JP5733256B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機制御装置に係り、特に、回転電機に流れる電流に基づいてフィードバックが行われる回転電機の制御装置に関する。

回転電機の制御モードとしては、正弦波ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御モード、過変調制御モード、矩形波制御モードが知られている。正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードは、回転電機に流れる電流値を電流指令値にフィードバックする電流フィードバックが行われる。矩形波制御モードでは、回転電機に流れる電流値をトルクに換算してトルク指令値にフィードバックして位相を制御する位相制御が行われる。

このように、回転電機の動作制御には、回転電機に流れる電流値を取得することが行われる。回転電機に流れる電流は変動するので、電流の取得は、予め定めたサンプリングタイミングで行われる。

例えば、特許文献１には、電動機駆動制御装置において、電動機の回転数が高くなって電流サンプリングのエイリアシングの発生を防ぐ方法が述べられている。電動機の台数Ｎ＝２として、電動機の電気角の周期とインバータのスイッチング周期とを同期させる同期モードとして矩形波制御が選択されたときは、電動機の電流を検出する電流検出処理をキャリアの周期の１／２に設定された基準演算周期毎に行い、電圧制御処理をこの基準演算周期のＮ倍の周期で行い、Ｎ回分の電流検出値をフィードバックして１回の電圧制御処理を行うことが述べられている。これに対し、非同期モードとして正弦波ＰＷＭ制御または過変調ＰＷＭ制御が選択されたときは、電圧制御処理を上記基準演算周期毎に行い、電流検出処理を基準演算処理のＮ倍の周期で行い、１回の電流検出値をフィードバックしてＮ回の電圧制御処理を行うことが述べられている。

また、特許文献２には、モータ制御装置として、モータ駆動電圧に対するモータ電流の位相差である位相差データに応じてＰＷＭ信号を算出し、位相差制御フィードバックを行うことが述べられている。ここで、位相差データの算出に用いられるモータ電流信号のサンプリングは、モータの回転数に関わらず、モータ１回転について固定のサンプリング回数に設定される。したがって、モータの回転数の変化に応じて、サンプリングの間隔を変えることが述べられている。

特開２０１１−８３０６８号公報 特開２００３−１１１４８４号公報

サンプリングはデータを離散的に取得するので、サンプリングの具合によってはデータを正確に反映しないことがある。例えば、周期的データの一周期当りのサンプリング回数を同期数として予め設定する同期サンプリングで説明すると、同期数が変更されると、サンプリングされたデータの見え方が変わる。これは一種のエイリアシング現象である。回転電機の電流サンプリングの場合では、同期数を変更すると、電流の見え方が変わり、同じ電流値をサンプリングしているにもかかわらず、同期数の変更の前後で検出電流値に偏差が生じたように見える。

回転電機の制御において、この電流偏差がフィードバックされると、実際には電流値の変化がないにもかかわらず、電流偏差をゼロにしようとするので、場合によっては過電流等の不適切な電流となることが生じる。

特に、回転電機の制御モードの切替の際には、電流サンプリングの同期数の変更が行われるので、制御モード切替の直後に過電流等の不適切な電流となることが生じ得る。また、同じ制御モードにおいても、制御処理の負荷を抑制するために、回転数の状況に応じて最低限のサンプリングの回数にその都度設定される。このことから、同じ制御モードの途中でサンプリング回数の変更が必ず発生し、その場合に、同様に過電流等の不適切な電流となる可能性がある。

本発明の目的は、回転電機に流れる電流を検出するサンプリング回数が変更されても、良好な制御を行うことができる回転電機制御装置を提供することである。他の目的は、回転電機の制御モードの切替に応じて回転電機に流れる電流を検出するサンプリング回数が変更されるときでも、良好な制御を行うことができる回転電機制御装置を提供することである。

本発明に係る回転電機制御装置は、回転電機の電気一周期について予め定めたサンプリング回数のタイミングで回転電機の電流をサンプリングする電流サンプリング部と、回転電機の運転状況に応じてサンプリング回数の変更設定を行うサンプリング回数設定部と、サンプリング回数を変更すべき変更タイミングの前または後に、予め定めた所定緩衝期間を設け、その所定緩衝期間の間で、サンプリング回数の実際の変更を行う緩衝処理部と、を備える。緩衝処理部は、サンプリング回数の変更後の制御処理の負荷が予め定めた閾値負荷内のときは、変更タイミングの後に所定緩衝期間を設け、サンプリング回数の変更後の制御処理の負荷が閾値負荷を超えるときは、所定緩衝期間が満了したときが変更タイミングとなるように変更タイミングの前に所定緩衝期間を設けることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、緩衝処理部は、変更タイミングの後に所定緩衝期間を設ける場合に、所定緩衝期間の満了のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とすることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、緩衝処理部は、変更タイミングの前に所定緩衝期間を設ける場合に、所定緩衝期間の開始のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とすることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、緩衝処理部は、所定緩衝期間の期間内に、サンプリング回数の変更前のサンプリング回数から、変更するとして設定されたサンプリング回数に徐々にサンプリング回数を変化させることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、サンプリング回数設定部は、回転電機の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替のとき、及び過変調制御モードから矩形波制御モードへの切替のときのいずれかのときに合わせて、サンプリング回数の変更設定を行うことが好ましい。

サンプリング回数を変更すべき変更タイミングのときにサンプリング回数を実際に変更すると、急なサンプリング回数の変更で検出電流の見え方が変化し、これによって電流指令値と検出電流値との間に検出電流偏差が生じることがある。上記構成によれば、所定緩衝期間を利用して、その間でサンプリングの実際の変更を行うことができるので、サンプリング回数の急な変更を緩和でき、急に検出電流偏差が現れることを抑制できる。これによって、サンプリング回数の変更の際でも良好な制御を行うことができる。

また、回転電機制御装置において、サンプリング回数を変更しても制御処理の負荷が軽いときは、サンプリング回数を変更すべき変更タイミングの後に設けられる所定緩衝期間を利用して、時間をかけてサンプリング回数の変更を行うことができる。サンプリング回数を変更すると制御処理の負荷が重すぎる場合には、サンプリング回数を変更すべき変更タイミングに先立って設けられる所定緩衝期間を利用し、負荷の軽いうちに、サンプリング回数の変更を行うことができる。このようにすることで、サンプリング回数を変更しても、制御負荷能力に適した範囲で良好な制御を行うことができる。

また、回転電機制御装置において、変更タイミングの後に所定緩衝期間を設ける場合には、所定緩衝期間の満了のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とする。これによって、所定緩衝期間を最大限利用して、サンプリング回数の急な変更を緩和できる。

また、回転電機制御装置において、変更タイミングの前に所定緩衝期間を設ける場合に、所定緩衝期間の開始のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とすることが好ましい。これによって、所定緩衝期間を最大限利用して、負荷の軽いうちにサンプリング回数の変更を行うことができる。

また、回転電機制御装置において、所定緩衝期間の期間内に、サンプリング回数の変更前のサンプリング回数から、変更するとして設定されたサンプリング回数に徐々にサンプリング回数を変化させる。これによって、サンプリング回数の変更を緩やかなものとできる。

また、回転電機制御装置において、回転電機の制御モードの切替のときに合わせてサンプリング回数を変更する設定が行なわれる場合にも、所定緩衝期間を利用して、その間でサンプリングの実際の変更を行うことができるので、制御モードの切替においても良好な制御を行うことができる。

本発明に係る実施の形態の回転電機制御装置を含む回転電機制御システムの構成図である。 本発明に係る実施の形態において、サンプリング回数の変更が行われるときの課題を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における回転電機制御の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、サンプリング回数を変更しても制御負荷が軽い場合の所定緩衝期間の利用の仕方を示す図である。 図４において、サンプリング回数の具体的な変更を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、サンプリング回数を変更すると制御負荷が重くなる場合の所定緩衝期間の利用の仕方を示す図である。 図６において、サンプリング回数の具体的な変更を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機制御装置が用いられる回転電機制御システムとして、車両に搭載される回転電機についての制御システムを述べるが、これは説明のための例示であり、据え置き型の回転電機に関する制御システムであってもよい。また、制御対象の回転電機を１台として述べるが、勿論、複数の回転電機を制御対象としてもよい。

以下では、回転電機の制御モードが矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が行われる際に、電流検出のためのサンプリング回数の変更が行われることを説明するが、これは、サンプリング回数の変更を説明するための例示である。これ以外の制御モードの切替の際のサンプリング回数の変更であってもよい。例えば、過変調制御モードから矩形波変調モードへの切替の際のサンプリング回数の変更であってもよい。場合によっては、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードとの間の切替の際のサンプリング回数の変更であってもよい。また、同じ制御モードの実行中に生じるサンプリング回数の変更であってもよい。

以下で述べる同期数等の値は説明のための例示であって、回転電機制御システムの仕様に応じ、これらの値を適宜変更できる。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機制御システム１０の構成図である。回転電機制御システム１０は、回転電機１２と、回転電機１２に接続される駆動回路部１４と、回転電機１２に流れる電流に関するデータをサンプリングして取得する電流サンプリング部３０と、これらの動作を全体として制御する回転電機制御装置４０を含んで構成される。

回転電機１２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。

駆動回路部１４は、蓄電装置１６と、電圧変換器２０と、インバータ２４と、平滑コンデンサ１８，２２を含んで構成される

蓄電装置１６は、充放電可能な高電圧用二次電池である。具体的には、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池である。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子電圧を得るようにしたものである。蓄電装置１６としては、ニッケル水素組電池、大容量キャパシタ等を用いることができる。

電圧変換器２０は、蓄電装置１６とインバータ２４の間に配置され、直流電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器２０は、リアクトルと、スイッチング素子を含んで構成される。電圧変換機能としては、蓄電装置１６側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ２４側に供給する昇圧機能と、インバータ２４側からの電力を蓄電装置１６側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。

インバータ２４は、回転電機１２に接続される回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ２４は、回転電機１２をモータとして機能させるときは、蓄電装置１６側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１２に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。また、回転電機１２を発電機として機能させるときは、回転電機１２からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置１６側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。

インバータ２４の正極側配線と負極側配線との間の電圧は、インバータ２４に対する入力直流電圧で、システム電圧Ｖ_Hと呼ばれる。システム電圧Ｖ_Hは適当な電圧検出装置で検出され、そのデータは適当な信号線で回転電機制御装置４０に伝送される。

蓄電装置１６と電圧変換器２０との間、電圧変換器２０とインバータ２４との間に設けられる平滑コンデンサ１８，２２は、電圧、電流を平滑化する機能を有する容量素子である。

電流サンプリング部３０は、回転電機１２に流れる電流のデータを、予め定めたサンプリングタイミングで取得し、回転電機制御装置４０に伝送する機能を有するデータサンプリング装置である。具体的には、インバータ２４と回転電機１２を接続する三相動力線に流れる電流を適当な電流センサで検出する。回転電機１２の三相巻線が中性点を有するときは、三相巻線を構成するＵ相巻線を流れるＵ相電流値Ｉ_U、Ｖ相巻線を流れるＶ相電流値Ｉ_V、Ｗ相巻線を流れるＷ相電流値Ｉ_Wは、Ｉ_U＋Ｉ_V＋Ｉ_W＝０の関係がある。したがって、Ｉ_U，Ｉ_V，Ｉ_Wの中の２つの電流値を検出すれば、他の１つの電流値が分かる。そこで、図１では、Ｉ_U，Ｉ_Vの２つをサンプリングするものとしてある。

回転電機１２に設けられるレゾルバ３２は、回転電機１２のロータの回転角θを検出し、回転電機制御装置４０に伝送する機能を有する回転角センサである。

回転電機制御装置４０は、図示されていない車両のアクセル、ブレーキ等によって指示されるトルク指令値３８に従い、システム電圧Ｖ_H、電流値Ｉ_U，Ｉ_V、回転角θに基づいて、回転電機１２の動作を制御する機能を有する。かかる回転電機制御装置４０は、車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。

回転電機制御装置４０は、正弦波ＰＷＭ制御部４２、過変調制御部４４、矩形波制御部４６を含む。これらは、回転電機１２の制御モードとして、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調制御モード、矩形波制御モードのそれぞれに対応する制御を行う機能を有する。回転電機制御装置４０の制御モード切替部４８は、トルク指令値３８と回転電機１２の動作状態に応じて、上記３つの制御モードの間で制御モードを切り替える機能を有する。サンプリング回数設定部５０は、回転電機１２の動作状態に応じて電流値Ｉ_U，Ｉ_Vを取得するサンプリングの頻度を設定する機能を有する。サンプリングの頻度としては、回転電機１２の電気一周期についてのサンプリング回数を用いることができる。緩衝処理部５２は、サンプリング回数を変更すべき変更タイミングの前または後に設けられる所定緩衝期間を利用してサンプリング回数の実際の変更を行う機能を有する。

これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、回転電機制御プログラムを実行することで実現される。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用について、特に、回転電機制御装置４０の各機能について、必要に応じ図面を用いて、詳細に説明する。最初に、回転電機１２の３つの制御モードのいずれにも電流値Ｉ_U，Ｉ_Vが制御に利用されることを説明し、次に、電流検出のサンプリング回数が変化すると、検出電流の見え方が異なるという課題を説明し、その後に、その課題解決のための回転電機制御の内容について説明する。

まず、回転電機１２の３つの制御モードと、これを制御する正弦波ＰＷＭ制御部４２、過変調制御部４４、矩形波制御部４６の内容について説明する。

正弦波ＰＷＭ制御部４２は、トルク指令値３８と、電流サンプリング部３０で検出され電流値Ｉ_U，Ｉ_Vと、レゾルバ３２により検出された回転角θとを受けて、回転電機１２がトルク指令値３８に従ったトルクを出力するように、インバータ２４に対するスイッチング制御信号を生成する。具体的には、正弦波ＰＷＭ制御部４２は、トルク指令値３８と、電流値Ｉ_U，Ｉ_Vと、回転角θとに基づいて、トルク指令値３８に対応する電流指令値と、検出された電流値Ｉ_U，Ｉ_Vに基づいて算出された電流値と電流指令値との偏差である電流偏差ΔＩ_d，ΔＩ_qを演算する。

正弦波ＰＷＭ制御部４２は、その電流偏差ΔＩ_d，ΔＩ_qに基づいて、回転電機１２への印加電圧の指令値である電圧指令値Ｖ_d ^#，Ｖ_q ^#を演算する。この電圧指令値Ｖ_d ^#，Ｖ_d ^#に基づいて、インバータ２４に対するスイッチング制御信号を生成する。

過変調制御部４４は、トルク指令値３８と、電流サンプリング部３０によって検出された電流値Ｉ_U，Ｉ_Vと、レゾルバ３２により検出された回転角θとを受けて、インバータ２４を駆動するためのスイッチング制御信号を生成する。過変調制御部４４は、正弦波ＰＷＭ制御部４２による演算と同様の演算を実行することによって、電流偏差ΔＩ_d，ΔＩ_qおよび電圧指令値Ｖ_d ^#，Ｖ_q ^#を演算するとともに、スイッチング制御信号を生成する。

矩形波制御部４６は、トルク指令値３８と、電流サンプリング部３０によって検出された電流値Ｉ_U，Ｉ_Vと、レゾルバ３２により検出された回転角θとを受ける。矩形波制御部４６は、検出された電流値Ｉ_U，Ｉ_Vと計算で求められる電流値Ｉ_Wと回転電機１２の各相への印加電圧とに基づいてトルク推定値を演算する。矩形波制御部４６は、このトルク推定値とトルク指令値３８との偏差よりインバータ２４に印加する電圧位相を設定するとともに、この電圧位相に基づいてスイッチング制御信号を生成する。

なお、各制御モードの切替は、変調率に基づいて行うことができる。変調率は、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードにおいては、電圧指令値Ｖ_d ^#，Ｖ_q ^#とシステム電圧Ｖ_Hから演算される。矩形波制御モードにおいては、トルク指令値３８に対応する正弦波ＰＷＭ制御または過変調制御における電圧指令値Ｖ_d ^#，Ｖ_q ^#に対する矩形波電圧制御の実行時の電圧指令値の偏差を示す電圧偏差に基づいて演算される。

回転電機制御装置４０の制御モード切替部４８は、演算された変調率が０．６１以下のときは正弦波ＰＷＭ制御モードに、変調率が０．６１を超え０．７８未満のときは過変調制御モードに、変調率が０．７８のときは矩形波制御モードとなるように、制御モードの切替を行う。

このように、回転電機１２の３つの制御モードのいずれにも、電流値Ｉ_U，Ｉ_Vが制御に利用されるので、電流値Ｉ_U，Ｉ_Vが正しく検出されることが重要である。電流値Ｉ_U，Ｉ_Vは、インバータ２４と回転電機１２を結ぶ三相動力線を流れる電流を電流センサでサンプリングして取得される。ここで、サンプリング回数が変更されると、検出電流の見え方が変化し、同じ電流を検出するのもかかわらず、電流値Ｉ_U，Ｉ_Vが異なることが生じる。

図２は、制御モードが矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が行われた際に、同時にサンプリング回数の変更が行われたときの様子を説明する図である。

ここで、サンプリング回数は、回転電機１２の電気一周期当たりのサンプリング回数で示される。サンプリングのタイミングは、電気一周期と同期しているので、この場合、サンプリング回数は同期数である。サンプリング回数の設定、つまり同期数の設定は、トルク指令値３８と回転電機１２の動作状態によって予めどのようにするかを定めておくことができる。サンプリング回数の設定は、回転電機制御装置４０のサンプリング回数設定部５０の機能によって実行される。

例えば、トルク指令値３８が高い値のときは、矩形波制御モードが実行されることが多いので、同期数が小さくてもよいが、トルク指令値３８が低い値のときは、正弦波ＰＷＭ制御モードが実行されることが多く、同期数を大きく取る。また、サンプリング回数を大きくすると、制御処理が頻繁となり、回転電機制御装置４０であるコンピュータの負荷が重くなる。したがって、コンピュータの負荷を考えて、同期数は制御に支障のない限り、最低限の値に設定することが好ましい。これらのことから、回転電機１２の動作状態を示すトルク値、回転数等に応じて、同期数の設定が行われる。

図２の横軸は時刻を示す時間軸で、時刻ｔ₀は、制御モードが矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が行われた時刻である。縦軸は電流値であり、電流指令値６０は、時刻ｔ₀の前後で変更されない。

ここで、サンプリング回数Ｎは、矩形波制御モードのとき、つまり時刻ｔ₀以前で、Ｎ＝１２に設定され、過変調制御モードのとき、つまり時刻ｔ₀以後で、Ｎ＝３６に設定される。Ｎは同期数で、同期数１２とは、電気一周期の角度３６０度を１２で均等に割った３０度ごとに、電流値のサンプリングが行われることを示す。したがって、同期数Ｎ＝３６は、角度で１０度おきに電流値のサンプリングが行われることになる。勿論、これらの同期数は例示であり、これら以外の同期数であっても構わない。

したがって、時刻ｔ₀で同期数がＮ＝１２からＮ＝３６に急に変更される。サンプリングはデータを離散的に収集する際の離散間隔であるので、サンプリングの仕方によって、データの見え方が異なる。図２では、時刻ｔ₀以前のＮ＝１２のサンプリングで検出された電流値に基づいて復元された電流波形６２と、時刻ｔ₀以後の真の電流波形６４と、時刻ｔ₀以後のＮ＝３６のサンプリングで検出された電流値に基づいて復元された電流波形６６がそれぞれ示されている。

このように、時刻ｔ₀を境に、サンプリングで検出された電流値に基づいて復元された電流波形６２，６６の間に大きな相違が現れる。これは、一種のエイリアシング現象であるが、これによって、時刻ｔ₀において、電流指令値６０と、電流波形６６から求められる検出電流値６８との間に電流偏差７０が生じる。

上記のように、回転電機１２の各制御モードでは、検出電流値が制御に用いられる。過変調制御モードでは、検出電流値と電流指令値の間の差である電流偏差をゼロとするようにフィードバック制御が行われる。今の場合、検出電流値６８を電流指令値６０に近づけるように制御が働き、回転電機１２への電流供給が急増する。これによって、予期せぬ過電流が生じる。これが本発明によって解決しようとする課題である。

図３は、図１の構成で実行される回転電機制御の手順を示すフローチャートである。各手順は、回転電機制御プログラムの各処理手順に対応する。

回転電機制御システム１０が始動すると、回転電機制御プログラムが立ち上がる。そして、制御モードの切替が行われるか否かが判断される（Ｓ１０）。この処理手順は、回転電機制御装置４０の制御モード切替部４８の機能によって実行される。制御モードの切替は、変調率に応じて行われるので、現在の回転電機制御における変調率を監視して行われる。例えば、変調率が０．７８未満となると、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替タイミングであると判断される。図２は、そのような場合である。

Ｓ１０の判断が肯定されると、制御モードの切替の前に、サンプリング回数の変更設定が行われる（Ｓ１２）。この処理手順は、回転電機制御装置４０のサンプリング回数設定部５０の機能によって行われる。サンプリング回数の設定は、回転電機１２の動作状態を示すトルク値、回転数等に応じて行われるが、制御モードの切替が行われるときは、回転電機１２の動作状態が段階的に変更されるときであるので、サンプリング回数の変更設定が行われる。図２の場合では、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替とともに、サンプリング回数である同期数がＮ＝１２からＮ＝３６に変更設定される。

次に、制御モードの切替およびサンプリング回数の変更の前に、そのサンプリング回数の変更を行ったときに、制御負荷が予め定めた閾値負荷以内であるか否かが判断される（Ｓ１４）。閾値負荷は、回転電機制御装置４０の制御負荷能力で予め設定することができる。制御負荷能力とは、回転電機制御装置４０が制御処理を行うために用いることができる演算処理能力である。単位時間に処理するジョブが多いほど制御負荷が重いが、その制御負荷が演算処理能力以内であるときは、閾値負荷以内であるとすることができる。

具体的には、単位時間当たりのサンプリング回数が多いほど制御負荷が重くなる。したがって、回転電機１２の回転数が高回転であると、電気一周期が短くなるので、電気一周期当たりのサンプリング回数が同じでも、制御負荷は重くなり、場合によっては閾値負荷を超えることが生じ得る。このように、Ｓ１４の内容は、回転電機１２の回転数が閾値回転数以下であるか否かの判断に置き換えることができる。

Ｓ１４の判断が肯定されると、予め定めた所定緩衝期間が、制御モードの切替タイミングの後に設けられる（Ｓ１６）。制御モードの切替タイミングは、図２の時刻ｔ₀である。所定緩衝期間は、サンプリング回数の変更が実際に行われる期間である。所定緩衝期間が制御モードの切替タイミングである時刻ｔ₀よりも後に設けられるということは、時刻ｔ₀ではまだサンプリング回数の変更を行わず、実際のサンプリング回数の変更を時刻ｔ₀よりも後にずらすことを意味する。

そこで、Ｓ１６の後は、元のサンプリング回数を維持したままで、制御モードの切替を行う（Ｓ１８）。これは、図２の時刻ｔ₀で行われる。そして、所定緩衝期間が経過する（Ｓ２０）と、サンプリング回数が変更される（Ｓ２２）。つまり、所定緩衝期間を利用して、サンプリング回数を変更すべきタイミングである時刻ｔ₀よりも後に、実際のサンプリング回数の変更が実行される。Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２２の所定緩衝期間を利用した処理手順は、回転電機制御装置４０の緩衝処理部５２の機能によって実行される。

図４と図５は、その様子を示す図である。これらの図の横軸は時間で、時刻ｔ₀が制御モードの切替タイミングで、本来ならば、サンプリング回数の変更もこのタイミングで行われる。ここでは、図２と同様に、時刻ｔ₀以前が矩形波制御モードで、サンプリング回数は、Ｎ＝１２に設定されている。時間Ｔ_Aが所定緩衝期間で、時刻ｔ_Aは所定緩衝期間が満了した時刻で、Ｓ２０の判断が肯定されたときである。

図４に示されるように、時刻ｔ₀において、サンプリング回数Ｎは、元のサンプリング回数Ｎ＝１２を維持したままであり、その状態で、制御モードについて、過変調制御モードへの切替が行われる。そして、所定緩衝期間が経過した時刻ｔ_Aになって、サンプリング回数がＮ＝３６に変更される。

このようにすることで、時刻ｔ₀では図２で説明した電流偏差が発生しない。時刻ｔ_Aではサンプリング回数が変更されるが、同じ過変調制御モードの間であるので、図２で説明したような規模の電流の見え方の変化は生じない。したがって、時刻ｔ_Aで電流偏差が発生したとしても、図２で説明したほどの大きさにはならない。

図５は、縦軸にサンプリング回数Ｎをとって、その時間変化を示したものである。図４で説明した例は、ステップ状の変更特性８０で示されている。階段状の変更特性８２は、所定緩衝期間の期間Ｔ_Aを有効に使って、所定緩衝期間の期間内に、サンプリング回数の変更前のサンプリング回数Ｎ＝１２から、変更するとして設定されたサンプリング回数Ｎ＝３６に、徐々にサンプリング回数を変化させ、所定緩衝期間の満了のときにＮ＝３６とする例である。この階段状の変更特性８２を用いると、サンプリング回数の変更幅が小さいので、各時刻における電流偏差がほとんど発生しないようにできる。なお、時刻ｔ₀から時刻ｔ_Aに向けて、滑らかにサンプリング回数を変更するものとしてもよい。

このように、所定緩衝期間を利用して、サンプリング回数の変更を後ずらし、あるいは徐々に変更することで、サンプリング回数の変更に伴う電流偏差の発生を抑制することができる。

再び図３に戻り、Ｓ１４の判断が否定されると、予め定めた所定緩衝期間が、制御モードの切替タイミングの前に設けられる（Ｓ２４）。所定緩衝期間が制御モードの切替タイミングである時刻ｔ₀よりも前に設けられるということは、制御モードの変更に先立ってサンプリング回数の変更が行われることを意味する。

Ｓ１４の判断が否定されるときは、時刻ｔ₀でサンプリング回数の変更を行うと、回転電機制御装置４０の制御負荷が重すぎるということである。今の場合、時間ｔ₀で制御モードは過変調制御モードに切り替えられるので、制御負荷は、時間ｔ₀以前の矩形波制御モードよりも重くなる。そのこと自体は、Ｓ１４が肯定された図４、図５の場合も同じである。Ｓ１４が否定されるのは、Ｓ１４で説明したように、回転電機１２の回転数が高い場合である。このときには、サンプリング回数が増加すると、制御負荷がさらに重くなる。

そこで、制御負荷が過変調制御モードよりも軽い矩形波制御モードのときに、サンプリング回数を先に変更して、時刻ｔ₀では制御モードの変更に伴う制御負荷の増加にとどめることが行われる。そのために、所定緩衝期間が時刻ｔ₀の前に設定され、その所定緩衝期間の間にサンプリング回数の変更が行われる。このように、所定緩衝期間は、制御モードの切替による制御負荷の増大と、サンプリング回数の変更による制御負荷の増大を分散させるのに利用される。

そこで、Ｓ２４の後は、元の制御モードを維持したままで、サンプリング回数の変更を行う（Ｓ２６）。これは、図２の時刻ｔ₀よりも前の時刻に行われる。そして、所定緩衝期間が経過する（Ｓ２８）と、制御モードの切替が実行される（Ｓ３０）。つまり、所定緩衝期間を利用して、サンプリング回数を変更すべきタイミングである時刻ｔ₀よりも前後に、実際のサンプリング回数の変更が実行される。Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３０の所定緩衝期間を利用した処理手順は、回転電機制御装置４０の緩衝処理部５２の機能によって実行される。

図６と図７は、その様子を示す図である。これらの図の横軸は時間で、時刻ｔ₀が制御モードの切替タイミングで、本来ならば、サンプリング回数の変更もこのタイミングで行われる。ここでは、図２と同様に、時刻ｔ₀以前が矩形波制御モードで、サンプリング回数は、Ｎ＝１２に設定されている。時間Ｔ_Bが所定緩衝期間で、時刻ｔ_Bは所定緩衝期間が開始される時刻である。ここでは、時刻ｔ₀は所定緩衝期間が満了した時刻となり、Ｓ２８の判断が肯定されたときである。

図６に示されるように、時刻ｔ_Bにおいて、制御モードは、元の制御モードである矩形波制御モードを維持したままであり、その状態で、サンプリング回数がＮ＝１２からＮ＝３６に変更される。そして、所定緩衝期間が経過した時刻ｔ₀になって、制御モードについて過変調モードへの切替が行われる。

このようにすることで、時刻ｔ₀では図２で説明した電流偏差が発生しない。時刻ｔ_Bではサンプリング回数が変更されるが、同じ矩形波制御モードの間であるので、図２で説明したような規模の電流の見え方の変化は生じない。したがって、時刻ｔ_Bで電流偏差が発生したとしても、図２で説明したほどの大きさにはならない。

図７は、縦軸にサンプリング回数Ｎをとって、その時間変化を示したものである。図６で説明した例は、ステップ状の変更特性８４で示されている。階段状の変更特性８６は、所定緩衝期間の期間Ｔ_Bを有効に使って、所定緩衝期間の期間内に、サンプリング回数の変更前のサンプリング回数Ｎ＝１２から、変更するとして設定されたサンプリング回数Ｎ＝３６に、徐々にサンプリング回数を変化させ、所定緩衝期間の満了の時刻ｔ₀のときにＮ＝３６とする例である。この階段状の変更特性８６を用いると、サンプリング回数の変更幅が小さいので、各時刻における電流偏差がほとんど発生しないようにできる。なお、時刻ｔ_Bから時刻ｔ₀に向けて、滑らかにサンプリング回数を変更するものとしてもよい。

このように、所定緩衝期間を利用して、サンプリング回数の変更を先立って行い、あるいは徐々に変更することで、サンプリング回数の変更に伴う電流偏差の発生を抑制すると共に、制御負荷を適切なものとして、サンプリング回数の変更の際でも良好な制御を行うことができる。

本発明に係る回転電機制御装置は、車両に搭載される回転電機の制御に利用できる。

１０ 回転電機制御システム、１２ 回転電機、１４ 駆動回路部、１６ 蓄電装置、１８，２２ 平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２４ インバータ、３０ 電流サンプリング部、３２ レゾルバ、３８ トルク指令値、４０ 回転電機制御装置、４２ 正弦波ＰＷＭ制御部、４４ 過変調制御部、４６ 矩形波制御部、４８ 制御モード切替部、５０ サンプリング回数設定部、５２ 緩衝処理部、６０ 電流指令値、６２，６４，６６ 電流波形、６８ 検出電流値、７０ 電流偏差、８０，８２，８４，８６ 変更特性。

Claims (5)

1. 回転電機の電気一周期について予め定めたサンプリング回数のタイミングで回転電機の電流をサンプリングする電流サンプリング部と、
   回転電機の運転状況に応じてサンプリング回数の変更設定を行うサンプリング回数設定部と、
   サンプリング回数を変更すべき変更タイミングの前または後に、予め定めた所定緩衝期間を設け、その所定緩衝期間の間で、サンプリング回数の実際の変更を行う緩衝処理部と、
   を備え、
   緩衝処理部は、
   サンプリング回数の変更後の制御処理の負荷が予め定めた閾値負荷内のときは、変更タイミングの後に所定緩衝期間を設け、サンプリング回数の変更後の制御処理の負荷が閾値負荷を超えるときは、所定緩衝期間が満了したときが変更タイミングとなるように変更タイミングの前に所定緩衝期間を設けることを特徴とする回転電機制御装置。
2. 請求項１に記載の回転電機制御装置において、
   緩衝処理部は、
   変更タイミングの後に所定緩衝期間を設ける場合に、所定緩衝期間の満了のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とすることを特徴とする回転電機制御装置。
3. 請求項１に記載の回転電機制御装置において、
   緩衝処理部は、
   変更タイミングの前に所定緩衝期間を設ける場合に、所定緩衝期間の開始のときに、変更するとして設定されたサンプリング回数とすることを特徴とする回転電機制御装置。
4. 請求項１に記載の回転電機制御装置において、
   緩衝処理部は、
   所定緩衝期間の期間内に、サンプリング回数の変更前のサンプリング回数から、変更するとして設定されたサンプリング回数に徐々にサンプリング回数を変化させることを特徴とする回転電機制御装置。
5. 請求項１から４の何れか１に記載の回転電機制御装置において、
   サンプリング回数設定部は、
   回転電機の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替のとき、及び過変調制御モードから矩形波制御モードへの切替のときのいずれかのときに合わせて、サンプリング回数の変更設定を行うことを特徴とする回転電機制御装置。

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