JP2013188074A - 誘導モータの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導モータのモータトルクの高応答化を一律化する。
【解決手段】励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、すべり角周波数に基づいて、誘導モータのトルク制御を行う誘導モータの制御方法であって、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束目標値を演算するステップと、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束推定値を演算するステップと、ロータ磁束目標値およびロータ磁束推定値に基づいて、トルク電流指令値を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導モータの制御装置および制御方法に関する。

従来、トルク指令に応じて励磁電流指令値を決定する誘導モータの制御方法において、トルク指令がほぼ零である場合でも、励磁電流指令値を立ち上げておくことにより、ロータ磁束の応答遅れに起因するトルク応答の遅れを改善する技術が知られている（特許文献１参照）。

また、トルク応答を向上させるために、励磁電流指令値に進み補償を施した後、磁気飽和等を考慮した上限制限を施すことによって、最終的な励磁電流指令値を算出する誘導モータ制御装置も知られている（特許文献２参照）。

特開平０８−１５４３０５号公報 特開平０８−１６３９００号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、トルク指令の立ち上がり時におけるトルク応答は向上するが、トルク指令の変化に対するロータ磁束の応答遅れは改善されないという問題がある。また、特許文献２の技術では、補償を施して、大きくオーバーシュートした励磁電流指令値を生成するので、生成した励磁電流指令値が制限値で制限される場合、トルク応答が低下するという問題がある。

本発明は、誘導モータのモータトルクの高応答化を一律化する技術を提供することを目的とする。

本発明による誘導モータの制御方法は、励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、すべり角周波数に基づいて、誘導モータのトルク制御を行う。この誘導モータの制御方法において、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束目標値を演算するとともに、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束推定値を演算し、ロータ磁束目標値およびロータ磁束推定値に基づいて、トルク電流指令値を補正する。

本発明によれば、ロータ磁束目標値およびロータ磁束推定値に基づいて、ロータ磁束の遅れをトルク電流で補うようにトルク電流指令値を補正するので、トルク応答を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態における誘導モータの制御装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。 図３は、トルク電流補正部が式（９）によって補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿１ ^＊＊を算出するための詳細な構成を示す図である。 図４は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。 図５は、トルク指令値の立ち下がり（減少）時に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。 図６は、異なるトルク指令値に対する、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を示す図である。 図７は、電流指令値が制限されない場合に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、特許文献２に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図であり、特にピーク電流の違いを示す図である。 図８は、電流指令値が制限される場合に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、特許文献２に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図であり、特にピーク電流の違いを示す図である。 図９は、第２の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。 図１０は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第２の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。 図１１は、第３の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。 図１２（ａ）は、式（１４）、（１５）によって励磁電流指令制限値およびトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図であり、図１２（ｂ）は、式（１６）、（１７）によって励磁電流指令制限値およびトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図である。 図１３は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第３の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。 図１４は、第３の実施形態の変形例における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。 図１５は、第４の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。 図１６は、式（１８）によってトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図である。 図１７は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第４の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、第３の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。 図１８は、第４の実施形態の変形例における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態における誘導モータの制御装置の全体構成を模式的に示す図である。三相交流誘導モータ１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動源として用いられる。直流電源２は、高電圧を供給可能な電源であり、例えば、積層型リチウムイオンバッテリである。

ＰＷＭ変換器６は、後述するγ−δ／３相交流座標変換器１２（以下、座標変換器１２と呼ぶ）から入力される三相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基づいて、インバータ３のスイッチング素子（ＩＧＢＴ等）を駆動するためのＰＷＭ＿ｄｕｔｙ駆動信号Ｄｕｕ^＊、Ｄｕｉ^＊、Ｄｖｕ^＊、Ｄｖｉ^＊、Ｄｗｕ^＊、Ｄｗｉ^＊を生成する。

インバータ３は、ＰＷＭ変換器６で生成されたＰＷＭ＿ｄｕｔｙ駆動信号Ｄｕｕ^＊、Ｄｕｉ^＊、Ｄｖｕ^＊、Ｄｖｉ^＊、Ｄｗｕ^＊、Ｄｗｉ^＊に基づいて、直流電源２の直流電圧を交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して、誘導モータ１に供給する。

電流センサ４は、インバータ３から誘導モータ１に供給される三相電流のうち、少なくとも二相の電流を検出する。ここでは、二相の電流として、Ｕ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖを検出するものとして説明する。

なお、電流センサで二相の電流ｉｕ、ｉｖのみを検出する場合、残り一相の電流値ｉｗは、次式（１）により求めることができる。

ＡＤ変換器７は、電流センサ４によって検出されたＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖをデジタル値ｉｕｓ、ｉｖｓにそれぞれ変換して、γ−δ／３相交流座標変換器１１（以下、座標変換器１１と呼ぶ）に出力する。

磁極位置検出器５は、誘導モータ１の回転子位置（角度）に応じたＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルスを検出する。パルスカウンタ８は、磁極位置検出器５によって検出されたＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルスに基づいて、回転子機械角度θｍを検出する。角速度演算器９は、回転子機械角度θｍの時間変化率に基づいて、回転子機械角速度ωｒｍと、モータ極対数ｐを乗じて算出される回転子電気角速度ωｒｅを演算する。

座標変換器１２は、後述する電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への座標変換を行う。励磁電圧指令値（γ軸電圧指令値）Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値（δ軸電圧指令値）Ｖδｓ^＊と、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（２）による座標変換処理によって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を算出し、出力する。

座標変換器１１は、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）上のＵ相電流ｉｕｓ、Ｖ相電流ｉｖｓ、Ｗ相電流ｉｗｓを、直交２軸直流座標系（γ−δ軸）上のγ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓに変換する。すなわち、Ｕ相電流Ｉｕｓ、Ｖ送電流Ｉｖｓ、Ｗ相電流Ｉｗｓと、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（３）により、γ軸電流（励磁電流）Ｉｒ、δ軸電流（トルク電流）Ｉδを算出する。

電流指令値演算器１３は、目標モータトルク、モータ回転数（機械角速度ωｒｍ）、直流電圧Ｖｄｃを入力として、励磁電流指令値（γ軸電流指令値）ｉγ^＊、トルク電流指令値（δ軸電流指令値）ｉδ^＊を算出する。励磁電流指令値（γ軸電流指令値）ｉγ^＊およびトルク電流指令値（δ軸電流指令値）ｉδ^＊は、目標モータトルク、モータ回転数（機械角速度ωｒｍ）、直流電圧Ｖｄｃと、励磁電流指令値ｉγ^＊およびトルク電流指令値ｉδ^＊との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶させておき、このマップデータを参照することによって求めることが可能である。

非干渉制御器１７は、座標変換器１１から出力される励磁電流ｉγｓ、トルク電流ｉδｓ、電源角周波数ωを積分した電源角θを入力として、γ−δ直交座標系間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧（Ｖγｓ^＊_ｄｃｐｌ、Ｖδｓ^＊_ｄｃｐｌ）を次式（４）から算出する。ただし、式（４）中のＭは誘導モータの相互インダクタンスを表している。また、τはロータ磁束の時定数を表し、電流応答の時定数に比べて非常に大きい値である。なお、式（４）では、定常分のみ示している。

励磁電流制御器１５、トルク電流制御器１６は、計測された励磁電流（γ軸電流）ｉγｓ、トルク電流（δ軸電流）ｉδｓを、励磁電流指令値（γ軸電流指令値）ｉγｓ^＊、トルク電流指令値（δ軸電流指令値）ｉδｓ^＊＊それぞれに、定常偏差なく所望の応答性で追従させる。通常、前述したγ−δ軸非干渉電圧補正が理想的に機能すれば、１入力１出力の単純な制御対象特性となるので、簡単なＰＩフィードバック補償器で実現可能である。ＰＩ補償器である励磁電流制御器１５、トルク電流制御器１６の出力である電圧指令値を、上述した非干渉電圧（Ｖγｓ^＊_ｄｃｐｌ、Ｖδｓ^＊_ｄｃｐｌ）で補正（加算）した値が励磁電圧指令値（γ軸電圧指令値）Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値（δ軸電圧指令値）Ｖδｓ^＊となる。

すべり角周波数制御器１４は、励磁電流（γ軸電流）ｉγｓ、トルク電流（δ軸電流）ｉδを入力とし、次式（５）から、すべり角速度ωｓｅを算出する。ただし、式（５）において、Ｒｒ、Ｌｒは誘導モータ１のパラメータであり、それぞれロータ抵抗とロータ自己インダクタンスを示す。

このすべり角速度ωｓｅに、回転子電気角速度ωｒｅを加算した値を電源角速度ωとする。このすべり角周波数制御を実施することにより、誘導モータトルクは、励磁電流（γ軸電流）ｉγ、トルク電流（δ軸電流）ｉδの積に比例する。

トルク応答改善演算器１８の制御を以下で詳細に説明する。

初めに、一般的なトルク式を式（６）に示す。式（６）中のＫ_Ｔｅは、誘導モータ１のパラメータで決まる係数である。

式（６）から分かるように、ロータ磁束遅れがトルク応答遅れになるので、トルク応答改善演算器１８は、ロータ磁束遅れをなくすように、トルク電流指令値を補正する。

図２は、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。トルク応答改善演算器１８は、目標磁束演算器１８１と、磁束推定演算器１８２と、トルク電流補正部１８３とを備える。

目標磁束演算器１８１は、次式（７）より、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒを求める。また、磁束推定演算器１８２は、次式（８）より、ロータ磁束推定値φ＾_γｒを求める。

トルク電流補正部１８３は、目標磁束演算器１８１によって求められた目標ロータ磁束φ^＊ _γｒと磁束推定演算器１８２によって求められたロータ磁束推定値φ＾_γｒとに基づいて、次式（９）より、電流指令値演算器１３によって求められたトルク電流指令値ｉδ^＊を補正することによって、補正後のトルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊を求める。

なお、励磁電流指令値ｉγｓ^＊は、上限制限器１８４によってその上限が制限され、トルク電流指令値ｉ_δｓ ^＊＊は上限制限器１８５によってその上限が制限される。

図３は、トルク電流補正部１８３が式（９）によって補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿１ ^＊＊を算出するための詳細な構成を示す図である。トルク電流補正部１８３は、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとロータ磁束推定値φ＾_γｒとの比率を演算するためのロータ磁束比率演算器１８６と、ロータ磁束比率演算器１８６で演算されたロータ磁束比率に、トルク電流指令値ｉδｓ^＊を乗算するための乗算器１８７とにより構成される。

式（６）で示すトルク式のｉδｓ^＊に、式（９）により算出された補正後のトルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊を代入すると、次式（１０）が得られる。

すなわち、トルク電流補正部１８３によって求められた補正後のトルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊を用いることにより、式（１０）に示すように、トルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊と目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとによってトルク指令値Ｔｅ^＊が決定されるので、ロータ磁束応答遅れなしのトルク応答が実現可能となる。ただし、励磁電流とトルク電流は電流応答遅れがあるため、トルク応答は電流応答と等しくなる。

図４は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。電流指令値が上限値で制限されていないものとする。図４（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ、励磁電流指令値ｉγｓ^＊、トルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊、総電流指令値Ｉｓ、励磁電圧指令値Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値Ｖδｓ^＊、電源角速度ω、すべり角速度ωｓｅ、モータトルク指令値の時間変化をそれぞれ表している。ただし、各指令値のグラフには実際の値（実値）も合わせて示している。

図４に示すように、特許文献１に記載のモータ制御装置では、トルク応答遅れが生じているが、第１の実施形態における誘導モータの制御装置では、実トルクがトルク指令値に追従して、応答遅れはほとんど生じていない。

図５は、トルク指令値の立ち下がり（減少）時に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。電流指令値が上限値で制限されていないものとする。図５（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ、励磁電流指令値ｉγｓ^＊、トルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊、総電流指令値Ｉｓ、励磁電圧指令値Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値Ｖδｓ^＊、電源角速度ω、すべり角速度ωｓｅ、モータトルクの時間変化をそれぞれ表している。ただし、各指令値のグラフには実際の値（実値）も合わせて示している。

図５に示すように、特許文献１に記載のモータ制御装置では、トルク応答遅れが生じているが、第１の実施形態における誘導モータの制御装置では、実トルクがトルク指令値に追従して、応答遅れはほとんど生じていない。

図６は、異なるトルク指令値に対する、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を示す図である。第１の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、図６に示すように、トルク指令値が異なる場合でも、トルクの応答性を一律化することができる。

図７は、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献２に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図であり、特にピーク電流の違いを示す図である。図７は、電流指令値が上限値で制限されていない例である。図７に示すように、第１の実施形態における誘導モータの制御装置では、特許文献２に記載のモータ制御装置に対して、電流のピーク値を小さくすることができる。

図８は、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献２に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図であり、特にピーク電流の違いを示す図である。図８は、電流指令値が上限値で制限されている例である。図８に示すように、電流指令値が上限値で制限される場合には、特許文献２に記載のモータ制御装置に比べて、第１の実施形態における誘導モータの制御装置のトルク応答性が高くなる。

以上、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、すべり角周波数に基づいて、誘導モータのトルク制御を行う誘導モータの制御装置であって、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束目標値を演算するとともに、励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束推定値を演算し、ロータ磁束目標値およびロータ磁束推定値に基づいて、トルク電流指令値を補正する。ロータ磁束目標値およびロータ磁束推定値に基づいて、ロータ磁束の遅れをトルク電流で補うようにトルク電流指令値を補正するので、トルク応答を向上させることができる。

特に、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、ロータ磁束目標値とロータ磁束推定値との比率を、トルク電流指令値に乗算することによって、トルク電流指令値を補正する。ロータ磁束の遅れ分に相当する、ロータ磁束目標値とロータ磁束推定値との比率を、トルク電流指令値に乗算することにより、ロータ磁束の応答遅れをトルク電流で補うので、結果的にモータトルクの応答を向上させることができる。

−第２の実施形態−
第２の実施形態における誘導モータの制御装置が第１の実施形態における誘導モータの制御装置と異なるのは、トルク応答改善演算器１８の構成である。

式（９）を変形すると、次式（１１）が得られる。ただし、補正後のトルク電流指令値をｉ_δδ＿２ ^＊＊と表現している。

式（６）で示すトルク式のｉδｓ^＊に、式（１１）により算出された補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿２ ^＊＊を代入すると、次式（１２）が得られる。

図９は、第２の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。トルク応答改善演算器１８は、式（１１）で示される補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿２ ^＊＊を算出するため、目標磁束演算器１８１と、磁束推定演算器１８２と、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとロータ磁束推定値φ＾_γｒとの差を演算する減算器２００と、式（１１）で表される係数ｋを乗算する乗算器２１０と、乗算器２２０と、加算器２３０とを備える。

すなわち、第１の実施形態における誘導モータの制御装置では、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとロータ磁束推定値φ＾_γｒとの比率に基づいて、補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿１ ^＊＊を求めたが（式（９）参照）、第２の実施形態における誘導モータの制御装置では、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとロータ磁束推定値φ＾_γｒとの差分に基づいて、補正後のトルク電流指令値ｉ_δδ＿２ ^＊＊を求めている（式（１１）参照）。

図１０は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第２の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、上記特許文献１に記載のモータ制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。電流指令値が上限値で制限されていないものとする。図１０に示すように、特許文献１に記載のモータ制御装置に比べて、第２の実施形態における誘導モータの制御装置のトルク応答性が高くなる。

以上、第２の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、第１の実施形態における誘導モータの制御装置と同様に、トルク応答を向上させることができる。

−第３の実施形態−
第３の実施形態における誘導モータの制御装置では、誘導モータ１に流せる最大電流と、励磁電流指令値ｉγｓ^＊と、トルク電流指令値ｉδｓ^＊とに基づいて、最大電流の制約を満たす範囲内の余裕電流値を算出し、余裕電流値を励磁電流指令値とトルク電流指令値とに再配分する。誘導モータ１に流せる最大電流は、例えば、インバータの電流供給能力や、モータの磁気飽和特性を考慮して決定する。

図１１は、第３の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。第３の実施形態におけるトルク応答改善演算器１８は、目標磁束演算器１８１と、磁束推定演算器１８２と、電流指令上限値算出器３００と、ロータ磁束比率演算器３１０と、下限制限器３２０と、乗算器３３０と、励磁電流指令値制限器３４０と、トルク電流指令値制限器３５０とを備える。

余裕電流値ΔＩｓは、最大電流Ｉｓ＿ｍａｘ、励磁電流指令値ｉγｓ^＊、および、トルク電流指令値ｉδｓ^＊に基づいて、次式（１３）により求めることができる。

電流指令上限値算出器３００は、式（１３）により算出された余裕電流値Ｉｓを用いて、次式（１４）、（１５）より、励磁電流指令制限値およびトルク電流指令制限値を算出する。

式（１４）、（１５）では、励磁電流指令値ｉγｓ^＊とトルク電流指令値ｉδｓ^＊との比率に応じて、余裕電流値Ｉｓを加算したが、次式（１６）、（１７）のように、余裕電流値Ｉｓを等分して加算するようにしてもよい。

図１２（ａ）は、式（１４）、（１５）によって励磁電流指令制限値およびトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図であり、図１２（ｂ）は、式（１６）、（１７）によって励磁電流指令制限値およびトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図である。

励磁電流指令値制限器３４０は、励磁電流指令値ｉγｓ^＊と、式（１４）または式（１６）で算出される励磁電流指令制限値とを比較し、低い方の値を最終的な励磁電流指令値とする。

同様に、トルク電流指令値制限器３５０は、トルク電流指令値ｉδｓ^＊＊と式（１５）または式（１７）で算出されるトルク電流指令制限値とを比較し、低い方の値を最終的なトルク電流指令値とする。

図１３は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第３の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、第１の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。図１３（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ、励磁電流指令値ｉγｓ^＊、トルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊、総電流指令値Ｉｓ、励磁電圧指令値Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値Ｖδｓ^＊、電源角速度ω、すべり角速度ωｓｅ、モータトルク指令値の時間変化をそれぞれ表している。ただし、各指令値のグラフには実際の値（実値）も合わせて示している。

図１３に示すように、第３の実施形態における誘導モータの制御装置では、第１の実施形態における誘導モータの制御装置に比べて、励磁電流指令値およびトルク電流指令値の制限値（上限値）が大きくなっている。これにより、電流指令値が上限値で制限された場合には、電流を最大まで大きくしていることになるので、トルク応答性をさらに向上させることができる。

以上、第３の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、誘導モータ１に流すことができる最大電流に基づいて、励磁電流指令値の上限値およびトルク電流指令値の上限値を算出し、補正後のトルク電流指令値がトルク電流指令値の上限値を超えないように制限する。すなわち、最大電流の制約を満たす範囲内の余裕電流値を算出し、余裕電流値を考慮して、励磁電流指令値の上限値とトルク電流指令値の上限値を設定するので、励磁電流指令値およびトルク電流指令値の上限値を拡大することができ、よりトルク応答性を向上させることができる。

−第３の実施形態の変形例−
図１４は、第３の実施形態の変形例における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。図１１に示す構成と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。図１４に示す構成が図１１に示す構成と異なるのは、トルク電流指令値制限器３５０が省かれていることと、電流指令上限値算出器３００で算出されたトルク電流指令制限値が下限制限器３２０に入力されていることである。

ロータ磁束比率演算器１８８に入力されるロータ磁束推定値φ＾_γｒは、零以外の値でなければならない。第３の実施形態の変形例では、ロータ磁束推定値φ＾_γｒの下限を式（１５）または式（１７）で算出されるトルク電流指令制限値を用いて制限することによって、結果的にトルク電流指令値の上限を制限する。これにより、ロータ磁束推定値φ＾_γｒの零割防止のための下限制限と、トルク電流指令値の上限制限とを両立させることができる。

−第４の実施形態−
第３の実施形態における誘導モータの制御装置では、誘導モータ１に流せる最大電流と、励磁電流指令値ｉγｓ^＊と、トルク電流指令値ｉδｓ^＊とに基づいて、最大電流の制約を満たす範囲内の余裕電流値を算出し、余裕電流値を励磁電流指令値とトルク電流指令値とに再配分した。第４の実施形態における誘導モータの制御装置では、算出した余裕電流値を全てトルク電流指令値に再配分する。

電流指令上限値算出器３５０は、式（１３）により算出された余裕電流値Ｉｓを用いて、次式（１８）より、トルク電流指令制限値を算出する。

図１５は、第４の実施形態における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。図１１に示す第３の実施形態におけるトルク応答改善演算器１８の構成と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。図１５に示す構成が図１１に示す構成と異なるのは、励磁電流指令値制限器３４０が省かれていることである。

図１６は、式（１８）によってトルク電流指令制限値を算出する場合の考え方を可視化した図である。

トルク電流指令値制限器３５０は、トルク電流指令値ｉδｓ^＊＊と式（１８）で算出されるトルク電流指令制限値とを比較し、低い方の値を最終的なトルク電流指令値とする。

図１７は、トルク指令値の立ち上がり（増加）時に、第４の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御と、第３の実施形態における誘導モータの制御装置によるトルク制御の制御結果を比較した図である。図１７（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ、励磁電流指令値ｉγｓ^＊、トルク電流指令値ｉ_δｓ＿１ ^＊＊、総電流指令値Ｉｓ、励磁電圧指令値Ｖγｓ^＊、トルク電圧指令値Ｖδｓ^＊、電源角速度ω、すべり角速度ωｓｅ、モータトルク指令値の時間変化をそれぞれ表している。ただし、各指令値のグラフには実際の値（実値）も合わせて示している。

図１７に示すように、励磁電流指令制限値は、第４の実施形態における誘導モータの制御装置の方が第３の実施形態における誘導モータの制御装置より小さくなる。しかし、トルク電流指令制限値は、第４の実施形態における誘導モータの制御装置の方が第３の実施形態における誘導モータの制御装置よりも大きくなる。従って、トルク電流指令値がトルク電流指令制限値で制限される場合には、第３の実施形態よりも第４の実施形態の方がトルク応答性が向上する。

以上、第４の実施形態における誘導モータの制御装置によれば、励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、誘導モータに流すことができる最大電流に基づいて、電流余裕分を全てトルク電流指令値に配分するようにトルク電流指令値の上限値を算出し、補正後のトルク電流指令値がトルク電流指令値の上限値を超えないように制限する。すなわち、最大電流の制約を満たす範囲内の余裕電流値を算出し、余裕電流値を考慮して、トルク電流指令値の上限値を設定するので、第３の実施形態よりもさらにトルク電流指令値の上限値を拡大することができ、よりトルク応答性を向上させることができる。

−第４の実施形態の変形例−
図１８は、第４の実施形態の変形例における誘導モータの制御装置において、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示す図である。図１５に示す構成と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。図１８に示す構成が図１５に示す構成と異なるのは、トルク電流指令値制限器３５０が省かれていることと、電流指令上限値算出器３００で算出されたトルク電流指令制限値が下限制限器３２０に入力されていることである。

ロータ磁束比率演算器１８８に入力されるロータ磁束推定値φ＾_γｒは、零以外の値でなければならない。第４の実施形態の変形例では、ロータ磁束推定値φ＾_γｒの下限を式（１８）で算出されるトルク電流指令制限値を用いて制限することによって、結果的にトルク電流指令値の上限を制限する。これにより、ロータ磁束推定値φ＾_γｒの零割防止のための下限制限と、トルク電流指令値の上限制限とを両立させることができる。

なお、式（１８）で算出されるトルク電流指令制限値を用いた下限値は、次式（１９）で表される。

本発明は、上述した各実施形態に限定されることはない。なお、上述した各実施形態における制御は、適宜組み合わせることができる。

１…誘導モータ
１３…電流指令値演算器
１８…トルク応答改善演算器
１８１…目標磁束演算器（ロータ磁束目標値演算手段）
１８２…磁束推定演算器（ロータ磁束推定値演算手段）
１８５…トルク電流補正部（トルク電流指令値補正手段）
１８６…ロータ磁束比率演算器（ロータ磁束比率演算手段）
３００…電流指令上限値算出器（上限値算出手段）
３４０…励磁電流指令値制限器
３５０…トルク電流指令値制限器（上限値制限手段）

Claims (10)

1. 励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、すべり角周波数に基づいて、誘導モータのトルク制御を行う誘導モータの制御方法であって、
   励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束目標値を演算するステップと、
   前記励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束推定値を演算するステップと、
   前記ロータ磁束目標値および前記ロータ磁束推定値に基づいて、前記トルク電流指令値を補正するステップと、
   を有することを特徴とする誘導モータの制御方法。
2. 請求項１に記載の誘導モータの制御方法において、
   前記ロータ磁束目標値と前記ロータ磁束推定値との比率を演算するステップをさらに備え、
   前記トルク電流指令値を補正するステップでは、前記ロータ磁束目標値と前記ロータ磁束推定値との比率を、前記トルク電流指令値に乗算することによって、前記トルク電流指令値を補正する、
   ことを特徴とする誘導モータの制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導モータの制御方法において、
   前記励磁電流指令値、前記トルク電流指令値、および、前記誘導モータに流すことができる最大電流に基づいて、前記励磁電流指令値の上限値および前記トルク電流指令値の上限値を算出するステップと、
   前記補正されたトルク電流指令値が前記トルク電流指令値の上限値を超えないように制限するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする誘導モータの制御方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の誘導モータの制御方法において、
   前記励磁電流指令値、前記トルク電流指令値、および、前記誘導モータに流すことができる最大電流に基づいて、電流余裕分を全て前記トルク電流指令値に配分するように前記トルク電流指令値の上限値を算出するステップと、
   前記補正されたトルク電流指令値が前記トルク電流指令値の上限値を超えないように制限するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする誘導モータの制御方法。
5. 請求項１に記載の誘導モータの制御方法において、
   前記トルク電流指令値を補正するステップでは、前記ロータ磁束目標値および前記ロータ磁束推定値の差分に基づいて、前記トルク電流指令値を補正する、
   ことを特徴とする誘導モータの制御方法。
6. 励磁電流指令値、トルク電流指令値、および、すべり角周波数に基づいて、誘導モータのトルク制御を行う誘導モータの制御装置であって、
   励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束目標値を演算するロータ磁束目標値演算手段と、
   前記励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束推定値を演算するロータ磁束推定値演算手段と、
   前記ロータ磁束目標値および前記ロータ磁束推定値に基づいて、前記トルク電流指令値を補正するトルク電流指令値補正手段と、
   を備えることを特徴とする誘導モータの制御装置。
7. 請求項６に記載の誘導モータの制御装置において、
   前記ロータ磁束目標値と前記ロータ磁束推定値との比率を演算するロータ磁束比率演算手段をさらに備え、
   前記トルク電流指令値補正手段は、前記ロータ磁束目標値と前記ロータ磁束推定値との比率を、前記トルク電流指令値に乗算することによって、前記トルク電流指令値を補正する、
   ことを特徴とする誘導モータの制御装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の誘導モータの制御装置において、
   前記励磁電流指令値、前記トルク電流指令値、および、前記誘導モータに流すことができる最大電流に基づいて、前記励磁電流指令値の上限値および前記トルク電流指令値の上限値を算出する上限値算出手段と、
   前記トルク電流指令値補正手段によって補正されたトルク電流指令値が前記トルク電流指令値の上限値を超えないように制限する上限値制限手段と、
   をさらに備えることを特徴とする誘導モータの制御装置。
9. 請求項６または請求項７に記載の誘導モータの制御装置において、
   前記励磁電流指令値、前記トルク電流指令値、および、前記誘導モータに流すことができる最大電流に基づいて、電流余裕分を全て前記トルク電流指令値に配分するように前記トルク電流指令値の上限値を算出する上限値算出手段と、
   前記トルク電流指令値補正手段によって補正されたトルク電流指令値が前記トルク電流指令値の上限値を超えないように制限する上限値制限手段と、
   をさらに備えることを特徴とする誘導モータの制御装置。
10. 請求項６に記載の誘導モータの制御装置において、
    前記トルク電流指令値補正手段は、前記ロータ磁束目標値および前記ロータ磁束推定値の差分に基づいて、前記トルク電流指令値を補正する、
    ことを特徴とする誘導モータの制御装置。

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