(57)【要約】【課題】フィードバック制御の積分項を改良し、て外乱に対する制御性を、フィードバック制御のみの場合だけでなくフィードバック＋フィードフォワード制御の場合でも良好にすることができる発電機制御装置を提供する。【解決手段】ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させる積分項変更量演算部３７を備える。【選択図】図６
2009050050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させる積分項変更量演算部を備えることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項２】
積分項変更係数を、発電機の回転数、目標電圧、負荷に基づくフィードフォワード演算値の変化量に基づき決定することを特徴とする請求項１に記載の発電機制御装置。
【請求項３】
積分項変更係数を、発電機の回転数の変化に反比例するよう決定することを特徴とする請求項１に記載の発電機制御装置。
【請求項４】
積分項変更係数から求めた積分項変更量に応じて進み補正を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機の制御を行う際、ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、例えば、ＰＩ制御により発電機の界磁巻線への制御出力を演算して、その制御出力を界磁巻線に供給することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような発電機制御装置において、応答を速くするためにはフィードフォワード演算を行い、フィードフォワード項だけでは偏差が残る場合、それに加えフィードバック制御を行うフィードフォワード＋フィードバック制御が行われている。
【特許文献１】特開２００６−１８７０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の発電機制御装置では、発電機は温度等により特性が変わり正確なフィードフォワード演算が難しいため、フィードフォワード＋フィードバック制御を行うことが多いが、そのような場合、フィードフォワード＋フィードバック制御では操作量の指令値のうちフィードバック制御の積分項が占める割合が大きくなってしまうことがあった。そのときフィードバック制御の積分項はフィードフォワード的に変化しない構造になっているため、フィードフォワードの効果が小さくなるという問題があった。
【０００４】
図１２は従来のフィードフォワード＋フィードバック制御における問題点を説明するための図である。図５に示す例において、積分項とフィードフォワード項（ＦＦ項）とがそれぞれ５０：５０の合計１００の制御量で制御を行っている状態において、操作量を半分にするのが最適だと予測されるとき、ＦＦ項は２５となるが積分項は５０のままであり、本当は合計５０になってほしい合計の制御量が７５にしかならなかった。この問題は、フィードフォワード制御を行わずフィードバック制御のみの場合も同様に存在していた。
【０００５】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、フィードバック制御の積分項を改良し、て外乱に対する制御性を、フィードバック制御のみの場合だけでなくフィードバック＋フィードフォワード制御の場合でも良好にすることができる発電機制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発電機制御装置は、ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させる積分項変更量演算部を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させる積分項変更量演算部を備えることで、積分項がフィードフォワード的な変化をするため、外乱に対する制御性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の発電機制御装置の実施態様を説明する。
【０００９】
＜本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両について＞
図１は本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両の一例を説明するための図である。図１に示す例において、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２によって駆動させる主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。
【００１０】
エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。発電機７は、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。発電機７が発電した電力は、インバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本例のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はデファレンスギヤを示す。
【００１１】
各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、各車輪速センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号、アクセルペダルの踏み込み量に相当するアクセル開度等の情報が入力される。
【００１２】
図２は発電機７における界磁制御の一例を説明するための回路図である。図２に示す例において、７ａは発電機７の電機子コイル、７ｂは界磁コイル、７ｃはスイッチング素子、７ｄはバッテリである。そして、ＰＩ制御に基づき界磁コイル７ｂを流れる界磁電流Ｉｆｇを制御することで、発電機７の発電で夏値Ｖｇが目標電圧値となるよう制御している。
【００１３】
なお、上述した例では、本発明の発電機制御装置を四輪駆動車両に適用する例を示したが、本発明の発電機制御装置は他の発電機にも適用できることはいうまでもない。
【００１４】
＜本発明の発電機制御装置の説明＞
以下、本発明の発電機制御装置の特徴部分について説明する。図３および図４はそれぞれ本発明の発電機制御装置の一例の概念を説明するための図である。図３および図４に示す例では、いずれも、操作量を半分にするのが最適だと予測されるときの制御を示している。図３に示す例では、積分項だけで１００の制御量の制御を行っている状態において、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させることで、ここでは、適切な操作量の変化を予測しそれにあわせて積分項を操作することで、目標通り、積分項による制御量５０の制御を達成している。また、図４に示す例では、積分項とフィードフォワード項（ＦＦ項）とがそれぞれ５０：５０の合計１００の制御量で制御を行っている状態において、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させることで、ここでは、ＦＦ項の変化に合わせて積分項を操作することで、積分項の制御量を５０から２５とし、ＦＦ項の制御量２５と合わせて、制御量５０の制御を達成している。
【００１５】
図５は本発明の発電機制御装置の一例を説明するためのブロック図である。図５に示す例において、３１はエンジン、３２は発電機、３３は負荷、３４は比較器、３５はＰＩ制御演算部、３６はＤＵＴＹ演算部であり、これらの構成は従来のものと同様である。本発明の発電機制御装置の特徴は、ＰＩ制御演算部３５に、外乱に応じて積分項を積分項変更係数に基づき変化させる積分項変更量演算部３７を設けた点である。図５に示す例では、発電機３２の発電電圧と目標電圧との差分ΔＶを比較器３４で求める。求めた差分ΔＶをＰＩ制御演算部３５で制御して、目標界磁電圧となる制御出力を求める。そして、求めた制御出力をＤＵＴＹ演算部３６で演算し、界磁ＤＵＴＹを求める。求めた界磁ＤＵＴＹを発電機３２の界磁コイルに供給して、発電機３２の制御を行っている。
【００１６】
＜第１実施例の説明＞
図６は本発明の発電機制御装置における積分項変更量演算部３７を備えるＰＩ制御演算部３５の第１実施例を説明するためのブロック図である。図６に示す例において、ＰＩ制御演算部３５は、Ｐ項演算部４１、Ｉ項演算部４２、加算器４３から構成されており、積分項変更量演算部３７は、積分項変更係数演算部４４、乗算器４５から構成されている。図６に示す例では、Ｉ項演算部４２において前回値から第１の積分項を計算し、積分項変更係数演算部４４において外乱に応じて積分項変更係数を計算し、求めた積分項変更係数を第１の積分項に乗ずることで、最終的な積分項を求めている。そして、求めた最終的な積分項とＰ項演算部４１で計算した比例項とを加算器４３で足し合わせ、目標界磁電圧を求めている。
【００１７】
図７は図６に示す第１実施例の動作を説明するためのフローチャートである。図７に従って第１実施例の動作を説明すると、まず、目標電圧Ｖｇｒと発電機の発電電圧Ｖｇとを読み込む（ステップ１）。次に、目標電圧Ｖｇｒと発電電圧Ｖｇとの差分ΔＶをΔＶ＝Ｖｇｒ−Ｖｇから求める（ステップ２）。次にＰＩ演算を行う（ステップ３）。ステップ３のＰＩ演算では、比例項Ｖｆｐを比例ゲインＫｐを用いＶｆｐ＝Ｋｐ×ΔＶから求め、第１の積分項Ｖｆｉ１を積分ゲインＫｉを用いＶｆｉ１＝Ｋｉ×ΔＶ×Δｔ＋Ｖｆｉｚ（Ｖｆｉｚ＝積分前回値）から求める。次に、外乱に応じて積分値変更係数Ｋｉｆを演算する（ステップ４）。ステップ４の積分値変更係数Ｋｉｆの演算については、後ほど説明する。次に、積分項Ｖｆｉを、演算した積分項変更係数Ｋｉｆと第１の積分項Ｖｆｉ１とを用いＶｆｉ＝Ｋｉｆ×Ｖｆｉ１から求める（ステップ５）。次に、目標界磁電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆｐ＋Ｖｆｉから求める（ステップ６）。また、求めた積分項Ｖｆｉを次の計算における前回値とする（ステップ７）。そして、目標界磁電圧ＶｆをＤＵＴＹ演算して出力する（ステップ８）。
【００１８】
＜第２実施例の説明＞
図８は本発明の発電機制御装置における積分項変更量演算部３７を備えるＰＩ制御演算部３５の第２実施例を説明するためのブロック図である。図８に示す例において、ＰＩ制御演算部３５は、Ｐ項演算部４１、Ｉ項演算部４２、加算器４３、加算器４８から構成されており、積分項変更量演算部３７は、積分項変更係数演算部４４、乗算器４５、比較器４６、増幅器４７から構成されている。図８に示す例では、Ｉ項演算部４２において前回値から第１の積分項を計算し、積分項変更係数演算部４４において外乱に応じて積分項変更係数を計算し、求めた積分項変更係数を第１の積分項に乗することで積分項を求める点は、第１の実施例と同じである。
【００１９】
この第２実施例では、さらに、積分項変更係数演算部４４で演算した積分項変更係数に基づき変更量を求め、その変更量に応じて進み補正を行っている。すなわち、比較器４６により変更量を求め、求めた変更量に基づき増幅器４７で進み補正量演算を行い、演算した補正量を、求めた積分項とＰ項演算部４１で計算した比例項とを加算器４８で足し合わせ、目標界磁電圧を求めている。
【００２０】
図９は図８に示す第２実施例の動作を説明するためのフローチャートである。図９に従って第２実施例の動作を説明すると、まず、目標電圧Ｖｇｒと発電機の発電電圧Ｖｇとを読み込む（ステップ１１）。次に、目標電圧Ｖｇｒと発電電圧Ｖｇとの差分ΔＶをΔＶ＝Ｖｇｒ−Ｖｇから求める（ステップ１２）。次にＰＩ演算を行う（ステップ１３）。ステップ１３のＰＩ演算では、比例項Ｖｆｐを比例ゲインＫｐを用いＶｆｐ＝Ｋｐ×ΔＶから求め、第１の積分項Ｖｆｉ１を積分ゲインＫｉを用いＶｆｉ１＝Ｋｉ×ΔＶ×Δｔ＋Ｖｆｉｚ（Ｖｆｉｚ＝積分前回値）から求める。次に、外乱に応じて積分値変更係数Ｋｉｆを演算する（ステップ１４）。ステップ１４の積分値変更係数Ｋｉｆの演算については、後ほど説明する。
【００２１】
次に、積分項変更演算を行う（ステップ１５）。ステップ１５の積分項変更演算では、まず、積分項変更量Ｖｆｉｄｉｆを、演算した積分項変更係数Ｋｉｆと第１の積分項Ｖｆｉ１とを用いＶｆｉｄｉｆ＝（Ｋｉｆ−１）×Ｖｆｉ１から求めるとともに、積分項Ｖｆｉを、演算した積分項変更係数Ｋｉｆと第１の積分項Ｖｆｉ１とを用いＶｆｉ＝Ｋｉｆ×Ｖｆｉ１から求める（ステップ１５）。次に、進み補正量演算を行う（ステップ１６）。ステップ１６の進み補正量演算では、補正量Ｖｆｆｄを、進み補正ゲインＫｆｆｄと積分項変更量Ｖｆｉｄｉｆとを用い、Ｖｆｆｄ＝Ｋｆｆｄ×Ｖｆｉｄｉｆから求める。次に、目標界磁電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆｐ＋Ｖｆｉ＋Ｖｆｆｄから求める（ステップ１７）。また、求めた積分項Ｖｆｉを次の計算における前回値とする（ステップ１８）。そして、目標界磁電圧ＶｆをＤＵＴＹ演算して出力する（ステップ１９）。
【００２２】
＜積分項変更係数Ｋｉｆの演算について＞
図１０および図１１はそれぞれ本発明の発電機制御装置における積分項変更係数Ｋｉｆの演算の一例を説明するためのブロック図である。図１０に示す例では、フィードフォワード演算値の変化量から積分項変更係数Ｋｉｆを決定している。すなわち、フィードフォワード項演算部５１において、目標電圧、負荷および回転数からフィードフォワード項Ｖｆｆを求め、前回値保持部５２で保持されたフィードフォワード項の前回値Ｖｆｆｚと求めたフィードフォワード項Ｖｆｆとを演算部５３において演算し、、Ｋｉｆ＝Ｖｆｆ／Ｖｆｆｚから積分項変更係数Ｋｉｆを求めている。
【００２３】
図１１に示す例では、発電機の回転数の変化に反比例するよう積分項変更値Ｋｉｆを決定している。すなわち、発電機の回転数Ｎｇと前回値保持部５２で保持された配点数の前回値Ｎｇｚとを演算部５３で演算し、Ｋｉｆ＝Ｎｇ／Ｎｇｚから積分項変更係数Ｋｉｆを求めている。図１１に示す例では、以下の前提から積分項変更係数を決定している。発電量は回転数にほぼ比例し、かつ界磁にもほぼ比例する。したがって、回転数が変化した場合それに反比例して界磁を変更すると電圧の変化を抑えられる。このように影響度が大きい回転数の変改に対する補正に特化することで、図１０に示す演算より計算が簡単となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の発電機制御装置によれば、フィードバック制御の積分項を改良し、て外乱に対する制御性を、フィードバック制御のみの場合だけでなくフィードバック＋フィードフォワード制御の場合でも良好にすることができるため、四輪駆動車両に用いられる発電機をはじめとする種々の構成の発電機の発電機制御装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両の一例を説明するための図である。
【図２】発電機における界磁制御の一例を説明するための回路図である。
【図３】本発明の発電機制御装置の一例の概念を説明するための図である。
【図４】本発明の発電機制御装置の他の例の概念を説明するための図である。
【図５】本発明の発電機制御装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明の発電機制御装置における積分項変更量演算部を備えるＰＩ制御演算部の第１実施例を説明するためのブロック図である。
【図７】図６に示す第１実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の発電機制御装置における積分項変更量演算部を備えるＰＩ制御演算部の第２実施例を説明するためのブロック図である。
【図９】図８に示す第２実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の発電機制御装置における積分項変更係数Ｋｉｆの演算の一例を説明するためのブロック図である。
【図１１】本発明の発電機制御装置における積分項変更係数Ｋｉｆの演算の他の例を説明するためのブロック図である。
【図１２】従来のフィードフォワード＋フィードバック制御における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
１Ｌ、１Ｒ  前輪
２  エンジン
３Ｌ、３Ｒ  後輪
４  モータ
６  ベルト
７  発電機
８  ４ＷＤコントローラ
９  インバータ
１１  減速機
１２  クラッチ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ  車輪速センサ
３１  エンジン
３２  自励発電機
３３  負荷
３４  比較器
３５  ＰＩ制御演算部
３６  ＤＵＴＹ演算部
３７  積分項変更量演算部
４１  Ｐ項演算部
４２  Ｉ項演算部
４３  加算器
４４  積分項変更係数演算部
４５  乗算器
４６  比較器
４７  増幅器
４８  加算器
【図１】
2009050050.tif 000003
【図２】
2009050050.tif 000004
【図３】
2009050050.tif 000005
【図４】
2009050050.tif 000006
【図５】
2009050050.tif 000007
【図６】
2009050050.tif 000008
【図７】
2009050050.tif 000009
【図８】
2009050050.tif 000010
【図９】
2009050050.tif 000011
【図１０】
2009050050.tif 000012
【図１１】
2009050050.tif 000013
【図１２】
2009050050.tif 000014