JP2018201321A - 回転電機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係る制御装置を車両に搭載した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図7(a)を用いて、界磁指令電流If*を入力とし、界磁電流Ifrを出力とする閉ループ伝達関数Gcf(s)について説明する。G1(s)で表される第1伝達関数101は、界磁電流偏差ΔIfを入力とし、界磁電流偏差ΔIfを0にフィードバック制御するための操作量である界磁巻線32の印加電圧Vfを出力する。第1伝達関数101が界磁電流制御部81に相当する。
開ループ伝達関数のゲイン交差角周波数が高いほど、応答性が高くなる。このため、ゲイン交差角周波数で応答性の高低を定めてもよい。なお、界磁電流制御系を例にして説明すると、この制御系の開ループ伝達関数Gof(s)は、下式(eq3)で表される。
・図10のステップS17において、回転電機30のトルクTrqrを指令トルクTrq*に制御するために、d,q軸指令電流Id*,Iq*を調整してもよい。
以下、第2実施形態について、上記第1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。本実施形態では、界磁電流制御系の応答性が、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高い。ここで、矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも低くなるのは、例えば、相電圧に含まれる基本波成分と変調率との間に比例関係がなくなる変調率において矩形波制御が実施されるためである。なお、本実施形態において、バッテリ20は、その定格電圧(例えば48V)が第1実施形態よりも高いものを想定している。このことが、界磁電流制御系の応答性が、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高くなることに寄与している。
・図13のステップS20において、d,q軸指令電流Id*,Iq*を現在設定されているd,q軸指令電流Id*,Iq*に固定してもよい。
以下、第3実施形態について、上記各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。本実施形態では、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の矩形波電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、切替後の正弦波電流制御系の応答性が、界磁電流制御系の応答性よりも高い。
図15において、正弦波制御から矩形波制御への切り替え時、又は矩形波制御から正弦波制御への切り替え時のいずれかにおける移行制御を実施しなくてもよい。
以下、第4実施形態について、上記各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。本実施形態では、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、切替後の矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の正弦波電流制御系の応答性よりも高い。
図16において、正弦波制御から矩形波制御への切り替え時、又は矩形波制御から正弦波制御への切り替え時のいずれかにおける移行制御を実施しなくてもよい。
以下、第5実施形態について、上記各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。本実施形態では、図17に示すように、界磁通電回路42はハーフブリッジ回路である。なお、図17において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第6実施形態について、上記各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。本実施形態では、図18に示すように、回転電機が2つのステータ巻線群を備えている。このため、制御システムは、第1インバータ40A及び第2インバータ40Bを備えている。なお、図18において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、図18では、界磁通電回路41及び制御装置60等の図示を省略している。
以下、第7実施形態について、上記第1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1実施形態では、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い構成において、正弦波制御及び矩形波制御のうち一方から他方への切り替え前後にて、界磁指令電流If*を固定した。本実施形態では、制御の切り替え前後において、界磁指令電流If*を徐変させる。ただし、制御の切り替え前後において、界磁電流の変化量dIfに対応する回転電機30のトルク変化量が、ステータ巻線に流れる電流の変化量dIsに対応するトルク変化量よりも小さくなるようにする。
以下、第8実施形態について、上記第2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。本実施形態では、界磁電流制御系の応答性が正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高い構成において、制御の切り替え前後にて、指令電圧位相δ又はd,q軸指令電流Id*,Iq*を徐変させる。ただし、制御の切り替え前後において、ステータ巻線に流れる電流の変化量dIsに対応するトルク変化量dTsが、界磁電流の変化量dIfに対応するトルク変化量dTfよりも小さくなるようにする。
以下、第9実施形態について、上記第3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。本実施形態では、第7,第8実施形態と同様に、制御の切り替え前後において、界磁指令電流If*又は指令電圧位相δ*を徐変させる。なお、本実施形態では、第3実施形態と同様に、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の矩形波電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、切替後の正弦波電流制御系の応答性が、界磁電流制御系の応答性よりも高い。
以下、第10実施形態について、上記第4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。本実施形態では、第7,第8実施形態と同様に、制御の切り替え前後において、界磁指令電流If*又はd,q軸指令電流Id*,Iq*を徐変させる。なお、本実施形態では、第4実施形態と同様に、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、切替後の矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の正弦波電流制御系の応答性よりも高い。
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。
Claims (18)
- 界磁巻線(32)及びステータ巻線(34U〜34W,34UA〜34WB)を有する回転電機(30)と、
直流電源(20)と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行うインバータ(40,40A,40B)と、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置(60)において、
前記界磁巻線に流れる界磁電流をその指令値である界磁指令電流に制御する界磁制御部(80〜82)と、
前記回転電機のトルク、前記直流電源と前記インバータとの間に流れる直流電流又は前記回転電機の電力のいずれかを主制御量とし、前記ステータ巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の振幅を前記直流電源の電圧で規格化した値を変調率とする場合において、前記変調率が1よりも大きいとき、前記主制御量を指令制御量に制御するための指令値に基づいて、前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第1制御部(90〜92)と、
前記変調率が、前記第1制御部の制御が行われる場合の前記変調率よりも小さいとき、前記主制御量を前記指令制御量に制御するための指令値に基づいて、正弦波PWM制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第2制御部(70〜75)と、
前記第1制御部及び前記第2制御部のうち、一方の制御部を切替前制御部とし、他方の制御部を切替後制御部とし、前記切替前制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系、前記切替後制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系及び前記界磁制御部の制御により前記界磁電流を制御量として制御する制御系のうち、制御量の応答性が最も低い制御系に対応する制御部を低応答制御部とする場合において、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御に切り替えるとき、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記低応答制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記低応答制御部により制御して、かつ、前記切替前制御部、前記切替後制御部及び前記界磁制御部のうち前記低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられる前記指令値を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する移行制御処理を行う移行制御部と、を備える回転電機の制御装置。 - 前記第2制御部は、前記変調率と前記基本波成分の振幅との比例関係が維持されている場合、前記正弦波PWM制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御する請求項1に記載の回転電機の制御装置。
- 前記低応答制御部は、前記界磁制御部であり、
前記移行制御処理は、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第1制御部又は前記第2制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。 - 前記低応答制御部は、前記切替後制御部であり、
前記移行制御処理は、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。 - 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項4に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項4に記載の回転電機の制御装置。
- 前記切替前制御部が前記第2制御部であり、前記切替後制御部及び前記低応答制御部が前記第1制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第2制御部の制御から前記第1制御部の制御への切り替え前後において、前記第1制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記第1制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記第1制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記第1制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項7に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記第1制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記第1制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項7に記載の回転電機の制御装置。
- 前記切替前制御部が前記第1制御部であり、前記切替後制御部が前記第2制御部であり、前記低応答制御部が前記界磁制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第1制御部の制御から前記第2制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第1制御部又は前記第2制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1,2又は7に記載の回転電機の制御装置。
- 前記切替前制御部が前記第2制御部であり、前記切替後制御部が前記第1制御部であり、前記低応答制御部が前記界磁制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第2制御部の制御から前記第1制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第1制御部又は前記第2制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記界磁指令電流を固定しつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第1制御部又は前記第2制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項3,10,11のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記界磁指令電流を徐変させつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第1制御部又は前記第2制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項3,10,11のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
- 前記切替前制御部が前記第1制御部であり、前記切替後制御部及び前記低応答制御部が前記第2制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第1制御部の制御から前記第2制御部の制御への切り替え前後において、前記第2制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記第2制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項1,2又は7に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記第2制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記第2制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項14に記載の回転電機の制御装置。
- 前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記第2制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記第2制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項14に記載の回転電機の制御装置。
- 前記第1制御部、前記第2制御部及び前記移行制御部それぞれで用いられる前記指令値が前記回転電機の駆動状態と関係付けられて記憶されている記憶部(61)と、
前記駆動状態を取得する取得部と、を備え、
前記界磁制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されている前記指令値としての前記界磁指令電流と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記界磁指令電流を設定し、
前記第1制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されてかつ前記第1制御部で用いられる前記指令値である第1指令値と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記第1指令値を設定し、
前記第2制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されてかつ前記第2制御部で用いられる前記指令値である第2指令値と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記第2指令値を設定し、
前記移行制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されている前記指令値とに基づいて、前記低応答制御部で用いられてかつ取得された前記駆動状態に対応する前記指令値と、前記切替前制御部、前記切替後制御部及び前記界磁制御部のうち前記低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられてかつ取得された前記駆動状態に対応する前記指令値とを設定する請求項1〜16のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 - 前記インバータは、上アームスイッチ(SUp〜SWp,SUp1〜SWp2)及び下アームスイッチ(SUn〜SWn,SUn1〜SWn2)の直列接続体を有し、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチングにより、前記直流電源と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行い、
前記第1制御部は、前記上アームスイッチがオンされてかつ前記下アームスイッチがオフされる状態と、前記上アームスイッチがオフされてかつ前記下アームスイッチがオンされる状態とを前記回転電機の電気角1周期において1回ずつ出現させるとの条件を課して前記ステータ巻線に流れる電流を制御する請求項1〜17のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
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2018
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