(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流誘導モータに電圧を供給して駆動するインバータと、
前記交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、
前記電流指令値算出手段によって算出された電流指令値を補正する電流補正手段と、
前記電流補正手段によって補正された補正後の電流指令値に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
を備え、
前記交流誘導モータの目標モータトルクは、第１の目標モータトルク、および、少なくとも捻り振動を抑制するために前記第１の目標モータトルクよりも高速応答が要求される第２の目標モータトルクを含み、
前記電流指令値算出手段によって算出される電流指令値は、前記第１の目標モータトルクに基づいて演算される、入力に対して電流応答性が速い前記交流誘導モータのトルク成分である第１の電流指令値、および前記第１の電流指令値よりも電流応答性が遅い前記交流誘導モータの励磁成分である第２の電流指令値であり、
前記電流補正手段は、前記第２の電流指令値および前記第２の目標モータトルクに基づいて第１の電流補正値を算出し、前記第１の電流指令値を前記第１の電流補正値で補正することによって、補正後の第１の電流指令値を算出する、
モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記第１の電流指令値および前記第２の電流指令値のうちの少なくとも一方の電流指令値と、電流指令値の最大値とに基づいて、リミッタ値を算出するリミッタ値算出手段と、
前記リミッタ値に基づいて、前記補正後の第１の電流指令値を制限する電流指令値制限手段と、
をさらに備えるモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値算出手段は、前記第１の目標モータトルクが所定トルク以下の場合でも、前記第２の電流指令値を０より大きい所定値以上とする、
モータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記第１の電流指令値はδ軸電流指令値、前記第２の電流指令値はγ軸電流指令値である、
モータ制御装置。
【請求項５】
交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、電流指令値を算出するステップと、
前記算出した電流指令値を補正するステップと、
前記補正した補正後の電流指令値に基づいて、インバータを制御するステップと、
を備え、
前記交流誘導モータの目標モータトルクは、第１の目標モータトルク、および、少なくとも捻り振動を抑制するために前記第１の目標モータトルクよりも高速応答が要求される第２の目標モータトルクを含み、
前記電流指令値を算出するステップでは、前記第１の目標モータトルクに基づいて、入力に対して電流応答性が速い前記交流誘導モータのトルク成分である第１の電流指令値、および前記第１の電流指令値よりも電流応答性が遅い前記交流誘導モータの励磁成分である第２の電流指令値を算出し、
前記電流指令値を補正するステップでは、前記第２の電流指令値および前記第２の目標モータトルクに基づいて第１の電流補正値を算出し、前記第１の電流指令値を前記第１の電流補正値で補正することによって、補正後の第１の電流指令値を算出する、
モータ制御方法。
【請求項６】
ロータに界磁巻線を備えた巻線界磁モータに電圧を供給して駆動するインバータと、
前記巻線界磁モータの目標モータトルクに基づいて、電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、
前記電流指令値算出手段によって算出された電流指令値を補正する電流補正手段と、
前記電流補正手段によって補正された補正後の電流指令値に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
を備え、
前記巻線界磁モータの目標モータトルクは、第１の目標モータトルク、および、少なくとも捻り振動を抑制するために前記第１の目標モータトルクよりも高速応答が要求される第２の目標モータトルクを含み、
前記電流指令値算出手段によって算出される電流指令値は、前記第１の目標モータトルクに基づいて演算される、入力に対して電流応答性が速い前記巻線界磁モータのトルク成分である第１の電流指令値、および前記第１の電流指令値よりも電流応答性が遅い前記巻線界磁モータの励磁成分である第２の電流指令値であり、
前記電流補正手段は、前記第２の電流指令値および前記第２の目標モータトルクに基づいて第１の電流補正値を算出し、前記第１の電流指令値を前記第１の電流補正値で補正することによって、補正後の第１の電流指令値を算出する、
モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内藤治夫編著の「実用モータドライブ制御系設計とその実際」の１９１−２３０頁には、誘導電動機のステータに流す三相交流電流を電源角周波数（＝モータ電気角周波数＋すべり角周波数）に同期した直交二軸座標系に変換した磁束電流とトルク電流を調整することによってモータトルクを制御する誘導モータ用ベクトル制御が開示されている。すべり角周波数をトルク電流とロータ磁束の比率に比例するように制御する場合、磁束電流に遅れを伴って発生するロータ磁束と直交するトルク電流の積に誘導モータトルクは比例する。また、各軸は互いに干渉し合っているため、それぞれ独立して制御できるように干渉項を相殺する非干渉制御器を設けている。【０００３】
「実用モータドライブ制御系設計とその実際」に記載されている誘導モータを電気自動車に適用した場合、モータの出力軸からドライブシャフトを介して駆動輪へと至るトルクの伝達系がドライブシャフトをバネ要素としたねじれ共振系を構成する。このため、急発進時や急加速時等のようにアクセルペダルを急激に踏み込むと、この急激な出力トルクの増加によってねじれ共振系が共振し、車体振動が発生することがある。【０００４】
本発明は、捻り振動を抑制するためのモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。【０００５】
一実施形態におけるモータ制御装置は、交流誘導モータに電圧を供給して駆動するインバータと、交流誘導モータの目標モータトルクに基づいて、電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、電流指令値を補正する電流補正手段と、補正された電流指令値に基づいて、インバータを制御するインバータ制御手段とを備える。交流誘導モータの目標モータトルクは、第１の目標モータトルク、および、少なくとも捻り振動を抑制するために第１の目標モータトルクよりも高速応答が要求される第２の目標モータトルクを含む。電流指令値算出手段は、第１の目標モータトルクに基づいて演算される、入力に対して電流応答性が速い交流誘導モータのトルク成分である第１の電流指令値、および第１の電流指令値よりも電流応答性が遅い、交流誘導モータの励磁成分である第２の電流指令値を算出し、電流補正手段は、第２の電流指令値および第２の目標モータトルクに基づいて第１の電流補正値を算出し、第１の電流指令値を第１の電流補正値で補正することによって、補正後の第１の電流指令値を算出する。【０００６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、トルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ１＊およびＴ２＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器を設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。
【図５】図５は、モータ制御装置を、界磁電流を流すための界磁巻線がロータに巻かれている巻線界磁同期モータに適用した場合の構成を示す第１の実施形態の変形例のブロック図である。
【図６】図６は、図５に示す構成におけるトルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図５および図６に示す構成におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。
【図８】図８は、図５に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ１＊およびＴ２＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器を設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。
【図９】図９は、第２の実施形態におけるモータ制御装置のトルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９に示す構成による制御結果を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の第１変形例であって、δ軸電流指令値およびγ軸電流指令値の両方に適切な上限値を設定して上限を制限する場合のトルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態の第２変形例におけるモータ制御装置のトルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す構成におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態の第３変形例であって、トルク応答改善演算器が、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊のうち、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊のみを入力する場合の構成図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態の第４変形例であって、トルク応答改善演算器が、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊のうち、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊のみを入力する場合の構成図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態の第５変形例であって、ｑ軸電流補正値iｑ_T2に基づいてｑ軸電流指令値iｑ＊＊を補正する場合のトルク応答改善演算器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態におけるモータ制御装置を誘導モータに適用した場合の電流指令値演算器およびトルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。
【図１８】図１８は、誘導モータにおいて、トルクＴ１がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流ｉγｓ＊を所定量出力するようにした場合の制御結果を示す図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態の変形例であって、モータ制御装置を巻線界磁モータに適用した場合の電流指令値演算器およびトルク応答改善演算器の詳細な構成を示す図である。
【図２０】図２０は、巻線界磁モータにおいて、トルクＴ１がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流ｉγｓ＊を所定量出力するようにした場合の制御結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、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。
【０００９】
モータ１は、三相交流誘導モータである。モータ制御装置が電気自動車に適用される場合、モータ１は車両の駆動源となる。
【００１０】
ＰＷＭ変換器６は、三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて、三相電圧型インバータ３のスイッチング素子（ＩＧＢＴなど）のＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ駆動信号Ｄｕｕ＊、Ｄｕｌ＊、Ｄｖｕ＊、Ｄｖｌ＊、Ｄｗｕ＊、Ｄｗｌ＊を生成する。
【００１１】
インバータ３は、ＰＷＭ変換器６によって生成される駆動信号に基づいて、直流電源２の直流電圧を交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換し、モータ１に供給する。直流電源２は、例えば積層型リチウムイオンバッテリである。
【００１２】
電流センサ４は、インバータ３からモータ１に供給される三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流（例えば、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ）を検出する。検出された２相の電流ｉｕ、ｉｖは、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号ｉｕｓ、ｉｖｓに変換され、３相／γ−δ交流座標変換器１１に入力される。なお、電流センサ４を２相のみに取り付ける場合、残りの１相の電流ｉｗｓは、次式（１）により求めることができる。
【００１３】
【数１】
0005930071.tif 000002
【００１４】
磁極位置検出器５は、モータ１の回転子位置（角度）に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスを出力し、パルスカウンタ８を通して回転子機械角度θｒｍが得られる。角速度演算器９は、回転子機械角度θｒｍを入力して、その時間変化率より、回転子機械角速度ωｒｍ、および回転子機械角速度ωｒｍにモータ極対数ｐを乗じた回転子電気角速度ωｒｅを求める。
【００１５】
γ−δ／３相交流座標変換器１２は、後述する電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。具体的には、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγｓ＊、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδｓ＊と、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（２）による座標変換処理を行うことによって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を算出し、出力する。ただし、式（２）中のθ’はθと同一である。
【００１６】
【数２】
0005930071.tif 000003
【００１７】
３相／γ−δ交流座標変換器１１は、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（γ−δ軸）への変換を行なう。具体的には、Ｕ相電流ｉｕｓ、Ｖ相電流ｉｖｓ、Ｗ相電流iｗｓと、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（３）より、モータ１の励磁電流成分であるγ軸電流（磁束電流）ｉγｓ、モータ１のトルク電流成分であるδ軸電流（トルク電流）ｉδｓを算出する。γ軸電流は、指令値に対する応答が遅く、δ軸電流は、γ軸電流に比べて指令値に対する応答が速い。
【００１８】
【数３】
0005930071.tif 000004
【００１９】
電流指令値演算器１３は、第１の目標モータトルクＴ１＊、モータ回転数（機械角速度ωrm）、直流電源２のＤＣ電圧Ｖｄｃを入力し、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉγｓ＊＊、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδｓ＊＊を算出する。γ軸電流指令値ｉγｓ＊＊およびδ軸電流指令値ｉδｓ＊＊は各々、第１の目標モータトルクＴ１＊、モータ回転数（機械角速度ωｒｍ）、ＤＣ電圧Ｖｄｃと、γ軸電流指令値ｉγｓ＊＊、δ軸電流指令値ｉδｓ＊＊との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶させておき、このマップデータを参照することで求めることができる。
【００２０】
ここで、第１の目標モータトルクＴ１＊は、アクセル開度に応じて求められるトルク指令値であり、高速応答は必要とされない。モータ１に対する目標モータトルクには、この第１の目標モータトルクＴ１＊と、後述する第２の目標モータトルクＴ２＊が含まれる。第２の目標モータトルクＴ２＊は、モータ１から駆動輪に至る駆動力伝達系（ドライブシャフト）の捻り振動を抑制するために高速応答が必要とされるトルク指令値である。
【００２１】
非干渉制御器１７は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、電源角周波数ωを入力して、γ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖ＊γｓ_dcpl、Ｖ＊δｓ_dcplを次式（４）より算出する。
【００２２】
【数４】
0005930071.tif 000005
【００２３】
ただし、式（４）中のτはロータ磁束の時定数であり、電流応答の時定数に比べて非常に大きい値である。また、ｓはラプラス演算子である。
【００２４】
磁束電流制御器１５は、γ軸電流指令値ｉγｓ＊に、計測されたγ軸電流ｉγｓを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。トルク電流制御器１６は、δ軸電流指令値ｉδｓ＊に、計測されたδ軸電流ｉδｓを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。通常、非干渉制御器１７によるγ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺する制御が理想的に機能すれば、１入力１出力の単純な制御対象特性となるので、簡単なＰＩフィードバック補償器で実現可能である。磁束電流制御器１５、トルク電流制御器１６の出力である各電圧指令値を、非干渉制御器１７の出力である非干渉電圧Ｖγｓ_dcpl、Ｖδｓ_dcplを用いて補正（加算）した値を、γ軸電圧指令値Ｖγｓ＊、δ軸電圧指令値Ｖδｓ＊とする。
【００２５】
すべり角周波数制御器１４は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓを入力とし、次式（５）からすべり角速度ωｓｅを算出する。ただし、Ｒｒ、Ｌｒは誘導モータのパラメータであり、それぞれロータ抵抗、ロータ自己インダクタンスを示す。
【００２６】
【数５】
0005930071.tif 000006
【００２７】
回転子電気角速度ωreにすべり角速度ωｓｅを加算した値を電源角速度ωとする。このすべり角周波数制御を実施することで、誘導モータトルクは、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流iδｓの積に比例する。
【００２８】
トルク応答改善演算器１８が行う制御内容について、以下で説明する。
【００２９】
一般的な誘導モータのトルク式は、次式（６）で表される。ただし、式（６）のＫＴは、誘導モータのパラメータで決まる係数である。
【００３０】
【数６】
0005930071.tif 000007
【００３１】
ここで、すべり角周波数を式（５）で示すように制御することで、φδγ＝０とすることができる。従って、トルク式は、すべり角周波数制御によって式（７）として表すことができる。
【００３２】
【数７】
0005930071.tif 000008
【００３３】
同様に、ベクトル制御を行うことによって、トルク式を式（８）として扱うことも可能である。
【００３４】
【数８】
0005930071.tif 000009
【００３５】
簡単のため、以下では式（７）に基づいた説明を行うが、式（８）についても、同様の構成で同様の効果が得られる。
【００３６】
トルク応答改善演算器１８は、高速応答が必要な第２の目標モータトルクＴ２＊と、遅い応答のγ軸電流指令値ｉγｓ＊＊を入力し、式（７）を変形して得られる式（９）によって、δ軸電流補正値iδｓ_T2を算出し、算出したδ軸電流補正値iδｓ_T2を、速い応答のδ軸電流指令値iδｓ＊＊に加算することによって、δ軸電流指令値iδｓ＊＊を補正する。
【００３７】
【数９】
0005930071.tif 000010
【００３８】
図２は、トルク応答改善演算器１８の詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８は、電流補正値算出器１８１と加算器１８２とを備える。電流補正値算出器１８１は、式（９）より、δ軸電流補正値iδｓ_T2を算出する。加算器１８２は、δ軸電流指令値iδｓ＊＊と、電流補正値算出器１８１によって算出されたδ軸電流補正値iδｓ_T2とを加算することによって、補正後のδ軸電流指令値iδｓ＊を算出する。
【００３９】
なお、図２において、Ｇｐ（ｓ）は、誘導モータ１を表し、Ｇｃ（ｓ）は、トルク応答改善演算器１８と誘導モータ１との間にある制御ブロックを表した制御モデルを表している。
【００４０】
図３は、図１に示す第１の実施形態におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図３（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖγｓ、δ軸電圧Ｖδｓ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。
【００４１】
本実施形態では、高速応答が必要なトルクに対してのみ高応答化処理を施すので（図３（ｈ）、（ｉ）参照）、電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難く、所望のトルクを得ることができる。ただし、電流制限値は、電流の許容最大値Ｉｓ_maxを元に、δ軸、γ軸の電流制限値が同じ値になるようにしている。
【００４２】
図４は、図１に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ１＊およびＴ２＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器１８を設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。図４（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖγｓ、δ軸電圧Ｖδｓ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。
【００４３】
γ軸磁束応答遅れを考慮してδ軸電流を算出するため、γ軸電流が小さい場合や目標モータトルクが大きい場合、δ軸電流は電流制限値（上限値）で制限されやすい（図４（ｂ）参照）。δ軸電流が電流制限値で制限されることにより、第２の実モータトルクＴ２が第２の目標モータトルクＴ２＊に追従できず（図４（ｉ）参照）、モータトルク応答は目標値に対して緩やかな動作となる（図４（ｊ）参照）。よって、本来、車両のねじれ振動など、速い応答が必要な第２の実モータトルクＴ２に対してγ軸磁束遅れが影響して振動を抑制することができない（図４（ｉ）参照）。なお、ドライバのアクセル操作で決まる第１の実モータトルクＴ１は応答が遅くてもよく、目標値に対して緩やかな応答となるが問題はない（図４（ｆ）、（ｇ）参照）。
【００４４】
＜第１の実施形態の変形例＞
図５は、モータ制御装置を、界磁電流を流すための界磁巻線がロータに巻かれている巻線界磁同期モータ１Ａに適用した場合の構成を示すブロック図である。図１に示す構成と同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００４５】
図５に示す構成が図１に示す構成と異なるのは、界磁電流制御器１９が追加されていること、および、すべり角周波数制御器１４が省かれていることである。図５に示すトルク応答改善演算器１８Ａは、図１に示すトルク応答改善演算器１８に対応し、ｄ軸電流制御器１５Ａおよびｑ軸電流制御器１６Ａはそれぞれ、図１に示す磁束電流制御器１５およびトルク電流制御器１６に対応している。また、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１Ａおよびｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２Ａはそれぞれ、図１に示す３相／γ−δ交流座標変換器１１およびγ−δ／３相交流座標変換器１２に対応している。
【００４６】
３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１１Ａは、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）への変換を行なう。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２Ａは、直交２軸直流座標系（ｄ−ｑ軸）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。
【００４７】
ｄ軸電流制御器１５Ａは、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊に、計測されたｄ軸電流ｉｄを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。ｑ軸電流制御器１６Ａは、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊に、計測されたｑ軸電流ｉｑを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。界磁電流制御器１９は、界磁電流指令値ｉｆ＊に、計測された界磁電流ｉｆを定常偏差なく所望の応答性で追従させる。
【００４８】
トルク応答改善演算器１８Ａが行う制御内容について、以下で説明する。
【００４９】
一般的な突極型の巻線界磁モータのトルク式は、次式（１０）で表される。ただし、Ｍは相互インダクタンス、Ｌｄはｄ軸自己インダクタンス、Ｌｑはｑ軸自己インダクタンス、ｐは極対数である。
【００５０】
【数１０】
0005930071.tif 000011
【００５１】
また、非突極型の巻線界磁モータのトルク式は、次式（１１）で表される。
【００５２】
【数１１】
0005930071.tif 000012
【００５３】
トルク応答改善演算器１８Ａは、高応答化が必要な第２の目標モータトルクＴ２＊と、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊を入力し、式（１１）を変形して得られる式（１２）によって、ｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出し、算出したｑ軸電流補正値iｑ_T2を、速い応答のｑ軸電流指令値iｑ＊＊に加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値iｑ＊を算出する。
【００５４】
【数１２】
0005930071.tif 000013
【００５５】
図６は、トルク応答改善演算器１８Ａの詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８Ａは、電流補正値算出器１８１Ａと加算器１８２Ａとを備える。電流補正値算出器１８１Ａは、式（１２）より、ｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出する。加算器１８２Ａは、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊と、電流補正値算出器１８１Ａによって算出されたｑ軸電流補正値iｑ_T2とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値iｑ＊を算出する。なお、ｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出する際に用いる界磁電流ｉｆは、実電流ではなく推定値を用いることもできる。
【００５６】
図７は、図５および図６に示す構成におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図７（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉｆ、界磁電圧Ｖｆ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。
【００５７】
上述したように、高速応答が必要なトルクに対してのみ高応答化処理を施すので（図７（ｈ）、（ｉ）参照）、電流指令値が電流制限値（上限値）で制限され難く、所望のトルクを得ることができる。
【００５８】
図８は、図５に示す構成のうち、目標モータトルクをＴ１＊およびＴ２＊の２つに分けず、トルク応答改善演算器１８Ａを設けない従来のモータ制御装置の制御結果を示す図である。図８（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉｆ、界磁電圧Ｖｆ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。トルク応答改善演算器１８Ａを設けない構成では、トルク応答を高応答化させるために界磁電流の応答を高応答化させる必要があるが、これによって界磁電圧Ｖｆの電圧ピークが大きくなり上限値で制限されてしまう。界磁電圧Ｖｆが上限値で制限されている間、高応答化したい第２の実モータトルクＴ２の応答が目標値に追従できていない。
【００５９】
なお、電流補正値を算出する際に用いるモータパラメータは動作条件によって変動するので、この変動を補償するためのパラメータ変動補償器を設けるようにしてもよい。
【００６０】
以上、第１の実施形態におけるモータ制御装置によれば、交流モータ１に電圧を供給して駆動するインバータ３と、交流モータ１の目標モータトルクに基づいて、電流指令値を算出する電流指令値演算器１３（電流指令値算出手段）と、電流指令値演算器１３によって算出された電流指令値を補正するトルク応答改善演算器１８（電流補正手段）と、補正後の電流指令値に基づいて、インバータを制御するインバータ制御手段として機能する磁束電流制御器１５、トルク電流制御器１６、γ−δ／３相交流座標変換器１２、およびＰＷＭ変換器６とを備える。交流モータの目標モータトルクは、第１の目標モータトルクＴ１＊、および、少なくとも捻り振動を抑制するために第１の目標モータトルクＴ１＊よりも高速応答が要求される第２の目標モータトルクＴ２＊を含む。電流指令値演算器１３によって算出される電流指令値は、第１の目標モータトルクＴ１＊に基づいて演算される、入力に対して電流応答性が速い交流モータ１のトルク成分であるδ軸電流指令値ｉδｓ＊＊、およびδ軸電流指令値ｉδｓ＊＊よりも電流応答性が遅い交流モータ１の励磁成分であるγ軸電流指令値ｉγｓ＊＊である。トルク応答改善演算器１８は、γ軸電流指令値ｉγｓ＊＊および第２の目標モータトルクＴ２＊に基づいてδ軸電流補正値iδｓ_T2を算出し、δ軸電流指令値ｉδｓ＊＊をδ軸電流補正値iδｓ_T2で補正することによって、補正後のδ軸電流指令値ｉδｓ＊を算出する。目標モータトルクは、第１の目標モータトルクＴ１＊および第２の目標モータトルクＴ２＊を含み、第２の目標モータトルクＴ２＊によって車体振動を抑制することができるので、乗員の乗り心地性能を向上させることができる。また、高速応答が要求される第２の目標モータトルクＴ２＊、および電流応答性が遅いγ軸電流指令値ｉγｓ＊＊に基づいてδ軸電流補正値iδｓ_T2を算出して、電流応答性が速いδ軸電流指令値ｉδｓ＊＊を補正するので、第２の目標モータトルクＴ２＊の応答性を向上させることができる。
【００６１】
また、第１の実施形態の変形例によれば、ロータに界磁巻線を備えた巻線界磁モータを制御するモータ制御装置において、高速応答が要求される第２の目標モータトルクＴ２＊、および電流応答性が遅い界磁電流指令値ｉｆ＊に基づいてｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出し、算出したｑ軸電流補正値iｑ_T2を、速い応答のｑ軸電流指令値iｑ＊＊に加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値iｑ＊を算出するので、第２の目標モータトルクＴ２＊の応答性を向上させることができる。
【００６２】
＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態におけるモータ制御装置のトルク応答改善演算器１８Ｂの詳細な構成を示すブロック図である。図２に示す構成と同様に、モータ１は誘導モータとし、図２に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００６３】
第２の実施形態におけるトルク応答改善演算器１８Ｂは、電流補正値算出器１８１と加算器１８２とリミッタ１８３とを備える。
【００６４】
リミッタ１８３は、電流補正値算出器１８１および加算器１８２によって補正されたδ軸電流指令値を上限値ｉδｓ_limで制限する処理を行う。上限値ｉδｓ_limは、電流の最大値Ｉｓ_maxとγ軸電流指令値ｉγｓ＊に基づいて、次式（１３）で表される。
【００６５】
【数１３】
0005930071.tif 000014
【００６６】
図１０は、図９に示す構成による制御結果を示す図である。図１０（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖγｓ、δ軸電圧Ｖδｓ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。
【００６７】
本実施形態では、δ軸電流指令値を上限値ｉδｓ_limで制限することにより、過電流を防止し（図１０（ｂ）、（ｃ）参照）、γ軸電流、δ軸電流の両方に等しい量の上限値で制限をかける第１の実施形態の場合と比べて、最大限の電流でトルク応答を実現することができる。
【００６８】
δ軸電流指令値ではなく、γ軸電流指令値を制限するようにしてもよい。この場合、γ軸電流指令値を制限するための上限値ｉγｓ_limは、次式（１４）で表される。
【００６９】
【数１４】
0005930071.tif 000015
【００７０】
さらに、δ軸電流指令値およびγ軸電流指令値の両方に対して適切な上限値をそれぞれ算出して上限を制限するようにしてもよい。図１１は、第２の実施形態の第１変形例であり、δ軸電流指令値およびγ軸電流指令値の両方に適切な上限値を設定して上限を制限する場合のトルク応答改善演算器１８Ｃの詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８Ｃは、電流補正値算出器１８１と加算器１８２とリミッタ１８３Ａ、１８３Ｂを備える。
【００７１】
最大電流Ｉｓ_maxと補正後の電流指令値であるγ軸電流指令値ｉγｓ＊、δ軸電流指令値ｉδｓ＊に基づいて、次式（１５）より、電流余剰分ΔＩｓ２が求まる。
【００７２】
【数１５】
0005930071.tif 000016
【００７３】
式（１５）により求まる電流余剰分ΔＩｓを用いて、リミッタ１８３Ｂのγ軸電流上限値ｉγｓ_limおよびリミッタ１８３Ａのδ軸電流上限値ｉδｓ_limは、次式（１６）にて表される。
【００７４】
【数１６】
0005930071.tif 000017
【００７５】
また、任意のγδ軸電流比率Ｋを用いて、γ軸電流上限値ｉγｓ_limおよびδ軸電流上限値ｉδｓ_limを算出することもできる。この場合、補正後のγ軸電流指令値ｉγｓ＊とδ軸電流指令値ｉδｓ＊との関係は、次式（１７）で表され、γ軸電流上限値ｉγｓ_limおよびδ軸電流上限値ｉδｓ_limは、次式（１８）にて表される。
【００７６】
【数１７】
0005930071.tif 000018
【００７７】
【数１８】
0005930071.tif 000019
【００７８】
以上、第２の実施形態及びその第１変形例におけるモータ制御装置によれば、第１の電流指令値としてのδ軸電流指令値ｉδｓ＊＊および第２の電流指令値としてのγ軸電流指令値ｉγｓ＊＊のうちの少なくとも一方と最大指令値Ｉs_maxとに基づいて、リミッタ値を算出し、算出したリミッタ値に基づいて、δ軸およびγ軸の少なくとも一方の電流指令値を制限するので、過電流を防止するとともに、両軸の指令値を、等しい量の制限値で制限する場合に比べて、最大限の電流でトルク応答を実現することができる。
【００７９】
＜第２の実施形態の第２変形例＞
図６に示す構成のモータ制御装置では、トルク応答改善演算器１８Ａが高応答化が必要な第２の目標モータトルクＴ２＊と、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊とに基づいてｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出して、速い応答のｑ軸電流指令値iｑ＊＊を補正した。第２の実施形態の第２変形例におけるモータ制御装置では、トルク応答改善演算器１８Ｄが高応答化が必要な第２の目標モータトルクＴ２＊と、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊と、速い応答のｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊とに基づいて、ｑ軸電流補正値iｑ_T2及びｄ軸電流補正値iｄ_T2を算出して、速い応答のｑ軸電流指令値iｑ＊＊及びｄ軸電流指令値iｄ＊＊を補正する。なお、本変形例におけるモータ制御装置は、界磁電流を流すための界磁巻線がロータに巻かれている巻線界磁同期モータに適用される。
【００８０】
ｄ軸電流指令値iｄ＊＊とｑ軸電流指令値iｑ＊＊との関係を電流比率Ｋを用いて式（１９）で表せる場合、トルク式は式（２０）で表せることから、ｑ軸電流補正値iｑ_T2は、次式（２１）で表せる。ただし、式（２０）において、Ｒｌｃｔ＝Ｌｄ−Ｌｑ、iｄ_T2＝Ｋ・iｑ_T2である。なお、電流比率Ｋは、モータ効率やトルクの影響度等を考慮して決定する。
【００８１】
【数１９】
0005930071.tif 000020
【００８２】
【数２０】
0005930071.tif 000021
【００８３】
【数２１】
0005930071.tif 000022
【００８４】
図１２は、本変形例におけるモータ制御装置のトルク応答改善演算器１８Ｄの詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８Ｄは、電流補正値算出器１８１Ｄと加算器１８２Ｄと加算器１８３Ｄとを備える。
【００８５】
電流補正値算出器１８１Ｄは、式（２１）より、ｑ軸電流補正値iｑ_T2、および、ｑ軸電流補正値iｑ_T2をＫ倍して得られるｄ軸電流補正値iｄ_T2を算出する。加算器１８２Ｄは、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊と、電流補正値算出器１８１Ｄによって算出されたｑ軸電流補正値iｑ_T2とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値iｑ＊を算出する。加算器１８３Ｄは、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊と、電流補正値算出器１８１Ｄによって算出されたｄ軸電流補正値iｄ_T2とを加算することによって、補正後のｄ軸電流指令値iｄ＊を算出する。
【００８６】
図１３は、図１２に示す構成におけるモータ制御装置の制御結果を示す図である。図１３（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉｆ、界磁電圧Ｖｆ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。
【００８７】
上述したように、本実施形態では、遅い応答の界磁電流指令値だけでなく、速い応答のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値も用いて、速い応答のｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値の補正値を算出して、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値の両方に対して補正を行うので、界磁電圧Ｖｆが電圧リミッタにかかっている場合でも、高速応答が必要な第２の実モータトルクＴ２の高応答化を実現することができる（図１３（ｉ）参照）。また、電流ベクトルＩａのピークを抑えた状態でトルク高応答化を実現することができる（図１３（ｃ）参照）。
【００８８】
電流補正値算出器１８１Ｄは、図１２に示すように、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊を入力するものとして説明した。しかし、式（１９）より、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊のうちの一方の値が分かれば、他方の値は演算により求めることができるので、いずれか一方の電流指令値を入力する構成とすることもできる。図１４は、第２の実施形態の第３変形例であり、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊およびｑ軸電流指令値iｑ＊＊のうち、ｄ軸電流指令値iｄ＊＊のみを入力する場合の構成図であり、図１５は、第２の実施形態の第４変形例であり、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊のみを入力する場合の構成図である。
【００８９】
また、速い応答のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値のうち、いずれか一方の電流指令値を補正する構成とすることもできる。ｑ軸電流指令値を補正する場合、トルク式、および、目標モータトルクＴ１＊、Ｔ２＊は、次式（２２）で表されるので、ｑ軸電流補正値iｑ_T2は式（２３）で表される。
【００９０】
【数２２】
0005930071.tif 000023
【００９１】
【数２３】
0005930071.tif 000024
【００９２】
図１６は、第２の実施形態の第５変形例であって、ｄ軸電流指令値を補正せずに、ｑ軸電流指令値を補正する場合のトルク応答改善演算器１８Ｇの詳細な構成を示すブロック図である。トルク応答改善演算器１８Ｇは、電流補正値算出器１８１Ｇと加算器１８２Ｇとを備える。電流補正値算出器１８１Ｇは、式（２３）より、ｑ軸電流補正値iｑ_T2を算出する。加算器１８２Ｇは、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊と、電流補正値算出器１８１Ｇによって算出されたｑ軸電流補正値iｑ_T2とを加算することによって、補正後のｑ軸電流指令値iｑ＊を算出する。
【００９３】
以上、第２の実施形態の第２〜第５変形例におけるモータ制御装置によれば、交流モータは、界磁電流を流すための界磁巻線がロータに巻かれている巻線界磁同期モータであって、第１の電流指令値であるｄ軸電流指令値iｄ＊＊、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊、第２の電流指令値である界磁電流指令値ｉｆ＊、および第２の目標モータトルクＴ２＊に基づいてｄ軸電流補正値、ｑ軸電流補正値を算出し、第１の電流指令値であるｄ軸電流指令値iｄ＊＊、ｑ軸電流指令値iｑ＊＊をｄ軸電流補正値、ｑ軸電流補正値でそれぞれ補正することによって、補正後のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値を算出する。これにより、界磁電圧Ｖｆが電圧リミッタにかかっている場合でも、高速応答が必要な第２の目標モータトルクＴ２＊の高応答化を実現することができる。また、電流ベクトルＩａのピークを抑えた状態でトルク高応答化を実現することができる。
【００９４】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態におけるモータ制御装置では、高速応答が必要ではない第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロまたはゼロ近傍（所定トルク以下）の場合でも、ロータ側の磁束を生成する電流を０より大きい所定量出力する。
【００９５】
図１７は、第３の実施形態におけるモータ制御装置を誘導モータに適用した場合の電流指令値演算器１３Ａおよびトルク応答改善演算器１８Ｂの詳細な構成を示す図である。図９に示す構成と同じ構成要素には、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００９６】
電流指令値演算器１３Ａは、第１の目標モータトルクＴ１＊、モータ回転数（機械角速度ωrm）、ＤＣ電圧Ｖｄｃを入力し、γ軸電流指令値ｉγｓ＊、δ軸電流指令値ｉδｓ＊＊を算出して出力する。ただし、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流指令値ｉγｓ＊を所定量出力するようにする。
【００９７】
図１８は、誘導モータにおいて、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流指令値ｉγｓ＊を所定量出力するようにした場合の制御結果を示す図である。図１８（ａ）〜（ｊ）は、γ軸電流ｉγｓ、δ軸電流ｉδｓ、電流ベクトルＩｓ、γ軸電圧Ｖγｓ、δ軸電圧Ｖδｓ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。上述したように、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答のγ軸電流指令値ｉγｓ＊を所定量出力するので（図１８（ａ）参照）、磁束ゼロ近傍でのδ軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図１８（ｉ）参照）。
【００９８】
以上、第３の実施形態におけるモータ制御装置によれば、第１の目標モータトルクＴ１＊が所定トルク以下の場合でも、第２の電流指令値であるγ軸電流指令値ｉγｓ＊を０より大きい所定値以上とするので、磁束ゼロ近傍でのδ軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる。
【００９９】
＜第３の実施形態の変形例＞
図１９は、巻線界磁モータに適用した場合の電流指令値演算器１３Ｂおよびトルク応答改善演算器１８Ｄの詳細な構成を示す図である。図１２に示す構成と同じ構成要素には、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【０１００】
電流指令値演算器１３Ｂは、第１の目標モータトルクＴ１＊、モータ回転数（機械角速度ωrm）、ＤＣ電圧Ｖｄｃを入力し、界磁電流指令値ｉｆ＊、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊＊を算出して出力する。ただし、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊を所定量出力するようにする。
【０１０１】
図２０は、巻線界磁モータにおいて、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロまたはゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊を所定量出力するようにした場合の制御結果を示す図である。図２０（ａ）〜（ｊ）は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電流ベクトルＩａ、界磁電流Ｉｆ、界磁電圧Ｖｆ、第１の目標モータトルクＴ１＊、第１の実モータトルクＴ１、第２の目標モータトルクＴ２＊、第２の実モータトルクＴ２、全体トルクをそれぞれ表している。上述したように、第１の目標モータトルクＴ１＊がゼロ、または、ゼロ近傍であっても、遅い応答の界磁電流指令値ｉｆ＊を所定量出力するので（図２０（ｄ）参照）、磁束ゼロ近傍でのｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる（図２０（ｉ）参照）。
【０１０２】
以上、第３の実施形態の変形例におけるモータ制御装置によれば、第１の目標モータトルクＴ１＊が所定トルク以下の場合でも、界磁電流指令値ｉｆ＊を０より大きい所定値以上とするので、磁束ゼロ近傍でのｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値の過大を防ぐとともに、磁束遅れを緩和して、所望のトルク応答を実現することができる。
【０１０３】
本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、例えば、各実施形態の特徴を適宜組み合わせた構成とすることができる。
【０１０４】
本願は、２０１２年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８７７４４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。
【図１】
0005930071.tif 000025
【図２】
0005930071.tif 000026
【図３】
0005930071.tif 000027
【図４】
0005930071.tif 000028
【図５】
0005930071.tif 000029
【図６】
0005930071.tif 000030
【図７】
0005930071.tif 000031
【図８】
0005930071.tif 000032
【図９】
0005930071.tif 000033
【図１０】
0005930071.tif 000034
【図１１】
0005930071.tif 000035
【図１２】
0005930071.tif 000036
【図１３】
0005930071.tif 000037
【図１４】
0005930071.tif 000038
【図１５】
0005930071.tif 000039
【図１６】
0005930071.tif 000040
【図１７】
0005930071.tif 000041
【図１８】
0005930071.tif 000042
【図１９】
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【図２０】
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