WO2015093175A1 - 電動機の制御装置および電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

　電動機の制御装置は、電圧位相指令値を算出する電圧指令生成部と、トルク規範応答を算出するトルク規範応答生成部と、トルクを推定するトルク演算器と、トルク規範応答およびトルク推定値の偏差に基づいて、積分演算を含むＰＩ制御演算を行うことにより、電圧位相補償値を算出するトルク制御器と、出力する電圧位相指令値の範囲を制限するリミッタ手段を有し、電圧位相指令値および電圧位相補償値に基づいて、最終電圧位相指令値を算出する最終電圧位相指令生成部とを備える。トルク制御器は、電圧位相指令値が制限されている状態では積分演算を停止し、電圧位相指令値が制限されている状態から制限されない状態になっても、トルク規範応答がトルク推定値より小さくなるまでは、積分演算の停止を継続する。

Description

電動機の制御装置および電動機の制御方法

　本発明は、電動機の制御装置および電動機の制御方法に関する。

　積分演算を含むフィードバック制御により制御対象を制御する制御装置であって、制御入力値がリミッタの上限値を超えると積分を停止し、制御入力値が上限値から制御可能範囲内へ復帰すると、積分演算を開始する制御装置が知られている（ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ参照）。

　しかしながら、制御対象の規範応答を出力する規範モデルが含まれるフィードバック制御にＪＰ２００３－１５０２０２Ａの制御装置を適用した場合、制御入力値が制御可能範囲内へ復帰して積分演算を開始しても、規範モデルの持つ時間遅れによって規範応答が制御対象出力値を上回る期間が存在する。この場合、制御対象出力値を減少させることを目標としているにもかかわらず、制御対象出力値を増加させる方向に積分演算値が更新されてしまい、応答性が悪化する。

　本発明は、制御入力値が上限値から制御可能範囲内に復帰した場合に積分演算を開始する制御装置において、応答性を向上させる技術を提供することを目的とする。

　本発明の一態様における電動機の制御装置は、電圧位相指令値を算出する電圧位相指令値算出手段と、トルク規範応答を算出するトルク規範応答算出手段と、トルクを推定するトルク推定手段と、トルク規範応答およびトルク推定値の偏差に基づいて、積分演算を含むＰＩ制御演算を行うことにより、電圧位相補償値を算出する電圧位相補償値算出手段と、出力する電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まるように制限するリミッタ手段を有し、電圧位相指令値および電圧位相補償値に基づいて、最終電圧位相指令値を算出する最終電圧位相指令値算出手段とを備える。電圧位相補償値算出手段は、リミッタ手段による制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態では積分演算を停止し、リミッタ手段による制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態からリミッタ手段による制限なしに電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まる状態になっても、トルク規範応答がトルク推定値より小さくなるまでは、積分演算の停止を継続する。

　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電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態におけるトルク制御器で行われる積分演算の停止・実行制御の流れを示すフローチャートである。 図３Ａは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*を示している。 図３Ｂは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図３Ｃは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。 図４Ａは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク推定値Ｔ_calを示している。 図４Ｂは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図４Ｃは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。 図５は、第２の実施形態における電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 図６は、第２の実施形態におけるトルク制御器およびトルク規範応答生成部によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。 図７Ａは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_calを示している。 図７Ｂは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図７Ｃは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。 図８Ａは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク推定値Ｔ_calを示している。 図８Ｂは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図８Ｃは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。 図９は、第３の実施形態におけるトルク制御器およびトルク規範応答生成部によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。 図１０Ａは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_calを示している。 図１０Ｂは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図１０Ｃは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。 図１１Ａは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１および第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク推定値Ｔ_calを示している。 図１１Ｂは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１および第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、最終電圧位相指令値α_fin ^*を示している。 図１１Ｃは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１および第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図であり、トルク制御器における積分演算値を示している。

　＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態における電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。この電動機の制御装置は、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。

　電圧指令生成部１は、電動機１３のトルク指令値Ｔ^*、バッテリ１０の直流電圧Ｖ_dc、および電動機１３の回転数（以下、モータ回転数と呼ぶ）Ｎと、電圧振幅指令値Ｖ_a ^*および電圧位相指令値α_ff ^*との関係を定めたテーブルを格納しており、トルク指令値Ｔ^*、直流電圧Ｖ_dc、およびモータ回転数Ｎを入力して、上記テーブルを参照することにより、電圧振幅指令値Ｖ_a ^*および電圧位相指令値α_ff ^*を求める。

　トルク規範応答生成部２は、トルク指令値Ｔ^*を入力し、次式（１）に示す電動機１３のトルク規範モデルに基づいて、トルク規範応答Ｔ_mdlを算出する。ただし、式（１）中のτは設計者が希望する所望のトルク応答時定数であり、ｓはラプラス演算子である。

　トルク演算器４は、所定の電動機温度における磁石磁束φ_a、同じ所定の電動機温度におけるｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスの差（Ｌ_d－Ｌ_q）、およびｄ軸、ｑ軸の電流指令値ｉｄ、ｉｑを入力し、次式（２）より、電動機１３のトルク推定値Ｔ_calを算出する。

　ただし、式（２）において、ｐは電動機１３の極対数である。また、ｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスの差は、予めオフラインで解析または実験により作成したテーブルに基づいて、インダクタンス生成部３により求める。

　トルク制御器５は、トルク規範応答生成部２によって算出されたトルク規範応答Ｔ_mdlとトルク演算器４によって算出されたトルク推定値Ｔ_calとの差分、および、後述する最終電圧位相指令値α_fin ^*を入力し、次式（３）によりＰＩ増幅された値を電圧位相補償値α_fb ^*として算出する。

　なお、式（３）において、Ｋ_pは比例ゲイン、Ｋ_iは積分ゲインである。また、トルク制御器５は、式（３）に示すように積分演算を行うが、トルク制御器５に含まれる積分器は、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_cal、および、最終電圧位相指令値α_fin ^*に基づいて積分演算を停止（前回値を保持）する機能を有する。積分演算の停止処理および実行処理の詳細については後述する。

　最終電圧位相指令生成部６は、出力する最終電圧位相指令値α_fin ^*が上限値の最終電圧位相指令上限値α_MAXを超えないように制限するリミッタ機能を有し、電圧指令生成部１で求められた電圧位相指令値α_ff ^*と、トルク制御器５で算出された電圧位相補償値α_fb ^*とを入力し、次式（４）に基づいて、最終電圧位相指令値α_fin ^*を算出する。

　すなわち、電圧位相指令値α_ff ^*と電圧位相補償値α_fb ^*とを加算した値と、最終電圧位相指令上限値α_MAXとを比較し、低い方の値を最終電圧位相指令値α_fin ^*とする。なお、最終電圧位相指令上限値α_MAXは、最終電圧位相指令生成部６から出力される電圧位相指令値の上限を制限するための制限値であり、電動機１３を制御可能な範囲でできるだけ大きい値に設定しておく。

　ｄｑ軸電圧生成部７は、電圧指令生成部１で求められた電圧振幅指令値Ｖ_a ^*および最終電圧位相指令生成部６によって算出された最終電圧位相指令値α_fin ^*を入力し、次式（５）に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を算出する。

　ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器８は、位置検出器１４によって検出された電動機１３の回転子の電気角θに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*をＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に変換する。

　ＰＷＭ変換器９は、デッドタイム補償や電圧利用率向上処理（いずれも公知）を行うとともに、三相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に対応したインバータ１１のパワー素子駆動信号Ｄ_uu*、Ｄ_ul*、Ｄ_vu*、Ｄ_vl*、Ｄ_wu*、Ｄ_wl*を生成する。

　インバータ１１には、バッテリ１０が接続されており、バッテリ電圧Ｖ_dcは、直流電圧センサにより検出される。インバータ１１は、パワー素子駆動信号Ｄ_uu*、Ｄ_ul*、Ｄ_vu*、Ｄ_vl*、Ｄ_wu*、Ｄ_wl*に基づいて、バッテリ１０の直流電圧を疑似交流電圧Ｖ_u、Ｖ_v、Ｖ_wに変換して出力する。

　電動機１３には、インバータ１１により変換された疑似交流電圧Ｖ_u、Ｖ_v、Ｖ_wが印加される。電流センサ１２は、電動機１３の各相に流れる電流のうち、任意の２相の電流、例えば、Ｕ相電流ｉ_uおよびＶ相電流ｉ_vを検出する。検出されない残りの１相の電流、例えば、Ｗ相電流ｉ_wは、次式（７）に基づいて算出することができる。

　ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器１６は、位置検出器１４で検出された電動機１３の回転子の電気角θに基づいて、電流センサ１２で検出されたｉ_u、ｉ_v、および式（７）により算出されたｉ_wを、次式（８）に基づいて、ｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qに変換する。

　回転数演算器１５は、位置検出器１４で検出された電気角θの時間当たりの変化量から、電動機１３の回転数Ｎを算出する。

　図２は、トルク制御器５で行われる積分演算の停止・実行制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１から始まる処理は、所定時間ごとに繰り返し行われる。

　ステップＳ１では、最終電圧位相指令生成部６によって算出される最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるか否かを判定する。最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であると判定すると、ステップＳ２に進む。

　ステップＳ２では、最終電圧位相指令値α_fin ^*がリミッタの上限値であるα_MAX以上である（制御可能範囲を超えている）ため、積分演算を停止（前回値を保持）する。

　一方、ステップＳ１において、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX未満であると判定すると、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、本フローチャートの前回処理時に、積分演算を停止したか否かを判定する。前回の処理時に積分演算を停止したと判定するとステップＳ４に進む。一方、前回の処理時に積分演算を実行したと判定すると、ステップＳ５に進み、積分演算を実行する。

　ステップＳ４では、トルク規範応答生成部２によって算出されるトルク規範応答Ｔ_mdlがトルク演算器４によって算出されるトルク推定値Ｔ_calより大きいか、すなわち、トルク規範応答Ｔ_mdlとトルク推定値Ｔ_calとの差分が０より大きいか否かを判定する。トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_calより大きいと判定すると、積分演算の停止を継続するため、ステップＳ２に進む。一方、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_cal以下であると判定すると、ステップＳ５に進んで積分演算を実行（再開）する。

　すなわち、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の場合には、トルク制御器５における積分演算を停止し、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回り、かつ、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_cal以下になると、積分演算を再開する。

　図３Ａ～図３Ｃは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図である。図３Ａは、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_calを示している。また、図３Ｂは最終電圧位相指令値α_fin ^*を示し、図３Ｃは、トルク制御器５における積分演算値を示している。

　トルク指令値Ｔ^*が大きい場合、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXで制限される。これに伴い、電動機１３のトルク推定値Ｔ_calは、制限された最終電圧位相指令値α_fin ^*に応じた値となり、トルク指令値Ｔ^*に応じたトルクが出力できない状態となっている。また、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるため、トルク制御器５における積分演算は停止している。

　この状態からトルク指令値Ｔ^*がステップ的に低下すると（図３Ａの１．５［ｓ］近辺）、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回る（図３Ｂ参照）。しかし、トルク規範応答Ｔ_mdlは、トルク指令値Ｔ^*に対して時定数τの一次遅れで推移するため、トルク推定値Ｔ_calより大きい状態が継続する（図３Ａ参照）。

　本実施形態における電動機の制御装置では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回っても、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_cal以下となるまでは、トルク制御器５における積分演算の停止を継続し、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_cal以下となったタイミングで積分演算を再開する。

　図４Ａ～図４Ｃは、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図である。図４Ａ～図４Ｃは、トルク推定値Ｔ_cal、最終電圧位相指令値α_fin ^*、トルク制御器５における積分演算値をそれぞれ示している。

　上述したように、第１の実施形態における電動機の制御装置では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った場合でも、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_cal以下となるまでは、トルク制御器５における積分演算の停止を継続する。従って、トルク指令値Ｔ^*がステップ的に低下した場合に、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ったタイミングで積分演算を再開する従来技術の制御方法と比べて、最終電圧位相指令値α_fin ^*およびトルク推定値Ｔ_calの低下が速くなり、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性が向上する（図４Ａ、図４Ｂ参照）。

　以上、第１の実施形態における電動機の制御装置によれば、電動機１３のトルク指令値Ｔ^*に基づいて電圧位相指令値α_ff ^*を算出する電圧指令生成部１と、トルク指令値Ｔ^*に基づいてトルク規範応答Ｔ_mdlを算出するトルク規範応答生成部２と、電動機１３で発生するトルクを推定するトルク演算器４と、トルク規範応答Ｔ_mdlおよびトルク推定値Ｔ_calの偏差に基づいて、積分演算を含むＰＩ制御演算を行うことにより、電圧位相補償値α_fb ^*を算出するトルク制御器５と、出力する電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まるように制限するリミッタ手段を有し、電圧位相指令値α_ff ^*および電圧位相補償値α_fb ^*に基づいて、最終電圧位相指令値α_fin ^*を算出する最終電圧位相指令生成部６とを備える。トルク制御器５は、リミッタ手段による制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態から、リミッタ手段による制限なしに電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まる状態になっても、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_calより小さくなるまでは、積分演算を停止する。これにより、電圧位相指令値が制限されている状態から制限されない状態になっても、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_calより小さくなるまでは、積分演算を停止するので、トルク指令値Ｔ^*が低下しているにも関わらず、トルクを増加させる方向に積分演算値が更新されるのを防いで、トルク応答性を向上させることができる。換言すると、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXで制限されている状態から制限されない状態になった後も、推定トルクＴ_calを増加させる方向に電圧位相指令値を変化させるようなトルク規範応答Ｔ_mdlおよびトルク推定値Ｔ_calが出力されている間は、トルク制御器５における積分演算を停止するので、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性が向上する。

　＜第２の実施形態＞
　図５は、第２の実施形態における電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態における電動機の制御装置と異なる点は、第２の実施形態におけるトルク規範応答生成部２には、トルク演算器４によって算出されるトルク推定値Ｔ_cal、および最終電圧位相指令生成部６によって算出される最終電圧位相指令値α_fin ^*も入力される点である。

　図６は、トルク制御器５およびトルク規範応答生成部２によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートと同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

　図６に示すフローチャートのうち、ステップＳ２１、Ｓ２５、Ｓ２６の処理は、トルク規範応答生成部２によって行われ、ステップＳ２２、Ｓ２、Ｓ２３、Ｓ２７、Ｓ５の処理は、トルク制御器５によって行われる。また、ステップＳ１、Ｓ２４の処理は、トルク規範応答生成部２およびトルク制御器５の双方において行われる。図２に示すフローチャートと同様に、図６に示すフローチャートでも、ステップＳ１から始まる処理は、所定時間ごとに繰り返し行われる。

　ステップＳ１では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるか否かを判定する。最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であると判定すると、ステップＳ２１に進む。

　ステップＳ２１では、通常通り、上述した式（１）に基づいて、トルク規範応答Ｔ_mdlを算出する。

　ステップＳ２２では、電圧位相補償値α_fb ^*の算出のために、比例演算を行う。

　ステップＳ２２に続くステップＳ２では、電圧位相補償値α_fb ^*の算出のために行う積分演算を停止（前回値を保持）する。

　ステップＳ２３では、電圧位相補償値α_fb ^*の値を新たに算出した電圧位相補償値α_fb ^*の値に更新する。

　一方、Ｓ１の判定において最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX未満であると判定すると、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、前回演算時の最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であったか否かを判定する。前回演算時の最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であったと判定すると、ステップＳ２５に進む。

　ステップＳ２５では、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化する。すなわち、トルク規範応答生成部２は、トルク推定値Ｔ_calと同一の値をトルク規範応答Ｔ_mdlとして出力する。

　一方、ステップＳ２４において、前回演算時の最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX未満であると判定すると、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、通常通り、上述した式（１）に基づいて、トルク規範応答Ｔ_mdlを算出する。

　ステップＳ２５またはステップＳ２６の処理の後に進むステップＳ２７では、電圧位相補償値α_fb ^*の算出のために、比例演算を行う。

　ステップＳ２７に続くステップＳ５では、電圧位相補償値α_fb ^*の算出のために行う積分演算を実行する。積分演算を実行するとステップＳ２３に進み、電圧位相補償値α_fb ^*の値を新たに算出した電圧位相補償値α_fb ^*の値に更新する。

　すなわち、第２の実施形態における電動機の制御装置では、第１の実施形態における電動機の制御装置と同様に、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の場合には、トルク制御器５における積分演算を停止する。そして、前回演算時の最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であり、かつ、今回演算時の最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX未満となれば、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化するとともに、積分演算の停止を解除する。

　図７Ａ～図７Ｃは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図である。図７Ａは、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_calを示している。また、図７Ｂは最終電圧位相指令値α_fin ^*を示し、図７Ｃは、トルク制御器５における積分演算値を示している。

　トルク指令値Ｔ^*が大きい場合、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXで制限される。これに伴い、電動機１３のトルク推定値Ｔ_calは、制限された最終電圧位相指令値α_fin ^*に応じた値となり、トルク指令値Ｔ^*に応じたトルクが出力できない状態となっている。また、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるため、トルク制御器５における積分演算は停止している。

　この状態からトルク指令値Ｔ^*がステップ的に低下すると（図７Ａの１．５［ｓ］近辺）、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回る。本実施形態では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ると、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化して、トルク制御器５への入力であるトルク偏差を０とすることができ、即座に積分演算を再開することができる（図７Ｃ参照）。これにより、最終電圧位相指令値α_fin ^*およびトルク推定値Ｔ_calの低下が速くなり、応答性をさらに改善することができる。

　図８Ａ～図８Ｃは、第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図である。図８Ａ～図８Ｃは、トルク推定値Ｔ_cal、最終電圧位相指令値α_fin ^*、トルク制御器５における積分演算値をそれぞれ示している。

　上述したように、第２の実施形態における電動機の制御装置では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った時点でトルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化し、即座に積分演算を再開するので、第１の実施形態における電動機の制御装置と比べて、最終電圧位相指令値α_fin ^*およびトルク推定値Ｔ_calの低下が速くなり（図８Ａ、図８Ｂ参照）、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性をさらに改善することができる。

　以上、第２の実施形態における電動機の制御装置によれば、トルク規範応答生成部２は、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の状態から、最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った状態になると、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化する。最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ると、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化して、トルク制御器５への入力であるトルク偏差を０とするので、トルク推定値Ｔ_calを増加させる方向に電圧位相指令値が変化することがなくなる。また、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った時点で積分演算を再開することができるので、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性をさらに改善することができる。

　＜第３の実施形態＞
　第３の実施形態における電動機の制御装置の構成は、第２の実施形態における電動機の制御装置の構成と同じである。第３の実施形態における電動機の制御装置が第２の実施形態における電動機の制御装置と異なるのは、トルク規範応答生成部２の動作である。第３の実施形態におけるトルク規範応答生成部２は、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の場合に、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化する。

　図９は、トルク制御器５およびトルク規範応答生成部２によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートと同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

　図９に示すフローチャートのうち、ステップＳ３１、Ｓ３２の処理は、トルク規範応答生成部２によって行われ、ステップＳ２２、Ｓ２、Ｓ２３、Ｓ２７、Ｓ５の処理は、トルク制御器５によって行われる。また、ステップＳ１の処理は、トルク規範応答生成部２およびトルク制御器５の双方において行われる。図２に示すフローチャートと同様に、図９に示すフローチャートでも、ステップＳ１から始まる処理は、所定時間ごとに繰り返し行われる。

　ステップＳ１では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるか否かを判定する。最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であると判定すると、ステップＳ３１に進む。

　ステップＳ３１では、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化する。すなわち、トルク規範応答生成部２は、トルク推定値Ｔ_calと同一の値をトルク規範応答Ｔ_mdlとして出力する。ステップＳ３１に続くステップＳ２２以後の処理は、図６に示すフローチャートの処理と同じである。

　一方、ステップＳ１において、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX未満であると判定すると、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、通常通り、上述した式（１）に基づいて、トルク規範応答Ｔ_mdlを算出する。ステップＳ３２に続くステップＳ２７以後の処理は、図６に示すフローチャートの処理と同じである。

　図１０Ａ～図１０Ｃは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果の一例を示す図である。図１０Ａは、トルクステップ応答のトルク指令値Ｔ^*、トルク規範応答Ｔ_mdl、トルク推定値Ｔ_calを示している。また、図１０Ｂは最終電圧位相指令値α_fin ^*を示し、図１０Ｃは、トルク制御器５における積分演算値を示している。

　トルク指令値Ｔ^*が大きい場合、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXで制限される。これに伴い、電動機１３のトルク推定値Ｔ_calは、制限された最終電圧位相指令値α_fin ^*に応じた値となり、トルク指令値Ｔ^*に応じたトルクが出力できない状態となっている。また、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上であるため、トルク制御器５における積分演算は停止しており（図１０Ｃ参照）、かつ、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化するので、トルク規範応答Ｔ_mdlとトルク推定値Ｔ_calは一致している。

　この状態からトルク指令値Ｔ^*がステップ的に低下すると、最終電圧位相指令値α_fin ^*は、最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回る。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った時点で即座に積分演算を再開することができる。

　図１１Ａ～図１１Ｃは、第３の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、第１および第２の実施形態における電動機の制御装置による制御結果と、ＪＰ２００３－１５０２０２Ａ（従来技術）に記載の制御方法による制御結果とを比較した図である。図１１Ａ～図１１Ｃは、トルク推定値Ｔ_cal、最終電圧位相指令値α_fin ^*、トルク制御器５における積分演算値をそれぞれ示している。

　本実施形態における電動機の制御装置では、図５に示すように、最終電圧位相指令生成部６がトルク規範応答生成部２の後段に設けられている。第２の実施形態では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ると、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化するので、制御演算遅れを考慮すると、トルク規範応答Ｔ_mdlの初期化タイミングは、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ったタイミングよりも１制御演算周期分だけ遅くなる。

　これに対して、本実施形態では、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の場合に、トルク規範応答Ｔ_mdlがトルク推定値Ｔ_calで初期化されているので、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回った時点で、既にトルク規範応答Ｔ_mdlの初期化が行われていることとなる。従って、図１１Ｃに示すように、第２の実施形態と比べて、１制御周期分だけ積分演算値の低下が速くなり、応答性がより改善する。

　以上、第３の実施形態における電動機の制御装置によれば、トルク規範応答生成部２は、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAX以上の状態では、トルク規範応答Ｔ_mdlをトルク推定値Ｔ_calで初期化する。これにより、第２の実施形態と同様に、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ったときに、トルク推定値Ｔ_calを増加させる方向に電圧位相指令値が変化することがなくなり、かつ、積分演算をすぐに再開することができるので、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性を改善することができる。また、制御演算遅れにより、最終電圧位相指令値α_fin ^*が最終電圧位相指令上限値α_MAXを下回ったか否かの判定が制御演算周期分だけ遅れる場合でも、トルク規範応答Ｔ_mdlとトルク推定値Ｔ_calの間の偏差は０であるため、第２の実施形態の構成に比べて、トルク指令値Ｔ^*に対する応答性をさらに改善することができる。

　本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。

　本願は、２０１３年１２月２０日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－２６４１４９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 (4)

1. 　電動機のトルク指令値に基づいて電圧位相指令値を算出する電圧位相指令値算出手段と、
   　前記トルク指令値に基づいてトルク規範応答を算出するトルク規範応答算出手段と、
   　前記電動機で発生するトルクを推定するトルク推定手段と、
   　前記トルク規範応答および前記トルク推定手段によって推定されるトルク推定値の偏差に基づいて、積分演算を含むＰＩ制御演算を行うことにより、電圧位相補償値を算出する電圧位相補償値算出手段と、
   　出力する電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まるように制限するリミッタ手段を有し、前記電圧位相指令値および前記電圧位相補償値に基づいて、最終電圧位相指令値を算出する最終電圧位相指令値算出手段と、
   を備え、
   　前記電圧位相補償値算出手段は、前記リミッタ手段による制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態では前記積分演算を停止し、前記リミッタ手段による制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態から、前記リミッタ手段による制限なしに電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まる状態になっても、前記トルク規範応答が前記トルク推定値より小さくなるまでは、前記積分演算の停止を継続する、
   電動機の制御装置。
2. 　請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   　前記トルク規範応答算出手段は、前記リミッタ手段によって電圧位相指令値が制限されている状態から制限されない状態になると、前記トルク規範応答を前記トルク推定値で初期化する電動機の制御装置。
3. 　請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   　前記トルク規範応答算出手段は、前記リミッタ手段によって電圧位相指令値が制限されている状態では、前記トルク規範応答を前記トルク推定値で初期化する電動機の制御装置。
4. 　電動機のトルク指令値に基づいて電圧位相指令値を算出するステップと、
   　前記トルク指令値に基づいてトルク規範応答を算出するステップと、
   　前記電動機で発生するトルクを推定するステップと、
   　前記トルク規範応答および前記推定されたトルクの偏差に基づいて、積分演算を含むＰＩ制御演算を行うことにより、電圧位相補償値を算出するステップと、
   　リミッタによって、出力する電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まるように制限するとともに、前記電圧位相指令値および前記電圧位相補償値に基づいて、最終電圧位相指令値を算出するステップと、
   を備え、
   　前記電圧位相補償値を算出するステップでは、前記リミッタによる制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態では前記積分演算を停止し、前記リミッタによる制限によって電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まっている状態から、前記リミッタによる制限なしに電圧位相指令値が所定の制限範囲内に収まる状態になっても、前記トルク規範応答が前記トルク推定値より小さくなるまでは、前記積分演算の停止を継続する、
   電動機の制御方法。

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