WO2023162860A1 - 交流電動機の制御装置およびプログラム - Google Patents

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torque
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range
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PCT/JP2023/005548
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祐輝 久保
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株式会社デンソー
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present disclosure relates to an AC motor control device and program.
  • control device that controls energization of an AC motor based on the rotor rotation angle of the AC motor detected by a rotation angle sensor such as a resolver.
  • the control device disclosed in Patent Document 1 performs rectangular wave voltage control by controlling the voltage phase of the rectangular wave voltage in torque feedback control.
  • the torque calculator calculates an estimated torque value based on the motor power and the electrical angle detected by the rotation angle sensor, and feeds it back to the command torque.
  • Rotation angle sensors such as resolvers generally have an offset error, and depending on the degree of the offset error, torque with the opposite sign to the command torque may be generated in voltage phase control. As a result, there is a possibility that a driving force that is not intended by the user is generated, power balance is out of balance, and drivability is deteriorated.
  • An object of the present disclosure is to provide a control device and program for an AC motor that suppresses the influence of the offset error of the rotation angle sensor on the voltage phase control.
  • a control device for an AC motor includes an inverter, a torque feedback control section, and a switching command generation section.
  • the inverter converts DC power into AC power and supplies the AC power to the AC motor.
  • the torque feedback control unit calculates the voltage phase of the output voltage of the inverter as a manipulated variable for feedback-controlling the torque output by the AC motor.
  • the switching command generator generates a switching command for driving the inverter based on the voltage phase and voltage amplitude calculated by the torque feedback controller.
  • the torque feedback control section has a torque estimation section, a torque controller, a limit range setting section, and a voltage phase limit section.
  • the torque estimator calculates the estimated torque based on the electrical angle detected by the rotation angle sensor.
  • the torque controller calculates the pre-limiting voltage phase so that the torque deviation between the command torque and the estimated torque approaches zero.
  • the limit range setting unit sets the limit range of the voltage phase in the voltage phase-torque map defined according to the system voltage, which is the DC voltage input to the inverter, and the rotation speed of the AC motor.
  • the voltage phase limiting section limits the pre-limiting voltage phase to the voltage phase limiting range specified by the limiting range setting section.
  • the limit range setting unit sets a primary limit range from the primary lower limit phase to the primary upper limit phase within the interval from the minimum torque phase to the maximum torque phase in the voltage phase-torque map.
  • the limit range setting unit adds the maximum amount of offset error of the rotation angle sensor to the "zero phase", which is the phase at which the torque zero-crosses in the voltage phase-torque map. It is calculated as a secondary upper limit phase smaller than the primary upper limit phase. Further, the limit range setting unit calculates a phase obtained by subtracting the maximum amount of offset error of the rotation angle sensor from the zero phase as a secondary lower limit phase that is larger than the primary lower limit phase.
  • the limit range setting unit sets the range from the primary lower limit phase to the secondary upper limit phase as the secondary limit range when the command torque is negative, and sets the range from the secondary lower limit phase to the primary upper limit phase when the command torque is positive. Set the range as a secondary restricted range.
  • the voltage phase limiter limits the pre-limiting voltage phase to a secondary limit range.
  • the limit range setting unit adds the maximum amount of offset error of the rotation angle sensor to the "command phase", which is the phase corresponding to the command torque in the voltage phase-torque map. It is calculated as the secondary upper limit phase. Further, the limit range setting unit calculates a phase obtained by subtracting the maximum amount of offset error of the rotation angle sensor from the command phase as the secondary lower limit phase.
  • the limit range setting unit sets a range from the larger one of the primary lower limit phase or the secondary lower limit phase to the smaller phase of the primary upper limit phase or the secondary upper limit phase as the secondary limit range.
  • the voltage phase limiter limits the pre-limiting voltage phase to a secondary limit range.
  • the AC motor control devices of the first and second aspects limit the voltage phase by setting the secondary limit range associated with the offset error within the primary limit range, thereby It is possible to suppress the influence on the voltage phase control to be performed as much as possible.
  • the secondary restriction range is limited to two patterns depending on the sign of the command torque, so the computation load can be reduced.
  • the voltage phase limit range is set with reference to the command phase, so that the torque feedback control can follow a sudden change in the command torque.
  • the present disclosure is also provided as a program for operating a torque feedback control unit in the first and second AC motor control devices. As a result, the same effect as that of the AC motor control device can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an MG drive system to which the MG control device of each embodiment is applied;
  • FIG. 2 is a control block diagram of the MG control device of each embodiment,
  • FIG. 3 is a voltage phase-torque map showing the primary limit range, 4A is a voltage phase-torque map showing the secondary limit range when the command torque is negative in the first embodiment, 4B is a voltage phase-torque map showing the secondary limit range when the command torque is positive in the first embodiment,
  • FIG. 5 is a flowchart of the first embodiment, FIG.
  • FIG. 6 is a voltage phase-torque map showing the secondary limit range when both the secondary upper limit phase and the secondary lower limit phase are included in the primary limit range in the second embodiment
  • 7A is a voltage phase-torque map showing the secondary limit range when the secondary lower limit phase deviates from the primary limit range in the second embodiment
  • 7B is a voltage phase-torque map showing the secondary limit range when the secondary upper limit phase deviates from the primary limit range in the second embodiment
  • FIG. 8 is a flow chart of the second embodiment.
  • a control device for an AC motor is a device that controls energization of an MG in a system that drives a motor generator (hereinafter referred to as "MG"), which is the power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • MG in each embodiment corresponds to "AC motor”
  • MG control device corresponds to "control device for AC motor”.
  • the MG80 is, for example, a permanent magnet synchronous three-phase AC motor, and is capable of power running and regenerative operation.
  • the MG 80 has both a function as an electric motor that generates torque for driving the drive wheels of the hybrid vehicle and a function as a generator that recovers energy by generating power from the torque transmitted from the engine and the drive wheels.
  • a current sensor 70 detects the phase currents Iu, Iv, and Iw that flow through the phase windings 81 , 82 , and 83 . It should be noted that the current of two phases or one of the three phases may be detected and the current of the other phases may be estimated. of the MG 80 is detected by a rotation angle sensor 85 . In this embodiment, a resolver 85 is used as a rotation angle sensor. As will be described later, in this embodiment, attention is focused on offset errors caused by manufacturing variations of the resolver 85 or the like. The true electrical angle of MG 80 exists within the range of “ ⁇ offset error” with respect to the electrical angle detected by resolver 85 .
  • the battery 51 is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery.
  • inverter 60 converts DC power input from battery 51 into three-phase AC power and supplies the same to MG 80 .
  • inverter 60 converts AC power generated by MG 80 into DC power and regenerates battery 51 .
  • a DC voltage input to inverter 60 is referred to as system voltage Vsys.
  • a boost converter may be provided between the battery 51 and the inverter 60, and the system voltage Vsys obtained by boosting the voltage of the battery 51 may be input to the inverter 60 during the power running operation.
  • the MG control device 10 includes a torque feedback control section 20, a switching command generation section 40 and an inverter 60.
  • the inverter 60 has six switching elements 61-66 in the upper and lower arms that are bridge-connected. Specifically, the switching elements 61, 62 and 63 are upper arm switching elements of the U, V and W phases, respectively, and the switching elements 64, 65 and 66 are lower arm switching elements of the U, V and W phases, respectively. It is the switching element of the arm.
  • the switching elements 61 to 66 are composed of, for example, IGBTs, and are connected in parallel with free wheel diodes that allow current flowing from the low potential side to the high potential side.
  • Inverter 60 converts DC power into three-phase AC power by operating switching elements 61-66 in accordance with a switching command generated by switching command generation unit 40, and converts phase voltages Vu, Vv, and Vw to phase windings of MG80. 81, 82, 83. Smoothing capacitor 55 smoothes system voltage Vsys input to inverter 60 .
  • the torque feedback control unit 20 is configured by a microcomputer or the like, and internally includes a CPU, ROM, RAM, I/O (not shown), and a bus line connecting these components.
  • the microcomputer executes software processing by executing a pre-stored program on the CPU, and control by hardware processing by a dedicated electronic circuit.
  • the torque feedback control unit 20 acquires the phase currents Iu, Iv, Iw, the electrical angle ⁇ , and the system voltage Vsys. Also, a command torque T_cmd is commanded to the torque feedback control unit 20 from a higher-level vehicle control circuit. Torque feedback control unit 20 calculates voltage phase V ⁇ and voltage amplitude Vamp so that MG 80 outputs desired powering torque or regenerative torque based on these pieces of information, and outputs them to switching command generation unit 40 .
  • the torque feedback control unit 20 calculates the voltage phase V ⁇ of the output voltage of the inverter 60 as a manipulated variable for feedback-controlling the torque output by the MG 80 in the rectangular wave control mode.
  • the switching command generator 40 generates a switching command for driving the inverter 60 based on the voltage phase V ⁇ and the voltage amplitude Vamp calculated by the torque feedback controller 20 .
  • the MG control device 10 has a function of a current feedback control section corresponding to sinusoidal PWM control and overmodulation PWM control mode in addition to the torque feedback control section 20, and according to the operating state of the MG 80, may be used to select feedback control. Details of each control mode are disclosed in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-96856) or the like, so description thereof will be omitted.
  • the torque feedback control unit 20 includes a dq conversion unit 21, a torque estimation unit 22, a torque deviation calculator 23, a torque controller 24, a differentiator 25, a limit range setting unit 26, a voltage phase limit unit 27, a voltage amplitude calculation unit 29, and the like.
  • the dq converter 21 converts the phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the MG 80 into dq-axis currents Id, Iq based on the electrical angle ⁇ detected by the resolver 85 .
  • the dq transform unit 21 may be configured with a Fourier filter that calculates a moving average of phase currents in one electrical cycle.
  • the torque estimator 22 calculates the torque estimated value T_est of the MG 80 based on the dq-axis currents Id and Iq converted by the dq converter 21 . Specifically, the torque estimating unit 22 calculates the estimated torque T_est by Equation (1) using the pole pair number p of the MG 80, the back electromotive force constant ⁇ , and the dq-axis inductances Ld and Lq.
  • T_est p ⁇ Iq ⁇ +(Ld ⁇ Lq) ⁇ Id ⁇ Iq ⁇ ... (1)
  • the torque deviation calculator 23 calculates a torque deviation ⁇ T between the command torque T_cmd and the estimated torque T_est.
  • the torque controller 24 calculates the pre-restriction voltage phase V ⁇ _0 by PI calculation so that the torque deviation ⁇ T approaches zero.
  • the proportional gain multiplier 241 of the torque controller 24 calculates the voltage phase proportional term by multiplying the torque deviation ⁇ T by the proportional gain.
  • the integral gain multiplier 242 multiplies the torque deviation ⁇ T by the integral gain to calculate the voltage phase integral term.
  • Integral term adder 243 adds the previous value V ⁇ (I) of the voltage phase integral term input from voltage phase limiter 27 via delay element 244 to the integral term calculated this time.
  • PI adder 245 adds the proportional term of the voltage phase and the integral term after the addition of the previous value to calculate pre-limiting voltage phase V ⁇ _ 0 , and outputs it to voltage phase limiting section 27 .
  • the differentiator 25 time-differentiates the electrical angle ⁇ [deg] to calculate the angular velocity ⁇ [deg/s] of the MG80.
  • the MG rotation speed [rpm] into which the angular velocity ⁇ is converted also shares the symbol ⁇ and is described as “MG rotation speed ⁇ ”.
  • the differentiator 25 may be provided outside the torque feedback control section 20 .
  • the limit range setting unit 26 sets the limit range of the voltage phase V ⁇ in the voltage phase control in the voltage phase-torque map defined according to the system voltage Vsys and the MG rotation speed ⁇ . Also, the command torque T_cmd is input to the limit range setting unit 26 . However, in the first embodiment, only the sign of command torque T_cmd may be input. Furthermore, the limit range setting unit 26 stores therein the maximum amount of offset error of the resolver 85 .
  • the limit range setting unit 26 sets the limit range of the voltage phase V ⁇ based on information on the command torque T_cmd and the maximum amount of offset error in addition to the system voltage Vsys and the MG rotation speed ⁇ . The details will be described later.
  • Voltage phase limiter 27 limits pre-limitation voltage phase V ⁇ _0 to the voltage phase limit range instructed by limit range setting unit 26 and outputs it to switching command (“SW command” in the figure) generator 40 .
  • the voltage amplitude calculator 29 calculates the voltage amplitude Vamp based on the command torque T_cmd and the dq-axis currents Id and Iq, and outputs it to the switching command generator 40 .
  • the switching command generator 40 uses the system voltage Vsys and the electrical angle ⁇ to generate a switching command from the voltage phase V ⁇ and the voltage amplitude Vamp.
  • FIG. 3 shows a voltage phase-torque map based on equation (2). This map corresponds to FIG. 6 of Patent Document 1.
  • FIG. Torque T is expressed as a function of voltage phase V ⁇ with system voltage Vsys and MG rotation speed ⁇ as variables.
  • the pole pair number p of MG80, the back electromotive force constant ⁇ , and the dq-axis inductances Ld and Lq are stored as constants.
  • the voltage phase V ⁇ is defined by a counterclockwise angle with the q-axis of the dq-axis voltage vector coordinates as a reference (zero).
  • the torque T is an odd function of the voltage phase V ⁇ , and is symmetrical with respect to the origin.
  • the torque T is zero when the voltage phase V ⁇ is zero.
  • a positive torque T means a power running operation, and a negative torque T means a regenerative operation.
  • the monotonically increasing section from the minimum torque phase V ⁇ min during regeneration to the maximum torque phase V ⁇ max during powering is the voltage phase controllable range. Since the increase and decrease of V ⁇ are reversed, the control diverges.
  • the limit range of the voltage phase V ⁇ is set inside the theoretical voltage phase controllable range after subtracting the margin X reflecting the detection error and the like.
  • This limiting range according to the prior art is defined as the "primary limiting range”.
  • the limit range setting unit 26 sets the primary limit range from the primary lower limit phase L1 to the primary upper limit phase U1 within the monotonically increasing interval from the minimum torque phase V ⁇ min during regeneration to the maximum torque phase V ⁇ max during power running. .
  • the limit range setting unit 26 draws a voltage phase-torque map according to the system voltage Vsys and the system voltage Vsys, as in the conventional technology. Set the upper limit phase U1 and the primary lower limit phase L1. The phase corresponding to command torque T_cmd in the voltage phase-torque map is defined as "command phase V ⁇ c". The command phase V ⁇ c is set within the primary limit range.
  • the resolver 85 generally has an offset error, and the command phase V ⁇ c and the phase corresponding to the actual torque T_real deviate due to the offset error.
  • a torque T_real having a sign opposite to the command torque T_cmd may be generated in the voltage phase control.
  • the command torque T_cmd is negative (that is, on the regeneration side), whereas the actual torque T_real is a relatively large positive torque (that is, on the power running side) that is close to the primary upper limit phase U1. .
  • the actual torque T_real is a relatively large positive torque (that is, on the power running side) that is close to the primary upper limit phase U1.
  • the limit range setting unit 26 of the present embodiment sets the secondary limit range associated with the offset error within the primary limit range in order to suppress the influence of the offset error of the resolver 85 on the voltage phase control. Specifically, the limit range setting unit 26 sets the secondary limit range using the maximum amount of offset error of the resolver 85 .
  • the voltage phase limiting section 27 limits the voltage phase V ⁇ to the secondary limiting range set by the limiting range setting section 26 and outputs it to the switching command generating section 40 .
  • the maximum amount of offset error of the resolver 85 is almost determined by variations in the manufacturing stage, and its aging is also small. Therefore, it is effective for the limit range setting section 26 to use the initial value of the maximum amount of offset error stored at the time of manufacture.
  • the limit range setting unit 26 may learn and update the maximum offset error each time the MG control device 10 is in operation.
  • the limit range setting unit 26 calculates the secondary upper limit phase and the secondary lower limit phase based on the maximum amount of offset error. Then, the limit range setting unit 26 acquires the information of the command torque T_cmd, and depending on the case, combines four of the primary upper limit phase, the primary lower limit phase, the secondary upper limit phase, and the secondary lower limit phase to obtain the secondary limit range. set.
  • the secondary upper limit phase and the secondary lower limit phase are not always the upper and lower limits of the secondary limit range.
  • FIG. 4A The phase at which the torque T crosses zero in the voltage phase-torque map is called the zero phase.
  • the limit range setting unit 26 calculates the secondary upper limit phase H2z and the secondary lower limit phase L2z with reference to the zero phase. "z" at the end of the symbol indicates that the zero phase is used as a reference.
  • the limit range setting unit 26 calculates the phase obtained by adding the maximum offset error amount ME to the zero phase as the secondary upper limit phase H2z smaller than the primary upper limit phase U1. Further, the limit range setting unit 26 calculates a phase obtained by subtracting the maximum offset error amount ME from the zero phase as a secondary lower limit phase L2z that is larger than the primary lower limit phase L1.
  • the secondary upper limit phase U2z and the secondary lower limit phase L2z are represented by equations (3.1) and (3.2). Originally, it is preferable that the maximum offset error amount ME is smaller than the margin X of FIG.
  • the secondary limit range is set according to the sign of the command torque T_cmd.
  • FIG. 4A shows a case where command torque T_cmd is negative.
  • the limit range setting unit 26 minimizes the possible range of the actual torque T_real having the opposite sign to the command torque T_cmd by adopting the secondary upper limit phase U2z in the positive range of the voltage phase V ⁇ .
  • the primary lower limit phase L1 is adopted. Therefore, the limit range setting unit 26 sets the range from the primary lower limit phase L1 to the secondary upper limit phase U2z as the secondary limit range.
  • FIG. 4B shows a case where the command torque T_cmd is positive.
  • the limit range setting unit 26 adopts the secondary lower limit phase L2z in the negative range of the voltage phase V ⁇ .
  • the primary upper limit phase U1 is adopted in the positive range of the voltage phase V ⁇ . Therefore, the limit range setting unit 26 sets the range from the secondary lower limit phase L2z to the primary upper limit phase U1 as the secondary limit range.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the first embodiment.
  • the symbol "S" in the flow chart means step.
  • S11 to S13 show processing of the limit range setting unit 26.
  • FIG. S14 to S16 are represented as processing of the voltage phase limiter 27 for which the secondary limit range is instructed by the limit range setting unit 26.
  • FIG. This flowchart also shows a program for operating the torque feedback control section 20 so that the predetermined steps are executed in the MG control device 10 .
  • the voltage phase limiter 27 limits the voltage phase V ⁇ to the secondary limit range of "L1 ⁇ V ⁇ U2z” in S14 and “L2z ⁇ V ⁇ U1" in S15. In addition, the voltage phase limiter 27 limits the voltage phase V ⁇ to the primary limit range of “L1 ⁇ V ⁇ U1” in S16. It should be noted that when the command torque T_cmd is substantially 0, the MG 80 is not driven, so it is difficult to imagine a situation in which a problem occurs in the first place.
  • the influence of the offset error can be suppressed by minimizing the range of the actual torque T_real having the opposite sign to the command torque T_cmd, which may occur due to the offset error of the resolver 85 .
  • the secondary restriction range is limited to two patterns depending on the sign of the command torque T_cmd, so the computational load can be reduced.
  • the limit range setting unit 26 calculates the secondary upper limit phase H2c and the secondary lower limit phase L2c based on the command phase V ⁇ c. “c” at the end of the symbol indicates that the command phase V ⁇ c is used as a reference.
  • the limit range setting unit 26 calculates a phase obtained by adding the maximum offset error amount ME to the command phase V ⁇ c as a secondary upper limit phase H2c, and calculates a phase obtained by subtracting the maximum offset error amount ME from the command phase V ⁇ c as a secondary lower limit phase L2c. calculate.
  • the secondary upper limit phase U2c and the secondary lower limit phase L2c are expressed by equations (4.1) and (4.2).
  • the secondary limit range is set according to whether or not the secondary upper limit phase U2c or the secondary lower limit phase L2c is included in the primary limit range.
  • FIG. 6 shows a case where both the secondary upper limit phase U2c and the secondary lower limit phase L2c are included in the primary limit range.
  • the secondary lower limit phase L2c is greater than or equal to the primary lower limit phase L1
  • the secondary upper limit phase U2c is less than or equal to the primary upper limit phase U1.
  • the limit range setting unit 26 sets the range from the secondary lower limit phase L2c to the secondary upper limit phase U2c as the secondary limit range.
  • FIG. 7A shows a case where the secondary lower limit phase L2c deviates from the primary limit range.
  • the secondary lower limit phase L2c is smaller than the primary lower limit phase L1.
  • the limit range setting unit 26 sets the range from the primary lower limit phase L1 to the secondary upper limit phase U2c as the secondary limit range.
  • FIG. 7B shows the case where the secondary upper limit phase U2c deviates from the primary limit range.
  • the secondary upper limit phase U2c is greater than or equal to the primary upper limit phase U1.
  • the limit range setting unit 26 sets the range from the secondary lower limit phase L2c to the primary upper limit phase U1 as the secondary limit range.
  • the limit range setting unit 26 selects a range from “the larger phase of the primary lower limit phase L1 or the secondary lower limit phase L2c” to “the smaller phase of the primary upper limit phase U1 or the secondary upper limit phase U2c”. Set the range as a secondary restricted range.
  • FIG. 8 shows a flowchart of the second embodiment.
  • S21 to S23 show the processing of the limit range setting unit 26.
  • FIG. S24 to S26 are represented as processing of the voltage phase limiter 27 for which the secondary limit range is instructed by the limit range setting unit 26.
  • FIG. This flowchart also shows a program for operating the torque feedback control section 20 so that the predetermined steps are executed in the MG control device 10 .
  • the limit range setting unit 26 calculates the secondary upper limit phase U2c and the secondary lower limit phase L2c using the command phase V ⁇ c as a reference, using equations (4.1) and (4.2). Next, the limit range setting unit 26 compares the calculated secondary upper limit phase U2c and secondary lower limit phase L2c with the primary upper limit phase U1 and primary lower limit phase L1. If the secondary lower limit phase L2c is smaller than the primary lower limit phase L1, YES is determined in S22, and the process proceeds to S24. If the secondary upper limit phase U2c is greater than the primary upper limit phase U1, it is determined NO in S22 and YES in S23, and the process proceeds to S25. If the secondary lower limit phase L2c is greater than or equal to the primary lower limit phase L1 and the secondary upper limit phase U2c is less than or equal to the primary upper limit phase U1, NO is determined in S22 and S23, and the process proceeds to S26.
  • the voltage phase limiter 27 limits the voltage phase V ⁇ to the secondary limit range of "L1 ⁇ V ⁇ U2c” in S24 and “L2c ⁇ V ⁇ U1" in S25. In addition, the voltage phase limiter 27 limits the voltage phase V ⁇ within the secondary limit range of “L2c ⁇ V ⁇ U2c” in S26.
  • the influence of the offset error can be suppressed by minimizing the deviation between the command torque T_cmd and the actual torque T_real that may occur due to the offset error of the resolver 85 .
  • the limited range of the voltage phase V ⁇ is set with reference to the command phase V ⁇ c, so that the torque feedback control is able to follow a sudden change in the command torque T_cmd.
  • the "rotational angle sensor” is not limited to the resolvers exemplified in the above embodiments, and may be other rotational angle sensors such as Hall elements and magnetoresistive elements.
  • the "AC motor” to be controlled is not limited to the MG80 mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, and may be an AC motor for any purpose that performs power running and regenerative operation.
  • the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program. may be Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control units and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

制限範囲設定部（２６）は、電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次下限位相（Ｌ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの一次制限範囲を設定する。制限範囲設定部（２６）は、ゼロ位相に回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を加算した位相を二次上限位相（Ｕ２ｚ）として算出し、ゼロ位相から回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を減算した位相を二次下限位相（Ｌ２ｚ）として算出する。制限範囲設定部（２６）は、指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）が負のとき、一次下限位相（Ｌ１）から二次上限位相（Ｕ２ｚ）までの範囲、指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）が正のとき、二次下限位相（Ｌ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの範囲を二次制限範囲として設定する。電圧位相制限部（２７）は、制限前電圧位相を二次制限範囲に制限する。

Description

交流電動機の制御装置およびプログラム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年２月２８日に出願された日本出願番号２０２２－０２９３０８号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、交流電動機の制御装置およびプログラムに関する。
　従来、レゾルバ等の回転角センサが検出した交流電動機のロータ回転角に基づき、交流電動機の通電を制御する制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示された制御装置は、トルクフィードバック制御において矩形波電圧の電圧位相を制御することにより矩形波電圧制御を行う。トルク演算部は、モータ電力と回転角センサが検出した電気角とに基づきトルク推定値を算出し、指令トルクに対してフィードバックする。
特開２０１４－９６８５６号公報
　一般にレゾルバ等の回転角センサはオフセット誤差を有しており、オフセット誤差の程度によっては電圧位相制御において指令トルクと逆符号のトルクが発生する場合がある。その結果、ユーザの意図に反した駆動力が発生したり、電力収支がずれたり、ドライバビリティが悪化したりする等の不都合が生じるおそれがある。
　本開示の目的は、回転角センサのオフセット誤差に起因する電圧位相制御への影響を抑制する交流電動機の制御装置およびプログラムを提供することにある。
　本開示による交流電動機の制御装置は、インバータと、トルクフィードバック制御部と、スイッチング指令生成部と、を備える。インバータは、直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給する。
　トルクフィードバック制御部は、交流電動機が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、インバータの出力電圧の電圧位相を演算する。スイッチング指令生成部は、トルクフィードバック制御部が演算した電圧位相及び電圧振幅に基づき、インバータを駆動するスイッチング指令を生成する。
　トルクフィードバック制御部は、トルク推定部と、トルク制御器と、制限範囲設定部と、電圧位相制限部と、を有する。
　トルク推定部は、回転角センサが検出した電気角に基づき、推定トルクを算出する。トルク制御器は、指令トルクと推定トルクとのトルク偏差を０に近づけるように制限前電圧位相を演算する。
　制限範囲設定部は、インバータに入力される直流電圧であるシステム電圧及び交流電動機の回転数に応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相の制限範囲を設定する。電圧位相制限部は、制限前電圧位相を、制限範囲設定部から指示された電圧位相制限範囲に制限する。
　制限範囲設定部は、電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次下限位相から一次上限位相までの一次制限範囲を設定する。
　第１の態様の交流電動機の制御装置では、制限範囲設定部は、電圧位相－トルクマップにおいてトルクがゼロクロスする位相である「ゼロ位相」に回転角センサのオフセット誤差最大量を加算した位相を、一次上限位相より小さい二次上限位相として算出する。また制限範囲設定部は、ゼロ位相から回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を、一次下限位相より大きい二次下限位相として算出する。
　制限範囲設定部は、指令トルクが負のとき、一次下限位相から二次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、指令トルクが正のとき、二次下限位相から一次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定する。電圧位相制限部は、制限前電圧位相を二次制限範囲に制限する。
　第２の態様の交流電動機の制御装置では、制限範囲設定部は、電圧位相－トルクマップにおいて指令トルクに対応する位相である「指令位相」に回転角センサのオフセット誤差最大量を加算した位相を二次上限位相として算出する。また制限範囲設定部は、指令位相から回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を二次下限位相として算出する。
　制限範囲設定部は、一次下限位相又は二次下限位相の大きい方の位相から、一次上限位相又は二次上限位相の小さい方の位相までの範囲を二次制限範囲として設定する。電圧位相制限部は、制限前電圧位相を二次制限範囲に制限する。
　第１、第２の態様の交流電動機の制御装置は、オフセット誤差に関連付けられた二次制限範囲を一次制限範囲内に設定して電圧位相を制限することで、回転角センサのオフセット誤差に起因する電圧位相制御への影響を可及的に抑制することができる。
　また、第１の態様の交流電動機の制御装置では、指令トルクの符号により二次制限範囲が２パターンに限られるため、演算負荷を低減することができる。第２の態様の交流電動機の制御装置では、指令位相を基準として電圧位相の制限範囲が設定されるため、指令トルクの急変に対するトルクフィードバック制御の追従性が向上する。
　また、本開示は、第１、第２の交流電動機の制御装置においてトルクフィードバック制御部を動作させるプログラムとしても提供される。これにより、交流電動機の制御装置と同様の作用効果を奏する。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、各実施形態のＭＧ制御装置が適用されるＭＧ駆動システムの概略構成図であり、 図２は、各実施形態のＭＧ制御装置の制御ブロック図であり、 図３は、一次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図４Ａは、第１実施形態において指令トルクが負の場合の二次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図４Ｂは、第１実施形態において指令トルクが正の場合の二次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図５は、第１実施形態のフローチャートであり、 図６は、第２実施形態において二次上限位相及び二次下限位相がいずれも一次制限範囲に含まれる場合の二次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図７Ａは、第２実施形態において二次下限位相が一次制限範囲から外れる場合の二次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図７Ｂは、第２実施形態において二次上限位相が一次制限範囲から外れる場合の二次制限範囲を示す電圧位相－トルクマップであり、 図８は、第２実施形態のフローチャートである。
　複数の実施形態による交流電動機の制御装置およびプログラムを図面に基づいて説明する。以下の第１、第２実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の交流電動機の制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータ（以下「ＭＧ」）を駆動するシステムにおいて、ＭＧの通電を制御する装置である。各実施形態の「ＭＧ」は「交流電動機」に相当し、「ＭＧ制御装置」は「交流電動機の制御装置」に相当する。
　［システム構成］
　最初に図１を参照し、各実施形態のＭＧ制御装置が適用されるＭＧ駆動システム９０の全体構成について説明する。ＭＧ８０は、例えば永久磁石式同期型の三相交流モータであり、力行動作及び回生動作が可能である。つまりＭＧ８０は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するトルクを発生する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を発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。
　各相巻線８１、８２、８３に通電される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、電流センサ７０により検出される。なお、三相のうち二相又は一相の電流が検出され、他の相の電流が推定されてもよい。ＭＧ８０の電気角θは回転角センサ８５により検出される。本実施形態では回転角センサとして、レゾルバ８５が用いられる。後述するように、本実施形態ではレゾルバ８５の製造ばらつき等によって生じるオフセット誤差に着目する。ＭＧ８０の真の電気角は、レゾルバ８５が検出した電気角に対して「±オフセット誤差」の範囲に存在する。
　バッテリ５１は、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。力行動作時、インバータ６０は、バッテリ５１から入力される直流電力を三相交流電力に変換してＭＧ８０に供給する。回生動作時、インバータ６０は、ＭＧ８０が生成した交流電力を直流電力に変換してバッテリ５１に回生する。インバータ６０に入力される直流電圧をシステム電圧Ｖｓｙｓと記す。なお、バッテリ５１とインバータ６０との間に昇圧コンバータが設けられ、力行動作時、バッテリ５１の電圧を昇圧したシステム電圧Ｖｓｙｓがインバータ６０に入力される構成としてもよい。
　ＭＧ制御装置１０は、トルクフィードバック制御部２０、スイッチング指令生成部４０及びインバータ６０を含む。インバータ６０は、上下アームの６つのスイッチング素子６１－６６がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子６１、６２、６３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子６４、６５、６６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子６１－６６は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。
　インバータ６０は、スイッチング指令生成部４０が生成したスイッチング指令に従ってスイッチング素子６１－６６が動作することで直流電力を三相交流電力に変換し、相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＭＧ８０の各相巻線８１、８２、８３に印加する。平滑コンデンサ５５は、インバータ６０に入力されるシステム電圧Ｖｓｙｓを平滑化する。
　トルクフィードバック制御部２０は、マイコン等により構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を内部に備えている。マイコンは、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。
　トルクフィードバック制御部２０は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、電気角θ及びシステム電圧Ｖｓｙｓを取得する。また、上位の車両制御回路から指令トルクＴ＿ｃｍｄがトルクフィードバック制御部２０に指令される。トルクフィードバック制御部２０は、これらの情報に基づいて、ＭＧ８０が所望の力行トルク又は回生トルクを出力するように電圧位相Ｖθ及び電圧振幅Ｖａｍｐを演算し、スイッチング指令生成部４０に出力する。
　詳しくは、トルクフィードバック制御部２０は、矩形波制御モードにおいてＭＧ８０が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、インバータ６０の出力電圧の電圧位相Ｖθを演算する。スイッチング指令生成部４０は、トルクフィードバック制御部２０が演算した電圧位相Ｖθ及び電圧振幅Ｖａｍｐに基づき、インバータ６０を駆動するスイッチング指令を生成する。
　図示を省略するが、ＭＧ制御装置１０は、トルクフィードバック制御部２０の他に、正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御モードに対応する電流フィードバック制御部の機能を備え、ＭＧ８０の動作状態等に応じてフィードバック制御を選択するようにしてもよい。各制御モードの詳細は、特許文献１（特開２０１４－９６８５６号公報）等に開示されているため説明を省略する。
　［ＭＧ制御装置の構成］
　図２を参照し、ＭＧ制御装置１０の構成について説明する。トルクフィードバック制御部２０は、ｄｑ変換部２１、トルク推定部２２、トルク偏差算出器２３、トルク制御器２４、微分器２５、制限範囲設定部２６、電圧位相制限部２７、電圧振幅演算部２９等を有する。
　ｄｑ変換部２１は、レゾルバ８５が検出した電気角θに基づき、ＭＧ８０に流れる相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。例えばｄｑ変換部２１は、電気一周期の相電流の移動平均を算出するフーリエフィルタで構成されてもよい。
　トルク推定部２２は、ｄｑ変換部２１が変換したｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づきＭＧ８０のトルク推定値Ｔ＿ｅｓｔを算出する。詳しくは、トルク推定部２２は、ＭＧ８０の極対数ｐ、逆起電圧定数φ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑを用いて、式（１）により推定トルクＴ＿ｅｓｔを算出する。
　　Ｔ＿ｅｓｔ＝ｐ×｛Ｉｑ×φ＋（Ｌｄ－Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　トルク偏差算出器２３は、指令トルクＴ＿ｃｍｄと推定トルクＴ＿ｅｓｔとのトルク偏差ΔＴを算出する。トルク制御器２４は、トルク偏差ΔＴを０に近づけるように、ＰＩ演算により制限前電圧位相Ｖθ＿０を演算する。
　トルク制御器２４の比例ゲイン乗算器２４１は、トルク偏差ΔＴに比例ゲインを乗じて電圧位相比例項を算出する。積分ゲイン乗算器２４２は、トルク偏差ΔＴに積分ゲインを乗じて電圧位相積分項を算出する。積分項加算器２４３は、電圧位相制限部２７から遅延素子２４４を介して入力された電圧位相積分項の前回値Ｖθ（Ｉ）を、今回算出された積分項に加算する。ＰＩ加算器２４５は、電圧位相の比例項と前回値加算後の積分項とを加算して制限前電圧位相Ｖθ＿０を算出し、電圧位相制限部２７に出力する。
　微分器２５は、電気角θ［ｄｅｇ］を時間微分してＭＧ８０の角速度ω［ｄｅｇ／ｓ］を算出する。本明細書では、角速度ωが換算されたＭＧ回転数［ｒｐｍ］についても記号ωを共用し、「ＭＧ回転数ω」と記す。なお、微分器２５はトルクフィードバック制御部２０の外部に設けられてもよい。
　制限範囲設定部２６は、システム電圧Ｖｓｙｓ及びＭＧ回転数ωに応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相制御における電圧位相Ｖθの制限範囲を設定する。また、制限範囲設定部２６には指令トルクＴ＿ｃｍｄが入力される。ただし、第１実施形態では指令トルクＴ＿ｃｍｄの符号のみが入力されてもよい。さらに制限範囲設定部２６は、レゾルバ８５のオフセット誤差最大量を内部に記憶している。
　制限範囲設定部２６は、システム電圧Ｖｓｙｓ及びＭＧ回転数ωに加え、指令トルクＴ＿ｃｍｄ及びオフセット誤差最大量の情報に基づき電圧位相Ｖθの制限範囲を設定する。その詳細については後述する。電圧位相制限部２７は、制限前電圧位相Ｖθ＿０を、制限範囲設定部２６から指示された電圧位相制限範囲に制限してスイッチング指令（図中「ＳＷ指令」）生成部４０に出力する。
　電圧振幅演算部２９は、指令トルクＴ＿ｃｍｄ及びｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づき電圧振幅Ｖａｍｐを演算してスイッチング指令生成部４０に出力する。スイッチング指令生成部４０は、システム電圧Ｖｓｙｓ及び電気角θを用いて、電圧位相Ｖθ及び電圧振幅Ｖａｍｐからスイッチング指令を生成する。
　続いて、制限範囲設定部２６による電圧位相制限範囲の設定について詳しく説明する。図３に、式（２）に基づく電圧位相－トルクマップを示す。このマップは、特許文献１の図６に相当する。トルクＴは、システム電圧Ｖｓｙｓ及びＭＧ回転数ωを変数とする電圧位相Ｖθの関数として表される。ＭＧ８０の極対数ｐ、逆起電圧定数φ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑは定数として記憶されている。電圧位相Ｖθはｄｑ軸電圧ベクトル座標のｑ軸を基準（ゼロ）とする反時計回りの角度で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　トルクＴは電圧位相Ｖθの奇関数であり、原点に対して点対称となる。電圧位相Ｖθが０のときトルクＴは０である。正のトルクＴは力行動作を意味し、負のトルクＴは回生動作を意味する。理論的には、回生時の最小トルク位相Ｖθｍｉｎから力行時の最大トルク位相Ｖθｍａｘまでの単調増加区間が電圧位相制御可能な範囲であり、この範囲を超えると、トルクＴの変化に対して電圧位相Ｖθの増減が逆転するため、制御が発散する。
　そこで制御の発散を回避するため、理論的な電圧位相制御可能範囲に対し検出誤差等を反映したマージンＸを控除した内側に電圧位相Ｖθの制限範囲が設定される。従来技術に準ずるこの制限範囲を「一次制限範囲」と定義する。このように制限範囲設定部２６は、回生時の最小トルク位相Ｖθｍｉｎから力行時の最大トルク位相Ｖθｍａｘまでの単調増加区間内に、一次下限位相Ｌ１から一次上限位相Ｕ１までの一次制限範囲を設定する。
　制限範囲設定部２６は、まず、従来技術と同様に、システム電圧Ｖｓｙｓ及びシステム電圧Ｖｓｙｓに応じて電圧位相－トルクマップを描き、この電圧位相－トルクマップにおいて、一次制限範囲の上下限である一次上限位相Ｕ１及び一次下限位相Ｌ１を設定する。電圧位相－トルクマップにおいて指令トルクＴ＿ｃｍｄに対応する位相を「指令位相Ｖθｃ」と定義する。指令位相Ｖθｃは一次制限範囲内に設定される。
　ところで、一般にレゾルバ８５はオフセット誤差を有しており、オフセット誤差に起因して指令位相Ｖθｃと実トルクＴ＿ｒｅａｌに対応する位相とが乖離する。オフセット誤差の程度によっては、電圧位相制御において指令トルクＴ＿ｃｍｄと逆符号のトルクＴ＿ｒｅａｌが発生する場合がある。
　図３に示す例では、指令トルクＴ＿ｃｍｄが負（すなわち回生側）であるのに対し、実トルクＴ＿ｒｅａｌは、一次上限位相Ｕ１に近い、比較的大きい正（すなわち力行側）のトルクとなっている。その結果、ユーザの意図に反した駆動力が発生したり、電力収支がずれたり、ドライバビリティが悪化したりする等の不都合が生じるおそれがある。
　そこで本実施形態の制限範囲設定部２６は、レゾルバ８５のオフセット誤差に起因する電圧位相制御への影響を抑制するため、オフセット誤差に関連付けられた二次制限範囲を一次制限範囲内に設定する。具体的に制限範囲設定部２６は、レゾルバ８５のオフセット誤差最大量を用いて二次制限範囲を設定する。電圧位相制限部２７は、制限範囲設定部２６が設定した二次制限範囲に電圧位相Ｖθを制限してスイッチング指令生成部４０に出力する。
　ここで、レゾルバ８５のオフセット誤差最大量は、ほぼ製造段階でのばらつきによって決まり、その経年変化も小さい。したがって制限範囲設定部２６は、製造時に記憶されたオフセット誤差最大量の初期値を用いることが有効である。ただし、制限範囲設定部２６は、ＭＧ制御装置１０の稼働中に都度、オフセット誤差最大量を学習して更新するようにしてもよい。
　制限範囲設定部２６は、二次制限範囲を設定する準備として、オフセット誤差最大量に基づき、二次上限位相及び二次下限位相を算出する。そして、制限範囲設定部２６は、指令トルクＴ＿ｃｍｄの情報を取得し、場合に応じて、一次上限位相、一次下限位相、二次上限位相及び二次下限位相の四つを組み合わせて二次制限範囲を設定する。常に二次上限位相と二次下限位相とが二次制限範囲の上下限になるとは限らない。続いて、制限範囲設定部２６が二次制限範囲を設定する二通りのパターンを第１実施形態及び第２実施形態として説明する。
　（第１実施形態）
　図４Ａ、図４Ｂ、図５を参照し、第１実施形態について説明する。電圧位相－トルクマップにおいてトルクＴがゼロクロスする位相をゼロ位相という。第１実施形態では、制限範囲設定部２６は、ゼロ位相を基準として、二次上限位相Ｈ２ｚ及び二次下限位相Ｌ２ｚを算出する。記号末尾の「ｚ」は、ゼロ位相を基準とすることを示す。
　制限範囲設定部２６は、ゼロ位相にオフセット誤差最大量ＭＥを加算した位相を、一次上限位相Ｕ１より小さい二次上限位相Ｈ２ｚとして算出する。また、制限範囲設定部２６は、ゼロ位相からオフセット誤差最大量ＭＥを減算した位相を、一次下限位相Ｌ１より大きい二次下限位相Ｌ２ｚとして算出する。二次上限位相Ｕ２ｚ及び二次下限位相Ｌ２ｚは式（３．１）、（３．２）で表される。本来、オフセット誤差最大量ＭＥは図３のマージンＸより小さいことが好ましいが、図の見やすさのため、オフセット誤差最大量ＭＥを大きめに図示している。
　Ｕ２ｚ＝０＋ＭＥ　・・・（３．１）
　Ｌ２ｚ＝０－ＭＥ　・・・（３．２）
　第１実施形態では指令トルクＴ＿ｃｍｄの符号に応じて二次制限範囲が設定される。図４Ａに、指令トルクＴ＿ｃｍｄが負の場合を示す。この場合、制限範囲設定部２６は、電圧位相Ｖθが正の範囲で二次上限位相Ｕ２ｚを採用することで、指令トルクＴ＿ｃｍｄと逆符号の実トルクＴ＿ｒｅａｌが取り得る範囲を最小限に抑える。一方、電圧位相Ｖθが負の範囲では指令トルクＴ＿ｃｍｄと同符号の実トルクＴ＿ｒｅａｌを制限する必要がないため、一次下限位相Ｌ１を採用する。したがって、制限範囲設定部２６は、一次下限位相Ｌ１から二次上限位相Ｕ２ｚまでの範囲を二次制限範囲として設定する。
　図４Ｂに、指令トルクＴ＿ｃｍｄが正の場合を示す。この場合、制限範囲設定部２６は、電圧位相Ｖθが負の範囲で二次下限位相Ｌ２ｚを採用する。一方、電圧位相Ｖθが正の範囲では一次上限位相Ｕ１を採用する。したがって、制限範囲設定部２６は、二次下限位相Ｌ２ｚから一次上限位相Ｕ１までの範囲を二次制限範囲として設定する。
　図５に、第１実施形態のフローチャートを示す。フローチャートの記号「Ｓ」はステップを意味する。Ｓ１１～Ｓ１３は制限範囲設定部２６の処理を示す。Ｓ１４～Ｓ１６については、制限範囲設定部２６から二次制限範囲が指示された電圧位相制限部２７の処理として表す。このフローチャートは、ＭＧ制御装置１０において、所定のステップが実行されるようにトルクフィードバック制御部２０を動作させるプログラムを示すものでもある。
　Ｓ１１で制限範囲設定部２６は、式（３．１）、（３．２）により、ゼロ位相を基準として二次上限位相Ｕ２ｚ及び二次下限位相Ｌ２ｚを算出する。次に制限範囲設定部２６は、指令トルクＴ＿ｃｍｄの符号を判定する。指令トルクＴ＿ｃｍｄが負の場合、Ｓ１２でＹＥＳと判断され、Ｓ１４に移行する。指令トルクＴ＿ｃｍｄが正の場合、Ｓ１２でＮＯ、Ｓ１３でＹＥＳと判断され、Ｓ１５に移行する。指令トルクＴ＿ｃｍｄが０の場合、Ｓ１２及びＳ１３でＮＯと判定され、Ｓ１６に移行する。なお、０を挟む所定の範囲が実質的に「Ｔ＿ｃｍｄ＝０」とみなされるように不感帯が設定されてもよい。
　電圧位相制限部２７は、Ｓ１４では「Ｌ１≦Ｖθ≦Ｕ２ｚ」、Ｓ１５では「Ｌ２ｚ≦Ｖθ≦Ｕ１」の二次制限範囲に電圧位相Ｖθを制限する。また、電圧位相制限部２７は、Ｓ１６では「Ｌ１≦Ｖθ≦Ｕ１」の一次制限範囲に電圧位相Ｖθを制限する。なお、指令トルクＴ＿ｃｍｄが実質的に０の場合はＭＧ８０が駆動停止しているため、そもそも不都合が生じる状況は考えにくい。
　第１実施形態では、レゾルバ８５のオフセット誤差に起因して発生し得る、指令トルクＴ＿ｃｍｄと逆符号の実トルクＴ＿ｒｅａｌの範囲を最小限に抑えることで、オフセット誤差の影響を抑制することができる。また第１実施形態では、指令トルクＴ＿ｃｍｄの符号により二次制限範囲が２パターンに限られるため、演算負荷を低減することができる。
　（第２実施形態）
　図６～図８を参照し、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、制限範囲設定部２６は、指令位相Ｖθｃを基準として、二次上限位相Ｈ２ｃ及び二次下限位相Ｌ２ｃを算出する。記号末尾の「ｃ」は、指令位相Ｖθｃを基準とすることを示す。
　制限範囲設定部２６は、指令位相Ｖθｃにオフセット誤差最大量ＭＥを加算した位相を二次上限位相Ｈ２ｃとして算出し、指令位相Ｖθｃからオフセット誤差最大量ＭＥを減算した位相を二次下限位相Ｌ２ｃとして算出する。二次上限位相Ｕ２ｃ及び二次下限位相Ｌ２ｃは式（４．１）、（４．２）で表される。
　Ｕ２ｃ＝Ｖθｃ＋ＭＥ　・・・（４．１）
　Ｌ２ｃ＝Ｖθｃ－ＭＥ　・・・（４．２）
　第２実施形態では、二次上限位相Ｕ２ｃ又は二次下限位相Ｌ２ｃが一次制限範囲に含まれるか否かに応じて二次制限範囲が設定される。図６に、二次上限位相Ｕ２ｃ及び二次下限位相Ｌ２ｃがいずれも一次制限範囲に含まれる場合を示す。二次下限位相Ｌ２ｃは一次下限位相Ｌ１以上であり、二次上限位相Ｕ２ｃは一次上限位相Ｕ１以下である。この場合、制限範囲設定部２６は、二次下限位相Ｌ２ｃから二次上限位相Ｕ２ｃまでの範囲を二次制限範囲として設定する。
　図７Ａに、二次下限位相Ｌ２ｃが一次制限範囲から外れる場合を示す。二次下限位相Ｌ２ｃは一次下限位相Ｌ１より小さい。この場合、制限範囲設定部２６は、一次下限位相Ｌ１から二次上限位相Ｕ２ｃまでの範囲を二次制限範囲として設定する。
　図７Ｂに、二次上限位相Ｕ２ｃが一次制限範囲から外れる場合を示す。二次上限位相Ｕ２ｃは一次上限位相Ｕ１以上より大きい。この場合、制限範囲設定部２６は、二次下限位相Ｌ２ｃから一次上限位相Ｕ１までの範囲を二次制限範囲として設定する。
　まとめると、制限範囲設定部２６は、「一次下限位相Ｌ１又は二次下限位相Ｌ２ｃの大きい方の位相」から「一次上限位相Ｕ１又は二次上限位相Ｕ２ｃの小さい方の小さい方の位相」までの範囲を二次制限範囲として設定する。
　図８に、第２実施形態のフローチャートを示す。Ｓ２１～Ｓ２３は制限範囲設定部２６の処理を示す。Ｓ２４～Ｓ２６については、制限範囲設定部２６から二次制限範囲が指示された電圧位相制限部２７の処理として表す。このフローチャートは、ＭＧ制御装置１０において、所定のステップが実行されるようにトルクフィードバック制御部２０を動作させるプログラムを示すものでもある。
　Ｓ２１で制限範囲設定部２６は、式（４．１）、（４．２）により、指令位相Ｖθｃを基準として二次上限位相Ｕ２ｃ及び二次下限位相Ｌ２ｃを算出する。次に制限範囲設定部２６は、算出した二次上限位相Ｕ２ｃ及び二次下限位相Ｌ２ｃを一次上限位相Ｕ１及び一次下限位相Ｌ１と比較する。二次下限位相Ｌ２ｃが一次下限位相Ｌ１より小さい場合、Ｓ２２でＹＥＳと判断され、Ｓ２４に移行する。二次上限位相Ｕ２ｃが一次上限位相Ｕ１より大きい場合、Ｓ２２でＮＯ、Ｓ２３でＹＥＳと判断され、Ｓ２５に移行する。二次下限位相Ｌ２ｃが一次下限位相Ｌ１以上、且つ、二次上限位相Ｕ２ｃが一次上限位相Ｕ１以下の場合、Ｓ２２及びＳ２３でＮＯと判定され、Ｓ２６に移行する。
　電圧位相制限部２７は、Ｓ２４では「Ｌ１≦Ｖθ≦Ｕ２ｃ」、Ｓ２５では「Ｌ２ｃ≦Ｖθ≦Ｕ１」の二次制限範囲に電圧位相Ｖθを制限する。また、電圧位相制限部２７は、Ｓ２６では「Ｌ２ｃ≦Ｖθ≦Ｕ２ｃ」の二次制限範囲に電圧位相Ｖθを制限する。
　第２実施形態では、レゾルバ８５のオフセット誤差に起因して発生し得る、指令トルクＴ＿ｃｍｄと実トルクＴ＿ｒｅａｌとの乖離を最小限に抑えることで、オフセット誤差の影響を抑制することができる。また第２実施形態では、指令位相Ｖθｃを基準として電圧位相Ｖθの制限範囲が設定されるため、指令トルクＴ＿ｃｍｄの急変に対するトルクフィードバック制御の追従性が向上する。
　（その他の実施形態）
　（ａ）「回転角センサ」は、上記実施形態で例示したレゾルバに限らず、ホール素子や磁気抵抗素子等の他の回転角センサであってもよい。
　（ｂ）制御対象である「交流電動機」は、ハイブリッド車両や電機自動車に搭載されるＭＧ８０に限らず、力行及び回生動作するどのような用途の交流電動機であってもよい。
　以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1. 　直流電力を交流電力に変換して交流電動機（８０）に供給するインバータ（６０）と、
    　前記交流電動機が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、前記インバータの出力電圧の電圧位相（Ｖθ）を演算するトルクフィードバック制御部（２０）と、
    　前記トルクフィードバック制御部が演算した電圧位相及び電圧振幅に基づき、前記インバータを駆動するスイッチング指令を生成するスイッチング指令生成部（４０）と、
    　を備え、
    　前記トルクフィードバック制御部は、
    　回転角センサ（８５）が検出した電気角に基づき、推定トルク（Ｔ＿ｅｓｔ）を算出するトルク推定部（２２）と、
    　指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）と前記推定トルクとのトルク偏差を０に近づけるように制限前電圧位相（Ｖθ＿０）を演算するトルク制御器（２４）と、
    　前記インバータに入力される直流電圧であるシステム電圧（Ｖｓｙｓ）及び前記交流電動機の回転数（ω）に応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相の制限範囲を設定する制限範囲設定部（２６）と、
    　前記制限前電圧位相を、前記制限範囲設定部から指示された電圧位相制限範囲に制限する電圧位相制限部（２７）と、
    　を有し、
    　前記制限範囲設定部は、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次下限位相（Ｌ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの一次制限範囲を設定し、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいてトルクがゼロクロスする位相であるゼロ位相に前記回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を加算した位相を、前記一次上限位相より小さい二次上限位相（Ｕ２ｚ）として算出し、前記ゼロ位相から前記回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を、前記一次下限位相より大きい二次下限位相（Ｌ２ｚ）として算出し、
    　指令トルクが負のとき、前記一次下限位相から前記二次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、指令トルクが正のとき、前記二次下限位相から前記一次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、
    　前記電圧位相制限部は、前記制限前電圧位相を前記二次制限範囲に制限する交流電動機の制御装置。
  2. 　直流電力を交流電力に変換して交流電動機（８０）に供給するインバータ（６０）と、
    　前記交流電動機が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、前記インバータの出力電圧の電圧位相（Ｖθ）を演算するトルクフィードバック制御部（２０）と、
    　前記トルクフィードバック制御部が演算した電圧位相及び電圧振幅に基づき、前記インバータを駆動するスイッチング指令を生成するスイッチング指令生成部（４０）と、
    　を備え、
    　前記トルクフィードバック制御部は、
    　回転角センサ（８５）が検出した電気角に基づき、推定トルク（Ｔ＿ｅｓｔ）を算出するトルク推定部（２２）と、
    　指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）と前記推定トルクとのトルク偏差を０に近づけるように制限前電圧位相（Ｖθ＿０）を演算するトルク制御器（２４）と、
    　前記インバータに入力される直流電圧であるシステム電圧（Ｖｓｙｓ）及び前記交流電動機の回転数（ω）に応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相の制限範囲を設定する制限範囲設定部（２６）と、
    　前記制限前電圧位相を、前記制限範囲設定部から指示された電圧位相制限範囲に制限する電圧位相制限部（２７）と、
    　を有し、
    　前記制限範囲設定部は、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次下限位相（Ｌ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの一次制限範囲を設定し、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて指令トルクに対応する位相である指令位相（Ｖθｃ）に前記回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を加算した位相を二次上限位相（Ｕ２ｃ）として算出し、前記指令位相から前記回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を二次下限位相（Ｌ２ｃ）として算出し、
    　前記一次下限位相又は前記二次下限位相の大きい方の位相から、前記一次上限位相又は前記二次上限位相の小さい方の位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、
    　前記電圧位相制限部は、前記制限前電圧位相を前記二次制限範囲に制限する交流電動機の制御装置。
  3. 　直流電力を交流電力に変換して交流電動機（８０）に供給するインバータ（６０）と、
    　前記交流電動機が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、前記インバータの出力電圧の電圧位相（Ｖθ）を演算するトルクフィードバック制御部（２０）と、
    　前記トルクフィードバック制御部が演算した電圧位相及び電圧振幅に基づき、前記インバータを駆動するスイッチング指令を生成するスイッチング指令生成部（４０）と、
    　を備え、
    　前記トルクフィードバック制御部は、
    　回転角センサ（８５）が検出した電気角に基づき、推定トルク（Ｔ＿ｅｓｔ）を算出する機能と、
    　指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）と前記推定トルクとのトルク偏差を０に近づけるように制限前電圧位相（Ｖθ＿０）を演算する機能と、
    　前記インバータに入力される直流電圧であるシステム電圧（Ｖｓｙｓ）及び前記交流電動機の回転数（ω）に応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相の制限範囲を設定する機能と、
    　前記制限前電圧位相を電圧位相の制限範囲に制限する機能と、
    　を有する交流電動機の制御装置において、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次上限位相（Ｕ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの一次制限範囲を設定し、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいてトルクがゼロクロスする位相であるゼロ位相に前記回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を加算した位相を、前記一次上限位相より小さい二次上限位相（Ｕ２ｚ）として算出し、前記ゼロ位相から前記回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を、前記一次下限位相より大きい二次下限位相（Ｌ２ｚ）として算出し、
    　指令トルクが負のとき、前記一次下限位相から前記二次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、指令トルクが正のとき、前記二次下限位相から前記一次上限位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、
    　前記制限前電圧位相を前記二次制限範囲に制限するように前記トルクフィードバック制御部を動作させるプログラム。
  4. 　直流電力を交流電力に変換して交流電動機（８０）に供給するインバータ（６０）と、
    　前記交流電動機が出力するトルクをフィードバック制御するための操作量として、前記インバータの出力電圧の電圧位相（Ｖθ）を演算するトルクフィードバック制御部（２０）と、
    　前記トルクフィードバック制御部が演算した電圧位相及び電圧振幅に基づき、前記インバータを駆動するスイッチング指令を生成するスイッチング指令生成部（４０）と、
    　を備え、
    　前記トルクフィードバック制御部は、
    　回転角センサ（８５）が検出した電気角に基づき、推定トルク（Ｔ＿ｅｓｔ）を算出する機能と、
    　指令トルク（Ｔ＿ｃｍｄ）と前記推定トルクとのトルク偏差を０に近づけるように制限前電圧位相（Ｖθ＿０）を演算する機能と、
    　前記インバータに入力される直流電圧であるシステム電圧（Ｖｓｙｓ）及び前記交流電動機の回転数（ω）に応じて規定される電圧位相－トルクマップにおいて、電圧位相の制限範囲を設定する機能と、
    　前記制限前電圧位相を電圧位相の制限範囲に制限する機能と、
    　を有する交流電動機の制御装置において、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて最小トルク位相から最大トルク位相までの区間内に、一次下限位相（Ｌ１）から一次上限位相（Ｕ１）までの一次制限範囲を設定し、
    　前記電圧位相－トルクマップにおいて指令トルクに対応する位相である指令位相（Ｖθｃ）に前記回転角センサのオフセット誤差最大量（ＭＥ）を加算した位相を二次上限位相（Ｕ２ｃ）として算出し、前記指令位相から前記回転角センサのオフセット誤差最大量を減算した位相を二次下限位相（Ｌ２ｃ）として算出し、
    　前記一次下限位相又は前記二次下限位相の大きい方の位相から、前記一次上限位相又は前記二次上限位相の小さい方の位相までの範囲を二次制限範囲として設定し、
    　前記制限前電圧位相を前記二次制限範囲に制限するように前記トルクフィードバック制御部を動作させるプログラム。
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JP2010148330A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Toyota Motor Corp 交流電動機の制御システム
JP2021168568A (ja) * 2020-04-10 2021-10-21 株式会社デンソー モータ駆動システム

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