JP2005198490A - 永久磁石同期モータの制御システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最大トルク運転性能及び弱界磁運転性能を効果的に遂行すること。
【解決手段】モータの絶対角位置を検出する位置検出部；位置検出部の信号に基づいて回転速度を算出する回転速度算出部；回転速度指令値と算出された回転速度との差に基づいてトルク指令を生成する速度制御器；速度制御器からトルク指令を受信し、回転速度算出部から回転速度を受信し、トルク指令及び回転速度でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する電流指令生成器；駆動電流及び位置検出部の信号に基づいてｑ軸及びｄ軸電流フィードバック信号を算出する三相／ｄ−ｑ座標変換器；ｑ軸電圧指令及びｄ軸電圧指令を各々算出する電流制御器；ｄ−ｑ／三相座標変換器；及び三相電圧指令に基づいて永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧を出力するインバータ；を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は永久磁石同期モータの制御システム及び制御方法に関する。

埋め込み型の永久磁石同期モータ（ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ、ＩＰＭＳＭ）は、回転子の鉄芯内部に永久磁石が挿入された方式の同期モータである。
このような埋め込み型の永久磁石同期モータは、高速耐久力及び高速運転性が優れていて、ハイブリッド電気自動車用モータとして用いるのに適した特性を有する。
また、埋め込み型の永久磁石同期モータは、リラクタンストルクを追加することによって高出力密度を実現することができ、パラメター非線形性を有する。
このような埋め込み型の永久磁石同期モータでは、通常の電磁気トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが最大になるようにモータ電流を選定して、単位電流当りの最大トルクが出力されるように制御されるのが好ましい。

また、埋め込み型の永久磁石同期モータでは、高速領域で良好な出力特性及び運転性を確保するために、弱界磁制御が必要であり、パラメター非線形性の条件下で精密なトルク制御が要求される。
従来の永久磁石同期モータの制御方法では、モータのモデルに基づいて制御が行われる。
即ち、最大トルク運転のための電流印加角（θ）を計算して、弱界磁制御のために弱界磁フィードバックループまたは磁束指令フィードフォワード方式の制御を適用する。
しかし、モータパラメター非線形性によって演算結果に誤差が発生するため、性能が不均一で制御精密度が低下する問題がある。
また、制御のための演算量が多すぎて、実際に実現するには困難な問題がある。
さらに、従来のモータモデル基準制御では永久磁石同期モータの特性を考慮するのが困難であるため、最大トルク運転性能及び均一な弱界磁運転性能の確保が困難な問題がある。
特開２０００−２７８９８２号公報

本発明は、前記のような問題点を解決するために創出されたものであって、最大トルク運転性能及び弱界磁運転性能を効果的に遂行することができる、永久磁石同期モータの制御システム及びその制御方法を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御システムは、前記永久磁石同期モータの絶対角位置を検出して該当する信号を出力する位置検出部；前記位置検出部の信号に基づいて回転速度を算出する回転速度算出部；回転速度指令値と前記算出された回転速度との差に基づいてトルク指令を生成する速度制御器；前記速度制御器から前記トルク指令を受信し、前記回転速度算出部から前記回転速度を受信し、予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する電流指令生成器；前記永久磁石同期モータに流入する駆動電流及び前記位置検出部の信号に基づいてｑ軸電流フィードバック信号及びｄ軸電流フィードバック信号を算出する三相／ｄ−ｑ座標変換器；前記ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流フィードバック信号との差、及び前記ｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流フィードバック信号との差に基づいてｑ軸電圧指令及びｄ軸電圧指令を各々算出する電流制御器；前記ｑ軸電圧指令及び前記ｄ軸電圧指令を三相電圧指令に変換するｄ−ｑ／三相座標変換器；及び前記三相電圧指令に基づいて前記永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧を出力するインバータ；を含むことを特徴とする。

前記予め設定された駆動電流指令データは、予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ及び予め設定された駆動ｄ軸電流指令データを含み、前記予め設定された発電電流指令データは、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含むのが好ましい。

前記予め設定された駆動ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、前記予め設定された駆動ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含み、前記予め設定された発電ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、前記予め設定された発電ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含むのが好ましい。

前記電流指令生成器は、前記トルク指令及び前記回転速度に基づいて前記駆動電流指令データ及び前記発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択し、前記選択されたデータに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。
また、前記電流指令生成器は、前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０より大きい場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記選択された駆動電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。

前記電流指令生成器は、前記回転速度が０より大きく前記トルク指令が０以下である場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記選択された発電電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。
また、前記電流指令生成器は、前記回転速度が０以下であり前記トルク指令が０より大きい場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記選択された発電電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。

前記電流指令生成器は、前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０以下である場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記選択された駆動電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。
また、前記電流指令生成器は、前記選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。

前記電流指令生成器は、前記回転速度が０以下である場合には、前記選択されたデータから算出されたｑ軸電流指令に−１をかけた値を前記ｑ軸電流指令として生成するのが好ましい。
また、前記電流指令生成器は、前記トルク指令が設定された最大トルク値より大きい場合には、前記トルク指令を前記最大トルク値に更新した後で、前記更新されたトルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成するのが好ましい。

本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御方法は、永久磁石同期モータの絶対角位置を検出する段階；前記検出された絶対角位置に基づいて回転速度を算出する段階；回転速度指令値と前記算出された回転速度との差に基づいてトルク指令を生成する段階；予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する電流指令生成段階；前記永久磁石同期モータに流入する駆動電流及び前記検出された絶対角位置に基づいてｑ軸電流フィードバック信号及びｄ軸電流フィードバック信号を算出する段階；前記ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流フィードバック信号との差、及び前記ｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流フィードバック信号との差に基づいてｑ軸電圧指令及びｄ軸電圧指令を各々算出する段階；前記ｑ軸電圧指令及び前記ｄ軸電圧指令を三相電圧指令に変換する段階；及び前記変換された三相電圧指令に基づいて前記永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧を出力する段階；を含むことを特徴とする。

前記予め設定された駆動電流指令データは、予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ及び予め設定された駆動ｄ軸電流指令データを含み、前記予め設定された発電電流指令データは、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含むのが好ましい。

前記予め設定された駆動ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、前記予め設定された駆動ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含み、前記予め設定された発電ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、前記予め設定された発電ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含むのが好ましい。

前記電流指令生成段階は、前記トルク指令及び前記回転速度に基づいて前記駆動電流指令データ及び前記発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択するデータ選択段階；及び前記選択されたデータに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を算出する電流指令算出段階；を含むのが好ましい。

前記データ選択段階は、前記トルク指令が設定された最大トルク値より大きい場合には、前記トルク指令を前記設定された最大トルク値に更新し、前記トルク指令が前記設定された最大トルク値より小さい場合には、前記トルク指令を維持する段階；前記回転速度が０より大きいかを判断する段階；前記トルク指令が０より大きいかを判断する段階；及び前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０より大きい場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記回転速度が０より大きく前記トルク指令が０以下である場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記回転速度が０以下であり前記トルク指令が０より大きい場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０以下である場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択する段階を含むのが好ましい。

前記電流指令算出段階は、前記選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度でのｄ軸電流指令を算出するｄ軸電流指令算出段階；及び前記選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令を算出するｑ軸電流指令算出段階；を含むのが好ましい。

前記ｑ軸電流指令算出段階は、前記回転速度が０以下である場合には、前記補間法を用いて算出されたｑ軸電流指令に−１をかけた値によって前記ｑ軸電流指令を算出するのが好ましい。

本発明による永久磁石同期モータの制御システム及び制御方法によれば、予め設定されたマップデータからｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するので、精密なトルク制御が可能になり、安定した高速弱界磁運転が可能になる。また、制御のための演算の負荷が減少するので、高性能制御器を用いなくても、安定したモータ制御が可能になる。

以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して説明する。

図１で、符号１１は永久磁石同期モータを示す。例えば、永久磁石同期モータ１１は、埋め込み型の永久磁石同期モータである。
位置検出部１３は、永久磁石同期モータ１１の絶対角位置（θ）を検出する。
絶対角位置は、永久磁石同期モータ１１に電流が印加される角の位置を意味する。このような、絶対角位置の算出は、本発明の属する分野において自明であるため、これに対する詳細な説明は省略する。
例えば、位置検出部１３は、レゾルバーとすることができる。以下、図面符号１３はレゾルバーと称することにする。

電流検出器１５は、ＰＷＭインバータ１７の出力電圧（Ｖ_ｕｓ、Ｖ_ｖｓ、Ｖ_ｗｓ）によって永久磁石同期モータ１１に流入する電流（ｉ_ｕｓ、ｉ_ｖｓ）を検出する。
三相／ｄ−ｑ座標変換器１９は、レゾルバー１３から入力される絶対角位置（θ）に基づいて電流検出器１５から入力される電流をｑ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｑ）（つまり、トルク分電流）及びｄ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｄ）（つまり、磁束分電流）に変換する。
回転速度算出器２１は、レゾルバー１３から出力される絶対角位置（θ）に基づいて回転速度（ω_ｒ）を算出する。例えば、回転速度算出器２１は、微分器を含むことができる。
減算器２３は、回転速度指令値（ω_ｒ ^＊）と前記算出された回転速度（ω_ｒ）との間の回転速度差を算出する。

速度制御器２５は、減算器２３によって算出された回転速度差を受信し、入力された回転速度差に該当するトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）を出力する。
例えば、速度制御器２５は、比例積分制御器（ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を含むことができる。
電流指令生成器２７は、速度制御器２５からトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）を受信し、回転速度算出器２１から回転速度（ω_ｒ）を受信する。
電流指令生成器２７は、予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度に対応するトルク分の電流指令（ｉ_ｑ ^＊、ｑ軸電流指令）及び磁束分の電流指令（ｉ_ｄ ^＊、ｄ軸電流指令）を生成する。

予め設定された駆動電流指令データは、予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ及び予め設定された駆動ｄ軸電流指令データを含み、予め設定された発電電流指令データは、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含む。
駆動電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が駆動モードで作動する場合の電流指令を算出するためのデータであり、発電電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が発電モードで作動する場合の電流指令を算出するためのデータである。

予め設定された駆動ｑ軸電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、予め設定された駆動ｄ軸電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含む。
予め設定された発電ｑ軸電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、予め設定された発電ｄ軸電流指令データは、永久磁石同期モータ１１が発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含む。

前記のような発電時のｑ軸及びｄ軸電流指令データ、駆動時のｑ軸及びｄ軸電流指令データは、実験を通じて設定することができる。例えば、両方向ダイナモメータを用いてトルク及び回転速度ごとに最適のｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を実験を通じて算出することができる。この時、ｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令は、最大トルク運転（ｍａｘｉｍｕｍ ｔｏｒｑｕｅ ｐｅｒ ａｍｐｅｒｅ、ＭＴＰＡ）及び高速での弱界磁制御が可能になるように設定されるのが好ましい。
図７及び図８は、実験を通じて算出された電流指令データの例を示す。図７は駆動時のｑ軸電流指令データであり、図８は駆動時のｄ軸電流指令データである。

図２を参照して、電流指令生成器２７がｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）及びｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）を生成する過程を説明する。
電流指令生成器２７は、トルク指令が設定された最大トルク値以下になるように制限するトルク制限器２７ａを含む。
設定された最大トルク値は、当該モータが正常出力領域で作動することができる最大トルク値であり、回転速度ごとに設定されるのが好ましい。
入力されたトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）が設定された最大トルク値より大きい場合に、トルク制限器２７ａは、トルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）を設定された最大トルク値に更新する。
そして、電流指令生成器２７は、マップデータ選択ロジックを通じて駆動電流指令データ及び発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択する。
この時、マップデータ選択ロジックは、前記トルク指令及び前記回転速度に基づいて前記駆動電流指令データ及び前記発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択するのが好ましい。

より具体的に、回転速度及びトルク指令の両方ともが０より大きい場合には、予め設定された駆動電流指令データが選択され、回転速度が０より大きくトルク指令が０以下である場合には、予め設定された発電電流指令データが選択され、回転速度が０以下でありトルク指令が０より大きい場合には、予め設定された発電電流指令データが選択され、回転速度及びトルク指令の両方ともが０以下である場合には、予め設定された駆動電流指令データが選択される。
一方、電流指令生成器２７は、予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ、予め設定された駆動ｄ軸電流指令データ、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ、及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データに基づいて入力されたトルク指令及び回転速度でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する。

そして、電流指令生成器２７は、選択されたデータに基づいて生成されたｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令が出力されるようにする、第１マルチプレクサー２７ｂ及び第２マルチプレクサー２７ｃを含む。
第１マルチプレクサー２７ｂは、マップデータ選択ロジックから選択信号を受信し、選択されたデータに基づいて生成されたｄ軸電流指令が出力されるようにする。
同じく、第２マルチプレクサー２７ｃは、マップデータ選択ロジックから選択信号を受信し、選択されたデータに基づいて生成されたｑ軸電流指令が出力されるようにする。
結果的に、電流指令生成器２７は、トルク指令及び回転速度に基づいて駆動電流指令データ及び発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択し、選択されたデータに基づいて算出されたｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を出力する。

減算器３１は、電流指令生成器２７から入力されるｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）と三相／ｄ−ｑ座標変換器１９から入力されるｑ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｑ）との差を算出する。
減算器３３は、電流指令生成器２７から入力されるｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）と三相／ｄ−ｑ座標変換器１９から入力されるｄ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｄ）との差を算出する。
電流制御器３５は、ｑ軸電流制御器３７及びｄ軸電流制御器３９を含む。
ｑ軸電流制御器３７は、減算器３１から入力されるｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）とｑ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｑ）との差に基づいてｑ軸電圧指令（Ｖ_ｓｑ ^＊）を生成する。

ｑ軸電流制御器３７は、比例積分制御器を含むことができる。
ｄ軸電流制御器３９は、減算器３３から入力されるｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）とｄ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｄ）との差に基づいてｄ軸電圧指令（Ｖ_ｓｄ ^＊）を生成する。
ｄ軸電流制御器３９は、比例積分制御器を含むことができる。
ｄ−ｑ／三相座標変換器４１は、絶対角位置（θ）に基づいてｑ軸電圧指令（Ｖ_ｓｑ ^＊）及びｄ軸電圧指令（Ｖ_ｓｄ ^＊）を三相電圧指令（Ｖ_ｕｓ ^＊、Ｖ_ｖｓ ^＊、Ｖ_ｗｓ ^＊）に変換する。
ＰＷＭインバータ１７は、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）を行い、それに基づいて出力電圧（Ｖ_ｕｓ、Ｖ_ｖｓ、Ｖ_ｗｓ）が永久磁石同期モータ１１に印加される。

以下、図３乃至図５を参照して、本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御方法について説明する。
図３に示したように、まず、レゾルバー１３は、永久磁石同期モータ１１の絶対角位置（θ）を検出する（Ｓ３１０）。
そして、回転速度算出部２１は、前記検出された絶対角位置に基づいて回転速度（ω_ｒ）を算出する（Ｓ３２０）。
速度制御器２５は、回転速度指令値（ω_ｒ ^＊）と前記算出された回転速度（ω_ｒ）との差に基づいてトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）を生成する（Ｓ３３０）。
その後、電流指令生成器２７は、予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいてトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）及び回転速度（ω_ｒ）でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する（Ｓ３４０）。

前記のように、予め設定された駆動電流指令データは、予め設定されたｑ軸電流指令データ及び予め設定されたｄ軸電流指令データを含み、予め設定された発電電流指令データは、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含む。
電流指令を生成する段階（Ｓ３４０）は、トルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）及び回転速度（ω_ｒ）に基づいて駆動電流指令データ及び発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択するデータ選択段階（Ｓ３４１）、及び選択されたデータに基づいてトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）及び回転速度（ω_ｒ）でのｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）及びｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）を算出する電流指令算出段階（Ｓ３４３）を含む。
データ選択段階（Ｓ３４１）は図４に示す。

まず、トルク指令が設定された最大トルク値（最大定出力）以下になるようにトルク指令が制限される（Ｓ４０１）。即ち、トルク指令が設定された最大トルク値より大きい場合には、トルク指令が設定された最大トルク値に更新され、トルク指令が設定された最大トルク値より小さい場合には、トルク指令が維持される。
その後、回転速度及びトルク指令に基づいて予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つが選択される。
そして、回転速度が０より大きいかを判断する（Ｓ４０２）。
Ｓ４０２で、回転速度が０より大きいと判断されれば、ｑ軸電流指令算出ファクター（ｋ）が“１”に設定される（Ｓ４０３）。
その後、トルク指令が０より大きいかを判断する（Ｓ４０４）。

Ｓ４０４で、トルク指令が０より大きいと判断されれば、駆動電流指令データ（つまり、駆動ｑ軸電流指令データ及び駆動ｄ軸電流指令データ）が選択され、Ｓ４０５、Ｓ４０４で、トルク指令が０以下であると判断されれば、発電電流指令データ（つまり、発電ｑ軸電流指令データ及び発電ｄ軸電流指令データ）が選択される（Ｓ４０６）。
一方、Ｓ４０２で、回転速度が０以下であると判断されれば、ｑ軸電流指令算出ファクター（ｋ）が“−１”に設定される（Ｓ４０７）。
その後、トルク指令が０より大きいかを判断する（Ｓ４０８）。

Ｓ４０８で、トルク指令が０より大きいと判断されれば、発電電流指令データ（つまり、発電ｑ軸電流指令データ及び発電ｄ軸電流指令データ）が選択され、Ｓ４０９、Ｓ４０８で、トルク指令が０以下であると判断されれば、駆動電流指令データ（つまり、駆動ｑ軸電流指令データ及び駆動ｄ軸電流指令データ）が選択される（Ｓ４１０）。
そして、電流指令算出段階（Ｓ３４３）を図５に示す。
電流指令算出段階（Ｓ３４３）は、選択されたデータに基づいて補間法を用いてトルク指令及び回転速度に対応するｄ軸電流指令を算出する段階、及び選択されたデータに基づいて補間法を用いてトルク指令及び回転速度に対応するｑ軸電流指令を算出する段階を含む。

以下、図６に示したように、発電ｑ軸電流指令データ、発電ｄ軸電流指令データ、駆動ｑ軸電流指令データ、及び駆動ｄ軸電流指令データの各々がｎ個の回転速度及びｋ個のトルク指令に対して各々設定された電流指令値（ｎ×ｋ個）を有する場合を例に挙げて、補間法によるｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令の算出について説明する。
まず、入力された回転速度に対する基準インデックス（ｉ）及び入力されたトルク指令に対する基準インデックス（ｊ）を計算する（Ｓ５０１）。
基準インデックスは、入力されたトルク指令のインデックス及び入力された回転速度の仮想インデックスを超えない最大の定数に算出することができる。仮想インデックスは、入力されたトルク指令及び回転速度と、選択された電流指令データの各インデックスに該当するトルク指令値及び回転速度値との比較を通じて算出することができる。

例えば、図６の表で、インデックス“１”に該当するするトルク指令値が“１００”であって、インデックス“２”に該当するトルク指令値が“２００”である場合、入力されたトルク指令が“１５０”であれば、トルク指令の仮想インデックスは“１．５”になる。
例えば、入力された回転速度の仮想インデックスが“０”から“８”までの９個のインデックスのうちの“５．１”に該当する場合、回転速度に対する基準インデックス（ｉ）は“５”になる。同じく、入力されたトルク指令の仮想インデックスが“０”から“８”までの９個のインデックスのうちの“４．２”に該当する場合、トルク指令に対する基準インデックス（ｊ）は“４”になる。

基準インデックスが計算されれば、選択されたｄ軸電流指令データからＩ（ｉ、ｊ）、Ｉ（ｉ＋１、ｊ）、Ｉ（ｉ、ｊ＋１）、Ｉ（ｉ＋１、ｊ＋１）の４つのｄ軸電流指令値が抽出される（Ｓ５０２）。
その後、抽出された４つのｄ軸電流指令値に基づいて線状補間法を用いてｄ軸電流指令が算出される（Ｓ５０３）。
例えば、現在入力されている回転速度が“ｘ”であってトルク指令が“ｙ”である場合、該当するｄ軸電流指令Ｉ（ｘ、ｙ）は線状補間法によって（数１）で算出する。

同じ方法で、基準インデックスから選択されたデータから４つのｑ軸電流指令値が抽出される（Ｓ５０４）。
その後、抽出された４つのｑ軸電流指令値に基づいて線状補間法を用いてｑ軸電流指令が算出される（Ｓ５０５）。
そして、算出されたｑ軸電流指令に、Ｓ４０３またはＳ４０７で算出されたｑ軸電流指令算出ファクター（ｋ）をかける（Ｓ５０６）。
ｑ軸電流指令算出ファクター（ｋ）をかけることにより、回転速度の符号（＋または−）によってトルクの方向が調節される。

そして、三相／ｄ−ｑ座標変換器１９は、永久磁石同期モータに流入する駆動電流及び検出された絶対角位置に基づいてｑ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｑ）及びｄ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｄ）を算出する（Ｓ３５０）。
電流制御器３５は、ｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）とｑ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｑ）との差、及びｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）とｄ軸電流フィードバック信号（ｉ_ｄ）との差に基づいてｑ軸電圧指令（Ｖ_ｓｑ ^＊）及びｄ軸電圧指令（Ｖ_ｓｄ ^＊）を各々算出する（Ｓ３６０）。
ｄ−ｑ／三相座標変換器４１は、ｑ軸電圧指令（Ｖ_ｓｑ ^＊）及びｄ軸電圧指令（Ｖ_ｓｄ ^＊）を三相電圧指令（Ｖ_ｕｓ ^＊、Ｖ_ｖｓ ^＊、Ｖ_ｗｓ ^＊）に変換する（Ｓ３７０）。
そして、ＰＷＭインバータ１７は、変換された三相電圧指令（Ｖ_ｕｓ ^＊、Ｖ_ｖｓ ^＊、Ｖ_ｗｓ ^＊）に基づいて永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧（Ｖ_ｕｓ、Ｖ_ｖｓ、Ｖ_ｗｓ）を出力する（Ｓ３８０）。

以上で、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御システムを簡略に示す構成図である。 図１の制御システムの電流指令生成器を示す図面である。 本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御方法を示すフローチャートである。 図３における電流指令データを選択する過程を示すフローチャートである。 図３において選択された電流指令データに基づいて電流指令を算出する過程を示すフローチャートである。 電流指令データの構造を示す図面である。 電流指令データの例を示す図面である。 電流指令データの例を示す図面である。

符号の説明

１１ 永久磁石同期モータ
１３ 位置検出部（レゾルバー）
１５ 電流検出器
１７ ＰＷＭインバータ
１９ 三相／ｄ−ｑ座標変換器
２１ 回転速度算出器
２３、３１、３３ 減算器
２５ 速度制御器
２７ 電流指令生成器
２７ａ トルク制限器
２７ｂ、ｃ 第１、２マルチプレクサー
３５ 電流制御器
３７ ｑ軸電流制御器
３９ ｄ軸電流制御器
４１ ｄ−ｑ／三相座標変換器

Claims (18)

1. 永久磁石同期モータを制御する永久磁石同期モータの制御システムにおいて、
   前記永久磁石同期モータの絶対角位置を検出して該当する信号を出力する位置検出部；
   前記位置検出部の信号に基づいて回転速度を算出する回転速度算出部；
   回転速度指令値と前記算出された回転速度との差に基づいてトルク指令を生成する速度制御器；
   前記速度制御器から前記トルク指令を受信し、前記回転速度算出部から前記回転速度を受信し、予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する電流指令生成器；
   前記永久磁石同期モータに流入する駆動電流及び前記位置検出部の信号に基づいてｑ軸電流フィードバック信号及びｄ軸電流フィードバック信号を算出する三相／ｄ−ｑ座標変換器；
   前記ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流フィードバック信号との差、及び前記ｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流フィードバック信号との差に基づいてｑ軸電圧指令及びｄ軸電圧指令を各々算出する電流制御器；
   前記ｑ軸電圧指令及び前記ｄ軸電圧指令を三相電圧指令に変換するｄ−ｑ／三相座標変換器；及び
   前記三相電圧指令に基づいて前記永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧を出力するインバータ；
   を含むことを特徴とする永久磁石同期モータの制御システム。
2. 前記予め設定された駆動電流指令データは、
   予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ及び予め設定された駆動ｄ軸電流指令データを含み、
   前記予め設定された発電電流指令データは、
   予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含むことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
3. 前記予め設定された駆動ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、
   前記予め設定された駆動ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含み、
   前記予め設定された発電ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、
   前記予め設定された発電ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含むことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
4. 前記電流指令生成器は、
   前記トルク指令及び前記回転速度に基づいて前記駆動電流指令データ及び前記発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択し、前記選択されたデータに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
5. 前記電流指令生成器は、
   前記回転速度及び前記トルク指令の両方が０より大きい場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記選択された駆動電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
6. 前記電流指令生成器は、
   前記回転速度が０より大きく前記トルク指令が０以下である場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記選択された発電電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
7. 前記電流指令生成器は、
   前記回転速度が０以下であり前記トルク指令が０より大きい場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記選択された発電電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
8. 前記電流指令生成器は、
   前記回転速度及び前記トルク指令の両方が０以下である場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記選択された駆動電流指令データに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
9. 前記電流指令生成器は、
   前記選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
10. 前記電流指令生成器は、
    前記回転速度が０以下である場合には、前記選択されたデータから算出されたｑ軸電流指令に−１をかけた値を前記ｑ軸電流指令として生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
11. 前記電流指令生成器は、
    前記トルク指令が設定された最大トルク値より大きい場合には、前記トルク指令を前記最大トルク値に更新した後で、前記更新されたトルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの制御システム。
12. 永久磁石同期モータの絶対角位置を検出する段階；
    前記検出された絶対角位置に基づいて回転速度を算出する段階；
    回転速度指令値と前記算出された回転速度との差に基づいてトルク指令を生成する段階；
    予め設定された駆動電流指令データ及び予め設定された発電電流指令データのうちのいずれか一つに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度にでのｑ軸電流指令及びｄ軸電流指令を生成する電流指令生成段階；
    前記永久磁石同期モータに流入する駆動電流及び前記検出された絶対角位置に基づいてｑ軸電流フィードバック信号及びｄ軸電流フィードバック信号を算出する段階；
    前記ｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流フィードバック信号との差、及び前記ｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流フィードバック信号との差に基づいてｑ軸電圧指令及びｄ軸電圧指令を各々算出する段階；
    前記ｑ軸電圧指令及び前記ｄ軸電圧指令を三相電圧指令に変換する段階；及び
    前記変換された三相電圧指令に基づいて前記永久磁石同期モータを駆動するための駆動電圧を出力する段階；
    を含むことを特徴とする永久磁石同期モータの制御方法。
13. 前記予め設定された駆動電流指令データは、予め設定された駆動ｑ軸電流指令データ及び予め設定された駆動ｄ軸電流指令データを含み、
    前記予め設定された発電電流指令データは、予め設定された発電ｑ軸電流指令データ及び予め設定された発電ｄ軸電流指令データを含むことを特徴とする請求項１２に記載の永久磁石同期モータの制御方法。
14. 前記予め設定された駆動ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、
    前記予め設定された駆動ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記駆動モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含み、
    前記予め設定された発電ｑ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含み、
    前記予め設定された発電ｄ軸電流指令データは、前記永久磁石同期モータが前記発電モードで作動する場合に、複数のトルク値及び複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含むことを特徴とする請求項１３に記載の永久磁石同期モータの制御方法。
15. 前記電流指令生成段階は、
    前記トルク指令及び前記回転速度に基づいて前記駆動電流指令データ及び前記発電電流指令データのうちのいずれか一つを選択するデータ選択段階；及び
    前記選択されたデータに基づいて前記トルク指令及び前記回転速度での前記ｑ軸電流指令及び前記ｄ軸電流指令を算出する電流指令算出段階；
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の永久磁石同期モータの制御方法。
16. 前記データ選択段階は、
    前記トルク指令が設定された最大トルク値より大きい場合には、前記トルク指令を前記設定された最大トルク値に更新し、前記トルク指令が前記設定された最大トルク値より小さい場合には前記トルク指令を維持する段階；
    前記回転速度が０より大きいかを判断する段階；
    前記トルク指令が０より大きいかを判断する段階；及び
    前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０より大きい場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択し、前記回転速度が０より大きく前記トルク指令が０以下である場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記回転速度が０以下であり前記トルク指令が０より大きい場合には、前記予め設定された発電電流指令データを選択し、前記回転速度及び前記トルク指令の両方ともが０以下である場合には、前記予め設定された駆動電流指令データを選択する段階；
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石同期モータの制御方法。
17. 前記電流指令算出段階は、
    前記選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度でのｄ軸電流指令を算出するｄ軸電流指令算出段階；及び
    前記段階で選択されたデータに基づいて補間法を用いて前記トルク指令及び前記回転速度でのｑ軸電流指令を算出するｑ軸電流指令算出段階；
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石同期モータの制御方法。
18. 前記ｑ軸電流指令算出段階は、
    前記回転速度が０以下である場合には、前記補間法を用いて算出されたｑ軸電流指令に−１をかけた値によって前記ｑ軸電流指令を算出することを特徴とする請求項１７に記載の永久磁石同期モータの制御方法。

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