JP2010193549A - 交流電動機の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】実トルクが不安定になる現象が生じることを抑制可能な、交流電動機の制御システムを提供する。
【解決手段】信号処理回路４４は、レゾルバ２５からの信号をパルス信号に変換し、パルス信号をカウントする。信号処理回路４４は、そのカウント値を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、交流電動機Ｍ１の回転数を演算する。インバータ制御回路４６は、交流電動機Ｍ１のトルク偏差のフィードバック制御に従ってインバータ１４から交流電動機Ｍ１へ印加される矩形波電圧の電圧位相を変化させる。積分ゲイン設定部４５０は、信号処理回路４４により演算された回転数ＳＰが、その演算結果にエリアシング誤差が生じる回転数範囲として予め定められた範囲の中にある場合には、演算された回転数ＳＰが予め定められた範囲の外にある場合に比較して、積分ゲインＫｉｃを低下させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、交流電動機の制御システムに関し、特に、トルクフィードバック制御に従って交流電動機を制御する制御システムに関する。

直流電源を用いて交流電動機を駆動制御するために、インバータを用いた駆動方法が採用されている。交流電動機を駆動するためのインバータの制御としては、たとえばトルク指令値とトルク推定値との偏差に基づくフィードバック制御（トルクフィードバック制御）がある。

たとえば特開平８−１８２１１９号公報（特許文献１）は、トルクフィードバック制御におけるフィードバックゲインの係数を変更する、電気自動車用走行用モータの制御方法を開示する。この制御方法では、モータの回転数の検出値がベース回転数を超えた場合に、トルク指令値のフィードバックゲインを決定する際の係数の値を変更する。

特開平８−１８２１１９号公報

ところでモータの回転数の検出値には誤差が含まれる可能性がある。特開平８−１８２１１９号公報（特許文献１）に記載の技術によれば、検出誤差のために回転数の検出値がベース回転数の前後で変動する場合、係数が頻繁に変更される可能性がある。この場合には、実トルク、すなわちモータに入力される（あるいはモータから出力される）トルクが不安定になる可能性がある。

本発明の目的は、実トルクが不安定になる現象が生じることを抑制可能な、交流電動機の制御システムを提供することである。

本発明は要約すれば、回転子を有するとともにインバータによって駆動される交流電動機の制御システムである。制御システムは、回転子の回転角度に応じた角度信号を出力するレゾルバと、角度信号を、回転角度に比例する個数のパルスを有するパルス信号に変換して出力するレゾルバデジタル変換器と、パルス信号に含まれるパルスをカウントするカウンタと、カウンタのカウント値を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、回転子の回転数を演算する回転数演算部と、交流電動機のトルク偏差のフィードバック制御に従ってインバータから交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を変化させるように構成された矩形波電圧制御部とを備える。矩形波電圧制御部は、トルク偏差を比例演算することにより電圧位相の第１の制御量を設定する比例制御演算部と、積分ゲインを用いてトルク偏差を積分演算することにより電圧位相の第２の制御量を設定する積分制御演算部と、第１および第２の制御量の和に従った電圧位相に対応させて、インバータの制御指令を生成する制御信号発生部と、回転数演算部により演算された回転数に従って、積分ゲインを設定する積分ゲイン設定部とを含む。積分ゲイン設定部は、回転数演算部により演算された回転数が、回転数演算部の演算結果にエリアシング誤差が生じる回転数範囲として予め定められた範囲の中にある場合には、回転数演算部により演算された回転数が予め定められた範囲の外にある場合に比較して、積分ゲインを低下させる。

本発明によれば、交流電動機の実トルクが不安定になる現象が生じることを抑制することができる。

この発明の実施の形態による交流電動機の制御システムの構成を説明する概略ブロック図である。 図１の制御装置３０のブロック図である。 図２に示す信号処理回路４４の機能ブロック図である。 図２に示すインバータ制御回路４６の構成を示す機能ブロック図である。 レゾルバの出力に誤差が含まれる場合におけるカウンタのカウント値を模式的に示す図である。 回転数演算部５６の演算結果がエリアシング領域内にある場合における、回転数演算部５６の演算結果を示す図である。 図３に示した積分ゲイン設定部４５０により実行される、積分ゲインの設定処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による交流電動機の制御システムの構成を説明する概略ブロック図である。

図１を参照して、モータ制御システム１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンバータ１２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、インバータ１４と、電流センサ２４と、交流電動機Ｍ１と、レゾルバ２５と、制御装置３０とを備える。

交流電動機Ｍ１は、たとえばハイブリッド自動車または電気自動車（以下ではこれらの自動車を「電動車両」と総称する）の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。なお、この交流電動機はエンジン（図示せず）により駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれてもよい。

直流電源Ｂは、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を含んで構成される。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを検出して、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御装置３０からそれぞれ与えられる信号Ｓ１，Ｓ２に応じて動作する。これによりコンバータ１２は昇圧動作あるいは降圧動作を行なう。コンバータ１２は、昇圧動作時において、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してインバータ１４へ供給する。一方、コンバータ１２は、降圧動作時において、平滑コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。

インバータ１４は、電源ライン７およびアースライン５の間に並列に接続される、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７から成る。各相アームは、電源ライン７およびアースライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。具体的にはＵ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ／エミッタ間には、ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ逆並列接続されている。

各相アーム１５〜１７の中間点は、交流電動機Ｍ１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの一端側とそれぞれ電気的に接続される。たとえば、交流電動機Ｍ１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが中性点に共通接続されて構成された、３相永久磁石モータである。

スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。インバータ１４は、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して、交流電動機Ｍ１を駆動する。

インバータ１４は、モータ制御システム１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ１２へ供給する。ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流電動機Ｍ１に流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置３０へ出力する。なお、三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配設すれば足りる。

レゾルバ２５は、交流電動機Ｍ１の回転軸に取り付けられており、交流電動機Ｍ１の回転子の回転角度に応じた信号ＳＩＮ，ＣＯＳを制御装置３０へ出力する。

電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨ、すなわち、コンバータ１２の出力電圧（インバータ１４の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、レゾルバ２５から信号ＳＩＮ，ＣＯＳを受ける。制御装置３０は、レゾルバ２５からの信号ＳＩＮ，ＣＯＳに基づいて、交流電動機Ｍ１の回転子の回転角度θおよび回転数ＳＰを演算する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍと、電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂと、電圧センサ１３からの電圧ＶＨと、電流センサ２４からのモータ電流ｉｖ，ｉｗと、レゾルバ２５からの信号ＳＩＮ，ＣＯＳを受けて、交流電動機Ｍ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち制御装置３０は、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して出力する。

図２は、図１の制御装置３０の制御ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、発振回路４２と、信号処理回路４４と、インバータ制御回路４６とを含む。

発振回路４２は、所定の周波数の正弦波電圧である基準信号ＲＥＦを発生して、レゾルバ２５の励磁コイル（図示せず）へ出力する。レゾルバ２５の２つの２次コイル（ともに図示せず）にはそれぞれ、回転体との間の距離に応じた誘導電圧が発生する。このとき、第１の２次コイルには、正弦波状に振幅変調された信号ＳＩＮが誘起される。また、第２の２次コイルには、余弦波状に振幅変調された信号ＣＯＳが誘起される。そして、レゾルバ２５は、誘起された信号ＳＩＮおよびＣＯＳを信号処理回路４４へ出力する。なお、以下において、信号ＳＩＮ，ＣＯＳを総じて「振幅変調信号」とも称する。

信号処理回路４４は、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳを受けると、後述する方法に従って、交流電動機Ｍ１の回転子の回転角度θ、およびその回転子の回転数ＳＰを演算する。信号処理回路４４は、その演算した回転角度θおよび回転数ＳＰをインバータ制御回路４６へ出力する。

インバータ制御回路４６は、信号処理回路４４から回転角度θおよび回転数ＳＰを受け、外部ＥＣＵからトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍを受け、電流センサ２４からモータ電流ｉｖ，ｉｗを受ける。インバータ制御回路４６は、回転角度θ、回転数ＳＰ、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、モータ電流ｉｖ，ｉｗに基づいて、インバータ１４を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成し、その生成した信号Ｓ３〜Ｓ８をインバータ１４へ出力する。

本実施の形態では、インバータ制御回路４６は、矩形波電圧制御に従ってインバータ１４を制御する。矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定される。このため、矩形波電圧制御では、実トルク値とトルク指令値との偏差に基づいて矩形波電圧パルスの位相が制御されることにより、トルク制御が実行される。すなわちインバータ制御回路４６は、トルクフィードバック制御を実行する。なおインバータ制御回路４６の構成については後述する。

図３は、図２に示す信号処理回路４４の機能ブロック図である。図３を参照して、信号処理回路４４は、Ｒ／Ｄ（レゾルバデジタル）コンバータ５０と、カウンタ５２と、角度演算部５４と、回転数演算部５６と、タイマ６０とを含む。

Ｒ／Ｄコンバータ５０は、レゾルバ２５から信号ＳＩＮ，ＣＯＳを受けるとともに、発振回路４２から基準信号ＲＥＦを受ける。Ｒ／Ｄコンバータ５０は、信号ＳＩＮ，ＣＯＳおよび基準信号ＲＥＦに基づいて、交流電動機Ｍ１の回転子の回転角度に比例する個数のパルスを含むパルス信号ＳＡ（Ａ相パルス信号）、およびパルス信号ＳＡに対して１／４周期の位相差を有するパルス信号ＳＢ（Ｂ相パルス信号）を出力する。回転子の１回転に対応する周期の間に、所定数（たとえば４０９６）のパルスがＡ相パルス信号として出力されるとともに、その所定数のパルスがＢ相パルス信号として出力される。

カウンタ５２は、Ｒ／Ｄコンバータ５０からパルス信号ＳＡ，ＳＢ（Ａ相パルス信号およびＢ相パルス信号）を受ける。カウンタ５２は、Ａ相パルス信号を常時監視し、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｈ」レベルであれば、カウント値をインクリメントする。一方、カウンタ５２は、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｌ」レベルであれば、カウント値をデクリメントする。

カウンタ５２は、カウント値が上限値（上述の４０９６）に達するごとに、カウント値をリセットする。ただし、回転角度θを演算する必要がない場合には、必ずしもカウント値をリセットしなくてもよい。その理由は、回転数演算部５６による回転数の算出において、カウント値のリセットが必須でないためである。

角度演算部５４は、単位時間あたりの角度移動量に基づいて交流電動機Ｍ１の回転子の回転角度θを算出し、回転数演算部５６および図示しないインバータ制御回路４６に出力する。より具体的には、角度演算部５４は、タイマ６０から時刻Ｔ（ｎ）を取得するとともに、カウンタ５２から時刻Ｔ（ｎ）におけるカウント値Ｃ（ｎ）を取得して、メモリ（レジスタ）にそれらの値を格納する。次いで、角度演算部５４は、所定の演算周期（例えば、０．２５ｍｓ）後に、タイマ６０から時刻Ｔ（ｎ＋１）を取得するとともに、カウンタ５２から時刻Ｔ（ｎ＋１）におけるカウント値Ｃ（ｎ＋１）を取得し、メモリに格納する。その後、角度演算部５４は、メモリに格納された時刻およびカウント値に基づいて、単位時間あたりの角度移動量Δθを算出する。つまり、角度演算部５４は、Δθ＝（Ｃ（ｎ＋１）−Ｃ（ｎ））／（Ｔ（ｎ＋１）−Ｔ（ｎ））との式に従って、単位時間あたりの角度移動量Δθを算出する。角度演算部５４は、角度移動量Δθの時間積分値に基づいて、交流電動機Ｍ１の回転子の角度θを算出する。

回転数演算部５６は、角度演算部５４と同様に、所定の演算周期（例えば、０．２５ｍｓ）における角度移動量Δθを演算するとともに、その角度移動量Δθに基づいて、単位時間（たとえば１分）あたりの交流電動機Ｍ１の回転子の回転数ＳＰを演算する。

図４は、図２に示すインバータ制御回路４６の構成を示す機能ブロック図である。図４を参照して、インバータ制御回路４６は、電力演算部４１０と、トルク演算部４２０と、偏差演算部４２５と、比例制御演算部４３０と、積分制御演算部４４０と、積分ゲイン設定部４５０と、加算部４５５と、矩形波発生器４６０と、信号発生部４７０とを含む。なお、図４中の各機能ブロックについては、制御装置３０によって実行される所定プログラムおよび／または制御装置３０内の電子回路（ハードウェア）による制御演算処理によって実現されるものとする。

電力演算部４１０は、電流センサ２４によるＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗから求められる各相電流と、各相（Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとに基づいて、下記式（１）に従ってモータへの供給電力（モータ電力）Ｐｍｔを算出する。

Ｐｍｔ＝ｉｕ・Ｖｕ＋ｉｖ・Ｖｖ＋ｉｗ・Ｖｗ …（１）
トルク演算部４２０は、電力演算部４１０によって求められたモータ電力Ｐｍｔ、および信号処理回路４４からの回転角度θに基づいて算出される角速度ωを用いて、下記（２）式に従ってトルク推定値Ｔｑを算出する。

Ｔｑ＝Ｐｍｔ／ω …（２）
なお、トルク推定値Ｔｑについては、上記電力演算部４１０およびトルク演算部４２０による推定方式に限定されるものではなく、任意の手法によって求めることが可能である点を確認的に記載する。あるいは、電力演算部４１０およびトルク演算部４２０に代えてトルクセンサを配置することによって、トルク推定値Ｔｑを求めてもよい。

偏差演算部４２５は、トルク推定値Ｔｑおよびトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従って、トルク偏差ΔＴｑ（ΔＴｑ＝Ｔｒｑｃｏｍ−Ｔｑ）を演算する。

比例制御演算部４３０は、今回の制御周期におけるトルク偏差ΔＴｑ、すなわちトルク偏差ΔＴｑの現在値と、所定の比例ゲインＫｐとの積に基づいて、Ｐ（比例）制御演算に係る位相制御量φｐを演算する。すなわち、φｐ＝Ｋｐ・ΔＴｑで演算される。

これに対して、積分制御演算部４４０は、トルク偏差ΔＴｑの積分値と所定の積分ゲインＫｉｃとに基づいて、I（積分）制御に係る位相制御量φｉを演算する。すなわち、φｉ＝ΣＫｉｃ・ΔＴｑで演算される。

加算部４５５は、比例制御演算部４３０による位相制御量φｐおよび積分制御演算部４４０による位相制御量φｉの和に従って、電圧位相φｖを設定する。すなわち、以下の（３）式に従って、トルク偏差ΔＴｑから位相φｖが算出される。

φｖ＝φｐ＋φｉ＝Ｋｐ・ΔＴｑ＋Σ（Ｋｉｃ・ΔＴｑ） …（３）
矩形波発生器４６０は、加算部４５５によって設定された電圧位相φｖに従って各相電圧指令値（矩形波パルス）Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生する。信号発生部４７０は、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を発生する。インバータ１４がスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相φｖに従った矩形波電圧が、交流電動機Ｍ１の各相電圧として印加される。

積分ゲイン設定部４５０は、信号処理回路４４によって演算された交流電動機Ｍ１の回転数ＳＰを受けて、回転数ＳＰに対する補正処理（具体的には、なまし処理）を実行する。そして積分ゲイン設定部４５０は、積分ゲインＫｉｃが、補正された回転数ＳＰ（以下、ＳＰａと表す）の絶対値に反比例するように積分ゲインＫｉｃを変化させる。すなわち、積分ゲイン設定部４５０は積分ゲインＫｉｃが１／｜ＳＰａ｜に比例するように積分ゲインＫｉｃを変化させる。

さらに積分ゲイン設定部４５０は、信号処理回路４４により演算された回転数ＳＰが、その回転数ＳＰにエリアシング誤差が生じる回転数範囲として予め定められた範囲（エリアシング領域）内にある場合には、回転数ＳＰがエリアシング領域外にある場合に比較して積分ゲインＫｉｃを低下させる。

このような積分ゲインＫｉｃの低下を行なわなくとも、一般的なトルクフィードバック制御を実現することはできる。しかしながら、回転数ＳＰに含まれるエリアシング誤差を考慮しない場合、交流電動機Ｍ１に対して入力あるいは出力されるトルク（実トルク）が不安定になる可能性がある。

以下に、数値を示しながらエリアシング誤差が生じる理由を説明する。ただし、以下の数値は一例であって、本発明を限定するものではない。

一般に、レゾルバの出力は、周期的に変化するＮ次（Ｎは１以上の整数）の誤差を含みうる。「Ｎ次の誤差」とは、その周期が角度信号の周期の１／Ｎ倍となる誤差である。

図５は、レゾルバの出力に誤差が含まれる場合におけるカウンタのカウント値を模式的に示す図である。図５を参照して、ラインＬＮ１は、カウンタ５２によるパルス信号のカウント値を示す。ラインＬＮ２は、カウント値の真値を示す。レゾルバの出力に誤差が含まれていなければ、ラインＬＮ２に示されるようにカウント値は時間に比例する。しかしながらレゾルバの出力に誤差が含まれることにより、カウント値はラインＬＮ１に示されるように変化する。すなわちカウント値はラインＬＮ２を基準として振動する。

ここでレゾルバ２５が、２Ｘタイプ（回転子の１回転で２周期分の角度信号を出力するタイプ）とする。さらに、回転数演算部５６におけるサンプリング周期Ｔｓが２．５（ｍｓ）であるとする。すなわち、Ｔｓ＝Ｔ（ｎ＋１）−Ｔ（ｎ）＝２．５（ｍｓ）である。さらに誤差の次数Ｎを１とする。

回転子の１分間の回転数が６０００（ｒｐｍ）であるとすると、レゾルバ２５の角度信号の周期Ｔに対応する時間は、１／６０００×６０／２＝５（ｍｓ）である。レゾルバ２５の１次の誤差の周期は、角度信号の周期と一致するので、５（ｍｓ）となる。この場合、サンプリングにより取得されたカウント値と真値との差分ΔＣｅｒｒは、正値と負値とが交互に繰返されるよう変化する。このため、カウント値に基づく回転数が振動する。このように、レゾルバ誤差の周期がサンプリング周期の整数倍になると、カウント値のサンプリングに起因する回転数の誤差、すなわちエリアシング誤差が発生する可能性がある。

図６は、回転数演算部５６の演算結果がエリアシング領域内にある場合における、回転数演算部５６の演算結果を示す図である。上記領域は、具体的には６０００±Ｘ（ｒｐｍ）である。また、交流電動機Ｍ１の回転数は６０００（ｒｐｍ）で一定であるとする。

図６を参照して、カウンタ５２のカウント値に基づく回転数は、時間に対して周期的に変化する。上述のように、サンプリングにより取得されたカウント値と真値との差分ΔＣｅｒｒの値は正値と負値とを交互に繰返すよう変化する。このため、真の回転数が一定値であるのに対し、回転数演算部５６の演算結果である回転数ＳＰは振動する。

さらに本実施の形態では、積分ゲインが回転数ＳＰに応じて変化する。回転数ＳＰのエリアシング誤差により回転数ＳＰが振動した場合には積分ゲインも振動する。

積分ゲインが振動することによって電圧位相φｖが誤差を持って振動する。上述のように、矩形波電圧制御では、矩形波電圧パルスの位相が制御されることによりトルク制御が実行されるので、電圧位相φｖが誤差を持って振動すると実トルクが振動する。

たとえば交流電動機Ｍ１が電動車両の駆動輪の駆動に用いられる場合には、電圧位相φｖが振動することにより交流電動機Ｍ１に対して入出力されるトルクが振動する。このため電動車両の挙動への影響が生じ得る。

また、交流電動機Ｍ１とエンジンとを搭載するハイブリッド自動車において、交流電動機Ｍ１をエンジンにより駆動される発電機、あるいはエンジンに対する電動機として使用する場合には、交流電動機Ｍ１に対して入出力されるトルクが振動することにより、エンジン出力が振動することが起こりうる。この場合には、燃費の悪化、あるいは出力トルクの振動などが生じる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、回転数演算部５６により検出された回転数ＳＰが、エリアシング領域内である場合に積分ゲインを低下させる。この処理について具体的に説明する。

図７は、図３に示した積分ゲイン設定部４５０により実行される、積分ゲインの設定処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば一定の時間ごとに、メインルーチンから呼び出されて実行される。

図７および図２を参照して、ステップＳＴ１において、積分ゲイン設定部４５０は、回転数演算部５６により検出された交流電動機Ｍ１の回転数ＳＰが、エリアシング誤差が発生する回転数として予め定められた範囲の中にあるか否かを判定する。具体的には、積分ゲイン設定部４５０は、回転数演算部５６により演算された回転数ＳＰがｓｐｄ１より大きく、かつ、ｓｐｄ２より小さいという条件が成立するか否かを判定する。

上記のように、エリアシング誤差が発生する回転数は、回転数演算部５６のサンプリング周期、およびレゾルバ２５のタイプ（たとえば２Ｘ）、レゾルバ２５の誤差の次数等にに基づいて予め算出することが可能である。ただし、エリアシング誤差が実際に発生する回転数は、その演算によって算出された回転数を中心とした、ある程度の範囲に広がるものと考えられる。また、その範囲は、たとえば、矩形波電圧制御の実行時におけるトルク脈動の大きさ、あるいは、レゾルバ２５の検出誤差、あるいは電動車両の駆動輪（タイヤ）から交流電動機Ｍ１への伝達系の特性に応じて異なりうる。したがって、エリアシング誤差が発生する回転数領域（すなわち、ｓｐｄ１＜ＳＰ＜ｓｐｄ２で定められる範囲）は、これらを考慮して、たとえば実験等によって予め定められた範囲が採用される。

回転数ＳＰがｓｐｄ１より大きく、かつ、ｓｐｄ２より小さいと判定された場合（ステップＳＴ１においてＹＥＳ）、処理はステップＳＴ２に進む。一方、回転数ＳＰがｓｐｄ１以下である場合、または、回転数ＳＰがｓｐｄ２以上である場合（ステップＳＴ１においてＮＯ）、処理はステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ２において、積分ゲイン設定部４５０は、回転数ＳＰの時間変化率（回転数変化率）が、所定値ａｃｃ１より小さいか否かを判定する。回転数変化率が所定値ａｃｃ１より小さいと判定された場合（ステップＳＴ２においてＹＥＳ）、処理はステップＳＴ３に進む。一方、回転数変化率が所定値ａｃｃ１以上と判定された場合（ステップＳＴ２においてＮＯ）、処理はステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ３において、積分ゲイン設定部４５０は、積分ゲインＫｉｃを低下させる。すなわち、積分ゲイン設定部４５０は、以下の（４）式に従って積分ゲインＫｉｃを算出する。

Ｋｉｃ＝α×１／｜ＳＰａ｜×Ａ …（４）
ここで、｜ＳＰａ｜は、上述したように、回転数ＳＰに対してなまし処理を実行した後の回転数の絶対値である。α，Ａは定数である。さらに定数Ａは０＜Ａ＜１との条件を満たす値である。

ステップＳＴ４において、積分ゲイン設定部４５０は、以下の（５）式に従って積分ゲインＫｉｃを算出する。

Ｋｉｃ＝α×１／｜ＳＰａ｜ …（５）
（４）式および（５）式を比較すれば分かるように、｜ＳＰａ｜が同じであるとすると、ステップＳＴ３において算出される積分ゲインＫｉｃはステップＳＴ４において算出される積分ゲインＫｉｃのＡ倍（０＜Ａ＜１）となる。つまり、ステップＳＴ３の処理が実行されることにより積分ゲインＫｉｃが低下する。

ステップＳＴ３またはステップＳＴ４の処理が終了すると、全体の処理が終了する。
図７のフローチャートの処理をより詳しく説明すると以下の通りである。

回転数演算部５６により演算された回転数ＳＰが、エリアシング領域内（エリアシング誤差が生じる回転数範囲内）であるか否かが判定される（ステップＳＴ１）。回転数ＳＰがエリアシング領域外である場合（ステップＳＴ１においてＮＯ）、積分ゲインＫｉｃの低下は行なわれない（ステップＳＴ４）。一方、回転数ＳＰがエリアシング領域内である場合（ステップＳＴ１においてＹＥＳ）、回転数変化率が所定値ａｃｃ１より小さいか否かが判定される（ステップＳＴ２）。

回転数変化率が所定値ａｃｃ１以上である場合（ステップＳＴ２においてＮＯ）、積分ゲインＫｉｃの低下は行なわれない（ステップＳＴ４）。回転数変化率が大きい場合には、回転数ＳＰがエリアシング領域内に入ったとしても、すぐに、回転数ＳＰはその領域外の値へと変化する。すなわち、回転数ＳＰは実質的にはエリアシング領域外にある。このため積分ゲインを低下させなくとも、交流電動機Ｍ１のトルクが振動する可能性を小さくできる。

一方、回転数変化率が所定値ａｃｃ１より小さい場合（ステップＳＴ２においてＹＥＳ）、積分ゲインＫｉｃが低下される（ステップＳＴ３）。回転数変化率が小さい場合には、回転数ＳＰがエリアシング領域内に留まる可能性が高い。したがって、この場合には積分ゲインＫｉｃを低下させる。

積分ゲインＫｉｃを低下させることによって、回転数ＳＰのエリアシング誤差により回転数ＳＰが振動しても積分ゲインの変動を抑制することができる。したがって電圧位相φｖの振動を抑制できる。この結果、交流電動機Ｍ１に対して入出力されるトルクが振動するという現象が生じることを抑制できる。

なお、積分ゲインＫｉｃを低下させることによって、トルク制御の応答性が低下することが考えられる。ただし、回転数変化率が小さいということは、電動車両の走行状態が安定している（走行スピードがほぼ一定である）ということである。したがって積分ゲインＫｉｃを低下させることによりトルク制御の応答性が低下したとしても、電動車両の挙動に与える影響は小さくなると考えられる。つまり本実施の形態によれば電動車両の走行状態が変化することを抑制しつつ、実トルクの振動を抑制することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

５ アースライン、７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１２ コンバータ、１３ 電圧センサ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４ 電流センサ、２５ レゾルバ、３０ 制御装置、４２ 発振回路、４４ 信号処理回路、４６ インバータ制御回路、５０ Ｒ／Ｄコンバータ、５２ カウンタ、５４ 角度演算部、５６ 回転数演算部、６０ タイマ、１００ モータ制御システム、４１０ 電力演算部、４２０ トルク演算部、４２５ 偏差演算部、４３０ 比例制御演算部、４４０ 積分制御演算部、４５０ 積分ゲイン設定部、４５５ 加算部、４６０ 矩形波発生器、４７０ 信号発生部、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＬＮ１，ＬＮ２ ライン、Ｍ１ 交流電動機、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (1)

1. 回転子を有するとともにインバータによって駆動される交流電動機の制御システムであって、
   前記回転子の回転角度に応じた角度信号を出力するレゾルバと、
   前記角度信号を、前記回転角度に比例する個数のパルスを有するパルス信号に変換して出力するレゾルバデジタル変換器と、
   前記パルス信号に含まれる前記パルスをカウントするカウンタと、
   前記カウンタのカウント値を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、前記回転子の回転数を演算する回転数演算部と、
   前記交流電動機のトルク偏差のフィードバック制御に従って前記インバータから前記交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を変化させるように構成された矩形波電圧制御部とを備え、
   前記矩形波電圧制御部は、
   前記トルク偏差を比例演算することにより前記電圧位相の第１の制御量を設定する比例制御演算部と、
   積分ゲインを用いて前記トルク偏差を積分演算することにより前記電圧位相の第２の制御量を設定する積分制御演算部と、
   前記第１および前記第２の制御量の和に従った前記電圧位相に対応させて、前記インバータの制御指令を生成する制御信号発生部と、
   前記回転数演算部により演算された前記回転数に従って、前記積分ゲインを設定する積分ゲイン設定部とを含み、
   前記積分ゲイン設定部は、前記回転数演算部により演算された前記回転数が、前記回転数演算部の演算結果にエリアシング誤差が生じる回転数範囲として予め定められた範囲の中にある場合には、前記回転数演算部により演算された前記回転数が前記予め定められた範囲の外にある場合に比較して、前記積分ゲインを低下させる、交流電動機の制御システム。

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