JPH08163900A

JPH08163900A - 誘導モータ制御装置

Info

Publication number: JPH08163900A
Application number: JP6300701A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kitajima; 康彦北島; Yasutake Ishikawa; 泰毅石川; Yoshinori Yamamura; 吉典山村; Kazuma Okura; 一真大蔵
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】励磁電流を制限するリミッタを設け、励磁電流
の上限値を制限した場合でも出力トルクをトルク指令値
に一致させる正しいベクトル制御を行なうことの出来る
誘導モータ制御装置を提供する。【構成】励磁電流リミッタ部１４によって上限値を制限
された最終的な励磁電流指令値ｉ_φ*から誘導モータに
生じる磁束を推定する磁束推定部２０を設け、トルク電
流指令値ｉ_Tn*とすべり周波数ω_seの演算を、上記磁束
推定部２０で推定した推定磁束φ_d*を用いて行なうよう
に構成したことにより、磁束目標値φ_dn*から演算され
た励磁電流指令値ｉ_φn*が励磁電流リミッタ部１４の上
限値より大きくなって、上限値に抑えられた場合におい
ても、常にベクトル制御が成立し、トルク指令値と出力
トルクを常に一致させるように制御することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、その高効率
駆動制御技術において、電流リミッタで電流が制限され
た場合でもベクトル制御を成立させることのできる制御
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の問題点を明らかにするため、
まず、公知である誘導機のベクトル制御について説明す
る。誘導モータに印加される電源角速度で回転する直交
座標系（γ−δ座標）を考え誘導モータの回路方程式を
記述すると下記（数１）式に示すようになる。

【０００３】

【数１】

【０００４】なお、上記（数１）式を含めて本明細書で
は、下記の符号はそれぞれ下記の内容を表すものとす
る。ｉ_γs：γ軸固定子電流（励磁電流）ｉ_δs：δ軸固定
子電流（トルク電流） φ_γr：γ軸回転子磁束（２次磁束） φ_δr：δ軸回転
子磁束 ν_γs：γ軸固定子電圧 ν_δs：δ軸固定
子電圧Ｒ_s：固定子抵抗Ｒ_r：回転子抵抗Ｌ_s：固定子自己インダクタンスＬ_r：回転子自己
インダクタンスＭ：固定子と回転子間の相互インダクタンス ω ：電源周波数 ω_re：回転子角速
度（電気角）ｐ：微分演算子Ｐ：極対数 σ＝１−Ｍ²／Ｌ_sＬ_r また、出力トルクＴ_eは下記（数２）式で示される。

【０００５】

【数２】

【０００６】また、ベクトル制御では、すべり周波数ω
_seを下記（数３）式のように制御する。

【０００７】

【数３】

【０００８】この場合には、（数２）式においてφ_δr
＝０となる。従って（数２）式は、下記（数４）式とな
る。

【０００９】

【数４】

【００１０】すなわち、（数３）式に従ってすべり周波
数ω_seを制御すれば、（数４）式のように、誘導モータ
の出力トルクＴ_eはトルク電流（δ軸固定子電流）ｉ_δs
と２次磁束（γ軸回転子磁束）φ_γrとの積に比例する
ことになる。ところで、通常用いられるベクトル制御
は、２次磁束φ_γrを一定に保つように制御する。これ
は、２次磁束φ_γrが下記（数５）式に示すようになる
からである。

【００１１】

【数５】

【００１２】つまり、応答性の悪い２次磁束φ_γrを一
定に保ち、応答遅れのないトルク電流ｉ_δsを変化させ
ることで高速なトルク制御を実現するためである。しか
し、近年、２次磁束φ_γrを可変とする制御の報告が見
られる。これは、モータの駆動効率改善の観点から、出
力トルクや回転数等に応じて２次磁束の値を変化させる
制御が有効だからである。（数５）式を変形すると、下
記（数６）式のようになる。

【００１３】

【数６】

【００１４】つまり、２次磁束φ_γrを変化させるため
には、（数６）式の第２項に示す過渡電流を流す必要が
生じる。そのため２次磁束φ_γrの応答性を変化させる
と、励磁電流（γ軸固定子電流）ｉ_γsの値を大きく変
化させる必要が生じる。しかし、直流電源の電力を交流
電力に変換するインバータには出力の限界があるので、
該インバータのドライブ回路を保護するため、過度に大
きい電流を流さないように電流の上限値を抑える電流リ
ミッタを設けることが考えられる。

【００１５】図６は、本出願人の先行出願（特願平５−
１６６９９８号：未公開）に記載した効率と応答性を両
立させる磁束可変型のベクトル制御装置に、電流リミッ
タを付加した装置（ベクトル制御演算ブロックのみを示
す）のブロック図である。図６において、定常損失最小
磁束演算部１１は外部から与えられたトルク指令値Ｔ_e*
において誘導モータの定常損失を最小とする回転子磁束
φ_Lmを演算するブロック、目標磁束演算部１２は上記定
常損失最小磁束φ_Lmを入力し、ローパス特性を有する伝
達関数に基づいて２次磁束の目標値（目標磁束φ_dn*）
を演算するブロック、励磁電流指令値演算部１３は上記
目標磁束φ_dn*を発生させるための励磁電流指令値ｉ_φn
*を演算するブロック、励磁電流リミッタ部１４は励磁
電流指令値ｉ_φn*の正負の上限値を制限するブロック
（ｉ_φ*は制限後の励磁電流指令値）、目標トルク演算
部１５は上記トルク指令値Ｔ_e*から所定の伝達特性に基
づいて誘導モータの目標トルクＴ_d*を演算するブロッ
ク、トルク電流指令値演算部１６は目標トルクＴ_d*と目
標磁束φ_dn*からトルク電流指令値ｉ_Tn*を演算するブロ
ック、トルク電流リミッタ部１７はトルク電流指令値ｉ
_Tn*の正負の上限値を設定するブロック（ｉ_T*は制限後
のトルク電流指令値）、すべり周波数演算部１８は目標
磁束φ_dn*と制限後のトルク電流指令値ｉ_T*とによって
すべり周波数ω_s _eを演算するブロックである。なお、モ
ータ回転数演算部１９はモータ回転速度ω_m（機械角）
にモータの極対数Ｐを乗じることによってモータ回転子
の角速度ω_re（電気角）を演算するブロックであり、こ
の角速度ω_reと上記のすべり周波数ω_seとを加算するこ
とによって電源周波数ωを算出する。以上の構成が磁束
可変型のベクトル制御演算ブロックの構成である。

【００１６】誘導モータのベクトル制御システム全体の
構成は、図２に示すように、ベクトル制御演算ブロック
１、座標変換電流制御ブロック２、ＰＷＭインバータ
３、誘導モータ４、エンコーダ５および直流電源６（例
えば車載のバッテリ）からなるが、上記図６の磁束可変
型ベクトル制御演算ブロックは図２のベクトル制御演算
ブロック１の部分に相当する。そして座標変換電流制御
ブロック２では、上記の制限後の励磁電流指令値ｉ
_φ*、制限後のトルク電流指令値ｉ_T*、電源周波数ωお
よび誘導モータ４に流れている相電流ｉ_u、ｉ_vから電圧
指令値ｖ_u*、ｖ_v*、ｖ_w*を演算する。また、ＰＷＭイン
バータ３は直流電源６から供給される電圧をＰＷＭ（パ
ルス幅変調）し、誘導モータ４に３相交流電力（相電流
ｉ_u、ｉ_v、ｉ_w）を印加する。また、エンコーダ５はモ
ータ回転数ω_m（機械角）を検出する速度センサであ
る。以上のようなシステムで、ベクトル制御演算ブロッ
ク１の指令に追従する電流が誘導モータ４に流れるよう
に制御されることにより、トルク指令値Ｔ_e*に従ったト
ルクを誘導モータが出力するように制御することが出来
る。したがって、トルク指令値Ｔ_e*に正しく出力トルク
を追従させるためには、励磁電流指令値ｉ_φ*、トルク
電流指令値ｉ_T*および電源周波数ωを正しく演算しなけ
ればならない。

【００１７】以下、上記の演算方法を図６に戻って説明
する。励磁電流指令値ｉ_φ*、トルク電流指令値ｉ_T*お
よび電源周波数ωは次のようにして求める。まず、励磁
電流指令値ｉ_φ*の演算においては、下記（数７）式に
よって制限前の励磁電流指令値ｉ_φn*を求め、さらに励
磁電流リミッタ部１４で上限値ｉ_φmax以下に抑えるこ
とにより、制限後の励磁電流指令値ｉ_φ*を演算する。

【００１８】

【数７】

【００１９】次に、トルク電流指令値ｉ_T*の演算におい
ては、下記（数８）式によって制限前のトルク電流指令
値ｉ_Tn*を求め、さらにトルク電流リミッタ部１７で上
限値ｉ_Tmax以下に抑えることにより、制限後のトルク電
流指令値ｉ_T*を演算する。

【００２０】

【数８】

【００２１】また、電源周波数ωの演算においては、下
記（数９）式によってモータの角速度ω_seを求め、次に
下記（数１０）式によって電源周波数ωを求める。

【００２２】

【数９】

【００２３】

【数１０】

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
方法では次のような問題点がある。すなわち、トルク電
流指令値の演算およびすべり周波数の演算には、目標磁
束φ_dn*を用いるが、この目標磁束から算出した励磁電
流指令値ｉ_φn*が励磁電流リミッタ部１４の上限値ｉ
_φmaxよりも大きい場合には、最終的に出力する励磁電
流指令値ｉ_φ*の値が上記リミッタの上限値ｉ_φmaxで抑
えられるため、誘導モータに生じる２次磁束φ_γrが目
標磁束φ_dn*とは異なってしまう。したがって、トルク
電流指令値およびすべり周波数は、実際に誘導モータに
生じる２次磁束とは異なる値を用いて演算を行なってし
まうことになり、ベクトル制御が成立しなくなってしま
う。そのため結果として、出力トルクＴ_eはトルク指令
値Ｔ_e*と異なってしまうという問題がある。

【００２５】以下、図６を用いて具体的に説明する。ま
ず、励磁電流リミッタ部１４によって上限値を制限する
前の励磁電流指令値ｉ_φn*と制限後の励磁電流指令値ｉ
_φ*を考える。励磁電流リミッタ部１４の正負の上限値
をｉ_φmax、−ｉ_φmaxとすれば、目標磁束φ_dn*から求
めた励磁電流指令値ｉ_φn*が、励磁電流リミッタ部１４
によって上限値が抑えられてしまった場合、すなわち制
限前の励磁電流指令値ｉ_φn*と制限後の励磁電流指令値
ｉ_φ*との関係が下記（数１１）式、（数１２）式に示
すようになった場合には、誘導モータの内部に発生する
実際の２次磁束φ_mは下記（数１３）式に示すようにな
る。

【００２６】

【数１１】

【００２７】

【数１２】

【００２８】

【数１３】

【００２９】一方、目標磁束φ_dn*は下記（数１４）式
のように表すことが出来る。

【００３０】

【数１４】

【００３１】したがって２次磁束φ_mと目標磁束φ_dn*と
は下記（数１５）式のように異なった値となる。

【００３２】

【数１５】

【００３３】また、上記の場合における実際のトルク電
流指令値ｉ_Tn*は、下記（数１６）式で求められる。

【００３４】

【数１６】

【００３５】また、上記の場合における実際のすべり周
波数ω_seは下記（数１７）式で求められる。

【００３６】

【数１７】

【００３７】上記（数１５）式に示すように、φ_m≠φ
_dn*であるから実際の誘導モータの２次磁束とは異なる
磁束の値を用いてトルク電流指令値ｉ_Tn*とすべり周波
数ω_seの演算を行なってしまうことになる。したがっ
て、前記（数３）式の関係を満たさなくなるため、ベク
トル制御を正しく行なうことが出来なくなり、結果とし
て、出力トルクＴ_eがトルク指令値Ｔ_e*と異なってしま
う。

【００３８】本発明は、上記のごとく励磁電流を制限す
ることによって出力トルクＴ_eがトルク指令値Ｔ_e*と異
なってしまうという問題を解決するためになされたもの
であり、励磁電流のリミッタを設けた場合でも出力トル
クをトルク指令値に一致させる正しいベクトル制御を行
なうことの出来る誘導モータ制御装置を提供することを
目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、外部から与えられたトルク指令値を入力し、磁
束目標値を演算する磁束目標値演算手段と、上記磁束目
標値を得るための第１の励磁電流指令値を演算する励磁
電流指令値演算手段と、上記第１の励磁電流指令値の上
限値を設定する励磁電流リミッタ手段と、上記励磁電流
リミッタ手段によって制限された第２の励磁電流指令値
に応じて誘導モータに生じる磁束を推定する磁束推定手
段と、上記トルク指令値から所定の伝達特性に基づいて
誘導モータの目標トルクを演算する目標トルク演算手段
と、上記目標トルク演算手段で求めた目標トルクに応じ
た第１のトルク電流指令値を演算するトルク電流指令値
演算手段と、上記第１のトルク電流指令値の上限値を設
定するトルクリミッタ手段と、上記磁束推定手段による
推定磁束と上記トルクリミッタ手段で制限された第２の
トルク電流指令値からすべり周波数を演算するすべり周
波数演算手段と、上記第２の励磁電流指令値と上記第２
のトルク電流指令値と上記すべり周波数とに応じて上記
誘導モータを制御するモータ駆動手段と、を備えてい
る。上記の構成は、例えば、後記図１および図２の実施
例に相当し、モータ駆動手段以外の各構成要素はそれぞ
れ図１の下記の部分に相当し、それら全体で図２の磁束
可変ベクトル制御演算ブロック１の部分に相当する。す
なわち、磁束目標値演算手段は定常損失最小磁束演算部
１１と目標磁束演算部１２に、励磁電流指令値演算手段
は励磁電流指令値演算部１３に、励磁電流リミッタ手段
は励磁電流リミッタ部１４に、磁束推定手段は磁束推定
部２０に、目標トルク演算手段は目標トルク演算部１５
に、トルク電流指令値演算手段はトルク電流指令値演算
部１６に、トルクリミッタ手段はトルク電流リミッタ部
１７に、すべり周波数演算手段はすべり周波数演算部１
８に、それぞれ相当する。また、モータ駆動手段は、図
２の座標変換電流制御ブロック２およびＰＷＭインバー
タ３の部分に相当する。

【００４０】また、上記磁束目標値演算手段は、請求項
２に記載のように、与えられたトルク指令値において誘
導モータの定常損失を最小とする回転子磁束を演算する
定常損失最小磁束演算手段と、上記定常損失最小磁束を
入力し、ローパス特性を有する伝達関数に基づいて目標
磁束および目標磁束の一階微分値を演算する目標磁束演
算手段と、からなり、上記励磁電流指令値演算手段は、
上記上記目標磁束と目標磁束の一階微分値とに応じて上
記第１の励磁電流指令値を演算するものである。上記の
構成は、例えば後記図１の実施例に相当する。なお、上
記のように図１の実施例においては、磁束目標値演算手
段は定常損失最小磁束演算部１１を備え、与えられたト
ルク指令値において定常損失を最小とする磁束を求める
ようにした場合を例示したが、磁束目標値演算手段は、
単に外部から与えられたトルク指令値を入力し、それに
対応した磁束目標値を演算するものでもよい。

【００４１】また、請求項３に記載の発明においては、
上記目標磁束演算手段として、上記誘導モータの過渡損
失を最小とする過渡応答特性を有するフィルタを用いて
目標磁束演算を行なうものを示している。また、請求項
４に記載の発明においては、上記トルクリミッタにおけ
る上限値を、上記第２の励磁電流指令値と許容できる相
電流の最大値とに応じて設定するように構成している。
なお、この構成は、例えば後記図３の実施例に相当す
る。

【００４２】

【作用】上記のように、本発明においては、励磁電流リ
ミッタ手段によって上限値を制限された最終的な励磁電
流指令値から誘導モータに生じる磁束（２次磁束）を推
定する磁束推定手段を新たに設け、トルク電流指令値と
すべり周波数の演算を、上記磁束推定手段によって推定
された推定磁束を用いて行なうように構成している。以
上の構成によれば、磁束目標値から演算された励磁電流
指令値が励磁電流リミッタ手段の上限値より大きくなっ
て、上限値に抑えられた場合においても、その制限され
た励磁電流指令値を用いて誘導モータの２次磁束を推定
して、その推定値を用いてトルク電流指令値やすべり周
波数を演算するので、常にベクトル制御が成立すること
になり、結果として、トルク指令値と出力トルクは常に
一致することになる。

【００４３】また、請求項２に記載のように、与えられ
たトルク指令値において誘導モータの定常損失を最小と
する回転子磁束を演算する手段を設け、それとトルクの
レスポンスを決定する目標トルク演算手段とによって、
トルク応答性と磁束応答性を独立に可変できる制御系構
成としたものにおいては、定常的にはすべり周波数を損
失最小すべり周波数とし、過渡的には磁束応答をトルク
応答に応じた最適な値とするように制御することによっ
て、過渡損失を軽減することが出来るので、応答性を損
なうことなしに、過渡損失を減少させることが出来、か
つ定常時には従来と同様の最小損失で駆動することが出
来る。

【００４４】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示すブロッ
ク図である。なお、図１に示した部分は、前記図２のベ
クトル制御演算ブロック１の部分である。図１におい
て、磁束推定部２０以外の各構成要素は前記図６と同様
であるが、トルク電流指令値演算部１６とすべり周波数
演算部１９は、磁束推定部２０で求めた推定磁束φ_d*を
用いて演算するようになっている点が異なる。磁束推定
部２０は、励磁電流リミッタ部１４から出力される励磁
電流指令値ｉ_φ*から誘導モータの２次磁束を推定し、
推定磁束φ_d*を出力する。そしてトルク電流指令値演算
部１６は、目標トルクＴ_d*と推定磁束φ_d*からトルク電
流指令値ｉ_Tn*を演算する。このトルク電流指令値ｉ_Tn*
はトルク電流リミッタ部１７で正負の上限値を制限さ
れ、最終的なトルク電流指令値ｉ_T*として出力される。
また、すべり周波数演算部１８では、推定磁束φ_d*と最
終的なトルク電流指令ｉ_T*とからすべり周波数ω_seを演
算する。その他の動作は前記図６と同様である。

【００４５】次に作用を説明する。トルク指令値Ｔ_e*に
応じて定常損失最小磁束演算部１１と目標磁束演算部１
２とで目標磁束φ_dn*とその１階微分値d/dt φ_dn*を演
算（詳細後述）し、励磁電流指令値演算部１３では励磁
電流指令値ｉ_φn*を演算する。そして励磁電流リミッタ
部１４では上記励磁電流指令値ｉ_φn*の上限値を制限す
る。磁束推定部２０では、励磁電流リミッタ部１４から
出力される最終的な励磁電流指令値ｉ_φ*から、前記
（数１３）式を用いて２次磁束を推定し、その値を推定
磁束φ_d*とする。このように、実際に出力する励磁電流
指令値ｉ_φ*を用いて演算することにより、推定磁束φ_d
*と誘導モータに生じる２次磁束φ_mとは等しくなる。す
なわち、下記（数１８）式が成立する。

【００４６】

【数１８】

【００４７】次に、トルク電流指令値ｉ_Tn*は、推定磁
束φ_d*を用いて下記（数１９）式によって演算する。

【００４８】

【数１９】

【００４９】また、すべり周波数ω_seも、推定磁束φ_d*
を用いて下記（数２０）式によって演算する。

【００５０】

【数２０】

【００５１】上記のように、励磁電流指令値が制限さ
れ、目標磁束φ_dn*とモータに生じる２次磁束φ_m*とが
異ってしまった場合でも、実際に出力する励磁電流指令
値ｉ_φ*を用いて磁束を推定し、その推定磁束を用いて
トルク電流指令値とすべり周波数とを演算するように構
成しているので、常にベクトル制御が成立するように制
御することが出来、結果として、トルク指令値と出力ト
ルクとは一致することになる。

【００５２】なお、図１においては、トルク電流リミッ
タ部１７を設けてトルク電流指令値ｉ_Tn*の上限値を制
限しているので、演算したトルク電流指令値ｉ_Tn*がト
ルク電流リミッタ部１７の上限値より大きい場合には、
最終的なトルク電流指令値ｉ_T*が制限前のトルク電流指
令値ｉ_Tn*とは異ってしまう。しかし、すべり周波数ω_s
_eを（数２０）式によって求めているので、このような
場合においてもベクトル制御は成立する。したがって、
出力トルクはトルク指令値より小さくなってしまうが、
ベクトル制御則からはずれてトルクが振動してしまうよ
うなことはない。以上、説明したように本実施例におい
ては、励磁電流が制限された場合においてもベクトル制
御が成立し、かつ、相電流が所定値以下となるように制
限することが出来る。

【００５３】図４は上記第１の実施例の制御によってモ
ータを駆動した場合におけるシミュレーション結果を示
す特性図、図５は図６に示した先行発明の方法の制御に
よってモータを駆動した場合におけるシミュレーション
結果を示す特性図である。図４および図５から判るよう
に、本実施例による制御では、励磁電流が制限されてい
る場合でもトルク指令値に一致した出力トルクが得られ
ているが、先行出願の方法では、トルク指令値と出力ト
ルクが異ってしまっている。

【００５４】次に、図３は、本発明の第２の実施例を示
すブロック図である。なお、図３に示す部分は、前記図
２のベクトル制御演算ブロック１の部分である。図３に
おいて、前記図１と異なる部分は、トルク電流上限値演
算部２１を設け、トルク電流リミッタ部１７における上
限値を、最終的な励磁電流指令値ｉ_φ*の値から演算で
求めるように構成した点である。すなわち、トルク電流
上限値演算部２１では、最終的な励磁電流指令値ｉ_φ*
の値からトルク電流の上限値ｉ_Tmaxを演算する。したが
ってトルク電流リミッタ部１７における上限値±ｉ_Tmax
の値は、上記の演算結果に応じて変化することになる。
上記の上限値は次のようにして設定する。すなわち、モ
ータに流れる相電流の振幅ｉ_magとトルク電流ｉ_Tおよび
励磁電流ｉ_φの関係は下記（数２１）式に示すようにな
る。

【００５５】

【数２１】

【００５６】したがってトルク電流ｉ_Tは下記（数２
２）式のように表すことが出来る。

【００５７】

【数２２】

【００５８】前記図２のＰＷＭインバータ３に用いられ
ているパワー素子を過電流から保護するためには、相電
流を許容値以下に制限することが有効である。すなわ
ち、許容し得る相電流の最大値をｉ_magmax*とすれば、
トルク電流ｉ_Tの上限値を下記（数２３）式に示すよう
に設定すればよい。

【００５９】

【数２３】

【００６０】図３においては、上記のトルク電流ｉ_Tの
上限値の演算をトルク電流上限値演算部２１で行ない、
トルク電流リミッタ部１７では、上記の求められた上限
値にトルク電流ｉ_Tを制限する。

【００６１】次に、定常損失最小磁束演算部１１、目標
磁束演算部１２および目標トルク演算部１５における演
算について詳細に説明する。通常のベクトル制御は、回
転子磁束を一定（励磁電流を一定）とし、トルク電流の
みを変化させることによって、出力トルクのトルク電流
に対する線形性と速応性を得るものである。しかし、こ
のような回転子磁束を一定としたベクトル制御は、負荷
によらず一定の励磁電流を供給するため、一般的に軽負
荷において効率が悪化する。そのため、誘導モータの損
失として銅損を考え、これを最小とする条件を求める。
まず、図７に示すごときγ−δ座標モデル、すなわち誘
導モータのモデルとして良く知られた電源周波数で回転
するγ−δ座標モデルを用いることにする。図７におい
て、ベクトル制御が成立している場合、各軸の電流成分
と、回転子磁束φ_γrとの間には、下記（数２４）式が
成立することが知られている。ただし、各電流成分ｉ
_γs、ｉ_δs、ｉ_γr、ｉ_δrにおいて、添字γ、δは各軸
成分、ｒは回転子、ｓは固定子を表わす。

【００６２】

【数２４】

【００６３】一方、誘導モータの銅損Ｌ_cは、図７と上
記（数２４）式から下記（数２５）式に示すようにな
る。

【００６４】

【数２５】

【００６５】ただし、Ｒ_s：固定子抵抗、Ｋ₁、Ｋ₂：モ
ータによって決まる定数上記（数２５）式において、定常状態を考えればφ_γr
の微分項d/dt φ_γrは０となるから、銅損Ｌ_cを最小と
するすべり周波数ω_se-optは、ｄＬ_c／ｄω_se＝０の条
件から、下記（数２６）式で求めることができる。

【００６６】

【数２６】

【００６７】したがって、すべり周波数ω_seを（数２
６）式の値に保てば、銅損を最小とする駆動が可能とな
る。具体的には前記（数３）式より、すべり周波数を損
失最小すべり周波数ω_se-optに保つためには、トルク電
流ｉ_T（前記数４式のｉ_δs）と磁束φ_γrとの関係を下
記（数２７）式に示すようにすればよいことが判る。

【００６８】

【数２７】

【００６９】次に、ベクトル制御における出力トルクＴ
_eを示す前記（数４）式に、上記（数２７）式を代入し
てｉ_T（＝ｉ_δs）を消去すると、トルク指令値Ｔ_e*と磁
束φ_γ _rの関係は下記（数２８）式で示すようになる。

【００７０】

【数２８】

【００７１】したがって、トルク指令値Ｔ_e*が入力され
た場合に、定常損失最小磁束φ_Lmを（数２８）式で導
き、トルク電流指令値ｉ_T*は（数１９）式、励磁電流指
令値ｉ_γs*は（数６）式、すべり周波数ω_seは（数１
７）式でそれぞれ演算することにより、定常的に銅損を
最小とする駆動が可能となる。このとき、すべり周波数
ω_seは損失最小すべり周波数ω_se-optに一致し、かつ出
力トルクＴ_eはトルク指令値Ｔ_e*に追従することにな
る。ところが、トルク指令値Ｔ_e*がステップ状に変化し
た場合には、（数２８）式から、定常損失最小磁束φ_Lm
も同様にステップ状となる。そして（数６）式に示すよ
うに、励磁電流指令値ｉ_γs*の演算にはd/dt φ_γrが含
まれているため、ステップ状のトルク指令値変化が生じ
ると、励磁電流指令値ｉ_γs*は過渡的に大きな値とな
り、そのため過渡損失が増加する。以上の現象は、（数
２５）式で、Ｌ_cがd/dt φ_γrの関数となっていること
からも判る。したがって、過渡損失についても考慮した
場合には、すべり周波数を損失最小すべり周波数ω
_se-optに留めるのは効率の面からも得策とは言えない。
また、図２のＰＷＭインバータ３に用いる半導体スイッ
チング素子の電流容量から電流の上限値が決められてい
る場合には、電流が大になる過渡時にはトルクのレスポ
ンスを遅くしなければならない。そのため、図１および
図３の実施例においては、トルクのレスポンスを決定す
る目標トルク演算部１５と定常損失最小磁束演算部１１
と目標磁束演算部１２とを一般的なベクトル制御演算ブ
ロックに付加し、トルク応答性と磁束応答性を独立に可
変できる制御系構成とすることにより、定常的にはすべ
り周波数を損失最小すべり周波数ω_se-optとし、過渡的
には磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とするよう
に制御することによって、過渡損失を軽減する構成とし
たものである。定常損失最小磁束演算部１１の演算内容
は、前記（数２８）式であり、定常的に損失を最小とす
る回転子磁束、すなわち定常損失最小磁束φ_Lmを演算す
る。

【００７２】また、目標磁束φ_γrを演算する目標磁束
演算部１２は、定常ゲインが１となるフィルタであり、
本実施例では下記（数２９）式に示すごとき１次のロー
パスフィルタとする。

【００７３】

【数２９】

【００７４】ただし、τ_φ：目標磁束の時定数、Ｓ：ラ
プラス演算子また、目標トルクＴ_d*を演算する目標トルク演算部１４
は、本実施例においては下記（数３０）式に示すような
伝達特性とする。この伝達特性は、必要とされる応答性
や電流容量に応じて適宜設定する。

【００７５】

【数３０】

【００７６】ただし、τ_T：目標トルクの時定数図８は、図１に示す制御系において、トルク指令値Ｔ_e*
としてステップ状に変化する入力を加えた場合における
目標磁束の時定数τ_φに対する誘導モータの損失のピー
ク値および或る時間内での損失エネルギの計算値を示す
特性図である。図８から、各損失は最小値を有する特性
であり、時定数τ_φが或る値の場合に各損失が最小値に
なることが判る。したがって、図１に示す制御系におい
て、トルク応答性を（数３０）式で与えたとき、図８か
ら得られる過渡損失を最小とする目標磁束の時定数τ_φ
を用いて磁束応答性を決めてやれば、過渡時と定常時に
共に損失の少ないモータ駆動が可能となる。すなわち、
図８で損失が最小となるτ_φの値を（数２９）式で用い
ればよい。

【００７７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては、磁束リミッタ手段によって上限値を制限された最
終的な励磁電流指令値から誘導モータに生じる磁束を推
定する磁束推定手段を設け、トルク電流指令値とすべり
周波数の演算を、上記磁束推定手段によって推定された
推定磁束を用いて行なうように構成したことにより、磁
束目標値から演算された励磁電流指令値が磁束リミッタ
手段の上限値より大きくなって、上限値に抑えられた場
合においても、常にベクトル制御が成立し、トルク指令
値と出力トルクを常に一致させるように制御することが
出来る、という効果が得られる。また、請求項２に記載
のように、与えられたトルク指令値において誘導モータ
の定常損失を最小とする回転子磁束を演算する手段を設
け、それとトルクのレスポンスを決定する目標トルク演
算手段とによって、トルク応答性と磁束応答性を独立に
可変できる制御系構成としたものにおいては、定常的に
はすべり周波数を損失最小すべり周波数とし、過渡的に
は磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とするように
制御することによって、過渡損失を軽減することが出来
るので、応答性を損なうことなしに、過渡損失を減少さ
せることが出来、かつ定常時には従来と同様の最小損失
で駆動することが出来る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における磁束可変ベクト
ル制御演算ブロックの構成を示すブロック図。

【図２】本発明を適用する誘導モータのベクトル制御シ
ステム全体の構成を示すブロック図。

【図３】本発明の第２の実施例における磁束可変ベクト
ル制御演算ブロックの構成を示すブロック図。

【図４】第１の実施例の制御によってモータを駆動した
場合におけるシミュレーション結果を示す特性図。

【図５】図６に示した先行発明の方法の制御によってモ
ータを駆動した場合におけるシミュレーション結果を示
す特性図。

【図６】本出願人の先行出願に記載した効率と応答性を
両立する磁束可変型のベクトル制御装置に、電流リミッ
タを付加した装置のブロック図。

【図７】電源周波数で回転する誘導モータのγ−δ座標
モデルを示す図。

【図８】図１に示す制御系において、トルク指令値Ｔ_e*
としてステップ状に変化する入力を加えた場合における
目標磁束の時定数τ_φに対する誘導モータの損失のピー
ク値および或る時間内での損失エネルギの計算値を示す
特性図。

【符号の説明】

１：磁束可変ベクトル制御演算ブロック２：座標変換電流制御ブロック３：ＰＷＭインバータ５：エンコーダ４：誘導モータ６：直流電源１１：定常損失最小磁束演算部１２：目標磁束演算部１７：トルク電流
リミッタ部１３：励磁電流指令値演算部１８：すべり周波
数演算部１４：励磁電流リミッタ部１９：モータ回転
数演算部１５：目標トルク演算部２０：磁束推定部１６：トルク電流指令値演算部２１：トルク電流
上限値演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大蔵一真神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トルク指令値と誘導モータの回転速度とに
応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
置において、外部から与えられたトルク指令値を入力し、磁束目標値
を演算する磁束目標値演算手段と、上記磁束目標値を得るための第１の励磁電流指令値を演
算する励磁電流指令値演算手段と、上記第１の励磁電流指令値の上限値を設定する励磁電流
リミッタ手段と、上記励磁電流リミッタ手段によって制限された第２の励
磁電流指令値に応じて誘導モータに生じる磁束を推定す
る磁束推定手段と、上記トルク指令値から所定の伝達特性に基づいて誘導モ
ータの目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、上記目標トルク演算手段で求めた目標トルクに応じた第
１のトルク電流指令値を演算するトルク電流演算手段
と、上記第１のトルク電流指令値の上限値を設定するトルク
リミッタ手段と、上記磁束推定手段による推定磁束と上記トルクリミッタ
手段で制限された第２のトルク電流指令値からすべり周
波数を演算するすべり周波数演算手段と、上記第２の励磁電流指令値と上記第２のトルク電流指令
値と上記すべり周波数とに応じて上記誘導モータを制御
するモータ駆動手段と、を備えたことを特徴とする誘導モータ制御装置。
【請求項２】上記磁束目標値演算手段は、与えられたト
ルク指令値において誘導モータの定常損失を最小とする
回転子磁束を演算する定常損失最小磁束演算手段と、上
記定常損失最小磁束を入力し、ローパス特性を有する伝
達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値
を演算する目標磁束演算手段と、からなり、上記励磁電
流指令値演算手段は、上記目標磁束と目標磁束の一階微
分値とに応じて上記第１の励磁電流指令値を演算するも
のである、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導モー
タ制御装置。
【請求項３】上記目標磁束演算手段は、上記誘導モータ
の過渡損失を最小とする過渡応答特性を有するフィルタ
を用いて目標磁束演算を行なうものである、ことを特徴
とする請求項２に記載の誘導モータ制御装置。
【請求項４】上記トルクリミッタにおける上限値は、上
記第２の励磁電流指令値と許容できる相電流の最大値と
に応じて設定されるものである、ことを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の誘導モータ制御装
置。