JP3307122B2 - 誘導モータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、その高効率
駆動制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導モータの制御方法としては、
例えば、特開平２−２３０８５号公報に記載されている
ものがある。この制御方法は、従来のｄ−ｑ軸座標によ
る誘導モータモデルのｄ軸成分にのみＲ_Mという鉄損抵
抗を新たに設けて、誘導モータの損失（銅損、鉄損）を
記述し、これらの損失が定常時に最小となるように誘導
モータを駆動するものである。具体的には、誘導モータ
のトルク制御方法として一般的に用いられているベクト
ル制御を用い、定常損失最小の条件から導出されたすべ
り周波数で制御するものである。鉄損抵抗Ｒ_Mはモータ
回転速度に応じて変化するので、モータ回転速度から鉄
損抵抗Ｒ_Mのテーブルマップを読み取り、損失最小条件
式を解けば、損失最小すべり周波数が得られる。ベクト
ル制御を用いた場合に、誘導モータの損失として銅損を
考えると、銅損Ｌ_cは下記（数１）式のようになる。

【０００３】

【数１】

【０００４】ただし、Ｔ_e：トルク、ω_se：すべり周波
数、φ_r：回転子磁束、Ｐ：極対数、Ｍ：相互インダク
タンス、Ｌ_r：回転子自己インダクタンス、Ｒ_r：回転子
抵抗、Ｒ_s：固定子抵抗、Ｋ₁、Ｋ₂：モータによって決
まる定数であり、また、各電流成分ｉ_γs、ｉ_δs、ｉ
_γr、ｉ_δrにおいて、添字γ、δは各軸成分、ｒは回転
子、ｓは固定子を表わす。よって、定常時を考えればd/
dt φ_r＝０となるので、銅損Ｌ_cを最小とするすべり周
波数ω_optは下記（数２）式のようになる。

【０００５】

【数２】

【０００６】このすべり周波数（定常損失最小すべり周
波数ω_opt）を保つようにすれば、高効率運転が可能と
なる。ところが、ベクトル制御では、すべり周波数ω_se
とトルク電流ｉ_Tおよび回転子磁束φ_rとの間に下記（数
３）式が成立していなければならない。

【０００７】

【数３】

【０００８】（数３）式から判るように、すべり周波数
ω_seを（数２）式のω_optに保つということは、トルク
電流ｉ_Tと回転子磁束φ_rとの比を一定にすることを意味
している。また、ベクトル制御では、トルクＴ_eは下記
（数４）式で示される。

【０００９】

【数４】

【００１０】また、回転子磁束φ_rと励磁電流ｉ_φとの
関係は、下記（数５）式で与えられる。

【００１１】

【数５】

【００１２】したがって、（数３）式と（数４）式から
トルク電流ｉ_Tを消去すると、トルク指令値Ｔ_e'に対し
て、定常損失を最小とする回転子磁束φ_r'は、下記（数
６）式で与えられる。

【００１３】

【数６】

【００１４】上記のφ_r'を前記（数４）式に代入する
と、この時のトルク電流ｉ_Tは、下記（数７）式で示さ
れる。

【００１５】

【数７】

【００１６】一方、励磁電流ｉ_φは前記（数５）式でφ
_r＝φ_r'として計算できるが、（数５）式にはd/dt φ_r
が含まれているため、トルク指令値Ｔ_e'が急激に変化し
た場合にはｉ_φの過渡電流が増加してしまう。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の誘
導モータ制御方法においては、損失最小条件をモータの
定常特性から導出し、過渡特性を考慮していないため、
モータトルクの過渡応答時の損失は最小とはならない。
そして、従来方法のように、すべり周波数をモータ回転
速度のみの関数にしてしまうと、トルク指令値がステッ
プ的に変化した場合には、回転子磁束をステップ的に変
化させる必要があり、そのためには過渡的に大電流を流
す必要がある。したがって、従来技術のように過渡特性
を考慮しないで損失最小条件を設定した場合には、モー
タの過渡損失の増加やモータ駆動装置の電流容量増加を
招くという問題がある。逆に、電流容量を増加させない
ように設定すれば、トルクレスポンスを遅くしなければ
ならない、という問題が生じる。

【００１８】上記のごとき従来例の問題を解決するた
め、本出願人は定常損失ばかりでなく過渡損失も低減す
ることのできる誘導モータ制御装置を既に出願（特願平
５−２０７４１８号：未公開）している。上記本出願人
の先出願においては、一般的なベクトル制御演算部に、
定常損失最小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク
演算部と遮断周波数設定部とを付加し、トルク応答性と
磁束応答性とを独立に可変できる制御系構成とし、か
つ、目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tと定常損失を
最小にするすべり周波数ω_optとから目標磁束伝達関数
の遮断周波数ω_φを演算しているので、モータの動作状
況や目標トルクの変化、あるいは変更があった場合に
も、常に過渡時の損失を最小とするように制御すること
が出来る。したがって、定常時の高効率運転だけでな
く、応答性を保ちながら、過渡損失を軽減することが出
来、モータの諸定数あるいは目標トルクが変化した場合
でも、目標磁束をリアルタイムで修正し、広い動作領域
において過渡損失、定常損失を最小にすることが出来る
ものである。しかし、上記の先行出願においては、目標
トルクのトルク立ち上がり時間とトルク立ち下がり時間
とが同一となっているため、トルクの立上り時にはピー
ク電流を最小にすることが出来るが、トルクの立ち下が
り時には、不必要な電流が流れてしまうという問題があ
った。

【００１９】本発明は、前記のごとき従来技術の問題を
解決した本出願人の先行出願をさらに改良し、トルクの
立ち上がり時にはピーク電流を最小値に押さえ、かつト
ルクの立ち下がり時には速やかに電流を減少させること
の出来る誘導モータ制御装置を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、トルク指令値とそのときの動作状態において
誘導モータの定常損失を最小にするすべり周波数ω_opt
とを入力し、与えられたトルク指令値において定常損失
を最小とする回転子磁束を演算する定常損失最小磁束演
算部と、上記トルク指令値を入力し、トルク指令値の変
化に基づいた目標トルクの変化方向を検出する目標トル
ク変化検出部と、目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_T
と目標磁束伝達関数の遮断周波数ω_φとを、上記目標ト
ルクの変化方向に応じた値に設定する遮断周波数設定部
と、上記トルク指令値を入力し、上記遮断周波数設定部
で設定された遮断周波数ω_Tのローパス特性を有する伝
達関数に基づいて誘導モータの目標トルクを演算する目
標トルク演算部と、上記定常損失最小磁束を入力し、上
記遮断周波数設定部で設定された遮断周波数ω_φのロー
パス特性を有する伝達関数に基づいて目標磁束および目
標磁束の一階微分値を演算する目標磁束演算部と、を設
けている。

【００２１】上記の目標トルク変化検出部は、例えば請
求項２に記載するごとく、上記目標トルクの絶対値が増
加方向か減少方向かを検出するものであり、上記遮断周
波数設定部は、上記目標トルクの絶対値が増加方向の場
合には、上記目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tと上
記定常損失を最小にするすべり周波数ω_optとから、ω
_φ＝√(ω_T・ω_opt）の式に基づいて増加時における目
標磁束伝達関数の遮断周波数ω_φを演算し、上記目標ト
ルクの絶対値が減少方向の場合には、モータ回転子抵抗
Ｒ_rとモータ回転子自己インダクタンスＬ_rからω_φ＝Ｒ
_r／Ｌ_rの式に基づいて減少時における目標磁束伝達関数
の遮断周波数ω_φを演算し、かつ、上記目標トルクの絶
対値が増加方向の場合における目標トルク伝達関数の遮
断周波数ω_Tの値ω_T-upと減少方向の場合における値ω
_T-downとを、ω_T-down≫ω_T-upに設定するものである。
また、上記トルク指令値は、例えば、請求項３に記載の
ごとく、アクセルペダルの開度を検出するアクセルセン
サの出力を用い、かつ上記目標トルク変化検出部は、上
記アクセルセンサの出力から目標トルクの絶対値が増加
方向か減少方向かを検出するものである。また、上記の
定常損失を最小にするすべり周波数ω_optは、例えば請
求項４に記載のごとく、少なくとも誘導モータの温度を
含む動作変数に基づいて設定される値である。なお、上
記の定常損失最小磁束演算部、目標磁束演算部、目標ト
ルク演算部、目標トルク変化検出部および遮断周波数設
定部は、例えば、後記図１の実施例における定常損失最
小磁束演算部１１、目標磁束演算部１２、目標トルク演
算部１４、目標トルク変化検出部１８および遮断周波数
設定部１９にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、
例えば後記図１または図２の実施例における励磁電流指
令値ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および電流の位相角
θに相当する。

【００２２】

【作用】上記のごとく、本発明においては、定常損失最
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部と目
標トルク変化検出部と遮断周波数設定部とを一般的なベ
クトル制御演算部に付加し、トルク応答性と磁束応答性
とを独立に可変できる制御系構成とし、かつ、目標トル
ク伝達関数の遮断周波数ω_Tと目標磁束伝達関数の遮断
周波数ω_φとを、上記目標トルクの変化方向に応じた最
適値に設定するように構成しているので、モータの動作
状況や目標トルクの変化、あるいは変更があった場合に
も、常に過渡時の損失を最小とするように制御すること
が出来ると共に、トルクの立ち上がり時にはピーク電流
を最小値に押さえ、かつトルクの立ち下がり時には速や
かにトルク電流や励磁電流を減少させることが出来る。
したがって、定常時の高効率運転だけでなく、応答性を
保ちながら、過渡損失を軽減することが出来、モータの
諸定数や目標トルクが変化した場合でも、目標磁束応答
をリアルタイムで修正し、広い動作領域において過渡損
失、定常損失を最小にすることが出来る。

【００２３】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施例図であり、図１は
図２における高効率駆動制御演算部１の詳細を示すブロ
ック図、図２はシステム全体の構成を示すブロック図で
ある。まず、図２において、１は高効率駆動制御演算部
（詳細後述）であり、例えば、アクセルペダル等の操作
量に対応したトルク指令値Ｔ_e'と回転速度センサ５で検
出したモータ回転速度ω_re（電気角）とを入力し、励磁
電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および電流の
位相角θを演算して出力する。なお、高効率駆動制御演
算部１には、定常損失最小すべり周波数ω_optも入力す
る（詳細後述）。また、２は座標変換部であり、モータ
の電源周波数で回転する座標系で演算された上記の励磁
電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および電流の
位相角θを三相交流電流指令値ｉ_u'、ｉ_v'、ｉ_w'に変換
する。３は電流制御ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ
であり、誘導モータ４に流れる三相交流電流ｉ_u、ｉ_v、
ｉ_wをそれぞれの指令値に追従させる。５は誘導モータ
４の回転速度を検出する回転速度センサ、６は電流制御
ＰＷＭインバータ３に電力を供給する直流電源（誘導モ
ータ駆動用電源）である。

【００２４】次に、図１において、１１は定常損失最小
磁束演算部、１２は目標磁束演算部、１３は励磁電流演
算部、１４は目標トルク演算部、１５はトルク電流演算
部、１６はすべり周波数演算部、１７は積分演算部、１
８は目標トルク変化検出部、１９は遮断周波数設定部で
ある。なお、励磁電流演算部１３、トルク電流演算部１
５、すべり周波数演算部１６、積分演算部１７は、一般
的なベクトル制御演算を行なう部分である。

【００２５】次に作用を説明するが、最初に各演算部の
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図１において、目標トルク変
化検出部１８は、トルク指令値Ｔ_e'を入力し、トルク指
令値Ｔ_e'の変化に基づいた目標トルクＴ_mの変化方向を
検出する。具体的には目標トルクＴ_mの絶対値が増加方
向か減少方向かを検出する。なお、絶対値で判断するの
は、正方向でも負方向でも、目標トルクの値が増加する
場合はトルク増加（正方向に増加と負方向に増加）、減
少する場合にはトルク減少（正方向に減少と負方向に減
少）となるためである。また、目標トルクの変化方向の
検出は、目標トルク演算部１４の演算結果（目標トルク
Ｔ_m）から求めることも原理的には可能である。しか
し、デジタル演算を行なうことを考慮すると、全ての初
期値が０の状態からステップ信号を入力した場合（例え
ば駆動開始時）に、最初のサンプルタイム分だけ目標ト
ルクＴ_mの出力が遅れるので、ω_Tの演算が遅れてしまう
という問題があるため、トルク指令値Ｔ_e'から判断する
方が望ましい。ただし、目標トルク演算部１４で目標ト
ルクＴ_mを演算する途中で、目標トルクＴ_mの微分値が求
められるので、それを用いて目標トルクの変化方向を判
断し、その結果として遮断周波数設定部１９から出力さ
れるω_Tを用いて目標トルクＴ_mを再び演算し直すように
構成することもできる。

【００２６】また、遮断周波数設定部１９は、目標トル
ク変化検出部１８から与えられる目標トルクＴ_mの変化
方向と、定常損失を最小にするすべり周波数ω_optとを
入力し、目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tと目標磁
束伝達関数の遮断周波数ω_φとを演算する。上記の遮断
周波数ω_Tと遮断周波数ω_φの値は、目標トルクＴ_mの変
化方向に応じて増加方向と減少方向とで異なった値に設
定する。また、上記の定常損失最小すべり周波数ω_opt
は、例えば誘導モータの温度に応じて予め設定されたマ
ップから読み出された値である。

【００２７】また、定常損失最小磁束演算部１１は、ト
ルク指令値Ｔ_e'と定常損失最小すべり周波数ω_optとを
入力し、そのトルク指令値Ｔ_e'において定常状態での損
失（銅損）を最小とする磁束φ_r'を演算して出力する。
なお、トルク指令値Ｔ_e'は、例えば運転者の操作するア
クセルペダルの操作量に対応した値（図示しないアクセ
ルセンサ出力）である。また、目標磁束演算部１２は、
上記の定常損失最小磁束φ_r'を入力し、定常時において
は上記の定常損失最小磁束φ_r'に対応し、過渡時におい
ては磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とする目標
磁束φ_rと、その一階微分値d/dt φ_rとを演算して出力
する。また、その演算の際の伝達関数の遮断周波数ω_φ
は、上記遮断周波数設定部１９で設定した値を用いる。
また、目標トルク演算部１４は、トルク指令値Ｔ_e'と目
標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tとを入力し、目標ト
ルクＴ_mを演算する。

【００２８】次に、励磁電流演算部１３、トルク電流演
算部１５、すべり周波数演算部１６の部分は、一般的な
ベクトル制御演算を行なう部分である。まず、励磁電流
演算部１３は、上記目標磁束演算部１２から与えられる
目標磁束φ_rと一階微分値d/dt φ_rとに基づいて、励磁
電流指令値ｉ_φ'を演算して出力する。また、トルク電
流演算部１５は、目標トルク演算部１４の目標トルクＴ
_mと目標磁束演算部１２の目標磁束φ_rとを入力し、トル
ク電流指令値ｉ_T'を演算して出力する。また、すべり周
波数演算部１６は、目標磁束演算部１２の目標磁束φ_r
とトルク電流演算部１５のトルク電流指令値ｉ_T'とを入
力し、すべり周波数ω_seを演算して出力する。また、モ
ータ回転数ω_reと上記のすべり周波数ω_seとを加算した
ものが電源周波数ωとなる。すなわち、ω＝ω_se＋ω_re
である。そして、積分演算部１７は、上記の電源周波数
ωを積分した値を電流の位相角θとして出力する。上記
の励磁電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および
電流の位相角θが電流指令値として図２の座標変換部２
に送られる。

【００２９】次に、各演算部の詳細について説明する。
まず、励磁電流演算部１３、トルク電流演算部１５、す
べり周波数演算部１６の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ω_seを下記（数
８）式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Ｔ_eを下記（数９）式の形に導くものである。

【００３０】

【数８】

【００３１】ただし、ω：電源周波数、ω_re：モータ回
転数（電気角）、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ_r：回転
子自己インダクタンス、Ｒ_r：回転子抵抗、ｉ_T：トルク
電流、φ_r：回転子磁束

【００３２】

【数９】

【００３３】ただし、Ｐ：極対数 また、このとき回転子磁束φ_rと励磁電流ｉ_φとの関係
は下記（数１０）式に示すようになる。

【００３４】

【数１０】

【００３５】ただし、Ｓ：ラプラス演算子 したがって、励磁電流演算部１３で行なわれる励磁電流
指令値ｉ_φ'の演算式は、上記（数１０）式から下記
（数１１）式に示すようになる。

【００３６】

【数１１】

【００３７】また、トルク電流演算部１５で行なわれる
トルク電流指令値ｉ_T'の演算式は上記（数９）式から下
記（数１２）式に示すようになる。

【００３８】

【数１２】

【００３９】ただし、Ｔ_e'：トルク指令値 なお、すべり周波数演算部１６におけるすべり周波数ω
_seの演算式は、前記（数８）式で示したとおりである。
また、積分演算部１７における演算は、前記のとおりで
ある。

【００４０】次に、本実施例の特徴とする定常損失最小
磁束演算部１１、目標磁束演算部１２、目標トルク演算
部１４、目標トルク変化検出部１８、遮断周波数設定部
１９の部分について説明する。まず最初に、過渡損失を
最小とする目標磁束応答の演算式を導く。過渡トルク応
答では、ピーク電流を押さえる必要がある。従って、少
ない電流で大きなトルクを出力する制御を行なう必要が
あるが、ベクトル制御では、固定子電流はトルク電流ｉ
_Tと励磁電流ｉ_φとのベクトル和となるため、ｉ_φ＝ｉ_T
のときにトルク効率が最大となる。すなわち、ベクトル
制御では下記（数１３）式が成立する。

【００４１】

【数１３】

【００４２】ただし、ｋは定数 すなわち、（ｉ_φ・ｉ_T）が一定であれば出力トルクＴ_e
は一定である。したがって、図３に示すようなトルク一
定ラインが存在する。なお、図３のベクトルＩ₁および
Ｉ₂が固定子電流の大きさを示す。トルク一定ラインを
トレースする固定子電流の中で、それが最小となるの
は、ｉ_φ＝ｉ_Tのときである。従って本制御系の構成に
おいて、過渡時のピーク電流が最も大きくなるような、
ゼロ発進時（起動時、例えば車両が停車状態から発進す
る場合）のステップトルク応答を想定し、この時の過渡
時のｉ_φとｉ_Tが等しくなるような目標磁束応答を選ん
でやることでピーク電流を最小化する。なお、図３にお
いては、ｉ_φ2＝ｉ_T2であり、このときの固定子電流Ｉ₂
が同じトルクとした場合の最小値となる。上記のごとき
制御を行なうため、定常損失最小磁束演算部１１におけ
る定常損失を最小とする回転子磁束φ_r'の演算式を前記
（数６）式で与え、目標磁束演算部１２における目標磁
束φ_rの演算式を下記（数１４）式で与える。

【００４３】

【数１４】

【００４４】ただし、Ｓはラプラス演算子 また、目標トルク演算部１４における目標トルクＴ_mの
演算式を下記（数１５）式で与える。

【００４５】

【数１５】

【００４６】本実施例においては、上記の（数１４）式
における目標磁束伝達特性の遮断周波数ω_φと、（数１
５）式における目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tと
を、目標トルクＴ_mの絶対値の変化方向に応じて異なっ
た値に設定する。そのため、まず、目標トルク変化検出
部１８で変化方向の検出を行なう。目標トルク変化検出
部１８においては、トルク指令値Ｔ_e'を入力し、上記
（数１５）式と同じ次数とカットオフ周波数をもつロー
パスフィルタを用いて、下記（数１６）式の演算を行な
う。

【００４７】

【数１６】

【００４８】上記（数１６）式を、例えばオイラー積分
法を用いて解くと下記（数１７）式のようになる。

【００４９】

【数１７】

【００５０】ただし、Δはサンプル周期 このようなローパスフィルタに、図４のＹ(ｋ）に示す
ような信号が入力された場合、目標トルクの絶対値が増
加方向にあるのか減少方向にあるのかを判断するには、
Ｙ(ｋ)・d/dtＹ(ｋ)の符号が判ればよい。すなわち、上
記符号が“＋”のときは増加方向、“−”のときは減少
方向である。ただし、Ｙ(ｋ）あるいはd/dtＹ(ｋ)の少
なくとも一方が“０”の場合は、定常状態あるいはトル
クが０の場合である。目標トルク変化検出部１８は、上
記の判定を行ない、上記符号が“＋”または“０”、す
なわち目標トルクの絶対値が増加方向もしくは定常状態
（またはトルクが０）の場合と、上記符号が“−”、す
なわち減少方向にある場合との検出結果を遮断周波数設
定部１９に送る。

【００５１】遮断周波数設定部１９では、目標トルクの
絶対値が増加方向もしくは定常状態にある場合と減少方
向にある場合とで、目標磁束伝達特性の遮断周波数ω_φ
および目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tを異なった
値に設定する。まず、目標トルクの絶対値が増加方向も
しくは定常状態にある場合について説明する。なお、こ
こではディジタルコンピュータで演算することを想定し
ている。まず、この場合における目標トルク伝達関数の
遮断周波数ω_Tは、予め定められた一定値あるいは駆動
電源（例えば車載用バッテリ）の残存容量等に応じて定
められた値であり、メモリ等に記憶した値を読み出して
用いる。

【００５２】次に、目標磁束伝達特性の遮断周波数ω_φ
は、次のようにして求める。サンプル周期をΔとおく
と、オイラー積分により、変数ｘ(Ｋ）の積分は下記
（数１８）式のようになる。

【００５３】

【数１８】

【００５４】ただし、Ｋ＝０、１、２、３…… 上記の関係を応用して、過渡時（Ｋ＝１）におけるｉ_φ
(１）とｉ_T(１）とを等しくさせるω_φを求める。トル
ク指令値Ｔ_e'に対する励磁電流ｉ_φの伝達関数は、下記
（数１９）式で与えられる。

【００５５】

【数１９】

【００５６】したがって、Ｋ＝１におけるｉ_φ(１）
は、下記（数２０）式で求められる。

【００５７】

【数２０】

【００５８】この場合には、ステップ入力を仮定してい
るので、φ_r'(０）＝φ_r'(１）であるから、（数２０）
式は下記（数２１）式となる。

【００５９】

【数２１】

【００６０】一方、トルク指令値Ｔ_e'に対する目標磁束
φ_rは、下記（数２２）式で示される。

【００６１】

【数２２】

【００６２】同様に、トルク指令値Ｔ_e'に対する目標ト
ルクＴ_mは、上記と同様の計算により、（数２３）式で
与えられる。

【００６３】

【数２３】

【００６４】したがって、Ｋ＝１におけるトルク電流ｉ
_T(１）は、下記（数２４）式で示される。

【００６５】

【数２４】

【００６６】（数２４）式が（数２１）式と等しいとお
いて、整理すると下記（数２５）式の関係が得られる。

【００６７】

【数２５】

【００６８】厳密には（数２５）式を解いてω_φと
ω_T、およびω_optとの関係を求めればよいが、通常Δは
非常に小さいため、Δ≒０とおくと、（数２５）式は下
記（数２６）式となる。

【００６９】

【数２６】

【００７０】したがって与えられたω_Tとω_optとから、
（数２６）式に基づいて目標磁束の伝達関数の遮断周波
数ω_φを計算すればよい。なお、一般に、ベクトル制御
は回転子時定数τ_r＝Ｌ_r／Ｒ_r（ただし、Ｌ_rは回転子自
己インダクタンス、Ｒ_rは回転子抵抗）の変動がトルク
制御性能に影響を与えるため、回転子抵抗Ｒ_rの温度補
正が行なわれる（参考文献“ニュードライブエレクトロ
ニクス”pp２０６〜２０９，発行所 株式会社 電気書
院）。そして回転子抵抗Ｒ_rが変われば、前記（数２）
式に従って定常損失最小すべり周波数ω_optも変動する
ため、モータ温度に応じたω_optの値をマップ化してお
き、温度の変化に応じたω_optを読み出して遮断周波数
設定部１９に与え、それによって（数２６）式に基づい
た遮断周波数ω_φを計算し、その値で目標磁束演算部１
２の遮断周波数を設定すれば、モータの動作状況によら
ない高効率制御が可能となる。また、目標トルク伝達関
数の遮断周波数ω_Tと定常損失最小すべり周波数ω_{o pt}と
に応じた目標磁束伝達特性の遮断周波数ω_φを予め演算
しておき、ω_φの値をマップ化しておいて読み出すよう
に構成してもよい。

【００７１】次に、目標トルクの絶対値が減少方向にあ
る場合について説明する。まず、目標磁束伝達特性の遮
断周波数ω_φは、次のようにして求める。本制御系の構
成では、定常損失最小磁束φ_r'から励磁電流ｉ_φまでの
伝達特性Ｇ(ｓ）は、下記（数２７）式で示すようにな
る。

【００７２】

【数２７】

【００７３】上記（数２７）式で、ω_φ＝Ｒ_r／Ｌ_rとす
れば、極ゼロ相殺により、下記（数２８）式が得られ
る。

【００７４】

【数２８】

【００７５】（数２８）式のＧ(ｓ）は定常損失最小磁
束φ_r'から励磁電流ｉ_φまでの伝達特性であるから、下
記（数２９）式のようになる。

【００７６】

【数２９】

【００７７】（数２９）式から分かるように、励磁電流
ｉ_φは定常損失最小磁束φ_r'に比例して減少し、このと
きモータの回転子磁束φ_rは、時定数１／ω_φで減衰す
る。

【００７８】図５は、ω_φを変化させた場合における回
転子磁束φ_rと励磁電流ｉ_φの立ち上がり特性を示す図
である。まず、図５（ａ）に示すように、ω_φ＜Ｒ_r／
Ｌ_rの場合には、励磁電流ｉ_φの変化が遅く、また、図
５（ｃ）に示すように、ω_φ＞Ｒ_r／Ｌ_rの場合には、負
の方向にオーバーシュートが生じ、何れの場合も余分の
励磁電流が流れることになる。それに対して、図５
（ｂ）に示すω_φ＝Ｒ_r／Ｌ_rの場合には、励磁電流が速
やかに０になるので、損失が最小になることが分かる。
したがってω_φ＝Ｒ_r／Ｌ_rに設定すればよい。

【００７９】次に、目標トルク伝達関数の遮断周波数ω
_Tは、次にようにして求める。本制御系の構成では、ト
ルク電流指令値ｉ_T'は前記（数１２）式で求められる。
したがってトルクが減少する場合には、トルク指令値Ｔ
_e'を出来るだけ速く減少させることが望ましい。そのた
め、目標トルク変化検出部１８から目標トルク減少の信
号が与えられた場合には、このときの目標トルク伝達関
数の遮断周波数ω_T-downを、目標トルク増加（定常と０
を含む）のときの遮断周波数ω_T-up（前記のω_Tに等し
い）に対して大幅に大きな値、すなわちω_T-down≫ω
_T-upとなる値に設定してやれば、トルク電流ｉ_Tを速や
かに減少させることが出来る。具体的には、この場合の
遮断周波数ω_T-downは、ω_T-down≫ω_T-upなる範囲で、
目標トルク演算部１４が最も速い応答速度特性のフィル
タとなるように予め設定したおいた値を読み出して用い
ればよい。上記のように、目標トルクの絶対値が減少方
向にある場合の目標磁束伝達特性の遮断周波数ω_φは、
ω_φ＝Ｒ_r／Ｌ_rとなるように設定し、目標トルク伝達関
数の遮断周波数ω_Tは、ω_T-down≫ω_T-upとなる値に設
定すればよい。

【００８０】図６は、上記の処理順序を示すフローチャ
ートであり、ステップＳ２〜Ｓ６は目標トルク変化検出
部１８における演算処理、ステップＳ７〜Ｓ９は遮断周
波数設定部１９における演算処理を示す。図６におい
て、まず、ステップＳ１では、ω_φとω_Tの初期値をそ
れぞれ目標トルクの変化方向が増加方向である場合の値
ω_φ-upとω_T-upに設定する。次に、ステップＳ２で
は、前記の（数１７）式の演算を行なう。次に、ステッ
プＳ３では、定常状態あるいはトルクが０であるか否か
の判断を行ない、ステップＳ４では、目標トルクの変化
方向が増加方向か否かの判断を行なう。上記のステップ
Ｓ３またはＳ４でＹＥＳの場合には、ステップＳ５で、
フラグＦＬＧＴを０にする。また、ステップＳ３または
Ｓ４の両方でＮＯの場合、すなわち目標トルクの変化方
向が減少方向であった場合には、ステップＳ６でフラグ
ＦＬＧＴを１にする。次に、ステップＳ７では、フラグ
ＦＬＧＴが０か否かを判断し、ＹＥＳの場合、すなわ
ち、目標トルクの変化方向が増加方向か、もしくは定常
状態であった場合には、ステップＳ８でω_φとω_Tをそ
れぞれ目標トルクの変化方向が増加方向である場合の値
ω_φ-upとω_T-upに設定する。一方、ステップＳ７でＮ
Ｏの場合には、ステップＳ９でω_φとω_Tをそれぞれ目
標トルクの変化方向が減少方向である場合の値Ｒ_r／Ｌ_r
とω_T-MAXに設定する。なお、ω_T-MAXは前記した目標ト
ルク演算部１４が最も速い応答速度特性のフィルタとな
るように予め設定したおいた値である。

【００８１】次に、図７は、本実施例と前記した本出願
人の先行出願との過渡状態時における特性比較図であ
り、（ａ）は本実施例の特性、（ｂ）は先行出願の特性
である。なお、この特性はシミュレーション値を示す。
図７から分かるように、目標トルクが増加する場合には
同等の特性を示すが、目標トルクが減少する場合には、
本実施例の方が電流の減少が急激であり、しかもオーバ
ーシュートもなくなるので、損失を大幅に減少させるこ
とが出来る。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、トルク応答性と磁束応答性とを独立に可変できる制
御系構成とし、かつ、目標トルク伝達関数の遮断周波数
ω_Tと目標磁束伝達関数の遮断周波数ω_φとを、上記目
標トルクの変化方向に応じた最適値に設定するように構
成しているので、モータの動作状況や目標トルクの変
化、あるいは変更があった場合にも、常に過渡時の損失
を最小とするように制御することが出来ると共に、トル
クの立ち上がり時にはピーク電流を最小値に押さえ、か
つトルクの立ち下がり時には速やかにトルク電流や励磁
電流を減少させることが出来る。したがって、定常時の
高効率運転だけでなく、応答性を保ちながら、過渡損失
を軽減することが出来、モータの諸定数や目標トルクが
変化した場合でも、目標磁束応答をリアルタイムで修正
し、広い動作領域において過渡損失、定常損失を最小に
することが出来る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２における高効率駆動制御演算部１の詳細を
示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示す
ブロック図。

【図３】誘導モータにおける励磁電流とトルク電流との
関係を示す特性図。

【図４】トルク指令値変化検出部１８に入力する信号波
形の一例図。

【図５】ω_φとＲ_r／Ｌ_rの大小関係による目標磁束φ_r
と励磁電流ｉ_φの変化を示す特性図。

【図６】トルク指令値変化検出部１８と遮断周波数設定
部１９における演算処理順序を示すフローチャート。

【図７】本発明と先行技術との特性比較図。

【符号の説明】

１：高効率駆動制御演算部 ４：誘導モータ ２：座標変換部 ５：回転速度セン
サ ３：電流制御ＰＷＭインバータ ６：直流電源 １１：定常損失最小磁束演算部 １５：トルク電流
演算部 １２：目標磁束演算部 １６：すべり周波
数演算部 １３：励磁電流演算部 １７：積分演算部 １４：目標トルク演算部 １８：トルク指令
値変化検出部 １９：遮断周波数設定部 Ｔ_e'：トルク指令値 Ｔ_m ：目標トルク φ_r'：定常損失最小磁束 φ_r ：目標磁束 ω_re：モータ回転数（電気角) ω ：電源周波数 ω_se：すべり周波数 ｉ_φ'：励磁電流指令値 ｉ_T'：トルク電
流指令値 ω_opt：定常損失最小すべり周波数 θ ：電流の位
相角 ω_T ：目標トルク伝達特性の遮断周波数 ω_φ ：目標磁束伝達特性の遮断周波数 ω_φ-up ：トルク指令値絶対値の増加時におけるω_φ
の値 ω_φ-down：トルク指令値絶対値の減少時におけるω_φ
の値 ω_T-up ：トルク指令値絶対値の増加時におけるω_Tの
値 ω_T-down：トルク指令値絶対値の減少時におけるω_Tの
値 ｉ_u'、ｉ_v'、ｉ_w'：三相交流電流指令値 ｉ_u、ｉ_v、ｉ_w ：三相交流電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北島 康彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−23085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−84903（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−67398（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トルク指令値と誘導モータの回転速度とに
   応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
   多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
   置において、 トルク指令値と、そのときの動作状態において誘導モー
   タの定常損失を最小にするすべり周波数ω_optとを入力
   し、与えられたトルク指令値において定常損失を最小と
   する回転子磁束を演算する定常損失最小磁束演算部と、 上記トルク指令値を入力し、トルク指令値の変化に基づ
   いた目標トルクの変化方向を検出する目標トルク変化検
   出部と、 目標トルク伝達関数の遮断周波数ω_Tと目標磁束伝達関
   数の遮断周波数ω_φとを、上記目標トルクの変化方向に
   応じた値に設定する遮断周波数設定部と、 上記トルク指令値を入力し、上記遮断周波数設定部で設
   定された遮断周波数ω_Tのローパス特性を有する伝達関
   数に基づいて誘導モータの目標トルクを演算する目標ト
   ルク演算部と、 上記定常損失最小磁束を入力し、上記遮断周波数設定部
   で設定された遮断周波数ω_φのローパス特性を有する伝
   達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値
   を演算する目標磁束演算部と、 上記誘導モータの回路定数に基づき、上記目標磁束と上
   記目標磁束の一階微分値と上記目標トルクと上記誘導モ
   ータの回転速度とに応じて上記電流指令値を演算するベ
   クトル制御演算部と、 上記誘導モータに流れる電流を上記電流指令値に追従さ
   せるモータ駆動部と、 を備え、上記誘導モータの出力トルクを上記目標トルク
   に対応した値とするように制御する誘導モータ制御装
   置。
2. 【請求項２】上記目標トルク変化検出部は、上記目標ト
   ルクの絶対値が増加方向か減少方向かを検出するもので
   あり、 上記遮断周波数設定部は、上記目標トルクの絶対値が増
   加方向の場合には、上記目標トルク伝達関数の遮断周波
   数ω_Tと上記定常損失を最小にするすべり周波数ω_optと
   から、ω_φ＝√(ω_T・ω_opt）の式に基づいて増加時に
   おける目標磁束伝達関数の遮断周波数ω_φを演算し、上
   記目標トルクの絶対値が減少方向の場合には、モータ回
   転子抵抗Ｒ_rとモータ回転子自己インダクタンスＬ_rから
   ω_φ＝Ｒ_r／Ｌ_rの式に基づいて減少時における目標磁束
   伝達関数の遮断周波数ω_φを演算し、かつ、上記目標ト
   ルクの絶対値が増加方向の場合における目標トルク伝達
   関数の遮断周波数ω_Tの値ω_T-upと減少方向の場合にお
   ける値ω_T-downとを、ω_T-down≫ω_T-upに設定するもの
   である、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導モータ
   制御装置。
3. 【請求項３】アクセルペダルの開度を検出するアクセル
   センサの出力を上記トルク指令値とし、かつ上記目標ト
   ルク変化検出部は、上記アクセルセンサの出力から目標
   トルクの絶対値が増加方向か減少方向かを検出するもの
   である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の誘導モータ制御装置。
4. 【請求項４】上記定常損失を最小にするすべり周波数ω
   _optは、少なくとも誘導モータの温度を含む動作変数に
   基づいて設定される値である、ことを特徴とする請求項
   １乃至請求項３のいずれかに記載の誘導モータ制御装
   置。