JP4462207B2

JP4462207B2 - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

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Publication number: JP4462207B2
Application number: JP2006047977A
Authority: JP
Inventors: 勲藤原; 志謙陳
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP2007228744A

Description

本発明は、電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法に関するものである。

従来、電動機械として配設された駆動モータ又は発電機には、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等が配設される。

そして、駆動モータ又は発電機を駆動し、駆動モータのトルクである駆動モータトルク、又は発電機のトルクである発電機トルクを発生させるために、電動駆動装置が配設される。駆動モータを駆動するために駆動モータ制御装置が、発電機を駆動するために発電機制御装置が、電動機械制御装置として配設され、該電動機械制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータトルクを発生させたり、発電機トルクを発生させたりするようになっている。

前記駆動モータ制御装置においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。そのために、前記駆動モータ制御装置は、各ステータコイルに供給される電流、ロータの磁極位置、インバータの入口の直流電圧等を検出し、検出された電流、すなわち、検出電流を磁極位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、続いて、電流指令値マップを参照してｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値を表すｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出し、前記ｄ軸電流とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流とｑ軸電流指令値との偏差、及び駆動モータのパラメータに基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するようにしている。

そして、前記電流指令値マップには、駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク、前記直流電圧及び角速度に対応させて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が記録される。なお、前記パラメータは、逆起電圧定数ＭＩｆ、各ステータコイルの巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成る。

ところで、前記駆動モータにおいては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、駆動モータの回転速度である駆動モータ回転速度が高くなるほど駆動モータの端子電圧が高くなり、該端子電圧が閾（しきい）値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータによる出力が不可能になってしまう。

そこで、角速度が高くなって弱め界磁制御領域に入ると、弱め界磁制御が行われるように前記電流指令値マップが形成され、該電流指令値マップにおける角速度の高い所定の領域でｄ軸電流指令値が負の方向に大きくされるようになっている。したがって、駆動モータの運転領域を拡大し、駆動モータトルクを大きくすることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１３０７１０号公報

しかしながら、前記従来の駆動モータ制御装置においては、ｄ軸電流指令値が負の方向に大きくなりすぎると、弱め界磁制御を効果的に行うことができず、駆動モータトルクを十分に発生させることができなくなってしまう。

そこで、ｄ軸電流指令値が最大ｄ軸電流指令値を超えないように制限してリミット動作をさせ、ｑ軸電流指令値を小さくすることが考えられる。

ところが、例えば、インバータに印加される直流電圧が低下し、それに伴って最大ｄ軸電流指令値が負の方向において小さくなると、弱め界磁制御が行われる運転ポイントが等トルク曲線に沿って移動し、本来使用される必要のないｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値が発生させられ、その結果、電流リプルが発生してしまう。

本発明は、前記従来の駆動モータ制御装置の問題点を解決して、弱め界磁制御でリミット動作をさせたときに、電流リプルが発生することがない電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１の電流指令値を算出する第１の電流指令値算出処理手段と、前記電動機械の運転条件に対応させて、前記第１の電流指令値を制限する電流制限処理手段と、制限された第１の電流指令値及び前記電動機械目標トルクに基づいて第２の電流指令値を算出する第２の電流指令値算出処理手段と、弱め界磁制御を行うために、第１、第２の調整値に基づいて前記第１、第２の電流指令値を調整する第１、第２の電流指令値調整処理手段とを有する。

そして、前記電流制限処理手段は、前記第１の調整値によって調整される前の第１の電流指令値を調整前電流指令値としたとき、負の方向において、前記運転条件によって決定される最大電流指令値が調整前電流指令値以上である場合、第１の電流指令値を、最大電流指令値を超えないように制限し、負の方向において前記最大電流指令値が調整前電流指令値より小さい場合、該調整前電流指令値に微小値を加算したリミット動作調整値を算出し、前記第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に固定して制限する。
また、前記第２の電流指令値調整処理手段は、第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に保持したまま第２の電流指令値を小さくする。

本発明の電動駆動制御方法においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１の電流指令値を算出し、前記電動機械の運転条件に対応させて、前記第１の電流指令値を制限し、制限された第１の電流指令値及び前記電動機械目標トルクに基づいて第２の電流指令値を算出し、弱め界磁制御を行うために、第１、第２の調整値に基づいて前記第１、第２の電流指令値を調整する。

そして、前記第１の調整値によって調整される前の第１の電流指令値を調整前電流指令値としたとき、負の方向において、前記運転条件によって決定される最大電流指令値が調整前電流指令値以上である場合、第１の電流指令値を、最大電流指令値を超えないように制限し、負の方向において前記最大電流指令値が調整前電流指令値より小さい場合、該調整前電流指令値に微小値を加算したリミット動作調整値を算出し、前記第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に固定して制限する。
また、第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に保持したまま第２の電流指令値を小さくする。

本発明によれば、電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１の電流指令値を算出する第１の電流指令値算出処理手段と、前記電動機械の運転条件に対応させて、前記第１の電流指令値を制限する電流制限処理手段と、制限された第１の電流指令値及び前記電動機械目標トルクに基づいて第２の電流指令値を算出する第２の電流指令値算出処理手段と、弱め界磁制御を行うために、第１、第２の調整値に基づいて前記第１、第２の電流指令値を調整する第１、第２の電流指令値調整処理手段とを有する。

この場合、前記運転条件によって決定される最大電流指令値が調整前電流指令値以上である場合、第１の電流指令値が、最大電流指令値を超えないように制限され、最大電流指令値が調整前電流指令値より小さい場合、調整前電流指令値に微小値を加算したリミット動作調整値が算出され、第１の電流指令値が、前記リミット動作調整値に固定されて制限され、第１の電流指令値が前記リミット動作調整値に保持されたまま第２の電流指令値が小さくされるので、電流リプルが発生することがなくなる。

したがって、電動機械を安定させて駆動することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としての電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載された電動駆動装置、及び該電動駆動装置を作動させるための電動駆動制御装置について説明する。

図１は本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図、図２は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図、図３は本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図、図４は本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図、図５は本発明の実施の形態における電流制限マップを示す図、図６は従来の駆動モータ制御装置における電圧制限楕円を示す参考図、図７は本発明の実施の形態における電圧制限楕円を示す図である。なお、図３において、横軸に電動機械としての駆動モータ３１のトルクである駆動モータトルクＴＭの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ^*を、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、図４において、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を、図５において、横軸に直流電圧Ｖｄｃを、縦軸に最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を、図６及び７において、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を採ってある。この場合、駆動モータトルクＴＭによって電動機械トルクが、駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって電動機械目標トルクが構成される。また、図５において、電流制限マップは、角速度ωごとに形成された複数のマップから成る。

図において、３１は電動機械としての駆動モータであり、該駆動モータ３１は、例えば、電気自動車の駆動軸等に取り付けられ、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータを備える。前記ロータは、ロータコア、及びロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成されたステータコア、並びに前記ティースに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしてのステータコイル１１〜１３を備える。

前記ロータの出力軸に、該ロータの磁極位置を検出するための磁極位置検出部として磁極位置センサ２１が配設され、該磁極位置センサ２１は、センサ出力として磁極位置信号ＳＧθを発生させ、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送る。なお、本実施の形態においては、磁極位置検出部として前記磁極位置センサ２１が使用されるようになっているが、該磁極位置センサ２１に代えてレゾルバを配設し、該レゾルバによって磁極位置信号を発生させることができる。

そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流が、電流発生装置としてのインバータ４０によって相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。

そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路５１において発生させられた駆動信号を各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に送り、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。前記インバータ４０として、２〜６個のスイッチング素子を一つのパッケージに組み込むことによって形成されたＩＧＢＴ等のパワーモジュールを使用したり、ＩＧＢＴにドライブ回路等を組み込むことによって形成されたＩＰＭを使用したりすることができる。

前記バッテリ１４からインバータ４０に電流を供給する際の入口側に電圧検出部としての電圧センサ１５が配設され、該電圧センサ１５は、インバータ４０の入口側の直流電圧Ｖｄｃを検出し、駆動モータ制御装置４５に送る。なお、直流電圧Ｖｄｃとしてバッテリ電圧を使用することもでき、その場合、前記バッテリ１４に電圧検出部としてバッテリ電圧センサが配設される。

そして、前記駆動モータ３１、インバータ４０、ドライブ回路５１、図示されない駆動輪等によって電動駆動装置が構成される。また、１７はコンデンサである。

ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相のステータコイル１１、１２のリード線に、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４は、検出された電流を検出電流ｉｕ、ｉｖとして駆動モータ制御装置４５に送る。

該駆動モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設され、該記録装置に第１、第２の電流指令値マップが設定される。なお、ＣＰＵに代えてＭＰＵを使用することができる。

そして、前記ＲＯＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設されたハードディスク等の他の記録媒体に記録することもできる。その場合、例えば、前記駆動モータ制御装置４５にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録する。したがって、外部の記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することができる。

次に、前記電動駆動制御装置の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない位置検出処理手段は、位置検出処理を行い、前記磁極位置センサ２１から送られた磁極位置信号ＳＧθを読み込み、該磁極位置信号ＳＧθに基づいて磁極位置θを検出する。また、前記位置検出処理手段の回転速度算出処理手段は、回転速度算出処理を行い、前記磁極位置信号ＳＧθに基づいて駆動モータ３１の角速度ωを算出する。なお、前記回転速度算出処理手段は、磁極数をｐとしたとき、前記角速度ωに基づいて駆動モータ３１の回転速度である駆動モータ回転速度ＮＭ
ＮＭ＝６０・（２／ｐ）・ω／２π
も算出する。該駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

また、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない検出電流取得処理手段は、検出電流取得処理を行い、前記検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込んで取得するとともに、前記検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗ
ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ
を算出することによって取得する。

そして、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない車速検出処理手段は、車速検出処理を行い、前記駆動モータ回転速度ＮＭに基づいて、駆動モータ回転速度ＮＭに対応する車速Ｖを検出し、検出された車速Ｖを、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置に送る。そして、該車両制御装置の車両用指令値算出処理手段は、車両用指令値算出処理を行い、前記車速Ｖ及びアクセル開度αを読み込み、車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ^*を算出し、該車両要求トルクＴＯ^*に対応させて駆動モータ目標トルクＴＭ^*を発生させ、前記駆動モータ制御装置４５に送る。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ制御処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θ、直流電圧Ｖｄｃ等に基づいて駆動モータ３１を駆動する。

そのために、前記駆動モータ制御処理手段は、電流指令値算出・調整処理手段としての電流指令値算出部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御処理部４７、電圧指令値算出処理手段としての図示されない電圧指令値算出処理部、第１の相変換処理手段としての図示されない三相二相変換部、及び出力信号発生処理手段としての図示されないＰＷＭ発生器を備え、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御を行う。

前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出・調整処理を行うために、第１の電流指令値設定処理手段として、ｄ軸電流指令値算出部（最大トルク制御部）５３、減算器５５及びｄ軸電流制限部（電流リミッタ）６５を、第２の電流指令値設定処理手段として、ｑ軸電流指令値算出部（等トルク制御部）５４及び減算器６６を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３、減算器５５及びｄ軸電流制限部６５は、第１の電流指令値設定処理を行い、ｄ軸電流ｉｄの目標値を表す第１の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、前記ｑ軸電流指令値算出部５４及び減算器６６は、第２の電流指令値設定処理を行い、ｑ軸電流ｉｑの目標値を表す第２の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電流指令値算出部５３によって第１の電流指令値算出処理手段、及び最大トルク制御処理手段が、ｑ軸電流指令値算出部５４によって第２の電流指令値算出処理手段、及び等トルク制御処理手段が、前記減算器５５、６６によって第１、第２の電流指令値調整処理手段が、ｄ軸電流制限部６５によって電流制限処理手段が構成される。

また、前記弱め界磁制御処理部４７は、弱め界磁制御処理を行うために、切換処理手段としてのスイッチＳＷ１、電圧飽和算定値算出処理手段としての減算器５８、第１の電圧飽和判定処理手段としての、かつ、第１の調整値算出処理手段としてのｄ軸電流調整制御部５９、第２の電圧飽和判定処理手段としての、かつ、第２の調整値算出処理手段としてのｑ軸電流調整制御部６７、及び弱め界磁電流制限処理手段としての弱め界磁電流制限部６８を備え、弱め界磁電流制限処理を行い、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）が低くなったり、角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）が高くなると、自動的に弱め界磁制御を行う。なお、前記ｄ軸電流調整制御部５９及びｑ軸電流調整制御部６７は、いずれも積分器によって構成される。

そして、前記電圧指令値算出処理部は、電圧指令値算出処理を行うために、電流制御処理手段としての電流制御部、及び電圧制御処理手段としての電圧制御部を備え、電流制御部は電流制御処理を行い、第１、第２の軸電圧指令値としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出し、電圧制御部は電圧制御処理を行い、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*によって電圧指令値が構成される。

次に、前記駆動モータ制御処理手段の動作について説明する。

まず、前記電流指令値算出部４６は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*、前記直流電圧Ｖｄｃ及び角速度ωに基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。

そのために、前記車両用指令値算出処理手段から駆動モータ制御装置４５に駆動モータ目標トルクＴＭ^*が送られると、駆動モータ制御装置４５のトルク指令値制限処理手段としての図示されないトルク指令値制限部は、トルク指令値制限処理を行い、前記直流電圧Ｖｄｃ、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記記録装置に設定された最大駆動モータ目標トルクマップを参照し、前記直流電圧Ｖｄｃ及び角速度ωに対応する駆動モータ目標トルクＴＭ^*の最大値を表す最大駆動モータ目標トルクＴＭｍａｘ^*を読み込み、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が最大駆動モータ目標トルクＴＭｍａｘ^*を超えないように制限する。

続いて、前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、第１の電流指令値算出処理及び最大トルク制御処理を行い、前記トルク指令値制限部において制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記記録装置に設定され、図３に示される第１の電流指令値マップを参照し、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を減算器５５に送る。

この場合、前記第１の電流指令値マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を達成するために電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように設定される。すなわち、図６及び７において、Ｌ１は等トルク指令曲線、Ｌ２は最大トルク指令曲線であり、例えば、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が等トルク指令曲線Ｌ１上にある場合、等トルク指令曲線Ｌ１と最大トルク指令曲線Ｌ２と交差する点、すなわち、運転ポイントｐ１、ｐ１１によって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*が表される。

そして、前記第１の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が正及び負の値を採るのに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の値を採る。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が零（０）である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は零にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなる（図６及び７では原点Ｏから離れる）に伴ってｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の方向に大きくなるように設定される。

ところで、前記駆動モータ３１においては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって決まる駆動モータ３１の端子電圧が、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）によって決まる閾値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータ３１による出力が不可能になってしまう。すなわち、図６及び７の出力制限曲線Ｌ３で表されるように制限され、出力制限曲線Ｌ３より外側で駆動モータ目標トルクＴＭ^*を発生させることができなくなってしまう。

そこで、前記電圧制御部の電圧飽和判定指標算出処理手段は、電圧飽和判定指標算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として、電圧飽和判定指標ｍ
ｍ＝√（ｖｄ^{* 2}＋ｖｑ^{* 2}）／Ｖｄｃ
を算出し、減算器５８に送る。

該減算器５８は、電圧飽和算定値算出処理を行い、前記電圧飽和判定指標ｍから、インバータ４０の最大出力電圧を表す閾値を比較値Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝ｋ・Ｖｄｃ
としたときの定数ｋを減算して電圧飽和算定値ΔＶ
ΔＶ＝ｍ−ｋ
を算出し、弱め界磁制御処理部４７に送る。なお、電圧飽和判定指標ｍによって変調率が、定数ｋによって目標変調率が構成される。

したがって、前記弱め界磁制御処理部４７において、前記電圧飽和算定値ΔＶに基づいて弱め界磁制御を行う必要があるかどうかを判断し、弱め界磁制御を行う必要がある場合に、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、図６及び７における等トルク指令曲線Ｌ１に沿って、負の方向に大きくし、前記出力制限曲線Ｌ３内で設定するようにしている。

そのために、ｄ軸電流調整制御部５９は、第１の電圧飽和判定処理及び第１の調整値算出処理を行い、スイッチＳＷ１を介して減算器５８から前記電圧飽和算定値ΔＶを受けると、該電圧飽和算定値ΔＶを制御タイミングごとに積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための第１の調整値Δｉｄを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記第１の調整値Δｉｄを零にする。

そして、減算器５５は、第１の電流指令値調整処理を行い、第１の調整値Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*から第１の調整値Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*をｄ軸電流制限部６５に送る。

この場合、第１の調整値Δｉｄが零の値を採るとき、実質的にｄ軸電流指令値ｉｄ^*の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、第１の調整値Δｉｄが正の値を採るとき、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は調整されて値が負の方向に大きくされ、弱め界磁制御が行われる。

このようにして調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、ｄ軸電流制限部６５において、後述されるように、必要に応じて制限され、電流制御部に送られるとともに、弱め界磁電流制限部６８を介してｑ軸電流指令値算出部５４に送られる。

前記弱め界磁電流制限部６８は、ｄ軸電流制限部６５から、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*、及びｄ軸電流制限部６５においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限されたことを表す電流制限判定信号ｓｇ１を受け、ｄ軸電流調整制御部５９から第１の調整値Δｉｄを受け、ｄ軸電流指令値算出部５３からｄ軸電流指令値ｉｄ^*を受け、過渡期においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*が変動してオーバーシュートが発生するのを抑制する。

また、前記ｑ軸電流指令値算出部５４は、第２の電流指令値算出処理及び等トルク制御処理を行い、前記トルク指令値制限部において制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*、及びｄ軸電流制限部６５から弱め界磁電流制限部６８を介して送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、前記記録装置に設定された図４の第２の電流指令値マップを参照し、駆動モータ目標トルクＴＭ^*及びｄ軸電流指令値ｉｄ^*に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。

なお、前記第２の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に大きくなり、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が小さくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に小さくなるように設定される。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が一定の場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に大きくなると、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に小さくなる。

したがって、前記第１の調整値Δｉｄが零であり、弱め界磁制御が行われない場合、第１の調整値Δｉｄは零であるので、例えば、図４に示されるように、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、値ｉｄａ^*のままｑ軸電流指令値算出部５４に送られ、ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値はｉｑａ^*になる。これに対して、第１の調整値Δｉｄが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、負の方向に第１の調整値Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^*にされ、ｑ軸電流指令値算出部５４に送られ、ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^*は値ｉｑａ^*より正の方向に小さくされて、値ｉｑｂ^*になる。

このように、電圧飽和が発生するようになると、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、第１の調整値Δｉｄの分だけ負の方向に大きくされ、弱め界磁制御領域で駆動モータ３１を駆動することができ、駆動モータ３１の運転領域を拡大することができる。

ところで、直流電圧Ｖｄｃが低くなればなるほど、角速度ω１が高くなればなるほど、前記出力制限曲線Ｌ３は小さくなるが、これに伴って、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を負の方向に大きくしすぎると、弱め界磁制御の効果を十分に利用することができなくなってしまう。

そこで、減算器５５と電流制御部との間に前記ｄ軸電流制限部６５が配設され、該ｄ軸電流制限部６５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*の最大値を表す最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が設定され、前記減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えて大きくなった場合に、電流制御部に送られるｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*になるように、前記ｄ軸電流制限部６５において減算器５５から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限され、リミット動作が行われる。

そのために、前記記録装置に図５に示されるような電流制限マップが形成され、前記ｄ軸電流制限部６５の図示されないリミット動作処理手段は、リミット動作処理を行い、前記直流電圧Ｖｄｃ及び角速度ωを駆動モータ３１の運転条件として読み込み、前記電流制限マップを参照し、前記直流電圧Ｖｄｃ及び角速度ωに対応する最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を読み出し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えないように制限する。例えば、図６及び７において、出力制限曲線Ｌ３の場合、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*はαにされる。

なお、前記電流制限マップにおいて、直流電圧Ｖｄｃが所定の値η１以下である場合、直流電圧Ｖｄｃが大きくなるに伴って最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*は曲線状に負の方向に大きくされ、直流電圧Ｖｄｃが前記値η１より大きくなると、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*は一定にされる。

また、前記電流制限マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を制限するに当たり、直流電圧Ｖｄｃを角速度ωで除算することによって得られる電流制限パラメータＶｄｃ／ωを運転条件として使用することができる。その場合、前記駆動モータ制御装置４５に運転条件算出処理手段が配設され、該運転条件算出処理手段によって電流制限パラメータＶｄｃ／ωが算出される。そして、リミット動作処理手段は、電流制限パラメータＶｄｃ／ωを読み込み、電流制限マップを参照し、電流制限パラメータＶｄｃ／ωに対応する最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を読み出す。

このように、前記減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えて大きくなると、前記ｄ軸電流制限部６５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限され、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*にされるので、弱め界磁制御を効果的に行うことができ、駆動モータトルクＴＭを十分に発生させることができる。

ところで、ｄ軸電流制限部６５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限された場合、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を併せて制限する必要がある。そのために、ｄ軸電流制限部６５の図示されない電流制限判定処理手段は、電流制限判定処理を行い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*の制限が行われているかどうかを、減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*より大きいかどうかによって判断し、負の方向において減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*より大きい場合、電流制限が行われていると判断し、前記電流制限判定信号ｓｇ１を発生させ、電流制限判定信号ｓｇ１をスイッチＳＷ１に送る。

該スイッチＳＷ１は、切換処理を行い、前記電流制限判定信号ｓｇ１を受けると、切り換えられ、減算器５８とｄ軸電流調整制御部５９とを遮断し、減算器５８とｑ軸電流調整制御部６７とを接続する。このとき、ｄ軸電流調整制御部５９は、その時点の第１の調整値Δｉｄを保持したままにされるので、減算器５５はスイッチＳＷ１が切り換えられた時点の第１の調整値Δｉｄに従ってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、ｄ軸電流制限部６５に送る。

そして、前記ｑ軸電流調整制御部６７は、第２の電圧飽和判定処理及び第２の調整値算出処理を行い、スイッチＳＷ１を介して減算器５８から前記電圧飽和算定値ΔＶを受けると、該電圧飽和算定値ΔＶを制御タイミングごとに積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して第２の調整値Δｉｑを算出し、正の値に設定し、前記電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記第２の調整値Δｉｑを零にする。

また、減算器６６は、第２の電流指令値調整処理を行い、第２の調整値Δｉｑを受け、前記ｑ軸電流指令値ｉｑ^*から第２の調整値Δｉｑを減算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ^*を調整する。

この場合、第２の調整値Δｉｑが零の値を採るとき、実質的にｑ軸電流指令値ｉｑ^*の調整は行われない。一方、第２の調整値Δｉｑが正の値を採るとき、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は調整されて値が正の方向に小さくされる。

その結果、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を変化させることなく、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を小さくし、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を出力制限曲線Ｌ３内に収めるようにすることができる。

ところで、例えば、図６において、運転ポイントｐ１におけるｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に従って駆動モータ３１が駆動しているときに、前記直流電圧Ｖｄｃが急激に低くなったり、角速度ω１が急激に高くなったりして、電流制限パラメータＶｄｃ／ωが急激に小さくなると、出力制限曲線がＬ３からＬ４に急激に変化し、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*はαからβに急激に変化する。

この場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を負の方向においてβより大きくすることができないので、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、運転ポイントｐ１から等トルク指令曲線Ｌ１に沿って運転ポイントｐ２に移動した後、運転ポイントｐ３に移動し、出力制限曲線Ｌ４内に移動することになる。そして、前記運転ポイントｐ２においては、本来使用される必要のないｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*が発生させられ、その結果、電流リプルが発生してしまう。

そこで、本実施の形態において、ｄ軸電流制限部６５の図示されないリミット動作調整条件判定処理手段は、リミット動作調整条件判定処理を行い、リミット動作処理が行われる前に、その時点の直流電圧Ｖｄｃ及び角速度ωに対応する最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を読み込むとともに、減算器５５において調整される前のｄ軸電流指令値ｉｄ^*を表す調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*を読み込み、負の方向において、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*以上であるかどうかによって、リミット動作調整条件が成立しているかどうかを判断する。

最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*以上である場合、リミット動作調整条件は成立しないので、前記リミット動作処理手段は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*より大きくならないように、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を制限してリミット動作を行い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*と等しくなると、前記第２の調整値算出処理手段は、前述されたように、第２の調整値算出処理を行い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*に保持したままｑ軸電流指令値ｉｑ^*を小さくする。

これに対して、負の方向において、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*より小さい場合、リミット動作調整条件が成立するので、ｄ軸電流制限部６５の図示されないリミット動作調整処理手段は、リミット動作調整処理を行い、減算器５５において調整される前のｄ軸電流指令値ｉｄ^*にあらかじめ設定された微小値を加算することによって、負の方向において前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*より大きいリミット動作調整値ｉｄｍａｘｒを算出する。なお、前記微小値は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出する際の処理上の最小単位とされる。

例えば、図７において、運転ポイントｐ１１におけるｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に従って駆動モータ３１が駆動しているときに、前記直流電圧Ｖｄｃが急激に低くなったり、角速度ω１が急激に高くなったりして、電流制限パラメータＶｄｃ／ωが急激に小さくなると、出力制限曲線がＬ３からＬ４に急激に変化し、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*はαからβに急激に変化する。

このとき、前記リミット動作調整条件判定処理手段は、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*
ｉｄｍａｘ^*＝β
を読み込むとともに、調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*
ｉｄｂｆ^*＝γ
を読み込み、負の方向において、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*以上であるかどうかによって、リミット動作調整条件が成立しているかどうかを判断する。この場合、負の方向において、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*が調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*より小さく、リミット動作調整条件が成立するので、前記リミット動作調整処理手段は、値γに微小値を加算することによって、負の方向において前記調整前電流指令値ｉｄｂｆ^*より大きい所定のリミット動作調整値ｉｄｍａｘｒ
ｉｄｍａｘｒ＝δ
を算出する。

そして、前記リミット動作処理手段は、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*をリミット動作調整値ｉｄｍａｘｒに固定することによって制限し、リミット動作を行い、前記第２の調整値算出処理手段は、前述されたように、第２の調整値算出処理を行い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*をリミット動作調整値ｉｄｍａｘｒに保持したままｑ軸電流指令値ｉｑ^*を小さくする。

したがって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、運転ポイントｐ１１から等トルク指令曲線Ｌ１に沿って運転ポイントｐ１２に移動した後、運転ポイントｐ１３に移動し、出力制限曲線Ｌ４内に移動することになる。この場合、前記運転ポイントｐ１２においては、本来使用されるｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*が発生させられるので、電流リプルが発生することがなくなる。

したがって、駆動モータ３１を安定させて駆動することができる。

このようにして発生させられたｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、前述されたように、電流制御部に送られる。

なお、前記第２の電流指令値調整処理手段は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*をリミット動作調整値ｉｄｍａｘｒに保持したまま、等トルクが得られるｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を電流制御部に送ることができる。

ところで、前記スイッチＳＷ１が切り換えられるのに伴って、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*はｄ軸電流制限部６５によって制限された値に固定されるのに対して、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は第２の調整値Δｉｑが正の値を採る限り、正の方向に小さくされる。この場合、図４の第２の電流指令値マップにおいて同じ駆動モータ目標トルクＴＭ^*の曲線上でｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を発生させることができなくなり、実際に発生させられる駆動モータトルクＴＭは小さくなるが、前記電圧飽和判定指標ｍが大きくなるとｑ軸電流指令値ｉｑ^*が小さくされるので、電圧飽和が発生するのを防止することができ、駆動モータ３１による出力が不可能になるのを防止することができる。

ところで、前記三相二相変換部は、第１の相変換処理としての三相／二相変換を行い、磁極位置θを読み込み、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換し、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを実電流として算出し、電流制御部に送る。そして、該電流制御部は、ｄ軸電流制限部６５から電流制限処理が行われた後のｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、減算器６６から弱め界磁制御処理が行われた後のｑ軸電流指令値ｉｑ^*を受け、三相二相変換部から前記ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを受けると、フィードバック制御を行い、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出する。

続いて、前記電圧制御部は、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び磁極位置θを読み込み、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*に変換し、該電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を図示されないＰＷＭ発生器に送る。そのために、電圧制御部に図示されない第２の相変換処理手段が配設され、第２の相変換処理手段は、第２の相変換処理を行う。

前記ＰＷＭ発生器は、出力信号発生処理を行い、前記各相の電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*及び前記直流電圧Ｖｄｃに基づいて、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを出力信号として発生させ、前記ドライブ回路５１に送る。

該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて６個の駆動信号を発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記パルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに基づいて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記駆動モータ３１の各ステータコイル１１〜１３に供給する。

このように、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいてトルク制御が行われ、駆動モータ３１が駆動されて電気自動車が走行させられる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図である。本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図である。本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態における電流制限マップを示す図である。従来の駆動モータ制御装置における電圧制限楕円を示す参考図である。本発明の実施の形態における電圧制限楕円を示す図である。

符号の説明

３１駆動モータ
４０インバータ
５１ドライブ回路
５４ｑ軸電流指令値算出部
５５、６６減算器
６５ｄ軸電流制限部

Claims

電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１の電流指令値を算出する第１の電流指令値算出処理手段と、前記電動機械の運転条件に対応させて、前記第１の電流指令値を制限する電流制限処理手段と、制限された第１の電流指令値及び前記電動機械目標トルクに基づいて第２の電流指令値を算出する第２の電流指令値算出処理手段と、弱め界磁制御を行うために、第１、第２の調整値に基づいて前記第１、第２の電流指令値を調整する第１、第２の電流指令値調整処理手段とを有するとともに、前記電流制限処理手段は、前記第１の調整値によって調整される前の第１の電流指令値を調整前電流指令値としたとき、負の方向において、前記運転条件によって決定される最大電流指令値が調整前電流指令値以上である場合、第１の電流指令値を、最大電流指令値を超えないように制限し、負の方向において前記最大電流指令値が調整前電流指令値より小さい場合、該調整前電流指令値に微小値を加算したリミット動作調整値を算出し、前記第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に固定して制限し、前記第２の電流指令値調整処理手段は、第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に保持したまま第２の電流指令値を小さくすることを特徴とする電動駆動制御装置。
前記第２の電流指令値調整処理手段は、第１の電流指令値をリミット動作調整値に保持したまま、直流電圧及び角速度に基づいて決定される出力制限曲線内の値になるように第２の電流指令値を小さくする請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記運転条件は、直流電圧及び角速度であるか、又は直流電圧及び角速度に基づいて算出される電流制限パラメータである請求項１又は２に記載の電動駆動制御装置。
前記第２の電流指令値調整処理手段は、第１の電流指令値をリミット動作調整値に保持したまま、等トルクが得られる第２の電流指令値を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動駆動制御装置。
電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１の電流指令値を算出し、前記電動機械の運転条件に対応させて、前記第１の電流指令値を制限し、制限された第１の電流指令値及び前記電動機械目標トルクに基づいて第２の電流指令値を算出し、弱め界磁制御を行うために、第１、第２の調整値に基づいて前記第１、第２の電流指令値を調整するとともに、前記第１の調整値によって調整される前の第１の電流指令値を調整前電流指令値としたとき、負の方向において、前記運転条件によって決定される最大電流指令値が調整前電流指令値以上である場合、第１の電流指令値を、最大電流指令値を超えないように制限し、負の方向において前記最大電流指令値が調整前電流指令値より小さい場合、該調整前電流指令値に微小値を加算したリミット動作調整値を算出し、前記第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に固定して制限し、第１の電流指令値を前記リミット動作調整値に保持したまま第２の電流指令値を小さくすることを特徴とする電動駆動制御方法。