JP2010166715A - Controller and control system for rotating machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a conventional system that the controllability of torque is not always favorable when controlling the torque of a motor generator by operating an inverter connected to the motor generator. <P>SOLUTION: A controller predicts currents ide and iqe in the case where the operation state of an inverter is set at a voltage vector Vn, based on a power voltage VDC, with the present current detected values id and iq as initial values (step S14). It performs this prediction for all voltage vectors V0-V7 (YES in step S22). It predicts a torque based on these predicted currents (step S28). It uses a voltage vector where the deviation between a predicted torque and a requested torque becomes the minimum, as an actual operation state of the inverter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機のトルクを制御する回転機の制御装置及び制御システムに関する。   The present invention relates to a control device and a control for a rotating machine that controls a torque of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of the rotating machine. About the system.

この種の制御装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、インバータの出力電圧ベクトルのノルムが所定以上となる場合、3相電動機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく、インバータの出力電圧の位相を操作することも提案されている。すなわち、3相電動機を流れる電流から推定される3相電動機のトルクを要求トルクに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位相を設定し、所定のベクトルノルムを有する電圧の位相をこの設定される位相に操作する。これにより、3相電動機のトルクを要求トルクにフィードバック制御することができる。   As this type of control device, as shown in, for example, Patent Document 1 below, when the norm of the output voltage vector of the inverter exceeds a predetermined value, the output of the inverter is to be feedback-controlled to the required torque of the three-phase motor torque. It has also been proposed to manipulate the phase of the voltage. That is, as the operation amount for feedback control of the torque of the three-phase motor estimated from the current flowing through the three-phase motor to the required torque, the phase of the output voltage of the inverter is set, and the phase of the voltage having a predetermined vector norm is set. Operate to this set phase. As a result, the torque of the three-phase motor can be feedback controlled to the required torque.

なお、従来の制御装置としては、他にも例えば下記特許文献2に記載されているものもある。   Other conventional control devices are also described in, for example, Patent Document 2 below.

特開平11−299297号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-299297 特許第3727268号公報Japanese Patent No. 3727268

ところで、上記のようにトルクのフィードバック制御を行う場合、3相電動機のトルクが要求トルクから離間することで初めて位相が変更されるため、トルクの追従性が必ずしも高くならず、3相電動機の実際のトルクが想定外のものとなる事態が生じる懸念がある。   By the way, when the torque feedback control is performed as described above, the phase is changed only when the torque of the three-phase motor is separated from the required torque. There is a concern that the torque may become unexpected.

なお、上記トルクのフィードバック制御を行うものに限らず、回転機のトルクを要求トルクに制御するものにあっては、実際のトルクが想定外のものとなる懸念があるこうした実情も概ね共通したものとなっている。   In addition, not only those that perform feedback control of the torque described above, but those that control the torque of the rotating machine to the required torque, there is a concern that the actual torque may be unexpected, such circumstances are generally common It has become.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機のトルクをより好適に制御することのできる回転機の制御装置及び制御システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to operate a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of a rotating machine. Thus, an object of the present invention is to provide a control device and a control system for a rotating machine that can more suitably control the torque of the rotating machine.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機のトルクを制御する回転機の制御装置において、前記電力変換回路の操作状態を複数通りのそれぞれに設定した場合のこれら各操作状態に応じた前記電力変換回路の出力電圧のそれぞれによって実現されるトルクをそれぞれ予測する予測手段と、前記予測されるトルクと目標値とに基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定して前記電力変換回路を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a rotating machine that controls the torque of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply to a terminal of the rotating machine. In the control device, prediction means for predicting the torque realized by each of the output voltages of the power conversion circuit according to each of the operation states when the operation state of the power conversion circuit is set to a plurality of ways, Operation means for operating the power conversion circuit by determining an actual operation state of the power conversion circuit based on the predicted torque and the target value is provided.

電力変換回路の入力電圧と電力変換回路の操作状態とによって定まる電力変換回路の出力電圧(回転機の入力電圧)により、回転機に流れる電流が定まる。そして回転機に流れる電流は、トルクと相関を有するパラメータである。したがって、電力変換回路の操作状態を設定した場合の電力変換回路の出力電圧によって、トルクを予測することができる。特に、電力変換回路の操作状態を複数通りに設定することで、回転機のトルクを目標値に制御する上でより適切な操作状態を選択することができる。このため、上記発明によれば、回転機のトルクをより好適に制御することができる。   The current flowing through the rotating machine is determined by the output voltage (input voltage of the rotating machine) of the power converting circuit determined by the input voltage of the power converting circuit and the operation state of the power converting circuit. The current flowing through the rotating machine is a parameter having a correlation with torque. Therefore, the torque can be predicted from the output voltage of the power conversion circuit when the operation state of the power conversion circuit is set. In particular, by setting a plurality of operation states of the power conversion circuit, it is possible to select a more appropriate operation state in controlling the torque of the rotating machine to the target value. For this reason, according to the said invention, the torque of a rotary machine can be controlled more suitably.

なお、上記予測手段は、前記電力変換回路の操作状態を、非ゼロベクトルの全てと少なくとも1つのゼロベクトルとのそれぞれに設定した場合に実現されるトルクを予測するものであることが望ましい。   In addition, it is desirable that the prediction means predicts a torque realized when the operation state of the power conversion circuit is set to all of the non-zero vectors and at least one zero vector.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記操作手段は、前記予測されるトルクと目標値との偏差を最小とする操作状態となるように前記電力変換回路を操作することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the operation means operates the power conversion circuit so as to be in an operation state that minimizes a deviation between the predicted torque and a target value. It is characterized by.

上記発明によれば、電力変換回路の操作によって回転機のトルクを目標値に好適に近づけることができる。   According to the above invention, the torque of the rotating machine can be suitably brought close to the target value by operating the power conversion circuit.

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記予測手段は、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合に前記回転機に流れる電流を予測する手段と、該予測される電流に基づきトルクを予測する手段とを備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the prediction means is predicted to include a means for predicting a current flowing through the rotating machine when an operation state of the power conversion circuit is set. Means for predicting the torque based on the current.

回転機のトルクは、回転機を流れる電流に依存するため、回転機を流れる電流に基づき推定可能である。また、回転機を流れる電流は、電力変換回路から回転機に印加される電圧によって予測することができる。上記発明では、この点に鑑み、回転機を流れる電流を予測することで、電力変換回路の操作状態を設定した場合の回転機のトルクを予測することができる。   Since the torque of the rotating machine depends on the current flowing through the rotating machine, it can be estimated based on the current flowing through the rotating machine. Further, the current flowing through the rotating machine can be predicted by the voltage applied from the power conversion circuit to the rotating machine. In the above invention, in view of this point, the torque of the rotating machine when the operation state of the power conversion circuit is set can be predicted by predicting the current flowing through the rotating machine.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記操作手段は、前記予測される電流が許容範囲を超えるものとなる操作状態を避けて前記電力変換回路を操作することを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the operation means operates the power conversion circuit while avoiding an operation state in which the predicted current exceeds an allowable range. To do.

上記発明では、トルクを制御するに際し、電流が過度に不適切な値となることを回避することができる。   In the said invention, when controlling a torque, it can avoid that an electric current becomes an excessively inappropriate value.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システムである。   A fifth aspect of the present invention is a rotating machine control system comprising the rotating machine control device according to any one of the first to fourth aspects and the power conversion circuit.

上記発明では、操作手段を備えるために、トルクの制御性の高いシステムを実現している。   In the above invention, since the operation means is provided, a system with high torque controllability is realized.

一実施形態にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning one Embodiment. 電圧ベクトルを示す図。The figure which shows a voltage vector. 上記実施形態にかかるトルク制御の処理手順を示す流れ図。The flowchart which shows the process sequence of the torque control concerning the said embodiment.

以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ10は、3相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ10は、突極性を有する回転機(突極機)である。詳しくは、モータジェネレータ10は、埋め込み磁石同期モータ(IPMSM)である。   FIG. 1 shows the overall configuration of a motor generator control system according to this embodiment. The motor generator 10 is a three-phase permanent magnet synchronous motor. The motor generator 10 is a rotating machine (saliency pole machine) having saliency. Specifically, the motor generator 10 is an embedded magnet synchronous motor (IPMSM).

モータジェネレータ10は、インバータIV及び昇圧コンバータCVを介して高圧バッテリ12に接続されている。ここで、昇圧コンバータCVは、高圧バッテリ12の電圧(例えば「288V」)を所定の電圧(例えば「666V」)を上限として昇圧するものである。一方、インバータIVは、スイッチング素子Sup,Sunの直列接続体と、スイッチング素子Svp,Svnの直列接続体と、スイッチング素子Swp,Swnの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードDup,Dun,Dvp,Dvn,Dwp,Dwnが逆並列に接続されている。   The motor generator 10 is connected to a high voltage battery 12 via an inverter IV and a boost converter CV. Here, the boost converter CV boosts the voltage (for example, “288V”) of the high-voltage battery 12 up to a predetermined voltage (for example, “666V”). On the other hand, the inverter IV includes a series connection body of the switching elements Sup and Sun, a series connection body of the switching elements Svp and Svn, and a series connection body of the switching elements Swp and Swn. The points are connected to the U, V, and W phases of the motor generator 10, respectively. In the present embodiment, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used as the switching elements Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, and Swn. In addition, diodes Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp, and Dwn are connected in antiparallel to these.

本実施形態では、モータジェネレータ10やインバータIVの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ10の回転角度θ(電気角)を検出する回転角度センサ15を備えている。また、モータジェネレータ10の各相を流れる電流iu,iv,iwを検出する電流センサ16,17,18を備えている。更に、インバータIVの入力電圧(電源電圧VDC)を検出する電圧センサ19を備えている。   In this embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the motor generator 10 and the inverter IV. First, a rotation angle sensor 15 that detects a rotation angle θ (electrical angle) of the motor generator 10 is provided. Further, current sensors 16, 17, and 18 that detect currents iu, iv, and iw flowing through the phases of the motor generator 10 are provided. Furthermore, a voltage sensor 19 for detecting an input voltage (power supply voltage VDC) of the inverter IV is provided.

上記各種センサの検出値は、インターフェース13を介して低圧システムを構成する制御装置14に取り込まれる。制御装置14では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータIVやコンバータCVを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータIVのスイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnを操作する信号が、操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnである。また、昇圧コンバータCVの2つのスイッチング素子を操作する信号が、操作信号gup,gcnである。   The detection values of the various sensors are taken into the control device 14 constituting the low pressure system via the interface 13. The control device 14 generates and outputs an operation signal for operating the inverter IV and the converter CV based on the detection values of these various sensors. Here, the signals for operating the switching elements Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn of the inverter IV are the operation signals gup, gun, gvp, gvn, gwp, gwn. The signals for operating the two switching elements of the boost converter CV are the operation signals gup and gcn.

上記制御装置14は、モータジェネレータ10のトルクを要求トルクに制御するためにインバータIVを操作する。特に、本実施形態では、インバータIVの操作状態を設定した場合についてのモータジェネレータ10のトルクを予測し、このトルクが要求トルクに近くなる操作状態となるようにインバータIVを操作するモデル予測制御を行う。ここでは、まずインバータIVの操作状態について説明する。   The control device 14 operates the inverter IV in order to control the torque of the motor generator 10 to the required torque. In particular, in the present embodiment, the model predictive control for predicting the torque of the motor generator 10 when the operation state of the inverter IV is set and operating the inverter IV so that the torque becomes an operation state close to the required torque is performed. Do. Here, the operation state of the inverter IV will be described first.

インバータIVの操作状態は、図2に示す8つの電圧ベクトルによって表現できる。ここで例えば、低電位側のスイッチング素子Sun,Svn,Swnがオン状態となる操作状態(図中、「下」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV0であり、高電位側のスイッチング素子Sup,Svp,Swpがオン状態となる操作状態(図中、「上」と表記)を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルV7である。これら、電圧ベクトルV0,V7は、モータジェネレータ10の全相を短絡させるものであり、インバータIVからモータジェネレータ10に印加する電圧がゼロとなるものであるため、ゼロベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの6つの電圧ベクトルV1〜V6は、上側アーム及び下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作パターンによって規定されるものであり、非ゼロベクトルと呼ばれている。なお、図2(b)に示すように、電圧ベクトルV1、V3,V5のそれぞれがU相、V相、W相の正側にそれぞれ対応している。   The operation state of the inverter IV can be expressed by eight voltage vectors shown in FIG. Here, for example, the voltage vector representing the operation state (indicated as “lower” in the figure) in which the low-potential side switching elements Sun, Svn, Swn are turned on is the voltage vector V0, and the high-potential side switching element A voltage vector representing an operation state (indicated as “upper” in the drawing) in which Sup, Svp, and Swp are turned on is a voltage vector V7. These voltage vectors V0 and V7 are for short-circuiting all phases of the motor generator 10 and are called zero vectors because the voltage applied to the motor generator 10 from the inverter IV becomes zero. On the other hand, the remaining six voltage vectors V1 to V6 are defined by an operation pattern in which switching elements that are turned on exist in both the upper arm and the lower arm, and are called non-zero vectors. Yes. As shown in FIG. 2B, each of the voltage vectors V1, V3, and V5 corresponds to the positive side of the U phase, the V phase, and the W phase, respectively.

本実施形態では、インバータIVの操作状態をこれら8つの電圧ベクトルV0〜V7のそれぞれとした場合についてのモータジェネレータ10のトルクを予測し、これに基づき実際の操作状態とする電圧ベクトルを選択する。   In this embodiment, the torque of the motor generator 10 when the operation state of the inverter IV is set to each of these eight voltage vectors V0 to V7 is predicted, and based on this, the voltage vector to be in the actual operation state is selected.

図3に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。図3に示す処理は、制御装置14によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。   FIG. 3 shows a model prediction control processing procedure according to the present embodiment. The processing shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the control device 14 at a predetermined cycle, for example.

この一連の処理では、まずステップS10において、現在の電流の検出値id,iqを取得する。この処理は、電流センサ16〜18によって検出される実電流iu,iv,iwを3相変換することで、実電流id,iqとする処理である。続くステップS12では、電圧ベクトルV0〜V7を指定するパラメータnをゼロとする。続くステップS14では、電流の初期値を上記ステップS10における実電流id,iqとし、インバータIVの操作状態を電圧ベクトルVnとした際の電流を予測する(電流ide,iqeを算出する)。この予測処理に際しては、下記の式(c1)、(c2)にて表現される電圧方程式を用いる。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq=ωLdid (R+pLq)iq +ωΦ …(c2)
上記電圧方程式においては、モータジェネレータ10の抵抗R、d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq,鎖交磁束定数Φ、及び電気角速度ωを用いた。これら電圧方程式を、電流の微分項について解くことで下記の状態方程式(式(c3)、(c4))を導出することができる。
pid
=−(R/Ld)id +ω(Lq/Ld)iq +vd/Ld …(c3)
piq
=−ω(Ld/Lq)id−(Rd/Lq)iq+vq/Lq−ωΦ/Lq…(c4)
本実施形態では、上記の式(c3)、(c4)にて表現される状態方程式を離散化し、1ステップ先の電流を予測する。ちなみに、上記の式(c3)、(c4)にて表現される状態方程式において、出力電圧ベクトル(vd、vq)は、インバータIVの操作状態としてゼロベクトル(V0,V7)を選択する場合にはゼロベクトルとし、非ゼロベクトルを選択する場合には、先の図2(b)に示したベクトルのノルムをインバータIVの入力電圧(電源電圧VDC)として、これをdq変換したベクトルとすればよい。また、電気角速度ωは、上記回転角度センサ15によって検出される回転角度の時間微分演算に基づき算出された値を用いればよい。
In this series of processing, first, in step S10, the current current detection values id and iq are acquired. This process is a process for converting the actual currents iu, iv, and iw detected by the current sensors 16 to 18 into the actual currents id and iq by performing three-phase conversion. In subsequent step S12, parameter n specifying voltage vectors V0 to V7 is set to zero. In the subsequent step S14, the current when the initial value of the current is the actual current id, iq in step S10 and the operation state of the inverter IV is the voltage vector Vn is predicted (currents ide, iq are calculated). In this prediction process, a voltage equation expressed by the following equations (c1) and (c2) is used.
vd = (R + pLd) id−ωLqiq (c1)
vq = ωLdid (R + pLq) iq + ωΦ (c2)
In the voltage equation, the resistance R, the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, the flux linkage constant Φ, and the electrical angular velocity ω of the motor generator 10 are used. The following equation of state (formulas (c3) and (c4)) can be derived by solving these voltage equations for the differential term of the current.
pid
= − (R / Ld) id + ω (Lq / Ld) iq + vd / Ld (c3)
piq
= −ω (Ld / Lq) id− (Rd / Lq) iq + vq / Lq−ωΦ / Lq (c4)
In the present embodiment, the state equation expressed by the above equations (c3) and (c4) is discretized, and the current one step ahead is predicted. Incidentally, in the state equations expressed by the above equations (c3) and (c4), the output voltage vector (vd, vq) is selected when the zero vector (V0, V7) is selected as the operation state of the inverter IV. When a zero vector is selected and a non-zero vector is selected, the vector norm shown in FIG. 2B is used as the input voltage (power supply voltage VDC) of the inverter IV, and this is a vector obtained by dq conversion. . The electrical angular velocity ω may be a value calculated based on a time differential calculation of the rotation angle detected by the rotation angle sensor 15.

続くステップS16においては、上記ステップS14において予測された電流ide,iqeを3相変換することで、3相の電流(iue,ive,iwe)を予測する。続くステップS18においては、これら3相電流iue,ive,iweの最大値が、閾値電流Ithを超えるか否かを判断する。ここで閾値電流Ithは、インバータIVの許容最大電流である。ここで最大許容電流とは、インバータIVの構造上、その信頼性を維持することのできる上限値としてもよい。また、インバータIVを駆動する駆動回路等に、インバータIVを流れる電流が過度に大きくなることでインバータIVを強制的にシャットダウンする機能が搭載されている場合には、シャットダウンがなされることのない電流の上限値としてもよい。   In subsequent step S16, three-phase currents (iue, ive, iwe) are predicted by performing three-phase conversion on the currents ide, iq predicted in step S14. In the subsequent step S18, it is determined whether or not the maximum value of these three-phase currents iue, ive, and iwe exceeds the threshold current Ith. Here, the threshold current Ith is the maximum allowable current of the inverter IV. Here, the maximum allowable current may be an upper limit value that can maintain the reliability of the inverter IV due to its structure. In addition, when a drive circuit that drives the inverter IV has a function of forcibly shutting down the inverter IV due to an excessively large current flowing through the inverter IV, a current that is not shut down. It is good also as an upper limit of.

上記ステップS18において閾値電流Ithを上回ると判断される場合、ステップS20において、電圧ベクトルVnを、インバータIVの操作状態の候補から排除する。   When it is determined in step S18 that the threshold current Ith is exceeded, in step S20, the voltage vector Vn is excluded from candidates for the operation state of the inverter IV.

上記ステップS20の処理が完了する場合や、ステップS18において否定判断される場合には、ステップS22において、パラメータnが「7」であるか否かを判断する。この処理は、電圧ベクトルV0〜V7の全てについて、これらをインバータIVの操作状態とした場合の電流の予測が完了したか否かを判断するためのものである。そして、ステップS22において否定判断される場合、ステップS24においてパラメータnを「1」インクリメントし、ステップS14に移行する。   When the process of step S20 is completed or when a negative determination is made in step S18, it is determined in step S22 whether or not the parameter n is “7”. This process is for determining whether or not the prediction of the current when all of the voltage vectors V0 to V7 are in the operation state of the inverter IV is completed. If a negative determination is made in step S22, the parameter n is incremented by “1” in step S24, and the process proceeds to step S14.

これに対し、上記ステップS22においてパラメータnが「7」であると判断される場合、ステップS26において、上記ステップS14において予測された電流ide,iqeに基づき、トルクTを予測する。ここで、トルクTは、下記のモデル式(式(c5))を用いることで予測することができる。   On the other hand, when it is determined in step S22 that the parameter n is “7”, in step S26, the torque T is predicted based on the currents ide and iq predicted in step S14. Here, the torque T can be predicted by using the following model formula (formula (c5)).

T=p{Φ・ide+(Ld−Lq)・ide・iqe} …(c5)
続くステップS28においては、予測されたトルクと要求トルクとの偏差が最小となる電圧ベクトルを、インバータIVの操作状態に決定し、実際のインバータIVの操作状態がこの電圧ベクトルとなるようにインバータIVを操作する。
T = p {Φ · ide + (Ld−Lq) · ide · iqe} (c5)
In the subsequent step S28, the voltage vector that minimizes the deviation between the predicted torque and the required torque is determined as the operation state of the inverter IV, and the inverter IV is set so that the actual operation state of the inverter IV becomes this voltage vector. To operate.

なお、ステップS28の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。   In addition, when the process of step S28 is completed, this series of processes is once complete | finished.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)インバータIVの操作状態を、非ゼロベクトルの全てとゼロベクトルとに設定した場合のそれぞれについて予測されるトルクと要求トルクとに基づき、インバータIVの実際の操作状態を決定してインバータIVを操作した。これにより、要求トルクへの制御にとってより適切な操作状態を選択することができる。   (1) The actual operation state of the inverter IV is determined on the basis of the torque and the required torque that are predicted when the operation state of the inverter IV is set to all the non-zero vectors and the zero vector. Was operated. Thereby, it is possible to select a more appropriate operation state for the control to the required torque.

(2)予測されるトルクと要求トルクとの偏差を最小とする操作状態となるようにインバータIVを操作した。これにより、要求トルクへの追従性を極力向上させることができる。   (2) The inverter IV was operated so as to obtain an operation state that minimizes the deviation between the predicted torque and the required torque. Thereby, the followability to a required torque can be improved as much as possible.

(3)インバータIVの操作状態を設定した場合にモータジェネレータ10に流れる電流を予測し、予測される電流に基づきトルクを予測した。これにより、モータジェネレータ10のトルクを好適に予測することができる。   (3) When the operation state of the inverter IV is set, the current flowing through the motor generator 10 is predicted, and the torque is predicted based on the predicted current. Thereby, the torque of the motor generator 10 can be suitably predicted.

(4)予測される電流ide,iqeが許容範囲を超えるものとなる操作状態を避けてインバータIVを操作した。これにより、トルクを制御するに際し、電流が過度に不適切な値となることを回避することができる。   (4) The inverter IV was operated avoiding an operation state in which the predicted currents ide and iq exceeded the allowable range. Thereby, when controlling torque, it can avoid that an electric current becomes an excessively inappropriate value.

(その他の実施形態)
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
The above embodiment may be modified as follows.

・上記実施形態では、全領域においてモデル予測制御を行ったがこれに限らない。例えば、電圧利用率が所定以下の領域では、三角波PWM制御を行って且つ、電圧利用率が所定以上となることでモデル予測制御を行ってもよい。また例えば、電圧利用率が所定以下の領域でモデル予測制御を行って且つ、電圧利用率が所定以上となることで、周知の矩形波制御等を行ってもよい。   In the above embodiment, model predictive control is performed in the entire region, but the present invention is not limited to this. For example, in a region where the voltage usage rate is less than or equal to a predetermined value, the triangular wave PWM control may be performed and the model prediction control may be performed when the voltage usage rate becomes equal to or higher than a predetermined value. Further, for example, the model predictive control may be performed in a region where the voltage usage rate is equal to or lower than a predetermined value, and the well-known rectangular wave control may be performed when the voltage usage rate becomes higher than a predetermined level.

・モデル予測制御としては、1制御周期後のトルクの予測に基づきインバータIVの操作状態とする電圧ベクトルを設定するものに限らない。例えば、複数の制御周期のそれぞれにおける電圧ベクトルを設定する場合についての各制御周期におけるモータジェネレータ10のトルクの予測に基づき、これら複数の制御周期のそれぞれにおいてインバータIVを操作するための電圧ベクトルを設定するものであってもよい。   The model predictive control is not limited to setting a voltage vector for setting the operation state of the inverter IV based on the prediction of torque after one control cycle. For example, based on the prediction of the torque of the motor generator 10 in each control cycle when setting the voltage vector in each of the plurality of control cycles, the voltage vector for operating the inverter IV in each of the plurality of control cycles is set. You may do.

・モデル予測制御としては、インバータIVの操作状態となり得る全電圧ベクトルV0〜V7をインバータIVの操作状態として設定した場合のトルクをそれぞれ予測するものに限らず、電圧ベクトルV0〜V7のうちの一部に設定した場合のそれぞれのトルクを予測するものであってもよい。   The model predictive control is not limited to predicting torque when all voltage vectors V0 to V7 that can be in the operation state of the inverter IV are set as the operation state of the inverter IV, but one of the voltage vectors V0 to V7. Each torque when set to a part may be predicted.

・モデル予測制御としては、予測される電流に基づきトルクを予測するものに限らない。例えば、インバータIVの操作状態を設定する場合に生じる磁束を予測することでトルクを予測するものであってもよい。   -Model predictive control is not limited to predicting torque based on predicted current. For example, the torque may be predicted by predicting the magnetic flux generated when the operation state of the inverter IV is set.

・上記各実施形態では、各候補のうち推定トルクと要求トルクとの偏差が最小となる電圧ベクトルを選択したがこれに限らない。例えば、最大トルク制御や弱め界磁制御によって要求される指令電流を設定し、予測される電流と指令電流との偏差と、トルクの偏差とのそれぞれに所定の係数を乗算して重み付けしたもの同士の和を評価関数としてこれを最小とするものを選択してもよい。ここでは、最大トルク制御のための電流を電源電圧VDCによっては実現できなくなる場合に弱め界磁制御の指令電流と予測される電流との偏差を利用して評価関数の値を算出することが望ましい。なお、この際、弱め界磁制御による指令電流との偏差に基づき評価関数の値が算出されている状況下、予測される電流が最大トルク制御による電流よりも磁極方向の磁束を強めるインバータIVの操作状態となることを排除してインバータIVの最終的な操作状態を決定してもよい。ここでは、弱め界磁制御による指令電流との偏差を利用して評価関数の値を算出する場合における電流の許容範囲が、最大トルク制御による電流よりも磁極方向の磁束を強めない範囲となる。   In each of the above embodiments, the voltage vector that minimizes the deviation between the estimated torque and the required torque is selected from the candidates. However, the present invention is not limited to this. For example, the command current required by the maximum torque control or field weakening control is set, and the sum of the deviation between the predicted current and the command current and the torque deviation multiplied by a predetermined coefficient and weighted. A function that minimizes this as an evaluation function may be selected. Here, when the current for maximum torque control cannot be realized by the power supply voltage VDC, it is desirable to calculate the value of the evaluation function using the deviation between the command current for field weakening control and the predicted current. At this time, in the situation where the value of the evaluation function is calculated based on the deviation from the command current by the field weakening control, the operation state of the inverter IV in which the predicted current increases the magnetic flux in the magnetic pole direction more than the current by the maximum torque control And the final operating state of the inverter IV may be determined. Here, when the value of the evaluation function is calculated using the deviation from the command current by the field weakening control, the current allowable range is a range in which the magnetic flux in the magnetic pole direction is not strengthened more than the current by the maximum torque control.

また例えば、トルクの偏差と、スイッチング周波数とのそれぞれに所定の係数を乗算して重み付けしたもの同士の和を評価関数としてこれを最小とするものとしてもよい。更に、電圧ベクトルの切替に際してのスイッチング状態が切り替わるスイッチング素子数とトルクの偏差とのそれぞれに所定の係数を乗算したもの同士の和を評価関数としてこれを最小としてもよい。なお、こうしたものにおいて、評価関数に基づき選択した電圧ベクトルによって実際に実現されるトルクと要求トルクとの乖離度合いに応じて、上記評価関数の係数を学習補正するようにしてもよい。これにより、例えば乖離度合いを累積したものが過度に大きくなる場合にトルクの偏差に乗算する重みを相対的に大きくする補正を行うことで、要求トルクへの追従性を向上させることができる。   Further, for example, the sum of weighted values obtained by multiplying each of the torque deviation and the switching frequency by a predetermined coefficient may be minimized as an evaluation function. Furthermore, the sum of the number of switching elements for switching the switching state at the time of switching the voltage vector and the deviation of the torque multiplied by a predetermined coefficient may be minimized as an evaluation function. In such a case, the coefficient of the evaluation function may be learned and corrected in accordance with the degree of deviation between the torque actually realized by the voltage vector selected based on the evaluation function and the required torque. Thus, for example, when the accumulated deviation degree becomes excessively large, the followability to the required torque can be improved by performing a correction that relatively increases the weight by which the torque deviation is multiplied.

・電流を予測するために用いるモデルとしては、基本波を前提としたモデルに限らない。例えば、インダクタンスや誘起電圧について高次成分を含むモデルを用いてもよい。また、電流の予測手段としては、モデル式を用いるものに限らず、マップを用いるものであってもよい。この際、マップの入力パラメータとしては、電圧(vd、vq)及び電気角速度ωであってもよく、また温度等を更に含めてもよい。なお、ここでマップとは、入力パラメータについての離散的な値に対応した出力パラメータの値が記憶された記憶手段のこととする。   -The model used to predict the current is not limited to the model based on the fundamental wave. For example, a model including higher-order components for inductance and induced voltage may be used. The current predicting means is not limited to using a model formula, and may use a map. At this time, the input parameters of the map may be voltage (vd, vq) and electrical angular velocity ω, and may further include temperature and the like. Here, the map is storage means in which output parameter values corresponding to discrete values for input parameters are stored.

・電流を予測するために用いるモデルとしては、鉄損を無視したモデルに限らず、これを考慮したモデルであってもよい。   The model used for predicting the current is not limited to a model that ignores iron loss, and may be a model that takes this into consideration.

・上記実施形態では、予測された電流に基づき、モデルを用いてトルクを予測したがこれに限らない。例えば、予測される電流を入力パラメータとするマップを用いるものであってもよい。この際、マップの入力パラメータに温度等を更に加えてもよい。   In the above embodiment, the torque is predicted using the model based on the predicted current, but the present invention is not limited to this. For example, a map using an estimated current as an input parameter may be used. At this time, temperature or the like may be further added to the input parameters of the map.

・回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってもよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。   The rotating machine is not limited to an embedded magnet synchronous machine, but may be an arbitrary synchronous machine such as a surface magnet synchronous machine or a field winding type synchronous machine. Furthermore, it is not limited to a synchronous machine, but may be an induction rotating machine such as an induction motor.

・回転機としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、電気自動車に搭載されるものであってもよい。また、回転機としては車両の主機として用いられるものに限らない。   -As a rotary machine, not only what is mounted in a hybrid vehicle but the thing mounted in an electric vehicle may be sufficient. Further, the rotating machine is not limited to the one used as the main machine of the vehicle.

・直流電源としては、コンバータCVに限らず、高圧バッテリ12であってもよい。換言すれば、コンバータCVを備えることなく、インバータIVの入力端子を高圧バッテリ12に接続してもよい。   The DC power source is not limited to the converter CV but may be a high voltage battery 12. In other words, the input terminal of the inverter IV may be connected to the high voltage battery 12 without providing the converter CV.

10…モータジェネレータ、12…高圧バッテリ、14…制御装置(回転機の制御装置の一実施形態)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor generator, 12 ... High voltage battery, 14 ... Control apparatus (one Embodiment of the control apparatus of a rotary machine).

Claims (5)

回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機のトルクを制御する回転機の制御装置において、
前記電力変換回路の操作状態を複数通りのそれぞれに設定した場合のこれら各操作状態に応じた前記電力変換回路の出力電圧のそれぞれによって実現されるトルクをそれぞれ予測する予測手段と、
前記予測されるトルクと目標値とに基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定して前記電力変換回路を操作する操作手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。
In a control device for a rotating machine that controls the torque of the rotating machine by operating a power conversion circuit including a switching element that electrically connects each of a positive electrode and a negative electrode of a DC power source to a terminal of the rotating machine,
Predicting means for predicting torques realized by each of the output voltages of the power conversion circuit according to each of the operation states when the operation states of the power conversion circuit are set to a plurality of ways,
An apparatus for controlling a rotating machine comprising: operating means for operating the power conversion circuit by determining an actual operation state of the power conversion circuit based on the predicted torque and a target value.
前記操作手段は、前記予測されるトルクと目標値との偏差を最小とする操作状態となるように前記電力変換回路を操作することを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。   2. The control device for a rotating machine according to claim 1, wherein the operation means operates the power conversion circuit so as to be in an operation state in which a deviation between the predicted torque and a target value is minimized. 前記予測手段は、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合に前記回転機に流れる電流を予測する手段と、該予測される電流に基づきトルクを予測する手段とを備えることを特徴とする請求項1又は2記載の回転機の制御装置。   The said prediction means is provided with a means to predict the electric current which flows into the said rotary machine when the operation state of the said power converter circuit is set, and a means to estimate a torque based on this estimated electric current. Item 3. A control device for a rotating machine according to item 1 or 2. 前記操作手段は、前記予測される電流が許容範囲を超えるものとなる操作状態を避けて前記電力変換回路を操作することを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。   4. The rotating machine control device according to claim 3, wherein the operating means operates the power conversion circuit while avoiding an operating state in which the predicted current exceeds an allowable range. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転機の制御装置と、
前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システム。
A control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 4,
A control system for a rotating machine comprising the power conversion circuit.
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