(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モーター電流に含まれる基本波成分と高調波成分を検出する電流成分検出手段と、
前記交流モーター電流の各成分ごとに設けられる複数の電流制御手段であって、前記電流成分検出手段で検出された各成分の電流検出値と各成分の電流指令値との偏差に対して少なくとも積分制御を施し、前記交流モーターに印加する各成分の交流電圧の指令値を演算する複数の電流制御手段と、
それぞれの前記電流制御手段ごとに設けられ、それぞれの前記電流制御手段の電圧指令値を所定のリミット値に制限する複数の電圧リミット手段であって、基本波成分の電圧リミット手段のリミット値には、前記電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、高調波成分の電圧リミット手段のリミット値には、前記電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値から基本波成分の電圧リミット手段の出力を減じた値を設定する複数の電圧リミット手段と、
前記複数の電圧リミット手段の出力を加算し、その加算値に応じた電圧を前記交流モーターに印加する電力変換手段とを備えることを特徴とするモーター制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモーター制御装置において、
それぞれの前記電流制御手段は、対応する前記電圧リミット手段が前記電流制御手段の電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、積分制御を停止することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモーター制御装置において、
それぞれの前記電流制御手段は、対応する前記電圧リミット手段が前記電流制御手段の電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記電流制御手段の電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記電流指令値を低減することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項４】
３相交流モーター電流に含まれる基本波成分と高調波成分を検出する電流検出器と、
前記３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系において前記３相交流モーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御回路であって、前記電流検出器により検出された基本波成分の電流検出値と基本波成分の電流指令値との偏差に少なくとも積分制御を施し、前記３相交流モーターに印加する基本波電圧の指令値を演算する基本波電流制御回路と、
前記３相交流モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する直交座標系（以下、高調波座標系という）において前記３相交流モーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御回路であって、前記電流検出器により検出された高調波成分の電流検出値と高調波成分の電流指令値との偏差に少なくとも積分制御を施し、前記３相交流モーターに印加する高調波電圧の指令値を演算する高調波電流制御回路と、
前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を所定のリミット値に制限する基本波電圧リミッターと、
前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を所定のリミット値に制限する高調波電圧リミッターと、
前記基本波電圧リミッターと前記高調波電圧リミッターの出力を加算し、その加算値に応じた電圧を前記交流モーターに印加する電力変換器とを備えることを特徴とするモーター制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電圧リミッターのリミット値には、前記電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、前記高調波電圧リミッターのリミット値には、前記電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値から前記基本波電圧リミッターの出力を減じた値を設定することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電流制御回路は、前記基本波電圧リミッターが前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは積分制御を停止し、前記高調波電流制御回路は、前記高調波電圧リミッターが前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは積分制御を停止することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路は、積分制御ゲインを０にして積分制御を停止することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電流制御回路は、前記基本波電圧リミッターが前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記基本波電流指令値を低減し、
前記高調波電流制御回路は、前記高調波電圧リミッターが前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記高調波電流指令値を低減することを特徴とするモーター制御装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれかの項に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電圧リミッターおよび前記高調波電圧リミッターは、前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ３相交流座標における電圧指令値に変換し、３相交流座標上においてリミット処理を行うことを特徴とするモーター制御装置。
【請求項１０】
請求項４〜８のいずれかの項に記載のモーター制御装置において、
前記基本波電圧リミッターおよび前記高調波電圧リミッターは、前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ２相交流座標（αβ軸座標）における電圧指令値に変換し、２相交流座標上においてリミット処理を行うことを特徴とするモーター制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモーター制御装置に関し、特に、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願２０００−３５６１１７号により、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するモーター制御装置を提案している。このモーター制御装置では、モーター回転と同期して回転するｄｑ軸座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御回路と、基本波電流の整数倍の周波数で回転するｄhｑh座標系で高調波電流を制御する高調波電流制御回路とを備え、３相交流モーターに流れる電流を制御する。基本波電流制御回路では実際のｄｑ軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄｑ軸電圧指令値を演算し、高調波電流制御回路では実際のｄhｑh軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄhｑh軸電圧指令値を演算する。そして、ｄｑ軸電圧指令値とｄhｑh軸電圧指令値とを加算して３相交流電圧指令値に変換し、インバーターにより３相交流モーターに交流電圧を印加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバーターの電源電圧や出力制限などによってモーターに印加できる電圧には上下限があるため、上述した電流制御回路で演算した３相交流電圧指令値がインバーター出力電圧の上下限を超えることがある。このとき、基本波電流制御回路および高調波電流制御回路において実電流を指令値に収束させることができなくなり、電流制御回路に積分制御が含まれる場合には実電流と指令値との偏差、すなわち電流制御誤差を積分し続けるので、電流制御系の応答性が著しく低下するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、交流モーター電流を制御する電流制御回路出力の交流電圧指令値がインバーター出力電圧の上下限を超えたときの電流制御回路の応答性を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、交流モーター電流に含まれる基本波成分と高調波成分を検出する電流成分検出手段と、前記交流モーター電流の各成分ごとに設けられる複数の電流制御手段であって、前記電流成分検出手段で検出された各成分の電流検出値と各成分の電流指令値との偏差に対して少なくとも積分制御を施し、前記交流モーターに印加する各成分の交流電圧の指令値を演算する複数の電流制御手段と、それぞれの前記電流制御手段ごとに設けられ、それぞれの前記電流制御手段の電圧指令値を所定のリミット値に制限する複数の電圧リミット手段であって、基本波成分の電圧リミット手段のリミット値には、前記電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、高調波成分の電圧リミット手段のリミット値には、前記電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値から基本波成分の電圧リミット手段の出力を減じた値を設定する複数の電圧リミット手段と、前記複数の電圧リミット手段の出力を加算し、その加算値に応じた電圧を前記交流モーターに印加する電力変換手段とを備える。
（２）  請求項２のモーター制御装置は、それぞれの前記電流制御手段によって、対応する前記電圧リミット手段が前記電流制御手段の電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、積分制御を停止するようにしたものである。
（３）  請求項３のモーター制御装置は、それぞれの前記電流制御手段によって、対応する前記電圧リミット手段が前記電流制御手段の電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記電流制御手段の電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記電流指令値を低減するようにしたものである。
（４）  請求項４の発明は、３相交流モーター電流に含まれる基本波成分と高調波成分を検出する電流検出器と、前記３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系において前記３相交流モーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御回路であって、前記電流検出器により検出された基本波成分の電流検出値と基本波成分の電流指令値との偏差に少なくとも積分制御を施し、前記３相交流モーターに印加する基本波電圧の指令値を演算する基本波電流制御回路と、前記３相交流モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する直交座標系（高調波座標系）において前記３相交流モーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御回路であって、前記電流検出器により検出された高調波成分の電流検出値と高調波成分の電流指令値との偏差に少なくとも積分制御を施し、前記３相交流モーターに印加する高調波電圧の指令値を演算する高調波電流制御回路と、前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を所定のリミット値に制限する基本波電圧リミッターと、前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を所定のリミット値に制限する高調波電圧リミッターと、前記基本波電圧リミッターと前記高調波電圧リミッターの出力を加算し、その加算値に応じた電圧を前記交流モーターに印加する電力変換器とを備える。
（５）  請求項５のモーター制御装置は、前記基本波電圧リミッターのリミット値には、前記電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、前記高調波電圧リミッターのリミット値には、前記電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値から前記基本波電圧リミッターの出力を減じた値を設定するようにしたものである。
（６）  請求項６のモーター制御装置は、前記基本波電流制御回路によって、前記基本波電圧リミッターが前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは積分制御を停止し、前記高調波電流制御回路によって、前記高調波電圧リミッターが前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは積分制御を停止するようにしたものである。
（７）  請求項７のモーター制御装置は、前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路によって、積分制御ゲインを０にして積分制御を停止するようにしたものである。
（８）  請求項８のモーター制御装置は、前記基本波電流制御回路によって、前記基本波電圧リミッターが前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記基本波電流制御回路の基本波電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記基本波電流指令値を低減し、前記高調波電流制御回路によって、前記高調波電圧リミッターが前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値を前記リミット値に制限しているときは、前記高調波電流制御回路の高調波電圧指令値の前記リミット値からの超過分に応じて前記高調波電流指令値を低減するようにしたものである。
（９）  請求項９のモーター制御装置は、前記基本波電圧リミッターおよび前記高調波電圧リミッターによって、前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ３相交流座標における電圧指令値に変換し、３相交流座標上においてリミット処理を行うようにしたものである。
（１０）  請求項１０のモーター制御装置は、前記基本波電圧リミッターおよび前記高調波電圧リミッターによって、前記基本波電流制御回路および前記高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ２相交流座標（αβ軸座標）における電圧指令値に変換し、２相交流座標上においてリミット処理を行うようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１）  請求項１の発明によれば、交流モーター電流の基本波成分と高調波成分に対してそれぞれ別個の電流制御手段で電流制御を行い、電流検出値と電流指令値との偏差に対して少なくとも積分制御を施して交流モーターに印加する各成分の交流電圧指令値を演算し、各成分の交流電圧指令値を各成分の電圧リミット手段により所定のリミット値に制限して加算し、その加算値に応じた電圧を電力変換手段により交流モーターに印加するモーター制御装置において、基本波成分の電圧リミット手段のリミット値には、電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、高調波成分の電圧リミット手段のリミット値には、電力変換手段の出力電圧上下限値に応じたリミット値から基本波成分の電圧リミット手段の出力を減じた値を設定するようにしたので、交流モーターに印加する交流電圧を、互いに干渉することなく交流モーター電流の成分ごとに制限することができる上に、交流モーター電流に含まれる優先順位の高い成分から順に、実電流を電流指令値に一致させて高い電流制御性能を実現することができる。
（２）  請求項２の発明によれば、電圧リミット手段が電流制御手段の電圧指令値をリミット値に制限しているときは積分制御を停止するようにしたので、交流電圧指令値のリミットにともなう電流制御出力の飽和を防止でき、電流制御系の応答性を改善することができる。
（３）  請求項３の発明によれば、電圧リミット手段が電流制御手段の電圧指令値をリミット値に制限しているときは、電流制御手段の電圧指令値のリミット値からの超過分に応じて電流指令値を低減するようにしたので、交流電圧指令値のリミットにともなう電流制御出力の飽和を防止でき、電流制御系の応答性を改善することができる。
（４）  請求項４の発明によれば、３相交流モーター電流に含まれる基本波成分と高調波成分ごとに電流制御を行い、電流偏差に対して少なくとも積分制御を施して３相交流モーターに印加する基本波成分と高調波成分の交流電圧指令値を演算するモーター制御装置において、基本波成分と高調波成分の電流制御出力の交流電圧指令値を所定のリミット値に制限するようにしたので、３相交流モーターに印加する交流電圧を、互いに干渉することなく３相交流モーター電流の基本波成分と高調波成分ごとに制限することができる。
（５）  請求項５の発明によれば、基本波電圧リミッターのリミット値には、電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、高調波電圧リミッターのリミット値には、電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値から基本波電圧リミッターの出力を減じた値を設定するようにしたので、３相交流モーター電流に含まれる基本波成分から順に、実電流を電流指令値に一致させて高い電流制御性能を実現することができる。
（６）  請求項６および７の発明によれば、基本波電圧リミッターが基本波電流制御回路の基本波電圧指令値をリミット値に制限しているときは、基本波電流制御回路における積分制御を停止し、高調波電圧リミッターが高調波電流制御回路の高調波電圧指令値をリミット値に制限しているときは、高調波電流制御回路における積分制御を停止するようにしたので、基本波電圧指令値および高調波電圧指令値のリミットにともなう電流制御回路出力の飽和を防止でき、基本波電流制御回路および高調波電流制御回路の応答性を改善することができる。
（７）  請求項８の発明によれば、基本波電圧リミッターが基本波電流制御回路の基本波電圧指令値をリミット値に制限しているときは、基本波電流制御回路の基本波電圧指令値のリミット値からの超過分に応じて基本波電流指令値を低減し、高調波電圧リミッターが高調波電流制御回路の高調波電圧指令値をリミット値に制限しているときは、高調波電流制御回路の高調波電圧指令値のリミット値からの超過分に応じて高調波電流指令値を低減するようにしたので、基本波電圧指令値および高調波電圧指令値のリミットにともなう電流制御回路出力の飽和を防止でき、基本波電流制御回路および高調波電流制御回路の応答性を改善することができる。
（８）  請求項９の発明によれば、基本波電流制御回路および高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ３相交流座標における電圧指令値に変換し、３相交流座標上においてリミット処理を行うようにしたので、最終的に３相交流座標に変換して３相交流モーターを制御するモーター制御装置に対して出力電圧リミッターを簡単に付加することができる。
（９）  請求項１０の発明によれば、基本波電流制御回路および高調波電流制御回路の電圧指令値をそれぞれ２相交流座標（αβ軸座標）における電圧指令値に変換し、２相交流座標上においてリミット処理を行うようにしたので、３相交流座標上でリミット処理を行う場合に比べ、演算量を少なくすることができ、マイクロコンピューターの負担を軽減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御回路と高調波電流制御回路とを備えている。基本波電流制御回路は、モーター回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分を制御する回路である。一方、高調波電流制御回路は、基本波電流制御回路のみでモーター電流ｉu、ｉv、ｉwを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、高調波座標系またはｄhｑh軸座標系という）、換言すれば、モーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する高調波座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。
【０００８】
基本波電流制御回路は、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１、ｄｑ→３相変換器２、非干渉制御器３、３相→ｄｑ変換器４、基本波リミッター９および基本波リミッター超過検知器１１を備えている。ＰＩ−ｄｑ電流制御器１は、減算器２１で算出されるｄｑ軸の電流指令値ｉd＊、ｉq＊と実電流ｉd、ｉqとの偏差にそれぞれＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉd、ｉqを電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸の基本波電圧指令値ｖd＊0、ｖq＊0を演算する。非干渉制御器３は、ｄｑ軸に存在する速度起電力を補償してｄｑ軸電流の応答性を改善するためのｄｑ軸補償電圧ｖd_cmp、ｖq_cmpを演算する。加算器２２は、ｄｑ軸補償電圧ｖd_cmp、ｖq_cmpをＰＩ−ｄｑ電流制御器１の出力ｖd＊0、ｖq＊0に加算して電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を算出する。
【０００９】
ｄｑ→３相変換器２は、３相交流座標系から見た基本波電流座標系（ｄｑ軸座標系）の位相θeに基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流電圧指令値（基本波成分）ｖu＊0、ｖv＊0、ｖw＊0に座標変換する。３相→ｄｑ変換器４は、３相交流座標系から見た基本波電流座標系（ｄｑ軸座標系）の位相θeに基づいて、電流センサー１５により検出した３相交流電流ｉu、ｉv、ｉw（＝−ｉu−ｉv）をｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに座標変換する。
【００１０】
基本波リミッター９は、電力変換器１４の出力電圧を電源電圧や出力制限に依存した上下限値以下とするために３相交流電圧指令値（基本波成分）ｖu＊0、ｖv＊0、ｖw＊0にリミット処理を施し、３相交流電圧指令値（基本波成分）ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を出力する。
【００１１】
図２は基本波リミッター９の動作を示す図である。Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊0が電力変換器１４の出力電圧上限値に相当する上限リミット値Ｖmaxを超える場合には、Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊＝Ｖmaxを出力し、逆に、Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊0が電力変換器１４の出力電圧下限値に相当する下限リミット値Ｖminを下回る場合には、Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊＝Ｖminを出力する。また、Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊0が上限リミット値Ｖmax以下で、且つ下限リミット値Ｖmin以上の範囲内にあれば、Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊＝ｖu＊0を出力する。説明を省略するが、基本波リミッター９はＶ相およびＷ相の基本波電圧指令値ｖv＊0、ｖw＊0についても同様にリミット処理を施し、Ｖ相およびＷ相の基本波電圧指令値ｖv＊、ｖw＊を出力する。
【００１２】
基本波リミッター超過検知器１１は、基本波リミッター９の入力ｖu＊0、ｖv＊0、ｖw＊0と出力ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊の差分を求め、差分が０でないときは、基本波リミッター９において入力電圧指令値ｖu＊0、ｖv＊0、ｖw＊0が上下限リミット値Ｖmax、Ｖminを超えてリミット処理がなされていると判断し、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１の積分ゲインを０にする。これにより、基本波電流制御回路の積分制御が停止され、出力電圧制限によって発生する基本波電流指令値ｉd＊、ｉq＊と実電流ｉd、ｉqとの誤差を不必要に積分し続けることを防止でき、電力変換器１４の出力電圧上下限値内で基本波電流制御の性能を最大限に発揮することができる。つまり、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和が防止され、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００１３】
一方、高調波電流制御回路は、ＰＩ−ｄhｑh電流制御器７、ｄhｑh→３相変換器８、３相→ｄｑ変換器４（基本波電流制御回路と共用）、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）５、ｄｑ→ｄhｑh変換器６、高調波リミッター１０および高調波リミッター超過検知器１２を備えている。ＰＩ−ｄhｑh電流制御器７は、減算器２４で算出されるｄhｑh軸の電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhとの偏差にそれぞれＰＩ制御を施し、実電流ｉdh、ｉqhを電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸の高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する。なお、高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊は通常、０である。
【００１４】
ｄhｑh→３相変換器８は、３相交流座標系から見た高調波電流座標系（ｄhｑh軸座標系）の位相θehに基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流電圧指令値（高調波成分）ｖu'0、ｖv'0、ｖw'0に座標変換する。ハイパスフィルター５は、ｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに含まれている高調波成分を抽出する。ｄｑ→ｄhｑh変換器６は、ｄｑ軸の高調波電流をｄhｑh軸座標系の高調波電流ｉdh、ｉqhに座標変換する。
【００１５】
高調波リミッター１０は、電力変換器１４の出力電圧を電源電圧や出力制限に依存した上下限値以下とするために３相交流電圧指令値ｖu'0、ｖv'0、ｖw'0にリミット処理を施し、３相交流電圧指令値（高調波成分）ｖu'、ｖv'、ｖw'を出力する。
【００１６】
図３は高調波リミッター１０の動作を示す図である。Ｕ相基本波電圧指令値ｖu＊を優先的に出力するためには、３相高調波電圧指令値ｖu'を、電力変換器１４の出力電圧上限値に相当する上限リミット値Ｖmaxから３相基本波電圧指令値ｖu＊を減じた値Ｖu'max（＝Ｖmax−ｖu＊）以下で、且つ、電力変換器１４の出力電圧下限値に相当する下限リミット値Ｖminから３相基本波電圧指令値ｖu＊を減じた値Ｖu'min（＝Ｖmin−ｖu＊）以上に制限しなければならない。したがって、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'が上限リミット値Ｖu'maxを超える場合には、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'＝Ｖu'maxを出力し、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'が下限リミット値Ｖu'minを下回る場合には、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'＝Ｖu'minを出力する。また、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'が上限リミット値Ｖu'max以下で、且つ下限リミット値Ｖv'min以上の範囲内にあれば、Ｕ相高調波電圧指令値ｖu'＝ｖu'0を出力する。説明を省略するが、高調波リミッター１０はＶ相およびＷ相の高調波電圧指令値ｖv'0、ｖw'0についても同様にリミット処理を施し、Ｖ相およびＷ相の高調波電圧指令値ｖv'、ｖw'を出力する。
【００１７】
高調波リミッター超過検知器１２は、高調波リミッター１０の入力ｖu'0、ｖv'0、ｖw'0と出力ｖu'、ｖv'、ｖw'の差分を求め、差分が０でないときは、高調波リミッター１０において入力電圧指令値ｖu'0、ｖv'0、ｖw'0が上下限リミットＶu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを超え、リミット処理が施されていると判断し、ＰＩ−ｄhｑh電流制御器７の積分ゲインを０にする。これにより、高調波電流制御回路の積分制御が停止され、出力電圧制限によって発生する高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhとの誤差を不必要に積分し続けることを防止でき、電力変換器１４の出力電圧上下限値内で高調波電流制御の性能を最大限に発揮することができる。つまり、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和が防止され、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００１８】
加算器２３は、基本波電流制御回路出力の３相基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と、高調波電流制御回路出力の３相高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'とを加算し、電力変換器１４へ出力する。電力変換器１４は、バッテリー（不図示）などの直流電源の電力をＩＧＢＴなどのスイッチング素子により交流電力に変換するインバーターであり、基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'との加算値に応じた３相交流電圧を発生してモーターＭに印加する。モーターＭは３相永久磁石同期モーターである。
【００１９】
電流センサー１５は、Ｕ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvを検出する。なお、Ｗ相交流電流ｉwはＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvによりｉw（＝−ｉu−ｉv）として求められる。パルスエンコーダーＰＳはモーターＭに連結され、モーターＭの回転に応じたパルス信号を出力する。位相速度演算器１６は、パルスエンコーダーＰＳからのパルス信号に基づいてモーターＭの回転速度Ｎeを検出するとともに、３相交流座標系から見た基本波電流座標系（ｄｑ軸座標系）の位相θeと、ｄｑ軸座標系から見た高調波電流座標系（ｄhｑh軸座標系）の位相θehを演算する。例えば、ｄｑ軸電流に含まれるｋ次高調波をｄhｑh軸座標系で制御する場合に、θeh＝ｋ・θeとして求める。
【００２０】
以上説明したようにこの第１の実施の形態によれば、基本波リミッター９により、基本波電流制御回路により演算された３相基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を、それぞれ電力変換器１４の出力電圧上下限値に相当する上限リミット値Ｖmaxから下限リミット値Ｖminまでの範囲内に制限するようにしたので、基本波電流制御回路の性能を最大限に発揮させることができる。
【００２１】
また、高調波電流制御回路においては、高調波リミッター１０により、電力変換器１４の出力電圧上下限値に相当する上下限リミット値Ｖmax、値Ｖminから３相基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を減じて得られる上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを設定し、高調波電流制御回路により演算された３相高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'をそれぞれ上限リミット値から下限リミット値までの範囲内Ｖu'max〜Ｖu'min、Ｖv'max〜Ｖv'min、Ｖw'max〜Ｖw'minに制限するようにしたので、電力変換器１４の出力電圧上下限値から３相基本波電圧を減じた電力変換器１４の出力電圧余裕分だけ３相高調波電圧が出力されることになり、電力変換器１４の出力電圧上下限内で高調波電流制御回路の性能を最大限に発揮させることができる。
【００２２】
さらに、第１の実施の形態によれば、基本波電流制御回路により演算された３相基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊が電力変換器１４の出力電圧上下限値に相当する上下限リミット値Ｖmax、Ｖminを超えて、基本波リミッター９によりリミット処理が行われているときは、基本波電流制御系の積分制御ゲインを０にし、基本波電流偏差（誤差）の積分を停止するようにしたので、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和を防止でき、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。同様に、高調波電流制御回路により演算された３相高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'がそれぞれ、電力変換器１４の出力電圧上下限値から３相基本波電圧を減じた電力変換器１４の出力電圧余裕分に相当する上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを超えてリミット処理が行われているときは、高調波電流制御系の積分制御ゲインを０にし、高調波電流偏差（誤差）の積分を停止するようにしたので、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和を防止でき、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００２３】
《発明の第２の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では、基本波電流制御回路出力の３相基本波電圧指令値が上下限リミット値を超えたときは基本波電流制御の積分ゲインを０にし、高調波電流制御回路出力の３相高調波電圧指令値が上下限リミット値を超えたときは高調波電流制御の積分ゲインを０にする例を示した。この第２の実施の形態では、基本波および高調波電流制御回路において３相交流電圧指令値が上下限リミット値を超えたときに、その超過分に応じて基本波および高調波電流指令値を低減する。
【００２４】
図４は第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。まず、基本波電流制御回路において、減算器２６は、基本波リミッター９の入力ｖu＊0、ｖv＊0、ｖw＊0からそれぞれ出力ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を減算し、３相基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊の上下限リミット値Ｖmax、Ｖminからの超過分を算出する。３相→ｄｑ変換器１１Ａは、基本波リミッター９の入出力の差分すなわち上下限リミット値の超過分をｄｑ軸座標系に座標変換し、ｄｑ軸における超過分Δｖd、Δｖqを出力する。
【００２５】
乗算器１７はｄｑ軸における超過分Δｖd、ΔｖqにそれぞれゲインＫad、Ｋaqを乗じ、減算器２５はｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊からそれぞれ超過分Ｋad・Δｖd、Ｋaq・Δｖqを減じる。つまり、基本波電流制御回路において、３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊の上下限リミット値Ｖmax、Ｖminからの超過分に応じてｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊を低減する。これにより、第１の実施の形態と同様な効果が得られる。つまり、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和を防止でき、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００２６】
同様に高調波電流制御回路において、減算器２８は、高調波リミッター１０の入力ｖu'0、ｖv'0、ｖw'0からそれぞれ出力ｖu'、ｖv'、ｖw'を減算し、３相高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'の上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minからの超過分を算出する。３相→ｄhｑh変換器１２Ａは、高調波リミッター１０の入出力の差分すなわち上下限リミット値の超過分をｄhｑh軸座標系に座標変換し、ｄhｑh軸における超過分Δｖdh、Δｖqhを出力する。
【００２７】
乗算器１８はｄhｑh軸における超過分Δｖdh、ΔｖqhにそれぞれゲインＫadh、Ｋaqhを乗じ、減算器２７はｄｑ軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊からそれぞれ超過分Ｋadh・Δｖdh、Ｋaqh・Δｖqhを減じる。つまり、高調波電流制御回路において、３相交流電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'の上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minからの超過分に応じてｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊を低減する。これにより、第１の実施の形態と同様な効果が得られる。つまり、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和を防止でき、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００２８】
《発明の第３の実施の形態》
上述した一実施の形態では３相交流座標系において電圧指令値にリミッター処理を施す例を示したが、この第３の実施の形態では２相交流座標系（以下、αβ軸座標系という）において電圧指令値にリミッター処理を施す。
【００２９】
図５は第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１および図４に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。まず、基本波電流制御回路において、ｄｑ→２相変換器２Ｂは、ｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊をαβ軸座標系における電圧指令値ｖα＊0、ｖβ＊0に座標変換する。基本波リミッター９Ｂは、αβ軸電圧指令値ｖα＊0、ｖβ＊0を上下限リミット値Ｖmax’、Ｖmin’以下に制限し、αβ軸電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊を出力する。ここで、上下限リミット値Ｖmax’、Ｖmin’はそれぞれ、電力変換器１４の出力電圧上限値および下限値に相当するαβ軸電圧指令値のリミット値である。
【００３０】
減算器３０は、基本波リミッター９Ｂの入力ｖα＊0、ｖβ＊0からそれぞれ出力ｖα＊、ｖβ＊を減算し、２相基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊の上下限リミット値Ｖmax’、Ｖmin’からの超過分を算出する。２相→ｄｑ変換器１１Ｂは、αβ軸座標系における基本波リミッター９Ｂの入出力の差分すなわち上下限リミット値の超過分をｄｑ軸座標系に座標変換し、ｄｑ軸における超過分Δｖd、Δｖqを出力する。
【００３１】
乗算器１７はｄｑ軸における超過分Δｖd、ΔｖqにそれぞれゲインＫad、Ｋaqを乗じ、減算器２５はｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊からそれぞれ超過分Ｋad・Δｖd、Ｋaq・Δｖqを減じる。つまり、基本波電流制御回路において、２相交流電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊の上下限リミット値Ｖmax’、Ｖmin’からの超過分に応じてｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊を低減する。これにより、第１および第２の実施の形態と同様な効果が得られる。つまり、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和を防止でき、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３２】
同様に高調波電流制御回路において、ｄhｑh→２相変換器８Ｂは、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸座標系における電圧指令値ｖα'0、ｖβ'0に座標変換する。高調波リミッター１０Ｂは、αβ軸電圧指令値ｖα'0、ｖβ'0を上下限リミット値Ｖα'max、Ｖα'min、Ｖβ'max、Ｖβ'min以下に制限し、αβ軸電圧指令値ｖα'、ｖβ'を出力する。ここで、上下限リミット値Ｖα'max、Ｖα'min、Ｖβ'max、Ｖβ'minはそれぞれαβ軸基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊を優先的に出力するように設定され、Ｖα'max＝Ｖmax’−ｖα＊、Ｖα'min＝Ｖmin’−ｖα＊、Ｖβ'max＝Ｖmax’−ｖβ＊、Ｖβ'min＝Ｖmin’−ｖβ＊である。
【００３３】
次に、減算器３１は、高調波リミッター１０Ｂの入力ｖα'0、ｖβ'0からそれぞれ出力ｖα'、ｖβ'を減算し、２相高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'の上下限リミット値Ｖα'max、Ｖα'min、Ｖβ'max、Ｖβ'minからの超過分を算出する。２相→ｄhｑh変換器１２Ｂは、高調波リミッター１０Ｂの入出力の差分すなわち上下限リミット値の超過分をｄhｑh軸座標系に座標変換し、ｄhｑh軸における超過分Δｖdh、Δｖqhを出力する。
【００３４】
乗算器１８はｄhｑh軸における超過分Δｖdh、ΔｖqhにそれぞれゲインＫadh、Ｋaqhを乗じ、減算器２７はｄｑ軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊からそれぞれ超過分Ｋadh・Δｖdh、Ｋaqh・Δｖqhを減じる。つまり、高調波電流制御回路において、２相交流電圧指令値ｖα'、ｖβ'の上下限リミット値Ｖα'max、Ｖα'min、Ｖβ'max、Ｖβ'minからの超過分に応じてｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊を低減する。これにより、第１および第２の実施の形態と同様な効果が得られる。つまり、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和を防止でき、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３５】
加算器２９は、基本波電流制御回路で算出されたαβ軸電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊にそれぞれ、高調波電流制御回路で算出されたαβ軸電圧指令値ｖα'、ｖβ'を加算し、２相→３相変換器１３はそれらの加算値を３相交流電圧指令値に変換して電流変換器１４へ出力する。
【００３６】
なお、上述した一実施の形態では、基本波リミッターおよび高調波リミッターにより３相交流座標系およびαβ座標系における電圧指令値に対してリミット処理を施す例を示したが、ｄｑ軸座標系の電圧指令値に対してリミット処理を施すようにしてもよい。また、基本波リミッターをｄｑ軸座標系における電圧指令値に対して施し、高調波リミッターをｄhｑh軸座標系における電圧指令値に施すようにしてもよい。
【００３７】
また、上述した一実施の形態では３相永久磁石同期モーターを例に上げて説明したが、３相誘導モーターに対しても本願発明を適用することができる。
【００３８】
さらに、上述した一実施の形態では３相交流モーターに流れる電流の基本波成分を制御する基本波電流制御回路と、モーター電流に含まれる所定次数の高調波成分を制御する高調波電流制御回路とを備えたモーター制御装置を例に上げて説明したが、基本波電流制御回路の他に、モーター電流に含まれる複数の次数の高調波成分を制御する複数の高調波電流制御回路を備えたモーター制御装置に対しても本願発明を適用することができる。
【００３９】
すなわち、交流モーター電流に含まれる互いに異なる複数の成分を検出するとともに、交流モーター電流の各成分ごとに、各成分の電流検出値と各成分の電流指令値との偏差に対して少なくとも積分制御を施して交流モーターに印加する各成分の交流電圧指令値を演算する複数の電流制御回路を設ける。さらに、それぞれの電流制御回路ごとに、それぞれの電流制御回路の電圧指令値を所定のリミット値に制限する複数の電圧リミッターを設け、複数の電圧リミッターの出力を加算し、その加算値に応じた電圧を電力変換器により交流モーターに印加する。
【００４０】
この場合、交流モーター電流の各成分に優先順位を定め、優先順位が最も高い成分のリミット値には、電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値を設定するとともに、優先順位が最も高い成分以外の成分のリミット値には、電力変換器の出力電圧上下限値に応じたリミット値から当該成分よりも優先順位が高い成分の電圧リミッターの出力をすべて減じた値を設定する。そして、各電流制御回路により、対応する電圧リミッターが電流制御回路の電圧指令値をリミット値に制限しているときは、積分制御を停止する。なお、各電流制御回路によって、対応する電圧リミッターが電流制御回路の電圧指令値をリミット値に制限しているときは、電流制御回路の電圧指令値のリミット値からの超過分に応じて電流指令値を低減するようにしてもよい。
【００４１】
上述した一実施の形態では、電流偏差に対して比例積分制御（ＰＩ制御）を施す基本波電流制御回路および高調波電流制御回路を例に上げて説明したが、電流偏差に対して比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）を施す電流制御回路を用いることもできる。
【００４２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電流センサー１５、３相→ｄｑ変換器４、ハイパスフィルター５およびｄｑ→ｄhｑh変換器６が電流成分検出手段および電流検出器を、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１、減算器２１，２４、基本波リミッター超過検知器１１、ＰＩ−ｄhｑh電流制御器７および高調波リミッター超過検知器１２が電流制御手段を、電力変換器１４が電力変換手段を、基本波リミッター９および高調波リミッター１０が電圧リミット手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】  基本波リミッターの構成を示す図である。
【図３】  高調波リミッターの構成を示す図である。
【図４】  発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図５】  発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ＰＩ−ｄｑ電流制御器
２  ｄｑ→３相変換器
３  非干渉制御器
４  ３相→ｄｑ変換器
５  ハイパスフィルター
６  ｄｑ→ｄhｑh変換器
７  ＰＩ−ｄhｑh電流制御器
８  ｄhｑh→３相変換器
９  基本波リミッター
１０  高調波リミッター
１１  基本波リミッター超過検知器
１２  高調波リミッター超過検知器
１３  ２相→３相変換器
１４  電力変換器
１５  電流センサー
１６  位相速度演算器
１７、１８  乗算器
２１、２４、２５、２６、２７、２８  減算器
２２、２３、２９  加算器
【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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