(57)【要約】【課題】界磁磁束を安定的に制御することで回転制御を精度よく行う。【解決手段】巻線界磁型の同期モータ（１０９）の制御方法であって、ｆ軸電流指令値演算ステップ（１１３）と、ｆ軸電流制御ステップ（１１４）と、ｆ軸非干渉制御ステップと（１１７）、ｆ軸電圧出力ステップ（１０５）と、を有する。ｆ軸電流制御ステップ（１１７）は、ｆ軸電流指令値に対して負帰還電流に基づく疑似Ｆ／Ｂ制御により疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を算出する疑似Ｆ／Ｂステップ（３０２）と、疑似Ｆ／Ｂモデル電圧指令値を制限してｆ軸制限電圧指令値を出力する制限ステップ（３０３）と、ｆ軸制限電圧指令値に対するｆ軸電流規範応答を算出する規範応答処理ステップ（３０１）と、ｆ軸制限電圧指令値に基づいて第１のｆ軸電圧指令値を算出する第１のｆ軸電圧指令値算出ステップ（２０６、２０４）と、を有する。【選択図】図３
2019213309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子におけるｄ軸、ｑ軸の電圧指令値、及び、回転子における磁束を制御するｆ軸の電圧指令値を算出し、ｄ軸、ｑ軸、及びｆ軸の電圧指令値に基づいて回転駆動を制御する巻線界磁型の同期モータの制御方法であって、
トルク指令値に応じてｆ軸電流指令値を算出するｆ軸電流指令値演算ステップと、
ｆ軸電流センサにより取得されるｆ軸電流が前記ｆ軸電流指令値に追従するように制御するために、第１のｆ軸電圧指令値を算出するｆ軸電流制御ステップと、
ｆ軸とｄ軸及びｑ軸との間の干渉電圧をキャンセルするｆ軸非干渉電圧を算出するｆ軸非干渉制御ステップと、
前記第１のｆ軸電圧指令値を前記ｆ軸非干渉電圧により補正して第２のｆ軸電圧指令値を求め、前記第２のｆ軸電圧指令値に応じて前記回転子の巻線に対してｆ軸電圧を出力するｆ軸電圧出力ステップと、を有し、
前記ｆ軸電流制御ステップは、
前記ｆ軸電流指令値に対して負帰還電流に基づいた疑似Ｆ／Ｂ制御を行うことにより、疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を算出する疑似Ｆ／Ｂステップと、
前記疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を制限してｆ軸制限電圧指令値を出力する制限ステップと、
ｆ軸電圧からｆ軸電流までの応答をモデル化した規範応答モデルを用いて、前記ｆ軸制限電圧指令値から、前記負帰還電流となるｆ軸電流規範応答を算出する規範応答処理ステップと、
前記ｆ軸制限電圧指令値に基づいて前記第１のｆ軸電圧指令値を算出する第１のｆ軸電圧指令値算出ステップと、を有する巻線界磁型の同期モータの制御方法。
【請求項２】
請求項１の巻線界磁型の同期モータの制御方法であって、
前記ｆ軸電圧出力ステップにおいて、直流電源から供給される直流電圧に基づいて前記ｆ軸電圧が生成され、
前記制限ステップにおいて、前記ｆ軸非干渉電圧だけオフセットされた前記直流電圧を用いて前記疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値の制限を行う、巻線界磁型の同期モータの制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の巻線界磁型の同期モータの制御方法であって、
前記第１のｆ軸電圧指令値算出ステップは、さらに、
前記ｆ軸電流規範応答に対して、前記ｆ軸電流を負帰還させるＦ／Ｂ制御を行うことで、Ｆ／Ｂ制御電圧を算出するＦ／Ｂ制御電圧算出ステップと、
前記ｆ軸制限電圧指令値に対して前記Ｆ／Ｂ制御電圧を加算することで、前記第１のｆ軸電圧指令値を算出する加算ステップと、を有する、
巻線界磁型の同期モータの制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の巻線界磁型の同期モータの制御方法であって、
前記ｆ軸Ｆ／Ｂ補償ステップは、さらに、
前記ｆ軸電流規範応答に対して制御系の遅れ時間を考慮した遅延処理を行う遅延ステップを有する、
巻線界磁型の同期モータの制御方法。
【請求項５】
固定子におけるｄ軸、ｑ軸の電圧指令値、及び、回転子における磁束を制御するｆ軸の電圧指令値を算出し、ｄ軸、ｑ軸、及びｆ軸の電圧指令値に基づいて回転駆動を制御する巻線界磁型の同期モータの制御装置であって、
前記制御装置は、
トルク指令値に応じてｆ軸電流指令値を算出するｆ軸電流指令値演算器と、
ｆ軸電流センサにより取得されるｆ軸電流が前記ｆ軸電流指令値に追従するように制御するために、第１のｆ軸電圧指令値を算出するｆ軸電流制御部と、
ｆ軸とｄ軸及びｑ軸との間の干渉電圧をキャンセルするｆ軸非干渉電圧を算出するｆ軸非干渉制御部と、
前記第１のｆ軸電圧指令値を前記ｆ軸非干渉電圧により補正して第２のｆ軸電圧指令値を求め、前記第２のｆ軸電圧指令値に応じて前記回転子の巻線に対してｆ軸電圧を出力するｆ軸電圧出力部と、を有し、
前記ｆ軸電流制御部は、
前記ｆ軸電流指令値に対して負帰還電流に基づいた疑似Ｆ／Ｂ制御を行うことにより、疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を算出する疑似Ｆ／Ｂモデルと、
前記疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を制限してｆ軸制限電圧指令値を出力する制限部と、
ｆ軸電圧からｆ軸電流までの応答をモデル化した規範応答モデルを用いて、前記ｆ軸制限電圧指令値から、前記負帰還電流となるｆ軸電流規範応答を算出する規範応答処理部と、
前記ｆ軸制限電圧指令値に基づいて前記第１のｆ軸電圧指令値を算出する第１のｆ軸電圧指令値算出部と、を有する巻線界磁型の同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線界磁型同期モータの制御方法、及び、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転子側に界磁巻線を有する界磁巻線型の同期モータのトルク制御において、ｆ軸電流と称される界磁巻線に流す電流を変化させることで回転子側の界磁磁束を変化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０１４２４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される界磁巻線型の同期モータにおいては、固定子に印加されるｄ、ｑ軸電圧に加えて、回転子における界磁磁束を変化させるためにｆ軸電圧が制御される。ここで、ｄ、ｑ、及び、ｆ軸においては１つの軸の電圧の制御が他の軸の制御を干渉するので、相互の干渉成分をキャンセルする非干渉制御部を設けることで、界磁磁束をｆ軸において制御することができる。
【０００５】
ｆ軸の制御は、印加電流に対する界磁磁束の応答性が比較的悪いという性質を有する。そのため、ｆ軸電圧指令値の算出にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御が用いられる場合には、所望の応答性を実現するためにＦ／Ｂゲインを大きくする必要がある。しかしながら、Ｆ／Ｂゲインが大きくなると、演算時間などの制御系が持つむだ時間が大きい場合などには、界磁磁束が発散するおそれがある。一方、発散を防止するためにフィードバックゲインを小さくすると、応答性が悪くなってしまい収束までに時間がかかるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、Ｆ／Ｂ補償器を用いることなく界磁磁束を安定的に制御することで回転制御を精度よく行える巻線界磁型の同期モータの制御方法、及び、制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の巻線界磁型の同期モータの制御方法の一態様は、固定子におけるｄ軸、ｑ軸の電圧指令値、及び、回転子における磁束を制御するｆ軸の電圧指令値を算出し、ｄ軸、ｑ軸、及びｆ軸の電圧指令値に基づいて回転駆動を制御する。巻線界磁型の同期モータの制御方法は、トルク指令値に応じてｆ軸電流指令値を算出するｆ軸電流指令値演算ステップと、ｆ軸電流センサにより取得されるｆ軸電流がｆ軸電流指令値に追従するように制御するために、第１のｆ軸電圧指令値を算出するｆ軸電流制御ステップと、ｆ軸とｄ軸及びｑ軸との間の干渉電圧をキャンセルするｆ軸非干渉電圧を算出するｆ軸非干渉制御ステップと、第１のｆ軸電圧指令値をｆ軸非干渉電圧により補正して第２のｆ軸電圧指令値を求め、第２のｆ軸電圧指令値に応じて回転子の巻線に対してｆ軸電圧を出力するｆ軸電圧出力ステップと、を有する。ｆ軸電流制御ステップは、ｆ軸電流指令値に対して負帰還電流に基づいた疑似Ｆ／Ｂ制御を行うことにより、疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を算出する疑似Ｆ／Ｂステップと、疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値を制限してｆ軸制限電圧指令値を出力する制限ステップと、ｆ軸電圧からｆ軸電流までの応答をモデル化した規範応答モデルを用いて、ｆ軸制限電圧指令値から、負帰還電流となるｆ軸電流規範応答を算出する規範応答処理ステップと、ｆ軸制限電圧指令値に基づいて第１のｆ軸電圧指令値を算出する第１のｆ軸電圧指令値算出ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、Ｆ／Ｂ補償器を用いることなく界磁磁束を安定的に制御することで回転制御を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、モータ制御システムのブロック図である。
【図２】図２は、ｆ軸電流制御部の詳細なブロック図である。
【図３】図３は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器の詳細なブロック図である。
【図４】図４は、ｆ軸電流モデルの詳細なブロック図である。
【図５】図５は、ｆ軸電流Ｆ／Ｂモデル詳細なブロック図である。
【図６】図６は、ｆ軸リミット処理部の詳細なブロック図である。
【図７】図７は、ｆ軸リミット処理部の詳細なブロック図の他の一例である。
【図８】図８は、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器の詳細なブロック図である。
【図９】図９は、ｆ軸ロバスト補償器の詳細なブロック図である。
【図１０】図１０は、モータの制御処理を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本実施形態と比較例とにおける制御処理を示すタイミングチャートである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本実施形態と比較例とにおける制御処理を示すタイミングチャートである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本実施形態と比較例とにおける制御処理を示すタイミングチャートである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本実施形態と比較例とにおける制御処理を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の制御方法により制御されるモータ制御システム１００のブロック図である。モータ制御システム１００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。
【００１２】
まず、モータ制御システム１００の制御の概略について説明する。モータ制御システム１００により制御されるモータ１０１は、固定子の巻線に電圧を印加可能に構成されるとともに、回転子に巻線を備え回転子側の磁束を変化させることができる巻線界磁型同期モータである。モータ１０１の回転制御においては、固定子に印加されるｄ、ｑ軸の電圧に加えて、回転子の磁束を変化させるｆ軸の電圧が制御される。
【００１３】
電流指令値演算器１１３は、アクセル開度などに基づくトルク指令値Ｔ*に応じてｄ、ｑ及びｆ軸の電流指令値（ｉd*、ｉq*、ｉf*）を算出する。ｄ、ｑ及びｆ軸の電流制御部１１４、１１５、１１６は、Ａ／Ｄ変換器１０７、及び、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８を介して入力されるモータ１０１の実電流（ｉd、ｉq、ｉf）が、電流指令値（ｉd*、ｉq*、ｉf*）に追従するように第１の電圧指令値（ｖd_dsh、ｖq_dsh、ｖf_dsh）を算出する。
【００１４】
なお、ｄ、ｑ及びｆ軸の制御において相互の干渉が発生するので、この干渉をキャンセルするために、非干渉制御部１１７は、電流制御部１１４、１１５、１１６からの出力に基づいて非干渉電圧（ｖd_dcpl、ｖq_dcpl、ｖf_dcpl）を生成する。第２の電圧指令値演算部１１８において、第１の電圧指令値（ｖd_dsh、ｖq_dsh、ｖf_dsh）と非干渉電圧（ｖd_dcpl、ｖq_dcpl、ｖf_dcpl）とが加算されることで、ｄ、ｑ及びｆ軸の相互干渉が生じない第２の電圧指令値（ｖd*、ｖq*、ｖf*）が算出される。このように非干渉電圧を加算することで、ｄ、ｑ及びｆ軸のそれぞれの軸の電圧制御において、他の軸からの影響を考慮する必要がなくなる。
【００１５】
ｄ、ｑ軸に関しては、第２の電圧指令値演算部１１８から出力される第２の電圧指令値（ｖd*、ｖq*）は、ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１１９、ＰＷＭ変換器１０２、三相電圧型のインバータ１０３を介して、交流電圧（ｖu、ｖv、ｖw）としてモータ１０１の固定子が備える巻線に印加される。
【００１６】
ｆ軸に関しては、第２の電圧指令値演算部１１８から出力される第２の電圧指令値（ｖf*）は、ｆ軸電流出力部１０５に入力される。ｆ軸電流出力部１０５は、直流電源１０４の直流電圧（Ｖdc）を用いて、第２の電圧指令値（ｖf*）に応じたｆ軸電圧ｖfを生成し、ｆ軸電圧ｖfをモータ１０１の回転子が備えるコイルに印加する。
【００１７】
なお、モータ制御システム１００においては、全体の遅れ成分を考慮して制御を行うために、パルスカウンタ１１０、角速度演算器１１１、及び、先読み補償部１１２などが設けられている。
【００１８】
角速度演算器１１１、先読み補償部１１２、電流指令値演算器１１３、ｄ軸電流制御部１１４、ｑ軸電流制御部１１５、ｆ軸電流制御部１１６、非干渉制御部１１７、第２の電圧指令値演算部１１８、ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１１９は、例えばＣＰＵなどの１つのコントローラによって制御が実行されてもよい。また、ＰＷＭ変換器１０２、ｆ軸電流出力部１０５、Ａ／Ｄ変換器１０７、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８、パルスカウンタ１１０などは、本実施形態においては上述のコントローラにより処理が行われるものとするが、コントローラとは別のマイコンにより制御が行われてもよい。
【００１９】
以下においては、それぞれの構成について詳細に説明する。
【００２０】
モータ１０１は、巻線界磁型同期モータである。巻線界磁型同期モータは、固定子側の三相の電機子巻線に加えて回転子側に界磁巻線を有し、界磁巻線への印加電圧を制御することで回転子の磁束を変更させることができる。なお、モータ制御システム１００が電気自動車に適用される場合、モータ１０１は車両の駆動源となる。
【００２１】
ＰＷＭ変換器１０２は、入力される三相の電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*に基づき、三相電圧型のインバータ１０３を構成するスイッチング素子（ＩＧＢＴなど）の操作に用いるＰＷＭ  Ｄｕｔｙ駆動信号（Ｄuu*、Ｄul*、Ｄvu*、Ｄvl*、Ｄwu*、Ｄwl*）を生成する。
【００２２】
インバータ１０３は、直流電源１０４の電源電圧Ｖdcを用いて、ＰＷＭ変換器１０２により生成される駆動信号に応じて交流電圧ｖu、ｖv、ｖwを生成し、交流電圧ｖu、ｖv、ｖwをモータ１０１に供給する。なお、直流電源１０４は、例えば積層型リチウムイオンバッテリである。
【００２３】
ｆ軸電流出力部１０５は、直流電源１０４から供給される電源電圧Ｖdcを用いて、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*に応じたｆ軸電圧ｖfを回転子巻線に印加することで、回転子巻線にはｆ軸電流ｉfが流れる。このように、固定子および回転子に設けられる巻線には共通の直流電源１０４から電力が供給される。なお、電源電圧Ｖdcは、後述の制限処理に用いられるためにｆ軸電流制御部１１６へと出力される。
【００２４】
電流センサ１０６は、複数設けられている。それらのうちの２つの電流センサ１０６ｕ、電流センサ１０６ｖは、インバータ１０３からモータ１０１に供給される三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流であるｕ相電流ｉu、及び、ｖ相電流ｉvを検出する。検出されたｕ相電流ｉu、及び、ｖ相電流ｉvは、Ａ／Ｄ変換器１０７でデジタル信号であるｕ相電流ｉus、及び、ｖ相電流ｉvsに変換され、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８に入力される。なお、電流センサ１０６を３相のうちの２相にのみに取り付ける場合、残りの１相のｗ相電流ｉwsは、次式（１）により求めることができる。
【００２５】
【数１】
2019213309.tif 000003
【００２６】
また、他の１つのｆ軸電流センサ１０６ｆは、ｆ軸電流出力部１０５からモータ１０１への電流供給路にも設けられており、ｆ軸電流ｉfを検出する。検出されたｆ軸電流ｉfは、Ａ／Ｄ変換器１０７においてデジタル信号に変換され、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８に入力される。
【００２７】
磁極位置検出器１０９は、モータ１０１に設けられるレゾルバから出力されるＡＢＺ相のパルスを検出する。パルスカウンタ１１０は、磁極位置検出器１０９により取得されたＡＢＺ相のパルスに応じて電気角度θreを求め、電気角度θreを３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８、及び、先読み補償部１１２に出力する。
【００２８】
角速度演算器１１１は、電気角度θreを入力して、その時間変化率に基づいて、電気角速度ωre、及び、モータ回転数ωrmを求める。なお、モータ回転数ωrmは、電気角速度ωreをモータ極対数ｐにて除して求められる。
【００２９】
先読み補償部１１２は、電気角度θreと電気角速度ωreを入力して、電気角度θreに対して、電気角速度ωreと制御系が持つむだ時間との乗算値を加算することにより、先読み補償後電気角θre'を求める。先読み補償部１１２は、先読み補償後電気角θre' をｄ−ｑ／３相交流座標変換器１１９へと出力する。
【００３０】
３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８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。具体的には、ｕ相電流ｉus、ｖ相電流ｉvsと及び電気角度θreを入力として、次式（２）よりｄ軸電流ｉd、及び、ｑ軸電流ｉqを算出する。
【００３１】
【数２】
2019213309.tif 000004
【００３２】
電流指令値演算器１１３は、トルク指令値Ｔ*、機械角速度であるモータ回転数ωrm、及び、電源電圧Ｖdcを入力とし、ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*を算出する。電流指令値演算器１１３は、トルク指令値Ｔ*、モータ回転数ωrm、及び、電源電圧Ｖdcと、ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶しておき、このマップデータを参照することでｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*及びｆ軸電流指令値ｉf*の各々を求める。
【００３３】
ｄ軸電流制御部１１４は、計測されたｄ軸電流ｉdがｄ軸電流指令値ｉd*に追従するように、第１のｄ軸電圧指令値ｖd_dsh、ｄ軸電流規範応答ｉd_ref、及び、ｄ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉd_refを算出する。ｑ軸電流制御部１１５は、ｑ軸電流ｉqがｑ軸電流指令値ｉq*に追従するように、第１のｑ軸電圧指令値ｖq_dsh、及び、ｑ軸電流規範応答ｉq_refを算出する。ｆ軸電流制御部１１６は、ｆ軸電流ｉfがｆ軸電流指令値ｉf*に追従するように、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dsh、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを算出する。これらの処理のうち、ｆ軸電流制御部１１６の詳細については、図２を用いて後述する。なお、ｆ軸電流制御部１１６は、ｆ軸電流制御ステップを実行するブロックの一例である。
【００３４】
非干渉制御部１１７は、電気角速度ωreと、ｄ軸電流制御部１１４から出力されるｄ軸電流規範応答ｉd_ref、及び、ｄ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉd_refと、ｑ軸電流制御部１１５から出力されるｑ軸電流規範応答ｉq_refと、ｆ軸電流制御部１１６から出力されるｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを入力して、ｄ、ｑ及びｆ軸において各々の１軸に対して他の２軸からの干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧ｖd_dcpl、ｖq_dcpl、ｖf_dcplを算出する。なお、非干渉電圧ｖf_dcplは、後述の制限処理に用いられるためにｆ軸電流制御部１１６へと出力される。なお、非干渉制御部１１７は、ｆ軸非干渉制御ステップを実行するブロックの一例である。
【００３５】
第２の電圧指令値演算部１１８は、ｄ、ｑ及びｆ軸に対応する３つの加算器により構成される。第２の電圧指令値演算部１１８は、ｄ軸電流制御部１１４から出力される第１のｄ軸電圧指令値ｖd_dshに、非干渉制御部１１７の出力である非干渉電圧ｖd_dcplを加算することで、第２のｄ軸電圧指令値ｖd*を算出する。第２の電圧指令値演算部１１８は、ｑ軸電流制御部１１５から出力される第１のｑ軸電圧指令値ｖq_dshに、非干渉制御部１１７の出力である非干渉電圧ｖq_dcplを加算することで、第２のｑ軸電圧指令値ｖq*を算出する。第２の電圧指令値演算部１１８は、ｆ軸電流制御部１１６から出力される第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshに、非干渉制御部１１７の出力であるｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを加算することで、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*を算出する。このように非干渉電圧を加算することによりｄ、ｑ及びｆ軸のそれぞれにおいて他の２軸からの干渉成分がキャンセルされるので、ｄ、ｑ及びｆ軸のそれぞれを単純な一次遅れ系として扱うことができる。なお、第２の電圧指令値演算部１１８は、ｆ軸電圧出力ステップを実行するブロックの一例である。また、非干渉制御の詳細については、後に、式（４）〜（８）を用いて説明する。
【００３６】
ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１１９は、電気角速度ωreで回転する直交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。具体的には、第２のｄ軸電圧指令値ｖd*、第２のｑ軸電圧指令値ｖq*と、先読み補償後電気角θre'を入力し、次式（３）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*を算出して出力する。
【００３７】
【数３】
2019213309.tif 000005
【００３８】
以降において、巻線界磁型のモータ１０１における非干渉制御について説明する。まず、巻線界磁型のモータ１０１における電圧方程式は、次式（４）のように示される。
【００３９】
【数４】
2019213309.tif 000006
【００４０】
ただし、式（４）のパラメータは以下のとおりである。なおこれらの値のうち、インダクタンス及び抵抗は、モータ１０１の設計により定まる。
【００４１】
ｉd ：ｄ軸電流
ｉq ：ｑ軸電流
ｉf ：ｆ軸電流
ｖd ：ｄ軸電圧
ｖq ：ｑ軸電圧
ｖf ：ｆ軸電圧
Ｌd ：ｄ軸インダクタンス
Ｌq  ：ｑ軸インダクタンス
Ｌf ：ｆ軸インダクタンス
Ｍ  ：固定子／回転子間の相互インダクタンス
Ｌd'  ：ｄ軸動的インダクタンス
Ｌq'  ：ｑ軸動的インダクタンス
Ｌf'  ：ｆ軸動的インダクタンス
Ｍ'  ：固定子／回転子間の動的相互インダクタンス
Ｒa  ：固定子巻線抵抗
Ｒf  ：回転子巻線抵抗
ωre  ：電気角速度
ｓ    ：ラプラス演算子
【００４２】
ここで、非干渉制御部１１７が非干渉成分を理想的に算出し、第２の電圧指令値演算部１１８によって非干渉成分が加算されれば、ｄ、ｑ、及び、ｆ軸のそれぞれにおいて他の２軸からの干渉がキャンセルされる。そのため、電圧方程式は次式（５）に示されるように対角化される。
【００４３】
【数５】
2019213309.tif 000007
【００４４】
つまり、d、q、及び、f軸における電圧から電流までのモデル、すなわち、電圧を入力として電流を出力とする規範応答モデルは、それぞれ次式（６）、（７）、及び、（８）に示されるような一次遅れ系となることになる。
【００４５】
【数６】
2019213309.tif 000008
【００４６】
【数７】
2019213309.tif 000009
【００４７】
【数８】
2019213309.tif 000010
【００４８】
次に、ｆ軸電流制御部１１６の詳細について図２を用いて説明する。なお、ｄ、ｑ軸における制御についてはｆ軸と同様であるため、説明を割愛し、以下ではｆ軸に関しての制御のみ説明する。
【００４９】
図２は、ｆ軸電流制御部１１６の詳細なブロック図である。
【００５０】
ｆ軸電流制御部１１６においては、Ａ／Ｄ変換器１０７から入力されるｆ軸電流ｉfが電流指令値演算器１１３において算出されるｆ軸電流指令値ｉf*に定常偏差なく所望の応答性で追従するように第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshを算出する。さらに、ｆ軸電流制御部１１６は、後の処理にて用いられる、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを算出する。ｆ軸電流制御部１１６は、ｆ軸Ｆ／Ｆ（フィードフォワード）補償器２０１、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２、ｆ軸ロバスト補償器２０３、及び、ｆ軸リミット処理部２０４により構成されており、以下ではそれぞれの詳細について説明する。
【００５１】
ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１は、電流指令値演算器１１３にて算出されるｆ軸電流指令値ｉf*を入力として、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに加えて、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、その微分値であるｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを算出する。ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１は、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、その微分値であるｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを非干渉制御部１１７へと出力するとともに、ｆ軸電流規範応答ｉf_refをｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２へと出力する。ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１の詳細については、図３を用いて後述する。なお、図示されていないが、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１には、直流電源１０４から出力される電源電圧Ｖdc、及び、非干渉制御部１１７から出力される非干渉電圧ｖf_dcplが入力される。なお、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１は、ｆ軸電流制御ステップを実行するブロックの一例である。
【００５２】
ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、一般的なフィードバック補償を行う補償器である。ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１において算出されるｆ軸電流規範応答ｉf_refに対して、ｆ軸電流センサ１０６ｆによって測定されたｆ軸電流ｉfを負帰還させるＦ／Ｂ処理を行うことで、ｆ軸電流ｉfがｆ軸電流規範応答ｉf_refに追従するように、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbを算出する。ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbを加算器２０５へと出力する。ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２の詳細については、図８を用いて後述する。なお、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、Ｆ／Ｂ補償ステップを実行するブロックの一例である。加算器２０５は、加算ステップを実行するブロックの一例である。
【００５３】
ｆ軸ロバスト補償器２０３は、後述のｆ軸リミット処理部２０４において算出され最終的にｆ軸電流制御部１１６から出力される第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshと、ｆ軸電流ｉfとに基づいて、システムの堅牢性を確保するためのｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstを算出する。ｆ軸ロバスト補償器２０３は、ｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstを加算器２０６へと出力する。ｆ軸ロバスト補償器２０３の詳細については、図９を用いて後述する。
【００５４】
ｆ軸リミット処理部２０４の前段には２つの加算器２０５、２０６が設けられている。ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１において算出されたｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに対して、加算器２０５によりｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbが加算され、さらに、加算器２０６によりｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstが加算される。そして、最終的な加算値が、ｆ軸リミット処理部２０４へと入力される。従って、ｆ軸リミット処理部２０４には、Ｆ／Ｆ指令値であるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに対して、Ｆ／Ｂ補償値であるｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fb、及び、ｆ軸ロバスト補償値であるｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstが加算されたものが入力される。
【００５５】
そして、ｆ軸リミット処理部２０４は、入力される電圧指令値を制限して第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshを算出する。ｆ軸リミット処理部２０４は、ｆ軸電圧指令値ｖf_dshを第２の電圧指令値演算部１１８、及び、ｆ軸ロバスト補償器２０３へと出力する。なお、ｆ軸リミット処理部２０４においては、図６及び７を用いて説明される後述のｆ軸リミット処理部３０３と同じ処理が行われる。
【００５６】
次に、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１の詳細な構成について図３を用いて説明する。図３は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１の詳細なブロック図である。ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１は、ｆ軸電流モデル３０１と、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２と、ｆ軸リミット処理部３０３とを有する。
【００５７】
ｆ軸電流モデル３０１は、ｆ軸電圧からｆ軸電流までの規範応答特性をモデル化したフィルタである。ｆ軸電流モデル３０１は、後述のｆ軸リミット処理部３０３から出力されるf軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに対して、ｆ軸における電圧から電流までの規範応答モデルを用いたフィルタリング処理することで、規範応答であるｆ軸電流規範応答ｉf_refを算出し、非干渉制御部１１７、及び、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２へと出力する。また、ｆ軸電流モデル３０１は、後の処理で用いるために、ｆ軸電流規範応答ｉf_refの微分値であるｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを非干渉制御部１１７へと出力する。ｆ軸電流モデル３０１の詳細については、図４を用いて後述する。なお、ｆ軸電流モデル３０１は、規範応答処理ステップを実行するブロックの一例である。
【００５８】
ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２においては、電流指令値演算器１１３にて算出されるｆ軸電流指令値ｉf*に対して、ｆ軸電流モデル３０１から出力されるｆ軸電流規範応答ｉf_refが負帰還される。ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２は、ｆ軸電流指令値ｉf*に対してｆ軸電流規範応答ｉf_refを定常偏差なく所望の応答性で追従させるために、疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbを算出し、ｆ軸リミット処理部３０３へと出力する。ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２の詳細については、図５を用いて後述する。なお、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２は、疑似Ｆ／Ｂステップを実行するブロックの一例である。
【００５９】
ｆ軸リミット処理部３０３は、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２から出力される疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbに対して制限を行い、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを算出し、加算器２０５、及び、ｆ軸電流モデル３０１へと出力する。ｆ軸リミット処理部３０３の詳細については、図６、７を用いて後述する。なお、ｆ軸リミット処理部３０３は、制限ステップを実行するブロックの一例である。
【００６０】
なお、図示されていないが、ｆ軸リミット処理部３０３には、直流電源１０４から出力される電源電圧Ｖdc、及び、非干渉制御部１１７から出力される非干渉電圧ｖf_dcplが入力される。図２に示されるように、ｆ軸リミット処理部３０３から出力されるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffは、加算器２０５、加算器２０６、及び、ｆ軸リミット処理部２０４を経て、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshが算出される。すなわち、加算器２０５、加算器２０６、及び、ｆ軸リミット処理部２０４は、第１のｆ軸電圧指令値算出ステップを実行するブロックの構成の一例である。
【００６１】
このようにｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１において、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２に対して、測定されたｆ軸電流ｉfが負帰還されるＦ／Ｂ系ではなく、ｆ軸電流モデル３０１にて算出されるｆ軸電流規範応答ｉf_refが負帰還される疑似的なＦ／Ｂ系が構成される。このように擬似的なＦ／Ｂ系を実現することにより、応答性が悪いＦ／Ｂ制御を回避できるため、応答性の向上を図ることができる。
【００６２】
さらに、図１に示されるように、ｆ軸電圧ｖfは直流電源１０４により生成されるので、そのｆ軸電圧ｖfノ上限は直流電源１０４の電源電圧Ｖdcにより制限されて飽和する。そこで、電源電圧Ｖdcでの飽和をモデル化したｆ軸リミット処理部３０３を設けて、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshを制限してｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを算出する。電圧飽和が考慮されたｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffがｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２に帰還されることにより、回転制御の精度の向上を図ることができる。
【００６３】
次に、ｆ軸電流モデル３０１の詳細な構成について図４を用いて説明する。図４は、ｆ軸電流モデル３０１の詳細なブロック図である。ｆ軸電流モデル３０１は、乗算器４０１、減算器４０２、除算器４０３、及び、積分器４０４を有する。
【００６４】
乗算器４０１は、ｆ軸電流モデル３０１の最終的な出力の１つであり後述の積分器４０４から出力されるｆ軸電流規範応答ｉf_refに対して、回転子巻線抵抗Ｒfを乗算し、乗算結果を減算器４０２へと出力する。この乗算結果は、規範応答の電圧値に相当する。
【００６５】
減算器４０２は、ｆ軸リミット処理部３０３から出力されるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffから、乗算器４０１から出力される規範応答の電圧値を差し引き、その減算値を除算器４０３に出力する。
【００６６】
除算器４０３は、減算器４０２にて算出される差分に対してｆ軸動的インダクタンスＬf'で除算し、除算結果を非干渉制御部１１７、及び、積分器４０４へと出力する。このようにして、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refが算出される。
【００６７】
積分器４０４は、除算器４０３から出力されるｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refを積分処理してｆ軸電流規範応答ｉf_refを算出し、ｆ軸電流規範応答ｉf_refを非干渉制御部１１７、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２、及び、乗算器４０１へと出力する。
【００６８】
このように、ｆ軸電流モデル３０１においては、最終的な出力の１つであるｆ軸電流規範応答ｉf_refが乗算器４０１により回転子巻線抵抗Ｒfが乗算されて、入力であるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに対して負帰還させる。この負帰還の結果値を除算器４０３によりｆ軸動的インダクタンスＬf'で除算することで、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに基づくｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、その微分値ｓ・ｉf_refを求めることができる。
【００６９】
次に、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２の詳細な構成について図５を用いて説明する。図５は、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２の詳細なブロック図である。ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２は、フィルタ５０１、フィルタ５０２、及び、減算器５０３を有する。
【００７０】
フィルタ５０１は、電流指令値演算器１１３から出力されるｆ軸電流指令値ｉf*にゲインＧafを乗算し、そのフィルタ処理後の値を減算器５０３へと出力する。
【００７１】
フィルタ５０２は、ｆ軸電流モデル３０１から出力されるｆ軸電流規範応答ｉf_refにゲインＧbfを乗算し、そのフィルタ処理後の値を減算器５０３へと出力する。
【００７２】
そして、減算器５０３は、フィルタ５０１の出力値からフィルタ５０２の出力値を差し引くことで疑似Ｆ／Ｂ電圧指令値ｖf_pse_fbを算出し、疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbをｆ軸リミット処理部３０３へと出力する。すなわち、測定値ではないｆ軸電流規範応答ｉf_refが負帰還されることにより、擬似的なＦ／Ｂ制御が構成されることになる。
【００７３】
ただし、ゲインＧaf及びゲインＧbfは、次式（９）のように示すことができる。ただし、τfは、ｆ軸の電流制御規範応答時定数である。
【００７４】
【数９】
2019213309.tif 000011
【００７５】
このように構成されることで、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２においては、ｆ軸電流指令値ｉf*に対して、実際に測定されるｆ軸電流ｉfでなくｆ軸電流規範応答ｉf_refをＦ／Ｂ成分として用いて疑似的なＦ／Ｂ制御を実現することができる。
【００７６】
次に、ｆ軸リミット処理部３０３の詳細な構成について図６を用いて説明する。図６は、ｆ軸リミット処理部３０３の詳細なブロック図である。ｆ軸リミット処理部３０３は、比較器６０１、反転器６０２、比較器６０３、及び、減算器６０４、６０５を有する。
【００７７】
比較器６０１の前段に設けられる減算器６０４においては、直流電源１０４の電源電圧Ｖdcから非干渉制御部１１７から出力されるｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを差し引いた減算値が求められる。そして、比較器６０１は、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２からの出力値である疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbと、減算器６０４における減算値とを比較し、より小さな値を比較器６０３へと出力する。
【００７８】
反転器６０２は、電源電圧Ｖdcの符号を反転させる。
【００７９】
比較器６０３の前段には減算器６０５が設けられており、減算器６０５においては、反転器６０２の出力から、非干渉制御部１１７から出力されるｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを差し引いた減算値が求められる。そして、比較器６０３は、比較器６０１の出力値と、減算器６０５における減算値とを比較し、より大きな値をｆ軸電流モデル３０１、及び、加算器２０５へと出力する。
【００８０】
このような構成により、ｆ軸リミット処理部３０３においては、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２の出力値である疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbに対して、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを加算するだけの余裕を得るために、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplだけマイナスにオフセットされた電源電圧Ｖdcに基づく制限処理、具体的には、上限値が「Ｖdc−ｖf_dcpl」、下限値が「−Ｖdc−ｖf_dcpl」となる制限処理が行われる。
【００８１】
また、ｆ軸リミット処理部３０３を図７に示されるように構成してもよい。図７は、ｆ軸リミット処理部３０３の詳細なブロック図の他の一例である。この一例においては、ｆ軸リミット処理部３０３は、比較器７０１、反転器７０２、比較器７０３、減算器７０４、及び、加算器７０５を有する。
【００８２】
比較器７０１の前段には加算器７０５が設けられており、加算器７０５において、非干渉制御部１１７から出力されるｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplと、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２から出力される疑似ＦＢ電圧指令値vf_pse_fbとが加算される。そして、比較器７０１は、直流電源１０４の電源電圧Ｖdcと、加算器７０５における加算結果とを比較し、より小さな値を比較器７０３へと出力する。
【００８３】
反転器７０２は、電源電圧Ｖdcの符号を反転させる。
【００８４】
比較器７０３は、比較器７０１からの出力と、反転器７０２からの出力とを比較して、大きな値を減算器７０４へと出力する。
【００８５】
減算器７０４は、比較器７０３の出力値から非干渉制御部１１７から出力されるｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを差し引くことによりｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを算出する。減算器７０４は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを、ｆ軸電流モデル３０１、及び、ｆ軸電流制御部１１６を構成する加算器２０５へ出力する。
【００８６】
このような構成しても、ｆ軸リミット処理部３０３においては、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２の出力値である疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbに対して、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを加算する余裕を得るために、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplだけマイナスにオフセットされた電源電圧Ｖdcに基づく制限処理、具体的には、上限値が「Ｖdc−ｖf_dcpl」、下限値が「−Ｖdc−ｖf_dcpl」となる制限処理が行われる。
【００８７】
次に、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２の詳細について説明する。図８は、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２の詳細なブロック図である。ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、ブロック８０１、乗算器８０２、及び、減算器８０３を有する。
【００８８】
ブロック８０１は、遅延フィルタであって、制御系が持つむだ時間Ｌだけの遅延処理を行う。ブロック８０１は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１から出力されるｆ軸電流規範応答ｉf_refの入力に対してｆ軸電流規範応答ｉf_refを遅延させ、ｆ軸電流規範応答ｉf_refとｆ軸電流ｉfの位相を合わせるためにむだ時間処理後ｆ軸電流規範応答ｉf_ref'を算出し、乗算器８０２の前段に設けられる減算器８０３へ出力する。ここで、制御系が持つむだ時間Ｌとは制御演算遅れに相当するものとする。ブロック８０１は、遅延ステップを実行するブロックの一例である。
【００８９】
減算器８０３は、ブロック８０１から出力されるむだ時間処理後ｆ軸電流規範応答ｉf_ref'から、Ａ／Ｄ変換器１０７から出力されるｆ軸電流ｉfを差し引いて減算結果を算出する。
【００９０】
乗算器８０２は、減算器８０３における減算結果を入力として、ｆ軸Ｆ／ＢゲインＫfを乗算することによりｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbを算出し、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbを加算器２０５へ出力する。なお、ｆ軸Ｆ／ＢゲインＫfは、ゲイン余裕や位相余裕などの安定性が所定の基準を満足するように実験にて調整して値を決定する。
【００９１】
このように構成されることで、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２において、ｆ軸電流ｉfに基づくｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbが算出される。
【００９２】
図９は、ｆ軸ロバスト補償器２０３の詳細なブロック図である。ｆ軸ロバスト補償器２０３は、ブロック９０１、ブロック９０２、ブロック９０３、及び、減算器９０４により構成される。
【００９３】
ブロック９０１は、Ａ／Ｄ変換器１０７から出力されるｆ軸電流ｉfを入力に対してフィルタリング処理して第１のｆ軸電圧推定値ｖf_est1を算出し、ｆ軸電圧推定値ｖf_est1を減算器９０４へ出力する。ブロック９０１は、後述のブロック９０３のローパスフィルタ１／（τh_f・ｓ＋１）を含む、（Ｌf'・ｓ＋Ｒf）／（τh_f・ｓ＋１）の特性を有する遅延フィルタである。
【００９４】
ブロック９０２は、ブロック８０１と同じ遅延フィルタである。ブロック９０２は、ｆ軸リミット処理部２０４から出力される第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshに対して、制御系が持つむだ時間Ｌだけ遅延させて、第２のｆ軸電圧推定値ｖf_est2を算出する。そして、ブロック９０２は、第２のｆ軸電圧推定値ｖf_est2をブロック９０３へと出力する。
【００９５】
ブロック９０３は、１／（τh_f・ｓ＋１）の特性を有するローパスフィルタである。ブロック９０３は、ブロック９０２から出力される第２のｆ軸電圧推定値ｖf_est2に対して、ローパスフィルタ処理を行い、第３のｆ軸電圧推定値ｖf_est3を算出する。そして、ブロック９０３は、第３のｆ軸電圧推定値ｖf_est3を減算器９０４へと出力する。
【００９６】
減算器９０４は、第３のｆ軸電圧推定値ｖf_est3から第１のｆ軸電圧推定値ｖf_est1を差し引くことにより、ｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstを加算器２０６へと算出する。
【００９７】
このように、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshに対して、遅延フィルタであるブロック９０１、及び、ローパスフィルタであるブロック９０３の処理を行う処理を行い、測定値に基づく第１のｆ軸電圧推定値ｖf_est1を減じることで、安定性をさらに向上させるためのｆ軸ロバスト補償電圧ｖf_rbstが算出される。
【００９８】
図１０は、上述の図１乃至９までのモータ１０１の制御処理を示すフローチャートである。これらの制御は、コントローラが予め定められたプログラムを実行することにより、行われる。
【００９９】
ステップＳ１において、Ａ／Ｄ変換器１０７によって電流値（ｕ相電流ｉus、ｖ相電流ｉvs、及び、ｆ軸電流ｉf）が取得される。パルスカウンタ１１０は、磁極位置検出器１０９により検出されるＡＢＺ相のパルスに基づいて電気角度θreを取得する。
【０１００】
ステップＳ２において、角速度演算器１１１は、ステップＳ１で算出された電気角度θreに基づいて、機械角速度であるモータ回転数ωrm、及び、電気角速度ωreを算出する。
【０１０１】
ステップＳ３において、先読み補償部１１２は、ステップＳ２にて算出される電気角度θreに基づいて、先読み補償後電気角θre'を算出する。
【０１０２】
ステップＳ４において、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器１０８は、ステップＳ１において算出されるｕ相電流ｉu、ｖ相電流ｉvに基づいてｄ軸電流ｉd、及び、ｑ軸電流ｉqを算出する。
【０１０３】
ステップＳ５において、電流指令値演算器１１３は、ステップＳ２で算出されたモータ回転数ωrmに加えて、上位装置にて算出されるトルク指令値Ｔ*、及び、電源電圧Ｖdcに応じて、ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*を算出する。
【０１０４】
ステップＳ６において、ｄ軸電流制御部１１４、ｑ軸電流制御部１１５、及び、ｆ軸電流制御部１１６によって、第１のｄ軸電圧指令値ｖd_dsh、ｄ軸電流規範応答ｉd_ref、ｄ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉd_ref、第１のｑ軸電圧指令値ｖq_dsh、ｑ軸電流規範応答ｉq_ref、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dsh、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refが算出される。
【０１０５】
ステップＳ７において、非干渉制御部１１７は、ステップＳ２で算出される電気角速度ωreと、ステップＳ６で算出されるｄ軸電流規範応答ｉd_ref、ｄ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉd_ref、ｑ軸電流規範応答ｉq_ref、ｆ軸電流規範応答ｉf_ref、及び、ｆ軸電流規範応答の微分値ｓ・ｉf_refに応じて、非干渉電圧ｖd_dcpl、ｖq_dcpl、ｖf_dcplを算出する。
【０１０６】
ステップＳ８において、第２の電圧指令値演算部１１８は、ステップＳ６にて算出される第１のｄ軸電圧指令値ｖd_dsh、第１のｑ軸電圧指令値ｖq_dsh、及び、第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshのそれぞれに対して、ステップＳ７算出される非干渉電圧ｖd_dcpl、ｖq_dcpl、及び、ｖf_dcplを加算することで、第２のｄ軸電圧指令値ｖd*、第２のｑ軸電圧指令値ｖq*、及び、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*を算出する。
【０１０７】
ステップＳ９において、ｄ−ｑ／３相交流座標変換器１１９は、ステップＳ８にて算出される第２のｄ軸電圧指令値ｖd*、第２のｑ軸電圧指令値ｖq*、及び、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*に対して座標変化処理を行うことにより、ｕｖｗ各相の電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*を算出する。
【０１０８】
このようにして、コントローラはステップＳ１〜Ｓ９の処理を実行することにより、モータ１０１を制御するための指令値が生成される。生成される指令値のうち、ステップＳ９にて算出される電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*は、ＰＷＭ変換器１０２、及び、インバータ１０３を介して、モータ１０１の固定子側の巻線に印加される。ステップＳ８にて算出される第２のｆ軸電圧指令値ｖf*は、ｆ軸電流出力部１０５を介して、モータ１０１の回転子側の巻線に印加される。このようにして、モータ１０１の回転制御が行われる。
【０１０９】
次に、本実施形態により導出される効果について、図１１Ａ、１１Ｂを用いて説明する。上述のように、ｆ軸電圧ｖfは、ｆ軸電流出力部１０５において、直流電源１０４の電源電圧Ｖdcを用いて出力される。そのため、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*が電源電圧Ｖdcを上回る場合には、ｆ軸電圧ｖfは電源電圧Ｖdcを上限値として飽和してしまう。図１１Ａ、１１Ｂには、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*が電源電圧Ｖdcを上回らない場合が示されている。
【０１１０】
図１１Ａ、１１Ｂにおいては、電流指令値が破線で示される。本実施形態のようにｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１において測定値ではなくｆ軸電流規範応答ｉf_refが負帰還される疑似的なＦ／Ｂ制御が行われる構成における電流値が実線で示される。また、比較例として測定値が負帰還されるＦ／Ｂ制御が行われる場合の電流値が一点鎖線で示されている。
【０１１１】
なお、本実施形態において、ｄ、ｑ及びｆ軸の電流規範応答は実線で示される電流値と略一致するため記載を省略した。比較例において、ｄ、ｑ及びｆ軸の電流規範応答は一点鎖線で示される電流値と略一致するため記載を省略した。また、本実施形態においては、比較例と安定性が等価となるようにｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２のゲインが設定されるものとする。
【０１１２】
図１１Ａ（ｉ）においては縦軸がｄ軸電流ｉdを示し、図１１Ａ（ｉｉ）においては縦軸がｑ軸電流ｉqを示し、図１１Ａ（ｉｉｉ）においては縦軸がｆ軸電流ｉfを示す。また、図１１Ａ（ｉ）〜（ｉｉｉ）において横軸は時間経過を示す。
【０１１３】
時刻ｔ１において、トルク指令値Ｔ*がステップ的に印加される。このトルク指令値Ｔ*のステップ印加に伴い、図１１Ａ（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示されるように、ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*がステップ的に印加される。
【０１１４】
時刻ｔ２においては、本実施形態と比較例との双方において、ｄ軸電流ｉd、ｑ軸電流ｉq、及び、ｆ軸電流ｉfが、それぞれ、電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*）を目標に収束をする。ここで、両者を比較すれば、一点鎖線で示される比較例においては、Ｆ／Ｂによる安定性の低下をＦ／Ｂゲインの減少により補償しているため、収束の応答性が遅い。これに対して実線で示される本実施形態においては、疑似的なＦ／Ｂ制御が行われるため、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１において所望の応答性を満足するようにゲインを設定することができるため、収束の応答性を早くすることができる。そして、時刻ｔ３を経て時刻ｔ４において電流値は電流指令値へと収束する。
【０１１５】
また、図１１Ｂ（ｉ）〜（ｉｉｉ）においては、図１１Ｂ（ｉ）はｄ軸電圧ｖdを、図１１Ｂ（ｉｉ）はｑ軸電圧ｖqを、図１１Ｂ（ｉｉｉ）はｆ軸電圧ｖfを示す。
【０１１６】
これらの図に示されるように、ｄ軸電圧ｖd、ｑ軸電圧ｖq、及び、ｆ軸電圧ｖfのそれぞれにおいて、実線で示される本実施形態は、一点鎖線で示される比較例よりも、応答性が早い。このように、本実施形態においては、比較例と安定性が同じとなるようにｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２のゲインが設定されていても、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２を備えるｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１が設けられることで応答性を早くすることができる。
【０１１７】
図１２Ａ、１２Ｂには、第２のｆ軸電圧指令値ｖf*が電源電圧Ｖdcを上回る場合が示されている。実線は、本実施形態の全ての構成を有する場合、すなわち、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２を有し、図６及び図７に示されるｆ軸リミット処理部３０３を有し、かつ、図８に示すようにｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２はブロック８０１に示されるように遅延フィルタによって制御系が持つむだ時間Ｌが考慮されている場合を示す。一点鎖線は、比較例として、ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル３０２のみを有する例が示されている。
【０１１８】
なお、比較例においては、ｄ及びｑ軸の電流規範応答は一点鎖線で示される電流値と略一致する。ｆ軸の電流規範応答は、二点鎖線にて示されており、電流値と一致しないものとする。
【０１１９】
時刻ｔ１において、トルク指令値Ｔ*がステップ的に印加されると、図１２Ａ（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示されるように、ｄ軸電流指令値ｉd*、ｑ軸電流指令値ｉq*、及び、ｆ軸電流指令値ｉf*がステップ的に印加される。
【０１２０】
この場合に、図１２Ｂ（ｉｉｉ）に示されるように、本実施形態と比較例との両者において、ｆ軸電圧ｖfが電源電圧Ｖdcに達することによりｆ軸電圧ｖfが飽和する。
【０１２１】
図１２Ａ（ｉｉｉ）を参照すれば、一点鎖線で示されるように、ｆ軸電圧ｖfの飽和が考慮されない比較例においては、ｆ軸電流ｉfの指令値に対する応答性が低下する。そのため、一点鎖線で示されるｆ軸電流ｉfは、二点鎖線で示されるｆ軸電流規範応答ｉf_refへの追従性が低下する。
【０１２２】
非干渉制御部１１７においては、安定性の低下を回避するために、非干渉電圧の算出にモータ１０１に流れる実際の電流値ではなく電流規範応答を用いている。このｆ軸電流ｉfのｆ軸電流規範応答ｉf_refへの追従性が低下により、干渉成分のキャンセルが十分に行われず、非干渉制御性能が低下してしまう。このため、図１２Ａ（ｉｉ）に示すように、ｑ軸電流ｉqのオーバーシュートが発生する。
【０１２３】
一方、実線で示される本実施形態においては、ｆ軸電圧ｖfの飽和が非干渉制御部１１７の前段のｆ軸電流制御部１１６において考慮されている。そのため、電源電圧Ｖdcを使い切って生成されるｆ軸電流ｉfの応答性を向上させることができるので、ｆ軸電流ｉfのｆ軸電流規範応答ｉf_refへの追従性が高くなる。そのため、非干渉制御の性能低下を抑制できるため、オーバーシュートやアンダーシュートといった電流の応答性を損なうことなく、各軸の電流（ｉd、ｉq、及び、ｉf）を制御することができる。
【０１２４】
また、各軸の電流のそれぞれについて、Ｆ／Ｆ補償器（ｆ軸においてはｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１）は、主に、各軸の電流指令値（ｉd*、ｉq*、及び、ｉf*）に定常偏差なく電流規範応答で追従させるための第１の電圧指令値（ｖd_dsh、ｖq_dsh、ｖf_dsh）を算出する。一方、Ｆ／Ｂ補償器（ｆ軸においてはｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２）は、パラメータ誤差などの外乱要因を補正に用いられる。そのため、安定性に寄与しないＦ／Ｆ補償器において、所望の応答性を実現するゲイン設定をできるので、安定性を確保するためにゲインを小さくする必要がなくなり、応答性の低下を抑制できる。
【０１２５】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【０１２６】
本実施形態の巻線界磁型のモータ１０１の制御方法においては、非干渉制御部１１７が設けられることによりｆ軸の制御において、ｄ軸及びｑ軸における電圧の影響を考慮しなくてもよくなり、単純な一次遅れ系として制御できる。
【０１２７】
この制御方法において、ｆ軸電流制御部１１６が有するｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１（ｆ軸電流制御ステップ）において、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２は、電流指令値演算器１１３により算出されるｆ軸電流指令値ｉf*に対して負帰還電流を用いた疑似Ｆ／Ｂ制御を行うことにより、疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbを算出する（疑似Ｆ／Ｂステップ）。ｆ軸リミット処理部３０３は、疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbを制限してf軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを出力する（制限ステップ）。規範応答処理部であるｆ軸電流モデル３０１は、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに対して、ｆ軸電圧からｆ軸電流までの応答をモデル化した規範応答モデルを用いてｆ軸電流規範応答ｉf_refを算出する（規範応答処理ステップ）。
【０１２８】
この構成において、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２において、疑似Ｆ／Ｂに用いられる負帰還電流は、ｆ軸電流モデル３０１により算出されるｆ軸電流規範応答ｉf_refである。従って、ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２においては、測定されるｆ軸電流ｉfが負帰還であるＦ／Ｂ制御をではなく、ｆ軸電流規範応答ｉf_refが負帰還である疑似的なＦ／Ｂ制御が行われる。ｆ軸電流疑似Ｆ／Ｂモデル３０２においては、Ｆ／Ｂ制御が行われないので、安定性を考慮してゲインを小さくする必要がなくなり、所望の応答性を満足するゲインを設定することができるので、応答性を犠牲にすることなく安定性を確保できる。
【０１２９】
さらに、ｆ軸リミット処理部３０３が設けられることで、ｆ軸電流出力部１０５におけるｆ軸電圧ｖfに電源電圧Ｖdcによる飽和特性が考慮されることになる。従って、ｆ軸電圧ｖfが電源電圧Ｖdcで飽和する場合であっても、その飽和がｆ軸リミット処理部３０３によりモデル化されているため、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１から出力されるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffを用いた制御により、ｆ軸電流ｉfのｆ軸電流規範応答ｉf_refの追従性が向上する。ｆ軸電流規範応答ｉf_refの追従性の向上に伴い、ｆ軸電流規範応答ｉf_refを用いた非干渉制御部１１７における非干渉制御性能の低下が抑制される。
【０１３０】
本実施形態の巻線界磁型のモータ１０１の制御方法においては、ｆ軸リミット処理部３０３は、図６及び図７に示されるように、疑似ＦＢ電圧指令値ｖf_pse_fbに対して、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplを加算する余裕を持たせて、ｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplだけオフセットされた電源電圧Ｖdcに基づく制限処理を行う。制限処理において、具体的には、上限値が「Ｖdc−ｖf_dcpl」、下限値が「−Ｖdc−ｖf_dcpl」に制限され、制限された第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshが出力される。
【０１３１】
このように構成されることで、ｆ軸リミット処理部３０３を有するｆ軸電流制御部１１６の後段において、第２の電圧指令値演算部１１８によりｆ軸非干渉電圧ｖf_dcplが加算された場合に、その加算後の第２のｆ軸電圧指令値ｖf*の上限値が「Ｖdc」、下限値が「−Ｖd」に制限されるので、ｆ軸電流出力部１０５において、電源電圧Ｖdcを最大限利用してｆ軸電圧ｖfを生成することができる。
【０１３２】
本実施形態の巻線界磁型のモータ１０１の制御方法においては、ｆ軸電流制御部１１６は、さらに、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２を有する（Ｆ／Ｂ補償ステップ）。図８に示されるように、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、ｆ軸Ｆ／ＢゲインＫfを乗算する乗算器８０２及び減算器８０３を備える。
【０１３３】
減算器８０３においては、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１のｆ軸電流モデル３０１（規範応答処理ステップ）において算出されるｆ軸電流規範応答ｉf_refに対してｆ軸電流ｉfが負帰還（減算）され、減算結果に対して乗算器８０２によってｆ軸Ｆ／ＢゲインＫfが乗算されることでＦ／Ｂ制御が行われて、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbが算出される。そして、図２に示されるように、加算器２０５において、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧ｖf_fbは、ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１のｆ軸電流モデル３０１により算出されるｆ軸Ｆ／Ｆ補償電圧ｖf_ffに加算される（加算ステップ）。さらに、この加算結果に基づいて第１のｆ軸電圧指令値ｖf_dshが求められる。
【０１３４】
ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器２０１に加えてｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２が設けられることにより、パラメータ誤差などの外乱要因を補正することができる。そして、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２においては、ｆ軸電流モデル３０１から出力されるｆ軸電圧ｖfの飽和特性が考慮されたｆ軸電流規範応答ｉf_refを用いられているので、必要以上にＦ／Ｂ制御が作動してｆ軸電流ｉfのオーバーシュートやアンダーシュートを誘発することを防止できる。
【０１３５】
図８に示されるように、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器２０２は、ブロック８０１によってｆ軸電流規範応答ｉf_refに対して制御系の遅れ時間を考慮した遅延処理を行う。このように、ｆ軸Ｆ／Ｂ補償電圧は、制御系が持つむだ時間を考慮したｆ軸電流規範応答を用いて算出することができるので、Ｆ／Ｂ制御の精度を向上させることができる。
【０１３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【０１３７】
１００    モータ制御システム
１０１    モータ
１０４    直流電源
１０５    ｆ軸電流出力部
１１６    ｆ軸電流制御部
１１７    非干渉制御部
１１８    第２の電圧指令値演算部
２０１    ｆ軸Ｆ／Ｆ補償器
２０２    ｆ軸Ｆ／Ｂ補償器
３０１    ｆ軸電流モデル
３０２    ｆ軸電流擬似Ｆ／Ｂモデル
３０３    ｆ軸リミット処理部
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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