values than during power running).
Therefore the target torque the T m varies relatively quickly. On the other hand, the target magnetic flux φ r is always a positive value, and the magnetic flux φ changes toward it so that the transient loss is minimized and a sudden change in torque does not occur. Also, if you release from a state in which depressed small accelerator pedal, since regeneration instruction signal C s is small, and a relatively large value and a target magnetic flux response time constant tau phi and the target torque response time constant tau T in this case I do. Therefore changes in the target torque T m and the target magnetic flux phi r becomes more gradual.
【0042】なお、本実施例では、磁束応答性を(数1
1)式、トルク応答性を(数12)式で与えたが、必ず
しもこの伝達関数に限定することはない。たとえばトル
ク応答性をよく知られた2次振動系〔G(S)=ωn 2/
S2+2ζωnS+ωn 2〕で与えてもよく、同様に磁束応
答性を2次振動系で与えてもよい。ただし、微分演算す
ることなしに目標磁束の一階微分値を求めるためには、
分子、分母間の相対次数が1以上となることが必要であ
る。また、磁束応答性を2次振動系で与えた場合は、減
衰率ζと固有振動数ωnに関して図6の関係を求め、過
渡損失が最小となるζ、ωnを用いて磁束を演算すれば
よい。In this embodiment, the magnetic flux response is expressed by (Equation 1).
Equation (1) and the torque response are given by Equation (12), but are not necessarily limited to this transfer function. For example, a secondary vibration system [G (S) = ω n 2 /
S 2 + 2ζω n S + ω n 2 ], and similarly, the magnetic flux responsiveness may be provided by a secondary vibration system. However, in order to obtain the first derivative of the target magnetic flux without performing the differential operation,
It is necessary that the relative degree between the numerator and the denominator be 1 or more. When the magnetic flux response is given by a secondary vibration system, the relationship shown in FIG. 6 is obtained for the damping rate ζ and the natural frequency ω n , and the magnetic flux is calculated using ζ and ω n at which the transient loss is minimized. I just need.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、トルク指令値から定常損失を最小とする定常損失
最小磁束を演算する手段と、トルク指令値から誘導モー
タの目標トルクを演算する手段と、上記定常損失最小磁
束から誘導モータのトルクを目標トルクに追従させ、か
つ過渡損失が最小となる磁束応答性を演算する手段と備
える構成としたことにより、従来のようにすべり周波数
を常に損失最小すべり周波数ωse-optに保つ方法と同じ
トルク応答性にする場合は過渡損失を軽減することが出
来る。逆に、電流容量が同じであればトルク応答性を速
くすることが出来る。また、定常時には従来方法と同様
に損失を最小とするモータ駆動制御が可能になる。さら
に、力行時から回生時への移行時においても過渡損失を
最小にしたまま急激なトルク変動を防止して円滑な回生
ブレーキを行なうことが出来ると共に、回生時のトルク
応答および磁束応答を移行時の走行状態に応じて設定す
るように構成しているので、走行状態に対応した回生ブ
レーキの応答性が得られる、等の効果が得られる。As described above, according to the present invention, the means for calculating the minimum steady-state loss magnetic flux for minimizing the steady-state loss from the torque command value and the target torque of the induction motor from the torque command value are calculated. Means and means for causing the torque of the induction motor to follow the target torque from the steady-state loss minimum magnetic flux, and for calculating the magnetic flux responsiveness in which the transient loss is minimized. When the torque response is the same as the method of maintaining the loss minimum slip frequency ω se-opt , the transient loss can be reduced. Conversely, if the current capacity is the same, the torque responsiveness can be increased. In a steady state, motor drive control that minimizes loss becomes possible as in the conventional method. Furthermore, even during the transition from power running to regeneration, abrupt torque fluctuations can be prevented while minimizing transient loss, smooth regenerative braking can be performed, and the torque response and magnetic flux response during regeneration can be shifted. Is set in accordance with the traveling state of the vehicle, so that the regenerative brake responsiveness corresponding to the traveling state can be obtained.
【図1】本発明の実施例における高効率駆動制御演算部
1の詳細を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing details of a high-efficiency drive control calculation unit 1 according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示す
ブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the entire system according to an embodiment of the present invention.
【図3】トルク指令値発生部9の詳細を示すブロック
図。FIG. 3 is a block diagram showing details of a torque command value generator 9;
【図4】トルク指令値発生部9における信号波形図。FIG. 4 is a signal waveform diagram in a torque command value generator 9;
【図5】誘導モータのγ−δ座標モデルを示す図。FIG. 5 is a diagram showing a γ-δ coordinate model of an induction motor.
【図6】トルク指令値Te'としてステップ状に変化する
入力を加えた場合における目標磁束の時定数τφに対す
る誘導モータの損失のピーク値および或る時間内での損
失エネルギの計算値を示す特性図。FIG. 6 shows the peak value of the loss of the induction motor with respect to the time constant τ φ of the target magnetic flux and the calculated value of the energy loss within a certain time when a stepwise input is applied as the torque command value Te ′. FIG.
【図7】従来例における速度制御シミュレーション結果
を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing speed control simulation results in a conventional example.
【図8】図1の実施例における速度制御シミュレーショ
ン結果を示す特性図。8 is a characteristic diagram showing speed control simulation results in the embodiment of FIG.
【図9】力行時から回生時に移行する際の動作特性を示
す特性図。FIG. 9 is a characteristic diagram showing operation characteristics when shifting from power running to regeneration.
1:高効率駆動制御演算部 4:誘導モータ 2:座標変換部 5:回転速度セン
サ 3:電流制御PWMインバータ 6:直流電源(バ
ッテリ) 9:トルク指令値発生部 10:絶対値回路部 15:目標トルク
演算部 11:定常損失最小磁束演算部 16:トルク電流
演算部 12:目標磁束演算部 17:すべり周波
数演算部 13:励磁電流演算部 18:モータ回転
数演算部 14:時定数設定部 19:積分演算部 21:アクセルセンサ 25:負電圧比較
器 22:可変基準電源 26:スイッチ回
路 23:アイドルスイッチ 27:比較器 24:微分回路 28:サンプルホ
ールド回路 Te':トルク指令値 Tm :目標トルク τφ :目標磁束応答の時定数 τT :目標トル
ク応答の時定数 φr':定常損失最小磁束 φr :目標磁束 N :モータ回転速度(rpm) ω :電源周波数 ωse:すべり周波数 ωre:モータ回転
数(電気角) iφ':励磁電流指令値 iT':トルク電
流指令値 θ :電流の位相角 iu'、iv'、iw':三相交流電流指令値 iu、iv、iw :三相交流電流1: High-efficiency drive control operation unit 4: Induction motor 2: Coordinate conversion unit 5: Rotation speed sensor 3: Current control PWM inverter 6: DC power supply (battery) 9: Torque command value generation unit 10: Absolute value circuit unit 15: Target torque calculation unit 11: Minimum steady-state loss magnetic flux calculation unit 16: Torque current calculation unit 12: Target magnetic flux calculation unit 17: Slip frequency calculation unit 13: Excitation current calculation unit 18: Motor speed calculation unit 14: Time constant setting unit 19 : Integral operation unit 21: Accelerator sensor 25: Negative voltage comparator 22: Variable reference power supply 26: Switch circuit 23: Idle switch 27: Comparator 24: Differential circuit 28: Sample and hold circuit Te ': Torque command value Tm : Target torque τ φ : Time constant of target magnetic flux response τ T : Time constant of target torque response φ r ': Minimum steady-state loss magnetic flux φ r : Target magnetic flux N: Motor rotation speed (Rpm) ω: power supply frequency ω se : slip frequency ω re : motor rotation speed (electrical angle) i φ ': excitation current command value i T ': torque current command value θ: current phase angle i u ', iv ', I w ': three-phase alternating current command value iu , iv , i w : three-phase alternating current
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−23086(JP,A) 特開 昭58−186387(JP,A) 特開 昭59−169382(JP,A) 特開 昭57−142185(JP,A) 特開 昭59−14386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 Continuation of front page (56) References JP-A-2-23086 (JP, A) JP-A-58-186387 (JP, A) JP-A-59-169382 (JP, A) JP-A-57-142185 (JP) , A) JP-A-59-14386 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02P 5/408-5/412 H02P 7/628-7/632 H02P 21/00
Claims (4)
応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
置において、 誘導モータから負荷を駆動する力行時には運転者の操作
に対応したトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータ
を駆動して発電する回生時には力行時と逆符号のトルク
指令値を出力するトルク指令値発生部と、 上記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、 上記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶
対値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子
磁束を演算する定常損失最小磁束演算部と、 上記定常損失最小磁束を入力し、ローパス特性を有する
伝達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一階微分
値を演算する目標磁束演算部と、 上記トルク指令値発生部からのトルク指令値を入力し、
力行時と回生時とで異なる、ローパス特性を有する伝達
関数に基づいて上記トルク指令値から誘導モータの目標
トルクを演算する目標トルク演算部と、 上記誘導モータの回路定数に基づき、上記目標磁束と上
記目標磁束の一階微分値と上記目標トルクと上記誘導モ
ータの回転速度とに応じて上記電流指令値を演算するベ
クトル制御演算部と、 上記誘導モータに流れる電流を上記電流指令値に追従さ
せるモータ駆動部と、 を備え、上記誘導モータの出力トルクを上記目標トルク
に対応した値とするように制御する誘導モータ制御装
置。An induction motor control device for calculating a current command value according to a torque command value and a rotation speed of an induction motor, and driving the induction motor with a polyphase alternating current corresponding to the current command value. A torque command value generator that generates a torque command value corresponding to the driver's operation during power running to drive the load, and outputs a torque command value with the opposite sign to that during power running during regeneration when driving the induction motor from the load to generate power. And an absolute value circuit section for outputting an absolute value of the torque command value; and calculating a rotor magnetic flux that minimizes a steady loss of the induction motor at the absolute value of the torque command value given via the absolute value circuit section. A steady-state loss minimum magnetic flux calculation unit, and a target magnetic flux calculation for calculating the target magnetic flux and a first-order differential value of the target magnetic flux based on a transfer function having a low-pass characteristic by inputting the steady-state loss minimum magnetic flux. And a torque command value from the torque command value generating section,
Transmission with low-pass characteristics that differ between power running and regeneration
A target torque calculation unit that calculates a target torque of the induction motor from the torque command value based on a function; and a first-order differential value of the target magnetic flux and the target magnetic flux, the target torque and the target torque, based on a circuit constant of the induction motor. A vector control calculation unit that calculates the current command value according to the rotation speed of the induction motor; and a motor drive unit that causes the current flowing through the induction motor to follow the current command value. The output torque of the induction motor Motor control device for controlling a value corresponding to the target torque.
ら負荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正
のトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動し
て発電する回生時には力行時から回生時に切り換わると
きの状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生する
ものである、ことを特徴とする請求項1に記載の誘導モ
ータ制御装置。The torque command value generating section generates a positive torque command value corresponding to a driver's operation when the load is driven from the induction motor, and generates the torque command value during regeneration when the load drives the induction motor to generate power. 2. The induction motor control device according to claim 1, wherein a negative torque command value having a magnitude corresponding to a state when switching from power running to regeneration is generated.
パス特性を有する所定の伝達関数に基づいて目標トルク
を演算し、回生時には上記トルク指令値に応じて予め設
定された、力行時とは異なった、ローパス特性を有する
伝達関数で目標トルクを演算するものである、ことを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の誘導モータ制
御装置。3. The target torque calculating section according to claim 1, wherein said target torque calculating section is low during power running.
A target torque is calculated based on a predetermined transfer function having a path characteristic, and during regeneration, a target torque is set using a transfer function having a low-pass characteristic different from that during power running, which is set in advance according to the torque command value. The induction motor control device according to claim 1 or 2, wherein the device calculates a torque.
ス特性を有する所定の伝達関数を選択し、回生時には上
記トルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の、ロ
ーパス特性を有する伝達関数を選択し、それらに基づい
て目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算するもの
である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
れかに記載の誘導モータ制御装置。4. A target magnetic flux calculating unit according to claim 1, wherein said target magnetic flux calculating unit is a low-power
A predetermined transfer function having a transfer characteristic is selected, and during regeneration, a time constant for minimizing a loss according to the torque command value is selected .
Select a transfer function having Pasu properties, based on their
4. The induction motor control device according to claim 1, wherein the target magnetic flux and a first-order differential value of the target magnetic flux are calculated .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5206171A JP2910517B2 (en) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | Induction motor control device |
| US08/267,930 US5444351A (en) | 1993-07-06 | 1994-07-06 | System and method for controlling induction motor applicable to electric motor-driven vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5206171A JP2910517B2 (en) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | Induction motor control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0767397A JPH0767397A (en) | 1995-03-10 |
| JP2910517B2 true JP2910517B2 (en) | 1999-06-23 |
Family
ID=16518986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5206171A Expired - Lifetime JP2910517B2 (en) | 1993-07-06 | 1993-08-20 | Induction motor control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910517B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5309242B1 (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-09 | ファナック株式会社 | Synchronous motor control device for controlling a synchronous motor to stop the synchronous motor during power regeneration and power failure |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP5206171A patent/JP2910517B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0767397A (en) | 1995-03-10 |
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