JP4007344B2

JP4007344B2 - 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びプログラム

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Publication number: JP4007344B2
Application number: JP2004190737A
Authority: JP
Inventors: 志謙陳; 勲藤原
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Filing date: 2004-06-29
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Description

本発明は、電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びプログラムに関するものである。

従来、電動機械として配設された駆動モータ又は発電機には、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が配設される。

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、該電動機械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。

ところで、例えば、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ようになっている。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等から成る（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、前記駆動モータにおいては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、駆動モータの回転速度である駆動モータ回転速度が高くなるほど駆動モータ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、駆動モータによる出力が不可能になってしまう。

そこで、角速度が高くなって弱め界磁制御領域に入ると、弱め界磁制御が行われるように前記電流指令値マップが形成され、該電流指令値マップにおける角速度の高い所定の領域でｄ軸電流指令値が負の方向に大きくされるようになっている。したがって、駆動モータの運転領域を拡大することができる。
特開平５−１３０７１０号公報

しかしながら、前記従来の駆動モータ制御装置においては、前記駆動モータのパラメータにばらつきが発生したり、温度変化等によってパラメータが変動したりすると、それに対応するｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出することができず、安定して弱め界磁制御を行うことができなくなってしまう。

本発明は、前記従来の電動駆動制御装置の問題点を解決して、電動機械のパラメータにばらつきが発生したり、パラメータが変動したりしても、安定して弱め界磁制御を行うことができる電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びプログラム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第１、第２の電流指令値を算出する第１、第２の電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、前記電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値を算出する調整値算出処理手段とを有する。

そして、前記第１の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルクを達成するために、電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように第１の電流指令値を算出する最大トルク制御処理手段、及び該最大トルク制御処理手段によって算出された第１の電流指令値を前記調整値によって調整する電流指令値調整処理手段を備える。
また、前記第２の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルク及び第１の電流指令値を調整するための前記調整値に基づいて、電動機械目標トルクを達成するための第２の電流指令値を算出する。

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第１、第２の電流指令値を算出する第１、第２の電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、前記電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値を算出する調整値算出処理手段とを有する。

この場合、電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値が算出され、該調整値に基づいて第１の電流指令値が算出され、該第１の電流指令値に基づいて第２の電流指令値が算出されるので、電動機械のパラメータにばらつきが発生したり、温度変化等によってパラメータが変動したりしても、それに対応させて電圧指令値が算出され、第１の電流指令値を調整するための調整値が算出されるので、第１、第２の電流指令値もパラメータの変動に対応させて算出することができる。したがって、安定して弱め界磁制御を行うことができる。

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に搭載された電動駆動装置、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は本発明の第１の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態における電動駆動制御装置の概念図、図３は本発明の第１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４は本発明の第１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５は本発明の第１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。なお、図３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４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５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^*を採ってある。

図において、３１は電動機械としての駆動モータであり、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、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、本実施の形態においては、磁極位置センサ２１としてレゾルバが使用される。

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、該各トランジスタ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。

なお、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、検出電流取得処理手段は、前記検出電流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、駆動モータトルクＴＭによって電動機械トルクが、駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって電動機械目標トルクが構成される。

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、電流指令値算出処理手段としての電流指令値算出部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御処理部４７、電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出処理部４８、第１の相変換処理手段としての三相二相変換部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。

前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部５４を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の電流指令値算出処理を行い、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、ｑ軸電流指令値算出部５４は、第２の電流指令値算出処理を行い、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によって最大トルク制御処理手段が、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、弱め界磁制御処理部４７は、電圧飽和算定値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、調整値算出処理手段としての積分器５９を備え、弱め界磁制御処理を行い、バッテリ電圧が低くなったり、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなると、自動的に弱め界磁制御を行う。

そして、前記電圧指令値算出処理部４８は、電圧指令値算出処理を行うために、電流制御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電圧制御部６２を備え、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、電流制御部６１は電流制御処理を行い、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、電圧制御部６２は電圧制御処理を行い、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を算出する。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、本実施の形態において、前記駆動モータ制御装置４５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を行うようになっている。

そして、前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行い、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ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの目標値を表す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、駆動モータ制御装置４５の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３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に対応する駆動モータ目標トルクＴＭ^*の最大値を表す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。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。

なお、前記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が所定の値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が所定の値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。

続いて、前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、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^*を受け、前記記録装置に設定された図４の第１の電流指令値マップを参照し、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を減算器５５に送る。

この場合、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。

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の図示されない電圧飽和判定指標算出処理手段は、電圧飽和判定指標算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として、電圧飽和判定指標ｍ
ｍ＝√（ｖｄ^{* 2}＋ｖｑ^{* 2}）／Ｖｄｃ
を算出し、減算器５８に送る。

該減算器５８は、電圧飽和算定値算出処理を行い、前記電圧飽和判定指標ｍから、インバータ４０の最大出力電圧を表す閾値を比較値Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝ｋ・Ｖｄｃ
としたときの定数ｋ（本実施の形態においては、０．７８）を減算して電圧飽和算定値ΔＶ
ΔＶ＝ｍ−ｋ
を算出し、積分器５９に送る。

続いて、積分器５９は、電圧飽和判定処理及び調整値算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和算定値ΔＶを積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶ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Δｉｄを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｄを零にする。

そして、減算器５５は、電流指令値調整処理を行い、調整値Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*から調整値Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*をｑ軸電流指令値算出部５４及び電流制御部６１に送る。

この場合、調整値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、調整値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。

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、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ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、前記記録装置に設定された図５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、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正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^*が正の方向に小さくなる。

したがって、前記調整値Δｉｄが零であり、弱め界磁制御が行われない場合、調整値Δｉｄは零であるので、例えば、図５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^*である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、値ｉｄａ^*のままｑ軸電流指令値算出部５４に送られ、ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値はｉｑａ^*になる。これに対して、調整値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に送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^*の値がｉｄａ^*である場合、減算器５５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、負の方向に調整値Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^*にされ、ｑ軸電流指令値算出部５４に送られ、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。

ところで、前記三相二相変換部４９は、第１の相変換処理としての三相／二相変換を行い、磁極位置θを読み込み、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれ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、電流制御部６１に送る。そして、電流制御部６１は、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４から弱め界磁制御処理が行われた後のｄ軸電流指令値ｉｄ^*及び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、フィードバック制御を行う。

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に基づいて、比例制御及び積分制御を行う。

すなわち、前記電流制御部６１は、電流偏差δｉｄに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｐ、及び積分成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｉを算出し、電圧降下Ｖｚｄｐ、Ｖｚｄｉを加算して、電圧降下Ｖｚｄ
Ｖｚｄ＝Ｖｚｄｐ＋Ｖｚｄｉ
を算出する。

また、前記電流制御部６１は、角速度ω及びｑ軸電流ｉｑを読み込み、角速度ω、ｑ軸電流ｉｑ及びｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、ｑ軸電流ｉｑによって誘起される誘起電圧ｅｄ
ｅｄ＝ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出するとともに、前記電圧降下Ｖｚｄから誘起電圧ｅｄを減算し、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*
ｖｄ^*＝Ｖｚｄ−ｅｄ
＝Ｖｚｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出する。

また、電流制御部６１は、電流偏差δｉｑに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｐ、及び積分項分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉを算出し、電圧降下Ｖｚｑｐ、Ｖｚｑｉを加算して、電圧降下Ｖｚｑ
Ｖｚｑ＝Ｖｚｑｐ＋Ｖｚｑｉ
を算出する。

また、電流制御部６１は、角速度ω及びｄ軸電流ｉｄを読み込み、角速度ω、逆起電圧定数ＭＩｆ、ｄ軸電流ｉｄ及びｄ軸上のインダクタンスＬｄに基づいて、ｄ軸電流ｉｄによって誘起される誘起電圧ｅｑ
ｅｑ＝ω（ＭＩｆ＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出とともに、電圧降下Ｖｚｑに誘起電圧ｅｑ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＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出する。

続いて、前記電圧制御部６２の図示されない第２の相変換処理手段としての二相三相変換部は、第２の相変換処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び磁極位置θを読み込み、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*に変換し、該電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*をＰＷＭ発生器５０に送る。

該ＰＷＭ発生器５０は、出力信号発生処理を行い、前記各相の電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*及び前記直流電圧Ｖｄｃに基づいて、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号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。

ところで、本実施の形態においては、電流制御部６１から送られたｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて電圧飽和判定指標ｍが算出され、該電圧飽和判定指標ｍに基づいて調整値Δｉｄが算出されて弱め界磁制御が行われるので、逆起電圧定数ＭＩｆ、各ステータコイル１１〜１３の巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等の駆動モータ３１のパラメータにばらつきが発生したり、温度変化等によってパラメータが変動したりしても、それに対応させてｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*が算出され、電圧飽和判定指標ｍ及び調整値Δｉｄが算出されるので、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*もパラメータの変動に対応させて算出することができる。したがって、安定して弱め界磁制御を行うことができるだけでなく、トルク制御の精度を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図６は本発明の第２の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図７は本発明の第２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８は本発明の第２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。なお、図７において、横軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^*を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を、図８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^*を採ってある。

この場合、電流指令値算出処理手段としての電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部７３及び減算器７５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部７４を備え、ｑ軸電流指令値算出部７３及び減算器７５は、第１の電流指令値算出処理を行い、第１の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出し、ｄ軸電流指令値算出部７４は、第２の電流指令値算出処理を行い、第２の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出する。なお、前記ｑ軸電流指令値算出部７３によって最大トルク制御処理手段が、前記減算器７５によって電流指令値調整処理手段が構成される。

前記ｑ軸電流指令値算出部７３は、最大トルク制御処理を行い、前記記録装置に設定された図７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ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を読み込み、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を前記減算器７５に送る。

この場合、第１の電流指令値マップにおいて、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*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^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*は正の値を採り、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が零である場合、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は零にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなるにつれてｑ軸電流指令値ｉｑ^*は正の方向に大きくなるように設定される。

また、前記電圧制御部６２の前記電圧飽和判定指標算出処理手段は、電圧飽和判定指標算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて、第１の実施の形態と同様に、電圧飽和判定指標ｍを算出し、電圧飽和算定値算出処理手段としての減算器５８に送る。

該減算器５８は、電圧飽和算定値算出処理を行い、前記電圧飽和判定指標ｍから定数ｋを減算して電圧飽和算定値ΔＶを算出し、電圧飽和判定処理手段としての、かつ、調整値算出処理手段としての積分器５９に送る。

続いて、積分器５９は、電圧飽和判定処理及び調整値算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和算定値ΔＶを積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、前記積算値ΣΔＶ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Δｉｑを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｑを零にする。

そして、減算器７５は、電流指令値調整処理を行い、調整値Δｉｑを受け、前記ｑ軸電流指令値ｉｑ^*から調整値Δｉｑを減算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ^*を調整し、調整されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*をｄ軸電流指令値算出部７４及び電流制御部６１に送る。

この場合、調整値Δｉｑが零の値を採るとき、実質的にｑ軸電流指令値ｉｑ^*の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、調整値Δｉｑが正の値を採るとき、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は調整されて値が正の方向に小さくされ、弱め界磁制御が行われる。

このようにして、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が算出されると、前記ｄ軸電流指令値算出部７４は、トルク指令値制限部２２によって制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を読み込み、前記記録装置に設定された図８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ｑ軸電流指令値ｉｑ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を前記電流制御部６１に送る。

前記調整値Δｉｑが零であり、弱め界磁制御が行われない場合、調整値Δｉｑは零であるので、例えば、図８に示されるように、減算器７５に送られたｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値がｉｑａ^*である場合、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、値ｉｑａ^*のままｄ軸電流指令値算出部７４に送られ、該ｄ軸電流指令値算出部７４においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*の値はｉｄａ^*になる。これに対して、調整値Δｉｑ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７５に送られたｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値がｉｑａ^*である場合、減算器７５において、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、正の方向に調整値Δｉｑだけ小さい値ｉｑｂ^*にされ、ｄ軸電流指令値算出部７４に送られ、該ｄ軸電流指令値算出部７４においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*は値ｉｄａ^*より負の方向に大きくされて、値ｉｄｂ^*になる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第３の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図１０は本発明の第３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。なお、図１０において、横軸に調整値Δｉｄを、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を採ってある。

この場合、電流指令値算出処理手段としての電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部８４を備え、ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の電流指令値算出処理を行い、第１の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、ｑ軸電流指令値算出部８４は、第２の電流指令値算出処理を行い、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によって最大トルク制御処理手段が、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。

前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、最大トルク制御処理を行い、前記記録装置に設定された図４と同様の第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^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を前記減算器５５に送る。

そして、減算器５５は、電流指令値調整処理を行い、第１の実施の形態と同様に算出された調整値Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*から調整値Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*を電流制御部６１に送る。

一方、ｑ軸電流指令値算出部８４の図示されない指令値算出処理手段は、指令値算出処理を行い、トルク指令値制限部２２によって制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び調整値Δｉｄを読み込み、前記記録装置に設定された図１０の第２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^*及び調整値Δｉｄに対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*を読み込み、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を電流制御部６１に送る。なお、図１０の前記第２の電流指令値マップにおいて、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、調整値Δｉｄが小さいほど、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きいほど正の方向に大きく、調整値Δｉｄが大きいほど、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が小さいほど正の方向に小さく設定される。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１１は本発明の第４の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図１２は本発明の第４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。なお、図１２において、横軸に調整値Δｉｑを、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を採ってある。

この場合、電流指令値算出処理手段としての電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部７３及び減算器７５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部８５を備え、ｑ軸電流指令値算出部７３及び減算器７５は、第１の電流指令値算出処理を行い、第１の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出し、ｄ軸電流指令値算出部８５は、第２の電流指令値算出処理を行い、第２の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出する。なお、前記ｑ軸電流指令値算出部７３によって最大トルク制御処理手段が、前記減算器７５によって電流指令値調整処理手段が構成される。

前記ｑ軸電流指令値算出部７３は、最大トルク制御処理を行い、前記記録装置に設定された図７と同様の第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ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を読み込み、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を前記減算器７５に送る。

そして、減算器７５は、電流指令値調整処理を行い、第２の実施の形態と同様に算出された調整値Δｉｑを受け、前記ｑ軸電流指令値ｉｑ^*から調整値Δｉｑを減算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ^*を調整し、調整されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*を電流制御部６１に送る。

一方、ｄ軸電流指令値算出部８５の図示されない指令値算出処理手段は、指令値算出処理を行い、トルク指令値制限部２２によって制限された前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び調整値Δｉｑを読み込み、記録装置に設定された図１２の第２の電流指令値マップを参照して、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び調整値Δｉｑに対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を電流制御部６１に送る。

なお、図１２の前記第２の電流指令値マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、調整値Δｉｑ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*が小さいほど負の方向に小さく、調整値Δｉｑ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きいほど負の方向に大きく設定される。

前記各実施の形態においては、ｄ軸電流指令値算出部５３、７４、８５においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*が算出され、ｑ軸電流指令値算出部５４、７３、８４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^*が算出されるようになっているが、第１の電流指令値算出処理手段として電流振幅指令値算出部を、第２の電流指令値算出処理手段として電流位相指令値算出部を配設し、第１の電流指令値としての電流振幅指令値及び第２の電流指令値としての電流位相指令値を算出した後に、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出することができる。

さらに、第１の電流指令値算出処理手段として電流位相指令値算出部を、第２の電流指令値算出処理手段として電流振幅指令値算出部を配設し、第１の電流指令値としての電流位相指令値及び第２の電流指令値としての電流新風指令値を算出した後に、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出することができる。

また、前記各実施の形態においては、駆動モータ３１を駆動する場合について説明しているが、本発明を発電機を駆動する場合に適用することができる。

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。

本発明の第１の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。本発明の第１の実施の形態における電動駆動制御装置の概念図である。本発明の第１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。本発明の第１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。本発明の第１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。本発明の第２の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。本発明の第２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。本発明の第２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。本発明の第３の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。本発明の第３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。本発明の第４の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。本発明の第４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。

符号の説明

３１駆動モータ
４５駆動モータ制御装置
４８電圧指令値算出処理部
５３、７４、８５ｄ軸電流指令値算出部
５４、７３、８４ｑ軸電流指令値算出部
５５、７５減算器
５９積分器

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第１、第２の電流指令値を算出する第１、第２の電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、前記電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値を算出する調整値算出処理手段とを有するとともに、前記第１の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルクを達成するために、電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように第１の電流指令値を算出する最大トルク制御処理手段、及び該最大トルク制御処理手段によって算出された第１の電流指令値を前記調整値によって調整する電流指令値調整処理手段を備え、前記第２の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルク及び第１の電流指令値を調整するための前記調整値に基づいて、電動機械目標トルクを達成するための第２の電流指令値を算出することを特徴とする電動駆動制御装置。
前記第１、第２の電流指令値はｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値である請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記第１、第２の電流指令値はｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値である請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記調整値算出処理手段は、前記電圧指令値に基づいて算出され、電圧飽和の程度を表す電圧飽和判定指標、及び閾値に基づいて前記調整値を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動駆動制御装置。
前記調整値算出処理手段は、電圧飽和算定値を積算した積算値を算出するとともに、該積算値に基づいて前記調整値を算出する請求項１〜４のいずれか１項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第１、第２の電流指令値を算出し、該第１、第２の電流指令値に基づいて電圧指令値を算出し、該電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値を算出するとともに、前記第１の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルクを達成するために、電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように第１の電流指令値を算出し、最大トルク制御処理手段によって算出された第１の電流指令値を前記調整値によって調整する電流指令値調整処理手段を備え、前記第２の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルク及び第１の電流指令値を調整するための前記調整値に基づいて、電動機械目標トルクを達成するための第２の電流指令値を算出することを特徴とする電動駆動制御方法。
コンピュータを、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第１、第２の電流指令値を算出する第１、第２の電流指令値算出処理手段、前記第１、第２の電流指令値に基づいて電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段、及び前記電圧指令値に基づいて弱め界磁制御を行うために第１の電流指令値を調整するための調整値を算出する調整値算出処理手段として機能させるとともに、前記第１の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルクを達成するために、電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように第１の電流指令値を算出する最大トルク制御処理手段、及び該最大トルク制御処理手段によって算出された第１の電流指令値を前記調整値によって調整する電流指令値調整処理手段を備え、前記第２の電流指令値算出処理手段は、電動機械目標トルク及び第１の電流指令値を調整するための前記調整値に基づいて、電動機械目標トルクを達成するための第２の電流指令値を算出することを特徴とするプログラム。