JP5850179B2 - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

従来、線形近似した制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）と規範応答Ｇｍ（ｓ）からなるフィードフォワード補償器Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）と、最終トルク目標値を入力し、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を用いてモータ角速度を推定するモータ角速度推定部と、フィードバックトルクを計算するフィードバックトルク演算部とを備える車両用制振制御装置がＪＰ２００３−９５６６Ａに開示されている。フィードバックトルク演算部は、モータ角速度推定値と検出値の偏差を、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）からなるフィルタＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）に通して、フィードバックトルクを計算する。このようなフィードフォワード制御＋フィードバック制御系とすることにより、制御系に遅れ要素がない場合には、トルク指令値に対しても、外乱に対しても設計者が意図する理想的な車両応答が得られる。

しかしながら、実際の制御装置においては、制御演算時間に起因する時間遅れ、モータ応答遅れ、各種センサで信号を検出・処理するのに要する時間に起因する時間遅れが存在する。従って、全く外乱がない状態でも、モータ角速度推定値と検出値に位相差が生じて不要なフィードバックトルクが発生するため、実際の車両挙動は規範応答と一致しなくなる。

この問題を解決するため、ＪＰ２００５−２６９８３５Ａに記載の車両用制振制御装置では、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の代わりに、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の中心周波数とゲインを調整したＨｃ（ｓ）を用いることにより、フィードバックトルクの位相ズレを解消している。

ＪＰ２００５−２６９８３５Ａに記載の車両用制振制御装置の構成は、モータトルク指令値に対するモータトルクの応答遅れが線形特性であることを前提に、フィードフォワード補償器Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）と制御対象の振動伝達特性Ｇｐ（ｓ）が相殺されて、非振動特性Ｇｍ（ｓ）となり、モータ角速度推定値は振動のない理想特性となる。外乱がある場合、振動があるモータ角速度と振動のないモータ角速度推定値の差分を使ってフィードバック補正することで、外乱による振動成分を抑制することができる。

ところが、モータトルク指令値に対するモータトルクの応答遅れが誘導モータのように非線形特性を強く有すると、この非線形特性を間に介したフィードフォワード補償器Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）と制御対象の振動伝達特性Ｇｐ（ｓ）の間での相殺が出来なくなり、モータ角速度推定値は振動のない理想特性とならずに振動成分を有する。これを規範値としてモータ角速度検出値との差分を使ってフィードバック補正しても外乱による振動を抑制することが出来ず、応答にオーバーシュートが発生したり、軽微な振動が続くという問題がある。

本発明は、外乱に対する応答のオーバーシュートや振動を抑制することを目的とする。

一実施形態におけるモータ制御装置は、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する。このモータ制御装置は、車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）および車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性の理想モデルＧｍ（ｓ）で構成されるＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有し、モータトルク指令値を入力して、フィードフォワードトルク指令値を算出するフィードフォワードトルク指令値算出手段と、車両状態量を検出する車両状態量検出手段と、モータトルク指令値に対して、非線形な制御系が持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行う遅れ処理手段と、車両の捻り振動周波数近傍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタＨ（ｓ）を少なくとも有し、遅れ処理が行われたモータトルク指令値および車両状態量を入力してフィードバックトルク指令値を算出するフィードバックトルク指令値算出手段と、フィードフォワードトルク指令値とフィードバックトルク指令値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段とを備える。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、第１の実施形態におけるモータ制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。 図２は、モータトルク設定部および制振制御部の具体的な構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。 図４は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（８）に対応するものである。 図５は、第２の実施形態におけるモータ制御装置、特に図４に示す構成による制御結果を示す図である。 図６は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（９）に対応するものである。 図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（５）に対応するものである。 図８は、同期モータ、例えば、巻線界磁同期モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（１３）に対応するものである。 図９は、非突極型巻線界磁同期モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（１４）に対応するものである。 図１０は、第３の実施形態におけるモータ制御装置、特に図８に示す構成による制御結果を示す図である。 図１１は、第４の実施形態におけるモータ制御装置において、モータトルク設定部および制振制御部の構成を示すブロック図である。 図１２は、図１１の制御ブロック１１５の詳細な構成を示すブロック図である。 図１３は、第４の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。 図１４は、本発明によるモータ制御装置の構成と比較するためのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図１５は、図２に示すブロック図を等価変換したブロック図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態におけるモータ制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。電気自動車とは、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、モータの駆動力により走行可能な自動車のことであり、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。この車両は、３相交流モータ５の回転力が車輪７ａ、７ｂに伝達されることにより駆動する。なお、本発明は、電気自動車以外のものにも適用可能である。

アクセル開度センサ１は、アクセル開度を検出して、モータトルク設定部２に出力する。モータトルク設定部２は、アクセル開度センサ１により検出されたアクセル開度と、回転速度センサ６により検出されるモータ５の回転速度とに基づいて、第１のトルク目標値ＴＦＦ^＊を設定する。

制振制御部３は、モータトルク設定部２により設定された第１のトルク目標値ＴＦＦ^＊と、回転速度センサ６により検出されるモータ５の回転速度とを入力して、モータトルク指令値（最終トルク目標値）Ｔｍ^＊を算出する。モータトルク指令値Ｔｍ^＊を算出する方法については後述する。モータトルク制御部４は、制振制御部３により算出された最終トルク目標値Ｔｍ^＊と、３相交流モータ５の出力トルクが一致するように制御する。

図２は、モータトルク設定部２および制振制御部３の具体的な構成を示すブロック図である。モータトルク設定部２は、フィードフォワード補償器である、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有する制御ブロック２１を備える。Ｇｐ（ｓ）は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性を示すモデルであり、Ｇｍ（ｓ）は、車両へのトルク入力とモータ回転速度の応答目標との間の伝達特性を示すモデル（理想モデル）である。

モータトルク設定部２は、アクセル開度センサ１により検出されるアクセル開度、および、回転速度センサ６により検出されるモータ５の回転速度に基づいて、トルク指令値Ｔ^＊を求める。図２では、トルク指令値Ｔ^＊を求める制御ブロックについては省略し、求めたトルク指令値を制御ブロック２１に入力するところだけを示している。

制御ブロック２１は、振動を抑制するためのフィードフォワード制御を行う。すなわち、トルク指令値Ｔ^＊をＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なるフィルタに通すことにより、制振効果の高い第１のトルク目標値（フィードフォワードトルク指令値）ＴＦＦ^＊を求める。

制振制御部３は、伝達特性Ｇｄ’（ｓ）を有する制御ブロック２２と、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有する制御ブロック（フィルタ）２３と、Ｈ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック２４と、ｓＨ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック２５と、１／（ｓＧｐ（ｓ））なる伝達特性を有する制御ブロック２６と、加算器２７と、減算器２８と、加算器２９とを備える。Ｈ（ｓ）は、トルク伝達系の捻り振動周波数近傍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタの特性を有する。このうち、制御ブロック２４〜２６、加算器２７および減算器２８によってフィードバック補償器（フィードバックトルク指令値算出手段）が構成される。

Ｇｄ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック３１及びＧｐ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック３２は、制御対象である車両を表している。Ｇｄ（ｓ）は、制御系の遅れ要素を示す伝達関数であり、制御演算時間、モータ５の応答遅れ、回転速度センサ６等の各種センサで信号を検出するのに要する時間や検出した信号値を処理するのに要する時間等に基づいて、入力されたトルク目標値Ｔｍ^＊を所定時間遅らせる処理を行う非線形なモデルである。

ここで、線形なモデルとは、ｆ（ｘ）＋ｆ（ｙ）＝ｆ（ｘ＋ｙ）、およびｆ（ａｘ）＝ａｆ（ｘ）（ａは任意の定数）が成り立つモデルのことである。また、非線形なモデルとは、上述した関係が成り立たないモデルのことである。

制御ブロック２２の伝達特性Ｇｄ’（ｓ）は、制御ブロック３１の伝達特性Ｇｄ（ｓ）と同じ特性である。制御ブロック２２には、トルク指令値Ｔ^＊が入力される。

制御ブロック２３は、制御ブロック２１と同じ伝達特性Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を有し、制御ブロック２２の出力、すなわち、制御ブロック２２で遅れ演算処理が行われたトルク指令値Ｔｍ^＊を入力する。

加算器２７は、制御ブロック２３の出力と、後述する第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊とを加算する。

制御ブロック２４は、加算器２７の加算結果を入力し、リファレンス信号ｘ２を出力する。リファレンス信号ｘ２は、次式（１）で表される。

制御ブロック２６には、制御ブロック３２の出力であるモータ角速度ωｍが入力される。モータ角速度ωｍは、次式（２）で表される。

制御ブロック２５には、制御ブロック２６の出力が入力され、処理結果であるｘ１が出力される。制御ブロック２５の出力ｘ１は、次式（３）で表される。

減算器２８は、制御ブロック２４から出力されるリファレンス信号ｘ２から、制御ブロック２５から出力されるｘ１を減算して、第２のトルク目標値（フィードバックトルク指令値）ＴＦＢ^＊を算出する。第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊は、次式（４）で表される。

加算器２９は、第１のトルク目標値ＴＦＦ^＊と、減算器２８から出力される第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊とを加算して、最終トルク目標値Ｔｍ^＊を算出する。

Ｇｄ（ｓ）は非線形なモデルであるため、式（４）中の括弧書きの中の演算は０にはならない。これにより、フィードフォワード補償器だけでは打ち消すことができなかった振動をリファレンス信号によって振動を抑制しつつ、速やかに一定値に収束させることができる。

図３は、第１の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。図３において、実線は本実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示し、点線は、図２の構成のうち、制御ブロック２２と制御ブロック２３とを入れ替えた比較構成例による制御結果を示す図である。図３（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、γ軸電流（Ａ）、δ軸電流（Ａ）、モータトルク（Ｎｍ）、ドライブシャフトトルク（Ｎｍ）、フィードバックトルク（第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊）（Ｎｍ）、モータ回転数（ｒｐｍ）、車体加速度（ｍ／ｓ^２）、加速度誤差値（ｍ／ｓ^２）を表している。

図３（ｅ）に示すように、比較構成例では、制御ブロック２５の出力ｘ１とリファレンス信号ｘ２とが同位相となって、その差分であるフィードバックトルク（第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊）が０となるため、図３（ｈ）に示すように、車両加速度に振動成分が残る。しかしながら、本実施形態におけるモータ制御装置の制御によれば、フィードバックトルク（第２のトルク目標値ＴＦＢ^＊）は０にならないので、車両加速度の振動を効果的に抑制することができる。

以上、第１の実施形態におけるモータ制御装置によれば、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御するモータ制御装置であって、車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）および車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性の理想モデルＧｍ（ｓ）で構成されるＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有し、モータトルク指令値を入力して、フィードフォワードトルク指令値を算出する制御ブロック２１（フィードフォワードトルク指令値算出手段）と、車両状態量を検出する回転速度センサ６（車両状態量検出手段）と、モータトルク指令値に対して、制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行う制御ブロック２２（遅れ処理手段）と、少なくとも車両の捻り振動周波数近傍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタＨ（ｓ）を有し、遅れ処理が行われたモータトルク指令値および車両状態量を入力してフィードバックトルク指令値を算出する制御ブロック２４〜２６、加算器２７および減算器２８（フィードバックトルク指令値算出手段）と、フィードフォワードトルク指令値とフィードバックトルク指令値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御部４（モータトルク制御手段）とを備える。制御対象の振動伝達特性Ｇｐ（ｓ）の直前にフィードフォワード補償器Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を配置しているので、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）とＧｐ（ｓ）との間で振動伝達特性のＧｐ（ｓ）が相殺されて、振動のない理想的なモータ角速度推定値を求めることができる。これにより、モータトルク指令値に対するモータトルクの応答遅れが非線形な場合においても、振動のないモータ角速度推定値を規範値としてモータ角速度との差分を使ってフィードバック補正を行うことにより、外乱による振動を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
誘導モータのトルク式は、次式（５）で表せる。ただし、式（５）において、ｐは極対数、Ｍは相互インダクタンス、Ｌｒはロータ側自己インダクタンス、ｉγｓはγ軸ステータ電流、ｉδｓはδ軸ステータ電流、φγｒはγ軸ロータ磁束、φδｒはδ軸ロータ磁束である。ここで、φγｒ、φδｒはそれぞれ、次式（６）、（７）で表される。式（６）中のτγは、γ軸ロータ磁束の時定数（遅れ）を示し、式（７）中のτδは、δ軸ロータ磁束の時定数を示している。

すべり角周波数ωｓｅを制御することにより、次式（８）、（９）としても誘導モータのトルク式を扱うことが一般的に知られている。すべり角周波数ωｓｅは、定数×（トルク電流/ロータ磁束）で算出される。トルク電流をロータ磁束で除算することですべり角周波数が増減し一律とならないため、非線形なモデルとなる。

図４は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（８）に対応するものである。図４において、制御ブロック４１は、最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、及び／又はモータ回転数の検出遅れ時間だけ、処理を遅らせる制御を行う。

制御ブロック４２は、制御ブロック４１から出力されるトルク指令値に基づいて、トルク指令値とδ軸電流、γ軸電流との関係を定めた電流マップを参照することにより、δ軸電流ｉδｓ、γ軸電流ｉγｓを算出する。

制御ブロック４３は、γ軸電流ｉγｓに対して、ロータ側の磁束遅れ分だけ時間を遅らせる処理を行い、制御ブロック４４は、δ軸電流ｉδｓに対して、ステータ側の電流遅れ分だけ時間を遅らせる処理を行う。

図４に示すように、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）は、最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、およびモータ回転数を検出する際の検出遅れ時間のうちの少なくとも一方の時間、ステータ側の電流遅れ時間、ロータ側の磁束遅れ時間、および、モータ動作点のモータパラメータ（Ｍ、Ｌｒ）に基づいた遅れ処理を行う。

図５は、第２の実施形態におけるモータ制御装置、特に図４に示す構成による制御結果を示す図である。図５において、実線は図４に示す構成の制御結果を示し、点線は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図３（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、γ軸電流（Ａ）、δ軸電流（Ａ）、モータトルク（Ｎｍ）、ドライブシャフトトルク（Ｎｍ）、フィードバックトルク（Ｎｍ）、モータ回転数（ｒｐｍ）、車体加速度（ｍ／ｓ^２）、加速度誤差値（ｍ／ｓ^２）を表している。

本実施形態では、アクチュエータ遅れを正確に考慮するので、図５（ｈ）に示すように、振動をより効果的に抑制することができる。

図６は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（９）に対応するものである。なお、図４に示す構成と同じ構成要素については、同一の符号を付している。

また、相分離法を利用した制御など、ベクトル制御以外における制御手法によって、式（５）によりトルク制御することも可能である。図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置において、誘導モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（５）に対応するものである。なお、図４に示す構成と同じ構成要素については、同一の符号を付している。また、制御ブロック４３Ａ、４３Ｂは、図４に示す制御ブロック４３と同じ処理を行い、制御ブロック４４Ａ、４４Ｂは、図４に示す制御ブロック４４と同じ処理を行う。

なお、図４、図６，図７において、制御系の遅れ要素は、出力であるトルク指令値のゲインｐ・Ｍ／Ｌｒの後段に置いてもよい。また、制御ブロック４４、４４Ａ、４４Ｂで行う時間遅れ処理の時間遅れには、γ軸電流、δ軸電流における電流遅れに相当する分も含まれる。

上述した説明では、制御ブロック４１から出力されるトルク指令値に基づいて、トルク指令値とδ軸電流、γ軸電流との関係を定めた電流マップを参照することにより、δ軸電流ｉδｓ、γ軸電流ｉγｓを算出するものとしたが、演算により算出することもできる。γ軸電流ｉγｓとδ軸電流ｉδｓの比率に基づいて算出する方法を以下で説明する。

ｉγｓ＝（ａ／ｂ）×ｉδｓ、かつ、ｉγｓ＞０とすると、トルク式は次式（１０）で表すことができる。

式（１０）より、Ｔｅ＞０の場合、δ軸電流ｉδｓは式（１１）で表され、Ｔｅ＜０の場合、δ軸電流ｉδｓは式（１２）で表される。

以上、第２の実施形態におけるモータ制御装置によれば、制御対象となるモータは誘導モータであって、制御ブロック２２（遅れ処理手段）は、最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、およびモータ回転数（車両状態量）を検出する際の検出遅れ時間のうちの少なくとも一方の時間、ステータ側の電流遅れ時間、ロータ側の磁束遅れ時間、および、モータ動作点のモータパラメータに基づいて、時間遅れ処理を行う。これにより、アクチュエータ遅れを正確に考慮するので、振動をより効果的に抑制することができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、同期モータ、特に、界磁電流を流すための巻線がロータに巻かれている巻線界磁同期モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（１３）に対応するものである。式（１３）は、突極型巻線界磁同期モータのトルク式を表している。式（１３）において、Ｌｄはｄ軸自己インダクタンスを、Ｌｑはｑ軸自己インダクタンスを、ｉｄはｄ軸ステータ電流を、ｉｑはｑ軸ステータ電流を、ｉｆはロータ磁束電流をそれぞれ表している。

図８において、制御ブロック８１は、トルク指令値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、及び／又はモータ回転数の検出遅れ時間だけ、処理を遅らせる制御を行う。

制御ブロック８２は、制御ブロック８１から出力されるトルク指令値に基づいて、トルク指令値とｄ軸ステータ電流ｉｄ、ｑ軸ステータ電流ｉｑ、ロータ磁束電流ｉｆとの関係を定めた電流マップを参照することにより、ｄ軸ステータ電流ｉｄ、ｑ軸ステータ電流ｉｑ、ロータ磁束電流ｉｆを算出する。

制御ブロック８３は、ロータ磁束電流ｉｆに対して、ロータ磁束電流（界磁電流）の分だけ時間を遅らせる処理を行う。制御ブロック８４は、ｄ軸ステータ電流ｉｄに対して、ステータ側の電流遅れ分だけ時間を遅らせる処理を行い、制御ブロック８５は、ｑ軸ステータ電流ｉｑに対して、ステータ側の電流遅れ分だけ時間を遅らせる処理を行う。

図８において、制御ブロック８６のReluctanceは、式（１３）中のＬｄ−Ｌｑに相当する。

また、非突極型巻線界磁同期モータのトルク式は式（１４）で表される。

図９は、非突極型巻線界磁同期モータのアクチュエータ遅れを模擬したモデルＧｄ（ｓ）を示す図であり、式（１４）に対応するものである。なお、図８に示す構成と同じ構成要素については、同一の符号を付している。

図１０は、第３の実施形態におけるモータ制御装置、特に図８に示す構成による制御結果を示す図である。図１０において、実線は図８に示す構成の制御結果を示し、点線は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図１０（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ、ｄ軸電流（Ａ）、ｑ軸電流（Ａ）、界磁電流（Ａ）、モータトルク（Ｎｍ）、ドライブシャフトトルク（Ｎｍ）、フィードバックトルク（Ｎｍ）、モータ回転数（ｒｐｍ）、車体加速度（ｍ／ｓ^２）、加速度誤差値（ｍ／ｓ^２）を表している。

本実施形態では、アクチュエータ遅れを正確に考慮するので、図１０（ｉ）に示すように、振動をより効果的に抑制することができる。

以上、第３の実施形態におけるモータ制御装置によれば、制御対象となるモータは、界磁電流を流すための巻線がロータに巻かれた同期モータであって、制御ブロック２２（遅れ処理手段）は、最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、およびモータ回転数（車両状態量）を検出する際の検出遅れ時間のうちの少なくとも一方の時間、ステータ側の電流遅れ時間、ロータ側の磁束遅れ時間、および、モータ動作点のモータパラメータに基づいて、時間遅れ処理を行う。これにより、アクチュエータ遅れを正確に考慮するので、振動をより効果的に抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
図１１は、第４の実施形態におけるモータ制御装置において、モータトルク設定部２および制振制御部３の構成を示すブロック図である。図２に示すブロック図と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。図１１に示す電流制御系の制御の詳細については後述する。

制振制御のためのフィードバックトルクは、速い応答が必要なため、ロータ磁束に対して処理を行うのではなく、速い応答のトルク電流に対して高速応答が必要なトルク分を補正することにより、より効果的に振動を抑制することができる。

式（８）をδ軸電流（トルク電流）について解くと、次式（１５）を導ける。

ここで、式（１５）中のφγｒは、次式（１６）で表される。

図１２は、式（１５）、式（１６）に基づいて、図１１の制御ブロック１１５の詳細な構成を示すブロック図である。図１１の制御ブロック１１５は、図１２の制御ブロック１２１、１２２、１２３に対応する。

制御ブロック１１１は、トルク指令値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、及び／又はモータ回転数の検出遅れ時間だけ、処理を遅らせる制御を行う。

制御ブロック１１２は、制御ブロック１１１から出力されるトルク指令値に基づいて、トルク指令値とδ軸電流、γ軸電流との関係を定めた電流マップを参照することにより、δ軸電流指令値ｉδｓ＿ｆｆ^＊、γ軸電流指令値ｉγｓ^＊を算出する。

制御ブロック１２１は、γ軸電流ｉγｓ^＊に対して、ロータ側の磁束遅れ分だけ時間を遅らせる処理を行う。

加算器１１４は、式（１５）に基づいて算出されるｉδｓ＿ｆｂ^＊と、ｉδｓ＿ｆｆ^＊とを加算して、δ軸電流指令値ｉδｓ^＊を算出する。なお、式（１５）に示すトルクＴｅは、図１２において、ＴＦＢ^＊として表記されている。

制御ブロック１１３は、γ軸電流指令値ｉγｓ^＊とδ軸電流指令値ｉδｓ^＊、および、γ軸電流実値とδ軸電流実値に基づいて、ＰＩ制御やモデルマッチング制御による電流制御を行う。
このように、速い応答のδ軸電流（トルク電流）に対して、ロータ磁束の遅れを考慮した補正を行うことにより、振動をより効果的に抑制することができる。

同様に、式（５）、（９）、（１３）、（１４）についても、速い応答の電流について等式を解くことで、Ｔｅ（フィードバックトルクまたは制振トルク）による電流補正分を求めることができ、トルク電流の補正を行うことができる。

図１３は、第４の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。図１３において、実線は第４の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示し、点線は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図１３（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、γ軸電流（Ａ）、δ軸電流（Ａ）、モータトルク（Ｎｍ）、ドライブシャフトトルク（Ｎｍ）、フィードバックトルク（Ｎｍ）、モータ回転数（ｒｐｍ）、車体加速度（ｍ／ｓ^２）、加速度誤差値（ｍ／ｓ^２）を表している。

本実施形態では、トルク電流に対して高速応答が必要なトルク分を補正するので、フィードバックトルク（図１３（ｅ）参照）や車体加速度（図１３（ｈ）参照）において、より効果的に振動を抑制することができる。

以上、第４の実施形態におけるモータ制御装置によれば、ロータ側の磁束を生成する電流とフィードバックトルク指令値を入力し、ロータ磁束の遅れに基づいて、トルクを直接的に発生させる電流値を算出し、算出した電流値に基づいて、フィードフォワードトルク指令値に基づいて算出される電流指令値を補正する制御ブロック１１５（補正手段）をさらに備え、補正後の電流指令値に基づいて、モータトルクを制御する。速い応答のトルク電流に対して高速応答が必要なトルク分を補正することにより、より効果的に振動を抑制することができる。

図１４は、本発明によるモータ制御装置の構成と比較するためのモータ制御装置（以下、比較例におけるモータ制御装置と呼ぶ）の構成を示すブロック図であり、本願の図２に対応するものである。図１４の下のブロック図は、図１４の上の構成を等価変換した図である。ただし、Ｇｐ’（ｓ）は、ＧＰ（ｓ）と同じ特性である。図１４において、制御ブロック１４１〜１４５は、図２の制御ブロック２１、３１、３２、２２、２４にそれぞれ対応している。また、図１４の加算器１４７、１４８は、図２の加算器２９、２７にそれぞれ対応し、減算器１４９は、図２の減算器２８に対応している。

図１４に示す比較例におけるモータ制御装置では、制御ブロック１４１から出力されるフィードフォワードトルク指令値に対して、制御ブロック１４４で時間遅れ処理が行われる。図１４の下に示す等価変換図から明らかなように、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ’（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック１４１と、伝達特性Ｇｐ’（ｓ）を有する制御ブロック１５０との間に、非線形な伝達特性Ｇｄ’（ｓ）を有する制御ブロック１４４が存在するため、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ’（ｓ）とＧｐ’（ｓ）との間で相殺ができなくなる。これにより、制御ブロック１５０から出力されるモータ角速度推定値は振動のない理想特性とならずに振動成分を有するため、モータ角速度検出値との差分を使ってフィードバック補正しても、外乱による振動を抑制することが出来ず、応答にオーバーシュートが発生したり、軽微な振動が続く。

図１５は、図２に示す本発明のモータ制御装置の構成を等価変換したブロック図である。図１５において、図２に示す構成と同一の構成要素には、同一の符号を付している。本発明のモータ制御装置では、トルク指令値Ｔ^＊に対して制御ブロック２２で時間遅れ処理が行われ、時間遅れ処理が行われたトルク指令値に基づいて、制御ブロック２３でフィードフォワードトルク指令値が算出されている。

図１５から明らかなように、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ’（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック２３と伝達特性Ｇｐ’（ｓ）を有する制御ブロック１６１とが連続して配置されており、両者の間に非線形な伝達特性が配置されていないので、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ’（ｓ）とＧｐ’（ｓ）との間で振動伝達特性のＧｐ’（ｓ）が相殺される。これにより、制御ブロック１６１から出力されるモータ角速度推定値は振動のない理想特性となるため、モータ角速度推定値とモータ角速度検出値との差分を使ってフィードバック補正を行うことにより、外乱による振動成分を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、誘導モータおよび巻線界磁同期モータを例に挙げて説明したが、制御対象のモータがこれらのモータに限定されることはなく、本発明は、非線形な特性を有する様々なモータに適用することができる。

本願は、２０１２年１２月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８３５９７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

1. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御するモータ制御装置において、
   車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）および車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性の理想モデルＧｍ（ｓ）で構成されるＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有し、モータトルク指令値を入力して、フィードフォワードトルク指令値を算出するフィードフォワードトルク指令値算出手段と、
   車両状態量を検出する車両状態量検出手段と、
   モータトルク指令値に対して、非線形な制御系が持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行う遅れ処理手段と、
   車両の捻り振動周波数近傍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタＨ（ｓ）を少なくとも有し、前記遅れ処理が行われたモータトルク指令値および前記車両状態量を入力してフィードバックトルク指令値を算出するフィードバックトルク指令値算出手段と、
   前記フィードフォワードトルク指令値と前記フィードバックトルク指令値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段と、
   を備え、
   前記フィードバックトルク指令値算出手段は、前記遅れ処理が行われたモータトルク指令値を前記Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有するフィルタに入力して得られるフィードフォワードトルク指令値および前記車両状態量を入力して、前記フィードバックトルク指令値を算出する、
   モータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   制御対象となるモータは誘導モータであって、
   前記遅れ処理手段は、前記最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、および車両状態量を検出する際の検出遅れ時間のうちの少なくとも一方の時間、ステータ側の電流遅れ時間、ロータ側の磁束遅れ時間、および、モータ動作点のモータパラメータに基づいて、前記遅れ処理を行う、
   モータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   制御対象となるモータは、界磁電流を流すための巻線がロータに巻かれた同期モータであって、
   前記遅れ処理手段は、前記最終トルク目標値が出力されてからモータトルクが出力されるまでの時間、および車両状態量を検出する際の検出遅れ時間のうちの少なくとも一方の時間、ステータ側の電流遅れ時間、ロータ側の磁束遅れ時間、および、モータ動作点のモータパラメータに基づいて、前記遅れ処理を行う、
   モータ制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
   ロータ側の磁束を生成する電流と前記フィードバックトルク指令値を入力し、ロータ磁束の遅れに基づいて、トルクを直接的に発生させる電流値を算出し、算出した電流値に基づいて、前記フィードフォワードトルク指令値に基づいて算出される電流指令値を補正する補正手段をさらに備え、
   前記モータトルク制御手段は、前記補正後の電流指令値に基づいて、前記モータトルクを制御する、
   モータ制御装置。
5. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御するモータ制御方法において、
   車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）および車両へのトルク入力からモータ回転速度出力までの伝達特性の理想モデルＧｍ（ｓ）で構成されるＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性のフィルタにモータトルク指令値を入力して、フィードフォワードトルク指令値を算出するステップと、
   車両状態量を検出するステップと、
   モータトルク指令値に対して、非線形な制御系が持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行うステップと、
   車両の捻り振動周波数近傍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタＨ（ｓ）を少なくとも有するフィードバック制御系に、前記遅れ処理が行われたモータトルク指令値および前記車両状態量を入力してフィードバックトルク指令値を算出するステップと、
   前記フィードフォワードトルク指令値と前記フィードバックトルク指令値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御するステップと、
   を備え、
   前記フィードバックトルク指令値を算出するステップでは、前記遅れ処理が行われたモータトルク指令値を前記Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる特性を有するフィルタに入力して得られるフィードフォワードトルク指令値および前記車両状態量を入力して、前記フィードバックトルク指令値を算出する、
   モータ制御方法。

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