JP6305603B1 - Control device for rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
【課題】発電動作中の振動抑制制御を止めることで、エネルギー損失を抑える回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】基本トルク指令算出部からの基本トルク指令値Tcbが、発電動作であれば、振動指令算出部31における振幅加算有無判断部38からの振動トルク指令値Tcvの加算をやめ、基本振動トルク算出部34で算出された基本振動トルク指令値Tcvbを最終トルク指令値Tcfとして回転電機2の制御を行う。【選択図】図1A control device for a rotating electrical machine that suppresses energy loss by stopping vibration suppression control during power generation operation. If the basic torque command value Tcb from the basic torque command calculation unit is a power generation operation, the addition of the vibration torque command value Tcv from the amplitude addition presence / absence determination unit 38 in the vibration command calculation unit 31 is stopped and the basic vibration is calculated. The rotary electric machine 2 is controlled with the basic vibration torque command value Tcvb calculated by the torque calculation unit 34 as the final torque command value Tcf. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、回転電機の出力トルクにトルク振動成分を重畳させる回転電機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine that superimposes a torque vibration component on the output torque of the rotating electrical machine.
近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車及び電気自動車が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来の内燃機関に加え、回転電機(モータともいう)を動力源とする自動車である。つまり、内燃機関と回転電機の双方が車輪の駆動力源とされている。電気自動車は、回転電機を駆動力源とする自動車である。しかし、回転電機にトルクリプル等のトルク振動成分が重畳し、車輪に振動成分が伝達される場合がある。車両の発進時、減速時、極低速走行時等において、運転者に、振動による違和感を与えるおそれがある。下記の特許文献1に開示されている技術では、回転電機にトルク振動成分を打ち消すための振動トルクを出力させるように構成されている。
In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles have attracted attention as environmentally friendly vehicles. A hybrid vehicle is a vehicle that uses a rotating electric machine (also called a motor) as a power source in addition to a conventional internal combustion engine. That is, both the internal combustion engine and the rotating electric machine are used as the driving force sources for the wheels. An electric vehicle is a vehicle that uses a rotating electric machine as a driving force source. However, torque vibration components such as torque ripple may be superimposed on the rotating electrical machine, and the vibration components may be transmitted to the wheels. When the vehicle starts, decelerates, or travels at extremely low speed, the driver may feel uncomfortable due to vibration. In the technique disclosed in
振動抑制制御を実施した場合、振動抑制を実施しなかった場合と比べてエネルギー損失大となる。
一般的にモータは発電動作を低回転で実施する期間はほとんどなく、500rpm以上の回転での動作となる。車載モータは大きなトルクを得られるよう極数を多くしているため、トルクの脈動が小さくなり、これはドライバーが不快に感じないレベルである。発電時に振動抑制制御を実施した場合、効果をほとんど実感できず、振動抑制を実施しない場合と比較して、エネルギー損失が大となる問題があった。
When vibration suppression control is performed, the energy loss is larger than when vibration suppression is not performed.
In general, a motor has almost no period for generating power at a low speed, and operates at a speed of 500 rpm or more. Since the on-board motor has a large number of poles so that a large torque can be obtained, the pulsation of torque becomes small, which is a level at which the driver does not feel uncomfortable. When vibration suppression control is performed at the time of power generation, the effect can hardly be realized, and there is a problem that energy loss becomes large compared to a case where vibration suppression is not performed.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、従来の制御装置の構成を変更することなく、エネルギー損失を抑えることができる回転電機の制御装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a control device for a rotating electrical machine capable of suppressing energy loss without changing the configuration of a conventional control device.
本発明に係る回転電機の制御装置は、回転電機に出力させるトルクの基本指令値である基本トルク指令値を算出する基本トルク指令算出部と、振動周波数で振動するトルク指令値である振動トルク指令値を算出する振動指令算出部と、基本トルク指令値に前記振動トルク指令値を加算した加算トルク指令値を算出し、回転電機の最大出力トルクに対応して予め設定された上限指令値により加算トルク指令値を上限制限した値を、回転電機に指令する最終トルク指令値として算出する最終トルク指令算出部とを備え、振動指令算出部は、基本トルク指令値に振動トルク指令値の振幅を加算した振動最大値が上限指令値より大きくなる場合に、振動最大値が上限指令値を超えないように、振動トルク指令値の加算を止める振動加算有無判断部を有している回転電機の制御装置において、振動加算有無判断部は、回転電機の発電動作中は、振動トルク指令値の加算を止めるものである。 A control device for a rotating electrical machine according to the present invention includes a basic torque command calculating unit that calculates a basic torque command value that is a basic command value of torque to be output to the rotating electrical machine, and a vibration torque command that is a torque command value that vibrates at a vibration frequency. A vibration command calculation unit that calculates a value, an addition torque command value obtained by adding the vibration torque command value to the basic torque command value, and an addition by a preset upper limit command value corresponding to the maximum output torque of the rotating electrical machine A final torque command calculation unit that calculates the upper limit of the torque command value as a final torque command value commanded to the rotating electrical machine, and the vibration command calculation unit adds the amplitude of the vibration torque command value to the basic torque command value There is a vibration addition presence / absence judgment unit that stops the addition of the vibration torque command value so that the vibration maximum value does not exceed the upper limit command value when the maximum vibration value exceeds the upper limit command value. In a motor controller has a vibration adding state determining section during the generator operation of the rotating electric machine is to stop the addition of the vibration torque command value.
本発明に係る回転電機の制御装置によれば、従来の制御装置の構成を変更することなく、コストアップなしで、エネルギー損失を抑えることができる。 According to the control apparatus for a rotating electrical machine according to the present invention, it is possible to suppress energy loss without increasing the cost without changing the configuration of the conventional control apparatus.
次に、本発明を実施するための形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shall show the same or an equivalent part.
実施の形態1.
実施の形態1に係る回転電機の制御装置(以下、単に制御装置と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る制御装置1の概略ブロック図である。
A control device (hereinafter simply referred to as a control device) for a rotating electrical machine according to
回転電機2は、非回転部材に固定されたステータと、当該ステータの径方向内側に配置され、非回転部材に対して回転可能に支持されたロータと、を備えている。本実施の形態では、回転電機2は、永久磁石式同期回転電機とされており、ステータに3相の巻線Cu、Cv、Cwが巻装され、ロータに永久磁石が設けられている。回転電機2は、直流交流変換を行うインバータ10を介して、直流電源4に電気的に接続される。回転電機2は、少なくとも、直流電源4からの電力供給を受けて動力を発生する電動機の機能を有している。なお、回転電機2は、電動機の機能に加えて、発電機の機能を有してもよい。
The rotating
インバータ10は、直流電源4と回転電機2との間で電力変換を行う直流交流変換装置である。インバータ10は、直流電源4の正極に接続される正極電線と直流電源4の負極に接続される負極電線との間に直列接続された2個のスイッチング素子が、3相各相(U相、V相、W相)の巻線に対応して3セット設けられたブリッジ回路に構成されている。正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを直列接続する接続点は、対応する相の巻線に接続される。スイッチング素子には、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のチップが用いられる。インバータ10は、各巻線に流れる電流を検出するための電流センサ11を備えている。電流センサ11は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。
The
本実施の形態では、図2に示すように、回転電機2は車両の駆動力源とされており、回転電機2のロータの回転軸は、減速機6及びディファレンシャルギア7を介して左右2つの車輪8に連結される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the rotating
制御装置1は、インバータ10を制御することにより、回転電機2の制御を行う制御装置である。図1に示すように、制御装置1は、基本トルク指令算出部30、振動指令算出部31、最終トルク指令算出部32、及びインバータ制御部33等の機能部を備えている。制御装置1が備える各部30〜33等は、制御装置1が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置1は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)や、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、スイッチング素子等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。本実施の形態では、入力回路92には、電流センサ11、回転速度センサ12、及び温度センサ13等が接続されている。出力回路93には、インバータ10(スイッチング素子又はスイッチング素子のゲート駆動回路)等が接続されている。
The
そして、制御装置1が備える各部30〜33等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置1の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各部30〜33等が用いる判定値やテーブル等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。以下、制御装置1の各機能について詳細に説明する。
And each function of each part 30-33 with which the
図4のブロック図に示すように、インバータ制御部33は、後述する最終トルク指令算出部32から伝達された最終トルク指令値Tcfのトルクを回転電機2が出力するようにインバータ10のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、インバータ制御部33は、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行うように構成されている。インバータ制御部33は、dq軸電流指令算出部40、電流フィードバック制御部41、電圧座標変換部42、PWM信号生成部43、電流座標変換部44、及び回転速度検出部45を備えている。
As shown in the block diagram of FIG. 4, the
回転速度検出部45は、回転電機2の回転速度を検出する。回転速度検出部45は、ロータの回転軸に設けられた回転速度センサ12の出力信号に基づいて、ロータの電気角θ(磁極位置θ)及び電気角速度を検出する。
The
dq軸電流指令算出部40には、最終トルク指令算出部32により算出された最終トルク指令値Tcfが入力される。dq軸電流指令算出部40は、最終トルク指令値Tcfのトルクを回転電機2に出力させるために、3相の巻線Cu、Cv、Cwに流す電流をdq軸回転座標系で表したd軸電流指令値Idc及びq軸電流指令値Iqcを算出する。なお、d軸電流指令値Idc及びq軸電流指令値Iqcを纏めてdq軸電流指令値Idc、Iqcと称する。dq軸電流指令算出部40は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、Id=0制御、及び最大トルク磁束制御などの電流ベクトル制御方法に従って、dq軸電流指令値Idc、Iqcを演算する。最大トルク電流制御では、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなdq軸電流指令値Idc、Iqcを算出する。弱め磁束制御では、最終トルク指令値Tcfに応じて、定誘起電圧楕円上を、dq軸電流指令値Idc、Iqcを移動させる。Id=0制御では、d軸電流指令値Idcを0に設定し、最終トルク指令値Tcf等に応じて、q軸電流指令値Iqcを変化させる。最大トルク磁束制御では、同一トルク発生時に鎖交磁束が最小となるようなdq軸電流指令値Idc、Iqcを算出する。本実施の形態では、dq軸電流指令算出部40は、最終トルク指令値Tcfとdq軸電流指令値Idc、Iqcとの関係が予め設定されたトルク電流変換マップを用い、最終トルク指令値Tcfに対応するdq軸電流指令値Idc、Iqcを算出するように構成されている。
The final torque command value Tcf calculated by the final torque
dq軸回転座標は、ロータに設けられた永久磁石のN極の向き(磁極位置)に定めたd軸、及びd軸より電気角で90°(π/2)進んだ方向に定めたq軸からなる、ロータの電気角θでの回転に同期して回転する2軸の回転座標である。 The dq axis rotation coordinates are the d axis determined in the direction of the N pole (magnetic pole position) of the permanent magnet provided on the rotor, and the q axis determined in a direction advanced by 90 ° (π / 2) in electrical angle from the d axis. Are two-axis rotation coordinates that rotate in synchronization with the rotation of the rotor at the electrical angle θ.
電流座標変換部44は、電流センサ11の出力信号に基づいて、インバータ10から回転電機2の各相の巻線Cu、Cv、Cwに流れる3相電流Iu、Iv、Iwを検出する。電流座標変換部44は、各相の巻線に流れる3相電流Iu、Iv、Iwを、磁極位置θに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、dq軸回転座標系で表したd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
The current coordinate
電流フィードバック制御部41は、dq軸電流Id、Iqが、dq軸電流指令値Idc、Iqcに近づくように、回転電機2に印加する電圧の指令信号をdq軸回転座標系で表したd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを、PI制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。その後、電圧座標変換部42は、dq軸電圧指令値Vd、Vqを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、3相各相の巻線への交流電圧指令値である3相交流電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換する。
The current feedback control unit 41 uses a d-axis voltage representing a command signal of a voltage applied to the rotating
PWM信号生成部43は、3相交流電圧指令値Vu、Vv、Vwのそれぞれと、直流電源電圧の振動幅を有し、キャリア周波数で振動するキャリア波(三角波)とを比較し、交流電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。PWM信号生成部43は、3相各相の矩形パルス波を、3相各相のインバータ制御信号Su、Sv、Swとしてインバータ10に出力し、インバータ10の各スイッチング素子をオンオフさせる。
The PWM
次に、最終トルク指令値Tcfの算出について説明する。
図1に示すように、基本トルク指令算出部30は、回転電機2に出力させるトルクの基本指令値である基本トルク指令値Tcbを算出する。本実施の形態では、基本トルク指令算出部30は、アクセル開度、車速、及び直流電源4の充電量等に応じて、車輪8の駆動のために要求されている車両要求トルクを算出し、車両要求トルクに基づいて基本トルク指令値Tcbを設定する。
Next, calculation of the final torque command value Tcf will be described.
As shown in FIG. 1, the basic torque
振動指令算出部31は、振動周波数で振動するトルク指令値である振動トルク指令値Tcvを算出する。本実施の形態では、振動指令算出部31は、基本振動トルク算出部34及び振幅加算有無判断部38を備えている。基本振動トルク算出部34は、振動トルク指令値の基本値である基本振動トルク指令値Tcvbを算出する。振幅加算有無判断部38は、基本振動トルク指令値Tcvbに対して、後述する振幅加算有無判断を行って最終的な振動トルク指令値Tcvを算出する。
The vibration
基本振動トルク算出部34は、振動周波数を、回転電機2の回転周波数(電気角周波数)に応じた周波数に設定するように構成されている。基本振動トルク指令値Tcvbは、回転電機2の出力トルクに生じるトルクリプルやコギングトルク等のトルク振動成分を打ち消すためのトルク指令値とされており、トルク振動成分の逆位相のトルクに設定される。トルクリプルは、電流による磁束と磁石による磁束との相互作用により生じ、電流の基本周波数(電気角周波数)の6n倍(nは1以上の自然数)の周波数となる。コギングトルクは、ロータ位置によるステータとロータの静的な磁気吸引力の差により生じ、ステータのスロット数とロータの磁極数の最小公倍数×電気角周波数の周波数となる。
The basic vibration
本実施の形態では、基本振動トルク算出部34は、基本振動トルク指令値Tcvbとして、式(1)に示すように、電気角周波数の次数m(mは1以上の自然数)の振動周波数で振動し、電気角θのm倍に対して位相γの差を有する基本振幅Abの正弦波(又は余弦波)を算出する。
In the present embodiment, the basic vibration
Tcvb=Ab×sin(m×θ+γ) ・・・(1) Tcvb = Ab × sin (m × θ + γ) (1)
基本振動トルク算出部34は、図5のブロック図に示すように、振幅設定部35、振動波形算出部36、及び乗算器37を備えている。振幅設定部35は、基本トルク指令値Tcbに基づいて基本振幅Abを設定する。本例では、振幅設定部35は、図6に示すような、基本トルク指令値Tcbと基本振幅Abとの関係が予め設定された振幅テーブルを用い、基本トルク指令算出部30が算出した基本トルク指令値Tcbに対応する基本振幅Abを算出する。
As shown in the block diagram of FIG. 5, the basic vibration
振動波形算出部36は、回転速度検出部45が検出した電気角θ、予め設定された次数m、及び予め設定された位相γに基づいて振動波形を算出する。本例では、振動波形算出部36は、振動波形として、sin(m×θ+γ)を算出する。振動波形算出部36は、基本トルク指令値Tcb及び電気角速度等の運転条件に応じて位相γを変化させてもよい。そして、乗算器37は、振幅設定部35により設定された基本振幅Abと、振動波形算出部36により算出された振動波形sin(m×θ+γ)とを乗算して、基本振動トルク指令値Tcvbを算出する。
The vibration
振幅テーブル及び位相γの設定方法の例について説明する。基本トルク指令値Tcbにトルク振動を打ち消すための振動トルク指令値Tcvを重畳させていない場合の、回転電機2の出力トルクを、異なる基本トルク指令値Tcb等の複数の運転条件で、トルクセンサにより計測する。そして、計測した出力トルク波形を、最小2乗法等によりsin波に近似する。近似したsin波の振幅を基本振幅Abとし、近似したsin波の位相の逆位相を位相γとする。図6に示すように、基本トルク指令値Tcbと基本振幅Abとの関係を振幅テーブルとして予め設定する。
An example of an amplitude table and phase γ setting method will be described. When the vibration torque command value Tcv for canceling the torque vibration is not superimposed on the basic torque command value Tcb, the output torque of the rotating
基本トルク指令値Tcbの絶対値が大きくなるに従って、トルクリプル等のトルク振動の振幅も大きくなる。そのため、振幅テーブルには、基本トルク指令値Tcbの絶対値が大きくなるに従って、基本振幅Abが大きくなるように設定されている。よって、基本トルク指令値Tcbが大きくなるに従って振幅が増加するトルク振動を、振動トルク指令値により打ち消すことができる。しかし、基本トルク指令値Tcbが後述する上限指令値Tcmx付近まで増加すると、振幅が増加した振動トルク指令値が上限指令値Tcmxにより上限制限され、後述する問題が発生する。 As the absolute value of the basic torque command value Tcb increases, the amplitude of torque vibration such as torque ripple also increases. Therefore, the amplitude table is set such that the basic amplitude Ab increases as the absolute value of the basic torque command value Tcb increases. Therefore, the torque vibration whose amplitude increases as the basic torque command value Tcb increases can be canceled by the vibration torque command value. However, when the basic torque command value Tcb increases to the vicinity of an upper limit command value Tcmx, which will be described later, the upper limit of the vibration torque command value having an increased amplitude is limited by the upper limit command value Tcmx.
なお、トルクリプルとコギングトルクとの電気角周波数の次数が異なる場合などに対応するため、振動指令算出部31は、次数mの異なる複数の基本振動トルク指令値Tcvbを算出し、複数の基本振動トルク指令値Tcvbの合計値を最終的な基本振動トルク指令値Tcvbとして算出するように構成されてもよい。
In order to cope with the case where the orders of the electrical angular frequencies of the torque ripple and the cogging torque are different, the vibration
振幅加算有無判断部38は、基本トルク指令値Tcbを基に、振動トルク指令値Tcvの加算有無を判断する。また、基本トルク指令算出部30から出力の基本トルク指令値Tcbがマイナスの場合、振幅加算有無判断部38にて発電と判断し、プラスの場合、力行と判断する。
The amplitude addition presence /
図1に示すように、最終トルク指令算出部32は、基本トルク指令算出部30により算出された基本トルク指令値Tcbに、振動指令算出部31により算出された振動トルク指令値Tcvを加算した加算トルク指令値Tcsmを算出し、回転電機2の最大出力トルクに対応して予め設定された上限指令値Tcmxにより加算トルク指令値Tcsmを上限制限した値を、最終的に回転電機2に指令する最終トルク指令値Tcfとして算出する。
As shown in FIG. 1, the final torque
ここで、回転電機2の最大出力トルクは、制御装置1により回転電機2に出力させることができる出力トルクの平均値の最大値であり、トルクリプル及びコギングトルク等のトルク振動成分が平均化された出力トルクとなる。すなわち、最大出力トルクは、最大平均出力トルクである。本実施の形態では、上限指令値Tcmxは、回転電機2の最大出力トルクに一致するように設定される。回転電機2の最大出力トルクは、ロータの電気角速度、直流電源4の電源電圧、充電量等に応じて変化する。最終トルク指令算出部32は、ロータの電気角速度、直流電源4の電源電圧、及び充電量に基づいて、上限指令値Tcmxを設定するように構成されている。
Here, the maximum output torque of the rotating
最終トルク指令算出部32は、式(2)に示すように、基本トルク指令値Tcbに振動トルク指令値Tcvを加算した加算トルク指令値Tcsmが、上限指令値Tcmxよりも大きい場合は、最終トルク指令値Tcfに上限指令値Tcmxを設定する。一方、最終トルク指令算出部32は、加算トルク指令値Tcsmが、上限指令値Tcmx以下である場合は、最終トルク指令値Tcfに加算トルク指令値Tcsmを設定する。
As shown in Expression (2), the final torque
1)Tcsm(=Tcb+Tcv)>Tcmxの場合
Tcf=Tcmx
2)Tcsm(=Tcb+Tcv)≦Tcmxの場合 ・・・(2)
Tcf=Tcsm=Tcb+Tcv
1) When Tcsm (= Tcb + Tcv)> Tcmx
Tcf = Tcmx
2) When Tcsm (= Tcb + Tcv) ≦ Tcmx (2)
Tcf = Tcsm = Tcb + Tcv
ここで、本実施の形態とは異なり、後述する振幅加算有無判断部38により振幅加算判断処理を行わないように構成された比較例について説明する。図7のタイムチャートに示すように、基本トルク指令値Tcbが上限指令値Tcmx付近まで上昇している状態で、基本トルク指令値Tcbに、振幅減少処理が行われていない振動トルク指令値Tcv(基本振動トルク指令値Tcvb)を加算した加算トルク指令値Tcsmを算出すると、加算トルク指令値Tcsmが上限指令値Tcmxにより上限制限され、振動している振動トルク指令値Tcvの山部分が切り取られた状態となる。そのため、上限制限後の最終トルク指令値Tcfの平均値Tcfaveは、基本トルク指令値Tcbよりも低くなる。
Here, unlike the present embodiment, a description will be given of a comparative example in which the amplitude addition determination processing is not performed by the amplitude addition presence /
また、図8のタイムチャートに、比較例に係る回転電機2の出力トルクTmの挙動を示す。図8の上段のタイムチャートが、本実施の形態とは異なり、基本トルク指令値Tcbに振動トルク指令値Tcvを加算せずに、基本トルク指令値Tcbをそのまま最終トルク指令値Tcfに設定した場合の回転電機2の出力トルクTmの挙動である。回転電機2の出力トルクTmは、基本トルク指令値Tcbにトルクリプル等のトルク振動成分が重畳した波形となっている。また、回転電機2の出力トルクTmの平均値Tmaveは、上限指令値Tcmx(最大出力トルク)を下回っているが、出力トルクTmのトルク振動成分の山部分は、上限指令値Tcmxを上回っている。
Further, the time chart of FIG. 8 shows the behavior of the output torque Tm of the rotating
図8の下段のタイムチャートが、図7の比較例に対応する回転電機2の出力トルクTmの挙動である。出力トルクTmのトルク振動成分の山部分は、上限制限されていない振動トルク指令値Tcvの谷部分により打ち消されて、基本トルク指令値Tcbまで低減している。一方、出力トルクTmのトルク振動成分の谷部分は、振動トルク指令値Tcvの山部分が上限制限されているので、十分に打ち消されておらず、基本トルク指令値Tcbよりも低くなっている。よって、回転電機2の出力トルクTmの平均値Tmaveも、基本トルク指令値Tcbよりも低くなる。従って、比較例では、回転電機2の出力トルクTmを上限指令値Tcmx付近まで増加させ、車両を加速させたい場合に、出力トルクTmが低下する問題があった。
The lower time chart of FIG. 8 shows the behavior of the output torque Tm of the rotating
そこで、本実施の形態では、振動指令算出部31は、振幅加算有無判断部38の機能によって、基本トルク指令値Tcbに振動トルク指令値Tcvの振幅を加算した振動最大値が上限指令値Tcmxより大きくなる場合に、振動最大値が上限指令値Tcmx以下になるように、振動トルク指令値Tcvの加算を止める構成となっている。
本実施の形態では、振幅加算有無判断部38は、基本トルク指令値Tcbに基本振動トルク指令値Tcvbの基本振幅Abを加算した判定振動最大値(Tcb+Ab)が上限指令値Tcmxより大きい場合に、振動トルク指令値Tcvの加算を止めるように構成されている。この構成によれば、振動トルク指令値Tcvを加算しないトルク範囲を必要最小限にし、トルク振動の低減効果の減少を必要最小限にすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the vibration
In the present embodiment, the amplitude addition presence /
振動トルク指令値Tcvの振幅をAとすると、Tcb+A>Tcmxとなるようであれば、A=0に設定すればよい。具体的には、式(3)に示すように、振幅加算有無判断部38は、基本トルク指令値Tcbに基本振動トルク指令値Tcvbの基本振幅Abを加算した判定振動最大値(Tcb+Ab)が上限指令値Tcmxより大きい場合は、振動トルク指令値Tcv=0とする。一方、振幅加算有無判断部38は判定振動最大値(Tcb+Ab)が上限指令値Tcmx以下である場合は、基本振動トルク指令値Tcvbをそのまま最終的な振動トルク指令値Tcvに設定する。
Assuming that the amplitude of the vibration torque command value Tcv is A, it is sufficient to set A = 0 if Tcb + A> Tcmx. Specifically, as shown in Expression (3), the amplitude addition presence /
1)Tcb+Ab>Tcmxの場合
Tcv=0
2)Tcb+Ab≦Tcmxの場合 ・・・(3)
Tcv=Tcvb
1) When Tcb + Ab> Tcmx Tcv = 0
2) In the case of Tcb + Ab ≦ Tcmx (3)
Tcv = Tcvb
なお、次数mの異なる複数の基本振動トルク指令値Tcvbの合計値が、最終的な基本振動トルク指令値Tcvbとされる場合は、振幅加算有無判断部38は、合計値の振幅を基本振幅Abに設定し、式(3)の演算を行う。
When the total value of a plurality of basic vibration torque command values Tcvb having different orders m is the final basic vibration torque command value Tcvb, the amplitude addition presence /
しかし、振動抑制を実施した場合、振動抑制制御無と比較してエネルギー損失大となる。
本発明の実施の形態1におけるTcb+Ab≦Tcmxの領域での振動抑制制御では、車両制御装置から受信したトルク指令に対して、正弦波状のトルクリプル補正量を減算する。そのため、トルク指令に対して補正後のトルク指令が大きくなる部分もあれば、トルク指令に対して補正後のトルク指令が小さくなる部分もあり、平均的なトルクは一定となる。
However, when vibration suppression is carried out, the energy loss is larger than when vibration suppression control is not performed.
In the vibration suppression control in the region of Tcb + Ab ≦ Tcmx in the first embodiment of the present invention, a sinusoidal torque ripple correction amount is subtracted from the torque command received from the vehicle control device. Therefore, there is a portion where the corrected torque command becomes larger than the torque command, and there is a portion where the corrected torque command becomes smaller than the torque command, and the average torque is constant.
続いて、図9〜図11を参照しながら、トルクリプル補正を実行した場合の損失について説明する。図9〜図11は、本発明の実施の形態1に係る回転電機の制御装置におけるトルクリプル補正と損失との関係を説明するためのタイムチャートを示す図である。
Next, the loss when torque ripple correction is performed will be described with reference to FIGS. FIGS. 9-11 is a figure which shows the time chart for demonstrating the relationship between the torque ripple correction | amendment and loss in the control apparatus of the rotary electric machine which concerns on
図9は、トルクリプル補正を実行した場合の通電電流を示している。回転電機であるモータでは、トルクと通電電流とは比例するので、正弦波状のトルクでトルクリプル補正した場合には、正弦波状の通電電流波形となる。また、図9において、I1=I0−bであり、I2=I0+aである。さらに、a=bとなる。 FIG. 9 shows the energization current when torque ripple correction is executed. In a motor that is a rotating electrical machine, the torque and the energization current are proportional to each other. Therefore, when torque ripple correction is performed using a sinusoidal torque, a sinusoidal energization current waveform is obtained. In FIG. 9, I1 = I0−b and I2 = I0 + a. Furthermore, a = b.
図10は、通電電流の1乗に比例した損失について、通電電流と損失とを示している。一般的に、インバータでは、スイッチング損失等がこれにあたる。 FIG. 10 shows the energization current and the loss with respect to the loss proportional to the first power of the energization current. Generally, in an inverter, switching loss or the like corresponds to this.
このように、通電電流の1乗に比例する損失について、図9に示すような正弦波を重畳した通電電流を流した場合には、通電電流I0よりも大きい部分では損失が増加し、通電電流I0よりも小さい部分では損失が減少する。
また、通電電流がI1となった場合の損失低減量Xと、通電電流がI2となった場合の損失増加量Yとは同じ値となり、正弦波を重畳しても、平均的にみて損失は増加していないことになる。
In this way, with respect to the loss proportional to the first power of the energizing current, when an energizing current superimposed with a sine wave as shown in FIG. Loss decreases in a portion smaller than I0.
Further, the loss reduction amount X when the energization current becomes I1 and the loss increase amount Y when the energization current becomes I2 have the same value, and even if a sine wave is superimposed, the loss is averagely seen. It will not increase.
図11は、通電電流の2乗に比例した損失について、通電電流と損失とを示している。一般的に、IGBTの定常損失(コレクターエミッタ間電圧による損失)がこれにあたる。
このように、通電電流の2乗に比例する損失について、図9に示すような正弦波を重畳した通電電流を流した場合には、通電電流I0よりも大きい部分では損失が増加し、通電電流I0よりも小さい部分では損失が減少する。
また、通電電流がI1となった場合の損失低減量Uと、通電電流がI2となった場合の損失増加量Vとでは、損失増加量Vの方が大きい値となる。すなわち、平均的にみても、損失が増加することになる。
以上のように、振動抑制制御を実行することで、平均的には通電電流の2乗に比例する損失が増加することになる。
FIG. 11 shows the energization current and the loss with respect to the loss proportional to the square of the energization current. Generally, this is the steady loss of IGBT (loss due to collector-emitter voltage).
In this way, with respect to the loss proportional to the square of the energization current, when an energization current superimposed with a sine wave as shown in FIG. 9 is passed, the loss increases at a portion larger than the energization current I0, and the energization current Loss decreases in a portion smaller than I0.
Further, the loss increase amount V is larger in the loss reduction amount U when the energization current becomes I1 and the loss increase amount V when the energization current becomes I2. In other words, the loss increases on average.
As described above, by executing the vibration suppression control, a loss that is proportional to the square of the energization current increases on average.
本実施の形態においては、基本トルク指令算出部から出力のトルク指令値がマイナスであれば、振幅加算有無判断部で発電動作と判断し、振動トルク指令値の加算を止める。本制御を実施することによって、損失を抑えることが出来る。 In the present embodiment, if the torque command value output from the basic torque command calculation unit is negative, the amplitude addition presence / absence determination unit determines that the power generation operation is performed and stops adding the vibration torque command value. By performing this control, loss can be suppressed.
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る制御装置について説明する。図12は、本実施の形態に係る制御装置1の概略ブロック図である。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機2及び制御装置1の基本的な構成及び処理は実施の形態1と同様であるが、振幅加算有無判断部38に温度判定部39からの判定信号を送信するように構成されている。振幅加算有無判断部38は温度判定部39からの判定信号に基づき振動トルク指令値の加算を止めることができる。
Next, a control device according to
具体的には、温度判定部39は、温度検出器40で検出された検出温度が判定温度値を超えたら振幅加算有無判断部38に振動トルク指令値の加算を止めるように動作する。
温度検出器40は、回転電機2のモータコイル温度40a、制御装置1によって制御されるインバータ10のスイッチング素子等を含むチップのチップ温度40b、回転電機2に流れる電流を検出する電流センサの電流センサ温度40cをそれぞれ検出するものである。
Specifically, the
The
即ち、実施の形態1におけるように、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、モータコイル温度40aが判定温度を超えたら振動抑制制御を止めると判断しても良い。
モータコイル温度40aは、コイルに取り付けられたサーミスタで検出し、制御装置内部の温度判定部39でコイル温度が温度判定値を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部38に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、モータコイル温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことができる。
That is, as in the first embodiment, in addition to the condition that the torque command value is negative, it may be determined that the vibration suppression control is stopped when the
The
As described above, the loss is large when the vibration suppression control is present. By performing this control, it is possible to suppress a loss when the motor coil temperature is high, to prevent the determination temperature from being exceeded, and to reduce the period of control (derating control) for reducing the output for safety.
また、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、インバータ10のスイッチング素子等を含むチップ(MOSFET/IGBT)のチップ温度40bが判定温度を超えたら振動トルク指令値の加算を止めると判断しても良い。
チップ温度40bは、制御装置内部の温度センサで検出し、制御装置内部の温度判定部39でチップ温度が判定温度を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部38に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、チップ温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。
In addition to the condition that the torque command value is negative, if the
The
As described above, the loss is large when the vibration suppression control is present. By performing this control, it is possible to suppress a loss when the chip temperature is high, to prevent the determination temperature from being exceeded, and to reduce a control (derating control) period during which the output is reduced for safety.
また、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、電流センサ温度40cが判定温度を超えたら振動トルク指令値の加算を止めると判断しても良い。
電流センサ温度40aは、電流センサに取り付けられたサーミスタで検出し、制御装置内部の温度判定部39で電流センサ温度40aが判定温度を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部38に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、モータコイル温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。
In addition to the condition that the torque command value is negative, it may be determined that the addition of the vibration torque command value is stopped when the
The
As described above, the loss is large when the vibration suppression control is present. By carrying out this control, it is possible to suppress a loss when the motor coil temperature is high, to prevent the determination temperature from being exceeded, and to reduce the period of control (derating control) for reducing the output for safety.
上記モータコイル温度40a、チップ温度40b、電流センサ温度40cが判定温度を超えた場合、トルク指令値がマイナスだけでなく、力行動作の場合も振動トルク指令値の加算を止めると判断する。
発熱箇所の状態に応じて、振動抑制制御の実施有無を決めるため、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。
また、モータに減磁が起こらないよう設定された判定温度にマージンを持たせ、0.9掛けした値を判定温度としてもよい。
When the
Since whether or not to perform vibration suppression control is determined according to the state of the heat generation location, it is possible to reduce the period of control (derating control) for reducing output for safety.
In addition, a margin may be given to the determination temperature set so as not to cause demagnetization in the motor, and a value obtained by multiplying 0.9 may be used as the determination temperature.
〔その他の実施の形態〕
本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Other Embodiments]
Other embodiments of the present invention will be described. Note that the configuration of each embodiment described below is not limited to being applied independently, and can be applied in combination with the configuration of other embodiments as long as no contradiction arises.
上記の各実施の形態においては、回転電機2は、電気自動車の駆動力源とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機2は、内燃機関を備えたハイブリッド自動車の駆動力源とされてもよく、或いは車両以外の装置の駆動力源とされてもよい。
In each of the embodiments described above, the case where the rotating
上記の各実施の形態においては、回転電機2は、永久磁石式同期回転電機とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機2は、誘導回転電機などの各種の回転電機とされてもよい。
In each of the above-described embodiments, the case where the rotating
本発明は、回転電機の出力トルクにトルク振動成分を重畳させる回転電機の制御装置に好適に利用することができる。
本発明は、ハイブリッド車両にも適用でき、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The present invention can be suitably used for a control device for a rotating electrical machine that superimposes a torque vibration component on the output torque of the rotating electrical machine.
The present invention can also be applied to a hybrid vehicle, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 Within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.
1 制御装置、11 電流センサ、13 温度センサ、30 基本トルク指令算出部、31 振動指令算出部、32 最終トルク指令算出部、38 振幅加算有無判断部、39 温度判定部、Ab 基本振幅、Ka 振幅減少係数、Tcb 基本トルク指令値、Tcf 最終トルク指令値
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記振動指令算出部は、前記基本トルク指令値に前記振動トルク指令値の振幅を加算した振動最大値が前記上限指令値より大きくなる場合に、前記振動最大値が前記上限指令値を超えないように、前記振動トルク指令値の加算を止める振動加算有無判断部を有している回転電機の制御装置において、
前記振動加算有無判断部は、前記回転電機の発電動作中は、前記振動トルク指令値の加算を止めることを特徴とする回転電機の制御装置。 A basic torque command calculation unit that calculates a basic torque command value that is a basic command value of torque to be output to the rotating electrical machine, a vibration command calculation unit that calculates a vibration torque command value that is a torque command value that vibrates at a vibration frequency, and A value obtained by calculating an additional torque command value obtained by adding the vibration torque command value to the basic torque command value, and upper-limiting the additional torque command value by an upper limit command value set in advance corresponding to the maximum output torque of the rotating electrical machine A final torque command calculation unit that calculates a final torque command value for commanding the rotating electrical machine,
The vibration command calculation unit may prevent the vibration maximum value from exceeding the upper limit command value when a vibration maximum value obtained by adding the amplitude of the vibration torque command value to the basic torque command value is larger than the upper limit command value. In addition, in a control device for a rotating electrical machine having a vibration addition presence / absence determining unit that stops addition of the vibration torque command value,
The control device for a rotating electrical machine, wherein the vibration addition presence / absence determining unit stops the addition of the vibration torque command value during a power generation operation of the rotating electrical machine.
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