JP6011170B2 - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの制御技術に関する。

従来、制御装置の発生するモータトルクにより励振される制御対象の振動を抑制する方法として、ノッチフィルタを通過させた目標回転数と実回転数との偏差に対して回転数制御演算を行う方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１５１２３６号公報

実際にモータが出力できるトルクには限界があるため、モータのトルク指令値は所定の上限値以下となるように制限される。従来の方法では、ノッチフィルタを通過させた目標回転数と実回転数との偏差に基づいて生成されるトルク指令値が所定の上限値を超える場合には、トルク指令値が所定の上限値に制限されるため、振動抑制効果が低減してしまう。

本発明は、トルク指令値がトルク上限値で制限されるような状況下であっても、振動抑制効果を低減させないことを目的とする。

本発明によるモータ制御装置は、モータ回転数を検出するとともにモータ回転数の指令値を生成し、検出したモータ回転数および生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出してモータの制御を行う。モータ回転数の指令値を制御対象モデルの逆モデルと指令値追従の規範応答モデルの積により構成されるフィルタに通した後、モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行うことによって、予測モータトルク指令値を算出し、算出した予測モータトルク指令値に対してノッチフィルタ処理を施した値を用いてモータトルク指令値を補正する。

本発明によれば、モータ回転数の指令値に基づいて予測モータトルク指令値を算出し、算出した予測モータトルク指令値を用いてモータトルク指令値を補正するので、モータトルク指令値がトルク上限値で制限されるような状況下であっても、振動抑制効果を得ることができる。

図１は、本発明のモータ制御装置を適用可能なハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。 図２は、図１に示すパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。 図３は、回転数制御の基本制御ブロック図である。 図４は、第１の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。 図５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６は、第２の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。 図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。 図８は、第３の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。 図９は、第３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１０は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の構成によるボード線図のうちのゲイン線図である。

図１は、本発明のモータ制御装置を適用可能なハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。このハイブリッド車両は、フロントエンジン・リヤホイールドライブ車（後輪駆動車）をベース車両としている。図中、符号１は、第１動力源としてのエンジンを示し、符号２は、駆動車輪（後輪）を示す。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンでは、通常の後輪駆動車と同様に、エンジン１の後方、即ち車両前後方向の後方に、自動変速機３をタンデムに配置している。また、エンジン１（クランクシャフト１a）からの回転を自動変速機３の入力軸３ａへ伝達する軸４に結合してモータ／ジェネレータ５を設け、このモータ／ジェネレータ５を、第２動力源としている。

モータ／ジェネレータ５は、駆動モータ（電動機）として作用したり、ジェネレータ（発電機）として作用する。このモータ／ジェネレータ５は、エンジン１および自動変速機３間に配置されている。

モータ／ジェネレータ５およびエンジン１間、より詳しくは、軸４とエンジンクランクシャフト１ａとの間に第１クラッチ６を介挿し、この第１クラッチ６によって、エンジン１およびモータ／ジェネレータ５間を切離し可能に結合する。ここで第１クラッチ６は、伝達トルク容量を連続的もしくは段階的に変更可能なものとする。例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的もしくは段階的に制御して、伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチにより第１クラッチ６を構成する。

モータ／ジェネレータ５および自動変速機３間、より詳しくは、軸４と変速機入力軸３ａとの間に第２クラッチ７を介挿し、この第２クラッチ７によって、モータ／ジェネレータ５および自動変速機３間を切離し可能に結合する。第２クラッチ７も第１クラッチ６と同様、伝達トルク容量を連続的もしくは段階的に変更可能なものとする。例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的もしくは段階的に制御して、伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチにより第２クラッチ７を構成する。

自動変速機３は、周知の任意なものでよく、複数の変速摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結・解放することで、これら変速摩擦要素の締結・解放の組み合わせによって、伝動系路（変速段）を決定する。従って自動変速機３は、入力軸３ａからの回転を、選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸３ｂに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置８によって左右後輪２へ分配して伝達され、車両の走行に供される。但し、自動変速機３は、上記したような有段式のものに限られず、無段変速機であってもよいのは言うまでもない。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンでは、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行（ＥＶ）モードが要求される場合、第１クラッチ６を解放し、第２クラッチ７の締結により、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態でモータ／ジェネレータ５を駆動すると、当該モータ／ジェネレータ５からの出力回転のみが変速機入力軸３ａに達する。自動変速機３は、当該入力軸３ａへの回転を、選択中の変速段に応じて変速して、変速機出力軸３ｂから出力する。変速機出力軸３ｂからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て後輪２に至り、車両をモータ／ジェネレータ５のみによって、電気走行（ＥＶ走行）させることができる。

高速走行時や大負荷走行時などで用いられるハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）モードが要求される場合、第２クラッチ７の締結によって自動変速機３を対応変速段選択状態（動力伝達状態）にしたまま、第１クラッチ６も締結させる。この状態では、第１クラッチ６の締結により始動されたエンジン１からの出力回転、または、エンジン１からの出力回転およびモータ／ジェネレータ５からの出力回転の双方が変速機入力軸３ａに達する。自動変速機３は、当該入力軸３ａへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して、変速機出力軸３ｂから出力する。変速機出力軸３ｂからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て後輪２に至り、車両をエンジン１およびモータ／ジェネレータ５の双方によって、ハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）させることができる。

ＨＥＶ走行中において、エンジン１を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合、この余剰エネルギーによってモータ／ジェネレータ５を発電機として作動させることで、余剰エネルギーを電力に変換する。そして、この発電電力をモータ／ジェネレータ５のモータ駆動に用いるために蓄電しておくことによって、エンジン１の燃費を向上させることができる。

図２は、図１に示すパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。統合コントローラ２０は、パワートレーンの動作点を統合制御する。パワートレーンの動作点は、目標エンジントルクｔＴｅと、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（回転数制御時は目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）と、第１クラッチ６の目標伝達トルク容量ｔＴｃ１と、第２クラッチ７の目標伝達トルク容量ｔＴｃ２とで規定する。

統合コントローラ２０には、パワートレーンの動作点を決定するために、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転センサ１１からの信号と、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを検出するモータ／ジェネレータ回転センサ１２からの信号と、変速機入力回転数Ｎｉを検出する入力回転センサ１３からの信号と、変速機出力回転数Ｎｏを検出する出力回転センサ１４からの信号と、エンジン１の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ１５からの信号と、モータ／ジェネレータ５用の電力を蓄電しておくバッテリ９の蓄電状態ＳＯＣ（持ち出し可能電力）を検出する蓄電状態センサ１６からの信号とを入力する。

なお、上記したセンサのうち、エンジン回転センサ１１、モータ／ジェネレータ回転センサ１２、入力回転センサ１３、および出力回転センサ１４はそれぞれ、図１に示すように配置することができる。

統合コントローラ２０は、上記入力情報のうち、アクセル開度ＡＰＯ、バッテリ蓄電状態ＳＯＣ、および、変速機出力回転数Ｎｏから、運転者が希望している車両の駆動力を実現可能な運転モード（ＥＶモード、ＨＥＶモード）を選択すると共に、目標エンジントルクｔＴｅ、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（回転数制御時は、目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）、目標第１クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ１、および目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２をそれぞれ演算する。

目標エンジントルクｔＴｅは、エンジンコントローラ２１に供給され、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）は、モータ／ジェネレータコントローラ２２に供給される。

エンジンコントローラ２１は、エンジントルクｔＴｅが目標エンジントルクｔＴｅとなるようにエンジン１を制御する。

モータ／ジェネレータコントローラ２２は、モータ／ジェネレータ５をトルク制御する時、そのトルクＴｍが目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍとなるよう、また、モータ／ジェネレータ５を回転数制御する時、その回転数Ｎｍが目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍとなるよう、バッテリ９およびインバータ１０を介して、モータ／ジェネレータ５を制御する。

統合コントローラ２０は、目標第１クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ１および目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２に対応したソレノイド電流を第１クラッチ６および第２クラッチ７の締結制御ソレノイド（不図示）に供給し、第１クラッチ６の伝達トルク容量ｔＴｃ１が目標伝達トルク容量ｔＴｃ１に一致するよう、また、第２クラッチ７の伝達トルク容量ｔＴｃ２が目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２に一致するよう、第１クラッチ６および第２クラッチ７を個々に締結力制御する。

第１の実施形態におけるモータ制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させる回転数制御について説明する前に、回転数制御の基本制御ブロック図について説明する。図３は、回転数制御の基本制御ブロック図である。

制御対象である車両モデルＧｐ（ｓ）は、制御対象イナーシャ項をＪとし、制御対象粘性項をＣとすると、次式（１）で表される。

Ｇｐ（ｓ）＝１／（Ｊ・Ｓ＋Ｃ） …（１）
ここで、制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃについて、以下で説明する。

図１に代表的に示すごとく、図１に示したハイブリッド車両用パワートレーンの第１クラッチ６よりもエンジン側におけるエンジンイナーシャ項をＪ１、エンジン粘性項をＣ１とし、第１クラッチ６および第２クラッチ７間におけるモータイナーシャ項をＪ２、モータ粘性項をＣ２とし、第２クラッチ７よりも駆動車輪側における車両イナーシャ項をＪ３、車両粘性項をＣ３とすると、制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃはそれぞれ、第１クラッチ６および第２クラッチ７の状態の組み合わせ（クラッチ状態）に応じて変化する。

なお、イナーシャ項Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３および粘性項Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、実験等により予め求めておくことができる。

つまり、第１クラッチ６および第２クラッチ７が共に解放したクラッチ状態（ＣＬ１）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ２となる。

第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７が解放したクラッチ状態（ＣＬ２）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２となる。

第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７が締結したクラッチ状態（ＣＬ３）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２＋Ｊ３となり、制御対象粘性項ＣはＣ２＋Ｃ３となる。

第１クラッチおよび第２クラッチ７が共に締結したクラッチ状態（ＣＬ４）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２＋Ｊ３となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３となる。

第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ５）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ２となる。

第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ６）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２となる。

図３に示す構成のフィードバック制御においては、これら制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃを用いた式（１）で表される制御対象（車両）モデルＧｐ（ｓ）を第１クラッチ６および第２クラッチ７の状態に応じて切り替えて制御するが、図１から明らかなように、第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ５）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ２はそれぞれ、第１クラッチ６および第２クラッチ７が共に解放したクラッチ状態（ＣＬ１）の制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ２と同じである。また、第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ６）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２はそれぞれ、第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７が解放したクラッチ状態（ＣＬ２）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２と同じである。従って、これら制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃを用いた式（１）で表される制御対象（車両）モデルＧｐ（ｓ）は、第２クラッチ７がスリップ状態である時と、第２クラッチ７が解放状態である時とは同じである。

従って、一般的な通常のフィードバック制御によってモータ／ジェネレータ５の回転制御を行うと、第２クラッチ７がスリップ状態である時のクラッチ伝達トルクも車両モデルのフリクションと共にフィードバックループで補償することになり、アクセル操作にともなう第２クラッチ７のスリップ時伝達トルクの変化分に対応した補償量がフィードバックループ（積分器）に蓄積され、第２クラッチ７がスリップ状態と非スリップ状態との間で状態変化する過渡時において、上記の蓄積補償分が放出され終わるまで、モータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを指令値ｔＮｍに一致させることができず、モータ／ジェネレータ５の回転制御応答性が悪くなるという問題を生ずる。

そこで、本実施形態では、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数を指令値ｔＮｍに一致させるように回転数制御するに際し、この制御を特に図３の制御ブロック線図に示すごとく行うようにする。

つまり、図３に示すモータ／ジェネレータ５の回転数制御ブロックは、外乱抑制応答時定数τｈを用いた伝達関数Ｈ（ｓ）＝１／（１＋τｈ・ｓ）のローパスフィルタＬＰＦと、このローパスフィルタＬＰＦおよび上記制御対象モデルの逆系｛１／Ｇｐ（ｓ）｝の組み合わせになる位相補償器ＩＮＶと、指令値追従応答時定数τｍを用いた伝達関数Ｋ１＝（Ｊ・τｍ・Ｃ）／τｍのモデルマッチング項ＭＭ１と、モデルマッチング項ＭＭ１の伝達関数Ｋ１および制御対象粘性項Ｃを用いた伝達関数Ｋ２＝（Ｃ＋Ｋ１）／Ｋ１のモデルマッチング項ＭＭ２と、リミッタＬｉｍ１を備える。

図３においてはまず、目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍをモデルマッチング項ＭＭ２に通過させてモデルマッチングした後の目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍから、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを差し引いて両者間のモータ／ジェネレータ回転数偏差を求める。

そして、このモータ／ジェネレータ回転数偏差をモデルマッチングＭＭ１に通過させて、モータ／ジェネレータ回転数偏差をなくすためのモータ／ジェネレータトルク補正量であるモデルマッチング出力ΔＴｍを求める。

位相補償器ＩＮＶは、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを発生するモータ／ジェネレータトルクを求め、ローパスフィルタＬＰＦは、制御対象へのモータ／ジェネレータトルク補正量ΔＴｍ’_limに対してフィルタ処理を施す。そして、位相補償器ＩＮＶからの出力と、ローパスフィルタＬＰＦからの出力との間におけるモータ／ジェネレータトルク偏差演算により、制御対象に加わる外乱の推定値Ｄｅｓｔ（外乱オブザーバ出力）を求める。モデルマッチング出力ΔＴｍから外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔを差し引いてΔＴｍ’とし、リミッタＬｉｍ１において上下限リミット処理が施されて、制御対象へのモータ／ジェネレータトルク補正量ΔＴｍ’_limとする。

図３に示す制御ブロック図では、リミッタＬｉｍ１において、モータ／ジェネレータ５に指令可能なトルク上限値でトルク指令値の上限を制限する処理が行われるため、トルク指令値の上限が制限された場合に、振動抑制効果が十分に得られなくなる可能性がある。

図４は、第１の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。図３に示す基本制御ブロック図に対して、点線で囲まれた部分、すなわち、予測モータトルク指令値算出フィルタＩＤＬと、リミッタＬｉｍ１ａと、ノッチフィルタＮＣＨと、リミッタＬｉｍ１ｂが追加されている。

予測モータトルク指令値算出フィルタＩＤＬは、制御対象Ｇｐ（ｓ）＝１／（Ｊ・Ｓ＋Ｃ）の逆モデル（Ｊ・Ｓ＋Ｃ）と指令値追従応答（規範応答）１／（τｍ・ｓ＋１）を乗算した（Ｊ・Ｓ＋Ｃ）／（τｍ・ｓ＋１）の特性を有し、目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍを入力して、予測モータトルク指令値を算出する。

予測モータトルク指令値算出フィルタＩＤＬの出力の後段に設定されるリミッタＬｉｍ１ａは、リミッタＬｉｍ１と同じ特性のリミット処理を行う。

ノッチフィルタＮＣＨは、（ｓ^２＋ω^２）／（ｓ^２＋２ωｓ＋ω^２）の特性を有するフィルタ処理を行う。ここで、ωは抑制すべき振動の周波数（ｒａｄ／ｓ）であり、実験により事前に求めることが可能である。すなわち、ノッチフィルタＮＣＨは、リミッタＬｉｍ１でリミット処理が施された予測モータトルク指令値から、抑制すべき振動の周波数成分を除去する。この後、振動周波数成分が除去された予測モータトルク指令値から、振動周波数成分を含む予測モータトルク指令値を減算した結果が、後述するリミッタＬｉｍ１ｂの出力に加算される。振動周波数成分が除去された予測モータトルク指令値から振動周波数成分を含む予測モータトルク指令値を減算した結果とは、振動周波数成分の逆位相の信号である。

リミッタＬｉｍ１ｂは、モデルマッチングＭＭ１の出力であるモデルマッチング出力ΔＴｍに対して、リミッタＬｉｍ１と同じ特性のリミット処理を行う。

リミッタＬｉｍｂの出力に対して振動周波数成分の逆位相の信号が加算されるとともに、外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔが減算された値がΔＴｍ’としてリミッタＬｉｍ１に入力される。リミッタＬｉｍｂの出力に対して振動周波数成分の逆位相の信号が加算されることにより、抑制すべき振動が除去されたモータトルク指令値が制御対象である車両モデルＧｐ（ｓ）に入力される。

図５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５（ａ）はモータ回転数を、図５（ｂ）は制御対象Ｇｐ（ｓ）に入力されるトルク指令値をそれぞれ示しており、点線は図３に示す制御ブロック図による制御結果を示し、実線は図４に示す制御ブロック図による制御結果を示している。ここでは、モータトルク指令値がトルク上限値によって制限される例を示している。

図５（ａ）に示すように、図３に示す制御ブロック図による制御では、モータ回転数の上昇時に振動が発生しているが、図４に示す制御ブロック図による制御によれば、モータ回転数は振動が発生することなく滑らかに上昇している。

以上、第１の実施形態におけるモータ制御装置によれば、モータ回転数を検出するとともにモータ回転数の指令値を生成し、検出したモータ回転数および生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出してモータの制御を行うものであって、モータ回転数の指令値に基づいて予測モータトルク指令値を算出し、算出した予測モータトルク指令値を用いてモータトルク指令値を補正する。

特に、モータ回転数の指令値を制御対象モデルの逆モデル（Ｊ・Ｓ＋Ｃ）と指令値追従の規範応答モデル（１／（τｍ・ｓ＋１））の積により構成されるフィルタに通した後、モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行うことによって予測モータトルク指令値を算出し、算出した予測モータトルク指令値に対してノッチフィルタ処理を施した値を用いてモータトルク指令値を補正する。モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理が施された予測モータトルク指令値に対してノッチフィルタ処理を施すので、モータトルク指令値がトルク上限値で制限されるようなシーンであっても、振動抑制効果を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。図３に示す基本制御ブロック図に対して、点線で囲まれた部分、すなわち、制御ブロックＭＤＬと、モデルマッチング項ＭＭ１ａと、リミッタＬｉｍ１ｃと、ノッチフィルタＮＣＨと、リミッタＬｉｍ１ｂとが追加されている。

制御ブロックＭＤＬは、制御対象である車両モデルＧｐ（ｓ）（＝１／（Ｊ・Ｓ＋Ｃ））と同じ制御特性Ｍ（ｓ）を有し、ノッチフィルタＮＣＨの出力を入力する。

モデルマッチング項ＭＭ１ａは、モデルマッチング項ＭＭ１と同じ伝達関数Ｋ１（＝（Ｊ・τｍ・Ｃ）／τｍ）の特性を有し、モデルマッチング項ＭＭ２の出力から制御ブロックＭＤＬの出力を減算した値を入力する。

リミッタＬｉｍ１ｃは、モデルマッチングＭＭ１ａの出力であるモデルマッチング出力に対して、リミッタＬｉｍ１と同じ特性のリミット処理を行う。

ノッチフィルタＮＣＨは、（ｓ^２＋ω^２）／（ｓ^２＋２ωｓ＋ω^２）の特性を有するフィルタ処理を行う。ここで、ωは抑制すべき振動の周波数（ｒａｄ／ｓ）であり、実験により事前に求めることが可能である。すなわち、ノッチフィルタＮＣＨは、リミッタＬｉｍ１ｃでリミット処理が施されたモデルマッチング出力から、抑制すべき振動の周波数成分を除去する。この後、振動周波数成分が除去された予測モータトルク指令値から、振動周波数成分を含む予測モータトルク指令値を減算した結果が、後述するリミッタＬｉｍ１ｂの出力に加算される。振動周波数成分が除去された予測モータトルク指令値から振動周波数成分を含む予測モータトルク指令値を減算した結果とは、振動周波数成分の逆位相の信号である。

図７は、第２の実施形態におけるモータ制御装置による制御結果を示す図である。図７（ａ）はモータ回転数を、図７（ｂ）は制御対象Ｇｐ（ｓ）に入力されるトルク指令値をそれぞれ示しており、点線は図３に示す制御ブロック図による制御結果を示し、実線は図６に示す制御ブロック図による制御結果を示している。

図７（ａ）に示すように、図６に示す制御ブロック図による制御においても、モータ回転数は振動が発生することなく滑らかに上昇している。また、図５（ｂ）と図７（ｂ）とを比較すれば分かるように、図６に示す制御ブロック図による制御によれば、トルク指令値がトルク上限値で制限される度合いが低減している。これにより、より高い振動抑制効果を得ることができる。

以上、第２の実施形態におけるモータ制御装置によれば、モータ回転数の指令値と、制御対象モデルから得られるモータ回転数との偏差に基づいて回転数制御演算を行い、該回転数制御演算の結果に、モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行ってからノッチフィルタ処理を施した値を制御対象モデルに入力するとともに、上限制限処理を行った後の値を予測モータトルク指令値とする。第２の実施形態では、回転数制御演算内に数式モデルを用いた擬似フィードバックループが設けられている。すなわち、モータ回転数指令値と制御対象数式モデルから得られるモータ回転数とに基づいて回転数制御演算を行い、回転数制御演算結果に対して回転数制御出力（モータトルク指令値）に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を施し、さらにノッチフィルタ処理を施す。ノッチフィルタ処理を施した後の信号を制御対象数式モデルに入力することで制御対象モデルのモータ回転数を更新する。この演算を随時繰り返すことでノッチフィルタを考慮した予測モータトルク指令値を得ることができ、制御対象モデルに入力されるモータトルク指令値がトルク上限値で制限される度合いを低減して、より高い振動抑制効果を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態におけるモータ制御装置によって行われる回転数制御の制御ブロック図である。図３に示す基本制御ブロック図に対して、点線で囲まれた部分、すなわち、ノッチフィルタＮＣＨと、リミッタＬｉｍ１ｂとが追加されている。

リミッタＬｉｍ１ｂは、モデルマッチングＭＭ１の出力であるモデルマッチング出力ΔＴｍに対して、リミッタＬｉｍ１と同じ特性のリミット処理を行う。

ノッチフィルタＮＣＨは、リミッタＬｉｍ１ｂの出力に対して、（ｓ^２＋ω^２）／（ｓ^２＋２ωｓ＋ω^２）の特性を有するフィルタ処理を行う。ここで、ωは抑制すべき振動の周波数（ｒａｄ／ｓ）であり、実験により事前に求めることが可能である。すなわち、ノッチフィルタＮＣＨは、リミッタＬｉｍ１ｂでリミット処理が施されたモデルマッチング出力から、抑制すべき振動の周波数成分を除去する。

図９は、第３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９（ａ）はモータ回転数を、図９（ｂ）は制御対象Ｇｐ（ｓ）に入力されるトルク指令値をそれぞれ示しており、点線は図３に示す制御ブロック図による制御結果を示し、実線は図８に示す制御ブロック図による制御結果を示している図９（ａ）に示すように、図８に示す制御ブロック図による制御においても、モータ回転数は振動が発生することなく滑らかに上昇している。また、図９（ｂ）に示すように、第２の実施形態と同様にトルク指令値がトルク上限値で制限される度合いが低減している。これにより、より高い振動抑制効果を得ることができる。

図１０は、第３の実施形態におけるモータ制御装置の構成によるボード線図のうちのゲイン線図を示す。図１０において、実線は図８に示す制御ブロック図のゲイン線図を示し、点線は図６に示す制御ブロック図のゲイン線図を示す。上述したように、第３の実施形態におけるモータ制御装置では、第２の実施形態におけるモータ制御装置と同等の制振効果を得ることができ、さらに、図１０に示すように、第２の実施形態の構成よりもゲイン余裕が大きく、システムの安定性が高い。

以上、第３の実施形態におけるモータ制御装置によれば、モータ回転数を検出するとともにモータ回転数の指令値を生成し、検出したモータ回転数および生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出する。算出したモータトルク指令値に対して、最終モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行い、上限制限処理が行われたモータトルク指令値にノッチフィルタ処理を施す。また、上限制限処理が施された最終モータトルク指令値と検出したモータ回転数とに基づいて、制御対象に加わる外乱を推定し、ノッチフィルタ処理が施されたモータトルク指令値から推定した外乱を減算した値を最終モータトルク指令値とする。最終モータトルク指令値に上限制限処理を施し、該上限制限処理後の最終モータトルク指令値に基づいてモータの制御を行う。このような構成により、第２の実施形態におけるモータ制御装置と同等の振動抑制効果を得ることができ、さらに、回転数制御フィードバックループの安定余裕を改善することが可能となる。このため、改善した安定余裕を制御ゲイン向上にあてることで回転数制御の目標値応答性能または外乱抑制性能を向上させることが可能となる。

本発明は、上述した各実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な応用が適用可能である。

５…モータ／ジェネレータ
１２…モータ／ジェネレータ回転センサ（モータ回転数検出手段）
２２…モータ／ジェネレータコントローラ（モータ回転数指令値生成手段、制御手段、モータトルク指令値算出手段、上限制限手段、ノッチフィルタ処理手段、外乱推定手段）

Claims (6)

1. モータ回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   モータ回転数の指令値を生成するモータ回転数指令値生成手段と、
   前記モータ回転数検出手段によって検出されたモータ回転数および前記モータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出してモータの制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記モータ回転数の指令値を制御対象モデルの逆モデルと指令値追従の規範応答モデルの積により構成されるフィルタに通した後、前記モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行うことによって、予測モータトルク指令値を算出し、算出した予測モータトルク指令値に対してノッチフィルタ処理を施した値を用いて前記モータトルク指令値を補正する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. モータ回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   モータ回転数の指令値を生成するモータ回転数指令値生成手段と、
   前記モータ回転数検出手段によって検出されたモータ回転数および前記モータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出してモータの制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記モータ回転数の指令値と、制御対象モデルから得られるモータ回転数との偏差に基づいて回転数制御演算を行い、該回転数制御演算の結果に、前記モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行ってからノッチフィルタ処理を施した値を前記制御対象モデルに入力するとともに、前記上限制限処理を行った後の値を前記予測モータトルク指令値とする、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. モータ回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   モータ回転数の指令値を生成するモータ回転数指令値生成手段と、
   前記モータ回転数検出手段によって検出されたモータ回転数および前記モータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出するモータトルク指令値算出手段と、
   前記モータトルク指令値に対して、最終モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行う上限制限手段と、
   前記上限制限処理が行われたモータトルク指令値にノッチフィルタ処理を施すノッチフィルタ処理手段と、
   前記上限制限処理が施された最終モータトルク指令値と前記モータ回転数検出手段によって検出されたモータ回転数とに基づいて、制御対象に加わる外乱を推定する外乱推定手段と、
   前記ノッチフィルタ処理が施されたモータトルク指令値から前記外乱を減算した値を前記最終モータトルク指令値とし、前記最終モータトルク指令値に上限制限処理を施し、該上限制限処理後の最終モータトルク指令値に基づいてモータの制御を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
4. モータ回転数を検出するステップと、
   モータ回転数の指令値を生成するステップと、
   前記検出したモータ回転数および前記生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出するステップと、
   前記モータ回転数の指令値を制御対象モデルの逆モデルと指令値追従の規範応答モデルの積により構成されるフィルタに通した後、前記モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値に上限制限処理を行うことによって、予測モータトルク指令値を算出するステップと、
   前記算出した予測モータトルク指令値に対してノッチフィルタ処理を施した値を用いて前記モータトルク指令値を補正するステップと、
   を有することを特徴とするモータ制御方法。
5. モータ回転数を検出するステップと、
   モータ回転数の指令値を生成するステップと、
   前記検出したモータ回転数および前記生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出するステップと、
   前記モータ回転数の指令値と、制御対象モデルから得られるモータ回転数との偏差に基づいて回転数制御演算を行うステップと、
   前記回転数制御演算の結果に、前記モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行ってからノッチフィルタ処理を施した値を前記制御対象モデルに入力するとともに、前記上限制限処理を行った後の値を前記予測モータトルク指令値とするステップと、
   を有することを特徴とするモータ制御方法。
6. モータ回転数を検出するステップと、
   モータ回転数の指令値を生成するステップと、
   前記検出したモータ回転数および前記生成したモータ回転数の指令値に基づいてモータトルク指令値を算出するステップと、
   前記モータトルク指令値に対して、最終モータトルク指令値に施す上限制限処理と同じトルク上限値による上限制限処理を行うステップと、
   前記上限制限処理が行われたモータトルク指令値にノッチフィルタ処理を施すステップと、
   前記上限制限処理が施された最終モータトルク指令値と前記検出したモータ回転数とに基づいて、制御対象に加わる外乱を推定するステップと、
   前記ノッチフィルタ処理が施されたモータトルク指令値から前記外乱を減算した値を前記最終モータトルク指令値とし、前記最終モータトルク指令値に上限制限処理を施し、該上限制限処理後の最終モータトルク指令値に基づいてモータの制御を行うステップと、
   を有することを特徴とするモータ制御方法。