(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
外部から入力されるトルク指令値及び前記回転速度に基づき、所定の上限電流値の範囲内である、第１の励磁電流指令値及びトルク電流指令値をそれぞれ演算する電流指令値演算手段と、
前記第１の励磁電流指令値の位相を進めて第２の励磁電流指令値を演算することで、前記モータのロータ磁束の遅れを補償する補償手段と、
前記上限電流値及び前記トルク電流指令値に基づいて、前記励磁電流指令値の上限値である上限励磁電流指令値を演算する上限励磁電流指令値演算手段と、
前記第２の励磁電流指令値を、前記上限励磁電流指令値以下に制限することで、第３の励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値制限手段と、
前記第３の励磁電流指令値及び前記補償手段により補償されていない前記トルク電流指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記上限励磁電流指令値演算手段は、
前記上限電流値を示すベクトルから前記トルク電流指令値を示すベクトルの差分をとることで、前記上限励磁電流指令値を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記所定の上限電流値は、
前記モータを駆動させるインバータから前記モータに供給される電流の上限値に基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
外部から入力されるトルク指令値及び前記回転速度に基づき、所定の上限電流値の範囲内である、第１の励磁電流指令値及びトルク電流指令値をそれぞれ演算する電流指令値演算手段と、
前記第１の励磁電流指令値の位相を進めて第２の励磁電流指令値を演算することで、前記モータのロータ磁束の遅れを補償する補償手段と、
前記上限電流値及び前記トルク電流指令値に基づいて、前記励磁電流指令値の上限値である上限励磁電流指令値を演算する上限励磁電流指令値演算手段と、
前記第２の励磁電流指令値を、前記上限励磁電流指令値以下に制限することで、第３の励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値制限手段と、
前記第３の励磁電流指令値及び前記トルク電流指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を備え、
前記トルク電流指令値を入力として、前記モータ制御装置の電流フィードバック制御による応答遅れを示すモデルから得られる応答遅れ補償フィルタを用いて、トルク電流推定値を演算するトルク電流推定値演算手段をさらに備え、
前記上限励磁電流指令値演算手段は、
前記上限電流値及び前記トルク電流推定値に基づいて、前記上限励磁電流指令値を演算する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
外部から入力されるトルク指令値及び前記回転速度に基づき、所定の上限電流値の範囲内である、第１の励磁電流指令値及びトルク電流指令値をそれぞれ演算する電流指令値演算手段と、
前記第１の励磁電流指令値の位相を進めて第２の励磁電流指令値を演算することで、前記モータのロータ磁束の遅れを補償する補償手段と、
前記上限電流値及び前記トルク電流指令値に基づいて、前記励磁電流指令値の上限値である上限励磁電流指令値を演算する上限励磁電流指令値演算手段と、
前記第２の励磁電流指令値を、前記上限励磁電流指令値以下に制限することで、第３の励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値制限手段と、
前記第３の励磁電流指令値及び前記トルク電流指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記第３の励磁電流指令値を入力として、前記モータのロータ磁束の遅れを示すモデルから得られる磁束遅れ補償フィルタと、
前記第１の励磁電流指令値及び前記磁束遅れ補償フィルタの出力値から、前記第２の励磁電流指令値を演算するモデルマッチング補償部とを有する
ことを特徴と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、モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の励磁電流とこれに直交するトルク電流を制御するベクトル制御方式において、前記励磁電流とトルク電流を誘導電動機の一次抵抗と二次抵抗及び鉄損抵抗から決定される比で分配しかつ所定のトルクを発生する大きさの励磁電流とトルク電流にする制御手段と、前記励磁電流を誘導電動機の磁気飽和から求める上限値及び制御の安定性から求める下限値に制限するリミッタ回路と、前記励磁電流を一次進み補償する一次進み補償回路とを備えた誘導電動機のベクトル制御装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２８４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の誘導電動機のベクトル制御装置では、応答を速めるために一次進み補償回路により補償された励磁電流が、オーバーシュートして、モータの磁気飽和特性等を考慮した上限電流を超えた場合には、トルク電流が一時的に流れなくなるためにトルク指令に対する応答が遅くなる、という問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、トルク応答性の遅れを抑制するモータ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】
【０００６】
本発明は、上限電流値及びトルク電流指令値に基づいて、励磁電流指令値の上限値である上限励磁電流指令値を演算し、位相補償された第２の励磁電流指令値を、上限励磁電流指令値以下に制限することで、励磁電流指令値を演算することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上限電流値に対する電流余裕分を励磁電流の位相補償に利用するため、励磁電流の位相補償によりトルク電流が一時的にゼロになることを防ぎ、その結果、トルク応答性の遅れを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】図１の電流指令値演算器のブロック図である。
【図３】励磁電流及びトルク電流と、上限電流値との関係を示す概念図である。
【図４】比較例のモータ制御装置において、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示すグラフである。
【図５】図１のモータ制御装置において、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示すグラフである。
【図６】トルク指令値、比較例の出力トルク、及び、図１の出力トルクの特性を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の電流指令値演算器のブロック図である。
【図８】図７のモータ制御装置において、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示すグラフである。
【図９】トルク指令値、比較例の出力トルク、図１の出力トルク、及び、図７の出力トルクの特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の電流指令値演算器のブロック図である。
【図１１】図１０のモータ制御装置において、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示すグラフであり、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示すグラフである。
【図１２】トルク指令値、比較例の出力トルク、図１の出力トルク、図７の出力トルク、及び、図１０の出力トルクの特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。  
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例のモータ制御装置を電気自動車に設ける場合に、三相交流誘導モータ１０は、走行駆動源として駆動し、電気自動車の車軸に結合されている。なお本例のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。
【００１１】
本例の誘導モータ制御装置は、モータ１０の動作を制御する制御装置であって、電流指令値演算器１と、非干渉電圧指令値演算器２と、励磁電流ＦＢ（フィードバック）制御器３と、トルク電流ＦＢ（フィードバック）制御器４と、座標変換器５と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変換器６と、インバータ７と、直流電源８と、電流センサ９と、モータ１０と、ＡＤ変換器１１と、座標変換器１２と、角速度演算器１５と、すべり角速度演算器１６と、変換用角度演算器１７とを備える。
【００１２】
電流指令値演算器１には、モータ１０の出力トルクの目標値として外部より入力されるトルク指令値（Ｔ＊）と、角速度演算器１５の出力であって、モータ１０の回転速度に相当する機械角速度（ωｒｅ）、及び、直流電源８の検出電圧である電圧（Ｖｄｃ）が入力され、γδ軸電流指令値（ｉγｓ＊、ｉδｓ＊）を演算し出力する。ここで、γδ軸は、回転座標系の成分を示している。なお、電流指令値演算器１の具体的な構成は後述する。
【００１３】
非干渉電圧指令値演算器２は、トルク指令値（Ｔ＊）、機械角速度（ωｒｅ）、電圧（Ｖｄｃ）を入力として、γδ軸非干渉電圧指令値（ｖγｓ＊＿ｄｃｐｌ、ｖδｓ＊＿ｄｃｐｌ）を演算する演算部である。非干渉電圧指令値演算器２には、干渉電圧を打ち消すための非干渉電圧のマップが記憶されており、入力値に対して当該マップを参照することで、γδ軸非干渉電圧指令値（ｖγｓ＊＿ｄｃｐｌ、ｖδｓ＊＿ｄｃｐｌ）を演算する。
【００１４】
励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４は、電流センサ９の検出値に基づき計測されたγ軸電流（ｉγ）（励磁電流）及びδ軸電流（ｉδ）（トルク電流）をγδ軸電流指令値（ｉγｓ）（励磁電流指令値）及びδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）（トルク電流指令値）にそれぞれ一致させるようフィードバック制御する制御器である。励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４の入力側には、γδ軸電流（ｉγｓ、ｉδｓ）とγδ軸電流指令値（ｉγｓ＊、ｉδｓ＊）との偏差をとる減算器がそれぞれ設けられており、当該減算器の出力値を励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４にそれぞれ入力する。そして、励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４は、γδ軸電流指令値（ｉγｓ＊、ｉδｓ＊）に対してγδ軸電流（ｉγ、ｉδ）を、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるよう制御演算を行い、γδ軸の電圧指令値を出力する。
【００１５】
非干渉電圧指令値演算器２による干渉電圧の補正が理想的に機能した場合には、１入力１出力の制御対象となるため、励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４は、簡単なＰＩフィードバック補償器で構成されればよい。励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４の出力側には減算器が設けられており、当該減算器において、励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４から出力される電圧指令値から、γδ軸非干渉電圧指令値（Ｖγｓ＊＿ｄｃｐｌ、Ｖδｓ＊＿ｄｃｐｌ）の差分をとることで、非干渉電圧で補正し、当該減算器の出力値がγδ軸電圧指令値（ｖγｓ＊、ｖδｓ＊）となる。
【００１６】
座標変換器３は、γδ軸電圧指令値（ｖγｓ＊、ｖδｓ＊）及び変換用角度演算器１７で演算される電源角（θ）を入力として、下記の式１を用いて、当該γδ軸電圧指令値（ｖγｓ＊、ｖδｓ＊）を固定座標系のｕ、ｖ、ｗ軸の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換する。
【００１７】
【数１】
0005842487.tif 000002
【００１８】
ＰＷＭ変換器６は、入力される電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に基づき、インバータ６のスイッチング素子の駆動信号（Ｄ＊ｕｕ、Ｄ＊ｕｌ、Ｄ＊ｖｕ、Ｄ＊ｖｌ、Ｄ＊ｗｕ、Ｄ＊ｗｌ）を生成し、インバータ７に出力する。スイッチング素子は、ＰＷＭのパルス信号に基づいてオン及びオフを切り換える。
【００１９】
直流電源８は、二次電池を含むバッテリであり、本例の車両の動力源となる。インバータ７は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子（図示しない）を対に接続した回路を複数接続した三相インバータ回路により構成されている。各スイッチング素子には、駆動信号（Ｄ＊ｕｕ、Ｄ＊ｕｌ、Ｄ＊ｖｕ、Ｄ＊ｖｌ、Ｄ＊ｗｕ、Ｄ＊ｗｌ）が入力される。そして、当該スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源８の直流電圧が交流電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）に変換され、モータ１０に入力される。またモータ１０が発電機として動作する場合には、インバータ７はモータ１０から出力される交流電圧を直流電圧に変換し直流電源８に出力する。これにより直流電源８が充電される。
【００２０】
電流センサ９は、Ｕ相及びＶ相にそれぞれ設けられ、相電流（ｉｕ、ｉｖ）を検出し、Ａ／Ｄ変換器１１に出力する。Ａ／Ｄ変換器１１は、相電流（ｉｕ、ｉｖ）をサンプリングし、サンプリングされた相電流（ｉｕｓ、ｉｖｓ）を座標変換器１２に出力する。ｗ相の電流は、電流センサ９により検出されず、代わりに、座標変換器１２は、入力された相電流（ｉｕｓ、ｉｖｓ）に基づき、下記の式（２）を用いて、ｗ相の相電流（ｉｗｓ）を算出する。
【００２１】
【数２】
0005842487.tif 000003
なお、ｗ相の相電流について、ｗ相に電流センサ９を設け、当該電流センサ９により検出してもよい。
【００２２】
モータ１０は、多相モータであり、インバータ６に接続されている。またモータ１０は発電機としても動作する。磁極位置検出器１３はモータ１０に設けられ、モータ１０の磁極の位置を検出する検出器であり、磁極の位置に応じたＡ相、Ｂ相及びＺ相のパルスをパルスカウンタ１４に出力する。パルスカウンタ１４は、磁極位置検出器１３から出力されるパルスをカウントすることで、モータ１０の回転子の位置情報である回転子機械角度（θｒｍ）を得て、角速度演算器１５に出力する。角速度演算器１５は、回転子機械角度（θｒｍ）を入力として、回転子機械角度（θｒｍ）の時間変化率より、回転子機械角速度（ωrm）と、モータ極対数ｐを乗じた回転子電気角速度（ωre）を演算する。回転子機械角速度（ωrm）は、電流指令値演算器１及び非干渉電圧指令値演算器２に出力され、回転子電気角速度（ωre）はすべり角速度制御器１６に出力される。
【００２３】
すべり角速度制御器１６は、γδ軸電流（ｉγ、ｉδ）を入力として、すべり角速度（ωse）を演算し、当該すべり角速度（ωse）に、入力された回転子電気角速度（ωre）を加算することで、電源角速度（ω）を演算する。変換用角度演算器１７は、電源角速度（ω）を積分することで電源角（θ）を演算し、座標変換器５、１２に出力する。そして、すべり角速度（ωse）を制御することで、モータ１０のトルクは、γ軸電流（ｉγ）（励磁電流）とδ軸電流（ｉδ）（トルク電流）との積に比例する。
【００２４】
座標変換器１２は、３相２相変換を行う制御部であり、相電流（ｉｕｓ、ｉｖｓ、ｉｗｓ）及び変換用角度演算器１７の演算値である電源角（θ）を入力として、下記の式３により、固定座標系の相電流（ｉｕｓ、ｉｖｓ、ｉｗｓ）を回転座標系のγδ軸電流（ｉγｓ、ｉδｓ）に変換する。
【００２５】
【数３】
0005842487.tif 000004
そして、当該γδ軸電流（ｉγｓ、ｉδｓ）が励磁電流ＦＢ制御器３及びトルク電流ＦＢ制御器４に入力されることにより、本例の誘導モータ制御装置は電流制御ループによるフィードバック制御を行う。
【００２６】
次に、図２を用いて、電流指令値演算器１の構成について説明する。図２は電流指令値演算器１のブロック図を示す。図２に示すように、電流指令値演算器１は、励磁電流指令値演算部１０１と、トルク電流指令値演算部１０２と、位相進み補償部１０３と、上限値演算部１０４と、上限制限部１０５とを備えている。
【００２７】
励磁電流指令値演算部１０１及びトルク電流指令値演算部１０２は、トルク指令値（Ｔ＊）と、モータ１０の回転速度に相当する機械角速度（ωｒｅ）、及び、直流電源８の検出電圧である電圧（Ｖｄｃ）を入力とし、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）及びδ軸電流指令値（ｉ＊δｓ＊）を演算する。励磁電流指令値演算部１０１及びトルク電流指令値演算部１０２には、トルク指令値（Ｔ＊）、機械角速度（ωｒｅ）、電圧（Ｖｄｃ）を指標として、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）及びトルク電流指令値（ｉδｓ＊）を出力するためのマップが格納されており、励磁電流指令値演算部１０１及びトルク電流指令値演算部１０２は、当該マップを参照することにより、入力値に対応する、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）及びδ軸電流指令値（ｉ＊δｓ＊）を出力する。
【００２８】
また当該マップには、インバータ７の電流供給能力及びモータ１０の磁気飽和特性等に応じた、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）が予め設定されており、当該上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）（γ-δ座標軸換算値）と、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）及びδ軸電流指令値（ｉ＊δｓ＊）との間で、以下の式（４）を満たすように、電流値が定められている。
【数４】
0005842487.tif 000005
【００２９】
ここで、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）について、図３を用いて説明する。図３は、励磁電流及びトルク電流と、上限電流値との関係を示す概念図である。図３において、励磁電流、トルク電流及び励磁電流はベクトルで表示され、横軸は励磁電流を縦軸はトルク電流である。モータ制御装置は、通電能力及び磁気飽和などを考慮して、インバータ７からモータ１０に供給される各相電流に対して定格として上限値（上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）に相当）が設定されており、インバータ制御の際には、当該上限値の範囲内で電流を制御する必要がある。電源角速度（ω）に同期した直交座標系で、トルク電流及び励磁電流を示すと、図３のように示され、上限電流値は、図３の円の半径に相当する。すなわち、励磁電流指令値演算部１０１及びトルク電流指令値演算部１０２において、マップを設定する際には、トルク電流を示すベクトル及び励磁電流を示すベクトルが、上限電流値に相当する円の範囲内になるよう制約される。
【００３０】
図２に戻り、上記マップに基づき、励磁電流指令値演算部１０１で演算された第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）は位相進み補償部１０３に出力され、トルク電流指令値演算部１０２で演算されたδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）は上限値演算部１０４及びトルク電流ＦＢ制御器４に出力される。
【００３１】
位相進み補償部１０３は、モータ１０のロータ磁束の遅れを補償するための補償器であり、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）の位相を進めることで、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を演算する。ロータ磁束の遅れは、固定子巻き線に励磁電流を流してからロータ磁束が発生するまでの遅れ時間であって、トルク応答遅れの主要因の一つになっている。また、ロータ磁束の遅れは、一般に永久磁石型同期モータなどに比べて、誘導モータの方が遅い。そのため、本例では、位相進み補償部１０３により、励磁電流に進み補償を施してロータ磁束とトルクの応答特性を速めている。
【００３２】
位相進み補償部１０３は、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）を入力として、以下の式（５）の伝達関数で示されるモデルＧ１（ｓ）をタスティン近似等で離散化することで得られるデジタルフィルタを通して、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を演算する。
【数５】
0005842487.tif 000006
ただし、分子の時定数（τb）は、励磁電流に対するロータ磁束の応答遅れ時定数であり、分母の時定数（τa）は、所望の応答遅れ時定数である。また、進み補償にするため、τb＞τaの条件を満たす。ｓはラプラス演算子である。ロータ磁束の応答遅れ時定数は、ロータ側（二次側）のインダクタンスLrと抵抗値Rrの比率（Lr/Rr）で定まる。
【００３３】
そして、位相進み補償部１０３により演算された第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）は上限制限部１０５に出力される。位相進み補償部１０３では、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）による制限を受けた後の励磁電流指令値を補償しているため、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）が上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）に相当する励磁電流指令値を越える可能性がある。
【００３４】
ここで、本例とは異なり、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を励磁電流ＦＢ制御器３へ入力される励磁電流指令値として、モータ１０を制御した場合（比較例）について説明する。上記のように、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）が上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）に相当する励磁電流指令値を越えた場合（オーバーシュートした場合）には、トルク電流及び励磁電流のベクトル和は、図３及び式（４）で示される条件を満たさなくなる。そして、オーバーシュートした励磁電流指令値に基づいて、上限電流値からトルク電流指令を演算した場合には、電流余力がゼロになる可能性がある。そのため、かかる状態で、モータ１０を制御した場合には、トルク電流が一時的にゼロになり、トルク指令値に対して、トルク応答の立ち上がりが大きく遅れる「むだ時間」が発生する可能性がある。また、トルク電流指令値が上限電流値に基づく制限を長く受け易くなり、電流フィードバック補償器の積分誤差だまりによるトルク電流のオーバーシュート（ワインドアップ）が生じ易くなる。その結果として、上記比較例に係るモータ制御装置を車両に搭載した場合には、ドライバーの加速要求に対して、意図しない車両加速度の“むだ時間”や“オーバーシュート”が生じる可能性がある。
【００３５】
本例では、以下に説明するように、上限値演算部１０４及び上限制限部１０５により、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）とトルク電流との差分に相当する電流余裕分を励磁電流の位相補償に利用することで、位相補償後の電流指令値のオーバーシュートを防ぎ、トルク電流がゼロになることを防ぐ。
【００３６】
図２に戻り、上限値演算部１０４は、δ軸電流指令値（ｉδｓ＊）を入力として、励磁電流指令値の上限値である上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を演算する。式（４）を変形すると、以下の式（６）が導き出される。
【数６】
0005842487.tif 000007
【００３７】
上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）は、δ軸電流指令値（ｉδｓ＊）及び上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）を上記の式（６）に入力し、式（６）の条件を満たす、最大のγ軸電流指令値であり、上限値演算部１０４は上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を上限制限部１０５に出力する。すなわち、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）は、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）を示すベクトルからδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）を示すベクトルの差分をとることで演算される。
【００３８】
上限制限部１０５は、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）と上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を比較し、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）が上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を超えない場合には、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を、γ軸電流指令値（ｉγｓ＊）として、励磁電流ＦＢ制御器３に出力する。一方、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）が上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を超えた場合には、上限制限部１０５は、励磁電流指令を上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）に制限し、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を励磁電流ＦＢ制御器３に出力する。これにより、電流指令値演算器１では、位相補償をしつつ、式（４）及び式（６）の条件を満たすように励磁電流値のリミッタ処理が行われる。
【００３９】
次に、図４〜図６を用いて、本発明における、指令値に対する応答の特性を、上記の比較例と比較しつつ説明する。図４は比較例の特性を図５は本発明の特性を示し、図４及び図５の（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示し、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示し、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示す。またグラフａは指令値の特性を、グラフｂは実測値である応答値の特性を示す。図６は、トルク指令値、比較例の出力トルク及び本発明の出力トルクの特性を示し、グラフａがトルク指令の特性を、グラフｂが比較例の出力トルクの応答特性を、グラフｃが本発明の出力トルクの応答特性を示す。
【００４０】
比較例及び本発明、共に、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、時間ｔ０の時点で所定値のトルク指令値を入力すると、比較例において、励磁電流指令値は時間ｔ０で立ち上がるが（図４（ａ）を参照）、トルク電流指令値は、時間ｔ０の後である時間ｔ１の時点で立ち上がる（図４（ｂ）を参照）。そのため図４（ｃ）に示すように、出力トルクは時間ｔ１で立ち上がり、比較例では時間ｔ０から時間ｔ１の間のむだ時間（ｔｓ）が生じている。さらに図４（ｃ）及び図６に示すように、比較例の出力トルクは、時間ｔ１の後、トルク指令値を越えており、オーバーシュートが発生している。
【００４１】
一方、本発明では、時間ｔ０でのトルク指令値の入力に対して、励磁電流指令値及びトルク電流指令値は時間ｔ０で立ち上がり、励磁電流及びトルク電流はそれぞれの指令値に追随するよう時間ｔ０で立ち上がっている（図５（ａ）（ｂ）を参照）。そのため、出力トルクも、時間ｔ０で立ちあがるため、比較例のような、むだ時間は抑制され、出力トルクのオーバーシュートも解消されている（図６を参照）。
【００４２】
上記のように、本例は、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）の位相を進めて第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を演算することで、モータ１０のロータ磁束の遅れを補償する位相進み補償部１０３と、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）及びδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）に基づいて、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を演算する上限値演算部１０４と、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）以下に制限することで、γ軸電流指令値（ｉγｓ＊）を演算する上限制限部１０５とを備える。これにより、モータ１０へ出力される交流電流の指令値である、γδ軸電流指令値（ｉγｓ＊、ｉδｓ＊）は、式（４）及び式（６）で示される条件を満たす値になるため、トルク指令値による目標トルクを達成することができる。また、ロータ磁束の遅れに対して、励磁電流を補正する際に、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）からδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）の差分をとった電流余裕分が、励磁電流の進み補償に利用されるため、式（４）及び式（６）の条件を外れてまで、位相補償がなされることがなくなり、トルク電流及びモータトルクにむだ時間及びオーバーシュートが生じることを防ぎ、トルク応答性の遅れを抑制することができる。
【００４３】
また本例において、上限値演算部１０４は、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）を示すベクトルからδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）を示すベクトルの差分をとることで、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を演算する。これにより、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）からδ軸電流指令値（ｉδｓ＊）の差分をとった電流余裕分が、励磁電流の進み補償に利用されるため、式（４）及び式（６）の条件を外れてまで、位相補償がなされることがなくなり、トルク電流及びモータトルクにむだ時間及びオーバーシュートが生じることを防ぎ、トルク応答性の遅れを抑制することができる。
【００４４】
上記磁極位置検出器が本発明に係る「モータ回転速度検出手段」に相当し、励磁電流指令値演算部１０１及びトルク電流指令値演算部１０２が本発明の「電流指令値演算手段」に、位相進み補償部１０３が本発明の「補償手段」に、上限値演算部１０４が本発明の「上限励磁電流指令値演算部」に、上限制限部１０５が本発明の「励磁電流指令値制限手段」に、ＰＷＭ変換器６が本発明の「モータ制御手段」に相当し、γ軸電流指令値（ｉγｓ＊）が第３の励磁電流指令値に相当する。
【００４５】
《第２実施形態》
図７は、発明の他の実施形態に係る誘導モータ制御装置を示すブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、トルク電流推定部１０６を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
【００４６】
図７に示すように、電流指令値演算部１は、トルク電流推定部１０６を備えている。トルク電流推定部１０６は、δ軸電流指令値（ｉδｓ＊）を入力として、以下の式（７）の伝達関数で示されるモデルＧ２（ｓ）をタスティン近似等で離散化することで得られるデジタルフィルタを通して、δ軸電流推定値（ｉδｓ＿ｅｓｔ＊）を演算する。
【数７】
0005842487.tif 000008
ただし、時定数（τC）は、電流フィードバック制御系の応答遅れ時定数である。
【００４７】
本例のモータ制御装置において、電流フィードバック制御系の応答遅れが生じている場合には、δ軸電流指令値（ｉδｓ＊）に対して実際のトルク電流の出力は低くなる。そのため、トルク電流推定部１０６は、トルク電流指令値に対して当該応答遅れを加えた指令値をδ軸電流推定値（ｉδｓ＿ｅｓｔ＊）として演算し、上限値演算部１０４に出力する。
【００４８】
上限値演算部１０４は、δ軸電流推定値（ｉδｓ＿ｅｓｔ＊）を入力として、以下の式（８）を用いて、励磁電流指令値の上限値である上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を演算する。
【数８】
0005842487.tif 000009
上限値演算部１０４は、式（８）の条件を満たす最大のγ軸電流指令値（ｉγｓ＊）を、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）として演算し上限制限部１０５に出力する。
【００４９】
次に、図８及び図９を用いて、本発明における、指令値に対する応答の特性を説明する。図８は本発明の特性を示し、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示し、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示し、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示す。またグラフａは指令値の特性を、グラフｂは実測値である応答値の特性を示す。図９は、トルク指令値、比較例の出力トルク、実施形態１（本発明１）の出力トルク及び実施形態２（本発明２）の出力トルクの特性を示し、グラフａがトルク指令の特性を、グラフｂが比較例の出力トルクの応答特性を、グラフｃが本発明１の出力トルクの応答特性を、グラフｄが本発明２の出力トルクの応答特性を示す。
【００５０】
本発明２では、時間ｔ０でのトルク指令値の入力に対して、励磁電流指令値及びトルク電流指令値は時間ｔ０で立ち上がり、励磁電流及びトルク電流はそれぞれの指令値に追随するよう時間ｔ０で立ち上がっている（図８（ａ）（ｂ）を参照）。そのため、出力トルクも、時間ｔ０で立ちあがるため、比較例のような、むだ時間は抑制され、出力トルクのオーバーシュートも解消されている（図８（ｃ）及び図９を参照）。
【００５１】
また図９に示すように、本発明２では、本発明１と比較して、指令値に対するモータトルクの応答性が改善されている。すなわち、本発明２において、上限値演算部１０４は、電流フィードバック制御系の応答遅れにより生じる電流余裕分、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を高めに演算しているため、当該電流余裕分を励磁電流の位相補償に利用することができ、励磁電流の応答を速めることができる。そのため、図９に示すように、モータトルクの応答性が改善されている。
【００５２】
上記のように、本例は、δ軸電流指令値（ｉδｓ＊）を入力として、モータ制御装置の電流フィードバック制御による応答遅れを示すモデルＧ２（ｓ）から得られる応答遅れ補償フィルタを用いて、δ軸電流推定値（ｉδｓ＿ｅｓｔ＊）を演算するトルク電流推定部１０６を備え、上限値演算部１０４により、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）及びδ軸電流推定値（ｉδｓ＿ｅｓｔ＊）に基づいて、上限γ軸電流指令値（ｉγｓ＿ｌ＊）を演算する。これにより、本例は、式（４）及び式（６）に示す、上限電流値（Ｉｓ＿ｍａｘ）の条件の範囲内で、定常的な目標トルクを実現した上で、モータトルクの応答性を高めることができる。
【００５３】
上記のトルク電流推定部１０６が本発明の「トルク電流推定値演算部」に相当する。
【００５４】
《第３実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態に係る誘導モータ制御装置を示すブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、モデルマッチング補償部１０７及び磁束遅れ補償フィルタ１０８を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を定義、援用する。
【００５５】
図１０に示すように、電流指令値演算部１は、モデルマッチング補償部１０７及び磁束遅れ補償フィルタ１０８を備えている。モデルマッチング補償部１０７は、積分特性を持たずに閉ループ系の応答を所望の特性に数式変換する補償器であり、第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）及び磁束遅れ補償フィルタ１０８の出力値を入力として、以下の式（９）を用いて、第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を演算し、上流制限部１０５に出力する。
【数９】
0005842487.tif 000010
ただし、ｕ１は第１のγ軸電流指令値（ｉγｓ１＊）を、ｕ２は磁束遅れ補償フィルタ１０８の出力値を、ｙは第２のγ軸電流指令値（ｉγｓ２＊）を、τｒｅｆはモデルマッチングしたい理想応答の時定数を、τｄは励磁電流指令値に対するロータ磁束の応答遅れに対する時定数を示す。
【００５６】
磁束遅れ補償フィルタ１０８は、モータ１０のロータ遅れを補償するためのフィルタであって、以下の式（１０）の伝達関数で示されるモデルＧ３（ｓ）をタスティン近似等で離散化することで得られるデジタルフィルタである。
【数１０】
0005842487.tif 000011
【００５７】
そして、磁束遅れ補償フィルタ１０８は、上限制限部１０５の出力であるγ軸電流指令値（ｉγｓ＊）を入力とし、式（１０）で算出された演算値を離散化した値を出力値
としてモデルマッチング補償部１０７にフィードバックさせる。これにより、本例は、モデルマッチング補償部１０７、上限制限部１０５及び磁束遅れ補償フィルタ１０８により、磁束遅れモデルと励磁電流の上限制限にフィードバック型のモデルマッチング補償を施した閉ループシミュレーション系を構成し、非線形な位相進み補償器である入力飽和考慮型位相進み補償器を構成する。
【００５８】
次に、図１１及び図１２を用いて、本発明における、指令値に対する応答の特性を説明する。図１１は本発明の特性を示し、（ａ）は励磁電流指令値及び励磁電流の応答電流の特性を示し、（ｂ）はトルク電流指令値及びトルク電流の応答電流の特性を示し、（ｃ）はトルク指令値と出力トルクの特性を示す。またグラフａは指令値の特性を、グラフｂは実測値である応答値の特性を示す。図１２は、トルク指令値、比較例の出力トルク、実施形態１（本発明１）の出力トルク、実施形態２（本発明２）の出力トルク、及び、実施形態３（本発明３）の出力トルクの特性を示し、グラフａがトルク指令の特性を、グラフｂが比較例の出力トルクの応答特性を、グラフｃが本発明１の出力トルクの応答特性を、グラフｄが本発明２の出力トルクの応答特性を、グラフｅが本発明３の出力トルクの応答特性を示す。
【００５９】
本発明３では、時間ｔ０でのトルク指令値の入力に対して、励磁電流指令値及びトルク電流指令値は時間ｔ０で立ち上がり、励磁電流及びトルク電流はそれぞれの指令値に追随するよう時間ｔ０で立ち上がっている（図１１（ａ）（ｂ）を参照）。そのため、出力トルクも、時間ｔ０で立ちあがるため、比較例のような、むだ時間は抑制され、出力トルクのオーバーシュートも解消されている（図１１（ｃ）及び図１２を参照）。
【００６０】
また図１２に示すように、本発明３では、本発明１、２と比較して、指令値に対するモータトルクの応答性が改善されている。すなわち、本発明３において、モデルマッチング補償部１０７は積分特性を有していないため、入力である励磁電流指令値の飽和時（上限制限時）に不必要な積分溜まりが生じない。そのため、励磁電流指令値が飽和（上限制限）から復帰した後、指令値を速やかに目標励磁電流に収束させることができ、その結果として、応答性が改善される。
【００６１】
上記のように、本例は、モデルマッチング補償部１０７及び磁束遅れ補償フィルタ１０８を備える。これにより、トルク電流及びモータトルクにむだ時間及びオーバーシュートが生じることを防ぎ、トルク応答性の遅れを抑制することができる。また励磁電流指令値が上限制限された場合でも、制限の復帰後に理想に近い応答で励磁電流を励磁電流指令値に収束させることができ、モータトルクを可能な限り速やかに目標トルクに収束させることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…電流指令値演算器
１０１…励磁電流指令値演算部
１０２…トルク電流指令値演算部
１０３…位相進み補償部
１０４…上限値演算部
１０５…上限制限部
１０６…トルク電流推定部
１０７…モデルマッチング補償部
１０８…磁束遅れ補償フィルタ
２…非干渉電圧指令値演算器
３…励磁電流ＦＢ制御器
４…トルク電流ＦＢ制御器
５…座標変換器
６…ＰＷＭ変換器
７…インバータ
８…直流電源
９…電流センサ
１０…モータ
１１…ＡＤ変換器
１２…座標変換器
１３…磁極位置検出器
１４…パルスカウンタ
１５…角速度演算器
１６…すべり角速度演算器
１７…変換用角度演算器
【図１】
0005842487.tif 000012
【図２】
0005842487.tif 000013
【図３】
0005842487.tif 000014
【図４】
0005842487.tif 000015
【図５】
0005842487.tif 000016
【図６】
0005842487.tif 000017
【図７】
0005842487.tif 000018
【図８】
0005842487.tif 000019
【図９】
0005842487.tif 000020
【図１０】
0005842487.tif 000021
【図１１】
0005842487.tif 000022
【図１２】
0005842487.tif 000023