JP5210822B2 - 交流電動機の制御装置およびそれを搭載した電動車両 - Google Patents
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Description
(電動機制御の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。
制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳細に説明する。
図3を参照して、概略的には、低回転数域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中回転数域A2では過変調PWM制御、高回転数域A3では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機M1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
図4は、本実施の形態の交流電動機の制御装置30の制御構成を示す機能ブロック図である。図4を始めとして、以下で説明されるブロック図に記載された各機能ブロックは、制御装置30によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
図5は、矩形波電圧制御モードが適用された場合に実行される矩形波電圧制御によるモータ制御構成を説明するブロック図である。
トルク演算部420は、電力演算部410によって求められたモータ電力Pmtおよび回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θから算出される角速度ωを用いて、下記(2)式に従ってトルク推定値Tqを算出する。
PI演算部430へは、トルク指令値Trqcomに対するトルク偏差ΔTq(ΔTq=Trqcom−Tq)が入力される。PI演算部430は、トルク偏差ΔTqについて所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。具体的には、PI演算部430は、正トルク発生(Trqcom>0)時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生(Trqcom<0)時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。
次に、図6,7を用いて、電流抽出部460におけるサンプリング電流について説明する。
次に、矩形波電圧制御からPWM制御への切替時におけるモータ制御構成の問題点について、図8を用いて説明する。特に、交流電動機M1が高出力領域から出力低下することによって、制御モードが矩形波電圧制御〜過変調PWM制御〜正弦波PWM制御と移行する際における、制御安定性上の問題点について説明する。
次に、図4に示した制御ブロック図の制御モード選択部490における、PWM制御と矩形波電圧制御との間の制御モード選択について、図9を用いて詳細に説明する。図9を始めとして、以降に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置30に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
FM=(Vd♯2+Vq♯2)1/2/VH ・・・(3)
そして、制御装置30は、S12により、S11で求めた変調率が0.78以上であるかどうかを判定する。変調率≧0.78のとき(S12にてYES)には、PWM制御モードでは適切な交流電圧を発生することができないため、制御装置30は、処理をS15に進めて、矩形波電圧制御モードを選択するように制御モードを切替える。
上記の実施の形態1においては、矩形波電圧制御モードからPWM制御モードへの緊急的な切替要否判定に、スイッチング電流を使用した。実施の形態1の変形例では、トルク指令値Trqcomの大きさに応じて、切替要否判定に用いる電流を切替える手法について説明する。
上記の実施の形態1およびその変形例では、判定用電流のq軸電流値を用い、このq軸電流値と基準値との比較によって制御モードの切替要否を判定した。実施の形態2では、これに代えて、判定用電流の位相を用いて制御モードの切替を判定する手法について説明する。
Claims (8)
- インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れるモータ電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるように位相制御された矩形波電圧が前記交流電動機に印加されるように、前記インバータの制御指令を発生する矩形波電圧制御部と、
搬送波と、前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部と、
前記交流電動機の動作状態に応じて、前記矩形波電圧制御部による矩形波電圧制御および前記パルス幅変調制御部による前記パルス幅変調制御のいずれか一方を選択するように構成された制御モード選択部とを備え、
前記矩形波電圧制御部は、
前記モータ電流の振幅および位相が基本波成分である基本波電流と比較して振幅が大きくかつ位相が遅れ側となる第1の所定のタイミングにおいて、前記電流検出器により検出された前記モータ電流をサンプリングするように構成された電流抽出部と、
前記第1の所定のタイミングでサンプリングされた第1の電流に基づいて、前記矩形波電圧制御から前記パルス幅変調制御への切替要否を判定するように構成された切替判定部とを含み、
前記電流抽出部は、前記モータ電流の振幅および位相が前記基本波電流と比較して振幅が小さくかつ位相が進み側となる第2の所定のタイミングにおいて、前記モータ電流をさらにサンプリングするように構成され、
前記切替判定部は、前記トルク指令値が所定の第1のトルク基準値以上のときには、前記第1の電流に基づいて前記切替要否を判定し、前記トルク指令値が前記第1のトルク基準値以下の所定の第2のトルク基準値未満のときには、前記第1の電流に基づく前記切替要否の判定に代えて、前記第2の所定のタイミングでサンプリングされた第2の電流に基づいて前記切替要否を判定する、交流電動機の制御装置。 - 前記切替判定部は、前記第1の電流の大きさに基づいて前記切替要否を判定する、請求項1に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記切替判定部は、前記第1の電流の位相に基づいて前記切替要否を判定する、請求項1に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記インバータは、
前記制御指令に従って電力変換を行う複数のスイッチング素子を含み、
前記第1の電流は、前記インバータの前記複数のスイッチング素子のそれぞれの駆動切替タイミングに対応するタイミングでサンプリングされた前記モータ電流である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の交流電動機の制御装置。 - 前記切替判定部は、前記トルク指令値が前記第1のトルク基準値以上のときには、前記第1の電流の大きさに基づいて前記切替要否を判定し、前記トルク指令値が前記第2のトルク基準値未満のときには、前記第2の電流の大きさに基づいて前記切替要否を判定する、請求項1に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記切替判定部は、前記トルク指令値が前記第1のトルク基準値以上のときには、前記第1の電流の位相に基づいて前記切替要否を判定し、前記トルク指令値が前記第2のトルク基準値未満のときには、前記第2の電流の位相に基づいて前記切替要否を判定する、請求項1に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記インバータは、
前記制御指令に従って電力変換を行う複数のスイッチング素子を含み、
前記第1の電流は、前記インバータへの前記複数のスイッチング素子のそれぞれの駆動切替タイミングに対応するタイミングでの前記モータ電流であり、前記第2の電流は、前記第1の電流のサンプリングタイミング間の中間のタイミングでサンプリングされた前記モータ電流である、請求項1,5または6に記載の交流電動機の制御装置。 - 車両駆動力を発生するように構成された前記交流電動機と、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の前記交流電動機の前記制御装置とを搭載した電動車両。
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