JP2010124662A - Motor drive system - Google Patents

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Kazuhito Hayashi
和仁 林
Shogo Machida
彰吾 町田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive system capable of securing controllability of a voltage conversion device. <P>SOLUTION: The motor drive system 100 includes: an AC electric motor M1; an inverter 14, which drives and controls the motor M1; a step-up converter 12, which varies an input voltage VH to the inverter 14; and a controller 30, which performs feedback control on the input voltage VH according to a deviation of the input voltage VH to a voltage command value. The controller 30 predicts a variable frequency of the input voltage VH from the operation state of the motor M1 and changes either a control gain in the feedback control or control responsiveness in the drive control of the motor M1 when the fluctuation of the input voltage VH at the predicted variable frequency is estimated to be larger in comparison with the frequency characteristics of the control gain in the feedback control. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、モータ駆動システムに関し、より特定的には、インバータの入力電圧を可変する電圧変換装置を備えたモータ駆動システムに関する。   The present invention relates to a motor drive system, and more particularly to a motor drive system including a voltage converter that varies an input voltage of an inverter.

ハイブリッド車両に適用されるモータ駆動システムの一種として、たとえば特開2007−159367号公報(特許文献1)には、直流電源から供給された直流電圧を電圧変換装置で昇圧し、その昇圧した直流電圧(インバータへの入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)をインバータへ供給する構成が開示されている。このような構成において、電圧変換装置では、電圧指令値とシステム電圧との差に応じて電圧変換装置における昇圧動作を制御するフィードバック制御が用いられている。このフィードバック制御では、PI(比例積分)制御などが用いられる場合が多い。
特開2007−159367号公報 特開2007−143303号公報 特開2007−159368号公報 特開2007−252144号公報
As a kind of motor drive system applied to a hybrid vehicle, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-159367 (Patent Document 1) boosts a DC voltage supplied from a DC power source with a voltage converter and boosts the DC voltage. A configuration is disclosed in which (this DC voltage corresponding to the input voltage to the inverter is also referred to as “system voltage” hereinafter) is supplied to the inverter. In such a configuration, the voltage converter uses feedback control for controlling the boosting operation in the voltage converter according to the difference between the voltage command value and the system voltage. In this feedback control, PI (proportional integral) control or the like is often used.
JP 2007-159367 A JP 2007-143303 A JP 2007-159368 A JP 2007-252144 A

しかしながら、上述したフィードバック制御においては、電圧変換装置の周波数特性の影響により、フィードバックゲインが周波数に応じて変化する特性を有する場合がある。そして、フィードバックゲインが変化すると、制御対象電圧であるシステム電圧が電圧指令値を中心として上下に変化する、すなわち、システム電圧の変動が大きくなる。この結果、電圧変換装置の制御性を悪化させるという問題が生じる。   However, in the feedback control described above, the feedback gain may have a characteristic that varies depending on the frequency due to the influence of the frequency characteristic of the voltage converter. When the feedback gain changes, the system voltage as the control target voltage changes up and down around the voltage command value, that is, the fluctuation of the system voltage increases. As a result, there arises a problem that the controllability of the voltage converter is deteriorated.

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧変換装置の制御性を確保可能なモータ駆動システムを提供することである。   Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a motor drive system capable of ensuring controllability of the voltage converter.

本発明によるモータ駆動システムは、モータと、モータを駆動制御する駆動回路と、駆動回路への入力電圧を可変する電圧変換装置と、電圧指令値に対する入力電圧の偏差に応じて、入力電圧をフィードバック制御する制御装置とを備える。制御装置は、入力電圧の変動周波数をモータの運転状態から推定するとともに、フィードバック制御における制御ゲインの周波数特性に照らして、推定した変動周波数での入力電圧の変動が大きいと予測される場合には、フィードバック制御における制御ゲイン、およびモータの駆動制御における制御応答性のいずれかを変化させる。   A motor drive system according to the present invention includes a motor, a drive circuit that controls the drive of the motor, a voltage conversion device that varies the input voltage to the drive circuit, and feedback of the input voltage according to the deviation of the input voltage with respect to the voltage command value. And a control device for controlling. The control device estimates the fluctuation frequency of the input voltage from the operating state of the motor, and when the fluctuation of the input voltage at the estimated fluctuation frequency is predicted to be large in light of the frequency characteristics of the control gain in the feedback control. Any one of the control gain in the feedback control and the control responsiveness in the motor drive control is changed.

本発明によれば、電圧変換装置の制御性を確保することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to ensure controllability of the voltage converter.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

図1は、この発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。
図1を参照して、モータ駆動システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、交流電動機M1と、制御装置30とを備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, motor drive system 100 includes a DC voltage generation unit 10 #, a smoothing capacitor C0, an inverter 14, an AC motor M1, and a control device 30.

交流電動機M1は、たとえば、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流電動機M1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機(モータジェネレータ)を含むものである。   For example, AC electric motor M1 generates torque for driving drive wheels of an electric vehicle (referred to as a vehicle that generates vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). This is an electric motor for driving. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example. That is, in the present embodiment, the “AC motor” includes an AC drive motor, a generator, and a motor generator (motor generator).

直流電圧発生部10♯は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、昇降圧コンバータ12とを含む。   DC voltage generation unit 10 # includes a DC power supply B, system relays SR1 and SR2, a smoothing capacitor C1, and a step-up / down converter 12.

直流電源Bは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。直流電源Bが出力する直流電圧Vbおよび入出力される直流電流Ibは、電圧センサ10および電流センサ11によってそれぞれ検知される。   The DC power supply B is typically constituted by a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, or a power storage device such as an electric double layer capacitor. The DC voltage Vb output from the DC power supply B and the input / output DC current Ib are detected by the voltage sensor 10 and the current sensor 11, respectively.

システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR1は、直流電源Bの負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。   System relay SR 1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and power line 6, and system relay SR 1 is connected between the negative terminal of DC power supply B and ground line 5. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by signal SE from control device 30.

昇降圧コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。   Buck-boost converter 12 includes a reactor L1, power semiconductor switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2. Power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between power line 7 and ground line 5. On / off of power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 is controlled by switching control signals S 1 and S 2 from control device 30.

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。   In the embodiment of the present invention, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or a power bipolar transistor is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). Etc. can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line 6. Further, the smoothing capacitor C 0 is connected between the power line 7 and the ground line 5.

インバータ14は、電力線7およびアース線5の間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7およびアース線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。   Inverter 14 includes a U-phase upper and lower arm 15, a V-phase upper and lower arm 16, and a W-phase upper and lower arm 17 provided in parallel between power line 7 and ground line 5. Each phase upper and lower arm is constituted by a switching element connected in series between the power line 7 and the ground line 5. For example, the U-phase upper and lower arms 15 are composed of switching elements Q3 and Q4, the V-phase upper and lower arms 16 are composed of switching elements Q5 and Q6, and the W-phase upper and lower arms 17 are composed of switching elements Q7 and Q8. Further, antiparallel diodes D3 to D8 are connected to switching elements Q3 to Q8, respectively. Switching elements Q3 to Q8 are turned on / off by switching control signals S3 to S8 from control device 30.

代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。   Typically, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a neutral point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of the upper and lower arms 15 to 17 of each phase.

昇降圧コンバータ12は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧Vbを昇圧した直流電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)をインバータ14へ供給する。より具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、スイッチング素子Q1のオン期間およびスイッチング素子のQ2のオン期間(または、スイッチング素子Q1,Q2の両方がオフする期間)が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。あるいは、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=Vb(昇圧比=1.0)とすることもできる。   In the step-up operation, the step-up / down converter 12 boosts a DC voltage VH obtained by boosting the DC voltage Vb supplied from the DC power supply B (this DC voltage corresponding to the input voltage to the inverter 14 is hereinafter also referred to as “system voltage”). Supply to the inverter 14. More specifically, in response to switching control signals S1 and S2 from controller 30, switching element Q1 is turned on and switching element Q2 is turned on (or both switching elements Q1 and Q2 are turned off). ) Are alternately provided, and the step-up ratio is in accordance with the ratio of these ON periods. Alternatively, if switching elements Q1 and Q2 are fixed to ON and OFF, respectively, VH = Vb (step-up ratio = 1.0) can be obtained.

また、昇降圧コンバータ12は、降圧動作時には、平滑コンデンサC0を介してインバータ14から供給された直流電圧VH(システム電圧)を降圧して直流電源Bを充電する。より具体的には、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、スイッチング素子Q1のみがオンする期間と、スイッチング素子Q1,Q2の両方がオフする期間(または、スイッチング素子のQ2のオン期間)とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティー比に応じたものとなる。   Further, during the step-down operation, the step-up / down converter 12 steps down the DC voltage VH (system voltage) supplied from the inverter 14 via the smoothing capacitor C0 and charges the DC power supply B. More specifically, in response to switching control signals S1 and S2 from control device 30, only switching element Q1 is turned on and both switching elements Q1 and Q2 are turned off (or Q2 of the switching element). Of the ON period), and the step-down ratio corresponds to the duty ratio of the ON period.

平滑コンデンサC0は、昇降圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、システム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。   Smoothing capacitor C0 smoothes the DC voltage from step-up / down converter 12, and supplies the smoothed DC voltage to inverter 14. The voltage sensor 13 detects the voltage across the smoothing capacitor C 0, that is, the system voltage VH, and outputs the detected value to the control device 30.

インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0から直流電圧が供給されると制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Trqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。   When the torque command value of AC motor M1 is positive (Trqcom> 0), inverter 14 responds to switching control signals S3 to S8 from control device 30 when a DC voltage is supplied from smoothing capacitor C0. AC motor M1 is driven so as to output a positive torque by converting a DC voltage into an AC voltage by switching operation of elements Q3 to Q8. Further, when the torque command value of AC electric motor M1 is zero (Trqcom = 0), inverter 14 converts the DC voltage to the AC voltage by the switching operation in response to switching control signals S3 to S8, and the torque is zero. The AC motor M1 is driven so that Thus, AC electric motor M1 is driven to generate zero or positive torque designated by torque command value Trqcom.

さらに、モータ駆動システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomは負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC0を介して昇降圧コンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。   Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with motor drive system 100, torque command value Trqcom of AC electric motor M1 is set to a negative value (Trqcom <0). In this case, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage by a switching operation in response to the switching control signals S3 to S8, and converts the converted DC voltage (system voltage) to the smoothing capacitor C0. To the step-up / down converter 12. Regenerative braking here refers to braking involving regenerative power generation when the driver operating the electric vehicle performs a foot brake operation, or turning off the accelerator pedal while driving, although the foot brake is not operated. This includes decelerating the vehicle (or stopping acceleration) while generating regenerative power.

電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ24は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。   Current sensor 24 detects a motor current flowing through AC electric motor M <b> 1 and outputs the detected motor current to control device 30. Since the sum of instantaneous values of the three-phase currents iu, iv, and iw is zero, the current sensor 24 has a motor current for two phases (for example, a V-phase current iv and a W-phase current iw) as shown in FIG. It is sufficient to arrange it so as to detect.

回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角θに基づき交流電動機M1の回転数(回転速度)および角速度ω(rad/s)を算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。   The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle θ of the AC electric motor M 1 and sends the detected rotation angle θ to the control device 30. Control device 30 can calculate the rotational speed (rotational speed) and angular speed ω (rad / s) of AC electric motor M1 based on rotational angle θ. Note that the rotation angle sensor 25 may be omitted by directly calculating the rotation angle θ from the motor voltage or current by the control device 30.

制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPUで実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動システム100の動作を制御する。   The control device 30 is composed of an electronic control unit (ECU), and operates the motor drive system 100 by software processing by executing a pre-stored program by a CPU (not shown) and / or hardware processing by a dedicated electronic circuit. To control.

代表的な機能として、制御装置30は、入力されたトルク指令値Trqcom、電圧センサ10によって検出された直流電圧Vb、電流センサ11によって検出された直流電流Ib、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ24からのモータ電流iv,iw、回転角センサ25からの回転角θ等に基づいて、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。すなわち、昇降圧コンバータ12およびインバータ14を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、昇降圧コンバータ12およびインバータ14へ出力する。   As a representative function, the control device 30 includes the input torque command value Trqcom, the DC voltage Vb detected by the voltage sensor 10, the DC current Ib detected by the current sensor 11, and the system voltage detected by the voltage sensor 13. Based on VH, motor currents iv and iw from current sensor 24, rotation angle θ from rotation angle sensor 25, etc., AC motor M1 outputs torque according to torque command value Trqcom by a control method described later. The operation of the step-up / down converter 12 and the inverter 14 is controlled. That is, the switching control signals S1 to S8 for controlling the buck-boost converter 12 and the inverter 14 as described above are generated and output to the buck-boost converter 12 and the inverter 14.

昇降圧コンバータ12の昇圧動作時には、制御装置30は、システム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。   During the step-up operation of buck-boost converter 12, control device 30 performs feedback control of system voltage VH and generates switching control signals S1 and S2 so that system voltage VH matches the voltage command value.

また、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ14へ出力する。これにより、インバータ14は、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ12へ供給する。   In addition, when control device 30 receives signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from an external ECU, switching control signal S3-3 converts AC voltage generated by AC motor M1 into DC voltage. S8 is generated and output to the inverter 14. Thereby, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor M <b> 1 into a DC voltage and supplies it to the step-up / down converter 12.

さらに、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成し、昇降圧コンバータ12へ出力する。これにより、交流電動機M1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。   Further, when receiving a signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, control device 30 generates switching control signals S1 and S2 so as to step down the DC voltage supplied from inverter 14. , Output to the step-up / down converter 12. As a result, the AC voltage generated by AC motor M1 is converted to a DC voltage, stepped down, and supplied to DC power supply B.

(制御構造)
制御装置30による昇降圧コンバータ12の制御についてさらに詳細に説明する。
(Control structure)
The control of the buck-boost converter 12 by the control device 30 will be described in further detail.

図2は、本発明の実施の形態による制御装置30における昇降圧コンバータ12の制御構造を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a control structure of buck-boost converter 12 in control device 30 according to the embodiment of the present invention.

図2を参照して、制御装置30は、減算部302,306と、比例制御部(PI)304と、変調部(MOD)308と、ゲイン制御部310とを含む。   Referring to FIG. 2, control device 30 includes subtraction units 302 and 306, a proportional control unit (PI) 304, a modulation unit (MOD) 308, and a gain control unit 310.

減算部302は、図示しない目標値決定部からの電圧指令値VHを受け、電圧センサ13からシステム電圧VHを受ける。なお、電圧指令値VHは、トルク指令値Trqcomおよび回転数目標値に基づいて、インバータ14の要求電圧を算出することによって決定される。減算部302は、電圧指令値VHとシステム電圧VHとの差から電圧偏差を演算し、比例制御部(PI)304へ出力する。 Subtraction unit 302 receives voltage command value VH * from a target value determination unit (not shown), and receives system voltage VH from voltage sensor 13. Voltage command value VH * is determined by calculating a required voltage of inverter 14 based on torque command value Trqcom and rotation speed target value. The subtraction unit 302 calculates a voltage deviation from the difference between the voltage command value VH * and the system voltage VH, and outputs the voltage deviation to the proportional control unit (PI) 304.

比例制御部304は、少なくともPI制御ゲイン(比例ゲインおよび積分ゲイン)を含んで構成され、入力された電圧偏差に応じた操作信号を減算部306へ出力する。   The proportional control unit 304 includes at least a PI control gain (proportional gain and integral gain), and outputs an operation signal corresponding to the input voltage deviation to the subtraction unit 306.

減算部306は、比例制御部304から出力された操作信号を反転させ、直流電源Bの直流電圧Vb/電圧指令値VH(昇降圧コンバータ12における理論昇圧比の逆数)を加算して、デューティー比指令を出力する。このデューティー比指令は、昇降圧コンバータ12のスイッチング素子Q1のオン・デューティーを規定する制御指令である。 The subtracting unit 306 inverts the operation signal output from the proportional control unit 304 and adds the DC voltage Vb / voltage command value VH * (reciprocal of the theoretical step-up ratio in the step-up / down converter 12) of the DC power source B to obtain the duty ratio. Outputs the ratio command. This duty ratio command is a control command that defines the on-duty of the switching element Q1 of the buck-boost converter 12.

変調部308は、図示しない発振部が発生する搬送波(キャリア波)とデューティー比指令とを比較して、スイッチング制御信号S1,S2を生成して、昇降圧コンバータ12を制御する。   Modulating section 308 compares the carrier wave (carrier wave) generated by an oscillating section (not shown) with the duty ratio command, generates switching control signals S1 and S2, and controls buck-boost converter 12.

ゲイン制御部310は、交流電動機M1の運転状態に応じて、一連のシステム電圧VHのフィードバック制御に用いられるフィードバックゲイン(PI制御ゲイン)を変更する。これにより、以下に述べるように、交流電動機M1で発生する出力パワーの変動の影響を受けて、制御対象電圧であるシステム電圧VHの制御性が悪化するのを抑制することができる。   Gain control unit 310 changes a feedback gain (PI control gain) used for a series of feedback control of system voltage VH according to the operating state of AC electric motor M1. As a result, as described below, it is possible to suppress deterioration of the controllability of the system voltage VH, which is the voltage to be controlled, under the influence of fluctuations in the output power generated in the AC motor M1.

以下に、本実施の形態に従うゲイン制御部310によるPI制御ゲインの変更動作について説明する。   Hereinafter, the PI control gain changing operation by gain control section 310 according to the present embodiment will be described.

図1に示したモータ駆動システム100による交流電動機M1の制御構成として、制御装置30は、電流センサ24および回転角センサ25からの検出値に基づくフィードバック制御により、交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するようにインバータ14を制御する。   As a control configuration of AC electric motor M1 by motor drive system 100 shown in FIG. 1, control device 30 has AC motor M1 set to torque command value Trqcom by feedback control based on detection values from current sensor 24 and rotation angle sensor 25. The inverter 14 is controlled so as to output the corresponding torque.

しかしながら、このような制御構成においては、電流センサ24および回転角センサ25の組付け精度に起因して、センサから出力される検出値には誤差が重畳する場合がある。たとえば、回転角センサ25の検出誤差は、交流電動機M1に入力される電圧ベクトルに位相の変化を引き起こすこととなり、交流電動機M1の各相コイルを流れる電流を変動させる。そして、この電流変動は、交流電動機M1において出力パワーの変動を発生させる要因となる。   However, in such a control configuration, an error may be superimposed on the detection value output from the sensor due to the assembly accuracy of the current sensor 24 and the rotation angle sensor 25. For example, the detection error of the rotation angle sensor 25 causes a phase change in the voltage vector input to the AC motor M1, and the current flowing through each phase coil of the AC motor M1 is changed. And this current fluctuation becomes a factor which produces the fluctuation | variation of output power in AC electric motor M1.

このように検出誤差に起因して交流電動機M1のパワー変動が発生すると、昇降圧コンバータ12では、制御対象電圧であるシステム電圧VHが電圧指令値VHを中心として上下に変化する、すなわちシステム電圧VHの変動が引き起こされる。その結果、昇降圧コンバータ12の制御性が悪化してしまう。 When the power fluctuation of the AC motor M1 occurs due to the detection error in this way, in the buck-boost converter 12, the system voltage VH that is the voltage to be controlled changes up and down around the voltage command value VH * , that is, the system voltage. VH fluctuations are caused. As a result, the controllability of the buck-boost converter 12 is deteriorated.

その一方で、昇降圧コンバータ12のフィードバック制御系におけるPI制御ゲインには、たとえば、図3に示すような周波数特性を有するものがある。   On the other hand, some PI control gains in the feedback control system of the buck-boost converter 12 have a frequency characteristic as shown in FIG. 3, for example.

詳細には、図3を参照して、PI制御ゲインは、周波数f1[Hz]付近では基準値である「1」を超えている。そのため、この周波数f1を含む所定の周波数域では、フィードバック制御系が発振しやすい傾向となることから、該所定の周波数域で上述した交流電動機M1のパワー変動が発生した場合には、その影響を受けてシステム電圧VHの変動が他の周波数域と比較して顕著となる可能性がある。   Specifically, referring to FIG. 3, the PI control gain exceeds “1” that is the reference value in the vicinity of the frequency f1 [Hz]. For this reason, the feedback control system tends to oscillate easily in a predetermined frequency range including the frequency f1, and therefore, when the power fluctuation of the AC motor M1 described above occurs in the predetermined frequency range, the influence is affected. As a result, the fluctuation of the system voltage VH may become remarkable as compared with other frequency ranges.

このような交流電動機M1のパワー変動の影響を抑えるためには、実際にパワー変動の変動周波数を検出し、その検出した変動周波数をPI制御ゲインの周波数特性に照らして、PI制御ゲインが一定となるようにPI制御ゲインを変化させることが有効である。しかしながら、交流電動機M1のパワー変動の周波数を検出することは、制御装置30を構成するECUの処理負荷を増大させることから、高性能なECUが必要となる可能性がある。   In order to suppress the influence of the power fluctuation of the AC motor M1, the fluctuation frequency of the power fluctuation is actually detected, and the detected fluctuation frequency is compared with the frequency characteristic of the PI control gain so that the PI control gain is constant. It is effective to change the PI control gain so that However, detecting the frequency of power fluctuations of AC electric motor M1 increases the processing load of the ECU that constitutes control device 30, and therefore a high-performance ECU may be required.

そこで、本実施の形態に従うモータ駆動システムでは、より簡易に昇降圧コンバータ12の制御性を確保するための構成として、ゲイン制御部310は、交流電動機M1の運転状態から制御対象電圧であるシステム電圧VHの変動周波数を推定する。その一例として、本実施の形態では、ゲイン制御部310は、交流電動機M1のモータ回転数から制御対象電圧の変動周波数を推定する。   Therefore, in the motor drive system according to the present embodiment, as a configuration for ensuring the controllability of buck-boost converter 12 more simply, gain control unit 310 uses a system voltage that is a control target voltage from the operating state of AC electric motor M1. Estimate the fluctuation frequency of VH. As an example, in the present embodiment, gain control unit 310 estimates the fluctuation frequency of the control target voltage from the motor rotation speed of AC electric motor M1.

具体的には、回転角センサ25の検出値に誤差が重畳した場合には、該検出値から算出された実回転数は、平均回転数に対して、回転周期に比例した周期で変動する偏差を含んでいる。なお、この回転周期は、ロータが360度回転するのに必要な時間に相当し、回転角センサ25の検出値により定義される。たとえば、回転角センサ25の検出値が1.0次の誤差を含んでいる場合には、該検出値から算出された実回転数は、回転角センサ25の検出値の1周期に対して1周期の割合で変動する。   Specifically, when an error is superimposed on the detection value of the rotation angle sensor 25, the actual rotation speed calculated from the detection value is a deviation that fluctuates with a period proportional to the rotation period with respect to the average rotation speed. Is included. This rotation period corresponds to the time required for the rotor to rotate 360 degrees and is defined by the detection value of the rotation angle sensor 25. For example, when the detection value of the rotation angle sensor 25 includes a 1.0-order error, the actual rotation number calculated from the detection value is 1 for one cycle of the detection value of the rotation angle sensor 25. It fluctuates at the rate of the period.

そして、この実回転数の変動は、交流電動機M1の出力パワーを、回転周期に比例した周期で変動させる。したがって、交流電動機M1のモータ回転数がA[rpm]であるときに、回転角センサ25の検出値および交流電動機M1の極対数によって決まる変動周期(=1/変動周波数f)で、交流電動機M1のパワー変動が発生する場合には、このパワー変動の影響を受けて、昇降圧コンバータ12においても、この変動周波数fでシステム電圧VHが変動する可能性が高いことが予測される。すなわち、モータ制御に対するセンサの検出誤差の影響および交流電動機M1の極対数により、どのようなモータ回転数のときに、システム電圧VHがどのような変動周波数で変動するのかを推定することができる。   And the fluctuation | variation of this real rotation speed fluctuates the output power of AC electric motor M1 with the period proportional to a rotation period. Therefore, when the motor speed of the AC motor M1 is A [rpm], the AC motor M1 has a fluctuation cycle (= 1 / fluctuation frequency f) determined by the detected value of the rotation angle sensor 25 and the number of pole pairs of the AC motor M1. When the power fluctuation occurs, it is predicted that the system voltage VH is likely to fluctuate at the fluctuation frequency f in the buck-boost converter 12 due to the influence of the power fluctuation. That is, it is possible to estimate at what fluctuation frequency the system voltage VH fluctuates at what motor rotation speed, based on the influence of the detection error of the sensor on the motor control and the number of pole pairs of the AC motor M1.

そして、このようにシステム電圧VHの変動周波数fが推定されると、ゲイン制御部310は、図3に示したPI制御ゲインの周波数特性に照らして、推定された変動周波数fでのシステム電圧VHの変動(すなわち、制御性の悪化)が顕著となるか否かを判断する。そして、システム電圧VHの変動が顕著となると判断された場合には、ゲイン制御部310は、一定のゲインとなるようにPI制御ゲインを変更する(低下させる)。これにより、交流電動機M1で発生するパワー変動の影響を受けて、昇降圧コンバータ12の制御性が悪化するのを抑制することができる。   Then, when the fluctuation frequency f of the system voltage VH is estimated in this way, the gain controller 310 determines the system voltage VH at the estimated fluctuation frequency f in light of the frequency characteristic of the PI control gain shown in FIG. It is determined whether or not the fluctuation (that is, the deterioration of controllability) becomes significant. When it is determined that the fluctuation of the system voltage VH becomes significant, the gain control unit 310 changes (decreases) the PI control gain so as to obtain a constant gain. Thereby, it can suppress that the controllability of the buck-boost converter 12 deteriorates under the influence of the power fluctuation which generate | occur | produces in AC electric motor M1.

(変更例)
なお、上述した実施の形態では、システム電圧VHの変動が顕著となると判断された場合には、昇降圧コンバータ12におけるPI制御ゲインを変更する構成としたが、モータ制御の制御応答性を低下させる構成としても、同様の効果を得ることが可能となる。
(Example of change)
In the above-described embodiment, when it is determined that the fluctuation of the system voltage VH becomes significant, the PI control gain in the buck-boost converter 12 is changed. However, the control response of motor control is reduced. Even in the configuration, the same effect can be obtained.

具体的には、モータ制御におけるフィードバックゲインを変更すること、もしくは、電流センサ24の検出値をフィルタリングすることによって検出誤差を除去することによって、検出誤差に起因した交流電動機M1のパワー変動を抑制することができる。この結果、システム電圧VHの変動を抑えることができるため、昇降圧コンバータ12の制御性が悪化するのを抑制することができる。   Specifically, the power fluctuation of the AC motor M1 caused by the detection error is suppressed by changing the feedback gain in the motor control or by removing the detection error by filtering the detection value of the current sensor 24. be able to. As a result, fluctuations in system voltage VH can be suppressed, so that the controllability of buck-boost converter 12 can be suppressed from deteriorating.

以上のように、この発明の実施の形態によれば、交流電動機の運転状態から昇降圧コンバータの制御対象電圧の変動周波数を推定するとともに、昇降圧コンバータにおけるフィードバックゲインの周波数特性に照らして、制御対象電圧の変動が顕著となると判断される周波数域でのフィードバックゲインを変更する、もしくはモータ制御の制御応答性を変更することにより、簡易な装置構成で、昇降圧コンバータの制御性が悪化するのを抑制することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the fluctuation frequency of the control target voltage of the buck-boost converter is estimated from the operating state of the AC motor, and the control is performed in light of the frequency characteristics of the feedback gain in the buck-boost converter. By changing the feedback gain in the frequency range where the fluctuation of the target voltage is judged to be significant, or changing the control response of the motor control, the controllability of the buck-boost converter deteriorates with a simple device configuration Can be suppressed.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による制御装置における昇降圧コンバータの制御構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of the buck-boost converter in the control apparatus by embodiment of this invention. 昇降圧コンバータのフィードバック制御系におけるPI制御ゲインの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of PI control gain in the feedback control system of a buck-boost converter.

符号の説明Explanation of symbols

5 アース線、6,7 電力線、10♯ 直流電圧発生部、10 電圧センサ、11,24 電流センサ、12 昇降圧コンバータ、13 電圧センサ、14 インバータ、15 U相上下アーム、16 V相上下アーム、17 W相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置、100 モータ駆動システム、302,306 減算部、304 比例制御部、308 変調部、310 ゲイン制御部、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D3 逆並列ダイオード、L1 リアクトル、M1 交流電動機、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、SR1,SR2 システムリレー。   5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10 # DC voltage generator, 10 Voltage sensor, 11, 24 Current sensor, 12 Buck-boost converter, 13 Voltage sensor, 14 Inverter, 15 U phase upper and lower arm, 16 V phase upper and lower arm, 17 W-phase upper / lower arm, 25 rotation angle sensor, 30 control device, 100 motor drive system, 302, 306 subtraction unit, 304 proportional control unit, 308 modulation unit, 310 gain control unit, C0, C1 smoothing capacitor, D1-D3 reverse Parallel diode, L1 reactor, M1 AC motor, Q1-Q8 power semiconductor switching element, SR1, SR2 system relay.

Claims (1)

モータと、
前記モータを駆動制御する駆動回路と、
前記駆動回路への入力電圧を可変する電圧変換装置と、
電圧指令値に対する前記入力電圧の偏差に応じて、前記入力電圧をフィードバック制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記入力電圧の変動周波数を前記モータの運転状態から推定するとともに、前記フィードバック制御における制御ゲインの周波数特性に照らして、推定した変動周波数での前記入力電圧の変動が大きいと予測される場合には、前記フィードバック制御における制御ゲイン、および前記モータの駆動制御における制御応答性のいずれかを変化させる、モータ駆動システム。
A motor,
A drive circuit for driving and controlling the motor;
A voltage converter that varies an input voltage to the drive circuit;
A control device that feedback-controls the input voltage according to a deviation of the input voltage with respect to a voltage command value;
The control device estimates the fluctuation frequency of the input voltage from the operating state of the motor and predicts that the fluctuation of the input voltage at the estimated fluctuation frequency is large in light of the frequency characteristic of the control gain in the feedback control. If so, a motor drive system that changes either the control gain in the feedback control or the control responsiveness in the drive control of the motor.
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