JP2003061213A

JP2003061213A - 電動車制御装置

Info

Publication number: JP2003061213A
Application number: JP2001248289A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Marumoto; 勝二丸本; Hirotaka Yoshida; 裕孝吉田; Kiyoshi Yoshida; 清吉田; Mitsuhide Watanabe; 光秀渡辺; Eiji Koga; 栄次古賀; Hiromi Shimane; 浩美島根; Yoshiyuki Fujinuma; 義幸藤沼
Original assignee: Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】制御の安定化のため比例・積分補償等を行っ
た場合に積分補償のワインドアップを防止し、電流制御
の安定化を図る。【解決手段】電機子チョッパは、走行指令信号をＬＰ
Ｆ手段１９と、レート指令手段２０等を介して与えられ
る電流指令と電機子電流検出手段１４３、１４４によっ
て与えられるフィードバック信号とにより電流制御を行
う電機子電流制御手段１４１、１４２により電機子電流
制御を行うとともに、電機子電流制御手段には走行指令
信号に応じて電機子チョッパのデューティを制限する走
行リミッタ手段１４８とを備え、界磁チョッパは、電機
子電流を電機子電流検出手段により検出し、信号を安定
化するフィルタ等を介し、電機子電流に対してある関係
にパターン化されたものを界磁電流指令とし、界磁電流
指令と界磁電流検出手段によって与えられるフィードバ
ック信号とにより電流制御を行う界磁電流制御手段１６
１により界磁電流制御を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車制御装置に
係り、特に電動車における直流分巻電動機の電流制御を
行う電動車制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動車制御装置においては、特公
平３−４８７５２号公報に記載されるように、電機子電
流の最大値を制限することは知られている。すなわち、
電動車の低速領域あるいは、負荷が軽く電機子電流が最
大値以下で運転する領域においては電圧制御のみで制御
が行われている。また、電流検出については、設定した
最大値が検出された場合のみフィードバックして最大値
となるよう制限を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電機
子電流が最大値で制限されているのみで、最大値以下の
電流においては電流の制御機能は無く、電圧制御機能の
みである。したがって、例えば、バッテリを電源とする
直流電動機制御において、バッテリ電圧が変動した場合
等においては、モータの電流が大きく変わるために所望
の性能を得ることができない、等の問題を有している。

【０００４】本発明の１つの目的は、電動車用分巻電動
機の電機子電流及び界磁電流を所望の値に容易に制御す
ることのできる電動車制御装置を提供することにある。

【０００５】本発明の他の１つの目的は、制御の安定化
のため比例・積分補償等を行った場合に積分補償のワイ
ンドアップを防止し、電流制御の安定化を図ることので
きる電動機制御装置を提供することにある。

【０００６】本発明のさらに１つの目的は、走行指令の
アナログ信号にのるノイズ等に起因する電動機電流の振
動現象を抑制することのできる電動機制御装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の電動機制御装置は、電動車を駆動する
分巻電動機駆動システムにおいて，電動機に給電するバ
ッテリと、電動車を駆動するための分巻電動機と、該分
巻電動機の電機子電流を制御する電機子チョッパと電動
機の界磁電流を制御する界磁チョッパと、前記電機子電
流を検出する電機子電流検出手段と、前記界磁電流を検
出する界磁電流検出手段とを備え，前記電機子チョッパ
は、走行指令信号をＬＰＦ（ローパスフィルタ）手段
と、レート指令手段等を介して与えられる電流指令と電
機子電流検出手段によって与えられるフィードバック信
号とにより電流制御を行う電機子電流制御手段により電
機子電流制御を行うとともに，前記電機子電流制御手段
には走行指令信号に応じて電機子チョッパのデューティ
を制限する走行リミッタ手段とを備え，前記界磁チョッ
パは、界磁電流制御手段により制御され、前記電機子チ
ョッパにより制御された電機子電流を、前記電機子電流
検出手段により検出し、信号を安定化するためのフィル
タ等の手段を介し、電機子電流に対してある関係にパタ
ーン化されたものを界磁電流指令とし、該界磁電流指令
と前記界磁電流検出手段によって与えられるフィードバ
ック信号とにより電流制御を行う界磁電流制御手段によ
り界磁電流制御等を行うようにしたものである。このよ
うに構成することにより請求項１に記載の発明による
と、電動車駆動用分巻電動機システムにおいて、電機子
の電流制御及び界磁電流の制御ができるので電機子電流
及び界磁電流を安定に目標値と一致させることができ
る。

【０００８】上記目的を達成するため請求項２に記載の
電動機制御装置は、電機子電流制御に、走行用電機子電
流制御と回生用電機子電流制御を備え、前記電流制御手段に、走行時の電機子電流を検出する走
行用電流検出手段と、回生時の電機子電流を検出する回
生用電流検出手段とを有し、該電流制御及び電流検出手
段を、それぞれ独立した構成とし、該走行用電機子電流
制御手段には前記走行用電流検出手段により走行時の電
機子電流がフィードバックされ、電流レート指令からの
信号Ｉａｃとにより走行時の電流制御を行い、回生用電機子電流制御手段に、前記回生用電流検出手段
により回生時の電機子電流がフィードバックされ、回生
時の電流指令値Ｉｂｃ（一定値）信号とにより回生時の
電流制御を行う手段を有し、前記、走行用、回生用電流
制御手段の出力は運転モード検出切替手段により出力値
が切替えられてＰＷＭ制御手段に与える手段を有し、界磁電流制御手段に、走行時の電機子電流検出手段によ
り検出された実電流値を基にフィルタを介して界磁電流
の指令値を電機子電流に対してパタン化する界磁パタン
発生手段、回生用界磁電流指令発生手段、指令値を切替
える指令切り替え手段、また、モータ正転時の界磁電流
を検出する正転電流検出手段、モータ逆転時の界磁電流
検出手段のそれぞれ独立した電流検出手段を有し、界磁電流制御手段において、走行時に走行用指令界磁パ
ターンから発生する電流指令Ｉｆｃとなるよう正転電流
検出手段よりの信号をフィードバックし界磁電流制御を
行いＰＷＭ制御信号を出力するようにしたものである。
このように構成することにより請求項２に記載の発明に
よると、電動車駆動用分巻電動機システムにおける界磁
電流を電機子電流の実電流の変化に応じてパタ−ン化し
た関係に制御できるので制御システムの効率向上を図る
ことができる。

【０００９】上記目的を達成するため請求項３に記載の
電動機制御装置は、電流制御走行指令リミッタ併用方式
を用い、走行指令に比例させて電機子電流を制御する電
流制御モード（モード１）と走行指令に比例させて電機
子電流を制御すると同時に、走行指令信号の大きさにに
応じて電機子チョッパのデューティの制限するモード
（モード２）の運転モードによって電動車を制御しよう
というものである。このように構成することにより請求
項３に記載の発明によると、電流制御モードで走行指令
値に応じて電機子チョッパのデューティを制限する走行
リミッタによる電圧制御モードとの併用制御により高速
走行運転領域での安定走行を得ることができる。

【００１０】上記目的を達成するため請求項４に記載の
電動機制御装置は、電機子及び界磁電流制御に比例・積
分補償演算手段を備え、マイコンによるソフト演算を行
い、積分補償演算においてはワインドアップ防止手段に
より積分動作のワインドアップ防止を図ろうというもの
である。このように構成することにより請求項４に記載
の発明によると、本発明の他の１つの目的は、制御の
安定化のために行う積分補償のワインドアップを防止
し、電流制御の安定化を図ることができる。

【００１１】上記目的を達成するため請求項５に記載の
電動機制御装置は、電動車の走行指令信号出力にローパ
スフィルタを介して制御信号とし電動車制御系の安定を
図ろうとしたものである。このように構成することによ
り請求項５に記載の発明によると、走行指令のアナログ
信号にのるノイズ等に起因する電動機電流の振動現象を
抑制することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電動車の直流分巻
電動機制御に適用した場合の本発明に係る実施の形態に
ついて説明する。図１には、本発明の適用される電動機
制御装置の制御システム構成が示されている。図１にお
いて、電動車は、図２示す如く、制御装置１、電機子２
ａ、界磁巻線２ｂ、を有する直流分巻電動機２と減速ギ
ア３、デファレンシャルギア４、車輪５等によって構成
されている。

【００１３】制御装置１の入力としては、キースイッチ
６、走行指令発生部７に連動した可変抵抗器８、正転用
スイッチ９ａ、逆転用スイッチ９ｂ等があり、信号が入
力される。また、バッテリ（図示せず）からの電圧Ｖｂ
を投入、遮断するメインスイッチ１０、等がある。ま
た、電動車は次のように動作する。まず、メインスイッ
チが投入され、正転スイッチがＯＮされ、走行指令発生
部７に連動した可変抵抗器８から走行指令信号Ｖａｃｃ
が制御装置１へ入力されると、バッテリからの電圧Ｖｂ
を制御装置１により制御し、直流分巻電動機２の電機子
２ａと界磁巻線２ｂに流れる電流を可変し直流分巻電動
機２の回転を制御する。電動機の回転により直流分巻電
動機２のシャフト２ｃに直結された減速ギア３、デファ
レンシャルギア４を介して車輪５を回転させて電動車を
走行させる。

【００１４】図１には、電動機制御装置の構成が示され
ている。図において、１は制御装置であり、分巻電動機
２の電機子２ａ及び界磁巻線２ｂの一端はバッテリ１１
のプラス側へ、電機子２ａの他の一端は電機子チョッパ
１２ヘ、また、界磁巻線２ｂの他の一端は界磁チョッパ
１３へ、接続され、電機子チョッパ１２と界磁チョッパ
１３の他の一端はバッテリ１１のマイナス端子へ接続さ
れ電動機を駆動する主回路を構成する。制御装置として
は、他に、電機子チョッパ１２を制御する電機子電流制
御１４、電機子電流を検出して電機子電流制御ヘフィー
ドバックする電機子電流検出器１５、界磁チョッパ１３
を制御する界磁電流制御１６、界磁電流を検出して界磁
電流制御へフィードバックする界磁電流検出器１７、電
機子電流Ｉａｆをフィルタリングするフィルタ１８、走
行指令信号をフィルタリングするローパスフィルタ１
９、走行指令信号がステップ的に入力された場合に、単
位時間当たり一定に電流指令を上昇させるレート指令回
路２０等で構成される。

【００１５】以下、電動車制御装置の動作を説明する。
図１において、走行指令発生部の動きに連動して走行指
令が制御装置１に入力されると、走行指令に重畳するノ
イズや高周波振動成分をローパスフィルタ（以下、ＬＰ
Ｆと称する）１９で除去し、レート指令手段２０に与え
られる。このレート指令手段２０においては、例えば、
走行指令値がステップ的に与えられた場合に、電動機２
が急回転し電動車の急発進を防止するために時間レート
に従い電機子電流の指令Ｉａｃを発生させる。この電機
子電流制御手段１４においては、電機子電流の指令Ｉａ
ｃと、電機子電流検出手段１５で検出された信号Ｉａｆ
をフィードバックして指令値と一致するように電流制御
演算を行い電機子チョッパのＰＷＭデューティを決定す
る。この電機子チョッパ１２では、電機子電流制御手段
１４よりあたえられた信号Ａ・ＰＷＭにしたがってＰＷ
Ｍ制御を行い、バッテリ１１から電動機２の電機子２ａ
へ電流を流し、電機子の電流制御が行われる。

【００１６】一方、界磁電流制御手段１６においては、
電機子電流検出手段１５で検出された電機子電流Ｉａｆ
をフィルタ手段１８でフィルタリング後、電機子の実電
流に対して界磁電流指令の関係をパタン化したものを界
磁電流指令値Ｉｆｃとし、界磁電流検出手段１７で検出
された信号Ｉｆｆをフィードバックして指令値Ｉｆｃと
一致するように電流制御演算を行い界磁チョッパのＰＷ
Ｍデューティを決定する。この界磁チョッパ１３では、
界磁電流制御手段１６より与えられた信号、Ｆ・ＰＷＭ
に従ってＰＷＭ制御を行い、バッテリ１１から電動機２
の界磁巻線２ｂへ流れる界磁電流の制御を行う。

【００１７】また、前記した電機子電流制御手段におい
ては、走行指令で与えられる電機子電流指令に基づいて
電流制御を行うとともに、走行指令信号に基づいて電機
子チョッパのデューティを制限する機能をもつ。すなわ
ち、電機子の制御は電流制御を基本とし、走行指令リミ
ッタ作動時は電圧制御モードとなる電流・電圧併用制御
方式である。詳細については後述する。

【００１８】本実施の形態によれば、走行指令に応じた
電流制御によりトルク制御が可能となりゴルフカーの運
転性が向上する効果がある。また、モータの電機子電流
を電流制御に加え、アクセル開度でリミッタをかけた電
圧制御との併用制御方式により電動車高速運転時の安定
性が向上する効果がある。さらに、電機子電流に応じて
界磁電流の制御を行っているのでモータ制御システムと
して効率向上が図れる効果がある。

【００１９】図１で説明した本発明の詳細な構成が図３
に示されている。図３において、前記した電機子電流制
御手段１４は、走行用電機子電流制御手段１４１と回生
用電機子電流制御手段１４２を備えており、それぞれ
に、走行電流検出手段１４３、回生用電流検出手段１４
４を有している。この回生用電機子電流制御手段１４２
の入力には、回生制動用の電流指令発生手段１４５があ
る。走行用及び回生用電流制御手段１４１、１４２の出
力を切替える出力値α切替手段１４６、電機子チョッパ
をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段１４７、走行指令値に
応じてＰＷＭ制御のＰＷＭデューティにリミッタをかけ
る走行指令リミッタ手段１４８等で構成される。

【００２０】また、界磁電流手段１６は、電流制御手段
１６１、正転電流検出手段１６２、逆転電流検出手段１
６３、ＰＷＭ制御手段１６４、走行用指令界磁パターン
発生手段１６５、回生用指令を発生する回生用界磁電流
発生手段１６６、界磁の走行用と回生用との指令を切替
える指令切替手段１６７で構成される。

【００２１】また、正転、逆転信号に応じて前記した電
動機２を正転または逆転及び走行か回生制動モードを判
定し切替える、切替運転モード検出・切替手段１４を有
し、走行／回生（Ｄ／Ｂ）及び正転／逆転（Ｆ／Ｒ）信
号を出力する。

【００２２】電動車制御システムはマイコンを用いたソ
フトウエアで実現しており、その制御処理内容が図４〜
図６に示されている。そこで、図４、図５に図示の制御
フローチャートについて、図１及び図２との関連で説明
する。電動車制御システムは、メインスイッチ及びキー
スイッチをオンすると制御装置１内のマイコンが動作
し、図４に示すＭＡＩＮプログラムが稼動を開始する。
なお、ＭＡＩＮプログラムは比較的遅い処理時間で実行
させる。

【００２３】まず、ステップ１００において、イニシャ
ル値を設定し、ステップ１０１において、キースイッチ
がＯＮされているか、ＯＦＦされているかの判定を行
う。このステップ１０１においてキースイッチがＯＦＦ
されていると判定すると、ステップ１０２において、停
止処理を行い、ステップ１０１へ戻る動作を繰り返し待
機状態となる。

【００２４】また、ステップ１０１においてキースイッ
チがＯＮされていると判定すると、ステップ１０３にお
いて、スイッチの状態が正転の状態か、逆転の状態かの
判定を行う。このステップ１０３においてスイッチの状
態が正転の状態であると判定すると、ステップ１０４に
おいて、正転側へ界磁を切替える。また、ステップ１０
３においてスイッチの状態が逆転の状態であると判定す
ると、ステップ１０５において、逆転側へ界磁を切替え
る処理を行う。

【００２５】さらに、ステップ１０６において、走行指
令信号の状態を検出する。そして、ステップ１０７にお
いて、検出したマナログ信号をＬＰＦ（ローパスフィル
タ）を通すＬＰＦ演算を行う。すなわち、ステップ１０
７のＬＰＦ演算では、アナログ信号に重畳するノイズや
高周波成分を除去して制御動作の安定化を行う。このＬ
ＰＦの詳細については後述する。このステップ１０７に
おいてＬＰＦ演算を行うと、ステップ１０８において、
走行か回生制動か運転モードの判定、切替を行う。すな
わち、走行指令信号が出力されている状態であれば走行
と判断し、ステップ１０９において、電流レート指令発
生する。そして、ステップ１１０において、走行用電機
子電流の指令を発生し、さらに、ステップ１１１で走行
用界磁指令として、前記した走行用電機子電流に対応し
てある関係にパタン化された界磁電流指令を発生する。

【００２６】また、ステップ１０８において運転モード
が回生制動であると判定、すなわち、走行指令信号が戻
される操作が行われていれば回生制動モードと判断し、
ステップ１１２において、回生用電機子電流指令（一定
値）を発生する。そして、ステップ１１３において、同
様に回生用界磁電流指令（一定値）を発生する。このよ
うにして一連のメイン処理が終了すると、ステップ１０
１に戻る。そして、以下、メイン処理プログラムを繰り
返し実行する。

【００２７】このようなメインプログラムを実行中に後
述するハードウエアの界磁ＰＷＭ（以下、Ｆ・ＰＷＭと
称する）パルスの立下りに同期して外部割込み（外部ト
リガ：ＡＤＴＲＥＧ）が発生すると、図５に示す如き割
り込みプログラム（ＩＮＴ）が実行される。

【００２８】図５に図示の割り込み処理プログラムにお
いては、まず、ステップ２００において、走行用の電機
子電流を検出し、ステップ２０１において、回生制動用
の電機子電流の検出を行う。このステップ２０１におい
て回生制動用の電機子電流の検出を行うと、ステップ２
０２において、正転時の界磁電流の検出を行い、ステッ
プ２０３において、逆転時の界磁電流の検出を行い、マ
イコンのＲＡＭエリアに格納する。

【００２９】これら界磁電流の検出を行うと、ステップ
２０４において、走行か回生制動か運転モードの判定を
行う。このステップ２０４において運転モードが走行で
あると判定すると、ステップ２０５において、ステップ
２００で得られた走行電機子電流と図４のメイン処理で
得られた電機子電流指令とから走行用の電機子電流制御
演算を行いＰＷＭのデューティを算出する。この走行用
の電機子電流制御演算の演算方法の詳細については後述
する。また、ステップ２０４において運転モードが回生
制動であると判定すると、ステップ２０６において、回
生時の電機子電流制御演算処理を実行してステップ２０
７に進む。

【００３０】このステップ２０５において走行電機子電
流制御演算を行うか、ステップ２０６において回生電機
子電流制御演算を行うと、ステップ２０７において、界
磁電流制御演算を実行する。このステップ２０７におい
て界磁電流制御演算を実行すると、ステップ２０８にお
いて、界磁及び電機子チョッパのＰＷＭデューティを設
定し割り込み処理を終了する。

【００３１】これらの演算処理に基づくタイムチャート
が図６に示されている。図に示す如く、界磁チョッパの
ＰＷＭ（Ｆ・ＰＷＭ）パルスの立下りでＡ／Ｄ変換器に
外部トリガ（ＡＤＴＲＥＧ）をかけ割り込み処理が実行
される。外部割込みが入ると図６に示すように、電機子
電流の検出、電機子電流制御演算等、順次処理を実行
し、一連の処理が終了するとメイン処理へ移る。割り込
み処理では高速処理を必要とする電流検出や電流制御演
算などは、ＰＷＭに同期させ１ｍｓ毎に割り込み処理の
プログラムで実行し電動機制御の応答性を向上させてい
る。

【００３２】一方のメイン処理では、アナログ信号の走
行指令値、電流の指令値発生等、低速処理で十分に処理
時間が間に合うものを実行させる。

【００３３】このように、本実施の形態によれば、走行
用電機子電流制御と界磁用電機子電流制御を独立して行
うために制御上でのマッチングが容易となる効果があ
る。

【００３４】また、本実施の形態によれば、電流検出
を、走行用電機子電流検出、回生用電機子電流検出、正
転界磁電流検出用、逆転界磁電流検出用と、それぞれ独
立させて検出しているので、安全性などが向上する。例
えば、回生用電機子電流検出が不可能になった場合にお
いても走行用電機子電流は検出可能であり、走行制御に
より走行運転が実行できる効果がある。

【００３５】次に、制御動作について、図７と図８を用
いて説明する。図７には、直流分巻電動機を用いた電動
車運転時の動作特性が示されている。運転モードとして
はモードＩとモードＩＩがあり、モードＩは走行指令値
に比例させた電流制御領域である。モードＩＩは電流制
御を走行指令値の大きさに比例させるとともに、電機子
チョッパのデューティの最大値を走行指令値の大きさに
比例させてリミットさせる。例えば、走行指令値を０⇒
５０％と急変させた場合には、最初は電流制御動作であ
るがデューティが５０％に達する５０％に固定され電圧
制御動作となる。走行指令値を増加させれば走行指令値
に従ってデューティが増加する動作となる。このような
制御は、図３において示してある走行指令リミッタ１４
８で実行する。すなわち、この方式により、電流制御と
電圧制御の併用動作を行い走行指令値一定時のモータ回
転の安定性が得ることができる。なお、図７の最大出力
特性では、モードＩにおいては、モータ及びコントロー
ラの最大許容出力で決定されるリミッタ値である。ま
た、モードＩＩにおいては、チョッパ全開時におけるモ
ータの最大許容出力値で決定される最大出力値である。
また、回生制動時にも電流制御動作を行っている。

【００３６】図８には、モータの電機子電流に対する界
磁電流制御特性の一例が示されている。この図８に図示
の界磁電流制御特性は、限られたバッテリーエネルギー
で効率良く運転するために、電機子電流に対して効率が
最大となる界磁電流の関係をパターン化して界磁電流指
令を発生させるようになっている。あるいは、この図８
に図示の界磁電流制御特性は、出力トルクを優先させる
場合には、出力トルクが最大となるような電機子電流に
対する界磁電流指令を発生させる制御を行う。

【００３７】図８においては、一例として、電機子電流
に対して界磁電流を比例関係に制御を行っている場合を
示しており、電機子電流が最大値（Ｉａｍ）になると、
界磁電流も最大値（Ｉｆｍ）となるよう制御している。
また、電機子電流がある値（Ｉａ１）以下では界磁電流
を一定値としている。これは、モータのブラシからの火
花発生防止の為である。

【００３８】また、図３に図示の走行用電機子電流制御
１４１、回生用電機子電流制御１４２及び界磁電流制御
１６１の詳細について、走行用電機子電流制御の場合を
例にとり、図９を用いて説明する。図９は、フィードバ
ック制御系を安定化するための比例・積分補償（以下、
ＰＩ補償と称する）のブロック図であり、補償演算部
は、電機子電流指令Ｉａｃと電機子電流Ｉａｆとの偏差
ｅａを出力する偏差増幅器１４１ａ、積分ゲイン演算部
１４１ｂ、加算器１４１ｃ、積分演算部１４１ｄ、比例
ゲイン部１４１ｅ、比例項Ｐと積分項Ｉを加算する加算
器１４１ｆで構成される。

【００３９】また、演算出力にリミッタをかけるリミッ
タ部１４１ｇ、ＰＷＭのデューティαａに最大リミッタ
をかけると同時に走行指令値（Ｉａｃ）に応じてリミッ
タ値を可変するリミッタ可変部１４１ｈ、デューティα
ａに最小リミッタをかける最小リミッタ部１４１ｉ、最
小、最大値以外のデューティαａを出力するデューティ
出力部１４１ｊ、図７において説明したモードＩＩにお
けるチョッパ全開動作における積分演算のワインドアツ
プを防止するワインドアップ防止演算部１４１ｋ、積分
値をクリアする積分クリア部１４１ｌ、演算結果の何れ
かを出力するＯＲ出力部１４１ｍで構成される。

【００４０】図９において示される構成のＰＩ補償の演
算処理を図１０に示されるフローチャートを用いて説明
する。図１０において、ＰＩ補償演算処理がスタートす
ると、まず、ステップ３００において、電機子電流指令
Ｉａｃと電機子電流Ｉａｆとの偏差ｅａを求める演算を
実行する。このステップ３００において電機子電流指令
Ｉａｃと電機子電流Ｉａｆとの偏差ｅａを求める演算を
実行すると、ステップ３０１において、比例項Ｐの演算
を実施、ステップ３０２において、前回の積分演算値Ｉ
に今回の演算値（Ｋｉｐ×ｅａ・ΔＴ）を加えて今回の
積分値ｉを算出する。そして、ステップ３０３におい
て、上記で得られた比例項（Ｐ）と積分項（ｉ）とを加
算しＤｕｔｙ αａを求める。

【００４１】以下、Ｄｕｔｙの最小、最大リミッタの設
定と、図７で示した動作モードＩＩのチョッパ全開領域
における積分演算のワインドアップ防止等を行う。ま
ず、ステップ３０４において、Ｄｕｔｙ αａが最大値
Ｍａｘ値以上かどうかを判断し、αａがＭａｘ値以下の
場合には、ステップ３０５において、Ｄｕｔｙ αａが
最小値Ｍｉｎ値以下かどうかを判断し、Ｄｕｔｙ αａ
がＭｉｎ値以下でない場合には、ステップ３０６におい
て、今回の積分演算値ｉを前回の積分値Ｉへ入れ替えて
終了する。

【００４２】また、ステップ３０４において、Ｄｕｔｙ
αａが最大値Ｍａｘ値以上と判定したときは、ステッ
プ３０７において、Ｄｕｔｙ αａを最大値Ｍａｘ値に
設定する。そして、ステップ３０８において、積分値の
ワインドアップ防止を演算する。

【００４３】ここで、ワインドアップ現象について説明
する。すなわち、図７の動作で示した如く、チョッパの
Ｄｕｔｙが最大（１００％）状態では、ステップ３００
における演算において電流指令Ｉａｃに対して実電流Ｉ
ａｆが流れなくなり偏差ｅａが増加する。そして、偏差
ｅａが大きい状態が続づくと、ステップ３０２における
積分演算においては毎回演算毎に前回の積分値が加算さ
れ積分値ｉが増加し続づけて行くいわゆるワインドアッ
プ現象が発生する。この状態でチョッパのＤｕｔｙが飽
和状態（１００％）から線形領域に戻った場合には電動
車の電動機制御において好ましくない現象が発生する。
すなわち、積分演算の値が大きい状態で残ってしまって
いるために、演算周期毎の積分値の減算が間に合わず、
積分値の大きな値によってＰＷＭのＤｕｔｙが設定され
るため電動機の電流がが急増し好ましくない動作とな
る。

【００４４】そこで、このワインドアップを防止するこ
とが必要である。本実施の形態においては、次の方法を
用いた、すなわち、ワインドアップ状態においてはステ
ップ３０１における演算において偏差ｅａが大きい状態
であり、その結果比例項Ｐも大きい状態となっている。
一方、Ｄｕｔｙ演算値の最大値Αｍａｘは一定値となっ
ている。そこで、Ｄｕｔｙ演算の最大値Αｍａｘから比
例値Ｐを減算させた値を積分値Ｉとすればよい。すなわ
ち、Ｉ＝Αｍａｘ−Ｐなる式によりＤｕｔｙの最大値Αｍａｘと比例項のＰの
値から逆演算し積分値Ｉをステップ３０８で求めて、ス
テップ３０２で求めていた値を再設定することによりワ
インドアップ防止を図ることが可能である。また、ステ
ップ３０５において、Ｄｕｔｙ αａが最小値（Ｍｉ
ｎ）以下の場合には、ステップ３０９において、Ｄｕｔ
ｙ αａに最小値（Ｍｉｎ）をセット後、ステップ３１
０において今回演算した積分値ｉが０以下かどうかの判
断し、０以下の場合にはステッ３１２で前回の積分値Ｉ
に０をセットする。今回の積分値ｉが０でない場合には
ステップ３１１で今回値ｉを前回値Ｉへセットし演算を
終了する。

【００４５】以上は走行用電機子電流制御におけるＰＩ
補償演算について述べたが、回生用電機子電流制御演
算、界磁電流制御演算においても、走行用電機子電流制
御と同様にＰＩ補償演算を用いて制御の安定化を図って
いる。

【００４６】本実施の形態によれば、電流制御のＰＩ補
償演算において、電流指令値に対してフイードバック値
が戻ってくるリニアな領域においては、安定な制御が行
えるとともに、モータの高速運転時の電流指令に対して
フィードバック値が指令通りに戻らない領域において
も、ＰＩ補償の積分演算のワインドアップ防止が図れ、
制御を安定に動作させることができる効果がある。

【００４７】次に、図１あるいは図４で述べたＬＰＦ
（ローパスフィルタ）について説明する。ＬＰＦは高周
波成分を除去する特性をもつもので一次遅れ伝達関数と
して図１１（ａ）で表わされる。この伝達関数をマイコ
ン上では図１１（ｂ）に示すブロック図となり、入力ｕ
と出力ｙとの関係は、ｙ（ｎ）＝ｂ−ｙ（ｎ−１）＋ａ・ｕ（ｎ）但し、ｂ＝１−ａとする。

【００４８】なる式として現わされる。

【００４９】前記のＬＰＦを図１に示した電動車制御シ
ステムに適用した一例を図１２及び図１３に示す。図１
２において、フイルタ無しの場合には入力信号周波数が
高くなるに従いゲインが上がっており不安定となってい
る。ローパスフィルタ有りの場合にはゲイン増加が無く
安定していることが分かる。図１３は本フィルタを電動
車制御装置に適用した場合で、ＬＰＦ無しの場合には振
動現象がみられ、ＬＰＦを用いることにより振動現象が
押さえられて安定に動作しており、本実施例によれば電
動車制御装置を用いた電動車システムにおいて制御が安
定化できる効果がある。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、電動車駆動用分巻電動
機システムにおいて、電機子の電流制御及び界磁電流の
制御ができるので電機子電流及び界磁電流を安定に目標
値と一致させることができる効果がある。

【００５１】本発明によれば、電動車駆動用分巻電動機
システムにおいて、界磁電流を電機子電流の実電流の変
化に応じてパタ−ン化された関係に制御できるので制御
システムの効率向上が図れる効果がある。

【００５２】本発明によれば、電動車の電機子制御にお
いて、電流制御モードで走行指令値に応じて電機子チョ
ッパのデューティを制限する走行リミッタによる電圧制
御モードとの併用制御により高速走行運転領域での安定
走行が得られる効果がある。

【００５３】本発明によれば、電動車の分巻電動機制御
において、電機子の電流制御での電流検出及び制御を、
走行用と回生制動用とに分離して行っているので、それ
ぞれの制御のマッチングを独立して行えるとともに、例
えば、回生制動側制御が異常の場合でも走行制御のみで
走行できる効果がある。

【００５４】本発明によれば、電流制御での補償演算制
御において、積分補償演算でワインドアップ防止手段を
用いているので、高速走行領域でのチョッパ全開状態か
らＰＷＭ動作へ戻る場合において電流が急変することな
く安定に制御できる効果がある。

【００５５】本発明によれば、入力の走行指令信号の出
力にデジタルのＬＰＦ（ローパスフィルタ）を入れるこ
とにより、ノイズや高周波成分の除去により電動車制御
が振動することなく安定に動作させることができる効果
がある。また、フィルタをデジタル化してあるのでハー
ドウエアの回路等を省略できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明となる電動車制御装置のシステム構成
図。

【図２】本発明を適用した電動車システムの構成図。

【図３】図１の詳細制御ブロック図。

【図４】図３の動作をソフトで実行する場合のメイン処
理で行う制御フローチャート。

【図５】図３の動作をソフトで実行する場合の割り込み
処理で行う制御フローチャート。

【図６】図４〜図５の制御処理タイムチャート。

【図７】本発明となる制御システムの動作特性概念図。

【図８】図４を説明する電動機の電機子電流と界磁電流
の動作特性図。

【図９】図３の電機子電流制御の制御ブロック詳細図。

【図１０】図９の制御処理フローチャート図。

【図１１】（ａ）ｆフィルタの伝達関数を表わすブロッ
ク図、（ｂ）はフィルタをマイコン化したブロック図。

【図１２】ローパスフィルタ効果を表わした図。

【図１３】フィルタ効果を表わした電動車走行時の制御
装置動作波形を示す図。

【符号の説明】１…………………制御装置２…………………直流分巻電動機１２………………電機子チョッパ１３………………界磁チョッパ１４１……………走行用電機子電流制御１４２……………回生用電機子電流制御１４３……………走行電流検出１４４……………回生電流検出１６２……………正転電流検出１６３……………逆転電流検出１９………………ローパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田清茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者渡辺光秀茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者古賀栄次茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者島根浩美茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者藤沼義幸茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PC06 PG07 PI29 PO02 PO06 PO17 PU04 PV03 QE10 QE13 QI04 QN03 QN09 QN22 QN23 QN27 RB19 RB20 SE04 5H571 AA02 BB02 BB09 CC04 DD02 EE02 FF04 FF09 GG04 HB02 HD02 JJ03 JJ13 JJ17 JJ24 JJ26 KK06 LL22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動車を駆動する分巻電動機駆動システ
ムにおいて，電動機に給電するバッテリと、電動車を駆
動するための分巻電動機と、該分巻電動機の電機子電流
を制御する電機子チョッパと電動機の界磁電流を制御す
る界磁チョッパと、前記電機子電流を検出する電機子電
流検出手段と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出手
段とを備え，前記電機子チョッパは、走行指令信号をＬ
ＰＦ（ローパスフィルタ）手段と、レート指令手段等を
介して与えられる電流指令と電機子電流検出手段によっ
て与えられるフィードバック信号とにより電流制御を行
う電機子電流制御手段により電機子電流制御を行うとと
もに，前記電機子電流制御手段には走行指令信号に応じ
て電機子チョッパのデューティを制限する走行リミッタ
手段とを備え，前記界磁チョッパは、界磁電流制御手段
により制御され、前記電機子チョッパにより制御された
電機子電流を、前記電機子電流検出手段により検出し、
信号を安定化するためのフィルタ等の手段を介し、電機
子電流に対してある関係にパターン化されたものを界磁
電流指令とし、該界磁電流指令と前記界磁電流検出手段
によって与えられるフィードバック信号とにより電流制
御を行う界磁電流制御手段により界磁電流制御等を行う
ことを特徴とする電動車制御装置。
【請求項２】前記電機子電流制御には、走行用電機子
電流制御と回生用電機子電流制御を備え、前記電流制御手段には、走行時の電機子電流を検出する
走行用電流検出手段と、回生時の電機子電流を検出する
回生用電流検出手段とを有し、該電流制御及び電流検出
手段は、それぞれ独立した構成とし、該走行用電機子電
流制御手段には前記走行用電流検出手段により走行時の
電機子電流がフィードバックされ、電流レート指令から
の信号Ｉａｃとにより走行時の電流制御を行い、回生用電機子電流制御手段には、前記回生用電流検出手
段により回生時の電機子電流がフィードバックされ、回
生時の電流指令値Ｉｂｃ（一定値）信号とにより回生時
の電流制御を行う手段を有し、前記、走行用、回生用電
流制御手段の出力は運転モード検出切替手段により出力
値が切替えられてＰＷＭ制御手段に与える手段を有し、界磁電流制御手段には、走行時の電機子電流検出手段に
より検出された実電流値を基にフィルタを介して界磁電
流の指令値を電機子電流に対してパタン化する界磁パタ
ン発生手段、回生用界磁電流指令発生手段、指令値を切
替える指令切り替え手段、また、モータ正転時の界磁電
流を検出する正転電流検出手段、モータ逆転時の界磁電
流検出手段のそれぞれ独立した電流検出手段を有し、界磁電流制御手段においては、走行時に走行用指令界磁
パターンから発生する電流指令Ｉｆｃとなるよう正転電
流検出手段よりの信号をフィードバックし界磁電流制御
を行いＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする請求
項１に記載の電動車制御装置。
【請求項３】電動車を制御する運転モードとして、走
行指令に比例させて電機子電流を制御する電流制御モー
ド（モード１）と走行指令に比例させて電機子電流を制
御すると同時に、走行指令信号の大きさにに応じて電機
子チョッパのデューティの制限するモード（モード２）
とを有する電流制御走行指令リミッタ併用方式を用いた
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車制御装置。
【請求項４】電機子及び界磁電流制御には、比例・積
分補償演算手段を備え、マイコンによるソフト演算を行
い、積分補償演算においてはワインドアップ防止手段に
より積分動作のワインドアップ防止を図ることを特徴と
する請求項１又は２に記載の電動車制御装置。
【請求項５】電動車の走行指令信号出力にローパスフ
ィルタを介して制御信号とし電動車制御系の安定を図る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車制御装
置。