JP5900656B2 - 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。

内藤治夫編著の「実用モータドライブ制御系設計とその実際」の１９１−２３０頁には、誘導電動機のステータに流す三相交流電流を電源角周波数（＝モータ電気角周波数＋すべり角周波数）に同期した直交二軸座標系に変換した磁束電流とトルク電流を調整することによってモータトルクを制御する誘導モータ用ベクトル制御が開示されている。すべり角周波数をトルク電流とロータ磁束の比率に比例するように制御する場合、磁束電流に遅れを伴って発生するロータ磁束と直交するトルク電流の積に誘導モータトルクは比例する。また、各軸は互いに干渉し合っているため、それぞれ独立して制御できるように干渉項を相殺する非干渉制御器を設けている。

「実用モータドライブ制御系設計とその実際」に記載されている誘導モータを電気自動車に適用した場合、モータの出力軸からドライブシャフトを介して駆動輪へと至るトルクの伝達系がドライブシャフトをバネ要素としたねじれ共振系を構成する。このため、急発進時や急加速時等のようにアクセルペダルを急激に踏み込むと、この急激な出力トルクの増加によってねじれ共振系が共振し、車体振動が発生することがある。

本発明は、捻り振動を抑制するためのモータ制御装置およびモータ制御方法を提供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、交流誘導モータに電圧を供給して駆動するインバータと、交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、インバータから出力される交流電圧の指令値を算出する指令値算出手段と、交流電圧の指令値に基づいて、インバータを制御するインバータ制御手段とを備える。交流誘導モータの目標モータトルクは、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルク、および、第１の目標モータトルクよりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクを含む。指令値算出手段は、目標モータトルクに基づいて、入力に対して電流応答性が遅い磁束電流指令値を算出するとともに、目標モータトルクおよび磁束電流指令値に基づいて、磁束電流指令値よりも電流応答性が速いトルク電流指令値を算出する。

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の構成を示すブロック図である。 図２は、トルク応答改善演算器で行われる処理内容を説明するための図である。 図３は、トルク応答改善演算器の別の構成例を示す図である。 図４は、電流指令値演算器およびトルク応答改善演算器のさらに別の構成例を示す図である。 図５は、図１に示す第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６は、図１に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ_１ ^＊およびＴ_２ ^＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器およびフィルタを設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図７は、モータ制御装置を、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に適用した場合の構成を示すブロック図である。 図８は、図７に示す構成におけるトルク応答改善演算器で行われる処理内容を説明するための図である。 図９は、図７に示す構成におけるトルク応答改善演算器の別の構成例を示す図である。 図１０は、図７に示す構成におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１１は、図７に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ_１ ^＊およびＴ_２ ^＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器およびフィルタを設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。 図１２は、第２の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成を示すブロック図であって、第１の実施形態の図２に対応するものである。 図１３は、第２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１４は、リミッタによって、トルク応答改善演算器から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊を上限値ｉ_{γｓ_lim}で制限する場合の構成を示すブロック図である。 図１５は、図４に示す構成に対して、リミッタを設けた場合の構成を示すブロック図である。 図１６は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成を示すブロック図である。 図１７は、第３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１８は、図４に示す構成に対して、下限リミッタを設けた場合の構成を示すブロック図である。 図１９は、図９に示す巻線界磁同期モータの構成に対して、下限リミッタを設けた場合の構成を示すブロック図である。 図２０は、巻線界磁同期モータの別の構成に対して、下限リミッタを設けた場合の構成を示すブロック図である。 図２１は、巻線界磁モータにおいて、トルク指令値Ｔ_１ ^＊がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流ｉ_ｆ ^＊を所定量出力するようにした場合の制御結果を示す図である。

＜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の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、例えば、電気自動車に適用される。なお、電気自動車以外に、例えば、ハイブリッド自動車や、自動車以外のシステムに適用することも可能である。

モータ１は、三相交流誘導モータである。モータ制御装置が電気自動車に適用される場合、モータ１は車両の駆動源となる。

ＰＷＭ変換器６は、三相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊に基づいて、三相電圧型インバータ３のスイッチング素子（ＩＧＢＴなど）のＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ駆動信号Ｄ_ｕｕ ^＊、Ｄ_ｕｌ ^＊、Ｄ_ｖｕ ^＊、Ｄ_ｖｌ ^＊、Ｄ_ｗｕ ^＊、Ｄ_ｗｌ ^＊を生成する。

インバータ３は、ＰＷＭ変換器６によって生成される駆動信号に基づいて、直流電源２の直流電圧を交流電圧Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗに変換し、モータ１に供給する。直流電源２は、例えば積層型リチウムイオンバッテリである。

電流センサ４は、インバータ３からモータ１に供給される三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流（例えば、Ｕ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ）を検出する。検出された２相の電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖは、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号ｉ_ｕｓ、ｉ_ｖｓに変換され、３相／γ−δ交流座標変換器１１に入力される。なお、電流センサ４を２相のみに取り付ける場合、残りの１相の電流ｉ_ｗｓは、次式（１）により求めることができる。

磁極位置検出器５は、モータ１の回転子位置（角度）に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスを出力し、パルスカウンタ８を通して回転子機械角度θ_ｒｍが得られる。角速度演算器９は、回転子機械角度θ_ｒｍを入力して、その時間変化率より、回転子機械角速度ω_ｒｍ、および回転子機械角速度ω_ｒｍにモータ極対数ｐを乗じた回転子電気角速度ω_ｒｅを求める。

γ−δ／３相交流座標変換器１２は、後述する電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。具体的には、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖ_γｓ ^＊、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖ_δｓ ^＊と、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（２）による座標変換処理を行うことによって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を算出し、出力する。ただし、式（２）中のθ’はθと同一である。

３相／γ−δ交流座標変換器１１は、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（γ−δ軸）への変換を行なう。具体的には、Ｕ相電流ｉ_ｕｓ、Ｖ相電流ｉ_ｖｓ、Ｗ相電流i_ｗｓと、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（３）より、γ軸電流（磁束電流）ｉ_γｓ、δ軸電流（トルク電流）ｉ_δｓを算出する。γ軸電流は、指令値に対する応答が遅く、δ軸電流は、γ軸電流に比べて指令値に対する応答が速い。

電流指令値演算器１３は、目標モータトルク、モータ回転数（機械角速度ω_rm）、直流電源２のＤＣ電圧Ｖｄｃを入力し、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊＊、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_δｓ ^＊＊を算出する。γ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊およびδ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊＊は各々、目標モータトルク、モータ回転数（機械角速度ω_ｒｍ）、ＤＣ電圧Ｖ_ｄｃと、γ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊、δ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊＊との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶させておき、このマップデータを参照することで求めることができる。

ここで、電流指令値演算器１３に入力される目標モータトルクは、フィルタ１９で時間遅れ処理が施された目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られるトルクである。目標モータトルクＴ_１ ^＊は、アクセル開度に応じて求められるトルク指令値であり、高速応答は必要とされない。目標モータトルクＴ_２ ^＊は、モータ１から駆動輪に至る駆動力伝達系（ドライブシャフト）の捻り振動を抑制するために高速応答が必要とされるトルク指令値である。

フィルタ１９は、アクセル開度に応じて定まる目標モータトルクＴ_１ ^＊の応答時間より少なくとも長い時間、目標モータトルクＴ_１ ^＊を遅らせて出力する。

非干渉制御器１７は、γ軸電流（磁束電流）ｉ_γｓ、δ軸電流（トルク電流）ｉ_δｓ、電源角周波数ωを入力して、γ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖ^＊ _{γｓ_dcpl}、Ｖ^＊ _{δｓ_dcpl}を次式（４）より算出する。

ただし、式（４）中のτはロータ磁束の時定数であり、電流応答の時定数に比べて非常に大きい値である。また、ｓはラプラス演算子である。

磁束電流制御器１５は、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊に、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉ_γｓを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。また、トルク電流制御器１６は、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_δｓ ^＊に、計測されたδ軸電流（トルク電流）ｉ_δｓを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。通常、非干渉制御器１７によるγ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺する制御が理想的に機能すれば、１入力１出力の単純な制御対象特性となるので、簡単なＰＩフィードバック補償器で実現可能である。磁束電流制御器１５、トルク電流制御器１６の出力である各電圧指令値を、非干渉制御器１７の出力である非干渉電圧Ｖ_{γｓ_dcpl}、Ｖ_{δｓ_dcpl}を用いて補正（加算）した値を、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖ_γｓ ^＊、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖ_δｓ ^＊とする。

すべり角周波数制御器１４は、γ軸電流（磁束電流）ｉ_γｓ、δ軸電流（トルク電流）ｉ_δｓを入力とし、次式（５）からすべり角速度ω_ｓｅを算出する。ただし、Ｒ_ｒ、Ｌ_ｒは誘導モータのパラメータであり、それぞれロータ抵抗、ロータ自己インダクタンスを示す。

回転子電気角速度ω_reにすべり角速度ω_ｓｅを加算した値を電源角速度ωとする。このすべり角周波数制御を実施することで、誘導モータトルクは、γ軸電流（磁束電流）ｉ_γｓ、δ軸電流（トルク電流）i_δｓの積に比例する。

トルク応答改善演算器１８が行う制御内容について、以下で説明する。

一般的な誘導モータのトルク式は、次式（６）で表される。ただし、式（６）のＫ_Ｔは、誘導モータのパラメータで決まる係数である。

ここで、すべり角周波数を式（５）で示すように制御することで、φ^_δγ＝０とすることができる。従って、トルク式は、すべり角周波数制御によって式（７）として表すことができる。

同様に、ベクトル制御を行うことによって、トルク式を式（８）として扱うことも可能である。

簡単のため、以下では式（７）に基づいた説明を行うが、式（８）についても、同様の構成で同様の効果が得られる。

図２は、トルク応答改善演算器１８で行われる処理内容を説明するための図である。トルク応答改善演算器１８は、目標モータトルクＴ_２ ^＊と、遅い応答のγ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊＊を入力し、式（７）を変形して得られる式（９）によって、δ軸電流補正値i_{δｓ_T2}を算出し、算出したδ軸電流補正値i_{δｓ_T2}を、速い応答のδ軸電流指令値（トルク電流指令値）i_δｓ ^＊＊に加算することによって、補正後のδ軸電流指令値（トルク電流指令値）i_δｓ ^＊を算出する。なお、トルク応答改善演算器１８から出力されるγ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊は、トルク応答改善演算器１８に入力されるγ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊＊と同じである。

なお、図２において、Ｇｐ（ｓ）は、誘導モータ１を表し、Ｇｃ（ｓ）は、トルク応答改善演算器１８と誘導モータ１との間にある制御ブロックを表した制御モデルを表している。

図３は、トルク応答改善演算器１８の別の構成例を示す図である。図３に示す構成において、トルク応答改善演算器１８は、目標磁束演算器１８１と、磁束推定演算器１８２と、トルク電流補正部１８３とを備える。

目標磁束演算器１８１は、次式（１０）より、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒを求める。また、磁束推定演算器１８２は、次式（１１）より、ロータ磁束推定値φ＾_γｒを求める。

トルク電流補正部１８３は、目標磁束演算器１８１によって求められた目標ロータ磁束φ^＊ _γｒと磁束推定演算器１８２によって求められたロータ磁束推定値φ＾_γｒとに基づいて、補正後のδ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉ_δｓ ^＊を求める。例えば、目標ロータ磁束φ^＊ _γｒとロータ磁束推定値φ＾_γｒとの比率をδ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊＊に乗算することによって、補正後のδ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊を求める。

なお、γ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊は、上限制限器１８４によってその上限が制限され、δ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊は上限制限器１８５によってその上限が制限される。

図４は、電流指令値演算器１３およびトルク応答改善演算器１８のさらに別の構成例を示す図である。図４において、電流指令値演算器１３は、目標モータトルクを入力し、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊を算出する。トルク応答改善演算器１８は、フィルタ１９で遅れ処理が施された目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルク、および、γ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊を入力して、次式（１２）より、δ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊を求める。ただし、式（１２）のＫ_Ｔeは、誘導モータ１のパラメータで決まる係数である。

図５は、図１に示す第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５（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉ_γｓ、δ軸電流ｉ_δｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖ_γｓ、δ軸電圧Ｖ_δｓ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。

本実施形態では、高速応答が必要なトルクＴ_２ ^＊に対しては遅れ要素なく高応答化処理を施すので（図５（ｈ）、（ｉ）参照）、所望のトルクを実現可能となる。また、高速応答が不必要なトルクＴ_１ ^＊に遅れを持たせることで、高速応答が必要なトルクＴ_２ ^＊に対して電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難くなる。ただし、電流制限値は、電流の許容最大値Ｉ_{ｓ_max}を元に、δ軸、γ軸の電流制限値が同じ値になるようにしている。

図６は、図１に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ_１ ^＊およびＴ_２ ^＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器１８およびフィルタ１９を設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。図６（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉ_γｓ、δ軸電流ｉ_δｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖ_γｓ、δ軸電圧Ｖ_δｓ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。

γ軸磁束応答遅れを考慮してδ軸電流を算出するため、γ軸電流が小さい場合やトルク指令値が大きい場合、δ軸電流は電流制限値（上限値）で制限されやすい（図６（ｂ）参照）。δ軸電流が電流制限値で制限されることにより、フィードバックトルクＴ_２が指令値Ｔ_２ ^＊に追従できず（図６（ｉ）参照）、トルク応答は目標値に対して緩やかな動作となる（図６（ｊ）参照）。よって、本来、車両のねじれ振動など、速い応答が必要なトルクＴ_２に対してγ軸磁束遅れが影響して振動を抑制することができない（図６（ｉ）参照）。なお、ドライバのアクセル操作で決まるトルクＴ_１は応答が遅くてもよく、目標値に対して緩やかな応答となるが問題はない（図６（ｇ）参照）。

なお、δ軸電流指令値またはその補正値を算出する際に用いるモータパラメータは動作条件によって変動するので、この変動を補償するためのパラメータ変動補償器を設けるようにしてもよい。

＜参考構成例＞
図７は、モータ制御装置を、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１Ａに適用した場合の構成を示すブロック図である。図１に示す構成と同一の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７に示す構成が図１に示す構成と異なるのは、界磁電流制御器２０が追加されていること、および、すべり角周波数制御器１４が省かれていることである。図７に示すトルク応答改善演算器１８Ａは、図１に示すトルク応答改善演算器１８に対応し、ｄ軸電流制御器１５Ａおよびｑ軸電流制御器１６Ａはそれぞれ、図１に示す磁束電流制御器１５およびトルク電流制御器１６に対応している。また、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１Ａおよびｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２Ａはそれぞれ、図１に示す３相／γ−δ交流座標変換器１１およびγ−δ／３相交流座標変換器１２に対応している。

３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１Ａは、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）への変換を行なう。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２Ａは、直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。

ｄ軸電流制御器１５Ａは、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊に、計測されたｄ軸電流ｉ_ｄを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。また、ｑ軸電流制御器１６Ａは、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に、計測されたｑ軸電流ｉ_ｑを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。界磁電流制御器２０は、界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊に、計測された界磁電流ｉ_ｆを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。

トルク応答改善演算器１８Ａが行う制御内容について、以下で説明する。

一般的な突極型の巻線界磁モータのトルク式は、次式（１３）で表される。ただし、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ_ｄはｄ軸自己インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸自己インダクタンス、ｐは極対数である。

また、非突極型の巻線界磁モータの場合、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｑとなるため、トルク式は、次式（１４）で表される。

図８は、トルク応答改善演算器１８Ａで行われる処理内容を説明するための図である。図８に示すトルク応答改善演算器１８Ａは、図２に示すトルク応答改善演算器１８と同様の処理を行う。この場合、図２のγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊が図８の界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊に対応し、図２のδ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊＊が図８のｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊＊に対応する。

図９は、トルク応答改善演算器１８Ａの別の構成例を示す図である。図９において、トルク応答改善演算器１８Ａは、フィルタ１９で遅れ処理が施された目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルク、および、界磁電流指令値ｉ_ｆ ^＊を入力して、次式（１５）より、δ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を求める。

図１０は、図７に示す構成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）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。

上述したように、高速応答が必要なトルクＴ_２ ^＊に対しては遅れ要素なく高応答化処理を施すので（図１０（ｈ）、（ｉ）参照）、所望のトルクを実現可能となる。また、高速応答が不必要なトルクＴ_１ ^＊に遅れを持たせることで、高速応答が必要なトルクＴ_２ ^＊に対して電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難くなる。

図１１は、図７に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ_１ ^＊およびＴ_２ ^＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器１８Ａおよびフィルタ１９を設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。図１１（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。トルク応答改善演算器１８Ａおよびフィルタ１９を設けない構成では、トルク応答を高応答化させるために界磁電流の応答を高応答化させる必要があるが、これによって界磁電圧Ｖ_ｆの電圧ピークが大きくなり上限値で制限されてしまう（図１１（ｅ）参照）。界磁電圧Ｖ_ｆが上限値で制限されている間、高応答化したいトルクＴ_２の応答が目標値に追従できていない。

以上、第１の実施形態におけるモータ制御装置によれば、交流誘導モータ１に電圧を供給して駆動するインバータ３と、交流モータ１の目標モータトルクに基づいて、インバータ３から出力される交流電圧の指令値を算出する指令値算出手段として機能する電流指令値演算器１３およびトルク応答改善演算器１８と、交流電圧指令値に基づいて、インバータを制御するインバータ制御手段として機能する磁束電流制御器１５、トルク電流制御器１６、γ−δ／３相交流座標変換器１２、およびＰＷＭ変換器６とを備える。交流誘導モータの目標モータトルクは、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊、および、第１の目標モータトルクよりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクＴ_１ ^＊を含む。電流指令値演算器１３およびトルク応答改善演算器１８は、目標モータトルクに基づいて、入力に対して電流応答性が遅い磁束電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊を算出するとともに、目標モータトルクおよび磁束電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊に基づいて、磁束電流指令値よりも電流応答性が速いトルク電流指令値ｉ_δｓ ^＊を算出する。目標モータトルクは、第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊および遅延処理が施された第２の目標モータトルクＴ_１ ^＊を含み、第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊によって車体振動を抑制することができるので、乗員の乗り心地性能を向上させることができる。また、低速応答の第２の目標モータトルクＴ_１ ^＊に対して遅延処理が施されるので、第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊に電流を使うことができ、高速応答が必要な第１の目標モータトルクＴ_２ ^＊に対して電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難くなり、所望のトルクを実現することができる。

＜第２の実施形態＞
図１２は、第２の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成を示すブロック図であって、第１の実施形態の図２に対応するものである。図２に示す構成と同様に、モータ１は誘導モータとし、図２に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

第２の実施形態におけるモータ制御装置では、トルク応答改善演算器１８の後段に、リミッタ３０が設けられている。リミッタ３０は、トルク応答改善演算器１８から出力されるδ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊を上限値ｉ_{δｓ_lim}で制限する処理を行う。上限値ｉ_{δｓ_lim}は、モータ１の電流の最大値Ｉ_{ｓ_max}とγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊に基づいて、次式（１６）で表される

図１３は、第２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。ただし、図１３では、比較のために、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も示している。図１３（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉ_γｓ、δ軸電流ｉ_δｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖ_γｓ、δ軸電圧Ｖ_δｓ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。

本実施形態では、δ軸電流指令値を上限値ｉ_{δｓ_lim}で制限することにより、過電流を防止し（図１３（ｂ）、（ｃ）参照）、γ軸電流、δ軸電流の両方に等しい量の上限値で制限をかける第１の実施形態の場合と比べて、最大限の電流でトルク応答を実現することができる。

δ軸電流指令値ではなく、γ軸電流指令値を制限するようにしてもよい。この場合、γ軸電流指令値を制限するための上限値ｉ_{γｓ_lim}は、次式（１７）で表される。

図１４は、リミッタ４０によって、トルク応答改善演算器１８から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊を上限値ｉ_{γｓ_lim}で制限する場合の構成を示すブロック図である。

図１５は、図４に示す構成に対して、リミッタ５０を設けた場合の構成を示すブロック図である。リミッタ５０は、電流指令値演算器１３から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊を上限値ｉ_{γｓ_lim}で制限する。なお、図１２のように、δ軸電流指令値を上限値ｉ_{δｓ_lim}で制限するようにしてもよい。

以上、第２の実施形態におけるモータ制御装置によれば、δ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊およびγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊のうちの少なくとも一方と最大指令値Ｉ_{s_max}とに基づいて、リミッタ値を算出し、算出したリミッタ値に基づいて、δ軸電流指令値ｉ_δｓ ^＊またはγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊を制限するので、過電流を防止するとともに、両軸の指令値を、等しい量の制限値で制限する場合に比べて、最大限の電流でトルク応答を実現することができる。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態におけるモータ制御装置では、フィルタ１９で遅延処理が行われた目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標値モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍（所定トルク以下）の場合でも、ロータ側の磁束を生成する電流を０より大きい所定量出力する。

図１６は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の主要構成を示すブロック図である。図２に示す構成と同じ構成要素には、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

第３の実施形態におけるモータ制御装置では、電流指令値演算器１３の後段に、下限リミッタ６０が設けられている。下限リミッタ６０は、電流指令値演算器１３から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊が０より大きい所定の下限値以上となるようなリミッタ処理を行う。すなわち、遅延処理が行われた目標モータトルクＴ_１ ^＊と、目標値モータトルクＴ_２ ^＊とを加算して得られる目標モータトルクがゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉ_γｓ ^＊＊が０より大きい所定の下限値以上となるようにする。

図１７は、第３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。ただし、図１７では、比較のため、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果も示している。図１７（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉ_γｓ、δ軸電流ｉ_δｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖ_γｓ、δ軸電圧Ｖ_δｓ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。上述したように、目標モータトルクがゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答の磁束電流指令値ｉ_γｓ ^＊が０より大きい所定の下限値以上となるようにするので（図１７（ａ）参照）、磁束ゼロ近傍でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図１７（ｉ）参照）。

図１８は、図４に示す構成に対して、目標モータトルクＴ_１ ^＊とＴ_２ ^＊とを加算した目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の磁束電流指令値ｉ_γｓ ^＊が０より大きい所定の下限値以上となるように下限リミッタ７０を設けた場合の構成を示すブロック図である。リミッタ７０は、電流指令値演算器１３から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γｓ ^＊＊が所定の下限値以上となるようなリミッタ処理を行う。

＜参考実施例＞
図１９は、図９に示す巻線界磁同期モータの構成に対して、目標モータトルクＴ_１ ^＊とＴ_２ ^＊とを加算した目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流ｉ_ｆ ^＊が０より大きい所定の下限値以上となるように下限リミッタ８０を設けた場合の構成を示すブロック図である。

図２０は、巻線界磁同期モータの別の構成に対して、目標モータトルクＴ_１ ^＊とＴ_２ ^＊とを加算した目標モータトルクがゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流ｉ_ｆ ^＊が０より大きい所定の下限値以上となるように下限リミッタ９０を設けた場合の構成を示すブロック図である。

図２１は、図１９に示す構成の制御結果を示す図である。図２１では、比較のために、図９に示す構成の制御結果も示している。図２１（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉ_ｆ、界磁電圧Ｖ_ｆ、フィードフォワードトルク指令値Ｔ_１ ^＊、フォードフォワードトルク実値Ｔ_１、フィードバックトルク指令値Ｔ_２ ^＊、フィードバックトルクＴ_２、全体トルクをそれぞれ表している。上述したように、トルク指令値Ｔ_１ ^＊がゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流ｉ_ｆ ^＊を０より大きい所定量出力するので（図２１（ｄ）参照）、磁束ゼロ近傍でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図２１（ｉ）参照）。

以上、第３の実施形態におけるモータ制御装置によれば、目標モータトルクが所定トルク以下の場合でも、磁束電流指令値ｉ_γｓ ^＊を０より大きい所定値以上とするので、磁束ゼロ近傍でのトルク軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、例えば、各実施形態の特徴を適宜組み合わせた構成とすることができる。

本願は、２０１２年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８７７５２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. 交流誘導モータに電圧を供給して駆動するインバータと、
   前記交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、前記インバータから出力される交流電圧の指令値を算出する指令値算出手段と、
   前記交流電圧の指令値に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
   を備え、
   前記交流誘導モータの目標モータトルクは、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルク、および、前記第１の目標モータトルクよりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクを含み、
   前記指令値算出手段は、前記目標モータトルクに基づいて、入力に対して電流応答性が遅い磁束電流指令値を算出するとともに、前記目標モータトルクおよび前記磁束電流指令値に基づいて、前記磁束電流指令値よりも電流応答性が速いトルク電流指令値を算出する、
   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、
   前記指令値算出手段は、前記目標モータトルクに基づいて、前記磁束電流指令値よりも電流応答性が速いトルク電流指令値を算出し、算出したトルク電流指令値を前記磁束電流指令値に基づいて補正することにより、補正後のトルク電流指令値を算出する、
   モータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記磁束電流指令値および前記トルク電流指令値のうちの少なくとも一方の指令値と、電流指令値の最大値とに基づいて、リミッタ値を算出するリミッタ値算出手段と、
   前記リミッタ値に基づいて、前記磁束電流指令値または前記トルク電流指令値を制限する電流指令値制限手段と、
   をさらに備えるモータ制御装置。
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、
   前記指令値算出手段は、前記目標モータトルクが所定トルク以下の場合でも、前記磁束電流指令値を０より大きい所定値以上とする、
   モータ制御装置。
5. 交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、インバータから出力される交流電圧の指令値を算出し、前記交流電圧の指令値に基づいて前記インバータを制御することによって、前記交流誘導モータを制御するモータ制御方法であって、
   前記交流誘導モータの目標モータトルクは、少なくとも捻り振動を抑制するために高速応答が要求される第１の目標モータトルク、および、前記第１の目標モータトルクよりも低速応答であって、遅延処理が施された第２の目標モータトルクを含み、
   前記目標モータトルクに基づいて前記交流電圧の指令値を算出する際に、前記目標モータトルクに基づいて、入力に対して電流応答性が遅い磁束電流指令値を算出するとともに、前記目標モータトルクおよび前記磁束電流指令値に基づいて、前記磁束電流指令値よりも電流応答性が速いトルク電流指令値を算出する、
   モータ制御方法。

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