特許 6985222 昇圧コンバータの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985222

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】昇圧コンバータの制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 P

   H02M3/155 F

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-147034(P2018-147034)

(22)【出願日】2018年8月3日

(65)【公開番号】特開2020-22334(P2020-22334A)

(43)【公開日】2020年2月6日

【審査請求日】2020年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 高見

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０４６４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６８２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１８３４９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１３６１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３６３９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷と直流電源との間に接続される昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記昇圧コンバータの前記負荷側の電圧値を電圧指令値に調整するための制御演算を行う電圧制御部と、
前記電圧制御部の演算結果に基づいて、前記昇圧コンバータの直流リアクトルに流す目標電流値を示すリアクトル電流指令値を生成する電流指令生成部と、
前記直流電源の負極側に配置される前記昇圧コンバータのスイッチング素子のオフ期間を示すオフデューティの推定値であるデューティ推定値を算出するデューティ推定器と、
前記電圧制御部と前記昇圧コンバータの負荷側コンデンサとを含む系に遅れ要素を形成する極ゼロ相殺ゲインを記憶し、前記極ゼロ相殺ゲインに基づく値を生成する極ゼロ相殺制御部と
を備え、
前記電圧制御部は、前記負荷側の電圧値と前記電圧指令値との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値と、前記極ゼロ相殺制御部で生成された値とに基づいて前記制御演算を行い、
前記電流指令生成部は、前記電圧制御部の演算結果と、前記デューティ推定値の逆数とに基づいて前記リアクトル電流指令値を生成する
ことを特徴とする昇圧コンバータの制御装置。

【請求項2】

前記極ゼロ相殺制御部は、前記負荷側の電圧値に前記極ゼロ相殺ゲインを乗算した値を生成し、
前記電圧制御部は、前記負荷側の電圧値と前記電圧指令値との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値から前記極ゼロ相殺制御部で生成された値を減算する減算器を有する
ことを特徴とする請求項１記載の昇圧コンバータの制御装置。

【請求項3】

前記極ゼロ相殺ゲインは、直流負荷抵抗相当の値に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の昇圧コンバータの制御装置。

【請求項4】

前記負荷側の電圧値に基づいて、負荷電流の交流成分の推定値である負荷電流交流成分推定値を算出する近似外乱オブザーバを備え、
前記電流指令生成部は、前記電圧制御部の演算結果及び前記デューティ推定値の逆数に加え、前記負荷電流交流成分推定値に基づいて前記リアクトル電流指令値を生成する
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。

【請求項5】

前記電圧制御部と前記昇圧コンバータの負荷側コンデンサとを含む系が、一次遅れ特性となるように、前記電圧制御部の比例ゲイン、積分ゲイン及び極ゼロ相殺ゲインとが設定されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。

【請求項6】

前記比例ゲインは、前記昇圧コンバータの負荷側コンデンサの静電容量値とカットオフ角周波数とに基づいて設定され、
前記積分ゲインは、前記極ゼロ相殺ゲインと前記カットオフ角周波数とに基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項５記載の昇圧コンバータの制御装置。

【請求項7】

前記直流リアクトルに流れる電流値を示すリアクトル電流値を前記リアクトル電流指令値に調整するための制御演算を行って前記直流リアクトルに印加する目標電圧値を示すリアクトル電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記負荷側の電圧値と、前記昇圧コンバータの前記直流電源側の電圧値と、前記リアクトル電圧指令値とに基づいて、前記昇圧コンバータの制御信号を生成する制御信号生成部と
を備え、
前記電流制御部は、前記リアクトル電流値と前記リアクトル電流指令値との差分に対して、カットオフ角周波数と前記直流リアクトルのインダクタンス値とに基づいて可変設定された可変比例ゲインによる比例演算、及び、前記直流リアクトルの直流抵抗値と前記昇圧コンバータのスイッチング素子のオン抵抗との合成抵抗値とカットオフ角周波数とに基づいて設定された積分ゲインによる積分演算を行った演算値を前記リアクトル電圧指令値として算出する
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、昇圧コンバータの制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

周知のように、バッテリを搭載する車両等においては、一次側に接続されたバッテリ電圧を昇圧して二次側に出力する昇圧コンバータが用いられている。このような昇圧コンバータは、例えば特許文献１に開示されているように、二次側電圧値に基づいて昇圧コンバータを制御する制御装置によって制御されている。

【0003】

ところで、昇圧コンバータの二次側に接続された負荷への電力の安定供給を達成するためには、昇圧コンバータの二次側電圧値が意図せずに変動することを抑止する必要がある。例えば、スイッチング素子を有する昇圧コンバータは、制御装置側から見て、スイッチング素子のオフ期間比率（オフデューティ）に起因した外乱成分を有している。このため、制御装置にて、オフデューティの逆数を電流指令値に乗算することで、オフデューティに起因する外乱成分の影響を抑制することができる。しかしながら、オフデューティの逆数を電流指令値に乗算することのみでは、オフデューティに起因した外乱成分の影響を完全に除去することができない。このため、特許文献１では、制御装置の電圧制御部において制御ゲインをオフデューティの逆数に応じて可変とすることにより、二次側電圧値の変動をより抑制するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７−４６４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のように二次側電圧値の変動を抑制する場合には、制御装置の内部に電圧制御部における制御ゲインをオフデューティの逆数に応じて可変とする仕組みを組み込む必要があり、制御装置の設計が複雑化する。

【0006】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、電圧制御部における制御ゲインを可変とすることなく、昇圧コンバータが有する制御上の外乱成分の影響をより抑制可能とし、負荷への電力供給を安定化させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

【0008】

第１の発明は、負荷と直流電源との間に接続される昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータの制御装置であって、上記昇圧コンバータの上記負荷側の電圧値を電圧指令値に調整するための制御演算を行う電圧制御部と、上記電圧制御部の演算結果に基づいて、上記昇圧コンバータの直流リアクトルに流す目標電流値を示すリアクトル電流指令値を生成する電流指令生成部と、上記直流電源の負極側に配置される上記昇圧コンバータのスイッチング素子のオフ期間を示すオフデューティの推定値であるデューティ推定値を算出するデューティ推定器と、上記電圧制御部と上記昇圧コンバータの負荷側コンデンサとを含む系に遅れ要素を形成する極ゼロ相殺ゲインを記憶し、上記極ゼロ相殺ゲインに基づく値を生成する極ゼロ相殺制御部とを備え、上記電圧制御部が、上記負荷側の電圧値と上記電圧指令値との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値と、上記極ゼロ相殺制御部で生成された値とに基づいて上記制御演算を行い、上記電流指令生成部が、上記電圧制御部の演算結果と、上記デューティ推定値の逆数とに基づいて上記リアクトル電流指令値を生成するという構成を採用する。

【0009】

第２の発明は、上記第１の発明において、上記極ゼロ相殺制御部が、上記負荷側の電圧値に上記極ゼロ相殺ゲインを乗算した値を生成し、上記電圧制御部が、上記負荷側の電圧値と上記電圧指令値との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値から上記極ゼロ相殺制御部で生成された値を減算する減算器を有するという構成を採用する。

【0010】

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記極ゼロ相殺ゲインが、直流負荷抵抗相当の値に設定されているという構成を採用する。

【0011】

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記負荷側の電圧値に基づいて、負荷電流の交流成分の推定値である負荷電流交流成分推定値を算出する近似外乱オブザーバを備え、上記電流指令生成部が、上記電圧制御部の演算結果及び上記デューティ推定値の逆数に加え、上記負荷電流交流成分推定値に基づいて上記リアクトル電流指令値を生成するという構成を採用する。

【0012】

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記電圧制御部と上記昇圧コンバータの負荷側コンデンサとを含む系が、一次遅れ特性となるように、上記電圧制御部の比例ゲイン、積分ゲイン及び極ゼロ相殺ゲインとが設定されているという構成を採用する。

【0013】

第６の発明は、上記第５の発明において、上記比例ゲインが、上記昇圧コンバータの負荷側コンデンサの静電容量値とカットオフ角周波数とに基づいて設定され、上記積分ゲインが、上記極ゼロ相殺ゲインと上記カットオフ角周波数とに基づいて設定されているという構成を採用する。

【0014】

第７の発明は、上記第１〜第６いずれかの発明において、上記直流リアクトルに流れる電流値を示すリアクトル電流値を上記リアクトル電流指令値に調整するための制御演算を行って上記直流リアクトルに印加する目標電圧値を示すリアクトル電圧指令値を算出する電流制御部と、上記負荷側の電圧値と、上記昇圧コンバータの上記直流電源側の電圧値と、上記リアクトル電圧指令値とに基づいて、上記昇圧コンバータの制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、上記電流制御部が、上記リアクトル電流値と上記リアクトル電流指令値との差分に対して、カットオフ角周波数と上記直流リアクトルのインダクタンス値とに基づいて可変設定された可変比例ゲインによる比例演算、及び、上記直流リアクトルの直流抵抗値と上記昇圧コンバータのスイッチング素子のオン抵抗との合成抵抗値とカットオフ角周波数とに基づいて設定された積分ゲインによる積分演算を行った演算値を上記リアクトル電圧指令値として算出するという構成を採用する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、極ゼロ相殺ゲインによって、電圧制御部と昇圧コンバータの負荷側コンデンサとを含む系に遅れ要素が形成される。このため、オフデューティの逆数を電流指令値に乗算しても残存するオフデューティに起因した外乱成分の残存成分を、電圧制御部の積分演算によって吸収することができる。したがって、本発明によれば、電圧制御部における制御ゲインを可変とすることなく、昇圧コンバータが有する制御上の外乱成分の影響をより抑制可能とし、負荷への電力供給を安定化させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に制御装置を含む電力システムの概略構成を示す回路図である。

【図2】本発明の一実施形態に制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に制御装置の制御対象である昇降圧コンバータをモデル化したブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態に制御装置の制御対象である一次側バッテリ回路をモデル化したブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態に制御装置の制御対象である昇降圧コンバータと一次側バッテリ回路とを含むプラントをモデル化したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の一実施形態について説明する。

【0018】

図１は、本実施形態の昇圧コンバータの制御装置の一実施形態である制御装置１２を含む電力システム１の概略構成を示す回路図である。この図に示すように、電力システム１は、バッテリ２（直流電源）と、コンタクタ３と、一次側コンデンサ４と、昇降圧コンバータ５（昇圧コンバータ）と、インバータ６と、一次側電圧検出回路７と、電流センサ８と、電流検出回路９と、ゲート駆動回路１０と、二次側電圧検出回路１１と、制御装置１２とを備えている。

【0019】

なお、本実施形態においては、電力システム１は、負荷Ｒから出力される回生電力をバッテリ２に蓄電可能な構成とするために、電力を昇降圧可能な昇降圧コンバータ５を備え、制御装置１２が昇圧制御及び降圧制御を行う。ただし、回生電力をバッテリ２に蓄電する必要がない場合には、昇降圧コンバータ５を昇圧コンバータとし、制御装置１２は上記の昇圧制御及び降圧制御のうち昇圧制御のみを行う。本実施形態においては、昇圧制御に特徴があることから、以下の説明においては、制御装置１２の降圧制御についての説明は省略する。

【0020】

バッテリ２は、複数の電池セル（単電池）が直列接続された組電池であり、数百ボルトの高電圧電力（直流電力）を出力する。コンタクタ３は、バッテリ２のプラス端子側に設けられており、バッテリ２のプラス端子と昇降圧コンバータ５との接続状態を接続と非接続とに切替える開閉器である。

【0021】

一次側コンデンサ４は、昇降圧コンバータ５の一次側（バッテリ２側）に設けられたコンデンサである。なお、昇降圧コンバータ５に対してバッテリ２側を一次側、負荷Ｒ側を二次側と称する。この一次側コンデンサ４は、コンタクタ３を介してバッテリ２から入力される入力電圧を平滑化する。

【0022】

昇降圧コンバータ５は、負荷Ｒとバッテリ２との間に接続されており、バッテリ２から入力される入力電圧を所定の昇圧比で昇圧してインバータ６に出力し、インバータ６から入力される回生電圧を所定の降圧比で降圧してバッテリ２に出力する電力変換回路である。この昇降圧コンバータ５は、直流リアクトル５ａと、上側アーム５ｂと、下側アーム５ｃと、二次側コンデンサ５ｄ（負荷側コンデンサ）とを備えている。

【0023】

直流リアクトル５ａは、バッテリ２のプラス端子に接続されている。上側アーム５ｂは、エミッタが直流リアクトル５ａを介してバッテリ２のプラス端子側に接続されたトランジスタと、このトランジスタをバイパスする還流ダイオードとを有している。下側アーム５ｃは、コレクタが直流リアクトル５ａを介してバッテリ２のプラス端子側に接続されると共にエミッタがバッテリ２のマイナス端子側に接続されたトランジスタと、このトランジスタをバイパスする還流ダイオードとを有している。二次側コンデンサ５ｄは、上側アーム５ｂと下側アーム５ｃに対して二次側（負荷Ｒ側）に接続されており、上側アーム５ｂと下側アーム５ｃを介してバッテリ２から入力される入力電圧を平滑化する。

【0024】

インバータ６は、昇降圧コンバータ５から入力された入力電力を交流電力に変換してモータ等の負荷Ｒに給電する電力変換回路である。なお、電力システム１に複数の負荷Ｒが接続された構成とすることも可能であり、このような場合にはインバータ６が負荷Ｒごとに設けられることで複数設置される。

【0025】

一次側電圧検出回路７は、一次側コンデンサ４の電圧つまり一次側コンデンサ４の端子間電圧を検出する電圧センサであり、検出値（一次側電圧値ｖ_ｐ）を制御装置１２に出力する。電流センサ８は、直流リアクトル５ａとスイッチング回路（上側アーム５ｂ及び下側アーム５ｃ）との間の電流を検出するセンサであり、検出値（リアクトル電流値ｉ_Ｌ）を制御装置１２に出力する。

【0026】

ゲート駆動回路１０は、上側アーム５ｂのトランジスタのゲートと、下側アーム５ｃのトランジスタのゲートとに接続されており、制御装置１２から入力される駆動指令に基づいて上側アーム５ｂのトランジスタ及び下側アーム５ｃのトランジスタのスイッチングを行う。二次側電圧検出回路１１は、二次側コンデンサ５ｄの電圧つまり二次側コンデンサ５ｄの端子間電圧を検出する電圧センサであり、検出値（二次側電圧値ｖ_ｓ）を制御装置１２に出力する。

【0027】

制御装置１２は、昇降圧コンバータ５を制御する装置であり、一次側電圧検出回路７から入力される一次側電圧値ｖ_ｐ、二次側電圧検出回路１１から入力される二次側電圧値ｖ_ｓ及び電流センサ８から入力されるリアクトル電流値ｉ_Ｌ等に基づいて、ゲート駆動回路１０を介して昇降圧コンバータ５のスイッチング回路（上側アーム５ｂのトランジスタ及び下側アーム５ｃのトランジスタ）のオンオフを制御する。

【0028】

図２は、制御装置１２の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、制御装置１２は、電圧指令生成部１２ａと、電圧制御演算部１２ｂと、極ゼロ相殺制御部１２ｃと、デューティ推定器１２ｄと、近似外乱オブザーバ１２ｅと、電流指令生成部１２ｆと、電流制御演算部１２ｇと、デューティ相殺演算部１２ｈと、キャリア生成部１２ｉと、パルス信号生成部１２ｊとを備えている。

【0029】

ここで、このような構成の制御装置１２の詳細について説明する前に制御装置１２の設計方法について説明する。まず、昇降圧コンバータ５を状態平均化法によりモデル化し、これをモデル化された昇降圧コンバータ５の一次側の回路（一次側バッテリ回路と称する）と併合することによりプラントモデルを作成する。本実施形態の制御装置１２は、プラントモデルを表す伝達関数に含まれる外乱成分を示す項がキャンセルされ、上記伝達関数が縮退するように設計されている。

【0030】

昇降圧コンバータ５を状態平均化法によってモデル化すると、図３に示すブロック図となる。なお、図３において、Ｄ_ｏｆｆ^＊は、下側アーム５ｃのオン期間とオフ期間とを合わせた一周期におけるオフ期間の割合（以下、オフデューティと称する）の指令値を示している。ｖ_ｓは、二次側電圧値を示している。ｖ_ｐは、一次側電圧値を示している。ｒ_ｚは、直流リアクトル５ａの内部抵抗値ｒ_Ｌと、上側アーム５ｂ及び下側アーム５ｃのオン抵抗値ｒ_ＳＷとの合成抵抗値を示している。Ｌ_ａは、直流リアクトル５ａのインダクタンス値を示している。ｉ_Ｌは、リアクトル電流値を示している。Ｄ_ｏｆｆは、オフデューティを示している。ｉ_ｓは、負荷電流値を示している。Ｃ_ｓは、二次側コンデンサ５ｄの静電容量値を示している。ｓは、ラプラス演算子を示している。

【0031】

一次側バッテリ回路は、バッテリ２と、一次側コンデンサ４とを含む回路である。この一次側バッテリ回路をモデル化すると、図４に示すブロック図となる。なお、図４において、Ｃ_ｐは、一次側コンデンサの静電容量値を示している。Ｌ_ｂは、バッテリインピーダンスの内部インダクタンス値を示している。ｒ_ｂは、バッテリインピーダンスの内部抵抗値を示している。ｖ_ｂは、バッテリ電圧を示している。その他の記号は、図３と同様である。

【0032】

これらの昇降圧コンバータ５と一次側バッテリ回路とを併合すると、図５のブロック図に示すようになる。この図５において示す、昇降圧コンバータ５に入力されるオフデューティＤ_ｏｆｆ、二次側電圧値ｖ_ｓ、一次側電圧値ｖ_ｐ及び負荷電流値ｉ_ｓは、制御装置１２から見た場合の外乱成分となる。つまり、これらのオフデューティＤ_ｏｆｆ、二次側電圧値ｖ_ｓ、一次側電圧値ｖ_ｐ及び負荷電流値ｉ_ｓに対して、何らの対応を行わない場合には、インバータ６に供給される電力に誤差成分が含まれた状態となる。

【0033】

そこで、本実施形態において制御装置１２は、昇降圧コンバータ５に外乱成分として入力されるオフデューティＤ_ｏｆｆ、二次側電圧値ｖ_ｓ、一次側電圧値ｖ_ｐ及び負荷電流値ｉ_ｓによる影響をキャンセルするように設計されている。

【0034】

なお、一次側電圧検出回路７、電流検出回路９及び二次側電圧検出回路１１の検出値に、センサ特性等に起因する誤差成分が含まれる。このため、電力システム１は、図５に示すように、ハードウェアとして、一次側電圧検出回路７、電流検出回路９及び二次側電圧検出回路１１の検出値を除去するためのローパスフィルタ回路を有している。図５において、ω_Ｌ１、ω_Ｌ２及びω_Ｌ３は、各々がカットオフ角周波数を示している。

【0035】

より詳細に、オフデューティＤ_ｏｆｆ、二次側電圧値ｖ_ｓ、一次側電圧値ｖ_ｐ及び負荷電流値ｉ_ｓによる影響をキャンセルする方法について説明する。図３に示す昇降圧コンバータ５の状態平均化法を適用した状態方程式は、下式（１）及び（２）となる。

【0036】

【数1】

【0037】

【数2】

【0038】

ここで、式（１）のリアクトル電流値ｉ_Ｌの微分方程式に着目しラプラス変換を施すと下式（３）となり、さらに式変形を行うと下式（４）となる。

【0039】

【数3】

【0040】

【数4】

【0041】

ラプラス演算子が付いている項は、定常状態を考えた場合に無視できる項であるため、近似化を行うと下式（５）となる。なお、無視した項については、非干渉化によって打ち消すことができない外乱項ｄ_２に含まれるものとし、後に説明する方法（極ゼロ相殺）によって影響をキャンセルする。

【0042】

【数5】

【0043】

よって、制御装置１２で扱う変数に置き換えると、式（６）となる。なお、式（６）においてＤ_ｏｆｆ^ｅｓｔは、以下、デューティ推定値と称する。つまり、制御装置１２で、式（６）に基づいてデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔを用いた演算を行うことによって、昇降圧コンバータ５で外乱成分として入力されるオフデューティＤ_ｏｆｆを非干渉化することができる。したがって、本実施形態において制御装置１２は、オフデューティＤ_ｏｆｆを非干渉化するために、デューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔを算出するデューティ推定器１２ｄを備えている。

【0044】

【数6】

【0045】

次に、二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐによる影響を相殺するためには、制御装置１２において、オフデューティの指令値Ｄ_ｏｆｆ^＊に対して、二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆを除算し、一次側電圧値ｖ_ｐのフィードバック値ｖ_ｐｆを減算する処理を行えばよい。この処理は下式（７）で表すことができる。なお、式（７）において、ｖ_Ｌ^＊は、リアクトル電圧指令値を示し、制御装置１２における電流指令生成部１２ｆで生成される指令値である。

【0046】

【数7】

【0047】

つまり、制御装置１２で式（７）に基づいた演算処理を行うことによって、昇降圧コンバータ５で外乱成分として入力される二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐを非干渉化することができる。したがって、本実施形態において制御装置１２は、外乱成分として入力される二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐを非干渉化するために、式（７）の演算処理を行うデューティ相殺演算部１２ｈを備えている。

【0048】

なお、図５に示すようにモデル化された昇降圧コンバータ５において、オフデューティＤ_ｏｆｆに対して、二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐを受けた後の信号値ｙ_ｔｍｐは、下式（８）で表される。

【0049】

【数8】

【0050】

ここで、制御装置１２で扱う値とプラントで扱う値とには、取得誤差やデッドタイム誤差等による誤差が存在する。このため、下式（９）、下式（１０）及び下式（１１）で表せると仮定する。

【0051】

【数9】

【0052】

【数10】

【0053】

【数11】

【0054】

これらの式（９）〜式（１１）を考慮すると、上記の信号値ｙ_ｔｍｐは、下式（１２）のように表すことができる。なお、Δが付いている項は微小変化量とみなすことができるため、集約して外乱項ｄ_１として扱う。

【0055】

【数12】

【0056】

つまり、上述のように、二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐによる影響を相殺すると、外乱項ｄ_１が発生する。この外乱項ｄ_１は、後に説明するように、電流制御演算部１２ｇにおいて比例ゲインを可変とすることにより影響をキャンセルすることができる。

【0057】

外乱項ｄ_１による影響をキャンセルする方法について説明する。ＰＩ制御に基づく演算を行う電流制御演算部１２ｇを含むブロックのオープンループを下式（１３）のように設計する。なお、式（１３）において、ｋ_ｐｃは、電流制御演算部１２ｇの比例ゲインを示している。ω_ｃｃは、カットオフ角周波数を示している。Ｔ_ｉｃは、インダクタンス値Ｌ_ａを合成抵抗値ｒ_ｚで除算した値である。

【0058】

【数13】

【0059】

式（１３）から、比例ゲインｋ_ｐｃは、下式（１４）となる。

【0060】

【数14】

【0061】

また、上記ブロックのクローズドループは、式（１３）及び式（１４）を用いると、下式（１５）となる。なお、式（１５）において、Ｈ_ｃｃ（ｓ）は１である。

【0062】

【数15】

【0063】

このことから、電流制御演算部１２ｇの積分ゲインは下式（１６）から下式（１７）となる。なお、下式（１６）及び下式（１７）において、ｉ_Ｌ^＊は、リアクトル電流指令値を示している。ｉ_Ｌｆは、リアクトル電流値ｉ_Ｌのフィードバック値を示している。ｋ_ｉｃは、電流制御演算部１２ｇの積分ゲインを示している。

【0064】

【数16】

【0065】

【数17】

【0066】

ここで、カットオフ角周波数ω_ｃｃが、設定したカットオフ周波数ｆ_ｃｃで与えられ、任意に設計できるよう調整係数を設ければ、下式（１８）、下式（１９）及び下式（２０）のように表される。

【0067】

【数18】

【0068】

【数19】

【0069】

【数20】

【0070】

直流リアクトル５ａのインダクタンス値Ｌ_ａは、電流に応じて変化する重畳特性を持つ。このため、直流リアクトル５ａのリアクトル電流値ｉ_Ｌに応じてインダクタンス値が変化するようにインダクタンスマップを保有して比例ゲインｋ_ｐｃを可変化させることで、極ゼロ相殺が実現される。

【0071】

このようにＰＩ制御を行う電流制御演算部１２ｇを含むブロックを設計することによって、積分器が機能して外乱項ｄ_１の影響を除去することができ、メジャーループである電圧制御側への影響を抑制することができる。なお、このように設計されたブロックは、式（１５）に示すように、一次ローパスフィルタの伝達関数で表すことができる。このため、入力に対して、一次遅れのタイミングで安定して出力を行うことができる。

【0072】

つまり、電流制御演算部１２ｇでＰＩ制御に基づく制御演算を行うと共に比例ゲインｋ_ｐｃをリアクトル電流値ｉ_Ｌに応じて可変とすることによって、外乱項ｄ_１の影響をキャンセルし、さらに入力に対して一次遅れのタイミングで出力をすることができ応答特性を安定化することができる。

【0073】

次に、外乱項ｄ_２による影響をキャンセルする方法について説明する。また、負荷電流値ｉ_ｓには、直流成分（直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃ）と交流成分（交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃ）とが含まれている。ここで説明する方法により、外乱項ｄ_２による影響をキャンセルすると共に、直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃによる影響もキャンセルすることができる。

【0074】

電圧制御演算部１２ｂで指令値とフィードバック値との誤差に基づくＰＩ制御演算を行い、演算結果に対して、外乱項ｄ_２による影響と直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃによる影響とをキャンセルするためのゲイン（極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖ）を加算することを考える。この場合、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖと図５に示すモデル化された昇降圧コンバータ５の［１／ｓＣ_ｓ］とを統合し、電圧制御演算部１２ｂを含むブロックのオープンループを下式（２１）のように設計する。なお、式（２１）において、ｋ_ｐｖは、電圧制御演算部１２ｂの比例ゲインを示している。Ｔ_ｉｖは、二次側コンデンサ５ｄの静電容量値Ｃ_ｓを極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖで除算した値である。ω_ｃｖは、カットオフ角周波数である。

【0075】

【数21】

【0076】

式（２１）から、比例ゲインｋ_ｐｖは、下式（２２）となる。

【0077】

【数22】

【0078】

また、上記ブロックのクローズドループは、式（２１）及び式（２２）を用いると、下式（２３）となる。なお、式（２３）において、Ｈ_ｃｖ（ｓ）は１である。

【0079】

【数23】

【0080】

このことから、電圧制御演算部１２ｂの積分ゲインは下式（２４）から下式（２５）となる。なお、下式（２４）及び下式（２５）において、ｖ_ｓ^＊は、二次側電圧指令値を示している。ｋ_ｉｖは、電圧制御演算部１２ｂの積分ゲインを示している。

【0081】

【数24】

【0082】

【数25】

【0083】

ここで、カットオフ角周波数ω_ｃｖが、設定したカットオフ周波数ｆ_ｃｖで与えられ、任意に設計できるよう調整係数を設ければ、下式（２６）、下式（２７）及び下式（２８）のように表される。なお、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖは、任意の値で設計可能であり、ここでは直流負荷抵抗相当の値を設定している。

【0084】

【数26】

【0085】

【数27】

【0086】

【数28】

【0087】

このようにＰＩ制御に基づく制御演算を行う電圧制御演算部１２ｂを含むブロックを設計することによって、積分器が機能して外乱項ｄ_２の影響及び直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃによる影響を除去することができる。なお、このように設計されたブロックは、式（２３）に示すように、一次ローパスフィルタの伝達関数で表すことができる。このため、入力に対して、一次遅れのタイミングで出力を行うことができる。

【0088】

つまり、電圧制御演算部１２ｂでＰＩ制御に基づく制御演算を行うことによって得られた演算結果に対して、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖに基づく値を減算することによって、外乱項ｄ_２の影響及び直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃの影響をキャンセルし、さらに入力に対して一次遅れのタイミングで出力をすることででき応答特性を安定化することができる。したがって、本実施形態において制御装置１２は、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖに基づいた値を生成する極ゼロ相殺制御部１２ｃを有している。また、制御装置１２は、電圧制御演算部１２ｂでＰＩ制御に基づく制御演算を行うことによって得られた演算結果に対して、極ゼロ相殺制御部１２ｃで生成された値を減算する減算器１２ｍを有している。

【0089】

次に、負荷電流値ｉ_ｓの交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃによる影響をキャンセルする方法について説明する。上述した状態方程式の式（２）にラプラス変換を施し、式変形を行うと式（２９）となり、さらに下式（３０）に近似化できる。なお、制御装置１２では、微分を不完全微分として扱うために一次ローパスフィルタをラプラス演算子に付加し一次ハイパスフィルタとする。式（３０）において、ω_Ｌｈはカットオフ角周波数を示している。

【0090】

【数29】

【0091】

【数30】

【0092】

負荷電流値ｉ_ｓのうち直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃの影響は、上述のように、電圧制御演算部１２ｂの積分器で除去される。このため、交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃによる影響の抑制のみを考えると、式（３０）の右辺第２項に相当する下式（３１）で表される電流指令（負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔ）をリアクトル電流指令が生成される前に演算結果に印加すればよい。

【0093】

【数31】

【0094】

したがって、本実施形態において制御装置１２は、交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃの影響をキャンセルするために、負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔを求めて電流指令生成部１２ｆに入力する近似外乱オブザーバ１２ｅを備えている。

【0095】

本実施形態の制御装置１２は、上述したようなオフデューティＤ_ｏｆｆ、二次側電圧値ｖ_ｓ、一次側電圧値ｖ_ｐ及び負荷電流値ｉ_ｓによる影響をキャンセルすることによって、プラントモデルを表す伝達関数が縮退するという考えの基に設計されている。

【0096】

図２に戻り、電圧指令生成部１２ａは、昇降圧コンバータ５の出力電圧（負荷側の電圧値）である二次側電圧値ｖ_ｓの目標値を示す二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊（電圧指令値）を生成する。例えば、負荷Ｒがモータである場合には、電圧指令生成部１２ａは、モータのトルク指令値やモータ回転数に基づいて二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊を生成する。このようにして電圧指令生成部１２ａによって生成された二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊は、減算器１２ｋにて二次側電圧検出回路１１から入力される二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆが減算された上で、電圧制御演算部１２ｂに入力される。

【0097】

電圧制御演算部１２ｂは、二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊からフィードバック値ｖ_ｓｆが減算された値を減算器１２ｋから受け、二次側電圧値ｖ_ｓを二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊に一致させるように調整するための制御演算（本実施形態ではＰＩ制御に基づく制御演算）を実行する。ここでは、電圧制御演算部１２ｂは、二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊とフィードバック値ｖ_ｓｆとの差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値を求める。なお、比例演算に用いる比例ゲインｋ_ｐｖは、上述した式（２６）に基づいて、昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄの静電容量値Ｃ_ｓとカットオフ角周波数ω_ｃｖとに基づいて設定されている。また、積分演算に用いる積分ゲインｋ_ｉｖは、上述した式（２７）に基づいて、上述の極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖとカットオフ角周波数ω_ｃｖとに基づいて設定されている。

【0098】

極ゼロ相殺制御部１２ｃは、後述する電圧制御部２０（電圧制御演算部１２ｂ、減算器１２ｋ及び減算器１２ｍを含む）と昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄとを含むブロック（系）に遅れ要素を形成する極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを記憶しており、二次側電圧検出回路１１から入力される二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆに極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを乗算した値（極ゼロ相殺ゲインに基づく値）を生成して出力する。電圧制御部２０と昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄとを含むブロックに遅れ要素を形成することで、昇降圧コンバータ５で制御上の外乱成分となる上述の外乱項ｄ_２（オフデューティＤ_ｏｆｆの非干渉化でキャンセルできない外乱成分）と負荷電流値ｉ_ｓの直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃの影響をキャンセルすることができる。なお、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖは、電圧制御演算部１２ｂで用いる比例ゲインｋ_ｐｖ及び積分ゲインｋ_ｉｖと共に、電圧制御演算部１２ｂを含むブロックがＰＩ制御可能であり、さらに電圧制御演算部１２ｂを含むブロックが一次ローパスフィルタ特性となるように設定されている。例えば、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖは、直流負荷抵抗相当の値に設定される。

【0099】

また、図２に示すように、電圧制御演算部１２ｂから出力された演算値は、減算器１２ｍにて極ゼロ相殺制御部１２ｃで生成された値が減算された上で、電流指令生成部１２ｆに入力される。

【0100】

なお、図２に示すように、電圧制御部２０は、上述の電圧制御演算部１２ｂ、減算器１２ｋ及び減算器１２ｍを有している。つまり、電圧制御部２０は、二次側電圧値ｖ_ｓ（フィードバック値ｖ_ｓｆ）と二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値と、極ゼロ相殺制御部１２ｃで生成された値とに基づいて、二次側電圧値ｖ_ｓを二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊に調整する制御演算を行う。

【0101】

デューティ推定器１２ｄは、バッテリ２の負極側に配置されるスイッチング素子（下側アーム５ｃが有するトランジスタ）のオフ期間を示すオフデューティＤ_ｏｆｆの推定値であるデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔを算出する。ここではデューティ推定器１２ｄは、上述した式（６）に基づいて、昇降圧コンバータ５で制御上の外乱成分となるオフデューティＤ_ｏｆｆを非干渉化するための、デューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔを算出する。デューティ推定器１２ｄは、算出したデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔを電流指令生成部１２ｆに入力する。

【0102】

近似外乱オブザーバ１２ｅは、二次側電圧値ｖ_ｓ（フィードバック値ｖ_ｓｆ）に基づいて、負荷電流の交流成分の推定値である負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔを算出する。ここでは、近似外乱オブザーバ１２ｅは、上述した式（３１）に基づいて、昇降圧コンバータ５で制御上の外乱成分となる負荷電流値ｉ_ｓの交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃの影響をキャンセルするための負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔを算出する。近似外乱オブザーバ１２ｅは、算出した負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔを電流指令生成部１２ｆに入力する。

【0103】

電流指令生成部１２ｆは、電圧制御部２０の演算結果に基づいて、昇降圧コンバータ５の直流リアクトル５ａに流す目標電流値を示すリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊を生成する。ここでは、電流指令生成部１２ｆは、減算器１２ｍから入力される演算値と、デューティ推定器１２ｄから入力されるデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔの逆数と、近似外乱オブザーバ１２ｅから入力される負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔとに基づいて、リアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊を生成する。電流指令生成部１２ｆで生成されたリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊は、減算器１２ｎにて電流検出回路９から入力されるリアクトル電流値ｉ_Ｌのフィードバック値ｖ_ｐｆが減算された上で、電流制御演算部１２ｇに入力される。

【0104】

電流制御演算部１２ｇは、直流リアクトル５ａに流れる電流値を示すリアクトル電流値ｉ_Ｌ（フィードバック値ｉ_Ｌｆ）をリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊に調整するための制御演算を行って直流リアクトル５ａに印加する目標電圧値を示すリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊を算出する。このような電流制御演算部１２ｇは、リアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊からフィードバック値ｉ_Ｌｆが減算された値を減算器１２ｎから受け、リアクトル電流値ｉ_Ｌをリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊に一致させるための制御演算（本実施形態ではＰＩ制御に基づく制御演算）を実行する。このとき、電流制御演算部１２ｇは、上述のインダクタンスマップによって、リアクトル電流値ｉ_Ｌ（フィードバック値ｉ_Ｌｆ）に応じてインダクタンス値Ｌ_ａを変化させ、カットオフ角周波数ω_ｃｃに基づいて比例ゲインｋ_ｐｃ（可変比例ゲイン）を設定する。電流制御演算部１２ｇは、このように設定された比例ゲインｋ_ｐｃによる比例演算、及び、合成抵抗値ｒ_ｚ（直流リアクトル５ａの内部抵抗値ｒ_Ｌ（直流抵抗値）と、上側アーム５ｂ及び下側アーム５ｃ（スイッチング素子）のオン抵抗値ｒ_ＳＷとの合成抵抗値）とカットオフ角周波数ω_ｃｃとに基づいて設定された積分ゲインｋ_ｉｃによる積分演算を行った演算値をリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊として出力する。

【0105】

なお、図２に示すように、電流制御部３０は、上述の電流制御演算部１２ｇ及び減算器１２ｎを有している。つまり、電流制御部３０は、リアクトル電流値ｉ_Ｌ（フィードバック値ｉ_Ｌｆ）とリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊との差分に対して、比例ゲインｋ_ｐｃによる比例演算、及び、積分ゲインｋ_ｉｃによる積分演算を行った演算値をリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊として算出する。このようなインダクタンス値Ｌ_ａに応じて可変される比例ゲインｋ_ｐｃによる比例演算と、積分ゲインｋ_ｉｃによる積分演算を行うことによって、電流制御部３０及び直流リアクトル５ａを含むブロック（系）は、遅れ要素が形成されて一次ローパスフィルタ特性となる。この結果、積分演算によって外乱項ｄ_１の影響がキャンセルされると共に、リアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊がリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊の入力に対して一次遅れのタイミングで安定的に出力される。

【0106】

デューティ相殺演算部１２ｈは、電流制御演算部１２ｇからリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊を受けて、上述した式（７）に基づいて、昇降圧コンバータ５で制御上の外乱成分となる二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐを非干渉化するための、演算処理を行う。デューティ相殺演算部１２ｈは、演算処理の結果をデューティ指令値ｄとしてパルス信号生成部１２ｊに入力する。

【0107】

キャリア生成部１２ｉは、パルス信号生成部１２ｊにおいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するための三角波からなるキャリア信号を生成する。キャリア生成部１２ｉは、生成したキャリア信号をパルス信号生成部１２ｊに入力する。パルス信号生成部１２ｊは、デューティ相殺演算部１２ｈから入力されるデューティ指令値ｄをキャリア生成部１２ｉから受けるキャリア信号と比較し、比較結果に応じて論理状態が変化する駆動信号（制御信号）としてゲート駆動回路１０に入力する。

【0108】

なお、図２に示すように、制御信号生成部４０は、デューティ相殺演算部１２ｈ、キャリア生成部１２ｉ及びパルス信号生成部１２ｊを有している。つまり、制御信号生成部４０は、二次側電圧値ｖ_ｓと、一次側電圧値ｖ_ｐと、リアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊とに基づいて、昇降圧コンバータ５の制御信号を生成する。

【0109】

このような本実施形態の電力システム１では、制御装置１２に対して二次側電圧検出回路１１からフィルタを介して二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆが入力されると、減算器１２ｋにて電圧指令生成部１２ａで生成された二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊からフィードバック値ｖ_ｓｆが減算され、この減算された値が電圧制御演算部１２ｂに入力される。

【0110】

電圧制御演算部１２ｂでは、入力値に対して、比例ゲインｋ_ｐｖによる比例演算と積分ゲインｋ_ｉｖによる積分演算とが行われ、その演算値が電圧制御演算部１２ｂから出力される。一方で、極ゼロ相殺制御部１２ｃでは、二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆに極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを乗算した値が生成され、この生成された値が極ゼロ相殺制御部１２ｃから出力される。減算器１２ｍには、電圧制御演算部１２ｂから出力された演算値と極ゼロ相殺制御部１２ｃから出力された生成値とが入力され、電圧制御演算部１２ｂの演算値から極ゼロ相殺制御部１２ｃの生成値を減算した値が減算器１２ｍから出力される。

【0111】

また、デューティ推定器１２ｄでは、一次側電圧検出回路７からフィルタを介して入力される一次側電圧値ｖ_ｐのフィードバック値ｖ_ｐｆと、電流検出回路９からフィルタを介して入力されるリアクトル電流値ｉ_Ｌのフィードバック値ｉ_Ｌｆと、二次側電圧検出回路１１からフィルタを介して入力される二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆとに基づいて、デューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔが算出される。また、近似外乱オブザーバ１２ｅでは、二次側電圧検出回路１１からフィルタを介して入力される二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆに基づいて、負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔが算出される。

【0112】

電流指令生成部１２ｆでは、減算器１２ｍから入力される値と、デューティ推定器１２ｄから入力されるデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔの逆数と、近似外乱オブザーバ１２ｅから入力される負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔとに基づいて、リアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊が生成される。リアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊は、電流指令生成部１２ｆから出力されて減算器１２ｎに入力される。

【0113】

減算器１２ｎでは、電流指令生成部１２ｆから入力されたリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊からリアクトル電流値ｉ_Ｌのフィードバック値ｉ_Ｌｆを減算され、この演算された値が電流制御演算部１２ｇに入力される。

【0114】

電流制御演算部１２ｇでは、入力値に対して、可変の比例ゲインｋ_ｐｃによる比例演算と積分ゲインｋ_ｉｃによる積分演算とが行われ、その演算値がリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊として電流制御演算部１２ｇから出力される。電流制御演算部１２ｇから出力されたリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊は、デューティ相殺演算部１２ｈに入力される。

【0115】

デューティ相殺演算部１２ｈでは、デューティ相殺演算部１２ｈから入力されるリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊と、二次側電圧値ｖ_ｓのフィードバック値ｖ_ｓｆと、一次側電圧値ｖ_ｐのフィードバック値ｖ_ｐｆとに基づいてデューティ指令値ｄが生成される。パルス信号生成部１２ｊでは、デューティ相殺演算部１２ｈで生成されたデューティ指令値ｄと、キャリア生成部１２ｉで生成されたキャリア信号とに基づいて、昇降圧コンバータ５に入力する制御信号が生成される。

【0116】

このように制御装置１２で生成された制御信号が昇降圧コンバータ５に入力されると、制御信号に基づいて、バッテリ２の電力が昇圧され、昇圧された電力がインバータ６に供給される。インバータ６に入力された電力は、交流電力変換に変換されてから負荷Ｒに供給される。

【0117】

以上のような本実施形態の制御装置１２によれば、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖによって、電圧制御部２０と昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄとを含むブロックに遅れ要素が形成される。このため、オフデューティＤ_ｏｆｆ（デューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔ）の逆数を電流指令値に乗算しても残存する外乱成分の残存成分（外乱項ｄ_２の影響及び直流負荷電流値ｉ_ｓ^ｄｃによる影響）を、電圧制御部２０の積分演算によって吸収することができる。したがって、本実施形態の制御装置１２によれば、電圧制御部２０における制御ゲイン（比例ゲインｋ_ｐｖ及び積分ゲインｋ_ｉｖ）を可変とすることなく、昇降圧コンバータ５が有する制御上の外乱成分の影響をより抑制可能とし、負荷Ｒへの電力供給を安定化させることが可能となる。

【0118】

また、本実施形態の制御装置１２においては、極ゼロ相殺制御部１２ｃが二次側電圧値ｖ_ｓに極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを乗算した値を生成し、電圧制御部２０が二次側電圧値ｖ_ｓと二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊との差分に対して比例演算及び積分演算を行った演算値から極ゼロ相殺制御部１２ｃで生成された値を減算する減算器１２ｋを有する。このため、電圧制御部２０において簡易な演算を行うのみで、昇降圧コンバータ５が有する制御上の外乱成分の影響を抑制することが可能となる。

【0119】

また、本実施形態の制御装置１２においては、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖが直流負荷抵抗相当の値に設定されている。極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖは、任意の値に設定することが可能である。ただし、極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを直流負荷抵抗相当の値に設定することによって、昇降圧コンバータ５が有する制御上の外乱成分の影響を抑制するための極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖを簡易に設定することが可能となる。

【0120】

また、本実施形態の制御装置１２においては、二次側電圧値ｖ_ｓに基づいて、負荷電流の交流成分の推定値である負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔを算出する近似外乱オブザーバ１２ｅを備え、電流指令生成部１２ｆが、電圧制御部２０の演算結果及びデューティ推定値Ｄ_ｏｆｆ^ｅｓｔの逆数に加え、負荷電流交流成分推定値ｉ_ｓ^ｅｓｔに基づいて上記リアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊を生成している。このような本実施形態の制御装置１２によれば、昇降圧コンバータ５が有する制御上の外乱成分となる交流負荷電流値ｉ_ｓ^ａｃの影響をキャンセルすることが可能となり、負荷Ｒへの電力供給をさらに安定化させることが可能となる。

【0121】

また、本実施形態の制御装置１２においては、電圧制御部２０と昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄとを含むブロックが、一次遅れ特性となるように、電圧制御部２０の比例ゲインｋ_ｐｖ、積分ゲインｋ_ｉｖ及び極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖとが設定されている。このため、本実施形態の制御装置１２においては、二次側電圧指令値ｖ_ｓ^＊が入力され、当該入力に対する二次側電圧値ｖ_ｓの応答性を一次遅れ特性とすることができ、制御を安定化することができる。

【0122】

また、本実施形態の制御装置１２においては、比例ゲインｋ_ｐｖが昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄの静電容量値Ｃ_ｓとカットオフ角周波数ω_ｃｖとに基づいて設定され、積分ゲインｋ_ｉｖが極ゼロ相殺ゲインｋ_ｏｖとカットオフ角周波数ω_ｃｖとに基づいて設定されている。このように比例ゲインｋ_ｐｖ及び積分ゲインｋ_ｉｖを設定することによって、電圧制御部２０と昇降圧コンバータ５の二次側コンデンサ５ｄとを含むブロックを一次遅れ特性とすることが可能となる。

【0123】

また、本実施形態の制御装置１２においては、直流リアクトル５ａに流れる電流値を示すリアクトル電流値ｉ_Ｌをリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊に調整するための制御演算を行って直流リアクトル５ａに印加する目標電圧値を示すリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊を算出する電流制御部３０と、二次側電圧値ｖ_ｓと、一次側電圧値ｖ_ｐと、リアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊とに基づいて、昇降圧コンバータ５の制御信号を生成する制御信号生成部４０とを備えている。さらに、電流制御部３０は、リアクトル電流値ｉ_Ｌとリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ^＊との差分に対して、カットオフ角周波数ω_ｃｃと直流リアクトル５ａのインダクタンス値Ｌ_ａとに基づいて可変設定された比例ゲインｋ_ｐｃによる比例演算、及び、合成抵抗値ｒ_ｚ（直流リアクトル５ａの内部抵抗値ｒ_Ｌと昇降圧コンバータ５の上側アーム５ｂ及び下側アーム５ｃのオン抵抗値ｒ_ＳＷとの合成抵抗値）とカットオフ角周波数ω_ｃｃとに基づいて設定された積分ゲインｋ_ｉｃによる積分演算を行った演算値をリアクトル電圧指令値ｖ_Ｌ^＊として算出している。このような本実施形態の制御装置１２によれば、制御信号生成部４０で二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐを用いることにより、昇降圧コンバータ５が有する二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐに起因する外乱成分を一部除去することができ、さらにこの外乱成分の残部を電流制御部３０にて可変設定された比例ゲインｋ_ｐｃを用いることで除去することができる。したがって、本実施形態の制御装置１２によれば、二次側電圧値ｖ_ｓ及び一次側電圧値ｖ_ｐに起因する制御上の外乱成分の影響を除去することが可能となる。

【0124】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0125】

例えば、上記実施形態においては、制御装置１２がデューティ推定器１２ｄ及び近似外乱オブザーバ１２ｅを有する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、デューティ推定器１２ｄ及び近似外乱オブザーバ１２ｅのいずれかあるいは両方を備えない構成を採用することも可能である。

【0126】

また、上記実施形態においては、デューティ相殺演算部１２ｈで、一次側電圧値ｖ_ｐと二次側電圧値ｖ_ｓとに起因する制御上の外乱成分を除去する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。ディーティ相殺演算部１２ｈに換えて、一次側電圧値ｖ_ｐと二次側電圧値ｖ_ｓとに起因する制御上の外乱成分を除去することなくデューティ指令値ｄを生成する指令値生成部を備える構成や、当該指令値生成部を電流制御演算部に機能的に組み込む構成を採用することも可能である。

【符号の説明】

【0127】

１……電力システム、２……バッテリ（直流電源）、３……コンタクタ、４……一次側コンデンサ、５……昇降圧コンバータ（昇圧コンバータ）、５ａ……直流リアクトル、５ｂ……上側アーム、５ｃ……下側アーム、５ｄ……二次側コンデンサ（負荷側コンデンサ）、６……インバータ、７……一次側電圧検出回路、８……電流センサ、９……電流検出回路、１０……ゲート駆動回路、１１……二次側電圧検出回路、１２……制御装置、１２ａ……電圧指令生成部、１２ｂ……電圧制御演算部、１２ｃ……極ゼロ相殺制御部、１２ｄ……デューティ推定器、１２ｅ……近似外乱オブザーバ、１２ｆ……電流指令生成部、１２ｇ……電流制御演算部、１２ｈ……デューティ相殺演算部、１２ｉ……キャリア生成部、１２ｊ……パルス信号生成部、１２ｋ……減算器、１２ｍ……減算器、１２ｎ……減算器、２０……電圧制御部、３０……電流制御部、４０……制御信号生成部、Ｒ……負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】