WO2007125669A1

WO2007125669A1 - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

Info

Publication number: WO2007125669A1
Application number: PCT/JP2007/052857
Authority: WO
Inventors: Isao Fujiwara; Zhiqian Chen
Original assignee: Aisin Aw Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2007-11-08
Also published as: CN101341651B; CN101341651A; DE112007000033T5; JP2007274844A; US7489099B2; JP4466600B2; US20070241715A1

Abstract

制御系の特性が変化するのを防止することができ、電動機械を安定させて駆動することができるようにする。電動機械目標トルクに基づいて電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、電流指令値と電動機械に供給される電流との電流偏差を算出する偏差算出処理手段と、電流が変化したときの変化量が互いに異なる第１、第２のインダクタンスを算出するパラメータ算出処理手段と、干渉項の演算を行う干渉項演算処理手段と、比例項及び積分項の演算を行う比例積分項演算処理手段と、電圧指令値を算出する電圧指令値調整処理手段とを有する。広範囲の運転領域に対して制御系の特性を一定にすることができる。

Description

明細書

電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

技術分野

[0001] 本発明は、電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、電動車両、例えば、電気自動車においては、電動機械として駆動モータが配設され、ハイブリッド型車両においては、第 1、第 2の電動機械として駆動モータ及び発電機が配設されるようになつている。そして、前記駆動モータ及び発電機は、いずれも、回転自在に配設され、 N極及び S極の永久磁石から成る磁極対を備えた口ータ、該ロータより径方向外方に配設され、 U相、 V相及び W相のステータコイルを備えたステータ等を備える。

[0003] そして、駆動モータ又は発電機を駆動し、駆動モータのトルクである駆動モータトルク、又は発電機のトルクである発電機トルクを発生させるために、電動駆動装置が配設される。駆動モータを駆動するために駆動モータ制御装置が、発電機を駆動するために発電機制御装置が、電動機械制御装置として配設され、前記駆動モータ制御装置及び発電機制御装置にお!ヽて発生させられた U相、 V相及び W相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、 U相、 V相及び W相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータトルクを発生させたり、

発電機トルクを発生させたりするようになって、る。

[0004] 前記駆動モータ制御装置においては、ロータにおける磁極対の方向に d軸を、該 d 軸と直角の方向に q軸をそれぞれ採った d— q軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。そのために、前記駆動モータ制御装置は、各ステータコイルに供給される電流、ロータの磁極位置、インバータの入口の直流電圧等を検出し、検出された電流、すなわち、検出電流を磁極位置に基づいて d軸電流及び q 軸電流に変換し、続いて、電流指令値マップを参照して d軸電流及び q軸電流の目標値を表す d軸電流指令値及び q軸電流指令値を算出し、前記 d軸電流と d軸電流指令値との偏差、 q軸電流と q軸電流指令値との偏差、及び駆動モータのパラメータに基づ!/、て d軸電圧及び q軸電圧の目標値を表す d軸電圧指令値及び q軸電圧指令値を算出するようにしている。

[0005] そして、前記電流指令値マップには、駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク、前記直流電圧及び角速度に対応させて d軸電流指令値及び q軸電流指令値が記録される。なお、前記パラメータは、逆起電圧定数 MIf、各ステータコイルの卷線抵抗 Ra、インダクタンス Ld、 Lq等力も成り、 d軸と q軸との間の干渉を抑制するために、干渉項の演算を行うのに使用される（例えば、特許文献 1参照。 ) o

特許文献 1：特開平 11— 150996号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、前記従来の電動機械制御装置においては、駆動モータ又は発電機の駆動状態によって前記インダクタンス Ld、 Lqが変動し、制御系の特性が変化してしま、、駆動モータ又は発電機を安定させて駆動することができな、。

[0007] 本発明は、前記従来の電動機械制御装置の問題点を解決して、制御系の特性が変化するのを防止することができ、電動機械を安定させて駆動することができる電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] そのために、本発明の電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記電流指令値と前記電動機械に供給される電流との電流偏差を算出する偏差算出処理手段と、前記電流が変化したときの変化量が互いに異なる第 1、第 2のインダクタンスを算出するパラメータ算出処理手段と、前記第 1のインダクタンスに基づ！、て干渉項の演算を行う干渉項演算処理手段と、前記電流偏差及び第 2のインダクタンスに基づ 1、て比例項及び積分項の演算を行う比例積分項演算処理手段と、前記干渉項、比例項及び積分項に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値調整処理手段とを有する。

[0009] 本発明の他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記第 1のインダクタンスは、磁束を電流で除算した値である。

[0010] 本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記第 2のインダクタンスは、磁束を電流で微分した値である。

[0011] 本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記パラメータ算出処理手段は、電圧速度比及び電動機械目標トルクに対応する第 1、第 2のインダクタンスを算出する。

[0012] 本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記比例積分項演算処理手段

は、第 2のインダクタンスに基づ、て比例項演算用のゲインを算出する。

[0013] 本発明の電動駆動制御方法においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて電流指令値を算出し、該電流指令値と前記電動機械に供給される電流との電流偏差を算出し、前記電流が変化したときの変化量が互いに異なる第 1、第 2のインダクタンスを算出し、前記第 1のインダクタンスに基づいて干渉項の演算を行! \前記電流偏差及び第 2のインダクタンスに基づ、て比例項及び積分項の演算を行い、前記干渉項、比例項及び積分項に基づいて電圧指令値を算出する。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記電流指令値と前記電動機械に供給される電流との電流偏差を算出する偏差算出処理手段と、前記電流が変化したときの変化量が互いに異なる第 1、第 2のインダクタンスを算出するパラメータ算出処理手段と、前記第 1のインダクタンスに基づいて干渉項の演算を行う干渉項演算処理手段と、前記電流偏差及び第 2のインダクタンスに基づ、て比例項及び積分項の演算を行う比例積分項演算処理手段と、前記干渉項、比例項及び積分項に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値調整処理手段とを有する。

[0015] この場合、前記第 1のインダクタンスに基づいて干渉項の演算が行われ、前記電流偏差及び第 2のインダクタンスに基づいて比例項及び積分項の演算が行われるので、広範囲の運転領域に対して制御系の特性を一定にすることができ、電動機械制御装1—置の安定性を高くすることができる。また、電流を電流指令値にするための電動機械制御装置の応答性を高くすることができる。

[0016] したがって、電動機械の駆動状態によって、制御系の特性が変化することがなくなり、電動機械を安定させて駆動することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の実施の形態における電流制御部のブロック図である。

[図 2]本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図である。

[図 3]本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図である。

[図 4]本発明の実施の形態における最大駆動モータ目標トルクマップを示す図である

[図 5]本発明の実施の形態における第 1の電流指令値マップを示す図である。

[図 6]本発明の実施の形態における第 2の電流指令値マップを示す図である。

[図 7]本発明の実施の形態における駆動モータの特性図である。

[図 8]本発明の実施の形態におけるスタティックインダクタンスの特性図である。

[図 9]本発明の実施の形態におけるダイナミックインダクタンスの特性図である。

[図 10]本発明の実施の形態における第 1のインダクタンスマップを示す図である。

[図 11]本発明の実施の形態における第 2のインダクタンスマップを示す図である。符号の説明

駆動モータ

53 d軸電流指令値算出部

54 q車由電流指令値算出部

81、 86 減算器

82、 87 PI項演算部

83、 88 干渉項演算部

84、 89 インダクタンス算出部

85、 90 加算器発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としての電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載され、電動機械として駆動モータを駆動するようにした電動駆動装置、及び該電動駆動装置を作動させるための電動駆動制御装置について説明する。

[0020] 図 1は本発明の実施の形態における電流制御部のブロック図、図 2は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図、図 3は本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図、図 4は本発明の実施の形態における最大駆動モータ目標トルクマップを示す図、図 5は本発明の実施の形態における第 1の電流指令値マップを示す図、図 6は本発明の実施の形態における第 2の電流指令値マップを示す図、図 7は本発明の実施の形態における駆動モータの特性図、図 8は本発明の実施の形態におけるスタティックインダクタンスの特性図、図 9は本発明の実施の形態におけるダイナミックインダクタンスの特性図、図 10は本発明の実施の形態における第 1のインダクタンスマップを示す図、図 1 1は本発明の実施の形態における第 2のインダクタンスマップを示す図である。なお、図 4において、横軸に角速度 ωを、縦軸に最大駆動モータ目標トルク TMmax*を、図 5において、横軸に駆動モータ 31のトルクである駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク TM*を、縦軸に d軸電流指令値 id*を、図 6において、横軸に d軸電流指令値 id*を、縦軸に q軸電流指令値 iq*を、図 7にお、て、横軸に d (q)軸電流 id (iq)を、縦軸に磁束 φ d ( ( q)を、図 8において、横軸に d (q)軸電流 id (iq)を、縦軸にスタティックインダクタンス Lds (Lqs)を、図 9において、横軸に d (q)軸電流 id (iq)を、縦軸にダイナミックインダクタンス Ldd (Lqd)を、図 10において、横軸に駆動モータ目標トルク TM*を、縦軸にスタティックインダクタンス Lds (Lqs)を、図 1 1において、横軸に駆動モータ目標トルク TM*を、縦軸にダイナミックインダクタンス Ldd (Lqd)を採ってある。

[0021] 図において、 31は駆動モータであり、該駆動モータ 31は、例えば、電気自動車の駆動軸等に取り付けられ、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータを備える。前記ロータは、ロータコア、及びロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石を備え、該永久磁石の S極及び N極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成されたステータコア、並びに前記ティースに卷装された U相、 V相及び W相のコイルとしてのステータコイル 11〜 13を備える。

[0022] 前記ロータの出力軸に、該ロータの磁極位置を検出するための磁極位置検出部として磁極位置センサ 21が配設され、該磁極位置センサ 21は、センサ出力として磁極位置信号 SG Θを発生させ、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置 45に送る。なお、磁極位置検出部として前記磁極位置センサ 21に代えてレゾルバを配設し、該レゾルバによって磁極位置信号を発生させることができる。

[0023] そして、前記駆動モータ 31を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ 14 からの直流の電流が、電流発生装置としてのインバータ 40によって相電流、すなわち、 U相、 V相及び W相の電流 Iu、 Iv、 Iwに変換され、各相の電流 Iu、 Iv、 Iwはそれぞれ各ステータコイル 11〜 13に供給される。

[0024] そのために、前記インバータ 40は、 6個のスイッチング素子としてのトランジスタ Trl 〜Tr6を備え、ドライブ回路 51にお、て発生させられた駆動信号を各トランジスタ Tr l〜Tr6に送り、各トランジスタ Trl〜Tr6を選択的にオン'オフさせることによって、前記各相の電流 Iu、 Iv、 Iwを発生させることができるようになつている。前記インバータ 40として、 2〜6個のスイッチング素子を一つのパッケージに組み込むことによって形成された IGBT等のパワーモジュールを使用したり、 IGBTにドライブ回路等を組み込むことによって形成された IPMを使用したりすることができる。

[0025] 前記バッテリ 14からインバータ 40に電流を供給する際の入口側に電圧検出部としての電圧センサ 15が配設され、該電圧センサ 15は、インバータ 40の入口側の直流電圧 Vdcを検出し、駆動モータ制御装置 45に送る。なお、直流電圧 Vdcとしてバッテリ電圧を使用することもでき、その場合、前記バッテリ 14に電圧検出部としてバッテリ電圧センサが配設される。

[0026] そして、前記駆動モータ 31、インバータ 40、ドライブ回路 51、図示されない駆動輪等によって電動駆動装置が構成される。また、 17はコンデンサである。

[0027] ところで、前記ステータコイル 11〜13はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流 Iu、 Iv、 Iwを制御するために、例えば、 U相及び V相のステータコイル 11 、 12のリード線に、 U相及び V相の電流 Iu、 Ivを検出する電流検出部としての電流センサ 33、 34が配設され、該電流センサ 33、 34は、検出された電流を検出電流 iu、 iv として駆動モータ制御装置 45に送る。

[0028] 該駆動モータ制御装置 45には、コンピュータとして機能する図示されない CPUのほ力に、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするための RAM、 ROM 等の図示されない記録装置が配設され、該記録装置に第 1、第 2の電流指令値マツプが設定される。なお、 CPUに代えて MPUを使用することができる。

[0029] そして、前記 ROMには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっている力プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設されたノヽードディスク等の他の記録媒体に記録することもできる。その場合、例えば、前記駆動モータ制御装置 45 にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録する。したがって、外部の記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することができる。

[0030] 次に、前記駆動モータ制御装置 45の動作について説明する。

[0031] まず、前記駆動モータ制御装置 45の図示されない位置検出処理手段は、位置検出処理を行い、前記磁極位置センサ 21から送られた磁極位置信号 SG Θを読み込み、該磁極位置信号 SG Θに基づいて磁極位置 Θを検出する。また、前記位置検出処理手段の回転速度算出処理手段は、回転速度算出処理を行い、前記磁極位置信号 SG Θに基づいて駆動モータ 31の角速度 ωを算出する。なお、前記回転速度算出処理手段は、磁極数を ρとしたとき、前記角速度 ωに基づいて駆動モータ 31の回転速度である駆動モータ回転速度 ΝΜ

ΝΜ = 60· (2/ρ) · ω /2 π

も算出する。該駆動モータ回転速度 ΝΜによって電動機械回転速度が構成される。

[0032] また、前記駆動モータ制御装置 45の図示されない検出電流取得処理手段は、検出電流取得処理を行い、前記検出電流 iu、 ivを読み込んで取得するとともに、検出電流、 ivに基づいて検出電流 iw

iw=— iu— iv

を算出することによって取得する。

[0033] 次に、前記駆動モータ制御装置 45の図示されない駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ制御処理を行い、駆動モータ目標トルク TM*、検出電流 iu、 iv、 iw、磁極位置 Θ、直流電圧 Vdc等に基づいて駆動モータ 31を駆動する。なお、本実施の形態においては、前記駆動モータ制御装置 45において、ロータにおける磁極対の方向に d軸を、該 d軸と直角の方向に q軸をそれぞれ採った d—q軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになつている。

[0034] そのために、前記駆動モータ制御装置 45の図示されない車速検出処理手段は、車速検出処理を行い、前記駆動モータ回転速度 NMに基づいて、駆動モータ回転速度 NMに対応する車速 Vを検出し、検出された車速 Vを、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置に送る。そして、該車両制御装置の車両用指令値算出処理手段は、車両用指令値算出処理を行い、前記車速 V及びアクセル開度 aを読み込み、車速 V及びアクセル開度 aに基づいて車両要求トルク TO*を算出し、該車両要求トルク TO*に対応させて駆動モータ目標トルク TM*を発生させ、前記駆動モータ制御装置 45に送る。

[0035] そして、該駆動モータ制御装置 45にお、て、前記駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ目標トルク TM*に基づいて駆動モータ 31を駆動するために、トルク指令値制限処理手段としてのトルク指令値制限部 22、電流指令値設定処理手段としての電流指令値設定部 46、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御部 47、電圧指令値設定処理手段としての電圧指令値設定部 48、三相二相変換部 49、及び出力信号発生処理手段としての PWM発生器 50を備える。

[0036] 前記電流指令値設定部 46は、電流指令値設定処理を行うために、第 1の軸電流指令値設定処理手段として、 d軸電流指令値算出部 (最大トルク制御部) 53及び減算器 55を、第 2の軸電流指令値設定処理手段として q軸電流指令値算出部 (等トルク制御部） 54を備え、 d軸電流指令値算出部 53及び減算器 55は、第 1の軸電流指令値設定処理を行い、 d軸電流 idの目標値を表す第 1の電流指令値としての d軸電流指令値 id*を算出し、前記 q軸電流指令値算出部 54は、第 2の軸電流指令値設定処理を行い、 q軸電流 iqの目標値を表す第 2の電流指令値としての q軸電流指令値 i q*を算出する。なお、前記 d軸電流指令値算出部 53によって第 1の電流指令値算出処理手段及び最大トルク制御処理手段が、 q軸電流指令値算出部 54によって第 2の電流指令値算出処理手段及び等トルク制御部処理手段が、前記減算器 55によって電流指令値調整処理手段が構成される。

[0037] また、前記弱め界磁制御部 47は、弱め界磁制御処理を行うために、電圧飽和指標算出処理手段としての減算器 58、及び電圧飽和判定処理手段としての、かつ、弱め界磁電流算出処理手段としての d軸電流調整制御部 59を備え、弱め界磁制御処理を行い、直流電圧 Vdc (又はバッテリ電圧）が低くなつたり、角速度 ω (又は駆動モータ回転速度 ΝΜ)が高くなつたりすると、自動的に弱め界磁制御を行う。なお、前記 d 軸電流調整制御部 59は積分器によって構成される。

[0038] そして、前記三相二相変換部 49は、三相 Z二相変換を行ヽ、磁極位置 Θを読み込み、検出電流 iu、 iv、 iwを d軸電流 id及び q軸電流 iqに変換し、 d軸電流 id及び q軸電流 iqを実電流として算出し、電圧指令値設定部 48に送る。

[0039] 該電圧指令値設定部 48は、電圧指令値設定処理を行うために、電流制御処理手段としての、かつ、軸電圧指令値設定処理手段としての電流制御部 61、及び電圧制御処理手段

としての、かつ、第 2の相変換処理手段としての電圧制御部 62を備える。

[0040] また、前記 PWM発生器 50は、出力信号発生処理を行い、パルス幅変調信号 Mu

、 Mv、 Mwを出力信号として発生させ、前記ドライブ回路 51に送る。

[0041] 該ドライブ回路 51は、前記各相のパルス幅変調信号 Mu、 Mv、 Mwを受けて 6個の駆動信号を発生させ、該各駆動信号をインバータ 40に送る。該インバータ 40は、前記パルス幅変調信号 Mu、 Mv、 Mwに基づいて、トランジスタ Trl〜Tr6をスィッチングして各相の電流 Iu、 Iv、 Iwを発生させ、該各相の電流 Iu、 Iv、 Iwを前記駆動モータ 31の各ステータコイル 11〜 13に供給する。

[0042] このように、駆動モータ目標トルク TM*に基づ、てトルク制御が行われ、駆動モータ 31が駆動されて電気自動車が走行させられる。 [0043] 次に、前記電流指令値設定部 46の動作について説明する。

[0044] この場合、前記電流指令値設定部 46は、駆動モータ目標トルク TM*、角速度 ω及び直流電圧 Vdcを読み込み、 d軸電流指令値 id*及び q軸電流指令値 iq*を算出する

[0045] そのために、前記車両用指令値算出処理手段から駆動モータ制御装置 45に駆動モータ目標トルク TM*が送られると、前記トルク指令値制限部 22は、トルク指令値制限処理を行！ヽ、前記直流電圧 Vdc、角速度 ω及び駆動モータ目標トルク ΤΜ*を読み込み、前記記録装置に設定された図 4の最大駆動モータ目標トルクマップを参照し、前記直流電圧 Vdc及び角速度 ωに対応する最大駆動モータ目標トルク TMmax *を読み込み、駆動モータ目標トルク TM*が最大駆動モータ目標トルク TMmax*を超えないように制限する。

[0046] 前記最大駆動モータ目標トルクマップにお、て、角速度 ωが所定の値 ω 1以下である場合、最大駆動モータ目標トルク TMmax*は一定の値を採り、角速度 ωが値 ω 1を超えると、最大駆動モータ目標トルク TMmax*は曲線状に小さくされる。角速度 ωが値 ω 1を超える領域にぉ、て、最大駆動モータ目標トルク TMmax*は、直流電圧 Vdcが高いほど大きぐ直流電圧 Vdcが低いほど小さく設定される。なお、前記最大駆動モータ目標トルクマップによって最大電動機械目標トルクマップが、前記最大駆動モータ目標トルク TMmaxによって最大電動機械目標トルクが構成される。

[0047] 続いて、前記 d軸電流指令値算出部 53は、第 1の電流指令値算出処理及び最大トルク制御処理を行い、前記トルク指令値制限部 22において制限された駆動モータ目標トルク TM*を読み込み、前記記録装置に設定された図 5の第 1の電流指令値マツプを参照し、前記駆動モータ目標トルク TM*に対応する d軸電流指令値 id*を読み出すことによって算出し、該 d軸電流指令値 id*を減算器 55に送る。

[0048] この場合、前記第 1の電流指令値マップにお!、て、 d軸電流指令値 id*は、駆動モータ目標トルク TM*を達成するために電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように設定される。そして、前記第 1の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルク TM*が正又は負の値を採るのに対して、 d軸電流指令値 id*は負の値を採り、駆動モータ目標トルク TM*が零 (0)である場合、 d軸電流指令値 id*は零にされ、駆動モータ目標トルク TM*が正又は負の方向に大きくなるにつれて d軸電流指令値 id*は負の方向に大きくなるように設定される。

[0049] このようにして、 d軸電流指令値 id*が算出されると、前記 q軸電流指令値算出部 54 は、第 2の電流指令値算出処理及び等トルク制御部処理を行い、前記トルク指令値制限部 22にお、て制限された駆動モータ目標トルク TM*、及び減算器 55から送られた d軸電流指令値 id*を読み込み、図 6の第 2の電流指令値マップを参照し、駆動モータ目標トルク TM*及び d軸電流指令値 id*に対応する q軸電流指令値 iq*を読み出すことによって算出し、該 q軸電流指令値 iq*を前記電流制御部 61に送る。

[0050] なお、前記第 2の電流指令値マップにぉ、て、駆動モータ目標トルク TM*が大きくなるほど d軸電流指令値 id*が負の方向に、 q軸電流指令値 iq*が正又は負の方向に大きくなり、駆動モータ目標トルク TM*が小さくなるほど d軸電流指令値 id*が負の方向に小さくなり、 q軸電流指令値 iq*が正又は負の方向に小さくなるように設定される。また、駆動モータ目標トルク TM*が一定の場合、 d軸電流指令値 id*が負の方向に大きくなると、 q軸電流指令値 iq*が正又は負の方向に小さくなる。

[0051] 次に、弱め界磁制御部 47の動作について説明する。

[0052] ところで、前記駆動モータ 31においては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生する力駆動モータ回転速度 NMが高くなるほど駆動モータ 31の端子電圧が高くなり、該端子電圧が閾（しきい)値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータ 31〖こよる出力が不可能になってしまう。

[0053] そこで、前記電圧制御部 62の図示されない変調率算出処理手段は、変調率算出処理を行い、前記 d軸電圧指令値 vd*、 q軸電圧指令値 vq*及び直流電圧 Vdcを読み込み、電圧振幅 I V I

[0054] [数 1]

I V I = V d * + V q * ² ...... ( ι ) を、理論上の最大の電圧 Vmax

Vmax=0. 78 X Vdc

によって除算することにより、変調率 m

[0055] [数 2] m = I v I /Vm a x

= v d * ² + v q *VVm a x ( 2 )

を算出して減算器 58に送る。なお、前記変調率 mは、電圧振幅 | V |の程度を表す値である。

[0056] そして、前記減算器 58は、電圧飽和指標算出処理を行、、前記変調率 mを読み込むとともに、図示されない変調率指令値算出部においてあら力じめ算出された変調率 mの指令値、すなわち、変調率指令値 kを読み込み、電圧飽和の程度を表す指標である電圧飽和指標 Δ m

Am=m— k

を算出し、電圧飽和指標 Δπιを d軸電流調整制御部 59に送る。

[0057] 続、て、該 d軸電流調整制御部 59は、電圧飽和判定処理及び弱め界磁電流算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和指標 Amを積算し、積算値∑ Amを算出し、該積算値∑ Amが正の値を採るかどうかによつて電圧飽和が生じているかどうかを判断し、積算値∑ Amが正の値を採り、電圧飽和が生じている場合、積算値∑ Amに比例定数を乗

算して弱め界磁制御を行うための調整値としての弱め界磁電流 Aidを算出して設定し、積算値∑ Δπιが零以下の値を採り、電圧飽和が生じていない場合、前記弱め界磁電流 Aidを零にする。

[0058] そして、弱め界磁電流 Aidは減算器 55に送られ、該減算器 55は、弱め界磁電流

Aidを受けると、電流指令値調整処理を行い、前記 d軸電流指令値 id*から弱め界磁電流 Δ idを減算することによって d軸電流指令値 id*を調整し、調整した d軸電流指令値 id*を電流制御部 61に送る。

[0059] この場合、弱め界磁電流 Δ idが零の値を採るとき、実質的に d軸電流指令値 id*の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、弱め界磁電流 Aidが正の値を採るとき、 d軸電流指令値 id*は調整されて値が負の方向に大きくされ、弱め界磁制御が行われる。

[0060] したがって、図 6に示されるように、減算器 55に送られた d軸電流指令値 id*の値が i da*であるときに、弱め界磁電流 Aidが零であって弱め界磁制御が行われない場合は、 q軸電流指令値算出部 54において、値 ida*に対応する q軸電流指令値 iq*の値 i qa*が読み出される。これに対して、弱め界磁電流 A idが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、例えば、減算器 55及び q軸電流指令値算出部 54において、 d 軸電流指令値 id*は、負の方向に弱め界磁電流 A idだけ大きい値 idb*にされる。したがって、 q軸電流指令値算出部 54において q軸電流指令値 iq*は値 iqa*より正の方向に小さくされて、値 iqb*になる。

[0061] 続いて、前記電圧指令値設定部 48の動作について説明する。

[0062] 前記電流制御部 61は、電流制御処理及び軸電圧指令値設定処理を行!、、減算器 55を介して d軸電流指令値算出部 53から送られた d軸電流指令値 id*及び q軸電流指令値算出部 54から送られた q軸電流指令値 iq*を受け、三相二相変換部 49から前記 d軸電流 id及び q軸電流 iqを受けるとともに、駆動モータ目標トルク TM*及び電圧速度比 VdcZ oを読み込んでフィードバック制御を行う。なお、前記駆動モータ制御装置 45の図示されない運転状態変数算出処理手段は、運転状態変数算出処理を行い、直流電圧 Vdcを角速度 ωで除算することによって、駆動モータ 31の運転状態を表す変数として、前記電圧速度比 VdcZ coを算出する。

[0063] そして、前記フィードバック制御において、前記電流制御部 61は、前記 d軸電流指令値 id*及び q軸電流指令値 iq*に基づいて、第 1、第 2の軸電圧指令値としての d軸電圧指令値 vd*及び q軸電圧指令値 vqを算出し、設定する。

[0064] そのために、電流制御部 61は、前記 d軸電流指令値 id*と d軸電流 idとの電流偏差

A id,及び q軸電流指令値 iq*と q軸電流 iqとの電流偏差 A iqを算出し、各電流偏差 A id, A iq及び駆動モータ 31のパラメータに基づいて、比例制御及び積分制御から成る比例積分項演算を行う。

[0065] そして、前記電圧制御部 62は、電圧制御処理及び相電圧指令値設定処理を行!ヽ、 d軸電圧指令値 vd*、 q軸電圧指令値 vq*、直流電圧 Vdc及び磁極位置 Θを読み込み、二 Z三相変換によって、第 1〜第 3の相電圧指令値としての電圧指令値 vu*、 vv*、 vw*を算出し、 PWM発生器 50に送る。

[0066] なお、前記 d軸電圧指令値 vd*、 q軸電圧指令値 vq*及び電圧指令値 vu*、 vv*、 v w*によって電圧指令値が構成される。 [0067] ところで、前記パラメータは、逆起電圧定数 MIf、各ステータコイルの卷線抵抗 Ra、インダクタンス Ld、 Lq等力成り、 d軸と q軸との間の干渉を抑制するために、干渉項の演算を行うのに使用される。

[0068] ところが、駆動モータ 31を駆動する際の運転状態によって前記インダクタンス Ld、

Lqが変動するが、それに伴って、制御系の特性が変化すると、駆動モータ 31を安定させて駆動することができな!/、。

[0069] そこで、本実施の形態においては、前記インダクタンス Ld、 Lqとして、第 1のインダクタンスとしてのスタティックインダクタンス Lds、 Lqsを使用し、第 2のインダクタンスとしてのダイナミックインダクタンス Ldd、 Lqdを使用するようにして!/、る。

[0070] 次に、スタティックインダクタンス Lds、 Lqs及びダイナミックインダクタンス Ldd、 Lqd について説明する。

[0071] ところで、電圧速度比 VdcZ ωを一定にして、 d軸電流 id (q軸電流 iq)を零から大きくしていくときに、コイルによって発生させられる磁束 (^ d q)を測定すると、図 7に示されるように、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が大きくなるのに伴って磁束 φ d ( φ q)が大きくなることが分かる。また、磁束 φ d ( φ q)は d軸電圧 vd (q軸電圧 vq)に比例する。したがって、 d軸電流 id(q軸電流 iq)が小さい領域においては、 d軸電流 id (q軸電流 i q)がわずかに変化するだけで、磁束 φ d ( φ q)を大きく変化させ、 d軸電圧 vd (q軸電圧 vq)を大きく変化させることができる。これに対して、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が大き V、領域にお、ては、 d軸電流 id (q軸電流 iq)を変化させても、磁束 φ d ( φ q)はほとんど変化させることができず、 d軸電圧 vd (q軸電圧 vq)を変化させることができな、。

[0072] そこで、磁束 φ d ( φ q)を d軸電流 id (q軸電流 iq)で除算したものをスタティックインダクタンス Lds、 Lqsとすると、

Lds = φ dZ id

Lqs= φ q/iq

になり、図 8に示されるような、 d軸電流 id (q軸電流 iq)とスタティックインダクタンス Lds 、 Lqsとの関係を得ることができる。この場合、 d軸電流 id (q軸電流 iq)を零から大きくしたときのスタティックインダクタンス Lds、 Lqsは、わずかずつ小さくなる。

[0073] また、磁束 φ d ( φ q)を d軸電流 id (q軸電流 iq)で微分したものをダイナミックインダクタンス Ldd、 Lqdとすると、

[0074] [数 3]

ά φ ά

L d d = ( 3 )

d i d

ά q

d i q

になり、図 9に示されるような、 d軸電流 id (q軸電流 iq)とダイナミックインダクタンス Ld d、 Lqdとの関係を得ることができる。この場合、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が小さい領域においては、ダイナミックインダクタンス Ldd、 Lqdが大きくな

り、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が大きい領域においては、ダイナミックインダクタンス Ldd 、 Lqdが小さくなり、また、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が小さい領域で、 d軸電流 id (q軸電流 iq)の変化量に対する d軸電圧指令値 vd* (q軸電圧指令値 vq* )の変化量を大きくし、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が大きい領域で、 d軸電流 id (q軸電流 iq)の変化量に対する d軸電圧指令値 vd* (q軸電圧指令値 vq* )の変化量を小さくすることができる。

[0075] このように、前記スタティックインダクタンス Lds、 Lqs及びダイナミックインダクタンス Ldd、 Lqdは、 d軸電流 id (q軸電流 iq)が変化したときの変化量が互いに異ならせられる。なお、前記スタティックインダクタンス Lds、 Lqs及びダイナミックインダクタンス L dd、 Lqdを算出するに当たり、前記磁束 φ d ( φ q)としては計算値又は推定値が使用される。

[0076] 次に、前記電流制御部 61の詳細について説明する。

[0077] 図 1に示されるように、電流制御部 61は、第 1、第 2の電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出部 78、 79を備える。

[0078] 該電圧指令値算出部 78は、第 1の偏差算出処理手段としての減算器 81、第 1の比例積分項演算処理手段としての PI項演算部 82、第 1の干渉項演算処理手段としての干渉項演算部 83、第 1のパラメータ算出処理手段としてのインダクタンス算出部 (L d iVdc/ ω , TM* ) ) 84、及び第 1の電圧指令値調整処理手段としての加算器 85を備え、 d軸電流 idと d軸電流指令値 id*との偏差を表す電流偏差 A idに基づいて、 d 軸電流 idが d軸電流指令値 id*になるようにフィードバック制御を行う。

[0079] また、電圧指令値算出部 79は、第 2の偏差算出処理手段としての減算器 86、第 2 の比例積分項演算処理手段としての PI項演算部 87、第 2の干渉項演算処理手段としての干渉項演算部 88、第 2のパラメータ算出処理手段としてのインダクタンス算出部 (Lq (Vdc/ ω , TM* ) ) 89、及び第 2の電圧指令値調整処理手段としての加算器 90を備え、 q軸電流 iqと q軸電流指令値 iq*との偏差を表す電流偏差 Δ iqに基づ、て、 q軸電流 iqが q軸電流指令値 iq*になるようにフィードバック制御を行う。

[0080] そのために、前記電圧指令値算出部 78において、前記減算器 81は、偏差算出処理を行い、 d軸電流 id及び d軸電流指令値 id*を読み込み、電流偏差 A idを算出し、 PI項演算部 82に送る。

[0081] ところで、電圧指令値算出部 78においてフィードバック制御を行うに当たり、 d軸電流 idが小さ、領域にお、ては、 d軸電流 idの変化量に対する d軸電圧指令値 vd*の変化量を大きくするのが好ましぐ d軸電流 idが大きい領域においては、 d軸電流 idの変化量に対する d軸電圧指令値 vd*の変化量を小さくするのが好ましい。

[0082] そのために、インダクタンス算出部 84は、第 1のパラメータ算出処理を行い、電圧速度比 VdcZ ω及び駆動モータ目標トルク ΤΜ*を読み込み、図 10及び 11のインダクタンスマップを参照し、 d軸上のスタティックインダクタンス Lds、及び d軸上のダイナミックインダクタンス Lddを算出し、スタティックインダクタンス Ldsを干渉項演算部 83に、ダイナミックインダクタンス Lddを PI項演算部 82に送るようにして、る。

[0083] そして、 PI項演算部 82は、第 1の比例積分項演算処理を行!、、電流偏差 Δ id及びダイナミックインダクタンス Lddを読み込み、電流偏差 Δ id及びダイナミックインダクタンス Lddに基づいて電圧降下 Vzdを算出し、加算器 85に送る。そのために、前記 PI項演算部 82は、比例項演算処理手段としての比例項演算部、積分項演算処理手段としての積分項演算部、及び電圧降下算出処理手段としての加算器を備える。

[0084] そして、前記比例項演算部は、比例項演算処理を行、、ダイナミックインダクタンス Lddに従って、ダイナミックインダクタンス Lddの関数で表される比例項演算用のゲイン Gpd (Ldd)を算出し、電流偏差 Δ id及びゲイン Gpd (Ldd)に基づ、て比例項の電圧指令値を表す電圧降下 Vzdp

Vzdp = Gpd (Ldd) · A id

を比例項演算値として算出する。また、前記積分項演算部は、積分項演算処理を行、、電流偏差 Δ id及び積分項演算用のゲイン Gidに基づ、て積分項の電圧指令値を表す電圧降下 Vzdi

Vzdi=Gid-∑ A id

を積分項演算値として算出する。さらに、前記加算器 85は、電圧降下算出処理を行い、電圧降下 Vzdp、 Vzdiをカ卩算して、電圧降下 Vzd

Vzd=Vzdp+Vzdi

= Gpd (Ldd) · A idp + Gid-∑ A id

を算出する。

[0085] また、干渉項演算部 83は、第 1の干渉項演算処理を行い、角速度 ω、逆起電圧定数 MIf、 d軸電流指令値 id*及びスタティックインダクタンス Ldsを読み込み、角速度 ω、逆起電圧定数 MIf、 d軸電流指令値 id*及びスタティックインダクタンス Ldsに基づヽて、干渉項の d軸電流 idによって誘起される誘起電圧 eq

eq=— co (MIf+Lds'id* )

を算出し、加算器 90に送る。

[0086] 一方、電圧指令値算出部 79において、減算器 86は、偏差算出処理を行い、 q軸電流 iq及び q軸電流指令値 iq*を読み込み、電流偏差 A iqを算出し、 PI項演算部 87に送る。

[0087] ところで、電圧指令値算出部 79においてフィードバック制御を行うに当たり、 q軸電流 iqが小さ!/、領域にお!、ては、 q軸電流 iqの変化量に対する q軸電圧指令値 vq*の変化量を大きくするのが好ましぐ q軸電流 iqが大きい領域においては、 q軸電流 iqの変化量に対する q軸電圧指令値 V の変化量を小さくするのが好ましい。

[0088] そのために、インダクタンス算出部 89は、第 2のパラメータ算出処理を行い、電圧速度比 VdcZ ω及び駆動モータ目標トルク ΤΜ*を読み込み、図 10及び 11のインダクタンスマップを参照し、 q軸上のスタティックインダクタンス Lqs、及び q軸上のダイナミックインダクタンス Lqdを算出し、スタティックインダクタンス Lqsを干渉項演算部 88に、ダイナミックインダクタンス Lqdを PI項演算部 87に送るようにして、る。

[0089] そして、 PI項演算部 87は、第 2の比例積分項演算処理を行、、電流偏差 Δ iq及びダイナミックインダクタンス Lqdを読み込み、電流偏差 Δ iq及びダイナミックインダクタンス Lqdに基づいて電圧降下 Vzqを算出し、カロ算器 90に送る。そのために、前記 PI 項演算部 87は、比例項演算処理手段としての比例項演算部、積分項演算処理手段としての積分項演算部、及び電圧降下算出処理手段としての加算器を備える。

[0090] そして、前記比例項演算部は、比例項演算処理を行、、ダイナミックインダクタンス Lqdに従って、ダイナミックインダクタンス Lqdの関数で表される比例項演算用のゲイン Gpq (Lqd)を算出し、電流偏差 Δ iq及びゲイン Gpd (Lqd)に基づ!/、て比例項の電圧指令値を表す電圧降下 Vzqp

Vzqp = Gpq (Lqd) · A iq

を比例項演算値として算出する。また、前記積分項演算部は、積分項演算処理を行 V、、電流偏差 Δ iq及び積分項演算用のゲイン Giqに基づ、て積分項の電圧指令値を表す電圧降下 Vzqi

Vzqi = uiq， ϋ A iq

を積分項演算値として算出する。さらに、前記加算器 90は、電圧降下算出処理を行い、電圧降下 Vzqp、 Vzqiをカ卩算して、電圧降下 Vzq

Vzq = Vzqp + Vzqi

= Gpq (Lqd) · A iq + Giq-∑ A iq

を算出する。

[0091] また、干渉項演算部 88は、第 2の干渉項演算処理を行、、角速度 ω、 q軸電流指令値 iq*及びスタティックインダクタンス Lqsを読み込み、角速度 ω、 q軸電流指令値 i q*及びスタティックインダクタンス Lqsに基づ!/、て、干渉項の q軸電流 iqによって誘起される誘起電圧 ed

ed=― ω 'Lqs 'iq

を算出し、加算器 85に送る。

[0092] 続いて、前記加算器 85は、 PI項演算部 82から送られた電圧降下 Vzdとインダクタンス算出部 88から送られた誘起電圧 edとを加算し、出力電圧としての d軸電圧指令値 vd

vd =Vza+ed

=Vza— ω 'Lqs 'iq を算出する。また、加算器 90は、 PI項演算部 87から送られた電圧降下 Vzqと干渉項演算部 83から送られた誘起電圧 eqとを加算し、出力電圧としての q軸電圧指令値 vq * vq =Vzq + eq

=Vzq+ ω (MIf+Lds -id* )

を算出する。

[0093] このようにして、 d軸電流偏差 δ idが零になるように、 d軸電圧指令値 vd*が発生させられ、 q軸電流偏差 δ iqが零になるように、 q軸電圧指令値 vq*が発生させられ、 d 軸電圧指令値 vd*及び q軸電圧指令値 vq*が電圧制御部 62に送られる。

[0094] なお、本実施の形態においては、第 1の干渉項演算処理において、誘起電圧 eqを算出するに当たり、 d軸電流指令値 id*が使用され、第 2の干渉項演算処理において、誘起電圧 edを算出するに当たり、 q軸電流指令値 iq*が使用されるようになっている 1S それぞれ、 d軸電流指令値 id*に代えて d軸電流 idを、 q軸電流指令値 iq*に代えて q軸電流 iqを使用することができる。

[0095] ところで、干渉項には、干渉項に必要なそのときの磁束を求めるために必要なスタテイツクインダクタンスが使用され、 PI項には、比例項ゲインに必要なそのときの磁束の変化量を求めるために必要なダイナミックインダクタンスが使用されるので、駆動モータ 31の駆動状態によって、制御系の特性が変化することがなくなり、広範囲の運転領域に対して制御系の特性を一定にすることができ、駆動モータ 31を安定させて駆動することができる。

[0096] 本実施の形態においては、電動機械としての駆動モータについて説明している力本発

明を電動機械としての発電機に適用することができる。また、電動車両としての電気自動車について説明しているが、本発明をハイブリッド型車両に適用することができる。この場合、ノ、イブリツド型車両には、第 1の電動機械としての駆動モータ、及び第 2の電動機械としての発電機が配設される。

[0097] なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲力排除するものではない。

産業上の利用可能性

ハイブリッド型車両に搭載された電動駆動装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づ!、て電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記電流指令値と前記電動機械に供給される電流との電流偏差を算出する偏差算出処理手段と、前記電流が変化したときの変化量が互いに異なる第 1、第 2のインダクタンスを算出するパラメータ算出処理手段と、前記第 1のインダクタンスに基づいて干渉項の演算を行う干渉項演算処理手段と、前記電流偏差及び第 2のインダクタンスに基づいて比例項及び積分項の演算を行う比例積分項演算処理手段と、前記干渉項、比例項及び積分項に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値調整処理手段とを有することを特徴とする電動駆動制御装置

[2] 前記第 1のインダクタンスは、磁束を電流で除算した値である請求項 1に記載の電動駆動制御装置。

[3] 前記第 2のインダクタンスは、磁束を電流で微分した値である請求項 1に記載の電動駆動制御装置。

[4] 前記パラメータ算出処理手段は、電圧速度比及び電動機械目標トルクに対応する第 1、第 2のインダクタンスを算出する請求項 1に記載の電動駆動制御装置。

[5] 前記比例積分項演算処理手段は、第 2のインダクタンスに基づ、て比例項演算用のゲインを算出する請求項 1に記載の電動駆動制御装置。

[6] 電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づ!、て電流指令値を算出し、該電流指令値と前記電動機械に供給される電流との電流偏差を算出し、前記電流が変化したときの変化量が互いに異なる第 1、第 2のインダクタンスを算出し、前記第 1のインダクタンスに基づ!、て干渉項の演算を行! \前記電流偏差及び第 2のィンダクタンスに基づいて比例項及び積分項の演算を行い、前記干渉項、比例項及び積分項に基づいて電圧指令値を算出することを特徴とする電動駆動制御方法。