DE10146976A1

DE10146976A1 - Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor und Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für den elektrischen Motor

Info

Publication number: DE10146976A1
Application number: DE10146976A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Inagaki; Hideki Kuzuya; Hiroaki Kato; Noboru Sebe
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2002-07-11
Also published as: JP2002171778A; US6838854B2; US20020060545A1

Abstract

Ein elektrischer Motor wie eine Antriebsquelle eines elektrischen Fahrzeugs wird durch einen Mikrocomputer (7) gesteuert. Der Mikrocomputer (7) berechnet ein Soll-Drehmoment (Req_trq) entsprechend einem Drosselklappenöffnungsgrad (alpha) und gibt Anweisungswerte (einen Stromanweisungswert (I) und einen Winkelanweisungswert (THETA) aus, die unter Bezugnahme auf ein Kennfeld (MP) auf der Grundlage des Soll-Drehmoments (Req_trq) erhalten werden (eine Motordrehzahl (Nm) und eine Batteriespannung (Vb)), wobei der Mikrocomputer (7) eine Drehmomentsteuerung des SR-Motors (3) durchführt. Die erfasste Motordrehzahl des SR-Motors (3) wird durch ein Bandpassfilter (51) hindurchgelassen. Bei Durchgelangen durch den Bandpassfilter (51) werden Signaldaten der extrahierten 0,1 bis 50 Hz einer PD-Berechnungsverarbeitung (52) unterzogen, wobei der berechnete Korrekturwert (PD_out) von dem Soll-Drehmoment (Req_trq) subtrahiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor und ein Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für den elektrischen Motor.

Seit einiger Zeit ist ein (nachstehend als SR-Motor bezeichneter) geschalteter Reluktanzmotor wie beispielsweise ein Motor zum Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs bekannt. Wenn der SR-Motor gesteuert wird, wird der SR-Motor derart gesteuert, dass bei einer Erhöhung eines Drosselklappenöffnungsgrads auf der Grundlage eines Betätigungssignals eines Beschleunigungspedals ein Soll- Drehmoment (ein Erregungsstrom) größer wird.

Herkömmlich wird, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, bei Zufuhr des Soll-Drehmoments zu dem SR-Motor 71 das Soll- Drehmoment in einen Stromanweisungswert I und einen Winkelanweisungswert θ unter Bezugnahme auf ein vorbestimmtes Kennfeld MP bei der Steuerung des SR-Motors 71 geändert. Daraufhin werden die Batteriespannung und die Motordrehzahl (I und θ) als sich ändernd betrachtet. Der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ werden einer Treiberschaltung 72 zugeführt, wobei der SR- Motor 71 durch diese Anweisungswerte (I und θ) gesteuert wird.

Jedoch verursacht, falls ein Regelungsgerät des SR-Motors einen offenen Regelungskreis aufweist, eine Drehmomentfluktuation (Drehmomentschwankung) des elektrischen Motors eine Resonanzvibration auf den SR- Motor oder den Fahrzeugaufbau, wenn eine Befestigung des SR-Motors an dem Fahrzeug eine Resonanzeigenschaft durch die Wirkung einer Welle, einer Radverdrillung, einer Aufhängungsfeder usw. aufweist. Das heißt, dass, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, der SR-Motor oder der Fahrzeugaufbau durch die Drehmomentfluktuation vibriert, wenn das Soll-Drehmoment Req_trq plötzlich durch eine Betätigung des Beschleunigungspedals sich ändert, wie in Fig. 9 (b) gezeigt. Das Regelungsgerät weist eine Stabilitätskennlinie auf, die die Vibration verringert, wenn ein stufenförmiger Eingang der Vibration des Resonanzfrequenzbandes während der Drehmomentfluktuation auftritt, wobei ein Resonanzphänomen auftritt, das die Vibration vielfach wiederholt. Die Vibration des SR- Motors 71, die durch eine Resonanz des Motors per se oder eine Resonanz des Fahrzeugaufbaus verursacht wird, verursacht eine Rotationsunebenheit einer Welle des SR- Motors 71. Da die Rotationsunebenheit eine kleine Laständerung (eine Verdrillung) für die Welle des SR- Motors 71 erzeugt, verursacht sie eine Vibration in Längsrichtung des Fahrzeugs, und verursacht ein unangenehmes Gefühl für die Fahrzeuginsassen.

Zum Lösen des vorstehend erwähnten Problems durch eine Steuerung eines Mikrocomputers ist eine Auslegung eines Reglers hoher Ordnung erforderlich. Falls das vorstehend erwähnte Problem durch den Entwurf des Reglers hoher Ordnung gelöst wird, wird das Programm kompliziert und kann das Programm nicht in einem vorbestimmten Programmbereich bei Beschränkung der Berechnungszeit gespeichert werden. Wenn demgegenüber ein Regler niedriger Ordnung entworfen wird, erfordert dies, dass ein Koeffizient für jede Fahrzeugart eingestellt wird. Daher ist sehr viel Zeit bei der Entwicklung für unterschiedliche Fahrzeuge erforderlich.

Im Hinblick auf das vorstehend Beschriebene liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät zur Verringerung der Vibration des elektrischen Motors durch ein einfaches Steuerungsverfahren zu schaffen. Weiterhin soll ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät und ein Entwurfsverfahren einer Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor geschaffen werden, wodurch eine Vibrationsverringerungsregelung realisiert wird, das zur Entwicklung unterschiedlicher Fahrzeugtypen geeignet ist.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors und zur Ausgabe eines Motordrehzahlsignals auf der Grundlage der Motordrehzahl, eine Filtereinrichtung zum Extrahieren eines Vibrationssignals eines vorbestimmten Frequenzbandes aus dem Motordrehzahlsignal, und eine Rückkoppelungsregelungseinrichtung zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung für das Vibrationssignal auf.

In diesem Fall kann die Filtereinrichtung Hardware oder Software aufweisen. Weiterhin weist die Filtereinrichtung zum Extrahieren des Signalwerts des vorbestimmten Frequenzbands aus dem Motordrehzahlsignal eine Funktion auf, die das Motordrehzahlsignal per se durchlässt. Die Filtereinrichtung kann die Signaldaten des vorbestimmten Frequenzbands durch Durchführung einer vorbestimmten Filterberechnung der aus dem Signalwert des Motordrehzahlsignal erhaltenen Daten erhalten.

Erfindungsgemäß wird, da das aus dem elektrischen Motor erfasste Motordrehzahlsignal durch die Filtereinrichtung hindurchgeführt wird, das Vibrationssignal des vorbestimmten Frequenzbands als das Vibrationsverringerungsobjekt des elektrischen Motors lediglich von der Filtereinrichtung extrahiert. Dann wird eine Rückkopplungsregelung, bei der der vorbestimmte Korrekturprozess durchgeführt wird, für den Vibrationssignalwert des extrahierten vorbestimmten Frequenzbands durchgeführt. Als Ergebnis der Rückkopplungsregelung wird die Vibration, die ein Vibrationsverringerungsobjekt wird, wie die Vibration des elektrischen Motors usw. verringert.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors und zur Ausgabe eines Motordrehzahlsignals auf der Grundlage der Motordrehzahl, eine Reglungseinrichtung zur Ausgabe eines Drehmomentsteuerungssignals auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals und zur Steuerung des elektrischen Motors, eine Filtereinrichtung zum Extrahieren eines Vibrationssignals eines vorbestimmten Frequenzbandes einschließlich eines Frequenzbands einer Störungsvibration auf der Grundlage des durch die Erfassungseinrichtung erfassten Motordrehzahlsignals, eine Korrektureinrichtung zur Durchführung einer vorbestimmten Korrekturverarbeitung, die eine Vibration des Vibrationssignals für das Vibrationssignal des vorbestimmten Frequenzbandes verringert, das durch die Filtereinrichtung extrahiert ist, und zum Erhalt eines Korrekturwerts auf, wobei die Reglungseinrichtung eine Addition oder Subtraktion des aus der Korrektureinrichtung erhaltenen Signals an dem Drehmomentsteuerungssignal des elektrischen Motors durchführt.

Dadurch wird lediglich der Vibrationssignalwert des vorbestimmten Frequenzbands einschließlich eines Frequenzbands der Störungsvibration auf der Grundlage des durch die Erfassungseinrichtung erfassten Motordrehzahlsignals durch die Filtereinrichtung extrahiert. Dann wird die korrigierte Größe, bei der die Vibration verringert ist, erhalten, da der vorbestimmte Korrekturprozess durch die Korrektureinrichtung an dem extrahierten Vibrationssignalwert des vorbestimmten Frequenzbands durchgeführt wird. Die korrigierte Größe wird zu dem Anweisungswert für den elektrischen Motor addiert oder von diesem subtrahiert. Folglich wird die Störungsvibration wie die Vibration des elektrischen Motors verringert.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung weist das vorbestimmte Frequenzband zumindest ein Resonanzfrequenzband des elektrischen Motors oder eines mit dem elektrischen Motor zusammengebauten Aufbaus auf, wodurch es ermöglicht wird, die Vibration des elektrischen Motors, die durch die Vibration des Resonanzfrequenzbands des elektrischen Motors oder des Zusammenbauaufbaus mit dem elektrischen Motor verursacht wird, die Resonanzfrequenz selbst zu verringern.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung ist der elektrische Motor an einem Fahrzeugaufbau als Antriebsquelle des Fahrzeugs angebracht. Dadurch wird ermöglicht, die Vibration des elektrischen Motors oder die Vibration des elektrischen Motors per se zu verringern, und ermöglicht, die periodische Fluktuation der Drehzahl des elektrischen Motors zu verringern, die durch die Vibration wie die Vibration des elektrischen Motors, die aus dem Fahrzeugaufbau übertragen wird, oder die Resonanzfluktuation des Motors selbst wird unterdrückt. Daher treten, wenn der elektrische Motor als Antriebsquelle des Fahrzeugs verwendet wird, die Vibration in Längsrichtung des Fahrzeugs kaum auf.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung weist das vorbestimmte Frequenzband zumindest das Resonanzfrequenzband eines Fahrzeugaufbaus auf, in dem der elektrische Motor eingebaut ist. Dadurch tritt die Vibration in Längsrichtung des Fahrzeugs kaum auf, da die Vibration der Resonanzfrequenz verringert wird, wenn der Fahrzeugaufbau mit dem elektrischen Motor aufgrund irgendeiner Vibrationseingabe vibriert, wodurch der elektrische Motor vibriert.

Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung weist die Korrekturverarbeitung durch die Korrektureinrichtung eine PD-Regelungsberechnung auf. Dadurch ist es möglich, die Vibration des elektrischen Motors wirksam zu verringern, da der Korrekturprozess die PD- Regelungsberechnung ist.

Gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor auf: einen Identifikationsexperimentschritt zur Durchführung eines Identifikationsexperiments für den elektrischen Motor, einen Modellparameteridentifikationsschritt zur Berechnung von Koeffizienten einer Frequenzübertragungsfunktion auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals für den elektrischen Motor, einen Referenzmodellaufbauschritt zum Aufbau eines Referenzmodells, einen Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt zur Berechnung einer Proportionalverstärkung und einer Differentialverstärkung eines Reglers zur Übereinstimmung mit dem Referenzmodell unter Verwendung eines Modellanpassungsverfahrens, und einen Beurteilungsschritt zur Beurteilung, ob ein Gerät einschließlich eines Reglers ein vorbestimmtes Gütekriterium erfüllt oder nicht, wobei, wenn das Gerät nicht das Gütekriterium erfüllt, die Proportionalverstärkung und die Differentialverstärkung wiederholt durch den Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt berechnet werden, bis das Gerät das Gütekriterium erfüllt.

Erfindungsgemäß wird das Identifikationsexperiment in dem Identifikationsexperimentschritt durchgeführt, und wird die Modellparameteridentifikation durch die Frequenzgangapproximation in dem Modellparameteridentifikationsschritt durchgeführt. Dann wird das Referenzmodell in dem Referenzmodellaufbauschritt aufgebaut, und der Koeffizient der Korrektursteuerung wird in dem Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt durchgeführt. Danach wird in dem Beurteilungsschritt überprüft, ob das Gerät mit dem Regler das vorbestimmte Gütekriterium (Performance-Bedingung) erfüllt oder nicht. Wenn das Gerät mit dem Regler das Gütekriterium nicht erfüllt, wird das Referenzmodell erneut gebaut, wird der Koeffizient bei der Korrektursteuerung in dem Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt erneut berechnet bis das Gerät in dem Referenzmodellaufbauschritt das Gütekriterium erfüllt. Gemäß dem Entwurfsverfahren werden die adäquaten Koeffizienten aufgrund der Korrektursteuerung bestimmt. Folglich ist kein Regler hoher Ordnung erforderlich, und die Einstellung des Koeffizienten für jede Art von Fahrzeugen wird einfach.

Gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Diskretisierungsschritt zur Durchführung einer Diskretisierung, wenn das Gerät gemäß dem Beurteilungsschritt das Gütekriterium erfüllt, vorgesehen. Dadurch wird, wenn durch den Beurteilungsschritt beurteilt wird, dass das Gütekriterium erfüllt ist, falls der Koeffizient der Übertragungsfunktion bestimmt ist, die Diskretisierung in geeigneter Weise für den digitalen Prozess in dem Diskretisierungsschritt durchgeführt. Dadurch werden die Koeffizienten der Korrektursteuerung in dem Regler in einer Form eingestellt, die für die digitale Steuerung geeignet ist.

Gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor auf: eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors, eine Reglungseinrichtung zur Ausgabe eines Drehmomentsteuerungssignals auf der Grundlage der Motordrehzahl für den elektrischen Motor, und eine Reglungseinrichtung zur Unterdrückung der Wirkung durch eine Kennlinienfluktuation eines Regelungssystems auf der Grundlage der Motordrehzahl, und zum Erhalt eines Korrekturwerts, der eine Empfindlichkeitskennlinie kompensiert, wenn die Kennlinienfluktuation auftritt, wobei die Reglungseinrichtung eine Addition oder eine Subtraktion des aus dem Regler erhaltenen Korrekturwerts an dem Drehmomentsteuerungssignal des elektrischen Motors ausführt.

Dadurch kann, da die aus dem Regler erhaltene korrigierte Größe durch eine Addition oder eine Subtraktion an dem Anweisungswert des elektrischen Motors durchgeführt wird, die Wirkung durch die Kennlinienfluktuation des Regelungssystems unterdrückt werden, kann die robuste Stabilität des Regelungssystems gewährleistet werden, kann die Empfindlichkeitskennlinie, wenn die Kennlinienfluktuation in dem Regelungssystem auftritt, angenähert kompensiert werden, d. h. können die Vibrationsverringerung und die Drehmomentnachführungsgüte kompensiert werden. Dementsprechend wird bei einer Kennlinienfluktuation bei dem Regelungssystem die Vibration des elektrischen Motors in geeigneter Weise unterdrückt, wobei ebenfalls die Drehmomentnachführungsgüte gewährleistet wird.

Weiterhin kann, da die robuste Stabilität gewährleistet ist und die Empfindlichkeitskennlinie unter Verwendung eines einzigen Reglers kompensiert wird, die Mannzeit zur Justierung des Reglers verringert werde oder sogar entfallen, und Teile (Mikrocomputer oder Regler) können gemeinsam verwendet werden.

Gemäß einer zehnten Ausgestaltung weist die Kennlinienfluktuation des Regelungssystems zumindest einen Unterschied in dem Antriebszustand, dem Typ des elektrischen Motors, einem Aufbau, der mit dem elektrischen Motor zusammengebaut ist, einer Drehmomentwelligkeit, einem Sensorrauschen und einer Gleichkomponente der Motordrehzahl auf.

Dadurch kann die Kennlinienfluktuation aufgrund zumindest des Unterschieds in Antriebszustand, Typ des elektrischen Motors, Aufbau, in dem der elektrische Motor eingebaut ist, Drehmomentwelligkeit, Sensorrauschen und Gleichkomponente der Motordrehzahl in der Empfindlichkeitskennlinie kompensiert werden.

Gemäß einer elften Ausgestaltung der Erfindung weist ein Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor, der einen Regler zum Erhalt einer korrigierten Größe aufweist, der eine Addition oder eine Subtraktion an einem Anweisungswert bei der Drehmomentsteuerung des elektrischen Motors auf der Grundlage einer Motordrehzahl durchführt, auf: eine Ausdruckseinrichtung zum Ausdrücken einer verallgemeinerten Anlage auf dem H∞- Regelungsproblem einschließlich einer Kennlinienfluktuation und einer Empfindlichkeitskennlinie eines Regelungssystems für eine Übertragungsfunktion des Reglers, einer Behandlungseinrichtung zur Behandlung eines Modellfehlers entsprechend der Kennlinienfluktuation und eines virtuellen Modellfehlers entsprechend einer Fluktuation der Empfindlichkeitskennlinie in Abhängigkeit von einer strukturellen Fluktuation, eine Ableitungseinrichtung zur Addition einer Skalierungsmatrix mit Skalierungsparametern entsprechend jeder strukturellen Fluktuation zu der verallgemeinerten Anlage, und zur Ableitung der Skalierungsmatrix und des Reglers derart, dass eine H∞-Norm der verallgemeinerten Anlage als H∞- Regelungsproblem mit einer konstanten Skalierungsmatrix minimiert wird.

Gemäß einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung weist ein Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für eine elektrischen Motor auf: Schritt 1: Einstellen eines Skalierungsparameters d auf einen vorbestimmten Standartwert, Berechnen des Reglers K(s) durch ein y- Wiederholungsverfahren als H∞-Regelungsproblem, Speichern einer H∞-Norm der verallgemeinerten Anlage entsprechend einem Skalierungsparameter d zu diesem Zeitpunkt, Schritt 2: Berechnen des Reglers durch allmähliches Ändern des Skalierungsparameters d von dem Standartwert, Speichern der H∞-Norm für die verallgemeinerte Anlage entsprechend dem Skalierungsparameter d zu diesem Zeitpunkt, Schritt 3: Berechnen eines lokalen Minimums in Bezug auf die H∞- Norm der verallgemeinerten Anlage als Funktion f(d) für den Skalierungsparameter d, Aufbauen einer Skalierungsmatrix D mit einem Wert des Skalierungsparameters d zu diesem Zeitpunkt, und Schritt Berechnen des Reglers K(s) durch ein γ- Wiederholungsverfahren unter Verwendung des Werts des Skalierungsparameters d, der das lokale Minimum der Funktion f(d) ergibt, und Betrachten des Reglers K(s) als optimale Lösung, wobei die optimale Lösung des H∞- Regelungsproblems mit konstanter Skalierungsmatrix entsprechend jedem Schritt berechnet wird.

Dadurch wird der Regler derart abgeleitet, dass er geeignet ausbalanciert ist, um den Effekt der Kennlinienfluktuation des Regelungssystems und die Empfindlichkeitskennlinie zu kompensieren, wenn die Kennlinienfluktuation auftritt. Dementsprechend wird die durch den Regler erhaltene korrigierte Wert durch Addition oder Subtraktion an dem Anweisungswert des elektrischen Motors durchgeführt, so dass der Effekt der Kennlinienfluktuation auf das Regelungssystem unterdrückt werden kann, die robuste Stabilität des Regelungssystems gewährleistet werden kann, die Empfindlichkeitskennlinie (die Vibrationsverringerung und die Drehmomentnachführungsgüte) angenähert kompensiert werden können, wenn die Kennlinienfluktuation auftritt. Dementsprechend kann bei Auftreten der Kennlinienfluktuation in dem Regelungssystem die Vibration des elektrischen Motors geeignet unterdrückt werden und die Drehmomentnachführungsgüte gewährleistet werden.

Weiterhin kann ebenfalls die Mannzeit zur Justierung des Reglers verringert werden oder entfallen, und Teile (Mikrocomputer oder Regler) können gemeinsam durch die Gewährleistung der robusten Stabilität und die Kompensation der Kennlinienfluktuation in der Empfindlichkeitskennlinie durch Verwendung des einzigen Reglers verwendet werden.

Die Merkmale und Vorteile eines Vibrationsverringerungsregelungsgeräts für einen elektrischen Motor und ein Entwurfsverfahren des Vibrationsverringerungsregelungsverfahrens für den elektrischen Motor gemäß der Erfindung und weitere werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, in denen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen aufweisen. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild eines Umrichters gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Kennfeld zum Erhalt eines Soll-Drehmoments anhand eines Drosselklappenöffnungsgrads gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Steuerungsblockschaltbild einer Vibrationsverringerungsregelung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 einen Graphen zur Beschreibung der Wirkung der Vibrationsverringerung, wenn ein Drehmoment fluktuiert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 ein Hauptflussdiagramm der Vibrationsverringerungsregelung für den elektrischen Motor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Bestimmung des Reglers durch eine H∞-Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 einen Graphen, der Frequenzeigenschaften eines Realmodells und eines Referenzmodells gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Bestimmung des Reglers durch die H∞-Steuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 11 einen Graphen, der eine Funktion f(d) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 12 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Entwurfsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild, das Steuerungsinhalte einer Vibrationsverringerungsregelung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 14 ein Flussdiagramm, das eine Routine der Vibrationsverringerungsregelung für den Motor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 15 einen Graphen zur Beschreibung der Vibrationsverringerungswirkungen zu einem Zeitpunkt einer Kennlinienfluktuation gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 16 ein Blockschaltbild, das Inhalte einer herkömmlichen Motorsteuerung darstellt,

Fig. 17 einen Graphen zur Beschreibung erzeugter Vibrationen des elektrischen Motors, wenn sich das Soll- Drehmoment ändert, und

Fig. 18 einen Graphen zur Beschreibung einer Frequenzkennlinie des elektrischen Motors, wenn sich das Drehmoment ändert.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung

Nachstehend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 7 beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangssystems eines elektrischen Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1. Ausführungsbeispiel

Das elektrische Fahrzeug 1 weist einen (nachstehend als SR-Motor bezeichneten) geschalteten Reluktanzmotor 3 wie einen elektrischen Motor einer Antriebsstrangquelle auf, der ein Antriebsdrehmoment zu einem Antriebsrad 2 überträgt. Der SR-Motor 3 ist an einer vorbestimmten Stelle eines Bereichs eines Fahrzeugaufbaus 1a des elektrischen Fahrzeugs 1 angebracht. Jedoch zeigt Fig. 1 lediglich die Stelle des SR-Motors in dem Fahrzeugaufbau 1a, wobei die Größe des in Fig. 1 gezeigten SR-Motors nicht notwendigerweise korrekt ist. Als Batterie 4 wird beispielsweise eine elektrische Brennstoffzellenbatterie oder eine wiederaufladbare Batterie usw. verwendet. Der SR-Motor 3 wird durch eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) 5 über einen Umrichter 6 gesteuert. Die ECU 5 weist einen Mikrocomputer 7 und eine Chopperschaltung (Stellerschaltung) 8 auf. Weiterhin weist der Mikrocomputer 7 eine Filtereinrichtung, eine Korrektureinrichtung und eine Steuerungseinrichtung auf.

Der Umrichter 6 ist mit der Batterie 4 verbunden, die eine Batteriespannung liefert, wobei eine Ausgangsseite des Umrichters 6 elektrisch mit dem SR-Motor 3 verbunden ist. Der Umrichter 6 weist eine Treiberschaltung 9 und eine Schaltschaltung 10 auf. Der SR-Motor 3 wird auf der Grundlage eines Signals gesteuert, das von der Schaltschaltung 10 über die Treiberschaltung 9 aus der Chopperschaltung 8 zugeführt wird, derart, dass die Chopperschaltung 8 durch eine Choppersteuerung auf der Grundlage eines Anweisungssignals (beispielsweise eines Soll-Drebnomentsignals) aus dem Mikrocomputer 7 gesteuert wird.

Der SR-Motor 3 besteht aus einem Dreiphasenmotor, wobei der SR-Motor 3 durch eine Steuerung eines Erregungszeitverlaufs für drei Phasenspulen gesteuert wird. Der Umrichter 6 führt einen Erregungsstrom jeder der drei Phasenspulen des SR-Motors 3 zu, wobei der Umrichter 6 drei Leitungspaare (das heißt sechs elektrische Leitungen) aufweist, und jeder Draht mit den drei Phasenspulen des SR-Motors 3 derart verbunden ist, dass ein Erregungsstrom zugeführt wird. Eine Stromvergleichsschaltung 11 erfasst einen Wert eines in der elektrischen Leitung fließenden Stroms. Die Chopperschaltung 8 korrigiert einen Anweisungswert, der von Treiberschaltung 9 übertragen wird, auf der Grundlage eines aus der Stromvergleichsschaltung 11 ausgegebenen Stromerfassungssignals.

Dem Mikrocomputer 7 wird ein Beschleunigungssignal (Drosselklappenöffnungsgrad α) aus einem Beschleunigungspedalsensor 13 zur Erfassung eines Betätigungsausmaßes eines Beschleunigungspedals 12 und ein Batteriespannungserfassungssignal (Batteriespannung Vb) aus einer Batteriespannungserfassungsschaltung 14 jeweils über eine Schnittstelle 15 zugeführt. Weiterhin wird dem Mikrocomputer 7 ein Rotationserfassungssignal (Motorrotationszahl Nm) aus einem Resolver 16 als eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Rotation der SR- Motors 3 über eine Schnittstelle 17 zugeführt.

In dem Mikrocomputer 7 ist ein Kennfeld M gemäß Fig. 3 in einem Speicher 18 gespeichert, wobei der Mikrocomputer 7 ein Soll-Drehmoment Req trq unter Bezugnahme auf das Kennfeld M auf der Grundlage des durch den Beschleunigungspedalsensor 13 erfassten Drosselklappenöffnungsgrad ermittelt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht dieses Soll-Drehmoment Req_trq einem Sollwert zur Steuerung des SR-Motors 3. Weiterhin berechnet der Mikrocomputer 7 den Batteriespannungswert Vb, der durch die Batteriespannungserfassungsschaltung 14 erfasst wird, und berechnet der Mikrocomputer 7 die Motorrotationszahl Nm auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals aus dem Resolver. In dem Speicher 18 ist ein Zweier-Kennfeld (dreidimensionales Kennfeld) gespeichert, durch das individuell ein Stromanweisungswert I und ein Erregungswinkel (Winkelanweisungswert) θ auf der Grundlage der drei Parameter Soll-Anweisungswert trq(n), Motordrehzahl Nm und Batteriespannung Vb berechnet werden. Der Soll-Anweisungswert trq(n) entspricht einem Anweisungswert für eine Steuerung im Bezug auf das Soll- Drehmoment Req_trq als Sollwert. Unter Verwendung des Soll-Drehmoments Req_trq und einer Zeitkonstanten T des Filters wird der Drehmomentanweisungswert trq(n) wie folgt berechnet:

trq(n) = (T.trq(n-1) + Req_trq)/(T + 1) (1)

Der Mikrocomputer 7 gibt das Anweisungssignal mit dem Stromanweisungssignal I auf der Grundlage der drei Parameter trq(n), Nm und Vb sowie dem Winkelanweisungswert θ für die Chopperschaltung 8 aus. Die Chopperschaltung 8 gibt das Anweisungssignal, das die drei Phasenspulen daraufhin erregt, zu einem vorbestimmten Erregungszeitverlauf im Ansprechen auf den Winkelanweisungswert θ auf der Grundlage des Anweisungssignals (z. B. I, θ) aus dem Mikrocomputer 7 zu der Schaltschaltung 10 über die Treiberschaltung 9 aus.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Umrichters 6. Der Umrichter 9 weist drei Schaltschaltungen 10a, 10b und 10c entsprechend den Motorspulen (drei Phasenspulen) 31, 32 und 33 der drei Phasen (Phase 1, Phase 2 und Phase 3) jeweils auf. Die Schaltschaltung 10 weist die vorstehend beschriebenen drei Schaltungen 10a, 10b und 10c auf. Jede der Schaltschaltungen 10a, 10b und 10c wird mit einer Batteriespannung aus der Batterie 4 versorgt. Jede der Schaltschaltungen 10a, 10b und 10c weist zwei Schaltelemente (Transistoren) 21 und 22 sowie zwei Dioden 23 und 24 an beiden Seiten der Motorspulen 31, 32 und 33 auf.

Jedes Gate der zwei Schaltelemente 21 und 22 an jeder Phase ist mit einer Treiberschaltung 41a, 41b an der Phase 1, einer Treiberschaltung 42a, 42b an der Phase 2 und einer Treiberschaltung 43a, 43b an der Phase 3 jeweils zur Ausgabe eines Spannungssignals verbunden. Die Treiberschaltung 9 weist ein Paar der Treiberschaltungen 41a, 41b, 42a, 42b, 43a und 43b auf. Weiterhin ist jede der Schaltschaltungen 10a, 10b und 10c mit jeweils einem Kondensator C1, C2 und C3 parallel geschaltet, wobei drei Kondensatoren C4, C5 und C6 mit der Batterie 4 parallel geschaltet sind.

Jedem Gate der Schaltelemente 21 und 22 an den drei Phasen wird ein PWM-Signal zugeführt. Das Tastverhältnis des PWM-Signals hängt von dem Stromanweisungswert I ab, der von der Chopperschaltung 8 erzeugt wird. Das PWM- Signal wird an dem Gate der Schaltelemente 21 und 22 jeweils zu dem Erregungszeitverlauf gemäß dem Winkelanweisungswert θ zugeführt, wodurch die Motorspulen 31, 32 und 33 erregt werden. Daher wird der Motorstrom gemäß dem Stromanweisungswert I zu dem Erregungszeitverlauf gemäß dem Winkelanweisungswert θ erregt.

Ein Drehmomentwert (das heißt, ein Drosselklappenöffnungsgrad α) T, während das Motordrehmoment bei einer Rotation durch Trägheit Null ist, wird notwendigerweise entsprechend der Motordrehzahl Nm bestimmt. Der Speicher 18 speichert das (nicht gezeigte) Kennfeld derart, dass ein Standartdrehmomentwert T0 entsprechend dem Drehmomentanweisungswert, bei dem es sich um ein Null- Drehmoment (eine Trägheitsmomentrotation) handelt, aus der Motorrotationsdrehzahl Nm berechnet wird. Der Mikrocomputer 7 erfasst eine Rotationsrichtung des elektrischen Motors auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals des Resolvers 16. Der Mikrocomputer 7 beurteilt, dass ein Motorbetrieb vorhanden ist, wenn der Mikrocomputer 7 ein Drehmoment mit derselben Richtung wie die Motordrehrichtung ausgibt, oder beurteilt eine Regeneration (Wiedergewinnung), wenn der Mikrocomputer 7 ein Drehmoment in umgekehrter Richtung wie die der Motorrotationssichtung ausgibt. Der Mikrocomputer 7 beurteilt, dass ein Motorrotationszustand der Motorbetrieb ist, wenn ein gegenwärtiger Drehmomentanweisungswert trq(n-1) größer als der Standartdrehmomentwert T0 ist, und beurteilt den Motorrotationszustand, als die Regeneration, wenn der gegenwärtige Drehmomentanweisungswert trq(n-1) kleiner als der Standartdrehmomentwert T0 ist.

Wenn der Motorrotationszustand Regeneration ist, erregt der Mikrocomputer 7 die Motorspulen 31, 32 und 33 jeder Phase in einer Reihenfolge des Erregungszeitlaufs, wodurch ein Drehmoment mit umgekehrter Richtung erzeugt wird, die sich von der Motorrotationsrichtung unterscheidet, das auf der Grundlager des Rotationserfassungssignals des Resolvers 16 berechnet wird, und der Mikrocomputer 7 steuert den SR-Motor 3 zur Erzeugung eines umgekehrten Drehmoments. Wenn der Motorrotationszustand der Motorbetrieb ist, erregt der Mikrocomputer 7 die Motorspulen 31, 32 und 33 jeder Phase in einer Reihenfolge des Erregungszeitverlaufs, durch die ein Drehmoment einer Richtung entsprechend der Motorrotationsrichtung erzeugt wird, das auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals des Resolvers 16 berechnet wird, und der Mikrocomputer 7 steuert den SR- Motor 3 zur Erzeugung eines normalen Drehmoments. Folglich wird ein Drehmoment entsprechend dem Drehmomentanweisungswert trq(n) an dem SR-Motor 3 erzeugt, wobei der Erregungszeitverlauf durch den Winkelanweisungswert bestimmt wird.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerung, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewandt wird. Eine Drehmomentsteuerung des SR-Motors 3 führt eine Vorwärtssteuerung (Vorwärtsregelung, eine Steuerung mit offenem Regelkreis) aus. Der SR-Motor 3 wendet eine Vibrationsverringerungsregelung an, so dass eine niederfrequente Vibration (Resonanzvibration) des SR- Motors 3 verringert wird. Eine Zusammenfassung der Vibrationsverringerungsregelung ist nachstehend beschrieben:
Eine stufenförmige Eingabe einer Vibration eines Resonanzfrequenzbandes durch eine Drehmomentfluktuation, wenn das Beschleunigungspedal 12 betätigt wird oder nicht, verursacht ein Resonanzphänomen, dessen Vibration mehrfach weitergehen kann. Die Vibration des elektrischen Motors auf der Grundlage einer Resonanz des Motors per se oder einer Resonanz des Fahrzeugaufbaus 1a erzeugt eine kleine Änderung auf normalen oder invertierten Richtungen für eine Welle des elektrischen Motors, wodurch eine Rotationsunebenheit an der Welle des elektrischen Motors erzeugt wird. Die Motorvibrationsverringerungsregelung verringert die Rotationsunebenheit durch Verringerung der Motorvibration auf einen kleinstmöglichen Wert. Lediglich eine Frequenz eines Resonanzbandes wird durch das Filtern extrahiert, so dass die Resonanzvibration so klein wie möglich verringert wird, und die Vibration der extrahierten Frequenz wird durch eine PD-Regelung so klein wie möglich verringert.

Das Bandpassfilter 51 lässt eine Frequenzkomponente durch, die sich in der Nähe einer Resonanzfrequenz (beispielsweise 0,1 bis 50 Hz) befindet. Nach Erfassung der Motordrehzahl wird das Motordrehzahl durch das Bandpassfilter 51 hindurchgelassen. Das Bandpassfilter 51 entfernt eine Normalzustandskomponente der Motordrehzahl und ein Erfassungsrauschen (eine Erfassungsstörung). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird, da der Resonanzfrequenz des SR-Motors 3 5 bis 7 Hz beträgt, ein Frequenzband des Bandpassfilters auf 0,1 bis 50 Hz eingestellt, so dass das Resonanzfrequenzband (5 bis 7 Hz) durchgelassen wird. Das Bandpassfilter 51 wendet einen digitalen Filter an, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus Software besteht. Eine Frequenzkomponente, die nahe an dem Resonanzpunkt in der Motordrehzahl liegt, wird dem Bandpassfilter 51 zugeführt. Das Bandpassfilter 51 weist die Filtereinrichtung auf.

Ein PD-Berechnungsabschnitt 52 führt eine PD- Berechnungsverarbeitung aus, durch die die Vibration für einen Signalwert (Signaldaten) eines Vibrationspegels der Frequenzkomponente (0,1 bis 50 Hz) stärker verringert wird, die näher an dem durch das Bandpassfilter 51 extrahierten Resonanzpunkt liegt. Das heißt, dass der PD- Berechnungsabschnitt 52 das Soll-Drehmoment (Anweisungswert) auf der Grundlage der extrahierten Frequenzkomponente in der Näher des Resonanzpunkts (0,1 bis 50 Hz) korrigiert. Eine PD-Berechnungsgleichung (Frequenzübertragungsfunktion) ist wie nachstehend beschrieben:
Kp + Kd.(1-1/z)
Kp: Proportionalverstärkung (P-Verstärkung)
Kd: Differenzverstärkung (D-Verstärkung)
1/z: Verzögerungselement

Eine PD-Berechnung wird für die Motordrehzahl nach der Bandpassfilterungsverarbeitung durchgeführt, wobei durch die PD-Berechnung ein Wert PD_out (korrigierter Wert) berechnet wird. Dann wird PD_out von dem Soll-Drehmoment Rrq_trq subtrahiert. Somit wird ein Kreis erhalten, der die Motordrehzahl zurückführt. Die Proportionalverstärkung Kp und die Differenzverstärkung Kd, die konstant ist, der PD-Regelung wird als ein Wert eingestellt, um ein Resonanzverhalten (Resonanzkennlinie) des SR-Motors 3 zu verringern. Ein Entwurfsverfahren zur Bestimmung dieser Konstanten (Kp, Kd) ist nachstehend beschrieben. Selbst wenn ein Vorzeichen der Proportionalverstärkung Kp oder der Differentialverstärkung Kd umgekehrt wird, und ein Berechnungsergebnis der PD-Regelung zu dem Soll- Drehmoment hinzuaddiert wird, bleibt das Ergebnis dasselbe.

Der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ werden durch das Kennfeld Mp einschließlich eines Zweierkennfeldes (two map) (dreidimensionales Kennfeld) auf der Grundlage der drei Parameter Drehmomentanweisungswert trq(n), Motordrehzahl Nm und Batteriespannung Vb erhalten. In diesem Fall wird der Drehmomentanweisungswert trq(n) durch Anwendung von "Tn+PD_out" (entsprechend Req_trq) auf "Req_trq" der Gleichung (1) bestimmt. Der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ, die durch das Kennfeld M (das vorstehend beschriebene Zweierkennfeld, das ein dreidimensionales Kennfeld ist) auf der Grundlage der drei Parameter (Drehmomentanweisungswert trq(n), Motordrehzahl Nm und Batteriespannung Vb) erhalten werden, werden aus dem Mikrocomputer 7 über die Chopperschaltung 8, die Treiberschaltung 9 und die Schaltschaltung 10 zu dem SR-Motor gesendet. Weiterhin wir die Motordrehzahl Nm des SR-Motors 3 durch den Resolver 16 erfasst und wird die erfasste Motordrehzahl Nm dem Bandpassfilter 51 zugeführt, wodurch ein Rückkoppelungskreis in Bezug auf die Vibrationsverringerungsregelung aufgebaut wird.

Eine Steuerung des Blockschaltbilds gemäß Fig. 4 wird durch Software durchgeführt. Der Speicher 18 in dem Mikrocomputer 7 speichert ein Flussdiagramm eines Programms einer Vibrationsverringerungsregelung für den elektrischen Motor, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Das Flussdiagramm ist nachstehend ausführlicher beschrieben.

In Schritt 10 (nachstehend wird Schritt als S abgekürzt) wird eine Initialisierung durchgeführt. In S20 beurteilt der Mikrocomputer 7, ob seit der letzten Steuerung eine Zeit von 10 Millisekunden (ms) verstrichen ist oder nicht. Das heißt, der Mikrocomputer 7 beurteilt, ob das Zeitintervall der Steuerung 10 ms verstrichen ist oder nicht.

In S30 erhält der Mikrocomputer 7 das Soll-Drehmoment Req_trq. Das heißt, dass der Mikrocomputer 7 den Drosselklappenöffnungsgrad α liest, und dass das Soll- Drehmoment Req_trq durch Bezugnahme auf das Kennfeld M (gemäß Fig. 3) auf der Grundlage des Drosselklappenöffnungsgrads α erhalten wird.

In S40 erfasst der Mikrocomputer 7 die Motordrehzahl Nm(n). Daraufhin zeigt Nm(n) einen n-ten Abtastwert, wobei Nm(n) ein gegenwärtiger Erfassungswert der Motordrehzahl ist und Nm(n-1) der letzte Erfassungswert der Motordrehzahl ist.

In S50 führt der Mikrocomputer 7 eine Bandpassfilterberechnungsverarbeitung durch. Das heißt, es wird ein Ausgangswert BNm(n) des Bandpassfilters 51 durch Verwendung der nachstehenden Gleichung berechnet.

BNm(n) = a1.BNm(n-1) + a2.BNm(n-2) + b1.Nm(n) + b2.Nm(n-1) + b3 Nm(n-2)

Dabei ist BNm(n) ein berechneter Wert des n-ten Abtastenwerts, BNm(n) ein gegenwärtig berechneter Wert und BNm(n-1) der letzte berechnete Wert.

In S60 führt der Mikrocomputer 7 die PD- Regelungsberechnungsverarbeitung aus. Das heißt, dass der Mikrocomputer 7 den durch die PD-Regelung berechneten Wert PD_out unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet.

PD_out = KP.BNm(n) + Kd.(BNm(n) - BNm(n-1)

Kp: Proportionalverstärkung
Kd: Differentialverstärkung

In S70 berechnet der Mikrocomputer 7 das Anweisungsdrehmoment Tn für den elektrischen Motor. Das heißt, dass das Anweisungsdrehmoment Tn unter Verwendung der Gleichung (Tn = Req_trq - PD_out) berechnet wird.

In S80 wird das Anweisungsdrehmoment Tn in den Stromanweisungswert I und den Winkelanweisungswert θ für den elektrischen Motor geändert. Eine transformierte Gleichung "Tn + PD_out" (= Req_trq) wird auf "Req_trq" in der Gleichung (1) angewendet, wodurch der Drehmomentanweisungswert trq(n) berechnet wird. Unter Bezugnahme auf ein individuelles Kennfeld, das dem in Fig. 4 entspricht, auf der Grundlage des Soll- Anweisungswerts trq(n) werden die Motordrehzahl Nm(n) und die Batteriespannung Vb, werden der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ jeweils durch das Kennfeld M bestimmt.

In S90 gibt der Mikrocomputer 7 den Stromanweisungswert I und den Winkelanweisungswert θ zu der Chopperschaltung 8 aus. Die Chopperschaltung 8 steuert die Schaltschaltung 10 durch die PWM-Steuerung über die Treiberschaltung 9 zu dem Erregungszeitverlauf auf der Grundlage des Winkelanweisungswerts θ. Als Ergebnis wird jede der Spulen 31, 32 und 33 zu dem vorbestimmten Erregungszeitverlauf erregt.

In S100 beurteilt der Mikrocomputer 7, ob eine Energieversorgung abgeschaltet ist (sich in einem Aus- Zustand befindet) oder nicht. Das Programm kehrt zu S20 zurück, wenn die Energieversorgung sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, so dass das Programm mit S20 bis S100 fortgesetzt wird. Sobald die Energieversorgung jedoch zu einem ausgeschalteten Zustand wechselt, führt das Programm eine Stoppverarbeitung des elektrischen Motors in S110 aus.

Während das elektrische Fahrzeug 1 fährt, verursacht eine vergleichsweise große Variation der Beschleunigungspedalbetätigung die Resonanzvibration usw. des Fahrzeugaufbaus 1a. Die Resonanzvibration überträgt sich auf den SR-Motor 3. Die Resonanzvibration wird als ein Ausgangswert BNm(n) des Bandpassfilters durch das Bandpassfilter 51 extrahiert. Danach wird die PD-Regelung auf der Grundlage des extrahierten BNm(n) durchgeführt, wodurch ein PD out des PD-Regelungsberechnungwerts als korrigierter Wert berechnet wird, der die Resonanzvibration verringert. Dann wird das Soll- Drehmoment Req_trq durch Verwendung des durch die PD- Regelung berechneten Werts PD_out korrigiert. Wenn der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ auf der Grundlage des korrigierten Anweisungsdrehmoments Tn bestimmt sind, wird der SR-Motor 3 durch den Stromanweisungswert I und den Winkelanweisungswert θ gesteuert, wobei die Vibration, die sich auf den SR-Motor 3 überträgt, abklingt und sich verringert. Wenn beispielsweise, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, eine drastische Erhöhung des Soll-Drehmoments Req_trq durch eine Öffnungsbetätigung des Drosselklappenöffnungsgrades α zu dem Zeitpunkt t1 oder eine drastische Verringerung des Soll-Drehmoments Req_trq durch eine Schließbetätigung des Drosselklappenöffnungsgrads α zu dem Zeitpunkt t2 auftritt, wird eine Drehmomentfluktuation ausgelöst, falls der Fahrzeugaufbau 1a bei der Resonanzfrequenz vibriert, wobei die Motordrehzahl Nm durch die Vibration des Frequenzbands auf der Grundlage der Resonanzvibration nicht beeinträchtigt wird, da die auf den SR-Motor 3 übertragene Vibration verringert wird. Dadurch tritt, wenn die Resonanzfrequenz sich auf die Welle des SR- Motors überträgt, die kleine Vibration des Fahrzeugaufbaus 1a annähernd nicht auf, da die durch die Vibration verursachte Rotationsunebenheit vermieden wird.

Nachstehend ist ein Entwurfsverfahren bei dem vorstehend beschriebenen Steuerungsprogramm beschrieben, das die Proportionalverstärkung Kp und die Differentialverstärkung Kd bei der PD-Regelungsberechnung bestimmt.

In diesem Entwurfsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Resonanzverhalten (eine Resonanzkennlinie) des SR-Motors 3 in einem Frequenzbereich durch eine Übertragungsfunktion höherer Ordnung (Vibrationsmodell) ausgedrückt, wobei die Resonanzkennlinie derart eingestellt ist, dass diese mit einer Eingangs- und Ausgangskennlinie des SR-Motors 3 übereinstimmt. Ein Referenzmodell, das eine Bedingung zur Verringerung der Resonanzspitze erfüllt, wird für das erhaltene Vibrationsmodell konstruiert. Weiterhin wird bei dem Entwurf der PD-Regelung ein Modellanpassungsverfahren angewendet. Das Modellanpassungsverfahren ist ein Entwurfsverfahren derart, dass ein Regler derart entworfen wird, dass eine Übertragungsfunktion des geschlossenen Kreises einer Übertragungsfunktion des Referenzmodells entspricht, falls die Übertragungsfunktion gegeben ist. Das heißt, dass in Bezug auf das Modellanpassungsverfahren, wenn ein geschlossener Kreis mit einem Proportionalterm (P-Term) und einem Differentialterm (D-Term) in der Rückkoppelungssteuerung aufgebaut ist, die Proportionalverstärkung und die Differentialverstärkung derart berechnet werden, dass eine Frequenzkennlinie des geschlossenen Kreises einer Frequenzkennlinie des Referenzmodells entspricht.

Unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß Fig. 7 sind nachstehend Einzelheiten dieses Entwurfsverfahrens beschrieben.

In S210 wird ein Identifikationsexperiment durchgeführt. Das heißt, dass der SR-Motor 3 an einem Fahrzeugaufbau 1a angebracht wird und eine Vibrationskennlinie tatsächlich beobachtet wird. Beispielsweise wird ein Testsignal (0 bis 20 Hz) dem SR-Motor 3 zugeführt, wird die Drehzahl des SR-Motors 3 erfasst und eine Eingangs- und Ausgangskennlinie des SR-Motors 3 überprüft.

In S220 wird eine Modellparameteridentifikation durch eine Frequenzgangapproximation (Frequenzanpassung, frequency fitting) gehalten. Dabei die bedeutet die Modellparameteridentifikation, dass ein Koeffizient der Frequenzübertragungsfunktion bestimmt wird. Ein Bodediagramm wird aus der Eingangs- und Ausgangskennlinie des SR-Motors 3 erzeugt, und eine mathematische Gleichung entsprechend dem Bodediagramm wird durch Suchen eines Koeffizienten, das dem Bodediagramm entspricht, gesucht. Die Modellparameteridentifikation betrachtet das mathematische Formelmodell (Gleichungsmodell) als die Übertragungsfunktion der Frequenzkennlinie.

In S230 wird das Referenzmodell abgeleitet. Ein ideales Modell, das die Vibrationen verringert, wird als ein derartiges Referenzmodell eingestellt. Das heißt, dass, da das Identifikationsmodell als ein mathematisches Modell gezeigt ist, durch Analysieren des mathematischen Modells ermittelt wird, welcher Term des mathematischen Modells der am meisten wirksame Term für die Resonanzkennlinie ist. Dadurch ist es möglich, analytisch ein Referenzmodell ohne Resonanzkennlinie (Resonanzverhalten) unter Verwendung des mathematischen Modells zu erhalten.

In S240 wird die PD-Regelungsberechnung durch das Modellanpassungsverfahren ausgeführt. Die Proportionalverstärkung und die Differentialverstärkung werden derart bestimmt, dass sie dem Referenzmodell entsprechen, wenn der Proportionalterm (P-Term) und der Differentialterm (D-Term) in die Rückkoppelungssteuerung gelangen.

In S250 beurteilt ein Regler des Modellanpassungsverfahrens, ob die Übertragungsfunktion eine vorbestimmte Leistungsschätzbedingung (Ausführungsschätzbedingung, Güteschätzbedingung) erfüllt oder nicht. Wenn die Übertragungsfunktion die Leistungsschätzbedingung nicht erfüllt, kehrt das Programm zu S230 zurück. In S230 wird ein anderes Referenzmodell gebaut und wiederholt das Programm die Verarbeitungen in S230 bis S250, bis die Übertragungsfunktion in S250 die Leistungsschätzbedingung erfüllt. Dann schreitet das Programm zu S260 voran, wenn die Übertragungsfunktion die Leistungsschätzbedingung erfüllt.

In S260 wird eine Diskretisierung des Reglers ausgeführt. Das heißt, der Entwurf wird in einer kontinuierlichen Zeit ausgeführt. Jedoch wird, da die Software in dem Mikrocomputer (Regler) 7 installiert ist, eine Diskretisierung zur Änderung eines analogen Werts in einen digitalen Wert ausgeführt. Weiterhin wird ein Programm einschließlich der Verstärkungsdaten (P- Verstärkung und D-Verstärkung) durch die Diskretisierung in dem Mikrocomputer 7 installiert.

Durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel werden die nachstehenden Wirkungen erreicht.

Das vorbestimmte Frequenzband einschließlich zumindest einer Vibration, die zu einer Störung des SR-Motors 3 wie eine Resonanzfrequenz des Fahrzeugaufbaus 1a oder die Resonanzfrequenz des SR-Motors 3 hinzukommt, usw., wird durch den Bandpassfilter 51 aus der Motordrehzahl herausgenommen, und die Rückkoppelungsregelung einschließlich der PD-Regelung wird auf der Grundlage der Vibration des vorbestimmten Frequenzbands durchgeführt. Daher wird, obwohl der SR-Motor 3 durch eine Resonanzvibration von dem Fahrzeugaufbau 1a vibriert, die Welle des SR-Motors 3 derart geregelt, dass die Rotationsunebenheit auf der Grundlage der Vibration verringert wird, so dass die kleine Vibrationsänderung in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus 1a nicht auftritt.

Daher wird eine angenehme Fahrt des elektrischen Fahrzeugs 1 ermöglich.

Da die PD-Regelung als Regelung zur Verringerung der Vibration angewendet wird, wird die Vibration wirksam verringert, wodurch die Fahrt mit dem elektrischen Fahrzeug 1 angenehm wird.

Da das Bandpassfilter 51 durch Software als digitaler Filter aufgebaut ist, wird lediglich das Vibrationsverringerungsregelungsprogramm zu einer in dem Mikrocomputer 7 installierten Software hinzugefügt.

Dadurch werden die Steuerungs- und Auslegungsänderungen einfach.

Die geeigneten Verstärkungen (die Proportionalverstärkung und die Differentialverstärkung), die in der PD- Regelungsberechnung bei der Vibrationsverringerungsregelung verwendet werden, werden durch das Entwurfsverfahren erhalten, das das Modellanpassungsverfahren anwendet, wodurch eine Verringerung der Mannstunden bei dem Entwurf ermöglicht wird.

2. Ausführungsbeispiel

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 15 ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Punkt, bei dem eine H∞- (H- Unendlichkeits-) Regelung wie die Vibrationsverringerungsregelung in der Rückkoppelungsregelung angewandt wird. Daher sind die Teile, die dieselben wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, bei der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels weggelassen.

Im allgemeinen wird ein Regler zur Verringerung der Wirkung einer Kennlinienfluktuation eines Steuerungssystems durch eine H∞-Steuerungstheorie entworfen, das heißt, dass bei dem Regler eine robuste Stabilität gewährleistet werden kann. Bei einem Standard- H∞-Regelungsproblem, das ein robustes Stabilitätsproblem betrifft (Gewährleistung der robusten Stabilität), wird eine Empfindlichkeitskennlinie des Steuerungssystems (eine Vibrationsverringerung und eine Drehmomentnachführungsgüte) für eine nominale Anlage gewährleistet. Wenn demgegenüber die Empfindlichkeitskennlinie konservativ wird, verursacht dies ein starkes Abklingen, wenn eine Kennlinie der Anlage (des Steuerungssystems) fluktuiert und ein Modellfehler auftritt. Wenn beispielsweise die Verstärkung bei einem in Fig. 18 gezeigten Antiresonanzpunkt durch eine plötzliche Änderung des in Fig. 17 gezeigten Soll-Drehmoments groß wird, tritt eine Vibration des SR-Motors bei einer Frequenz des Antiresonanzpunkts auf. Anders ausgedrückt kann die robuste Stabilität gewährleistet werden, jedoch wird die Empfindlichkeitskennlinie unterdrückt, dies verursacht die Vibrationen bei dem elektrischen Motor.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel führt die Empfindlichkeitskennlinie zum Zeitpunkt einer Kennlinienfluktuation des Regelungssystems zu dem Problem der robusten Güte, wobei der Regler zur Verringerung der Vibration wie das H∞-Regelungsproblem mit einer konstanten Skalierungsmatrix, die als strukturierte Fluktuation behandelt wird, die Empfindlichkeitskennlinie aufweist, und die Kennlinienfluktuation der Anlage wird entworfen. Ein hochleistungsfähiges Steuerungssystem, dessen Güte durch die Empfindlichkeitskennlinie nicht verschlechtert wird, wird durch den auf diese Weise abgeleiteten Regler verwirklicht, selbst wenn die Kennlinienfluktuation auftritt.

Ein Entwurfsverfahren des Reglers K entsprechend der Hco-Regelung ist nachstehend beschrieben. Der Regler K wird entworfen, indem er auf das H∞-Regelungsproblem auf der Grundlage eines in Fig. 8 gezeigten Blockschaltbilds zurückgeführt wird. In Bezug auf das H∞-Regelungsproblem weist eine verallgemeinerte Anlage einen exogenen Eingang w, einen gesteuerten Eingang u, einen gesteuerten Ausgang z und eine Motordrehzahl (beobachteter Wert) Nm auf, wobei das H∞-Regelungsproblem den Regler K bestimmt, bei dem die H∞-Norm (||tzw||∞) für eine Übertragungsfunktion Tzw aus dem exogenen Eingang w zu dem gesteuerten Ausgang z niedriger als der vorbestimmte Wert (beispielsweise 1) ist. Das Entwurfsverfahren für den Regler K ist nachstehend Schritt für Schritt beschrieben.

Bestimmung des realen Modells

Ein reales Modell Psys wird anhand der tatsächlichen Motordrehzahl Nm für das Soll-Drehmoment w1 bestimmt, wenn der SR-Motor 3 in dem System mit offenen Kreis angetrieben wird. Das heißt, dass das Soll-Drehmoment w1 dem System mit offenem Kreis zugeführt wird, wobei ein Stromanweisungswert I und ein Winkelanweisungswert θ durch das Kennfeld MP bestimmt werden. Der SR-Motor 3 wird tatsächlich über die Chopperschaltung 8, die Treiberschaltung 9 und die Schaltschaltung 10 auf der Grundlage des Stromanweisungswerts I und des Winkelanweisungswerts θ angetrieben. Die tatsächliche Motordrehzahl Nm des SR-Motors 3 für das Soll-Drehmoment w1 wird gemessen, und das reale Modell Psys wird anhand des gemessenen Ergebnisses (d. h. eine tatsächliche Antwort Nm für das Soll-Drehmoment w1) wie in Fig. 9 gezeigt bestimmt. Diese Bestimmung des realen Modells Psys wird auf der Grundlage des Verfahrens, das als Modellparameteridentifikation bezeichnet wird, durch ein Identifikationsexperiment und eine Frequenzgangapproximation durchgeführt.

Referenzmodellableitung

Unter Bezugnahme auf das erhaltene reale Modell Psys wird ein ideales Modell mit der Vibrationsverringerung und dem Drehmomentnachführungsgüte der Empfindlichkeitskennlinie für eine Änderung des Soll-Drehmoments w1 abgeleitet und somit als das Referenzmodell Rsys erzeugt. Das Referenzmodell Rsys weist eine Verstärkung auf, die geringer als eine Verstärkung des realen Modells Psys in der Nähe der Resonanzfrequenz ist, in einem anderen Frequenzband, wobei das Referenzmodell Rsys derart erzeugt wird, dass es eine Verstärkung entsprechend der Verstärkung des realen Modells Psys erhält (vgl. Fig. 9).

Zu einer Stufe, bei der die Bestimmung des realen Modells Psys und die Ableitung des Referenzmodells Rsys beendet worden ist, wird der geschlossene Kreis durch das reale Modell Psys und den Regler K eingerichtet, wobei ein System, das das reale Modell Psys mit dem Referenzmodell Rsys parallel verbindet, aufgebaut wird. Dann wird das Soll-Drehmoment w1 auf das Anweisungsdrehmoment über die Gewichtungsfunktion ws geändert, wobei das Anweisungsdrehmoment dem realen Modell Psys und dem Referenzmodell Rsys zugeführt wird, und eine Abweichung (Differenz in der Motordrehzahl) zwischen einem Ausgang des Referenzmodells Rsys und einem Ausgang des realen Modells Psys als der gesteuerte bzw. geregelte Ausgang 21 ausgegeben wird.

Dadurch kann ein Problem zum Erhalt eines Reglers K, der eine Antwort des realen Modells Psys an eine Antwort des Referenzmodells Rsys annähert, in dem H∞- Regelungsproblem zum Erhalt des Reglers K gelöst werden, wobei die H∞-Norm für die Übertragungsfunktion Tz1w1 von dem Soll-Drehmoment w1 zu dem gesteuerten Ausgang 21 niedriger als ein vorbestimmter Wert γ ist (||Tz1w1||∞<γ). Dadurch kann die Empfindlichkeitskennlinie (die Vibrationsverringerung und die Drehmomentnachführungsgüte) des Regelungssystems gleichzeitig geschätzt werden.

Bei der verallgemeinerten Anlage ist die Übertragungskennlinie von dem Soll-Drehmoment w1 zu dem gesteuerten Ausgang 21 wie nachstehend beschrieben:

Gleichung 1

Gleichung 2

Gleichung 3

∥Z1∥ < γ ∥w1∥

Bei der Erzeugung der verallgemeinerten Anlage wird das reale Modell Psys an das Referenzmodell Rsys zu dem vorbestimmten Wert γ angenähert. Die Gleichung 2 ist ein nominales Gütekriterium, wodurch die Empfindlichkeitskennlinie für das nominale Modell berücksichtigt wird.

Falls eine Gewichtungsfunktion derart eingestellt ist, dass sie in einem vorbestimmten Frequenzband groß ist, kann bei dem Steuerungssystem der Regler K, dessen reale Antwort bei dem vorbestimmten Frequenzband sich der Antwort des Referenzmodells Rsys stärker annähert, erhalten werden. Falls beispielsweise eine Verstärkung der Gewichtungsfunktion derart eingestellt wird, dass sie in einem niedrigen Frequenzband groß ist, nähert sich die tatsächliche Antwort in dem niedrigen Frequenzband dem Referenzmodell an, wodurch die Vibrationsverringerung und das Drehmomentnachführungsverhalten des SR-Motors 3 verbessert werden kann.

Ableitung der Kennlinienfluktuation/Einstellung der Gewichtungsfunktion

Es wird durch Experimente herausgefunden, was das Übertragungsverhalten von dem Soll-Drehmoment w1 zu der Motordrehzahl Nm durch Unterschiede im Antriebszustand, Fahrzeugtyp und Motortyp fluktuiert. Falls ein Schalten der elektrischen Energieversorgung für jede der Spulen 31, 32 und 33 des SR-Motors 3 bei hoher Frequenz durchgeführt wird, verursacht dies, dass eine Drehmomentwelligkeit bei einem Schaltzeitpunkt erzeugt wird, wobei die Drehmomentwelligkeit Wirkungen auf die Motordrehzahl Nm ausübt. Dann wird die Kennlinienfluktuation als multiplikative Funktion Δ1 aufgrund der Differenz im Antriebszustand, Fahrzeugtyp, Motortyp, und Drehmomentwelligkeit usw. behandelt, und ein Eingang für die multiplikative Fluktuation Δ1 wird als geregelter Ausgang z2 behandelt. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wird ein Eingang für die multiplikative Fluktuation Δ1 als der geregelte Ausgang z2 angegeben, und wird ein Ausgang der multiplikativen Fluktuation Δ1 als Störungseingang w2 (Eingang für die verallgemeinerte Anlage) angegeben, wobei eine Wirkung des Störungseingangs w2 zu einem Problem zur Bestimmung des Reglers K führt, dessen Schwierigkeit in dem geregelten Ausgang z2 erscheint.

Genauer wird der Störungseingang w2 dem Anweisungsdrehmoment über die Gewichtungsfunktion wml zugeführt, wodurch ein Teil der vorstehend erwähnten Drehmomentwelligkeit als Störungsdrehmoment für das Anweisungsdrehmoment behandelt wird. Das heißt, dass eine Frequenzkennlinie des Teils der Drehmomentwelligkeit durch den Gewichtungsfaktor wm1 beschrieben wird. Die Gewichtungsfunktion wm1 wird derart eingestellt, dass sie so groß wie die Verstärkung in dem hohen Frequenzband für den Resonanzpunkt ist. Weiterhin wird das Regelungssystem derart eingerichtet, dass der geregelte Ausgang z2 erhalten wird, der eine Änderung des Übertragungsverhaltens aufgrund einer Differenz in der vorstehend erwähnten Antriebsbedingung, Fahrzeugtyp und Motortyp usw. als die Gewichtungsfunktion wm2 erhalten wird. Die Gewichtungsfunktion wm2 wird derart eingestellt, dass sie so groß wie die Verstärkung in dem niedrigen Frequenzband ist. Anhand der vorstehend beschriebenen Beschreibung ist es möglich, ein Problem zum Erhalt des Reglers K zur Unterdrückung der Wirkungen der Kennlinienfluktuation aufgrund einer Differenz bei Antriebsbedingungen, Fahrzeugtyp und Motortyp in dem H∞- Regelungsproblem zu lösen.

Bei der Erzeugung der verallgemeinerten Anlagen ist die H∞-Norm für das Übertragungsverhalten (Übertragungsfunktion) von dem Störungseingang w2 zu dem geregelten Ausgang z2 eingestellt, wie es in Gleichung 4 gezeigt ist, so dass sie eine erste robuste Stabilitätsbedingung erfüllt.

Gleichung 4

Dadurch wird die robuste Stabilität für die multiplikative Fluktuation (beispielsweise Differenz in Antriebsbedingungen, Fahrzeugtypen und Motortypen, Kennlinienfluktuation durch die Drehmomentwelligkeit) berücksichtigt.

Ableitung des Störungsverhaltens/Einstellung der Gewichtungsfunktion

Die Motordrehzahl Nm ist eine erfasste Größe, die bei der Steuerung des elektrischen Motors verwendet wird, wobei die Motordrehzahl Nm eine Sensorstörung bzw. Sensorrauschen (weißes Rauschen) enthält, das von dem Resolver 16 erfasst wird. Weiterhin wird, da die Motordrehzahl Nm einem integralen Wert von einem vorbestimmten Zeitpunkt zur Erzeugung eines Drehmoments des SR-Motors 3 zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt entspricht, wenn das erzeugte Drehmoment zu Null wird, das erzeugte Drehmoment nicht unmittelbar zu Null, sondern behält einen konstanten Wert bei. Dies ruft eine Gleichkomponente der Motordrehzahl hervor. Demgegenüber ist das reale Modell Psys als ein derartiges lineares Modell in der Nähe des Resonanzpunkts entworfen. Dementsprechend ist es erforderlich, dass die Gleichkomponente der Motordrehzahl eliminiert wird, um die Güte zu verbessern. Dann wird die Störung (beispielsweise das Sensorrauschen bzw. die Sensorstörung und die Gleichkomponente der Motordrehzahl usw.) als additive Fluktuation behandelt. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist ein Eingang für die additive Fluktuation Δ2 als der geregelte Ausgang z2 angegeben, und ist ein Ausgang der additiven Fluktuation Δ2 als Sensorrauschen w3 angegeben. Wirkungen durch das Sensorrauschen w3 führt zu einem Problem bei der Bestimmung des Reglers K, dessen Schwierigkeit in dem geregelten Ausgang z2 erscheint.

Genauer wird die Rauschkennlinie, die das vorstehend beschriebene Sensorrauschen und die Gleichkomponente der Motordrehzahl eliminiert, als Gewichtungsfunktion wn für das Sensorrauschen w3 ausgedrückt, wobei das Sensorrauschen w3 zwischen dem tatsächlichen Modell Psys und dem Regler K über die Gewichtungsfunktion wn eingegeben wird.

Falls in dem Regelungssystem die Verstärkung der Gewichtungsfunktion wn derart eingestellt ist, dass sie in dem niedrigen Frequenzband groß ist, kann bei dem Regelungssystem die Gleichkomponente der Motordrehzahl, die eine große Wirkung auf das Sensorrauschen hat, geeignet eliminiert werden.

Bei Erzeugung der verallgemeinerten Anlage wird die H∞- Norm für das Übertragungsverhalten (Übertragungsfunktion) von dem Sensorrauschen w3 zu dem geregelten Ausgang z2 derart eingestellt, dass sie gemäß Gleichung 5 eine zweite robuste Stabilitätsbedingung erfüllt.

Gleichung 5

Dadurch wird die robuste Stabilität für eine additive Fluktuation (die Kennlinienfluktuation durch das Sensorrauschen und die Gleichkomponente der Motordrehzahl usw.) berücksichtigt.

Unter Berücksichtigung des nominalen Gütekriteriums (Gleichung 2), der ersten robusten Stabilitätsbedingung (Gleichung 4) und der zweiten robusten Stabilitätsbedingung (Gleichung 5) wird das Vibrationsverringerungsregelungssystem des SR-Motors 3 durch die in Fig. 8 gezeigte verallgemeinerte Anlage bei der H∞-Steuerung ausgedrückt.

Wenn ein Störungsdrehmoment der vorstehend erwähnten Drehmomentwelligkeit usw. die Kennlinienfluktuation aufgrund der Differenz im Fahrzeugtyp, Motortyp, der Kennlinienfluktuation durch die Störung des Sensorrauschens usw. auftritt, ist nachstehend ein Steuerungsverfahren (Regelungsverfahren) beschrieben, das die Empfindlichkeitskennlinie (die Drehmomentnachführungsgüte und die Vibrationsverringerung) nicht verschlechtert.

Problem der robusten Güte

Bei dem Regelungssystem einschließlich der multiplikativen Fluktuation Δ1 und der additiven Fluktuation Δ2 gemäß Fig. 10 wird die Empfindlichkeitskennlinie für das Modell, bei dem Fluktuation auftritt, derart berücksichtigt, dass die H∞-Norm für die Übertragungsfunktion von dem Soll- Drehmoment w1 zu dem gesteuerten Ausgang z1 zu einem Aufbau eines Problems einer robusten Güte (Robust performance problem) in der Gleichung 6 gelangt.

Gleichung 6

Die Empfindlichkeitskennlinie des Regelungssystems wird durch Modellfehler (die multiplikative Fluktuation Δ1 und die additive Fluktuation Δ2) verschoben. Jedoch wird unter dem Problem der robusten Güte die Fluktuation dieser Empfindlichkeitskennlinie als ein stabiler virtueller Modellfehler Δs behandelt. Das heißt, dass der Modellfehler entsprechend der Kennlinienfluktuation und ein virtueller Modellfehler Δs entsprechend der Empfindlichkeitskennlinie als eine unabhängige strukturierte Fluktuation behandelt werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. In diesem Fall ist es bekannt, welche Gleichung 6 das robuste Gütekriterium, das gleich dem Regelungssystem ist, das für alle Modellfehler stabilisiert, die die Gleichung 7 erfüllen. Es ist möglich, eine H∞-Regelung mit einer konstanten Skalierungsmatrix auszulegen, da dieses Problem ein Problem ist, das die robuste Stabilität gemäß Fig. 8 schätzt.

Gleichung 7

Auslegung des H∞-Regelungssystem mit einer konstanten Skalierungsmatrix

In welcher Hinsicht das Problem der robusten Güte gleich dem Problem der robusten Stabilität bei dem Regelungssystem gemäß Fig. 8 ist, ist bekannt. Falls die Skalierungsmatrix D als Gleichung 8 definiert ist, wird eine vollständige Bedingung des Problem der robusten Stabilität durch die Gleichung 9 ausgedrückt.

Gleichung 8

D = diag (ds, d1, d2)

Gleichung 9

∥DT_zw

D^-1

∥_∝

< 1

In der Gleichung 9 ist Tzw eine Übertragungsfunktion von dem exogenen Eingang w zu dem geregelten Ausgang z, eine Ringmatrix stellt eine Skalierung (Verhältnis) zwischen einer Fluktuation (Modellfehler Δs) der Empfindlichkeitskennlinie und Modellfehler (die multiplikative Fluktuation Δ1 und die additive Fluktuation Δ2) derart ein, dass die Größe der Übertragungsfunktion Tzw durch die Gleichung 9 nicht verändert wird. Das heißt, dass das Verhältnis zwischen der Fluktuation der Empfindlichkeitskennlinie und dem Modellfehler durch Einstellung der Skalierungsmatrix D ausbalanciert werden kann. Das Problem des Herausfindens der Skalierungsmatrix D und des Reglers K, die die Bedingung erfüllt, ist das H∞-Regelungsproblem mit einer konstanten Skalierungsmatrix. In diesem Fall kann dies als "ds = 1" standardisiert werden. Da die Skalierung zwischen der Fluktuation der Empfindlichkeitskennlinie und dem Modellfehler ein Punkt (Focus) ist, kann diese zusammen mit der multiplikativen Fluktuation und der additiven Fluktuation behandelt werden. Daher wird "d1 = d2 = d" bei einem Verhältnis zwischen d1, d2 und d3 aufgebaut, wodurch sich die Gleichung 10 ergibt.

Gleichung 10

D = diag (1, d, d)

Gleichung 11, die durch eine konvexe Verhalten definiert ist, wird für die Skalierungsmatrix D in Gleichung 10 betrachtet.

Gleichung 11

Die Funktion f(d), die in Gleichung 11 gezeigt ist, ist die Rca-Norm entsprechend dazu, wenn der Regler K(s), der die Rca-Norm in der Gleichung 9 auf einen maximalen Wert setzt, für einen vorbestimmten Parameter d gesucht wird. Der Maximumwert muss kleiner als 1 sein, damit die Gleichung 9 erfüllt wird. Ein Wert für f(d) wird gesucht und durch ein γ-Wiederholungsverfahren bestimmt, falls der Parameter d in die Gleichung 11 eingegeben wird. Das γ-Wiederholungsverfahren wird für den Regler k(s) und f(d) zu dem Zeitpunkt, falls die Rca-Norm gemäß Gleichung 9 niedriger als der vorbestimmte Wert γ (in diesem Fall 1) ist, durch ein Wiederholungsverfahren auf Grundlage einer numerischen Wertanalyse gesucht. Der Wert eines lokalen Minimums von f(d) wird durch ein Fall-Verfahren (fall method) aufgrund einer numerischen Wertanalyse gesucht. Falls das lokale Minimum ein minimaler Wert ist, ist dies angenehm. Wenn die Bedingungsrückkoppelung durchgeführt wird, wird die Funktion f(d) eng an eine semikonvexe Funktion in einem konvexen Ensemble eingeengt, wobei bewiesen wird, dass ein Punkt mit dem minimalen Wert der einzige Punkt ist. Jedoch wird nicht bewiesen, dass der Punkt mit dem minimalen Wert der einzige Punkt ist. Wenn die Rückkoppelungsregelung durchgeführt wird, wird erwartet, dass eine semikonvexes Kennlinie aufgebaut wird, es ist kein Gegenbeispiel gezeigt. Eine optimale Lösung für die Skalierungsmatrix D ist das lokale Minimum von f(d). Glücklicherweise ist die Gleichung 11 lediglich eine Funktion des Parameters d, wobei die Skalierungsmatrix D und der Regler K(s) in dem nächsten Schritt bestimmt werden.

Entwurfsverfahren des H∞-Regelungsproblems mit konstanter Skalierungsmatrix Schritt 1

Der Regler K(s) wird durch ein γ-Wiederholungsverfahren als das H∞-Regelungsproblem bestimmt, falls "d_min" als ein niedriger Wert (d = d_min) eingestellt wird. Die H∞- Norm wird dabei als "f(d_min)" gespeichert.

Schritt 2

In ähnlicher Weise wird der Regler K(s) bei dem H∞- Regelungsproblem als "d = d + 0,1" berechnet, wobei die H∞-Norm zu f(d_2) gemacht wird. Die Berechnung wird wiederholt, bis "d = d_max" erfüllt ist, und die H∞-Norm wird gespeichert.

Schritt 3

Ein lokales Minimum der Funktion f(d) für "d" wird gesucht, wobei "d" dabei als die Skalierungsmatrix D angewendet wird.

Schritt 4

Der Regler K(s) wird durch das γ-Wiederholungsverfahren unter Verwendung des Werts "d" bestimmt, das als lokales Minimum der Funktion f(d) gegeben ist, wodurch der Regler K(s) zu einer optimalen Lösung gelangt.

Das Lösungsverfahren für das H∞-Regelungsproblem ist ein Ansatz, der die Riccati-Gleichung löst, und ein Ansatz, der das LMI-Problem (Linearmatrix-Ungleichheitsproblem (Liner Matrix Inequality)) löst (das auf der Riccati- Ungleichheit basiert), wobei in diesem Fall jeder Ansatz verwendet werden kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Regler K(s) durch den Ansatz auf der Grundlage des LMI abgeleitet. Der Ansatz auf der Grundlage von LMI ist komplizierter als der Ansatz auf der Grundlage von Riccati für die Berechnung eines großen Problems, jedoch ist der Ansatz auf der Grundlage von LMI in der Lage, eine Nicht-Singularitäts-Beschränkung der Riccati- Grundlage zu eliminieren. Das heißt, dass der Ansatz der LMI-Gundlage ein Merkmal ist, das auf alle Anlagen anwendbar ist.

Der Regler K(s) oder dergleichen wird unter Verwendung der Regelungssystemauslegung wie CAD "MATLAB" bei dem Entwurfsverfahren abgeleitet.

Einstellungen der Gewichtungsfunktion und des Referenzmodells Rsys werden für die konstruierte verallgemeinerte Anlage durchgeführt, wobei der Regler K(s) so oft in einem Auslegungszyklus erneut aufgebaut wird, bis eine Auslegungsspezifikation erfüllt ist, und der Entwurf für den Regler K(s) wird beendet, wenn der Regler K(s) die Auslegungsspezifikation erfüllt.

Wie vorstehend beschrieben wird eine Anforderungsspezifikation für den SR-Motor 3 durch die verallgemeinerte Anlage bei der H∞-Regelung ausgedrückt, wobei die optimale Lösung in den vorstehend beschriebenen Schritten 1 bis 4 als das H∞-Regelungsproblem mit konstanter Skalierungsmatrix berechnet wird. Dadurch ist es möglich, selbst falls die Fluktuation der Motorkennlinie und die Kennlinienstreuung der Fahrzeugtypen auftreten, die Vibrationsverringerungsregelung des SR-Motors 3w einzurichten, die die Drehmomentnachführungsgüte und die Vibrationsverringerung nicht verschlechtert.

Modellreduktion für den Regler

Ein Modellreduktionsprozess für den entworfenen Regler K(s) wird durchgeführt. Wenn der Regler K(s) in dem Mikrocomputer 7 installiert wird, führt der Mikrocomputer 7 die Steuerung aus, wobei eine Berechnungslast des Mikrocomputers 7 groß wird, und wird die Berechnung bei einem vorbestimmten Abtastintervall schwierig, falls die Größenordnung des Reglers groß ist. Aus diesem Grund wird der Regler mit hoher Dimension zu einem niedriger Dimension gemacht (reduziertes Modell), ohne dass die Frequenzkennlinie geändert wird. Das reduzierte Modell bedeutet ein Verfahren, bei dem das Verhalten des entworfenen Reglers K(s) sich nicht ändert, und die Ordnung für den Regler niedrig gemacht ist.

Diskretisierung

Dann wird die Diskretisierung entsprechend der Ordnungszahl "n" des reduzierten Modells für den Regler zu einem Zeitpunkt durchgeführt, der synchron zu dem Abtastzeitpunkt des Mikrocomputers ist, wodurch der korrigierte Wert u(k) gemäß Gleichung 12 erhalten werden kann. Weiterhin sind die Koeffizienten "a1" und "b1" Koeffizienten, die von einer Diskretheit des reduzierten Modells für den Regler jeweils abhängen.

Gleichung 12

Einstellungsbeispiel für die Gewichtungsfunktion/ Ergebnisbeispiel für die Berechnung

Die Gewichtungsfunktion "ws" kann derart eingestellt werden, dass sie in einem Frequenzband groß ist, in dem sich die tatsächliche Antwort dem Referenzmodell Rsys annähert, jedoch wird die Gewichtungsfunktion als ws = 1 eingestellt, um gemäß diesem Ausführungsbeispiel einfach zu sein.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abtastwert jeder Gewichtungsfunktion durch die Gleichung 13 dargestellt.

Gleichung 13

Falls der Regler K(s) und die Skalierungsmatrix D unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gewichtungsfunktion bei den Auslegungsschritten bestimmt werden, sind die ws(s) und die D durch die Gleichungen 14 und 15 gegeben.

Gleichung 14

Gleichung 15

D = diag(1, 1,788, 1,1788)

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Regler K(s) die Ordnung 14 auf, wobei die Ordnung des Reglers bis zur Ordnung 6 derart verringert wird, dass die Frequenzkennlinie nicht verändert wird.

Weiterhin zeigt ein Verhalten bzw. die Kennlinie der Funktion f(d) eine konvexe Funktion auf, wenn der Parameter "d" sich von 0,1 bis 100 ändert, wie es in Fig. 11 gezeigt ist.

Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Entwurfsschritt zur Bestimmung des vorstehend beschriebenen Reglers K zeigt. Einfach ausgedrückt wird zunächst ein Identifikationsexperiment zum Erhalt eines realen Modells ausgeführt (S301), dann wird eine Identifikation des Modellparameters durch eine Frequenzgangapproximation durchgeführt (S302), wodurch das reale Modell bestimmt wird. Danach wird das Referenzmodell Rsys abgeleitet (S303). Das reale Modell wird dahingehend untersucht, wie die Kennlinie die Kennlinienfluktuation aufgrund von Unterschieden bei der Antriebsbedingung, Fahrzeugtyp und Drehmomentwelligkeit aufweist (S304), und das reale Modell wird untersucht, ob ein Fluktuationsbereich des realen Modells durch das Sensorrauschen in der Kennlinie enthalten ist (S305).

Danach werden die Gewichtungsfunktionen "ws, wm1, wm2 und wn" auf der Grundlage der untersuchten Kennlinienfluktuation und der Rauschkennlinie usw. eingestellt (S306), und wird die verallgemeinerte Anlage gemäß Fig. 8 erzeugt (S307). Danach wird der Regler K(s) und die Skalierungsmatrix D durch das vorstehend beschriebene "MATLAB" berechnet (S308). Das MATLAB beurteilt, ob die Güteschätzbedingung erfüllt ist oder nicht (S309).

Dabei wiederholt das Programm die Schritte S306 bis S308, falls in S309 die Güteschätzbedingung nicht erfüllt ist. Wenn die Güteschätzbedingung in S309 erfüllt ist, wird eine Modellreduktion für den Regler K durchgeführt (S310), wobei die Diskretisierung des reduzierten Modells für den Regler K durchgeführt wird (S311).

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild, gemäß dem das reduzierte Modell des Reglers K (H∞-Reglers) in dem Mikrocomputer 7 installiert ist. Das heißt, dass dem Mikrocomputer 7 der Drosselklappenöffnungswinkel α durch den Beschleunigungspedalsensor 18 zugeführt wird und das Soll-Drehmoment Req_trq aus dem Kennfeld M, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, auf der Grundlage des Drosselklappenöffnungswinkels α ermittelt wird. Dann werden der Stromanweisungswert I und der Winkelanweisungswert θ durch ein (nicht gezeigtes) Kennfeld bestimmt, und führt der Mikrocomputer 7 in Abhängigkeit von dem Stromanweisungswert I und dem Winkelanweisungswert θ dem SR-Motor 3 Strom zu. Demgegenüber wird dem Mikrocomputer 7 die aus dem Resolver 16 erhaltene Motordrehzahl Nm(k) zugeführt, wird der korrigierte Wert u(k) entsprechend Gleichung 12 durch den vorstehend beschrieben Regler K berechnet und wird der korrigierte Wert u(k) zu dem Soll-Drehmoment Req_trq addiert.

Die Steuerung gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Blockschaltbild wird durch Software verwirklicht, wobei das Vibrationsverringerungsregelungsprogramm für den Motor gemäß dem in Fig. 14 gezeigten Flussdiagramm in dem Speicher 18 des Mikrocomputers 7 gespeichert ist. Nachstehend ist das Vibrationsverringerungsregelungsprogramm für den Motor beschrieben.

Das Programm führt einen Prozess in den Schritten S10 bis S40 aus, die dieselben wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, wobei der Prozess zur Berechnung des korrigierten Werts in S401 ausgeführt wird. Das heißt, dass der korrigierte Wert u(k) entsprechend der Gleichung 12 berechnet wird. Der korrigierte Wert u(k) bedeutet einen korrigierten Wert, der durch eine Berechnung zu diesem Zeitpunkt erhalten wird, und die Motordrehzahl Nm(k) bedeutet eine Motordrehzahl Nm, die dadurch erhalten wird. Weiterhin bedeutet der korrigierte Wert u(k-I) einen korrigierten Wert u, der durch Berechnung vor einem I-ten Mal erhalten wird, und die Motordrehzahl Nm bedeutet eine Motordrehzahl Nm, die dabei erhalten wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Modell auf die Ordnung 6 reduziert, und wird ein gegenwärtig korrigierter Wert u(k) auf der Grundlage des korrigierten Werts u und der Motordrehzahl Nm der letzten 6 Mal berechnet.

In S402 wird das Anweisungsdrehmoment T für den Motor berechnet. Das heißt, dass der Anweisungswert T durch die Gleichung "T = Req_trq + u(k)" berechnet wird. Anders ausgedrückt wird das Anweisungsdrehmoment T erhalten, bei dem der korrigierte Wert u(k) zu dem Soll-Drehmoment T addiert wird.

Das Programm führt den Prozess gemäß S80 bis S110 in ähnlicher Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus. Dabei wird das Soll-Drehmoment Req_trq auf der Grundlage des Drosselklappenöffnungswinkels α bestimmt, und wird das Soll-Drehmoment Req_trq durch den korrigierten Wert u(k) korrigiert, der durch die tatsächliche Motordrehzahl Nm und den Regler K bestimmt wird. Dadurch wird das Anweisungsdrehmoment T bestimmt und wird der SR-Motor 3 elektrisch entsprechend dem Anweisungsdrehmoment T angetrieben.

Fig. 15 zeigt einen Graphen, der einen Experimentwert der Frequenzkennlinie für die Kennlinienfluktuation in Bezug auf den SR-Motor 3 mit dieser Regelung zeigt. Weiterhin zeigt Fig. 15 einen Graphen zur Beschreibung der Kennlinienfluktuation, wenn der SR-Motor 3 an verschiedenen Fahrzeugtypen angebracht ist (Fahrzeug A, Fahrzeug B und Fahrzeug C). Fig. 15 zeigt eine Punkt, bei dem die Verschlechterung der Empfindlichkeitskennlinie unterdrückt ist, selbst falls der SR-Motor 3 an verschiedenen Fahrzeugtypen angebracht ist.

Gemäß diesem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die nachstehenden Wirkungen erreicht.

1. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die Wirkungen durch die Kennlinienfluktuation des Regelungssystems unterdrückt werden, kann die robuste Stabilität des Steuerungssystems gewährleistet werden, da der korrigierte Wert u(k), der durch den Regler K erhalten wird, zu dem Soll-Drehmoment Req_trq des SR-Motors 3 addiert wird, und kann die Empfindlichkeitskennlinie angenähert kompensiert werden, wenn die Kennlinienfluktuation auftritt. Dementsprechend kann, wenn die Kennlinienfluktuation für das Regelungssystem auftritt, die Vibration des SR-Motors 3 geeignet unterdrückt werden, und kann die Drehmomentnachführungsgüte geeignet gewährleistet werden. Weiterhin können, da die robuste Stabilität gewährleistet werden kann und die Empfindlichkeitskennlinie durch einen einzelnen Regler K wie vorstehend beschrieben kompensiert werden kann, Mannstunden zur Einstellung des Reglers verringert werden, und ein Teil (Regler) kann gemeinsam erstellt werden.
2. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Empfindlichkeitskennlinie Nm in Bezug auf die Kennlinienfluktuation bezüglich des Unterschieds in dem Antriebszustand, dem SR-Motor 3, dem Fahrzeugaufbau 1a, bei dem der SR-Motor 3 angebracht ist, der Drehmomentwelligkeit, dem Sensorrauschen und der Gleichkomponente der Motordrehzahl kompensiert werden.
3. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Vibrationsverringerung und die Beschleunigungsgüte des Fahrzeugs geeignet sein, da die Vibrationsverringerung und die Drehmomentnachführungsgüte einwandfrei ausgeführt werden. Weiterhin ist das Ausführungsbeispiel nicht auf die vorstehend beschriebene Struktur begrenzt, das heißt, die vorstehend beschriebene Erfindung kann ebenfalls auf das nachstehende weitere Ausführungsbeispiel angewendet werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann ein Filter mit einer höheren Ordnung als drei anstelle des Filters zweiter Ordnung vorhanden sein. Weiterhin kann ein Hochpassfilter anstelle des Bandpassfilters verwendet werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die vorbestimmte Frequenz des aus dem Motordrehzahl entnommenen Vibrationssignals zur Durchführung der Vibrationsverringerungsregelung geeignet geändert werden.

Beispielsweise kann ein Bereich einschließlich der Frequenz auf der Grundlage der Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus 1a geändert werden, die gemäß dem Typ des Fahrzeugs differiert.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Korrekturprozess nicht auf die PD-Regelungsberechnung begrenzt. Beispielsweise kann die Proportionalregelungsberechnung oder die Differentialregelungsberechnung angewendet werden. Dadurch ist eine Verringerung der Vibration möglich. Weiterhin kann eine bekannte Regelungsberechnung zur Verringerung der Vibration angewandt werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Korrektur der PD-Regelungsberechnung in Bezug auf das Soll- Drehmoment Req_trq durchgeführt, jedoch kann eine Korrektur durch die PD-Regelungsberechnung in Bezug auf den Drehmomentanweisungswert durchgeführt werden. Das heißt, dass zunächst der Drehmomentanweisungswert trq(n) unter Verwendung der Gleichung (1) auf der Grundlage des Soll-Drehmoments Req_trq berechnet wird. Dann wird der korrigierte Wert PD_out, der ein Ausgang des PD- Berechnungsabschnitt 52 über den Bandpassfilter 51 ist, von dem Soll-Drehmoment Req_trq subtrahiert. Der Parameter zum Erhalt des Stromanweisungswerts I und des Winkelanweisungswerts θ durch eine Änderung unter Verwendung des Kennfelds MP verwendet den Drehmomentanweisungswert trq(n) (= Req_trq - PD_out), der ein Soll-Wert nach dem Korrekturprozess ist, und andere Parameter Nm, Vb. Weiterhin kann die Motorregelung durch Verwendung des Soll-Drehmoments Req_trq als Drehmomentanweisungswert ausgeführt werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das digitale Filter durch Software aufgebaut, jedoch kann das digitale Filter durch Hardware aufgebaut sein, und das Bandpassfilter 51 kann durch ein digitales Filter aus Hardware aufgebaut sein. Weiterhin kann ein Bandpassfilter aus einer analogen Schaltung verwendet werden. Ein digitaler Wert wird durch einen A/D-Wandler für ein Signal über den Bandpassfilter erhalten. Die PD- Regelungsberechnung auf der Grundlage der digitalen Daten wird ausgeführt, wobei der Korrekturwert für die Rückkoppelungsregelung berechnet wird. Die Rückkoppelungsregelung der Vibrationsverringerungsregelung durch Verwendung dieses Verfahrens kann verwirklicht werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wendet die Vibrationsverringerungsregelung die Rückkoppelungsregelung der PD-Regelungsberechnung an, eine Motordrehmomentsteuerung wendet im wesentlichen die Steuerung mit offenem Kreis (Vorwärtskoppelungssteuerung) an. Beispielsweise kann die Rückkoppelungsregelung durchgeführt werden, durch die das Motordrehmoment den Drehmomentanweisungswert erreicht. In diesem Fall wird eine Korrekturberechnung, die die Vibration der PD- Regelungsberechnung usw. für ein Frequenzband eines Vibrationsverringerungsobjekts wirksam verringert, angewendet, wobei zwei Arten von Rückkoppelungsregelungssystemen parallel angeordnet sind.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel begrenzt die Art der Bestimmung der Koeffizienten, die die Korrekturberechnung (PD-Regelungsberechnung) verwendet, das in Fig. 7 gezeigte Entwurfsverfahren nicht. Andere Entwurfsverfahren oder Koeffizienten können verwendet werden, die durch Erfahrung erhalten werden.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann zumindest eine der Unterschiede in dem Antriebszustand, dem SR-Motortyp und dem Fahrzeugaufbau 1a, in dem der SR-Motor 3 eingebaut ist, wie die Kennlinienfluktuation, Drehmomentwelligkeit, Sensorrauschen und Gleichkomponenten für die Motordrehzahl Nm entfallen.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der korrigierte Wert u(k), der aus dem Regler K erhalten wird, zu dem Soll-Drehmoment Req_trq addiert, jedoch kann der korrigierte Wert u(k) von dem Soll-Drehmoment Req_trq subtrahiert werden. Dies hängt von der Art der Erstellung (bzw. von dem Unterschied in der Kodierung) des korrigierten Werts u(k) ab, der aus dem Regler K erhalten wird.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Regler K(s) der vierzehnten Ordnung auf den Regler sechster Ordnung reduziert, jedoch ist die Ordnung des Reglers K(s) auf eine andere reduzierbar. Weiterhin kann der Modellreduktionsprozess entfallen.

Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Motor nicht auf den SR-Motor begrenzt, sondern es kann jeder elektrische Motor als elektrischer Motor zur Steuerung des Antriebs und der Regeneration verwendet werden. Beispielsweise kann der elektrische Motor einen Wechselstromreluktanzmotor aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei der Vibrationsverringerungsregelung des elektrischen Motors für das elektrische Fahrzeug beschränkt, sondern diese Erfindung kann ebenfalls auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet werden, bei dem es sich nicht um ein Auto handelt. Weiterhin kann die Vibrationsverringerungsregelung bei einem elektrischen Motor angewendet werden, der nicht zum Antrieb eines Fahrzeugs dient. In diesem Fall wird die Rotationsunebenheit, die durch die Vibration des elektrischen Motors verursacht wird, auf so gering wir möglich verringert, so dass die Rotation des elektrischen Motors stabil wird. Diese Vibrationsverringerungsregelung kann bei einem elektrischen Motor angewendet werden, der für einen anderen Zweck als dem Antrieb eines Fahrzeugs dient. In diesem Fall wird die Rotationsunebenheit auf der Grundlage der Vibration des elektrischen Motors so gering wie möglich verringert.

Technische Gedanken in Bezug auf die Ansprüche, die von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich sind, sind nachstehend beschrieben.

1. Gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist die Filtereinrichtung ein digitales Filter, das aus Software besteht.
2. Gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5 weist die Korrekturberechnung durch die Korrektureinrichtung zumindest eine Proportionalsteuerung auf.
3. Gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5 weist die Korrekturberechnung durch die Korrektureinrichtung zumindest eine Differentialsteuerung auf.
4. Gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 regelt der Regler den elektris 04473 00070 552 001000280000000200012000285910436200040 0002010146976 00004 04354chen Motor, der durch die Drehmomentregelung gesteuert wird, derart, dass ein Soll-Wert erreicht wird, der entsprechend einem Erfassungsergebnis durch die Beschleunigungspedalöffnungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Betätigungsausmaßes der Beschleunigungspedalbetätigungseinrichtung bestimmt wird.
5. Gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, einem der technischen Gedanken gemäß dem vorstehend beschriebenen (1) bis (4), führt der Regler die Drehmomentsteuerung des elektrischen Motors in einem offenen Kreis durch. Die Rückkoppelungssteuerung bzw. -regelung wird lediglich bei einem Objekt der Vibrationsverringerungsregelung verwendet, ein Frequenzsignal der Motordrehzahl ist nicht notwendigerweise ein Objekt der Drehmomentsteuerung des elektrischen Motors.

Gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 kann die durch die Vibration des elektrischen Motors verursachte Rotationsunebenheit verringert werden. Beispielsweise kann bei dem Fahrzeug, bei dem der elektrische Motor als Fahrzeugantriebsquelle angebracht ist, obwohl der elektrische Motor durch die Vibration des Fahrzeugaufbaus 1a in Vibration versetzt wird, die Rotationsunebenheit auf so gering wie möglich verringert werden, wodurch die kleinen Änderungen der Vibration in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus 1a verringert werden kann.

Gemäß den Ansprüchen 7 und 8 wird der Entwurf für den Zweck der Vibrationsverringerungsregelung geeignet ausgeführt.

Gemäß den Ansprüchen 9, 11 und 12 kann die Wirkung durch die Kennlinienfluktuation des Regelungssystems verringert werden, wodurch die robuste Stabilität des Regelungssystems gewährleistet werden kann, und kann die Empfindlichkeitskennlinie bei Auftreten der Kennlinienfluktuation angenähert kompensiert werden, wodurch die Vibrationsverringerung und die Drehmomentnachführungsgüte kompensiert werden können. Dementsprechend können die Vibrationen des elektrischen Motors geeignet verringert werden und kann die Drehmomentnachführungsgüte geeignet gewährleistet werden, wenn bei dem Regelungssystem die Kennlinienfluktuation auftritt.

Die robuste Stabilität wird gewährleistet und die Empfindlichkeitskennlinie für die Kennlinienfluktuation wird durch einen einzelnen Regler kompensiert, wodurch die Mannzeit zur Einstellung des Reglers verringert wird oder entfällt, und Teile des Reglers können gemeinsam vorgesehen sein.

Gemäß Patentanspruch 10 kann die Empfindlichkeitskennlinie in Bezug auf die Kennlinienfluktuation in Bezug auf zumindest einen Unterschied in Antriebszustand, elektrischen Motor, Zusammenbau mit dem elektrischen Motor, Drehmomentwelligkeit, Sensorrauschen und Gleichkomponente der Motordrehzahl kompensiert werden.

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ohne Verlassen des Geists oder der wesentlichen Eigenschaften davon ausgeführt werden. Die Ausführungsbeispiele sollten daher in allen Aspekten als illustrativ und nicht beschränkend angesehen werden, und der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche angegeben und nicht durch die vorstehende Beschreibung, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche kommen, sollen daher umfasst sein.

Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird ein elektrischer Motor wie eine Antriebsquelle eines elektrischen Fahrzeugs durch einen Mikrocomputer 7 gesteuert. Der Mikrocomputer 7 berechnet ein Soll- Drehmoment (Req_trq) entsprechend einem Drosselklappenöffnungsgrad (a) und gibt Anweisungswerte (ein Stromanweisungswert I und ein Winkelanweisungswert θ) aus, die unter Bezugnahme auf ein Kennfeld MP auf der Grundlage des Soll-Drehmoments Req_trq erhalten werden (eine Motordrehzahl Nm und eine Batteriespannung Vb), wobei der Mikrocomputer 7 eine Drehmomentsteuerung des SR-Motors 3 durchführt. Die erfasste Motordrehzahl des SR-Motors 3 wird durch ein Bandpassfilter 51 hindurchgelassen. Bei Durchgelangen durch den Bandpassfilter 51 werden Signaldaten der extrahierten 0,1 bis 50 Hz einer PD-Berechnungsverarbeitung 52 unterzogen, wobei der berechnete Korrekturwert PD_out von dem Soll- Drehmoment Req_trq subtrahiert wird.

Claims

1. Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor mit
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors und zur Ausgabe eines Motordrehzahlsignals auf der Grundlage der Motordrehzahl,
einer Filtereinrichtung zum Extrahieren eines Vibrationssignals eines vorbestimmten Frequenzbandes aus dem Motordrehzahlsignal, und
einer Rückkoppelungsregelungseinrichtung zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung für das Vibrationssignal.

2. Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor mit
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors und zur Ausgabe eines Motordrehzahlsignals auf der Grundlage der Motordrehzahl,
einer Reglungseinrichtung zur Ausgabe eines Drehmomentsteuerungssignals auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals und zur Steuerung des elektrischen Motors,
einer Filtereinrichtung zum Extrahieren eines Vibrationssignals eines vorbestimmten Frequenzbandes einschließlich eines Frequenzbands einer Störungsvibration auf der Grundlage des durch die Erfassungseinrichtung erfassten Motordrehzahlsignals,
einer Korrektureinrichtung zur Durchführung einer vorbestimmten Korrekturverarbeitung, die eine Vibration des Vibrationssignals für das Vibrationssignal des vorbestimmten Frequenzbandes verringert, das durch die Filtereinrichtung extrahiert ist, und zum Erhalt eines Korrekturwerts, wobei
die Reglungseinrichtung eine Addition oder Subtraktion des aus der Korrektureinrichtung erhaltenen Signals an dem Drehmomentsteuerungssignal des elektrischen Motors durchführt.

3. Vibrationsverringerungsregelungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Frequenzband zumindest ein Resonanzfrequenzband des elektrischen Motors oder eines mit dem elektrischen Motor zusammengebauten Aufbaus aufweist.

4. Vibrationsverringerungsregelungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Motor an einem Fahrzeugaufbau als Antriebsquelle des Fahrzeugs angebracht ist.

5. Vibrationsverringerungsregelungsgerät nach Anspruch 4, wobei das vorbestimmte Frequenzband zumindest das Resonanzfrequenzband eines Fahrzeugaufbaus aufweist, in dem der elektrische Motor eingebaut ist.

6. Vibrationsverringerungsregelungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Korrekturverarbeitung durch die Korrektureinrichtung eine PD-Regelungsberechnung aufweist.

7. Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor mit
einem Identifikationsexperimentschritt zur Durchführung eines Identifikationsexperiments für den elektrischen Motor,
einem Modellparameteridentifikationsschritt zur Berechnung von Koeffizienten einer Freguenzübertragungsfunktion auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals für den elektrischen Motor,
einem Referenzmodellaufbauschritt zum Aufbau eines Referenzmodells,
einem Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt zur Berechnung einer Proportionalverstärkung und einer Differentialverstärkung eines Reglers zur Übereinstimmung mit dem Referenzmodell unter Verwendung eines Modellanpassungsverfahrens, und
einem Beurteilungsschritt zur Beurteilung, ob ein Gerät einschließlich eines Reglers ein vorbestimmtes Gütekriteriums erfüllt oder nicht, wobei,
wenn das Gerät das Gütekriterium nicht erfüllt, die Proportionalverstärkung und die Differentialverstärkung wiederholt durch den Korrekturkoeffizientenberechnungsschritt berechnet werden, bis das Gerät das Gütekriterium erfüllt.

8. Entwurfsverfahren einer Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor nach Anspruch 7, weiterhin mit einem Diskretisierungsschritt zur Durchführung einer Diskretisierung, wenn das Gerät gemäß dem Beurteilungsschritt das Gütekriterium erfüllt.

9. Vibrationsverringerungsregelungsgerät für einen elektrischen Motor mit
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors,
einer Reglungseinrichtung zur Ausgabe eines Drehmomentsteuerungssignals auf der Grundlage der Motordrehzahl für den elektrischen Motor, und
einem Regler zur Unterdrückung der Wirkung durch eine Kennlinienfluktuation eines Regelungssystems auf der Grundlage der Motordrehzahl, und zum Erhalt eines Korrekturwerts, der eine Empfindlichkeitskennlinie kompensiert, wenn die Kennlinienfluktuation auftritt, wobei
die Reglungseinrichtung eine Addition oder eine Subtraktion des aus dem Regler erhaltenen Korrekturwerts an dem Drehmomentsteuerungssignal des elektrischen Motors ausführt.

10. Vibrationsverringerungsregelungsgerät nach Anspruch 9, wobei die Kennlinienfluktuation des Regelungssystems zumindest einen Unterschied in dem Antriebszustand, dem Typ des elektrischen Motors, einem Aufbau, der mit dem elektrischen Motor zusammengebaut ist, einer Drehmomentwelligkeit, einem Sensorrauschen und einer Gleichkomponente der Motordrehzahl aufweist.

11. Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für einen elektrischen Motor, der einen Regler zum Erhalt einer korrigierten Größe aufweist, der eine Akktion oder eine Subtraktion an einem Anweisungswert bei der Drehmomentsteuerung des elektrischen Motors auf der Grundlage einer Motordrehzahl durchführt, mit
eine Ausdruckseinrichtung zum Ausdrücken einer verallgemeinerten Anlage auf dem H∞-Regelungsproblem einschließlich einer Kennlinienfluktuation und einer Empfindlichkeitskennlinie eines Regelungssystems für eine Übertragungsfunktion des Reglers,
einer Behandlungseinrichtung zur Behandlung eines Modellfehlers entsprechend der Kennlinienfluktuation und eines virtuellen Modellfehlers entsprechend einer Fluktuation der Empfindlichkeitskennlinie in Abhängigkeit von einer strukturellen Fluktuation,
einer Ableitungseinrichtung zur Addition einer Skalierungsmatrix mit Skalierungsparametern entsprechend jeder strukturellen Fluktuation zu der verallgemeinerten Anlage, und zur Ableitung der Skalierungsmatrix und des Reglers derart, dass eine H∞-Norm der verallgemeinerten Anlage als H∞-Regelungsproblem mit einer konstanten Skalierungsmatrix minimiert wird.

12. Entwurfsverfahren für eine Vibrationsverringerungsregelung für eine elektrischen Motor nach Anspruch 11, mit
Schritt 1: Einstellen eines Skalierungsparameters d auf einen vorbestimmten Standartwert, Berechnen des Reglers K(s) durch ein γ-Wiederholungsverfahren als H∞- Regelungsproblem, Speichern einer H∞-Norm der verallgemeinerten Anlage entsprechend einem Skalierungsparameter d zu diesem Zeitpunkt,
Schritt 2: Berechnen des Reglers durch allmähliches Ändern des Skalierungsparameters d von dem Standartwert, Speichern der H∞-Norm für die verallgemeinerte Anlage entsprechend dem Skalierungsparameter d zu diesem Zeitpunkt,
Schritt 3: Berechnen eines lokalen Minimums in Bezug auf die H∞-Norm der verallgemeinerten Anlage als Funktion f(d) für den Skalierungsparameter d, Aufbauen einer Skalierungsmatrix D mit einem Wert des Skalierungsparameters d zu diesem Zeitpunkt, und
Schritt 4: Berechnen des Reglers K(s) durch ein γ- Wiederholungsverfahren unter Verwendung des Werts des Skalierungsparameters d, der das lokale Minimum der Funktion f(d) ergibt, und Betrachten des Reglers K(s) als optimale Lösung, wobei
die optimale Lösung des H∞-Regelungsproblems mit konstanter Skalierungsmatrix entsprechend jedem Schritt berechnet wird.