JP2021136795A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御対象に応じた非干渉項を求めることができる。【解決手段】電流振幅指令値及び電流位相指令値からｄ軸鎖交磁束を求め、前記ｄ軸鎖交磁束から前記ｄ軸に含まれる前記ｑ軸の干渉成分を相殺するための第１非干渉項を求め、前記第１非干渉項に基づいてｄ軸電流追従指令値を補正することで前記ｄ軸電圧指令値を演算する第１非干渉制御部と、前記電流振幅指令値及び前記電流位相指令値からｑ軸鎖交磁束を求め、前記ｑ軸鎖交磁束から前記ｑ軸に含まれる前記ｄ軸の干渉成分を相殺するための第２非干渉項を求め、前記第２非干渉項に基づいてｑ軸電流追従指令値を補正することで前記ｑ軸電圧指令値を演算する第２非干渉制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

交流モータをｄ軸及びｑ軸にてベクトル制御するモータ制御装置が知られている。このモータ制御装置は、ＰＩ制御を用いてｄ軸電流及がｄ軸指令電流Ｉd＊に追従し、ｑ軸検出電流がｑ軸指令電流Ｉq＊に追従するようにフィードバック制御によりｄ軸指令電圧Ｖd＊及びｑ軸指令電圧Ｖq＊を制御し、このｄ軸指令電圧Ｖd＊及びｑ軸指令電圧Ｖq＊に基づいて交流モータの駆動を制御している。

ここで、ｄ軸電流にはｑ軸電流に依存する干渉成分が含まれており、同様にｑ軸電流にはｄ軸電流に依存する干渉成分が含まれている。したがって、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御できない。そこで、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御可能とするために、その干渉成分を相殺する非干渉項を求め、その非干渉項をフィードフォワード制御する非干渉制御が行われている（特許文献１）。

ｄ軸に対する非干渉項（以下、「第１非干渉項」という。）は、−ω・Ｌｑ・ｉｑで表され、ｑ軸に対する非干渉項（以下、「第２非干渉項」という。）は、ω（Ｌｄ・ｉｄ＋φａ）で表される。なお、ω：交流モータの角速度、Ｌｑ：ｑ軸の自己インダクタンス（固定値）、Ｌｄ：ｄ軸の自己インダクタンス（固定値）、φａ：交流モータの鎖交磁束、である。よって、モータ制御装置は、上記数式にパラメータを入力することで第１非干渉項及び第２非干渉項を求める。

特開２００４−４０８６１号公報

ところで、第１非干渉項及び第２非干渉項を求めるにあたって、自己インダクタンスＬｑ，Ｌｑは固定値として設定されている。ただし、モータ制御装置の対象である交流モータによって自己インダクタンスＬｑ，Ｌｑが異なるため、制御対象に応じた非干渉項を求めることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御対象に応じた非干渉項を求めることができるモータ制御装置を提供することである。

（１）本発明の一態様は、モータのｄ軸及びｑ軸電流指令値に基づいて前記モータのｄ軸及びｑ軸電圧指令値を演算し、前記ｄ軸及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、ＰＩ制御により前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流値との偏差をゼロに近づけるためのｄ軸電流追従指令値を演算するｄ軸ＰＩ制御部と、ＰＩ制御を適用することにより、前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流値との偏差をゼロに近づけるためのｑ軸電流追従指令値を演算するq軸ＰＩ制御部と、前記ｄ軸電流指令値のベクトルと前記ｑ軸電流値のベクトルとの合成ベクトルである電流ベクトルの振幅の指令値である電流振幅指令値と、前記電流ベクトルの位相の指令値である電流位相指令値を演算する演算部と、前記電流振幅指令値及び前記電流位相指令値からｄ軸鎖交磁束を求め、前記ｄ軸鎖交磁束から前記ｄ軸に含まれる前記ｑ軸の干渉成分を相殺するための第１非干渉項を求め、前記第１非干渉項に基づいてｄ軸電流追従指令値を補正することで前記ｄ軸電圧指令値を演算する第１非干渉制御部と、前記電流振幅指令値及び前記電流位相指令値からｑ軸鎖交磁束を求め、前記ｑ軸鎖交磁束から前記ｑ軸に含まれる前記ｄ軸の干渉成分を相殺するための第２非干渉項を求め、前記第２非干渉項に基づいてｑ軸電流追従指令値を補正することで前記ｑ軸電圧指令値を演算する第２非干渉制御部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。

（２）上記（１）のモータ制御装置であって、前記第１非干渉制御部は、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相と、前記ｄ軸鎖交磁束と、の対応関係を示すｄ軸鎖交磁束マップを有し、前記電流振幅指令値に相当する振幅と前記電流位相指令値に相当する位相に対応する前記ｄ軸鎖交磁束を前記ｄ軸鎖交磁束マップから取得し、前記第２非干渉制御部は、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相と、前記ｑ軸鎖交磁束と、の対応関係を示すｑ軸鎖交磁束マップを有し、前記電流振幅指令値に相当する振幅と前記電流位相指令値に相当する位相に対応する前記ｑ軸鎖交磁束を前記ｑ軸鎖交磁束マップから取得してもよい。

（３）上記（２）のモータ制御装置であって、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相に基づいて前記モータのｑ軸インダクタンスを演算するｑ軸インダクタンス演算部と、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相に基づいて前記モータのｄ軸インダクタンスを演算するｄ軸インダクタンス演算部と、を有し、前記ｄ軸ＰＩ制御部は、前記ｄ軸インダクタンスを用いて、前記ｄ軸電流追従指令値を求めるためのＰＩ制御における比例ゲインを演算し、前記ｑ軸ＰＩ制御部は、前記ｑ軸インダクタンスを用いて、前記ｑ軸電流追従指令値を求めるためのＰＩ制御における比例ゲインを演算してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、制御対象に応じた非干渉項を求めることができる。

本実施形態に係るモータ制御装置４を備える車両１の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置１１の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る電流制御部１６のブロック図である。 本実施形態に係る電流制御部１６の動作のフロー図である。

以下、本実施形態に係るモータ制御装置を、図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るモータ制御装置４を備える車両１の概略構成の一例を示す図である。車両１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の走行用のモータを備える車両である。

図１に示すように、車両１は、直流電源２、交流モータ３及びモータ制御装置４を備える。

直流電源２は、車両１に搭載されている。直流電源２は、例えば、バッテリであり、ニッケル水素電池やリチウムイオン池といった二次電池である。ただし、これに限定されず、直流電源２は、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）であってもよい。

交流モータ３は、モータ制御装置４によって駆動が制御される電動モータである。例えば、交流モータ３は、同期式多相交流モータであって、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。本実施形態の交流モータ３は、三相のＩＰＭモータである。例えば、本実施形態の交流モータ３は、車両１の車輪を駆動する駆動用のモータとして機能する。

モータ制御装置４は、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換して交流モータ３に供給する。また、モータ制御装置４は、交流モータ３で発生した回生電力を直流電力に変換して直流電源２に供給してもよい。

以下において、本実施形態に係るモータ制御装置４の構成について、図１を用いて説明する。モータ制御装置４は、コンデンサ５、昇圧コンバータ６、コンデンサ７、インバータ８、電流センサ９、回転角センサ１０及び制御装置１１を備える。

コンデンサ５は、昇圧コンバータ６の一次側（直流電源２側）に設けられた平滑用のコンデンサである。具体的には、コンデンサ５は、一端が直流電源２のプラス端子に接続され、他端が直流電源２のマイナス端子に接続される。この直流電源２のマイナス端子は接地される。

昇圧コンバータ６は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧する。昇圧コンバータ６で昇圧された電圧は、インバータ８に入力する電圧（以下、「入力電圧」という。）Ｖｓである。このように、昇圧コンバータ６は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧することで入力電圧Ｖｓを生成し、その入力電圧Ｖｓをインバータ８に出力する。なお、昇圧コンバータ６は、インバータ８から入力される回生電圧を所定の降圧比で降圧して直流電源２に出力する機能をさらに備えてもよい。なお、昇圧コンバータ６は、本発明の「コンバータ」の一例である。以下に、昇圧コンバータ６の概略構成の一例について説明する。

昇圧コンバータ６は、リアクトル６ａ及び互いに直列に接続された上側スイッチング素子Ｑ２１と下側スイッチング素子６ｃとを備える。

リアクトル６ａは一端がコンデンサ５の一端に接続されており、他端が上側スイッチング素子Ｑ２１と下側スイッチング素子６ｃとの接続点に接続されている。

上側スイッチング素子６ｂ及び下側スイッチング素子６ｃは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ベースバイポーラトランジスタ）である場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＦＥＴ（Field Effective Transistor；電界効果トランジスタ）等であってもよい。

上側スイッチング素子６ｂのコレクタ端子は、コンデンサ７の一方の端子に接続されている。上側スイッチング素子６ｂのエミッタ端子は、リアクトル６ａの他端に接続されている。上側スイッチング素子６ｂのベース端子は、制御装置１１に接続されている。

下側スイッチング素子６ｃのコレクタ端子は、リアクトル６ａの他端に接続されている。下側スイッチング素子６ｃのエミッタ端子は、直流電源２のマイナス端子に接続される。下側スイッチング素子６ｃのベース端子は、制御装置１１に接続されている。
なお、昇圧コンバータ６は、上側スイッチング素子６ｂ及び下側スイッチング素子６ｃのそれぞれに逆方向に並列接続されたダイオードＤ（ダイオードＤ１及びダイオードＤ２）を備える。

コンデンサ７は、昇圧コンバータ６の二次側（インバータ８側）に接続されている。コンデンサ７は、一端が上側スイッチング素子６ｂのコレクタ端子に接続され、他端が直流電源２のマイナス端子に接続された平滑コンデンサである。

インバータ８は、制御装置１１からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｄに基づいて、直流電源２から出力される直流電力を交流電力に変換して交流モータ３に供給する。具体的には、インバータ８には、昇圧コンバータ６から入力電圧Ｖｓが供給される。インバータ８は、制御装置１１からのＰＷＭ信号Ｄに基づいて、入力電圧Ｖｓを交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換して交流モータ３に供給する。交流電圧Ｖｕは、交流モータ３のＵ相の端子間に印加される電圧である。交流電圧Ｖｖは、交流モータ３のＶ相の端子間に印加される電圧である。交流電圧Ｖｗは、交流モータ３のＷ相の端子間に印加される電圧である。なお、本実施形態のインバータ８は、三相インバータであり、各相に対応した３つのスイッチングレグを備えている。

複数の電流センサ９は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各相電流を検出し、その検出結果を制御装置１１に出力する。例えば、複数の電流センサ９は、インバータ８と交流モータ３との間に設けられてもよいし、インバータ８の内部に設けられてもよい。電流センサ９は、各相の相電流を検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサである。また、電流センサ９は、シャント抵抗であってもよい。

回転角センサ１０は、交流モータ３の回転角を検出する。交流モータ３の回転角は、所定の基準回転位置からの上記ロータの電気角である。回転角センサ１０は、検出した回転角を示す検出信号を制御装置１１に出力する。例えば、回転角センサ１０は、レゾルバを備えてもよい。

制御装置１１は、トルク指令値Ｔ＊に基づいてインバータ８のスイッチング素子をＰＷＭ制御することで交流モータ３の駆動を制御する。ここで、トルク指令値Ｔ＊は、交流モータ３で発生させるトルク（モータトルク）の目標値であって、外部装置から制御装置１１に送信される。
制御装置１１は、交流モータ３をｄ軸及びｑ軸にてベクトル制御する。ベクトル制御とは、交流モータ３に流れる電流値をトルク成分（ｑ軸）と磁界成分（ｄ軸）に分解して、電気角に応じて各電流値を独立に制御する方式である。

制御装置１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を備えてもよい。例えば、制御装置１１は、ＭＣＵなどのマイクロコントローラを有してもよい。また、制御装置１１は、インバータ８のドライバ回路を有してもよい。

以下において、本実施形態に係る制御装置１１におけるインバータ制御を行うための概略構成を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る制御装置１１の概略構成の一例を示す図である。

制御装置１１は、トルク制御部１２、電流検出部１３、三相／ｄｑ変換部１４、角速度演算部１５、電流制御部１６、ｄｑ／三相変換部１７及びＰＷＭ制御部１８を備える。

トルク制御部１２は、外部からトルク指令値Ｔ＊を取得する。トルク制御部１２は、トルク指令値Ｔ＊に基づいて、交流モータ３のｄ軸電流の目標値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、交流モータ３のｑ軸電流の目標値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、を生成する。そして、トルク制御部１２は、生成したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を電流制御部１６に出力する。

電流検出部１３は、各電流センサ９の検出結果から、交流モータ３におけるＵ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｕ相電流値」という。）Ｉｕ、交流モータ３におけるＶ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｖ相電流値」という。）Ｉｖ、交流モータ３におけるＷ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｗ相電流値」という。）Ｉｗを検出する。そして、電流検出部１３は、検出したＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ及びＷ相電流値Ｉｗを三相／ｄｑ変換部１４に出力する。

三相／ｄｑ変換部１４は、電流検出部１３から取得したＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ及びＷ相電流値Ｉｗを、回転角センサ１０から取得した電気角θを用いて、ｄｑ座標系のｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに変換する。三相／ｄｑ変換部１４は、ｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを電流制御部１６に出力する。

角速度演算部１５は、回転角センサ１０から出力される交流モータ３の電気角θに基づいて、角速度ωを演算する。角速度演算部１５は、演算した角速度ωを電流制御部１６に出力する。

電流制御部１６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊にｄ軸電流値Ｉｄを追従させるためのｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を求める。電流制御部１６は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊にｑ軸電流値Ｉｑを追従させるためのｑ軸電流追従指令値Ｖｑcur＊を求める。
ここで、ｄ軸電流にはｑ軸電流に依存する干渉成分が含まれており、ｑ軸電流にはｄ軸電流に依存する干渉成分が含まれている。したがって、このままでは、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御することはできない。そこで、電流制御部１６は、ｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に対して第１非干渉項Ｖddcp＊をフィードフォワードし、ｑ軸電流追従指令値Ｖｑcur＊に対して第２非干渉項Ｖqdcp＊をフィードフォワードすることで上記干渉成分を打ち消す非干渉制御を実行する。第１非干渉項Ｖddcp＊は、ｄ軸電流に含まれるｑ軸電流に依存する干渉成分を相殺するため非干渉項である。第２非干渉項Ｖqdcp＊は、ｑ軸電流に含まれるｄ軸電流に依存する干渉成分を相殺するため非干渉項である。

電流制御部１６は、ｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に対して非干渉制御を実行することでｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出する。電流制御部１６は、ｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊に対して非干渉制御を実行することでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。電流制御部１６は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をｄｑ／三相変換部１７に出力する。

ｄｑ／三相変換部１７は、回転角センサ１０から電気角θを取得する。ｄｑ／三相変換部１７は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を電流制御部１６から取得する。ｄｑ／三相変換部１７は、電気角θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、交流モータ３におけるＵＶＷ相の各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。そして、ｄｑ／三相変換部１７は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭ制御部１８に出力する。Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊は、変調波であって、それぞれを区別しない場合には「電圧指令信号」と称する場合がある。

ＰＷＭ制御部１８は、所定のキャリア周波数ｆｃのキャリア波Ｃと電圧指令信号とを比較する。そして、ＰＷＭ制御部１８は、比較の結果、キャリア波Ｃより電圧指令信号の振幅が大きい期間にＨｉレベルの信号を出力し、キャリア波Ｃより電圧指令信号Ｍの振幅が小さい期間にＬｏレベルの信号を出力することでＰＷＭ信号Ｄをインバータ８のスイッチング素子に出力する。よって、ＰＷＭ制御部１８は、キャリア波ＣとＵ相電圧指令値Ｖｕ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｕを生成してインバータ８に出力する。ＰＷＭ制御部１８は、キャリア波ＣとＶ相電圧指令値Ｖｖ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｖを生成してインバータ８に出力する。ＰＷＭ制御部１８は、キャリア波ＣとＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｗを生成してインバータ８に出力する。

次に、本実施形態に係る電流制御部１６について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る電流制御部１６のブロック図である。

電流制御部１６は、第１減算器２０、第２減算器２１、演算部２２、ｄ軸インダクタンス演算部２３、ｑ軸インダクタンス演算部２４、ｄ軸ＰＩ制御部２５、ｑ軸ＰＩ制御部２６及び非干渉制御部２７を備える。

第１減算器２０は、トルク制御部１２からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を取得する。第１減算器２０は、三相／ｄｑ変換部１４からｄ軸電流値Ｉｄを取得する。そして、第１減算器２０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流値Ｉｄを差し引くことで第１偏差ΔＩｄを求める。そして、第１減算器２０は、求めた第１偏差ΔＩｄをｄ軸ＰＩ制御部２５に出力する。

第２減算器２１は、トルク制御部１２からｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を取得する。第２減算器２１は、三相／ｄｑ変換部１４からｑ軸電流値Ｉｑを取得する。そして、第２減算器２１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流値Ｉｑを差し引くことで第２偏差ΔＩｑを求める。そして、第２減算器２１は、求めた第２偏差ΔＩｑをｑ軸ＰＩ制御部２６に出力する。

演算部２２は、トルク制御部１２からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を取得する。そして、演算部２２は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流値に基づいて、交流モータ３に流す電流であるモータ電流ｉｍの振幅ｉａの指令値である電流振幅指令値ｉａ＊と、モータ電流ｉｍの位相である電流位相βの指令値である電流位相指令値β＊を演算する。ここで、モータ電流ｉｍは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊のベクトルとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊のベクトルとの合成ベクトルであり、モータ電流ベクトルともいう。したがって、振幅ｉａは、モータ電流ベクトルの絶対値である。電流位相βは、ｑ軸又はｄ軸に対するモータ電流ｉｍ（モータ電流ベクトル）の位相である。

ｄ軸インダクタンス演算部２３は、演算部２２が求めた電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｄ軸インダクタンスＬｄを求める。ｄ軸インダクタンスＬｄは、交流モータ３におけるｄ軸側のインダクタンスである。
具体的には、ｄ軸インダクタンス演算部２３には、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｄ軸インダクタンスＬｄと、の対応関係を示す情報であるｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐを予め格納されている。ｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐは、振幅ｉａと電流位相βとに基づいて、ｄ軸インダクタンスＬｄが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。例えば、ｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐは、各振幅ｉａと、各電流位相βと、その振幅ｉａと電流位相βとの組み合わせ毎に関連付けられたｄ軸インダクタンスＬｄとを有するテーブルであってもよい。ただし、これに限定されず、ｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐは、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｄ軸インダクタンスＬｄと、の対応関係を示す情報あればよく、上記テーブルに限らず数式であってもよい。

ｄ軸インダクタンス演算部２３は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、ｄ軸インダクタンス演算部２３は、ｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐを参照し、その電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｄ軸インダクタンスＬｄをｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐから取得する。そして、ｄ軸インダクタンス演算部２３は、ｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐから取得したｄ軸インダクタンスＬｄをｄ軸ＰＩ制御部２５に出力する。

ｑ軸インダクタンス演算部２４は、演算部２２が求めた電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを求める。ｑ軸インダクタンスＬｑは、交流モータ３におけるｑ軸側のインダクタンスである。
具体的には、ｑ軸インダクタンス演算部２４には、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｑ軸インダクタンスＬｑと、の対応関係を示す情報であるｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐを予め格納されている。ｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐは、振幅ｉａと電流位相βとに基づいて、ｑ軸インダクタンスＬｑが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。例えば、ｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐは、各振幅ｉａと、各電流位相βと、その振幅ｉａと電流位相βとの組み合わせ毎に関連付けられたｑ軸インダクタンスＬｑとを有するテーブルであってもよい。ただし、これに限定されず、ｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐは、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｑ軸インダクタンスＬｑと、の対応関係を示す情報あればよく、上記テーブルに限らず数式であってもよい。

ｑ軸インダクタンス演算部２４は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、ｑ軸インダクタンス演算部２４は、ｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐを参照し、その電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｑ軸インダクタンスＬｑをｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐから取得する。そして、ｑ軸インダクタンス演算部２４は、ｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐから取得したｑ軸インダクタンスＬｑをｑ軸ＰＩ制御部２６に出力する。

ｄ軸ＰＩ制御部２５は、第１偏差ΔＩｄに対してＰＩ制御を行うことにより、その第１偏差ΔＩｄをゼロに近づけるための電圧指令であるｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を生成する。
ｄ軸ＰＩ制御部２５は、比例ゲイン乗算部２５１、積分ゲイン乗算部２５２、積分器２５３及び加算器２５４を備える。

比例ゲイン乗算部２５１は、第１偏差ΔＩｄに対して比例ゲインＫｉｄを乗算して加算器２５４に出力する。ここで、比例ゲイン乗算部２５１は、ｄ軸インダクタンス演算部２３からｄ軸インダクタンスＬｄを取得し、ｄ軸インダクタンスＬｄに応じた比例ゲインＫpｄを求める。例えば、比例ゲイン乗算部２５１は、ｄ軸インダクタンスＬｄに対して所定の係数Ｋｄを乗算することで比例ゲインＫpｄを求める。そして、比例ゲイン乗算部２５１は、第１偏差ΔＩｄに対して、ｄ軸インダクタンスＬｄに応じた比例ゲインＫpｄを乗算して加算器２５４に出力する。

積分ゲイン乗算部２５２は、第１偏差ΔＩｄに対して積分ゲインＫｐｄを乗算して積分器２５３に出力する。

積分器２５３は、積分ゲイン乗算部２５２からの出力を積分することで積分値を求め、その積分値を加算器２５４に出力する。なお、図３に示すｓはラプラス変換の演算子であり、ｓは微分、1／sは積分の意味を表す。

加算器２５４は、比例ゲイン乗算部２５１からの出力と、積分器２５３からの積分値と、を足し合わせることでｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を求める。

ｑ軸ＰＩ制御部２６は、第１偏差ΔＩｑに対してＰＩ制御を行うことにより、その第１偏差ΔＩｑをゼロに近づけるための電圧指令であるｑ軸電流追従指令値Ｖｑcur＊を生成する。
ｑ軸ＰＩ制御部２６は、比例ゲイン乗算部２６１、積分ゲイン乗算部２６２、積分器２６３及び加算器２６４を備える。

比例ゲイン乗算部２６１は、第１偏差ΔＩｑに対して比例ゲインＫｉｑを乗算して加算器２６４に出力する。ここで、比例ゲイン乗算部２６１は、ｑ軸インダクタンス演算部２４からｑ軸インダクタンスＬｑを取得し、ｑ軸インダクタンスＬｑに応じた比例ゲインＫpｑを求める。例えば、比例ゲイン乗算部２６１は、ｑ軸インダクタンスＬｑに対して所定の係数Ｋｑを乗算することで比例ゲインＫpｑを求める。そして、比例ゲイン乗算部２６１は、第１偏差ΔＩｑに対して、ｑ軸インダクタンスＬｑに応じた比例ゲインＫpｑを乗算して加算器２５４に出力する。

積分ゲイン乗算部２６２は、第１偏差ΔＩｑに対して積分ゲインＫｐｑを乗算して積分器２６３に出力する。

積分器２６３は、積分ゲイン乗算部２６２からの出力を積分することで積分値を求め、その積分値を加算器２６４に出力する。

加算器２６４は、比例ゲイン乗算部２６１からの出力と、積分器２６３からの積分値と、を足し合わせることでｑ軸電流追従指令値Ｖｑcur＊を求める。

非干渉制御部２７は、第１非干渉制御部２８及び第２非干渉制御部２９を備える。

第１非干渉制御部２８は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、第１非干渉制御部２８は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じた第１非干渉項Ｖddcp＊を求める。そして、第１非干渉制御部２８は、第１非干渉項Ｖddcp＊をｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊にフィードフォワードすることでｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算する。

第２非干渉制御部２９は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、第２非干渉制御部２９は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じた第２非干渉項Ｖqdcp＊を求める。そして、第２非干渉制御部２９は、第２非干渉項Ｖqdcp＊をｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊にフィードフォワードすることでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。

次に、本実施形態に係る第１非干渉制御部２８の概略構成について説明する。
第１非干渉制御部２８は、ｄ軸鎖交磁束演算部３０、ローパスフィルタ３１、乗算器３２及び補正部３３を備える。

ｄ軸鎖交磁束演算部３０は、演算部２２が求めた電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｄ軸鎖交磁束Φｄを求める。ｄ軸鎖交磁束Φｄは、交流モータ３におけるｄ軸側の鎖交磁束である。
具体的には、ｄ軸鎖交磁束演算部３０には、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｄ軸鎖交磁束Φｄと、の対応関係を示す情報であるｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐを予め格納されている。ｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐは、振幅ｉａと操舵ト電流位相βとに基づいて、ｄ軸鎖交磁束Φｄが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。例えば、ｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐは、各振幅ｉａと、各電流位相βと、その振幅ｉａと電流位相βとの組み合わせ毎に関連付けられたｄ軸鎖交磁束Φｄとを有するテーブルであってもよい。ただし、これに限定されず、ｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐは、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｄ軸鎖交磁束Φｄと、の対応関係を示す情報あればよく、上記テーブルに限らず数式であってもよい。

ｄ軸鎖交磁束演算部３０は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、ｄ軸鎖交磁束演算部３０は、ｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐを参照し、その電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｄ軸鎖交磁束Φｄをｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐから取得する。そして、ｄ軸鎖交磁束演算部３０は、ｄ軸鎖交磁束マップΦｄｍａｐから取得したｄ軸鎖交磁束Φｄをローパスフィルタ３１に出力する。

ローパスフィルタ３１は、ｄ軸鎖交磁束演算部３０で算出されたｄ軸鎖交磁束Φｄの高周波成分を減衰させて乗算器３２に出力する。なお、図３に示すωｌｑｃは、ローパスフィルタ３１における中心周波数を示す。

乗算器３２は、ローパスフィルタ３１を通過したｄ軸鎖交磁束Φｄに対して、角速度演算部１５で演算された角速度ωを乗算することで第１非干渉項Ｖddcp＊を求める。そして、乗算器３２は、第１非干渉項Ｖddcp＊を補正部３３に出力する。

補正部３３は、ｄ軸ＰＩ制御部２５からｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を取得する。また、補正部３３は、乗算器３２から第１非干渉項Ｖddcp＊を取得する。そして、補正部３３は、ｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に対して第１非干渉項Ｖddcp＊をフィードフォワード制御することで、ｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に含まれるｑ軸の干渉成分が相殺されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める。すなわち、補正部３３は、ｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に対して第１非干渉項Ｖddcp＊を差し引くことでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める。なお、補正部３３がｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊に対して第１非干渉項Ｖddcp＊を加算することでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める場合には、第１非干渉項Ｖddcp＊は、−Φｄ×ωとなる。

次に、本実施形態に係る第２非干渉制御部２９の概略構成について説明する。
第２非干渉制御部２９は、ｑ軸鎖交磁束演算部４０、ローパスフィルタ４１、鎖交磁束演算部４２、加算器４３、乗算器４４及び補正部４５を備える。

ｑ軸鎖交磁束演算部４０は、演算部２２が求めた電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｑ軸鎖交磁束Φｑを求める。ｑ軸鎖交磁束Φｑは、交流モータ３におけるｑ軸側の鎖交磁束である。
具体的には、ｑ軸鎖交磁束演算部４０には、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｑ軸鎖交磁束Φｑと、の対応関係を示す情報であるｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐを予め格納されている。ｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐは、振幅ｉａと電流位相βとに基づいて、ｑ軸鎖交磁束Φｑが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。例えば、ｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐは、各振幅ｉａと、各電流位相βと、その振幅ｉａと電流位相βとの組み合わせ毎に関連付けられたｑ軸鎖交磁束Φｑとを有するテーブルであってもよい。ただし、これに限定されず、ｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐは、モータ電流ｉｍの振幅ｉａ及び電流位相βと、ｑ軸鎖交磁束Φｑと、の対応関係を示す情報あればよく、上記テーブルに限らず数式であってもよい。

ｑ軸鎖交磁束演算部４０は、演算部２２から電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得する。そして、ｑ軸鎖交磁束演算部４０は、ｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐを参照し、その電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｑ軸鎖交磁束Φｑをｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐから取得する。そして、ｑ軸鎖交磁束演算部４０は、ｑ軸鎖交磁束マップΦｑｍａｐから取得したｑ軸鎖交磁束Φｑをローパスフィルタ４１に出力する。

ローパスフィルタ４１は、ｑ軸鎖交磁束演算部４０で算出されたｑ軸鎖交磁束Φｑの高周波成分を減衰させる。なお、図３に示すωｌｑｃは、ローパスフィルタ４１における中心周波数を示す。

鎖交磁束演算部４２は、交流モータ３の鎖交磁束Φａを求める。具体的には、鎖交磁束演算部４２は、ｄ軸鎖交磁束演算部３０で求められたｑ軸鎖交磁束Φｑの二乗と、ｑ軸鎖交磁束演算部４０で求められたｄ軸鎖交磁束Φｄの二乗と、を加算した値の平方根を求めることで鎖交磁束Φａを求める。鎖交磁束演算部４２は、鎖交磁束Φａを加算器４３に出力する。

加算器４３は、ローパスフィルタ４１を通過したｑ軸鎖交磁束Φｑに対して鎖交磁束Φａを加算し、その加算した値である加算値を乗算器４４に出力する。

乗算器４４は、乗算器４４からの加算値に対して、角速度演算部１５で演算された角速度ωを乗算することで第２非干渉項Ｖqdcp＊を求める。そして、乗算器４４は、第２非干渉項Ｖqdcp＊を補正部４５に出力する。

補正部４５は、ｑ軸ＰＩ制御部２６からｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊を取得する。また、補正部４５は、乗算器４４から第２非干渉項Ｖqdcp＊を取得する。そして、補正部４５は、ｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊に対して第２非干渉項Ｖqdcp＊をフィードフォワード制御することで、ｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊に含まれるｄ軸の干渉成分が相殺されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める。すなわち、補正部４５は、ｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊に対して第２非干渉項Ｖqdcp＊を加算することでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める。なお、補正部４５がｑ軸電流追従指令値Ｖｑcur＊に対して第２非干渉項Ｖqdcp＊を差し引くことでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める場合には、第２非干渉項Ｖqdcp＊は、−ω（Φｑ＋Φａ）となる。

次に、本実施形態に係る電流制御部１６の動作の流れを、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る電流制御部１６の動作のフロー図である。
電流制御部１６は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊を取得し（ステップＳ１０１）、その電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｄ軸インダクタンスＬｄをｄ軸インダクタンスマップＬｄｍａｐから取得する（ステップＳ１０２）。また、電流制御部１６は、電流振幅指令値ｉａ＊に相当する振幅ｉａと電流位相指令値β＊に相当する電流位相βに対応するｑ軸インダクタンスＬｑをｑ軸インダクタンスマップＬｑｍａｐから取得する（ステップＳ１０３）。

電流制御部１６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流値Ｉｄを差し引いて第１偏差ΔＩｄを求める。また、電流制御部１６は、ｄ軸インダクタンスＬｄに応じた制御ゲイン（例えば、積分ゲイン）を求め、この制御ゲインを用いて第１偏差ΔＩｄに対してＰＩ制御を行うことによりｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を生成する（ステップＳ１０４）。
同様に、電流制御部１６は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流値Ｉｑを差し引いて第２偏差ΔＩｑを求める。また、電流制御部１６は、ｑ軸インダクタンスＬｑに応じた制御ゲイン（例えば、積分ゲイン）を求め、この制御ゲインを用いて第２偏差ΔＩｑに対してＰＩ制御を行うことによりｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊を生成する（ステップＳ１０５）。

非干渉制御部２７は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｄ軸鎖交磁束Φｄを求め（ステップＳ１０６）、そのｄ軸鎖交磁束Φｄに対して角速度ωを乗算することで第１非干渉項Ｖddcp＊を求める（ステップＳ１０７）。非干渉制御部２７は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊に応じたｑ軸鎖交磁束Φｑを求め（ステップＳ１０８）、そのｑ軸鎖交磁束Φｑに対して鎖交磁束Φａを加算した値に角速度ωを乗算することで第２非干渉項Ｖqdcp＊を求める（ステップＳ１０９）。

非干渉制御部２７は、第１非干渉項Ｖddcp＊をｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊にフィードフォワードすることでｄ軸電流追従指令値Ｖｄを求める（ステップＳ１１０）。また、非干渉制御部２７は、第２非干渉項Ｖqdcp＊をｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊にフィードフォワードすることで、ｑ軸電流追従指令値Ｖｑを求める（ステップＳ１１１）。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

以上、説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置４は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊からｄ軸鎖交磁束Φｄを直接求め、ｄ軸鎖交磁束Φｄから第１非干渉項Ｖddcp＊を求める第１非干渉制御部２８を備える。また、モータ制御装置４は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値β＊からｑ軸鎖交磁束Φｑを直接求め、ｑ軸鎖交磁束Φｑから第２非干渉項Ｖqdcp＊を求める第２非干渉制御部２９を備える。そして、第１非干渉制御部２８は、第１非干渉項Ｖddcp＊に基づいてｄ軸電流追従指令値Ｖdcur＊を補正することでｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算する。第２非干渉制御部２９は、第２非干渉項Ｖqdcp＊に基づいてｑ軸電流追従指令値Ｖqcur＊を補正することでｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。

このような構成によれば、本実施形態に係る電流制御部１６は、第１非干渉項Ｖddcp＊及び第２非干渉項Ｖqdcp＊を算出するにあたって、ｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑの算出を必要としない。さらに、本実施形態に係る電流制御部１６は、電流振幅指令値ｉａ＊及び電流位相指令値βに応じたｄ軸鎖交磁束Φｄ及びｑ軸鎖交磁束Φｑを直接求め、そのｄ軸鎖交磁束Φｄ及びｑ軸鎖交磁束Φｑにより第１非干渉項Ｖddcp＊及び第２非干渉項Ｖqdcp＊を算出する。これにより、制御対象に応じた第１非干渉項Ｖddcp＊及び第２非干渉項Ｖqdcp＊を求めることができる。すなわち、本実施形態に係る電流制御部１６は、非干渉制御を行うにあたり、従来よりもロバスト性を向上させることができる。

なお、上述した制御装置の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、上記制御装置の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

１ 車両
３ 交流モータ
２３ ｄ軸インダクタンス演算部
２４ ｑ軸インダクタンス演算部
２５ ｄ軸ＰＩ制御部
２６ ｑ軸ＰＩ制御部
２８ 第１非干渉制御部
２９ 第２非干渉制御部

Claims (3)

1. モータのｄ軸及びｑ軸電流指令値に基づいて前記モータのｄ軸及びｑ軸電圧指令値を演算し、前記ｄ軸及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   ＰＩ制御により前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流値との偏差をゼロに近づけるためのｄ軸電流追従指令値を演算するｄ軸ＰＩ制御部と、
   ＰＩ制御を適用することにより、前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流値との偏差をゼロに近づけるためのｑ軸電流追従指令値を演算するq軸ＰＩ制御部と、
   前記ｄ軸電流指令値のベクトルと前記ｑ軸電流値のベクトルとの合成ベクトルである電流ベクトルの振幅の指令値である電流振幅指令値と、前記電流ベクトルの位相の指令値である電流位相指令値を演算する演算部と、
   前記電流振幅指令値及び前記電流位相指令値からｄ軸鎖交磁束を求め、前記ｄ軸鎖交磁束から前記ｄ軸に含まれる前記ｑ軸の干渉成分を相殺するための第１非干渉項を求め、前記第１非干渉項に基づいてｄ軸電流追従指令値を補正することで前記ｄ軸電圧指令値を演算する第１非干渉制御部と、
   前記電流振幅指令値及び前記電流位相指令値からｑ軸鎖交磁束を求め、前記ｑ軸鎖交磁束から前記ｑ軸に含まれる前記ｄ軸の干渉成分を相殺するための第２非干渉項を求め、前記第２非干渉項に基づいてｑ軸電流追従指令値を補正することで前記ｑ軸電圧指令値を演算する第２非干渉制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記第１非干渉制御部は、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相と、前記ｄ軸鎖交磁束と、の対応関係を示すｄ軸鎖交磁束マップを有し、前記電流振幅指令値に相当する振幅と前記電流位相指令値に相当する位相に対応する前記ｄ軸鎖交磁束を前記ｄ軸鎖交磁束マップから取得し、
   前記第２非干渉制御部は、前記電流ベクトルの振幅及び前記位相と、前記ｑ軸鎖交磁束と、の対応関係を示すｑ軸鎖交磁束マップを有し、前記電流振幅指令値に相当する振幅と前記電流位相指令値に相当する位相に対応する前記ｑ軸鎖交磁束を前記ｑ軸鎖交磁束マップから取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電流ベクトルの振幅及び前記位相に基づいて前記モータのｑ軸インダクタンスを演算するｑ軸インダクタンス演算部と、
   前記電流ベクトルの振幅及び前記位相に基づいて前記モータのｄ軸インダクタンスを演算するｄ軸インダクタンス演算部と、
   を有し、
   前記ｄ軸ＰＩ制御部は、前記ｄ軸インダクタンスを用いて、前記ｄ軸電流追従指令値を求めるためのＰＩ制御における比例ゲインを演算し、
   前記ｑ軸ＰＩ制御部は、前記ｑ軸インダクタンスを用いて、前記ｑ軸電流追従指令値を求めるためのＰＩ制御における比例ゲインを演算する、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

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