JP2015035885A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線界磁モータの出力トルクの応答性を向上させる。
【解決手段】モータ制御装置は、巻線界磁モータの目標モータトルクに基づいて、界磁電流指令値を算出する電流指令値演算器１３と、目標モータトルクに基づいて、界磁電流よりも電流応答性が速い、巻線界磁モータのトルク成分であるトルク電流の指令値を算出するｑ軸電流指令値演算器１８１と、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための補充電流指令値を算出するｑ軸電流補正値演算器１８２と、トルク電流の指令値に補充電流指令値を加算して、補正後のトルク電流指令値を算出する加算器１８３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、巻線界磁モータの制御装置に関する。

非特許文献１や非特許文献２には、一般的な同期モータのベクトル制御が開示されている。

内藤治夫編著「実用モータドライブ制御系設計とその実際」、初版、日本テクノセンター、２００６年２月２０日、ｐ１９１−２３０ 杉本英彦他著「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」、第７版、総合電子出版社、２００５年７月１０日

ここで、上記非特許文献１や非特許文献２に記載されている同期モータの制御系を、巻線界磁モータに単純に適用すると、巻線界磁モータの界磁電圧は、界磁用電源電圧を上限として制限されるため、界磁電圧が界磁用電源電圧に達している状態では、界磁電流の応答性が遅くなる。この結果、モータ出力トルクの応答性が低下するという問題が生じる。

本発明は、巻線界磁モータの出力トルク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。

本発明によるモータ制御装置は、電流指令値に基づいて巻線界磁モータの制御を行う。このモータ制御装置において、巻線界磁モータの目標モータトルクに基づいて、界磁電流指令値を算出する界磁電流指令値算出手段と、目標モータトルクに基づいて、界磁電流よりも電流応答性が速い、巻線界磁モータのトルク成分である電流の第１の電流指令値を算出する第１電流指令値算出手段と、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための第１の補充電流指令値を算出する第１の補充電流指令値算出手段と、第１の電流指令値に第１の補充電流指令値を加算して、補正後の第１の電流指令値を算出する第１の加算手段とを備える。

本発明によれば、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための補充電流指令値を算出し、算出した補充電流指令値を、巻線界磁モータのトルク成分である電流の電流指令値に加算して補正後の電流指令値を算出するので、界磁電圧が上限値で制限されているような場合でも、モータの出力トルクの応答性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モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図４は、第２の実施形態におけるトルク応答改善演算器の構成を示すブロック図である。 図５は、第２実施形態におけるトルク応答改善演算器の別の構成を示すブロック図である。 図６は、第２実施形態におけるトルク応答改善演算器１８のさらに別の構成を示すブロック図である。 図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図８は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成部を示すブロック図である。 図９は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１０は、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の構成に対して、フィルタを追加したブロック図である。 図１１は、図１０に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１２は、図４の構成に対してフィルタを追加したブロック図である。 図１３は、図５の構成に対してフィルタを追加したブロック図である。 図１４は、第４の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成部を示すブロック図である。 図１５は、第４の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１６は、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の構成に対して、下限リミッタを追加したブロック図である。 図１７は、図１６に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１８は、図４の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。 図１９は、図５の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。 図２０は、図２の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。 図２１は、図２０に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図２２は、図１０の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。 図２３は、図２２に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図２４は、図１２の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。 図２５は、図１３の構成に対して下限リミッタを追加したブロック図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、例えば、電気自動車に適用される。なお、電気自動車以外に、例えば、ハイブリッド自動車や、自動車以外のシステムに適用することも可能である。

モータ１は、三相交流巻線界磁モータである。モータ制御装置が電気自動車に適用される場合、モータ１は車両の駆動源となる。

ＰＷＭ変換器６は、三相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊に基づいて、三相電圧型インバータ３のスイッチング素子（ＩＧＢＴなど）のＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ駆動信号Ｄ_ｕｕ ^＊、Ｄ_ｕｌ ^＊、Ｄ_ｖｕ ^＊、Ｄ_ｖｌ ^＊、Ｄ_ｗｕ ^＊、Ｄ_ｗｌ ^＊を生成する。

インバータ３は、ＰＷＭ変換器６によって生成される駆動信号に基づいて、直流電源２の直流電圧を交流電圧Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗに変換し、モータ１に供給する。直流電源２は、例えば積層型リチウムイオンバッテリである。

電流センサ４は、インバータ３からモータ１に供給される三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流（例えば、Ｕ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ）を検出する。検出された２相の電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖは、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号ｉ_ｕｓ、ｉ_ｖｓに変換され、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１に入力される。なお、電流センサ４を２相のみに取り付ける場合、残りの１相の電流ｉ_ｗｓは、次式（１）により求めることができる。

磁極位置検出器５は、モータ１の電気子位置（角度）に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスを出力し、パルスカウンタ８を通して電気子機械角度θ_ｒｍが得られる。角速度演算器９は、電気子機械角度θ_ｒｍを入力して、その時間変化率より、電気子機械角速度ω_ｒｍ、および電気子機械角速度ω_ｒｍにモータ極対数ｐを乗じた電気子電気角速度ω_ｒｅを求める。

ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２は、電気角速度ω_ｒｅで回転する直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。具体的には、ｄ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖ_ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖ_ｑ ^＊と、電気角速度ω_ｒｅを積分した電気角θ_ｒｅを入力し、次式（２）による座標変換処理を行うことによって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を算出し、出力する。ただし、式（２）中のθ_ｒｅ’はθ_ｒｅと同一である。

３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１は、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）への変換を行なう。具体的には、Ｕ相電流ｉ_ｕｓ、Ｖ相電流ｉ_ｖｓ、Ｗ相電流i_ｗｓと、電気角速度ω_ｒｅを積分した電気角θ_ｒｅを入力し、次式（３）より、ｄ軸電流（磁束電流）ｉ_ｄ、ｑ軸電流（トルク電流）ｉ_ｑを算出する。

電流指令値演算器１３は、目標モータトルクＴ^＊、モータ回転数（機械角速度ω_rm）、ＤＣ電圧Ｖｄｃを入力し、ｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊、ｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を算出する。ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊は各々、目標モータトルクＴ^＊、モータ回転数（機械角速度ω_ｒｍ）、ＤＣ電圧Ｖ_ｄｃと、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊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で求めることができる。電流指令値演算器１３は、また、後述する界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊についても同様に、マップデータを参照して算出する。

ただし、本実施形態では、後述するように、トルク応答改善演算器１８においてｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を算出する。すなわち、電流指令値演算器１３は、ｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊およびｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を算出可能であるが、ｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊だけを算出する。

非干渉制御器１７は、ｄ軸電流（磁束電流）ｉ_ｄ、ｑ軸電流（トルク電流）ｉ_ｑ、電気角速度ω_ｒｅを入力して、ｄ−ｑ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖ^＊ _{ｄ_dcpl}、Ｖ^＊ _{ｑ_dcpl}を次式（４）より算出する。ただし、式（４）中のｓはラプラス演算子であり、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ_ｄ、Ｌ_ｑは固定子の自己インダクタンスである。

また、定常状態のみを考慮すると、次式（５）が成り立つ。

ｄ軸電流制御器１５、ｑ軸電流制御器１６はそれぞれ、ｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊に、計測されたｄ軸電流（磁束電流）ｉ_ｄ、ｑ軸電流（トルク電流）ｉ_ｑを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。通常、非干渉制御器１７によるｄ−ｑ直交座標軸間の干渉電圧を相殺する制御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。ｄ軸電流制御器１５、ｑ軸電流制御器１６の出力である各電圧指令値を、非干渉制御器１７の出力である非干渉電圧Ｖ_{ｄ_dcpl}、Ｖ_{ｑ_dcpl}を用いて補正（加算）した値を、ｄ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖ_ｑ ^＊とする。

界磁電流制御器２０は、モータのステータ側の電流（ｄ軸電流、ｑ軸電流）とは異なるロータ側の電流を制御するものであって、電流指令値演算器１３で演算された界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊に、計測された界磁電流ｉ_ｆを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。

ここで、界磁電流を流すための界磁用電源の電圧は、ステータのコイルに電流を流すための主電源の電圧と比べて低いため、例えば、界磁電圧が界磁用電源の電圧に達している状態では、界磁電流の応答性が遅くなる。また、電圧が大きい界磁用電源を用いると、コストが増大してしまう。従って、本実施形態では、トルク応答改善演算器１８において、界磁電流の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値を算出し、算出した電流補正値をトルク電流指令値に加算することによって、界磁電流の遅れを補償する。

トルク応答改善演算器１８が行う制御内容について、以下で説明する。

非突極型の巻線界磁モータのトルク式は、次式（６）で表される。ただし、Ｍは相互インダクタンス、ｐは極対数である。

ここで、電圧制限を考えると、ｉ_ｆ＝１／（τ_ｆｓ＋１）×ｉ_ｆ ^＊、ｉ_ｑ＝１／（τ_ｑｓ＋１）×ｉ_ｑ ^＊（τ_ｆ＞τ_ｑ）である。

トルク応答改善演算器１８は、トルク指令値Ｔ^＊と、遅い応答の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を入力し、式（６）を変形して得られる式（７）によって、ｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊を算出するとともに、次式（８）によって、ｑ軸電流補正値（ｑ軸補充電流指令値）i_ｑ ^＊＊’を算出し、算出したｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊とｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊を算出する。ただし、式（７）および（８）中の界磁電流ｉ_ｆは、実電流ではなく推定値を用いることもできる。

図２は、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８は、ｑ軸電流指令値演算器１８１と、ｑ軸電流補正値演算器１８２と、加算器１８３とを備える。

なお、図２において、Ｇｐ（ｓ）は、モータ１を表し、Ｇｃ（ｓ）は、トルク応答改善演算器１８とモータ１との間にある制御ブロックを表した制御モデルを表している。

ｑ軸電流指令値演算器１８１は、式（７）よりｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊を算出する。ｑ軸電流補正値演算器１８２は、式（８）よりｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’を算出する。このｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’は、界磁電流の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値である。加算器１８３は、ｑ軸電流指令値演算器１８１によって算出されたｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊と、ｑ軸電流補正値演算器１８２によって算出されたｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊を求める。

図３は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図３（ａ）〜（ｈ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、トルク指令値、実トルク、ステップ状のトルク指令値を１とした場合の実トルクの応答性をそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。図３中の従来例とは、トルク応答改善演算器１８を備えていない従来のモータ制御装置のことである。

第１の実施形態におけるモータ制御装置では、速い応答の電流であるｑ軸電流指令値に、界磁電流の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値を加算することによって、界磁電流の応答遅れをトルク電流で補う。すなわち、速い応答の電流であるｑ軸電流を電流制限値まで利用することにより（図３（ｂ）参照）、モータトルクの応答性を改善する（図３（ｇ）、（ｈ）参照）。よって、磁束電流の遅れ要素なく高応答化処理を施すことで、電圧／電流を最大限に利用し、トルクの高応答化が実現可能となる。ただし、図３では、速い応答の電流であるｑ軸電流も無限大に利用することはできないため、電流制限値を設けた例の制御結果を示している。

なお、電流補正値を算出する際に用いるモータパラメータは動作条件によって変動するので、この変動を補償するためのパラメータ変動補償器を設けるようにしてもよい。

以上、第１の実施形態におけるモータ制御装置は、巻線界磁モータの目標モータトルクに基づいて、界磁電流指令値を算出するとともに、目標モータトルクに基づいて、界磁電流よりも電流応答性が速い、巻線界磁モータのトルク成分である電流（トルク電流）の電流指令値（トルク電流指令値）i_ｑ ^＊＊を算出する。また、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値i_ｑ ^＊＊’を算出し、トルク電流指令値i_ｑ ^＊＊に電流補正値i_ｑ ^＊＊’を加算することによって、補正後のトルク電流指令値i_ｑ ^＊を算出する。これにより、界磁電流の遅れを速い応答のトルク電流で補うことができるので、例えば、界磁電圧が上限値で制限されているような場合でも、モータの出力トルクの応答性を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態におけるモータ制御装置では、界磁電流に比べて速い応答の電流であるｑ軸電流指令値に、界磁磁束の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値を加算することによって、界磁電流の応答遅れをトルク電流で補った。第２の実施形態におけるモータ制御装置では、ｑ軸電流指令値を補正するだけでなく、界磁電流に比べて速い応答の電流であるｄ軸電流の指令値に、界磁電流の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値を加算することによって、界磁電流の応答遅れを磁束電流でも補う。

図４は、第２の実施形態におけるトルク応答改善演算器１８の構成を示すブロック図である。以下では、トルク応答改善演算器１８の内部で行われる処理内容について説明する。

第２の実施形態において、モータ１は突極型の巻線界磁モータである。一般的な突極型の巻線界磁モータのトルク式は、次式（９）で表される。ただし、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ_ｄはｄ軸自己インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸自己インダクタンス、ｐは極対数である。

なお、式（９）において、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｑとすると、非突極型の巻線界磁モータのトルク式となる。

ｄ軸電流指令値i_ｄ ^＊＊とｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊との関係を電流比率Ｋを用いて式（１０）で表せる場合、トルク式は式（１１）で表せることから、ｑ軸電流補正値（ｑ軸補充電流指令値）i_ｑ ^＊＊’およびｄ軸電流補正値（ｄ軸補充電流指令値）i_ｄ ^＊＊’は、次式（１２）で表せる。ただし、式（１１）において、Ｒｌｃｔ＝Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ、i_ｄ＝Ｋ・i_ｑである。

電流比率Ｋは、モータ効率やトルクの影響度等を考慮して決定する。例えば、高効率となる電流比率Ｋを予めモータ特性から決めておく。高効率時のi_ｑ ^＊とi_ｄ ^＊との電流比率が１０：１の場合であって、高効率で電流を最大限まで利用したい場合には、Ｋ＝０．１となる。また、ｄ軸電流とｑ軸電流の所望の補正比率としてＫを定めることもできる。

トルク応答改善演算器１８は、電流指令値演算器１３で求められるｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を入力するとともに、式（１２）よりｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’を算出し、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊とｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊を算出する。また、入力したｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊と式（１０）からｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊を算出するとともに、式（１２）からｄ軸電流補正値i_ｄ ^＊＊’を算出し、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊とｄ軸電流補正値i_ｄ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｄ軸電流指令値i_ｄ ^＊を算出する。

図５は、第２実施形態におけるトルク応答改善演算器１８の別の構成を示すブロック図である。図５に示すトルク応答改善演算器１８は、電流指令値演算器１３で求められるｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊を入力するとともに、式（１２）よりｄ軸電流補正値i_ｄ ^＊＊’を算出し、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊とｄ軸電流補正値i_ｄ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｄ軸電流指令値i_ｄ ^＊を算出する。また、入力したｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊と式（１０）からｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を算出するとともに、式（１２）からｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’を算出し、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊とｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊を算出する。

図６は、第２実施形態におけるトルク応答改善演算器１８のさらに別の構成を示すブロック図である。図６に示すトルク応答改善演算器１８は、電流指令値演算器１３で求められるｄ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_ｄ ^＊＊およびｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_ｑ ^＊＊を入力する。ただし、ｄ軸電流指令値i_ｄ ^＊＊とｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊＊との間には、式（１０）の関係が成り立っている。トルク応答改善演算器１８は、式（１２）よりｄ軸電流補正値i_ｄ ^＊＊’およびｑ軸電流補正値i_ｑ ^＊＊’を算出して、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊＊およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊にそれぞれ加算することによって、補正後のｄ軸電流指令値i_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値i_ｑ ^＊を算出する。

図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図７では、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図７（ａ）〜（ｈ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、トルク指令値、実トルク、ステップ状のトルク指令値を１とした場合の実トルクの応答性をそれぞれ表している。

上述したように、本実施形態では、ｑ軸電流指令値だけでなく、ｄ軸電流指令値に対しても、界磁磁束の遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値を加算することによって、界磁電流の応答遅れを補うので、例えば、界磁電圧Ｖｆが電圧リミッタで制限されている場合でも、モータトルクの高応答化を実現することができる（図７（ｇ）、（ｈ）参照）。また、リラクタンストルクを活用して、ｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）が過大となるのを防ぎ、電流ベクトルＩａのピークを抑えた状態で（図７（ｃ）参照）、モータトルクの応答性を改善することができる。

以上、第２の実施形態におけるモータ制御装置は、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値i_ｑ ^＊＊’によって、トルク電流指令値i_ｑ ^＊＊を補正する構成に加えて、界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための電流補正値i_ｄ ^＊＊’を算出し、算出した電流補正値i_ｄ ^＊＊’を、界磁電流よりも電流応答性が速い、巻線界磁モータの励磁成分である電流（磁束電流）の電流指令値i_ｄ ^＊＊に加算して、補正後の磁束電流指令値i_ｄ ^＊を算出する。これにより、界磁電流の遅れを速い応答のトルク電流だけでなく磁束電流でも補うので、トルク電流指令値が過大となるのを防ぎつつ、例えば、界磁電圧が上限値で制限されているような場合でも、モータの出力トルクの応答性を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成部を示すブロック図である。図８に示す構成は、図２に示す構成に対して、フィルタ８１が追加されている。また、電流指令演算器１３には、フィルタ８１で時間遅れ処理が施された目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクＴ^＊が入力される。

目標モータトルクＴ_１ ^＊は、アクセル開度に応じて求められるトルク指令値であり、高速応答は必要とされない。目標モータトルクＴ_２ ^＊は、捻り振動やモータの回転振動を打ち消すために速い応答が必要とされるトルク指令値である。

フィルタ８１は、アクセル開度に応じて定まる目標モータトルクＴ_１ ^＊の応答時間より少なくとも長い時間、目標モータトルクＴ_１ ^＊を遅らせる。

電流指令演算器１３には、次式（１３）で表される目標モータトルクＴ^＊が入力される。ただし、式（１３）中のτ_T1は、フィルタ８１で時間遅れ処理を行う際の時定数である。

図９は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図９では、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図９（ａ）〜（ｈ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、トルク指令値、実トルク、ステップ状のトルク指令値を１とした場合の実トルクの応答性をそれぞれ表している。ただし、図９（ｇ）において、第３の実施形態の実トルクは、高速応答が必要なトルクＴ_２を表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。

本実施形態では、高速応答が必要な目標モータトルクＴ_２ ^＊に対しては遅れ要素なく高応答化処理を施すので、所望のトルクを実現可能となる。また、高速応答が不必要な目標モータトルクＴ_１ ^＊に遅れ処理を施すことで、高速応答が必要な目標モータトルクＴ_２ ^＊に対してトルク電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難くなる（図９（ｂ）、（ｃ）参照）。

図１０は、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の構成に対して、フィルタ８１を追加したブロック図である。すなわち、電流指令演算器１３には、フィルタ８１で時間遅れ処理が施された目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクＴ^＊が入力される。

図１１は、図１０に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図１１では、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図１１（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、目標モータトルクＴ_１ ^＊、実モータトルクＴ_１、目標モータトルクＴ_２ ^＊、実モータトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。

上述したように、高速応答が必要な目標モータトルクＴ_２ ^＊に対しては遅れ要素なく高応答化処理を施すので、所望のトルクを実現可能となる。また、高速応答が不必要な目標モータトルクＴ_１ ^＊に遅れ処理を施すことで、電流制限および電圧制限にかかり難くすることができる（図１１（ｃ）、（ｅ）参照）。また、第２の実施形態におけるモータ制御装置と比べて、モータトルクＴ_２の応答が改善されている。

図４や図５の構成に対してフィルタ８１を追加した構成とすることもできる。図１２は、図４の構成に対してフィルタ８１を追加したブロック図であり、図１３は、図５の構成に対してフィルタ８１を追加したブロック図である。

以上、第３の実施形態におけるモータ制御装置によれば、目標モータトルクＴ^＊は、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊、および、第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊よりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクＴ_１ ^＊を含む。高速応答が必要な第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊に対しては遅れ要素なく高応答化処理を施すので、所望のトルクを実現可能となる。また、高速応答が不必要な第２の目標モータトルクＴ_１ ^＊に遅れ処理を施すことで、高速応答が必要な第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊に対してトルク電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難くなり、モータの出力トルクの応答性を向上させることができる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態におけるモータ制御装置では、フィルタ８１で遅れ処理が行われた目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクＴ^＊がゼロまたはゼロ近傍（所定トルク以下）の場合でも、遅い応答である界磁電流指令値Ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定値以上とする。

図１４は、第４の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成部を示すブロック図である。図１４に示す構成は、図８に示す第３の実施形態におけるモータ制御装置の構成に対して、電流指令値演算器１３の後段に、下限リミッタ１４１が追加されている。

下限リミッタ１４１は、電流指令値演算器１３から出力される界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊が０より大きい所定の下限値以上となるようなリミッタ処理を行う。すなわち、遅れ処理が行われた目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクＴ^＊がゼロまたはゼロ近傍の場合でも、遅い応答である界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定の下限値以上となるようにする。

図１５は、第４の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図１５では、図８に示す第３の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図１５（ａ）〜（ｈ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、トルク指令値、実トルク、ステップ状のトルク指令値を１とした場合の実トルクの応答性をそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。

上述したように、本実施形態では、目標モータトルクＴ^＊がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定量出力するので（図１５（ｄ）参照）、磁束ゼロ近郷でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図１５（ｈ）参照）。

図１６は、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の構成に対して、下限リミッタ１４１を追加したブロック図である。

図１７は、図１６に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図１７では、図６に示す第２の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図１７（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、目標モータトルクＴ_１ ^＊、実モータトルクＴ_１、目標モータトルクＴ_２ ^＊、実モータトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。上述したように、本実施形態では、目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定量出力するので（図１７（ｄ）参照）、磁束ゼロ近郷でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図１７（ｉ）、（ｊ）参照）。

図４や図５の構成に対して下限リミッタ１４１を追加した構成とすることもできる。図１８は、図４の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図であり、図１９は、図５の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図である。

図２の構成に対して下限リミッタ１４１を追加した構成とすることもできる。図２０は、図２の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図である。

図２１は、図２０に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図２１では、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図２１（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、目標モータトルクＴ_１ ^＊、実モータトルクＴ_１、目標モータトルクＴ_２ ^＊、実モータトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。上述したように、本実施形態では、目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定量出力するので（図２１（ｄ）参照）、磁束ゼロ近郷でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図２１（ｉ）、（ｊ）参照）。

図１０の構成に対して下限リミッタ１４１を追加した構成とすることもできる。図２２は、図１０の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図である。

図２３は、図２２に示す構成のモータ制御装置の制御結果を示す図である。比較のため、図２２では、図１０に示す構成の第３の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も合わせて示している。図２３（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流i_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、目標モータトルクＴ_１ ^＊、実モータトルクＴ_１、目標モータトルクＴ_２ ^＊、実モータトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。また、横軸は時間（ｓ）を表している。上述したように、本実施形態では、目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定量出力するので（図２３（ｄ）参照）、磁束ゼロ近郷でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図２３（ｉ）、（ｊ）参照）。

図１２や図１３の構成に対して下限リミッタ１４１を追加した構成とすることもできる。図２４は、図１２の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図であり、図２５は、図１３の構成に対して下限リミッタ１４１を追加したブロック図である。

以上、第４の実施形態におけるモータ制御装置によれば、目標モータトルクＴ^＊が所定トルク以下の場合であっても、界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊が０より大きい所定値以上となるように下限値を制限する下限リミッタ１４１をさらに備える。これにより、磁束ゼロ近郷でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。

１…巻線界磁モータ
１８…トルク応答改善演算器（第２電流指令値算出手段、第２補充電流指令値算出手段、第２の加算手段）
１８１…ｑ軸電流指令値演算器（第１電流指令値算出手段）
１８２…ｑ軸電流補正値演算器（第１の補充電流指令値算出手段）
１８３…加算器（第１の加算手段）
１４１…下限リミッタ（下限値制限手段）

Claims (4)

1. 電流指令値に基づいて巻線界磁モータの制御を行うモータ制御装置であって、
   巻線界磁モータの目標モータトルクに基づいて、界磁電流指令値を算出する界磁電流指令値算出手段と、
   前記目標モータトルクに基づいて、界磁電流よりも電流応答性が速い、前記巻線界磁モータのトルク成分である電流の第１の電流指令値を算出する第１電流指令値算出手段と、
   界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための第１の補充電流指令値を算出する第１の補充電流指令値算出手段と、
   前記第１の電流指令値に前記第１の補充電流指令値を加算して、補正後の第１の電流指令値を算出する第１の加算手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記目標モータトルクに基づいて、界磁電流よりも電流応答性が速い、前記巻線界磁モータの励磁成分である電流の第２の電流指令値を算出する第２電流指令値算出手段と、
   界磁電流の応答遅れによって得られない所望トルクを補うための第２の補充電流指令値を算出する第２補充電流指令値算出手段と、
   前記第２の電流指令値に前記第２の補充電流指令値を加算して、補正後の第２の電流指令値を算出する第２の加算手段と、
   をさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記目標モータトルクは、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルク、および、前記第１の目標モータトルクよりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクを含む、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
   前記目標モータトルクが所定トルク以下の場合であっても、前記界磁電流指令値算出手段で算出される界磁電流指令値が０より大きい所定値以上となるように下限値を制限する下限値制限手段をさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。

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