(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを有する回転電機を制御するための制御装置であって、
前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、
前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、
前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、
前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、
前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、
基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、
前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記二軸回転座標系において、前記二相電流指令の振動軌跡が前記基本制御線と少なくとも一箇所で交わるように、前記第一軸電流指令を決定する制御装置。
【請求項２】
ロータを有する回転電機を制御するための制御装置であって、
前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、
前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、
前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、
前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、
前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、
前記電流フィードバック制御部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記二相電圧指令の前記第一軸成分である第一軸電圧指令を、前記第一軸電流指令と前記二相実電流の第一軸成分との偏差に基づいて比例積分演算により算出し、前記二相電圧指令の前記第二軸成分である第二軸電圧指令を、前記第二軸電流指令と前記二相実電流の第二軸成分との偏差に基づいて、比例積分演算、及び前記トルク振動の周波数の周期関数の特性を有する高調波モデルを用いた演算により算出する制御装置。
【請求項３】
ロータを有する回転電機を制御するための制御装置であって、
前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、
前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、
前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、
前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、
前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、
基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、
振動中心等トルク曲線は、前記二軸回転座標系において、前記回転電機の出力トルクが前記トルク指令の振動中心値となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、
前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記基本制御線と前記振動中心等トルク曲線との交点により定まる値に前記第一軸電流指令を決定する制御装置。
【請求項４】
ロータを有する回転電機を制御するための制御装置であって、
前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、
前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、
前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、
前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、
前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、
基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、
絶対値最大等トルク曲線は、前記二軸回転座標系において、前記回転電機の出力トルクが前記トルク指令の振動最大値及び振動最小値の何れか絶対値の大きい方となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、
前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記基本制御線と前記絶対値最大等トルク曲線との交点により定まる値に前記第一軸電流指令を決定する制御装置。
【請求項５】
ロータを有する回転電機を制御するための制御装置であって、
前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、
前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、
前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、
前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、
前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、
前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、
前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記トルク振動の一周期中に前記回転電機に流れる電流量が最小となるように、前記第一軸電流指令を決定する制御装置。
【請求項６】
前記トルク振動が正弦波状である請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記基本制御線が、前記回転電機を流れる電流の大きさに対して前記回転電機の出力トルクが最大となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡である最大トルク電流曲線である請求項１、３、又は４に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような制御装置に関して、例えば下記の特許文献１には、回転電機が内燃機関に連結され、内燃機関から伝達される周期的なトルク振動を制振するためのトルクを回転電機に出力させる技術が開示されている。この際、回転電機に対するトルク指令は、伝達トルク振動の逆位相のトルク指令とされる。
【０００３】
しかしながら、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれると、トルク指令に基づいて電流指令を演算する際に、電流指令にトルク振動の周波数よりも高次の周波数の振動成分が生じる。このため、電流指令に対する実電流の良好な追従性能を得るための電流フィードバック制御系の設計が難しくなる恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、トルク指令に基づいて電流指令を演算する際に、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合であっても、電流指令に振動成分が生じることを抑制できる回転電機の制御装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置の特徴構成は、前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記二軸回転座標系において、前記二相電流指令の振動軌跡が前記基本制御線と少なくとも一箇所で交わるように、前記第一軸電流指令を決定する点にある。
【０００７】
なお、本願において「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
【０００８】
上記の特徴構成によれば、第一軸電流指令が所定値に固定されるので、トルク指令に基づいて二相電流指令を演算する際に、第一軸電流指令に発生する周期的な振動成分を０まで低減することができ、第二軸電流指令に発生する周期的な振動成分を、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分に抑制することができる。
よって、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を抑制することができ、第二軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を最小限に抑制することができる。このため、トルク指令が周期的に振動している場合でも、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
また、上記の特徴構成によれば、二相電流指令を、基本制御線と接して、又は基本制御線を跨いで振動させることができ、二相電流指令を、基本制御線に近づけることができる。よって、第一軸指令固定制御を実行する場合でも、基本制御が狙いとしている効果をできるだけ低減させずに維持させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置の特徴構成は、前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、前記電流フィードバック制御部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記二相電圧指令の前記第一軸成分である第一軸電圧指令を、前記第一軸電流指令と前記二相実電流の第一軸成分との偏差に基づいて比例積分演算により算出し、前記二相電圧指令の前記第二軸成分である第二軸電圧指令を、前記第二軸電流指令と前記二相実電流の第二軸成分との偏差に基づいて、比例積分演算、及び前記トルク振動の周波数の周期関数の特性を有する高調波モデルを用いた演算により算出する点にある。
【００１２】
上記の特徴構成によれば、第一軸電流指令が所定値に固定されるので、トルク指令に基づいて二相電流指令を演算する際に、第一軸電流指令に発生する周期的な振動成分を０まで低減することができ、第二軸電流指令に発生する周期的な振動成分を、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分に抑制することができる。
よって、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を抑制することができ、第二軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を最小限に抑制することができる。このため、トルク指令が周期的に振動している場合でも、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
上記のように、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令には周期的な振動成分が含まれないので、比例積分演算により、追従性高く第一軸電流指令に対する実電流を制御できる。また、第二軸電流指令には周期的な振動成分が含まれるが、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分なので、比例積分演算に加えて、トルク振動の周波数に対応した高調波モデルを用いた演算を行うことにより、第二軸電流指令に対する実電流の追従性が悪化することを抑制できる。従って、トルク指令が周期的に振動しても、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
また、第二軸の電流フィードバック制御系に対してのみ、高調波モデルを用いた演算が行われ、高調波モデルは、トルク振動の周波数のみに対応しているので、演算処理の複雑化及び制御装置の演算負荷の増大を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係る、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置の特徴構成は、前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、振動中心等トルク曲線は、前記二軸回転座標系において、前記回転電機の出力トルクが前記トルク指令の振動中心値となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記基本制御線と前記振動中心等トルク曲線との交点により定まる値に前記第一軸電流指令を決定する点にある。
【００１４】
上記の特徴構成によれば、第一軸電流指令が所定値に固定されるので、トルク指令に基づいて二相電流指令を演算する際に、第一軸電流指令に発生する周期的な振動成分を０まで低減することができ、第二軸電流指令に発生する周期的な振動成分を、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分に抑制することができる。
よって、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を抑制することができ、第二軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を最小限に抑制することができる。このため、トルク指令が周期的に振動している場合でも、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
また、上記の特徴構成によれば、周期的なトルク振動が含まれていない場合のトルク指令に相当する振動中心値に基づいて、基本制御線上に、第一軸電流指令を決定するように構成できる。第一軸電流指令の決定を基本制御の処理を用いて実行することができるので、演算処理の複雑化及び制御装置の演算負荷の増大を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置の特徴構成は、前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、基本制御線は、前記トルク指令に前記トルク振動が含まれない場合に、当該トルク指令に応じた出力トルクを前記回転電機に出力させる制御である基本制御のための二相電流指令を規定するものであって、前記二軸回転座標系において、原点から前記第二軸電流指令の絶対値が大きくなるに従って前記第一軸電流指令が負方向に大きくなる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、絶対値最大等トルク曲線は、前記二軸回転座標系において、前記回転電機の出力トルクが前記トルク指令の振動最大値及び振動最小値の何れか絶対値の大きい方となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡であり、前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記基本制御線と前記絶対値最大等トルク曲線との交点により定まる値に前記第一軸電流指令を決定する点にある。
【００１６】
上記の特徴構成によれば、第一軸電流指令が所定値に固定されるので、トルク指令に基づいて二相電流指令を演算する際に、第一軸電流指令に発生する周期的な振動成分を０まで低減することができ、第二軸電流指令に発生する周期的な振動成分を、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分に抑制することができる。
よって、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を抑制することができ、第二軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を最小限に抑制することができる。このため、トルク指令が周期的に振動している場合でも、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
また、上記の特徴構成によれば、二相電流指令の振動軌跡は、二軸回転座標系において、基本制御線に対して第一軸電流指令の負方向側の領域（以下、第一軸負側領域と称する）内に位置することとなる。この第一軸負側領域は、二軸回転座標系を用いた回転電機の制御（例えば、弱め磁束制御）において通常用いられる領域と重複する。このため、第一軸負側領域では、回転電機の出力トルクと、二相電流指令との関係特性が精度よく同定されている場合が多い。このような関係特性に基づいて第一軸指令固定制御における第一軸電流指令を算出することができ、その算出精度を向上させることができる。よって、トルク指令が周期的に振動している場合でも、出力トルクをトルク指令に精度良く一致させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置の特徴構成は、前記ロータの電気角に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系を用い、前記回転電機に出力させるトルク指令に基づいて、前記回転電機に流す電流の指令値を前記二軸回転座標系で表した二相電流指令を演算するトルク電流演算部と、前記回転電機に流れる実電流に基づいて、前記二軸回転座標系で表した二相実電流を演算する実電流演算部と、前記回転電機に印加する電圧指令を前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を、前記二相実電流が前記二相電流指令に近づくように変化させる電流フィードバック制御部と、前記二相電圧指令に基づいて、前記回転電機に印加する電圧を制御する電圧制御部と、を備え、前記二軸回転座標系は、前記ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向に定められた第一軸と、前記第一軸に対して電気角で９０度異なる方向に定められた第二軸と、からなり、前記トルク電流演算部は、前記トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合に、前記二相電流指令の前記第一軸成分である第一軸電流指令を所定値に固定すると共に、前記二相電流指令の前記第二軸成分である第二軸電流指令を前記トルク振動に合わせて振動させる第一軸指令固定制御を実行し、前記トルク電流演算部は、前記第一軸指令固定制御を実行する際に、前記トルク振動の一周期中に前記回転電機に流れる電流量が最小となるように、前記第一軸電流指令を決定する点にある。
【００１８】
上記の特徴構成によれば、第一軸電流指令が所定値に固定されるので、トルク指令に基づいて二相電流指令を演算する際に、第一軸電流指令に発生する周期的な振動成分を０まで低減することができ、第二軸電流指令に発生する周期的な振動成分を、トルク指令に含まれる振動成分と同様の振動成分に抑制することができる。
よって、トルク指令に周期的なトルク振動が含まれる場合でも、第一軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を抑制することができ、第二軸電流指令に対する実電流の追従性能の悪化を最小限に抑制することができる。このため、トルク指令が周期的に振動している場合でも、トルク指令に対する出力トルクの追従性の悪化を抑制することができる。
また、上記の特徴構成によれば、第一軸指令固定制御を実行する際に、１周期中に回転電機に流れる電流量を最小にすることができ、コイルの抵抗による発熱、すなわち銅損を最小化することができる。
【００２１】
ここで、前記トルク振動が正弦波状であると好適である。
【００２２】
この構成によれば、第二軸電流指令も正弦波状にすることができ、第二軸の電流フィードバック制御系を簡単化することできる。
【００２３】
ここで、前記基本制御線が、前記回転電機を流れる電流の大きさに対して前記回転電機の出力トルクが最大となる前記第一軸電流指令及び前記第二軸電流指令からなる座標点の軌跡である最大トルク電流曲線であると好適である。
【００２４】
この構成によれば、第一軸指令固定制御を実行する際に、電流トルク変換効率を高く維持することできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る二軸回転座標系を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態とは異なる比較例の処理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態とは異なる比較例の処理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る制御装置の処理を説明するタイムチャートである。
【図１２】本発明のその他の実施形態に係る回転電機及び制御装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
回転電機ＭＧは、ロータ及びステータを有している。ステータは、非回転部材に固定され、ロータは、当該ステータの径方向内側に回転自在に支持されている。本実施形態では、回転電機ＭＧは、ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石同期電動機(IPMSM)とされている。なお、永久磁石の代わりに電磁石が備えられていてもよい。
図１に示すように、回転電機ＭＧのステータに備えられた三相のコイルは、直流交流変換を行うインバータＩＮを介して蓄電装置Ｖｔに電気的に接続されている。そして、回転電機ＭＧは、電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能と、を果たすことが可能とされている。インバータＩＮは、蓄電装置Ｖｔの直流電力を交流電力に変換して回転電機ＭＧを駆動するため、或いは回転電機ＭＧが発電した交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｖｔに充電するための複数のスイッチング素子を備えている。
【００２７】
回転電機ＭＧを制御するための制御装置３０は、図１に示すように、出力トルク指令設定部３９、トルク電流演算部４０、実電流演算部４１、電流フィードバック制御部４２、電圧制御部４７としての二相三相電圧変換部４３及びインバータ制御部４４を備えている。
出力トルク指令設定部３９は、回転電機ＭＧに出力させるトルク指令である出力トルク指令値Ｔｍｏを設定する。トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて、回転電機ＭＧに流す電流の指令値をｄｑ軸回転座標系で表した二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを演算する。実電流演算部４１は、回転電機ＭＧに流れる実電流に基づいて、ｄｑ軸回転座標系で表した二相実電流Ｉｄ、Ｉｑを演算する。電流フィードバック制御部４２は、回転電機ＭＧに印加する電圧指令をｄｑ軸回転座標系で表した二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、二相実電流Ｉｄ、Ｉｑが二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに近づくように変化させる。そして、二相三相電圧変換部４３及びインバータ制御部４４は、二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに基づいて、回転電機ＭＧに印加する電圧を制御する。
【００２８】
ここで、ｄｑ軸回転座標系は、図２にモデルを示すように、ロータの電気角に同期して回転するｄ軸及びｑ軸からなる二軸の回転座標系である。
ｄ軸は、ロータに備えられた磁石の界磁磁束の方向（Ｎ極方向）に定められ、ｑ軸は、ｄ軸に対して電気角で９０度異なる方向（本例では、９０度位相が進んだ方向）に定められている。なお、ｑ軸は、ｄ軸に対して電気角で９０度位相が遅れた方向に定められてもよい。
本実施形態では、ステータに備えられたＵ相コイルを基準にした場合の、ｄ軸（磁極）の電気角を磁極位置θｒｅとし、ｄ軸（磁極）の電気角速度を磁極回転速度ωｒｅとする。
【００２９】
このような構成において、トルク電流演算部４０は、図１に示すように、ｄ軸電流固定部５１及びｑ軸電流設定部５２を備えている。そして、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合に、ｄ軸電流固定部５１により、二相電流指令のｄ軸成分であるｄ軸電流指令Ｉｄｃを所定値に固定すると共に、ｑ軸電流設定部５２により、二相電流指令のｑ軸成分であるｑ軸電流指令Ｉｑｃをトルク振動に合わせて振動させるｄ軸指令固定制御を実行する点に特徴を有している。
なお、ｄｑ軸回転座標系が、本発明における「二軸回転座標系」に相当し、ｄ軸が、本発明における「第一軸」に相当し、ｑ軸が、本発明における「第二軸」に相当し、ｄ軸電流指令Ｉｄｃが、本発明における「第一軸電流指令」に相当し、ｑ軸電流指令Ｉｑｃが、本発明における「第二軸電流指令」に相当し、ｄ軸指令固定制御が、本発明における「第一軸指令固定制御」に相当する。
以下、本実施形態に係る制御装置３０について、詳細に説明する。
【００３０】
１．制御装置３０の構成
次に、回転電機ＭＧを制御するための制御装置３０の構成について説明する。
制御装置３０は、ＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として備えるとともに、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）等の記憶装置等を有して構成されている。そして、制御装置３０のＲＯＭ等に記憶されたソフトウェア（プログラム）又は別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、図１に示すような制御装置３０の機能部３９〜４７などが構成されている。
【００３１】
制御装置３０には、センサＳｅ１、Ｓｅ２から出力される電気信号が入力される。制御装置３０は、入力された電気信号に基づき各センサの検出情報を算出する。
電流センサＳｅ１は、各相のコイルに流れる電流を検出するためのセンサであり、インバータＩＮと各相のコイルとをつなぐ電線上に備えられている。制御装置３０は、電流センサＳｅ１の入力信号に基づいて各相のコイルを流れる実電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。
回転速度センサＳｅ２は、ロータの回転速度及び回転角度を検出するためのセンサであり、ロータの回転軸に取り付けられている。制御装置３０は、回転速度センサＳｅ２の入力信号に基づいて、回転電機ＭＧの磁極位置θｒｅ、磁極回転速度ωｒｅを検出する。なお、回転速度センサＳｅ２として、レゾルバ、又はロータリエンコーダなどが用いられる。
【００３２】
制御装置３０は、回転電機ＭＧの動作制御を行う制御装置である。図１に示すように、制御装置３０は、出力トルク指令設定部３９、トルク電流演算部４０、実電流演算部４１、電流フィードバック制御部４２、二相三相電圧変換部４３、及びインバータ制御部４４の機能部を備えており、各機能部が協働して、出力トルク指令値Ｔｍｏのトルクを回転電機ＭＧに出力させるように制御する。
【００３３】
１−１．出力トルク指令値の設定
出力トルク指令値Ｔｍｏには、周期的なトルク振動が含まれる場合がある。
本実施形態では、出力トルク指令設定部３９は、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれる周期的なトルク振動成分となる振動トルク指令値Ｔｐを算出する周期振動トルク指令設定部５７と、周期的なトルク振動成分を含まない指令値であって、振動している出力トルク指令値Ｔｍｏの中心値となる基準トルク指令値Ｔｂを算出する基準トルク指令設定部５６と、を備えるように構成されている。そして、出力トルク指令設定部３９は、基準トルク指令値Ｔｂと、振動トルク指令値Ｔｐと、を加算した値を、出力トルク指令値Ｔｍｏとして設定するように構成されている。なお、出力トルク指令値Ｔｍｏが、本発明における「トルク指令」に相当する。
本実施形態では、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれる周期的なトルク振動は、正弦波状にされている。
具体的には、振動トルク指令値Ｔｐは、式（１）に示すように、トルク振動周波数ωｐ（角周波数）の正弦波とされている。
【数１】
0005626592.tif 000002
ここで、ΔＴｐは、振動トルク指令値Ｔｐの振幅である。なお、振動トルク指令値Ｔｐは、余弦波とされてもよい。
【００３４】
１−２．トルク制御及び電流フィードバック制御
制御装置３０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて電流指令を算出し、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御により回転電機ＭＧの制御を行うように構成されている。ベクトル制御では、電流指令をｄｑ軸回転座標系で設定し、各相のコイルに流れる実電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、磁極位置θｒｅに基づき、ｄｑ軸回転座標系で表した二相実電流Ｉｄ、Ｉｑに変換し、二相実電流Ｉｄ、Ｉｑが電流指令に近づくように、回転電機ＭＧに印加する電圧を制御する電流フィードバック制御を行う。以下、本実施形態に係わるトルク制御及び電流フィードバック制御について詳細に説明する。
【００３５】
１−２−１．トルク電流演算部４０
トルク電流演算部４０は、回転電機ＭＧに出力させる出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて、回転電機ＭＧに流す電流の指令値をｄｑ軸回転座標系で表した二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを演算する機能部である。
本実施形態では、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏのトルクを回転電機ＭＧに出力させるようなｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃを算出するように構成されている。
【００３６】
回転電機ＭＧの出力トルクＴｍと、ｄ軸実電流Ｉｄ及びｑ軸実電流Ｉｑとの関係は、式（２）で示すように表せる。
【数２】
0005626592.tif 000003
ここで、Φは、永久磁石による鎖交磁束であり、Ｌｄは、コイルのｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑは、コイルのｑ軸インダクタンスであり、Ｐｎは、極対数である。埋込磁石構造では、Ｌｄ＜Ｌｑの突極性となる。
【００３７】
＜等トルク曲線＞
式（２）から、回転電機ＭＧに同じ大きさの出力トルクＴｍを出力させるような、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃの組み合わせは無数に存在することがわかる。このことは、図３（ａ）に示されている等トルク曲線からもわかる。ここで、等トルク曲線は、ｄｑ軸回転座標系において、回転電機ＭＧに同じ大きさの出力トルクＴｍを出力させるｄ軸実電流Ｉｄ及びｑ軸実電流Ｉｑからなる座標点の軌跡である。
この等トルク曲線は、式（２）をｑ軸実電流Ｉｑについて整理した式（３）により規定される。
【数３】
0005626592.tif 000004
なお、等トルク曲線は、実験的に求められたものであってもよい。
式（３）から、等トルクの条件、すなわち、出力トルクＴｍを所定値に固定した条件では、ｑ軸実電流Ｉｑは、（Ｌｄ−Ｌｑ）が負の値になるため、図３（ａ）にも示すように、ｄ軸実電流Ｉｄが０から減少するに従い、出力トルクＴｍが正の値である場合は０に向かって減少し、出力トルクＴｍが負の値である場合は０に向かって増加し、出力トルクＴｍが０である場合は０になることがわかる。
また、ｑ軸実電流Ｉｑは、出力トルクＴｍが０から増加するに従い０から増加し、出力トルクＴｍが０から減少するに従い０から減少することがわかる。
【００３８】
トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏとなる、無数にあるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃの組み合わせから、出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃを決定するように構成されている。
本実施形態では、トルク電流演算部４０は、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを決定するに際し、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれない場合には、基本制御を実行し、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合には、ｄ軸指令固定制御を実行するように構成されている。
以下、基本制御、及びｄ軸指令固定制御について説明する。
【００３９】
１−２−１−１．基本制御
トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれない場合には、出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて、図３（ａ）に示すような基本制御線上に、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃを決定する基本制御を実行するように構成されている。
ここで、基本制御線は、出力トルク指令値Ｔｍｏにトルク振動が含まれない場合に、出力トルク指令値Ｔｍｏに応じた出力トルクＴｍを回転電機ＭＧに出力させる基本制御のための二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを規定するものである。そして、基本制御線は、図３（ａ）に示すように、ｄｑ軸回転座標系において、原点からｑ軸電流指令Ｉｑｃの絶対値が大きくなるに従ってｄ軸電流指令Ｉｄｃが負方向に大きくなるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である。
【００４０】
本実施形態では、基本制御線は、回転電機ＭＧを流れる電流Ｉの大きさに対して回転電機ＭＧの出力トルクＴｍが最大となるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である最大トルク電流曲線とされている。
ここで、回転電機ＭＧを流れる電流Ｉの大きさは、蓄電装置ＶｔからインバータＩＮを介して回転電機ＭＧに流れる電流の大きさ、又は回転電機ＭＧからインバータＩＮを介して蓄電装置Ｖｔに流れる電流の大きさであり、ｄｑ軸回転座標系で表す場合は、原点から、ｄ軸実電流Ｉｄ及びｑ軸実電流Ｉｑからなる座標点に向かう電流ベクトルの大きさとなり、式（４）で表せる。
【数４】
0005626592.tif 000005
【００４１】
最大トルク電流曲線は、理論的には、式（５）により規定される。
【数５】
0005626592.tif 000006
なお、最大トルク電流曲線は、実験的に求められたものであってもよい。
最大トルク電流曲線は、図３（ａ）に示すように、ｄｑ軸回転座標系において、ｑ軸電流指令Ｉｑｃ（ｑ軸実電流Ｉｑ）が０から増加するに従って、又は０から減少するに従って、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ（ｄ軸実電流Ｉｄ）が０から減少するｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である。
【００４２】
このように、本実施形態では、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏにトルク振動が含まれない場合に実行される基本制御として、回転電機ＭＧを流れる同一電流Ｉに対して回転電機ＭＧの出力トルクＴｍを最大にするような二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出する最大トルク電流制御を実行するように構成されている。
【００４３】
あるいは、トルク電流演算部４０は、基本制御として、最大トルク磁束制御、及び弱め磁束制御などの各種制御方式を実行するように構成されてもよい。そして、基本制御線は、これらの制御方式によって定まる電流線であってもよい。もしくは、基本制御は、基本制御線が一意的に定まらないような制御方式であってもよい。
ここで、最大トルク磁束制御は、回転電機ＭＧの同一出力トルクＴｍ発生時に鎖交磁束が最小となるように、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出する制御方法である。弱め磁束制御は、負のｄ軸電流を流すことで、ｄ軸電機子反作用による減磁効果を利用してｄ軸方向の磁束を減少させるように、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出する制御方法である。
【００４４】
トルク電流演算部４０は、図３（ａ）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏが０から増加するにつれ、最大トルク電流曲線（基本制御線）に沿って、ｑ軸電流指令Ｉｑｃを０から増加させ、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを０から減少させる。一方、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏが０から減少するにつれ、最大トルク電流曲線に沿って、ｑ軸電流指令Ｉｑｃを０から減少させ、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを０から減少させる。図３（ｂ）（ｃ）に、出力トルク指令値Ｔｍｏに対する各電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの関係特性示すように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃは、出力トルク指令値Ｔｍｏが０未満の場合は、出力トルク指令値Ｔｍｏの増加に対して単調増加するように算出され、出力トルク指令値Ｔｍｏが０より大きい場合は、出力トルク指令値Ｔｍｏの増加に対して単調減少するように算出される。このため、出力トルク指令値Ｔｍｏに対するｄ軸電流指令Ｉｄｃの関係特性は、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨ぐ前後で大きく変化しており、出力トルク指令値Ｔｍｏの０付近において高次の関数となっている。
ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、出力トルク指令値Ｔｍｏの増加に対して単調増加するように算出される。また、出力トルク指令値Ｔｍｏに対するｑ軸電流指令Ｉｑｃの傾きは、出力トルク指令値Ｔｍｏの０付近と、それ以外とでは変化しており、出力トルク指令値Ｔｍｏの０付近において高次の関数成分が含まれている。
また、出力トルク指令値Ｔｍｏに対する各電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの関係特性は、曲線となっており、高次の関数成分が含まれている。
【００４５】
１−２−１−１−１．基本制御の課題
次に、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合に、本発明に係わる実施形態とは異なり、最大トルク電流曲線（基本制御線）上に二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを決定する基本制御が実行されるように構成された場合の課題を説明する。
＜トルク指令が０を中心に振動している場合＞
まず、図４（ｂ）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏが、０を中心に周期的に振動している場合について説明する。
この場合は、図４（ａ）に示すように、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃは、ｄｑ軸回転座標系において、最大トルク電流曲線（基本制御線）上を、振動最大等トルク曲線と振動最小等トルク曲線との間を振動するように決定される。図４（ａ）には、このようなｄｑ軸回転座標系における二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が太線で示されている。
ここで、振動最大等トルク曲線は、ｄｑ軸回転座標系において、回転電機ＭＧの出力トルクＴｍが出力トルク指令値Ｔｍｏの振動最大値となるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡であり、振動最小等トルク曲線は、ｄｑ軸回転座標系において、回転電機ＭＧの出力トルクＴｍが出力トルク指令値Ｔｍｏの振動最小値となるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である。なお、振動中心等トルク曲線は、ｄｑ軸回転座標系において、回転電機ＭＧの出力トルクＴｍが出力トルク指令値Ｔｍｏの振動中心値となるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である。
【００４６】
ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃは、図３（ｂ）（ｃ）に示すような関係特性に従い、出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて算出される。図４（ｂ）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏが、トルク振動周波数ωｐ（トルク振動周期２π／ωｐ）の正弦波で振動しているのに対して、ｄ軸電流指令Ｉｄｃは、主にトルク振動周波数ωｐの２倍の周波数で振動し、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、主にトルク振動周波数ωｐと同じ周波数で振動している。このため、図４（ｂ）の右側に、各波形をフーリエ変換した周波数特性を示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏは、トルク振動周波数ωｐの成分（基本波成分、１次）の振幅が大きいのに対して、ｄ軸電流指令Ｉｄｃは、トルク振動周波数ωｐに対して、トルク振動周波数ωｐの２倍の２次（２ωｐ）の周波数成分の振幅が大きくなっている。ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、トルク振動周波数ωｐと同じ１次（ωｐ）の周波数成分の振幅が大きくなっている。
【００４７】
また、出力トルク指令値Ｔｍｏに対する各電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの関係特性は、１次より大きい高次の関数となっているため、ｄ軸電流指令Ｉｄｃには、４次（４ωｐ）、６次（６ωｐ）の高次の周波数成分の振幅が生じており、ｑ軸電流指令Ｉｑｃには、３次（３ωｐ）、５次（５ωｐ）の高次の周波数成分の振幅が生じている。
【００４８】
＜トルク指令が０を跨いで振動している場合＞
次に、図５（ｂ）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏが、０より小さい値を中心に、０を跨いで周期的に振動している場合について説明する。
この場合は、図５（ａ）に示すように、振動最大等トルク曲線、振動最小等トルク曲線、振動中心等トルク曲線は、図４（ａ）に示す場合と比べて、ｑ軸実電流Ｉｑが小さくなる方にシフトしている。
【００４９】
図５（ｂ）に示すように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃは、１次（ωｐ）と２次（２ωｐ）の周波数成分が組み合わさったような複雑な波形で振動し、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、主に１次（ωｐ）の周波数で振動している。このため、図５（ｂ）の右側に、各波形をフーリエ変換した周波数特性を示すように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃには、１次（ωｐ）に加えて、２次（２ωｐ）、３次（３ωｐ）、４次（４ωｐ）、５次（５ωｐ）、及び６次（６ωｐ）の周波数成分の振幅も大きくなっている。ｑ軸電流指令Ｉｑｃには、１次（ωｐ）に加えて、２次（２ωｐ）、４次（４ωｐ）、及び５次（５ωｐ）の周波数成分の振幅も大きくなっている。
【００５０】
＜課題のまとめ＞
以上のように、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合に、最大トルク電流曲線（基本制御線）上に二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを決定する基本制御を実行するように構成された場合は、各二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃにも周期的な振動成分が含まれる。
また、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれるトルク振動が正弦波であっても、出力トルク指令値Ｔｍｏに対する各電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの関係特性に高次の関数成分が含まれる場合に、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに正弦波のトルク振動周波数ωｐ（１次）に対して高次の周波数の振動成分が含まれる。
特に、出力トルク指令値Ｔｍｏに対するｄ軸電流指令Ｉｄｃの関係特性は、出力トルク指令値Ｔｍｏの０付近では高次の関数となっているので、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨いで振動する場合は、ｄ軸電流指令Ｉｄｃには、１次より大きい高次の周波数成分が大幅に増加する。また、出力トルク指令値Ｔｍｏに対するｑ軸電流指令Ｉｑｃの関係特性は、出力トルク指令値Ｔｍｏの０付近では高次の関数成分が多く含まれるので、出力トルク指令値Ｔｍｏが０付近で振動する場合は、ｑ軸電流指令Ｉｑｃには、１次より大きい高次の周波数成分が増加する。
【００５１】
電流フィードバック制御において目標値となる二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに周期的な振動成分が含まれると、比例積分制御（ＰＩ制御）などの単純な制御だけでは、目標値に含まれる周期的な振動成分に対する実値の追従性能を確保しにくくなる。
二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに含まれる周期的な振動成分に対する追従性能を向上するために、後述するような、内部モデル原理に基づく制御器などを追加することが考えられる。しかし、このような内部モデル原理に基づく制御器などを追加することにより、演算処理が複雑になると共に、制御装置３０の演算負荷が増大する。
更に、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに複数の周波数成分が含まれる場合、各周波数成分に対する追従性を向上するために、各周波数成分に対して内部モデル原理などに基づく制御器を個別に設ける必要があり、追加する制御器が増加する。
特に、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨いで振動する場合、ｄ軸電流指令Ｉｄｃに含まれる高次の複数の周波数成分が大きく増加するため、ｄ軸電流のフィードバック制御系に、高次の各周波数成分用の制御器を追加する必要性が高くなる。
【００５２】
１−２−１−２．ｄ軸指令固定制御
二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに含まれる周期的な振動成分を低減するため、本実施形態に係わるトルク電流演算部４０は、ｄ軸指令固定制御を実行するように構成されている。
すなわち、トルク電流演算部４０は、上記したように、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合に、ｄ軸電流固定部５１により、二相電流指令のｄ軸成分であるｄ軸電流指令Ｉｄｃを所定値に固定すると共に、ｑ軸電流設定部５２により、二相電流指令のｑ軸成分であるｑ軸電流指令Ｉｑｃをトルク振動に合わせて振動させるｄ軸指令固定制御を実行するように構成されている。
【００５３】
１−２−１−２−１．ｑ軸電流設定部５２
本実施系形態では、ｑ軸電流設定部５２は、トルク振動が含まれる出力トルク指令値Ｔｍｏ及び固定されたｄ軸電流指令Ｉｄｃに基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑｃをトルク振動に合わせて振動させるように構成されている。
以下、ｑ軸電流指令Ｉｑｃの算出方法について説明する。
式（３）の理論式から、ｑ軸電流指令Ｉｑｃと、出力トルク指令値Ｔｍｏ及びｄ軸電流指令Ｉｄｃとの関係は、式（６）で示すように表せる。ここで、ｄ軸電流指令Ｉｄｃは、所定値に固定されるので、出力トルク指令値Ｔｍｏに乗算される係数は、所定値に固定される。よって、本実施形態では、ｑ軸電流設定部５２は、式（６）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏに所定の変換ゲインＫｉｄを乗算した値を、ｑ軸電流指令Ｉｑｃとして設定するように構成されている。
【数６】
0005626592.tif 000007
ここで、ｑ軸電流設定部５２は、式（７）に示すようなｄ軸電流指令Ｉｄｃと変換ゲインＫｉｄとの関係特性を用いて、固定されたｄ軸電流指令Ｉｄｃに基づいて、変換ゲインＫｉｄを算出するように構成されている。
【数７】
0005626592.tif 000008
【００５４】
このようなｄ軸指令固定制御により、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、出力トルク指令値Ｔｍｏに正比例するように決定される。よって、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、（ｄ）、図９（ｂ）、（ｄ）、図１０（ｂ）、（ｄ）に示すように、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれるトルク振動が正弦波である場合は、ｑ軸電流指令Ｉｑｃに含まれる振動成分もトルク振動周波数ωｐの正弦波になる。なお、ｄ軸電流指令Ｉｄｃには、周期的な振動成分が含まれない。
従って、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動成分が含まれる場合に、基本制御に代えてｄ軸指令固定制御を実行することにより、ｄ軸電流指令Ｉｄｃに含まれる周期的な振動成分を０まで低減させることができ、ｑ軸電流指令Ｉｑｃの周期的な振動成分をトルク振動成分と同じ振動成分まで低減させることができる。
特に、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨いで振動する場合、ｄ軸電流指令Ｉｄｃにおける高次の振動成分の低減効果を大きくすることができる。
【００５５】
１−２−１−２−２．ｄ軸電流固定部５１
ｄ軸電流固定部５１は、周期的なトルク振動が含まれる出力トルク指令値Ｔｍｏに基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを所定値に固定するように構成されている。
ここで、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを所定値に固定するとは、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれる周期的な振動成分に応じては、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを変化させないことを意味し、出力トルク指令値Ｔｍｏの周期的な振動成分以外の変化に応じて、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを変化させるように構成してもよく、或いは出力トルク指令値Ｔｍｏの周期的な振動成分以外の変化に応じてもｄ軸電流指令Ｉｄｃを変化させず、一定値に固定するように構成してもよい。
【００５６】
本実施形態では、ｄ軸電流固定部５１は、ｄｑ軸回転座標系において、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が基本制御線と少なくとも一箇所で交わるように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている。
このような構成によれば、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、（ｃ）、図９（ａ）、（ｃ）、図１０（ａ）、（ｃ）に示すように、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを、基本制御線と接して、又は基本制御線を跨いで振動させることができ、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃを、基本制御線に近づけることができる。よって、ｄ軸指令固定制御を実行する場合でも、基本制御が狙いとしている効果をできるだけ低減させずに維持させることができる。例えば、本実施形態のように、基本制御が最大トルク電流制御である場合は、電流トルク変換効率を高く維持させることができる。
このようなｄ軸電流指令Ｉｄｃの固定方法の例として、本実施形態では以下の４つの方式について説明する。
【００５７】
＜第一方式＞
まず、図６及び図７を参照して、ｄ軸指令固定制御の第一方式について説明する。
図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、ｄ軸電流固定部５１は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、基本制御線と振動中心等トルク曲線との交点Ａ１により定まる値にｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている。
この場合は、ｄ軸電流固定部５１は、基本制御と同様の方法で、出力トルク指令値Ｔｍｏの振動中心値に基づいて、基本制御線上に、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されることができる。すなわち、ｄ軸電流固定部５１は、周期的なトルク振動が含まれていない場合に実行される基本制御における出力トルク指令値Ｔｍｏに相当する、出力トルク指令値Ｔｍｏの振動中心値を用いて、図３（ｂ）に示すような関係特性に従い、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを算出することができる。
よって、第一方式は、基本制御の処理を用いて実行することができるので、演算処理の複雑化及び制御装置３０の演算負荷の増大を抑制することができる。
【００５８】
なお、ｄ軸電流固定部５１は、出力トルク指令設定部３９で算出される基準トルク指令値Ｔｂを、出力トルク指令値Ｔｍｏの振動中心値として設定してもよいし、出力トルク指令値Ｔｍｏに対してフィルタ処理、移動平均処理するなどした値を出力トルク指令値Ｔｍｏの振動中心値として設定してもよい。
【００５９】
＜第二方式＞
次に、図８を参照してｄ軸指令固定制御の第二方式について説明する。
図８（ａ）、（ｃ）に示すように、ｄ軸電流固定部５１は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、基本制御線と絶対値最大等トルク曲線との交点Ａ２により定まる値にｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている。
ここで、絶対値最大等トルク曲線は、ｄｑ軸回転座標系において、回転電機ＭＧの出力トルクＴｍが出力トルク指令値Ｔｍｏの振動最大値及び振動最小値の何れか絶対値の大きい方となるｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃからなる座標点の軌跡である。すなわち、絶対値最大等トルク曲線は、振動最大等トルク曲線と振動最小等トルク曲線との何れか出力トルク指令値Ｔｍｏの絶対値の大きい方である。なお、図８（ａ）に示すように、振動最大値の絶対値と振動最小値の絶対値が等しい場合は、絶対値最大等トルク曲線は、振動最大等トルク曲線と振動最小等トルク曲線との何れとされてもよい。
【００６０】
第二方式では、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡は、図８（ａ）、（ｃ）に示すように、ｄｑ軸回転座標系において、基本制御線に対してｄ軸電流指令Ｉｄｃの負方向側の領域（以下、ｄ軸負側領域と称する）内に位置することとなる。このｄ軸負側領域は、ｄｑ軸回転座標系を用いた回転電機の制御において通常用いられる領域と重複する。例えば、上記した弱め磁束制御では、ｄ軸方向の磁束を減少させるために、基本制御線からｄ軸電流指令Ｉｄｃを負方向に大きくするため、ｄ軸負側領域が用いられる。このため、ｄ軸負側領域では、弱め磁束制御のために、式（２）で示すような、回転電機ＭＧの出力トルクＴｍと、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃとの関係特性が精度よく同定されている。ｄ軸指令固定制御におけるｑ軸電流指令Ｉｑｃは、式（２）の関係特性から求められる式（６）、式（７）で示すような関係特性に基づいて算出されるため、その算出精度を向上させることができる。
【００６１】
＜第三方式＞
次に、図９を参照してｄ軸指令固定制御の第三方式について説明する。
図９（ａ）、（ｃ）に示すように、ｄ軸電流固定部５１は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれるトルク振動の１周期中に回転電機ＭＧに流れる電流量が最小となるように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている。
第三方式では、１周期中に回転電機ＭＧに流れる電流量を最小にすることができ、コイルの抵抗Ｒによる発熱、すなわち銅損を最小化することができる。
【００６２】
このようなｄ軸電流指令Ｉｄｃは、以下で説明する理論式に基づき算出されることができる。
式（３）を、式（４）に代入すると式（８）を得る。
【数８】
0005626592.tif 000009
回転電機ＭＧの出力トルクＴｍを式（９）のように表す。
【数９】
0005626592.tif 000010
式（９）を式（８）に代入して、１周期中に回転電機ＭＧに流れる電流量を求めると式（１０）となる。
【数１０】
0005626592.tif 000011
ｄ軸電流固定部５１は、式（１０）の値が最も小さくなるようなｄ軸実電流Ｉｄの値をｄ軸電流指令Ｉｄｃとして設定するように構成されることができる。
【００６３】
＜第四方式＞
次に、図１０を参照してｄ軸指令固定制御の第四方式について説明する。
図１０（ａ）、（ｃ）に示すように、ｄ軸電流固定部５１は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを０に決定するように構成されている。
第四方式は、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを０に設定するだけなので、ｄ軸電流固定部５１の演算処理を最小化することができる。また、ｄ軸電流指令Ｉｄｃが０に設定されるので、式（６）、式（７）の（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄｃが０になり、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの値を用いることなく、ｑ軸電流指令Ｉｑｃを算出することができ、ｑ軸電流設定部５２の演算処理を単純化することできる。よって、演算処理の複雑化及び制御装置３０の演算負荷の増大を抑制することができる。
【００６４】
１−３．実電流演算部４１
図１に示すように、実電流演算部４１は、回転電機ＭＧを流れる実電流に基づいて、ｄｑ軸回転座標系で表した二相実電流Ｉｄ、Ｉｑを演算する機能部である。本実施形態では、実電流演算部４１は、各相のコイルを流れる実電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、磁極位置θｒｅに基づいて、三相二相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸実電流Ｉｄ、ｑ軸実電流Ｉｑに変換する。
【００６５】
１−４．電流フィードバック制御部４２
電流フィードバック制御部４２は、回転電機ＭＧに印加する電圧指令をｄｑ軸回転座標系で表した二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、二相実電流Ｉｄ、Ｉｑが二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに近づくように変化させる機能部である。
本実施形態では、電流フィードバック制御部４２は、図１に示すように、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、ｄ軸電圧指令Ｖｄを、ｄ軸電流指令Ｉｄｃとｄ軸実電流Ｉｄとの偏差に基づいて比例積分演算を行うｄ軸比例積分制御器５３により算出する。また、電流フィードバック制御部４２は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、ｑ軸電圧指令Ｖｑを、ｑ軸電流指令Ｉｑｃとｑ軸実電流Ｉｑとの偏差に基づいて、比例積分演算を行うｑ軸比例積分制御器５４、及びトルク振動周波数ωｐの周期関数の特性を有する高調波モデルを用いた演算を行うｑ軸高調波制御器５５により算出するように構成されている。
なお、ｄ軸比例積分制御器５３により算出されたｄ軸基本電圧指令Ｖｂｄが、ｄ軸電圧指令Ｖｄに設定され、ｑ軸比例積分制御器５４により算出されたｑ軸基本電圧指令Ｖｂｑとｑ軸高調波制御器５５により算出されたｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑとを加算した値が、ｑ軸電圧指令Ｖｑに設定されるように構成されている。
ここで、ｄ軸電圧指令Ｖｄは、二相電圧指令のｄ軸成分であり、ｄ軸実電流Ｉｄは、二相実電流のｄ軸成分であり、ｑ軸電圧指令Ｖｑは、二相電圧指令のｑ軸成分であり、ｑ軸実電流Ｉｑは、二相実電流のｑ軸成分である。
【００６６】
なお、電流フィードバック制御部４２は、基本制御を実行する際に、ｄ軸電圧指令Ｖｄを、ｄ軸比例積分制御器５３により算出し、ｑ軸電圧指令Ｖｑを、ｑ軸高調波制御器５５を用いずに、ｑ軸比例積分制御器５４により算出するように構成されている。すなわち、ｄ軸比例積分制御器５３、ｑ軸比例積分制御器５４が、基本制御及びｄ軸指令固定制御の共用の制御器であり、ｑ軸高調波制御器５５が、ｄ軸指令固定制御の専用の制御器である。
【００６７】
１−４−１．比例積分制御器
本実施形態では、各比例積分制御器５３、５４は、式（１１）、式（１２）に示すように、二相実電流Ｉｄ、Ｉｑと二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃとの電流偏差に基づいて、比例演算及び積分演算を行って基本電圧指令Ｖｂｄ、Ｖｂｑを算出する比例積分（ＰＩ）制御器とされている。
【数１１】
0005626592.tif 000012
【数１２】
0005626592.tif 000013
ここで、Ｋｐｄは、ｄ軸比例ゲインであり、Ｋｐｑは、ｑ軸比例ゲインであり、Ｋｉｄは、ｄ軸積分ゲインであり、Ｋｉｑは、ｑ軸積分ゲインである。
【００６８】
なお、各比例積分制御器５３、５４は、比例積分（ＰＩ）制御器以外の制御器、例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）制御器とされていてもよい。
また、電流フィードバック制御部４２には、各比例積分制御器５３、５４に加えて、式（１３）に示すような、非干渉器が追加的に備えられてもよい。この場合は、非干渉器の算出値ΔＶｄ、ΔＶｑが、追加的に二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに加算される。
【数１３】
0005626592.tif 000014
【００６９】
１−４−２．高調波制御器
＜周期振動成分に対する追従誤差＞
非干渉器が備えられる場合は、非干渉器の算出値ΔＶｄ、ΔＶｑを除いた二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに対する、回転電機ＭＧを流れる二相実電流Ｉｄ、Ｉｑの応答を表す伝達関数は、式（１４）で示すように、コイルのインダクタンスＬｄ、Ｌｑ及び抵抗Ｒを用いた一次遅れで表せる。
【数１４】
0005626592.tif 000015
二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに周期的な振動成分が含まれない場合は、比例積分制御器５３、５４だけでも、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに対して二相実電流Ｉｄ、Ｉｑを定常偏差なく追従させることができる。
しかし、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに周期的な振動成分が含まれる場合は、比例積分制御器だけでは、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの周期的な振動成分に対して二相実電流Ｉｄ、Ｉｑが位相遅れを持って追従し、定常偏差が生じる。例えば、図１１のタイムチャートに示すように、時刻ｔ１１までの期間は、ｑ軸比例積分制御器５４だけでｑ軸電圧指令Ｖｑを算出しており、ｑ軸実電流Ｉｑは、周期振動しているｑ軸電流指令Ｉｑｃに対して位相遅れ及びゲイン低下を持って追従しており、定常偏差を有している。
【００７０】
＜内部モデル原理＞
そこで、指令値に定常偏差なく追従させるために、フィードバック系の内部に、指令値の極と同じ極を有する制御器を導入することが有効であるという、内部モデル原理の制御理論を用いることが考えられる。
二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃにトルク振動周波数ωｐのｎ倍の正弦波（又は余弦波）の周期的な振動成分が含まれている場合は、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、時間領域において式（１５）で表せる。
【数１５】
0005626592.tif 000016
式（１５）のｑ軸電流指令Ｉｑｃは、周波数領域（ｓ領域）では、式（１６）の伝達関数で表せる。ここで、ｓは、ラプラス演算子である。
【数１６】
0005626592.tif 000017
なお、ｑ軸電流指令Ｉｑｃが余弦波の場合は、次式の伝達関数で表せる。
【数１７】
0005626592.tif 000018
【００７１】
式（１５）、式（１６）より、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの極、すなわち、伝達関数の分母が０になるｓは、次式となる。
【数１８】
0005626592.tif 000019
よって、内部モデル原理により、電流フィードバック制御部４２の伝達関数Ｇｆｂは、次式のように、式（１８）の極を有するように構成すれば、指令値に定常偏差なく追従させることが可能となる。
【数１９】
0005626592.tif 000020
式（１９）の右辺の第一項は、比例積分制御器５３、５４の積分演算として含まれる。
【００７２】
＜高調波モデル＞
よって、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃにトルク振動周波数ωｐのｎ倍の正弦波（又は余弦波）の振動成分が含まれている場合は、定常偏差を減少させるためには、比例積分制御器５３、５４に加えて、式（１９）の右辺の第一項を削除した式（２０）に示す伝達関数Ｇｈの特性を有する高調波モデルを用いる必要がある。
【数２０】
0005626592.tif 000021
ここで、式（２０）に示す高調波モデルの伝達関数Ｇｈの分母（ｓ２＋（ｎωｐ）２）は、トルク振動周波数ωｐのｎ倍の周波数の正弦波又は余弦波の周期関数に対応する伝達関数である。
【００７３】
式（２０）に示す高調波モデルの伝達関数Ｇｈの分子Ｂｎ（ｓ）は、電流フィードバック制御系の安定性が確保されるように設定される。
例えば、式（２１）のように、高調波モデルの伝達関数Ｇｈの分子Ｂｎ（ｓ）を０次（ｓの０乗）の伝達関数にすることができる。
【数２１】
0005626592.tif 000022
また、式（２２）及び式（２３）に示すように、高調波モデルの伝達関数Ｇｈの分子Ｂｎ（ｓ）を１次（ｓの１乗）又は２次（ｓの２乗）の伝達関数にすることができる。
【数２２】
0005626592.tif 000023
【数２３】
0005626592.tif 000024
ここで、Ｋｈｎ、Ｋｈｐｎ、Ｋｈｉｎは、制御ゲインである。
【００７４】
二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに複数の周波数の振動成分が含まれる場合は、各周波数の振動成分による定常偏差を減少させるためには、各周波数に対応する複数の高調波モデルを並列して用いる必要がある。
【００７５】
上記のように、本発明に係わる実施形態とは異なり、出力トルク指令値Ｔｍｏにトルク振動が含まれる場合に基本制御が実行されるように構成された場合は、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃの双方に、周期的な振動成分が含まれる。よって、出力トルク指令値Ｔｍｏにトルク振動が含まれる場合にｄ軸指令固定制御を実行することなく基本制御で対応しようとすると、ｑ軸の電流フィードバック制御系においてだけでなく、ｄ軸の電流フィードバック制御系においても高調波モデルを用いる必要性がある。
また、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃに、トルク振動周波数ωｐ（１次）に加え、高次の複数の周波数成分が含まれる。この場合は、定常偏差を減少させるために、各周波数に対応した複数の高調波モデルを並列して用いる必要がある。これにより、演算処理が複雑になると共に、制御装置３０の演算負荷が増大する。特に、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨いで振動する場合は、ｄ軸電流指令Ｉｄｃに含まれる高次の複数の周波数成分が大きくなるため、複数の高調波モデルを用いる必要性が高い。
【００７６】
一方、本発明に係わる実施形態のように、ｄ軸指令固定制御が実行されるように構成された場合は、正弦波のトルク振動が含まれる出力トルク指令値Ｔｍｏに対して、ｄ軸電流指令Ｉｄｃには、周期的な振動成分が含まれないようにすることができ、ｑ軸電流指令Ｉｑｃに、トルク振動周波数ωｐの振動成分のみが含まれるようにすることできる。よって、本実施形態では、周期的な振動成分による定常偏差を減少させるために、ｑ軸の電流フィードバック制御系に対してのみ、トルク振動周波数ωｐに対応した１つの高調波モデルを用いればよい。
すなわち、本実施形態では、ｑ軸高調波制御器５５は、式（２４）の伝達関数に示すような、トルク振動周波数ωｐの正弦波又は余弦波の周期関数の特性を有する高調波モデルに設定される。
【数２４】
0005626592.tif 000025
ここで、式（２４）の高調波モデルの伝達関数Ｇｈの分子Ｂ１（ｓ）は、式（２１）、式（２２）、又は式（２３）に示すように設定される。
なお、式（２４）及び式（２１）の高調波モデルを用いたｑ軸高調波制御器５５は、式（２５）に示すように、ｑ軸電流指令Ｉｑｃとｑ軸実電流Ｉｑとの電流偏差に基づいて、２つの積分器（１／ｓ）と、帰還ループを有する演算により、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑを算出するように構成することができる。
【数２５】
0005626592.tif 000026
【００７７】
このように、本実施形態では、電流フィードバック制御部４２に備える高調波モデルを１つにまで低減することができ、演算処理の複雑化及び制御装置３０の演算負荷の増大を抑制することができる。特に、出力トルク指令値Ｔｍｏが０を跨いで振動する場合におけるｄ軸についての抑制効果が高い。
【００７８】
＜高調波制御の挙動＞
次に、図１１を参照して、高調波制御の挙動を説明する。
図１１では、ｄ軸指令固定制御を実行しているので、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、出力トルク指令値Ｔｍｏと同じトルク振動周波数ωｐの正弦波（又は余弦波）となっている。
時刻ｔ１１までは、高調波制御の効果をわかりやすくするために、高調波制御が実行されていない。すなわち、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑが０に設定されており、ｑ軸電圧指令Ｖｑは、ｑ軸比例積分制御器５４により算出されたｑ軸基本電圧指令Ｖｂｑからなる。高調波制御が実行されていない場合は、ｑ軸基本電圧指令Ｖｂｑは、トルク振動周波数ωｐで振動しているｑ軸電流指令Ｉｑｃにｑ軸実電流Ｉｑを一致させるために周期変化しているが、ｑ軸実電流Ｉｑは、周期振動しているｑ軸電流指令Ｉｑｃに対して位相遅れ及びゲイン低下を持って追従しており、電流偏差に定常偏差を有している。
【００７９】
一方、時刻ｔ１１で高調波制御が開始されると、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑが、ｑ軸電流指令Ｉｑｃとｑ軸実電流Ｉｑとの電流偏差に応じて、トルク振動周波数ωｐで自己励起的に振動し始めると共に振幅が増加していく。この際、高調波モデルは、電流偏差を積分すると共に自己励起的にトルク振動周波数ωｐで振動して、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑを生成する作用がある。また、電流偏差は、トルク振動周波数ωｐで振動している。このため、トルク振動周波数ωｐで振動しているｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑの位相は、電流偏差が減少する方向に進角又は遅角されると共に、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑの振幅は、電流指令が減少する方向に増加又は減少される。よって、ｑ軸電流指令Ｉｑｃとｑ軸実電流Ｉｑとの電流偏差が減少していく。
【００８０】
このため、電流偏差に応じて算出されるｑ軸基本電圧指令Ｖｂｑも減少していく。そして、時刻ｔ１２で、ｑ軸高調波電圧指令Ｖｈｑによって、定常偏差を減少させて、ｑ軸実電流Ｉｑをｑ軸電流指令Ｉｑｃに追従させることができ、ｑ軸基本電圧指令Ｖｂｑの周期変化を０近くまで減少させることができている。
【００８１】
１−５．二相三相電圧変換部４３
二相三相電圧変換部４３は、電流フィードバック制御部４２が算出した二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、三相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する機能部である。すなわち、ｄｑ軸回転座標系で表した二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、磁極位置θｒｅに基づいて、固定座標変換及び二相三相変換を行って、三相それぞれのコイルへの電圧指令である三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。
【００８２】
１−６．インバータ制御部４４
インバータ制御部４４は、三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、インバータＩＮが備える複数のスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ制御信号Ｓｕｖｗを生成する。
本実施形態では、インバータ制御部４４は、三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとキャリア波との比較に基づく各種のパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、インバータ制御信号Ｓｕｖｗを生成する。インバータＩＮが備える複数のスイッチング素子は、インバータ制御信号Ｓｕｖｗに基づきオンオフ制御される。
パルス幅変調の方式を、正弦波ＰＷＭ（ＳＰＷＭ：ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＰＷＭ）、空間ＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ：ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ＰＷＭ）、３次高調波注入ＰＷＭ（ＴＨＩＰＷＭ：ｔｈｉｒｄ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ＰＷＭ）、不連続ＰＷＭ（ＤＰＷＭ：ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ＰＷＭ）などで切り替え可能に構成されてもよい。
【００８３】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００８４】
（１）回転電機ＭＧは、図１２に示すように、内燃機関としてのエンジンＥに駆動連結されるとともに、車輪Ｗに駆動連結されるように構成されてもよい。なお、図１２に示す例では、回転電機ＭＧと車輪Ｗとの動力伝達経路に変速機構ＴＭが設けられている。
この構成の場合、出力トルク指令値Ｔｍｏは、エンジンＥから回転電機ＭＧに伝達されるトルク振動を打ち消すためのトルク指令とされてもよい。この場合、トルク振動周波数ωｐは、エンジンＥの燃焼周波数に応じた周波数に設定される。
【００８５】
（２）上記の実施形態において、制御装置３０に備えられた出力トルク指令設定部３９が、出力トルク指令値Ｔｍｏを設定している場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、外部の装置から制御装置３０に出力トルク指令値Ｔｍｏ、又は振動トルク指令値Ｔｐが伝達されるように構成されてもよい。
【００８６】
（３）上記の実施形態において、出力トルク指令値Ｔｍｏがトルク振動周波数ωｐの正弦波（又は余弦波）を含む場合に、ｄ軸指令固定制御が実行される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、出力トルク指令値Ｔｍｏが周期的なトルク振動を含む場合に、ｄ軸指令固定制御が実行されればよく、例えば、周期的なトルク振動は、複数の異なる周波数の正弦波（又は余弦波）からなる波、或いは、三角波、のこぎり波、又は任意の波形の周期関数であってもよい。この場合でも、ｄ軸指令固定制御を実行することにより、ｄ軸電流指令Ｉｄｃに含まれる周期的な振動成分を０まで低減させることができ、ｑ軸電流指令Ｉｑｃに含まれる周期的な振動成分をトルク振動成分と同じ振動成分まで低減させることができる。
またこの場合、ｑ軸高調波制御器５５は、出力トルク指令値Ｔｍｏに含まれる周期的なトルク振動に合わせて、異なる周波数を有する複数の高調波モデルを備えるように構成されてもよい。
【００８７】
（４）上記の実施形態において、ｄ軸電流固定部５１が二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が基本制御線と少なくとも一箇所で交わるように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、ｄ軸電流固定部５１は、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が基本制御線と交わらないように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されてもよい。例えば、ｄ軸電流固定部５１は、ｄｑ軸回転座標系において、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が、ｄ軸負側領域内に位置し、基本制御線と交わらないように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されてもよい。
【００８８】
（５）上記の実施形態において、ｄ軸電流固定部５１が、第一方式、第二方式、第三方式、又は第四方式を用いて、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、ｄ軸電流固定部５１は、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃの振動軌跡が基本制御線と少なくとも一箇所で交わるように、ｄ軸電流指令Ｉｄｃを決定するように構成されていれば、上記以外の方式を用いて決定してもよい。
【００８９】
（６）上記の実施形態において、電流フィードバック制御部４２は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、ｑ軸電圧指令Ｖｑを、ｑ軸比例積分制御器５４、及びｑ軸高調波制御器５５により算出するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、電流フィードバック制御部４２は、ｄ軸指令固定制御を実行する際に、ｑ軸電圧指令Ｖｑを、ｑ軸高調波制御器５５を用いずに、ｑ軸比例積分制御器５４のみにより算出するように構成されてもよい。この場合でも、ｑ軸電流指令Ｉｑｃは、トルク振動周波数ωｐに対して高次の周波数の振動成分が低減されているので、ｑ軸高調波制御器５５を用いなくとも、追従性の悪化を抑制できる。
【００９０】
（７）上記の実施形態において、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合に、ｄ軸指令固定制御を実行するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、トルク電流演算部４０は、出力トルク指令値Ｔｍｏに周期的なトルク振動が含まれる場合でも、出力トルク指令値Ｔｍｏが０付近で振動している場合、或いは０を跨いで振動している場合にのみ、ｄ軸指令固定制御を実行し、それ以外の場合には、基本制御を実行するように構成されてもよい。
上記のように、基本制御の実行時に、二相電流指令Ｉｄｃ、Ｉｑｃにトルク振動周波数ωｐに対して高次の周波数の振動成分が多く含まれるのは、出力トルク指令値Ｔｍｏが０付近で振動している場合、或いは０を跨いで振動している場合であるので、これ以外の場合は、基本制御を行うように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、ロータを有する回転電機を制御するための制御装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
３０      ：制御装置
３９      ：出力トルク指令設定部
４０      ：トルク電流演算部
４１      ：実電流演算部
４２      ：電流フィードバック制御部
４３      ：二相三相電圧変換部
４４      ：インバータ制御部
４７      ：電圧制御部
５１      ：ｄ軸電流固定部
５２      ：ｑ軸電流設定部
５３      ：ｄ軸比例積分制御器
５４      ：ｑ軸比例積分制御器
５５      ：ｑ軸高調波制御器
５６      ：基準トルク指令設定部
５７      ：周期振動トルク指令設定部
ＭＧ      ：回転電機
ＩＮ      ：インバータ
Ｖｔ      ：蓄電装置
Ｓｅ１    ：電流センサ
Ｓｅ２    ：回転速度センサ
θｒｅ    ：磁極位置
ωｒｅ    ：磁極回転速度
ωｐ      ：トルク振動周波数
Ｌｄ      ：コイルのｄ軸インダクタンス
Ｌｑ      ：コイルのｑ軸インダクタンス
Ｒ        ：抵抗
Ｔｍｏ    ：出力トルク指令値
Ｔｂ      ：基準トルク指令値
Ｔｐ      ：振動トルク指令値
Ｔｍ      ：回転電機の出力トルク
Ｉ        ：回転電機を流れる電流
Ｉｄｃ    ：ｄ軸電流指令（第一軸電流指令）
Ｉｑｃ    ：ｑ軸電流指令（第二軸電流指令）
Ｉｄ      ：ｄ軸実電流（第一軸実電流）
Ｉｑ      ：ｑ軸実電流（第二軸実電流）
Ｖｂｄ    ：ｄ軸基本電圧指令
Ｖｂｑ    ：ｑ軸基本電圧指令
Ｖｈｑ    ：ｑ軸高調波電圧指令
Ｖｄ      ：ｄ軸電圧指令（第一軸電圧指令）
Ｖｑ      ：ｑ軸電圧指令（第二軸電圧指令）
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ  ：三相電圧指令
Ｓｕｖｗ  ：インバータ制御信号
【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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