JP5958400B2 - Motor drive control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動制御装置に係り、特に、変調度に応じてモータの制御モードを切り替えるモータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a motor drive control device, and more particularly to a motor drive control device that switches a motor control mode in accordance with a modulation degree.
従来、交流同期型モータの制御モードを正弦波パルス幅変調制御方式、過変調制御方式、および、矩形波制御方式等を含む複数の制御モード間で切り替えて駆動制御することが行われている。各制御モードでは変調度について制限があるため、制御モードの切り替えはモータの変調度に基づいて行うことができる。 Conventionally, drive control is performed by switching the control mode of an AC synchronous motor among a plurality of control modes including a sine wave pulse width modulation control method, an overmodulation control method, and a rectangular wave control method. Since each control mode has a limitation on the modulation degree, the control mode can be switched based on the modulation degree of the motor.
直流電圧をインバータで交流電圧に変換してモータ駆動電圧を生成するシステムでは、インバータに入力されるシステム電圧に対するモータ駆動電圧の振幅の比がモータの変調度に相当する。したがって、モータの変調度に応じてシステム電圧を調整することで、モータの制御モードの切り替えを行うことが可能である。 In a system that generates a motor drive voltage by converting a DC voltage into an AC voltage using an inverter, the ratio of the amplitude of the motor drive voltage to the system voltage input to the inverter corresponds to the degree of modulation of the motor. Therefore, it is possible to switch the motor control mode by adjusting the system voltage according to the degree of modulation of the motor.
この場合、直流電源とインバータとの間に昇圧コンバータを設け、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータに供給する構成とすれば、上記昇圧コンバータの昇圧度を制御することでシステム電圧の調整を行うことができる。この構成の場合、昇圧コンバータの出力電圧を制御することによって変調度が変わる。したがって、モータ出力トルクに応じてシステム電圧を制御するだけでなく、システム電圧を変更することによってモータの制御モードの切り替えを行うことができる。 In this case, if a boost converter is provided between the DC power supply and the inverter and the DC voltage from the DC power supply is boosted and supplied to the inverter, the system voltage can be adjusted by controlling the boost degree of the boost converter. It can be performed. In this configuration, the modulation degree changes by controlling the output voltage of the boost converter. Therefore, not only the system voltage is controlled in accordance with the motor output torque, but also the motor control mode can be switched by changing the system voltage.
例えば、特開2011−160546号公報(特許文献1)には、電動車両の制御装置において、実変調度を目標変調度に一致させるようにシステム電圧の指令値であるシステム電圧指令値を決定し、そのシステム電圧指令値に対応した電圧値を昇圧コンバータの昇圧度を調整して出力させることが記載されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-160546 (Patent Document 1), in a control device for an electric vehicle, a system voltage command value that is a command value of a system voltage is determined so that the actual modulation degree matches the target modulation degree. In addition, it is described that the voltage value corresponding to the system voltage command value is output by adjusting the boosting degree of the boost converter.
特許文献1に記載されるように変調度に応じて昇圧コンバータの昇圧度を変更する制御を行う場合、目標変調度が上昇することで過変調制御方式から矩形波制御方式への切り替えが可能な動作状態にあるとき、スイッチング損失を抑えてシステム全体としての効率を高めるために昇圧コンバータによる昇圧動作を停止することが望ましい。 When performing control to change the boosting degree of the boosting converter according to the modulation degree as described in Patent Document 1, it is possible to switch from the overmodulation control method to the rectangular wave control method by increasing the target modulation degree. When in the operating state, it is desirable to stop the boost operation by the boost converter in order to suppress switching loss and increase the efficiency of the entire system.
その場合、モータの変調度が昇圧停止を判定する閾値よりも大きく、該閾値以下となるためにはコンバータによってシステム電圧を増加させて変調度を下げることが必要となることがある。そうすると、コンバータの昇圧停止のために、さらに昇圧を継続しなければならないという無駄な昇圧が生じ、システム全体の損失が大きくなって車両搭載時の燃費が悪化することがある。 In that case, in order for the modulation degree of the motor to be larger than the threshold value for determining the boost stop and to be less than the threshold value, it may be necessary to increase the system voltage by the converter and lower the modulation degree. In this case, the boosting of the converter is stopped, so that unnecessary boosting that requires further boosting occurs, resulting in a large loss of the entire system and deterioration of fuel consumption when the vehicle is mounted.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、適時のタイミングでコンバータによる昇圧停止を実行することにより損失を低減できるモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a motor drive control device that can reduce loss by executing boost stop by a converter at an appropriate timing.
本発明に係るモータ駆動制御装置は、直流電源側から供給される直流電圧を昇圧可能なコンバータと、前記コンバータから出力される直流電圧であるシステム電圧を交流電圧に変換してモータ駆動電圧として出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの動作を制御してモータを複数の制御モードに切り替えて駆動する制御部とを備えるモータ駆動制御装置であって、前記制御部は、前記システム電圧に対する前記モータ駆動電圧の振幅の比である変調度に基づいてモータの制御モードをパルス幅変調制御または矩形波制御に設定する制御モード設定部と、前記モータの制御モードが前記パルス幅変調制御のうちの過変調制御モードで、かつ、前記コンバータが最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあるとき、前記コンバータを昇圧停止させた場合の予測変調度を導出する変調度導出部と、前記予測変調度に基づいて前記コンバータの昇圧停止を実行する昇圧停止実行部とを含む。 A motor drive control device according to the present invention includes a converter capable of boosting a DC voltage supplied from a DC power supply side, and converts a system voltage, which is a DC voltage output from the converter, into an AC voltage and outputs it as a motor drive voltage. And a control unit that controls the operation of the converter and the inverter to drive the motor by switching to a plurality of control modes, wherein the control unit is configured to control the motor with respect to the system voltage. A control mode setting unit that sets the motor control mode to pulse width modulation control or rectangular wave control based on the modulation degree that is the ratio of the amplitude of the drive voltage; and the motor control mode is an excess of the pulse width modulation control. When in modulation control mode and the converter is in the lowest boosting operation state or a low boosting operation state close to this Including a modulation degree deriving unit that derives a prediction modulation when the boosted stopping the said converter, and a boost stop execution unit for executing the step-up stop of the converter on the basis of the predicted modulation depth.
本発明に係るモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記予測変調度で矩形波制御モードを実行したときの予測損失と現状動作時の現在損失とを導出して比較する損失導出比較部をさらに含み、前記昇圧停止部は、前記予測損失が前記現在損失よりも小さいときに前記コンバータの昇圧停止を実行してもよい。 In the motor drive control device according to the present invention, the control unit includes a loss derivation comparing unit that derives and compares a predicted loss when the rectangular wave control mode is executed with the predicted modulation degree and a current loss during the current operation. In addition, the boost stop unit may execute boost stop of the converter when the predicted loss is smaller than the current loss.
また、本発明に係るモータ駆動制御装置において、前記予測変調度に対応する制御モードが過変調制御モードであるとき、前記昇圧停止部は直ちに前記コンバータの昇圧停止を実行してもよい。 In the motor drive control device according to the present invention, when the control mode corresponding to the predicted modulation degree is an overmodulation control mode, the boost stop unit may immediately execute the boost stop of the converter.
また、本発明に係るモータ駆動制御部において、前記制御部は、前記コンバータに含まれるスイッチング素子の昇圧デューティ比が所定の閾値よりも大きいときに前記コンバータが最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあると判定してもよい。 In the motor drive control unit according to the present invention, the control unit may be configured such that when the step-up duty ratio of a switching element included in the converter is larger than a predetermined threshold, the converter is in a lowest step-up operation state or a low step-up that is close thereto. You may determine with being in an operating state.
さらに、本発明に係るモータ駆動制御装置において、前記損失導出比較部は、前記予測変調度で矩形波制御モードを実行したときのモータ電流をdq軸平面上における電流ベクトルとして予測し、この予測した電流ベクトルに応じた予測損失を、予め記憶された損失マップを参照して導出してもよい。 Further, in the motor drive control device according to the present invention, the loss derivation comparing unit predicts the motor current when the rectangular wave control mode is executed with the predicted modulation degree as a current vector on the dq axis plane, and performs the prediction. The predicted loss corresponding to the current vector may be derived with reference to a loss map stored in advance.
本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、モータの制御モードがパルス幅変調制御のうちの過変調制御モードで、かつ、コンバータが最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあるとき、コンバータを昇圧停止させた場合の予測変調度を導出し、この予測変調度に基づいてコンバータの昇圧停止を実行する構成としたことで、実際の変調度によるコンバータの昇圧停止の指示を待たずに適時のタイミングでコンバータの昇圧停止を実行できる。したがって、コンバータの無駄な昇圧動作を減少させて損失を低減することができ、車両に搭載されたときの燃費を向上させることができる。 According to the motor drive control device of the present invention, when the motor control mode is the overmodulation control mode of the pulse width modulation control and the converter is in the lowest boosting operation state or a low boosting operation state close thereto, By deriving the predicted modulation degree when the converter is stopped from boosting and executing the boost stop of the converter based on this predicted modulation degree, without waiting for an instruction to stop boosting the converter by the actual modulation degree The boosting stop of the converter can be executed at an appropriate timing. Therefore, the useless boosting operation of the converter can be reduced and the loss can be reduced, and the fuel efficiency when mounted on the vehicle can be improved.
以下に、本発明に係る実施の形態(以下、実施形態という)について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments according to the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.
また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。 In addition, when a plurality of embodiments and modifications are included in the following, it is assumed from the beginning that these characteristic portions are used in appropriate combinations. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施形態であるモータ駆動制御装置10を含むモータ駆動システム100の全体構成図である。図1に示すように、モータ駆動システム100は、直流電源Bと、電圧センサ11,17と、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1,C2と、電流センサ15と、交流モータMと、モータ駆動制御装置10とを備える。このモータ駆動制御装置10は、コンバータ20と、インバータ30と、制御部40とから構成されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
交流モータMは、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流モータMは、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。また、交流モータMは、エンジンに対して電動機として動作し、例えば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。さらに、交流モータMおよびインバータ30の組が複数設けられ、共通のコンバータ20に対して並列接続されてもよい。
The AC motor M is, for example, a driving motor for generating torque for driving the driving wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Or this AC motor M may be comprised so that it may have the function of the generator driven with an engine, and may be comprised so that it may have the function of an electric motor and a generator together. Further, AC motor M operates as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle so as to be able to start the engine, for example. Furthermore, a plurality of sets of AC motors M and
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなる。電圧センサ11は、直流電源Bから出力される直流電圧Vbを検出し、その検出した直流電圧Vbを制御部40へ出力する。
The DC power source B is composed of a secondary battery such as nickel hydride or lithium ion.
システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線12の間に接続され、システムリレーSR2は、直流電源Bの負極端子およびアース線13の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御部40からの信号SEによりオン/オフされる。より具体的には、システムリレーSR1,SR2は、制御部40からのH(論理ハイ)レベルの信号SEによりオンされ、制御部40からのL(論理ロー)レベルの信号SEによりオフされる。平滑コンデンサC1は、電力線12およびアース線13の間に接続される。
System relay SR1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and
コンバータ20は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。電力用スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線14およびアース線13の間に直列に接続される。電力用スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御部40からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。
本実施形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。 In the present embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). be able to. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2.
リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線12の間に接続される。また、平滑コンデンサC2は、電力線14およびアース線13の間に接続される。
Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and
インバータ30は、電力線14およびアース線13の間に並列に設けられる、U相アーム32と、V相アーム34と、W相アーム36とからなる。各相アームは、電力線14およびアース線13の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。例えば、U相アーム32は、スイッチング素子Q3,Q4からなり、V相アーム34は、スイッチング素子Q5,Q6からなり、W相アーム36は、スイッチング素子Q7,Q8からなる。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御部40からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。
各相アームの中間点は、交流モータMの各相コイルの各相端に接続されている。交流モータMは、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム32〜36のスイッチング素子の中間点と接続されている。
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M. The AC motor M is a three-phase permanent magnet motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a middle point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the intermediate point of the switching elements of each
コンバータ20は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧を昇圧した直流電圧(インバータ30への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)をインバータ30へ供給する。より具体的には、制御部40からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、上アームのスイッチング素子Q1のオン期間と下アームのスイッチング素子Q2のオン期間とが交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。
本実施形態では、所定の一定期間内におけるスイッチング素子Q1のオンデューティ比を昇圧デューティ比といい、昇圧デューティ比が大きくなるに従って昇圧度が低下してシステム電圧VHは小さくなる。ただし、後述するようにコンバータ20には、昇圧動作時においてそれ以上昇圧デューティ比を下げることができない状態で昇圧動作する最低昇圧動作状態が存在する。また、コンバータ20の上アームのスイッチング素子Q1がオンしたままの状態に保持されて、バッテリBから平滑コンデンサC1を介して供給される直流電圧Vbが昇圧されずにインバータ30側へ出力される状態を「上アームオン」といい、このときの昇圧デューティ比=1(すなわち100%)であるとする。したがって、上記の最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態では、昇圧デューティ比が1より少し低い昇圧デューティ比最大値(例えば、0.98等)となっている。
In the present embodiment, the on-duty ratio of the switching element Q1 within a predetermined constant period is referred to as a boost duty ratio, and as the boost duty ratio increases, the boost degree decreases and the system voltage VH decreases. However, as will be described later,
コンバータ20は、降圧動作時には、平滑コンデンサC2を介してインバータ30から供給された直流電圧(システム電圧)を降圧して直流電源Bを充電する。より具体的には、制御部40からのスイッチング制御信号S1,S2に応答して、スイッチング素子Q1のみがオンする期間と、スイッチング素子Q1,Q2の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
During the step-down operation,
平滑コンデンサC2は、コンバータ20からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ30へ供給する。電圧センサ17は、平滑コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、システム電圧を検出し、その検出値VHを制御部40へ出力する。
Smoothing capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage from
インバータ30は、交流モータMのトルク指令値が正(Tqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC2から直流電圧が供給されると制御部40からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流モータMを駆動する。また、インバータ30は、交流モータMのトルク指令値が零の場合(Tqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流モータMを駆動する。これにより、交流モータMは、トルク指令値Tqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of AC motor M is positive (Tqcom> 0),
さらに、モータ駆動システム100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時には、交流モータMのトルク指令値Tqcomは負に設定される(Tqcom<0)。この場合には、インバータ30は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流モータMが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC2を介してコンバータ20へ供給する。なお、回生制動には、フットブレーキを操作しないものの走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることだけでなく、ドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の制動を含む。
Further, during regenerative braking of a hybrid vehicle or electric vehicle equipped with
電流センサ15は、交流モータMに流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御部40へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ15は2相分のモータ電流(例えば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。
回転角センサ(レゾルバ)16は、交流モータMのロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御部40へ送出する。制御部40では、回転角θに基づき交流モータMの回転数(回転速度)を算出する。
The rotation angle sensor (resolver) 16 detects the rotor rotation angle θ of the AC motor M and sends the detected rotation angle θ to the
制御部40は、外部に設けられた電子制御ユニット(ECU)から入力されたトルク指令値Tqcom、電圧センサ11によって検出されたバッテリ電圧Vb、電圧センサ17によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ15からのモータ電流iv,iw、回転角センサ16からの回転角θに基づいて、後述する方法により交流モータMがトルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するように、コンバータ20およびインバータ30の動作を制御する。すなわち、コンバータ20およびインバータ30を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、コンバータ20およびインバータ30へ出力する。
The
コンバータ20の昇圧動作時には、制御部40は、平滑コンデンサC2の出力電圧VHをフィードバック制御し、出力電圧VHがシステム電圧指令値VH♯となるようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。
During the boosting operation of
また、制御部40は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、交流モータMで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ30へ出力する。これにより、インバータ30は、交流モータMで発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ20へ供給する。
Further, when receiving a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, the
さらに、制御部40は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、インバータ30から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成し、コンバータ20へ出力する。これにより、交流モータMが発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
Further, when receiving a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, the
さらに、制御部40は、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
Further,
次に、制御部40によって制御される、インバータ30における電力変換について詳細に説明する。
Next, power conversion in the
本実施形態のモータ駆動制御装置10では、インバータ30における電力変換について、正弦波パルス幅変調制御方式、過変調パルス幅変調制御方式、および、矩形波制御方式の3つの制御方式を切換えて使用する。以下において、「パルス幅変調(Pulse Width Modulation)制御」を略してPWM制御という。また、過変調PWM制御を略して過変調制御とだけいうことがある。
In the motor
正弦波PWM制御方式は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波(代表的には、三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。これにより、インバータ30から周知のように、一般的な正弦波PWM制御方式では、インバータ入力電圧であるシステム電圧VHに対する基本波成分振幅の比である変調度Kを0.61まで高めることができる。ただし、2相変調方式または3次高調波重畳制御による正弦波PWM制御の場合には、変調度Kを0.7程度まで高めることができる。
The sine wave PWM control method is used as a general PWM control. The switching element in each phase arm is turned on / off by changing the voltage between a sine wave voltage command value and a carrier wave (typically, a triangular wave). Control according to the comparison. As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. The ratio is controlled. Thus, as is well known from the
一方、矩形波制御方式では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分を交流モータ印加する。これにより、変調度Kは0.78まで高められる。矩形波制御では、変調度Kが0.78で一定となる。 On the other hand, in the rectangular wave control method, an AC motor is applied to one pulse of a rectangular wave whose ratio between the high level period and the low level period is 1: 1 within the predetermined period. Thereby, the modulation degree K is increased to 0.78. In the rectangular wave control, the modulation degree K is constant at 0.78.
過変調PWM制御方式は、基本波成分の振幅を大きくした上で上記正弦波PWM制御方式と同様のPWM制御を行なうものである。この結果、基本波成分の振幅を拡大させることができ、変調度Kを0.61〜0.78の範囲まで高めることができる。 The overmodulation PWM control system performs the same PWM control as the sine wave PWM control system after increasing the amplitude of the fundamental wave component. As a result, the amplitude of the fundamental wave component can be increased, and the modulation degree K can be increased to a range of 0.61 to 0.78.
ここで、コンバータ20による昇圧を行わずにバッテリ電圧Vbをインバータ30に入力して交流モータMを駆動するようにすれば、コンバータ20におけるスイッチング損失を抑制できるので有利である。また、インバータ30については、スイッチング損失を抑制するにはPWM制御よりも矩形波制御が有利である。したがって、モータ駆動システム100が搭載された車両においてシステム全体の損失を抑制して燃費向上を図るためには、コンバータ20を昇圧停止状態として矩形波制御方式により交流モータMを駆動することを積極的に行うのが望ましいことがある。
Here, it is advantageous to drive the AC motor M by inputting the battery voltage Vb to the
交流モータMの制御方式は、変調度Kに応じて選択することができる。具体的には、上述したように変調度0.61まで(K≦0.61)は正弦波PWM制御を選択し、変調度Kは0.61〜0.78(すなわち0.61<K<0.78)では過変調制御を選択し、変調度K0.78以上(K≧0.78)では矩形波制御を選択することができる。 The control method of AC motor M can be selected according to modulation degree K. Specifically, as described above, the sine wave PWM control is selected up to a modulation degree of 0.61 (K ≦ 0.61), and the modulation degree K is set to 0.61 to 0.78 (that is, 0.61 <K < 0.78), overmodulation control can be selected, and rectangular wave control can be selected when the modulation degree is K0.78 or more (K ≧ 0.78).
また、変調度Kは、交流モータMの線間電圧振幅(または線間電圧指令振幅)をシステム電圧VHで除した値として得られる。したがって、モータ駆動システム100ではコンバータ20を備えていることから、制御部40は、スイッチング制御信号S1,S2を調整して昇圧後のシステム電圧VHを変更することによって変調度Kを増減させ、これによりモータ制御方式を設定することが可能である。
The modulation degree K is obtained as a value obtained by dividing the line voltage amplitude (or line voltage command amplitude) of the AC motor M by the system voltage VH. Therefore, since the
図2は、本実施形態における制御部40について説明する。図2は、図1中の制御部40を示すブロック図である。
FIG. 2 illustrates the
制御部40は、制御モード設定部41、PWM制御ブロック42、矩形波制御ブロック43、変調度導出部44、昇圧デューティ比導出部45、変調度比較部46、損失導出比較部47、上アームオン実行部(昇圧停止実行部)48、および、損失マップ49を備える。これらの各部41−48は、制御部40によって実行されるソフトウェアによって実現することができる。ただし、これに限定されるものではなく、その一部がハードウェアによって実現されてもよい。また、制御部40は、図示しない記憶装置を備えている。この記憶装置には、損失マップ49や各種テーブル等が予め記憶されている。
The
制御モード設定部41は、上述したように、変調度Kに応じて交流モータMの制御モードを正弦波PWM制御、過変調制御、矩形波制御のいずれかを選択して設定する機能を有する。
As described above, the control
PWM制御ブロック42は、交流モータMが正弦波PWM制御方式および過変調PWM制御方式によって駆動されるようにインバータ30の動作を制御する機能を有する。
The
図3は、PWM制御ブロック42の構成を示す図である。PWM制御ブロック42は、電流指令生成部421と、座標変換部422,425と、回転数演算部423と、PI演算部424と、PWM信号生成部426とを含む。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
電流指令生成部421は、予め記憶されたテーブル等に従って、交流モータMのトルク指令値Tqcomに応じた、d軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。
The current
座標変換部422は、回転角センサ16によって検出される交流モータMの回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ15によって検出されたv相電流ivおよびW相電流ivを基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。回転数演算部423は、回転角センサ16からの出力に基づいて、交流モータMの回転数Nmtを演算する。
The coordinate
PI演算部424には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−id)およびq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−iq)が入力される。PI演算部424は、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。
A deviation ΔId (ΔId = Idcom-id) with respect to the command value of the d-axis current and a deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom-iq) with respect to the command value of the q-axis current are input to the
座標変換部425は、交流モータMの回転角θを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する。
The coordinate
PWM信号生成部426は、各相における電圧指令値Vu,Vv,Vwと所定の搬送波との比較に基づいて、図1に示したスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。インバータ30が、PWM制御ブロック42によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、交流モータMに対してトルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。なお、上述のように、過変調制御方式時には、PWM信号生成部426におけるPWM変調時に用いられる搬送波が、正弦波PWM制御方式時の一般的なものから切り替えられる。
The PWM
図4は、制御部40の矩形波制御ブロックの構成を示す図を示す。矩形波制御ブロック43は、座標変換部431と、トルク演算部432と、PI演算部433と、矩形波発生器434と、信号発生部435とを含む。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a rectangular wave control block of the
座標変換部431は、上記座標変換部422と同様に、回転角センサ16によって検出される交流モータMの回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ15によって検出されたv相電流ivおよびW相電流ivを基に、d軸電流idおよびq軸電流iqを算出する。
Similarly to the coordinate
トルク演算部432は、座標変換部431によって求められたd軸電流idおよびq軸電流iqに基づいて、交流モータMの現在トルクであるトルク推定値Tqをマップ参照等により導出または算出する。
Based on the d-axis current id and the q-axis current iq obtained by the coordinate
PI演算部433へは、トルク指令値Tqcomに対するトルク偏差ΔTq(ΔTq=Tqcom−Tq)が入力される。PI演算部433は、トルク偏差ΔTqについて所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。具体的には、正トルク発生(Tqcom>0)時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生(Tqcom<0)時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。
Torque deviation ΔTq (ΔTq = Tqcom−Tq) with respect to torque command value Tqcom is input to
矩形波発生器434は、PI演算部433によって設定された電圧位相φvに従って、各相電圧指令値(矩形波パルス)Vu,Vv,Vwを発生する。信号発生部435は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに従ってスイッチング制御信号S3〜S8を発生する。インバータ30がスイッチング制御信号S3〜S8に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相φvに従った矩形波パルスが、モータの各相電圧として印加される。
The
このように、矩形波制御方式時には、トルク(電力)のフィードバック制御により、モータトルク制御を行なうことができる。 Thus, in the rectangular wave control method, the motor torque control can be performed by the feedback control of the torque (electric power).
制御部40の変調度導出部44(図2参照)は、モータ駆動電圧に相当する交流モータMの線間電圧実効値Vampとシステム電圧VHとに基づいて、実変調度Krおよび予測変調度Kpを導出する機能を有する。
The modulation degree deriving unit 44 (see FIG. 2) of the
ここで、線間電圧実効値Vampは、PWM制御ブロック42のPI演算部424によって生成されたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を用いて、下記(1),(2)式に従って算出することができる。
Vamp=|Vd♯・cosφ|+|Vq♯・sinφ| …(1)
tanφ=Vq♯/Vd♯ …(2)
Here, the line voltage effective value Vamp is obtained by using the d-axis voltage command value Vd # and the q-axis voltage command value Vq # generated by the
Vamp = | Vd # · cosφ | + | Vq # · sinφ | (1)
tan φ = Vq # / Vd # (2)
よって、変調度導出部44では、下記(4)式によって、実変調度Krを導出することができる。
実変調度Kr=線間電圧基本波成分実効値Vamp/システム電圧VH …(4)
なお、変調度導出部44による予測変調度Kpの導出については後述する。
Therefore, the modulation
Actual modulation degree Kr = Linear voltage fundamental wave component effective value Vamp / System voltage VH (4)
The derivation of the predicted modulation degree Kp by the modulation
PI演算部424では、電流指令生成部421から供給されるΔId、ΔIqに応じて、最適な電圧指令Vd#、Vq#を算出し、これに応じてその時に最適なシステム電圧VHが決定され、これが目標VH#となり、これに応じてコンバータ20が制御されることになる。詳しくは、実変調度Krが目標変調度Ktとなるように目標システム電圧指令値VH♯を決定する。このとき、実変調度Kmが目標変調度Ktより大きいとき目標システム電圧指令値VH♯を上げる一方、実変調度Kmが目標変調度Ktより小さいとき目標システム電圧指令値VH♯を下げる制御を実行する。
The
次に、図5を参照して、これまでの変調度昇圧制御について説明する。図5は、比較例としての変調度昇圧制御における(a)変調度K、(b)昇圧後システム電圧VH、(c)昇圧前システム電圧VL(=Vb)、(d)実昇圧デューティ比、(e)損失、および、(f)モータ制御モードのそれぞれの遷移状態を示すタイムチャートである。図5(a)〜(f)において横軸は共通の時間軸として示されている。 Next, with reference to FIG. 5, the modulation degree boost control so far will be described. 5 shows (a) modulation degree K, (b) post-boosting system voltage VH, (c) pre-boosting system voltage VL (= Vb), (d) actual boosting duty ratio in modulation degree boosting control as a comparative example. It is a time chart which shows each transition state of (e) loss and (f) motor control mode. 5A to 5F, the horizontal axis is shown as a common time axis.
図5(a)を参照すると、実変調度Krが実線で示され、正弦波PWM制御および過変調制御の間の切替ライン51と、過変調制御および矩形波制御の間の切替ライン52とが2本の平行な一点鎖線によって示されている。例えば、切替ライン51は正弦波PWM制御における最大変調度である0.61に相当し、切替ライン52は矩形波制御の変調度である0.78に相当する。実変調度Krが次第に大きくなって切替ライン51を超えると、図5(f)に示すように交流モータMの制御モードが正弦波PWM制御から過変調制御に切り替わる。
Referring to FIG. 5A, the actual modulation degree Kr is indicated by a solid line, and a
また、図5(a)を参照すると、実変調度Krの上側には目標変調度Ktが破線により示され、実変調度Krの下側には上アームオン実施変調度Kuaonが破線により示されている。交流モータMの制振制御等の要求から交流モータMを正弦波PWM制御で駆動することが好ましい動作点である場合、目標変調度Ktが0.61(またはそれより少し低く)設定されて、実変調度Krが目標変調度Ktを超えないように、コンバータ20による昇圧後のシステム電圧VHが制御される。この様子が図5(b)に示されている。昇圧後電圧VHとバッテリ電圧Vbに相当する昇圧前電圧VLとの差ΔVHがコンバータ20の昇圧動作によって高められた電圧分に相当する。
5A, the target modulation degree Kt is indicated by a broken line above the actual modulation degree Kr, and the upper arm-on implementation modulation degree Kuaon is indicated by a broken line below the actual modulation degree Kr. Yes. When it is a preferable operating point that the AC motor M is driven by sinusoidal PWM control in response to a request for vibration suppression control of the AC motor M, the target modulation degree Kt is set to 0.61 (or slightly lower), The system voltage VH after boosting by the
制御部40は、制振制御等による制約が解除されて交流モータMの矩形波制御による駆動が許可されると、目標変調度Ktを例えば一次関数的に増加させて矩形波相当値である値(例えば、0.78またはこれより少し大きい値)に設定する。なお、目標変調度Ktの増加は、直線的なものに限定されるものではなく、曲線状に或いは段階的に増加させてもよい。
When the restriction by the vibration suppression control or the like is released and the driving by the rectangular wave control of the AC motor M is permitted, the
そして、制御部40は、実変調度Krが目標変調度Ktに応じて増加するように、システム電圧指令値VH♯を低下させることによって実行する。具体的には、制御部40は、システム電圧VHが目標システム電圧指令値VH♯になるように昇圧デューティ比を増加させ、この昇圧デューティ比に基づいてコンバータ20のスイッチング素子Q1,Q2をオン・オフさせるスイッチング制御信号S1,S2を生成し、図5(d)に示すように実昇圧デューティ比Drを例えば一次関数的に増加させる。このようにしてシステム電圧指令値VH♯が低下することによって、上記(3)式において分子である線間電圧実効値Vampが変化しない状態で分母であるシステム電圧VHが小さくなることで、実変調度Krが次第に増加することになる。
Then, control
実変調度Krが増加して矩形波制御切替ライン52まで達すれば、制御モード設定部41(図2参照)の機能によって制御モードが過変調制御から矩形波制御へと切り替えられる。
When the actual modulation degree Kr increases and reaches the rectangular wave
しかし、図5(a)に示すように、実変調度Krが切替ライン52まで達する前に、コンバータ20の実昇圧デューティ比Drが最大値Drmaxになることがある。この昇圧デューティ比最大値Drmaxは、コンバータ20の昇圧制御に用いられるキャリア周波数の設定、上アームと下アームが共にオンとならないようするデッドタイムの設定、車両の力行または回正の切替等の理由から設定されるものである。
However, as shown in FIG. 5A, before the actual modulation degree Kr reaches the switching
実昇圧デューティ比Drが最大値Drmaxになると、コンバータ20は最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態となり、図5(b),(c)に示すように、バッテリ電圧Vbよりも最低昇圧電圧分ΔVHminだけ大きい値より低下しなくなる。そうすると、回転数・トルクが不変とした場合に実変調度Krが切替ライン52の直前の値、すなわち過変調制御相当の値として停滞することがある。
When the actual boost duty ratio Dr reaches the maximum value Drmax, the
一方、目標変調度Ktよりも所定値ΔKだけ低い値として、上アームオン実施変調度Kuaonが設定されており、実変調度Krが上アームオン実施変調度Kuaon以下になれば、制御部40は、コンバータ20の昇圧停止状態である上アームオンを実行することができる。しかし、上述したようにシステム電圧VHが最低昇圧電圧になり、かつ、トルク・回転数が一定の場合には、実変調度Krが低下せずに過変調制御相当値で停滞し、これによりコンバータ20の昇圧動作が無駄に継続されて過変調制御が続くことが起こり得る。その結果、図5(e)において破線53で囲んだ領域で示されるように、コンバータ20およびインバータ30でスイッチング損失が生じている状態が継続されることになる。
On the other hand, if the upper arm-on implementation modulation degree Kuaon is set as a value lower than the target modulation degree Kt by a predetermined value ΔK, and the actual modulation degree Kr becomes equal to or less than the upper arm-on implementation modulation degree Kuaon, the
そこで、本実施形態のモータ駆動制御装置10では、制御部40に、従来からの制御モード設定部41、PWM制御ブロック42、矩形波制御ブロック43、変調度導出部44および昇圧デューティ比導出部45に加えて、変調度比較部46、損失導出比較部47、上アームオン実行部48、および、損失マップ49をさらに備えた制御構成として、下記のような制御を実行するようにしたものである。
Therefore, in the motor
図6は、本実施形態の制御部40における上アームオン実行制御を示すフローチャートである。この制御は、モータ駆動システム100が動作中であるときに所定時間ごとに繰り返し実行される。
FIG. 6 is a flowchart showing the upper arm on execution control in the
まず、制御部40は、ステップS10によって、上アームオン解除中(すなわち昇圧動作中)であるかを判定する。この判定は、コンバータ20に対するスイッチング制御信号S1,S2に基づいて行うことができる。
First, in step S10, the
ステップS10において否定判定されると、そのまま処理を終了する。他方、ステップS10において、肯定判定されると、制御部40は、続くステップS12によって、実昇圧デューティ比Drが閾値Dthより大きく、かつ、制御モードが過変調制御であるか否かを判定する。実昇圧デューティ比Drは、昇圧デューティ比導出部45の機能によって導出される。上記閾値Dthは昇圧デューティ比最大値Drmaxより少し小さい値に設定することができ、この例では目標変調度Ktが矩形波制御相当となった時間t2のタイミングでの実昇圧デューティ比Dr(t2)を閾値Dthとして設定することができる。また、制御モードが過変調制御であるか否かは、上記のようにして変調度導出部44によって導出された実変調度Krが0.61<Kr<0.78を満たすか否かによって判定できる。
If a negative determination is made in step S10, the process is terminated as it is. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S10, the
上記ステップS12において否定判定されると、そのまま処理を終了する。他方、ステップS12において肯定判定されると、続くステップS14によって、上アームオン実行時の予測変調度Kpを導出する。この予測変調度Kpは、制御部40の変調度導出部44によって導出される。具体的には、変調度導出部44は、線間電圧実効値Vampを、コンバータ20を昇圧停止したときの昇圧前電圧VLで除算することによって予測変調度Kpを算出する。昇圧前電圧VLとして、電圧センサ11によって検出されるバッテリ電圧Vbを用いることができる。
If a negative determination is made in step S12, the process ends. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S12, a predicted modulation degree Kp when the upper arm is turned on is derived in subsequent step S14. The predicted modulation degree Kp is derived by the modulation
次に、ステップS16によって、ステップS14で導出した予測変調度Kpが0.78以上か否かを判定する。すなわち、コンバータ20による昇圧停止後の制御モードが矩形波制御であるか否かを判定する。
Next, in step S16, it is determined whether or not the predicted modulation degree Kp derived in step S14 is 0.78 or more. That is, it is determined whether the control mode after the boost stop by the
ステップS16において否定判定されると、制御部40は、ステップS22によって直ちに上アームオンを実行する。予測変調度Kpによっても矩形波制御相当であると判定されない場合、すなわち、昇圧停止後も過変調制御となる場合には、直ちに昇圧停止を実行することでコンバータ20におけるスイッチング損失を低減するのが好ましいからである。
If a negative determination is made in step S16, the
上記ステップS16によって肯定判定されたとき、すなわち、予測変調度Kpが矩形波制御相当であると判定されたとき、続くステップS18によって、コンバータ20による昇圧停止後に交流モータMに流れる電流の電流ベクトルIpを予測する。この予測は、制御部40のPWM制御ブロック42(図3参照)に含まれる電流指令生成部421が参照するテーブル等を用いて行うことができる。
When an affirmative determination is made in step S16, that is, when it is determined that the predicted modulation degree Kp is equivalent to rectangular wave control, the current vector Ip of the current that flows to the AC motor M after the boost stop by the
ここで、図7を参照して、電流ベクトルの予測について説明する。図7は、昇圧停止後のモータ電流をdq軸平面上の電流ベクトルIとして予測する様子を示す図である。 Here, prediction of a current vector will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the motor current after the boost stop is predicted as a current vector I on the dq axis plane.
制御部40の記憶装置には、図7に示すように、横軸にd軸電流Idが、これと直交する縦軸にq軸電流Iqがそれぞれ取られたグラフ上において、正弦波PWM制御および過変調制御を含むPWM制御でモータ損失が最小となるd軸電流値Idおよびq軸電流値Iqを連らねて形成される最適進角ライン60がテーブル等の形式で予め記憶されている。ここで「進角」とは、dq軸平面上における電流ベルトルの位相であり、具体的にはq軸からの角度として表される。
As shown in FIG. 7, the storage device of the
過変調制御中の交流モータMを流れる現在のd軸電流Idおよびq軸電流Iqは、現在のトルクTqnの等トルク線TEと最適進角ライン60との交点61として求められ、そのときの電流ベクトルI(Id,Iq)として導出することができる。ここで、現在のトルクTqは、矩形波制御ブロック43のトルク演算部432の機能によって導出することができる。なお、交流モータMを流れる現在のd軸電流Idおよびq軸電流Iqは、電流センサ15による検出値から算出されてもよい。
The current d-axis current Id and q-axis current Iq flowing through the AC motor M under overmodulation control are obtained as the
上述したように、制御部40の記憶装置には、損失マップ49(図2参照)が予め記憶されている。そのため、上記現在の電流ベクトルIを位相Id,Iqを基に損失マップ49を参照することによって、現在の損失Ploss1を導出することができる。
As described above, the loss map 49 (see FIG. 2) is stored in advance in the storage device of the
他方、上アームオンしてシステム電圧VHが昇圧前電圧VLになったときの電流ベクトルIpを電流指令マップ上で予測する。この予測電流ベクトルIpは現在トルクTqnの等トルク線TEに沿って進角側(すなわち位相が大きくなる側)へ移動する。そのときの予測電流ベクトルIpの予測d軸電流Idpおよび予測q軸電流Iqpを導出する。そして、これらの予測d軸電流Idpおよび予測q軸電流Iqpを基に上記損失マップ49を参照することによって、上アームオン時の損失Ploss2を予測することができる。
On the other hand, the current vector Ip when the upper arm is turned on and the system voltage VH becomes the pre-boosting voltage VL is predicted on the current command map. The predicted current vector Ip moves to the advance side (that is, the phase becomes larger) along the equal torque line TE of the current torque Tqn. A predicted d-axis current Idp and a predicted q-axis current Iqp of the predicted current vector Ip at that time are derived. The loss Ploss2 when the upper arm is on can be predicted by referring to the
このような現在損失Ploss1および予測損失Ploss2の導出は、制御部40の損失導出比較部47の機能として実行される。
Such derivation of the current loss Ploss1 and the predicted loss Ploss2 is executed as a function of the loss
図6を再び参照すると、制御部40は、ステップS20によって、現在損失Ploss1が予測損失Ploss2よりも大きいか否かを判定する。この損失比較もまた、上記制御部40の損失導出比較部47の機能として実行される。
Referring to FIG. 6 again, the
そして、上記ステップS20において肯定判定されたとき、すなわち、上アームオンしたときの予測損失Ploss2が現在損失Ploss1よりも小さくなることが確認されたとき、続くステップS22によって上アームオンを実行する。具体的には、制御部40は、コンバータ20の上アームのスイッチング素子に対応するスイッチング制御信号S1をハイレベルに維持する一方、下アームのスイッチング素子Q2に対応するスイッチング制御信号S2をローレベルに維持する。これにより、上アームのスイッチング素子Q1がオンされた状態に保持され、バッテリ電圧Vbに等しい昇圧前電圧VLがインバータ30に供給されることになる。
When an affirmative determination is made in step S20, that is, when it is confirmed that the predicted loss Ploss2 when the upper arm is turned on is smaller than the current loss Ploss1, the upper arm is turned on in the subsequent step S22. Specifically,
他方、上記ステップS20において否定判定されたとき、すなわち、上アームオン時の損失Ploss2が現在損失Ploss1以上になるとき、上アームオンを実行することなくそのまま処理を終了する。 On the other hand, when a negative determination is made in step S20, that is, when the loss Ploss2 when the upper arm is on is equal to or greater than the current loss Ploss1, the process is terminated without executing the upper arm on.
図8は、図6に示す処理によって上アームオンが実行されたときの(a)変調度、(b)昇圧後システム電圧、(c)昇圧前システム電圧、(d)実昇圧デューティ比、(e)損失、および、(f)モータ制御モードのそれぞれの遷移状態を示すタイムチャートである。図8は、図5とほぼ同じであるが、時間t3において上アームオンが実行される点だけが相違する。したがって、その相違点だけについて説明する。 8 shows (a) modulation degree, (b) post-boosting system voltage, (c) pre-boosting system voltage, (d) actual boosting duty ratio when the upper arm is turned on by the processing shown in FIG. It is a time chart which shows each transition state of a loss and (f) motor control mode. FIG. 8 is substantially the same as FIG. 5, except that the upper arm is turned on at time t3. Therefore, only the difference will be described.
時間t3において上アームオンが実行されると、図8(b)に示すようにシステム電圧VHが昇圧前電圧VL(=Vb)となる。これにより、図8(a)に示すように、実変調度Krが大きくなって、矩形波制御相当(すなわち0.78以上)になる。その結果、制御部40の制御モード設定部41は、矩形波制御モードとなるようにインバータ30へのスイッチング制御信号S3〜S8を調整する。よって、図8(f)に示すように、交流モータMの制御モードが過変調制御から矩形波制御に切り替わる。
When the upper arm is turned on at time t3, the system voltage VH becomes the pre-boosting voltage VL (= Vb) as shown in FIG. 8B. As a result, as shown in FIG. 8A, the actual modulation degree Kr is increased to be equivalent to rectangular wave control (ie, 0.78 or more). As a result, the control
このようにして矩形波制御に切り替わると、図8(e)に示すように、損失は過変調制御を続けた場合を示す破線53に比べて、実線54で示すように低下する。
When switching to the rectangular wave control in this way, as shown in FIG. 8E, the loss decreases as shown by the
上述したように、本実施形態のモータ駆動制御装置10によれば、交流モータMの制御モードがパルス幅変調制御のうちの過変調制御モードで、かつ、コンバータ20が最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあるとき、コンバータ20を昇圧停止させた場合の予測変調度Kpを導出し、この予測変調度Kpに基づいてコンバータの昇圧停止を実行する構成とした(上記ステップS12,S14,S16,S22)。これにより、実際の変調度Krによるコンバータ20の昇圧停止の指示を待たずに適時にコンバータの昇圧停止を実行できる。したがって、コンバータ20の無駄な昇圧動作を減少させて損失を低減することができ、車両に搭載されたときの燃費を向上させることができる。
As described above, according to the motor
また、本実施形態のモータ駆動制御装置10によれば、上アームオン実行時の損失を予測し、この予測損失が現在損失よりも小さくなるときに、上アームオンを実行する構成とした(上記ステップS18,S20,S22)。これにより、上アームオン時にモータ電流が大きくなることによって損失(例えば、銅損や鉄損)がスイッチング損失低減分を超えて増える事態を回避し、上アームオン実行により確実に損失低減を図ることができる。
Further, according to the motor
したがって、これらのことから本実施形態のモータ駆動制御装置10を備えたモータ駆動システム100を搭載した車両において、燃費を向上させることができる。
Therefore, the fuel efficiency can be improved in the vehicle equipped with the
なお、本発明は上述した実施形態およびその変形に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲で種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above and its deformation | transformation, A various change is possible in the matter described in the claim, and its equivalent range.
例えば、上記においては、コンバータ20が最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあることを実昇圧デューティ比Drと閾値との比較により判断したが、これに限定されるものではなく、電圧センサ17によって検出されるシステム電圧VH、あるいは、制御部40において生成されるシステム電圧指令値VH♯と、電圧センサ11によって検出されるバッテリ電圧Vbとに基づいて判断してもよい。この場合、VHまたはVH♯とVbとの差が所定値(例えば20V)以下になったときに、コンバータ20が最低昇圧状態にあると判断することができる。
For example, in the above description, it is determined by comparing the actual boost duty ratio Dr with the threshold value that the
また、図7に示すように、最適進角ライン60の進角側(図中の左側)に上アームオン解除ライン62を設定し、図6中のステップS18で予測した電流ベクトルIpがこの上アームオン解除ライン62を左側へ越えないように制御してもよい。このようにすれば、コンバータ20において、上アームオン実行後すぐに上アームオン解除されて、これが繰り返されるハンチング現象を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 7, an upper arm on
10 モータ駆動制御装置、11,17 電圧センサ、12,14 電力線、13 アース線、15 電流センサ、16 回転角センサ、20 コンバータ、30 インバータ、32 U相アーム、34 V相アーム、36 W相アーム、40 制御部、41 制御モード設定部、42 PWM制御ブロック、43 矩形波制御ブロック、44 変調度導出部、45 昇圧デューティ比導出部、46 変調度比較部、47 損失導出比較部、48 上アームオン実行部、49 損失マップ、51,52 切替ライン、53 破線(従来方法による損失)、54 実線(本件方法による損失)、60 最適進角ライン、61 (等トルク線と最適進角ラインとの)交点、62 上アームオン解除ライン、100 モータ駆動システム、B バッテリまたは直流電源、C1,C2 平滑コンデンサ、D1−D8 逆並列ダイオード、Dr 実昇圧デューティ比、Drmax 実昇圧デューティ比最大値、Dth 閾値、I 電流ベクトル、Id d軸電流、Id,Iq 電流ベクトルの位相、Idcom d電流指令値、Idp 予測d軸電流、Ip 予測電流ベクトル、Iq q軸電流、Iqcom q軸電流指令値、Iqp 予測q軸電流、iu,iv,iw 三相電流またはモータ電流、K 変調度、Kp 予測変調度、Kr 実変調度、Kt 目標変調度、Kuaon 上アームオン実施変調度、L1 リアクトル、M 交流モータ、Nmt 回転数、Ploss1 現在損失、Ploss2 予測損失、Q1−Q8 スイッチング素子、S1−S8 スイッチング制御信号、SR1,SR2 システムリレー、t1,t2,t3 時間、TE 等トルク線、Tq トルクまたはトルク推定値、Tqn 現在トルク、Tqcom トルク指令値、Vamp 線間電圧実効値、Vb バッテリ電圧または直流電圧、Vd d軸電圧指令値、VH システム電圧または昇圧後電圧、VH♯ システム電圧指令値、VL 昇圧前電圧、Vq q軸電圧指令値、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令値、θ ロータ回転角、φ,φv 電圧位相、ω 角速度。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor drive control apparatus, 11, 17 Voltage sensor, 12, 14 Power line, 13 Ground line, 15 Current sensor, 16 Rotation angle sensor, 20 Converter, 30 Inverter, 32 U-phase arm, 34 V-phase arm, 36 W-phase arm , 40 control unit, 41 control mode setting unit, 42 PWM control block, 43 rectangular wave control block, 44 modulation degree derivation unit, 45 step-up duty ratio derivation unit, 46 modulation degree comparison unit, 47 loss derivation comparison unit, 48 upper arm on Execution unit, 49 Loss map, 51, 52 switching line, 53 broken line (loss due to conventional method), 54 solid line (loss due to this method), 60 optimum advance line, 61 (equal torque line and optimum advance line) Intersection, 62 upper arm on release line, 100 motor drive system, B battery or DC power supply, C1, C2 smoothing capacitor, D1-D8 anti-parallel diode, Dr actual boost duty ratio, Drmax actual boost duty ratio maximum value, Dth threshold, I current vector, Id d-axis current, Id, Iq current vector phase, Idcom d current Command value, Idp predicted d-axis current, Ip predicted current vector, Iq q-axis current, Iqcom q-axis current command value, Iqp predicted q-axis current, iu, iv, iw Three-phase current or motor current, K modulation factor, Kp prediction Modulation degree, Kr actual modulation degree, Kt target modulation degree, Kuaon upper arm-on implementation modulation degree, L1 reactor, M AC motor, Nmt rotation speed, Ploss1 current loss, Ploss2 prediction loss, Q1-Q8 switching element, S1-S8 switching control Signal, SR1, SR2 System relay, t1, t2, t3 , TE equal torque line, Tq torque or estimated torque value, Tqn current torque, Tqcom torque command value, Vamp line voltage effective value, Vb battery voltage or DC voltage, Vdd d-axis voltage command value, VH system voltage or after boost Voltage, VH # system voltage command value, VL pre-boosting voltage, Vq q-axis voltage command value, Vu, Vv, Vw phase voltage command value, θ rotor rotation angle, φ, φv voltage phase, ω angular velocity.
Claims (5)
前記制御部は、
前記システム電圧に対する前記モータ駆動電圧の振幅の比である変調度に基づいてモータの制御モードをパルス幅変調制御または矩形波制御に設定する制御モード設定部と、
前記モータの制御モードが前記パルス幅変調制御のうちの過変調制御モードで、かつ、前記コンバータが最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあるとき、前記コンバータを昇圧停止させた場合の予測変調度を導出する変調度導出部と、
前記予測変調度に基づいて前記コンバータの昇圧停止を実行する昇圧停止実行部と、
を含む、モータ駆動制御装置。 A converter capable of boosting a DC voltage supplied from a DC power supply side, an inverter that converts a system voltage, which is a DC voltage output from the converter, into an AC voltage and outputs it as a motor drive voltage, and the converter and the inverter A motor drive control device comprising: a control unit that controls operation and switches the motor to a plurality of control modes and drives the motor;
The controller is
A control mode setting unit for setting the motor control mode to pulse width modulation control or rectangular wave control based on the modulation degree which is the ratio of the amplitude of the motor drive voltage to the system voltage;
When the motor control mode is an over-modulation control mode of the pulse width modulation control, and the converter is in a minimum boosting operation state or a low boosting operation state close to this, when the converter is boosted and stopped A modulation degree deriving unit for deriving a predicted modulation degree;
A boost stop execution unit that executes boost stop of the converter based on the predicted modulation degree;
Including a motor drive control device.
前記制御部は、前記予測変調度で矩形波制御モードを実行したときの予測損失と現状動作時の現在損失とを導出して比較する損失導出比較部をさらに含み、
前記昇圧停止部は、前記予測損失が前記現在損失よりも小さいときに前記コンバータの昇圧停止を実行する、モータ駆動制御装置。 The motor drive control device according to claim 1,
The control unit further includes a loss derivation comparing unit that derives and compares a predicted loss when the rectangular wave control mode is executed with the predicted modulation degree and a current loss at the current operation,
The boost stop unit performs a boost stop of the converter when the predicted loss is smaller than the current loss.
前記予測変調度に対応する制御モードが過変調制御モードであるとき、前記昇圧停止部は直ちに前記コンバータの昇圧停止を実行する、モータ駆動制御装置。 In the motor drive control device according to claim 1 or 2,
The motor drive control device, wherein when the control mode corresponding to the predicted modulation degree is an overmodulation control mode, the boost stop unit immediately executes boost stop of the converter.
前記制御部は、前記コンバータに含まれるスイッチング素子の昇圧デューティ比が所定の閾値よりも大きいときに前記コンバータが最低昇圧動作状態またはこれに近い低昇圧動作状態にあると判定する、モータ駆動制御装置。 In the motor drive control device according to any one of claims 1 to 3,
The control unit determines that the converter is in the lowest boosting operation state or a low boosting operation state close thereto when a boosting duty ratio of a switching element included in the converter is larger than a predetermined threshold value. .
前記損失導出比較部は、前記予測変調度で矩形波制御モードを実行したときのモータ電流をdq軸平面上における電流ベクトルとして予測し、この予測した電流ベクトルに応じた予測損失を、予め記憶された損失マップを参照して導出する、モータ駆動制御装置。 In the motor drive control device according to any one of claims 2 to 4,
The loss derivation comparing unit predicts a motor current when the rectangular wave control mode is executed with the predicted modulation degree as a current vector on the dq axis plane, and stores a predicted loss corresponding to the predicted current vector in advance. A motor drive control device that is derived with reference to the loss map.
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