JP5407322B2 - 交流電動機の制御システム - Google Patents

Description

交流電動機の制御システムに関し、より特定的には、直流電圧をインバータにより矩形波交流電圧に変換して交流電動機へ印加するモータ制御に関する。

直流電圧をインバータによって交流電圧に変換して交流電動機を駆動制御するモータ制御システムが一般的に用いられている。このようなモータ制御システムでは、一般的には交流電動機を高効率で駆動するために、ベクトル制御に基づく正弦波パルス幅変調（ＰＷＭ）制御に従ってモータ電流が制御される。

しかしながら、正弦波ＰＷＭ制御では、インバータの出力電圧の基本波成分を十分に高めることができず電圧利用率に限界があるため、高速領域で高出力を得ることが難しいという問題点がある。この点を考慮して、正弦波ＰＷＭ制御よりも基本波成分が大きい電圧を出力可能な制御方式の採用が提案されている。

特開２００６−３２００３９号公報（特許文献１）には、コンバータによって可変制御される電圧を振幅とする矩形波電圧が交流電動機へ印加される制御方式が記載されている。特に、特許文献１では、基本的にはトルク偏差に応じて矩形波電圧の電圧位相を変化させるとともに、モータ回転速度が急激に変化した場合には、モータ回転速度の変化比に応じてコンバータの出力電圧を変化させる制御が記載されている。

また、特開２００６−５４９９５号公報（特許文献２）には、矩形波電圧の印加で回転する交流電動機を制御する駆動制御装置において、電圧・電流検出値に基づく実トルク値と指令トルク値とに従う第１電圧位相と、電動機モデルに基づく推定トルク値と指令トルク値に従う第２電圧位相とを算出し、これらを重み付けした値を矩形波電圧の位相として用いる制御方式が提案されている。
特開２００６−３２００３９号公報 特開２００６−５４９９５号公報 特開２００８−１１８３号公報

特許文献１，２では、交流電動機のトルク実績をフィードバックした矩形波電圧の位相制御が行なわれる。しかしながら、このようなトルクフィードバック制御では、トルク指令値の変化時には、当該変化に伴うトルク偏差が検出されてから、当該トルク偏差を解消するための制御演算に従って電圧位相が変化することになる。したがって、トルク指令値の変化時における制御応答性には改善の余地がある。

一方で、交流電動機の出力トルクは、矩形波電圧制御の操作量である電圧位相のみではなく、回転速度に代表されるモータ運転状態によっても変化する。そして、一般的に、矩形波電圧制御における電圧位相に対する出力トルクの変化は非線形特性を有することから、トルク指令値に基づくフィードフォワード制御を導入する際には、必要なトルク補償量に対応する電圧位相変化量を求める演算処理の複雑化、高負荷化が懸念される。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード制御において、トルク補償のための電圧位相変化量を簡易な演算処理によって求めることである。

この発明による交流電動機の制御システムは、インバータと、矩形波電圧制御部とを備える。インバータは、直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換する。矩形波電圧制御部は、トルク制御のために交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成される。そして、矩形波電圧制御部は、線形近似部と、位相変化量演算部とを含む。線形近似部は、電圧位相および交流電動機の運転状態に基づいて、現在の運転状態および電圧位相に対応する第１の動作点における、電圧位相の変化に対するトルクの変化の比である第１の傾きを算出するように構成される。位相変化量演算部は、トルク制御の指令値に基づいてトルク補償量を演算するとともに、当該トルク補償量を第１の傾きで除算することにより求められた第１の位相変化量に従って電圧位相の変化量を演算する。

好ましくは、位相変化量演算部は、運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、電圧位相を現在値から第１の位相変化量だけ変化させた第１の電圧位相および現在の運転状態に対応する第２の動作点におけるトルク値を演算するとともに、第１および第２の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第２の傾きを算出し、さらに、トルク補償量を第２の傾きによって除算することにより求められた第２の位相変化量に従って電圧位相の変化量を演算する。

さらに好ましくは、位相変化量演算部は、さらに、電圧位相を現在値から第２の位相変化量だけ変化させた第２の電圧位相および現在の運転状態に対応する第３の動作点を設定するとともに、トルク演算式に従って第３の動作点におけるトルク値を算出し、かつ、算出した当該トルク値と指令値との偏差が所定値より小さいか否かを判定する。そして、位相変化量演算部は、さらに、偏差が所定値以上である場合には、第３および第１の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第３の傾きを算出し、さらに、トルク補償量を第３の傾きによって除算することにより求められた第３の位相変化量に従って電圧位相の変化量を演算する。

特にこのような構成では、位相変化量演算部は、更新処理部と、トルク差判定部とを有する。更新処理部は、第１の動作点および現時点での第３の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比に基づいて第３の傾きおよび第３の位相変化量を更新するとともに、更新された第３の位相変化量だけ現在値から変化させた電圧位相および、現在の運転状態に対応する動作点へ第３の動作点を更新する。トルク差判定部は、更新処理部によって第３の動作点が更新される毎に、更新された第３の動作点におけるトルク値と指令値との偏差を所定値と比較し、かつ、偏差が所定値以上である間は、第３の動作点の更新処理を繰り返し実行するように更新処理部へ指示する。

この発明の他の局面によれば、交流電動機の制御システムは、インバータと、矩形波電圧制御部とを備える。インバータは、直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換する。矩形波電圧制御部は、トルク制御のために交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成される。そして、矩形波電圧制御部は、線形近似部と、位相変化量演算部と、極性確認部と、第１および第２のトルク演算部と、トルク差判定部と、更新処理部とを含む。線形近似部は、電圧位相および交流電動機の運転状態およびに基づいて、現在の運転状態および電圧位相に対応する第１の動作点における、電圧位相の変化に対するトルクの変化の比である第１の傾きを算出するように構成される。位相変化量演算部は、トルク制御の指令値に基づいてトルク補償量を演算するとともに、当該トルク補償量を第１の傾きで除算することにより第１の位相変化量を演算するように構成される。極性確認部は、電圧位相を現在値から第１の位相変化量だけ変化させた第１の電圧位相の正負と、指令値の正負が整合しているか否を判断するとともに、正負の不整合時には第１の電圧位相を所定値に修正する一方で、正負の整合時には第１の電圧位相を維持するように構成される。第１のトルク演算部は、交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、修正または維持された第１の電圧位相および現在の運転状態に対応する第２の動作点におけるトルク値を演算する。トルク差判定部は、第２の動作点におけるトルク値と指令値との偏差が所定値より小さいか否かを判定する。更新処理部は、トルク差判定部によって偏差が所定値以上と判定されると、その時点での第２の動作点と第１の動作点との間での電圧位相差に対するトルク差の比である第２の傾きによってトルク補償量を除算することにより第２の位相変化量を求めるとともに、電圧位相を現在値から第２の位相変化量だけ変化させた第２の電圧位相および現在の運転状態に対応する動作点へ第２の動作点を更新するように構成される。第２のトルク演算部は、更新処理部によって第２の動作点が更新される毎に、更新された第２の動作点におけるトルク値をトルク演算式に従って演算する。そして、トルク差判定部は、第１または第２のトルク演算部によってトルク値が算出される毎に、当該トルク値と指令値との偏差が所定値より小さいか否かを判定する。さらに、位相変化量演算部は、トルク差判定部によって偏差が所定値より小さいと判定されると、その時点での第２の動作点と第１の動作点との間の電圧位相差に従って、電圧位相の変化量を演算する。

好ましくは、極性確認部は、第１の電圧位相および指令値の正負の不整合時には、第１の電圧位相を、交流電動機の出力トルクが実質的に零となる電圧位相に設定する。

あるいは好ましくは、矩形波電圧制御部は、位相変化量演算部によって算出された変化量が制限範囲を外れるときに、変化量を制限範囲内に修正するための位相変化制限部をさらに含む。

好ましくは、位相変化量演算部は、制御周期間の指令値の変化量に従ってトルク補償量を演算する。

あるいは好ましくは、位相変化量演算部は、交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および電圧位相を変数とするトルク演算式に従って第１の動作点におけるトルク値を演算するとともに、当該トルク値および指令値の差に従ってトルク補償量を演算する。

また好ましくは、線形近似部は、交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および電圧位相を変数とするトルク演算式を電圧位相で微分して得られた微分式に従って、第１の傾きを算出する。

また好ましくは、矩形波電圧制御部は、フィードバック制御部と、演算部とをさらに含む。フィードバック制御部は、指令値に対するトルク偏差のフィードバックに基づいて矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成される。演算部は、フィードバック制御部により設定された電圧位相と、位相変化量演算部によって算出された変化量との和に従って、電圧位相の指令値を設定する。

好ましくは、交流電動機は、電動車両に搭載されて当該電動車両の車両駆動力を発生するように構成される。

この発明によれば、交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード制御において、トルク補償のための電圧位相変化量を簡易な演算処理によって求めることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［実施の形態１］
（制御システムの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。

図１を参照して、モータ制御システム１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ１４と、制御装置３０と、交流電動機Ｍ１とを備える。

交流電動機Ｍ１は、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。すなわち、本実施の形態では、電動車両は、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車輪駆動力発生用の電動機を搭載する車両全般を含むものである。なお、交流電動機Ｍ１は、一般的には、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。また、この交流電動機Ｍ１は、ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機Ｍ１は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、コンバータ１２とを含む。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、燃料電池や電気二重層キャパシタ、あるいは、これらの組合せから成る。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電力線６との間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子およびアース線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。平滑コンデンサＣ１は、電力線６およびアース線５の間に接続される。

コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７およびアース線５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、
電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電力線７およびアース線５の間に接続される。

インバータ１４は、電力線７およびアース線５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。各相アームは、電力線７およびアース線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。

各相アームの中間点は、交流電動機Ｍ１の各相コイルの各相端に接続されている。代表的には、交流電動機Ｍ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム１５〜１７のスイッチング素子の中間点と接続されている。

コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）ＶＨをインバータ１４へ供給する。また、コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ１４から供給された直流電圧（システム電圧）を降圧して直流電源Ｂを充電する。昇圧動作時および降圧動作時において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ応答して制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（電圧比＝１．０）とすることもできる。

平滑コンデンサＣ０は、コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出し、検出した電圧を制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ０から直流電圧が供給されると制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を適切なモータ印加電圧（交流電圧）に変換して正のトルクを出力するように交流電動機Ｍ１を駆動する。また、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を適切なモータ印加電圧（交流電圧）に変換してトルクが零になるように交流電動機Ｍ１を駆動する。これにより、交流電動機Ｍ１は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、モータ制御システム１００が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機Ｍ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介してコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流電動機Ｍ１に流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置３０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２５は、交流電動機Ｍ１のロータ回転角ＡＮＧを検出し、その検出した回転角ＡＮＧを制御装置３０へ送出する。制御装置３０では、回転角ＡＮＧに基づき交流電動機Ｍ１の回転速度（単位時間当たりの回転数（代表的にはｒｐｍ）によって示されるものとする）および角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２５については、回転角ＡＮＧを制御装置３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。

制御装置３０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なう。制御装置３０は、このような演算処理により、交流電動機Ｍ１が上位ＥＣＵからの動作指令に従って運転されるように、モータ制御システム１００の動作を制御する。なお、制御装置３０の一部については、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

具体的には、制御装置３０は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４からのモータ電流ｉｖ，ｉｗ、回転角センサ２５からの回転角ＡＮＧに基づいて、後述する方法により交流電動機Ｍ１がトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

コンバータ１２の昇圧動作時には、制御装置３０は、平滑コンデンサＣ０の出力電圧ＶＨをフィードバック制御し、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを上位ＥＣＵから受けると、交流電動機Ｍ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、コンバータ１２へ出力する。これにより、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

（制御構成）
次に、制御装置３０によって制御される、インバータ１４における電力変換について詳細に説明する。

図２に示すように、本発明の実施の形態によるモータ制御システム１００では、インバータ１４における電力変換について３つの制御モードを切換えて使用する。

正弦波ＰＷＭ制御は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。周知のように、正弦波ＰＷＭ制御では、交流電動機Ｍ１に印加される線間電圧の基本波成分（実効値）をインバータ入力電圧の０．６１倍程度までしか高めることができない。以下、本明細書では、インバータ１４の直流リンク電圧（すなわち、システム電圧ＶＨ）に対する交流電動機Ｍ１の線間電圧の基本波成分（実効値）の比を「変調率」と称することとする。

一方、矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流電動機Ｍ１に印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。

過変調ＰＷＭ制御は、電圧指令の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませることによって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高変調率から０．７８の範囲まで高めることができる。

交流電動機Ｍ１では、回転速度や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる駆動電圧（モータ必要電圧）が高くなる。コンバータ１２による昇圧電圧すなわち、システム電圧ＶＨはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ１２による昇圧電圧すなわち、システム電圧ＶＨには限界値（ＶＨ最大電圧）が存在する。

したがって、交流電動機Ｍ１の動作状態に応じて、モータ電流のフィードバックによってモータ印加電圧（交流）の振幅および位相を制御する、正弦波ＰＷＭ制御または過変調ＰＷＭ制御によるＰＷＭ制御モード、および、矩形波電圧制御モードのいずれかが選択的に適用される。なお、矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。

図３には、交流電動機Ｍ１の動作状態と上述の制御モードとの対応関係が示される。
図３を参照して、概略的には、低速度域Ａ１ではトルク変動を小さくするために正弦波ＰＷＭ制御が用いられ、中速度域Ａ２では過変調ＰＷＭ制御、高速度域Ａ３では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調ＰＷＭ制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機Ｍ１の出力向上が実現される。このように、図２に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。

上記制御モードのうち、正弦波ＰＷＭ制御および過変調ＰＷＭ制御については、周知の任意の制御構成を適用することが可能である。たとえば、交流電動機Ｍ１の出力トルクがトルク指令値Ｔｑｃｏｍと一致するように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍからｄ軸，ｑ軸の電流指令値を求め、これらの電流指令値に対するモータ電流（Ｉｄ，Ｉｑ）のフィードバック制御を行なうことにより、ＰＷＭ制御が実現できる。

（矩形波電圧制御）
本発明による交流電動機の制御システムは、交流電動機Ｍ１の矩形波電圧制御に特徴点を有するものである。したがって、以下では、矩形波電圧制御の制御構成について詳細に説明する。

本実施の形態による交流電動機の矩形波電圧制御は、図４に示されるような、電圧位相θｖに対する出力トルクの変化特性に従って実施される。

図４を参照して、一般的には、正トルク発生時（Ｔｑｃｏｍ＞０）には、トルク不足時には電圧位相θｖを進める一方で、トルク過剰時には電圧位相θｖを遅らせるように、トルク偏差に応じて電圧位相θｖは制御される。これに対して、負トルク発生時（Ｔｑｃｏｍ＜０）には、トルク不足時には電圧位相θｖを遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相θｖを進めるように、トルク偏差に応じて電圧位相θｖが制御される。

図５は、矩形波電圧制御の具体的な制御構成を説明するための機能ブロック図である。 図５を参照して、矩形波電圧制御部４００は、電力演算部４１０と、トルク演算部４２０と、偏差演算部４２５と、フィードバック制御部４３０と、フィードフォワード制御部４４０と、加算部４５０と、矩形波発生器４６０と、信号発生部４７０とを含む。フィードフォワード制御部４４０は、線形近似部４４２と位相変化量演算部４４５とを含む。

なお、図５中の各機能ブロックについては、制御装置３０によって実行される所定プログラムおよび／または制御装置３０内の電子回路（ハードウェア）による制御演算処理によって実現されるものとする。そして、矩形波電圧制御の適用時には、図５に従う矩形波電圧制御が所定の制御周期毎に実行される。

電力演算部４１０は、電流センサ２４によるＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗから求められる各相電流と、各相（Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとにより、下記（１）式に従ってモータへの供給電力（モータ電力）Ｐｍｔを算出する。

Ｐｍｔ＝ｉｕ・Ｖｕ＋ｉｖ・Ｖｖ＋ｉｗ・Ｖｗ …（１）
トルク演算部４２０は、電力演算部４１０によって求められたモータ電力Ｐｍｔおよび回転角センサ２５によって検出される交流電動機Ｍ１の回転角ＡＮＧから算出される角速度ωを用いて、下記（２）式に従ってトルク推定値Ｔｑを算出する。

Ｔｑ＝Ｐｍｔ／ω …（２）
なお、トルク推定値Ｔｑについては、上記電力演算部４１０およびトルク演算部４２０による推定方式に限定されるものではなく、任意の手法によって求めることが可能である点を確認的に記載する。あるいは、電力演算部４１０およびトルク演算部４２０に代えてトルクセンサを配置することによって、トルク推定値Ｔｑを求めてもよい。

偏差演算部４２５は、トルク推定値Ｔｑおよびトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従って、トルク偏差ΔＴｑ（ΔＴｑ＝Ｔｑｃｏｍ−Ｔｑ）を演算する。

フィードバック制御部４３０へは、トルク偏差ΔＴｑに基づいて、所定ゲインによる比例積分（ＰＩ）演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧位相のフィードバック項θｆｂを算出する。具体的には、図４にも示されるように、正トルク発生（Ｔｑｃｏｍ＞０）時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生（Ｔｑｃｏｍ＜０）時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進めるように、フィードバック項θｆｂを算出する。

フィードバック制御部４３０によれば、トルク偏差に基づくフィードバック制御により設定されるフィードバック項θｆｂが求められる。ただし、矩形波電圧制御では操作量が電圧位相のみとなるので、モータ印加電圧の振幅および位相を操作量とできるＰＷＭ制御と比較して、その制御応答性は相対的に低下する。さらに、電力演算部４１０における電力演算（式（１））の際には、検出されたモータ電流値からノイズ等を除去するためのフィルタ処理が不可避であるので、この点からもフィードバック制御のみで十分な制御応答性を確保することが困難となる。

フィードフォワード制御部４４０は、交流電動機Ｍ１の運転状態に関連した変数（以下、モータ変数とも称する）としての回転速度Ｎｍおよびシステム電圧ＶＨ、ならびに、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの変化に対応するためのフィードフォワード制御による矩形波電圧位相θｆｆを設定する。なお、回転速度Ｎｍは、回転角センサ２５によって検出される交流電動機Ｍ１の回転角ＡＮＧから算出できる。また、システム電圧ＶＨについては、電圧センサ１３による検出電圧あるいは、その電圧指令値ＶＨ♯によって検知できる。

加算部４５０は、フィードバック制御による電圧位相（フィードバック項）θｆｂと、フィードフォワード制御による電圧位相（フィードフォワード項）θｆｆとの加算に従って、矩形波電圧の位相指令に相当する電圧位相θｖを設定する。

矩形波発生器４６０は、加算部４５０によって設定された電圧位相θｖに従って各相電圧指令値（矩形波パルス）Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生する。信号発生部４７０は、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を発生する。インバータ１４がスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相θｖに従った矩形波電圧が、モータの各相電圧として印加される。

このように構成すると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの変化にフィードフォワード制御で対応することによって制御応答性を高めることができる。さらに、フィードバック制御との組合せによって、オフセット的な定常偏差を解消することが可能となる。

しかしながら、上記フィードフォワード制御では、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよびモータ変数の変化に対するフィードフォワード項θｆｆの設定が問題となる。一般的に、交流電動機Ｍ１では、モータ変数および電圧位相に対するトルク変化（トルク特性）は非線形特性となるので、演算時間が制御周期内に収まるように、あるいは、各制御周期での演算負荷を過度に高めることなく、フィードフォワード項θｆｆを求めることが課題となる。なお、上記非線形特性を事前にマップ化しておくことも可能であるが、制御精度向上のためにマップ点数を増加させればマップ用記憶データが膨大なものとなるため、ＥＣＵの記憶領域を過度に占有することが懸念される。

したがって、本実施の形態では、フィードフォワード制御部４４０を以下のように構成することにより、フィードフォワード制御に要する演算負荷および記憶データ容量の抑制を図る。

本実施の形態による矩形波電圧フィードフォワードの説明にあたり、まず、モータ運転状態を示すモータ変数および電圧位相に対する出力トルクの特性（以下、単に「トルク特性」と称する）について説明する。

モータ運転状態を反映したトルク特性は、以下に説明するトルク演算式によって把握される。一般に知られているように、永久磁石型同期電動機におけるｄ軸およびｑ軸上での電圧方程式およびトルク式は、下記（３）〜（５）式で示される。

（３），（４）式において、Ｒａは電機子巻線抵抗を示し、Ψは永久磁石の電機子鎖交磁束数を示し、Ｐは交流電動機Ｍ１の極対数を示す。また、ωは交流電動機Ｍ１の電気角速度を示している。電気角速度ωは、モータ回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）を用いて、ω＝２π・（Ｎｍ／６０）・Ｐ）で求めることができる。

なお、巻線抵抗に依存する電圧成分はごく低速領域で寄与し、回転速度上昇に従いそれ以外の成分が支配的になる。このため、矩形波電圧制御が高速度域で適用される（図２）ことを考慮すると、（３），（４）式での巻線抵抗成分は無視できる。このため、上記（４），（５）式は、矩形波電圧制御適用時には、下記（６），（７）式で示される。

さらに、矩形波電圧制御時には、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧で示されるモータ印加電圧（線間電圧）の基本波成分が、システム電圧ＶＨの０．７８倍となることを考慮すると、（６）式，（７）式を、上記（３）式に適用することによって、矩形波電圧の電圧位相θと交流電動機Ｍ１の出力トルクＴとの間の関係を示すトルク演算式（８）を得ることができる。

（８）式から理解されるように、モータ運転状態を示すモータ変数ＶＨ，ω（Ｎｍ）をトルク演算式に代入することにより、現在の運転状態における、電圧位相θとトルクＴとの関係が、マップ参照することなく、演算により求められることになる。なお、（８）式中において、ψは交流電動機Ｍ１の逆起電圧係数を示す。また、定数項Ｋａ，Ｋｂは、モータ定数として予め固定されるので、上記（８）式は、下記（９）式のように変形できる。すなわち、（８），（９）式は、モータ変数ＶＨ，ωおよび電圧位相θを変数とするトルク演算式となっている。

さらに、上記式（９）を電圧位相θで微分することにより、現在のモータ運転状態および電圧位相における、電圧位相変化に対するトルク変化の比Ｋｔｌを演算するための、下記式（１０）が導出される。

次に図６を用いて、フィードフォワード制御部４４０を構成する線形近似部４４２および位相変化量演算部４４５の機能を説明する。

図６を参照して、トルク特性線５００は、式（９）に現在のモータ運転状態（モータ変数）をそれぞれ代入することによって導出される。また、トルク特性線５００上の各動作点における接線ＴＬの傾きＫｔｌは、式（１０）に式（９）と同一のモータ変数を代入することで求めることができる。

トルク特性線５００上の現在の電圧位相θ０に対応する動作点Ｐａは、交流電動機Ｍ１の現在のモータ運転状態および電圧位相に対応する。図５に示した線形近似部４４２は、現在のモータ変数（Ｎｍ，ＶＨ）および電圧位相θ０を用いて、式（１０）に従って動作点Ｐａでの接線傾きＫｔｌを求める。この接線傾きＫｔｌは、現在のモータ運転状態および電圧位相における、電圧位相変化に対するトルク変化の比に相当する。すなわち、接線傾きＫｔｌを求めることによって、電圧位相に対するトルク変化特性を線形近似することができる。

図５に示した位相変化量演算部４４５は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに基づいて、必要なトルク補償量ΔＴｔｌを算出する。たとえば、今回の制御周期でのトルク指令値Ｔｑｃｏｍと、前回の制御周期でのトルク指令値Ｔｑｃｏｍとの差に従って、トルク補償量ΔＴｔｌは算出される。あるいは、式（９）に従ったトルク演算部４４４を配置することによって、現在の動作点Ｐａにおけるトルク値を演算するとともに、演算したトルク値と今回の制御周期でのトルク指令値Ｔｑｃｏｍとの差に従って、トルク補償量ΔＴｔｌを算出することも可能である。

そして、接線ＴＬ上において、動作点Ｐａから、出力トルクをトルク補償量ΔＴｔｌだけ変化させた動作点Ｐｃの電圧位相θ１を接線の傾きＫｔｌに従って求めることができる。すなわち、トルク補償量ΔＴｔｌを相殺するのに必要な電圧位相変化量θｔｌ（＝θ１−θ０）を、下記（１１）式により求めることができる。すなわち、動作点Ｐａは「第１の動作点」に対応し、傾きＫｔｌは「第１の傾き」に対応し、式（１１）によるθｆｆは、「第１の位相変化量」に対応する。

θｔｌ＝ΔＴｔｌ／Ｋｔｌ …（１１）
そして、位相変化量演算部４４５は、式（１１）によって求めた電圧位相変化量θｔｌを、フィードフォワード項θｆｆとして、加算部４５０へ出力する。

なお、式（９）から理解されるように、式（９）に従って、現在のモータ運転状態および目標トルク値から、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに対応する電圧位相θｖを逆算する演算、すなわち、トルク特性線５００上における、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに対応する動作点Ｐｂを直接演算することは困難である。その一方で、位相変化量演算部４４５（図５）によれば、線形近似部４４２によって求められた、動作点Ｐａでの接線傾きＫｔｌに基づく相対的に簡易な演算処理によって、フィードフォワード項θｆｆを求めることができる。

図６から理解されるように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの変化にフィードバック制御のみで対応する場合には、検出されたトルク偏差ΔＴｑに基づいて、トルク特性線上を動作点がＰａからＰｂまで徐々に変化することとなる。一方で、上記フィードフォワード制御によれば、動作点Ｐａからトルク特性線５００上の電圧位相θ１の動作点Ｐｄまでの変化を、フィードバック制御とは別個に行なうことができる。その後のフィードバック制御により、交流電動機Ｍ１は、動作点Ｐｄからトルク指令値Ｔｑｃｏｍに対応する本来の動作点Ｐｂに徐々に近づくように制御される。この結果、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの変化によって生じるトルク偏差を低減することが可能となり、その制御応答性を高めることができる。

さらに、図７および図８のフローチャートを用いて、実施の形態１による矩形波電圧制御を実現するための制御処理手順の詳細について説明する。矩形波電圧制御の適用時には、図７および図８による制御処理が所定の制御周期毎に実行される。

なお、図７および図８を含め、以下に説明する各フローチャートの各ステップは、制御装置３０による、予め格納された所定のプログラム実行によるソフトウェア処理、あるいは電子回路の作動によるハードウェア処理によって実現することができる。

図７を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１００により、交流電動機Ｍ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍを取得する。そして、制御装置３０は、ステップＳ１１０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに対するトルク偏差ΔＴｑに基づくフィードバック制御演算によって、電圧位相制御のフィードバック項θｆｂを算出する。すなわち、ステップＳ１１０による処理は、図５のフィードバック制御部４３０の機能に対応する。

制御装置３０は、さらに、ステップＳ１２０により、交流電動機Ｍ１のモータ運転状態およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍに基づいて、電圧位相制御のフィードフォワード項θｆｆを設定する。すなわち、ステップＳ１２０による処理は、図５のフィードフォワード制御部４４０の機能に対応する。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ１３０では、フィードバック項θｆｂおよびフィードフォワード項θｆｆの和に従って、今回の制御周期における電圧位相θｖを演算する。すなわち、ステップＳ１３０による処理は、図５の加算部４５０の機能に対応する。

そして、制御装置３０は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１３０で演算された電圧位相θｖに従ったインバータ制御指令、具体的には、インバータ１４のスイッチング指令、すなわち、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。ステップＳ１４０の処理は、図５の矩形波発生器４６０および信号発生部４７０の機能に対応する。

次に、図８を用いて、図７のステップＳ１２０によるフィードフォワード項の演算処理の詳細について説明する。

図８を参照して、制御装置３０は、ステップＳ２１０により、現在のモータ運転状態（ＶＨ，Ｎｍ）およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍを読込む。これによって、図６の動作点Ｐａが把握される。

そして、制御装置３０は、ステップＳ２２０により、式（１０）に従って、動作点Ｐａでの接線ＴＬの傾きＫｔｌを演算する。すなわち、ステップＳ２２０の処理は、線形近似部４４２（図５）の機能に対応する。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ２３０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに基づいて、フィードフォワード制御で補償すべきトルク補償量ΔＴｔｌを算出する。上述のように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの制御周期間での変化に従って、あるいは、式（９）による演算結果および今回のトルク指令値Ｔｑｃｏｍの差に従って、トルク補償量ΔＴｔｌを算出することができる。

そして、制御装置３０は、ステップＳ２４０により、接線ＴＬ上で動作点ＰａからトルクをΔＴｔｌだけ動かした動作点Ｐｃで電圧位相θ１を算出し、ステップＳ２５０により、動作点Ｐａ，Ｐｃ間の電圧位相差（θ１−θ０）をフィードフォワード項θｆｆに設定する。すなわち、フィードフォワード項θｆｆは、上記式（１１）に従って算出される。

実施の形態１による矩形波電圧制御によれば、トルク指令値に基づくフィードフォワード制御を、非線形特性を示す電圧位相−トルク特性に従った、現在のモータ運転状態および電圧位相における、電圧位相変化に対するトルク変化特性の線形近似に基づいて、簡易な演算処理によって実現することができる。

この結果、電圧位相変化量（フィードフォワード項θｆｆ）を求める演算処理の複雑化、高負荷化を招くことなく、フィードフォワード制御によってトルク指令値変更時の制御応答性を高めることが可能となる。

［実施の形態１の変形例１］
実施の形態１による演算（図６）では、トルク特性線５００上の現在の動作点Ｐａにおける接線の傾きに基づいて、本来求めるべきトルク特性線５００上の動作点Ｐｂに代えて、接線ＴＬ上の動作点Ｐｃを求めることによって、フィードフォワード項θｆｆを演算した。したがって、電圧位相の領域によっては、動作点Ｐａ，Ｐｂの接線傾きの差に起因して動作点ＰｂおよびＰｃの差が大きくなることによって、フィードフォワード項θｆｆの設定誤差が大きくなる可能性がある。

したがって、実施の形態１の変形例１では、フィードフォワード項θｆｆをより精密に求める演算手法、すなわち図６での現在の動作点Ｐａおよび本来の動作点Ｐｂの電圧位相差（θ０−θ０♯）と、フィードフォワード項θｆｆとをより近づけるための演算処理について説明する。

図９を参照して、実施の形態１で説明したように、現在のモータ運転状に対応するトルク特性線５００上の現在の動作点Ｐａにおける接線ＴＬの傾きＫｔｌを求め、接線ＴＬ上でΔＴｔｌ／Ｋｔｌだけ電圧位相を変化させた動作点Ｐｃ（電圧位相θ１）が求められる。

実施の形態１の変形例１による矩形波電圧フィードフォワード制御では、動作点Ｐｃの電圧位相θ１における、トルク特性線５００上の動作点Ｐｄ（トルク値Ｔ２）をさらに求める。そして、動作点ＰａおよびＰｄを通る直線５２０上で、トルク補償量ΔＴｔｌだけ動作点Ｐａからトルクを変化させた動作点Ｐｅを求める。図１２より、動作点Ｐｅの電圧位相θ２は、動作点Ｐｃの電圧位相θ１よりも、本来の動作点Ｐｂの電圧位相θ０♯に近いことが、幾何的に理解される。

実施の形態１の変形例１による矩形波電圧制御では、実施の形態１による矩形波電圧制御と比較して、フィードフォワード項の演算（図７のステップＳ１２０）について、図１０に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態１と同様なので詳細な説明は繰返さない。図１０に示す演算処理に従って、動作点ＰａおよびＰｅ間の電圧位相が求められる。

図１０を参照して、制御装置３０は、ステップＳ３００では、図８のＳ２１０〜Ｓ２４０と同様の処理によって、動作点Ｐｃ（電圧位相θ１）を設定する。そして、制御装置３０は、ステップＳ３１０により、式（９）に従って、トルク特性線５００上での電圧位相θ１におけるトルク値を演算する。これにより、動作点Ｐｄのトルク値Ｔ２が求められる。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ３２０により、動作点ＰａおよびＰｄを通る直線５２０の傾きｋ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（θ０−θ１）を演算する。ここで、動作点Ｐａのトルク値Ｔ１についても、トルク演算部４４４（図５）により式（９）に従って演算することができる。あるいは、前回の制御周期におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍをトルク値Ｔ１として用いてもよい。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ３３０では、ステップＳ３２０で求めた傾きｋおよびトルク補償量ΔＴｔｌ（ステップＳ２３０）から、直線５２０上で動作点Ｐａから電圧位相をΔＴｔｌ／ｋだけ動かした動作点Ｐｅの電圧位相θ２を算出する。そして、制御装置３０は、ステップＳ２５１により、動作点Ｐａ，Ｐｅ間の電圧位相差ΔＴｔｌ／ｋをフィードフォワード項θｆｆに設定する。

すなわち、動作点Ｐｄは「第２の動作点」に対応し、傾きｋは「第２の傾き」に対応し、ΔＴｔｌ／ｋによるθｆｆは、「第２の位相変化量」に対応する。

このように実施の形態１の変形例１による矩形波電圧のフィードフォワード制御によれば、トルク演算式およびその微分式に従って、トルク補償量ΔＴｔｌを相殺するための電圧位相変化量、すなわちフィードフォワード項θｆｆを、より精密に設定することが可能となる。この結果、フィードフォワード制御によるトルク指令値変更時の制御応答性をさらに高めることが可能となる。

［実施の形態１の変形例２］
実施の形態１の変形例２では、フィードフォワード項θｆｆをさらに精密に求める手法について説明する。

図１１は、実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御における積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。

図１１を参照して、実施の形態１の変形例２では、実施の形態１の変形例１と同様に動作点Ｐｅまで求めた後、動作点Ｐｅの電圧位相θ２における、トルク特性線５００上の動作点Ｐｆ（トルク値Ｔ３）をさらに求める。

そして、トルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜が所定値以上の場合には、動作点ＰａおよびＰｆを通る直線５３０の傾きｋ´を求めるとともに、直線５３０上で動作点Ｐａ（電圧位相θ０）から、電圧位相をΔＴｔｌ／ｋ´だけ動かした動作点に、動作点Ｐｅを更新する。これにより、更新された動作点Ｐｅの電圧位相は、更新前の動作点Ｐｅの電圧位相よりも、本来の動作点Ｐｂの電圧位相θ０♯に近づいたものとなる。

なお、動作点Ｐｅの更新に合わせて動作点Ｐｆも更新されるので、トルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜についても再び評価することができる。したがって、動作点Ｐｅの更新毎にトルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜を所定値と比較するとともに、トルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜が所定値以上の間は、動作点ＰｅおよびＰｆの更新処理を繰り返す制御構成とすれば、フィードフォワード制御の適用後におけるトルク偏差を一定範囲内に抑制することが可能となる。

すなわち、動作点Ｐｆは「第３の動作点」に対応し、傾きｋ′は「第３の傾き」に対応し、ΔＴｔｌ／ｋ′によるθｆｆは、「第３の位相変化量」に対応する。

実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御は、実施の形態１による矩形波電圧制御と比較して、フィードフォワード制御部４４０の構成を図１２に変更するとともに、フィードフォワード項θｆｆの演算（図７のステップＳ１２０）について、図１３に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

図１２を参照して、実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御では、位相変化量演算部４４５は、図５に示した構成に加えて、更新処理部４４６およびトルク差判定部４４８をさらに含む。更新処理部４４６は、トルク差判定部４４８からの更新指示ＲＰに従って、上述した動作点Ｐｅ，Ｐｆの更新処理を実行する。トルク差判定部４４８は、動作点Ｐｆのトルク値Ｔ３とトルク指令値Ｔｑｃｏｍとのトルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜が所定値より小さいか否かを判定するとともに、判定結果に従って更新指示ＲＰを生成する。

図１３には、実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部４４０（制御装置）３０によるフィードフォワード項演算処理が示される。

図１３を参照して、制御装置３０は、図１０と同様のステップＳ３００〜Ｓ３３０による処理によって、動作点Ｐｅ（電圧位相θ２）を設定する。さらに、制御装置３０は、ステップＳ３４０により、トルク特性線５００上の電圧位相θ２である動作点Ｐｆのトルク値Ｔ３を求める。そして、制御装置３０は、ステップＳ３５０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍと、動作点Ｐｆのトルク値Ｔ３とのトルク差（絶対値）と所定のしきい値とを比較する。

トルク差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜＜εである場合には（Ｓ３５０のＮＯ判定時）、動作点Ｐｆを採用することによって生じるトルク偏差がしきい値εより小さいと予測される。したがって、制御装置３０は、ステップＳ２５２に処理を進めて、動作点Ｐａ，Ｐｅの電圧位相差をフィードフォワード項θｆｆに設定する。すなわち、θｆｆ＝θ０−θ２に設定される。

一方で、ステップＳ３５０において偏差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜≧εである場合（Ｓ３５０のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、動作点Ｐｆを本来の動作点Ｐｂにさらに近づけるべく、ステップＳ３６０〜Ｓ３８０の処理によって、動作点Ｐｅ，Ｐｆを更新する。

制御装置３０は、ステップＳ３６０では、動作点Ｐａと、その時点での動作点Ｐとｆを通る直線５３０の傾きｋ′を求め、さらに、ステップＳ３７０により、直線５３０上で、動作点Ｐａから電圧位相をΔＴｔｌ／ｋ′だけ動かした点に、動作点Ｐｅ（電圧位相θ２）を更新する。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ３８０により、ステップＳ３７０で更新された動作点Ｐｅの電圧位相における、トルク特性線５００上のトルク演算によって、トルク値Ｔ３を更新する。これに伴い、動作点Ｐｆについても更新される。そして、更新されたトルク値Ｔ３に基づいて、ステップＳ３５０の判定が再度実行される。

そして、偏差｜Ｔ３−Ｔｑｃｏｍ｜＜εとなってステップＳ３５０がＮＯ判定となるまでの間、ステップＳ３６０〜Ｓ３８０による動作点Ｐｅ，Ｐｆの更新処理が繰り返し実行されることになる。

この結果、フィードフォワード制御の適用時のトルク偏差がε以下となるように、フィードフォワード項θｆｆを設定することができる。なお、制御装置３０の演算負荷や演算所要時間を考慮して、ステップＳ３５０のＮＯ判定時における動作点Ｐｅ，Ｐｆの更新処理（ステップＳ３６０〜Ｓ３８０）の実行回数については、所定回数（１回あるい複数回）予め制限することも可能である。

このように実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御によれば、トルク演算式およびその微分式に従って、トルク補償量ΔＴｔｌを相殺するための電圧位相変化量、すなわちフィードフォワード項θｆｆを、トルク偏差が所定値（しきい値ε）よりも小さくなるように、さらに精密に設定することが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１によるフィードフォワード項演算処理を、繰り返し処理することによる、フィードフォワード制御について説明する。

図１４は、実施の形態２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部によるフィードフォワード項の演算を説明するための概念図である。

図１４を参照して、実施の形態２によるフィードフォワード制御は、式（９）に従うトルク特性線５００上の接線傾きに基づいて、フィードフォワード項を算出する。式（９）から理解されるように、トルク特性線５００は三角関数に従うため、同一トルクに対応する電圧位相が複数個存在する。このため、図１４に例示したように、接線の傾きが小さい位相領域に現在の動作点Ｐａが存在する場合には、本来とかけ離れた電圧位相の動作点Ｐｄ（図１４中の電圧位相θ１となるトルク特性線５００上の動作点）が設定されるおそれがある。ただし、このような電圧位相でも、式（９）によるトルク演算では、トルク指令値Ｔｑｃｏｍと合致したトルクを出力可能と評価されるため、どのようにかかる異常演算を排除するかが課題となる。

実施の形態２によるフィードフォワード制御では、実施の形態１（およびその変形例１，２）と同様の接線傾きに基づく電圧位相演算を、適切な妥当性判定と組み合わせて繰り返し処理することによって、簡易かつ正確にフィードフォワード項の演算処理を実行する。

図１４から理解されるように、正トルク指令時（Ｔｑｃｏｍ＞０）時には電圧位相は正（θ１＞０）となるべきであり、かつ、負トルク指令時（Ｔｑｃｏｍ＜０）時には電圧位相は負（θ１＜０）となるべきである。したがって、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび電圧位相θ１の正負の整合を確認することにより、図１４に示されるような誤った電圧位相の設定が回避できる。

さらに、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび電圧位相θ１の正負が不整合である場合には、電圧位相θ１を所定位相（たとえば、出力トルク＝０となる電圧位相＝０）に更新する。これにより、動作点Ｐｄも、更新された電圧位相に対応するトルク特性線５００上の動作点へ更新される。

さらに、更新した動作点Ｐｄのトルク値とトルク指令値とのトルク差を判定し、当該トルク差が所定値以上であるときには、実施の形態１の変形例１，２と同様に、その時点での動作点ＰａおよびＰｄを結ぶ直線５２０の傾きｋを求め、直線５２０上でトルクをΔＴｔｌだけ動かした電圧位相を求めるとともに、当該電圧位相でのトルク値を式（９）に従って演算することによって、動作点Ｐｄがさらに更新される。かかる動作点Ｐｄの更新処理を、トルク差が所定値未満となるまで繰返し実行するとともに、トルク差が所定値未満となったときにその時点での動作点Ｐｄの電圧位相に従って、フィードフォワード項が設定される。

このようにすると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの正負と不整合な領域に電圧位相が設定されることを回避しつつ、実施の形態１によるトルク特性線５００上の接線傾きに基づいて、トルク偏差が所定値より小さくなるように繰り返し演算を実行することができる。

実施の形態２による矩形波電圧制御は、実施の形態１による矩形波電圧制御と比較して、フィードフォワード制御部４４０の構成を図１５に変更するとともに、フィードフォワード項θｆｆの演算（図７のステップＳ１２０）について、図１６に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

図１５を参照して、実施の形態２による矩形波電圧制御では、フィードフォワード制御部４４０は、線形近似部４４２と、位相変化量演算部４４５と、トルク演算部４４４と、極性チェック部４４３と、トルク差判定部４４８とを含む。そして、位相変化量演算部４４５は、更新処理部４４６を有する。

位相変化量演算部４４５は、実施の形態１と同様に、線形近似部４４２により算出された接線傾きＫｔｌおよびトルク補償量（ΔＴｔｌ）に基づいて、電圧位相θ１（θ１＝θ０＋ΔＴｔｌ／Ｋｔｌ）を算出する。極性チェック部４４３は、算出された電圧位相θ１とトルク指令値Ｔｑｃｏｍとの正負の整合性を確認し、両者の正負整合時には、電圧位相θ１を所定値（たとえば０）に修正する一方で、両者の正負不整合時には、電圧位相θ１を維持する。

トルク演算部４４４は、極性チェック部４４３によって修正あるいは維持された電圧位相θ１および現在のモータ運転状態を用いて、式（９）に従ったトルク演算によりトルク値Ｔ２を求める。すなわち、トルク値Ｔ２の算出は動作点Ｐｄ（第２の動作点）を求めることに相当する。トルク演算部４４４によるこのトルク演算は、「第１のトルク演算部」の機能に対応する。

トルク差判定部４４８は、トルク演算部４４４により演算されたトルク値Ｔ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍの偏差｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜が所定値εより大きいか否かを判定する。そして、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜≧εのときには、動作点Ｐｄの更新を要求するフラグＦＴをオンする一方で、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜＜εのときには、フラグＦＴをオフする。

更新処理部４４６は、フラグＦＴがオンされるのに応答して、動作点Ｐｄの更新処理を実行する。具体的には、動作点Ｐａとその時点での動作点Ｐｄとを結ぶ直線上において、トルクをΔＴｔｌだけ変化させる電圧位相に対応する電圧位相θ２を求める。そして、動作点Ｐｂは、トルク特性線５００上の電圧位相θ２の動作点へ更新される。この処理は、図１１（実施の形態１の変形例２）において動作点ＰｅおよびＰｆを求める処理と同様である。そして、図１１での動作点Ｐｆが、更新処理部４４６による更新後の動作点Ｐｄ（第２の動作点）に対応する。

更新処理部４４６がフラグＦＴに応答して動作点Ｐｂを更新する毎に、トルク演算部４４４は、更新処理部４４６による電圧位相θ２および現在のモータ運転状態を用いて、式（９）に従ったトルク演算により、更新された動作点Ｐｄのトルク値Ｔ２を求める。トルク演算部４４４によるこのトルク演算は、「第２のトルク演算部」の機能に対応する。

さらに、トルク差判定部４４８は、更新されたトルク値Ｔ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍの偏差｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜を所定値εと比較する。

そして、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜≧εのときには、更新処理部４４６が、その時点（更新後）の動作点Ｐｄと、動作点Ｐａと結ぶ直線についても更新し、更新した直線上においてトルクをΔＴｔｌだけ変化させる電圧位相へ電圧位相θ２を更新する。そして、更新した電圧位相θ２に対応させて、トルク演算部４４４によるトルク値Ｔ２の更新、および、トルク差判定部４４８によるトルク値Ｔ２のトルク差評価が実行される。このような、一連の更新処理は、更新後の動作点Ｐｄでのトルク値Ｔ２について、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜＜εが成立するまで繰り返し実行される。

｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜＜εとなると、位相変化量演算部４４５は、その時点での動作点Ｐｄと、動作点Ｐａとの電圧位相差（θ０−θ１またはθ０−θ２）に従って、フィードフォワード項θｆｆを設定する。

図１６には、実施の形態２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部４４０（制御装置）３０によるフィードフォワード項演算処理が示される。

図１６を参照して、制御装置３０は、ステップＳ３００では、図８のＳ２１０〜Ｓ２４０と同様の処理によって、動作点Ｐｃ（電圧位相θ１）を設定する。

制御装置３０は、ステップＳ４００により、ステップＳ３００で求めた電圧位相θ１とトルク指令値Ｔｑｃｏｍとの正負の整合を確認する。そして、制御装置３０は、両者の正負が整合するとき（Ｓ４００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ４２０により、ステップＳ３００での電圧位相θ１が維持する一方で、両者の正負が不整合のとき（Ｓ４００のＮＯ判定時）には、ステップＳ４１０により、電圧位相θ１を所定値（代表的には、トルク＝０となるθｖ＝０）へ修正する。すなわち、ステップＳ４００〜Ｓ４２０による処理は、図１５の極性チェック部４４３の機能に対応する。

制御装置３０は、ステップＳ４３０では、ステップＳ４１０により修正、あるいは、ステップＳ４２０により維持された電圧位相θ１を用いて、現在のモータ運転状態が反映された式（９）に従ってトルク値Ｔ２を算出する。上述のように、トルク値Ｔ２の算出は、動作点Ｐｄを求めることに相当する。ステップＳ４３０による処理は、図１５のトルク演算部４４４により実現できる。

制御装置３０は、さらに、ステップＳ４４０により、ステップＳ４３０で演算されたトルク値Ｔ２およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍの偏差｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜が所定値ε以上か否かを判定する。そして、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜≧εのとき（Ｓ４４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ４６０〜Ｓ４８０による動作点Ｐｄの更新処理の実行を指示する。すなわち、ステップＳ４４０による処理は、図１５のトルク差判定部４４８の機能に対応する。

制御装置３０は、ステップＳ４６０では、動作点Ｐａおよびその時点での動作点Ｐｄを通る直線５２０の傾きｋ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（θ０−θ１）を演算する。ここで、動作点Ｐａのトルク値Ｔ１についても、トルク演算部４４４（図１５）により式（９）に従って演算することができる。あるいは、前回の制御周期におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍをトルク値Ｔ１として用いてもよい。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ４７０では、ステップＳ４６０で求めた傾きｋおよびトルク補償量ΔＴｔｌから、直線５２０上で動作点Ｐａから電圧位相をΔＴｔｌ／ｋだけ動かした電圧位相θ２を算出する。そして、動作点Ｐｄが、トルク特性線５００上の電圧位相θ２（Ｓ４７０）の動作点へ更新される。すなわち、ステップＳ４６０およびＳ４７０による処理は、図１５の更新処理部４４６の機能に対応する。

そして、制御装置３０は、ステップＳ４８０では、更新された電圧位相θ２および現在のモータ運転状態を用いて、式（９）に従ったトルク演算により、更新された動作点Ｐｄのトルク値Ｔ２を求める。ステップＳ４８０による処理についても、図１５のトルク演算部４４４により実現できる。

さらに。制御装置３０は、ステップＳ４６０〜Ｓ４８０によって動作点Ｐｄを更新すると、更新されたトルク値Ｔ２を用いてステップＳ４４０によるトルク差判定を実行する。そして、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜≧εのとき（Ｓ４４０のＹＥＳ判定時）には、その時点（更新後）の動作点Ｐｄをさらに更新するべく、ステップＳ４６０〜Ｓ４８０の処理を再び実行する。すなわち、ステップＳ４６０〜Ｓ４８０による更新処理は、更新後の動作点Ｐｄでのトルク値Ｔ２について、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜＜ε（Ｓ４４０がＮＯ）となるまで繰り返し実行される。なお、制御装置３０の演算負荷や演算所要時間を考慮して、ステップＳ４６０〜Ｓ４８０による更新処理の実行回数については、所定回数に予め制限することも可能である。

ステップＳ４３０またはＳ４８０で演算されたトルク値Ｔ２について、｜Ｔ２−Ｔｑｃｏｍ｜＜ε（Ｓ４４０がＮＯ）となると、処理はステップＳ４５０に進められる。制御装置３０は、ステップＳ４５０では、その時点での動作点Ｐｄと、動作点Ｐａとの電圧位相差（θ０−θ１またはθ０−θ２）に従って、フィードフォワード項θｆｆを設定する。

このように実施の形態２による矩形波電圧のフィードフォワード制御によれば、トルク演算式およびその微分式に従って、トルク補償量ΔＴｔｌを相殺するための電圧位相変化量を演算する際に、トルク指令値と電圧位相との正負整合性に基づいて不適切な電圧位相が設定されることを回避した上で、繰り返し演算によってトルク偏差を所定未満に抑制したフィードフォワード項の設定が可能となる。

特に、トルク指令値と電圧位相との正負整合性に基づいて、実施の形態１と同様の線形近似（動作点Ｐａでの接線傾き）に基づくフィードフォワード項の設定の正常／異常を判定するとともに、判定値の調整等を伴う恣意的な異常判定処理を採用する必要がない。すなわち、正常／異常判定時のいずれにおいても共通の演算処理を適用して、適切にフィードフォワード項を演算することができるので、円滑に実機適用が可能な制御演算処理を実現することができる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、式（９）に沿って、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの正負と、電圧位相θｖとの正負が整合するものとした。

しかしながら、図１７に示されるように、式（９）の導出時に無視した巻線抵抗の影響により、トルク値が零に近い領域では、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの正負と、電圧位相θｖとの正負とが必ずしも一致しなくなることが懸念される。すなわち、図１７の原点付近に示されるような、電圧位相が負であるのに対してトルク値が正となる位相領域、すなわち、極性不整合領域が実際には存在する。

このような領域に対応してトルク指令値が設定されると、実施の形態２によるフィードフォワード制御では、適切にフィードフォワード項を適切に設定できない虞がある。実施の形態３では、このような領域でも正常にフィードフォワード項を設定するための、より簡易な演算処理について説明する。

実施の形態３による矩形波電圧制御は、実施の形態１による矩形波電圧制御と比較して、フィードフォワード制御部４４０の構成を図１８に変更するとともに、フィードフォワード項θｆｆの演算（図７のステップＳ１２０）について、図１９に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

図１８を参照して、実施の形態３では、フィードフォワード制御部４４０は、図５と同様の線形近似部４４２および位相変化量演算部４４５に加えて、位相変化制限部４４９をさらに含む。位相変化制限部４４９は、位相変化量演算部４４５により設定されたフィードフォワード項θｆｆが制限範囲を超える際には、フィードフォワード項θｆｆを当該基準内に収めるように、フィードフォワード制御による位相変化量、すなわち、フィードフォワード項θｆｆを制限する。この制限範囲については、フィードフォワード項θｆｆの値（絶対値）そのものとしてもよいし、現在の電圧位相θ０に対する比率（θｆｆ／θ０）あるいはその絶対値とすることもできる。

図１９には、実施の形態３による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード項演算処理の詳細が示される。

図１９を参照して、制御装置３０は、ステップＳ２５０（図８）またはＳ２５１（図１０）によるフィードフォワード項θｆｆの設定後、ステップＳ５００により、フィードフォワード項θｆｆが制限範囲を超えるか否かを判定する。すなわち、実施の形態３による矩形波電圧制御は、トルク偏差が所定値εより小さくなるまでの繰り返し処理を実行しない、実施の形態１またはその変形例１（あるいは、実施の形態１の変形例２における更新処理回数の制限時）によるフィードフォワード項の演算処理と組み合わせられる。

ステップＳ５００では、位相変化制限の一例として、現在の電圧位相θ０に対するフィードフォワード項θｆｆの比率の絶対値｜θｆｆ／θ０｜が制限値θｌｍと比較される。そして、｜θｆｆ／θ０｜≦θｌｍのとき（Ｓ５００のＮＯ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ５１０により、ステップＳ２５０またはＳ２５１で設定されたフィードフォワード項θｆｆを維持する。

一方、｜θｆｆ／θ０｜＞θｌｍのとき（Ｓ５００のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ５２０〜Ｓ５４０により、制限範囲内に収まるようにフィードフォワード項θｆｆを修正する。たとえば、上述のように制限値θｌｍが現在の電圧位相θ０に対する比率で設定されるときは、制御装置３０は、ステップＳ５２０によりフィードフォワード項θｆｆの正負を判断し、θｆｆ＞０のとき（Ｓ５２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ５３０によりフィードフォワード項θｆｆをθ０・θｌｍへ修正する一方で、θｆｆ＜０のとき（Ｓ５２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ５４０によりフィードフォワード項θｆｆを−θ０・θｌｍへ修正する。

このように実施の形態３による矩形波電圧のフィードフォワード制御によれば、実施の形態１またはその変形例１と同様に、トルク補償量ΔＴｔｌを相殺するための電圧位相変化量（フィードフォワード項）を簡易な演算処理によって求めることができる。さらに、各制御周期でのフィードフォワード項θｆｆによる位相変化量を制限することによって、図１４，図１７で説明したように、簡易化した演算処理に起因して不適切なフィードフォワード項θｆｆが設定されることを回避できる。この結果、電圧位相変化量（フィードフォワード項θｆｆ）を求める演算処理を簡素化するとともに、フィードフォワード項が誤設定されることを防止して、フィードフォワード制御の安定性を高めることが可能となる。

なお、本実施の形態では、好ましい構成例として、インバータ１４への入力電圧（システム電圧ＶＨ）を可変制御可能なように、モータ制御システムの直流電圧発生部１０♯がコンバータ１２を含む構成を示したが、インバータ１４への入力電圧を可変制御可能であれば、直流電圧発生部１０♯は本実施の形態に例示した構成には限定されない。また、インバータ入力電圧が可変であることは必ずしも不可欠ではなく、直流電源Ｂの出力電圧がそのままインバータ１４へ入力される構成（たとえば、コンバータ１２の配置を省略した構成）に対しても本発明を適用可能である。

さらに、トルク演算式に反映するモータ変数についても、上述の説明（ＮｍおよびＶＨ）に限定されるものではない。

また、モータ制御システムの負荷となる交流電動機についても、本実施の形態では、電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車等）に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本願発明を適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。 図１に示したモータ制御システムでのインバータにおける電力変換に用いられる制御方式を説明する概念図である。 交流電動機の運転状態と制御モードとの概略的な関係を示す概念図である。 矩形波電圧制御での電圧位相とトルクとの対応関係を示す概念図である。 実施の形態１による矩形波電圧制御の制御構成を説明するための機能ブロック図である。 図５に示したフィードフォワード制御部によるフィードフォワード項の演算を詳細に説明するための概念図である。 矩形波電圧制御の制御処理手順を示すフローチャートである。 図７中のフィードフォワード項演算処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例１による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部によるフィードフォワード項の演算を説明するための概念図である。 実施の形態１の変形例１による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード項演算処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部によるフィードフォワード項の演算を説明するための概念図である。 実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部の構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態１の変形例２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード項演算処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部によるフィードフォワード項の演算を説明するための概念図である。 実施の形態２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部の構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態２による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード項演算処理の詳細を説明するフローチャートである。 トルクおよび電圧位相の正負の不整合を説明する概念図である。 実施の形態３による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード制御部の構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態３による矩形波電圧制御におけるフィードフォワード項演算処理の詳細を説明するフローチャートである。

符号の説明

５ アース線、６，７ 電力線、１０，１３ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ コンバータ、１４ インバータ、１５〜１７ 各相アーム、２４ 電流センサ、２５ 回転角センサ、３０ 制御装置（ＥＣＵ）、１００ モータ制御システム、４００ 矩形波電圧制御部、４１０ 電力演算部、４２０ トルク演算部、４２５ 偏差演算部、４３０ フィードバック制御部、４４０ フィードフォワード制御部、４４２ 線形近似部、４４３ 極性チェック部、４４４ トルク演算部、４４５ 位相変化量演算部、４４６ 更新処理部、４４８ トルク差判定部、４４９ 位相変化制限部、４５０ 加算部、４６０ 矩形波発生器、４７０ 信号発生部、５００ トルク特性線、５２０，５３０ 直線、Ａ１ 低速度域、Ａ２ 中速度域、Ａ３ 高速度域、ＡＮＧ ロータ回転角、Ｂ 直流電源、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＦＴ フラグ（トルク差）、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ 三相電流（モータ電流）、Ｋｔｌ 接線傾き（トルク／電圧位相）、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流電動機、Ｎｍ モータ回転速度、Ｐａ〜Ｐｆ 動作点、Ｐｍｔ モータ電力、Ｑ１〜Ｑ８ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＰ 更新指示、Ｓ１〜Ｓ８ スイッチング制御信号、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔ１〜Ｔ３ トルク値、ＴＬ 接線、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、Ｖｂ 直流電圧（バッテリ電圧）、ＶＨ 直流電圧（システム電圧）、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ 各相電圧指令値、ΔＴｑ トルク偏差、ΔＴｔｌ トルク補償量、θ０〜θ２，θ０♯，θｖ 電圧位相、θｆｂ フィードバック項、θｆｆ フィードフォワード項、θｌｍ 制限値、ω 角速度。

Claims (13)

1. 直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
   トルク制御のために前記交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成された矩形波電圧制御部とを備え、
   前記矩形波電圧制御部は、
   前記電圧位相および前記交流電動機の運転状態に基づいて、現在の前記運転状態および前記電圧位相に対応する第１の動作点における、前記電圧位相の変化に対するトルクの変化の比である第１の傾きを算出するように構成された線形近似部と、
   前記トルク制御の指令値に基づいてトルク補償量を演算するとともに、当該トルク補償量を前記第１の傾きで除算することにより求められた第１の位相変化量に従って前記電圧位相のフィードフォワード項を演算する位相変化量演算部と、
   前記指令値に対するトルク偏差のフィードバックに基づいて前記矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成されたフィードバック制御部と、
   前記フィードバック制御部により設定された前記電圧位相と、前記位相変化量演算部によって算出された前記フィードフォワード項との和に従って、前記電圧位相の指令値を設定する演算部とを含む、交流電動機の制御システム。
2. 前記位相変化量演算部は、前記運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および前記電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、前記電圧位相を現在値から前記第１の位相変化量だけ変化させた第１の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する第２の動作点におけるトルク値を演算するとともに、前記第１および前記第２の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第２の傾きを算出し、さらに、前記トルク補償量を前記第２の傾きによって除算することにより求められた第２の位相変化量に従って前記フィードフォワード項を演算する、請求項１記載の交流電動機の制御システム。
3. 前記位相変化量演算部は、さらに、前記電圧位相を前記現在値から前記第２の位相変化量だけ変化させた第２の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する第３の動作点を設定するとともに、前記トルク演算式に従って前記第３の動作点におけるトルク値を算出し、かつ、算出した当該トルク値と前記指令値との偏差が所定値より小さいか否かを判定し、
   前記位相変化量演算部は、さらに、前記偏差が前記所定値以上である場合には、前記第３および前記第１の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第３の傾きを算出し、さらに、前記トルク補償量を前記第３の傾きによって除算することにより求められた第３の位相変化量に従って前記フィードフォワード項を演算する、請求項２記載の交流電動機の制御システム。
4. 前記位相変化量演算部は、
   前記第１の動作点および現時点での前記第３の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比に基づいて前記第３の傾きおよび前記第３の位相変化量を更新するとともに、更新された前記第３の位相変化量だけ前記現在値から変化させた電圧位相および、現在の前記運転状態に対応する動作点へ前記第３の動作点を更新する更新処理部と、
   前記更新処理部によって前記第３の動作点が更新される毎に、更新された前記第３の動作点におけるトルク値と前記指令値との偏差を前記所定値と比較し、かつ、前記偏差が前記所定値以上である間は、前記第３の動作点の更新処理を繰り返し実行するように前記更新処理部へ指示するトルク差判定部とを有する、請求項３記載の交流電動機の制御システム。
5. 直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
   トルク制御のために前記交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成された矩形波電圧制御部とを備え、
   前記矩形波電圧制御部は、
   前記電圧位相および前記交流電動機の運転状態に基づいて、現在の前記運転状態および前記電圧位相に対応する第１の動作点における、前記電圧位相の変化に対するトルクの変化の比である第１の傾きを算出するように構成された線形近似部と、
   前記トルク制御の指令値に基づいてトルク補償量を演算するとともに、当該トルク補償量を前記第１の傾きで除算することにより第１の位相変化量を演算するように構成された位相変化量演算部と、
   前記電圧位相を現在値から前記第１の位相変化量だけ変化させた第１の電圧位相の正負と、前記指令値の正負が整合しているか否を判断するとともに、前記正負の不整合時には前記第１の電圧位相を所定値に修正する一方で、前記正負の整合時には前記第１の電圧位相を維持するように構成された極性確認部と、
   前記交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および前記電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、修正または維持された前記第１の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する第２の動作点におけるトルク値を演算する第１のトルク演算部と、
   前記第２の動作点におけるトルク値と前記指令値との偏差が所定値より小さいか否かを判定するトルク差判定部と、
   前記トルク差判定部によって前記偏差が前記所定値以上と判定されると、その時点での前記第２の動作点と前記第１の動作点との間での電圧位相差に対するトルク差の比である第２の傾きによって前記トルク補償量を除算することにより第２の位相変化量を求めるとともに、前記電圧位相を前記現在値から前記第２の位相変化量だけ変化させた第２の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する動作点へ前記第２の動作点を更新するように構成された更新処理部と、
   前記更新処理部によって前記第２の動作点が更新される毎に、更新された前記第２の動作点におけるトルク値を前記トルク演算式に従って演算する第２のトルク演算部とを含み、
   前記トルク差判定部は、前記第１または前記第２のトルク演算部によって前記トルク値が算出される毎に、当該トルク値と前記指令値との偏差が前記所定値より小さいか否かを判定し、
   前記位相変化量演算部は、前記トルク差判定部によって前記偏差が前記所定値より小さいと判定されると、その時点での前記第２の動作点と前記第１の動作点との間の電圧位相差に従って、前記電圧位相のフィードフォワード項を演算し、
   前記矩形波電圧制御部は、
   前記指令値に対するトルク偏差のフィードバックに基づいて前記矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成されたフィードバック制御部と、
   前記フィードバック制御部により設定された前記電圧位相と、前記位相変化量演算部によって算出された前記フィードフォワード項との和に従って、前記電圧位相の指令値を設定する演算部とをさらに含む、交流電動機の制御システム。
6. 前記極性確認部は、前記第１の電圧位相および前記指令値の正負の不整合時には、前記第１の電圧位相を、前記交流電動機の出力トルクが実質的に零となる電圧位相に設定する、請求項５記載の交流電動機の制御システム。
7. 前記矩形波電圧制御部は、
   前記位相変化量演算部によって算出された前記フィードフォワード項が制限範囲を外れるときに、前記フィードフォワード項を前記制限範囲内に修正するための位相変化制限部をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流電動機の制御システム。
8. 前記位相変化量演算部は、制御周期間の前記指令値の変化量に従って前記トルク補償量を演算する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の交流電動機の制御システム。
9. 前記位相変化量演算部は、前記交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および前記電圧位相を変数とするトルク演算式に従って前記第１の動作点におけるトルク値を演算するとともに、当該トルク値および前記指令値の差に従って前記トルク補償量を演算する、請求項１記載の交流電動機の制御システム。
10. 前記位相変化量演算部は、前記トルク演算式に従って前記第１の動作点におけるトルク値を演算するとともに、当該トルク値および前記指令値の差に従って前記トルク補償量を演算する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の交流電動機の制御システム。
11. 前記線形近似部は、前記交流電動機の運転状態に関連する少なくとも１つのモータ変数および前記電圧位相を変数とするトルク演算式を前記電圧位相で微分して得られた微分式に従って、前記第１の傾きを算出する、請求項１記載の交流電動機の制御システム。
12. 前記線形近似部は、前記トルク演算式を前記電圧位相で微分して得られた微分式に従って、前記第１の傾きを算出する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の交流電動機の制御システム。
13. 前記交流電動機は、電動車両に搭載されて当該電動車両の車両駆動力を発生するように構成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の交流電動機の制御システム。

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