JP2010193664A - フィードバック制御方法、モータ制御方法、及びモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算サイクルを保持したままでフィードバック制御の応答性を向上させる。
【解決手段】電圧指令vd,vqを出力する１つのサイクルタイムＴＡにおいて、サンプリング周期ＴＢでモータ電流IU,IV,IWを検出するサンプリングタイミングｔａ，ｔｂが２回設定され、サイクルタイムＴＡは、最初のサンプリングタイミングｔａにおいて、モータ電流IU,IV,IWを取得する第１データ取得工程と、モータ電流IU,IV,IW及びモータ電流IU,IV,IWが情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして記憶する一時記憶工程と、２回目のサンプリングタイミングｔｂにおいて、モータ電流IU,IV,IWを取得する第２データ取得工程と、一時記憶データと第２データ取得工程において取得されたモータ電流IU,IV,IWとを用いて電圧指令vd,vqを演算する電圧指令演算工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被制御対象物の制御結果に伴う物理量を検出し、当該被制御対象物をフィードバック制御して制御指令を出力する演算をコンピュータに実行させるフィードバック制御方法に関する。また、被制御対象物がモータの場合においては、本発明は、当該モータに流れるモータ電流を検出し、フィードバック制御により前記モータを駆動する電圧指令を出力する演算をコンピュータに実行させるモータ制御方法に関する。また、本発明は、モータに流れるモータ電流の検出結果を用いて前記モータを駆動する電圧指令をフィードバック制御するモータ制御装置に関する。

モータなどのアクチュエータの制御においては、しばしばフィードバック制御が実施される。アクチュエータの被制御結果、例えばアクチュエータに流れる電流などを検出し、目標電流と実際に流れる電流との差を減じるべく、アクチュエータの駆動指令が制御される。デジタル技術が進歩した近年では、データ処理の容易性もあり、このようなフィードバック制御は主としてマイクロコンピュータとなどの論理演算プロセッサを利用して実施される。従って、電流等、被制御対象物の制御結果に伴う物理量も所定のサンプリング周期でデジタルデータとして取得される。マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などの論理演算プロセッサは、システムクロックから生成された所定の演算サイクルを有している。一般的なフィードバック制御では、この演算サイクルと物理量のサンプリング周期とが同じであり、１演算サイクルにおいて１時点でのサンプリング結果が用いられる。

特開２００８−１６７６０３号公報（特許文献１）には、そのようなフィードバック制御を用いたモータ制御装置の技術が開示されている。モータ電流をサンプリングするサンプリング部は、モータ電流検出回路の出力信号を所定のサンプリング周期ごとにサンプリングして、モータ電流を電流偏差演算部に与える。電流偏差演算部は、電流偏差を求め、これを電流ＰＷＭ制御部に与える。電流ＰＷＭ制御部は、電流偏差が零になるように、比例積分演算によってデューティー比を定め、電流ＰＷＭ信号をモータ駆動回路に与える。つまり、電流ＰＷＭ信号がモータ駆動回路に与えられるまでの１演算サイクルにおいて、１時点でのモータ電流の検出結果が用いられる。

特開２００８−１６７６０３号公報（第１７〜１８段落等）

ところで、フィードバック制御の応答性は、サンプリング周期を短くして、いわゆる測定対象の検出分解能を上げることによって向上させることができることが知られている。しかし、高くなった分解能、つまり、短くなったサンプリング周期にフィードバック制御を追従させるには、演算サイクルも短くする必要がある。演算サイクルを短くするにはマイクロコンピュータ等に高性能化が求められ、コストアップにもつながることになる。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、演算サイクルを保持したままでフィードバック制御の応答性を向上させる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るフィードバック制御方法の特徴構成は、
被制御対象物の制御結果に伴う物理量を検出し、当該被制御対象物をフィードバック制御して制御指令を出力する演算をコンピュータに実行させるフィードバック制御方法であって、
前記コンピュータが前記制御対象物に対して１回の制御結果を出力する１つのサイクルタイムにおいて、前記被制御対象物の制御結果に伴う物理量を離散的に検出するサンプリングタイミングが２回設定され、
前記サイクルタイムは、
最初のサンプリングタイミングにおいて、所定のサンプリング周期で前記物理量を取得する第１データ取得工程と、
取得した前記物理量及び前記物理量が情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する一時記憶工程と、
２回目のサンプリングタイミングにおいて、前記物理量を取得する第２データ取得工程と、
前記一時記憶データと前記第２データ取得工程において取得された前記物理量とを用いて前記制御指令を演算する制御指令演算工程と、を有する点にある。

この特徴構成によれば、１回のサイクルタイムに２回のサンプリングタイミングが設定され、１回のサイクルタイムにおいて２回分のサンプリング結果を利用してフィードバック制御の演算が実行される。２回分のサンプリング結果を用いることによって、実質的に測定対象である物理量の検出分解能を２倍に高め、フィードバック制御の応答性が向上する。つまり、本特徴構成によれば、演算サイクルを保持したままでフィードバック制御の応答性を向上させることが可能となる。また、制御指令を演算するメインプログラムは、２回目のサンプリングタイミング以降に実行されることになるので、おおよそサンプリング周期の１周期分は、制御指令の演算には利用されない。従って、この空いた時間に他の処理を実行することも可能である。

また、本発明に係るモータ制御方法の特徴構成は、
モータに流れるモータ電流を検出し、フィードバック制御により前記モータを駆動する電圧指令を出力する演算をコンピュータに実行させるモータ制御方法であって、
前記コンピュータが１回の電圧指令を出力する１つのサイクルタイムにおいて、所定のサンプリング周期で前記モータ電流を離散的に検出するサンプリングタイミングが２回設定され、
前記サイクルタイムは、
最初のサンプリングタイミングにおいて、前記モータ電流を取得する第１データ取得工程と、
取得した前記モータ電流及び前記モータ電流が情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する一時記憶工程と、
２回目のサンプリングタイミングにおいて、前記モータ電流を取得する第２データ取得工程と、
前記一時記憶データと前記第２データ取得工程において取得された前記モータ電流とを用いて前記電圧指令を演算する電圧指令演算工程と、を有する点にある。

この特徴構成によれば、１回のサイクルタイムに２回のサンプリングタイミングが設定され、１回のサイクルタイムにおいて２回分のサンプリング結果を利用してフィードバック制御の演算が実行される。２回分のサンプリング結果を用いることによって、実質的に測定対象であるモータ電流の検出分解能を２倍に高め、フィードバック制御の応答性が向上する。つまり、本特徴構成によれば、演算サイクルを保持したままでモータ制御の応答性を向上させることが可能となる。また、電圧指令を演算するメインプログラムは、２回目のサンプリングタイミング以降に実行されることになるので、おおよそサンプリング周期の１周期分は、電圧指令の演算には利用されない。従って、この空いた時間に通信など、他の処理を実行することも可能である。

また、本発明に係るモータ制御装置の特徴構成は、
モータに流れるモータ電流の検出結果を用いて前記モータを駆動する電圧指令をフィードバック制御するモータ制御装置であって、
所定のサンプリング周期で前記モータ電流を取得するサンプラーと、
前記サンプリング周期を２周期分含むサイクルタイムにおける最初のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流に基づくデータとして一時記憶された一時記憶データと、２回目のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流とを用いて、電流制御演算を行って前記電圧指令を演算する電圧指令演算部と、を備える点にある。

この特徴構成によれば、モータ制御装置が電圧指令を演算する１サイクルタイムにサンプリング周期が２周期含まれるサンプラーによって、モータ電流が検出される。そして、最初にサンプラーによって検出されたモータ電流は、一時記憶データとして記憶される。サンプラーによって２回目にモータ電流が検出されると、このモータ電流と一時記憶データとを用いて電圧指令が演算される。一時記憶データは、モータ電流に基づくデータであるから、電圧指令演算部が電圧指令を演算する１回のサイクルタイムにおいて２回のサンプリングタイミングにおけるモータ電流を用いて電圧指令が演算される。即ち、実質的に測定対象であるモータ電流の検出分解能が２倍に高められるので、フィードバック制御の応答性が向上する。つまり、本特徴構成によれば、演算サイクルを保持したままでモータ制御の応答性を向上させることが可能となる。また、電圧指令演算部は、しばしば、マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサにおいて、ハードウェアとプログラムとの協働により実現される。その場合、論理演算プロセッサは、２回目のサンプリングタイミング以降に、電圧指令演算を実施すれば足りるので、１回のサイクルタイムにおいて２回目のサンプリングタイミングまでの期間に他の演算を実施することができる。

また、本発明に係るモータ制御装置の前記電圧指令演算部は、前記一時記憶データと、２回目のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流と、当該モータ電流情報処理された処理データとから構成された行列式と、パラメータ行列との行列演算により、前記電圧指令を算出する電流制御演算部を有すると好適である。

この特徴構成によれば、２回目のサンプリングタイミングにおいてモータ電流を取得した後、速やかに行列演算を実施することによって、電圧指令を求めることが可能となる。

尚、上述した特許文献１の第１７段落には、サンプリング部におけるサンプリング周期が変更可能であることが記載されている。しかし、このサンプリング周期の変更は、ＰＷＭ制御の搬送波周期との同期を取るためのものである。従って、１周期のサイクルタイムにおいて、２回のサンプリングタイミングが設定されるような本発明の技術思想は示されていない。

モータ制御システムの構成例を模式的に示すブロック図 モータ制御装置の構成例を模式的に示すブロック図 モータ制御装置がモータ電流に基づいて電圧指令を演算する例を模式的に示すタイミングチャート

以下、本発明の実施形態を、本発明を車載の交流モータを制御するモータ制御装置に適用した場合を例として、図面に基づいて説明する。図１は、交流モータを駆動するモータ制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。交流モータであるモータ１２を駆動するモータ制御システムは、モータ１２と直流電源２０との間に介在されて、直流電源２０の出力を３相交流に変換するインバータ回路５を有して構成される。インバータ回路５は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。ここでは、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合を例示している。

インバータ回路５は、３相のブリッジ回路により構成されている。インバータ回路５の入力プラス側２１と入力マイナス側２２との間に２つのＩＧＢＴが直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、モータ１２のステータコイルｕ相、ｖ相、ｗ相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図１において、ＩＧＢＴＱ３、Ｑ５、Ｑ１は、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相に対応する上段側のスイッチング素子である。また、ＩＧＢＴＱ４、Ｑ６、Ｑ２は、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相に対応する下段側のスイッチング素子である。尚、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６には、それぞれフライホイールダイオード（回生ダイオード）が並列に接続される。フライホイールダイオードは、カソード端子がＩＧＢＴのコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴのエミッタ端子に接続される形で並列に接続される。

各相の上段側のＩＧＢＴＱ１、Ｑ３、Ｑ５のコレクタはインバータ回路５の入力プラス側２１に接続され、エミッタは各相の下段側のＩＧＢＴＱ２、Ｑ４、Ｑ６のコレクタに接続されている。また、各相の下段側のＩＧＢＴＱ２、Ｑ４、Ｑ６のエミッタは、インバータ回路５の入力マイナス側２２（グラウンド）に接続されている。対となる各相のＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６）、（Ｑ３，Ｑ４）、（Ｑ１，Ｑ２）による直列回路の中間点（ＩＧＢＴの接続点）は、モータ１２のｕ相、ｖ相、ｗ相のステータコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗにそれぞれ接続されている。

各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートは、ドライバ回路５１を介して制御部としてのＥＣＵ５０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。ＥＣＵ５０は、本発明のコンピュータ及びモータ制御装置に相当するものであり、マイクロコンピュータなどの論理回路を中核として構成される。高電圧をスイッチングするＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのゲートに入力される駆動信号は、一般的な論理回路の電圧よりも高い電圧を必要とするため、ドライバ回路５１を介してインバータ回路５に入力される。

ＥＣＵ５０は、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６を、モータ１２に対する目標トルク及び回転数に基づいてＰＷＭ制御することで、モータ１２に３相の交流駆動電流を供給する。これにより、モータ１２は、回転数、目標トルクに応じて力行する。尚、モータ１２が発電機として働き、モータ１２側からインバータ回路５が電力を受ける回生時も力行時と同様である。ＥＣＵ５０は、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６を、モータ１２に対する目標トルク及び回転数に基づいてＰＷＭ制御することで、発電された電力を直流に変換する。尚、単純に、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６に並列接続されたフライホイールダイオードを用いて整流することも可能である。

また、ＥＣＵ５０は、回転数やモータ電流に基づいてフィードバック制御を行う。図１に示すように、モータ２のｕ相、ｖ相、ｗ相の各ステータコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗへ供給される駆動電流（モータ電流）を計測するために、電流検出部１３として機能する電流センサが備えられている。電流センサによる検出値は、ＥＣＵ５０が受け取り、フィードバック制御に用いられる。本例では、３相全ての電流を計測する構成を示しているが、３相は平衡状態にあり、電流の瞬時値の総和は零であるので２相のみの電流を計測して、ＥＣＵ５０において残りの１相の電流を演算により求めてもよい。

また、モータ１２には、回転検出部１１として、レゾルバなどの回転検出センサが備えられており、モータ１２のロータの回転角（機械角）を検出する。回転検出センサは、単独で、又はＥＣＵ５０と協働して回転検出部１１として機能する。回転検出センサは、ロータの極数（極対数）に応じて設定されており、ロータの回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を出力することも可能である。ＥＣＵ５０は、この回転角や電気角θに基づいてモータ１２の回転数（角速度ω）や、インバータ回路５の各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の制御タイミングを演算する。

図２は、モータ制御装置としてのＥＣＵ５０の構成を模式的に示すブロック図である。図２では、モータ制御システムの内、ＥＣＵ５０以外の構成については適宜簡略化して表している。ＥＣＵ５０は、図２に示すように、目標電流設定部１と、電圧指令演算部２と、２相／３相変換部３と、ＰＷＭ制御部４と、３相／２相変換部６と、サンプラー７と、回転状態演算部１０と有して構成される。上述したように、ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサを中核として構成される。従って、ＥＣＵ５０の各機能部は、それぞれ独立して構成される必要はなく、プログラムと共通のハードウェアとの協働によって各機能が実現されれば充分である。よく知られているように、論理演算プロセッサは、所定のサイクルタイムごとに、繰り返し所定の演算処理を実行するようにプログラムされる。

交流モータを制御する方法として、ベクトル制御（field oriented control : FOC）と呼ばれる制御方法が知られている。ベクトル制御では、交流モータの３相各相のステータコイルに流れるモータ電流を、回転子に配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。本例においても、このベクトル制御を採用している。

目標電流設定部１は、モータ１２を駆動するための目標電流を設定する機能部である。目標電流設定部１は、ＥＣＵ５０とは別の制御部、例えば車両全体を制御するＥＣＵなどから、モータ１２に要求される目標トルクreq_tを受け取り、この目標トルクreq_tとモータ１２の回転数などの回転状態とに基づいて目標電流値を演算する。モータ１２の回転状態は、上述したように回転角検出部１１により検出され、その検出結果に基づいて回転状態演算部１０によって演算されて目標電流設定部１に伝達される。目標電流値は、ｄ軸目標電流req_id及びｑ軸目標電流req_iqの２相電流として演算される。

電圧指令演算部２は、モータ１２を駆動するための電流指令を決定するための電流制御を行うと共に、決定された電流指令を用いて電圧方程式を演算して電圧指令vd,vqを決定する機能部である。電圧指令演算部２は、目標電流設定部１により設定された目標電流req_id,req_iqと、電流検出部１３により検出されて３相／２相変換部６を介してフィードバックされた２相電流id,iqに基づいて電流制御を実施して電流指令を決定する。モータ電流IU,IV,IWは、上述したように電流検出部１３によって検出され、サンプラー７を介してデジタル化された３相電流iu,iv,iwとしてＥＣＵ５０に取得される。サンプラー７は、例えば、Ａ／Ｄコンバータにより構成される。

３相電流iu,iv,iwは、実際に３相のステータコイル１２ｖ〜１２Ｗに流れる電流を示すものである。一方、電圧指令演算部２は、ベクトル空間上において、ｄ軸電流及びｑ軸電流の２相電流id,iqに対して電流制御を実施する。従って、３相電流iu,iv,iwは、回転状態演算部１０から取得するロータの回転状態情報（電気角θ）に基づき、３相／２相変換部６において２相電流id,iqへ変換されて電圧指令演算部２へ伝達される。電流制御は、一般的に、比例制御（Ｐ制御）や、比例積分制御（ＰＩ制御）によって実施される。本例では、電流制御演算部８において比例積分制御による電流制御演算と電圧方程式の演算と含む行列演算を行うことによって、電圧指令が求められる。行列演算については後述する。

２相／３相変換部３は、回転状態演算部１０から取得するロータの回転状態情報（電気角θ）に基づき、電圧指令vd,vqを、実際に３相のステータコイル１２ｖ〜１２ｗに駆動電流を流すための３相電圧指令vu,vv,vwに変換する機能部である。そして、ＰＷＭ制御部４は、２相／３相変換部３において決定された３相電圧指令vu,vv,vwに基づいて、３相の駆動電圧を発生させるべく、インバータ回路５の各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をスイッチングするゲート駆動信号を生成する機能部である。インバータ回路５は、ＰＷＭ制御部４によりスイッチング制御されて、直流電源２０の出力を交流に変換して、モータ１２を駆動する。

このように、モータ１２の３相のステータコイル１２ｖ〜１２ｗに流れるモータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）を検出し、これをフィードバックしてモータ１２が制御される。従来の一般的なベクトル制御では、電圧指令演算部２は、サンプラー７によりサンプリングされた１回のモータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）に基づいて、１サイクルの演算を実施して、１回の演算結果として電圧指令vd,vqを出力していた。しかし、本発明のモータ制御装置の電圧指令演算部２は、サンプラー７によりサンプリングされた２回のモータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）に基づいて、１サイクルの演算を実施して、１回の演算結果として電圧指令vd,vqを出力する。つまり、電圧指令vd,vqを演算するサイクルタイムは保持したままで、モータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）の２回分のサンプリング結果を利用し、フィードバックの分解能を向上させている。従って、フィードバック制御の応答性が大きく向上する。以下、電圧指令演算部２の構成及び機能について詳述する。

以下、図１及び図２に加え、図３も利用して説明する。図３は、モータ制御装置がモータ電流に基づいて電圧指令を演算する例を模式的に示すタイミングチャートである。サンプラー７は、アナログデータ、つまり連続データであるステータコイル１２ｖ〜１２ｗに流れるモータ電流IU,IV,IWを所定のサンプリング周期でサンプリングして、デジタルデータ、つまり離散データである３相電流iu,iv,iwとして取得する。好適には、サンプラー７はＡ／Ｄコンバータにより構成される。図３に示すように、モータ電流IU,IV,IWは、所定のサンプリング周期ＴＢ（例えば１００μｓ）で、サンプリングされる。モータ電流IU,IV,IWがサンプリングされた３相電流iu,iv,iwは、上述したように、３相／２相変換されて２相電流id,iqとなり、電圧指令演算部２の演算に利用される。

マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサにより構成されたＥＣＵ５０が１回の制御結果を出力する１つのサイクルタイムは、図３に符号ＴＡで示す期間である。本実施形態において、サイクルタイムＴＡは、コンピュータであるＥＣＵ５０が１回の電圧指令vd,vqを出力する期間である。サイクルタイムＴＡは、例えば、２００μｓである。図３には、Ｔ１０、Ｔ２０、Ｔ３０、Ｔ４０の合計４周期のサイクルタイムＴＡが示されている。図３に示すように、モータ電流IU,IV,IWを離散的に検出するサンプリングタイミングｔａ及びｔｂが、サイクルタイムＴＡの期間内に２回設定される。そして、サイクルタイムＴＡにおいてＥＣＵ５０は、以下の工程を有して１回の制御結果である電圧指令vd,vqを演算する。ＥＣＵ５０のサイクルタイムＴＡは、第１データ取得工程と、一時記憶工程と、第２データ取得工程と、電圧指令演算工程（制御指令演算工程）とを有する。

第１データ取得工程は、サイクルタイムＴＡにおける最初のサンプリングタイミングｔａにおいて、モータ電流IU,IV,IWを取得する工程である。図３におけるサイクルタイムＴ１０、Ｔ２０、Ｔ３０、Ｔ４０のそれぞれにおける初期の時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７において、モータ電流IU,IV,IWが３相電流iu,iv,iwとして取得される。尚、この第１データ取得工程において、上述した３相／２相変換を行って、３相電流iu,iv,iwを２相電流id,iqに変換しておいてもよい。

一時記憶工程は、取得したモータ電流IU,IV,IW及びモータ電流IU,IV,IWが情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する工程である。尚、本実施形態においては、取得したモータ電流IU,IV,IWは、離散化された３相電流iu,iv,iwであるので、一時記憶工程は、取得した３相電流iu,iv,iw及び３相電流iu,iv,iwが情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する工程でもある。また、第１データ取得工程において、３相電流iu,iv,iwが２相電流id,iqに変換されている場合、２相電流id,iqは、取得したモータ電流IU,IV,IWに相当するデータと考えてもよいし、３相電流iu,iv,iwが情報処理された処理データと考えてもよい。

ここで、図２を参照して、一時記憶工程の処理について補足する。図２に示すように、２相電流id,iqは、記憶部２ｂに伝達され、一時記憶される。図中の「Z^-1」は、制御理論におけるＺ変換を示しており、１回前のサンプリング結果であることを示している。ここで、１回前とは、２回目のサインプリングタイミングｔｂから見た場合を示しているので、初回のサンプリングタイミングｔａに取得された２相電流id,iqが記憶されることを示す。マイクロコンピュータ等に実装される際には、記憶部２ｂは、バッファメモリやワークメモリ、レジスタなどによって構成される。取得したモータ電流IU,IV,IWと２相電流id,iqとを、実質的に等価とみなす場合には、２相電流id,iqは、取得したモータ電流IU,IV,IWが一時記憶された一時記憶データに相当するデータとなる。また、２相電流id,iqは、取得したモータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）が変換されたデータであるので、モータ電流IU,IV,IWが情報処理された処理データが一時記憶された一時記憶データに相当すると考えることもできる。

また、電圧指令演算においては、２相電流id,iqと目標電流req_id,req_iqとの差分電流ide,iqeも用いられる。そして、サイクルタイムＴＡにおける最初のサンプリングタイミングｔａにおいて取得された３相電流iu,iv,iwに基づく２相電流id,iqと、目標電流req_id,req_iqとの差分電流ide,iqeは、記憶部２ａに一時記憶される。図中の「Z^-1」は、制御理論におけるＺ変換を示しており、１回前の結果であることを示している。上記と同様に、１回前とは、２回目のサインプリングタイミングｔｂから見た場合を示している。従って、初回のサンプリングタイミングｔａに取得された２相電流id,iqに基づく差分電流ide,iqeが記憶されることを示す。一時記憶される差分電流ide,iqeは、モータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）が情報処理された処理データが一時記憶された一時記憶データに相当する。尚、この差分を演算する工程は、第１データ取得工程や一時記憶工程に含めても良いし、データ取得工程と一時記憶工程との間にデータ加工工程や差分演算工程として別途設けてもよい。また、記憶部２ａは、記憶部２ｂと同様、マイクロコンピュータ等に実装される際には、バッファメモリやワークメモリ、レジスタなどによって構成される。

累積演算部２ｃは、差分電流ide,iqeの累積結果を演算する機能部である。図３に示すように、Ｚ変換式は「1/(1-Z^-1)」であるから、上記と同様に１回前のサンプリングタイミングの結果が利用されることを示している。この１回前は、２回目のサンプリングタイミングｔｂから見た場合を示すものである。また、累積演算部２ｃの出力が電圧指令演算に用いられるのは、２回目のサンプリングタイミングｔｂの後である。従って、累積演算部２ｃは、記憶部２ａや記憶部２ｂと同様、バッファメモリやワークメモリ、レジスタなどを有して構成されると好適である。

第２データ取得工程は、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔｂにおいて、モータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw）を取得する工程である。図３におけるサイクルタイムＴ１０、Ｔ２０、Ｔ３０、Ｔ４０のそれぞれにおける中盤の時刻ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８において、モータ電流IU,IV,IWが３相電流iu,iv,iwとして取得される。尚、第１データ取得工程と同様に、この第２データ取得工程において、上述した３相／２相変換を行って、３相電流iu,iv,iwを２相電流id,iqに変換しておいてもよい。

電圧指令演算工程は、上述した一時記憶データと第２データ取得工程において取得されたモータ電流IU,IV,IW（３相電流iu,iv,iw、２相電流id,iq）とを用いて、電圧指令vd,vqを演算する工程である。この工程は、図３に示すように、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔｂ以降に実施され、次のサイクルタイムＴＡが開始されるまでに完了する。つまり、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔｂ以降に実施され、次のサイクルタイムＴＡにおける最初のサンプリングタイミングｔａより前に完了する。従って、電圧指令演算工程は、サンプリング周期ＴＢ以内に完了する演算である。

電圧指令演算工程では、図２に示す１０個のデータを用いて電流制御演算部８が電圧指令vd,vqを演算する。電流制御演算部８が用いる１０個のデータは、ｄ軸及びｑ軸の２相に対応する５組のデータ、「ide(n-1),iqe(n-1)」、「ide(n),iqe(n)」、「Σide,Σiqe」、「id(n-1),iq(n-1)」、「id(n),iq(n)」である。ここで、括弧内は、サンプリングの回数を示す。つまり、「n」は、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔｂにおけるサンプリング結果に基づくデータを示し、「n-1」は、「n」の１回前、即ち、同じサイクルタイムＴＡにおける初回のサンプリングタイミングｔａにおけるサンプリング結果に基づくデータを示す。例えば、「n」は、サイクルタイムＴ１０におけるサンプリングタイミングｔ２におけるサンプリング結果に基づくデータを示し、「n-1」は、「n」の１回前、即ち、同じサイクルタイムＴ１０における初回のサンプリングタイミングｔ１におけるサンプリング結果に基づくデータを示す。

ここで、id(n-1),iq(n-1)は、サイクルタイムＴＡにおける最初のサンプリングタイミングｔａにサンプリングされた３相電流iu,iv,iw（iu(n-1),iv(n-1),iw(n-1)）がベクトル変換された２相電流である。また、id(n),iq(n)は、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔｂにサンプリングされた３相電流iu,iv,iw（iu(n),iv(n),iw(n)）がベクトル変換された２相電流である。

同様に、ide(n-1),iqe(n-1)は、上述した差分電流ide,iqeであり、サイクルタイムＴＡにおける最初のサンプリングタイミングｔａにサンプリングされた３相電流iu,iv,iw（iu(n-1),iv(n-1),iw(n-1)）に基づく差分電流である。また、ide(n),iqe(n)も、上述した差分電流ide,iqeであり、サイクルタイムＴＡにおける２回目のサンプリングタイミングｔａにサンプリングされた３相電流iu,iv,iw（iu(n),iv(n),iw(n)）に基づく差分電流である。Σide,Σiqeは、上述したように、累積演算部２ｃにより求められた差分電流ide,iqeの累積結果である。

電流制御演算部８は、電流制御パラメータ行列Ｋを下記式(1)とおいて、下記式(2)に示す行列演算を行って、電圧指令vd,vqを算出する。

本実施形態においては、上記式(2)のような行列演算を行うために、記憶部２ａに差分電流ide(n-1),iqe(n-1)を一時記憶した。当業者であれば、２相電流id,iqを一時記憶して、２回目のサンプリングタイミングｔｂの後、差分電流ide(n-1),iqe(n-1)を演算するように改変することも可能であろう。しかし、ＥＣＵ５０が１回の電圧指令を出力する１つのサイクルタイムにおいて時刻ｔａとｔｂとの２回、サンプリングタイミングが設定され、２回目のサンプリングタイミングｔｂの後に、２回分のサインプリング結果を利用して電圧指令を演算するという本発明の技術思想においては、この改変は本実施形態と均等である。従って、そのような改変された実施形態もまた、本発明の技術範囲に属するものである。

図３によって明らかなように、サイクルタイムＴＡにおいて、電圧指令演算が実施される期間Ｔｂ（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８）は約半分である。従って、電圧指令演算が実施されない残りの期間Ｔａ（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７）において、ＥＣＵ５０の他の処理を実行可能である。例えば、モータ１２が正常に回転しているか否かを評価・判定するフェールセーフ機能、目標トルクreq_tに基づく目標電流req_id,req_iqの算出、目標トルクreq_tを設定する他のＥＣＵとの通信などの処理を実行することができる。

尚、本実施形態においては、例えば、サイクルタイムＴＡが２００μｓであり、サンプリング周期ＴＢが１００μｓであるとした。１つの方法として、ＥＣＵ５０が実行する種々の処理の総計からサイクルタイムＴＡを決定し、その半分の時間をサンプリング周期ＴＢとすることができる。あるいは、フィードバック制御の応答性を確保するために必要なサンプリング周期ＴＢを決定し、その倍の時間をサイクルタイムＴＡとしてもよい。

例えば、サンプリング周期ＴＢが１５０μｓ以下であれば、充分な応答性が確保できるとする。この場合、サイクルタイムＴＡを３００μｓとすることによって、本発明を良好に実施することが可能となる。また、電圧指令vd,vqを算出する以外の他の処理の結果が、３００μｓ以下のサイクルで要求される場合には、先にサイクルタイムＴＡを決定した後に、サンプリング周期ＴＢを決定すればよい。例えば、サイクルタイムＴＡに２４０μｓが要求される場合には、サイクルタイムＴＡに応じてサンプリング周期ＴＢを１２０μｓと設定すればよい。このサンプリング周期ＴＢは、充分な応答性が確保できる１５０μｓ以下であるので、本発明を良好に実施することが可能となる。

以上、モータ制御装置を例として説明したように、本発明に係るモータ制御装置、モータ制御方法によれば、演算サイクルを保持したままでフィードバック制御の応答性を向上させることが可能となる。尚、モータをフィードバック制御する場合を例として説明したが、本発明はモータに限らず様々な被制御対象物のフィードバック制御に適用することが可能である。例えば、本発明は、エアコンディショナーや電気ポット、湯沸かし器等の温度調節器や、車両などの自動操舵システムの操舵角制御、その他種々のアクチュエータのフィードバック制御に適用することができる。

つまり、被制御対象物の制御結果に伴う物理量を検出し、当該被制御対象物をフィードバック制御して制御指令を出力する演算をコンピュータに実行させるフィードバック制御方法や、フィードバック制御装置に適用することができる。上記、モータ制御を適用した実施形態に対応させると、「モータ」は「被制御対象物」に相当し、「モータ電流」は「制御結果に伴う物理量」に相当し、「電圧指令」は「制御指令」に相当する。また、上述した「電圧指令演算工程」は、「制御指令演算工程」に相当する。

本発明は、モータをはじめとするアクチュエータや、温度などの物理量を安定化させる調整器など、種々の機器をフィードバック制御するための方法、並びに装置に適用することができる。

２：電圧指令演算部
７：サンプラー
８：電流制御演算部
１２：モータ
５０：ＥＣＵ（コンピュータ）
IU,IV,IW：モータ電流（物理量）
vd,vq：電圧指令（制御指令）
ＴＡ：サイクルタイム
ＴＢ：サンプリング周期
ｔａ：サイクルタイムにおける最初のサンプリングタイミング
ｔｂ：サイクルタイムにおける２回目のサンプリングタイミング

Claims (4)

1. 被制御対象物の制御結果に伴う物理量を検出し、当該被制御対象物をフィードバック制御して制御指令を出力する演算をコンピュータに実行させるフィードバック制御方法であって、
   前記コンピュータが前記制御対象物に対して１回の制御結果を出力する１つのサイクルタイムにおいて、前記被制御対象物の制御結果に伴う物理量を離散的に検出するサンプリングタイミングが２回設定され、
   前記サイクルタイムは、
   最初のサンプリングタイミングにおいて、所定のサンプリング周期で前記物理量を取得する第１データ取得工程と、
   取得した前記物理量及び前記物理量が情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する一時記憶工程と、
   ２回目のサンプリングタイミングにおいて、前記物理量を取得する第２データ取得工程と、
   前記一時記憶データと前記第２データ取得工程において取得された前記物理量とを用いて前記制御指令を演算する制御指令演算工程と、
   を有するフィードバック制御方法。
2. モータに流れるモータ電流を検出し、フィードバック制御により前記モータを駆動する電圧指令を出力する演算をコンピュータに実行させるモータ制御方法であって、
   前記コンピュータが１回の電圧指令を出力する１つのサイクルタイムにおいて、所定のサンプリング周期で前記モータ電流を離散的に検出するサンプリングタイミングが２回設定され、
   前記サイクルタイムは、
   最初のサンプリングタイミングにおいて、前記モータ電流を取得する第１データ取得工程と、
   取得した前記モータ電流及び前記モータ電流が情報処理された処理データの一方又は双方を一時記憶データとして一時記憶する一時記憶工程と、
   ２回目のサンプリングタイミングにおいて、前記モータ電流を取得する第２データ取得工程と、
   前記一時記憶データと前記第２データ取得工程において取得された前記モータ電流とを用いて前記電圧指令を演算する電圧指令演算工程と、
   を有するモータ制御方法。
3. モータに流れるモータ電流の検出結果を用いて前記モータを駆動する電圧指令をフィードバック制御するモータ制御装置であって、
   所定のサンプリング周期で前記モータ電流を取得するサンプラーと、
   前記サンプリング周期を２周期分含むサイクルタイムにおける最初のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流に基づくデータとして一時記憶された一時記憶データと、２回目のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流とを用いて、電流制御演算を行って前記電圧指令を演算する電圧指令演算部と、を備えるモータ制御装置。
4. 前記電圧指令演算部は、前記一時記憶データと、２回目のサンプリングタイミングに取得された前記モータ電流と、当該モータ電流情報処理された処理データとから構成された行列式と、パラメータ行列との行列演算により、前記電圧指令を算出する電流制御演算部を有する請求項３に記載のモータ制御装置。

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