JP4466600B2

JP4466600B2 - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

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Publication number: JP4466600B2
Application number: JP2006099312A
Authority: JP
Inventors: 勲藤原; 志謙陳
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-05-26
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Description

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。

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っている。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ロータ、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。

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いて発生させられた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いる。

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いて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。

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巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成り、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。）。
特開平１１−１５０９９６号公報

しかしながら、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い、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い。

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。

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、磁束を電流で除算した値を表す第１のインダクタンス、及び磁束を電流で微分した値を表す第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。

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、磁束を電流で除算した値を表す第１のインダクタンス、及び磁束を電流で微分した値を表す第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い、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。

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、磁束を電流で除算した値を表す第１のインダクタンス、及び磁束を電流で微分した値を表す第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。

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。

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。

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１１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において、横軸にｄ（ｑ）軸電流ｉｄ（ｉｑ）を、縦軸に磁束φｄ（φｑ）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１１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。

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巻装された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。

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ＳＧθ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。

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。

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Ｔｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路５１において発生させられた駆動信号を各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に送り、各トランジスタＴｒ１〜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っている。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。

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。

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。

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。

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のほかに、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の電流指令値マップが設定される。なお、ＣＰＵに代えてＭＰＵを使用することができる。

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が、プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設されたハ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。

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。

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ＳＧθを読み込み、該磁極位置信号ＳＧθ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ＳＧθ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ｐ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ＮＭ
ＮＭ＝６０・（２／ｐ）・ω／２π
も算出する。該駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

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ｉｕ、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。

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っている。

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αを読み込み、車速Ｖ及びアクセル開度α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。

そして、該駆動モータ制御装置４５において、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。

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ｉｑ^*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。

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）が低くなったり、角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）が高くなったりすると、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。

そして、前記三相二相変換部４９は、三相／二相変換を行い、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。

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。

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。

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Ｔｒ１〜Ｔｒ６をスイ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。

このように、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づい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。

次に、前記電流指令値設定部４６の動作について説明する。

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。

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い、前記直流電圧Ｖｄｃ、角速度ω及び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。

前記最大駆動モータ目標トルクマップにおいて、角速度ωが所定の値ω１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ω１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ω１を超える領域において、最大駆動モータ目標トルクＴＭｍａｘ^*は、直流電圧Ｖｄｃが高いほど大きく、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。

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の電流指令値マップを参照し、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。

この場合、前記第１の電流指令値マップにおいて、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。

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におい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。

なお、前記第２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。

次に、弱め界磁制御部４７の動作について説明する。

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が、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による出力が不可能になってしまう。

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｜ｖ｜

を、理論上の最大の電圧Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝０．７８×Ｖｄｃ
によって除算することにより、変調率ｍ

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。

そして、前記減算器５８は、電圧飽和指標算出処理を行い、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か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Δｍ
Δｍ＝ｍ−ｋ
を算出し、電圧飽和指標Δｍをｄ軸電流調整制御部５９に送る。

続いて、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Δｍを積算し、積算値ΣΔｍを算出し、該積算値ΣΔｍが正の値を採るかどうかによって電圧飽和が生じているかどうかを判断し、積算値ΣΔｍが正の値を採り、電圧飽和が生じている場合、積算値ΣΔｍ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Δｉｄを算出して設定し、積算値ΣΔｍ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Δｉｄを零にする。

そして、弱め界磁電流Δｉｄは減算器５５に送られ、該減算器５５は、弱め界磁電流Δｉｄ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Δｉｄ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。

この場合、弱め界磁電流Δｉｄ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Δｉｄ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。

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ｉｄａ^*であるときに、弱め界磁電流Δｉｄ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ｉｑａ^*が読み出される。これに対して、弱め界磁電流Δｉｄ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Δｉｄ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。

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。

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い、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Ｖｄｃ／ω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Ｖｄｃ／ωを算出する。

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。

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Δｉｄ、及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差Δｉｑを算出し、各電流偏差Δｉｄ、Δｉｑ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。

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い、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、二／三相変換によって、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。

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^*、ｖｗ^*によって電圧指令値が構成される。

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巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成り、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。

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い。

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いる。

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。

ところで、電圧速度比Ｖｄｃ／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φｄ（φｑ）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φｄ（φｑ）が大きくなることが分かる。また、磁束φｄ（φｑ）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ｉｑ）がわずかに変化するだけで、磁束φｄ（φｑ）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）が大きい領域においては、ｄ軸電流ｉｄ（ｑ軸電流ｉｑ）を変化させても、磁束φｄ（φｑ）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い。

そこで、磁束φｄ（φｑ）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＝φｄ／ｉｄ
Ｌｑｓ＝φｑ／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。

また、磁束φｄ（φｑ）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、

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Ｌｄｄ、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。

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Ｌｄｄ、Ｌｑｄを算出するに当たり、前記磁束φｄ（φｑ）としては計算値又は推定値が使用される。

次に、前記電流制御部６１の詳細について説明する。

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。

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（Ｌｄ（Ｖｄｃ／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Δｉｄ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。

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Δｉｑに基づいて、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。

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Δｉｄを算出し、ＰＩ項演算部８２に送る。

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^*の変化量を大きくするのが好ましく、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。

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Ｖｄｃ／ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*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に送るようにしている。

そして、ＰＩ項演算部８２は、第１の比例積分項演算処理を行い、電流偏差Δｉｄ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Δｉｄ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。

そして、前記比例項演算部は、比例項演算処理を行い、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Δｉｄ及びゲインＧｐｄ（Ｌｄｄ）に基づいて比例項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｐ
Ｖｚｄｐ＝Ｇｐｄ（Ｌｄｄ）・Δｉｄ
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い、電流偏差Δｉｄ及び積分項演算用のゲインＧｉｄに基づいて積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｉ
Ｖｚｄｉ＝Ｇｉｄ・ΣΔｉｄ
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を加算して、電圧降下Ｖｚｄ
Ｖｚｄ＝Ｖｚｄｐ＋Ｖｚｄｉ
＝Ｇｐｄ（Ｌｄｄ）・Δｉｄｐ＋Ｇｉｄ・ΣΔｉｄ
を算出する。

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に基づいて、干渉項のｄ軸電流ｉｄによって誘起される誘起電圧ｅｑ
ｅｑ＝−ω（ＭＩｆ＋Ｌｄｓ・ｉｄ^*）
を算出し、加算器９０に送る。

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Δｉｑを算出し、ＰＩ項演算部８７に送る。

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ｖｑ^*の変化量を大きくするのが好ましく、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ｖｑ^*の変化量を小さくするのが好ましい。

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Ｖｄｃ／ω及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*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に送るようにしている。

そして、ＰＩ項演算部８７は、第２の比例積分項演算処理を行い、電流偏差Δｉｑ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Δｉｑ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、加算器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。

そして、前記比例項演算部は、比例項演算処理を行い、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Δｉｑ及びゲインＧｐｄ（Ｌｑｄ）に基づいて比例項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｐ
Ｖｚｑｐ＝Ｇｐｑ（Ｌｑｄ）・Δｉｑ
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い、電流偏差Δｉｑ及び積分項演算用のゲインＧｉｑに基づいて積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉ
Ｖｚｑｉ＝Ｇｉｑ・ΣΔｉｑ
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を加算して、電圧降下Ｖｚｑ
Ｖｚｑ＝Ｖｚｑｐ＋Ｖｚｑｉ
＝Ｇｐｑ（Ｌｑｄ）・Δｉｑ＋Ｇｉｑ・ΣΔｉｑ
を算出する。

また、干渉項演算部８８は、第２の干渉項演算処理を行い、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ｉｑ^*及びスタティックインダクタンスＬｑｓに基づいて、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。

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^*＝Ｖｚｄ＋ｅｄ
＝Ｖｚｄ−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。

このようにして、ｄ軸電流偏差δｉｄ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δｉｑ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。

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が、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。

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ィッ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。

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が、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、ハイブリッド型車両には、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。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、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から排除するものではない。

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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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

３１駆動モータ
５３ｄ軸電流指令値算出部
５４ｑ軸電流指令値算出部
８１、８６減算器
８２、８７ＰＩ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

Claims

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、磁束を電流で除算した値を表す第１のインダクタンス、及び磁束を電流で微分した値を表す第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。
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。
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い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。
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、磁束を電流で除算した値を表す第１のインダクタンス、及び磁束を電流で微分した値を表す第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い、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。