JP2023074608A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の制御性が低下することを抑制する。
【解決手段】電圧指令値Ｖｄｑ＊が、インバータ回路２に入力される入力電圧Ｖｉｎと変調率Ｍ１とを乗算して求められる電圧制限値Ｖｔｈより大きい場合、電圧制限値Ｖｔｈを電圧指令値Ｖ＊＊として出力し、電圧指令値Ｖｄｑ＊が電圧制限値Ｖｔｈ以下である場合、電圧指令値Ｖｄｑ＊を電圧指令値Ｖ＊＊として出力し、変調率Ｍ１より小さい変調率Ｍ２と入力電圧Ｖｉｎにより求められる最大電圧指令値Ｖｍとを乗算した値と、電圧指令値Ｖｄｑ＊との差である電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように比例制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の動作を制御する制御装置に関する。

電動機の制御装置として、電動機に流れる電流と電流指令値との差に基づく電圧指令値が電圧制限値以下である場合、電圧指令値に応じて電動機の動作を制御するとともに電圧指令値に応じてｄ軸電流指令値を負方向に減少させ、電圧指令値が電圧制限値より大きい場合、電圧制限値に応じて電動機の動作を制御するとともに電圧指令値に応じてｄ軸電流指令値を負方向に増加させるものがある。関連する技術として、非特許文献１がある。

しかしながら、上記制御装置では、積分制御によりｄ軸電流指令値を調整する場合、過去に生じた誤差の影響がｄ軸電流指令値に残ってしまうため、ｄ軸電流指令値が脈動（ハンチング）し電動機の制御性が低下するおそれがある。

松本純、長谷川勝、「ＰＭＳＭの電流制御系における電圧飽和量を用いたフィードバック型弱め磁束制御の実機検証」、平成28年電気学会産業応用部門大会講演論文集、2016年8月30日、3-46、III-263

本発明の一側面に係る目的は、電動機の制御性が低下することを抑制することが可能な電動機の制御装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、インバータ回路と、電流変換部と、電流指令値出力部と、電圧指令値算出部と、電圧指令値変換部と、制限部と、調整部とを備える。

前記インバータ回路は、搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させる。

前記電流変換部は、前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する。

前記電流指令値出力部は、前記電動機の回転数と回転数指令値との回転数差によりｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する。

前記電圧指令値算出部は、前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する。

前記電圧指令値変換部は、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を制限前電圧指令値に変換する。

前記制限部は、前記制限前電圧指令値が、前記インバータ回路に入力される電圧と第１変調率とを乗算した電圧制限値より大きい場合、前記電圧制限値を前記搬送波の電圧値と比較される前記電圧指令値として出力し、前記制限前電圧指令値が前記電圧制限値以下である場合、前記制限前電圧指令値を前記搬送波の電圧値と比較される前記電圧指令値として出力する。

前記調整部は、前記第１変調率より小さい第２変調率と前記インバータ回路に入力される電圧により求められる最大電圧指令値とを乗算した値と、前記制限前電圧指令値との差である電圧飽和量が小さくなるように比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整する。

このように、比例制御によりｄ軸電流指令値を調整しているため、今回の制御タイミングより前の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量に含まれる誤差の影響を、今回の制御タイミングにおいて調整されたｄ軸電流指令値に残さないようにすることができる。これにより、ｄ軸電流指令値の脈動を抑えることができ、電動機の制御性が低下することを抑制することができる。

また、前記調整部は、前記回転数が閾値以下である場合、前記電圧飽和量が小さくなるように積分制御により前記ｄ軸電流指令値を調整し、前記回転数が前記閾値より大きい場合、前記電圧飽和量が小さくなるように前記比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整するように構成してもよい。

これにより、回転数が比較的低く、積分制御によりｄ軸電流指令値を調整してもｄ軸電流指令値が脈動し難い場合において、比例制御によるフィードバック制御時に生じる定常偏差をｄ軸電流指令値に含ませないようにすることができるため、電動機の制御性を向上させることができる。

また、前記調整部は、前記回転数が閾値以下である場合、または、前記ｄ軸電流もしくは前記ｄ軸電流指令値の脈動の振幅値が所定値以下である場合、前記電圧飽和量が小さくなるように積分制御により前記ｄ軸電流指令値を調整し、前記回転数が前記閾値より大きい場合で、かつ、前記ｄ軸電流もしくは前記ｄ軸電流指令値の脈動の振幅値が前記所定値より大きい場合、前記電圧飽和量が小さくなるように前記比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整するように構成してもよい。

これにより、回転数が比較的低く、積分制御によりｄ軸電流指令値を調整してもｄ軸電流指令値が脈動し難い場合において、比例制御によるフィードバック制御時に生じる定常偏差をｄ軸電流指令値に含ませないようにすることができるため、電動機の制御性を向上させることができる。

本発明によれば、電動機の制御性が低下することを抑制することができる。

実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。 変調率Ｍ１～Ｍ３の一例を示す図である。 調整部及び制限部の一例を示す図である。 実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。

図１に示す制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機Ｍの動作を制御するものであって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。なお、電動機Ｍは、例えば、表面磁石型同期モータ（Surface Permanent Magnetic Synchronous Motor）などである。

インバータ回路２は、電源Ｐから供給される電力により電動機Ｍを駆動させるものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端子が電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端子が電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ１を介して電動機ＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ２を介して電動機ＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は電動機ＭのＷ相の入力端子に接続されている。

コンデンサＣは、電源Ｐから出力されインバータ回路２へ入力される入力電圧Ｖｉｎを平滑する。

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、入力電圧Ｖｉｎが、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機ＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加され電動機Ｍの回転子が回転する。

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＵ相に流れるＵ相電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＶ相に流れるＶ相電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。また、記憶部４は、後述する、変調率Ｍ１（第１変調率）及び変調率Ｍ２（第２変調率）などを記憶している。

図２は、変調率Ｍ１～Ｍ３の一例を示す図である。なお、図２に示す２次元座標の横軸は回転子の位置を示し、縦軸はインバータ回路２に入力される電圧に対する電圧指令値の割合を示す変調率を示している。また、図２に示す実線は実変調率を示している。また、図２に示す変調率Ｍ１、変調率Ｍ２、変調率Ｍ３（第３変調率）は、実験やシミュレーションなどにより予め算出されるものとする。また、電圧指令値および入力電圧を用いて算出される変調率を実変調率とする。

図２に示す変調率Ｍ１は、下記式１により算出される。なお、Ｖｄ＊を電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とし、Ｖｑ＊を電圧指令値算出部１５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とし、Ｖｉｎをインバータ回路２に入力される入力電圧Ｖｉｎとする。

また、図２に示す実変調率は、下記式２により算出される。なお、実変調率の変動幅は、電動機Ｍ、インバータ回路２、及び電動機Ｍの制御のそれぞれの仕様毎に異なり、Ｕ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波の周波数、入力電圧Ｖｉｎ、電圧指令値算出部１５または後述する調整用電流指令値算出部１２２におけるＰＩ制御のゲイン、電動機Ｍの変調方式、及びＵ相電流ＩｕやＶ相電流Ｉｖのアナログ－デジタル変換方式の５つの因子が比較的悪条件であるときに測定される値とする。

また、図２に示す変調率Ｍ３は、実変調率の取り得る最大の変調率とする。

また、図２に示す変調率Ｍ２は、変調率Ｍ１より小さい値になるように算出される。例えば、変調率Ｍ２は、実変調率が変調率Ｍ１以下であるとき、変調率Ｍ３に係数ｋを乗算した値とし、実変調率が変調率Ｍ１より大きいとき、変調率Ｍ１から実変調率の振幅値を減算した値とする。または、変調率Ｍ２は、電圧指令値Ｖｄｑ＊の変動幅の最大値が、後述する電圧制限値Ｖｔｈ以下であるとき、変調率Ｍ３に係数ｋを乗算した値とし、電圧指令値Ｖｄｑ＊の変動幅の最大値が、後述する電圧制限値Ｖｔｈより大きいとき、変調率Ｍ１から実変調率の振幅値を減算した値とする。

なお、係数ｋは例えば１～０．９に設定される。もし、変調率Ｍ３≦変調率Ｍ２を満たす場合には、弱め磁束が作動しなくなる。想定外の制御が生じて弱め磁束が作動しなくなる場合を考慮し、変調率Ｍ３＞変調率Ｍ２となるよう変調率Ｍ２に余裕を持たせる目的で設定される。係数ｋを０．９≦Ｋ≦１と設定することで、変調率Ｍ２＝変調率Ｍ３の場合に限らず、変調率Ｍ２を変調率Ｍ３よりやや小さい値に設定することができる。

このように変調率Ｍ２を算出することにより、変調率Ｍ２が変調率Ｍ１未満になるように、変調率Ｍ２を適切な値に変化させることができる。

また、図１に示すドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、演算部６から出力される電圧指令値Ｖ＊＊（第１電圧指令値）とＵ相搬送波の電圧値とを比較し、その比較結果をパルス状の駆動信号Ｓ１、Ｓ２として出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊とＶ相搬送波の電圧値とを比較し、その比較結果をパルス状の駆動信号Ｓ３、Ｓ４として出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊とＷ相搬送波の電圧値とを比較し、その比較結果をパルス状の駆動信号Ｓ５、Ｓ６として出力する。なお、Ｕ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波は、三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波などであり、互いに１２０度位相が異なるものとする。例えば、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＵ相搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１をスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ２をスイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＵ相搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１をスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ２をスイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＶ相搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３をスイッチング素子ＳＷ３のゲート端子に出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ４をスイッチング素子ＳＷ４のゲート端子に出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＶ相搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３をスイッチング素子ＳＷ３のゲート端子に出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ４をスイッチング素子ＳＷ４のゲート端子に出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＷ相搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５をスイッチング素子ＳＷ５のゲート端子に出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ６のゲート端子に出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖ＊＊がＷ相搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５をスイッチング素子ＳＷ５のゲート端子に出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ６のゲート端子に出力する。

なお、電圧指令値Ｖ＊＊がＵ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波の電圧値の最小値から最大値までの範囲内で変動しているときで、かつ、電動機Ｍの制御周期においてスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５（またはスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６）が繰り返しオン、オフしているときの電動機Ｍの変調方式を正弦波変調方式とする。

また、電圧指令値Ｖ＊＊がＵ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波の最大値より大きいときで、かつ、電動機Ｍの制御周期においてスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５（またはスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６）のうちの２つのスイッチング素子が繰り返しオン、オフしているとともに残りのスイッチング素子が常時オンまたはオフしているときの電動機Ｍの変調方式を２相変調方式とする。

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、電流変換部７と、推定部８と、減算部９と、トルク指令値算出部１０と、電流指令値出力部１１と、調整部１２と、減算部１３と、減算部１４と、電圧指令値算出部１５と、電圧指令値変換部１６と、制限部１７とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、電流変換部７、推定部８、減算部９、トルク指令値算出部１０、電流指令値出力部１１、調整部１２、減算部１３、減算部１４、電圧指令値算出部１５、電圧指令値変換部１６、及び制限部１７が実現される。

電流変換部７は、電流センサＳｅ１により検出されるＵ相電流Ｉｕ及び電流センサＳｅ２により検出されるＶ相電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを求める。

また、電流変換部７は、推定部８により推定される電動機Ｍの回転子の位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（電動機Ｍに弱め磁束を発生させるための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（電動機Ｍにトルクを発生させるための電流成分）に変換する。例えば、電流変換部７は、下記式３に示す変換行列Ｃ１を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

なお、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により検出される電流は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの組み合わせに限定されず、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせ、または、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｕ相電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｖ相電流Ｉｖを求める。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れる電流を検出する電流センサＳｅ３をさらに備える場合、電流変換部７は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。

推定部８は、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑなどを用いて、電動機Ｍの回転子の位置θ＾及び回転数ω^を推定する。例えば、推定部８は、下記式４に示す電圧方程式を用いて、回転数ω＾を求め、その求めた回転数ω＾に所定時間（演算部６の動作クロックなど）を乗算することにより位置θ＾を求める。なお、Ｖｄは電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とし、Ｖｑは電圧指令値算出部１５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とし、Ｒは電動機Ｍの抵抗成分とし、ｐは微分演算子とし、Ｌｄは電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、Ｌｑは電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとし、Ｉｄは電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄまたは電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とし、Ｉｑは電流変換部７から出力されるｑ軸電流Ｉｑまたは電流指令値出力部１１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

減算部９は、外部から入力される回転数指令値ω＊と推定部８により推定される回転数ω^との回転数差Δωを算出する。

トルク指令値算出部１０は、減算部９から出力される回転数差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を算出する。例えば、トルク指令値算出部１０は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍの回転子の回転数と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

電流指令値出力部１１は、トルク指令値算出部１０から出力されるトルク指令値Ｔ＊を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。例えば、電流指令値出力部１１は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、トルク指令値Ｔ＊に応じて変動させてもよいし、トルク指令値Ｔ＊によらない固定値であってもよい。

調整部１２は、電圧指令値変換部１６から出力される電圧指令値Ｖｄｑ＊（第２電圧指令値）や変調率Ｍ２などを用いて、電動機Ｍに入力される電圧が飽和する手前で弱め磁束制御（ｄ軸電流Ｉｄが負の値になることで電動機Ｍに生じる起電力を小さくさせて回転数ω＾を増加させる制御）が行われるように、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´に調整する。

図３（ａ）は、調整部１２の一例を示す図である。

図３（ａ）に示す調整部１２は、電圧飽和量算出部１２１と、調整用電流指令値算出部１２２と、加算部１２３とを備える。
電圧飽和量算出部１２１は、電圧指令値変換部１６から出力される電圧指令値Ｖｄｑ＊を取得するとともに記憶部４に記憶されている変調率Ｍ２を取得し、電圧指令値Ｖｄｑ＊から、変調率Ｍ２と最大電圧指令値Ｖｍとの乗算値を減算した値を、電圧飽和量Ｖｓとして算出する。すなわち、電圧飽和量算出部１２１は、下記式５を計算することにより、電圧飽和量Ｖｓを算出する。なお、最大電圧指令値Ｖｍは、下記式６を計算することにより求められるものとする。Ｖｉｎは入力電圧Ｖｉｎとする。

電圧飽和量Ｖｓ＝電圧指令値Ｖｄｑ＊－変調率Ｍ２×最大電圧指令値Ｖｍ ・・・式５

調整用電流指令値算出部１２２は、電圧飽和量算出部１２１から出力される電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように比例制御により調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを算出する。例えば、調整用電流指令値算出部１２２は、下記式７を計算することにより調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを求める。なお、Ｋｐは定数とする。

調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓ＝Ｋｐ×電圧飽和量Ｖｓ ・・・式７
加算部１２３は、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、調整用電流指令値算出部１２２から出力される調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓとの加算結果をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として出力する。

例えば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が負の固定値である場合において、電圧飽和量Ｖｓが正の値であるとき、調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓが負の値になり、電圧飽和量Ｖｓが負の値であるとき、調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓが正の値になる場合を想定する。

この場合、電圧飽和量Ｖｓが正の値であるとき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´が負方向に増加し、電圧飽和量Ｖｓが負の値であるとき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´が負方向に減少する。

すなわち、調整部１２は、電圧指令値変換部１６から出力される電圧指令値Ｖｄｑ＊から、変調率Ｍ２と最大電圧指令値Ｖｍとを乗算した値を減算した値である電圧飽和量Ｖｓが正の値であるとき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を負方向に増加させ、電圧飽和量Ｖｓが負の値であるとき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を負方向に減少させる。

このように、調整部１２により制御周期毎にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整しているため、電動機Ｍに入力される電圧が飽和状態になりそうになっても、その状態を比較的早く解消させることができる。

また、調整部１２は、変調率Ｍ２と入力電圧Ｖｉｎにより求められる最大電圧指令値Ｖｍとを乗算した値と、電圧指令値Ｖｄｑ＊との差である電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように比例制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整する。

このように、比例制御によるフィードバック制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整しているため、今回の制御タイミングより前の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量Ｖｓの影響を受けず、今回の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量Ｖｓのみに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整することができる。

また、図１に示す減算部１３は、調整部１２から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの差ΔＩｄを算出する。

減算部１４は、電流指令値出力部１１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、電流変換部７から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの差ΔＩｑを算出する。

電圧指令値算出部１５は、減算部１３から出力される差ΔＩｄ及び減算部１４から出力される差ΔＩｑを用いたＰＩ制御により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電圧指令値算出部１５は、下記式８によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式９によりｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、Ｌｑは電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとし、Ｌｄは電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、ω^は推定部８により推定される回転数ω＾とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ω＾ＬｑＩｑ・・・式８

ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ω＾ＬｄＩｄ＋ω＾Ｋｅ・・・式９

すなわち、電圧指令値算出部１５は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´との差ΔＩｄが小さくなるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともにｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との差ΔＩｑが小さくなるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

電圧指令値変換部１６は、電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、電圧指令値Ｖｄｑ＊（制限前電圧指令値）に変換する。例えば、電圧指令値変換部１６は、下記式１０を計算することにより電圧指令値Ｖｄｑ＊を求める。なお、Ｖｄ＊は電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とし、Ｖｑ＊は電圧指令値算出部１５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とする。

制限部１７は、電圧指令値変換部１６から出力される電圧指令値Ｖｄｑ＊を制限し、その制限後の電圧指令値Ｖ＊＊をドライブ回路５に出力する。

図３（ｂ）は、制限部１７の一例を示す図である。

図３（ｂ）に示す制限部１７は、制限値算出部１７１と、比較部１７２とを備える。

制限値算出部１７１は、入力電圧Ｖｉｎ及び記憶部４に記憶されている変調率Ｍ１を用いて電圧制限値Ｖｔｈを算出する。例えば、制限値算出部１７１は、下記式１１を計算することにより電圧制限値Ｖｔｈを求める。なお、Ｖｉｎを入力電圧Ｖｉｎとし、Ｍ１を変調率Ｍ１とする。

比較部１７２は、電圧指令値変換部１６から出力される電圧指令値Ｖｄｑ＊と制限値算出部１７１から出力される電圧制限値Ｖｔｈとを比較し、電圧指令値Ｖｄｑ＊が電圧制限値Ｖｔｈより大きい場合、電圧制限値Ｖｔｈを電圧指令値Ｖ＊＊として出力し、電圧指令値Ｖｄｑ＊が電圧制限値Ｖｔｈ以下である場合、電圧指令値Ｖｄｑ＊を電圧指令値Ｖ＊＊として出力する。

すなわち、制限部１７は、電圧指令値Ｖｄｑ＊が、入力電圧Ｖｉｎと変調率Ｍ１とを乗算した電圧制限値Ｖｔｈより大きい場合、電圧制限値ＶｔｈをＵ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波の電圧値と比較される電圧指令値Ｖ＊＊として出力し、電圧指令値Ｖｄｑ＊が電圧制限値Ｖｔｈ以下である場合、電圧指令値Ｖｄｑ＊をＵ相搬送波、Ｖ相搬送波、及びＷ相搬送波の電圧値と比較される電圧指令値Ｖ＊＊として出力する。

ここで、仮に、積分制御によるフィードバック制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が調整される場合を想定する。

この場合、今回の制御タイミングより前の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量Ｖｓに含まれる誤差の影響が、今回の制御タイミングにおいて調整されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に残ってしまうため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動するおそれがある。特に、回転数ω＾が比較的高く、駆動信号Ｓ１～Ｓ６の１周期あたりのパルス数が比較的小さくなる場合では、電圧指令値Ｖ＊＊通りの電圧を電動機Ｍに印加することが難しくなるため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の収束に時間がかかってしまう。そのため、回転数ω＾が比較的大きい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値がさらに大きくなるおそれがある。このように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動してしまうと、電動機Ｍの制御性が低下するおそれがある。

そこで、実施形態の制御装置１では、比例制御によるフィードバック制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整している。これにより、今回の制御タイミングより前の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量Ｖｓに含まれる誤差の影響を、今回の制御タイミングにおいて調整されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に残さないようにすることができるため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動を抑えることができ、電動機Ｍの制御性が低下することを抑制することができる。

また、実施形態の制御装置１では、電圧飽和量Ｖｓを求めるために使用される変調率Ｍ２を、電圧制限値Ｖｔｈを求めるために使用される変調率Ｍ１より小さくしているため、電圧指令値Ｖ＊＊が電圧制限値Ｖｔｈより大きくなるよりも先に電圧飽和量Ｖｓを正の値に変化させ易くすることができる。これにより、回転数ω＾が比較的高く電圧指令値Ｖ＊＊が電圧制限値Ｖｔｈより大きくなり易い状態であっても、電圧指令値Ｖ＊＊が電圧制限値Ｖｔｈより大きくなる手前において弱め磁束制御が行われ易くすることができるため、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗを適切に制御することができない時間の増加を抑えることができ、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗが脈動することを抑え電動機Ｍの制御性が低下することをさらに抑制することができる。

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例１＞
図４は、実施形態の制御装置１の他の例を示す図である。なお、図４に示す構成において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図４に示す制御装置１において、図１に示す制御装置１と異なる点は、回転子の位相θ＾（電気角）を検出し、その検出した位相θ＾を制御回路３に出力する電気角検出部Ｓｐ（レゾルバなど）を備えている点と、演算部６の推定部８の替わりに回転数算出部１８を備えている点である。

回転数算出部１８は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位相θ＾を用いて、電動機Ｍの回転数ω＾を演算する。例えば、回転数算出部１８は、位相θ＾を所定時間（演算部６の動作クロックなど）で除算することにより回転数ω＾を求める。

このように構成しても、今回の制御タイミングより前の制御タイミングにおいて求められた電圧飽和量Ｖｓに含まれる誤差の影響を、今回の制御タイミングにおいて調整されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に残さないようにすることができるため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動を抑えることができ、電動機Ｍの制御性が低下することを抑制することができる。

＜変形例２＞
調整部１２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整するためのフィードバック制御として、電動機Ｍの回転子の回転数ω＾（図１に示す推定部８により推定される回転数ω＾または図３に示す回転数算出部１８により算出される回転数ω＾）に応じて、積分制御または比例制御に切り替えるように構成してもよい。

すなわち、調整部１２は、回転数ω＾が閾値ωｔｈ以下である場合、電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整し、回転数ω＾が閾値ωｔｈより大きい場合、電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように比例制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整するように構成してもよい。なお、閾値ωｔｈは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動するときの駆動信号Ｓ１～Ｓ６の１周期あたりのパルス数と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動しないときの駆動信号Ｓ１～Ｓ６の１周期あたりのパルス数との間のパルス数に対応する回転数ωとする。

例えば、調整用電流指令値算出部１２２は、回転数ω＾が閾値ωｔｈ以下である場合、下記式１２を計算することにより調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを求め、回転数ω＾が閾値ωｔｈより大きい場合、上記式８を計算することにより調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを求める。なお、Ｋｉは定数とする。

調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓ＝∫（Ｋi ×電圧飽和量Ｖｓ） ・・・式１２
これにより、回転数ω＾が比較的低く、積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整してもｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動し難い場合において、積分制御のみによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整することができるため、比例制御によるフィードバック制御時に生じる定常偏差をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に含ませないようにすることができ、電動機Ｍの制御性を向上させることができる。

また、回転数ω＾が比較的高く、積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整すると、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動し易い場合において、比例制御のみによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整することができるため、電動機Ｍの制御性を向上させることができる。

＜変形例３＞
調整部１２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整するためのフィードバック制御として、回転数ω＾の他にｄ軸電流Ｉｄまたはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値に応じて、積分制御または比例制御に切り替えるように構成してもよい。

すなわち、調整部１２は、回転数ωが閾値ωｔｈ以下である場合、または、ｄ軸電流Ｉｄもしくはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値が所定値Ｉｄｔｈ以下である場合、電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整し、回転数ωが閾値ωｔｈより大きい場合で、かつ、ｄ軸電流Ｉｄもしくはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値が所定値Ｉｄｔｈより大きい場合、電圧飽和量Ｖｓが小さくなるように比例制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整するように構成してもよい。なお、所定値Ｉｄｔｈは、電動機Ｍの定格電流の数十［％］とする。

例えば、調整用電流指令値算出部１２２は、回転数ωが閾値ωｔｈ以下である場合、または、ｄ軸電流Ｉｄもしくはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値が所定値Ｉｄｔｈ以下である場合、上記式１３を計算することにより調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを求め、回転数ωが閾値ωｔｈより大きい場合で、かつ、ｄ軸電流Ｉｄもしくはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の脈動の振幅値が所定値Ｉｄｔｈより大きい場合、上記式８を計算することにより調整用ｄ軸電流指令値Ｉｄｓを求める。

このように構成しても、回転数ω＾が比較的低く、積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整してもｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動し難い場合において、積分制御のみによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整することができるため、比例制御によるフィードバック制御時に生じる定常偏差をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に含ませないようにすることができ、電動機Ｍの制御性を向上させることができる。

また、回転数ω＾が比較的高く、積分制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整すると、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が脈動し易い場合において、比例制御のみによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を調整することができるため、電動機Ｍの制御性を向上させることができる。

１ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７ 電流変換部
８ 推定部
９、１３、１４ 減算部
１０ トルク指令値算出部
１１ 電流指令値出力部
１２ 調整部
１５ 電圧指令値算出部
１６ 電圧指令値変換部
１７ 制限部
１８ 回転数算出部
１２１ 電圧飽和量算出部
１２２ 調整用電流指令値算出部
１２３ 加算部
１７１ 制限値算出部
１７２ 比較部

Claims (3)

1. 搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるインバータ回路と、
   前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流変換部と、
   前記電動機の回転数と回転数指令値との回転数差によりｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を制限前電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、
   前記制限前電圧指令値が、前記インバータ回路に入力される電圧と第１変調率とを乗算した電圧制限値より大きい場合、前記電圧制限値を前記搬送波の電圧値と比較される前記電圧指令値として出力し、前記制限前電圧指令値が前記電圧制限値以下である場合、前記制限前電圧指令値を前記搬送波の電圧値と比較される前記電圧指令値として出力する制限部と、
   前記第１変調率より小さい第２変調率と前記インバータ回路に入力される電圧により求められる最大電圧指令値とを乗算した値と、前記制限前電圧指令値との差である電圧飽和量が小さくなるように比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整する調整部と、
   を備える電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記調整部は、前記回転数が閾値以下である場合、前記電圧飽和量が小さくなるように積分制御により前記ｄ軸電流指令値を調整し、前記回転数が前記閾値より大きい場合、前記電圧飽和量が小さくなるように前記比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整する
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記調整部は、前記回転数が閾値以下である場合、または、前記ｄ軸電流もしくは前記ｄ軸電流指令値の脈動の振幅値が所定値以下である場合、前記電圧飽和量が小さくなるように積分制御により前記ｄ軸電流指令値を調整し、前記回転数が前記閾値より大きい場合で、かつ、前記ｄ軸電流もしくは前記ｄ軸電流指令値の脈動の振幅値が前記所定値より大きい場合、前記電圧飽和量が小さくなるように前記比例制御により前記ｄ軸電流指令値を調整する
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
   

Images