JP4730173B2 - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法 - Google Patents

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、電動車両、例えば、電気自動車においては、電動機械として駆動モータが配設され、ハイブリッド型車両においては、第１、第２の電動機械として駆動モータ及び発電機が配設されるようになっている。そして、前記駆動モータ及び発電機は、いずれも、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を備える。

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、前記駆動モータ制御装置及び発電機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、駆動モータを駆動することができる領域、すなわち、出力領域を拡大するために所定の条件に基づいて弱め界磁制御を行うようになっている。該弱め界磁制御においては、電圧指令値と実電圧とを比較し、比較結果に基づいて電圧指令値を抑制するようにしている。そのために、電圧指令値が電圧振幅及び電圧位相角に変換され、実電圧も同様にして電圧振幅及び電圧位相角に変換される。そして、電圧飽和が生じていることから、電圧振幅を変更することができないので、両電圧位相角を比較し、電圧位相角を変更するようにしている。

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、マグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクを併せて利用するようにした駆動モータの場合、直流電圧の制限のもとで駆動モータの駆動領域を拡大するために弱め界磁制御が行われるようになっているが、弱め界磁制御の領域において、一般のｄ軸及びｑ軸による電流（誤差ＰＩ）制御を行うと、電圧指令の飽和によって、電流を安定させて制御することができない領域が存在する。

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、弱め界磁制御のすべての領域で電流を安定させて制御することができる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ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と前記電動機械に供給される電流との第１、第２の偏差を算出する偏差算出処理手段と、前記第１、第２の偏差に基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電圧飽和が生じたときに、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を変更して弱め界磁制御を行う弱め界磁制御処理手段とを有する。

そして、前記電圧指令値算出処理手段は、弱め界磁制御中に、電動機械の角速度及び電動機械目標トルクで決定される運転象限ごとに設定される所定の補正条件が成立したときに、前記第１、第２の偏差の両方に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する。

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ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と前記電動機械に供給される電流との第１、第２の偏差を算出する偏差算出処理手段と、前記第１、第２の偏差に基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電圧飽和が生じたときに、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を変更して弱め界磁制御を行う弱め界磁制御処理手段とを有する。

そして、前記電圧指令値算出処理手段は、弱め界磁制御中に、電動機械の角速度及び電動機械目標トルクで決定される運転象限ごとに設定される所定の補正条件が成立したときに、前記第１、第２の偏差の両方に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する。

この場合、弱め界磁制御を効果的に行うことができない場合、所定の補正条件が成立すると、電流を安定させて制御することができるので、弱め界磁制御をすべての領域で効果的に行うことができる。

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、電動機械として駆動モータを駆動するようにした電動駆動装置、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電流制御部のブロック図、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駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図、図４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５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６は本発明の実施の形態における駆動モータの第１の特性図、図７は本発明の実施の形態における駆動モータの第２の特性図、図８は本発明の実施の形態における運転象限を示す図、図９は本発明の実施の形態における運転象限ごとの交差モードを示す図である。なお、図４において、横軸に駆動モータ３１のトルクである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ＴＭ^* を、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^* を、図５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６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７において、横軸にｄ軸電圧指令値ｖｄ^* を、縦軸にｑ軸電圧指令値ｖｑ^* を採ってある。

図において、３１は駆動モータであり、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、及び該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歯が形成されたステータコア、並びに前記歯に巻装された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、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、磁極位置検出部として、前記磁極位置センサ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、該各相の電流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。なお、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によって検出された電流は、検出電流ｉｕ、ｉｖとして駆動モータ制御装置４５に送られる。

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図示されない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、前記駆動モータ制御装置４５の動作について説明する。

まず、該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。前記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、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。

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。なお、本実施の形態においては、前記駆動モータ制御装置４５において、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ようになっている。

そのために、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、該車速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。

そして、該駆動モータ制御装置４５において、前記駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* に基づいて駆動モータ３１を駆動するために、電流指令値設定処理手段としての電流指令値設定部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御部４７、電圧指令値設定処理手段としての電圧指令値設定部４８、第１の相変換処理手段としての三相二相変換部４９、及び出力信号発生処理手段としてのＰＷＭ発生器５０を備える。

前記電流指令値設定部４６は、電流指令値設定処理を行うために、第１の軸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及び減算器５５を、第２の軸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を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の軸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は、第２の軸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によって電流指令値調整処理手段が構成される。

また、前記弱め界磁制御部４７は、弱め界磁制御処理を行うために、電圧飽和指標算出処理手段としての減算器５８、及び電圧飽和判定処理手段としての、かつ、弱め界磁電流算出処理手段としてのｄ軸電流調整制御部５９を備え、弱め界磁制御処理を行い、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）が高くなったりすると、駆動モータ３１を駆動することができる出力領域を拡大するために、所定の条件に基づいて、調整値としての弱め界磁電流Δｉｄを発生させて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は積分器によって構成される。

そして、前記三相二相変換部４９は、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、電圧指令値設定部４８に送る。

該電圧指令値設定部４８は、電圧指令値設定処理を行うために、電流制御処理手段としての、かつ、軸電圧指令値設定処理手段としての電流制御部６１、及び電圧制御処理手段としての、かつ、第２の相変換処理手段としての電圧制御部６２を備える。

また、前記ＰＷＭ発生器５０は、出力信号発生処理を行い、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、該各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。

次に、前記電流指令値設定部４６の動作について説明する。

この場合、該電流指令値設定部４６は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* 、角速度ω及び直流電圧Ｖｄｃを読み込み、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、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、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図４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^* を読み出すことによって算出し、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。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^* が正又は負の値を採るのに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は負の値を採り、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^* が正又は負の方向に大きくなるにつれて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。

このようにして、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* が算出されると、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、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^* 、弱め界磁制御部４７から送られた弱め界磁電流Δｉｄを読み込み、図５に示される第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^* を読み出すことによって算出し、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^* を前記電流制御部６１に送る。

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^* が正又は負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^* が負の方向に小さくなり、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* が正又は負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^* が正又は負の方向に小さくなる。

次に、弱め界磁制御部４７の動作について説明する。

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、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど駆動モータ３１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３１による出力が不可能になってしまう。

そこで、前記電圧制御部６２の図示されない変調率算出処理手段は、変調率算出処理を行い、電流制御部６１によって調整されたｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* 、直流電圧Ｖｄｃ及び磁極位置θを読み込み、電圧振幅｜ｖ｜

を、理論上の最大の電圧Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝０．７８×Ｖｄｃ
によって除算することにより、変調率ｍ

を算出して減算器５８に送る。なお、前記変調率ｍは、電圧振幅｜ｖ｜の程度を表す値である。

そして、前記減算器５８は、電圧飽和指標算出処理を行い、前記変調率ｍを読み込むとともに、図示されない変調率指令値算出部においてあらかじめ算出された変調率ｍの指令値、すなわち、変調率指令値ｋを読み込み、電圧飽和の程度を表す指標である電圧飽和指標Δｍ
Δｍ＝ｍ−ｋ
を算出し、電圧飽和指標Δｍをｄ軸電流調整制御部５９に送る。

続いて、該ｄ軸電流調整制御部５９は、電圧飽和判定処理及び弱め界磁電流算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和指標Δｍを積算し、積算値ΣΔｍを算出し、該積算値ΣΔｍが正の値を採るかどうかによって電圧飽和が生じているかどうかを判断し、積算値ΣΔｍが正の値を採り、電圧飽和が生じている場合、積算値ΣΔｍに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための弱め界磁電流Δｉｄを算出して設定し、積算値ΣΔｍが零以下の値を採り、電圧飽和が生じていない場合、前記弱め界磁電流Δｉｄを零にする。

そして、弱め界磁電流Δｉｄは減算器５５に送られ、該減算器５５は、弱め界磁電流Δｉｄを受けると、電流指令値調整処理を行い、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* から弱め界磁電流Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^* を調整し、前記弱め界磁電流Δｉｄを電流制御部６１に送る。

この場合、弱め界磁電流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、弱め界磁電流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。

したがって、図５に示されるように、減算器５５に送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^* の値がｉｄａ^* であるときに、弱め界磁電流Δｉｄが零であって弱め界磁制御が行われない場合は、ｑ軸電流指令値算出部５４において、値ｉｄａ^* に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^* の値ｉｑａ^* が読み出される。これに対して、弱め界磁電流Δｉｄが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、例えば、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は、負の方向に弱め界磁電流Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^* にされ、該値ｉｄｂ^* は電流制御部６１に送られる。したがって、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。

続いて、前記電圧指令値設定部４８の動作について説明する。

前記電流制御部６１は、電流制御処理及び軸電圧指令値設定処理を行い、減算器５５を介してｄ軸電流指令値算出部５３から送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値算出部５４から送られたｑ軸電流指令値ｉｑ^* を受け、三相二相変換部４９から前記ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを受けてフィードバック制御を行う。

そして、該フィードバック制御において、前記電流制御部６１は、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* に基づいて、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、設定する。

そのために、電流制御部６１は、第１の偏差としての、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* とｄ軸電流ｉｄとの電流偏差δｉｄ、及び第２の偏差としての、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差δｉｑを算出し、各電流偏差δｉｄ、δｉｑ及び駆動モータ３１のパラメータに基づいて、比例制御及び積分制御から成る比例積分項演算を行う。

そして、前記電圧制御部６２は、電圧制御処理及び第２の相変換処理を行い、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* 、直流電圧Ｖｄｃ及び磁極位置θを読み込み、二／三相変換によって、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* を算出し、ＰＷＭ発生器５０に送る。

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。また、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等から成り、ｄ軸とｑ軸との間の干渉を抑制するために、干渉項の演算を行う際に使用される。

ところで、駆動モータ３１、特に、マグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクも利用するようにした駆動モータにおいては、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を負の方向に大きくしようとしても、誘起電圧を低くするこができない制御領域が存在し、弱め界磁制御を全制御領域で行うことができない。

図６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ｐｔ１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。

ところで、例えば、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* がいずれも正である場合に、直流電圧Ｖｄｃが低くなるか、角速度ωが高くなるかして、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圧速度比Ｖｄｃ／ωが小さくなると、該電圧速度比Ｖｄｃ／ωで表される出力制限曲線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り、電圧速度比Ｖｄｃ／ωが小さくなるのに伴って、出力制限曲線Ｌ３が小さくなり、運転ポイントｐｔ１は、等トルク指令曲線Ｌ１に沿って矢印Ａ方向に移動する。

ところが、前記等トルク指令曲線Ｌ１は、負の方向においてｄ軸電流指令値ｉｄ^* の値が大きいほど等トルク指令曲線Ｌ１の傾き角ε
ε＝Δｉｑ^* ／Δｉｄ^*
が小さくなり、弱め界磁制御においてｄ軸電流指令値ｉｄ^* だけが変化し、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* がほとんど変化しなくなってしまう。

その場合、図７において矢印のベクトルで示される電圧指令値Ｂｖがｄ軸の付近に設定され、電圧指令値Ｂｖの位相角ｖθが傾き角εとほぼ等しくなると、従来の弱め界磁制御では、電圧指令の位相が変化せず、電圧指令の振幅は電圧飽和によって制限されるので、電流を安定させて制御することができなくなってしまう。したがって、弱め界磁制御をすべての領域で効果的に行うことができない。

そこで、本実施の形態においては、弱め界磁制御が行われている場合に、電流制御部６１において積分制御を行うに当たり、制御モードを、電流偏差δｉｄに基づいてｄ軸電圧の積分項の演算を、電流偏差δｉｑに基づいてｑ軸電圧の積分項の演算を行うようにした標準モード、及び電流偏差δｉｄ、δｉｑに基づいてｄ軸電圧の積分項の演算を、電流偏差δｉｑ、δｉｄに基づいてｑ軸電圧の積分項の演算を行うようにした交差モードで切り換え、選択することができるようになっている。

次に、前記電流制御部６１の詳細について説明する。

図１に示されるように、電流制御部６１は、第１、第２の電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出部７８、７９を備える。

該電圧指令値算出部７８は、第１の偏差算出処理手段としての減算器８１、第１の比例積分項演算処理手段としてのＰＩ項演算部８２、及び第１の電圧指令値調整処理手段としての加算器８５を備え、ｄ軸電流ｉｄとｄ軸電流指令値ｉｄ^* との偏差を表す電流偏差δｉｄに基づいて、ｄ軸電流ｉｄがｄ軸電流指令値ｉｄ^* になるようにフィードバック制御を行う。

また、電圧指令値算出部７９は、第２の偏差算出処理手段としての減算器８６、第２の比例積分項演算処理手段としてのＰＩ項演算部８７、及び第２の電圧指令値調整処理手段としての加算器９０を備え、ｑ軸電流ｉｑとｑ軸電流指令値ｉｑ^* との偏差を表す電流偏差δｉｑに基づいて、ｑ軸電流ｉｑがｑ軸電流指令値ｉｑ^* になるようにフィードバック制御を行う。

そのために、前記電圧指令値算出部７８において、前記減算器８１は、偏差算出処理を行い、ｄ軸電流ｉｄ及びｄ軸電流指令値ｉｄ^* を読み込み、電流偏差δｉｄを算出し、ＰＩ項演算部８２に送る。

該ＰＩ項演算部８２は、第１の比例積分項演算処理を行い、電流偏差δｉｄを読み込み、電流偏差δｉｄに基づいて電圧降下Ｖｚｄを算出し、加算器８５に送る。そのために、前記ＰＩ項演算部８２は、比例項演算処理手段としての比例項演算部８３、及び積分項演算処理手段としての積分項演算部８４を備え、前記比例項演算部８３は乗算器ｄ１を、前記積分項演算部８４は、乗算器ｄ２、第１の偏差補正処理手段としての加減算器７１、及び第１の積分処理手段としての積分器ｄ３を備える。

そして、前記比例項演算部８３は、比例項演算処理を行い、電流偏差δｉｄ及びゲインＫｐｄに基づいて比例項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｐ
Ｖｚｄｐ＝Ｋｐｄ・δｉｄ
を比例項演算値として算出する。また、前記積分項演算部８４は、積分項演算処理を行い、標準モードでは、電流偏差δｉｄ及び積分項演算用のゲインＫｉｄに基づいて積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｉ
Ｖｚｄｉ＝Ｖｚｄｉ＋Ｋｉｄ・δｉｄ
を積分項演算値として算出し、交差モードでは、電流偏差δｉｄ、補正値γｄ及び積分項演算用のゲインＫｉｄに基づいて電圧降下Ｖｚｄｉ
Ｖｚｄｉ＝Ｖｚｄｉ＋Ｋｉｄ・（δｉｄ±γｄ）
を積分項演算値として算出する。補正値γｄは、電流偏差δｉｑから計算される値である。

なお、交差モードにおいて、前記加減算器７１は、第１の偏差補正処理を行い、電流偏差δｉｄに補正値γｄを加減算して値Ｋｉｄ（δｉｄ±γｄ）を算出し、積分器ｄ３は、積分処理を行い、値Ｋｉｄ（δｉｄ±γｄ）を積分して値Ｖｚｄｉを算出する。

さらに、前記加算器８５は、電圧指令値調整処理を行い、電圧降下Ｖｚｄｐ、Ｖｚｄｉを加算して、電圧降下Ｖｚｄ
Ｖｚｄ＝Ｖｚｄｐ＋Ｖｚｄｉ
を算出するとともに、干渉項のｑ軸電流ｉｑによって誘起される誘起電圧ｅｄ
ｅｄ＝−ω・Ｌｑ・ｉｑ^*
を読み込み、電圧降下Ｖｚｄと誘起電圧ｅｄとを加算し、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*
ｖｄ^* ＝Ｖｚｄ＋ｅｄ
＝Ｖｚｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出する。

一方、電圧指令値算出部７９において、減算器８６は、偏差算出処理を行い、ｑ軸電流ｉｑ及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* を読み込み、電流偏差δｉｑを算出し、ＰＩ項演算部８７に送る。

該ＰＩ項演算部８７は、第２の比例積分項演算処理を行い、電流偏差δｉｑを読み込み、該電流偏差δｉｑに基づいて電圧降下Ｖｚｑを算出し、加算器９０に送る。そのために、前記ＰＩ項演算部８７は、比例項演算処理手段としての比例項演算部８８、及び積分項演算処理手段としての積分項演算部８９を備え、前記比例項演算部８８は乗算器ｑ１を、前記積分項演算部８９は、乗算器ｑ２、第２の偏差補正処理手段としての加減算器７２、及び第２の積分処理手段としての積分器ｑ３を備える。

そして、前記比例項演算部８８は、比例項演算処理を行い、電流偏差δｉｑ及びゲインＫｐｑに基づいて比例項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｐ
Ｖｚｑｐ＝Ｋｐｑ・δｉｑ
を比例項演算値として算出する。また、前記積分項演算部８９は、積分項演算処理を行い、標準モードでは、電流偏差δｉｑ及び積分項演算用のゲインＫｉｑに基づいて積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉ
Ｖｚｑｉ＝Ｖｚｑｉ＋Ｋｉｑ・Σδｉｑ
を積分項演算値として算出し、交差モードでは、電流偏差δｉｑ、補正値γｑ及び積分項演算用のゲインＫｉｑに基づいて積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉ
Ｖｚｑｉ＝Ｖｚｑｉ＋Ｋｉｑ・Σ（δｉｑ±γｑ）
を積分項演算値として算出する。補正値γｑは、電流偏差δｉｄから計算される値となる。

なお、交差モードにおいて、前記加減算器７２は、第２の偏差補正処理を行い、電流偏差δｉｑに補正値ｍを加減算して値Ｋｉｑ（δｉｑ±γｑ）を算出し、積分器ｑ３は、積分処理を行い、値Ｋｉｑ（δｉｑ±γｑ）を積分して値Ｖｚｑｉを算出する。

さらに、前記加算器９０は、電圧降下算出処理を行い、電圧降下Ｖｚｑｐ、Ｖｚｑｉを加算して、電圧降下Ｖｚｑ
Ｖｚｑ＝Ｖｚｑｐ＋Ｖｚｑｉ
を算出するとともに、干渉項のｄ軸電流ｉｄによって誘起される誘起電圧ｅｑ
ｅｑ＝＋ω（Ｍｉｆ＋Ｌｄ・ｉｄ^* ）
を読み込み、電圧降下Ｖｚｑと誘起電圧ｅｑとを加算し、出力電圧としてのｑ軸電圧指令値ｖｑ^*
ｖｑ^* ＝Ｖｚｑ＋ｅｑ
＝Ｖｚｑ＋ω（Ｍｉｆ＋Ｌｄ・ｉｄ^* ）
を算出する。

このようにして、電流偏差δｉｄが零になるように、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* が発生させられ、電流偏差δｉｑが零になるように、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* が発生させられ、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^* が電圧制御部６２に送られる。

ところで、前記弱め界磁制御が行われている間に、前記電流制御部６１の図示されないモード切換判定処理手段は、モード切換判定処理を行い、角速度ω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の運転象限Ｇ１〜Ｇ４ごとに設定されたモード切換条件が成立するかどうかを判断する。なお、該モード切換条件によって補正条件が構成される。

そのために、電流制御部６１の図示されない運転象限判定処理手段は、運転象限判定処理を行い、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* を読み込み、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* が属する運転象限Ｇ１〜Ｇ４を判定する。すなわち、運転象限判定処理手段は、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* がいずれも正であって、駆動モータ３１が正転及び力行で駆動される場合、運転象限はＧ１であり、角速度ωが負であり、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が正であって、駆動モータ３１が逆転及び回生で駆動される場合、運転象限はＧ２であり、角速度ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* がいずれも負であって、駆動モータ３１が逆転及び力行で駆動される場合、運転象限はＧ３であり、角速度ωが正であり、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が負であって、駆動モータ３１が正転及び回生で駆動される場合、運転象限はＧ４であると判定する。

続いて、前記モード切換判定処理手段は、位相角ｖθが運転象限Ｇ１〜Ｇ４ごとに閾値として設定された角度θ１〜θ４より大きいかどうかを判断する。すなわち、前記モード切換判定処理手段は、運転象限Ｇ１〜Ｇ４を読み込み、運転象限がＧ１である場合、位相角ｖθが角度θ１（１８０〔°〕付近の所定の値）より大きいかどうかを判断し、位相角ｖθが角度θ１より大きい場合、モード切換条件が成立していると判断する。そして、前記モード設定処理手段は、制御モードを標準モードから交差モードに切り換え、補正モードＭＤ１を設定する。

同様に、前記モード切換判定処理手段は、運転象限がＧ２である場合、位相角ｖθが角度θ２（２７０〔°〕付近の所定の値）より大きいかどうかを判断し、位相角ｖθが角度θ２より大きい場合、モード切換条件が成立していると判断し、前記モード設定処理手段は、制御モードを標準モードから交差モードに切り換え、補正モードＭＤ２を設定する。

また、運転象限がＧ３である場合、位相角ｖθが角度θ３（１８０〔°〕付近の所定の値）より小さいかどうかを判断し、位相角ｖθが角度θ３より小さい場合、モード切換条件が成立していると判断し、前記モード設定処理手段は、制御モードを標準モードから交差モードに切り換え、補正モードＭＤ３を設定する。

そして、運転象限がＧ４である場合、位相角ｖθが角度θ４（９０〔°〕付近の所定の値）より小さいかどうかを判断し、位相角ｖθが角度θ４より小さい場合、モード切換条件が成立していると判断し、前記モード設定処理手段は、制御モードを標準モードから交差モードに切り換え、補正モードＭＤ４を設定する。

なお、モード切換条件が成立しない場合、前記モード設定処理手段は、制御モードを切り換えず、標準モードを設定する。したがって、加減算器７１、７２において加減算は行われず、電流偏差δｉｄ、δｉｑに基づいて通常の積分制御が行われる。

そして、前記補正モードＭＤ１、ＭＤ４が設定された場合、前記加減算器７１は、減算を行い、電流偏差δｉｄを（δｉｄ−δｉｑ）にして電流偏差δｉｑ分小さくし、前記加減算器７２は、加算を行い、電流偏差δｉｑを（δｉｑ＋δｉｄ）にして電流偏差δｉｄ分大きくする。また、前記補正モードＭＤ２、ＭＤ３が設定された場合、前記加減算器７１は、加算を行い、電流偏差δｉｄを（δｉｄ＋δｉｑ）にして電流偏差δｉｑ分大きくし、前記加減算器７２は、減算を行い、電流偏差δｉｑを（δｉｑ−δｉｄ）にして電流偏差δｉｄ分小さくする。

このように、弱め界磁制御が行われている間に、モード切換条件が成立すると、電流偏差δｉｄ、δｉｑが補正されるので、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* を十分に変化させることができ、電圧指令値Ｂｖを安定させることができる。したがって、弱め界磁制御をすべての領域で効果的に行うことができる。

また、運転象限Ｇ１〜Ｇ４ごとにモード切換条件が成立するかどうかを判断するようになっているので、過度に制御モードの切換えが行われるのを抑制することができる。したがって、制御モードの切換えに伴ってショックが発生するのを抑制することができる。

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電流制御部のブロック図である。 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駆動モータの第１の特性図である。 本発明の実施の形態における駆動モータの第２の特性図である。 本発明の実施の形態における運転象限を示す図である。 本発明の実施の形態における運転象限ごとの交差モードを示す図である。

符号の説明

４５ 駆動モータ制御装置
４７ 弱め界磁制御部
５３ ｄ軸電流指令値算出部
５４ ｑ軸電流指令値算出部
６１ 電流制御部
７１、７２ 加減算器
７８、７９ 電圧指令値算出部
８１、８６ 減算器
Ｇ１〜Ｇ４ 運転象限
ｉｄ^* ｄ軸電流指令値
ｉｑ^* ｑ軸電流指令値
ＴＭ^* 駆動モータ目標トルク
ｖｄ^* ｄ軸電圧指令値
ｖｑ^* ｑ軸電圧指令値
ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* 電圧指令値
ｖθ 位相角
Δｉｄ 弱め界磁電流
ω 角速度

Claims (9)

1. 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ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、
   前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と前記電動機械に供給される電流との第１、第２の偏差を算出する偏差算出処理手段と、
   前記第１、第２の偏差に基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、
   電圧飽和が生じたときに、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を変更して弱め界磁制御を行う弱め界磁制御処理手段とを有するとともに、
   前記電圧指令値算出処理手段は、弱め界磁制御中に、電動機械の角速度及び電動機械目標トルクで決定される運転象限ごとに設定される所定の補正条件が成立したときに、前記第１、第２の偏差の両方に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出することを特徴とする電動駆動制御装置。
2. 前記電圧指令値算出処理手段は、積分制御において第１、第２の偏差の両方を、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するために使用する請求項１に記載の電動駆動制御装置。
3. 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ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、
   前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と前記電動機械に供給される電流との第１、第２の偏差を算出する偏差算出処理手段と、
   前記第１、第２の偏差に基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、
   電圧飽和が生じたときに、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を変更して弱め界磁制御を行う弱め界磁制御処理手段とを有するとともに、
   前記電圧指令値算出処理手段は、弱め界磁制御中に所定の補正条件が成立したときに、前記第１、第２の偏差の両方に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するとともに、積分制御において第１、第２の偏差の両方を、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するために使用することを特徴とする電動駆動制御装置。
   
4. 前記電圧指令値算出処理手段は、前記第１の偏差に第２の偏差を加減算したものを、ｄ軸電圧指令値の積分項を算出するために使用する請求項１又は３に記載の電動駆動制御装置。
5. 前記電圧指令値算出処理手段は、前記第２の偏差に第１の偏差を加減算したものを、ｑ軸電圧指令値の積分項を算出するために使用する請求項１又は３に記載の電動駆動制御装置。
6. 前記補正条件は、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値の位相角に基づいて設定される請求項１又は３に記載の電動駆動制御装置。
7. 前記補正条件は、電動機械が正転及び力行で駆動される運転象限、並びに電動機械が逆転及び回生で駆動される運転象限で、前記位相角が閾値より大きいときに成立する請求項６に記載の電動駆動制御装置。
8. 前記補正条件は、電動機械が正転及び回生で駆動される運転象限、並びに電動機械が逆転及び力行で駆動される運転象限で、前記位相角が閾値より小さいときに成立する請求項６に記載の電動駆動制御装置。
9. 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ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出し、
   該ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と前記電動機械に供給される電流との第１、第２の偏差を算出し、
   該第１、第２の偏差に基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出し、
   電圧飽和が生じたときに、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を変更して弱め界磁制御を行うとともに、
   弱め界磁制御中に、電圧飽和によって、電動機械の角速度及び電動機械目標トルクで決定される運転象限ごとに設定される所定の補正条件が成立したときに、前記第１、第２の偏差の両方に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出することを特徴とする電動駆動制御方法。

Images