JP2011199999A - 回転機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現在の操作状態を表現する電圧ベクトルV(n)を次回の操作状態に仮設定して(ステップS10)、予測電流ベクトルIdqeと指令電流ベクトルIdqrとの誤差ベクトルedqのノルム|edq|が閾値eth以下であるか否かを判断する(ステップS18)。そして、閾値eth以下である場合、予測電流ベクトルIdqeのノルム|Idqe|と指令電流ベクトルIdqrのノルム|Idqr|との大小が反転するか否かを判断する(ステップS20)。ステップS18で否定判断される場合や、ステップS20において肯定判断される場合、電圧ベクトルV(n+1)の変更を検討する(ステップS22)。
【選択図】 図6
Description
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq=ωLdid (R+pLq)iq +ωφ …(c2)
pid
=−(R/Ld)id +ω(Lq/Ld)iq +vd/Ld …(c3)
piq
=−ω(Ld/Lq)id−(Rd/Lq)iq+vq/Lq−ωφ/Lq…(c4)
ちなみに、上記の式(c1)、(c2)において、抵抗R、微分演算子p、d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq及び電機子鎖交磁束定数φを用いた。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<ゼロ電圧ベクトル優先手段について>
ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態が有効電圧ベクトルにて表現される操作状態のいずれよりも優先度が高いとする条件としては、上記各実施形態で例示した条件に限らない。例えば、誤差ベクトルedqのノルムが閾値ethよりも大きくなるときの実際の操作状態を表現するベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件としてもよい。また、この条件と、以下の条件aとの論理和が真である旨の条件としたり、条件aのみとしたりしてもよい。
<状態維持優先手段について>
状態維持優先手段としては、誤差ベクトルedqのノルムが閾値eth以下であって且つ状態遷移許可フラグFがオフである場合に現在の操作状態を維持するものに限らない。例えば、所定の条件が成立する場合の評価関数Jを、現在の操作状態の評価が高くなりやすいように構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Jに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Jとして、現在の操作状態に関する評価関数Jに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
<有効電圧ベクトル優先手段について>
有効電圧ベクトル優先手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、誤差ベクトルedqのノルムが閾値ethよりも大きくて且つ、そのときの操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルであることを条件に、平均電圧ベクトルVaとのなす角度の小さい有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価が高くなりやすいように評価関数Jを構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Jに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Jとして、上記条件の成立時には、上記有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価関数Jに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
<減算値状態遷移判断手段について>
状態遷移許可フラグFをオンとする所定の条件としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば誤差ベクトルedqがゼロとなる点を始点とした有効電圧ベクトルのうち平均電圧ベクトルVaとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルedqの終点が変位することを条件としてもよい。また例えば、上記一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルedqの終点が変位した後、さらにその領域から外に誤差ベクトルedqが変位することを条件としてもよい。
<状態遷移時優先手段について>
状態遷移時優先手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば状態遷移許可フラグFがオンとなることを条件に、平均電圧ベクトルVaとのなす角度の小さい有効電圧ベクトルにて表現される操作状態であって且つ現在の操作状態でないものに関する評価が高くなりやすいように評価関数Jを構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Jに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Jとして、上記条件の成立時には、上記有効電圧ベクトルにて表現される操作状態であって且つ現在の操作状態でないものに関する評価関数Jに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
<操作手段について>
ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態が有効電圧ベクトルにて表現される操作状態のいずれよりも優先度が高いとする手段が、誤差ベクトルedqのノルムが閾値ethよりも大きくなる旨を条件とするものに限らない。
<禁止手段について>
スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が1よりも大きくなることを禁止する禁止手段としては、先の図8や図16に例示したロジックにて構成されるものに限らない。例えば、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が1以下となる操作状態の全てを都度の制御周期における制御量の予測対象として且つ、予測対象としない操作状態への切り替えを禁止するロジックであってもよい。この場合であっても、ゼロ電圧ベクトル優先手段や有効電圧ベクトル優先手段等を備えることで、先の図8や図16の処理と同様の制御を行なうことが可能である。
1.電流に関するパラメータを入力とするもの
平均電圧方向算出手段としては、電流の微分演算項を除去した電圧方程式に、指令電流を入力するものに限らない。例えばモータジェネレータ10を流れる電流の検出値を入力としてもよい。ただし、この際、電流の検出値をフィルタ処理することが望ましい。
ちなみに、上記の式(c5)は、電流ベクトルIαβと現在の電圧ベクトルViとの関係を示す下記の式(c6)において、電流ベクトルIαβを除去し、また、電圧ベクトルViをゼロ電圧ベクトルとしたものである。
さらに、電流に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、指令電流ベクトルIdqrから検出電流ベクトルIdqを減算した誤差ベクトルedqについてのインバータIVの操作状態がゼロ電圧ベクトルである期間における変化方向を算出するものであってもよい。
2.電圧に関するパラメータを入力とするもの
電圧に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、インバータIVの実際の操作状態を表現する電圧ベクトルの単純移動平均処理によって算出するものに限らない。例えば所定回数以上前のものについては小さい重み係数をつけた指数移動平均によって算出するものであってもよい。もっとも、平均電圧ベクトルの方向を特定する上では、平均化処理自体は必須ではない。
3.平均電圧ベクトルVaの定義について
平均電圧ベクトルVaとしては、インバータIVの出力電圧のうち電気角周波数を有する基本波成分に限らない。例えば、基本波成分であるか否かに限らず、一般に、電流等の制御量の指令値を実現する上で要求されるインバータIVの出力電圧についての1電気角周期よりも短く且つ制御周期Tcよりも長いタイムスケールにおける平均値としてもよい。具体的には例えば、過変調領域において、基本波を前提とする電流の指令値(上記指令電流idr,iqr)に第6次高調波電流を重畳したものを実現するための電圧の平均値としてもよい。なお、過変調領域において第6次高調波を指令値に重畳することについては、例えば「インバータの過変調領域を考慮したモデル予測制御に基づくPMSMの高応答トルク制御系:穂積、石田、道木、大熊、平成21年電気学会産業応用部門大会」に記載がある。
<制御量について>
・指令値と予測値とに基づきインバータIVの操作を決定するために用いる制御量としては、電流に限らない。例えば、トルクおよび磁束であってもよい。この場合、磁束指令値は、例えば最大トルク制御を実現可能なように設定すればよい。こうした処理を行なう場合であっても、トルクや磁束が許容範囲から外れる場合に操作状態の変更を平均電圧ベクトルVaに基づき検討することは有効である。
<予測手段について>
・上記各実施形態では、電流の検出タイミングをインバータIVの操作状態の更新タイミングに同期させたがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接する各一対の更新タイミング間の中央のタイミングにおいて電流を検出するようにしてもよい。この場合であっても、次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に伴う電流の予測の初期値として、次回の更新タイミングにおける電流を上記検出された電流に基づき予測することは有効である。
<その他>
・回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。
Claims (13)
- 回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置において、
前記制御量は、前記回転機を流れる電流を含み、
前記電力変換回路の平均的な出力電圧ベクトルの方向を算出する平均電圧方向算出手段と、
前記回転機を流れる電流の指令値から前記予測手段による前記電流の予測値を減算した減算値がゼロとなる点を前記平均的な出力電圧ベクトルおよび有効電圧ベクトルの始点とした場合の前記平均的な出力電圧ベクトルに隣接する一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域から前記減算値が離間する所定の条件が成立するか否かを判断する減算値状態遷移判断手段とを備え、
前記操作手段は、前記減算値状態遷移判断手段によって前記所定の条件が成立すると判断される場合、前記一対の有効電圧ベクトルによって表現される操作状態であって且つ前記電力変換回路の現在の操作状態ではないものを前記実際の操作状態の決定に関する優先度が最も高いとする状態遷移時優先手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記操作手段は、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度が高いとする状態維持優先手段を備え、
前記状態遷移時優先手段は、前記減算値状態遷移判断手段によって前記所定の条件が成立すると判断される場合、前記一対の有効電圧ベクトルによって表現される操作状態であって且つ前記電力変換回路の現在の操作状態ではないものの優先度を前記現在の操作状態の優先度よりも高いとすることを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。 - 前記電力変換回路の操作状態として現在の操作状態を設定した場合の前記制御量の予測値と前記制御量の指令値との差が許容範囲から外れるか否かを判断する許容範囲判断手段を更に備え、
前記状態維持優先手段は、前記許容範囲判断手段によって前記差が許容範囲内にあると判断されることを条件に、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度を最も高いとすることを特徴とする請求項2記載の回転機の制御装置。 - 前記状態維持優先手段は、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度を最も高いとする場合、前記電力変換回路の現在の操作状態を前記実際の操作状態として決定することを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。
- 前記状態遷移時優先手段は、前記一対の有効電圧ベクトルによって表現される操作状態であって且つ前記電力変換回路の現在の操作状態ではないものの優先度が最も高いとするときに該操作状態を前記予測手段による予測対象に設定するものであって且つ、該設定する予測対象に関する予測値と指令値との差が許容範囲内にある場合、前記一対の有効電圧ベクトルによって表現される操作状態であって且つ前記電力変換回路の現在の操作状態ではないものを実際の操作状態として決定することを特徴とする請求項3または4記載の回転機の制御装置。
- 前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態が有効電圧ベクトルによって表現されるものであることを条件に、ゼロ電圧ベクトルによって表現される操作状態の優先度を最も高いとするゼロ電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態がゼロ電圧ベクトルによって表現されるものであることを条件に、前記一対の有効電圧ベクトルによって表現される操作状態の少なくとも一方を最も優先度の高いものとする有効電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記所定の条件は、前記指令値のベクトルノルムと前記予測値のベクトルノルムとの大小関係が反転する旨の条件であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記所定の条件は、前記平均的な出力電圧ベクトルの方向に直交して且つ前記減算値がゼロとなる点を通る直線に前記減算値が到達する旨の条件であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記電力変換回路の実際の操作状態を決定するに際し、スイッチング状態が切り替えられる前記スイッチング素子に接続される前記回転機の端子数が1よりも大きくなることを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記予測手段は、前記禁止手段によって禁止される操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであることを特徴とする請求項10記載の回転機の制御装置。
- 前記予測手段は、前記優先度の低い操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであり、
前記操作手段は、前記予測対象とされたものの中から実際の操作状態を決定することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記予測手段は、
前記電力変換回路の操作状態を設定する場合の前記制御量を予測する第1予測手段と、
前記操作手段によって用いられることが既に決定された操作状態を入力として前記第1予測手段による予測に用いる初期値を予測する第2予測手段と
を備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
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