JP5440576B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
vd=R・id+Ldt・(did/dt)−ω・Lqs・iq …(c1)
vq=R・iq+Lqt・(diq/dt)+ω・Lds・id+ω・φ …(c2)
上記の式においては、抵抗R、電機子鎖交磁束定数φ、d軸の定常インダクタンスLds、d軸の過渡インダクタンスLdt、q軸の定常インダクタンスLqs、q軸の過渡インダクタンスLqtを用いた。
vu=R・iu+(dΦu/dt) …(c3)
vv=R・iv+(dΦv/dt) …(c4)
vw=R・iw+(dΦw/dt) …(c5)
上記の式(c3)〜(c5)をdq変換することで、dq軸上の鎖交磁束Φd,Φqを用いた以下の式(c6),(c7)が得られる。
vd=R・id+(dΦd/dt)−ω・Φq …(c6)
vq=R・iq+(dΦq/dt)+ω・Φd …(c7)
上記の式の「dΦd/dt=(dΦd/did)・(did/dt)」において「dΦd/did=Ldt」と定義することで、d軸の過渡インダクタンスLdtを得ることができる。同様に、「dΦq/dt=(dΦq/diq)・(diq/dt)」において「dΦq/diq=Lqt」と定義することで、q軸の過渡インダクタンスLqtを得ることができる。また、「Φd=Lds・id+φ」とする定義することでd軸の定常インダクタンスLdsを得ることができ、「Φq=Lqs・iq」と定義することでq軸の定常インダクタンスLdsを得ることができる。なお、ここで、d軸の鎖交磁束Φdにおいてd軸電流に比例しない定数項φは、永久磁石による鎖交磁束の項である。
vda=R・id−ω・Lqs・iq …(c8)
vqa=R・iq+ω・Lds・id+ω・φ …(c9)
続くステップS14においては、1制御周期先における電流(ide(n+1),iqe(n+1))を予測する。これは、上記ステップS10によって出力された電圧ベクトルV(n)によって、1制御周期先の電流がどうなるかを予測する処理である。これは、上記の式(c1)、(c2)の電圧ベクトル(vd,vq)を、平均電圧ベクトル(vda,vqa)と瞬時電圧ベクトル(vd−vda,vq−vqa)とに分解し、瞬時電圧ベクトル(vd−vda,vq−vqa)と、上記の式(c1)、(c2)の過渡インダクタンスの項とが等しいとした下記の式(c10),(c11)を用いて行なうことができる。
vd−vda=Ldt・(did/dt) …(c10)
vq−vqa=Lqt・(diq/dt) …(c11)
詳しくは、上記の式(c10),(c11)を制御周期Tcにおいて離散化した下記の式(c12),(c13)にて行なうことができる。
ide(n+1)
=Tc・{vd(n)−vda(n)}/Ldt+id(n) …(c12)
iqe(n+1)
=Tc・{vq(n)−vqa(n)}/Lqt+iq(n) …(c13)
ちなみに、ここでの電圧ベクトル(vd(n),vq(n))は、ステップS10において出力された電圧ベクトルV(n)をステップS10において検出された電気角θ(n)による変換行列を用いて変換することで、dq軸上の電圧成分を算出したものである。
vd=R・id+Ld・(did/dt)−ω・Lq・iq …(c14)
vq=R・iq+Lq・(diq/dt)+ω・Ld・id+ωφ …(c15)
この場合、指令電流id*,iq*に対する予測電流ide,iqeの誤差分布や、指令電流id*,iq*に対する実電流id,iqの誤差分布が拡大し、制御性が低下する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
vd=
R・id−ω・Lqs・iq
+Ldt・(did/dt)+Ldqt・(diq/dt) …(c16)
vq=
R・iq+ω・Lds・id+ω・φ
+Lqt・(diq/dt)+Lqdt・(did/dt) …(c17)
これは、磁気飽和現象が顕著となることで、d軸の実電流idがq軸の鎖交磁束Φqに影響を及ぼしたり、q軸の実電流iqがd軸の鎖交磁束Φdに影響を及ぼしたりすることに鑑みたものである。上記のクロスカップリングインダクタンスLdqt,Lqdtは、上記の式(c6)、(c7)における鎖交磁束Φd,Φqの時間微分の項において、鎖交磁束Φdの実電流iqによる偏微分係数、鎖交磁束Φqの実電流idによる偏微分係数として定義されるものである。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
vd=
R・id−ω・Lqs・iq−ω・Lqds・id
+Ldt・(did/dt)+Ldqt・(did/dt) …(c18)
vq=
R・iq+ω・Lds・id++ω・Ldqs・iqω・φ
+Lqt・(diq/dt)+Lqdt・(diq/dt) …(c19)
これは、磁気飽和現象が顕著となることで、d軸の実電流idがq軸の鎖交磁束Φqに影響を及ぼしたり、q軸の実電流iqがd軸の鎖交磁束Φdに影響を及ぼしたりすることに鑑みたものである。上記のクロスカップリングインダクタンスLdqs,Lqdsの項は、上記の式(c6)、(c7)における鎖交磁束Φd,Φqの項において、鎖交磁束Φdが実電流iqと比例関係にあるとして且つ鎖交磁束Φqが実電流idと比例関係にあるとすることで導出されるものである。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
上記第1の実施形態では、低トルク領域において、過渡インダクタンスLdt、Lqtを定常インダクタンスLds,Lqsと一致させたが相違させてもよい。
電流に応じた可変設定を行なううえでの入力パラメータとしては、要求トルクT*に限らず、電流から推定される推定トルクであってもよい。また、トルクに限らず、電流を直接入力パラメータとしてもよい。
電流に応じた可変設定を行なううえでの入力パラメータとしては、要求トルクT*に限らず、電流から推定される推定トルクであってもよい。また、トルクに限らず、電流を直接入力パラメータとしてもよい。
制御装置20内における演算パラメータとして、インダクタンスの値を記憶保持するものに限らない。たとえば、瞬時電圧ベクトル(vd−vda,vq−vqa)と瞬時電流(ide(n+2)−ide(n+1),iqe(n+2)−iqe(n+1))との関係を規定するマップを備え、このマップにおける瞬時電流を、過渡インダクタンスLdt,Lqtを用いて作成してもよい。この場合、マップの入力パラメータに、要求トルクT*等を含めることが望ましい。
定常インダクタンスを用いるものに限らない。たとえば、インバータINVの実際のスイッチングモードに対応する電圧ベクトルの所定期間の平均値を平均電圧としてもよい。また、こうして算出される平均電圧の大きさを、平均電圧のベクトルノルムとして且つ、平均電圧の位相については、ゼロ電圧ベクトルに対応するスイッチングモード0,7における実電流と指令電流との差の変化方向に基づき算出してもよい。
電流の変化量の算出に限らない。たとえば、トルクであってもよい。ここで、トルクTが「T=P・iq+(Lq−Ld)・id・iq」にて表現されることに鑑みれば、瞬時電流ベクトル(Δid,Δiq)=(ide(n+2)−ide(n+1),iqe(n+2)−iqe(n+1))を用いて、「ΔT=P・Δiq+(Lq−Ld)・Δid・Δiq」と表現され、これは、瞬時電圧ベクトル(vd−vda,vq−vqa)の関数として表現可能である。
dq座標系に限らず、たとえば3相座標系であってもよい。この場合であっても、鎖交磁束の電流微分値として過渡インダクタンスを定義することは、瞬時電圧と瞬時電流との関係を高精度に定める上で有効である。
スイッチングモードの全てに限らず、スイッチング状態の切り替え端子数が「1」以下となるものや、「2」以下となるものであってもよい。
次回のスイッチングモードに対応する電圧ベクトルV(n+1)によって生じる制御量のみを予測するものに限らない。たとえば、数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータINVの操作による制御量まで順次予測するものであってもよい。
たとえば、上記第1の実施形態において、予測電流ide(n+2)と指令電流id*(n+2)との差の絶対値と、予測電流iqe(n+2)と指令電流iq*(n+2)との差の絶対値との加重平均処理値を、予測電流と指令電流との乖離度合いの評価対象とするパラメータとしてもよい。要は、乖離度合いが大きいほど評価が低くなることを定量化すべく、乖離度合いと評価パラメータとの間に正または負の相関関係があるパラメータによって定量化すればよい。
指令値と予測値とに基づきインバータINVのスイッチングモードを決定するために用いる制御量としては電流に限らない。例えば、トルクおよび鎖交磁束としたり、トルクのみまたは鎖交磁束のみとしたりしてもよい。また例えば、トルクおよびd軸電流またはトルクおよびq軸電流等、トルクおよび電流であってもよい。ここで、制御量を電流以外とする場合等において、センサによる直接の検出対象を電流以外としてもよい。
回転機としては、3相回転機に限らず、5相回転機等、4相以上の回転機であってもよい。
直流電圧源としては、高電圧バッテリ12に限らず、例えば高電圧バッテリ12の電圧を昇圧するコンバータの出力端子であってもよい。
Claims (8)
- 互いに相違する電圧値の電圧のそれぞれを印加する各別の電圧印加手段と回転機の端子との間を開閉するスイッチング素子を備えて構成される電力変換回路について、該電力変換回路を構成するスイッチング素子のオン・オフ操作によって、前記回転機を流れる電流、前記回転機のトルク、および前記回転機の鎖交磁束の少なくとも1つを有した制御量を制御する回転機の制御装置において、
前記スイッチング素子のそれぞれがオン状態であるかオフ状態であるかを示すスイッチングモードを仮設定し、該仮設定されたスイッチングモードのそれぞれに応じた前記制御量に関する予測を行なう予測手段と、
該予測手段による予測結果に基づき、前記電力変換回路の実際の操作に用いるスイッチングモードを決定する決定手段と、
該決定されたスイッチングモードとなるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備え、
前記予測手段による予測処理は、前記予測の対象とする制御量または該制御量を算出するためのパラメータについての前記仮設定されたスイッチングモードに応じた変化量を、前記回転機のインダクタンス情報に基づき予測する処理を含み、
前記インダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流と鎖交磁束との比とは相違し、
前記予測手段は、
前記電力変換回路の出力電圧の平均値を算出する平均電圧算出手段と、
該平均電圧算出手段によって算出される平均値に対する前記仮設定されたスイッチングモードに応じた前記電力変換回路の出力電圧の差として瞬時電圧を算出する瞬時電圧算出手段と、
前記瞬時電圧と前記インダクタンス情報とに基づき、前記変化量を予測する変化量予測手段と、
を備え、
前記平均電圧算出手段は、前記回転機を流れる電流を入力とし、インダクタンス情報に基づき前記平均値を算出するものであり、
前記変化量予測手段が前記変化量を算出する際に用いるインダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流の微小変化量と鎖交磁束の微小変化量との比としての過渡インダクタンスの値であり、
前記平均電圧算出手段が前記平均値を予測する際に用いる前記インダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流と鎖交磁束との比としての定常インダクタンスであることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記回転機のトルクが規定値以上の領域における前記インダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流に対する鎖交磁束の比よりも絶対値が小さいことを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記回転機のトルクが規定値未満の領域における前記インダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流と鎖交磁束との比であることを特徴とする請求項2記載の回転機の制御装置。
- 前記インダクタンス情報の示すインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流、および前記回転機の回転角度の少なくとも一方に応じて可変設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記定常インダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流、および前記回転機の回転角度の少なくとも一方に応じて可変設定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記予測の対象とする制御量または該制御量を算出するためのパラメータについての前記仮設定されたスイッチングモードに応じた変化量を予測する処理は、dq軸上の成分の変化量を予測する処理を含み、
前記dq軸上の成分の変化量を予測する処理に用いられる前記インダクタンス情報の示すインダクタンスには、d軸を流れる電流とq軸の鎖交磁束との比としてのクロスカップリングインダクタンス、およびq軸を流れる電流d軸の鎖交磁束との比としてのクロスカップリングインダクタンスの少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記クロスカップリングインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流、および前記回転機の回転角度の少なくとも一方に応じて可変設定されることを特徴とする請求項6記載の回転機の制御装置。
- 前記クロスカップリングインダクタンスの値は、前記回転機を流れる電流が規定値以下である場合、ゼロとされることを特徴とする請求項6または7記載の回転機の制御装置。
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