JP5093073B2 - 電動機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置および制御方法に関し、特に、立ち上がり時間を短縮可能とした電動機の制御装置および制御方法に関する。

電動機（３相モータ）の制御においては、インバータからモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に駆動信号を出力して、３相出力電圧を制御し、回転磁界を生成している。
３相モータを制御する場合、電動機に対する電圧指令値を制御することで、その電動機の実電流を電流指令値に収束させる制御を行なっている。

電圧指令値は電圧方程式（後述の（３）式および（４）式）によって求められるが、立ち上がり時やモータ回転数の上昇時に実電流が電流指令値に収束するまでに時間がかかってしまう、という問題がある。

すなわち、実電流が電流指令値に向かうときに直ちに収束するようにその電流指令値に向かうのではなく、一旦、その電流指令値を超えてから、その電流指令値に漸近するようにして収束する（このことを以下では、「オーバーシュートする」という）。この性質のために、立ち上がり時に実電流が電流指令値に収束するまでに時間がかかってしまう。

なお、周辺技術として、例えば、特許文献１では、交流電動機の制御装置として、電動機への印加電圧が飽和状態となったときに、ＰＩ制御における積分項をゼロにして、比例項による電圧制御に切り換える技術が示されている。
特開２００２−３２５４９８号公報

本発明は、立ち上がり時に実電流が電流指令値に収束するまでの時間を短縮することを可能とした電動機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

提案する電動機の制御装置は、電動機に対する電圧指令値を制御することで、その電動機の実電流を電流指令値に収束させる制御を行なう。
この制御装置は、上記電流指令値と上記実電流との差分に対する閾値と、上記電圧指令値のうちの積分項に対する第１制限値と、その積分項に対する上記第１制限値より小さい第２制限値とを記憶するメモリと、上記メモリのデータを基に、上記積分項を制限するリミッタとを有する。そして、動作時に電流指令値と実電流との差分が上記閾値より小さくなったときに、上記リミッタは上記積分項を上記第１制限値に制限し、動作時に電流指令値と実電流との差分がさらにゼロ以下になったときに、上記リミッタは上記積分項を上記第２制限値に制限するものである。

例えば、上記収束させる制御における、上記電圧指令値のうちの積分項の時間変化を予めシミュレーションしておき、その積分項のピーク値近傍の値であり、その近傍の値に対応する時刻以降の、上記差分が正である間の時刻においてその近傍の値で上記積分項を制限したときに、上記実電流がぎりぎり上記電流指令値を超える場合に、その近傍の値を上記第１制限値とするとともに、その近傍の値に対応する時刻における電流指令値と実電流との差分を上記閾値とし、さらに、上記収束させる制御のシミュレーションにおける、時間が十分経過した後の上記積分項の平衡値を上記第２制限値とする。

提案する電動機の制御装置によれば、上記リミッタは、電流指令値と実電流との差分が差分の閾値より小さくなったときに、積分項を上記第１制限値に制限し、電流指令値と実電流との差分がさらにゼロ以下になったときに、積分項を上記第２制限値に制限する。

このように、実電流がぎりぎり電流指令値を超えるような第１制限値により、積分項のピーク値のやや手前からその積分項を制限することで、実電流が電流指令値を超えることを担保しつつ、実電流が電流指令値を超えるときの勢いをやや落とすことが可能となる。よって、電流指令値と実電流との差分が正からゼロに切り替わる時点（オーバーシュートが始まるタイミング）を特定した場合でも、実電流が電流指令値を超えた、電流指令値に近い値からその電流指令値に対し漸近するように収束するために、立ち上がり時に実電流が電流指令値に収束するまでの時間を短縮することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、制御装置１は、ｄ軸電圧指令値算出部２、ｑ軸電圧指令値算出部３、２相／３相変換部４、電動機（３相モータ、以下単に「モータ」という）５、３相／２相変換部６、を有する。

また、図２は、図１の２相／３相変換部４の構成を詳細に示す図である。
図２に示すように、２相／３相変換部４は、モータ５を駆動するインバータ１３、インバータ１３のＵ相電流を検出する電流センサ１４−１、インバータ１３のＷ相電流を検出する電流センサ１４−２、ロータ電気角算出部１７、回転速度算出部１９、角速度算出部２１、ＰＷＭ制御部２３、を有する。

ロータ電気角算出部１７は、モータ５が内蔵するエンコーダ１５から出力される信号に基づいて、モータ５のある位置（例えば、Ｕ相軸）を基準とするロータ電気角θを算出する。

回転速度算出部１９は、ロータ電気角θと、ロータの回転時間に基づいてモータ５のロータ回転速度Ｖ（ｒ／ｍｉｎ）を算出する。
角速度算出部２１は、ロータ回転速度Ｖから角速度ω（ｒａｄ／ｓｅｃ）を算出する。

ＰＷＭ制御部２３は、ｄ軸電圧指令値算出部２が算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄと、ｑ軸電圧指令値算出部３が算出したｑ軸電圧指令値Ｖｑと、ロータ電気角算出部１７が算出したロータ電気角θとを入力して、インバータ１３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をそれぞれＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオン／オフさせるための駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し出力する。

インバータ１３は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６によって構成される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。

スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５は、図２では不図示のバッテリーのプラス端子側に接続され、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６は、そのバッテリーのマイナス端子側に接続される。また、スイッチング素子Ｑ１とＱ２は直列に接続され、それらの間の接合点がモータ５のＵ相端子に接続される。スイッチング素子Ｑ３とＱ４は直列に接続され、それらの間の接合点がモータ５のＶ相端子に接続される。スイッチング素子Ｑ５とＱ６は直列に接続され、それらの間の接合点がモータ５のＷ相端子に接続される。

図１の３相／２相変換部６は、モータ５と、２相／３相変換部４内のインバータ１３との間に設けられる電流センサ１４−１および１４−２から出力される、Ｕ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗと、ロータ電気角算出部１７が算出したロータ電気角θとに基づいて、モータ５の各相に流れる電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）を、モータ５のｄ軸方向に流れる実電流Ｉｄおよびモータ５のｑ軸方向に流れる実電流Ｉｑに変換する。

なお、本実施形態では、モータ５の制御にはベクトル制御と呼ばれる制御方式が用いられている。このベクトル制御では、モータの等価モデルから以下の（１）式および（２）式を導出し、これらの式を基準に出力電圧を制御している。
Ｖｄ ＝ （Ｒ＋ｐＬｄ）Ｉｄ − ωＬｑＩｑ ・・・（１）
Ｖｑ ＝ （Ｒ＋ｐＬｑ）Ｉｑ ＋ ωＬｄＩｄ ＋ ωＫｅ ・・・（２）
ここで、Ｖｄはｄ軸電圧指令値、Ｖｑはｑ軸電圧指令値、ｐは微分演算子、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒは巻線抵抗、ωは角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）、Ｋｅは誘起電圧定数、である。

一般には、上記（１）式および（２）式の微分演算子ｐと抵抗Ｒの部分をＰＩ制御にて置き換えた下記（３）式および（４）式にて制御を行っている。
ΔＩｄ ＝ Ｉｄ＿ｒｅｆ − Ｉｄ
Ｖｄ ＝ ＫｐｄΔＩｄ ＋ ∫ＫｉｄΔＩｄ − ωＬｑＩｑ ・・・（３）
ΔＩｑ ＝ Ｉｑ＿ｒｅｆ − Ｉｑ
Ｖｑ ＝ ＫｐｑΔＩｑ ＋ ∫ＫｉｑΔＩｑ ＋ ωＬｄＩｄ ＋ ωＫｅ ・・・（４）
ここで、Ｉｄ＿ｒｅｆはｄ軸電流指令値、Ｉｑ＿ｒｅｆはｑ軸電流指令値、Ｉｄはｄ軸実電流、Ｉｑはｑ軸実電流、Ｋｐｄはｄ軸Ｐ（Proportional）項ゲイン、Ｋｐｑはｑ軸Ｐ項ゲイン、Ｋｉｄはｄ軸Ｉ（Integral）項ゲイン、Ｋｉｑはｑ軸Ｉ項ゲイン、である。

このようにして算出されたＶｄ、Ｖｑに基づいて、モータ５のｄｑ軸の電流を制御する。なお、実際にモータに印加される電圧は、下記（５）式の条件により制限される。
（Ｖｄ＾２ ＋ Ｖｑ＾２）＾０．５ ＜ Ｖｍａｘ ・・・（５）
ここで、Ｖｍａｘは入力電圧（印加電圧）である。

例えば、（３）式および（４）式によって算出されたＶｄ、Ｖｑが（５）式の条件を満たさない場合、その算出されたＶｄ、Ｖｑを出力することは当然のこととしてできなくなる。すなわち、Ｖｄ、Ｖｑとして無駄な値が算出される場合もある。

図１のｄ軸電圧指令値算出部２は、上記（３）式に示されるように、ｄ軸実電流Ｉｄ、ｑ軸実電流Ｉｑ、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、角速度ωから、ｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出する。

ｑ軸電圧指令値算出部３は、上記（４）式に示されるように、ｄ軸実電流Ｉｄ、ｑ軸実電流Ｉｑ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、誘起電圧定数Ｋｅ、角速度ωから、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。

図３は、図１のｄ軸電圧指令値算出部２の構成を詳細に示した図である。この図は、ソフトウェアにより実行される処理を示したものである。
図３において、演算器３１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと、ｄ軸実電流Ｉｄを符号反転したものを入力し、それらを加算することで、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとｄ軸実電流Ｉｄとの差分ΔＩｄ（＝Ｉｄ＿ｒｅｆ−Ｉｄ）を出力する。

乗算器３２は、演算器３１の出力ΔＩｄに対し、ｄ軸Ｐ項ゲインＫｐｄを乗算し、その乗算結果ＫｐｄΔＩｄ（ｄ軸のＰ項）を出力する。
乗算器３３は、演算器３１の出力ΔＩｄに対し、ｄ軸Ｉ項ゲインＫｉｄを乗算し、その乗算結果ＫｉｄΔＩｄ（ｄ軸のＩ項）をリミッタ３５に出力する。

続いて、リミッタ３５の動作につき、図４を参照して説明する。
図４は、図３のリミッタ３５の詳細な構成を示すブロック図である。
図４において、リミッタ３５は、乗算器３３の出力ＫｉｄΔＩｄが入力されるｄ軸Ｉ項算出部４１を備えている。ｄ軸Ｉ項算出部４１は、入力されたＫｉｄΔＩｄを前回の積分値に加算することにより、∫ＫｉｄΔＩｄ（ｄ軸のＩ項）を算出し、出力選択部４２に出力する。

第１のフラグ変更部４３は、差分ΔＩｄと、メモリ４６に保持される第１のフラグＦＬＧ＿１とを入力し、図５Ａに示す電流指令値と実電流の差分の閾値と第１フラグの値とを対応付けたテーブルを参照して、その第１のフラグＦＬＧ＿１の値を変更する。

図５Ａに示すように、入力した差分ΔＩｄの値が、差分の閾値“１０”より小さいときに、第１のフラグＦＬＧ＿１（値は“オフ”に初期化されているものとする）の値を“オン”に設定し、差分ΔＩｄの値が、差分の閾値“１０”以上のときに、第１のフラグＦＬＧ＿１の値を“オフ”に設定する。

第２のフラグ変更部４４は、差分ΔＩｄと、メモリ４６に保持される第２のフラグＦＬＧ＿２とを入力し、図５Ｂに示すテーブルを参照して、その第２のフラグＦＬＧ＿２の値を変更する。

図５Ｂに示すように、入力した差分ΔＩｄの値が、“０（ゼロ）”以下のときに、第２のフラグＦＬＧ＿２（値は“オフ”に初期化されているものとする）の値を“オン”に設定し、差分ΔＩｄの値が、“０”より大きいときに、第２のフラグＦＬＧ＿２の値を“オフ”に設定する。

出力選択部４２は、メモリ４６から第１のフラグＦＬＧ＿１および第２のフラグＦＬＧ＿２を読み出す。そして、図６に示すテーブルを参照して、第１のフラグＦＬＧ＿１と第２のフラグＦＬＧ＿２との組み合わせに応じて、リミッタ３５の出力としてｄ軸Ｉ項算出部４１が算出したものを採用するか、あるいは、その組み合わせに応じたリミット値を採用するかを選択し、その選択した値を後段の演算器に出力する。

すなわち、図６のテーブルに示すように、メモリ４６から読み出した第１のフラグＦＬＧ＿１＝“オフ”かつ第２のフラグＦＬＧ＿２＝“オフ”のとき、出力選択部４２は、ｄ軸Ｉ項算出部４１による算出結果をリミッタ３５の出力として選択し出力する。第１のフラグＦＬＧ＿１＝“オン”かつ第２のフラグＦＬＧ＿２＝“オフ”のとき、出力選択部４２は、第１のリミット値（本実施形態では“４０”）をリミッタ３５の出力として選択し出力する。第１のフラグＦＬＧ＿１＝“オン”かつ第２のフラグＦＬＧ＿２＝“オン”のとき、出力選択部４２は、第２のリミット値（本実施形態では“１２”）をリミッタ３５の出力として選択し出力する。

上記（１）式と（３）式、あるいは、（２）式と（４）式を比較すると、（３）式あるいは（４）式のＰＩ制御におけるＩ項は、Ｒ×Ｉ（抵抗と電流の積）に相当することが分かる。モータの巻線に抵抗成分が存在する以上、Ｉ項はどのような状態下でもゼロとなることはない。実電流が電流指令値に収束しようとする状態下における各パラメータ（図５Ａの“１０”や図６の“４０”）を、後述するように、モータの設計時に、モータの用途、動作条件等に応じて適切な値に設定することにより、応答性すなわち立ち上がり時間（収束に要する時間）を向上させることができる。

図４の説明に戻る。
演算器３６は、ｑ軸実電流Ｉｑと、ｑ軸インダクタンスＬｑと、角速度ωとを入力し、それらの乗算結果（ωＬｑＩｑ）を出力する。

演算器３８は、乗算器３２の出力ＫｐｄΔＩｄ（ｄ軸のＰ項）と、リミッタ３５の出力（ｄ軸のＩ項あるいはそれを制限したもの）と、演算器３６の出力を符号反転したもの（−ωＬｑＩｑ）とを加算することで、ｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出し出力する。

続いて、ｑ軸電圧指令値算出部３の動作について説明する。
図７は、図１のｑ軸電圧指令値算出部３の構成を詳細に示した図である。この図は、ソフトウェアにより実行される処理を示したものである。

図７において、演算器５１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと、ｑ軸実電流Ｉｑを符号反転したものを入力し、それらを加算することで、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆとｑ軸実電流Ｉｑとの差分ΔＩｑ（＝Ｉｑ＿ｒｅｆ−Ｉｑ）を出力する。

乗算器５２は、演算器５１の出力ΔＩｑに対し、ｑ軸Ｐ項ゲインＫｐｑを乗算し、その乗算結果ＫｐｑΔＩｑ（ｑ軸のＰ項）を出力する。
乗算器５３は、演算器５１の出力ΔＩｑに対し、ｑ軸Ｉ項ゲインＫｉｑを乗算し、その乗算結果ＫｉｑΔＩｑ（ｑ軸のＩ項）をリミッタ５５に出力する。

リミッタ５５は、乗算器５３の出力ＫｉｑΔＩｑを前回の積分値に加算することにより、∫ＫｉｑΔＩｑ（ｑ軸のＩ項）を算出する。そして、第１のフラグＦＬＧ＿１（ｑ軸用）と第２のフラグＦＬＧ＿２（ｑ軸用）との組み合わせに応じて、リミッタ５５の出力として算出したｑ軸のＩ項を採用するか、あるいは、その組み合わせに応じたリミット値を採用するかを選択し、その選択した値を後段の演算器に出力する。その詳細はｄ軸の場合と同様であり、省略する。

演算器５６は、ｄ軸実電流Ｉｄと、ｄ軸インダクタンスＬｄと、角速度ωとを入力し、それらの乗算結果（ωＬｄＩｄ）を出力する。
演算器５７は、角速度ωと、誘起電圧定数Ｋｅとを入力し、それらの乗算結果（ωＫｅ）を出力する。

演算器５８は、乗算器５２の出力ＫｐｑΔＩｑ（ｑ軸のＰ項）と、リミッタ５５の出力（ｑ軸のＩ項あるいはそれを制限したもの）と、演算器５６の出力（ωＬｄＩｄ）と、演算器５７の出力（ωＫｅ）とを加算することで、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出し出力する。

続いて、電圧指令値Ｖを制御することで、実電流Ｉが電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに収束していく様子を、図８〜図１３を参照して説明する。このうち、図８〜図１１は、積分項（Ｉ項）のリミット制御を行わない従来の場合に相当するシミュレーション結果を示した図であり、図１２および図１３は、本実施形態の積分項（Ｉ項）のリミット制御を行う場合に相当するシミュレーション結果を示した図である。以下に各図について説明する。

図８は、ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝１としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す従来のシミュレーション結果を示した図である。

図８において、縦軸の左側の目盛りは、電圧指令値のうちのＰ項（ＫｐΔＩ、ただし、ΔＩ＝Ｉ＿ｒｅｆ−Ｉ）、実電流Ｉ、電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに対応しており、縦軸の右側の目盛りは、電圧指令値のうちのＩ項（∫ＫｉΔＩ）に対応している。また、横軸には時間（任意単位）が示されている。このことは、図９〜図１３についても同様である。

また、図８において、直線６１は電流指令値Ｉ＿ｒｅｆを示している。曲線６２は実電流Ｉの時間変化を示している。曲線６３はＰ項（ＫｐΔＩ）の時間変化を示している。曲線６５はＩ項（∫ＫｉΔＩ）の時間変化を示している。また、図９は図８からＰ項の曲線６３を除いたものの拡大図である。

図８および図９の例では、Ｐ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝１に設定してＩ項のリミット制御を行わずにシミュレーションを実行している。Ｉ項ゲイン（Ｋｉ）の値が“１”程度の値の場合、このシステムでは、オーバーシュートが発生しないために、実電流Ｉが電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに収束していくまでに要する時間（電流安定までの時間）、すなわち、実電流Ｉの曲線６２が、直線６１で示される電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに十分近づくまでに要する時間が“１００００（ｍｓｅｃ）”程度で収まっている。

図１０は、ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す従来のシミュレーション結果を示した図である。

図１０において、直線７１は電流指令値Ｉ＿ｒｅｆを示している。曲線７２は実電流Ｉの時間変化を示している。曲線７３はＰ項（ＫｐΔＩ）の時間変化を示している。曲線７５はＩ項（∫ＫｉΔＩ）の時間変化を示している。また、図１１は図１０からＰ項の曲線７３を除いたものの拡大図である。

図１０および図１１の例では、Ｐ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５に設定してＩ項のリミット制御を行わずにシミュレーションを実行している。Ｉ項ゲイン（Ｋｉ）の値が“５”程度の値の場合、このシステムでは、オーバーシュートが発生し、実電流Ｉが電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに収束していくまでに要する時間（電流安定までの時間）、すなわち、実電流Ｉの曲線７２が、直線７１で示される電流指令値Ｉ＿ｒｅｆに十分近づくまでに “２５０００（ｍｓｅｃ）”程度の時間を要してしまう。

図１２は、ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す本実施形態のシミュレーション結果を示した図である。

図１２において、直線８１は電流指令値Ｉ＿ｒｅｆを示している。曲線８２は実電流Ｉの時間変化を示している。曲線８３はＰ項（ＫｐΔＩ）の時間変化を示している。曲線８５はＩ項（∫ＫｉΔＩ）の時間変化を示している。また、図１３は図１２からＰ項の曲線８３を除いたものの拡大図である。

図１２および図１３の例では、Ｐ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５に設定し、かつ、本実施形態のＩ項のリミット制御を行ってシミュレーションを実行している。
Ｉ項ゲイン（Ｋｉ）の値が“５”程度の値の場合、このシステムではＩ項のリミット制御を実施しない限り、対応する図１０および図１１の例に示されるように、オーバーシュートが発生し、実電流が電流指令値に十分近づくまでに要する時間として、 “２５０００（ｍｓｅｃ）”程度の時間を要してしまう。

このため、本実施形態では、Ｉ項のリミット制御を行わない場合の時間変化を図１０、図１１として予めシミュレーションしておき、Ｉ項のピーク値近傍の値（ここでは、その近傍の値＝“４０”）であり、その近傍の値に対応する時刻以降の、電流指令値Ｉ＿ｒｅｆと実電流Ｉとの差分が正である間の時刻においてその近傍の値でＩ項を制限したときに、図１３の実電流Ｉの時間変化を示す曲線８２のピーク値がぎりぎり電流指令値Ｉ＿ｒｅｆを示す直線８１を超える場合に、その近傍の値（すなわち、“４０”）を図６の第１のリミット値としてメモリ上に予め記憶するとともに、その近傍の値に対応する時刻における電流指令値と実電流との差分（ここでは、“１０”とする）を図５Ａの差分の閾値としてメモリ上に予め記憶する。

さらに、前記収束させる制御のシミュレーションにおける、時間が十分経過した後のＩ項の平衡値（ここでは、“１２”とする）を図６の第２のリミット値としてメモリ上に予め記憶する。

立ち上がり時もしくはモータ回転数の上昇時には、実電流は電流指令値より小さい値から、その電流指令値に向かうように制御される。よって、電流指令値と実電流との差分は始めのうちは正の値であり、実電流が電流指令値を超えた時点で負の値になり、時間をかけて実電流が電流指令値に漸近するように収束する。

上述のリミッタ３５または５５は、電流指令値と実電流との差分が図５Ａの差分の閾値（ここでは、“１０”）より小さくなったときに、対応するＩ項を上記第１のリミット値（すなわち、“４０”）に制限し、電流指令値と実電流との差分がさらにゼロ以下になったときに、対応するＩ項を上記第２のリミット値（すなわち、“１２”）に制限する。

このように、実電流がぎりぎり電流指令値を超えるような第１制限値により、積分項のピーク値のやや手前からその積分項を制限することで、実電流が電流指令値を超えることを担保しつつ、実電流が電流指令値を超えるときの勢いをやや落とすことが可能となる。よって、実電流が電流指令値を超えた、電流指令値に近い値からその電流指令値に対し漸近するように収束するために、立ち上がり時に実電流が電流指令値に収束するまでの時間を短縮することができる。

また、実電流がぎりぎり電流指令値を超えるという条件を満たした上で、積分項のピーク値までの範囲内で第１のリミット値（すなわちＩ項）を大きくすれば、そのＩ項が含まれる電圧指令値も大きくなるので、実電流が電流指令値に収束するまでの時間を短くできる。また、実電流がぎりぎり電流指令値を超えるという条件を満たした上で、積分項のピーク値までの範囲内で第１のリミット値（すなわちＩ項）を小さくすれば、そのＩ項が含まれる電圧指令値も小さくなるので、実電流が電流指令値に収束するまでの時間を長くできる。

すなわち、Ｉ項のピーク値付近のある時刻でのＩ項の値に対応する第１のリミット値、および、そのピーク値付近のある時刻における、電流指令値と実電流との差分に対応する差分の閾値として、適切な値を設定することにより、収束するまでの時間として要求される時間を満たして、実電流が電流指令値に収束するまでの時間を短くするように調整できる。

本発明の一実施形態に係る電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の２相／３相変換部の構成を詳細に示した図である。 図１のｄ軸電圧指令値算出部の構成を詳細に示した図である。 図３のリミッタの構成を詳細に示した図である。 差分ΔＩｄに応じて、第１のフラグＦＬＧ＿１を変更する際に使用されるテーブルを示した図である。 差分ΔＩｄに応じて、第２のフラグＦＬＧ＿２を変更する際に使用されるテーブルを示した図である。 第１のフラグＦＬＧ＿１および第２のフラグＦＬＧ＿２に応じて、図３のリミッタの出力がどのように切り替わるかを示した図である。 図１のｑ軸電圧指令値算出部の構成をより詳細に示した図である。 ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝１としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す従来のシミュレーション結果を示した図である。 図８からＰ項を省いた拡大図である。 ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す従来のシミュレーション結果を示した図である。 図１０からＰ項を省いた拡大図である。 ＰＩ制御におけるＰ項ゲインＫｐ＝１、Ｉ項ゲインＫｉ＝５としたときの、Ｐ項、Ｉ項、電流指令値、実電流の時間変化を示す本実施形態のシミュレーション結果を示した図である。 図１２からＰ項を省いた拡大図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ ｄ軸電圧指令値算出部
３ ｑ軸電圧指令値算出部
４ ２相／３相変換部
５ モータ
６ ３相／２相変換部
１３ インバータ
１４−１、１４−２ 電流センサ
１５ エンコーダ
１７ ロータ電気角算出部
１９ 回転速度算出部
２１ 角速度算出部
２３ ＰＷＭ制御部
３１、３６、３８、５１、５６、５７、５８ 演算器
３２、３３、５２、５３ 乗算器
３５、５５ リミッタ
６１、７１、８１ 直線
６２、６３、６５、７２、７３、７５、８２、８３、８５ 曲線

Claims (4)

1. 電動機に対する電圧指令値を制御することで、該電動機の実電流を電流指令値に収束させる制御を行なう該電動機の制御装置において、
   前記電流指令値と前記実電流との差分に対する閾値と、前記電圧指令値のうちの積分項に対する第１制限値と、該積分項に対する前記第１制限値より小さい第２制限値とを記憶するメモリと、
   前記メモリのデータを基に、前記積分項を制限するリミッタとを有し、
   動作時に電流指令値と実電流との差分が前記閾値より小さくなったときに、前記リミッタは前記積分項を前記第１制限値に制限し、
   動作時に電流指令値と実電流との差分がさらにゼロ以下になったときに、前記リミッタは前記積分項を前記第２制限値に制限することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記収束させる制御における、前記電圧指令値のうちの積分項の時間変化を予めシミュレーションしておき、
   該積分項のピーク値近傍の値であり、その近傍の値に対応する時刻以降の、前記差分が正である間の時刻においてその近傍の値で前記積分項を制限したときに、前記実電流がぎりぎり前記電流指令値を超える場合に、その近傍の値を前記第１制限値とするとともに、その近傍の値に対応する時刻における電流指令値と実電流との差分を前記閾値とし、
   さらに、前記収束させる制御のシミュレーションにおける、時間が十分経過した後の前記積分項の平衡値を前記第２制限値としたことを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 動作時に電流指令値と実電流との差分が前記閾値より小さくなってから、該差分がゼロ以下となるまでの間に、前記第１制限値と前記第２制限値との間の値をもつ制限値を１以上設け、
   前記積分項の値を、それら制限値の間で段階的に下げることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
4. 電動機に対する電圧指令値を制御することで、該電動機の実電流を電流指令値に収束させる制御を、前記電流指令値と前記実電流との差分に対する閾値と、前記電圧指令値のうちの積分項に対する第１制限値と、該積分項に対する前記第１制限値より小さい第２制限値とを記憶するメモリと、前記メモリのデータを基に、前記積分項を制限するリミッタとを用いて行なう該電動機の制御方法において、
   動作時に電流指令値と実電流との差分が前記閾値より小さくなったときに、前記リミッタは前記積分項を前記第１制限値に制限し、
   動作時に電流指令値と実電流との差分がさらにゼロ以下になったときに、前記リミッタは前記積分項を前記第２制限値に制限することを特徴とする電動機の制御方法。