JP5672145B2 - Rotating machine control device - Google Patents

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Description

本発明は、直流電圧源の正極および負極のそれぞれに回転機の端子を選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路について、該直流交流変換回路のスイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の磁束の少なくとも1つを有した制御量を制御する回転機の制御装置に関する。   The present invention relates to a DC / AC converter circuit including a switching element that selectively connects a terminal of a rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source, by turning on / off the switching element of the DC / AC converter circuit. The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls a control amount having at least one of a current flowing through the rotating machine, a torque of the rotating machine, and a magnetic flux of the rotating machine.

この種の制御装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、インバータの操作状態を様々に設定した場合についての3相電動機の電流をそれぞれ予測し、予測される電流と指令電流との偏差を最小化することのできる操作状態となるように、インバータを操作するいわゆるモデル予測制御を行うものが提案されている。これによれば、インバータの操作状態に基づき予測される電流の挙動を最適化するようにインバータを操作するため、過渡時における指令電流への追従性を良好なものとすることができる。このため、モデル予測制御は、車載主機としてのモータジェネレータの制御装置等、過渡追従特性として特に高い性能が要求される用途にとっては、有用性が高いと考えられる。   As this type of control device, for example, as seen in Patent Document 1 below, the current of the three-phase motor is predicted for each case where the operation state of the inverter is set variously, and the predicted current and the command current are An apparatus has been proposed that performs so-called model predictive control for operating an inverter so as to achieve an operation state in which a deviation can be minimized. According to this, since the inverter is operated so as to optimize the behavior of the current predicted based on the operation state of the inverter, the followability to the command current at the time of transition can be improved. For this reason, model predictive control is considered to be highly useful for applications that require particularly high performance as transient tracking characteristics, such as a motor generator control device as an in-vehicle main unit.

ところで、上記インバータは、直流電圧源の正極をモータジェレータに接続する高電位側のスイッチング素子と、直流電圧源の負極をモータジェレータに接続する低電位側のスイッチング素子とを備えている。これらスイッチング素子としてNチャネルMOS電界効果トランジスタやIGBTを用いる場合、スイッチング素子の出力端子の電位に対して開閉制御端子の電位を可変操作することで、スイッチング素子がオン・オフ操作される。そしてこの場合、低電位側のスイッチング素子の出力端子の電位は固定電位となる一方、高電位側のスイッチング素子の出力端子の電位は、低電位側のスイッチング素子のオン・オフによって変動する。このため、高電位側のスイッチング素子をオン・オフするための駆動回路の電源の電位については、絶えず変動することとなる。   By the way, the inverter includes a high-potential side switching element that connects the positive electrode of the DC voltage source to the motor generator, and a low-potential side switching element that connects the negative electrode of the DC voltage source to the motor generator. When N-channel MOS field effect transistors or IGBTs are used as these switching elements, the switching elements are turned on / off by variably operating the potential of the switching control terminal with respect to the potential of the output terminal of the switching element. In this case, the potential of the output terminal of the switching element on the low potential side becomes a fixed potential, while the potential of the output terminal of the switching element on the high potential side varies depending on on / off of the switching element on the low potential side. For this reason, the potential of the power supply of the drive circuit for turning on / off the switching element on the high potential side constantly changes.

高電位側のスイッチング素子の駆動回路についての上記変動する電位を有する電源の一つとしては、下記特許文献2に見られるように、ブートストラップ回路によって構成されるものがある。これは、低電位側のスイッチング素子がオンとなる場合に、これに直列接続される高電位側のスイッチング素子の出力端子を基準電位とするコンデンサを低電位側のスイッチング素子用の電源で充電する回路である。これによれば、コンデンサの充電エネルギによって、高電位側のスイッチング素子の駆動回路を駆動することができる。   As one of the power sources having the above-described varying potential for the driving circuit for the switching element on the high potential side, there is one constituted by a bootstrap circuit as seen in the following Patent Document 2. This is because when a switching element on the low potential side is turned on, a capacitor whose reference potential is the output terminal of the switching element on the high potential side connected in series with the switching element is charged with the power supply for the switching element on the low potential side. Circuit. According to this, the drive circuit of the switching element on the high potential side can be driven by the charging energy of the capacitor.

特開2008−228419号公報JP 2008-228419 A 特開2010−158117号公報JP 2010-158117 A

ただし、上記ブートストラップ回路を用いたハードウェア手段にモデル予測制御を適用する場合、高電位側の駆動回路用のコンデンサの電圧が低下することで、高電位側のスイッチング素子を適切に駆動することができなくなるおそれがある。これは、モデル予測制御では、周知の三角波PWM処理とは違い、低電位側のスイッチング素子がオン状態となるか否かは成り行き任せとなるためである。このため、低電位側のスイッチング素子のオフ状態が継続されることで、コンデンサの充電がなされず、コンデンサの電圧が過度に低下するおそれがある。   However, when model predictive control is applied to the hardware means using the bootstrap circuit, the voltage of the capacitor for the drive circuit on the high potential side decreases, so that the switching element on the high potential side is driven appropriately. There is a risk that it will not be possible. This is because, in the model predictive control, unlike the known triangular wave PWM processing, whether or not the switching element on the low potential side is turned on is left to the left. For this reason, the OFF state of the switching element on the low potential side is continued, whereby the capacitor is not charged, and the voltage of the capacitor may be excessively reduced.

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、直流電圧源の正極および負極のそれぞれに回転機の端子を選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路について、該直流交流変換回路のスイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の磁束の少なくとも1つを有した制御量を制御する回転機の新たな制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in the process of solving the above-described problems, and an object thereof is a DC / AC conversion circuit including a switching element that selectively connects a terminal of a rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source. A rotating machine that controls a controlled variable having at least one of a current flowing through the rotating machine, a torque of the rotating machine, and a magnetic flux of the rotating machine by turning on / off a switching element of the DC / AC converter circuit It is to provide a new control apparatus.

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.

第1の発明は、直流電圧源の正極および負極のそれぞれに回転機の端子を選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路について、該直流交流変換回路のスイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の磁束の少なくとも1つを有した制御量を制御する回転機の制御装置において、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路は、前記正極に接続するスイッチング素子および前記負極に接続するスイッチング素子のいずれか一方の電流の流通経路の一対の端部のいずれかを基準電位とする直流電圧源の電力を、前記いずれか一方のオン期間において前記いずれか他方の駆動回路の電源となるコンデンサに充電するブートストラップ回路を備えるものであり、固定座標系における電圧ベクトルにて表現される前記直流交流変換回路の操作状態を仮設定した場合の前記制御量を予測する予測手段と、該予測手段によって予測される制御量に基づき、該予測される制御量に対応する操作状態を評価し、評価の高い操作状態を前記直流交流変換回路の操作状態として決定する決定手段と、該決定された操作状態となるように前記直流交流変換回路を操作する操作手段と、前記コンデンサの充電電圧が低下する状況下、前記決定手段による操作状態の決定に際して、前記いずれか一方がオン状態となる操作状態の優先度を大きくする優先手段と、を備えることを特徴とする。 1st invention turns ON / OFF the switching element of this DC / AC conversion circuit about the DC / AC conversion circuit provided with the switching element which selectively connects the terminal of a rotary machine to each of the positive electrode and negative electrode of DC voltage source In the control device for a rotating machine that controls a control amount having at least one of the current flowing through the rotating machine, the torque of the rotating machine, and the magnetic flux of the rotating machine, the drive circuit that drives the switching element includes: The power of a DC voltage source whose reference potential is one of a pair of ends of a current flow path of one of the switching element connected to the positive electrode and the switching element connected to the negative electrode is turned on. It is provided with a bootstrap circuit that charges a capacitor that is a power source of the other drive circuit during the period, and is fixed Predicting means for predicting the control amount when the operating state of the DC-AC converter circuit expressed by a voltage vector in the standard system is temporarily set, and the prediction based on the control amount predicted by the predicting means A determination unit that evaluates an operation state corresponding to a control amount and determines a highly evaluated operation state as an operation state of the DC-AC conversion circuit, and operates the DC-AC conversion circuit so as to be in the determined operation state An operating means, and a priority means for increasing the priority of the operating state in which either one is turned on when the operating state is determined by the determining means under a situation where the charging voltage of the capacitor decreases. Features.

上記決定手段によって決定される操作状態は、必ずしもコンデンサを充電するものとは限らないため、コンデンサの電圧が過度に低下する事態の生じるおそれがある。この点、上記発明では、優先手段を備えることで、こうした事態を回避する。   Since the operation state determined by the determining means does not necessarily charge the capacitor, there is a possibility that the voltage of the capacitor is excessively reduced. In this regard, in the above invention, such a situation is avoided by providing the priority means.

第2の発明は、第1の発明において、前記優先手段は、前記回転機の同一の端子に接続される前記いずれか一方のスイッチング素子がオン状態となる期間と前記他方のスイッチング素子がオン状態となる期間との双方の期間に基づき前記充電電圧の低下を把握し、これに基づき前記優先する処理を行なうものであることを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention, the priority means includes a period in which one of the switching elements connected to the same terminal of the rotating machine is in an on state and the other switching element in an on state. It is characterized in that a decrease in the charging voltage is grasped based on both periods and the priority processing is performed based on this.

上記いずれか一方のスイッチング素子がオン状態となる期間は、該当するコンデンサの充電期間であり、いずれか他方のスイッチング素子がオン状態となる期間は、該当するコンデンサの放電期間となる。上記発明では、この点に鑑み、上記双方の期間を参照することで、コンデンサの電荷の流出量および流入量の収支に基づき、コンデンサの電圧の低下を高精度の把握することができる。   The period during which any one of the switching elements is in the ON state is a charging period of the corresponding capacitor, and the period during which any other switching element is in the ON state is the discharging period of the corresponding capacitor. In the above-mentioned invention, in view of this point, by referring to both the above periods, it is possible to grasp the decrease in the voltage of the capacitor with high accuracy based on the balance of the outflow amount and the inflow amount of the capacitor.

第3の発明は、第1または第2の発明において、前記優先手段は、前記コンデンサの充電電圧の低下量が上限値に達したことを前記操作手段による操作に基づき推定する推定手段を備え、前記推定手段による推定に基づき前記優先する処理を行なうことを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, the priority means includes an estimation means for estimating that a reduction amount of the charging voltage of the capacitor has reached an upper limit value based on an operation by the operation means, The priority processing is performed based on the estimation by the estimation means.

第4の発明は、第3の発明において、前記推定手段は、前記回転機の1の端子毎にカウンタを備え、該カウンタは、前記決定手段によって前記いずれか一方のスイッチング素子のオン状態が決定されること、および前記決定手段によって前記いずれか他方のスイッチング素子のオン状態が決定されることのいずれか一方に基づき前記カウンタの値を減少させ、いずれか他方に基づき前記カウンタの値を増加させることを特徴とする。 In a fourth aspect based on the third aspect , the estimating means includes a counter for each one terminal of the rotating machine, and the counter determines whether an on state of the one of the switching elements is determined by the determining means. And the value of the counter is decreased based on one of the determination means and the ON state of the other switching element determined by the determination means, and the value of the counter is increased based on the other It is characterized by that.

上記カウンタは、コンデンサの電圧と正または負の相関を有するパラメータとなる。このため、カウンタの値をコンデンサの電圧の推定値として利用することができる。   The counter is a parameter having a positive or negative correlation with the capacitor voltage. For this reason, the value of the counter can be used as an estimated value of the voltage of the capacitor.

第5の発明は、第4の発明において、前記カウンタは、放電カウンタであって且つ、前記決定手段によって前記いずれか他方のスイッチング素子のオン状態が決定される都度、増加または減少されるものであり、前記推定手段は、前記決定手段によって前記いずれか一方のスイッチング素子のオン状態が決定される回数をカウントする充電カウンタと、前記操作手段によって前記いずれか一方のスイッチング素子のオン状態から前記いずれか他方のスイッチング素子のオン状態に切り替えられることに基づき、前記充電カウンタの値を入力としてマップ演算される値に基づき前記放電カウンタを更新する更新手段と、をさらに備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect , in the fourth aspect , the counter is a discharge counter and is increased or decreased every time the ON state of the other switching element is determined by the determining means. And the estimation means includes a charge counter that counts the number of times that the ON state of any one of the switching elements is determined by the determining means, and any one of the ON states of the any one switching element that is determined by the operating means. And updating means for updating the discharge counter based on a value calculated by map using the value of the charge counter as an input based on switching the other switching element to an ON state.

コンデンサの充電時において、コンデンサの電圧は、時間に比例して上昇するものではなく、時間に対して非線形性を有する。上記発明では、この点に鑑み、充電カウンタの値を放電カウンタの補正に直接用いるのではなく、充電カウンタの値からマップ演算される値に基づき放電カウンタを補正することで、放電カウンタの値を、コンデンサの電圧の上昇速度をより正確に反映したものとすることができる。   When the capacitor is charged, the voltage of the capacitor does not increase in proportion to time, but has nonlinearity with respect to time. In the above invention, in view of this point, the value of the discharge counter is not directly used for correction of the discharge counter, but is corrected by the discharge counter based on the value calculated by mapping from the value of the charge counter. It is possible to more accurately reflect the rising speed of the capacitor voltage.

第6の発明は、第3の発明において、前記推定手段は、前記コンデンサの電圧の時間推移を示すモデル式に基づき前記推定を行なうことを特徴とする。 A sixth invention is characterized in that, in the third invention, the estimating means performs the estimation based on a model equation indicating a time transition of the voltage of the capacitor.

第7の発明は、第1の発明において、前記優先手段は、前記コンデンサの電圧の検出値を取得する機能を有することを特徴とする。 According to a seventh invention, in the first invention, the priority means has a function of acquiring a detected value of the voltage of the capacitor.

第8の発明は、第3〜7の発明のいずれかにおいて、前記優先手段は、前記コンデンサの電圧の低下量が上限値に達したと判断される場合、前記いずれか一方のスイッチング素子のうち前記上限値に達するコンデンサに対応するものがオン状態とされる操作状態を前記決定手段に決定させることを特徴とする。 An eighth invention, the third to seventh any crab Oite the invention, the priority means, if the amount of decrease in the voltage of the capacitor is determined to have reached the maximum value, the one of the switching The determination unit is caused to determine an operation state in which an element corresponding to the capacitor reaching the upper limit value is turned on.

第9の発明は、第8の発明において、前記優先手段は、前記低下量が上限値に達したと判断される場合、前記回転機の各端子に接続される前記いずれか一方のスイッチング素子の全てがオン状態とされる操作状態を前記決定手段に決定させることを特徴とする。 In a ninth aspect based on the eighth aspect , when the priority unit determines that the amount of decrease has reached an upper limit value, the priority unit is configured to switch one of the switching elements connected to each terminal of the rotating machine. The determination unit is caused to determine an operation state in which all are turned on.

上記発明では、優先手段の処理を簡素化することができる。また、制御量とその指令値との差の変化速度は、変調率の低い領域においては、ゼロ電圧ベクトル時において有効電圧ベクトル時と比較して小さくなる。このため、少なくとも低変調率においては、優先手段によって優先される操作状態を強制的に用いたことによる制御量の誤差を抑制することもできる。   In the above invention, the processing of the priority means can be simplified. Further, the change rate of the difference between the control amount and its command value is smaller when the zero voltage vector is used than when the effective voltage vector is used in the low modulation rate region. For this reason, at least at a low modulation rate, it is possible to suppress an error in the control amount caused by forcibly using the operation state prioritized by the priority unit.

第10の発明は、第9の発明において、前記優先手段は、前記決定手段による評価の最も高い操作状態が前記上限値に達したと判断されるコンデンサを充電するものでないことを条件に、前記回転機の各端子に接続される前記いずれか一方のスイッチング素子の全てがオン状態とされる操作状態を前記決定手段に決定させることを特徴とする。 In a tenth aspect based on the ninth aspect , on the condition that the priority means does not charge the capacitor that is determined to have reached the upper limit value in the operation state evaluated by the determination means. The determination unit is configured to determine an operation state in which any one of the switching elements connected to each terminal of the rotating machine is turned on.

上記条件によれば、優先手段が決定手段に及ぼす影響を極力低減することができる。   According to the above condition, the influence of the priority unit on the determination unit can be reduced as much as possible.

第11の発明は、第1または第2の発明において、前記優先手段は、前記決定手段による前記コンデンサの電圧を低下させない操作状態の評価を、低下させる操作状態の評価よりも高くするバイアス手段を備えることを特徴とする。 According to an eleventh aspect , in the first or second aspect , the priority unit includes a bias unit that makes the evaluation of the operation state that does not decrease the voltage of the capacitor by the determination unit higher than the evaluation of the operation state that decreases. It is characterized by providing.

第12の発明は、第11の発明において、前記バイアス手段は、前記予測手段によって仮設定される操作状態のそれぞれについて、該操作状態によって生じるコンデンサの電圧を予測する電圧予測手段を備え、該電圧予測手段によって予測される電圧が規定値よりも小さくなる場合、前記決定手段による前記コンデンサの電圧を低下させない操作状態の評価を、低下させる操作状態の評価よりも高くすることを特徴とする。 In a twelfth aspect based on the eleventh aspect , the bias means includes voltage prediction means for predicting a voltage of a capacitor generated by the operation state for each of the operation states temporarily set by the prediction means. When the voltage predicted by the prediction unit is smaller than a specified value, the evaluation of the operation state that does not decrease the voltage of the capacitor by the determination unit is made higher than the evaluation of the operation state that decreases.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. 同実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。The block diagram regarding the production | generation process of the operation signal concerning the embodiment. 同実施形態にかかるインバータの操作状態を表現する電圧ベクトルを示す図。The figure which shows the voltage vector expressing the operation state of the inverter concerning the embodiment. 同実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。The flowchart which shows the process sequence of the model prediction control concerning the embodiment. 同実施形態にかかるカウンタ更新処理の手順を示す流れ図。6 is a flowchart showing a procedure of counter update processing according to the embodiment. 同実施形態の効果を示すタイムチャート。The time chart which shows the effect of the embodiment. 第2の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。The flowchart which shows the process sequence of the model prediction control concerning 2nd Embodiment. 同実施形態にかかるコンデンサの電圧の予測処理手法を示す図。The figure which shows the prediction process method of the voltage of the capacitor | condenser concerning the embodiment. 第3の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。The flowchart which shows the process sequence of the model prediction control concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。The flowchart which shows the process sequence of the model prediction control concerning 4th Embodiment. 第5の実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。The block diagram regarding the production | generation process of the operation signal concerning 5th Embodiment.

<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を産業用ロボットに搭載されるモータジェネレータ10の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a motor generator 10 mounted on an industrial robot will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。産業用ロボットのアクチュエータとしてのモータジェネレータ10は、3相の永久磁石同期モータである。ここでは、モータジェネレータ10として、表面磁石同期機(SPMSM)を想定している。   FIG. 1 shows the overall configuration of a motor generator control system according to this embodiment. The motor generator 10 as an actuator for an industrial robot is a three-phase permanent magnet synchronous motor. Here, a surface magnet synchronous machine (SPMSM) is assumed as the motor generator 10.

モータジェネレータ10は、インバータINVを介してMG用バッテリ12に接続されている。インバータINVは、スイッチング素子S*p,S*n(*=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S*#(*=u,v,w;#=p,n)として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードD*#が逆並列に接続されている。   The motor generator 10 is connected to the MG battery 12 via the inverter INV. The inverter INV includes three sets of series connection bodies of switching elements S * p, S * n (* = u, v, w), and the connection points of these series connection bodies are the U, V, Each is connected to the W phase. In the present embodiment, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used as the switching elements S * # (* = u, v, w; # = p, n). In addition, a diode D * # is connected in antiparallel to each of these.

本実施形態では、モータジェネレータ10やインバータINVの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ10の回転角度(電気角θ)を検出する回転角度センサ14を備えている。また、モータジェネレータ10の各相を流れる電流iu,iv,iwを検出する電流センサ16を備えている。更に、インバータINVの入力電圧(電源電圧VDC)を検出する電圧センサ18を備えている。   In the present embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the motor generator 10 and the inverter INV. First, a rotation angle sensor 14 for detecting the rotation angle (electrical angle θ) of the motor generator 10 is provided. Further, a current sensor 16 that detects currents iu, iv, and iw flowing through the phases of the motor generator 10 is provided. Furthermore, a voltage sensor 18 for detecting an input voltage (power supply voltage VDC) of the inverter INV is provided.

上記各種センサの検出値は、制御装置20に取り込まれる。制御装置20では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータINVを操作する操作信号を生成し、インバータINVを構成するスイッチング素子S*#のそれぞれに接続されるドライブユニットDUに出力する。ここで、インバータINVのスイッチング素子S*#を操作する信号が、操作信号g*#である。   The detection values of the various sensors are taken into the control device 20. The control device 20 generates an operation signal for operating the inverter INV based on the detection values of these various sensors, and outputs the operation signal to the drive unit DU connected to each of the switching elements S * # constituting the inverter INV. Here, the signal for operating the switching element S * # of the inverter INV is the operation signal g * #.

ドライブユニットDUは、駆動対象とするスイッチング素子S*#の出力端子(エミッタ)に対する開閉制御端子(ゲート)の電位差を操作することで、駆動対象とするスイッチング素子をオン・オフ駆動する。このドライブユニットDUは、駆動対象とするスイッチング素子S*#の出力端子(エミッタ)の電位を基準電位として動作するものである。このため、下側アームのスイッチング素子S*nを駆動対象とするものは、同一の電位を基準として動作するものとなる。これに対し、上側アームのスイッチング素子S*pを駆動対象とするものは、同一レッグの下側アームのスイッチング素子S*nのオン・オフに応じて動作電位が変動する。   The drive unit DU drives the switching element to be driven on / off by manipulating the potential difference of the open / close control terminal (gate) with respect to the output terminal (emitter) of the switching element S * # to be driven. This drive unit DU operates using the potential of the output terminal (emitter) of the switching element S * # to be driven as a reference potential. For this reason, the device that is driven by the switching element S * n of the lower arm operates based on the same potential. On the other hand, the operating potential of the switching target S * p of the upper arm varies depending on whether the switching element S * n of the lower arm of the same leg is on or off.

こうした点に鑑み、本実施形態では、下側アームのスイッチング素子S*nを駆動対象とするドライブユニットDUについては、同一のドライブ用電源22とする。ドライブ用電源22は、スイッチング素子S*nのエミッタを基準電位とする直流電圧源である。これに対し、上側アームのスイッチング素子S*pのそれぞれを駆動対象とするドライブユニットDUについては、スイッチング素子S*pのそれぞれのエミッタに接続されたコンデンサC*(*=u,v,w)を直流電圧源として用いる。これらコンデンサC*は、ドライブ用電源22によって充電されるものである。すなわち、コンデンサC*のそれぞれには、抵抗体26およびダイオードDb*を介してドライブ用電源22の電荷が充電可能とされている。ここで、ダイオードDb*は、コンデンサC*からドライブ用電源22への正の電荷の流出を阻止して且つ、ドライブ用電源22からコンデンサC*への正の電荷の充電を許容する整流手段である。   In view of these points, in the present embodiment, the same drive power supply 22 is used for the drive units DU that are driven by the switching elements S * n of the lower arm. The drive power supply 22 is a DC voltage source having the emitter of the switching element S * n as a reference potential. On the other hand, for the drive unit DU that drives each of the switching elements S * p of the upper arm, capacitors C * (* = u, v, w) connected to the respective emitters of the switching elements S * p are used. Used as a DC voltage source. These capacitors C * are charged by the drive power source 22. That is, each of the capacitors C * can be charged with the electric charge of the drive power supply 22 via the resistor 26 and the diode Db *. Here, the diode Db * is a rectifying unit that prevents the positive charge from flowing from the capacitor C * to the drive power supply 22 and allows the positive charge to be charged from the drive power supply 22 to the capacitor C *. is there.

こうした構成によれば、スイッチング素子S*nがオンとなることで、コンデンサC*の負極電位がドライブ用電源22の負極電位まで低下するため、コンデンサC*の充電電圧がドライブ用電源22の端子電圧よりも低い場合、コンデンサC*を充電することができる。   According to such a configuration, when the switching element S * n is turned on, the negative electrode potential of the capacitor C * is lowered to the negative electrode potential of the drive power supply 22, so that the charging voltage of the capacitor C * is the terminal of the drive power supply 22. If it is lower than the voltage, the capacitor C * can be charged.

図2に、上記制御装置20による処理を示す。   FIG. 2 shows processing by the control device 20.

制御装置20は、モータジェネレータ10のトルクを要求トルクTrに制御すべく、インバータINVを操作する。詳しくは、要求トルクTrを実現するための指令電流とモータジェネレータ10を流れる電流とが一致するように、インバータINVを操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ10のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ10を流れる電流を直接の制御量として、これを指令電流に制御する。特に、本実施形態では、モータジェネレータ10を流れる電流を指令電流に制御すべく、インバータINVの操作状態を複数通りのそれぞれに仮設定した場合についてのモータジェネレータ10の電流を予測し、予測される電流に基づき仮設定した操作状態を評価する。そして評価の高いものをインバータINVの実際の操作状態として採用するモデル予測制御を行う。   The control device 20 operates the inverter INV so as to control the torque of the motor generator 10 to the required torque Tr. Specifically, the inverter INV is operated so that the command current for realizing the required torque Tr matches the current flowing through the motor generator 10. That is, in the present embodiment, the torque of the motor generator 10 becomes the final control amount. In order to control the torque, the current flowing through the motor generator 10 is directly controlled as a control current. To do. In particular, in the present embodiment, in order to control the current flowing through the motor generator 10 to a command current, the current of the motor generator 10 is predicted and predicted when the operation state of the inverter INV is temporarily set to each of a plurality of types. The temporarily set operation state is evaluated based on the current. Then, model predictive control is performed in which the highly evaluated one is adopted as the actual operation state of the inverter INV.

詳しくは、上記電流センサ16によって検出された相電流iu,iv,iwは、dq変換部30において、回転座標系の実電流id,iqに変換される。また、上記回転角度センサ14によって検出される電気角θは、速度算出部32の入力となり、これにより、回転速度(電気角速度ω)が算出される。一方、指令電流設定部34は、要求トルクTrを入力とし、dq座標系での指令電流idr,iqrを出力する。これら指令電流idr,iqr、実電流id,iq、及び電気角θは、モデル予測制御部40の入力となる。モデル予測制御部40では、これら入力パラメータに基づき、インバータINVの操作状態を規定する電圧ベクトルViを決定し、操作部36に入力する。操作部36では、入力された電圧ベクトルViに基づき、上記操作信号g*#を生成してインバータINVに出力する。   Specifically, the phase currents iu, iv, iw detected by the current sensor 16 are converted into real currents id, iq in the rotating coordinate system by the dq converter 30. Further, the electrical angle θ detected by the rotation angle sensor 14 is input to the speed calculation unit 32, whereby the rotation speed (electrical angular speed ω) is calculated. On the other hand, the command current setting unit 34 receives the requested torque Tr and outputs command currents idr and iqr in the dq coordinate system. The command currents idr and iqr, the actual currents id and iq, and the electrical angle θ are input to the model prediction control unit 40. The model prediction control unit 40 determines a voltage vector Vi that defines the operation state of the inverter INV based on these input parameters, and inputs the voltage vector Vi to the operation unit 36. The operation unit 36 generates the operation signal g * # based on the input voltage vector Vi and outputs it to the inverter INV.

ここで、インバータINVの操作状態を表現する電圧ベクトルは、図3に示す8つの電圧ベクトルとなる。例えば、低電位側のスイッチング素子Sun,Svn,Swnがオン状態となる操作状態(図中、「下」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV0であり、高電位側のスイッチング素子Sup,Svp,Swpがオン状態となる操作状態(図中、「上」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV7である。これら電圧ベクトルV0,V7は、モータジェネレータ10の全相を短絡させるものであり、インバータINVからモータジェネレータ10に印加される電圧がゼロとなるものであるため、ゼロ電圧ベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの6つの電圧ベクトルV1〜V6は、上側アームおよび下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作パターンによって規定されるものであり、有効電圧ベクトルと呼ばれている。なお、図3(b)に示すように、電圧ベクトルV1、V3,V5のそれぞれがU相、V相、W相の正側にそれぞれ対応している。   Here, the voltage vectors expressing the operation state of the inverter INV are eight voltage vectors shown in FIG. For example, a voltage vector representing an operation state (indicated as “lower” in the drawing) in which the low-potential side switching elements Sun, Svn, Swn are turned on is the voltage vector V0, and the high-potential side switching elements Sup, A voltage vector representing an operation state (indicated as “upper” in the drawing) in which Svp and Swp are turned on is a voltage vector V7. These voltage vectors V0 and V7 are for short-circuiting all phases of the motor generator 10 and are called zero voltage vectors because the voltage applied to the motor generator 10 from the inverter INV becomes zero. On the other hand, the remaining six voltage vectors V1 to V6 are defined by an operation pattern in which switching elements that are turned on exist in both the upper arm and the lower arm, and are called effective voltage vectors. Yes. As shown in FIG. 3B, the voltage vectors V1, V3, and V5 correspond to the positive sides of the U phase, the V phase, and the W phase, respectively.

次に、モデル予測制御部40の処理の詳細について説明する。先の図2に示す操作状態設定部41では、インバータINVの操作状態を仮設定する。ここで仮設定されるインバータINVの操作状態は、先の図3に示した電圧ベクトルV0〜V7のそれぞれによって表現されるものである。dq変換部42では、操作状態設定部41によって設定された電圧ベクトルをdq変換することで、dq座標系の電圧ベクトルVdq=(vd,vq)を算出する。こうした変換を行うべく、操作状態設定部41における電圧ベクトルV0〜V7を、例えば、先の図3において、「上」を「VDC/2」として且つ「下」を「−VDC/2」とすることで表現すればよい。この場合、例えば、電圧ベクトルV0は、(−VDC/2、−VDC/2、−VDC/2)となり、電圧ベクトルV1は、(VDC/2、−VDC/2、−VDC/2)となる。   Next, details of the processing of the model prediction control unit 40 will be described. The operation state setting unit 41 shown in FIG. 2 temporarily sets the operation state of the inverter INV. The operation state of the inverter INV temporarily set here is expressed by each of the voltage vectors V0 to V7 shown in FIG. The dq converter 42 calculates the voltage vector Vdq = (vd, vq) of the dq coordinate system by performing dq conversion on the voltage vector set by the operation state setting unit 41. In order to perform such conversion, the voltage vectors V0 to V7 in the operation state setting unit 41 are, for example, “upper” is “VDC / 2” and “lower” is “−VDC / 2” in FIG. It can be expressed as above. In this case, for example, the voltage vector V0 is (−VDC / 2, −VDC / 2, −VDC / 2), and the voltage vector V1 is (VDC / 2, −VDC / 2, −VDC / 2). .

予測部43では、電圧ベクトル(vd、vq)と、実電流id,iqと、電気角速度ωとに基づき、インバータINVの操作状態を操作状態設定部41によって設定される状態とした場合の電流id,iqを予測する。ここでは、下記(c1)、(c2)にて表現される電圧方程式を、電流の微分項について解いた下記の状態方程式(式(c3)、(c4))を離散化し、1ステップ先の電流を予測する。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq=ωLdid +(R+pLq)iq +ωφ …(c2)
pid
=−(R/Ld)id +ω(Lq/Ld)iq +vd/Ld …(c3)
piq
=−ω(Ld/Lq)id−(Rd/Lq)iq+vq/Lq−ωφ/Lq…(c4)
ちなみに、上記の式(c1)、(c2)において、抵抗R、微分演算子p、d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLqおよび電機子鎖交磁束定数φを用いた。
In the prediction unit 43, the current id when the operation state of the inverter INV is set to the state set by the operation state setting unit 41 based on the voltage vector (vd, vq), the actual currents id, iq, and the electrical angular velocity ω. , Iq is predicted. Here, the voltage equation expressed by the following (c1) and (c2) is discretized from the following state equations (formulas (c3) and (c4)) obtained by solving the current differential term. Predict.
vd = (R + pLd) id−ωLqiq (c1)
vq = ωLdid + (R + pLq) iq + ωφ (c2)
pid
= − (R / Ld) id + ω (Lq / Ld) iq + vd / Ld (c3)
piq
= −ω (Ld / Lq) id− (Rd / Lq) iq + vq / Lq−ωφ / Lq (c4)
Incidentally, in the above formulas (c1) and (c2), the resistance R, the differential operator p, the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the armature flux linkage constant φ are used.

上記電流の予測は、操作状態設定部41によって仮設定される複数通りの操作状態のそれぞれについて行われる。   The prediction of the current is performed for each of a plurality of operation states temporarily set by the operation state setting unit 41.

一方、操作状態決定部44では、予測部43によって予測された予測電流ide,iqeと、指令電流idr,iqrとを入力として、インバータINVの操作状態を決定する。ここでは、操作状態設定部41によって設定された操作状態のそれぞれを評価関数Jによって評価し、評価のもっとも高かった操作状態を選択する。この評価関数Jとして、本実施形態では、評価が低いほど値が大きくなるものを採用する。具体的には、評価関数Jを、指令電流ベクトルIdqr=(idr,iqr)と、予測電流ベクトルIdqe=(ide,iqe)との差の内積値に基づき算出する。これは、指令電流ベクトルIdqrと予測電流ベクトルIdqeとの各成分の偏差が正、負の双方の値となりうることに鑑み、値が大きいほど評価が低いことを表現するための一手法である。これにより、指令電流ベクトルIdqrと予測電流ベクトルIdqeとの各成分の差が大きいほど、評価が低くなる評価関数Jを構築することができる。   On the other hand, the operation state determination unit 44 determines the operation state of the inverter INV using the predicted currents ide and iq predicted by the prediction unit 43 and the command currents idr and iqr as inputs. Here, each of the operation states set by the operation state setting unit 41 is evaluated by the evaluation function J, and the operation state having the highest evaluation is selected. As this evaluation function J, in the present embodiment, a function whose value increases as the evaluation becomes lower is adopted. Specifically, the evaluation function J is calculated based on the inner product value of the difference between the command current vector Idqr = (idr, iqr) and the predicted current vector Idqe = (ide, iqe). This is a technique for expressing that the evaluation is lower as the value is larger in view of the fact that the deviation of each component between the command current vector Idqr and the predicted current vector Idqe can be both positive and negative values. As a result, it is possible to construct an evaluation function J in which the evaluation becomes lower as the difference between the components of the command current vector Idqr and the predicted current vector Idqe is larger.

こうして決定された操作状態に基づき、操作部36では、操作信号g*#を生成して出力する。   Based on the operation state thus determined, the operation unit 36 generates and outputs an operation signal g * #.

ところで、上記モデル予測制御によれば、評価関数Jによって定量化される評価が最も高い操作状態が選択されることから、低電位側のスイッチング素子S*nが定期的にオン操作される保証がない。これは、コンデンサC*が定期的に充電される保証がないことを意味する。そして、コンデンサC*の充電がなされないことでコンデンサC*の充電電圧が低下すると、ドライブユニットDUを適切に駆動することができなくなることが懸念される。   By the way, according to the model predictive control, since the operation state having the highest evaluation quantified by the evaluation function J is selected, it is guaranteed that the switching element S * n on the low potential side is periodically turned on. Absent. This means that there is no guarantee that the capacitor C * will be charged regularly. If the capacitor C * is not charged and the charging voltage of the capacitor C * decreases, there is a concern that the drive unit DU cannot be driven appropriately.

そこで本実施形態では、以下の態様にてモデル予測制御を行なうことでこうした問題を回避する。   Therefore, in this embodiment, such a problem is avoided by performing model predictive control in the following manner.

図4に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、所定の制御周期Tcでくり返し実行される。   FIG. 4 shows a processing procedure of model predictive control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed at a predetermined control cycle Tc.

この一連の処理では、まずステップS10において、電気角θ(n)と、実電流id(n),iq(n)とを検出するとともに、前回の制御周期で決定された電圧ベクトルV(n)を出力する。続くステップS12においては、1制御周期先における電流(ide(n+1),iqe(n+1))を予測する。これは、上記ステップS10によって出力された電圧ベクトルV(n)によって、1制御周期先の電流がどうなるかを予測する処理である。ここでは、上記の式(c3),(c4)にて表現されたモデルを前進差分法にて制御周期Tcで離散化したものを用いて、電流ide(n+1),iqe(n+1)を算出する。この際、電流の初期値として、上記ステップS10において検出された実電流id(n),iq(n)を用いるとともに、dq軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルV(n)を、上記ステップS10において検出された電気角θ(n)に「ωTc/2」を加算した角度によってdq変換したものを用いる。   In this series of processing, first, in step S10, the electrical angle θ (n) and the actual currents id (n) and iq (n) are detected, and the voltage vector V (n) determined in the previous control cycle. Is output. In subsequent step S12, the current (ide (n + 1), iqe (n + 1)) in one control cycle ahead is predicted. This is a process of predicting what will happen to the current one control cycle ahead based on the voltage vector V (n) output in step S10. Here, the currents ide (n + 1) and iqe (n + 1) are calculated by using the model expressed by the above equations (c3) and (c4) discretized by the forward difference method with the control cycle Tc. . At this time, the actual currents id (n) and iq (n) detected in step S10 are used as the initial value of the current, and the voltage vector V (n) is used as the voltage vector on the dq axis. And dq-transformed by using an angle obtained by adding “ωTc / 2” to the electrical angle θ (n) detected in step (b).

続くステップS14においては、コンデンサC*の充電電圧の低下量を定量化するカウンタの更新処理を行なう。図5に、ステップS14の処理の詳細を示す。なお、図5の処理は、実際には、コンデンサCu,Cv,Cwのそれぞれについて、各別に実行される。   In the subsequent step S14, a counter updating process for quantifying the amount of decrease in the charging voltage of the capacitor C * is performed. FIG. 5 shows details of the processing in step S14. Note that the processing of FIG. 5 is actually executed separately for each of the capacitors Cu, Cv, and Cw.

この一連の処理では、まずステップS30において、コンデンサC*の充電ができない状態が継続しているか否かを判断する。換言すれば、電圧ベクトルV(n−1)によって定まる前回のS*nのスイッチング状態がオフ且つ電圧ベクトルV(n)によって定まる今回のS*nのスイッチング状態がオフであるか否かを判断する。そしてステップS30において肯定判断される場合、ステップS32において、放電カウンタを減算する。ここで放電カウンタは、コンデンサC*の充電電圧と正の相関を有するものである。   In this series of processes, first, in step S30, it is determined whether or not the state in which the capacitor C * cannot be charged continues. In other words, it is determined whether or not the previous S * n switching state determined by the voltage vector V (n−1) is OFF and the current S * n switching state determined by the voltage vector V (n) is OFF. To do. If a positive determination is made in step S30, the discharge counter is subtracted in step S32. Here, the discharge counter has a positive correlation with the charging voltage of the capacitor C *.

一方、上記ステップS30において否定判断される場合、ステップS34において、先の図4のステップS10の処理による電圧ベクトルV(n)の出力によって、コンデンサC*を充電可能な電圧ベクトルに切り替わったか否かを判断する。換言すれば、スイッチング素子S*nの前回のスイッチング状態がオフ且つ今回のスイッチング状態がオンであるか否かを判断する。そして、ステップS34において肯定判断される場合、ステップS36において充電カウンタをリセットする。ここで、充電カウンタは、コンデンサC*が充電可能となってからの充電可能状態の継続時間を計時するカウンタである。   On the other hand, if a negative determination is made in step S30, whether or not the capacitor C * is switched to a chargeable voltage vector in step S34 by the output of the voltage vector V (n) by the process in step S10 of FIG. Judging. In other words, it is determined whether or not the previous switching state of the switching element S * n is off and the current switching state is on. If a positive determination is made in step S34, the charge counter is reset in step S36. Here, the charge counter is a counter that measures the duration of the chargeable state after the capacitor C * can be charged.

上記ステップS34において否定判断される場合、ステップS38に移行する。ステップS38においては、コンデンサC*の充電可能状態が継続しているか否かを判断する。換言すれば、スイッチング素子S*nの前回のスイッチング状態がオン且つ今回のスイッチング状態がオンであるか否かを判断する。そして、ステップS38において肯定判断される場合、ステップS40において、充電カウンタを加算する。   If a negative determination is made in step S34, the process proceeds to step S38. In step S38, it is determined whether or not the chargeable state of capacitor C * continues. In other words, it is determined whether or not the previous switching state of the switching element S * n is on and the current switching state is on. If a positive determination is made in step S38, a charge counter is added in step S40.

これに対し、ステップS38において否定判断される場合には、ステップS42に移行する。ここで、ステップS38において否定判断される場合とは、コンデンサC*の充電が不可能となる状態に切り替わった場合、すなわち、スイッチング素子S*nの前回のスイッチング状態がオン且つ今回のスイッチング状態がオフである場合である。本実施形態では、この場合に、充電カウンタに基づき、コンデンサC*の充電電圧に応じた放電カウンタの値をマップ演算する。ここで、充電カウンタの値を直接用いることなく、マップ値を用いるのは、コンデンサC*の充電がなされる場合、充電電圧と充電時間との関係が非線形性を有するためである。詳しくは、充電時間が長くなるほど充電電圧の上昇速度が低下する。このため、この非線形な関係を反映して充電時間(充電カウンタの値)に応じたコンデンサC*の電圧の定量値(マップ値)を算出する。詳しくは、このマップ値は、後述する処理によってコンデンサC*を強制的に充電する要求が生じるか否かの判断に用いられる規定電圧以下の電圧を、充電電圧の初期値として充電を開始したことを想定して設定される。   On the other hand, when a negative determination is made in step S38, the process proceeds to step S42. Here, a negative determination is made in step S38 when the capacitor C * is switched to a state where charging is impossible, that is, the previous switching state of the switching element S * n is ON and the current switching state is ON. This is the case when it is off. In this embodiment, in this case, a map operation is performed on the value of the discharge counter corresponding to the charge voltage of the capacitor C * based on the charge counter. Here, the reason why the map value is used without directly using the value of the charge counter is that when the capacitor C * is charged, the relationship between the charging voltage and the charging time has nonlinearity. Specifically, the rate of increase of the charging voltage decreases as the charging time increases. Therefore, a quantitative value (map value) of the voltage of the capacitor C * corresponding to the charging time (charge counter value) is calculated by reflecting this non-linear relationship. Specifically, this map value indicates that charging is started with a voltage equal to or lower than a specified voltage used for determining whether or not a request for forcibly charging the capacitor C * is generated by a process described later as an initial value of the charging voltage. It is set assuming

続くステップS44においては、マップ値が放電カウンタよりも大きいか否かを判断する。この処理は、放電カウンタをマップ値に変更するか否かを判断するための設定である。そして、ステップS44において肯定判断される場合、ステップS46において放電カウンタをマップ値に変更する。これに対し、ステップS44において否定判断される場合、こうした変更を行なわない。これは、上記マップが、コンデンサC*の充電可能な状態への切り替わり時におけるコンデンサC*の充電電圧を固定値としたことに鑑みた設定である。すなわち、この場合、マップ演算されるコンデンサC*の電圧の定量値は、実際のコンデンサC*の電圧よりも低い電圧を定量化したものとなりうる。このため、こうした場合には、放電カウンタを更新しない。   In a succeeding step S44, it is determined whether or not the map value is larger than the discharge counter. This process is a setting for determining whether or not to change the discharge counter to a map value. If a positive determination is made in step S44, the discharge counter is changed to a map value in step S46. On the other hand, when a negative determination is made in step S44, such a change is not performed. This is a setting in view of the fact that the above-described map sets the charging voltage of the capacitor C * when the capacitor C * is switched to a chargeable state as a fixed value. That is, in this case, the fixed value of the voltage of the capacitor C * that is mapped can be obtained by quantifying a voltage lower than the actual voltage of the capacitor C *. For this reason, in such a case, the discharge counter is not updated.

なお、上記ステップS32,S36,S40,S46の処理が完了する場合には、先の図4のステップS16の処理に移行する。   In addition, when the process of said step S32, S36, S40, S46 is completed, it transfers to the process of previous step S16 of FIG.

ステップS16においては、各コンデンサC*に対応する放電カウンタが全て所定値よりも大きいか否かを判断する。この処理は、コンデンサC*の充電電圧が過度に低下していないか否かを判断するためのものである。ここで、所定値は、コンデンサC*を強制的に充電することが要求される閾値である。特に、この所定値は、先の図5の処理におけるマップの設定において想定される上記充電電圧の初期値以上の電圧値に対応した値に設定される。   In step S16, it is determined whether or not all the discharge counters corresponding to the capacitors C * are larger than a predetermined value. This process is for determining whether or not the charging voltage of the capacitor C * is excessively decreased. Here, the predetermined value is a threshold required to forcibly charge the capacitor C *. In particular, the predetermined value is set to a value corresponding to a voltage value equal to or higher than the initial value of the charging voltage assumed in the map setting in the process of FIG.

ステップS16において否定判断される場合、すなわち、各コンデンサC*に対応する放電カウンタの中に所定値以下のものがあると判断される場合、ステップS17において、コンデンサC*の充電電圧が過度に低下したとして、強制充電フラグをオンする。   If a negative determination is made in step S16, that is, if it is determined that there is a predetermined value or less in the discharge counter corresponding to each capacitor C *, the charging voltage of the capacitor C * decreases excessively in step S17. As a result, the forced charge flag is turned on.

そして、ステップS17の処理が完了する場合や、ステップS16において肯定判断される場合には、ステップS18,S20において、各電圧ベクトルV0〜V7の評価関数Jを算出する。すなわち、電圧ベクトルV0〜V7の全てについて評価関数Jが算出されるまで(ステップS18:YES)、次回の制御周期における電圧ベクトルを仮設定した場合のそれぞれについて、2制御周期先の電流を予測する処理を行う。ここで、ステップS20では、まず次回の制御周期における電圧ベクトルV(n+1)を仮設定し、上記ステップS12と同様にして予測電流ide(n+2)、iqe(n+2)を算出する。ただし、ここでは、電流の初期値として、上記ステップS12において算出された予測電流ide(n+1),iqe(n+1)を用いるとともに、dq軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルV(n+1)を、上記ステップS10において検出された電気角θ(n)に「3ωTc/2」を加算した角度によってdq変換したものを用いる。そして、これら予測電流ide(n+2),iqe(n+2)毎に、評価関数Jを算出する。   When the process of step S17 is completed or when an affirmative determination is made in step S16, the evaluation function J of each voltage vector V0 to V7 is calculated in steps S18 and S20. That is, until the evaluation function J is calculated for all of the voltage vectors V0 to V7 (step S18: YES), the current of two control cycles ahead is predicted for each of the cases where the voltage vector in the next control cycle is temporarily set. Process. Here, in step S20, first, a voltage vector V (n + 1) in the next control cycle is temporarily set, and predicted currents ide (n + 2) and iqe (n + 2) are calculated in the same manner as in step S12. However, here, the predicted currents ide (n + 1) and iqe (n + 1) calculated in step S12 are used as the initial value of the current, and the voltage vector V (n + 1) is used as the voltage vector on the dq axis. What dq-transformed by the angle which added "3 (omega) Tc / 2" to the electrical angle (theta) (n) detected in step S10 is used. Then, the evaluation function J is calculated for each of these predicted currents ide (n + 2) and iqe (n + 2).

続くステップS22においては、強制充電フラグがオンとなって且つ、評価関数Jを最小とする操作状態を採用した場合、上記ステップS16を否定判断させる要因となったコンデンサC*の充電がなされないか否かを判断する。そして、ステップS22において否定判断される場合、ステップS24において、次回の制御周期における電圧ベクトルV(n+1)を、上記評価関数Jを最小化する電圧ベクトルに決定する。これに対し、ステップS22において肯定判断される場合、ステップS26において、電圧ベクトルV(n+1)を電圧ベクトルV0に決定するとともに、強制充電フラグをオフとする。   In the subsequent step S22, if the forced charging flag is turned on and the operation state that minimizes the evaluation function J is adopted, whether or not the capacitor C * that has caused the negative determination of step S16 is charged. Judge whether or not. If a negative determination is made in step S22, the voltage vector V (n + 1) in the next control cycle is determined as a voltage vector that minimizes the evaluation function J in step S24. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S22, in step S26, the voltage vector V (n + 1) is determined to be the voltage vector V0, and the forced charge flag is turned off.

ステップS24,S26の処理が完了する場合、ステップS28において変数n,n+1等をデクリメントする。なお、ステップS28の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。   When the processes in steps S24 and S26 are completed, variables n, n + 1, etc. are decremented in step S28. In addition, when the process of step S28 is completed, this series of processes is once complete | finished.

図6(a)に本実施形態にかかるコンデンサCuの電圧の推移を示す。これに対し、図6(b)に、評価関数JのみによってインバータINVの操作状態を決定する処理によるコンデンサCuの電圧の推移を示す。図示されるように、本実施形態では、コンデンサCuの電圧がドライブユニットDUの動作を保証できなくなる閾値よりも低くなることを確実に回避することができる。   FIG. 6A shows the transition of the voltage of the capacitor Cu according to this embodiment. On the other hand, FIG. 6B shows the transition of the voltage of the capacitor Cu by the process of determining the operation state of the inverter INV only by the evaluation function J. As shown in the figure, in the present embodiment, it is possible to reliably avoid that the voltage of the capacitor Cu becomes lower than a threshold at which the operation of the drive unit DU cannot be guaranteed.

なお、上記のように電圧ベクトルV0を強制的に採用する場合、これはモータジェネレータ10を流れる電流と指令電流idr,iqrとの乖離を大きくするおそれがある。ただし、電圧ベクトルV0を強制的に採用する処理がなされるのが基本的に低回転速度時であることなどから、この乖離は、無視しうるものとなっている。すなわち、低回転速度時においては、インバータINVの変調率が小さい。一方、dq座標系における誤差edqの変化速度ベクトルは、インバータINVの出力電圧の基本波成分と現在採用されている電圧ベクトル(瞬時電圧)との差によって表現される。ここで、ゼロ電圧ベクトルが採用される場合、上記差は、基本波成分そのものとなる。そして変調率が小さい場合、基本波成分が瞬時電圧と比較して小さいため、ゼロ電圧ベクトルとした場合の誤差edqの変化速度は、コンデンサC*を充電可能な有効電圧ベクトルを採用する場合と比較して、小さくなる。   When the voltage vector V0 is forcibly adopted as described above, this may increase the difference between the current flowing through the motor generator 10 and the command currents idr and iqr. However, since the processing for forcibly adopting the voltage vector V0 is basically performed at a low rotational speed, this deviation can be ignored. That is, at a low rotational speed, the modulation rate of the inverter INV is small. On the other hand, the change speed vector of the error edq in the dq coordinate system is expressed by the difference between the fundamental component of the output voltage of the inverter INV and the voltage vector (instantaneous voltage) currently employed. Here, when the zero voltage vector is employed, the difference becomes the fundamental wave component itself. When the modulation factor is small, the fundamental wave component is small compared to the instantaneous voltage. Therefore, the change speed of the error edq when the zero voltage vector is used is compared with the case where an effective voltage vector that can charge the capacitor C * is used. And become smaller.

なお、電圧ベクトルV0を強制的に採用する処理がなされるのが基本的に低回転速度時となるのは、高回転速度となる場合、制御周期Tcと電気角の一回転に要する時間との差が縮まることによって、短時間のうちにスイッチング素子S*nがオンとなる操作状態が採用されやすくなるためである。すなわち、モデル予測制御といえども、1電気角周期の期間において下側アームのスイッチング素子に継続してオンとならないものが生じるような選択はなされ難い。   It should be noted that the process of forcibly adopting the voltage vector V0 is basically performed at the low rotation speed when the rotation speed is high and the time required for one rotation of the control cycle Tc and the electrical angle. This is because when the difference is reduced, an operation state in which the switching element S * n is turned on in a short time is easily adopted. That is, even in the model predictive control, it is difficult to make a selection that causes the switching element of the lower arm not to be continuously turned on in the period of one electrical angle cycle.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)コンデンサC*の充電電圧が低下する状況下、評価関数Jにかかわらず、コンデンサC*を充電する操作状態を選択した。これにより、コンデンサC*の電圧が過度に低下する事態を回避することができる。   (1) Under the condition that the charging voltage of the capacitor C * decreases, the operation state for charging the capacitor C * is selected regardless of the evaluation function J. Thereby, the situation where the voltage of the capacitor C * is excessively reduced can be avoided.

(2)高電位側のスイッチング素子S*pがオン状態となる期間と低電位側のスイッチング素子S*nがオン状態となる期間との双方の期間に基づき、コンデンサC*の充電電圧の低下を把握した。これにより、コンデンサC*の電圧の低下を高精度の把握することができる。   (2) Decreasing the charging voltage of the capacitor C * based on both the period in which the high potential side switching element S * p is in the on state and the period in which the low potential side switching element S * n is in the on state. I figured out. As a result, the voltage drop of the capacitor C * can be grasped with high accuracy.

(3)コンデンサC*の充電が不可能となる状態に切り替わる都度、充電カウンタの値からマップ演算される値によって放電カウンタの値を補正可能とした。これにより、放電カウンタによって、コンデンサC*の電圧を高精度に定量化することができる。   (3) The value of the discharge counter can be corrected by the value calculated by the map from the value of the charge counter each time the capacitor C * is switched to a state where it cannot be charged. Thereby, the voltage of the capacitor C * can be quantified with high accuracy by the discharge counter.

(4)コンデンサC*の充電電圧が低下する状況下、電圧ベクトルV0を強制的に選択した。これにより、コンデンサC*を強制的に充電させる処理を簡素化することができる。また、変調率の低い領域においては、ゼロ電圧ベクトル時において有効電圧ベクトル時と比較して誤差edqの変化速度が小さくなることから、強制的な充電処理に起因した制御量の誤差を抑制することもできる。   (4) The voltage vector V0 was forcibly selected under the condition that the charging voltage of the capacitor C * was lowered. Thereby, the process for forcibly charging the capacitor C * can be simplified. Also, in the region where the modulation factor is low, the change rate of the error edq is smaller at the zero voltage vector than at the effective voltage vector, so that the control amount error caused by the forced charging process is suppressed. You can also.

(5)評価関数Jを用いた評価が最も高い操作状態が、充電が所望されるコンデンサC*を充電することができない操作状態であることを条件に、電圧ベクトルV0を強制的に選択した。これにより、誤差edqを最小とする操作状態を極力用いることができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(5) The voltage vector V0 is forcibly selected on the condition that the operation state having the highest evaluation using the evaluation function J is an operation state in which the capacitor C * that is desired to be charged cannot be charged. Thereby, the operation state that minimizes the error edq can be used as much as possible.
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

本実施形態では、コンデンサC*の充電電圧が低下する状況下、コンデンサC*を充電する操作状態の評価が高くなるように評価関数Jを変更する。   In the present embodiment, the evaluation function J is changed so that the evaluation of the operation state in which the capacitor C * is charged becomes high under the situation where the charging voltage of the capacitor C * is lowered.

図7に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、たとえば所定周期でくり返し実行される。なお、図7において、先の図4に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。   FIG. 7 shows a processing procedure of model predictive control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle. Note that, in FIG. 7, the same step numbers are attached for convenience to those corresponding to the processing shown in FIG.

この一連の処理では、ステップS50において、電圧ベクトルV(n+1)として仮設定される各電圧ベクトル毎に、これによるコンデンサC*の電圧Vc*を予測する処理を行う。以下、図8を用いて、予測処理を説明する。   In this series of processes, in step S50, for each voltage vector temporarily set as the voltage vector V (n + 1), a process for predicting the voltage Vc * of the capacitor C * is performed. Hereinafter, the prediction process will be described with reference to FIG.

本実施形態では、図8に示すように、コンデンサC*の放電経路として、コンデンサC*に抵抗値R2の抵抗体50が並列接続されたモデルを用いて電圧Vc*を予測する。ここで、抵抗体26の抵抗値R1と、コンデンサC*の静電容量Cと、ドライブ用電源22の電圧Edとを用い、スイッチング素子S*nのオン状態時には、ドライブ用電源22の電荷がコンデンサC*に充電される一方、抵抗体50を介した放電もなされることから、以下の式(c5)が成立する。
Vc*
=R2・Ed・{1−exp(−t/τc)}/(R1+R2)+Vc*0・exp(−t/τc)
…(c5)
ただし、1制御周期Tc前のコンデンサC*の電圧の初期値Vc*0と、以下の式(c6)にて表現される時定数τcとを用いている。
τc=R1・R2・C/(R1+R2) …(c6)
一方、スイッチング素子S*pのオン状態時には、コンデンサC*の電圧の変化は、抵抗体50を介した放電のみによって生じるから、以下の式(c7)が成立する。
Vc*=Vc*0・exp(−t/τd) …(c7)
ただし、以下に示す時定数τdを用いている。
τd=R2・C …(c8)
上記の式(c5),(c7)を用いることで、仮設定された電圧ベクトルV(n+1)が採用されることに伴う電圧Vc*を予測することができる。特に上記ステップS50では、仮設定された電圧ベクトルV(n+1)が採用された時点から1制御周期Tcが経過した時点における電圧を推定する。これは、前回のステップS50において予測された電圧Vc*を初期値Vc*0として且つ、パラメータtを制御周期Tcとすることで行なうことができる。ただし、前回のステップS50において予測された電圧Vc*は、ステップS10において出力された電圧ベクトルV(n)に対応するものとする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the voltage Vc * is predicted using a model in which a resistor 50 having a resistance value R2 is connected in parallel to the capacitor C * as the discharge path of the capacitor C *. Here, the resistance value R1 of the resistor 26, the capacitance C of the capacitor C *, and the voltage Ed of the drive power supply 22 are used. When the switching element S * n is in the ON state, the charge of the drive power supply 22 is Since the capacitor C * is charged and discharged through the resistor 50, the following equation (c5) is established.
Vc *
= R2 · Ed · {1−exp (−t / τc)} / (R1 + R2) + Vc * 0 · exp (−t / τc)
... (c5)
However, the initial value Vc * 0 of the voltage of the capacitor C * before one control cycle Tc and the time constant τc expressed by the following equation (c6) are used.
τc = R1 · R2 · C / (R1 + R2) (c6)
On the other hand, when the switching element S * p is in the ON state, the change in the voltage of the capacitor C * is caused only by the discharge through the resistor 50, so the following equation (c7) is established.
Vc * = Vc * 0 · exp (−t / τd) (c7)
However, the time constant τd shown below is used.
τd = R2 · C (c8)
By using the above equations (c5) and (c7), it is possible to predict the voltage Vc * associated with the use of the temporarily set voltage vector V (n + 1). In particular, in step S50, the voltage at the time when one control cycle Tc has elapsed from the time when the temporarily set voltage vector V (n + 1) is adopted is estimated. This can be done by setting the voltage Vc * predicted in the previous step S50 to the initial value Vc * 0 and the parameter t to the control period Tc. However, the voltage Vc * predicted in the previous step S50 is assumed to correspond to the voltage vector V (n) output in step S10.

続くステップS20aでは、仮設定された電圧ベクトルV(n+1)に関する評価関数Jを算出する。本実施形態では、評価関数Jを、誤差edqのベクトルノルムに、「Vref−Vc*」とゼロとのうちの大きい方をu,v,w相の全相について合計した値を加算することで算出する。ここで、「Vref−Vc*」は、コンデンサC*の電圧が低下する状況下、この状況を放置する操作状態の評価を低下させるための設定である。ここで、基準電圧Vrefは、コンデンサC*の電圧が低下する状況を示すパラメータである。基準電圧Vrefは、ドライブユニットDUの駆動を正常に行なうことのできなくなる上限値よりも大きい値に設定されている。   In subsequent step S20a, an evaluation function J relating to the temporarily set voltage vector V (n + 1) is calculated. In this embodiment, the evaluation function J is added to the vector norm of the error edq by adding the larger of “Vref−Vc *” and zero for all phases of the u, v, and w phases. calculate. Here, “Vref−Vc *” is a setting for lowering the evaluation of the operation state in which this situation is left under the situation where the voltage of the capacitor C * is lowered. Here, the reference voltage Vref is a parameter indicating a situation in which the voltage of the capacitor C * decreases. The reference voltage Vref is set to a value larger than the upper limit value at which the drive unit DU cannot be driven normally.

こうして電圧ベクトルV0〜V7の全てについて評価関数Jが算出されると、ステップS52に移行し、評価関数Jを最小とする操作状態に対応する電圧ベクトルを次回の電圧ベクトルV(n+1)に決定する。   When the evaluation function J is calculated for all the voltage vectors V0 to V7, the process proceeds to step S52, and the voltage vector corresponding to the operation state that minimizes the evaluation function J is determined as the next voltage vector V (n + 1). .

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。   According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.

(6)コンデンサC*の電圧を低下させない操作状態の評価を、低下させる操作状態の評価よりも高くした。これにより、モータジェネレータ10の制御量の制御性とコンデンサC*の電圧の制御性との両立を図ることができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(6) The evaluation of the operation state that does not decrease the voltage of the capacitor C * is made higher than the evaluation of the operation state that decreases. Thereby, both controllability of the control amount of the motor generator 10 and controllability of the voltage of the capacitor C * can be achieved.
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図9に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、たとえば所定周期でくり返し実行される。なお、図9において、先の図4に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。   FIG. 9 shows a processing procedure of model predictive control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle. In FIG. 9, the same step numbers are assigned for convenience to those corresponding to the processing shown in FIG.

この一連の処理では、ステップS12の処理の後、ステップS14の処理に代えて、ステップS60において、コンデンサC*の電圧Vc*を推定する。ここで、推定処理は、電圧ベクトルV(n)の出力に起因した1制御周期Tc先のコンデンサC*の電圧Vc*の予測処理としてもよいが、ステップS10の処理のなされた時点におけるコンデンサC*の電圧の推定であってもよい。なお、ここでは、「推定」を「予測」を包含する用語として用いている。この推定処理は、上記第2の実施形態における予測処理と同様に行なうことができる。   In this series of processes, after the process of step S12, instead of the process of step S14, the voltage Vc * of the capacitor C * is estimated in step S60. Here, the estimation process may be a prediction process of the voltage Vc * of the capacitor C * ahead of one control cycle Tc due to the output of the voltage vector V (n), but the capacitor C at the time when the process of step S10 is performed. It may be an estimation of the voltage of *. Here, “estimation” is used as a term including “prediction”. This estimation process can be performed in the same manner as the prediction process in the second embodiment.

続くステップS62においては、推定された電圧Vc*の全てが閾値Vthよりも大きいか否かを判断する。この処理は、先の図4のステップS16の処理に対応している。そして、ステップS62において否定判断される場合、ステップS17に移行する。そして、ステップS17の処理が完了する場合や、ステップS62において肯定判断される場合、ステップS18に移行する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
In a succeeding step S62, it is determined whether or not all the estimated voltages Vc * are larger than the threshold value Vth. This process corresponds to the process in step S16 of FIG. If a negative determination is made in step S62, the process proceeds to step S17. Then, when the process of step S17 is completed or when an affirmative determination is made in step S62, the process proceeds to step S18.
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図10に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、たとえば所定周期でくり返し実行される。なお、図10において、先の図4に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。   FIG. 10 shows a processing procedure of model predictive control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle. In FIG. 10, the same step numbers are assigned for convenience to those corresponding to the processing shown in FIG. 4.

この一連の処理では、ステップS12の処理の後、ステップS14の処理に代えて、ステップS70において、コンデンサC*の電圧Vc*を検出する。これは、コンデンサC*のそれぞれの両端の電圧を検出する手段を備えることで行なうことができる。続くステップS72においては、推定された電圧Vc*の全てが閾値Vthよりも大きいか否かを判断する。この処理は、先の図4のステップS16の処理に対応している。そして、ステップS72において否定判断される場合、ステップS17に移行する。そして、ステップS17の処理が完了する場合や、ステップS72において肯定判断される場合、ステップS18に移行する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
In this series of processes, after the process of step S12, instead of the process of step S14, the voltage Vc * of the capacitor C * is detected in step S70. This can be done by providing means for detecting the voltage across each of the capacitors C *. In a succeeding step S72, it is determined whether or not all the estimated voltages Vc * are larger than the threshold value Vth. This process corresponds to the process in step S16 of FIG. If a negative determination is made in step S72, the process proceeds to step S17. Then, when the process of step S17 is completed or when an affirmative determination is made in step S72, the process proceeds to step S18.
<Fifth Embodiment>
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.

本実施形態では、トルクと磁束とを直接の制御量とし、これらの指令値と予測値とを入力としてインバータINVの操作状態を決定する。   In the present embodiment, torque and magnetic flux are directly controlled variables, and these command values and predicted values are input to determine the operation state of the inverter INV.

図11に、本実施形態にかかる制御装置20による処理を示す。なお、図11において、先の図2に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 11 shows processing by the control device 20 according to the present embodiment. In FIG. 11, processes corresponding to the processes shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.

図示されるように、トルク/磁束予測部60は、予測電流ide,iqeに基づき、モータジェネレータ10の磁束ベクトルΦとトルクTとを予測する。ここで、磁束ベクトルΦ=(Φd、Φq)は、下記の式(c9)、(c10)にて予測され、トルクTは、下記の式(c11)にて予測される。   As illustrated, the torque / magnetic flux prediction unit 60 predicts the magnetic flux vector Φ and the torque T of the motor generator 10 based on the predicted currents ide and iqe. Here, the magnetic flux vector Φ = (Φd, Φq) is predicted by the following equations (c9) and (c10), and the torque T is predicted by the following equation (c11).

Φd=Ld・id+φ …(c9)
Φq=Lq・iq …(c10)
T=P(Φd・iq−Φq・id) …(c11)
ちなみに、上記の式(c11)においては、極対数Pを用いている。
Φd = Ld · id + φ (c9)
Φq = Lq · iq (c10)
T = P (Φd · iq−Φq · id) (c11)
Incidentally, in the above formula (c11), the number P of pole pairs is used.

一方、磁束マップ62では、要求トルクTrに基づき、指令磁束ベクトルΦrを設定する。ここで、指令磁束ベクトルΦrは、要求トルクTrを満たすもののうち、例えば最小の電流で最大のトルクが得られる最大トルク制御を実現する等の要求によって設定されるものである。   On the other hand, in the magnetic flux map 62, the command magnetic flux vector Φr is set based on the required torque Tr. Here, the command magnetic flux vector Φr is set according to a request for realizing, for example, maximum torque control that can obtain the maximum torque with the minimum current among those satisfying the required torque Tr.

操作状態決定部44aでは、予測トルクTeと要求トルクTrとの差と、予測磁束ベクトルΦeと指令磁束ベクトルΦrとの各成分の差とに基づき制御量とその指令値との乖離度合いを定量化し、乖離度合いが最小となる電圧ベクトルを採用する。ここでの定量化は、これらの差の2乗のそれぞれに重み係数a、b(a≠b、a≠0、b≠0)を乗算した値同士の和に基づき決定される。ここで、重み係数a、bは、トルクと磁束との大きさが相違することに鑑みたものである。すなわち例えば、トルクの数値の方が大きくなる単位設定をする場合、トルク偏差の方が大きくなりやすいため、重み係数a、bを用いない場合には、磁束の制御性が低い電圧ベクトルであっても、評価がさほど低くならない等のデメリットの生じるおそれがある。このため、重み係数a、bを、評価のための複数の入力パラメータの絶対値の大きさの相違を補償する手段として用いる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
The operation state determination unit 44a quantifies the degree of deviation between the control amount and the command value based on the difference between the predicted torque Te and the required torque Tr and the difference between the components of the predicted magnetic flux vector Φe and the command magnetic flux vector Φr. A voltage vector that minimizes the degree of deviation is employed. The quantification here is determined based on the sum of values obtained by multiplying the squares of these differences by weighting coefficients a and b (a ≠ b, a ≠ 0, b ≠ 0). Here, the weighting factors a and b are taken into consideration that the magnitudes of torque and magnetic flux are different. That is, for example, when setting a unit in which the numerical value of the torque is larger, the torque deviation tends to be larger. Therefore, when the weighting factors a and b are not used, the voltage vector has a low magnetic flux controllability. However, there is a possibility that disadvantages such as that the evaluation does not become so low. For this reason, the weight coefficients a and b are used as means for compensating for the difference in absolute value of the plurality of input parameters for evaluation.
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.

「更新手段について」
上記第1の実施形態において、放電カウンタの値がマップ値よりも大きい場合、マップ値の所定割合だけ放電カウンタの値を増量補正してもよい。
"About update means"
In the first embodiment, when the value of the discharge counter is larger than the map value, the value of the discharge counter may be increased by a predetermined ratio of the map value.

「カウンタについて」
上記第1の実施形態において、放電カウンタや充電カウンタの制御周期Tc当たりの変化量を固定値とする代わりに、現在のカウンタ値等に応じて可変設定してもよい。これにより、コンデンサC*の充電による電圧の上昇速度や放電による電圧の低下速度が時間に応じて変化することを模擬することができる。
About counters
In the first embodiment, the amount of change per control cycle Tc of the discharge counter or the charge counter may be variably set according to the current counter value or the like instead of a fixed value. Thereby, it can be simulated that the rate of voltage increase due to charging of the capacitor C * or the rate of voltage decrease due to discharge changes with time.

上記第1の実施形態において、放電カウンタを減算する処理に代えて加算する処理を採用して且つ、充電カウンタを加算する処理に代えて減算する処理を採用してもよい。この場合、放電カウンタは、コンデンサC*の充電電圧と負の相関を有するものとなるため、放電カウンタの値が大きいことに基づき、コンデンサC*の充電電圧の低下量が上限値に達したと判断すればよい。   In the first embodiment, a process of adding instead of the process of subtracting the discharge counter may be employed, and a process of subtracting may be employed instead of the process of adding the charge counter. In this case, since the discharge counter has a negative correlation with the charge voltage of the capacitor C *, the amount of decrease in the charge voltage of the capacitor C * has reached the upper limit based on the large value of the discharge counter. Just judge.

充電カウンタを備えることなく、放電カウンタのみを備えるものであってもよい。ただし、この場合、強制的な充電処理がなされる場合には放電カウンタをリセットする。   Only a discharge counter may be provided without providing a charge counter. In this case, however, the discharge counter is reset when the forced charging process is performed.

モータジェネレータ10の端子毎に各別に設けられるものに限らない。たとえば、高電位側のスイッチング素子S*pがオン状態となる相の数だけ放電カウンタを加算するものであってもよい。この場合であっても、放電カウンタの値とコンデンサC*の電圧とは負の相関を有すると考えられるため、放電カウンタの値が所定値に達することに基づき、電圧ベクトルV0を選択することは有効である。   The present invention is not limited to one provided for each terminal of motor generator 10. For example, the discharge counter may be added by the number of phases in which the high potential side switching element S * p is turned on. Even in this case, since the value of the discharge counter and the voltage of the capacitor C * are considered to have a negative correlation, it is possible to select the voltage vector V0 based on the fact that the value of the discharge counter reaches a predetermined value. It is valid.

「推定手段について」
コンデンサC*の電圧の時間推移を示すモデル式としては、上記第2の実施形態において例示したものに限らない。たとえば、スイッチング素子S*#のゲートの充電による電圧の低下と、ドライブユニットDU内の回路で消費される電力による電圧の低下とを各別にモデル化したものであってもよい。これはたとえば、先の図8に示したモデルをドライブユニットDU内の回路で消費される電力による電圧の低下を算出する手段として且つ、スイッチング素子S*pのオン状態への切り替え時に、その手段によって算出される電圧を所定量だけ低下補正することで実現することができる。
"About estimation means"
The model formula indicating the time transition of the voltage of the capacitor C * is not limited to that exemplified in the second embodiment. For example, a voltage drop due to charging of the gate of switching element S * # and a voltage drop due to power consumed by the circuit in drive unit DU may be modeled separately. For example, the model shown in FIG. 8 is used as a means for calculating the voltage drop due to the power consumed by the circuit in the drive unit DU, and when the switching element S * p is turned on, This can be realized by reducing the calculated voltage by a predetermined amount.

「電圧予測手段について」
予測のためのモデル式が上記第2の実施形態において例示したものに限らないことについては、上記「推定手段について」の欄に記載したとおりである。
"Voltage prediction means"
The fact that the model formula for prediction is not limited to that exemplified in the second embodiment is as described in the section “About estimation means”.

また、モデル式を用いるものにも限らず、たとえば上記放電カウンタおよび充電カウンタの協働で実現される放電カウンタ値のように、コンデンサC*の電圧と正または負の相関を有するパラメータを算出する手段であってもよい。   Further, the present invention is not limited to using a model formula, and a parameter having a positive or negative correlation with the voltage of the capacitor C * is calculated, for example, a discharge counter value realized by the cooperation of the discharge counter and the charge counter. It may be a means.

「バイアス手段について」
予測電圧Ve*が基準電圧Vrefよりも小さくなることを条件に、評価関数Jに(Vref−Ve*)を加算するものに限らない。たとえば、予測電圧Ve*が基準電圧Vrefを上回る量が規定量以下であることを条件に、評価関数Jに(Vref−Ve*)を加算するものであってもよい。またたとえば、予測電圧Ve*が基準電圧Vrefよりも小さくなることを条件に、評価関数Jに(Vref−Ve*)の2乗を加算するものであってもよい。
"About bias means"
This is not limited to adding (Vref−Ve *) to the evaluation function J on condition that the predicted voltage Ve * is smaller than the reference voltage Vref. For example, (Vref−Ve *) may be added to the evaluation function J on condition that the amount that the predicted voltage Ve * exceeds the reference voltage Vref is equal to or less than a specified amount. For example, the square of (Vref−Ve *) may be added to the evaluation function J on condition that the predicted voltage Ve * is smaller than the reference voltage Vref.

コンデンサC*についての電圧Vc*が規定値よりも小さくなる度合いに応じて評価を多段階に変更するものに限らない。たとえば、電圧Vc*が規定値よりも小さくなる場合、モータジェネレータ10の制御の正常時における誤差edqベクトルのノルムとしてとり得る最大値よりも小さい所定量(>0)を、そのコンデンサC*を充電しない操作状態の評価関数Jに限って加算するものであってもよい。   The evaluation is not limited to one in which the evaluation is changed in multiple stages according to the degree to which the voltage Vc * with respect to the capacitor C * becomes smaller than the specified value. For example, when voltage Vc * becomes smaller than a specified value, capacitor C * is charged with a predetermined amount (> 0) smaller than the maximum value that can be taken as the norm of error edq vector when motor generator 10 is normally controlled. It may be added only to the evaluation function J of the operation state that is not performed.

また、電圧Vc*が規定値よりも小さい場合に決定手段による決定に際しての評価を操作するものに限らない。たとえば、常時、コンデンサC*を充電しない操作状態の評価の方が充電する操作状態の評価よりも低くなるようにしてもよい。   Further, the present invention is not limited to operating the evaluation at the time of determination by the determination means when the voltage Vc * is smaller than the specified value. For example, the evaluation of the operation state where the capacitor C * is not charged at all times may be lower than the evaluation of the operation state where the capacitor C * is charged.

「優先手段について」
上記第1の実施形態(図4のステップS22)において、評価関数Jを最小とする操作状態が、放電カウンタが所定値以下となるコンデンサC*を充電しないとの条件を設けなくてもよい。
"About preferred means"
In the first embodiment (step S22 in FIG. 4), it is not necessary to provide a condition that the operation state that minimizes the evaluation function J does not charge the capacitor C * whose discharge counter is equal to or less than a predetermined value.

またたとえば、上記第1の実施形態において、強制的に電圧ベクトルV0とする代わりに、放電カウンタが所定値以下となるコンデンサC*を充電する操作状態に強制的に変更するようにしてもよい。   Further, for example, in the first embodiment, instead of forcibly setting the voltage vector V0, it may be forcibly changed to an operation state in which the capacitor C * whose discharge counter is equal to or less than a predetermined value is charged.

「仮設定される操作状態について」
電圧ベクトルV0〜V7の全てに限らず、たとえば、モータジェネレータ10の端子のうちスイッチング状態の切り替え端子数が「1」以下となるものや、「2」以下となるものであってもよい。
“Temporarily set operation status”
For example, the number of switching terminals in the switching state of the motor generator 10 may be “1” or less, or “2” or less.

「予測手段について」
次回の電圧ベクトルV(n+1)によって生じる制御量のみを予測するものに限らない。たとえば、数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータINVの操作による制御量まで順次予測するものであってもよい。
About prediction means
It is not limited to predicting only the control amount generated by the next voltage vector V (n + 1). For example, the control amount by the operation of the inverter INV at the update timing several control cycles ahead may be sequentially predicted.

「決定手段について」
たとえば、上記第1の実施形態において、予測電流ide(n+2)と指令電流idr(n+2)との差と、予測電流iqe(n+2)と指令電流iqr(n+2)との差との加重平均処理値を、乖離度合いの評価対象とするパラメータとしてもよい。要は、乖離度合いが大きいほど評価が低くなることを定量化すべく、乖離度合いとの間に正または負の相関関係があるパラメータによって定量化すればよい。
About the decision means
For example, in the first embodiment, the weighted average processing value of the difference between the predicted current ide (n + 2) and the command current idr (n + 2) and the difference between the predicted current iqe (n + 2) and the command current iqr (n + 2). May be used as a parameter for evaluation of the degree of deviation. In short, in order to quantify that the evaluation becomes lower as the degree of divergence is larger, it may be quantified by a parameter having a positive or negative correlation with the degree of divergence.

「制御量について」
指令値と予測値とに基づきインバータINVの操作を決定するために用いる制御量としては、トルクおよび磁束と、電流とのいずれかに限らない。例えば、トルクのみまたは磁束のみであってもよい。また例えば、トルクおよび電流であってもよい。ここで、制御量を電流以外とする場合等において、センサによる直接の検出対象を電流以外としてもよい。
"About controlled variables"
The control amount used for determining the operation of the inverter INV based on the command value and the predicted value is not limited to any of torque, magnetic flux, and current. For example, only torque or magnetic flux may be used. For example, torque and current may be used. Here, when the control amount is other than the current, the direct detection target by the sensor may be other than the current.

上記各実施形態では、回転機の究極の制御量(予測対象であるか否かにかかわらず、最終的に所望の量とされることが要求される制御量)を、トルクとしたが、これに限らず、例えば回転速度等としてもよい。   In each of the above embodiments, the ultimate control amount of the rotating machine (the control amount that is ultimately required to be a desired amount regardless of whether or not it is a prediction target) is the torque. For example, the rotational speed may be used.

「直流交流変換回路を構成するスイッチング素子について」
IGBTに限らず、たとえば、MOS電界効果トランジスタ等の電界効果トランジスタであってもよい。ここでは、Nチャネルに限らず、Pチャネルであってもよい。ただし、PチャネルMOS電界効果トランジスタは、入力端子(ソース)に対する開閉制御端子(ゲート)の電位を操作することでオン・オフ操作されるものであるため、高電位側のスイッチング素子S*pの電源をドライブ用電源22とし、低電位側のスイッチング素子S*nの電源をコンデンサC*とする。
"Switching elements that make up a DC / AC converter circuit"
For example, a field effect transistor such as a MOS field effect transistor may be used instead of the IGBT. Here, not only the N channel but also the P channel may be used. However, since the P-channel MOS field effect transistor is turned on / off by manipulating the potential of the open / close control terminal (gate) with respect to the input terminal (source), the switching element S * p on the high potential side The power source is a drive power source 22, and the power source of the switching element S * n on the low potential side is a capacitor C *.

「回転機について」
3相回転機に限らない。たとえば5つの端子のそれぞれの巻線が互いに接続された5相回転機等、4相以上の回転機であってもよい。
また、上記各実施形態では、回転機の各端子に接続される固定子巻線同士がスター結線されるものを想定したが、これに限らず、デルタ結線されるものであってもよい。
"About rotating machines"
It is not limited to a three-phase rotating machine. For example, it may be a four-phase or more rotating machine such as a five-phase rotating machine in which the windings of the five terminals are connected to each other.
In each of the above embodiments, it is assumed that the stator windings connected to each terminal of the rotating machine are star-connected. However, the present invention is not limited to this, and may be delta-connected.

回転機としては、表面磁石同期機に限らず、埋め込み磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。   The rotating machine is not limited to a surface magnet synchronous machine, and may be an arbitrary synchronous machine such as an embedded magnet synchronous machine or a field winding type synchronous machine. Furthermore, it is not limited to a synchronous machine, but may be an induction rotating machine such as an induction motor.

回転機としては、産業用ロボットに搭載されるものに限らない。たとえば、車両の主機として用いられるものであってもよい。   The rotating machine is not limited to that mounted on an industrial robot. For example, it may be used as a main machine of a vehicle.

「そのほか」
直流電圧源としては、MG用バッテリ12に限らず、例えばMG用バッテリ12の電圧を昇圧するコンバータの出力端子であってもよい。
"others"
The DC voltage source is not limited to the MG battery 12 and may be, for example, an output terminal of a converter that boosts the voltage of the MG battery 12.

10…モータジェネレータ、12…MG用バッテリ(直流電圧源の一実施形態)、20…制御装置(回転機の制御装置の一実施形態)、22…ドライブ用電源、Cu、Cv,Cw…コンデンサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor generator, 12 ... MG battery (one embodiment of DC voltage source), 20 ... Control device (one embodiment of control device of rotating machine), 22 ... Drive power supply, Cu, Cv, Cw ... Capacitor.

Claims (3)

直流電圧源の正極および負極のそれぞれに回転機の端子を選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路について、該直流交流変換回路のスイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の磁束の少なくとも1つを有した制御量を制御する回転機の制御装置において、
前記スイッチング素子を駆動する駆動回路は、前記正極に接続するスイッチング素子および前記負極に接続するスイッチング素子のいずれか一方の電流の流通経路の一対の端部のいずれかを基準電位とする直流電圧源の電力を、前記いずれか一方のオン期間において前記いずれか他方の駆動回路の電源となるコンデンサに充電するブートストラップ回路を備えるものであり、
固定座標系における電圧ベクトルにて表現される前記直流交流変換回路の操作状態を仮設定した場合の前記制御量を予測する予測手段と、
該予測手段によって予測される制御量に基づき、該予測される制御量に対応する操作状態を評価し、評価の高い操作状態を前記直流交流変換回路の操作状態として決定する決定手段と、
該決定された操作状態となるように前記直流交流変換回路を操作する操作手段と、
前記コンデンサの充電電圧が低下する状況下、前記決定手段による操作状態の決定に際して、前記いずれか一方がオン状態となる操作状態の優先度を大きくする優先手段と、
を備え
前記優先手段は、前記決定手段による前記コンデンサの電圧を低下させない操作状態の評価を、低下させる操作状態の評価よりも高くするバイアス手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
A DC / AC converter circuit including a switching element that selectively connects a terminal of a rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source, by turning on / off the switching element of the DC / AC converter circuit. In a control device for a rotating machine that controls a control amount having at least one of a flowing current, a torque of the rotating machine, and a magnetic flux of the rotating machine,
The drive circuit for driving the switching element includes a DC voltage source having a reference potential at one of a pair of ends of a current flow path of one of the switching element connected to the positive electrode and the switching element connected to the negative electrode And a bootstrap circuit that charges a capacitor serving as a power source for the other drive circuit during any one of the on periods,
Predicting means for predicting the control amount when temporarily setting the operation state of the DC-AC converter circuit represented by a voltage vector in a fixed coordinate system;
A determination unit that evaluates an operation state corresponding to the predicted control amount based on the control amount predicted by the prediction unit, and determines a highly evaluated operation state as an operation state of the DC-AC converter circuit;
Operating means for operating the DC-AC converter circuit so as to be in the determined operating state;
In a situation where the charging voltage of the capacitor is lowered, when determining the operation state by the determination unit, priority means for increasing the priority of the operation state in which either one is turned on;
Equipped with a,
The control device for a rotating machine, wherein the priority unit includes a bias unit that makes the evaluation of the operation state that does not decrease the voltage of the capacitor by the determination unit higher than the evaluation of the operation state that reduces the voltage .
前記バイアス手段は、前記予測手段によって仮設定される操作状態のそれぞれについて、該操作状態によって生じるコンデンサの電圧を予測する電圧予測手段を備え、該電圧予測手段によって予測される電圧が規定値よりも小さくなる場合、前記決定手段による前記コンデンサの電圧を低下させない操作状態の評価を、低下させる操作状態の評価よりも高くすることを特徴とする請求項記載の回転機の制御装置。 The bias unit includes a voltage prediction unit that predicts a voltage of a capacitor generated by the operation state for each operation state temporarily set by the prediction unit, and the voltage predicted by the voltage prediction unit is lower than a specified value. smaller case, the evaluation of the operating state not to lower the voltage of said capacitor by said determining means, the control device for a rotary machine according to claim 1, wherein the higher than rated operating conditions to reduce. 前記優先手段は、前記回転機の同一の端子に接続される前記いずれか一方のスイッチング素子がオン状態となる期間と前記他方のスイッチング素子がオン状態となる期間との双方の期間に基づき前記充電電圧の低下を把握し、これに基づき前記優先する処理を行なうものであることを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。 The priority unit is configured to charge the battery based on both a period in which one of the switching elements connected to the same terminal of the rotating machine is in an on state and a period in which the other switching element is in an on state. 3. The control device for a rotating machine according to claim 1, wherein the lowering of the voltage is grasped and the priority processing is performed based on the decrease.
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