JP2012034523A - 回転機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操作状態決定部34の評価関数Jは、電圧ベクトルVi(i=0〜7)のそれぞれに対応する予測電流ide,iqeと指令電流idr,iqrとの差が小さいほど、該当する電圧ベクトルを高く評価する。評価関数Jの評価が最も高い電圧ベクトルが次回の操作状態に設定される。車両の低速度走行時において、操作状態の更新可能周期を低下させることで、モータジェネレータ10やインバータIVの生じるノイズを低周波側にシフトさせる。
【選択図】 図1
Description
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機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。
「1.モデル予測制御を用いた制御量の制御」
上記制御装置20は、モータジェネレータ10のトルクを要求トルクTrに制御すべく、インバータIVを操作する。詳しくは、要求トルクTrを実現するための指令電流となるようにインバータIVを操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ10のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ10を流れる電流を直接の制御量としてこれを指令電流に制御する。特に、本実施形態では、モータジェネレータ10を流れる電流を指令電流に制御すべく、インバータIVの操作状態を仮設定した場合についてのモータジェネレータ10を流れる電流を予測し、予測電流と指令電流との差に基づきインバータIVの実際の操作状態を決定するモデル予測制御を行う。
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。
「2.音圧制御」
本実施形態では、車両の低速度走行時において、モータジェネレータ10やインバータIVによって生じるノイズを、人に感知されやすい周波数帯域において特に大きくなるようにすることを考える。これは、低速度走行時においては、駆動輪と路面との摩擦音等が小さいために、摩擦音等によっては、車両の周囲に車両が接近していることを気づかせるには十分でないためである。上記ノイズのうち人に感知されやすい周波数帯域を大きくする制御は、上記モデル予測制御における操作状態の更新可能周期(制御周期Tc)を操作することで行うことができる。
<第2の実施形態>
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。
<第3の実施形態>
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。
<第4の実施形態>
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。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第4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。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第3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。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第6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。
<第8の実施形態>
以下、第8の実施形態について、先の第4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。
<第9の実施形態>
以下、第9の実施形態について、先の第4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。
<第10の実施形態>
以下、第10の実施形態について、先の第9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。
<その他の実施形態>
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。
「変動手段について」
制御周期Tcを変動させる手段としては、制御周期Tcを周期的に変動させるものに限らない。例えば一度の低下処理期間において変動させる数よりも多い数の制御周期Tcの値が記憶された手段を用いて非周期的に変動させるものであってもよい。
「効率低下手段について」
効率の低下手法としては、トルクを要求トルクTrに維持しつつ効率を低下させるものに限らない。例えば、指令電流idr,iqrの位相をずらすことで効率を低下させる手段であってもよい。
「効率低下の制限時の処理について」
効率低下の制限時の処理としては、トルクを変動させる処理に限らない。例えば、低速度領域において制御周期Tcを伸長させる場合において、効率低下の制限時に閾値ethを増加させる処理を行ってもよい。これにより、スイッチング周波数がさらに低下するため、電流のリプルが大きくなり、ひいては音圧を大きくすることができる。同様に、低速度領域において閾値ethを増加させる処理を行う場合において、効率低下の制限時に制御周期Tcを伸長させる処理を行ってもよい。
「変動トルク設定手段について」
トルクの振幅値Taを可変設定するに際し、要求トルクTrに代えて、q軸電流を用いてもよい。これは、q軸電流が小さい場合、電流のリプルが小さくなり、ひいては音圧が低下すると考えられることによる。
「スイッチング状態の切り替え周波数の強制的な低下条件について」
上記各実施形態では、車両の走行速度が規定速度以下である場合に強制的な低下処理を行ったが、これに限らない。例えば、内燃機関を搭載している車両においては、車両の走行速度が規定速度以下である旨の条件と内燃機関が停止状態にある旨の条件との論理積が真である場合に強制的な低下処理を行ってもよい。
「低下手段について」
低下処理としては、「0.5〜8kHz」の領域の音圧がこれに隣接する高周波領域の音圧よりも大きくなると想定されるものに開ループ制御するものに限らない。例えば、モータジェネレータ10やインバータIVからの音を検出する手段を備え、音圧のフィードバック制御を行うものであってもよい。
「維持手段について」
維持手段としては、先の図4に示す処理を行うものに限らない。例えば、誤差ベクトルedqのノルム|edq|が閾値eth以下である場合に現在のスイッチング状態を維持して且つ、閾値ethを上回る場合には全ての操作状態(電圧ベクトルV0〜V7)の中から評価関数Jの評価が最も高いものを選択する処理であってもよい。
「評価関数について」
評価関数としては、入力パラメータとしての制御量とその指令値との差の各成分の2乗の和にも限らない。例えば制御量とその指令値との差の絶対値であってもよい。要は、入力パラメータとしての制御量とその指令値との差が大きいほど評価が低いことを定量化するものであればよい。
「予測手段について」
・上記各実施形態では、インバータIVの操作状態についての次の更新タイミング(1制御周期先のタイミング)におけるインバータIVの操作による制御量を予測したがこれに限らない。例えば数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータIVの操作による制御量まで順次予測することで、1制御周期先の更新タイミングにおける操作状態を決定してもよい。
「電力変換回路について」
互いに相違する値を有する電圧を印加する複数の電圧印加手段と回転機の各端子との間を選択的に開閉するスイッチング素子を備える電力変換回路としては、インバータIVに限らない。例えば、3つ以上の互いに相違する値の電圧を印加する電圧印加手段と回転機の各端子とを選択的に開閉するスイッチング素子を備えるものであってもよい。なお、回転機の各端子に3つ以上の互いに相違する値の電圧を印加するための電力変換回路としては、例えば特開2006−174697号公報に例示されているものがある。
「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 (16)
- 互いに相違する値を有する電圧を印加する複数の電圧印加手段と車載主機としての回転機の端子とを選択的に開閉するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作対象とし、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合についての前記回転機の制御量を前記回転機のモデルに基づき予測する予測手段と、前記予測された制御量と該制御量の指令値とに基づき、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てモデル予測制御によって前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、
車両の走行速度が規定速度以下となることを条件に、前記スイッチング素子のスイッチング状態の切り替え周波数を強制的に低下させる低下手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記低下手段は、前記電力変換回路の操作に起因して生じる音圧についての0.5〜8kHzの周波数領域における最大値が該領域に隣接する高周波領域における値と比較して大きくなるようにするものであることを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記低下手段は、前記スイッチング素子のスイッチング状態の切り替え周波数を低下制御するための操作を、前記操作状態の更新可能周期の伸長操作とする伸長操作手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。
- 前記操作手段は、前記予測された制御量と該制御量の指令値との偏差が閾値以下となることを条件に、現在のスイッチング状態を維持する維持手段を備え、
前記低下手段は、前記スイッチング素子のスイッチング状態の切り替え周波数を低下制御するための操作を、前記閾値の増加操作とする増加操作手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記低下手段は、前記強制的な低下のための操作量の変更量を変動させる変動手段を備え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。
- 前記モデル予測制御における前記制御量の指令値は、前記回転機を流れる電流を含み、
前記低下手段による低下制御時において、前記電流の指令値を、前記回転機の効率が低下するように変更する効率低下手段をさらに備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記効率低下手段は、前記回転機のトルク、前記車両の重量、前記車両の走行状況の少なくとも1つに応じて前記効率の低下量を可変設定することを特徴とする請求項6記載の回転機の制御装置。
- 前記回転機および前記電力変換回路の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記効率低下手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が規定温度以上となる場合に前記効率の低下を制限することを特徴とする請求項6または7記載の回転機の制御装置。 - 前記複数の電圧印加手段は、電池を備えて構成されており、
前記電池の残存容量が少ない場合、前記効率の低下を制限する容量確保手段を備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記モデル予測制御は、前記回転機のトルクを要求トルクに制御するものであり、
前記低下手段による低下制御時、前記モデル予測制御に対する入力パラメータとしてのトルクの指令値を周期的に変化させつつその平均値を前記要求トルクとする変動トルク設定手段をさらに備え、
前記変動トルク設定手段は、前記効率の低下が制限される状況下、前記トルクの指令値を周期的に変化させる処理を行うことを特徴とする請求項8または9記載の回転機の制御装置。 - 前記モデル予測制御は、前記回転機のトルクを要求トルクに制御するものであり、
前記低下手段による低下制御時、前記モデル予測制御に対する入力パラメータとしてのトルクの指令値を周期的に変化させつつその平均値を前記要求トルクとする変動トルク設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記変動トルク設定手段は、前記回転機のトルク、前記車両の重量、前記車両の走行状況の少なくとも1つに応じて前記トルクの指令値の周期的な変化量を可変設定することを特徴とする請求項10または11記載の回転機の制御装置。
- 前記車両の外部の音圧分布を検出する音圧分布検出手段をさらに備え、
前記低下手段は、前記音圧分布検出手段による検出結果に基づき、前記スイッチング状態の切り替え周波数の低下量を可変設定す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。 - 前記車両の外部の音圧分布を検出する音圧分布検出手段をさらに備え、
前記効率低下手段は、前記音圧分布検出手段による検出結果に基づき、前記効率の低下量を可変設定することを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記車両の外部の音圧分布を検出する音圧分布検出手段をさらに備え、
前記変動トルク設定手段は、前記音圧分布検出手段による検出結果に基づき、前記トルクの指令値の周期的な変化量を可変設定することを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記電力変換回路は、直流電源の正極および負極のそれぞれに前記回転機の端子を選択的に接続するスイッチング素子を備えるものであることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
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