JP2008131757A - 電動機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動機の回転数が高い領域においても演算処理の負荷が大きくなることを招くことのない、電動機制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明の電動機制御装置1は、電動機2を駆動する駆動手段3と、電動機2の電気角を検出する電気角検出手段4と、電動機2の三相交流電流を検出する電流検出手段5と、電流検出手段5の検出した三相交流電流をA/D変換するA/D変換手段6と、A/D変換手段6が変換した三相交流電流を座標変換してトルクを求めてトルク指令値との比較のもとに駆動手段3をフィードバック制御する制御手段7、8、9、10とを備えると共に、A/D変換手段6がA/D変換の周期を電気角より求めた回転数が所定値以上の場合において一定周期とすることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の電動機制御装置1は、電動機2を駆動する駆動手段3と、電動機2の電気角を検出する電気角検出手段4と、電動機2の三相交流電流を検出する電流検出手段5と、電流検出手段5の検出した三相交流電流をA/D変換するA/D変換手段6と、A/D変換手段6が変換した三相交流電流を座標変換してトルクを求めてトルク指令値との比較のもとに駆動手段3をフィードバック制御する制御手段7、8、9、10とを備えると共に、A/D変換手段6がA/D変換の周期を電気角より求めた回転数が所定値以上の場合において一定周期とすることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、特には高速回転域における演算負荷を軽減することができる電動機制御装置に関する。
通常、ハイブリッド車や電気自動車に適用される電動機を駆動制御する電動機制御装置においては、特許文献1に記載されているように、電流又はトルクをパラメータとしてフィードバック制御が行われており、制御の応答性と収束性を高めることが行われている。このような電動機制御装置においては、より具体的には電流又はトルクをパラメータとしてフィードバック制御するPWM制御や、電流又はトルクをパラメータとしてフィードバック制御する矩形制御などの制御方式が適用されることが多く、電動機制御装置の演算負荷を軽減する目的の下では、後者の矩形制御を用いることが有利である。
このような電動機制御装置は、例えば、直流電源をもとに三相交流電圧を発生して電動機を駆動するインバータと、電動機の電気角を検出するレゾルバと、電動機の三相交流電流を検出する電流センサと、電流センサの検出した三相交流電流を所定の電気角毎にA/D変換してdq軸に座標変換してトルクを求めて外部から入力されたトルク指令値との比較のもとに、トルクのフィードバック制御を行うECU(Electronic Control Unit)が備えて構成される。
特開2002−176791号公報
ところが、電動機の回転数が高い領域においては、所定の電気角毎に三相交流電流をA/D変換すると、A/D変換の周期が短くなって、ECUの演算処理の負荷が大きくなるという問題が生じる。特に、近年のハイブリッド車や電気自動車に適用される電動機においては高回転化が要求されているため、ECUの演算処理能力を超える回転数となった場合には所望の周期でA/D変換できなくなると言う問題も生じる。
そこで本発明は、電動機の回転数が高い領域においても演算処理の負荷が大きくなることを招くことのない、電動機制御装置を提供することを目的とする。
上記の問題を解決するため、本発明に係る電動機制御装置は、
電動機を駆動する駆動手段と、前記電動機の電気角を検出する電気角検出手段と、前記電動機の三相交流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出した三相交流電流をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段が変換した前記三相交流電流を座標変換してトルクを求めてトルク指令値との比較のもとに前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備えると共に、
前記A/D変換手段が前記A/D変換の周期を前記電気角より求めた回転数が所定値以上の場合において一定周期とすることを特徴とする。
電動機を駆動する駆動手段と、前記電動機の電気角を検出する電気角検出手段と、前記電動機の三相交流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出した三相交流電流をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段が変換した前記三相交流電流を座標変換してトルクを求めてトルク指令値との比較のもとに前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備えると共に、
前記A/D変換手段が前記A/D変換の周期を前記電気角より求めた回転数が所定値以上の場合において一定周期とすることを特徴とする。
なお、前記駆動手段とは具体的には半導体スイッチング素子よりなるインバータであり、前記電気角検出手段とは具体的にはレゾルバ又はエンコーダであり、前記電流検出手段とは具体的には電流センサであり、前記A/D変換手段および前記制御手段は一つのECUまたはマイクロコンピュータにより構成される。また、電動機は典型的には三相交流同期電動機や三相交流誘導電動機を指す。
このような構成によれば、電動機の回転数が高い領域においては、前記A/D変換の周期を前記電気角に依存しない一定周期とすることができるので、電動機の回転数が高い領域において前記A/D変換の周期が短くなりすぎて、前記A/D変換手段の演算処理の負荷が増大することを防止することができる。
また、前記A/D変換手段の演算処理の負荷低減と共に前記制御手段の演算処理の負荷を低減できるため、前記駆動手段の発生する電圧の周波数を高めて、電動機の多極化を図り、電動機の制御をより有利なものとすることができる。
なお上述したような構成は、PWM制御の電動機制御装置にも矩形制御の電動機制御装置にも適用可能であるが、後者の矩形制御の電動機制御装置においてより、演算負荷を軽減する要請が大きいことから、後者の矩形制御の電動機制御装置に適用してより効果的である。
本発明によれば、演算処理の負荷が大きくなることを招くことのない、電動機制御装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明による電動機制御装置の一実施例を示す模式ブロック図であり、図2は、本発明による電動機制御装置の一実施例の出力波形を示す模式図である。
本実施例の電動機制御装置1は、三相交流同期電動機2を駆動するインバータ3と、レゾルバ4と、電流センサ5と、A/D変換手段6と、三相二相変換手段7と、トルク推定手段8と、PI演算手段9と、矩形波発生手段10とを備える。
三相交流同期電動機2は、ロータに永久磁石が埋設された4極対の永久磁石型の同期電動機であり、ステータを構成するコアのスロットに巻回されて構成されるコイルに三相交流電流が印加されると、周方向に回転磁界が発生して、ロータに埋設された永久磁石が吸引反発されてロータが回転するものである。
レゾルバ4は、例えば三相交流同期電動機2を構成するロータの軸端部に設けられたホール素子と永久磁石とから構成され、ロータの軸端部に設けられた永久磁石の磁界の角度及び回転をステータ側に設けられたホール素子により検出して、三相交流同期電動機2を構成するロータの電気角を検出するものである。
電流センサ5は例えばクランプ式の電流センサであり、三相交流同期電動機2のステータの各相のコイルの三相交流電流を検出するものである。なお、三相交流同期電動機2のそれぞれの三相交流電流の合計は0であるため、U相、V相、W相の電流の内、ここではU相とV相の電流を検出し、W相についてはU相及びV相の電流の和を0から差し引くことにより求める。
A/D変換手段6は電流センサ5の検出した各三相交流電流とレゾルバ4の検出した電気角をA/D変換して、トルク推定手段8に供給するとともに、電気角から回転数を演算して、回転数に基づいてA/D変換の周期を異ならせるものである。
ここでは、A/D変換手段6は、回転数が12000rpm以下においては、電気角60度毎にA/D変換を行う。つまり、回転数をN(rpm)とすると、三相交流同期電動機2は4極対であるからその周期は1/(N×4/60×(360/60))(sec)となり、回転数N=12000rpmのとき周期は1/4800(sec)となる。
さらに、A/D変換手段6は、回転数が12000rpm以上の場合において、三相交流同期電動機2の三相交流電流のA/D変換の周期を、1/4800(sec)の一定周期とする。すなわち、回転数N=12000rpmの前後においてA/D変換の周期は連続となるように設定する。
三相二相変換手段7は、A/D変換手段6が変換した三相交流電流を電気角に基づいて三相から二相に座標変換してd軸電流およびq軸電流を求めるものである。
トルク推定手段8は、三相二相変換手段7が求めたd軸電流およびq軸電流を用いて三相交流同期電動機2のトルク(実トルク)を推定するものである。
PI演算手段9は、トルク推定手段8の推定したトルクと外部から入力されたトルク指令値との差に基づいて位相φをPI演算する。なお外部とは、例えばアクセルペダルのストロークを検出するHVECUを指す。また、PIとは、フィードバック制御において、入力値を出力値と目標値の偏差及び偏差の積分値に比例させて制御することを言う。
矩形波発生手段10は、PI演算手段9の演算した位相φに基づいて、位相φだけ遅らせた矩形波を発生してこの矩形波をもとにインバータ3を制御する。
インバータ3はスイッチング素子を組み合わせた周知の構成のものであり、図示しない直流電源をもとに、図2に示すような矩形波状の位相φだけ遅れた三相交流電圧を発生して三相交流同期電動機2を駆動する駆動手段を構成する。U相電圧、V相電圧、W相電圧は相互に120度位相がずれた120度通電波形をなしており、それぞれの通電電気角は180度である。
例えば、図2において、U相電圧は270度−φから90度−φまでオンとなり、V相電圧は30度−φから210度−φまでオンとなり、W相電圧は150度−φから330度−φまでオンとなる。このように各相の三相交流電流を電気角に対して、トルクとトルク指令値の差に基づいてPI演算された位相φだけ遅らせることにより、トルクをパラメータとしたフィードバック制御がなされる。
すなわち、A/D変換手段6、三相二相変換手段7、トルク推定手段8、PI演算手段9、矩形波発生手段10は一つの制御ECU(Electronic Control Unit)により構成され、三相二相変換手段7、トルク推定手段8、PI演算手段9、矩形波発生手段10はトルクをパラメータとしてフィードバック制御を行う制御手段を構成する。
この制御ECUは例えばCPU、ROM、RAMおよびそれらを接続するデータバスから構成され、ROMに格納されたプログラムに従い、CPUが上述したA/D変換手段6、三相二相変換手段7、トルク推定手段8、PI演算手段9、矩形波発生手段10それぞれの所定の処理を行うものである。
以上述べた本実施例の電動機制御装置1は、以下に述べる制御ECUのA/D変換手段6の制御内容に基づいて実行される。図3に、本実施例の電動機制御装置1の制御ECUのA/D変換手段6の制御内容を示すフローチャートを示す。以下このフローチャートを用いてA/D変換手段6の制御内容を説明する。
S1において、A/D変換手段6はレゾルバ4より三相交流同期電動機2の電気角を取得し、S2において、A/D変換手段6は電流センサ5により三相交流同期電動機2の各U相、V相、W相の三相交流電流を取得する。S3において、A/D変換手段6は電気角から三相交流同期電動機2の回転数を演算する。
S4において、A/D変換手段6は、回転数が12000rpm以上であるかどうかを判定し、回転数が12000rpm以下であればS5にすすみ、回転数が12000rpm以上であればS6にすすむ。
S5において、A/D変換手段6は電気角60度毎に電流センサ5から取得した三相交流電流のA/D変換を行い、S6において、A/D変換手段6は、1/4800sec毎に電流センサ5から取得した三相交流電流のA/D変換を行う。
上述した制御内容により実現される本実施例によれば、三相交流同期電動機2の回転数が高い領域においては、A/D変換手段6によるA/D変換の周期を電気角に依存しない一定周期とすることができるので、A/D変換手段6の演算処理の負荷が増大することを防止することができる。
加えて、A/D変換手段6の演算処理の負荷低減と共に、制御ECUのA/D変換手段6以外の部分である制御手段つまりは、三相二相変換手段7、トルク推定手段8、PI演算手段9、矩形波発生手段10の演算処理の負荷を低減できるため、インバータ3の発生する三相交流電圧の周波数を高めて、三相交流同期電動機2の多極化を図り、電動機の制御をより有利なものとすることができる。
さらに、本実施例ではトルクをパラメータとしたフィードバック制御において、回転数12000rpm以上の領域においてA/D変換の周期を1/4800secの一定周期としているため、回転数の高い領域においてトルクは一定値に近くなることに起因して、A/D変換の周期を一定周期として、電気角60度毎にA/D変換することに比べてその周期を長くしても、制御性が低下することを防止することができる。
以上本発明の一実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
例えば、上述した実施例においては、A/D変換の周期を一定とする所定の回転数を12000rpmとしたが、もちろんこれは例示的なものであり、この数値は制御ECUのスペックにより決定されるものであって、適宜他の数値とすることも可能である。
また、所定の回転数以下の領域において電気角60度毎にA/D変換手段6がA/D変換を行ったが、これも例示的なものであり、他の数値の電気角毎にA/D変換を行うことも可能である。
また、上記実施例の電動機制御装置1は、力率、効率、制御性能の優れる三相交流同期電動機2に適用したが、三相交流誘導電動機に適用してもちろん良い。
さらに、上記実施例ではインバータ3を矩形制御のものとしたが、PWM制御のものとしてもよい。
加えて、本実施例ではトルクをパラメータとしたフィードバック制御において、回転数12000rpm以上の領域においてA/D変換の周期を1/4800secの一定周期としているが、これは、回転数の高い領域においてトルクは一定値に近くなるために、A/D変換の周期を一定周期としても制御性が低下することがないためである。つまり、単に制御ECUひいては制御手段の演算負荷の低減を図る意味では、電流をパラメータとしたフィードバック制御において、回転数の高い領域においてA/D変換周期を一定周期とすることも可能である。
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車に適用される電動機の電動機制御装置に関するものであり、高速回転域における演算処理の負荷が増大することを防止して、電動機の多極化や制御性の向上を図ることができるので、種々の自動車に適用可能であるとともに有用なものである。
1 電動機制御装置
2 三相交流同期電動機
3 インバータ
4 レゾルバ
5 電流センサ
6 A/D変換手段
7 三相二相変換手段
8 トルク推定手段
9 PI演算手段
10 矩形波発生手段
2 三相交流同期電動機
3 インバータ
4 レゾルバ
5 電流センサ
6 A/D変換手段
7 三相二相変換手段
8 トルク推定手段
9 PI演算手段
10 矩形波発生手段
Claims (1)
- 電動機を駆動する駆動手段と、前記電動機の電気角を検出する電気角検出手段と、前記電動機の三相交流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出した三相交流電流をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段が変換した前記三相交流電流を座標変換してトルクを求めてトルク指令値との比較のもとに前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備えると共に、前記A/D変換手段が前記A/D変換の周期を前記電気角より求めた回転数が所定値以上の場合において一定周期とすることを特徴とする電動機制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006314541A JP2008131757A (ja) | 2006-11-21 | 2006-11-21 | 電動機制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006314541A JP2008131757A (ja) | 2006-11-21 | 2006-11-21 | 電動機制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008131757A true JP2008131757A (ja) | 2008-06-05 |
Family
ID=39557076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006314541A Pending JP2008131757A (ja) | 2006-11-21 | 2006-11-21 | 電動機制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008131757A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010124544A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Toyota Motor Corp | 交流電動機の制御装置 |
-
2006
- 2006-11-21 JP JP2006314541A patent/JP2008131757A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010124544A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Toyota Motor Corp | 交流電動機の制御装置 |
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