JP5924870B2 - モータ制御装置、モータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法に関する。

３相ブラシレスモータを制御する際には、ＵＶＷの３相にて制御するのではなく、ＵＶＷの３相をｄ軸ｑ軸の２軸座標へと座標変換し、ｄ軸ｑ軸の２相にて制御するのが一般的である。このようなモータを制御するモータ制御装置では、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ；比例積分）制御を用いてｄ軸検出電流Ｉｄ及びｑ軸検出電流Ｉｑがｄ軸指令電流Ｉd^＊及びｑ軸指令電流Ｉq^＊に追従するように、フィードバック制御によりｄ軸指令電圧Ｖd^＊及びｑ軸指令電圧Ｖq^＊を制御している。また、このようなモータ制御装置では、ｄ軸電流にはｑ軸電流に依存する成分（干渉項）が含まれ、同様にｑ軸電流にはｄ軸電流に依存する成分（干渉項）が含まれているので、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御できない。このため、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御可能とするために、これらの干渉項をフィードフォワード制御により予め差し引く非干渉制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の記載の発明では、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、鎖交磁束Ψは一定の定数として扱われている。実際には、これらの値はモータに流れる電流や電気角の角度に依存して脈動または変動している。このため、電動パワーステアリング・モータのように使用領域が低回転〜高回転、低トルク〜高トルクと広いモータを利用する場合には、このような脈動または変動による騒音への影響が無視できなくなるという問題があった。

このような騒音への影響を抑える方法として、特許文献２に記載されている発明がある。図６は、従来技術に係る非干渉制御部の概略構成を示す図である。特許文献２に記載の発明では、図６に示すように、モータ制御装置の非干渉制御部９１３には、ｄ軸ＰＩ制御部９１１が出力したｄ軸指令電圧ｖｄ^＊、ｑ軸ＰＩ制御部９１２が出力したｑ軸指令電圧ｖｑ^＊、ｄ軸検出電流ｉｄ、ｑ軸検出電流ｉｑ、モータ電気角θが入力されている。φマップ９３１には、モータ電気角θと鎖交磁束Ψ^＊との関係を示す情報がマップ化されて記憶されている。Ｌｄマップ９３２には、モータ電気角θおよびｄ軸検出電流ｉｄの組み合わせと、ｄ軸インダクタンスＬｄ^＊との関係を示す情報がマップ化されて記憶されている。Ｌｑマップ９３３には、モータ電気角θおよびｑ軸検出電流ｉｑの組み合わせと、ｑ軸インダクタンスＬｑ^＊との関係を示す情報がマップ化されて記憶されている。

このため、特許文献２に記載の発明では、モータの角度および／またはモータに流れる電流に基づいてｄ軸ｑ軸間の干渉成分を算出し、φマップとＬｄマップにより、ｑ軸指令電圧ｖｑ^＊を補正するための補正値を算出していた。また、特許文献２に記載の発明では、モータの角度および／またはモータに流れる電流に基づいてｄ軸ｑ軸間の干渉成分を算出し、Ｌｑマップにより、ｄ軸指令電圧ｖd^＊を補正するための補正値を算出していた。

特開２００１−１８８２２号公報 特開２００８−１５４３０８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の従来技術では、モータに流れる電流や電気角の角度に依存した脈動または変動による騒音を改善できるが、坂道発進のように低速且つ高いトルクの状態で、非干渉制御での角速度フィードバックにより発生するモータによる振動を防ぐことができないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、低速且つ高いトルクの状態でも非干渉制御での角速度フィードバックにより発生するモータによる振動を低減できるモータ制御装置、モータ制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のモータ制御装置は、電流指令値から、電圧指令値を生成し、モータに流れる検出電流によりフィードバック制御する制御装置において、前記モータが低速のときに前記モータの角速度の上昇により値が増加する一次関数であり、所定の回転数以上のときに固定値となる関数を用いて、前記モータの角速度に応じた非干渉制御系のゲインを決定し、前記モータに流れる電流を示す電流値に、決定した前記非干渉制御系のゲインを乗じて前記電圧指令値に加算する非干渉制御部を備えることを特徴としている。

すなわち、非干渉制御系に当てはめると、本発明のモータ制御装置は、電動機の回転子角速度とトルク指令値に基づいて求められたｄ軸電流目標値と、電動機に流れる３相電流値から２相変換されたｄ軸電流値との偏差からｄ軸電圧指令値を、角速度と前記トルク指令値に基づいて求められたｑ軸電流目標値と、３相電流値から２相変換されたｑ軸電流値との偏差からｑ軸電圧指令値を、求める電圧指令値演算手段と、角速度ω、電流指令Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊に基づいて、非干渉制御のｄ軸電圧補償値および非干渉制御のｑ軸電圧補償値を算出する非干渉制御手段と、非干渉制御手段は、電流指令に、角速度の上昇により増加する関数である非干渉制御制御のゲインを乗じた電圧補償値を、電圧指令に加算することを特徴としている。

本発明によれば、電流指令値に、モータの角速度の上昇により増加する関数であるフィードバック制御系のゲインを乗じて電圧指令値を出力するようにしたので、低速且つ高いトルクの状態でも、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とするモータによる振動を低減できるモータ制御装置を実現することができる。

第１実施形態のモータ制御装置を示す制御ブロック図である。 同実施形態に係る電流ＰＩ制御部と非干渉制御部の概略構成を示す図である。 同実施形態に係るｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωとの関係を説明する図である。 同実施形態に係る振動が発生する領域を説明する図である。 同実施形態に係るｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωとの関係の他の例を説明する図である。 従来技術に係る非干渉制御部の概略構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

［第１実施形態］
モータ制御装置は、例えば産業車両や電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、船舶、飛行機、発電システム等において、電池セルから電力の供給を受けてモータを制御する装置である。

まず、モータ制御装置の概略動作について説明する。
電気モータを動力とする電気自動車や、内燃機関と電気モータを併用して動力とするハイブリッド自動車（以下、「電気自動車等」という）では、電力利用効率を高めるため、モータ制御装置が、３相の駆動電流を制御する際にパルス幅を変調させるパルス幅変調制御（ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御）を用いている。
電気自動車等では主に永久磁石同期モータが用いられ、そのモータには、回転に同期した３相電流が流される。その３相電流をＰＷＭ制御するために、キャリア信号と呼ばれる一定の周波数の電気パルスが用いられる。この場合、駆動電流は、キャリア信号のタイミングに合わせてパルス幅が変調された矩形波としてモータに供給され、モータのインダクタンスによって正弦波の３相電流となる。
そして、このようなモータ制御装置では、モータに流れる電流が、入力されたトルク指令のトルクになるようにフィードバックを用いたＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ；比例積分）制御により制御している。また、ＰＩ制御では、モータへ供給する３相をｄ軸ｑ軸の２軸座標へと座標変換し、ｄ軸ｑ軸の２相にて制御する。

図１は、本実施形態のモータ制御装置を示す制御ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１０は、角度検出器１２、速度計算部１４、電流指令部１６、３相／２相変換部１８、電流ＰＩ制御部２０、２相／３相変換部２２、デューティ計算部２４、電力変換部２６、電流検出器２８、非干渉制御部３８、第１加算部４３、第２加算部４４を備えている。また、モータ制御装置１０は、モータＭを制御する。

モータＭは、３相モータであり、電力変換部２６から出力される駆動電流により駆動される。また、モータＭには、角度検出器１２が取り付けられている。
角度検出器１２は、各瞬間におけるモータＭの電気角を検出して角度測定信号θを生成し、生成した角度測定信号θを、速度計算部１４、３相／２相変換部１８、２相／３相変換部２２に出力する。
速度計算部１４は、角度検出器１２が出力する角度測定信号θから、電気角の角速度ω（以下、角速度ωという）を計算し、計算した角速度ωを電流指令部１６、非干渉制御部３８に出力する。

電流検出器２８は、モータＭに対する３相の励磁電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、検出した３相の励磁電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／２相変換部１８に出力する。
３相／２相変換部１８には、電流検出器２８が出力する３相の励磁電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗと、角度検出器１２が出力する角度測定信号θとが入力される。３相／２相変換部１８は、電流検出器２８が出力する３相の励磁電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを、角度検出器１２が出力する角度測定信号θに基づき、２相のｄ軸成分Ｉｄおよびｑ軸成分Ｉｑ（以下、検出電流という）に変換する。３相／２相変換部１８は、変換した検出電流ＩｄおよびＩｑを電流ＰＩ制御部２０に出力する。なお、ｄ軸成分の電流（ｄ軸電流）とは、d軸を磁束の向きに取った場合、流れている電流のうち、モータＭに磁束を発生させるのに使われている成分（励磁電流成分）である。また、ｑ軸成分の電流（ｑ軸電流）とは、流れている電流のうち負荷のトルクに対応した成分である。
なお、本明細書では、指令値や指令信号には「＊」を右上に付した変数によって表す。

電流指令部１６には、自動車の場合にはスロットルペダルの開度などに関連付けられたトルク指令と、速度計算部１４から出力される角速度ωとが入力される。トルク指令は、モータに発生させるトルクを指令するものである。電流指令部１６は、このトルク指令の値と角速度ωから、ｄ軸成分およびｑ軸成分を持つ２相の指令電流（以下、指令電流という）Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を生成する。電流指令部１６は、生成した指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を、電流ＰＩ制御部２０、非干渉制御部３８に出力する。電流指令部１６は、入力されたトルク指令と角速度ωに基づき、ｄ軸およびｑ軸の指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を生成する。

電流ＰＩ制御部２０には、電流指令部１６が出力する指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊と、３相／２相変換部１８が出力する検出電流ＩｄおよびＩｑとが入力される。電流ＰＩ制御部２０は、制御変数である検出電流ＩｄおよびＩｑが、指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊に応じた値になるように、モータＭに流れる励磁電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを制御する。
電流ＰＩ制御部２０は、入力された指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊から、それぞれ検出電流ＩｄおよびＩｑを減算して、差分値ΔＩｄおよびΔＩｑを算出する。電流ＰＩ制御部２０は、算出した差分値ΔＩｄおよびΔＩｑ用いて、次式（１）〜（２）により、ｄ軸の指令電圧Ｖｄ^＊、ｑ軸の指令電圧Ｖｑ^＊を算出する。電流ＰＩ制御部２０は、算出した指令電圧Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊を、各々、第１加算器４３、第２加算器４４に出力する。

Ｖｄ^＊＝Ｋｐ×ΔＩｄ＋Ｋｉ×∫（ΔＩｄ）ｄｔ ・・・（１）

Ｖｑ^＊＝Ｋｐ×ΔＩｑ＋Ｋｉ×∫（ΔＩｑ）ｄｔ ・・・（２）

なお、式（１）、（２）において、係数Ｋｐ、Ｋｉは、予め設定されている係数である。

第１加算部４３は、電流ＰＩ制御部２０が出力する指令電圧Ｖｄ^＊に、非干渉制御部３８が出力する補償値Ｖｄｆｆを加算して、電圧指令Ｖｄ^＊’を生成する。第１加算部４３は、生成した指令電圧Ｖｄ^＊’を２相／３相変換部２２に出力する。
第２加算部４４は、電流ＰＩ制御部２０が出力する指令電圧Ｖｑ^＊に、非干渉制御部３８が出力する補償値Ｖｑｆｆを加算して、指令電圧Ｖｑ^＊’を生成する。第２加算部４４は、生成した指令電圧Ｖｑ^＊’を２相／３相変換部２２に出力する。

非干渉制御部３８には、電圧指令部１６から出力される指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊と、速度計算部１４から出力される角速度ωとが入力される。非干渉制御部３８は、入力された指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊と、角速度ωとを用いて、後述するように、補償値ＶｄｆｆおよびＶｑｆｆを生成する。非干渉制御部３８は、生成した補償値ＶｄｆｆおよびＶｑｆｆを、各々、第１加算部４３、第２加算部４４に出力する。

ここで、電流ＰＩ制御部２０の入出力と、非干渉制御部３８の動作の概略を説明する。
モータＭのｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、モータＭの巻線１相あたりの抵抗Ｒａ、モータＭの角速度ωを用いると、モータＭに供給される電圧ＶｄおよびＶｑは、次式（３）、（４）のように表される。なお、次式（３）、（４）においては、入力は、電流ＩｄおよびＩｑであるとして表している。

Ｖｄ＝（Ｒａ＋ｐ×Ｌｄ）Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ ・・・（３）

Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋（Ｒａ＋ｐ×Ｌｑ）Ｉｑ＋ω×φ ・・・（４）

式（３）、（４）において、ｐは微分演算子であり、φはモータＭの鎖交磁束である。このように、ｄ軸の指令電圧Ｖｄ^＊は、ｄ軸の成分以外にｑ軸の成分を有している。また、ｑ軸の指令電圧Ｖｑ^＊は、ｑ軸の成分以外にｄ軸の成分を有している。非干渉制御部３８は、式（３）のｑ軸成分を補償するように制御し、式（４）のｄ軸成分とω×φに関する値を補償するように制御している。

図１に戻って、２相／３相変換部２２には、第１加算部４３から出力される指令電圧Ｖｄ^＊’と、第２加算部４４から出力される指令電圧Ｖｑ^＊’と、角度検出器１２が出力する角度測定信号θとが入力される。２相／３相変換部２２は、入力された角度測定信号θを用いて、入力された電圧指令Ｖｄ^＊’および電圧指令Ｖｑ^＊’を座標変換し、３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を算出する。２相／３相変換部２２は、算出した３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊をデューティ計算部２４に出力する。

デューティ計算部２４には、２相／３相変換部２２が出力する３相の電圧指令Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊が入力される。デューティ計算部２４は、３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊から、モータに与える駆動電流信号を表すデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを計算する。デューティ計算部２４は、計算したデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを電力変換部２６に出力する。

電力変換部２６には、デューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗから駆動電流を生成するためのスイッチングを行う例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子などの電力制御素子（パワー素子）が備えられている。電力変換部２６は、デューティ計算部２４が出力するデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに対応する３相の駆動電流を生成し、生成した３相の駆動電流をモータＭにそれぞれ供給する。

次に、非干渉制御部３８の構成と動作について説明する。図２は、本実施形態に係る電流ＰＩ制御部と非干渉制御部の概略構成を示す図である。
図２に示すように、電流ＰＩ制御部２０は、第３加算部２０１、ＰＩ制御部２０２、第４加算部２０３、ＰＩ制御部２０４を備えている。また、非干渉制御部３８は、第１乗算部３０１、Ｌｄパラメータ部３１１、φパラメータ部３１２、第２乗算部３２１、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２、第５加算部３３１を備えている。

電流ＰＩ制御部２０の第３加算部２０１は、電流指令部１６が出力する指令電流Ｉｄ^＊から、３相／２相変換部１８が出力する検出電流Ｉｄを減算する。第３加算部２０１は、算出した差分値ΔＩｄをＰＩ制御部２０２に出力する。
ＰＩ制御部２０２は、入力された差分値ΔＩｄを用いて上述した式（１）により、ｄ軸の指令電圧Ｖｄ^＊を生成する。ＰＩ制御部２０２は、生成した指令電圧Ｖｄ^＊を、第１加算部４３に出力する。
第４加算部２０３は、電流指令部１６が出力する２相電流指令信号Ｉｑ^＊から、３相／２相変換部１８が出力する２相の検出電流Ｉｑを減算する。第４加算部２０３は、算出した差分値ΔＩｑをＰＩ制御部２０４に出力する。
ＰＩ制御部２０４は、入力された差分値ΔＩｑを用いて上述した式（２）により、ｑ軸の指令電圧Ｖｑ^＊を生成する。ＰＩ制御部２０４は、生成した指令電圧Ｖｑ^＊を、第２加算部４４に出力する。

非干渉制御部３８の第１乗算部３０１は、入力された指令電流Ｉｄ^＊と、角速度ωとを乗算して、乗算した値ω×Ｉｄ^＊をＬｄパラメータ部３１１に出力する。
Ｌｄパラメータ部３１１には、予め所定値のｄ軸インダクタンスＬｄが記憶されている。なお、ｄ軸インダクタンスＬｄは、モータ制御装置１０の設計者が、予め算出する。Ｌｄパラメータ部３１１は、入力された値ω×Ｉｄ^＊にｄ軸インダクタンスＬｄを乗算し、乗算した値ω×Ｉｄ^＊×Ｌｄを第５加算部３３１に出力する。
φパラメータ部３１２には、予め所定値のモータにおける回転子の鎖交磁束φが記憶されている。なお、鎖交磁束φは、モータ制御装置１０の設計者が、予め算出する。φパラメータ部３１２は、入力された角速度ωに鎖交磁束φを乗算する。φパラメータ部３１２は、乗算した値ω×φを第５加算部３３１に出力する。

第２乗算部３２１は、入力された指令電流Ｉｑ^＊に角速度ωを乗じて、乗じた値Ｉｑ^＊×ωをＬｑ（ω）パラメータ部３２２に出力する。
Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２には、第２乗算部３２１が出力する値Ｉｑ^＊×ωと、速度計算部１４が出力する角速度ωとが入力される。Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２は、入力された角速度ωに応じて、図３に示すような予め記憶されている関係ｇ４０１から、角速度ωの関数であるｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を決定する。Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２は、決定したｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と、入力された値Ｉｑ^＊×ωを乗算して補償値Ｖｄｆｆを算出する。Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２は、算出した補償値Ｖｄｆｆを第１加算部４３に出力する。
なお、非干渉制御系のゲインとは、ベクトル制御を行う場合のＬｄパラメータ部３１１に記憶されているｄ軸インダクタンスＬｄ、φパラメータ部３１２に記憶されている鎖交磁束φ、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２に記憶されているｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）である。

図３は、本実施形態に係るｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωとの関係を説明する図である。図３において、横軸は、角速度ωの絶対値の大きさであり、縦軸はｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）の大きさである。図３に示すように、角速度ωが０（ゼロ）からω_１の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）は０（ゼロ）である。また、角速度ωがω_１からω_２の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）は０（ゼロ）からＬｑ_１に増加する傾きＬｑ_１／（ω_２−ω_１）の一次関数である。また、角速度ωがω_２からω_３の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）はＬｑ_１からＬｑ_２に増加する傾き（Ｌｑ_２−Ｌｑ_１）／（ω_３−ω_２）の一次関数である。また、角速度ωがω_３以降、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）は傾き０（ゼロ）のＬｑ_２である。
すなわち、従来技術では、固定値Ｌｑ（ｑ軸のインダクタンスＬｑに基づき予め設定した値）を用いて非干渉制御を行っていたが、本実施形態では、図３のようにｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を角速度ωに応じて、低速時は所定の関数を用いた非干渉制御を行い、所定の回転数以上で従来技術と同様に固定値による非干渉制御を行う。
このように、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を固定値ではなく角速度ωに応じた関数とした場合、角速度ωに応じて、モータ制御装置１０のｄ軸のフィードバック・ゲインが変わることを意味している。ｄ軸の非干渉制御系のゲインであるｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）は、図３のように、角速度ωが小さい、すなわち低速の場合に値が小さくなるようにしている。このように、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を低速で固定値ではなく、角速度ωに応じて値が大きくなる関数にしても、制御系の安定性に支障がないことを実験により確認している。

第５加算部３３１は、Ｌｄパラメータ部３１１が出力する値ω×Ｉｄ^＊×Ｌｄにφパラメータ部３１２が出力するω×φを加算して補償値Ｖｑｆｆを算出する。第５加算部３３１は、算出した補償値Ｖｑｆｆを第２加算部４４に出力する。

第１加算部４３は、電流ＰＩ制御部２０が出力する指令電圧Ｖｄ^＊にＬｑ（ω）パラメータ部３２２が出力する補償値Ｖｄｆｆを加算して電圧指令信号Ｖｄ^＊’を算出する。第１加算部４３は、算出した電圧指令信号Ｖｄ^＊’を２相／３相変換部２２に出力する。
第２加算部４４は、電流ＰＩ制御部２０が出力する指令電圧Ｖｑ^＊に、非干渉制御部３８の第５加算部３３１が出力する補償値Ｖｑｆｆを加算して、指令電圧Ｖｑ^＊’を生成する。第２加算部４４は、生成した指令電圧Ｖｑ^＊’を２相／３相変換部２２に出力する。

なお、図２では、非干渉制御部３８において、モータＭの回転子の巻線１相あたりの抵抗が十分小さく無視できるレベルの例を説明した。しかしながら、モータＭの巻線１相あたりの抵抗分も加味して、非干渉制御部３８は非干渉制御を行うようにしてもよい。この場合、モータＭの巻線１相あたりの抵抗をＲａとし、補償値ＶｄｆｆにＲａ×Ｉｄ^＊を加算し、ＶｑｆｆにＲａ×Ｉｑ^＊を加算することで、モータＭの巻線１相あたりの抵抗を考慮した制御が行える。

次に、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２に予め記憶されているｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωの関係について説明する。
図４は、本実施形態に係る振動が発生する領域を説明する図である。図４において、横軸は、角速度ωの絶対値の大きさであり、縦軸はｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）の大きさである。図４では、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を、３つの異なる傾きを各々有する曲線ｇ４１１〜ｇ４１３で表した場合を示している。
曲線ｇ４１１〜ｇ４１３は、角速度ωが０（ゼロ）〜ω_１１の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が０（ゼロ）である。
曲線ｇ４１１は、角速度ωがω_１１〜ω_１２の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が傾きＬｑ_３／（ω_１２−ω_１１）の一次関数であり、角速度ωがω_１２［ｒｐｍ］以降、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）がＬｑ_３の固定値である。
曲線ｇ４１２は、角速度ωがω_１１〜ω_１３の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が傾きＬｑ_３／（ω_１３−ω_１１）の一次関数であり、角速度ωがω_１３以降、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）がＬｑ_３の固定値である。
曲線ｇ４１３は、角速度ωがω_１１〜ω_１４の期間、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が傾きＬｑ_３／（ω_１４−ω_１１）の一次関数であり、角速度ωがω_１４以降、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）がＬｑ_３の固定値である。

モータ制御装置１０を、例えば車両に適用し、図４の各曲線ｇ４１１〜ｇ４１３を図２のＬｑパラメータ部３２２に適用した場合について、以下に説明する。
Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２が、曲線ｇ４１１を、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）に適用した場合、長丸で囲んだ領域ｇ４２１で、走行時に振動が発生する。走行時に振動が発生する原因は、図１のモータ制御装置１０において、角速度ωをフィードバックするゲインが大きくなり、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を誘発しやすいことにある。
同様に、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２が、曲線ｇ４１２を、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）に適用した場合、長丸で囲んだ領域ｇ４２２で、走行時に振動が発生する。また、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２が、曲線ｇ４１３を、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）に適用した場合、長丸で囲んだ領域ｇ４２３で、走行時に振動が発生する。
図４に示した曲線ｇ４１１〜ｇ４１３のように、曲線の傾きが大きいほど振動が発生する領域が広くなり、曲線の傾き（関数の傾き）が小さいほど振動が発生する領域が狭くなる。
すなわち、図４の解析結果は、曲線の傾き（関数の傾き）とｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）（非干渉制御系のゲイン）との積が、所定の値以上である場合、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動が発生することを表している。

上述した単純な折れ線グラフで表される曲線ｇ４１１〜ｇ４１３のように、所定の角速度ωまで所定の傾きを有する関数のｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を用いて制御し、所定の角速度ω以降で固定値Ｌｑ_３を用いて制御するだけでは、振動の発生を防げない領域が発生する可能性がある。このため、図３に示したように、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωの関係を振動が発生しない領域の連続となるような傾きの曲線ｇ４０１で表される関数とすることで、振動の発生を防ぐことが可能になる。なお、曲線ｇ４０１は、使用するモータ制御装置１０、当該モータ制御装置１０を搭載する車両に応じて、実験により予め算出し、算出したｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωの関係をＬｑ（ω）パラメータ部３２２に記憶しておく。この結果、曲線の傾き（関数の傾き）とｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）（非干渉制御系のゲイン）との積が、所定の値以下になるようにｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）（非干渉制御系のゲイン）を設定してあるので、低速且つ高トルクの状態で、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐことができる。

図５は、本実施形態に係るｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωとの関係の他の例を説明する図である。図５において、横軸は、角速度ωの絶対値の大きさであり、縦軸はｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）の大きさである。
図５に示すように、曲線ｇ５０１は、所定の低速領域でｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が小さくなり、所定の回転数以上では、所定のｄ軸インダクタンスＬｑ（ω）値に近づくような関数の例である。ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）は、√ωに比例した値より小さくなる関数である。モータ制御装置１０の設計者は、このような関数を、図３に示した曲線ｇ４０１から近似して作成してもよく、あるいは、実験により求めるようにしてもよい。

ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が、√ωに比例した値より小さくなる関数についてさらに説明する。
図２に示したように、非干渉制御におけるモータＭに供給される電圧Ｖｄに対する角速度ωのフィードバックは、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）×ωとなる。ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が固定であれば、非干渉制御系のゲインはＬｑの固定値になるが、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が角速度ωの関数であるため、非干渉制御系のゲインは、Ｌｑ（ω）×ωをωで微分した値であり、次式（５）のように表される。

式（５）において非干渉制御系のゲインが所定の値Ｋを超える範囲は、次式（６）のように表される。なお、所定の値Ｋとは、所定の非干渉制御系のゲインの値である。

式（６）の微分方程式を解くため、Ｌｑ（ω）＝ａ√ωと置き、式（６）に代入すると、次式（７）のように表せる。

式（７）を計算すると、次式（８）、および次式（９）のようになる。

式（９）より、非干渉制御系のゲインが所定の値Ｋを超える範囲、すなわち振動が発生する範囲は、図５に示したように、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）が√ωに比例した値より大きな領域である。このため、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）に√ωに比例した値より小さくなる関数を用いることで、モータ制御装置１０は、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐことができる。
また、図３および図５に示したｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωの関係は、例えば、モータ制御装置１０の設計者がモータＭに発生する振動を解析することで算出するようにしてもよい。また、モータ制御装置１０の設計者が、モータＭを実際に車両に取り付けた状態で振動の解析を行い、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωの関係を算出するようにしてもよい。

例えば、本モータ制御装置１０を搭載した車両が坂道発進する場合、モータＭは低速で回転、すなわち角速度ωが小さい。また、角速度ωが小さい場合、トルクが高い。また、角速度ωが小さい場合、モータＭのマグネットトルクによるｑ軸電流Ｉｑが大きく、励磁電流成分であるｄ軸電流Ｉｄが０（ゼロ）または０（ゼロ）に近い状態である。この結果、坂道発進などの低速且つ高いトルク時、非干渉制御部３８では、式（３）に示したように、非干渉項であるＬｑ×Ｉｑ^＊×ωにおけるＬｑ×Ｉｑ^＊が大きくなる。この結果、非干渉制御系のゲインが大きくなり、モータＭの振動を誘発していた。
このため、本実施形態において、非干渉制御部３８は、パラメータの内、ｑ軸インダクタンスＬｑのみを角速度ωに応じて変化する関数を用いて制御することで、非干渉制御系のゲインを下げている。この結果、本実施形態のモータ制御装置１０は、低速且つ高いトルク時のモータＭの振動を防ぐことが出来るので、モータ制御装置１０を備える車両の非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防げる。

また、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）と角速度ωとの関係は、図３のような２つの傾きが変換する曲線ｇ４０１に限られず、さらに多くの傾きを有するようにしてもよい。さらに、図４に示したように、傾きの変化が１つの曲線ｇ４１１〜ｇ４１３であっても、振動が発生しない場合は、このような曲線でもよい。すなわち、モータ制御装置１０は、ｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）について、低速時に所定の関数のｑ軸インダクタンスＬｑ（ω）を用いて非干渉制御を行うことで、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐことができる。

以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、電流指令部１６が、電動機（モータ）の角速度とトルク指令値に基づいてｄ軸電流目標値を求める。また、本実施形態のモータ制御装置は、電流ＰＩ制御部２０が、電動機に流れる３相電流値から２相変換されたｄ軸電流値との偏差からｄ軸電圧指令値を、角速度とトルク指令値に基づいて求められたｑ軸電流目標値と、３相電流値から２相変換されたｑ軸電流値との偏差からｑ軸電圧指令値を求める。また、本実施形態のモータ制御装置は、非干渉制御部３８が、角速度ω、電流指令Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊に基づいて、非干渉制御のｄ軸電圧補償値および非干渉制御のｑ軸電圧補償値を求める。また、本実施形態のモータ制御装置は、非干渉制御部３８が、電流指令部１６の指令に、モータ１０の角速度の上昇により増加する関数であるｑ軸のインダクタンスＬｑを乗じた電圧補償値を、電圧指令に加算して、２相／３相変換部２２に出力する。
この結果、本実施形態のモータ制御装置は、低速かつ高トルクの状態においても、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、図２に示したように、フィードフォワードされる信号である２相の指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を用いて非干渉制御を行う例を説明したが、フィードバックされる信号である２相の検出電流ＩｄおよびＩｑを用いて非干渉制御を行う場合も同様に、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐことができる。

また、本実施形態では、非干渉制御部３８において、Ｌｑ（ω）パラメータ部３２２のみ、固定値ではなく、角速度ωに応じて変化する関数を用いて制御する例を説明した。しかしながら、モータＭの仕様、モータＭの取り付け方などに基づき、他のＬｄパラメータ部３１１、φパラメータ部３１２も角速度ωに応じて変化する関数を用いて制御するようにしてもよい。すなわち、Ｌｑ（ω）パラメータ部、Ｌｄパラメータ部、φパラメータ部のうち少なくとも１つのパラメータを角速度ωに応じて変化する関数を用いて制御することで、本実施形態のモータ制御装置は、低速かつ高トルクの状態においても、非干渉制御の角速度フィードバックを原因とする振動を防ぐ効果が得られる。
例えば、ｄ軸のインダクタンスＬｄが角速度ωに応じて変化する関数とした場合、非干渉制御系のゲインはＬｄ（ω）である。同様に、鎖交磁束φが角速度ωに応じて変化する関数とした場合、非干渉制御系のゲインはφ（ω）である。

１０・・・モータ制御装置 Ｍ・・・モータ １２・・・角度検出器
１４・・・速度計算部 １６・・・電流指令部 １８・・・３相／２相変換部
２０・・・電流ＰＩ制御部 ２２・・・２相／３相変換部 ２４・・・デューティ計算部
２６・・・電力変換部 ２８・・・電流検出器
３８・・・非干渉制御部 ４３・・・第１加算部 ４４・・・第２加算部
２０１・・・第３加算部
２０２、２０４・・・ＰＩ制御部 ２０３・・・第４加算部 ３０１・・・第１乗算部
３１１・・・Ｌｄパラメータ部 ３１２・・・φパラメータ部
３２１・・・第２乗算部 ３２２・・・Ｌｑ（ω）パラメータ部
３３１・・・第５加算部

Claims (6)

1. 電流指令値から、電圧指令値を生成し、モータに流れる検出電流によりフィードバック制御する制御装置において、
   前記モータが低速のときに前記モータの角速度の上昇により値が増加する一次関数であり、所定の回転数以上のときに固定値となる関数を用いて、前記モータの角速度に応じた非干渉制御系のゲインを決定し、前記モータに流れる電流を示す電流値に、決定した前記非干渉制御系のゲインを乗じて前記電圧指令値に加算する非干渉制御部
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータに流れる電流を示す電流値は、
   前記電流指令値、または、前記検出電流である
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記非干渉制御系のゲインは、
   直交座標系におけるｑ軸のインダクタンス値である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記非干渉制御部は、
   前記モータの角速度にｑ軸の前記電流指令値と、前記非干渉制御系のゲインとを乗じ、該乗じた結果をｄ軸の前記電流指令値に基づく電圧値から減算してｄ軸の前記電圧指令値を算出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記非干渉制御部は、
   前記角速度にｄ軸の前記電流指令値およびｄ軸のインダクタンスを乗じた値と、前記角速度と回転子の鎖交磁束を乗じた値とｑ軸の前記電流指令値に基づく電圧値とを加算して、ｑ軸の前記電圧指令値を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 電流指令値から、電圧指令値を生成し、モータに流れる検出電流によりフィードバック制御する制御系において、
   非干渉制御部が、前記モータが低速のときに、前記モータの角速度の上昇により値が増加一次関数であり、所定の回転数以上のとき固定値となる関数を用いて、前記モータの角速度に応じた非干渉制御系のゲインを決定し、前記モータに流れる電流を示す電流値に、決定した前記モータに流れる電流を示す電流に、決定した前記非干渉制御系のゲインを乗じて前記電圧指令値を加算する非干渉制御工程
   を含むことを特徴とするモータ制御方法。

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