JP6221851B2 - Voltage converter - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリからの入力電圧を負荷へ出力するシステム電圧に変換する電圧変換装置に関する。 The present invention relates to a voltage converter that converts an input voltage from a battery into a system voltage that is output to a load.
従来、リアクトルに流れる電流をスイッチングすることでバッテリの直流電圧を変換し、交流電動機を駆動するインバータ等の負荷へ出力する電圧変換装置が知られている。
一般にこの種の電圧変換装置では、負荷へ出力されるシステム電圧を指令電圧(目標電圧)に一致させるように、フィードバック制御によって、スイッチング周期に対するオン時間比率であるデューティ指令値が演算される。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a voltage conversion device that converts a DC voltage of a battery by switching a current flowing through a reactor and outputs the converted voltage to a load such as an inverter that drives an AC motor.
In general, in this type of voltage converter, a duty command value, which is an on-time ratio with respect to a switching cycle, is calculated by feedback control so that a system voltage output to a load matches a command voltage (target voltage).
しかし、PI制御によって電圧変換装置をフィードバック制御する場合、使用電圧の全範囲に対して同一の制御ゲインを用いると、電圧変換装置及び負荷の状態に応じて制御性が異なるため、負荷に出力されるシステム電圧が変動するおそれがある。
そこで、例えば特許文献1の電圧変換装置では、指令電圧に応じてフィードバックゲイン(PI制御ゲイン)を変化させる。また、特許文献2のモータ駆動システムでは交流電動機のパワー変動周波数に応じて、特許文献3の電圧変換装置では指令電圧と出力電圧との電圧偏差に応じて、フィードバックゲインを変化させている。
However, when feedback control of the voltage conversion device is performed by PI control, if the same control gain is used for the entire range of operating voltage, the controllability differs depending on the state of the voltage conversion device and the load, so that the voltage conversion device is output to the load. System voltage may fluctuate.
Therefore, for example, in the voltage converter of Patent Document 1, the feedback gain (PI control gain) is changed according to the command voltage. Further, in the motor drive system of Patent Document 2, the feedback gain is changed according to the power fluctuation frequency of the AC motor, and in the voltage converter of Patent Document 3, the feedback gain is changed according to the voltage deviation between the command voltage and the output voltage.
特許文献1〜3の従来技術は、いずれも、PI制御に用いるフィードバックゲインを、「1つのパラメータ」に基づいて決定するものである。本出願人の研究によると、モータジェネレータを駆動するインバータを負荷とする電圧変換装置において従来技術を適用したとき、例えばモータジェネレータが力行動作時と回生動作時とでは、「1つのパラメータ」として採用される指令電圧又は回転数が同等であっても、電圧変動の発生の有無が異なることが判明した。したがって、従来技術を用いて、1つのパラメータに基づいて好ましいフィードバックゲインを決定したとしても、電圧変換装置及び負荷のあらゆる状態に応じてシステム電圧の変動を好適に低減するためには不十分である。 In each of the conventional techniques of Patent Documents 1 to 3, a feedback gain used for PI control is determined based on “one parameter”. According to the applicant's research, when a conventional technology is applied to a voltage converter that uses an inverter that drives a motor generator as a load, the motor generator is adopted as “one parameter” when the motor generator is in a power running operation and a regenerative operation, for example. It has been found that even if the commanded voltage or the rotational speed is the same, the presence or absence of voltage fluctuation is different. Therefore, even if a preferable feedback gain is determined based on one parameter using the prior art, it is not sufficient to suitably reduce the fluctuation of the system voltage depending on all the states of the voltage conversion device and the load. .
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電圧変換装置及び負荷の状態に応じて適切なフィードバックゲインを選択し、システム電圧の変動を抑制する電圧変換装置を提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to select a suitable feedback gain according to the voltage converter and the state of the load, and to reduce the fluctuation of the system voltage. It is to provide.
本発明の電圧変換装置は、直流電源であるバッテリと負荷との間に設けられ、電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトルと、交互にオンオフすることでリアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子と、高電位側スイッチング素子又は低電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるデューティ指令値を演算する制御部とを備え、バッテリからの入力電圧を負荷へ出力するシステム電圧に変換する。 A voltage converter according to the present invention is provided between a battery that is a DC power source and a load, and a reactor capable of storing and discharging electric energy, and a high voltage that repeatedly stores and discharges electric energy in the reactor by alternately turning on and off. A potential-side switching element and a low-potential-side switching element, and a controller that calculates a duty command value that is an on-time ratio with respect to a switching cycle of the high-potential-side switching element or the low-potential-side switching element. Convert to system voltage output to load.
制御部は、システム電圧を指令電圧に一致させるようにデューティ指令値のフィードバック項を演算するフィードバック演算部と、バッテリの電圧と指令電圧との比に基づいてデューティ指令値のフィードフォワード項を演算するフィードフォワード演算部と、ゲイン選択部とを有している。 The control unit calculates a feedback term of the duty command value so that the system voltage matches the command voltage, and calculates a feedforward term of the duty command value based on a ratio between the battery voltage and the command voltage A feedforward calculation unit and a gain selection unit are included.
ゲイン選択部は、フィードバック演算部においてPI演算に用いられるフィードバックゲインのうち比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方について、負荷の変動周波数である負荷変動周波数、指令電圧、バッテリに流れる電流であるバッテリ電流、負荷に流れる電流である負荷電流、デューティ指令値、の5つのパラメータのうちいずれか2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択することを特徴とする。
ここで、特定パラメータは、負荷変動周波数を含むことが好ましい。
The gain selection unit includes a load fluctuation frequency that is a load fluctuation frequency, a command voltage, a battery current that is a current flowing through the battery, for at least one of a proportional gain and an integral gain among feedback gains used for PI calculation in the feedback calculation unit, The feedback gain is selected based on any two or more specific parameters among five parameters of a load current that is a current flowing through the load and a duty command value.
Here, the specific parameter preferably includes a load fluctuation frequency.
本発明のある態様では、ゲイン選択部は、比例ゲイン及び積分ゲインの組合せからなる複数組の候補ゲインをマトリックスとして記憶しており、2組以上の候補ゲインについてシステム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、評価関数を最小とする候補ゲインをフィードバックゲインに設定する。
本発明の別の態様では、ゲイン選択部は、所定の基本ゲイン、及び、基本ゲインに対して乗算以外の演算を含む所定の計算式に基づく拡張演算を実施可能な複数の拡張定数を記憶しており、基本ゲインに対し複数の拡張定数を用いて拡張演算を実施して得られた複数の拡張ゲインについてシステム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、評価関数を最小とする拡張ゲインをフィードバックゲインに設定する。
本発明のさらに別の態様では、ゲイン選択部は、負荷変動周波数、指令電圧、バッテリ電流、の3つのパラメータのうちいずれか2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択する。また、ゲイン選択部は、システム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、評価関数を最小とするようにフィードバックゲインを選択する。
In one aspect of the present invention, the gain selection unit stores a plurality of sets of candidate gains each including a combination of a proportional gain and an integral gain as a matrix, and an evaluation function that indicates a variation amount of the system voltage with respect to two or more sets of candidate gains. It calculates a set of candidate gain for minimizing the evaluation function as the feedback gain.
In another aspect of the present invention, the gain selection unit stores a predetermined basic gain and a plurality of expansion constants capable of performing an extended operation based on a predetermined calculation formula including an operation other than multiplication for the basic gain. An evaluation function indicating the amount of system voltage fluctuation is calculated for a plurality of expansion gains obtained by performing an expansion operation using a plurality of expansion constants on the basic gain, and an expansion gain that minimizes the evaluation function is calculated. Set to feedback gain.
In still another aspect of the present invention, the gain selection unit selects the feedback gain based on any two or more specific parameters among the three parameters of the load fluctuation frequency, the command voltage, and the battery current. In addition, the gain selection unit calculates an evaluation function indicating the variation amount of the system voltage, and selects a feedback gain so as to minimize the evaluation function.
本発明の電圧変換装置は、2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択するため、1つのパラメータに基づいてフィードバックゲインを決定する従来技術に比べ、電圧変換装置及び負荷の状態に応じて、より適切なフィードバックゲインを選択することができる。そのため、例えば、モータジェネレータを駆動するインバータを負荷とする場合、モータジェネレータの力行動作時、回生動作時ともに、システム電圧の変動を好適に抑制することができる。 Since the voltage converter of the present invention selects the feedback gain based on two or more specific parameters, the voltage converter according to the state of the voltage converter and the load is compared with the prior art that determines the feedback gain based on one parameter. More appropriate feedback gain can be selected. Therefore, for example, when an inverter that drives the motor generator is used as a load, fluctuations in the system voltage can be suitably suppressed both during the power running operation and the regenerative operation of the motor generator.
以下、本発明による電圧変換装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、複数の実施形態に共通の構成について説明する。この実施形態の電圧変換装置10は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源である交流電動機を駆動するシステムに適用される。
Hereinafter, embodiments of a voltage converter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a configuration common to a plurality of embodiments will be described. The
[電圧変換装置の全体構成]
本発明の実施形態による電圧変換装置の全体構成について、図1を参照して説明する。
図1に示すように、電圧変換装置10は、バッテリ1の直流電圧を昇圧し、交流電動機7を駆動するインバータ6に出力する装置であり、一般に「昇圧コンバータ」又は「DCDCコンバータ」と呼ばれる。図1において一点鎖線で囲んだ部分が電圧変換装置10の範囲を示す。また、インバータ6及び交流電動機7は、電圧変換装置10の「負荷」に相当する。
[Overall configuration of voltage converter]
An overall configuration of a voltage conversion device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
先に、電圧変換装置10の範囲外のシステム構成について説明する。
バッテリ1は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な蓄電装置によって構成される直流電源である。電気二重層キャパシタ等もバッテリ1の一態様に含むものとする。
バッテリECU55は、バッテリ1の電源電圧VB、バッテリ温度Tb、SOC(充電量)等を監視し、バッテリ1の充放電等を制御する。
First, the system configuration outside the range of the
The battery 1 is a direct current power source configured by a chargeable / dischargeable power storage device such as nickel hydride or lithium ion. An electric double layer capacitor or the like is also included in one embodiment of the battery 1.
The
インバータ6は、ブリッジ接続される6つのスイッチング素子により構成され、電圧変換装置10が生成したシステム電圧Vsysの直流電力が入力される。インバータ6は、PWM制御や位相制御によって各相のスイッチング素子がオンオフされることにより、直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機7に供給する。
なお、図1のインバータ6には、インバータ制御部を含むものとする。
The
The
交流電動機7は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機である。交流電動機7は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるモータジェネレータ(図中、「MG」と記す。)であり、力行動作により変速機等を介して駆動輪を駆動するトルクを発生する狭義の電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクによる回生動作によって発電する発電機としての機能を兼ね備える。以下、本明細書では、「交流電動機」の用語を「モータジェネレータ」の意味で用いる。 The AC motor 7 is, for example, a permanent magnet type synchronous three-phase AC motor. The AC motor 7 is a motor generator (denoted as “MG” in the figure) mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, and has a narrow sense that generates torque for driving the drive wheels via a transmission or the like by a power running operation. It has both a function as an electric motor and a function as a generator that generates electric power by a regenerative operation using torque transmitted from the engine and driving wheels. Hereinafter, in this specification, the term “AC motor” is used to mean “motor generator”.
交流電動機7のロータ近傍に設けられる回転角センサ75は、例えばレゾルバやロータリエンコーダで構成され、電気角θを検出する。回転角センサ75が検出した電気角θはインバータ6に入力され、電流ベクトル制御のdq変換等の演算に用いられる。また、電気角θは微分器76で電気角速度ωに変換され、制御部50に入力される。
電気角速度ω[deg/s]は、比例定数を乗じることにより回転数N[rpm]に換算される。本明細書及び図面では、「電気角速度ωを換算した回転数」を省略し、「回転数ω」という表記を用いる。また、「回転数ω」は、交流電動機7を負荷として一般化すると「負荷変動周波数f」に相当する。本実施形態の説明では、「回転数ω=負荷変動周波数f」として扱う。
The
The electrical angular velocity ω [deg / s] is converted to a rotational speed N [rpm] by multiplying by a proportionality constant. In the present specification and drawings, the “rotational speed converted from the electrical angular velocity ω” is omitted, and the notation “rotational speed ω” is used. Further, “rotational speed ω” corresponds to “load fluctuation frequency f” when the AC motor 7 is generalized as a load. In the description of this embodiment, “rotational speed ω = load fluctuation frequency f” is used.
次に、電圧変換装置10の構成について説明する。電圧変換装置10は、フィルタコンデンサ11、リアクトル12、昇圧駆動部15、平滑コンデンサ16及び制御部50等を備える。
フィルタコンデンサ11は、電圧変換装置10の入力部に設けられ、バッテリ1からの電源ノイズを除去する。リアクトル12は、インダクタンスLを有しており、電流の変化に伴って誘起電圧が発生し、電気エネルギーが蓄積される。
Next, the configuration of the
The
昇圧駆動部15は、リアクトル12の出力端とインバータ6の高電位ラインとの間に接続された高電位側スイッチング素子13、及び、リアクトル12の出力端とインバータ6の低電位ラインとの間に接続された低電位側スイッチング素子14から構成されている。高電位側スイッチング素子13及び低電位側スイッチング素子14は、制御部50からのデューティ指令により交互に、かつ相補的にオンオフする。
The step-up
高電位側スイッチング素子13がオフで低電位側スイッチング素子14がオンのとき、リアクトル12にリアクトル電流ILが流れることにより、エネルギーが蓄積される。
高電位側スイッチング素子13がオンで低電位側スイッチング素子14がオフのとき、リアクトル12に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、バッテリ入力電圧Vinに誘起電圧が重畳された昇圧電圧が平滑コンデンサ16に充電される。
When the high potential
When the high potential
電圧変換装置10のバッテリ1側(入力側)では、バッテリ1からの入力電圧Vinが検出される。また、電圧変換装置10のインバータ6側(出力側)では、インバータ6への出力直流電圧であるシステム電圧Vsysが検出される。システム電圧Vsysは、インバータ6の視点から「インバータ入力電圧」ともいう。
電流センサ17は、バッテリ1から電圧変換装置10への電流経路に設けられ、バッテリ電流Ibを検出する。電流センサ18は、電圧変換装置10からインバータ6への電流経路に設けられ、負荷電流Imを検出する。
On the battery 1 side (input side) of the
The current sensor 17 is provided in the current path from the battery 1 to the
図1において制御部50に外部から入力される信号のうち、破線で図示された電源電圧VB、バッテリ電流Ib、負荷電流Im、及び、負荷変動周波数f(又は回転数ω)は、本発明の全実施形態に共通に入力される信号ではなく、各形態の構成により、必要に応じて入力されるものである。
例えば制御部50がバッテリ電流Ibの情報を用いない場合には電流センサ17を無くしてもよく、負荷電流Imの情報を用いない場合には電流センサ18を無くしてもよい。また、制御部50が図5(b)に示すバッテリ温度−内部抵抗マップを記憶しない場合には、バッテリECU55からバッテリ温度Tbが入力されなくてもよい。制御部50がどの入力信号の情報を用いるかは、後述する特定パラメータの選定等によって決定される。
Among the signals input from the outside to the
For example, the current sensor 17 may be omitted when the
次に、制御部50の構成について、図2を参照して説明する。制御部50は、マイコン等により構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、I/O、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部50は、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。
Next, the configuration of the
制御部50は、指令電圧生成部29、フィードバック演算部20、フィードフォワード演算部30、及び、本発明の特徴的構成であるゲイン選択部25を有している。
制御部50は、昇圧駆動部15が生成するシステム電圧Vsysを指令電圧Vcomに一致させるように、高電位側スイッチング素子13及び低電位側スイッチング素子14のスイッチング時間を規定するためのデューティ指令値dutyを演算し、昇圧駆動部15の駆動を制御する。
The
The
本実施形態では、高電位側スイッチング素子13のスイッチング周期に対するオン時間比率を示すオンデューティを「デューティ指令値duty(%)」と定義する。デッドタイムを無視すれば、低電位側スイッチング素子14のオンデューティは、高電位側スイッチング素子13のオフデューティに一致し、「100−duty(%)」に相当する。
なお、他の実施形態では、低電位側スイッチング素子14のオンデューティを「デューティ指令値duty(%)」と定義してもよい。
In the present embodiment, the on-duty indicating the on-time ratio with respect to the switching period of the high potential
In another embodiment, the on-duty of the low potential
指令電圧生成部29は、上位の車両制御回路から指令された交流電動機7に対する指令トルクtrq*、及び、回転角センサ75から取得した交流電動機7の回転数ωに基づいて指令電圧Vcomを演算する。
なお、他の実施形態では、制御部50の内部に指令電圧生成部29を有するのでなく、上位の車両制御回路が演算した指令電圧Vcomを制御部50が取得してもよい。
The
In another embodiment, the
フィードバック演算部20は、比例項を演算する比例ゲイン演算器21、並びに、積分項を演算する積分ゲイン演算器22及び積分器23を有している。フィードバック演算部20は、指令電圧Vcomとシステム電圧Vsysとの偏差が入力され、偏差をゼロに収束させるように、PI演算により、デューティ指令値dutyのフィードバック項dfbを演算する。
The
ここで、比例ゲイン演算器21が用いる比例ゲインKp、及び、積分ゲイン演算器22が用いる積分ゲインKiを合わせて「フィードバックゲイン」という。本実施形態では、フィードバック演算部20が、比例ゲインKp及び積分ゲインKiを固定値として用いるのでなく、その時点でゲイン選択部25が選択した比例ゲインKp及び積分ゲインKiを用いることを特徴とする。
Here, the proportional gain Kp used by the
フィードフォワード演算部30は、入力電圧Vinと指令電圧Vcomとの比に基づいて、デューティ指令値dutyのフィードフォワード項dffを演算する。なお、入力電圧Vinに代えて、バッテリECU55から入力される電源電圧VBを用いてもよい。
制御部50は、フィードバック項dfbとフィードフォワード項dffとを加算したデューティ指令値dutyを昇圧駆動部15に出力する。
また、制御部50の内部で生成された指令電圧Vcom及びデューティ指令値dutyは、必要に応じてゲイン選択部25に入力される。
The
The
Further, the command voltage Vcom and the duty command value duty generated inside the
[ゲイン選択部の構成]
図2に破線で示すように、ゲイン選択部25は、制御部50の外部から入力される負荷変動周波数f(回転数ω)、バッテリ電流Ib、負荷電流Im、及び、制御部50の内部で生成される指令電圧Vcom、デューティ指令値dutyの5つのパラメータのうち、いずれか2つ以上のパラメータが入力される。そして、入力された2つ以上のパラメータに基づいて、フィードバックゲインを選択する。ここで、バッテリ電流Ibの代わりに、リアクトル電流を用いてもよい。
以下、ゲイン選択部25がフィードバックゲイン選択のための情報として用いる2つ以上のパラメータを「特定パラメータ」という。ゲイン選択部25が特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択する具体的な方法について、実施形態毎に説明する。
[Configuration of gain selector]
As indicated by a broken line in FIG. 2, the
Hereinafter, two or more parameters used as information for feedback gain selection by the
(第1実施形態)
第1実施形態によるフィードバックゲイン選択処理の構成及び作用効果について、図3〜図10を参照して説明する。
図3に示すように、ゲイン選択部25は、フィードバック演算部20がPI制御に用いる可能性のある比例ゲインKp及び積分ゲインKiの候補値の組合せ(以下、「候補ゲイン」という。)をマトリックス状のマップに記憶している。図3には、比例ゲインKpについてn通り、積分ゲインKiについてm通りのn行m列のマトリックスを例示する。
(First embodiment)
The configuration and effect of the feedback gain selection process according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, the
ゲイン選択部25は、マップの候補ゲインの中から最適のフィードバックゲインの組合せを選択する。ここで、「最適」とは、厳密な意味で最も良い唯一のものに限らず、他の大部分の候補ゲインと比べて特に良い「最適群」に含まれるものという意味に解釈する。
その選択方法として、ゲイン選択部25は、2つ以上の特定パラメータに基づいて候補ゲインに対応する「評価関数」を演算し、評価関数を最小とする候補ゲインをフィードバックゲインとして設定する。
The
As the selection method, the
本実施形態では、「評価関数」を「電圧変換装置及び負荷の状態に応じたシステム電圧Vsysの変動量を示す指標」と定義する。評価関数は、例えば、上記5つのパラメータを引数に含む関数であり、具体的な計算式は、システム特性を解析することにより、適宜設計される。本実施形態で用いる評価関数はシステム電圧Vsysの変動量を示すものであるため、出力値が小さいほど負荷を安定して駆動することができると判断する。 In the present embodiment, the “evaluation function” is defined as “an index indicating the amount of change in the system voltage Vsys according to the state of the voltage converter and the load”. The evaluation function is a function including, for example, the above five parameters as arguments, and a specific calculation formula is appropriately designed by analyzing system characteristics. Since the evaluation function used in the present embodiment indicates the amount of fluctuation of the system voltage Vsys, it is determined that the load can be driven more stably as the output value is smaller.
図4に、負荷変動周波数f及び指令電圧Vcomを特定パラメータとして用いた場合の評価関数の例を示す。図4(a)は指令電圧Vcomが相対的に高いVcom1のとき、図4(b)は指令電圧Vcomが相対的に低いVcom2のときにおける負荷変動周波数fと評価関数出力との特性図である。 FIG. 4 shows an example of an evaluation function when the load fluctuation frequency f and the command voltage Vcom are used as specific parameters. 4A is a characteristic diagram of the load fluctuation frequency f and the evaluation function output when the command voltage Vcom is Vcom1 which is relatively high, and FIG. 4B is a characteristic diagram when the command voltage Vcom is Vcom2 which is relatively low. .
図中、9本の細線(実線、一点鎖線、破線)は、9通りの候補ゲインについて演算した評価関数出力を示す。各々のゲインに対応する評価関数は、周波数の中間部で極大値を1つ有する略山形を呈しており、山の形、高さ、極大値の周波数等が互いに異なっている。
9通りの評価関数出力を重ねてプロットし、最小値に注目すると、太線で示すように、ある切替周波数を境として、評価関数が最小となるゲインが交替する。指令電圧Vcom1のときの切替周波数fx1と、指令電圧Vcom2のときの切替周波数fx2とは異なり、この例ではfx1<fx2となっている。切替周波数fx1又はfx2未満の領域では、候補ゲインG1に対応する評価関数E(G1)が最小となり、切替周波数fx1又はfx2を超えた領域では、候補ゲインG9に対応する評価関数E(G9)が最小となる。
In the figure, nine thin lines (solid line, one-dot chain line, and broken line) indicate evaluation function outputs calculated for nine candidate gains. The evaluation function corresponding to each gain has a substantially mountain shape having one maximum value in the middle of the frequency, and the shape, height, frequency of the maximum value, and the like are different from each other.
When the nine evaluation function outputs are superimposed and plotted, and attention is paid to the minimum value, the gain that minimizes the evaluation function alternates at a certain switching frequency as indicated by a bold line. Unlike the switching frequency fx1 when the command voltage is Vcom1 and the switching frequency fx2 when the command voltage is Vcom2, in this example, fx1 <fx2. In the region below the switching frequency fx1 or fx2, the evaluation function E (G1) corresponding to the candidate gain G1 is minimized, and in the region exceeding the switching frequency fx1 or fx2, the evaluation function E (G9) corresponding to the candidate gain G9 is obtained. Minimal.
図4からわかるように、指令電圧Vcomが一定の場合、負荷変動周波数fによって選択すべき候補ゲインが異なる。また、負荷変動周波数fがfx1とfx2との間のfyであるとき、指令電圧がVcom1であれば候補ゲインG9を選択し、指令電圧がVcom2であれば候補ゲインG1を選択することとなる。
このように本実施形態では、負荷変動周波数f及び指令電圧Vcomの2つの特定パラメータに応じて、評価関数を最小とする候補ゲインが変化する。
As can be seen from FIG. 4, when the command voltage Vcom is constant, the candidate gain to be selected differs depending on the load fluctuation frequency f. When the load fluctuation frequency f is fy between fx1 and fx2, if the command voltage is Vcom1, the candidate gain G9 is selected, and if the command voltage is Vcom2, the candidate gain G1 is selected.
Thus, in this embodiment, the candidate gain that minimizes the evaluation function changes according to the two specific parameters of the load fluctuation frequency f and the command voltage Vcom.
フィードバックゲイン選択に用いる特定パラメータは、負荷変動周波数f及び指令電圧Vcomに限らず、バッテリ電流Ib、負荷電流Im、デューティ指令値dutyを含めた5つのパラメータのうち、いずれの2つ以上を選定してもよい。ただし、周波数応答が評価関数に及ぼす影響は他のパラメータに比べて特に大きいため、特定パラメータの1つに負荷変動周波数fを含めることが好ましい。
また、特定パラメータの数が多いほど、評価関数の演算精度が向上する反面、処理負荷や必要となる記憶領域が増加するため、システムに要求される演算精度と制御部50の処理能力とのバランスを考慮して特定パラメータの数を決定するとよい。
The specific parameters used for feedback gain selection are not limited to the load fluctuation frequency f and the command voltage Vcom, but any two or more of the five parameters including the battery current Ib, the load current Im, and the duty command value duty are selected. May be. However, since the influence of the frequency response on the evaluation function is particularly large compared to other parameters, it is preferable to include the load fluctuation frequency f as one of the specific parameters.
In addition, as the number of specific parameters increases, the calculation accuracy of the evaluation function improves, but the processing load and the required storage area increase. Therefore, the balance between the calculation accuracy required for the system and the processing capability of the
さらに、上記5つのパラメータ以外に評価関数の引数となる数値情報として、リアクトル12のインダクタンス値やバッテリ1の内部抵抗値等がある。簡易的には、制御部50は、これらの数値を固定値として記憶し、演算に用いてもよい。
In addition to the above five parameters, numerical information that becomes an argument of the evaluation function includes an inductance value of the
しかし好ましくは、制御部50は、図5(a)に示すバッテリ電流−リアクトルインダクタンス特性マップ、及び、図5(b)に示すバッテリ温度−内部抵抗マップを記憶しているとよい。そして、評価関数の演算に用いるリアクトル12のインダクタンス値をバッテリ電流Ibに応じて変化させ、また、評価関数の演算に用いるバッテリ1の内部抵抗値をバッテリ温度Tbに応じて変化させるとよい。これにより、評価関数の演算精度を向上させることができる。
なお、図5(a)、(b)のマップの記憶やマップを参照する演算は、ゲイン選択部25自身が行う形態に限らず、制御部50の別の制御ブロックで記憶及び演算し、演算結果をゲイン選択部25に出力するようにしてもよい。
However, preferably, the
5A and 5B is not limited to the form performed by the
次に、第1実施形態のデューティ指令値演算処理について、図6、図7のフローチャート、及び、図8のマップを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号「S」はステップを意味する。
このフローは、図3に示したマトリックス状のマップの候補ゲインの中から評価関数を最小とする候補ゲインを効率的に探索し、それにより、適正なデューティ指令値dutyを演算することを目的とするものである。
Next, the duty command value calculation process of the first embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 6 and 7 and the map of FIG. In the description of the flowchart below, the symbol “S” means a step.
The purpose of this flow is to efficiently search for a candidate gain that minimizes the evaluation function from among the candidate gains of the matrix-like map shown in FIG. 3, thereby calculating an appropriate duty command value duty. To do.
図6のS11にて、ゲイン選択部25は、マトリックス状のマップから候補ゲインを1組選択し、選択した候補ゲインに対応する評価関数を演算する。
S12では、今回演算した評価関数の値を「それまでに演算した評価関数の最小値」と比較する。今回演算した評価関数の値が、それまでに演算した評価関数の最小値よりも小さい場合(S12:YES)、S13で評価関数の最小値を更新する。NOの場合には、それまでの評価関数の最小値を維持する。
In S11 of FIG. 6, the
In S12, the value of the evaluation function calculated this time is compared with “the minimum value of the evaluation function calculated so far”. When the value of the evaluation function calculated this time is smaller than the minimum value of the evaluation function calculated so far (S12: YES), the minimum value of the evaluation function is updated in S13. In the case of NO, the minimum value of the evaluation function so far is maintained.
本発明の技術的思想によると、理論的には、n行m列のマトリックスすべての候補ゲインについて評価関数を演算し、最小値を比較すればよい。しかし現実には、すべての候補ゲインについて評価関数を演算すると、処理負荷の増大や候補ゲインの記憶領域の増加によって、コストの高い大きな回路が必要となったり、演算周期が長くなったりするという問題がある。また、評価関数の値がそれまでの最小値より明らかに大きくなると推測される候補ゲインについてまで、すべて評価関数を演算するのは非効率的である。 According to the technical idea of the present invention, theoretically, an evaluation function may be calculated for all candidate gains of the matrix of n rows and m columns, and the minimum values may be compared. However, in reality, if the evaluation function is calculated for all candidate gains, a large costly circuit is required due to an increase in processing load and an increase in the storage area for candidate gains, and the calculation cycle becomes long. There is. In addition, it is inefficient to calculate the evaluation function for all candidate gains that are estimated to be clearly larger than the minimum value until then.
そこでS140では、それまでに演算した評価関数の傾向から、以後、評価関数の演算をする必要がある候補ゲインを選別する。言い替えれば、評価関数の演算をする必要が無いと判断される候補ゲインを除外し、候補ゲインの絞り込みをかける。
具体的には、例えば図7に示すサブフローにより、候補ゲインを選別する。
Therefore, in S140, candidate gains that need to be evaluated are selected from the tendency of the evaluation functions calculated so far. In other words, candidate gains that are determined to be unnecessary to calculate the evaluation function are excluded, and the candidate gains are narrowed down.
Specifically, for example, candidate gains are selected by the subflow shown in FIG.
図7のS141では、それまでに演算した候補ゲインについて、比例ゲインKp又は積分ゲインKiと評価関数との個別の関係を整理したとき、図8(a)、(b)に示すような単調増加又は単調減少の関係が成立するか否か判断する。S141でYESの場合、その関係を調べた比例ゲインKp又は積分ゲインKiの中間値を含む候補ゲインについての評価関数は、最大値又は最小値に該当するはずがないと推測し、S142で評価関数の演算を省略する。 In S141 of FIG. 7, when the individual relationship between the proportional gain Kp or the integral gain Ki and the evaluation function is arranged for the candidate gains calculated so far, the monotonic increase as shown in FIGS. 8A and 8B is performed. Alternatively, it is determined whether a monotonous decrease relationship is established. If YES in S141, it is assumed that the evaluation function for the candidate gain including the intermediate value of the proportional gain Kp or the integral gain Ki whose relationship has been examined should not correspond to the maximum value or the minimum value, and the evaluation function in S142 The operation of is omitted.
図3のマトリックスの比例ゲインKp1・・・Kpn、及び、積分ゲインKi1・・・Kimが小さい値から大きい値の順に並んでいるとすると、仮に、比例ゲインKp又は積分ゲインKiの両方について評価関数が単調増加又は単調減少の関係にある場合、破線及び一点鎖線で示す四隅の候補ゲインについてのみ評価関数を演算すればよいと判断する。さらに、比例ゲインKp及び積分ゲインKiに対する増加又は減少傾向が一致している場合、破線で示す左上と右下の2つの候補ゲインについてのみ評価関数を演算すればよいと判断する。例えば図4でも、最小値を構成する候補ゲインは9つのうち両端のG1とG9のみであり、中間の7つの候補ゲインは、評価関数を演算しても結局利用されていない。 Assume that the proportional gains Kp1... Kpn and the integral gains Ki1... Kim in the matrix of FIG. 3 are arranged in order from a small value to a large value. Are monotonically increasing or monotonically decreasing, it is determined that the evaluation function only needs to be calculated for the candidate gains at the four corners indicated by the broken line and the alternate long and short dash line. Further, when the increasing or decreasing tendency with respect to the proportional gain Kp and the integral gain Ki coincides, it is determined that it is only necessary to calculate the evaluation function for the two upper left and lower right candidate gains indicated by the broken lines. For example, also in FIG. 4, the candidate gains constituting the minimum value are only G1 and G9 at both ends of the nine, and the seven intermediate candidate gains are not used after all even if the evaluation function is calculated.
また、S143では、それまでに演算した候補ゲインについて、図8(c)に示すように、比例ゲインKp又は積分ゲインKiの変化に対する評価関数の変化が飽和傾向であるか、言い換えれば、評価関数が飽和値Esatに漸近しているか否か判断する。S143でYESの場合、その変化傾向を調べた比例ゲインKp又は積分ゲインKiについて、評価関数が飽和している方向へそれ以上増減させても評価関数は変化しないと推定し、S144で飽和方向への増減を中止する。 In S143, for the candidate gains calculated so far, as shown in FIG. 8C, whether the change in the evaluation function with respect to the change in the proportional gain Kp or the integral gain Ki tends to be saturated, in other words, the evaluation function Is asymptotic to the saturation value Esat. In the case of YES in S143, it is estimated that the evaluation function does not change even if the evaluation function is further increased or decreased in the direction in which the evaluation function is saturated with respect to the proportional gain Kp or the integral gain Ki for which the change tendency is examined. Stop increasing or decreasing.
このように、S140では、それまでに演算した評価関数の傾向を監視しながら、評価関数の演算を省略可能な候補ゲインと、以後、演算が必要な候補ゲインとを選別することで、制御部50の処理負荷や候補ゲインの記憶領域の低減を図ることができる。 As described above, in S140, the control unit selects the candidate gain that can omit the calculation of the evaluation function and the candidate gain that needs to be calculated thereafter, while monitoring the tendency of the evaluation function calculated so far. The storage area for 50 processing loads and candidate gains can be reduced.
ただし、比例ゲインKp又は積分ゲインKiと評価関数との関係において極値が存在したり、比例ゲインKp又は積分ゲインKiに対して評価関数が不規則に変化したりする場合には、評価関数の演算を省略可能な候補ゲインがほとんど存在しないこともあり得る。 However, when an extreme value exists in the relationship between the proportional gain Kp or the integral gain Ki and the evaluation function, or the evaluation function changes irregularly with respect to the proportional gain Kp or the integral gain Ki, the evaluation function There may be few candidate gains that can be omitted.
S15では、S140で選別した「評価関数の演算が必要な候補ゲイン」について、すべて演算が完了したか否か判断し、完了していない場合にはS11に戻る。
S16では、評価関数の最小値に対応する候補ゲインをフィードバックゲインに設定する。フィードバック演算部20は、設定された比例ゲインKp及び積分ゲインKiを用いてフィードバック演算する(S17)。このフィードバック演算の演算結果、及び、フィードフォワード演算部30によるフィードフォワード演算(S18)の演算結果を加算して、制御部50は、デューティ指令値dutyを演算する(S19)。
In S15, it is determined whether or not all of the “candidate gains that require calculation of the evaluation function” selected in S140 are completed. If not, the process returns to S11.
In S16, the candidate gain corresponding to the minimum value of the evaluation function is set as the feedback gain. The
続いて、本実施形態の効果について、比較例と対比しつつ、図9、図10を参照して説明する。図9、図10の(a)〜(c)に示すタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、(a)アクセル開度、(b)交流電動機7の回転数ω、(c)システム電圧Vsysをそれぞれ縦軸とする。図9は比較例による特性を示し、図10は本実施形態による特性を示す。図9と図10とでは、(a)、(b)は共通であり、(c)のみが異なる。 Subsequently, the effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10 while being compared with the comparative example. In the time charts shown in FIGS. 9 and 10 (a) to (c), the common time axis is the horizontal axis, (a) accelerator opening, (b) rotational speed ω of AC motor 7, (c) system. The voltage Vsys is the vertical axis. FIG. 9 shows the characteristics according to the comparative example, and FIG. 10 shows the characteristics according to the present embodiment. 9 and 10, (a) and (b) are common and only (c) is different.
図14に示すように、比較例の電圧変換装置の制御部90は、フィードバック演算部20がPI制御に用いるフィードバックゲインを選択するゲイン選択部95を有する点で、本実施形態と類似している。ただし、ゲイン選択部95が1つのパラメータのみに基づいてフィードバックゲインを選択する点が、本実施形態のゲイン選択部25と異なる。
例えば比較例では、回転数ω(=負荷変動周波数f)又は指令電圧Vcomの一方のみに基づいてフィードバックゲインを選択するのに対し、本実施形態では、回転数ω及び指令電圧Vcomの両方に基づいてフィードバックゲインを選択する場合を想定する。
As shown in FIG. 14, the
For example, in the comparative example, the feedback gain is selected based on only one of the rotational speed ω (= load fluctuation frequency f) or the command voltage Vcom, whereas in the present embodiment, the feedback gain is selected based on both the rotational speed ω and the command voltage Vcom. The feedback gain is selected.
図9、図10共通に、時刻t0でのシステム電圧Vsysの初期値はαである。
時刻t0でアクセル開度が増加し始めると、交流電動機7は、バッテリ1の直流電力を消費しつつ力行動作によって加速し、回転数ωが増加する。これに応じて、電圧変換装置10の指令電圧生成部29は、システム電圧Vsysを初期値αより大きい目標値βに変更するべく、目標値βに対応する指令電圧Vcomを生成する。
フィードバック演算部20は、指令電圧Vcomとシステム電圧Vsysとの偏差をゼロにしようとするPI制御によりフィードバック項dfbを演算し、フィードフォワード演算部30は、バッテリ入力電圧Vinと指令電圧Vcomとの比に基づいてフィードフォワード項dffを演算する。こうして、システム電圧Vsysは、初期値αから目標値βに向かって上昇する。システム電圧Vsysが目標値βに到達した直後の時刻t1における回転数ωをωaとする。
9 and 10, the initial value of the system voltage Vsys at time t0 is α.
When the accelerator opening starts to increase at time t0, AC motor 7 is accelerated by the power running operation while consuming DC power of battery 1, and rotational speed ω increases. In response to this, the
The
その後、時刻t2でアクセル開度が減少し始めると、交流電動機7は、加速から減速に転じ、回転によって発電した電力をバッテリ1に回生する。
回転数ωの減少に応じて、電圧変換装置10の指令電圧生成部29は、システム電圧Vsysを現在値βから初期値と同等の目標値αに変更するべく、目標値αに対応する指令電圧Vcomを生成する。これに追従するフィードバック演算部20及びフィードフォワード演算部30の制御により、例えば回転数ωがωaまで下降した時刻t3の直後から、システム電圧Vsysは、現在値βから目標値αに向かって下降する。そして、時刻t4で、システム電圧Vsysは初期値と同等の目標値αに戻る。
Thereafter, when the accelerator opening degree starts to decrease at time t2, AC motor 7 switches from acceleration to deceleration, and regenerates electric power generated by the rotation in battery 1.
In response to the decrease in the rotational speed ω, the command
以上のようなシステム電圧Vsysの推移において、図9に示すように、比較例では、時刻t1付近及び時刻t4の直後に電圧変動が発生している。ここで、時刻t1と時刻t3とでは、回転数ωが同等であるにも拘わらず、力行動作時の時刻t1では電圧変動が発生し、回生動作時の時刻t3では電圧変動が発生していない。また、時刻t0と時刻t4とでは、指令電圧Vcomが同等であるにも拘わらず、力行動作時の時刻t0では電圧変動が発生せず、回生動作時の時刻t4では電圧変動が発生している。 In the transition of the system voltage Vsys as described above, as shown in FIG. 9, in the comparative example, voltage fluctuation occurs near time t1 and immediately after time t4. Here, at time t1 and time t3, although the rotational speed ω is equal, voltage fluctuation occurs at time t1 during the power running operation, and voltage fluctuation does not occur at time t3 during the regenerative operation. . Further, at time t0 and time t4, although the command voltage Vcom is equivalent, no voltage fluctuation occurs at time t0 during the power running operation, and voltage fluctuation occurs at time t4 during the regenerative operation. .
すなわち、回転数ω又は指令電圧Vcomが同一であっても、電圧変換装置10及び負荷6、7の状態は全く同一ではない。そのため、回転数ω又は指令電圧Vcomのいずれか一方のみに基づいてフィードバックゲインを選択した場合、電圧変動の発生を十分に抑制することはできない。
一方、図10に示すように、本実施形態では、比較例で電圧変動が発生しているいずれの時刻においても電圧変動が発生していないことがわかる。よって、回転数ω及び指令電圧Vcomの両方に基づいてフィードバックゲインを選択する本実施形態では、比較例に対し、システム電圧Vsysの変動を好適に抑制することができる。
That is, even if the rotation speed ω or the command voltage Vcom is the same, the states of the
On the other hand, as shown in FIG. 10, in this embodiment, it turns out that the voltage fluctuation has not generate | occur | produced in any time when the voltage fluctuation has generate | occur | produced in the comparative example. Therefore, in the present embodiment in which the feedback gain is selected based on both the rotational speed ω and the command voltage Vcom, fluctuations in the system voltage Vsys can be suitably suppressed as compared with the comparative example.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態によるデューティ指令値演算処理について、図11のフローチャートを参照して説明する。図11において、第1実施形態の図6と実質的に同一のステップには、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、第1実施形態の「候補ゲイン」に代えて、所定の「基本ゲイン」、及び、基本ゲインに拡張定数を乗算、加算等して得られた「拡張ゲイン」をフィードバックゲインの選択対象とする。これに伴い、図6のS11、S140、S15、S16が、図11ではS21、S240、S25、S26に変更されている。
(Second Embodiment)
The duty command value calculation processing according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 11, steps that are substantially the same as those in FIG. 6 of the first embodiment are denoted by the same step numbers and description thereof is omitted.
In the second embodiment, instead of the “candidate gain” in the first embodiment, a predetermined “basic gain” and an “expansion gain” obtained by multiplying the basic gain by an expansion constant, addition, and the like are used as feedback gains. To be selected. Accordingly, S11, S140, S15, and S16 in FIG. 6 are changed to S21, S240, S25, and S26 in FIG.
基本ゲインG0は、基本比例ゲインKp0と基本積分ゲインKi0との組合せからなるとする。また、拡張定数Cは、比例ゲイン拡張定数Cpと積分ゲイン拡張定数Ciとの組合せからなる。比例ゲイン拡張定数Cpと積分ゲイン拡張定数Ciとは別の値に設定してもよいが、ここでは、簡単のため「C=Cp=Ci」とする。そして、ゲイン選択部25は、複数の拡張定数C、すなわち、C1、C2・・・Cnを記憶している。
The basic gain G0 is assumed to be a combination of a basic proportional gain Kp0 and a basic integral gain Ki0. The expansion constant C is a combination of a proportional gain expansion constant Cp and an integral gain expansion constant Ci. The proportional gain expansion constant Cp and the integral gain expansion constant Ci may be set to different values, but here, for simplicity, “C = Cp = Ci”. The
また、基本ゲインG0に対して拡張定数Cを用いて実施される所定の計算式が規定されている。例えば乗算の場合、拡張ゲインG’は、「G’=C×G0」の式で算出される。この場合、拡張ゲインG’は、比例ゲイン(C×Kp0)と積分ゲイン(C×Ki0)との組合せを意味する。或いは、所定の計算式が加算の場合、拡張ゲインG’は、「G’=G0+C」の式で算出される。この乗算や加算を総括して「拡張演算」という。 Further, a predetermined calculation formula that is implemented using the expansion constant C for the basic gain G0 is defined. For example, in the case of multiplication, the expansion gain G ′ is calculated by the equation “G ′ = C × G0”. In this case, the extended gain G ′ means a combination of a proportional gain (C × Kp0) and an integral gain (C × Ki0). Alternatively, when the predetermined calculation formula is addition, the expansion gain G ′ is calculated by the formula “G ′ = G0 + C”. This multiplication and addition is collectively referred to as “extended operation”.
複数の拡張定数C1、C2・・・Cnの個数がn個であれば、それに対応して、n個の拡張ゲインG1’、G2’・・・Gn’が存在する。拡張定数Cは、例えば「2」であったり、「0.5」であったりする。また、拡張定数Cが「1」を含むとき、基本ゲインG0自身も拡張ゲインG’に含まれる。 If the number of the plurality of expansion constants C1, C2,... Cn is n, n expansion gains G1 ′, G2 ′,. The expansion constant C is, for example, “2” or “0.5”. When the expansion constant C includes “1”, the basic gain G0 itself is also included in the expansion gain G ′.
図11のS21では、複数の拡張定数Cのうちから1つを選択し、基本ゲインG0に対して乗算、加算等の拡張演算をして拡張ゲインG’を算出し、得られた拡張ゲインG’に対応する評価関数を演算する。
S12、S13では、第1実施形態と同様に、今回演算した評価関数がそれまでに演算した評価関数の最小値よりも小さければ、最小値を更新する。
In S21 of FIG. 11, one of a plurality of expansion constants C is selected, the expansion gain G ′ is calculated by performing expansion operations such as multiplication and addition on the basic gain G0, and the obtained expansion gain G The evaluation function corresponding to 'is calculated.
In S12 and S13, as in the first embodiment, if the evaluation function calculated this time is smaller than the minimum value of the evaluation functions calculated so far, the minimum value is updated.
S240は、第1実施形態のS140に対応し、ゲイン選択部25が記憶した複数の拡張定数Cのうち、それを用いて算出した拡張ゲインG’について、評価関数を演算する必要が有るものと無いものとを選別する。具体的なサブフローについては、第1実施形態の図7に対し用語を入れ替えるのみあるので、記載を省略する。
S240 corresponds to S140 of the first embodiment, and it is necessary to calculate an evaluation function for the expansion gain G ′ calculated using the expansion constant C stored by the
S25では、S240で選別した「評価関数の演算が必要な拡張ゲイン」について、すべて演算が完了したか否か判断し、完了していない場合にはS21に戻る。
S26では、評価関数の最小値に対応する拡張ゲインをフィードバックゲインに設定する。S17以降は、第1実施形態と同様である。
In S25, it is determined whether or not all of the “extended gains that require calculation of the evaluation function” selected in S240 are completed. If not, the process returns to S21.
In S26, the expansion gain corresponding to the minimum value of the evaluation function is set as the feedback gain. The steps after S17 are the same as those in the first embodiment.
第2実施形態は、第1実施形態と同様の効果を奏することに加え、複数の候補ゲインをマトリックス状のマップに記憶し、このマップから候補ゲインを選択して評価関数を演算する第1実施形態に対し、より単純な拡張定数Cを記憶し演算に用いることで、処理負荷及び記憶領域を低減することができる。 In the second embodiment, in addition to the same effects as the first embodiment, a plurality of candidate gains are stored in a matrix-like map, and the evaluation function is calculated by selecting candidate gains from this map. The processing load and the storage area can be reduced by storing a simpler expansion constant C for the form and using it for the calculation.
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について、図12、図13を参照して説明する。上述の第1及び第2実施形態は、処理を実行する時点での特定パラメータに基づいて評価関数を演算し、その時点で最適なフィードバックゲインを選択するものであり、言わば、時間軸上の点に着目したものである。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first and second embodiments described above, the evaluation function is calculated based on the specific parameter at the time of executing the process, and the optimum feedback gain is selected at that time. Is focused on.
それに対し第3実施形態は、第1又は第2実施形態で選択されたフィードバックゲインを用いてフィードバック演算を実行中に特定パラメータが変化した結果、選択されるフィードバックゲインが変更した場合に、フィードバック演算部20が用いるフィードバックゲインを切り替えるための好ましい「ゲイン切替処理」を提供するものである。言わば、時間軸上の点から点への移行に着目したものであり、第1及び第2実施形態のいずれと組み合わせてもよい。
On the other hand, in the third embodiment, the feedback calculation is performed when the selected feedback gain is changed as a result of the change of the specific parameter during the execution of the feedback calculation using the feedback gain selected in the first or second embodiment. A preferable “gain switching process” for switching the feedback gain used by the
図12は、図4と類似の負荷変動周波数f−評価関数出力特性を示した図である。負荷変動周波数fがfx未満の領域では候補ゲインG1に対応する評価関数E(G1)が最小であり、負荷変動周波数fがfxを超える領域では候補ゲインG2に対応する評価関数E(G2)が最小である。したがって、単純には、負荷変動周波数fがfxを跨いで変化したとき、フィードバックゲインを切り替えればよいとも考えられる。
しかし、そうすると、負荷変動周波数がfxを跨いで増減を繰り返しているとき、フィードバックゲインが頻繁に切り替わるハンチング現象が発生し、制御が不安定となるおそれがある。
FIG. 12 is a diagram showing a load fluctuation frequency f-evaluation function output characteristic similar to FIG. The evaluation function E (G1) corresponding to the candidate gain G1 is the smallest in the region where the load fluctuation frequency f is less than fx, and the evaluation function E (G2) corresponding to the candidate gain G2 is the region where the load fluctuation frequency f exceeds fx. Is the smallest. Therefore, simply, when the load fluctuation frequency f changes across fx, it is considered that the feedback gain may be switched.
However, in this case, when the load fluctuation frequency repeatedly increases and decreases across fx, a hunting phenomenon in which the feedback gain frequently switches may occur, and control may become unstable.
そこで図12に太破線で示すように、評価関数E(G1)、E(G2)に対してマイナス側に所定値ε(>0)だけオフセットした特性線E(G1)’、E(G2)’を想定し、切替前の状態においては、オフセットした特性線の値を評価関数の値とみなす。
負荷変動周波数fが増加方向に変化したときは、E(G1)’とE(G2)とが交わる第1切替値fxHでフィードバックゲインをG1からG2に切り替え、負荷変動周波数fが減少方向に変化したときは、E(G2)’とE(G1)とが交わる第2切替値fxLでフィードバックゲインをG2からG1に切り替える。所定値εをマイナス側に設定しているため、必然的に、第1切替値fxHは第2切替値fxLより大きい値、すなわち高周波数側に設定されることとなる。
Therefore, as indicated by thick broken lines in FIG. 12, characteristic lines E (G1) ′ and E (G2) offset by a predetermined value ε (> 0) on the negative side with respect to the evaluation functions E (G1) and E (G2). Assuming ', in the state before switching, the value of the offset characteristic line is regarded as the value of the evaluation function.
When the load fluctuation frequency f changes in the increasing direction, the feedback gain is switched from G1 to G2 at the first switching value fxH where E (G1) ′ and E (G2) intersect, and the load fluctuation frequency f changes in the decreasing direction. In this case, the feedback gain is switched from G2 to G1 at the second switching value fxL where E (G2) ′ and E (G1) intersect. Since the predetermined value ε is set on the minus side, the first switching value fxH is inevitably set to a value larger than the second switching value fxL, that is, on the high frequency side.
次に、図13のフローチャートに示す第3実施形態のゲイン切替処理では、最初にS31で、現在、ゲインG1を選択中であるか、ゲインG2を適用中であるかを判別する。
ゲインG1を適用中に(S31:YES)、負荷変動周波数fが増加しながら(S32:YES)、第1切替値fxH以上となったとき(S33:YES)、ゲインG2に切り替える(S34)。一方、ゲインG2を適用中に(S31:NO)、負荷変動周波数fが減少しながら(S35:YES)、第2切替値fxL以下となったとき(S36:YES)、ゲインG1に切り替える(S37)。
Next, in the gain switching process of the third embodiment shown in the flowchart of FIG. 13, first, in S31, it is determined whether the gain G1 is currently selected or the gain G2 is being applied.
While the gain G1 is being applied (S31: YES), the load fluctuation frequency f is increasing (S32: YES), and when it becomes equal to or higher than the first switching value fxH (S33: YES), the gain G2 is switched (S34). On the other hand, when the gain G2 is being applied (S31: NO), the load fluctuation frequency f is decreasing (S35: YES), and when it becomes equal to or less than the second switching value fxL (S36: YES), the gain G1 is switched (S37). ).
このように、第3実施形態ではヒステリシス特性を用いることで、フィードバックゲインの切替に伴うハンチングを防止することができる。また、所定値εを調整することで、ハンチングを防止する範囲を容易に変更することができる。
なお、図12、13では、特定パラメータの1つが負荷変動周波数fである場合を例示したが、その他の特定パラメータの増減に応じて評価関数を最小とするゲインが入れ替わる場合も同様に扱うことができる。
As described above, in the third embodiment, by using the hysteresis characteristic, it is possible to prevent hunting accompanying switching of the feedback gain. Moreover, the range which prevents hunting can be easily changed by adjusting predetermined value (epsilon).
12 and 13 exemplify the case where one of the specific parameters is the load fluctuation frequency f, but the case where the gain that minimizes the evaluation function is switched according to the increase or decrease of the other specific parameters can be handled in the same manner. it can.
(その他の実施形態)
(ア)上記実施形態では、「評価関数」を「電圧変換装置及び負荷の状態に応じたシステム電圧Vsysの変動量を示す指標」と定義し、評価関数を最小とする候補ゲイン又は拡張ゲインをフィードバックゲインとして設定しているが、評価関数の定義はこれに限らない。例えば、「負荷の安定性」を反映する評価関数を設定し、その評価関数を最大とするフィードバックゲインを選択するようにしてもよい。
(Other embodiments)
(A) In the above embodiment, the “evaluation function” is defined as “an index indicating the amount of fluctuation of the system voltage Vsys according to the voltage converter and the load state”, and the candidate gain or the extension gain that minimizes the evaluation function is defined as Although the feedback gain is set, the definition of the evaluation function is not limited to this. For example, an evaluation function reflecting “load stability” may be set, and a feedback gain that maximizes the evaluation function may be selected.
(イ)上記第1実施形態のサブフローチャート図7では、それまでに演算した評価関数の傾向を監視しながら、評価関数の演算を省略可能な候補ゲインを選別し、評価関数の演算量を減らしている。その他、過去における電圧変換装置及び負荷の状態と、その状態で選択したフィードバックゲインとの関係を学習し、学習結果に基づいて、フィードバックゲインの選択プロセスを最小限に省略するようにしてもよい。
逆に、制御部50の処理能力が十分にある場合等には、図6のS140のステップを省略し、常にマトリックスのすべての候補ゲインの組合せについて評価関数を演算してもよい。この点は、第2実施形態における図11のS240についても同様である。
(A) Sub-flowchart of the first embodiment In FIG. 7, while monitoring the tendency of the evaluation function calculated so far, candidate gains that can omit the calculation of the evaluation function are selected, and the calculation amount of the evaluation function is reduced. ing. In addition, the relationship between the voltage conversion device and the load in the past and the feedback gain selected in that state may be learned, and the feedback gain selection process may be omitted to the minimum based on the learning result.
On the contrary, when the processing capability of the
(ウ)上記第2実施形態では、基本ゲインG0に対し拡張定数Cを乗算又は加算して拡張ゲインG’を演算する例を説明した。その他、基本ゲインG0に対し拡張定数Cを用いて指数演算(G0C)、対数演算(logCG0)、三角関数演算(tan(G0/C))のように、どのような演算を実施して拡張ゲインG’を演算してもよい。 (C) In the second embodiment, the example in which the expansion gain G ′ is calculated by multiplying or adding the expansion constant C to the basic gain G0 has been described. Other operations such as exponential calculation (G0 C ), logarithmic calculation (log C G0), and trigonometric function calculation (tan (G0 / C)) using the expansion constant C for the basic gain G0 Then, the expansion gain G ′ may be calculated.
(エ)上記実施形態では、ゲイン選択部25は、特定パラメータに基づいて比例ゲインKp及び積分ゲインKiの両方について、最適なフィードバックゲインを選択している。しかし、本発明では、特定パラメータに基づいて比例ゲインKp及び積分ゲインKiの一方のゲインのみを選択し、他方のゲインについては従来技術を適用して決定するか、或いは固定値としてもよい。
また、フィードバック演算部が微分制御を含むPID制御を行う場合、微分ゲインKdについても、本発明を適用してフィードバックゲインを選択してもよい。
(D) In the above embodiment, the
When the feedback calculation unit performs PID control including differential control, the feedback gain may be selected by applying the present invention to the differential gain Kd.
(オ)本発明の電圧変換装置は、入力側電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータに限らず、入力側電圧を降圧して出力する降圧コンバータであってもよい。
(カ)上記実施形態では、電圧変換装置10の負荷として、直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ6、及び、インバータ6が変換した三相交流電圧によって駆動される交流電動機7を用いる例を説明した。その他、電圧変換装置10の負荷として、例えば、Hブリッジ回路及び直流電動機を用いてもよい。
(E) The voltage converter of the present invention is not limited to a boost converter that boosts and outputs an input side voltage, but may be a step-down converter that steps down and outputs an input side voltage.
(F) In the above embodiment, examples of using the
(キ)負荷としての交流電動機等は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として用いられるものに限らず、車両の補機用や、車両以外の電車、昇降機、一般機械等に用いられるものであってもよい。特に動作状態の変化が大きい負荷に対し、本発明の電圧変換装置は有効に適用される。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(G) AC motors as loads are not limited to those used as power sources for hybrid vehicles and electric vehicles, but are used for vehicle accessories, trains other than vehicles, elevators, general machinery, etc. May be. In particular, the voltage converter of the present invention is effectively applied to a load having a large change in operating state.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
10・・・電圧変換装置、
12・・・リアクトル、
13・・・高電位側スイッチング素子、
14・・・低電位側スイッチング素子、
20・・・フィードバック演算部、
25・・・ゲイン選択部、
30・・・フィードフォワード演算部、
50・・・制御部、
6 ・・・インバータ(負荷)、
7 ・・・交流電動機(モータジェネレータ、負荷)。
10: Voltage converter,
12 ... Reactor,
13 ... high potential side switching element,
14 ... low potential side switching element,
20 ... Feedback calculation unit,
25 ... Gain selection section,
30: Feedforward calculation unit,
50 ... control unit,
6 ... Inverter (load),
7: AC motor (motor generator, load).
Claims (8)
電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトル(12)と、
交互にオンオフすることで前記リアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子(13)及び低電位側スイッチング素子(14)と、
前記高電位側スイッチング素子又は前記低電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるデューティ指令値(duty)を演算する制御部(50)と、を備え、前記バッテリからの入力電圧(Vin)を、前記負荷へ出力するシステム電圧(Vsys)に変換する電圧変換装置(10)であって、
前記制御部は、
前記システム電圧を指令電圧(Vcom)に一致させるように前記デューティ指令値のフィードバック項を演算するフィードバック演算部(20)と、
前記バッテリの電圧(Vin、VB)と前記指令電圧との比に基づいて前記デューティ指令値のフィードフォワード項を演算するフィードフォワード演算部(30)と、
前記フィードバック演算部においてPI演算に用いられるフィードバックゲインのうち比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方について、前記負荷の変動周波数である負荷変動周波数(f)、前記指令電圧、前記バッテリに流れる電流であるバッテリ電流(Ib)、前記負荷に流れる電流である負荷電流(Im)、前記デューティ指令値、の5つのパラメータのうちいずれか2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択するゲイン選択部と(25)、を有しており、
前記ゲイン選択部は、比例ゲイン及び積分ゲインの組合せからなる複数組の候補ゲインをマトリックスとして記憶しており、2組以上の前記候補ゲインについて前記システム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、前記評価関数を最小とする前記候補ゲインをフィードバックゲインに設定することを特徴とする電圧変換装置。 Provided between the battery (1) which is a DC power source and the load (6, 7),
A reactor (12) capable of storing and releasing electrical energy;
A high-potential-side switching element (13) and a low-potential-side switching element (14) that repeatedly accumulate and release electric energy in the reactor by alternately turning on and off;
A control unit (50) for calculating a duty command value (duty) which is an on-time ratio with respect to a switching cycle of the high potential side switching element or the low potential side switching element, and an input voltage (Vin) from the battery Is converted to a system voltage (Vsys) to be output to the load,
The controller is
A feedback calculation unit (20) for calculating a feedback term of the duty command value so that the system voltage matches the command voltage (Vcom);
A feedforward calculation unit (30) for calculating a feedforward term of the duty command value based on a ratio between the battery voltage (Vin, VB) and the command voltage;
A battery that is a load fluctuation frequency (f) that is a fluctuation frequency of the load, a command voltage, and a current that flows through the battery for at least one of a proportional gain and an integral gain among feedback gains used for PI calculation in the feedback calculation unit. A gain selection unit that selects a feedback gain based on any two or more of the five parameters of the current (Ib), the load current (Im) that is the current flowing through the load, and the duty command value; 25) ,
The gain selection unit stores a plurality of sets of candidate gains each including a combination of a proportional gain and an integral gain as a matrix, and calculates an evaluation function indicating a variation amount of the system voltage for the two or more sets of candidate gains. The voltage conversion apparatus characterized in that the candidate gain that minimizes the evaluation function is set as a feedback gain .
電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトル(12)と、
交互にオンオフすることで前記リアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子(13)及び低電位側スイッチング素子(14)と、
前記高電位側スイッチング素子又は前記低電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるデューティ指令値(duty)を演算する制御部(50)と、を備え、前記バッテリからの入力電圧(Vin)を、前記負荷へ出力するシステム電圧(Vsys)に変換する電圧変換装置(10)であって、
前記制御部は、
前記システム電圧を指令電圧(Vcom)に一致させるように前記デューティ指令値のフィードバック項を演算するフィードバック演算部(20)と、
前記バッテリの電圧(Vin、VB)と前記指令電圧との比に基づいて前記デューティ指令値のフィードフォワード項を演算するフィードフォワード演算部(30)と、
前記フィードバック演算部においてPI演算に用いられるフィードバックゲインのうち比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方について、前記負荷の変動周波数である負荷変動周波数(f)、前記指令電圧、前記バッテリに流れる電流であるバッテリ電流(Ib)、前記負荷に流れる電流である負荷電流(Im)、前記デューティ指令値、の5つのパラメータのうちいずれか2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択するゲイン選択部と(25)、を有しており、
前記ゲイン選択部は、所定の基本ゲイン、及び、前記基本ゲインに対して乗算以外の演算を含む所定の計算式に基づく拡張演算を実施可能な複数の拡張定数を記憶しており、前記基本ゲインに対し複数の前記拡張定数を用いて前記拡張演算を実施して得られた複数の拡張ゲインについて前記システム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、前記評価関数を最小とする前記拡張ゲインをフィードバックゲインに設定することを特徴とする電圧変換装置。 Provided between the battery (1) which is a DC power source and the load (6, 7),
A reactor (12) capable of storing and releasing electrical energy;
A high-potential-side switching element (13) and a low-potential-side switching element (14) that repeatedly accumulate and release electric energy in the reactor by alternately turning on and off;
A control unit (50) for calculating a duty command value (duty) which is an on-time ratio with respect to a switching cycle of the high potential side switching element or the low potential side switching element, and an input voltage (Vin) from the battery Is converted to a system voltage (Vsys) to be output to the load,
The controller is
A feedback calculation unit (20) for calculating a feedback term of the duty command value so that the system voltage matches the command voltage (Vcom);
A feedforward calculation unit (30) for calculating a feedforward term of the duty command value based on a ratio between the battery voltage (Vin, VB) and the command voltage;
A battery that is a load fluctuation frequency (f) that is a fluctuation frequency of the load, a command voltage, and a current that flows through the battery for at least one of a proportional gain and an integral gain among feedback gains used for PI calculation in the feedback calculation unit. A gain selection unit that selects a feedback gain based on any two or more of the five parameters of the current (Ib), the load current (Im) that is the current flowing through the load, and the duty command value; 25) ,
The gain selection unit stores a predetermined basic gain and a plurality of expansion constants capable of performing an extended operation based on a predetermined calculation formula including an operation other than multiplication for the basic gain, and the basic gain For the plurality of expansion gains obtained by performing the expansion calculation using a plurality of the expansion constants, an evaluation function indicating the variation amount of the system voltage is calculated, and the expansion gain that minimizes the evaluation function is calculated. A voltage conversion device characterized by being set to a feedback gain .
電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトル(12)と、
交互にオンオフすることで前記リアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子(13)及び低電位側スイッチング素子(14)と、
前記高電位側スイッチング素子又は前記低電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるデューティ指令値(duty)を演算する制御部(50)と、を備え、前記バッテリからの入力電圧(Vin)を、前記負荷へ出力するシステム電圧(Vsys)に変換する電圧変換装置(10)であって、
前記制御部は、
前記システム電圧を指令電圧(Vcom)に一致させるように前記デューティ指令値のフィードバック項を演算するフィードバック演算部(20)と、
前記バッテリの電圧(Vin、VB)と前記指令電圧との比に基づいて前記デューティ指令値のフィードフォワード項を演算するフィードフォワード演算部(30)と、
前記フィードバック演算部においてPI演算に用いられるフィードバックゲインのうち比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方について、前記負荷の変動周波数である負荷変動周波数(f)、前記指令電圧、前記バッテリに流れる電流であるバッテリ電流(Ib)、の3つのパラメータのうちいずれか2つ以上の特定パラメータに基づいてフィードバックゲインを選択するゲイン選択部と(25)、を有しており、
前記ゲイン選択部は、前記システム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、前記評価関数を最小とするようにフィードバックゲインを選択することを特徴とする電圧変換装置。 Provided between the battery (1) which is a DC power source and the load (6, 7),
A reactor (12) capable of storing and releasing electrical energy;
A high-potential-side switching element (13) and a low-potential-side switching element (14) that repeatedly accumulate and release electric energy in the reactor by alternately turning on and off;
A control unit (50) for calculating a duty command value (duty) which is an on-time ratio with respect to a switching cycle of the high potential side switching element or the low potential side switching element, and an input voltage (Vin) from the battery Is converted to a system voltage (Vsys) to be output to the load,
The controller is
A feedback calculation unit (20) for calculating a feedback term of the duty command value so that the system voltage matches the command voltage (Vcom);
A feedforward calculation unit (30) for calculating a feedforward term of the duty command value based on a ratio between the battery voltage (Vin, VB) and the command voltage;
A battery that is a load fluctuation frequency (f) that is a fluctuation frequency of the load, a command voltage, and a current that flows through the battery for at least one of a proportional gain and an integral gain among feedback gains used for PI calculation in the feedback calculation unit. current (Ib), gain selection unit that selects the feedback gain based on any two or more specific parameters of the three parameters (25) has a,
The gain selection unit calculates an evaluation function indicating a variation amount of the system voltage, and selects a feedback gain so as to minimize the evaluation function .
前記特定パラメータが増加方向に変化したときフィードバックゲインを切り替える第1切替値(fxH)は、前記特定パラメータが減少方向に変化したときフィードバックゲインを切り替える第2切替値(fxL)より大きい値に設定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電圧変換装置。 In the case where the value of the specific parameter changes and the feedback gain selected by the gain selection unit is switched,
The first switching value (fxH) for switching the feedback gain when the specific parameter changes in the increasing direction is set to a value larger than the second switching value (fxL) for switching the feedback gain when the specific parameter changes in the decreasing direction. The voltage converter according to any one of claims 1 to 5, wherein
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