JP2006033956A - Controller of motor driving system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動システムの制御装置に関するものであり、より詳細には、3つ以上の電位を出力するマルチ出力直流電源と、このマルチ出力直流電源の出力電圧を変換した電圧をモータに印加することでこのモータを駆動する電力変換装置とで構成されるモータ駆動システムの制御装置に関する。 The present invention relates to a motor drive system control device, and more specifically, a multi-output DC power supply that outputs three or more potentials, and a voltage obtained by converting the output voltage of the multi-output DC power supply is applied to a motor. It is related with the control apparatus of the motor drive system comprised by the power converter device which drives this motor by doing.
従来技術として、燃料電池を主電源として高効率に高応答にモータを駆動するための構成が、特開2002-118981号公報(特許文献1を参照されたい。)で開示されている。この例は、図1に示すように蓄電器がDC-DCコンバータを介して燃料電池と並列に接続された構成になっており、DC-DCコンバータの出力電圧を制御することで電源としての出力効率を改善することを狙ったものである。
しかしながら、この従来技術は、DC-DCコンバータを使って燃料電池とバッテリを並列に接続する構成となっていたため、以下の問題点がある。
・DC-DCコンバータを使用しているため、システムのサイズが大きくなるとともに、コストが高い。
・バッテリ電圧はDC-DCコンバータで変換したうえでさらにインバータで変換を行いモータに印加されるので損失が大きい。
以上の点を鑑みて、本発明は、複数電源を用いたモータ駆動システムを、より低損失で、より小型に、より低コストにしつつ、各電源から供給する電力を任意の値に制御可能とするモータ駆動システムの制御装置を提供することを目的とするものである。
However, this prior art has the following problems because the fuel cell and the battery are connected in parallel using a DC-DC converter.
-Since a DC-DC converter is used, the size of the system increases and the cost is high.
・ Battery voltage is converted by a DC-DC converter, then further converted by an inverter and applied to the motor, resulting in a large loss.
In view of the above points, the present invention can control the power supplied from each power source to an arbitrary value while making the motor drive system using a plurality of power sources lower loss, smaller in size, and lower in cost. An object of the present invention is to provide a control device for a motor drive system.
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
3つ以上の電位を出力するマルチ出力直流電源と、このマルチ出力直流電源の出力電圧を変換した電圧をモータに印加することでこのモータを駆動する電力変換装置とで構成されるモータ駆動システムの制御装置であって、
前記モータに印加する第1の電圧指令値を生成する電圧指令生成手段と、
前記マルチ出力直流電源の各電位の出力端子から供給されるべき電力の分配電力目標値に応じて、前記電圧指令生成手段から出力された前記第1の電圧指令値から、前記マルチ出力直流電源の各出力電位に対応した第2の電圧指令値群((電位の数−1)×モータの相の数の電圧指令値)を生成する電圧分配手段と、
を備えることを特徴する。
In order to solve the above-described problems, a control device for a motor drive system according to the first invention provides:
A motor drive system comprising: a multi-output DC power source that outputs three or more potentials; and a power converter that drives the motor by applying a voltage obtained by converting the output voltage of the multi-output DC power source to the motor. A control device,
Voltage command generating means for generating a first voltage command value to be applied to the motor;
According to the distributed power target value of the power to be supplied from the output terminal of each potential of the multi-output DC power supply, from the first voltage command value output from the voltage command generation means, the multi-output DC power supply Voltage distribution means for generating a second voltage command value group ((number of potentials −1) × voltage command value of the number of phases of the motor) corresponding to each output potential;
It is characterized by providing.
また、第2の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記電圧分配手段は、前記第2の電圧指令値群を構成する電圧ベクトルの和が、前記第1の電圧指令値の電圧ベクトルに等しくなるように、前記前記第2の電圧指令値群を生成する、ことを特徴とする。
The control device for the motor drive system according to the second invention is:
The voltage distribution unit generates the second voltage command value group so that a sum of voltage vectors constituting the second voltage command value group is equal to a voltage vector of the first voltage command value. It is characterized by.
また、第3の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記電圧分配手段は、前記第2の電圧指令値群を構成する各電圧ベクトルの大きさの割合が、対応する前記電力分配目標値の割合に等しくなるように、前記前記第2の電圧指令値群を生成する、ことを特徴とする。
The control device for the motor drive system according to the third invention is:
The voltage distribution means is configured to output the second voltage command value so that the ratio of the magnitudes of the voltage vectors constituting the second voltage command value group is equal to the ratio of the corresponding power distribution target value. A group is generated.
また、第4の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令値演算手段は、少なくとも前記分配電力目標値に応じて、d軸電流指令値とq軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とする。即ち、「分配電力目標値」に応じて弱め界磁を行うことを特徴とする。
A control device for a motor drive system according to the fourth invention is:
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command value calculating means determines a d-axis current command value and a q-axis current command value according to at least the distributed power target value;
It is characterized by that. That is, the field weakening is performed according to the “distributed power target value”.
また、第5の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令演算手段は、少なくともその絶対値が最大である前記分配電力目標値に応じて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とする。即ち、最大の「分配電力目標値」に応じて弱め界磁を行うことを特徴とする。
The control device for the motor drive system according to the fifth invention is:
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command calculation means determines the d-axis current command value and the q-axis current command value according to at least the distributed power target value whose absolute value is maximum.
It is characterized by that. That is, the field weakening is performed according to the maximum “distributed power target value”.
また、第6の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令演算手段は、前記分配電力目標値を前記マルチ出力直流電源の対応する出力電位電圧で除した値の絶対値の最大値に応じて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とする。即ち、最大の「分配電力目標値/直流電圧」に応じて弱め界磁を行うことを特徴とする。
The control device for the motor drive system according to the sixth invention is:
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command calculation means is configured to output the d-axis current command value and the q-axis current command according to a maximum absolute value of a value obtained by dividing the distributed power target value by a corresponding output potential voltage of the multi-output DC power source. Determine the value,
It is characterized by that. That is, the field weakening is performed in accordance with the maximum “distributed power target value / DC voltage”.
また、第7の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記マルチ出力直流電源は、低電位側同士または高電位側同士が接続されて共通電位が形成され、複数の電位形成するものである、ことを特徴とする。
The control device for the motor drive system according to the seventh invention is:
The multi-output DC power source is characterized in that a low potential side or a high potential side is connected to form a common potential to form a plurality of potentials.
また、第8の発明によるモータ駆動システムの制御装置は、
前記マルチ出力直流電源の出力電位の数は3つである、ことを特徴とする。
A control device for a motor drive system according to the eighth invention is:
The number of output potentials of the multi-output DC power supply is three.
第1の発明によれば、分配電力目標値に応じて各電源の電圧から生成する電圧の指令値を生成するので、分配電力目標値に応じた電力が各電源から供給される。これにより、モータに印加する電圧を変更することなく各電源から供給される電力を所望の値に制御できる。 According to the first aspect of the invention, since the command value of the voltage generated from the voltage of each power supply is generated according to the distributed power target value, the power corresponding to the distributed power target value is supplied from each power supply. Thereby, the electric power supplied from each power supply can be controlled to a desired value without changing the voltage applied to the motor.
第2の発明によれば、第2の電圧指令値群を構成する電圧ベクトルの和を、第1の電圧指令値の電圧ベクトルに等しくなるように制御することによって、複数の電源から生成する電圧で駆動されるモータに印加される電圧が第1の電圧指令値と同じになるため、分配電力を変更してもモータ出力が変化することはない。 According to the second invention, the voltage generated from the plurality of power sources is controlled by controlling the sum of the voltage vectors constituting the second voltage command value group to be equal to the voltage vector of the first voltage command value. Since the voltage applied to the motor driven at is the same as the first voltage command value, the motor output does not change even if the distributed power is changed.
第3の発明によれば、第2の電圧指令値群を構成する各電圧ベクトルの大きさの割合は、対応する電力分配目標値の割合に等しくなるように制御するため、これによって、複数の電源から供給される各電力を電力分配目標値に一致させることができる。 According to the third aspect of the invention, the ratio of the magnitudes of the voltage vectors constituting the second voltage command value group is controlled to be equal to the ratio of the corresponding power distribution target value. Each power supplied from the power source can be matched with the power distribution target value.
第4の発明によれば、モータにトルク指令に追従させるために必要なd軸電流の指令値とq軸電流の指令値とを、少なくとも前記分配電力目標値に応じて演算することによって、いずれの電源から生成する電圧指令値も飽和することを防止できる。 According to the fourth aspect of the invention, by calculating the command value of the d-axis current and the command value of the q-axis current necessary for causing the motor to follow the torque command, at least according to the distributed power target value, The voltage command value generated from the power source can be prevented from being saturated.
第5の発明によれば、少なくともその絶対値が最大である分配電力目標値に応じて、d軸電流指令値とq軸電流指令値とを決定することによって、1つの電源から生成される電圧のみを考慮すれば良いので、簡単に電圧指令値の飽和することを防止できる。 According to the fifth invention, the voltage generated from one power source is determined by determining the d-axis current command value and the q-axis current command value according to at least the distributed power target value whose absolute value is the maximum. Therefore, saturation of the voltage command value can be easily prevented.
第6の発明によれば、分配電力目標値をマルチ出力直流電源の対応する出力電位電圧で除した値の絶対値の最大値に応じてd軸電流指令値とq軸電流指令値とを決定することによって、電源電圧が全て異なっている場合であっても、電圧指令値が飽和することを防止できる。 According to the sixth invention, the d-axis current command value and the q-axis current command value are determined according to the maximum absolute value of the value obtained by dividing the distributed power target value by the corresponding output potential voltage of the multi-output DC power supply. By doing so, it is possible to prevent the voltage command value from being saturated even when the power supply voltages are all different.
第7の発明によれば、低電位側同士もしくは高電位側同士が接続されて共通電位が形成され、複数の電位形成するようなマルチ出力直流電源は、簡単な構成であり、これによって、より小型・低コスト化を達成することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the multi-output DC power supply in which the low potential sides or the high potential sides are connected to form a common potential and a plurality of potentials are formed has a simple configuration. Small size and low cost can be achieved.
第8の発明によれば、上記の出力電位の数は3つのマルチ出力直流電源は、最も出力電位数の少ない電源構成であり、これによって、モータ駆動システムの低サイズ化、低コスト化の実現に対して大きな効果が得られる。 According to the eighth aspect of the invention, the multi-output DC power supply having three output potentials has the power supply configuration having the smallest number of output potentials, thereby realizing a reduction in size and cost of the motor drive system. A great effect is obtained.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第1の実施態様
図2は、本発明の第1の実施態様によるモータ駆動システムの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。比較のために、一般的なインバータの制御装置を用いたモータ駆動システムの構成を示す機能ブロック図として図3に示す。
本実施態様による、モータ駆動システムは、直流電源10aと直流電源10bとで構成されるマルチ出力直流電源10と、この電源の電圧を用いてモータに印加する電圧を生成する電力変換器30と、モータ20と、電力変換器30を駆動することでモータ20のトルクを制御しつつ、直流電圧源10a、10bそれぞれから供給される電力の分配比率を制御する制御装置40とで構成される。
マルチ出力直流電源10は、直流電圧源10aの低電位側端子と10bの低電位側端子が接続されて共通電位(以降、GND電位と記す)が構成されている。この電源は、3つの電位、つまり、GND電位、直流電圧源10aの電位Vdc_a、直流電圧源10bの電位Vdc_bを出力する電源である。
モータ20は、3相交流モータである。このモータは、下で説明する電力変換器30より出力される交流電圧により駆動される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of a control device for a motor drive system according to a first embodiment of the present invention. For comparison, FIG. 3 shows a functional block diagram showing the configuration of a motor drive system using a general inverter control device.
The motor drive system according to this embodiment includes a multi-output
In the multi-output
The
電力変換器30は、マルチ出力直流電源10から出力される3つの電位の電圧をもとに、モータに印加する電圧を生成する直流-交流電力変換器である。
この電力変換器は、図4に示すように各相同じ構成のスイッチ手段で構成されている。U相のスイッチ手段31を使って説明する。このスイッチ31は、モータ20のU相に出力する電圧を生成するスイッチであり、高電位側(Vdc_a)に接続されているIGBTなどのパワー素子からなる双方向の導通を切り替えることができる第1のスイッチと、中間電位(Vdc_b)と接続されているIGBTなどのパワー素子からなる双方向の導通を切り替えることができる第2のスイッチと、GND電位と接続されている双方向の導通を切り替えることができる第3のスイッチとで構成されている。なお、第3のスイッチは、電源からモータへ流れる電流を導通するスイッチはダイオードでる。GND電位、Vdc_a、Vdc_bのなかから択一的に接続するスイッチであり、各電位に接続する時間の割合を変化させることで、モータに必要な電圧を供給する。V相のスイッチ手段32、W相のスイッチ手段33も同様である。
ちなみに、図3の従来技術では、電力変換器としてはインバータ30’が使用されており、同様の符号で示したものは、以下のものを除き本発明の装置と同様の機能を持つ。即ち、従来の規格化電圧指令手段45’と従来のPWMパルス生成手段46’とは、本発明のそれとは異なるものである。
The
As shown in FIG. 4, this power converter is composed of switch means having the same configuration for each phase. A description will be given using the U-phase switch means 31. The
Incidentally, in the prior art of FIG. 3, an
図2に戻って、制御装置40の詳細な構成を説明する。図に示すように、41は、外部より与えられるトルク指令とモータの回転速度とからモータのd軸電流の指令値id*とq軸電流の指令値iq*とを演算するトルク制御手段である。42は、dq軸電流指令値id*、iq*とdq軸電流値id、iqとから、これらを一致させるための電圧指令値vd*、vq*を演算する電流制御手段である。id、iqは3相/dq変換手段47により3相電流iu、ivから求められる。43は、dq軸電圧指令値vd*、vq*を3相電圧指令vu*、vv*、vw*に変換するdq/3相電圧変換手段である。44、45は本発明の中心を成す部分である。44は、3相電圧指令を、電源10aから供給する電力Paと、電源10bから供給する電力Pbの分配目標値に応じて、それぞれの電源の電圧から生成するU相電圧指令vu_a*、vu_b*、V相電圧指令vv_a*、vv_b*、W相電圧指令vw_a*、vw_b*を生成する電圧分配手段である(以下、電源10aから生成する電圧の指令を「電源a分電圧指令」、電源10bから生成する電圧の指令を「電源b分電圧指令」と記す)。45は、電源10aの電圧Vdc_a、電源10bの電圧Vdc_bを入力し、vu_a*、vu_b*、vv_a*、vv_b*、vw_a*、vw_b*を規格化した電圧指令mu_a*、mu_b*、mv_a*、mv_b*、mw_a*、mw_b*を生成する規格化電圧指令生成手段である。46は、規格化電圧指令に基づいて電力変換器3の各スイッチをオン/オフするPWMパルスを生成するPWMパルス生成手段である。
Returning to FIG. 2, the detailed configuration of the
次に作用を説明する。本発明の最大の特徴は、図4に示すような簡素な構成の電力変換器のみで、モータのトルクを制御しつつ、2つの電源から供給する電力の割合を指令値に応じて自由に変更できることにある。
図2において、電圧分配手段44、規格化電圧指令生成手段45で電力の分配を所望の値に制御する機能を実現する。電力分配手段44では、以下のような原理に基づいて演算を行なう。モータのトルクを指令値どおりに制御しつつ、電源10aから供給される電力Paと電源10bから供給される電力Pbの割合を変更するには以下の2つの条件を満たせば良い。図7に本発明の電力変換装置と電源と電力フロー(Pa,Pb)を示す。
1)電圧条件
Vu*=Vu_a*+Vu_b*
Vv*=Vv_a*+Vv_b*
Vw*=Vw_a*+Vw_b*
2)電力条件
Pa:Pb=Vu_a*:Vu_b*
Pa:Pb=Vv_a*:Vv_b*
Pa:Pb=Vw_a*:Vw_b*
Next, the operation will be described. The greatest feature of the present invention is only a power converter having a simple configuration as shown in FIG. 4, and the ratio of the power supplied from the two power sources is freely changed according to the command value while controlling the torque of the motor. There is something you can do.
In FIG. 2, the voltage distribution means 44 and the standardized voltage command generation means 45 realize the function of controlling the power distribution to a desired value. The power distribution means 44 performs calculations based on the following principle. In order to change the ratio of the electric power Pa supplied from the
1) Voltage condition Vu * = Vu_a * + Vu_b *
Vv * = Vv_a * + Vv_b *
Vw * = Vw_a * + Vw_b *
2) Power condition Pa: Pb = Vu_a *: Vu_b *
Pa: Pb = Vv_a *: Vv_b *
Pa: Pb = Vw_a *: Vw_b *
図8、図10にU相電圧指令Vu*と電源a分電圧指令Vu_a*・電源b分電圧指令Vu_b*を示す。図8は、PaとPbが同符号の場合であり、図10は異符号の場合である。この2条件を電圧ベクトル表示すると、次のようになる。
1)電圧条件
V*=Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)+Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)
2)電力条件
Pa:Pb=sgn(Va*)|Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)|
:sgn(Vb*)(|Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)|
ただし、sgn(Va*)、sgn(Vb*)は、電圧ベクトルVと同じ方向を1、反対方向を−1と定義する。
これを電圧ベクトルで表記すると、図9、図11のようになる。
FIGS. 8 and 10 show the U-phase voltage command Vu *, the power supply a divided voltage command Vu_a *, and the power supply b divided voltage command Vu_b *. FIG. 8 shows a case where Pa and Pb have the same sign, and FIG. 10 shows a case where they have different signs. When these two conditions are represented by voltage vectors, the following is obtained.
1) Voltage condition V * = Va * (Vu_a *, Vv_a *, Vw_a *) + Vb * (Vu_b *, Vv_b *, Vw_b *)
2) Power condition Pa: Pb = sgn (Va *) | Va * (Vu_a *, Vv_a *, Vw_a *) |
: Sgn (Vb *) (| Vb * (Vu_b *, Vv_b *, Vw_b *) |
However, sgn (Va *) and sgn (Vb *) define the same direction as the voltage vector V as 1 and the opposite direction as -1.
When this is expressed by a voltage vector, it becomes as shown in FIGS.
さて、図2に戻って電圧分配手段44の動作を説明する。2つの電源から供給される電力の和をPとすると、P=Pa+Pbである。
ここで、
Pa=rto_pa・P
Pb=rto_pb・P
と定義する。ただし、rto_pa+rto_pb=1とする。
電圧分配手段44には、電圧指令vu*、vv*、vw*と分配電力指令値rto_pa*(=1-rto_pb)が入力される。これらから、以下の計算により電源a分電圧指令、電源b分電圧指令を求める。
vu_a*=rto_pa・vu*
vu_b*=rto_pb・vu*
vv_a*=rto_pa・vv*
vv_b*=rto_pb・vv*
vw_a*=rto_pa・vw*
vw_b*=rto_pb・vu*
Now, returning to FIG. 2, the operation of the voltage distribution means 44 will be described. If the sum of the power supplied from the two power sources is P, P = Pa + Pb.
here,
Pa = rto_pa · P
Pb = rto_pb · P
It is defined as However, rto_pa + rto_pb = 1.
Voltage command vu *, vv *, vw * and distributed power command value rto_pa * (= 1−rto_pb) are input to the voltage distribution means 44. From these, the power supply a divided voltage command and the power supply b divided voltage command are obtained by the following calculation.
vu_a * = rto_pa ・ vu *
vu_b * = rto_pb ・ vu *
vv_a * = rto_pa ・ vv *
vv_b * = rto_pb ・ vv *
vw_a * = rto_pa ・ vw *
vw_b * = rto_pb ・ vu *
次に、規格化電圧指令生成手段45で以下の計算を行なう。
mu_a*=vu_a*/Vdc_a/2
mu_b*=vu_b*/Vdc_b/2
mv_a*=vv_a*/Vdc_a/2
mv_b*=vv_b*/Vdc_b/2
mw_a*=vw_a*/Vdc_a/2
mw_b*=vw_b*/Vdc_b/2
以上のような演算により、モータトルクをトルク指令値に追従させつつ、電源10aと電源10bの電力の分配を指令値に追従させることができる。
Next, the standardized voltage command generation means 45 performs the following calculation.
mu_a * = vu_a * / Vdc_a / 2
mu_b * = vu_b * / Vdc_b / 2
mv_a * = vv_a * / Vdc_a / 2
mv_b * = vv_b * / Vdc_b / 2
mw_a * = vw_a * / Vdc_a / 2
mw_b * = vw_b * / Vdc_b / 2
With the above calculation, the power distribution of the
図12に、本制御装置でモータを駆動した場合のシミュレーション結果を示す。モータを一定トルク一定回転で駆動し、電源10aの分配電力指令値rto_pa*を0から徐々に増やした場合(電源10bの分配電力指令値rto_pb*を1から徐々に減らした場合)のシミュレーション結果である。まず、モータトルクであるが、dq軸電流は、dq軸電流指令値に一致していることより、電力を変化させてもトルクは指令値に追従していることが分かる。次に電力分配制御であるが、分配電力指令値どおりに、電源a供給電力Paが徐々に増加し、電源b供給電力Pbが徐々に減少していることが確認できる。時間0〜時間t1までは、Pa、Pbは同じ符号の電力である。この状態は、モータに供給する電力を電源10aと電源10bとで分担している状態である。時間t1以降は、Paは正であり、Pbは負となる指令値であるが、やはり指令値に追従している。この状態は、電源10aからモータ出力以上の電力を供給し、残りを電源10bに回生(即ち充電)している状態である。
以上説明してきたように、本実施例では、モータトルクをトルク指令どおりの値に制御しながら、電源10aと電源10bから供給する電力の割合を指令値どおりに制御することができる。
FIG. 12 shows a simulation result when the motor is driven by this control apparatus. Simulation results when the motor is driven at a constant torque and constant rotation and the distributed power command value rto_pa * of the
As described above, in this embodiment, the ratio of the power supplied from the
第2の実施態様
図16は、本発明の第2の実施態様によるモータ駆動システムの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施態様が第1の実施態様と異なるのは、トルク制御手段41aである。他の部分は第1の実施態様と同じである。トルク制御手段41aは、トルク指令、モータ回転数に加えて、新たに分配電力目標値も用いてd軸電流指令、q軸電流指令を生成する。本手段では、電源a分電圧指令vu_a*、vv_a*、vw_a*、電源b分電圧指令vu_b*、vv_b、vw_b*のいずれもが電源電圧以上となって出力不可能な状態とはならない電流指令を生成する。
Second Embodiment FIG. 16 is a functional block diagram showing the configuration of a control device for a motor drive system according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in the torque control means 41a. The other parts are the same as in the first embodiment. The
図13は、本電力変換装置特有の弱め界磁の必要性を示す図であり、これを用いて動作を説明する。u相電圧指令vu*から、図示のような電源a分電圧指令va*、電源b分電圧指令vb*が生成された場合を考える。この場合、電源a分u相電圧指令vu_a*は電源aの電圧Vdc_aより大きいので、このような電圧を出力することが不可能であり、図示したような電圧不足の状況になる。従って、このような電圧指令が生成されないようにする必要がある。 FIG. 13 is a diagram illustrating the necessity of a field weakening unique to the power converter, and the operation will be described using this field. Consider a case where a power supply a divided voltage command va * and a power supply b divided voltage command vb * as shown in the figure are generated from the u-phase voltage command vu *. In this case, since the u-phase voltage command vu_a * for the power source a is larger than the voltage Vdc_a of the power source a, it is impossible to output such a voltage, resulting in a voltage shortage situation as illustrated. Therefore, it is necessary to prevent such a voltage command from being generated.
そこで、本発明のトルク制御手段41aでは、電源a分電圧指令と電源b分電圧指令のいずれもが対応する電源電圧より大きくなることがないような電流指令を生成することで、電圧が飽和することを防止する。
具体的には、以下の操作を行なう。即ち、電源10aの分配電力指令rto_pa*、電源10bの分配電力指令rto_pb*をそれぞれ対応する電圧で割った値の絶対値|rto_pa*/Vdc_a|、|rto_pb*/Vdc_b|を演算し、その値が大きい方の値に基づいてd軸電流、q軸電流を演算するようにする。この値は電圧が大きいほうが電圧が先に不足することになるため、この値が大きい方に基づいてd軸電流指令、q軸電流指令を決めれば、どちらの電圧も飽和することがない構成となる。図14は、このような本発明の弱め界磁の動作を行い電圧不足が解消されたことを示す図である。
Therefore, in the torque control means 41a of the present invention, the voltage is saturated by generating a current command in which neither the power source a voltage command or the power source b voltage command is greater than the corresponding power voltage. To prevent that.
Specifically, the following operation is performed. That is, the absolute values | rto_pa * / Vdc_a | and | rto_pb * / Vdc_b | of the values obtained by dividing the distributed power command rto_pa * of the
図16のトルク制御手段41aの構成を制御ブロックとして図15に示す。図に示すように、d軸電流マップとq軸電流マップとを用いて、分配電力指令rto_pa、rto_pbと電源10aの電圧Vdc_a、電源10bの電圧Vdc_bを入力し、max(|rto_pa*/Vdc_a|、|rto_pb*/Vdc_b|)とトルク指令、モータ回転数から電圧飽和が発生しないd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*を演算する。
The configuration of the torque control means 41a in FIG. 16 is shown as a control block in FIG. As shown in the figure, using the d-axis current map and the q-axis current map, the distributed power commands rto_pa, rto_pb, the voltage Vdc_a of the
第3の実施態様
図17は、本発明の第3の実施例態様による燃料電池車両の制御システムの構成を示す機能ブロック図である。即ち、本発明によるモータ駆動制御システムを燃料電池車両に適用した例である。燃料電池(FC)は、回生電力を受け入れることができないこと、動作点により効率が変化すること、応答性が良好でないことなどから、燃料電池とバッテリの電力を適切な配分で使用することが良いとされている。本実施態様では、第1の実施態様で説明したように外部より与えられた分配電力目標値に従った電力を燃料電池とバッテリから供給することができる。従って、効率の観点から最適な電力分配指令が与えられた場合には高効率にモータ駆動することができ、回生の場合には電力分配指令を全電力(100%)がバッテリに戻るように設定すれば、全ての電力をバッテリに回生することができるなど、状況にあった電力分配を行なうことができる。また、外部から与えられる電力分配指令は、本制御システム内で演算することもでき、そのとき電力分配指令は、本実施態様のような燃料電池とバッテリとを組み合わせた構成では、急激なドライバ加速要求などによる加速不足が生じた場合は、「比較的応答性の悪い燃料電池」の配分を少なくし、「応答性の高いバッテリ」の配分を多くしドライバ加速要求に応え、加速不足が解消されるのに従って、それぞれを通常の演算による配分に戻すような制御を行うことが好適である。このことは、燃料電池に限らず電源(バッテリ、キャパシタなど)の応答性の優劣でこのように分配を変える制御を行うことが有効である。
本実施態様では、半導体スイッチによる電圧の直接変換を行っているので、DC-DCコンバータを用いる従来例(図1)と比べ、大幅な小型化・低損失化を達成することができる。なお、本実施態様では、自動車を図示したが、本制御装置は、自動車以外の車両(列車、自動二輪者など)にも同様に適用可能である。
Third Embodiment FIG. 17 is a functional block diagram showing the configuration of a control system for a fuel cell vehicle according to a third embodiment of the present invention. That is, this is an example in which the motor drive control system according to the present invention is applied to a fuel cell vehicle. The fuel cell (FC) should not use regenerative power, change its efficiency depending on the operating point, or have poor responsiveness, etc., so the fuel cell and battery power should be used in an appropriate distribution. It is said that. In this embodiment, as described in the first embodiment, electric power according to a distributed power target value given from the outside can be supplied from the fuel cell and the battery. Therefore, when an optimal power distribution command is given from the viewpoint of efficiency, the motor can be driven with high efficiency, and in the case of regeneration, the power distribution command is set so that all power (100%) returns to the battery. Then, it is possible to perform power distribution according to the situation, such as regenerating all the power in the battery. In addition, the power distribution command given from the outside can be calculated in this control system. At that time, the power distribution command is a rapid driver acceleration in the configuration in which the fuel cell and the battery are combined as in this embodiment. If there is a shortage of acceleration due to demand, etc., the distribution of “relatively poorly responsive fuel cells” will be reduced, and the distribution of “highly responsive batteries” will be increased to meet driver acceleration demands, thus eliminating the shortage of acceleration. Accordingly, it is preferable to perform control so as to return each to distribution by normal calculation. This is effective not only in the fuel cell but also in the control of changing the distribution in this way because of the superiority or inferiority of the response of the power source (battery, capacitor, etc.).
In this embodiment, the direct conversion of the voltage by the semiconductor switch is performed, so that significant reduction in size and loss can be achieved as compared with the conventional example using the DC-DC converter (FIG. 1). In the present embodiment, an automobile is illustrated, but the present control device can be similarly applied to a vehicle (train, motorcycle, etc.) other than the automobile.
第4の実施態様
図18は、本発明の第4の実施例態様による2電源系を備える車両の制御システムの構成を示す機能ブロック図である。即ち、本発明によるモータ駆動制御システムを42Vと14Vの電源系を備える車両に適用した例である。本実施態様では、42V系のバッテリと14V系のバッテリに任意の割合で電力を配分することができるので、どちらのバッテリの充電量も望ましい値に制御することができる。
Fourth Embodiment FIG. 18 is a functional block diagram showing a configuration of a vehicle control system having a dual power supply system according to a fourth embodiment of the present invention. That is, this is an example in which the motor drive control system according to the present invention is applied to a vehicle equipped with a power supply system of 42V and 14V. In this embodiment, power can be distributed to the 42V battery and the 14V battery at an arbitrary ratio, so that the charge amount of either battery can be controlled to a desired value.
本明細書では、様々な実施態様で本発明の原理を説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき本発明に様々な修正や変更を加えることができ、それらも本発明に含まれるものであることに留意されたい。
従って、図4に示すようにマルチ出力直流電源が単一出力電源の低電位側を共通電位にした構成のものに対応する電力変換器の例のみを示したが、本発明はこのような構成の電力変換器に限定されるものではない。例えば、図5に示すような単一電源の高電位側が共通電位にされた構成のマルチ出力直流電源に対応した電力変換器、図6に示すような単一電源を直列接続された構成のマルチ出力直流電源に対応した電力変換器であっても良い。また、図5の電力変換器30aは、U、V、W相のスイッチ手段31a,32a,33aを含み、図6の電力変換器30bは、U、V、W相のスイッチ手段31b,32b,33bを含むものである。さらに、図4、5、6に挙げた変換器のスイッチは、各相に1つずつダイオードを用いたものであるが、これらは例示であり、全てIGBTやMOSFETなどの既知のパワー素子を使うなどその他の構成を構成を取ることも可能である。
また、説明の便宜上、電圧レベルが3つのものだけを示したが、4つ以上であっても全く同様に電力の分配を制御することが可能である。また、マルチ出力直流電源を構成する単一出力電源は、キャパシタ(コンデンサ)などの既知の何らかの蓄電手段でもよい。
Although the principle of the present invention has been described in various embodiments in the present specification, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention based on the present disclosure, and these are also included in the present invention. Please note that
Therefore, as shown in FIG. 4, only an example of a power converter corresponding to a configuration in which the multi-output DC power source has a configuration in which the low potential side of the single output power source is a common potential is shown. It is not limited to the power converter. For example, a power converter corresponding to a multi-output DC power source having a configuration in which the high potential side of a single power source is set to a common potential as shown in FIG. 5, and a multi-unit having a configuration in which a single power source is connected in series as shown in FIG. A power converter corresponding to the output DC power supply may be used. 5 includes U, V, W phase switching means 31a, 32a, 33a, and the
For convenience of explanation, only three voltage levels are shown. However, even when there are four or more voltage levels, it is possible to control power distribution in the same manner. Further, the single output power source constituting the multi-output DC power source may be any known power storage means such as a capacitor.
10 マルチ出力直流電源
10a 直流電源
10b 直流電源
20 モータ
30,30a,30b 電力変換器
31,31a,31b U相のスイッチ手段
32,32a,32b V相のスイッチ手段
33,33a,33b W相のスイッチ手段
40 制御装置
41,41a トルク制御手段
42 電流制御手段
43 dq/3相電圧変換手段
44 電圧分配手段
45 規格化電圧指令生成手段
45’ 従来の規格化電圧指令生成手段
46 PWMパルス生成手段
46’ 従来のPWMパルス生成手段
47 3相/dq変換手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記モータに印加する第1の電圧指令値を生成する電圧指令生成手段と、
前記マルチ出力直流電源の各電位の出力端子から供給されるべき電力の分配電力目標値に応じて、前記電圧指令生成手段から出力された前記第1の電圧指令値から、前記マルチ出力直流電源の各出力電位に対応した第2の電圧指令値群を生成する電圧分配手段と、
を備えることを特徴するモータ駆動システムの制御装置。 A motor drive system comprising: a multi-output DC power source that outputs three or more potentials; and a power converter that drives the motor by applying a voltage obtained by converting the output voltage of the multi-output DC power source to the motor. A control device,
Voltage command generating means for generating a first voltage command value to be applied to the motor;
According to the distributed power target value of the power to be supplied from the output terminal of each potential of the multi-output DC power supply, from the first voltage command value output from the voltage command generation means, the multi-output DC power supply Voltage distribution means for generating a second voltage command value group corresponding to each output potential;
A motor drive system control device comprising:
前記電圧分配手段は、前記第2の電圧指令値群を構成する電圧ベクトルの和が、前記第1の電圧指令値の電圧ベクトルに等しくなるように、前記前記第2の電圧指令値群を生成する、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system according to claim 1,
The voltage distribution unit generates the second voltage command value group so that a sum of voltage vectors constituting the second voltage command value group is equal to a voltage vector of the first voltage command value. To
A control device for a motor drive system.
前記電圧分配手段は、前記第2の電圧指令値群を構成する各電圧ベクトルの大きさの割合が、対応する前記電力分配目標値の割合に等しくなるように、前記前記第2の電圧指令値群を生成する、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system according to claim 1 or 2,
The voltage distribution means is configured to output the second voltage command value so that the ratio of the magnitudes of the voltage vectors constituting the second voltage command value group is equal to the ratio of the corresponding power distribution target value. Generate groups,
A control device for a motor drive system.
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令値演算手段は、少なくとも前記分配電力目標値に応じて、d軸電流指令値とq軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system of any one of Claims 1-3,
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command value calculating means determines a d-axis current command value and a q-axis current command value according to at least the distributed power target value;
A control device for a motor drive system.
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令演算手段は、少なくともその絶対値が最大である前記分配電力目標値に応じて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system of any one of Claims 1-3,
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command calculation means determines the d-axis current command value and the q-axis current command value according to at least the distributed power target value whose absolute value is maximum.
A control device for a motor drive system.
前記モータをトルク指令に追従させるために必要なd軸電流指令値とq軸電流指令値とを演算する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令演算手段は、前記分配電力目標値を前記マルチ出力直流電源の対応する出力電位電圧で除した値の絶対値の最大値に応じて、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値とを決定する、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system of any one of Claims 1-3,
Current command value calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value necessary for causing the motor to follow the torque command;
The current command calculation means is configured to output the d-axis current command value and the q-axis current command according to a maximum absolute value of a value obtained by dividing the distributed power target value by a corresponding output potential voltage of the multi-output DC power source. Determine the value,
A control device for a motor drive system.
前記マルチ出力直流電源は、低電位側同士または高電位側同士が接続されて共通電位が形成され、複数の電位形成するものである、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system according to any one of claims 1 to 6,
The multi-output DC power supply is configured to form a plurality of potentials by connecting the low potential sides or the high potential sides to form a common potential.
A control device for a motor drive system.
前記マルチ出力直流電源の出力電位の数は3つである、
ことを特徴とするモータ駆動システムの制御装置。 In the control apparatus of the motor drive system according to any one of claims 1 to 7,
The number of output potentials of the multi-output DC power supply is three.
A control device for a motor drive system.
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