JP2020137234A - Drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.
従来、この種の駆動装置としては、モータを駆動するインバータをPWM制御と矩形波制御とを切り替えて制御する駆動装置において、PWM制御から矩形波制御に切り替える際には、PWM制御の電圧波形の位相および振幅を求めると共に、現在のモータトルクと同等のトルクを生じさせる矩形波の位相を求め、PWM制御の電圧波形から矩形波に向けて位相および振幅を同時かつ連続的に変更するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a drive device of this type, in a drive device that controls an inverter that drives a motor by switching between PWM control and square wave control, when switching from PWM control to square wave control, the voltage waveform of PWM control is used. It is proposed to find the phase and amplitude, find the phase of a square wave that produces a torque equivalent to the current motor torque, and change the phase and amplitude from the PWM-controlled voltage waveform toward the square wave simultaneously and continuously. (See, for example, Patent Document 1).
上述の駆動装置では、PWM制御から矩形波制御に切り替える際に、PWM制御の電圧波形から矩形波に向けて位相および振幅を同時かつ連続的に変更するから、モータのトルク変動が大きくなることがある。これは、一般に、モータの等トルクとなる振幅と位相との関係が非線形であるためである。また、上述の駆動装置では、PWM制御から矩形波制御に切り替えるために変調率を徐々に増加させると、モータの電気1周期のパルス数が減少してインバータの複数のスイッチング素子のスイッチングのために設けられるデッドタイムの数が減少する際に、デッドタイムがモータに印加される実電圧に与える影響が変化し、モータのトルク変動が大きくなることがある。 In the above-mentioned drive device, when switching from PWM control to square wave control, the phase and amplitude are changed simultaneously and continuously from the voltage waveform of PWM control toward the square wave, so that the torque fluctuation of the motor may become large. is there. This is because the relationship between the amplitude and the phase, which are equal torques of the motor, is generally non-linear. Further, in the above-mentioned drive device, when the modulation factor is gradually increased in order to switch from PWM control to square wave control, the number of pulses in one electric cycle of the motor is reduced for switching of a plurality of switching elements of the inverter. When the number of dead times provided decreases, the influence of the dead times on the actual voltage applied to the motor changes, and the torque fluctuation of the motor may increase.
本発明の駆動装置は、モータのトルク変動が大きくなるのを抑制することを主目的とする。 The main object of the drive device of the present invention is to suppress a large torque fluctuation of the motor.
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The drive device of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明の駆動装置は、
モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記モータのトルク指令に基づいて前記インバータをパルス幅変調制御と矩形波制御とを切り替えて制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、変調率を固定した前記パルス幅変調制御から前記矩形波制御に切り替える際には、
制御用変調率を徐々に増加させながら、
前記制御用変調率と前記モータの電気1周期当たりのパルス数が減少するパルス減少変調率との差分が所定値よりも大きいときには、前記トルク指令と前記制御用変調率とに基づいて前記電圧位相指令を設定し、前記電圧位相指令と前記制御用変調率とに基づいて前記インバータを制御し、
前記制御用変調率と前記パルス減少変調率との差分が前記所定値以下のときには、前記トルク指令と前記制御用変調率とに加えて前記パルス減少変調率での前記パルス数の減少量に基づくデッドタイムの影響の変化量を考慮して前記電圧位相指令を設定し、前記電圧位相指令と前記制御用変調率とに基づいて前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。
The drive device of the present invention
With the motor
An inverter that drives the motor by switching a plurality of switching elements,
A control device that switches and controls the inverter between pulse width modulation control and square wave control based on the torque command of the motor.
It is a drive device equipped with
When switching from the pulse width modulation control having a fixed modulation factor to the rectangular wave control, the control device
While gradually increasing the control modulation factor
When the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation rate at which the number of pulses per electric cycle of the motor decreases is larger than a predetermined value, the voltage phase is based on the torque command and the control modulation factor. A command is set, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor.
When the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation factor is equal to or less than the predetermined value, it is based on the reduction amount of the number of pulses at the pulse reduction modulation factor in addition to the torque command and the control modulation factor. The voltage phase command is set in consideration of the amount of change in the influence of the dead time, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor.
The gist is that.
この本発明の駆動装置では、変調率を固定したパルス幅変調制御から矩形波制御に切り替える際には、制御用変調率を徐々に増加させながらインバータを制御する。具体的には、制御用変調率とモータの電気1周期当たりのパルス数が減少するパルス減少変調率との差分が所定値よりも大きいときには、トルク指令と制御用変調率とに基づいて電圧位相指令を設定し、電圧位相指令と制御用変調率とに基づいてインバータを制御する。制御用変調率とパルス減少変調率との差分が所定値以下のときには、トルク指令と制御用変調率とに加えてパルス減少変調率でのパルス数の減少量に基づくデッドタイムの影響の変化量を考慮して電圧位相指令を設定し、電圧位相指令と制御用変調率とに基づいてインバータを制御する。ここで、「デッドタイムの影響の変化量」は、インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングのために設けられるデッドタイムがモータに印加される実電圧に与える影響の変化量を意味する。こうした制御により、変調率を固定したパルス幅変調制御から矩形波制御に切り替える際に、特に、制御用変調率がパルス減少変調率を跨いで電気1周期当たりのパルス数が減少する際に、モータのトルク変動が大きくなるのを抑制することができる。 In the drive device of the present invention, when switching from pulse width modulation control having a fixed modulation factor to rectangular wave control, the inverter is controlled while gradually increasing the control modulation factor. Specifically, when the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation rate at which the number of pulses per electric cycle of the motor decreases is larger than a predetermined value, the voltage phase is based on the torque command and the control modulation factor. A command is set, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor. When the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation factor is less than a predetermined value, the amount of change in the effect of dead time based on the reduction amount of the number of pulses in the pulse reduction modulation factor in addition to the torque command and the control modulation factor. The voltage phase command is set in consideration of the above, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor. Here, the "change amount of the influence of the dead time" means the change amount of the influence of the dead time provided for switching of a plurality of switching elements of the inverter on the actual voltage applied to the motor. With such control, when switching from pulse width modulation control with a fixed modulation factor to square wave control, especially when the control modulation factor straddles the pulse reduction modulation factor and the number of pulses per electric cycle decreases, the motor It is possible to suppress a large fluctuation in the torque of.
こうした本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記トルク指令と前記制御用変調率とに基づいて、または、前記トルク指令と前記制御用変調率と前記デッドタイムの影響の変化量とに基づいて、前記電圧位相指令のフィードフォワード項を設定し、前記トルク指令と前記モータのトルクとの差分が打ち消されるように前記電圧位相指令のフィードバック項を設定し、前記フィードフォワード項と前記フィードバック項との和として前記電圧位相指令を設定するものとしてもよい。 In such a drive device of the present invention, the control device is based on the torque command and the control modulation factor, or based on the torque command, the control modulation factor, and the amount of change in the influence of the dead time. Then, the feed forward term of the voltage phase command is set, the feedback term of the voltage phase command is set so that the difference between the torque command and the torque of the motor is canceled, and the feed forward term and the feedback term are set. The voltage phase command may be set as the sum of.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to Examples.
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、蓄電装置としてのバッテリ36と、電子制御ユニット50とを備える。実施例の「駆動装置」としては、主として、モータ32とインバータ34と電子制御ユニット50とが該当する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an
モータ32は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。このモータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。
The
インバータ34は、モータ32の駆動に用いられる。このインバータ34は、電力ライン38を介してバッテリ36に接続されており、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16と、6つのトランジスタT11〜T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11〜D16とを有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、電力ライン38の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ32の三相コイル(U相、V相、W相のコイル)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット50によってインバータ34の対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、モータ32の三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32の回転子が回転駆動される。
The
バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン38を介してインバータ34に接続されている。電力ライン38の正極母線と負極母線とには、平滑コンデンサ39が取り付けられている。
The
電子制御ユニット50は、CPU51を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU51に加えて、処理プログラムを記憶するROM52や、データを一時的に記憶するRAM53、入出力ポートを備える。電子制御ユニット50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ(例えばレゾルバ)32aからのモータ32の回転子の回転位置θmや、モータ32のU相およびV相に取り付けられた電流センサ32u,32vからのモータ32のU相およびV相の電流Iu,Ivを挙げることができる。また、バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ36aからのバッテリ36の電圧Vbや、バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ib、バッテリ36に取り付けられた温度センサ36cからのバッテリ36の温度Tb、平滑コンデンサ39の端子間に取り付けられた電圧センサ39aからの平滑コンデンサ39(電力ライン38)の電圧VHも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号や、シフトレバー61の操作位置を検出するシフトポジションセンサ62からのシフトポジションSP、アクセルペダル63の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ64からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル65の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ66からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ68からの車速Vも挙げることができる。
The
電子制御ユニット50からは、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや電気角速度ωe、回転数Nmを演算している。また、電子制御ユニット50は、電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ36の蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと温度センサ36cからのバッテリ36の温度Tbとに基づいてバッテリ36の入出力制限Win,Woutを設定したりしている。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ36の全容量に対するバッテリ36から放電可能な電力の容量の割合であり、入出力制限Win,Woutは、バッテリ36を充放電してもよい許容入出力電力である。
From the
こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット50は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸26に要求される要求トルクTd*を設定し、設定した要求トルクTd*が駆動軸26に出力されるようにモータ32のトルク指令Tm*を設定し、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
In the
ここで、インバータ34の制御について説明する。実施例では、電子制御ユニット50は、インバータ34をパルス幅変調(PWM)制御と矩形波制御とを切り替えて制御するものとした。PWM制御は、擬似的な三相交流電圧または過変調電圧がモータ32に印加されるようにインバータ34を制御する制御であり、矩形波制御は、矩形波電圧がモータ32に印加されるようにインバータ34を制御する制御である。PWM制御では、変調率Vrが値0〜0.78未満となり、矩形波制御では、変調率Vrが0.78となる。PWM制御には、変調率Vrを可変とする可変PWM制御と、変調率Vrを固定する固定PWM制御とがある。可変PWM制御については本発明の中核をなさないから、詳細な説明を省略する。
Here, the control of the
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、インバータ34を固定PWM制御で制御する際(固定PWM制御から矩形波制御に切り替える際を含む)の動作について説明する。図2は、電子制御ユニット50により実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、インバータ34を固定PWM制御で制御する際に実行される。
Next, the operation of the
図2の切替時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、最初に、モータ32のトルク指令Tm*や推定トルクTmes、電気角速度ωe、同期数Ns、キャリア周波数fc、電力ライン38の電圧VHなどのデータを入力する(ステップS100)。
When the switching control routine of FIG. 2 is executed, the
ここで、モータ32のトルク指令Tm*は、上述のように設定した値を入力するものとした。モータ32の推定トルクTmesは、回転位置検出センサ32aからのモータ32の電気角θeを用いて電流センサ32u,32vからのモータ32のU相およびV相の電流Iu,Ivをd軸およびq軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)し、このd軸およびq軸の電流Id,Iqに基づいて推定した値を入力するものとした。
Here, the torque command Tm * of the
モータ32の電気角速度ωeは、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいて演算した値を入力するものとした。同期数Nsは、モータ32の電気1周期の三角波の周期数であり、モータ32の電気角速度ωe(回転数Nm)に基づいて設定した値を入力するものとした。キャリア周波数fcは、三角波の周波数であり、モータ32の電気角速度ωe(回転数Nm)と同期数Nsとに基づいて演算した値を入力するものとした。電力ライン38の電圧VHは、電流センサ39aにより検出された値を入力するものとした。
For the electric angular velocity ωe of the
こうしてデータを入力すると、固定PWM制御から矩形波制御への切替要求が行なわれているか否かを判定する(ステップS110)。この処理は、例えば、モータ32の電次6次パワー変動が電気系のLC共振を発生させうる回転数領域を抜けるか否かを判定する。
When the data is input in this way, it is determined whether or not the request for switching from the fixed PWM control to the rectangular wave control has been made (step S110). In this process, for example, it is determined whether or not the electric sixth power fluctuation of the
固定PWM制御から矩形波制御への切替要求が行なわれていないと判定したときには、制御用変調率Vr*に所定変調率Vrsetを設定する(ステップS120)。ここで、所定変調率Vrは、モータ32やインバータ34、バッテリ36、電力ライン38、コンデンサ39を有する電気回路における電気6次のパワー変動を抑制できる変調率として定められ、例えば、0.70〜0.72程度が用いられる。
When it is determined that the request for switching from the fixed PWM control to the rectangular wave control has not been made, a predetermined modulation factor Vrset is set in the control modulation factor Vr * (step S120). Here, the predetermined modulation factor Vr is defined as a modulation factor capable of suppressing electric sixth-order power fluctuations in an electric circuit having a
こうして制御用変調率Vr*を設定すると、電力ライン38の電圧VHに制御用変調率Vr*を乗じて電圧実効値指令Vef*を演算する(ステップS130)。そして、モータ32のトルク指令Tm*とモータ32の電気角速度ωeと制御用変調率Vr*と電力ライン38の電圧VHと電圧位相φvとの関係として定められる式(1)を用いて電圧位相指令φv*のフィードフォワード項φvffを演算する(ステップS180)。ここで、式(1)中、「P」はモータ32の極対数であり、「φa」は逆起電圧定数であり、「Ld」および「Lq」は、それぞれd軸およびq軸のインダクタンスである。
When the control modulation factor Vr * is set in this way, the voltage VH of the
続いて、モータ32のトルク指令Tm*および推定トルクTmesを用いて式(2)により電圧位相指令φv*のフィードバック項φvfbを演算する(ステップS220)。ここで、式(2)は、モータ32の推定トルクTmesとトルク指令Tm*との差分を打ち消すためのトルクフィードバック制御における関係式であり、式(2)中、「kp」は比例項のゲインであり、「ki」は積分項のゲインである。
Subsequently, the feedback term φvfb of the voltage phase command φv * is calculated by the equation (2) using the torque command Tm * and the estimated torque Tmes of the motor 32 (step S220). Here, the equation (2) is a relational expression in the torque feedback control for canceling the difference between the estimated torque Tmes of the
そして、フィードフォワード項φvffとフィードバック項φvfbとの和として電圧位相指令φv*を演算し(ステップS230)、電圧実効値指令Vef*および電圧位相指令φv*に基づいて各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を設定し(ステップS240)、設定した各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*と三角波との比較によりインバータ34のトランジスタT11〜T16のPWM信号を生成して(ステップS250)、本ルーチンを終了する。こうしてトランジスタT11〜T16のPWM信号を生成すると、このPWM信号を用いてトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
Then, the voltage phase command φv * is calculated as the sum of the feed forward term φvff and the feedback term φvfb (step S230), and the voltage command Vu * of each phase is calculated based on the voltage effective value command Vef * and the voltage phase command φv *. Vv * and Vw * are set (step S240), and the PWM signals of the transistors T11 to T16 of the
ステップS110で固定PWM制御から矩形波制御への切替要求が行なわれていると判定したときには、前回の制御用変調率(前回Vr*)に所定値ΔVrを加えた値を新たな制御用変調率Vr*に設定する(ステップS140)。ここで、所定値ΔVrは、例えば、0.001や0.002、0.005などが用いられる。このようにして、ステップS140の処理を繰り返し実行するごとに、制御用変調率Vr*を固定PWM制御の変調率Vr(例えば、0.70)から矩形波制御の変調率Vr(0.78)に徐々に近づけるのである。 When it is determined in step S110 that the request for switching from the fixed PWM control to the rectangular wave control has been made, the value obtained by adding the predetermined value ΔVr to the previous control modulation factor (previous Vr *) is added to the new control modulation factor. Set to Vr * (step S140). Here, for the predetermined value ΔVr, for example, 0.001, 0.002, 0.005, or the like is used. In this way, each time the process of step S140 is repeatedly executed, the control modulation factor Vr * is changed from the fixed PWM control modulation factor Vr (for example, 0.70) to the square wave control modulation factor Vr (0.78). Gradually get closer to.
続いて、電力ライン38の電圧VHに制御用変調率Vr*を乗じて電圧実効値指令Vef*を演算する(ステップS150)。そして、同期数Nsおよび制御用変調率Vr*に基づいて、PWM制御においてモータ32の電気1周期当たりのパルス数が減少するパルス減少変調率Vrpdn、および、そのときのパルス減少数Npdnを設定する(ステップS160)。
Subsequently, the voltage VH of the
図3は、各変調率VrのトランジスタT11のPWM信号の一例を示す説明図であり、図4は、変調率Vrとパルス数Npとの関係の一例を示す説明図である。図3から解るように、変調率Vrが増加するにつれてトランジスタT11のPWM信号のパルス数Npが減少する。トランジスタT12〜T16についても同様である。なお、各変調率Vrに対応するトランジスタT11〜T16のPWM信号のパルス数Npは、同期数Nsにより異なる。これらを踏まえて、予め実験や解析により、図4に示すような変調率Vrとパルス数Npとの関係を定めることができる。図4に示すように、パルス数Npは、変調率Vrの増加につれて同期数Nsから値1(矩形波制御におけるパルス数Np)に向かって段階的に低下する。したがって、図4では、パルス減少変調率Vrpdnおよびパルス減少数Npdnの組み合わせは、複数存在する。これを踏まえて、実施例では、パルス減少変調率Vrpdnおよびパルス減少数Npdnは、同期数Nsおよび制御用変調率Vr*と、制御用変調率Vr*に最も近いパルス減少変調率Vrpdnと、そのパルス減少変調率Vrpdnに対応するパルス減少数Npdnと、の関係を定めてマップとしてROM52に記憶しておき、同期数Nsおよび制御用変調率Vr*が与えられると、このマップから対応するパルス減少変調率Vrpdnおよびパルス減少数Npdnを導出して設定するものとした。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the PWM signal of the transistor T11 of each modulation factor Vr, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the modulation factor Vr and the number of pulses Np. As can be seen from FIG. 3, as the modulation factor Vr increases, the number of pulses Np of the PWM signal of the transistor T11 decreases. The same applies to the transistors T12 to T16. The pulse number Np of the PWM signal of the transistors T11 to T16 corresponding to each modulation factor Vr differs depending on the synchronization number Ns. Based on these, the relationship between the modulation factor Vr and the number of pulses Np as shown in FIG. 4 can be determined in advance by experiments and analysis. As shown in FIG. 4, the pulse number Np gradually decreases from the synchronization number Ns to the value 1 (pulse number Np in the square wave control) as the modulation factor Vr increases. Therefore, in FIG. 4, there are a plurality of combinations of the pulse reduction modulation factor Vrpdn and the pulse reduction number Npdn. Based on this, in the embodiment, the pulse reduction modulation rate Vrpdn and the pulse reduction number Npdn are the synchronization number Ns, the control modulation rate Vr *, the pulse reduction modulation rate Vrpdn closest to the control modulation rate Vr *, and their respective. The relationship between the pulse reduction number Npdn corresponding to the pulse reduction modulation rate Vrpdn and the pulse reduction number Npdn is determined and stored in the
次に、制御用変調率Vr*からパルス減少変調率Vrpdnを減じた値の絶対値を閾値Vrrefと比較する(ステップS170)。ここで、閾値Vrrefは、制御用変調率Vr*がパルス減少変調率Vrpdn付近であるか否かを判定するための閾値であり、例えば、0.005や0.010、0.015などが用いられる。 Next, the absolute value of the value obtained by subtracting the pulse reduction modulation factor Vrpdn from the control modulation factor Vr * is compared with the threshold value Vrref (step S170). Here, the threshold value Vrref is a threshold value for determining whether or not the control modulation factor Vr * is in the vicinity of the pulse reduction modulation factor Vrpdn, and for example, 0.005, 0.010, 0.015, etc. are used. Be done.
ステップS170で制御用変調率Vr*からパルス減少変調率Vrpdnを減じた値の絶対値が閾値Vrrefよりも大きいときには、制御用変調率Vr*がパルス減少変調率Vrpdn付近でないと判断し、上述のステップS180,S220〜S250の処理により、フィードフォワード項φvffやフィードバック項φvfb、電圧位相指令φv*、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の各演算、および、インバータ34のトランジスタT11〜T16のPWM信号の生成を行なって、本ルーチンを終了する。
When the absolute value of the value obtained by subtracting the pulse reduction modulation rate Vrpdn from the control modulation rate Vr * in step S170 is larger than the threshold voltage Vrref, it is determined that the control modulation rate Vr * is not near the pulse reduction modulation rate Vrpdn, and the above description is performed. By the processing of steps S180 and S220 to S250, each calculation of the feed forward term φvff, the feedback term φvfb, the voltage phase command φv *, the voltage commands Vu *, Vv *, Vw * of each phase, and the transistors T11 to the
ステップS170で制御用変調率Vr*からパルス減少変調率Vrpdnを減じた値の絶対値が閾値Vrref以下のときには、制御用変調率Vr*がパルス減少変調率Vrpdn付近であると判断し、パルス減少数Npdnに基づいてデッドタイムの影響の変化量ΔVdtを演算する(ステップS190)。 When the absolute value of the value obtained by subtracting the pulse reduction modulation rate Vrpdn from the control modulation factor Vr * in step S170 is equal to or less than the threshold value Vrref, it is determined that the control modulation factor Vr * is near the pulse reduction modulation rate Vrpdn, and the pulse is reduced. The amount of change ΔVdt due to the influence of the dead time is calculated based on the number Npdn (step S190).
ここで、デッドタイムの影響の変化量ΔVdtは、インバータ34のトランジスタT11〜T16のスイッチングのために設けられるデッドタイムがモータ32に印加される実電圧に与える影響の変化量を意味する。図5は、d−q座標系における電圧指令と実電圧とデッドタイムの影響との関係の一例を示す説明図である。デッドタイムを設けると、その影響により、図示するように、電圧指令と実電圧とに乖離が生じる。発明者らは、実験や解析により、パルス数Npが減少してデッドタイムの数が減少すると、デッドタイムの影響、即ち、電圧指令と実電圧との乖離が小さくなることを見出した。変調率Vrが小さくパルス抜けがないとき(パルス数Npが同期数Nsに等しいとき)のデッドタイムの影響Vdt0は、電力ライン38の電圧VHと同期数Nsとキャリア周波数fcとを用いて式(3)により表わされる。式(3)中、「Td」はデッドタイムである。これに対して、変調率Vrがある程度大きくパルス抜けが生じるとき(パルス数Npが同期数Nsよりも少ない値Np1のとき)のデッドタイムの影響Vdt1は、式(4)により表わされる。したがって、パルス数Npが同期数Ns以下の値Np2からそれよりも少ない値Np3に変化したときのデッドタイムの影響の変化量ΔVdtは、式(5)により表わされる。この式(5)において、「Np3−Np2」が負の値になるから、デッドタイムの影響の変化量ΔVdtが負の値になる。この式(5)の「Np3−Np2」をパルス減少数Npdnに「−1」を乗じた値に置き換えると、パルス減少数Npdnに対応するデッドタイムの影響の変化量ΔVdtを演算することができる。
Here, the change amount ΔVdt of the influence of the dead time means the change amount of the influence of the dead time provided for switching the transistors T11 to T16 of the
続いて、デッドタイムの影響の変化量ΔVdtの符号を反転させたものに値0よりも大きく且つ値1以下の補正係数kを乗じて、デッドタイムの影響の変化量ΔVdtの影響を抑制するためのデッドタイム補正量ΔVdtadを演算する(ステップS200)。ここで、補正係数kは、制御用変調率Vr*が増加するにつれて値1から値0に向かって徐々に小さくなるように設定される。
Subsequently, in order to suppress the influence of the change amount ΔVdt of the influence of the dead time by multiplying the inverted sign of the change amount ΔVdt of the influence of the dead time by the correction coefficient k larger than the
そして、モータ32のトルク指令Tm*とモータ32の電気角速度ωeと制御用変調率Vr*と電力ライン38の電圧VHと電圧位相φvとデッドタイム補正量ΔVdtadとの関係として定められる式(6)を用いて電圧位相指令φv*のフィードフォワード項φvffを演算する(ステップS180)。ここで、式(6)は、式(1)の「VH×Vr*」を「VH×Vr*+ΔVdtad」に置き換えたものに相当する。そして、上述のステップS220〜S250の処理により、フィードバック項φvfbや電圧位相指令φv*、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の各演算、および、インバータ34のトランジスタT11〜T16のPWM信号の生成を行なって、本ルーチンを終了する。
Then, the equation (6) defined as the relationship between the torque command Tm * of the
こうした制御により、制御用変調率Vr*(変調率Vr)を徐々に増加させている際において、パルス減少変調率Vrpdnを跨いでパルス数Npが減少するときに、モータ32のトルク変動が大きくなるのを抑制することができる。
By such control, when the control modulation factor Vr * (modulation factor Vr) is gradually increased, the torque fluctuation of the
以上説明した実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、固定PWM制御から矩形波制御に切り替える際には、制御用変調率Vr*を徐々に増加させながらインバータ34を制御する。具体的には、制御用変調率Vr*からパルス減少変調率Vrpdnを減じた値の絶対値が閾値Vrrefよりも大きいときには、モータ32のトルク指令Tm*と制御用変調率Vr*とに基づいて電圧位相指令φv*を設定し、設定した電圧位相指令φv*と制御用変調率Vr*に基づく電圧実効値指令Vef*とに基づいてインバータ34を制御する。制御用変調率Vr*からパルス減少変調率Vrpdnを減じた値の絶対値が閾値Vrref以下のときには、モータ32のトルク指令Tm*と制御用変調率Vr*とに加えてパルス減少変調率Vrpdnでのパルス減少数Npdnに基づくデッドタイムの影響の変化量ΔVdtを考慮して電圧位相指令φv*を設定し、設定した電圧位相指令φv*と制御用変調率Vr*に基づく電圧実効値指令Vef*とに基づいてインバータ34を制御する。これにより、固定PWM制御から矩形波制御に切り替える際に、特に、制御用変調率Vr*がパルス減少変調率Vrpdnを跨いでパルス数Npが減少するときに、モータ32のトルク変動が大きくなるのを抑制することができる。
In the drive device mounted on the
実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、デッドタイム補正量ΔVdtadの演算に用いる補正係数kには、制御用変調率Vr*が増加するにつれて値1から値0に向かって徐々に小さく値が設定されるものとしたが、制御用変調率Vr*に拘わらずに値0よりも大きく且つ値1以下の一定値が設定されるものとしてもよい。
In the drive device mounted on the
実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、電子制御ユニット50は、図2の制御ルーチンを実行するものとしたが、これに代えて、図6の制御ルーチンを実行するものとしてもよい。図6の制御ルーチンは、ステップS160〜S210の処理に代えてステップS300の処理を実行する点を除いて、図2の制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。
In the drive device mounted on the
図6の制御ルーチンでは、電子制御ユニット50は、ステップS130またはステップS150で電圧実効値指令Vef*を設定すると、モータ32のトルク指令Tm*や電気角速度ωe、制御用変調率Vr*、電圧VH、同期数Nsに基づいて電圧位相指令φv*のフィードフォワード項φvffを設定し(ステップS300)、ステップS220以降の処理を実行する。この変形例では、フィードフォワード項φvffは、モータ32のトルク指令Tm*や電気角速度ωe、制御用変調率Vr*、電圧VH、同期数Nsとフィードフォワード項φvffとの関係を予め定めてマップとしてROM52に記憶しておき、モータ32のトルク指令Tm*や電気角速度ωe、制御用変調率Vr*、電圧VH、同期数Nsが与えられると、このマップから対応するフィードフォワード項φvffを導出して設定するものとした。このマップは、上述の、同期数Nsによりパルス減少変調率Vrpdn(少なくとも1つ)およびパルス減少数Npdnが定まること、式(5)によりデッドタイムの影響の変化量ΔVdt(式(5)参照)ひいてはデッドタイム補正量ΔVdtadが定まること、式(1)や式(6)によりフィードフォワード項φvffが定まることなどを踏まえて作成される。こうした手法により、より簡易にフィードフォワード項φvffを設定することができる。
In the control routine of FIG. 6, when the voltage effective value command Vef * is set in step S130 or step S150, the
実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、蓄電装置として、バッテリ36を用いるものとしたが、キャパシタを用いるものとしてもよい。
In the drive device mounted on the
実施例では、モータ32およびインバータ34を備える電気自動車20に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータ32およびインバータ34に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の形態としてもよい。
In the embodiment, the drive device is mounted on the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット50が「制御装置」に相当する。
The correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 As for the correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem, the invention described in the column of means for solving the problem in the examples is carried out. Since it is an example for specifically explaining the form for solving the problem, the elements of the invention described in the column of means for solving the problem are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be performed based on the description in the column, and the examples are the inventions described in the column of means for solving the problem. It is just a concrete example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to these Examples, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be done.
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the driving device manufacturing industry and the like.
20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、32u,32v 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、36a 電圧センサ、36b 電流センサ、36c 温度センサ、38 電力ライン、39 平滑コンデンサ、39a 電圧センサ、50 電子制御ユニット、51 CPU、52 ROM、53 RAM、60 イグニッションスイッチ、61 シフトレバー、62 シフトポジションセンサ、63 アクセルペダル、64 アクセルペダルポジションセンサ、65 ブレーキペダル、66 ブレーキペダルポジションセンサ、68 車速センサ、D11〜D16 ダイオード、T11〜T16 トランジスタ。 20 electric vehicle, 22a, 22b drive wheel, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 32a rotation position detection sensor, 32u, 32v current sensor, 34 inverter, 36 battery, 36a voltage sensor, 36b current sensor, 36c temperature sensor , 38 power line, 39 smoothing capacitor, 39a voltage sensor, 50 electronic control unit, 51 CPU, 52 ROM, 53 RAM, 60 ignition switch, 61 shift lever, 62 shift position sensor, 63 accelerator pedal, 64 accelerator pedal position sensor, 65 brake pedal, 66 brake pedal position sensor, 68 vehicle speed sensor, D11 to D16 diodes, T11 to T16 transistors.
Claims (1)
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記モータのトルク指令に基づいて前記インバータをパルス幅変調制御と矩形波制御とを切り替えて制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、変調率を固定した前記パルス幅変調制御から前記矩形波制御に切り替える際には、
制御用変調率を徐々に増加させながら、
前記制御用変調率と前記モータの電気1周期当たりのパルス数が減少するパルス減少変調率との差分が所定値よりも大きいときには、前記トルク指令と前記制御用変調率とに基づいて前記電圧位相指令を設定し、前記電圧位相指令と前記制御用変調率とに基づいて前記インバータを制御し、
前記制御用変調率と前記パルス減少変調率との差分が前記所定値以下のときには、前記トルク指令と前記制御用変調率とに加えて前記パルス減少変調率での前記パルス数の減少量に基づくデッドタイムの影響の変化量を考慮して前記電圧位相指令を設定し、前記電圧位相指令と前記制御用変調率とに基づいて前記インバータを制御する、
駆動装置。 With the motor
An inverter that drives the motor by switching a plurality of switching elements,
A control device that switches and controls the inverter between pulse width modulation control and square wave control based on the torque command of the motor.
It is a drive device equipped with
When switching from the pulse width modulation control having a fixed modulation factor to the rectangular wave control, the control device
While gradually increasing the control modulation factor
When the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation rate at which the number of pulses per electric cycle of the motor decreases is larger than a predetermined value, the voltage phase is based on the torque command and the control modulation factor. A command is set, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor.
When the difference between the control modulation factor and the pulse reduction modulation factor is equal to or less than the predetermined value, it is based on the reduction amount of the number of pulses at the pulse reduction modulation factor in addition to the torque command and the control modulation factor. The voltage phase command is set in consideration of the amount of change in the influence of the dead time, and the inverter is controlled based on the voltage phase command and the control modulation factor.
Drive device.
Priority Applications (1)
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