JP5418206B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータの制御装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a motor control device.
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車等には、モータを高効率で駆動させるために、モータを駆動制御する装置が搭載されている。 2. Description of the Related Art In recent years, electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like are equipped with devices that drive and control motors in order to drive the motors with high efficiency.
例えば、特許文献1,2には、バッテリからの直流電圧を昇降圧コンバータによって、昇降圧してモータ動作電圧を発生し、当該モータ動作電圧をインバータで交流電圧に変換し、モータを駆動制御する制御装置の構成が開示されている。そして、このような構成では、コンバータの出力側に、モータ動作電圧を安定化するための平滑コンデンサを設ける必要がある。
For example, in
また、例えば、特許文献3には、モータを駆動制御する装置に誤って大きな電源電圧が印加された場合でも、平滑コンデンサに過電圧が印加されないような装置が提案されている。 For example, Patent Document 3 proposes a device in which an overvoltage is not applied to a smoothing capacitor even when a large power supply voltage is erroneously applied to a device that drives and controls a motor.
しかし、従来のモータを駆動制御する装置では、モータのトルク指令値が急峻に変動する場合(例えば、車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止、パワーリミット制御時、車速の変速時等により引き起こされる)に起因するモータの指令電圧の変動を抑制することについては考慮されていない。そして、モータの指令電圧が指令電圧の上限クライテリアを超えてしまうと、平滑コンデンサが破壊される虞がある。 However, in a conventional motor drive control device, when the torque command value of the motor fluctuates sharply (for example, execution or stop of vibration suppression control to suppress vehicle vibration, power limit control, vehicle speed change, etc. It is not considered to suppress fluctuations in the motor command voltage caused by When the motor command voltage exceeds the upper limit criteria of the command voltage, the smoothing capacitor may be destroyed.
そこで、本発明は、モータのトルク指令値の急峻な変動を抑制するモータの駆動制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a motor drive control device that suppresses steep fluctuations in the torque command value of the motor.
本発明のモータの制御装置は、直流電圧を、モータを駆動するための交流電圧に変換するインバータと、前記インバータへ入力される前記直流電圧を電圧指令値に従って可変制御するコンバータと、前記コンバータから前記インバータへの電力供給線に接続される平滑コンデンサと、前記モータがトルク指令値に基づくトルクを出力するように、前記インバータを制御する制御手段と、所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値と電圧指令値との偏差に基づく平滑コンデンサパワーを算出し、算出した平滑コンデンサパワーをモータの回転数で除することにより、トルク指令値の変動率Aを算出する算出手段と、を備え、前記制御手段は、必要に応じて、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Aに基づいて調整する。 The motor control device of the present invention includes an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for driving the motor, a converter that variably controls the DC voltage input to the inverter according to a voltage command value, and the converter A smoothing capacitor connected to a power supply line to the inverter, control means for controlling the inverter so that the motor outputs torque based on a torque command value, and a voltage command criterion value at a predetermined control timing; A calculating means for calculating a fluctuation rate A of the torque command value by calculating a smoothing capacitor power based on a deviation from the voltage command value and dividing the calculated smoothing capacitor power by the number of rotations of the motor; The means adjusts the torque command value based on the torque command value fluctuation rate A as necessary.
また、前記モータの制御装置において、前記制御手段は、予め設定した通常のトルク指令値変動率と前記算出したトルク指令値変動率Aとを比較し、前記算出したトルク指令値変動率Aが小さい場合には、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Aに基づいて調整することが好ましい。 Further, in the motor control device, the control means compares a preset normal torque command value variation rate with the calculated torque command value variation rate A, and the calculated torque command value variation rate A is small. In this case, it is preferable to adjust the torque command value based on the torque command value fluctuation rate A.
また、前記モータの制御装置において、前記算出手段は、平滑コンデンサパワーの算出の際に用いる電圧指令値を前記モータが動作する実際の動作電圧に代えて、前記平滑コンデンサパワーを算出し、算出した平滑コンデンサパワーをモータの回転数で除することにより、トルク指令値の変動率Bを算出することが好ましい。 Further, in the motor control device, the calculating means calculates and calculates the smoothing capacitor power by replacing a voltage command value used when calculating the smoothing capacitor power with an actual operating voltage at which the motor operates. It is preferable to calculate the fluctuation rate B of the torque command value by dividing the smoothing capacitor power by the number of rotations of the motor.
また、前記モータの制御装置において、前記制御手段は、前記トルク指令値が急峻に変動する状態を推定する状態推定手段を備え、前記算出手段は、前記トルク指令値変動率Aの算出に加え、電圧指令クライテリア値と前記モータが動作する実際の動作電圧との偏差に基づく平滑コンデンサパワーを算出し、算出した平滑コンデンサパワーをモータの回転数で除することにより、トルク指令値の変動率Bを算出し、前記制御手段は、前記状態推定手段により、前記トルク指令値が急峻に変動する状態であると推定された場合、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Bに基づいて調整し、前記トルク指令値が急峻に変動する状態でないと推定された場合、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Aに基づいて調整することが好ましい。 In the motor control apparatus, the control means includes state estimation means for estimating a state in which the torque command value fluctuates sharply, and the calculation means in addition to the calculation of the torque command value fluctuation rate A, The smoothing capacitor power based on the deviation between the voltage command criterion value and the actual operating voltage at which the motor operates is calculated, and the calculated smoothing capacitor power is divided by the number of rotations of the motor, whereby the fluctuation rate B of the torque command value is obtained. And the control means adjusts the torque command value based on the torque command value variation rate B when the state estimation means estimates that the torque command value is in a state of steep fluctuation. When it is estimated that the torque command value does not fluctuate rapidly, the torque command value is preferably adjusted based on the torque command value variation rate A.
本発明によれば、モータのトルク指令値の急峻に変動を抑制することができる。その結果、モータのトルク指令値が変動しても、モータの指令電圧が指令電圧の上限クライテリアを超えることはなく、平滑コンデンサの破壊を防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress a steep fluctuation in the torque command value of the motor. As a result, even if the torque command value of the motor fluctuates, the motor command voltage does not exceed the upper limit criteria of the command voltage, and it is possible to prevent the smoothing capacitor from being destroyed.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るモータの制御装置を備える電源装置の概略構成の一例を示す図である。図1に示す電源装置1は、蓄電装置10、モータジェネレータ12a,12b、モータの制御装置を備える。モータの制御装置は、コンバータ14、平滑コンデンサ16、インバータ18a,18b、ECU(Electronic Control Unit)20を備える。なお、電源装置は、特に制限されるものではないが、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車輌に搭載される。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power supply device including a motor control device according to the present embodiment. A
蓄電装置10は、鉛二次電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池等により構成される。但し、必ずしも蓄電装置10はこれらに制限されるものではなく、電気二重層キャパシタに代表されるキャパシタ等の他の形式の蓄電装置であってもよい。
The
モータジェネレータ12a,12bは、主にモータとして機能するモータジェネレータと、主にジェネレータとして機能するモータジェネレータと、を含むものであり、車両の走行状態に応じて、ジェネレータとして機能したり、モータとして機能するものである。
The
ECU20には、運転状況、車両状況を示す各種センサからの各種センサ出力が入力される。各種センサ出力は、アクセル踏み込み量や車両速度等である。そして、ECU20は、各種センサ出力に基づき、モータジェネレータへのトルク指令値を設定する。また、ECU20は、モータ回転数、及びトルク指令値等から、モータジェネレータ12a,12bへの電圧指令値を決定する。
Various sensor outputs from various sensors indicating the driving situation and the vehicle situation are input to the
ECU20は、設定したトルク指令値に従って、モータジェネレータ12a,12bがトルクを出力するように、インバータ18a,18bの動作を制御し、また、設定した電圧指令値に従って、モータジェネレータ12a,12bが動作するように、コンバータ14の動作を制御する制御手段としての機能を有する。
The
コンバータ14は、蓄電装置10からの入力電圧を受けて、ECU20により決定した電圧指令値に従って、その入力電圧を昇降圧してモータジェネレータの動作電圧を生成し、電源配線22及び23間に出力する。
平滑コンデンサ16は、電源配線22及び23の間に接続されている。そして、平滑コンデンサ16は、電源配線22及び23間にコンバータ14から出力されたモータの動作電圧を平滑化する。
The smoothing capacitor 16 is connected between the
インバータ18a,18bは、電源配線22及び23の間にコンバータ14から出力されたモータの動作電圧(直流電圧)を、モータジェネレータ12a,12bを駆動する交流電圧に変換する。インバータ18a,18bは、ECU20により設定されたトルク指令値に従ったトルクを生じさせるモータ電流が流れるように、ECU20から制御信号が送られている。
図2は、トルク指令値と電圧指令値との関係を説明するための図である。車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止、パワーリミット制御時、車速の変速時等によって、ECU20により設定されるトルク指令値は、図2上段の一点鎖線枠Aに示すように、急峻に変動する場合がある。従来では、トルク指令値が急峻に変動する場合の変動率は予め設定(例えば、トルク指令最大値/24msec)されているが、このような一般的に設定されている変動率でトルク指令値が変動すると、図2下段の一点鎖線枠Bに示すように、モータジェネレータ12a,12bへの電圧指令値が上昇し、電圧指令クライテリア値を超える可能性がある。電圧指令値が電圧指令クライテリア値を超えてしまうと、平滑コンデンサ16に過電圧が掛かり、平滑コンデンサ16が破壊される虞がある。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the torque command value and the voltage command value. The torque command value set by the
本実施形態では、上記のようなトルク指令値の急峻な変動を抑制するために、ECU20により、所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値(VH0)と電圧指令値(VH1)との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)を算出し、算出した平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除することにより、トルク指令値変動率Aを算出する。すなわち、ECU20は上記トルク指令値変動率Aを算出する算出手段としての機能を有する。電圧指令クライテリア値(VH0)と電圧指令値(VH1)との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)は以下の式(1)により求められ、トルク指令値変動率Aは以下の式(2)により求められる。
P=1/2×C(VH0 2−VH1 2)/ΔT (1)
C:平滑コンデンサ容量
ΔT:制御周期(所定の制御タイミング)
トルク指令値変動率A=P/N (2)
In this embodiment, in order to suppress the steep fluctuation of the torque command value as described above, the
P = 1/2 × C (VH 0 2 −VH 1 2 ) / ΔT (1)
C: Smoothing capacitor capacity ΔT: Control cycle (predetermined control timing)
Torque command value fluctuation rate A = P / N (2)
また、本実施形態では、制御乱れによる電圧指令値の変動の影響を勘案し、平滑コンデンサパワーを正確に算出することができる点で、上記式(1)の電圧指令値(VH1)に代えて、モータジェネレータ12a,12bが動作する実際の動作電圧(すなわち、コンバータ14から出力されるモータの動作電圧であり、例えばモータジェネレータ12a,12bに設置される電圧センサから検出される。)に代えて、平滑コンデンサパワー(P)を算出し、その平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除することにより、トルク指令値変動率Bを算出してもよい。電圧指令クライテリア値(VH0)とモータジェネレータ12a,12bが動作する実際の動作電圧(VH2)との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)は以下の式(3)により求められる。
P=1/2×C(VH0 2−VH2 2)/ΔT (3)
Further, in the present embodiment, the smoothing capacitor power can be accurately calculated in consideration of the influence of the fluctuation of the voltage command value due to the control disturbance, so that the voltage command value (VH 1 ) of the above formula ( 1 ) is replaced. Thus, the actual operating voltage at which the
P = 1/2 × C (VH 0 2 −VH 2 2 ) / ΔT (3)
そして、ECU20は、必要に応じて、トルク指令値をトルク指令値変動率A又はBに基づいて調整する。必要に応じてトルク指令値をトルク指令値変動率A又はBに基づいて調整する場合は、例えば、算出したトルク指令値変動率A又はBの方が予め設定されているトルク指令値変動率より小さい場合、車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止の切り替え、パワーリミット制御時、車速の変速時等によって、トルク指令値が急峻に変動する場合等である。ここで、ECU20は、車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止の切り替え、パワーリミット制御、車速の変速等の運転状況データが入力され、トルク指令値が急峻に変動する状態を推定する状態推定手段としての機能を有する。
Then, the
また、ECU20は、モータジェネレータ12a,12bが調整したトルク指令値に基づくトルクを出力するように、インバータ18a,18bを制御する。
図3は、本実施形態に係るモータの制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of the operation of the motor control device according to the present embodiment.
図3に示すように、まず、ステップS10では、ECU20により、所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値(VH0)と電圧指令値(VH1)との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)が算出され、その平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除して、トルク指令値変動率Aが算出される。そして、ECU20により、予め設定されているトルク指令値変動率(例えば、トルク指令最大値/24msec)と算出したトルク指令値変動率Aが比較される。そして、予め設定されているトルク指令値変動率の方が算出したトルク指令値変動率Aより小さい場合は、ステップS12に進み、ECU20により、予め設定されているトルク指令値変動率に基づいてトルク指令値が調整される。一方、算出したトルク指令値変動率Aの方が予め設定されているトルク指令値変動率より小さい場合は、ステップS14に進み、ECU20により、算出したトルク指令値変動率Aに基づいてトルク指令値が調整される。ステップS16では、ECU20により、モータジェネレータ12a,12bが調整したトルク指令値に基づくトルクを出力するように、インバータ18a,18bが制御される。
As shown in FIG. 3, first, in step S10, the smoothing capacitor power (P) based on the deviation between the voltage command criterion value (VH 0 ) and the voltage command value (VH 1 ) is determined by the
図4は、本実施形態に係るモータの制御装置の動作の他の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart illustrating another example of the operation of the motor control device according to the present embodiment.
図4に示すように、まず、ステップS20では、ECU20により、所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値(VH0)とモータジェネレータ12a,12bが動作する実際の動作電圧との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)が算出され、その平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除して、トルク指令値変動率Bが算出される。そして、ECU20により、予め設定されているトルク指令値変動率(例えば、トルク指令最大値/24msec)と算出したトルク指令値変動率Bが比較される。そして、予め設定されているトルク指令値変動率の方が算出したトルク指令値変動率Bより小さい場合は、ステップS22に進み、ECU20により、予め設定されているトルク指令値変動率に基づいてトルク指令値が調整される。一方、算出したトルク指令値変動率Bの方が予め設定されているトルク指令値変動率より小さい場合は、ステップS24に進み、ECU20により、算出したトルク指令値変動率Bに基づいてトルク指令値が調整される。ステップS26では、ECU20により、モータジェネレータ12a,12bが調整したトルク指令値に基づくトルクを出力するように、インバータ18a,18bが制御される。
As shown in FIG. 4, first, in step S20, the smoothing capacitor based on the deviation between the voltage command criterion value (VH 0 ) and the actual operating voltage at which the
図5は、本実施形態に係るモータの制御装置の動作の他の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating another example of the operation of the motor control device according to the present embodiment.
図5に示すように、まず、ステップS30では、ECU20により、所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値(VH0)と電圧指令値(VH1)との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)が算出され、その平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除して、トルク指令値変動率Aが算出される。また、ECU20により所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値(VH0)とモータジェネレータ12a,12bが動作する実際の動作電圧との偏差に基づく平滑コンデンサパワー(P)が算出され、その平滑コンデンサパワー(P)をモータ回転数(N)で除して、トルク指令値変動率Bが算出される。そして、ECU20により、車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止の切り替え、パワーリミット制御時、車速の変速時等によって、トルク指令値が急峻に変動する状態が推定され、トルク指令値が急峻に変動すると推定された場合には、ステップS32に進み、算出したトルク指令値変動率Bに基づいてトルク指令値が調整される。一方、ECU20により、トルク指令値が急峻に変動しないと推定された場合には、ステップS34に進み、算出したトルク指令値変動率Aに基づいてトルク指令値が調整される。ステップS36では、ECU20により、モータジェネレータ12a,12bが調整したトルク指令値に基づくトルクを出力するように、インバータ18a,18bが制御される。
As shown in FIG. 5, first, in step S30, the
図6は、本実施形態に係るモータの制御装置の動作の他の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating another example of the operation of the motor control device according to the present embodiment.
図6に示すように、ECU20により、車両振動を抑えるための制振制御の実施又は停止の切り替え、パワーリミット制御時、車速の変速時等によって、トルク指令値が急峻に変動する状態が推定され、トルク指令値が急峻に変動すると推定された場合には、ステップS40に進み、任意のトルク指令値変動率に基づいてトルク指令値が調整される。一方、ECU20により、トルク指令値が急峻に変動しないと推定された場合には、ステップS42に進み、予め設定されているトルク指令値変動率(例えば、トルク指令最大値/24msec)に基づいてトルク指令値が調整される。ステップS44では、ECU20により、モータジェネレータ12a,12bが調整したトルク指令値に基づくトルクを出力するように、インバータ18a,18bが制御される。
As shown in FIG. 6, the
1 電源装置、10 蓄電装置、12a,12b モータジェネレータ、14 コンバータ、16 平滑コンデンサ、18a,18b インバータ、20 ECU、22,23電源配線。 1 power supply device, 10 power storage device, 12a, 12b motor generator, 14 converter, 16 smoothing capacitor, 18a, 18b inverter, 20 ECU, 22, 23 power supply wiring.
Claims (1)
前記インバータへ入力される前記直流電圧を電圧指令値に従って可変制御するコンバータと、
前記コンバータから前記インバータへの電力供給線に接続される平滑コンデンサと、
前記モータがトルク指令値に基づくトルクを出力するように、前記インバータを制御する制御手段と、
所定の制御タイミングで、電圧指令クライテリア値と電圧指令値との偏差に基づく平滑コンデンサパワーを算出し、算出した平滑コンデンサパワーをモータの回転数で除することにより、トルク指令値の変動率Aを算出する算出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記トルク指令値が急峻に変動する状態を推定する状態推定手段を備え、
前記算出手段は、前記トルク指令値変動率Aの算出に加え、電圧指令クライテリア値と前記モータが動作する実際の動作電圧との偏差に基づく平滑コンデンサパワーを算出し、算出した平滑コンデンサパワーをモータの回転数で除することにより、トルク指令値の変動率Bを算出し、
前記制御手段は、前記状態推定手段により、前記トルク指令値が急峻に変動する状態であると推定された場合、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Bに基づいて調整し、前記トルク指令値が急峻に変動する状態でないと推定された場合、前記トルク指令値を前記トルク指令値変動率Aに基づいて調整することを特徴とするモータの制御装置。 An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for driving the motor;
A converter that variably controls the DC voltage input to the inverter according to a voltage command value;
A smoothing capacitor connected to a power supply line from the converter to the inverter;
Control means for controlling the inverter so that the motor outputs torque based on a torque command value;
By calculating the smoothing capacitor power based on the deviation between the voltage command criterion value and the voltage command value at a predetermined control timing, and dividing the calculated smoothing capacitor power by the number of rotations of the motor, the fluctuation rate A of the torque command value is obtained. Calculating means for calculating,
The control means includes state estimation means for estimating a state where the torque command value fluctuates sharply,
In addition to calculating the torque command value variation rate A, the calculating means calculates a smoothing capacitor power based on a deviation between a voltage command criterion value and an actual operating voltage at which the motor operates, and calculates the calculated smoothing capacitor power to the motor. By dividing by the number of revolutions, the torque command value variation rate B is calculated,
The control means adjusts the torque command value based on the torque command value fluctuation rate B when the state estimation means estimates that the torque command value is in a state of steep fluctuation, and the torque command value A motor control device that adjusts the torque command value based on the torque command value fluctuation rate A when it is estimated that the value does not fluctuate rapidly .
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