(57)【要約】【課題】負荷が変動しても安定した電圧を出力可能なコンバータの制御装置を提供すること。【解決手段】直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータの制御装置は、所定のデューティに基づいてコンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、負荷に流れる負荷電流、直流電源の出力電圧、及びコンバータに含まれるリアクトルのインダクタンス成分に基づいて、デューティを補償するデューティ補償部とを備える。【選択図】図１
2010252410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータの制御装置であって、
所定のデューティに基づいて前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
前記負荷に流れる負荷電流、前記直流電源の出力電圧、及び前記コンバータに含まれるリアクトルのインダクタンス成分に基づいて、前記デューティを補償するデューティ補償部と、
を備えたことを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部は、さらに、前記リアクトルの抵抗成分に基づいて、前記デューティを補償することを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部は、さらに、前記デューティ補償部が補償する前のデューティ、及び前記コンバータに対する外部からの電圧指令に基づいて、前記デューティを補償することを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部は、単位時間当たりの前記負荷電流の変化量が大きい程、前記デューティを大きく補償することを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部は、前記負荷電流が大きい程、前記デューティを大きく補償することを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、０又は正負の符号を有する値であり、
前記補償量は、前記負荷電流の変化量が正の方向に大きい程、正の方向に大きく、前記負荷電流の変化量が負の方向に大きい程、負の方向に大きいことを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、０又は正負の符号を有する値であり、
前記補償量は、前記負荷電流が正の方向に大きい程、正の方向に大きく、前記負荷電流が負の方向に大きい程、負の方向に大きいことを特徴とするコンバータの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンバータの制御装置であって、
前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、その上限及び下限の少なくともいずれか１つが制限されたことを特徴とするコンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷が変動しても安定した電圧を出力するコンバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。図１７に示すシステムでは、直流電源１と電動機２の間に昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）３及びインバータ４が設けられている。コンバータ３は、直流電源１の出力電圧Ｖ１を昇圧する。また、インバータ４は、コンバータ３の出力電圧Ｖ２を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流に変換する。コンバータ３及びインバータ４は制御装置５によってそれぞれ制御される。図１７に示すように、制御装置５は、コンバータ３の制御部（以下「コンバータ制御部」という）５Ｃ及びインバータ４の制御部（以下「インバータ制御部」という）５Ｉを含む。
【０００３】
図１８は、本発明の関連技術としての制御装置５の内部構成を示すブロック図である。コンバータ制御部５Ｃは、コンバータ３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。コンバータ制御部５Ｃは、ＦＦ制御部１１と、ＦＢ制御部１２と、ＰＷＭ制御部１３とを有する。コンバータ制御部５Ｃには、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値、及びコンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃが入力される。
【０００４】
ＦＦ制御部１１には、電圧指令Ｖ２ｃ及び直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１１は、コンバータ３が出力電圧Ｖ１から電圧指令Ｖ２ｃが示す値に昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。ＦＢ制御部１２には、電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２を示す値、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１２は、偏差ΔＶ２及び直流電源１の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。
【０００５】
ＰＷＭ制御部１３は、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）をＦＢ制御部１２が導出した補正値（Duty_FB）によって補正したデューティ（Duty）に基づいて、コンバータ３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【０００６】
インバータ制御部５Ｉは、インバータ４を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。インバータ制御部５Ｉは、角速度算出部２１と、電流指令算出部２２と、３相−ｄｑ変換部２３と、電流ＦＢ制御部２４と、ｄｑ−３相変換部２５と、ＰＷＭ制御部２６とを含む。インバータ制御部５Ｉには、トルク指令値Ｔ、電動機２の回転子の電気角度θの検出値、インバータ４から出力されるｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各検出値、並びに、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値が入力される。
【０００７】
角速度算出部２１は、電動機２の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機２の回転子の角速度ωを算出する。角速度算出部２１によって算出された角速度ωは、電流指令算出部２２に入力される。電流指令算出部２２は、トルク指令値Ｔと、電動機２の回転子の角速度ωとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを算出する。
【０００８】
３相−ｄｑ変換部２３は、電流センサ６ｕ，６ｗにより検出されたｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの検出値と、電動機２の回転子の電気角度θの検出値とに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。電流ＦＢ制御部２４は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。
【０００９】
ｄｑ−３相変換部２５は、電流ＦＢ制御部２４によって決定されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、電動機２の回転子の電気角度θの検出値とに基づいてｄｑ−３相変換を行って、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値を導出する。ＰＷＭ制御部２６は、ｄｑ−３相変換部２５が導出した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値に基づいて、インバータ４を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１２０８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１９は、図１７に示したシステムにおける、（ａ）コンバータ３の負荷電流Ｉ２、（ｂ）コンバータ３の出力電圧Ｖ２、及び（ｃ）コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）の各変化を示すグラフである。なお、コンバータ３にとっての負荷とは、インバータ４及び電動機２の組である。コンバータ３の負荷は、負荷電流の高負荷から低負荷へ又は低負荷から高負荷へ変動する場合がある。図１９（ａ）は、変化する負荷電流の一例を示す。
【００１２】
コンバータ３の出力電圧Ｖ２は、図１９（ｂ）に示すように、単位時間当たりの負荷電流の変化量が大きいときは大きく変動する。すなわち、図１９（ｃ）に示すように、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）の絶対値が増大する。このように、負荷電流が急激に変化すると、コンバータ３は、負荷電流の変化量が大きな時点では所望の電圧を出力できない。なお、コンバータ３にデッドタイム補償を施しても、負荷変動に対する電圧安定化には何ら効果を期待できない。
【００１３】
本発明の目的は、負荷が変動しても安定した電圧を出力可能なコンバータの制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のコンバータの制御装置は、直流電源（例えば、実施の形態での直流電源１）の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータ（例えば、実施の形態での昇圧コンバータ３）の制御装置（例えば、実施の形態でのコンバータ制御部１００Ｃ，２００Ｃ，３００Ｃ，４００Ｃ）であって、所定のデューティに基づいて前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部（例えば、実施の形態でのＰＷＭ制御部１１３）と、前記負荷に流れる負荷電流、前記直流電源の出力電圧、及び前記コンバータに含まれるリアクトル（例えば、実施の形態でのリアクトルＬ）のインダクタンス成分に基づいて、前記デューティを補償するデューティ補償部（例えば、実施の形態でのデューティ補償部１１１）と、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
さらに、請求項２に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部は、さらに、前記リアクトルの抵抗成分に基づいて、前記デューティを補償することを特徴としている。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部は、さらに、前記デューティ補償部が補償する前のデューティ、及び前記コンバータに対する外部からの電圧指令に基づいて、前記デューティを補償することを特徴としている。
【００１７】
さらに、請求項４に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部は、単位時間当たりの前記負荷電流の変化量が大きい程、前記デューティを大きく補償することを特徴としている。
【００１８】
さらに、請求項５に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部は、前記負荷電流が大きい程、前記デューティを大きく補償することを特徴としている。
【００１９】
さらに、請求項６に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、０又は正負の符号を有する値であり、前記補償量は、前記負荷電流の変化量が正の方向に大きい程、正の方向に大きく、前記負荷電流の変化量が負の方向に大きい程、負の方向に大きいことを特徴としている。
【００２０】
さらに、請求項７に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、０又は正負の符号を有する値であり、前記補償量は、前記負荷電流が正の方向に大きい程、正の方向に大きく、前記負荷電流が負の方向に大きい程、負の方向に大きい。
【００２１】
さらに、請求項８に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デューティ補償部による前記デューティの補償量は、その上限及び下限の少なくともいずれか１つが制限されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１〜８記載の発明のコンバータの制御装置によれば、負荷が変動してもコンバータは安定した電圧を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
【図２】第１の実施形態の制御装置１００の内部構成を示すブロック図
【図３】第１の実施形態の制御装置１５０の内部構成の他の例を示すブロック図
【図４】図１に示したシステムにおける、（ａ）コンバータ３の負荷電流Ｉ２、（ｂ）コンバータ３の出力電圧Ｖ２、及び（ｃ）コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）の各変化を示すグラフ
【図５】（ａ）負荷電流Ｉ２に応じて異なるリアクトルＬのインダクタンスＬ、及び（ｂ）温度に応じて異なるリアクトルＬの抵抗ｒＬを示すグラフ
【図６】デューティの補償項ｕＣ、負荷電流Ｉ２、及び単位時間当たりの負荷電流Ｉ２の変化量に対するリミットを示す図
【図７】第２の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
【図８】第２の実施形態の制御装置２００の内部構成を示すブロック図
【図９】２つの負荷が設けられた場合の第２の実施形態のシステム構成を示す図
【図１０】２つの負荷が設けられた場合の第２の実施形態のコンバータ制御部２００Ｃの内部構成を示すブロック図
【図１１】第３の実施形態の制御装置３００の内部構成を示すブロック図
【図１２】２つの負荷が設けられた場合の第３の実施形態のコンバータ制御部３００Ｃの内部構成を示すブロック図
【図１３】第４の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
【図１４】第４の実施形態の制御装置４００の内部構成を示すブロック図
【図１５】２つの負荷が設けられた場合の第４の実施形態のコンバータ制御部４００Ｃの内部構成を示すブロック図
【図１６】昇降圧コンバータを含むシステム構成を示す図
【図１７】電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
【図１８】本発明の関連技術としての制御装置の内部構成を示すブロック図
【図１９】図１７に示したシステムにおける、（ａ）コンバータ３の負荷電流Ｉ２、（ｂ）コンバータ３の出力電圧Ｖ２、及び（ｃ）コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）の各変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。なお、図１において、図１７と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図１に示すシステムでは、図１７に示したシステムと同様に、蓄電池等の直流電源１と電動機２の間に昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）３及びインバータ４が設けられている。コンバータ３は、直流電源１の出力電圧Ｖ１を昇圧する。また、インバータ４は、コンバータ３の出力電圧Ｖ２を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流に変換する。
【００２６】
当該システムには、直流電源１の出力電圧Ｖ１を検出する電圧センサ６と、コンバータ３の出力電圧Ｖ２を検出する電圧センサ７と、インバータ４から出力されるｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗをそれぞれ検出する電流センサ８ｕ，８ｗと、コンバータ３から出力されインバータ４に入力される負荷電流Ｉ２を検出する電流センサ９とが設けられている。また、電動機２の回転子の電気角度を検出するレゾルバ１０が設けられている。電圧センサ６，７、電流センサ８ｕ，８ｗ，９及びレゾルバ１０によって検出された値を示す信号は制御装置１００に送られる。また、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃ及びトルク指令値Ｔも、外部から制御装置１００に入力される。
【００２７】
制御装置１００は、コンバータ３及びインバータ４をそれぞれ制御する。図２は、第１の実施形態の制御装置１００の内部構成を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、制御装置１００は、コンバータ３の制御部（以下「コンバータ制御部」という）１００Ｃ及びインバータ４の制御部（以下「インバータ制御部」という）１００Ｉを含む。コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。図２に示すように、コンバータ制御部１００Ｃは、ＦＦ制御部１１と、ＦＢ制御部１２と、デューティ補償部１１１と、ＰＷＭ制御部１１３とを有する。コンバータ制御部１００Ｃには、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃ、及び負荷電流Ｉ２の検出値が入力される。
【００２８】
ＦＦ制御部１１には、電圧指令Ｖ２ｃ及び直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１１は、コンバータ３が出力電圧Ｖ１から電圧指令Ｖ２ｃが示す値に昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。ＦＢ制御部１２には、電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１２は、偏差ΔＶ２及び直流電源１の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。
【００２９】
デューティ補償部１１１には、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値及び負荷電流Ｉ２の検出値が入力される。デューティ補償部１１１は、以下に示す式（１）より、負荷電流Ｉ２に応じたデューティの補償項ｕＣを算出する。この補償項ｕＣが補償前のデューティｕＳに加算されることによってデューティが補償される。なお、リアクトルＬのインダクタンスＬ及び抵抗ｒＬの各値は図示しないメモリに格納されており、デューティ補償部１１１は当該メモリからこれらの値を読み込む。
【００３０】
【数１】
2010252410.tif 000003
【００３１】
デューティ補償部１１１が算出する補償項ｕＣは、０又は正負の符号を有する値である。また、負荷電流Ｉ２も符号を持つ値である。負荷電流Ｉ２の符号は、電動機２が力行駆動する際には正であり、回生動作する際には負である。したがって、式（１）によれば、負荷電流Ｉ２が正の方向に大きい程、デューティの補償項ｕＣは正の方向に大きく、負荷電流Ｉ２が正の方向に小さい程、デューティの補償項ｕＣは正の方向に小さい。また、負荷電流Ｉ２が負の方向に大きい程、デューティの補償項ｕＣは負の方向に大きく、負荷電流Ｉ２が負の方向に小さい程、デューティの補償項ｕＣは負の方向に小さい。
【００３２】
さらに、負荷電流Ｉ２の変化量が正の方向に大きい程、デューティの補償項ｕＣは正の方向に大きく、負荷電流Ｉ２の変化量が正の方向に小さい程、デューティの補償項ｕＣは正の方向に小さい。さらに、負荷電流Ｉ２の変化量が負の方向に大きい程、デューティの補償項ｕＣは負の方向に大きく、負荷電流Ｉ２の変化量が負の方向に小さい程、デューティの補償項ｕＣは負の方向に小さい。
【００３３】
なお、式（１）において、デューティ補償部１１１が行う処理の簡素化のために、１−ｕＳ≒Ｖ１／Ｖ２ｃと近似しても良い。この場合、式（１）を式（２）のように表すことができる。
【００３４】
【数２】
2010252410.tif 000004
【００３５】
さらに、Ｌ・ｄＩ２／ｄｔ＞＞ｒＬＩ２の条件が成り立つ場合、式（２）を式（３）のように表すことができる。
【００３６】
【数３】
2010252410.tif 000005
【００３７】
デューティ補償部１１１が式（２）又は式（３）よりデューティの補償項ｕＣを算出する場合、補償前のデューティｕＳ及び電圧指令Ｖ２ｃはパラメータとして不要である。図３に、デューティ補償部１１１が式（２）又は式（３）よりデューティの補償項ｕＣを算出する場合の制御装置１５０のブロック図を示す。
【００３８】
ＰＷＭ制御部１１３は、補償前のデューティｕＳをデューティ補償部１１１が算出した補償項ｕＣによって補償したデューティ（Duty）に基づいて、コンバータ３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００３９】
インバータ制御部１００Ｉは、インバータ４を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。図２に示すように、インバータ制御部１００Ｉは、角速度算出部２１と、電流指令算出部２２と、３相−ｄｑ変換部２３と、電流ＦＢ制御部２４と、ｄｑ−３相変換部２５と、ＰＷＭ制御部２６とを含む。インバータ制御部１００Ｉには、トルク指令値Ｔ、電動機２の回転子の電気角度θの検出値、インバータ４から出力されるｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各検出値、並びに、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値が入力される。
【００４０】
角速度算出部２１は、電動機２の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機２の回転子の角速度ωを算出する。角速度算出部２１によって算出された角速度ωは、電流指令算出部２２に入力される。電流指令算出部２２は、トルク指令値Ｔと、電動機２の回転子の角速度ωとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを算出する。
【００４１】
３相−ｄｑ変換部２３は、電流センサ８ｕ，８ｗにより検出されたｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの検出値と、電動機２の回転子の電気角度θの検出値とに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。電流ＦＢ制御部２４は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。
【００４２】
ｄｑ−３相変換部２５は、電流ＦＢ制御部２４によって決定されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、電動機２の回転子の電気角度θの検出値とに基づいてｄｑ−３相変換を行って、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値を導出する。ＰＷＭ制御部２６は、ｄｑ−３相変換部２５が導出した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値に基づいて、インバータ４を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ３の負荷に流れる負荷電流Ｉ２に応じて、コンバータ３をＰＷＭ制御する際のデューティを補償する。特に、デューティの補償項には、単位時間あたりの負荷電流Ｉ２の変化量（ｄＩ２／ｄｔ）がパラメータとして含まれているため、負荷電流Ｉ２が急激に変化しても、コンバータ制御部１００Ｃは、この急激な変化に応じたデューティでコンバータ３をＰＷＭ制御することができる。その結果、負荷電流の過渡期にも、インバータ４及び電動機２を適正な電圧で高効率に運転できる。また、過渡期の過電圧防止が可能であり、かつ、電動機２のトルク安定化も実現できる。
【００４４】
図４は、図１に示したシステムにおける、（ａ）コンバータ３の負荷電流Ｉ２、（ｂ）コンバータ３の出力電圧Ｖ２、及び（ｃ）コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）の各変化を示すグラフである。図４（ａ）に示したように負荷電流Ｉ２が変化しても、図４（ｂ）に示すようにコンバータ３の出力電圧Ｖ２は変動せず、図４（ｃ）に示すようにコンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）も大きく変わらない。
【００４５】
なお、上記式（１）〜（３）で用いられるリアクトルＬのインダクタンスＬは、図５（ａ）に示すように、負荷電流Ｉ２に応じて異なる値であっても良い。また、リアクトルＬの抵抗ｒＬも、図５（ｂ）に示すように、温度に応じて異なる値であっても良い。但し、この場合、図１に示したシステムに温度センサを設ける必要がある。
【００４６】
また、制御装置１００，１５０は、デューティ補償部１１１が算出したデューティの補償項ｕＣ、負荷電流Ｉ２、及び単位時間当たりの負荷電流Ｉ２の変化量に対してリミットを設けても良い。この場合、図６に示すように、各値に上限及び下限が設けられているため、リミット前の各値が非現実的な値であっても上限又は下限の値に補正することができる。
【００４７】
さらに、図１に示したシステムでは、コンバータ３にとっての負荷が一組のインバータ４及び電動機２であるが、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。
【００４８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。また、図８は、第２の実施形態の制御装置２００の内部構成を示すブロック図である。なお、図７及び図８において、図１〜図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図７に示すシステムは、負荷電流Ｉ２を検出する電流センサ９を図１に示した第１の実施形態のシステムから除いた構成である。
【００４９】
本実施形態では、制御装置２００が負荷電流Ｉ２を推定する。したがって、図８に示すように、本実施形態の制御装置２００では、コンバータ制御部２００Ｃに、負荷電力演算部２０１及び負荷電流演算部２０３が設けられている。この点以外の構成は第１の実施形態と同様である。なお、図８は、図３に示した第１の実施形態の制御装置１５０に負荷電力演算部２０１及び負荷電流演算部２０３を追加した構成を示すが、図２に示した第１の実施形態の制御装置１００に負荷電力演算部２０１及び負荷電流演算部２０３を追加した構成であっても良い。
【００５０】
負荷電力演算部２０１には、インバータ制御部１００Ｉの電流ＦＢ制御部２４が決定したｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、３相−ｄｑ変換部２３が算出したｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓとが入力される。負荷電力演算部２０１は、以下に示す式（４）より負荷電力Ｐ２を算出する。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｓ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｓ  …（４）
【００５１】
なお、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓの代わりに、電流指令算出部２２が算出したｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃを負荷電力演算部２０１に入力しても良い。この場合、負荷電力演算部２０１が負荷電力Ｐ２を算出する際に用いる式は以下の式（５）である。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｃ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｃ  …（５）
【００５２】
負荷電流演算部２０３には、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃ、及び負荷電力演算部２０１が算出した負荷電力Ｐ２を示す情報が入力される。負荷電流演算部２０３は、以下に示す式（６）より負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２ｃ  …（６）
【００５３】
なお、電圧指令Ｖ２ｃの代わりに、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値を負荷電流演算部２０３に入力しても良い。この場合、負荷電流演算部２０３は、以下に示す式（７）により負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２  …（７）
【００５４】
このようにして算出された負荷電流Ｉ２を示す情報は、コンバータ制御部２００Ｃのデューティ補償部１１１に入力される。デューティ補償部１１１は、第１の実施形態で説明した式より補償項ｕＣを算出する。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態では、コンバータ制御部２００Ｃが負荷電流Ｉ２を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、負荷電流Ｉ２を検出する電流センサを備えることなく、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
なお、図１に示したシステムでは、コンバータ３にとっての負荷が一組のインバータ４及び電動機２であるが、図９に示すように、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。例えば２つの負荷が設けられた場合、制御装置２５０には、図９に示すように、負荷の数と同数の２つのインバータ制御部１００Ｉが設けられる。また、コンバータ制御部２００Ｃには、図１０に示すように、負荷の数と同数の２つの負荷電力演算部２０１が設けられる。
【００５７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態のシステムは、制御装置を除いて、第２の実施形態のシステムと同様である。本実施形態の制御装置３００では、第２の実施形態の制御装置２００と同様に、コンバータ制御部３００Ｃが負荷電力演算部３０１及び負荷電流演算部３０３を有する。但し、本実施形態の負荷電力演算部３０１には、図１１に示すように、トルク指令Ｔ及びインバータ制御部１００Ｉの角速度算出部２１が算出した電動機２の回転子の角速度ωが入力される。負荷電力演算部３０１は、以下に示す式（８）より負荷電力Ｐ２を算出する。
Ｐ２＝ω×Ｔ／Ｐｐ  …（８）
（Ｐｐ：電動機２の極対数）
【００５８】
以降は第２の実施形態と同様であり、負荷電力演算部３０１が算出した負荷電力Ｐ２を示す情報は負荷電流演算部３０３に入力される。負荷電流演算部３０３は、負荷電流Ｉ２を算出する。負荷電流Ｉ２を示す情報は、コンバータ制御部３００Ｃのデューティ補償部１１１に入力される。デューティ補償部１１１は、第１の実施形態で説明した式より補償項ｕＣを算出する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態では、コンバータ制御部３００Ｃが負荷電流Ｉ２を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、負荷電流Ｉ２を検出する電流センサを備えることなく、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
本実施形態でも、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。例えば２つの負荷が設けられた場合、制御装置には、負荷の数と同数の２つのインバータ制御部１００Ｉが設けられる。また、コンバータ制御部３００Ｃには、図１２に示すように、負荷の数と同数の２つの負荷電力演算部３０１が設けられる。
【００６１】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。また、図１４は、第４の実施形態の制御装置４００の内部構成を示すブロック図である。なお、図１３及び図１４において、図１〜図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図１４に示すシステムは、直流電源１の出力電流Ｉ１を検出する電流センサ４０を第２又は第３の実施形態のシステムに加えた構成である。
【００６２】
また、本実施形態の制御装置４００では、第２又は第３の実施形態の制御装置２００，３００と同様に、コンバータ制御部４００Ｃが負荷電力演算部４０１及び負荷電流演算部４０３を有する。但し、本実施形態の負荷電力演算部４０１には、直流電源１の出力電圧Ｖ１及び電流センサ４０によって検出された出力電流Ｉ１の検出値が入力される。負荷電力演算部４０１は、以下に示す式（９）より負荷電力Ｐ２を算出する。
Ｐ２＝Ｖ１×Ｉ１  …（９）
【００６３】
以降は第２又は第３の実施形態と同様であり、負荷電力演算部４０１が算出した負荷電力Ｐ２を示す情報は負荷電流演算部４０３に入力される。負荷電流演算部４０３は、負荷電流Ｉ２を算出する。負荷電流Ｉ２を示す情報は、コンバータ制御部４００Ｃのデューティ補償部１１１に入力される。デューティ補償部１１１は、第１の実施形態で説明した式より補償項ｕＣを算出する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態では、コンバータ制御部４００Ｃが負荷電流Ｉ２を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、直流電源１の出力電流Ｉ１を検出する電流センサは必要だが、負荷電流Ｉ２を検出する電流センサを備えることなく、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
本実施形態でも、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。例えば２つの負荷が設けられた場合、制御装置４００には、負荷の数と同数の２つのインバータ制御部１００Ｉが設けられる。また、コンバータ制御部４００Ｃには、図１５に示すように、負荷の数と同数の２つの負荷電力演算部４０１が設けられる。
【００６６】
上記説明した第１〜第４の実施形態では昇圧コンバータ３を例に説明したが、図１６に示す昇降圧コンバータ３０又は降圧コンバータであっても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１  直流電源
２  電動機
３  昇圧コンバータ
４  インバータ
６，７  電圧センサ
８ｕ，８ｗ，９，４０  電流センサ
１０  レゾルバ
１００，１５０，２００，３００，４００  制御装置
１００Ｃ，２００Ｃ，３００Ｃ，４００Ｃ  コンバータ制御部
１１  ＦＦ制御部
１２  ＦＢ制御部
１１１  デューティ補償部
１１３  ＰＷＭ制御部
１００Ｉ  インバータ制御部
２１  角速度算出部
２２  電流指令算出部
２３  ３相−ｄｑ変換部
２４  電流ＦＢ制御部
２５  ｄｑ−３相変換部
２６  ＰＷＭ制御部
２０１，３０１，４０１  負荷電力演算部
２０３，３０３，４０３  負荷電流演算部
３０  昇降圧コンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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