DE10232652A1

DE10232652A1 - Regelungsvorrichtung für einen Elektromotor und zugehöriges Auslegungsverfahren

Info

Publication number: DE10232652A1
Application number: DE10232652A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Inagaki; Hideki Kuzuya; Hiroaki Kato; Noboru Sebe
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2003-03-13
Also published as: US6717381B2; JP2003033065A; US20030052633A1

Abstract

Es wird eine Regelungsvorrichtung für einen elektrischen Motor, bei der ein hohes robustes Stabilitätsleistungsverhalten und ein Nachführungsleistungsverhalten miteinander vereinbar sind, sowie ein zugehöriges Auslegungsverfahren beschrieben. Eine Rückkopplungskorrektur wird auf der Grundlage einer erfassten Motordrehzahl erhalten, und eine Vorwärtskopplungskorrekturgröße wird auf der Grundlage eines berechneten Solldrehmoments durch einen Regler eines Mikrocomputers erhalten. Der Mikrocomputer weist eine Drehmomentregelung für einen SR-Motor auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße an.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Elektromotor. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Regelungsvorrichtung für einen Elektromotor und ein zugehöriges Auslegungsverfahren.
SR-Motoren (d. h. geschaltete Reluktanzmotoren) sind als Antriebsmotoren für elektrische Fahrzeuge bekannt. Bei allgemeinen Regelungen bzw. Steuerungen für die SR- Motoren wird ein Solldrehmoment Req_trq auf der Grundlage eines Betätigungsausmaßes eines Beschleunigungspedals (d. h. des Drosselklappenöffnungsgrades) berechnet, und das Solldrehmoment Req_trq wird in einen Befehlswert für den SR-Motor unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds umgewandelt, der dem SR-Motor zuzuführen ist. Somit wird der SR-Motor zur Erzeugung eines Drehmoments entsprechend dem Solldrehmoment Req_trq geregelt.
Ein Regelungssystem für den vorstehend erwähnten SR-Motor ist derart aufgebaut, dass er einen offenen Kreis hat. Wenn ein mit dem vorstehend beschriebenen SR-Motor ausgerüstetes Fahrzeug eine Resonanzcharakteristik aufgrund der Torsion einer Welle und Räder sowie des Einflusses einer Aufhängungsfederung aufweist, ist die Motordrehzahl resonant in Bezug auf beispielsweise einer plötzlichen Änderung des Solldrehmoments, so dass eine Vibration in Längsrichtung des Fahrzeugs verursacht wird. Diese Vibration erzeugt ein unangenehmes Gefühl bei den Insassen.
Zur Verhinderung der vorstehend beschriebenen Vibration wurde ein SR-Motor vorgeschlagen, der durch Anwendung der H∞-Regelungstheorie geregelt wird.
Fig. 21 zeigt eine Einzelheit der Regelung eines SR- Motors mit einem Regler K (d. h. H∞-Regler), der unter Verwendung der H∞-Regelungstheorie ausgelegt ist. Das heißt, dass das Solldrehmoment Req_trq auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades in diesem Regelungssystem berechnet wird, woraufhin das Solldrehmoment Req_trq durch das vorbestimmte Kennfeld in den Befehlswert für den SR-Motor umgewandelt wird, der dem SR-Motor zuzuführen ist. In diesem Fall wird das Solldrehmoment Req_trq durch eine Rückkopplungskorrekturgröße u korrigiert, der in dem Regler K auf der Grundlage der Motordrehzahl Nm berechnet wird.
Fig. 22 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Ansprechcharakteristik (d. h. Motordrehzahlkennlinie) (bzw. Ansprech- oder Motordrehzahlkennlinie) darstellt, wenn ein stufenförmiger Eingang durch eine plötzliche Änderung des Solldrehmoments Req_trq erzeugt wird, indem während der Regelung des SR-Motors das Drosselklappenpedal betätigt wird oder losgelassen wird. Das heißt, dass jede Motordrehzahlcharakteristik entsprechend der Regelung mit offenem Kreis und der H∞- Regelung relativ zu der plötzlichen Änderung des Solldrehmoments Req_trq gezeigt ist. Wie es in Fig. 22 gezeigt ist, wird die Vibration (d. h. die Resonanz) der Motordrehzahl in Bezug auf den stufenförmigen Eingang im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Regelung mit offenem Kreis durchgeführt wird, unterdrückt, indem die H∞- Regelung durchgeführt wird.
Während das H∞-Regelungsproblem hauptsächlich das robuste Stabilitätsproblem (d. h. die Gewährleistung der robusten Stabilität) betrifft, wenn die Leistungsverhaltenserfordernis in Bezug auf die robuste Stabilität extrem hoch ist, wird das Leistungsverhalten (die Leistungsfähigkeit) des Nachführungsleistungsverhaltens (d. h. Vibrationsreduzierung und Drehmoment- Nachführungsleistungsverhaltens) verschlechtert, das zu der hohen robusten Stabilität ein Verhältnis hat, das ausgehandelt werden muss. Somit ist eine SR-Motor- Regelung mit hohem Leistungsverhalten erwünscht, bei der eine hohe robuste Stabilität und das Nachführungsleistungsverhalten zueinander kompatibel, d. h. miteinander vereinbar sind.
Ein Bedarf existiert somit nach einer Regelungsvorrichtung für einen Elektromotor und ein zugehöriges Auslegungsverfahren, bei denen die hohe robuste Stabilität und das Nachführungsleistungsverhalten zueinander kompatibel sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelungsvorrichtung, wie sie in Patentanspruch 1 ausgelegt ist, und alternativ durch ein Verfahren gelöst, wie es in Patentanspruch 3 definiert ist.
Erfindungsgemäß wird eine Regelungsvorrichtung für einen elektrischen Motor geschaffen, die einen elektrischen Motor, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors, eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Solldrehmoments des elektrischen Motors, einen Rückkopplungskompensator zum Erhalt einer Rückkopplungskorrekturgröße auf der Grundlage der erfassten Motordrehzahl, einen Vorwärtskopplungskompensator zum Erhalt einer Vorwärtskopplungskorrekturgröße auf der Grundlage des berechneten Solldrehmoments, und eine Steuerungseinrichtung zur Anweisung einer Drehmomentsteuerung für den elektrischen Motor auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße aufweist.
Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 eine Darstellung einer elektrischen Schaltung eines Umrichters gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 ein Kennfeld zum Erhalt eines Solldrehmoments anhand eines Drosselöffnungsgrads gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einzelheit einer Motorregelung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Bestimmung eines Reglers durch die H∞-Regelung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer verallgemeinerten Anlage der H∞-Regelung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 einen Graphen, der jeweils die Frequenzcharakteristik (Frequenzkennlinie) eines physikalischen Modells und eines Referenzmodells gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 8 eine Blockdarstellung eines Verhältnisses zwischen dem physikalischen Modell, dem Referenzmodell, dem Regler und einer Gewichtungsfunktion gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 einen Graphen, der eine Frequenzcharakteristik der Gewichtungsfunktion gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 10 eine Blockdarstellung einer Charakteristikvariation (Eigenschaftsvariation) gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 11 eine Blockdarstellung einer Einzelheit der Charakteristikvariation gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik der Gewichtungsfunktion gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 13 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik der Gewichtungsfunktion gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 14 eine Blockdarstellung, die ein Sensorrauschen bzw. Sensorstörung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 15 eine Blockdarstellung, die eine Einzelheit der Sensorstörung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 16 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik der Gewichtungsfunktion gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 17 ein Flussdiagramm, der eine Prozedur eines Auslegungsverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 18 eine Blockdarstellung, die eine Einzelheit der Motorregelung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 19 ein Flussdiagramm einer Motorregelungsroutine gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 20 ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Motordrehzahlcharakteristik während einer Drehmomentänderung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 21 eine Blockdarstellung einer bekannten Einzelheit einer Motorregelung,
Fig. 22 ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Motordrehzahlcharakteristik während einer Drehmomentänderung bei einer bekannten Vorrichtung darstellt.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel für eine Regelungsvorrichtung für einen Elektromotor und ein zugehöriges Auslegungsverfahren unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 20 beschrieben.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein elektrisches Fahrzeug 1 einen SR-Motor (d. h. einen geschalteten Reluktanzmotor) 3 auf, der als Elektromotor zur Abgabe eines Antriebsdrehmoments auf Antriebsräder 2 dient. Der SR-Motor 3 ist an einem vorbestimmten Abschnitt in einem Maschinenraum des elektrischen Fahrzeugs 1 eingebaut, der an einem Fahrzeugaufbau 1a anzubringen ist (d. h. die Größe des Fahrzeugsaufbaus in Fig. 1 ist nicht genau). Brennstoffzellen und aufladbare Kondensatoren sind angewandt, um als eine Batterie 4 zu dienen. Der SR-Motor 3 wird durch eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) 5 über einen Umrichter 6 gesteuert. Die ECU 5 weist einen Mikrocomputer 7 und eine Chopper-Schaltung 8 auf. Der Mikrocomputer 7 weist eine Berechnungseinrichtung, einen Regler, einen Rückkopplungskompensator, eine Vorwärtsführungskompensationseinrichtung und eine Steuerungseinrichtung auf.
Der Umrichter 6 ist mit der Batterie 4 verbunden, so dass elektrische Spannung aus der Batterie an ihn angelegt wird. Eine Ausgangsseite des Umrichters 6 ist elektrisch mit dem SR-Motor 3 verbunden. Der Umrichter 6 weist eine Treiberschaltung 9 und eine Schalt-Schaltung 10 auf. Eine Chopper-Schaltung (Zerhackerschaltung, Stellerschaltung) 8 wird auf der Grundlage eines Befehlssignals aus dem Mikrocomputer 7 chopper-gesteuert, und der SR-Motor 3 wird auf der Grundlage des aus der Chopper-Schaltung 8 über die Treiberschaltung 9 zu der Schalt-Schaltung 10 zugeführten Signal gesteuert.
Der SR-Motor 3 entspricht einem Drei-Phasen-Motor, der durch Steuerung des Erregungszeitverlaufs der Drei- Phasen-Spulen gesteuert wird. Der Umrichter 6 ist mit dem SR-Motor 3 über elektrische Stromversorgungsleitungen verbunden, um den elektrischen Erregungsstrom den Drei- Phasen-Spulen des SR-Motors 3 zuzuführen. Zwei elektrische Stromversorgungsleitungen sind mit jeder Spule verbunden, somit sind insgesamt sechs elektrische Stromversorgungsleitungen mit dem SR-Motor verbunden. Eine elektrische Stromvergleichseinrichtung 11 erfasst den in den elektrischen Stromversorgungsleitungen übertragenen elektrischen Stromwert. Die Chopper- Schaltung 8 korrigiert den zu der Treiberschaltung 9 übertragenen Befehlswert auf der Grundlage des aus der Stromvergleichseinrichtung 11 zugeführten elektrischen Erfassungssignals.
Dem Mikrocomputer 7 wird ein Beschleunigungssignal (d. h. das Drosselklappenöffnungsausmaß α) zugeführt, das aus einem Beschleunigungssensor 18 zur Erfassung des Betätigungsausmaßes des Drosselklappenpedals 12 über eine Schnittstelle 15 zugeführt wird. Dem Mikrocomputer 7 wird ebenfalls ein Batteriespannungserfassungssignal (d. h. elektrische Batteriespannung Vb) zugeführt, das aus einer Batteriespannungserfassungsschaltung 14 über die Schnittstelle 15 zugeführt wird. Dem Mikrocomputer 7 wird weiterhin ein Rotationserfassungssignal aus einem Resolver 6, der als Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Rotationszustandes des SR-Motors dient, über eine Schnittstelle 17 zugeführt wird.
In dem Mikrocomputer 7 ist ein (in Fig. 3 gezeigtes) Kennfeld M in einem Speicher 18 gespeichert, und der Mikrocomputer 7 erhält ein Solldrehmoment Req_trq durch Zugriff auf das Kennfeld M auf der Grundlage des durch den Beschleunigungssensors 13 erfassten Drosselklappenöffnungsgrad α. Der Mikrocomputer 7 erhält die erfasste Batteriespannung Vb aus der Batteriespannungserfassungsschaltung 14 und eine Motordrehzahl Nm auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals aus dem Resolver 16.
Der Mikrocomputer 7 erhält ein Befehlsdrehmoment T durch einen Regler K auf der Grundlage des Solldrehmoments Req_trq und der Motordrehzahl Nm. Das Befehlsdrehmoment T entspricht einem Befehlswert zur tatsächlichen Anweisung, dass die Regelung zum Erreichen des Solldrehmoments Req_trq ausgeführt wird.
In dem Speicher 18 sind zwei Kennfelder (d. h. dreidimensionales Kennfeld, nicht gezeigt) gespeichert, um separat einen elektrischen Strombefehlswert I und einen Erregungswinkel (d. h. Winkelbefehlswert) θ auf der Grundlage von drei Parametern einschließlich des Befehlsdrehmoments T, der Motordrehzahl Nm und der Batteriespannung Vb zu erhalten. Der Mikrocomputer 7 führt der Chopper-Schaltung 8 das Befehlssignal zu, das den Strombefehlswert I und den Winkelbefehlswert θ einschließt, die durch die drei Parameter (d. h. das Befehlsdrehmoment T, die Motordrehzahl Nm und die Batteriespannung Vb) bestimmt sind. Die Chopper-Schaltung 8 gibt ein Befehlssignal, das zur sequentiellen Erregung des Erregungsstroms entsprechend dem Strombefehlswert I zu einem vorbestimmten Erregungszeitverlauf für die Drei- Phasen-Spulen entsprechend dem Winkelbefehlswert θ dient, zu der Schalt-Schaltung 10 über die Treiberschaltung 9 aus.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Umrichter 6 Schalt-Schaltungen 10A, 10B, 10C auf, die jeweils eine Motorspule 31, 32, 33 einer der drei Phasen (Phase 1, Phase 2, Phase 3) (d. h. Drei-Phasen-Spule) aufweist. Die Schalt-Schaltung 10 ist mit drei Schalt-Schaltungen 10A, 10B und 10C aufgebaut. Die Batteriespannung aus der Batterie 4 wird an jede Schalt-Schaltung 10A, 10B und 10C angelegt. Jede Schalt-Schaltung 10A, 10B und 10C weist zwei Schaltelemente (d. h. Transistoren) 21 und 22 sowie zwei Dioden 23 und 24 jeweils an beiden Seiten der Motorspulen 31, 32 und 33 auf.
Treiberschaltungen 41A und 41B sind mit einem Gate (Steuerungseingang) der Schaltelemente 21 und 22 der Phase 1 zur Ausgabe der Signalspannung verbunden. Treiberschaltungen 42A und 42B sind mit einem Gate der Schaltelemente 21 und 22 der Phase 2 zur Ausgabe der elektrischen Signalspannung verbunden. Treiberschaltungen 43A und 43B sind mit einem Gate der Schaltelemente 21 und 22 der Phase 3 zur Ausgabe der elektrischen Signalspannung verbunden. Die Treiberschaltung 9 ist mit Treiberschaltungen 41A, 41B, 42A, 42B, 43A und 43B aufgebaut, wobei jeweils zwei von diesen bei den jeweiligen Schalt-Schaltungen angewandt sind. Kondensatoren C1, C2 und C3 sind jeweils mit einer Schalt-Schaltung 10A, 10B und 10C parallel geschaltet, und Kondensatoren C4, C5 und C6 sind mit der Batterie 4 parallel geschaltet.
Ein PWM-Signal mit einem Tastverhältnis (%) entsprechend dem elektrischen Strombefehlswert I, der in der Chopper- Schaltung 8 erzeugt wird, wird jedem Gate jedes Schaltelements 21 und 22 der drei Phasen zu dem Zeitverlauf zugeführt, um die Motorspulen 31, 32 und 33 jeder Phase bei dem Erregungszeitverlauf entsprechend dem Winkelbefehlswert θ sequentiell zu erregen. Somit wird der elektrische Erregungsstrom entsprechend dem elektrischen Strombefehlswert I für jede Motorspule 31, 32 und 34 bei dem Erregungszeitverlauf entsprechend dem Winkelbefehlswert θ erregt.
Das Befehlsdrehmoment, wenn das Motordrehmoment durch die Trägheitsmomentrotation des SR-Motors 3 ein Nulldrehmoment wird, wird eindeutig in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl Nm bestimmt. In dem Speicher 18 ist ein (nicht gezeigtes) Kennfeld gespeichert, um ein Referenzdrehmoment T₀ entsprechend dem Befehlswert, dass das Nulldrehmoment (d. h. Trägheitsrotation) wird, anhand der Motordrehzahl Nm zu erhalten. Der Mikrocomputer 7 erfasst die Motordrehrichtung auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals aus dem Resolver 16 und beurteilt den Fall, in dem das Drehmoment derart gegeben ist, dass es in derselben Richtung wie die Motorrotationsrichtung vorliegt, als "Motorbetrieb" (powering), und beurteilt den Fall, in dem das Drehmoment derart gegeben ist, dass es entgegengesetzt zu der Motorrotationsrichtung liegt, als "Generatorbetrieb" (Regeneration). Das heißt, dass, wenn das gegenwärtige Befehlsdrehmoment T gleich oder größer als das Referenzdrehmoment T₀ ist, dies als "Motorbetrieb" beurteilt wird, und wenn das gegenwärtige Befehlsdrehmoment niedriger als das Referenzdrehmoment ist, dies als "Generatorbetrieb (Regeneration)" beurteilt wird.
Im Generatorbetriebszustand werden die Motorspulen 31, 32 und 33 jeder Phase in der Reihenfolge des Erregungszeitverlaufs zur Erzeugung eines Drehmoments in umgekehrter Richtung in Bezug auf die Motordrehrichtung erregt, die auf der Grundlage des Rotationserfassungssignals aus dem Resolver 16 erhalten wird, um den SR-Motor 3 zur Erzeugung des umgekehrten Drehmoments (inversen Drehmoments) zu steuern. In dem Motorbetriebszustand werden die Motorspulen 31, 32 und 33 jeder Phase in der Reihenfolge des Erregungszeitverlaufs zur Erzeugung des Drehmoments mit der gleichen Richtung wie die Motordrehrichtung erregt, die auf der Grundlage des Rotationssignals aus dem Resolver 16 erhalten wird, um den SR-Motor zur Erzeugung des normalen Drehmoments zu steuern. Somit wird das Drehmoment entsprechend dem Befehlsdrehmoment T in dem SR-Motor 3 erzeugt. Der Winkelbefehlswert θ bestimmt den vorstehend beschriebenen Erregungszeitverlauf.
Nachstehend ist die Auslegung des Reglers K zum Erhalt des Befehldrehmoments T beschreiben. Fig. 4 zeigt eine Blockdarstellung zur Veranschaulichung einer Einzelheit der Regelung des SR-Motors. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, weist der Regler K zur Regelung (d. h. Vibrationsunterdrückungsregelung) des SR-Motors 3, der als geregeltes bzw. gesteuertes Objekt dient, einen Rückkopplungskompensator K1 und einen Vorwärtskopplungskompensator K2 auf. Das heißt, dass das Regelungssystem des SR-Motors 3 als ein Regelungssystem mit zwei Freiheitsgraden aufgebaut ist. Der Regler K (d. h. der Rückkopplungskompensator K1 und der Vorwärtskopplungskompensator K2) zur unabhängigen Gewährleistung des robusten Stabilitätsleistungsverhaltens (robust stability performance) und des Nachführungsleistungsverhaltens (tracking performance) in Bezug auf die Regelung des SR- Motors 3 wird erhalten. Der SR-Motor 3 als das zu regelnde Objekt weist eine Charakteristikvariation (Eigenschaftsvariation bzw. -abweichung) wie das Sensorrauschen und die Unterschiede im Fahrzeugtyp und im Motortyp auf. Anders ausgedrückt, der Regler K zur Regelung des SR-Motors 3 ist unter Berücksichtigung des Einflusses durch die Charakteristikvariation wie die Unterschiede im Fahrzeugtyp, des Unterschieds des Motortyps und des Sensorrauschens ausgelegt.
Eine Übertragungsfunktion des SR-Motors 3 ist als physikalisches Modell Psys gezeigt. Die Übertragungsfunktion in Bezug auf die robuste Stabilität gemäß Fig. 4 ist nachstehend als Gleichung 1 dargestellt. Gleichung 1
Demgegenüber ist eine Übertragungsfunktion in Bezug auf das Nachführungsleistungsvermögen nachstehend als Gleichung 2 dargestellt. Gleichung 2
Somit wird, da der Vorwärtskopplungskompensator (d. h. die Übertragungsfunktion) K2 lediglich in der Übertragungsfunktion in Bezug auf das Nachführungsleistungsverhalten auftritt, die robuste Stabilität nicht durch die Änderung des Vorwärtskopplungskompensators K2 beeinflusst. Dementsprechend wird durch individuelles Einstellen der robusten Stabilität und des Nachführungsleistungsverhaltens während der Regelung des SR-Motors 3 der Regler K als ein H∞-Regelungsproblem mit zwei Freiheitsgraden auf der Grundlage der Blockdarstellung gemäß Fig. 5 ausgelegt.
Im Allgemeinen wird in dem H∞-Regelungsproblem der Regler K derart erhalten, dass eine H∞-Norm (∥Tzw∥∞) in Bezug auf die Übertragungsfunktion Tzw von dem exogenen Eingang w auf die Regelungsgröße z in der verallgemeinerten Regelstrecke mit dem exogenen Eingang w (d. h. externen Eingang), dem Regelungseingang u, der Regelungsgröße z und einer Beobachtungsgröße y kleiner als ein vorbestimmter Wert γ (beispielsweise 1) wird. Nachstehend ist das Auslegungsverfahren für den Regler K beschrieben.

Bestimmung des physikalischen Modells

Zunächst wird das physikalische Modell anhand der tatsächlichen Motordrehzahl (Ist-Motordrehzahl) Nm in Bezug auf ein Solldrehmoment w1 bestimmt, wenn der SR- Motor 3 unter dem System mit offenen Kreis betrieben wird. Das heißt, dass das Solldrehmoment w1 an das System mit offenem Kreis angelegt wird und der elektrische Strombefehlswert I und der Winkelbefehlswert θ anhand eines vorbestimmten Kennfelds (d. h. Kennfeld MP gemäß Fig. 4) bestimmt werden. Dann wird der SR-Motor 3 tatsächlich über die Chopper-Schaltung 8, die Treiberschaltung 9 und die Schalt-Schaltung 10 auf der Grundlage des Strombefehlswerts I und des Winkelbefehlswert θ in Rotation versetzt. Die Ist- Motordrehzahl Nm des SR-Motors 3 in Bezug auf das Solldrehmoment w1 wird berechnet, und das physikalische Modell Psys wird auf der Grundlage des berechneten Ergebnisses (d. h. der tatsächlichen Antwort Nm in Bezug auf das Solldrehmoment w1) bestimmt (in Fig. 7 gezeigt). Die Bestimmung des physikalischen Modells Psys wird auf der Grundlage der Identifikationsüberprüfung und des Verfahrens zur Identifikation der Modellparameter durch Frequenzanpassung durchgeführt.

Ableitung des Referenzmodells

Ein Referenzmodell Rsys, das ein ideales Modell ist, in dem die Vibrationsreduktion und das Drehmoment- Nachführungsleistungsverhalten in Bezug auf die Änderung des Solldrehmoments w1 kompatibel in Bezug auf das in der vorstehenden Weise erhaltene physikalische Modell Psys sind, wird abgeleitet und zusammengesetzt. Das Referenzmodell Rsys weist in der Umgebung der Resonanzfrequenz eine Verstärkung auf, die eine um eine vorbestimmte Größe kleinerer Verstärkung als das physikalische Modell Psys aufweist, und weist innerhalb des restlichen Frequenzbereichs eine Verstärkung entsprechend der Verstärkung des physikalischen Modells Psys auf (wie es in Fig. 7 gezeigt ist).
Ein in Fig. 8 gezeigtes System wird unter Verwendung des Reglers K zu einer Stufe nach der Bestimmung des physikalischen Modells Psys und der Ableitung des Referenzmodells Rsys strukturiert. Das heißt, dass ein geschlossener Kreis mit dem physikalischen Modell Psys und dem Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1) gebildet wird, und dass das Solldrehmoment w1 unter Berücksichtigung der Gewichtungsfunktion ws jeweils dem Regler K (d. h. Vorwärtskopplungskompensator K2) und dem Referenzmodell Rsys zugeführt wird. Eine Abweichung zwischen dem Ausgang des Referenzmodells Rsys und dem Ausgang des physikalischen Modells Psys (d. h. der Unterschied zwischen den Motordrehzahlen) wird als Regelungsgröße z1 ausgegeben.
Somit kann das Problem zum Erhalt des Reglers K zur Annäherung der Antwort des physikalischen Modells Psys an die Antwort des Referenzmodells Rsys in das H∞- Regelungsproblem zum Erhalt des Reglers K überführt werden, der die H∞-Norm in Bezug auf die Übertragungsfunktion Tz1w1 von dem Solldrehmoment w1 zu der Regelungsgröße z1 derart verringert, dass sie kleiner als der vorbestimmte Wert γ wird (d. h. ∥Tz1w1∥∞ ⊃ γ). Dementsprechend kann das Nachführungsleistungsverhalten (d. h. die Vibrationsreduktion und das Drehmoment- Nachführungsleistungsverhalten) des geregelten Objekts gleichzeitig untersucht werden.
Durch Einstellung des Systems derart, dass die Gewichtungsfunktion ws einen größeren Wert innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs aufweist, kann der Regler K weiter die tatsächliche Antwort innerhalb des spezifischen Frequenzbereichs an die Antwort des Referenzmodells Rsys annähern. Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, wird die Verstärkung der Gewichtungsfunktion ws derart vorbestimmt, dass sie innerhalb eines Bereichs mit niedriger Frequenz größer ist, wobei die Vibrationsreduktion und das Drehmoment- Nachführungsleistungsverhalten des SR-Motors 3 verbessert werden, indem die tatsächliche Antwort innerhalb des Bereichs niedriger Frequenz an das Referenzmodell angenähert werden.

Verfahren zur Ableitung der Charakteristikvariation/Einstellung der Gewichtungsfunktion

Es wurde durch Experiment nachgewiesen, dass die Übertragungscharakteristik (Übertragungsfunktion) von dem Solldrehmoment w1 auf die Motordrehzahl Nm aufgrund der Unterschiede im Antriebszustand und der Unterschiede im Fahrzeugtyp und Motortyp fluktuiert. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass eine Drehmomentwelligkeit (torque ripple) erzeugt wird, wenn die Erregung zur Beeinflussung der Motordrehzahl Nm geschaltet wird, wenn das Schalten der Erregung für jede Motorspule 31, 21 und 33 des SR- Motors 3 bei hoher Frequenz durchgeführt wird. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, wird die Charakteristikvariation des geregelten Objekts aufgrund des Antriebszustands, des Unterschieds im Fahrzeugtyp, des Unterschieds der Motoren und der Drehmomentwelligkeit als eine multiplikative Fluktuation Δ behandelt. In diesem Fall wird ein Eingang für die multiplikative Fluktuation Δ als Regelungsgröße z2 erkannt, und ein Ausgang aus der multiplikativen Fluktuation Δ wird als Störungseingang w2 (d. h. Eingang für die verallgemeinerte Regelstrecke) erkannt, was zu einem Problem beim Erhalt des Reglers K führt, in dem es unwahrscheinlich ist, dass der Einfluss des Störungseingangs w2 sich in der Regelungsgröße z2 zeigt.
Genauer wird, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, durch Hinzufügung des Störungseingangs w2 zu dem Befehlsdrehmoment über eine Gewichtungsfunktion wm1 die vorstehend erwähnte Drehmomentwelligkeit als ein Störungsdrehmoment relativ zu dem Befehlsdrehmoment behandelt. Anders ausgedrückt wird die Frequenzcharakteristik für die Drehmomentwelligkeit mit der Gewichtungsfunktion wm1 dargestellt. Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, ist die Gewichtungsfunktion wm1 derart eingestellt, dass sie innerhalb des Hochfrequenzbereichs in Bezug auf den Resonanzpunkt eine größere Verstärkung aufweist. Das System ist aufgebaut, um die Regelgröße z2 durch Angabe der Variation der Übertragungscharakteristik (Übertragungskennlinie) abhängig von dem Antriebszustand und aufgrund der Unterschiede im Fahrzeugtyp und im Motortyp mit der Gewichtungsfunktion wm2 zu erhalten. Die Gewichtungsfunktion wm2 ist derart eingestellt, dass sie innerhalb des Niedrigfrequenzbereichs eine größere Verstärkung aufweist, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. In der vorstehend beschriebenen Weise kann das Problem zum Erhalt des Reglers K zur Unterdrückung des Einflusses der Charakteristikvariation aufgrund des Antriebszustands, des Unterschieds im Fahrzeugtyp, des Unterschieds im Motortyp und der Drehmomentwelligkeit in dem H∞-Regelungsproblem gelöst werden.

Ableitung der Rauschcharakteristik (Rauschkennlinie)/ Einstellung der Gewichtungsfunktion

Die Motordrehzahl Nm, die der für die Regelung verwendeten Erfassungsgröße entspricht, weist ein Sensorrauschen (d. h. weißes Rauschen) des Resolvers 16 auf. Der Einfluss des Sensorrauschens auf das System ist in Fig. 14 dargestellt.
Die Motordrehzahl Nm behält einen konstanten Wert bei, ohne dass sie unmittelbar nach dem Abfall eines erzeugten Drehmoments auf null null wird, da die Motordrehzahl Nm einem integrierten Wert des erzeugten Drehmoments des SR- Motor 3 vor einem vorbestimmten Zeitpunkt im voraus entspricht. Dieser konstante Wert wird als statisches Element (Element im eingeschwungenen Zustand) der Motordrehzahl bestimmt. Demgegenüber ist das physikalische Modell Psys um den Resonanzpunkt herum linear ausgelegt. Somit ist es erforderlich, das statische Element der Motordrehzahl zu beseitigen, um das Leistungsverhalten zu verbessern. Zur Entfernung des statischen Elements der Motordrehzahl und des Sensorrauschens wird das statische Element der Motordrehzahl mit einer Gewichtungsfunktion wn in Bezug auf ein Sensorrauschen w3 dargestellt, das zwischen dem physikalischen Modell Psys und dem Regler K (d. h. dem Rückkopplungskompensator K1) über die Gewichtungsfunktion wn zugeführt wird, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist diese derart eingestellt, dass eine Verstärkung der Gewichtungsfunktion wn innerhalb des Niedrigfrequenzbereichs erhöht ist, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, um das statische Element der Motordrehzahl angenähert zu beseitigen, das die Motordrehzahl mehr als das Sensorrauschen beeinflusst.

Berechnung des Reglers K

Das Reglungssystem ist mit der verallgemeinerten Regelstrecke entsprechend der H∞-Steuerung mit zwei Freiheitsgraden gemäß Fig. 5 durch das Verhältnis zwischen einem exogenen Eingang w (d. h. dem Solldrehmoment w1, dem Störungseingang w2 und dem Sensorrauschen w3), die in der vorstehend beschriebenen Weise vorbestimmt wird, und der Regelgröße z (d. h. Regelgröße z1 und z2) dargestellt. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß dem H∞- Regelungsproblem der Regler K erhalten, bei dem die H∞- Norm (∥Tzw∥∞) relativ zu der Übertragungsfunktion Tzw von dem exogenen Eingang w zu der Regelgröße z kleiner als der vor bestimmte Wert γ (beispielsweise 1) ist.
Zur Untersuchung der H∞-Norm (∥Tzw∥∞) relativ zu der Übertragungsfunktion Tzw wird jede H∞-Norm einschließlich der Übertragungsfunktion Tz1w1 von dem Solldrehmoment w1 zu der Regelgröße z1, einer Übertragungsfunktion Tz2w2 von dem Störungseingang w2 zu der Regelgröße z2 und einer Übertragungsfunktion Tz2w3 von dem Sensorrauschen w3 zu der Regelgräße z2 untersucht.
Die Übertragungsfunktion Tz2w2 von dem Störungseingang w2 zu der Regelgröße z2 ist wie in Gleichung 3 dargestellt. Gleichung 3
Dementsprechend wird der Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1) wie in Gleichung 4 dargestellt erhalten, so dass die H∞-Norm relativ zu der Übertragungsfunktion Tz2w2 kleiner als ein Wert 1 wird. Gleichung 4
Somit wird die robuste Stabilität relativ zu der multiplikativen Fluktuation (d. h. die Charakteristikvariation aufgrund des Unterschieds im Antriebszustand und des Unterschieds im Fahrzeugtyp, des Unterschieds im Motortyp und der Drehmomentfälligkeit) berücksichtigt (d. h. eine erste robuste Stabilitätsbedingung).
Die Übertragungsfunktion Tz2w3 von dem Sensorrauschen w3 zu der Regelgröße z2 ist in Gleichung 5 dargestellt. Gleichung 5
Dementsprechend wird der Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1) wie in Gleichung 6 erhalten, so dass die H∞-Norm relativ zu der Übertragungsfunktion Tz2w3 kleiner als ein Wert 1 wird. Gleichung 6
Somit wird die robuste Stabilität relativ zu der Charakteristikvariation aufgrund des Sensorrauschens und des statischen Elements der Motordrehzahl berücksichtigt (d. h. eine zweite robuste Stabilitätsbedingung).
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird die robuste Stabilität des zu regelnden Objekts nicht durch den Vorwärtskopplungskompensator K2 beeinflusst (vergl. Gleichung 1), und das Element des Vorwärtskopplungskompensators K2 ist nicht in den ersten und zweiten robusten Stabilitätsbedingungen enthalten (d. h. wie es in Gleichungen 4 und 6 gezeigt ist).
Demgegenüber wird die Übertragungsfunktion Tz1w1 von dem Solldrehmoment w1 zu der Regelgröße z1 wie nachstehend gezeigt durch Gleichung 7 dargestellt. Gleichung 7
Dementsprechend wird der Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K2) wie in Gleichung 8 dargestellt derart erhalten, dass die H∞-Norm relativ zu der Übertragungsfunktion Tz1w1 kleiner als ein vorbestimmter Wert γ wird. Gleichung 8
Das heißt, dass das physikalische Modell Psys an das Referenzmodell Rsys derart angenähert wird, dass der vorbestimmte Wert γ angenähert den minimalen Wert annimmt. Somit wird das Nachführungsleistungsverhalten (d. h. die Vibrationsreduzierung und das Drehmoment- Nachführungsleistungsverhalten) des zu regelnden Objekts (d. h. SR-Motor 3) berücksichtigt.
In der vorstehend beschriebenen Weise werden der Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1), der unter Berücksichtigung hauptsächlich des ersten und des zweiten robusten Stabilitätszustands (d. h. wie in Gleichung 4 und Gleichung 6 dargestellt) erhalten wird, und der Regler K (d. h. Vorwärtskopplungskompensator K2) zur Annäherung des physikalischen Modells Psys an das Referenzmodell Rsys gleichzeitig erhalten, wobei das Nachführungsleistungsverhalten des zu regelnden Objekts beibehalten wird. Somit wird der Regler K zur gleichzeitigen Erfüllung der robusten Stabilität und des Nachführungsleistungsverhaltens für die Regelung des SR- Motors 3 erhalten.
Es gibt zwei Ansätze zum Lösen des H∞-Regelungsproblems:
Ein Ansatz zum Lösen einer Riccatti-Gleichung und ein Ansatz zum Lösen eines LMI-Problems, das einer Ungleichheitsversion der Riccatti-Gleichung entspricht. Jeder dieser beiden Ansätze kann zum Lösen des H∞- Regelungsproblems angewandt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Regler K(s) durch Anwendung des auf LMI (Linear Matrix Inequalities, Lineare Matrixungleichheiten) beruhenden Ansatzes abgeleitet. Obwohl der auf dem LMI beruhende Ansatz mehr Berechnungen zum Lösen größerer Programme als auch auf Riccatti beruhende Probleme benötigt, kann der auf LMI beruhende Ansatz die Normalitätsabhängigkeit, die in dem auf LMI beruhenden Ansatz enthalten ist, beseitigen. Das heißt, dass der auf LMI beruhende Ansatz eine auf eine beliebige Regelstrecke anwendbare Charakteristik aufweist.
Der Regler K(s) wird unter Verwendung eines Programms CAD "MATLAB" zur Auslegung des Regelungssystems abgeleitet. Durch Ausführung der Einstellung der Gewichtungsfunktion und des Referenzmodells Rsys in Bezug auf die in der vorstehenden Weise aufgebauten verallgemeinerten Regelungsstrecke sowie mehrmaliges Korrigieren der Einstellung der Gewichtungsfunktion und des Referenzmodells Rsys während des Auslegungszyklus derart, dass die Auslegungsspezifikation erfüllt wird, wird die Auslegung abgeschlossen, wenn die Auslegungsspezifikation erfüllt ist.
In der vorstehend beschriebenen Weise wird eine benötigte Spezifikation des SR-Motors 3 mit der verallgemeinerten Regelungsstrecke des H∞-Regelungssteuerungsproblems zum Erhalt der optimalen Lösung als das H∞-Regelungsproblem mit zwei Freiheitsgraden dargestellt. Somit kann die Regelung (d. h. Vibrationsunterdrückungsregelung) des SR- Motors 3 erzielt werden, bei der die hohe robuste Stabilität und das Nachführungsleistungsverhalten kompatibel sind.

Modellreduzierung des Reglers

Danach wird ein Modellreduktionsvorgang des ausgelegten Reglers K(s) (Rückkopplungskompensators K1, Vorwärtskopplungskompensators K2) durchgeführt. In dem Fall, dass die Regelung durch Einbringen des Reglers in den Mikrocomputer 7 umgesetzt wird, erhöht eine hohe Ordnung des Reglers die Berechnungsbelastung des Mikrocomputers 7 zu sehr, um die Berechnung mit einem vorbestimmten Abtastzyklus durchzuführen. Das Verfahren zur Verringerung der Ordnung des Reglers K(s) ohne Änderung der Charakteristiken des Reglers wird als Modellreduktion bezeichnet. Der Regler mit hoher Ordnung kann mit der Modellreduktion ohne Änderung von dessen Frequenzcharakteristik ausgeführt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Regler dem Regler K(s) des 28. Terms (der 28. Ordnung), und der Regler K(s) des 28. Terms (der 28. Ordnung) wird mit der Modellreduzierung auf den 13. Term (der 28. Ordnung) ohne Änderung von dessen Frequenzcharakteristik ausgeführt.

Diskretisierung

Dann kann durch Durchführung der Diskretisierung jeweils des mit der Modellreduzierung betriebenen Rückkopplungskompensators K1 und des mit der Modellreduzierung betriebenen Vorwärtskopplungskompensators K2 in Übereinstimmung eines Ordnungsgrads (Termgrads) n entsprechend der Abtastzeit des Mikrocomputers eine Rückkopplungskorrekturgröße u1 (k) und eine Vorwärtskopplungskorrekturgröße u2 wie in den nachstehenden Gleichungen 9 gezeigt erhalten werden. Gleichungen 9
Koeffizienten ai und bi entsprechen Koeffizienten, die bei der Diskretisierung des mit der Modellreduzierung betriebenen Rückkopplungskompensators K1 auftreten. Koeffizienten ci und di entsprechen Koeffizienten, die mit der Diskretisierung des mit der Modellreduzierung betriebenen Vorwärtskopplungskompensators K2 auftreten. In diesem Fall stellen die Korrekturgrößen u1(k), u2(k), eine Motordrehzahl Nm(k) und ein Solldrehmoment Req_trq(k) die in der gegenwärtigen Berechnung erhaltenen Korrekturgrößen u1 und u2, die Motordrehzahl Nm während der gegenwärtigen Berechnung und das Solldrehmoment Req_trq während der gegenwärtigen Berechnung jeweils dar. Korrekturgrößen u1(k-i), u2(k-i), eine Motordrehzahl Nm(k-i) und ein Solldrehmoment Req_trq(k-i) stellen die in der i-ten Berechnung zuvor erhaltenen Korrekturgrößen u1 und u2, die Motordrehzahl Nm während der i-ten Berechnung zuvor, und das Solldrehmoment Req_trq während der i-ten Berechnung zuvor dar. Da die Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Modellreduzierung auf die 13. Ordnung (den 13. Term) betrieben wird, werden die gegenwärtigen Korrekturgrößen u1(k), u2(k) auf der Grundlage der Motordrehzahl Nm und des Solldrehmoments Req_trq bis zu 13 Termen zuvor (d. h. n = 13) berechnet. Der Regler K berechnet das Befehlsdrehmoment T durch Addierung der Korrekturgrößen u1(k) und u2(k).
Fig. 17 zeigt ein Flussdiagramm der Auslegungsreihenfolge zum Erhalt des vorstehend beschriebenen Reglers K. In Schritt 101 wird eine Identifikationsprüfung zum Erhalt des physikalischen Modells Psys durchgeführt. Die Identifikation der Modellparameter durch die Frequenzanpassung wird zum Erhalt des physikalischen Modells Psys in Schritt 102 durchgeführt. In Schritt 103 wird das Referenzmodell Rsys abgeleitet. Welche Charakteristiken in der Charakteristikvariation wie dem Antriebszustand, den Unterschieden im Fahrzeugtyp und die Drehmomentwelligkeit eingeschlossen sind, wird in Schritt 104 überprüft. In Schritt S105 wird überprüft, welche Charakteristik in dem Sensorrauschen eingeschlossen ist.
In Schritt S106 werden die Gewichtungsfunktionen ws, wm1, wm2 und wn auf der Grundlage der Charakteristikvariation und der Rauschcharakteristik vorbestimmt, die in der vorstehend beschriebenen Weise untersucht worden sind. Die in Fig. 5 gezeigte erweiterte Regelstrecke wird in Schritt 107 erzeugt. In Schritt 108 wird der Regler K(s) (d. h. Rückkopplungskompensator K1 und Vorwärtskopplungskompensator K2) durch MATLAB berechnet. Dann wird in Schritt 109 beurteilt, ob die Leistungsverhalten-Beurteilungsbedingung erfüllt ist.
In dem Fall, dass die Leistungsverhalten- Beurteilungsbedingung in dieser Stufe noch nicht erfüllt ist, werden die Schritte 106-108 wiederholt, bis die Leistungsverhaltens-Beurteilungsbedingung erfüllt ist. In dem Fall, dass beurteilt wird, dass die Leistungsverhaltens-Beurteilungsbedingung in Schritt 109 erfüllt ist, wird der Regler K(s) mit der Modellreduktion in Schritt 110 betrieben. Die Diskretisierung des mit der Modellreduktion betriebenen Regler K wird in Schritt 111 ausgeführt.
Fig. 18 zeigt eine Blockdarstellung, wenn der mit der Modellreduktion betriebene Regler K (d. h. H∞-Regler) in dem Mikrocomputer 7 eingesetzt ist. Das heißt, dass der Mikrocomputer 7 die Motordrehzahl Nm (k) aus dem Resolver 16 empfängt und die Rückkopplungskorrekturgröße u1 (k) von dem Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1) gemäß der Gleichung 9 erhält. Demgegenüber empfängt der Mikrocomputer 7 den Drosselklappenöffnungsgrad α aus dem Beschleunigungssensor 13, um den Drosselklappenöffnungsgrad α in ein Solldrehmoment Req_trq(k) durch das Kennfeld M (d. h. Solldrehmomentkennfeld) gemäß Fig. 3 umzuwandeln. Der Mikrocomputer 7 erhält die Vorwärtskorrekturgröße u2(k) durch den Regler K (d. h. Vorwärtskopplungskompensator K2) gemäß Gleichung 9.
Der Mikrocomputer 7 berechnet das Befehlsdrehmoment T durch Addition der Korrekturgrößen u1(k) und u2(k). Dann wandelt der Mikrocomputer 7 das Befehlsdrehmoment T in einen elektrischen Strombefehlswert I und den Winkelbefehlswert θ mittels des Kennfelds M um, um diese dem SR-Motor 3 zuzuführen.
Die Steuerung der Blockdarstellung gemäß Fig. 18 wird durch Software verwirklicht. Somit entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Regler K (d. h. Rückkopplungskompensator K1 und Vorwärtskopplungskompensator K2) einem digitalen Filter, der durch Software verwirklicht ist.
In dem Speicher 18 des Mikrocomputers 7 sind ein Motorsteuerungsprogramm gemäß einem in Fig. 19 gezeigten Flussdiagramm gespeichert. Das Motorsteuerungsprogramm ist nachstehend beschrieben.
In Schritt 201 wird eine Initialisierung durchgeführt. In Schritt 202 wird beurteilt, ob seit der letzten Steuerung 10 msek. verstrichen sind. Das heißt, es wird beurteilt, ob ein Zeitintervall verstrichen ist, um die Steuerung alle 10 msek. durchzuführen. In Schritt 203 wird das Solldrehmoment Req_trq(k) erhalten. Das heißt, dass der Drosselklappenöffnungsgrad α eingelesen wird und auf das Kennfeld M (in Figur. 3 gezeigt) auf der Grundlage des Drosselklappenöffnungsgrads α zugegriffen wird, um das Solldrehmoment Req_trq(k) zu erhalten.
In Schritt 204 wird die Motordrehzahl Nm(k) erfasst. In Schritt 205 wird ein Korrekturgrößenberechnungsvorgang ausgeführt. Das heißt, dass die Rückkopplungskorrekturgröße u1(k) auf der Grundlage der Motordrehzahl Nm berechnet wird, und die Vorwärtskopplungsgröße u2(k) auf der Grundlage des Solldrehmoments Req_trq berechnet wird, wobei jeweils die Gleichung 9 verwendet wird.
In Schritt 206 wird das Befehlsdrehmoment T des Motors berechnet. Das heißt, dass das Befehlsdrehmoment T durch Addition der Rückkopplungskorrekturgröße u1(k) und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße u2(k) berechnet wird (d. h. T = u1(k) + u2(k)). In Schritt 207 wird das Befehlsdrehmoment T in den elektrischen Strombefehlswert I und den Winkelbefehlswert θ für den Motor umgewandelt. Das heißt, dass der Mikrocomputer 7 den elektrischen Strombefehlswert I und den Winkelbefehlswert θ jeweils unter Bezugnahme auf ein einzelnes Kennfeld (d. h. Kennfeld MP gemäß Fig. 18) auf der Grundlage von drei Parametern einschließlich des Befehlsdrehmoments T, der Motordrehzahl Nm und der Batteriespannung VB erhält.
In Schritt 208 wird der elektrische Strombefehlswert I und der Winkelbefehlswert θ ausgegeben. Das heißt, dass der Mikrocomputer 7 den Strombefehlswert I und den Winkelbefehlswert θ der Chopper-Schaltung 8 anweist. Somit führt die Chopper-Schaltung 8 die PWM-Steuerung der Schalt-Schaltung 10 über die Treiberschaltung 9 zu einem Erregungszeitverlauf, der durch den Winkelbefehlswert θ bestimmt wird, mit einem Tastverhältnis aus, indem der Erregungsstrom entsprechend dem elektrischen Strombefehlswert I zum Fließen gebracht wird. Dementsprechend werden die Motorspulen 31, 32 und 33sequentiell mit einem vorbestimmten Erregungszeitverlauf erregt.
In Schritt 209 wird beurteilt, ob die elektrische Energieversorgung ausgeschaltet ist. Wenn die elektrische Energieversorgung eingeschaltet ist, kehrt der Ablauf zu Schritt 202 zurück, um den Ablauf der Schritte 202-209 zu wiederholen. Wenn die elektrische Energieversorgung ausgeschaltet ist, wird in Schritt 210 ein Beendigungsvorgang ausgeführt.
Somit wird das Solldrehmoment Req_trq(k) auf der Grundlage des Drosselklappenöffnungsgrads α bestimmt. Das Befehlsdrehmoment T wird durch die Korrekturgrößen u1(k) und u2(k) bestimmt, die durch das Solldrehmoment Req_trq(k), die Ist-Motordrehzahl Nm und den Regler K bestimmt werden. Dann wird die Erregung des SR-Motors 3 entsprechend dem Befehlsdrehmoment T durchgeführt.
Fig. 20 zeigt ein Zeitverlaufszeitdiagramm zur Darstellung der Motordrehzahlcharakteristik (Motordrehzahlkennlinie), wenn ein stufenförmiger Eingang durch plötzliches Ändern des Solldrehmoment entweder durch Betätigen des Drosselklappenpedals 12 oder durch Freigeben des Drosselklappenpedals 12 für den SR-Motor 3 zur Durchführung der Regelung erzeugt wird. Wie es in Fig. 20 gezeigt ist, wird die Vibration (d. h. Resonanz) der Motordrehzahl in Bezug auf den stufenförmigen Eingang auf annähert null unterdrückt.
Wie vorstehend beschrieben, können die nachstehenden Wirkungen gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Rückkopplungskorrekturgröße u1 auf der Grundlage der erfassten Motordrehzahl Nm erhalten, und wird die Vorwärtskopplungskorrekturgröße u2 auf der Grundlage des berechneten Solldrehmoments Req_trq durch den Regler K erhalten. Durch Anweisen der Drehmomentreglung für den SR-Motor 3 auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße u1 und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße u2 können bei der Regelung des SR-Motors 3 eine hohe robuste Stabilität und ein Nachführungsleistungsverhalten zueinander kompatibel sein bzw. miteinander vereinbar sein.
In dem der Regler K als H∞-Regelungsproblem mit zwei Freiheitsgrade in der vorstehenden Weise erhalten wird, kann die Kompatibilität der hohen robusten Stabilität und des Nachführungsleistungsverhalten erzielt werden, weshalb die Justierungszeit verringert werden kann und die Teile (d. h. der Regler) standardisiert werden kann.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor kann die robuste Stabilität in Bezug auf die Charakteristikvariation im Hinblick auf den Unterschied im Antriebszustand, dem Unterschied im SR-Motor 3, dem Unterschied im Fahrzeugaufbau 1a (d. h. Fahrzeugtyp), an dem der SR-Motor 3 angebracht ist, in der Drehmomentwelligkeit, dem Sensorrauschen und dem statischen Element der Motordrehzahl Nm verbessert werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Regelungsvorrichtung des elektrischen Motors kann das Beschleunigungsleistungsverhalten des Fahrzeugs und die Vibrationsunterdrückung durch Optimieren des Nachführungsleistungsverhaltens (d. h. Vibrationsverringerung und das Drehmoment- Nachführungsleistungsverhalten) geeignet eingestellt werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor kann die Fahrbarkeit des elektrischen Fahrzeugs 1 durch Verringerung der Längsvibration des Fahrzeugaufbaus 1a durch Unterdrückung der Vibration der Motordrehzahl verbessert werden.
Ausführungsbeispiele für die Regelungsvorrichtung des elektrischen Motors gemäß der Erfindung sind nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern können wie nachstehend beschrieben variiert werden.
Obwohl der Regler K gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einem mit Software verwirklichten digitalen Filter entspricht, kann der Regler K mit einem digitalen Filter in Hardware verwirklicht werden.
Zumindest einer der Unterschiede der Fahrbedingung in Bezug auf die Charakteristikvariation, nämlich die Unterschiede im SR-Motor 3, die Unterschiede im Fahrzeugaufbau 1a (d. h. Fahrzeugtyp), an dem der SR-Motor 3 angebracht ist, der Drehmomentwelligkeit, dem Sensorrauschen und dem statischen Element der Motordrehzahl Nm kann für die Charakteristikvariation entfallen.
Obwohl der Regler K(s) der 28. Ordnung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel als Regler der 13. Ordnung abgeleitet wird, kann der Regler K(s) mit der Modellreduktion (Modellvereinfachung) auf eine andere Ordnung betrieben werden. Andernfalls kann der Modellreduktionsvorgang ebenfalls entfallen.
Die Einstellung jeder Gewichtungsfunktion und die Zusammensetzung der erweiterten Regelstrecke mit jeder Gewichtungsfunktion ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können andere Einstellungen angewandt werden.
Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der SR-Motor als elektrischer Motor angewandt wird, ist der elektrische Motor nicht auf den SR-Motor beschränkt. Ein Wechselstrom-Asynchronmotor kann ebenfalls als elektrischer Motor angewandt werden.
Obwohl die Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen bei der Regelung des elektrischen Motors des elektrischen Autos angewandt wird, ist die Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann auf andere elektrische Fahrzeuge angewandt werden. Zusätzlich kann die Regelungsvorrichtung des elektrischen Motors auf einen elektrischen Motor angewandt werden, der für andere Zwecke als für die Antriebskraftquelle des Fahrzeugs eingebaut ist. Weiterhin kann die Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor auf einen elektrischen Motor angewandt werden, der für andere Zwecke als einem Fahrzeug angewendet wird.
Bei der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor gemäß der Erfindung kann eine hohe robuste Stabilität und das Nachführungsleistungsverhalten miteinander vereinbar werden.
Bei der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor kann die robuste Stabilität in Bezug auf die Charakteristikvariation im Hinblick zumindest auf Unterschiede im Antriebszustand, Unterschiede im elektrischen Motor, Unterschiede in dem Aufbau, an dem der elektrische Motor angebracht wird, der Drehmomentfälligkeit, dem Sensorrauschen und dem statischen Element der Motordrehzahl verbessert werden.
Bei der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor kann die Rückkopplungskorrekturgröße auf der Grundlage der erfassten Motordrehzahl erhalten werden, und kann die Vorwärtskopplungskorrekturgröße auf der Grundlage des berechneten Solldrehmoments erhalten werden. Durch Anweisen der Drehmomentregelung für den elektrischen Motor auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße können bei der Regelung des elektrischen Motors die hohe robuste Stabilität und das Nachführungsleistungsverhalten miteinander vereinbar werden.
Bei der Regelungsvorrichtung für den elektrischen Motor gemäß der Erfindung wird der Regler durch Angabe der Übertragungsfunktion des Reglers mit der erweiterten Regelstrecke des H∞-Regelungsproblems mit zwei Freiheitsgraden abgeleitet, indem das robuste Stabilitätsleistungsverhalten in Bezug auf die Charakteristikvariation des elektrischen Motors und das Nachführungsleistungsverhalten des elektrischen Motors von dem Solldrehmoment zu der Motordrehzahl jeweils unabhängig eingestellt werden. Somit kann ein hohes robustes Stabilitätsleistungsverhalten und das Nachführungsleistungsverhalten durch Regelung des elektrischen Motors mit diesem Regler miteinander vereinbar werden.
Die Prinzipien, das bevorzugte Ausführungsbeispiel und die Umsetzung der Erfindung wurden in der vorstehenden Beschreibung beschrieben. Jedoch soll die zu schützende Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt sein. Weiterhin soll das hier beschriebene Ausführungsbeispiel als veranschaulichend und nicht als beschränkend angesehen werden. Variationen und Abänderungen können durch andere gemacht werden und es können Äquivalente angewandt werden, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird. Dementsprechend ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass alle derartigen Variationen, Änderungen und Äquivalente, die innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, fallen, da sie umfasst sind.
Vorstehend wurde eine Regelungsvorrichtung für einen elektrischen Motor, bei der ein hohes robustes Stabilitätsleistungsverhalten und ein Nachführungsleistungsverhalten miteinander vereinbar sind, sowie ein zugehöriges Auslegungsverfahren beschrieben. Eine Rückkopplungskorrektur wird auf der Grundlage einer erfassten Motordrehzahl erhalten, und eine Vorwärtskopplungskorrekturgröße wird auf der Grundlage eines berechneten Solldrehmoments durch einen Regler eines Mikrocomputers erhalten. Der Mikrocomputer weist eine Drehmomentregelung für einen SR-Motor auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße an.

Claims

1. Regelungsvorrichtung für einen elektrischen Motor mit:
einem elektrischen Motor,
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl des elektrischen Motors,
einer Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Solldrehmoments des elektrischen Motors,
einem Rückkopplungskompensator zum Erhalt einer Rückkopplungskorrekturgröße auf der Grundlage der erfassten Motordrehzahl,
einem Vorwärtskopplungskompensator zum Erhalt einer Vorwärtskopplungskorrekturgröße auf der Grundlage des berechneten Solldrehmoments, und
einer Steuerungseinrichtung zur Anweisung einer Drehmomentsteuerung für den elektrischen Motor auf der Grundlage der Rückkopplungskorrekturgröße und der Vorwärtskopplungskorrekturgröße.

2. Steuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß Patentanspruch 1, wobei eine Charakteristikvariation des elektrischen Motors zumindest entweder Unterschieden im Antriebszustand, Unterschiede im elektrischen Motor, Unterschiede im Fahrzeugaufbau, an dem der elektrische Motor anzubringen ist, einer Drehmomentwelligkeit, einem Sensorrauschen oder einem statischen Element der Motordrehzahl entspricht.

3. Auslegungsverfahren für eine Regelungsvorrichtung für einen elektrischen Motor mit einem Regler zur Durchführung einer Rückkopplungsregelung auf der Grundlage einer erfassten Motordrehzahl und zur Durchführung einer Vorwärtskopplungsregelung auf der Grundlage eines berechneten Solldrehmoments mit den Schritten:
Darstellen einer Übertragungsfunktion des Reglers durch eine erweiterte Regelstrecke des H∞- Regelungsproblems mit zwei Freiheitsgraden, indem ein robustes Stabilitätsleistungsverhalten in Bezug auf eine Charakteristikvariation des elektrischen Motors und ein Nachführungsleistungsverhalten des elektrischen Motors von einem Solldrehmoment zu einer Motordrehzahl individuell vorbestimmt werden, und
Ableiten des Reglers derart, dass die H∞-Norm der erweiterten Regelstrecke angenähert minimal wird.

4. Auslegungsverfahren für eine Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Charakteristikvariation des elektrischen Motors zumindest entweder Unterschieden im Antriebszustand, Unterschiede im elektrischen Motor, Unterschiede im Fahrzeugaufbau, an dem der elektrische Motor anzubringen ist, einer Drehmomentwelligkeit, einem Sensorrauschen oder einem statischen Element der Motordrehzahl entspricht.