(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流指令及びトルク電流指令に基づいて、交流モータを制御する制御装置において、
前記交流モータにて発生する鉄損を補償するための励磁用鉄損電流及びトルク用鉄損電流を推定する鉄損電流推定部と、
前記励磁電流指令から、前記鉄損電流推定部により推定された励磁用鉄損電流を減算し、新たな励磁電流指令を求める減算部と、
前記トルク電流指令に、前記鉄損電流推定部により推定されたトルク用鉄損電流を加算し、新たなトルク電流指令を求める加算部と、を備え、
前記鉄損電流推定部は、
前記トルク電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値及びｑ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記励磁用鉄損電流を算出する励磁用鉄損電流算出手段と、
前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値、ｄ軸インダクタンス推定値及びマグネット磁束推定値、または、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値及びｄ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記トルク用鉄損電流を算出するトルク用鉄損電流算出手段と、を備え、
前記予め設定された鉄損抵抗推定値を、前記交流モータの回転子角速度から得られる力行時における前記交流モータの加速時間と回生時における前記交流モータの減速時間とが同一のときの値とする、ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
励磁電流指令及びトルク電流指令に基づいて、交流モータを制御する制御装置において、
前記交流モータにて発生する鉄損を補償するための励磁用鉄損電流及びトルク用鉄損電流を推定する鉄損電流推定部と、
前記励磁電流指令から、前記鉄損電流推定部により推定された励磁用鉄損電流を減算し、新たな励磁電流指令を求める減算部と、
前記トルク電流指令に、前記鉄損電流推定部により推定されたトルク用鉄損電流を加算し、新たなトルク電流指令を求める加算部と、を備え、
前記鉄損電流推定部は、
前記交流モータの回転子角速度から得られる力行時における加速時間と回生時における減速時間とが同一となるように、鉄損抵抗推定値を同定する鉄損抵抗推定手段と、
前記トルク電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された前記鉄損抵抗推定値、及び予め設定されたｑ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記励磁用鉄損電流を算出する励磁用鉄損電流算出手段と、
前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された鉄損抵抗推定値、並びに予め設定されたｄ軸インダクタンス推定値及びマグネット磁束推定値、または、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された鉄損抵抗推定値、並びに予め設定されたｄ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記トルク用鉄損電流を算出するトルク用鉄損電流算出手段と、を備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置において、
前記鉄損抵抗推定手段は、
前記交流モータの回転子角速度及びトルク指令に基づいて、前記力行時における前記加速時間及び前記回生時における前記減速時間を算出し、前記加速時間と前記減速時間とが同一となるように、前記鉄損抵抗推定値を同定する、ことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流モータを制御する制御装置に関し、特に、交流モータにて発生する鉄損を補償する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流モータへ交流電力が供給されると、交流モータにて鉄損が発生することが知られている。鉄損は、交流モータの鉄心を交流で励磁する際に発生する鉄心部の損失であり、交流モータを制御する際の運転効率の低下の原因となっている。
【０００３】
このような鉄損を補償するために、様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。特許文献１の手法は、励磁電流指令及び励磁インダクタンス変化分等から鉄損補償電流を求め、トルク電流指令に鉄損補償電流を加算して新たなトルク電流指令を生成するものである。これにより、励磁インダクタンスの変動に伴う鉄損を補償することができ、トルク制御の精度を高くすることができる。
【０００４】
また、特許文献２の手法は、交流モータの二次磁束を励磁電流成分に変更し、二次電圧を鉄損抵抗で除算して鉄損電流成分を求め、鉄損電流成分を一次電流から減算して二次電流へ移行させるものである。これにより、鉄損を補償することができ、鉄損電流成分にて発生する磁束推定誤差を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１２３２３５号公報
【特許文献２】特開平１１−２３５０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、交流モータを高速制御する場合には、その回転速度が高くなるから、誘起電圧による鉄損が大きくなり易い。鉄損が大きくなると、力行時にトルクが不足し、回生時にトルクが過剰となり、トルクリニアリティが低下して、トルク指令に対応する実トルクを得ることができなくなる。
【０００７】
前述の特許文献１，２は、いずれも鉄損を補償する手法を提示するものであるが、励磁電流成分及びトルク電流成分のいずれか一方に着目したものである。例えば、特許文献１は、鉄損を補償するためにトルク電流成分に着目し、新たなトルク電流指令を生成するものであり、特許文献２は、鉄損を補償するために励磁電流成分に着目したものである。このため、これらの手法は、鉄損を完全に補償するものではなく、必ずしもトルク制御を精度高く実現できるとは限らない。
【０００８】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、交流モータにて発生する鉄損の補償を、励磁電流指令及びトルク電流指令へ反映することで、トルクリニアリティを改善可能な制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１の制御装置は、励磁電流指令及びトルク電流指令に基づいて、交流モータを制御する制御装置において、前記交流モータにて発生する鉄損を補償するための励磁用鉄損電流及びトルク用鉄損電流を推定する鉄損電流推定部と、前記励磁電流指令から、前記鉄損電流推定部により推定された励磁用鉄損電流を減算し、新たな励磁電流指令を求める減算部と、前記トルク電流指令に、前記鉄損電流推定部により推定されたトルク用鉄損電流を加算し、新たなトルク電流指令を求める加算部と、を備え、前記鉄損電流推定部が、前記トルク電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値及びｑ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記励磁用鉄損電流を算出する励磁用鉄損電流算出手段と、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値、ｄ軸インダクタンス推定値及びマグネット磁束推定値、または、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、並びに予め設定された鉄損抵抗推定値及びｄ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記トルク用鉄損電流を算出するトルク用鉄損電流算出手段と、を備え、前記予め設定された鉄損抵抗推定値を、前記交流モータの回転子角速度から得られる力行時における前記交流モータの加速時間と回生時における前記交流モータの減速時間とが同一のときの値とする、ことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の制御装置は、励磁電流指令及びトルク電流指令に基づいて、交流モータを制御する制御装置において、前記交流モータにて発生する鉄損を補償するための励磁用鉄損電流及びトルク用鉄損電流を推定する鉄損電流推定部と、前記励磁電流指令から、前記鉄損電流推定部により推定された励磁用鉄損電流を減算し、新たな励磁電流指令を求める減算部と、前記トルク電流指令に、前記鉄損電流推定部により推定されたトルク用鉄損電流を加算し、新たなトルク電流指令を求める加算部と、を備え、前記鉄損電流推定部が、前記交流モータの回転子角速度から得られる力行時における加速時間と回生時における減速時間とが同一となるように、鉄損抵抗推定値を同定する鉄損抵抗推定手段と、前記トルク電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された前記鉄損抵抗推定値、及び予め設定されたｑ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記励磁用鉄損電流を算出する励磁用鉄損電流算出手段と、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された鉄損抵抗推定値、並びに予め設定されたｄ軸インダクタンス推定値及びマグネット磁束推定値、または、前記励磁電流指令、前記交流モータの電気角速度、前記鉄損抵抗推定手段により同定された鉄損抵抗推定値、並びに予め設定されたｄ軸インダクタンス推定値に基づいて、前記トルク用鉄損電流を算出するトルク用鉄損電流算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の制御装置は、請求項２に記載の制御装置において、前記鉄損抵抗推定手段が、前記交流モータの回転子角速度及びトルク指令に基づいて、前記力行時における前記加速時間及び前記回生時における前記減速時間を算出し、前記加速時間と前記減速時間とが同一となるように、前記鉄損抵抗推定値を同定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、交流モータにて発生する鉄損の補償を、励磁電流指令及びトルク電流指令へ反映することができる。そして、トルク指令に対応する実トルクを得ることができ、トルクリニアリティを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。
【図２】実施例１の鉄損電流推定部の構成例を示すブロック図である。
【図３】実施例２の鉄損電流推定部の構成例を示すブロック図である。
【図４】鉄損抵抗推定手段の構成例を示すブロック図である。
【図５】（１）はＩＭ（誘導電動機）の等価回路を示す図である。（２）は、ＩＰＭＳＭ（同期モータ）の等価回路を示す図である。（３）は、ＳｙｎＲＭ（シンクロナスリラクタンスモータ）の等価回路を示す図である。
【図６】励磁電流指令ｉｄ＊が励磁用鉄損電流ｉｃｄを用いて補正され、励磁電圧指令ｖｄ＊が算出されるまでの処理の流れを説明する図である。
【図７】トルク電流指令ｉｑ＊がトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて補正され、トルク電圧指令ｖｑ＊が算出されるまでの処理の流れを説明する図である。
【図８】鉄損抵抗推定段の構成例及び処理の流れを示すブロック図である。
【図９】実施例１のシミュレーション結果（ＩＭの場合、鉄損補償あり）を示すグラフである。
【図１０】実施例２のシミュレーション結果（ＩＭの場合、鉄損補償あり）を示すグラフである。
【図１１】従来技術のシミュレーション結果（ＩＭの場合、鉄損補償なし）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、交流モータにて発生する鉄損を補償するための電流ｉｃｄ，ｉｃｑ（以下、励磁用鉄損電流ｉｃｄ、トルク用鉄損電流ｉｃｑという。）を、交流モータの電気角速度ω、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾等に基づいて推定し、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を補正することを特徴とする。この場合、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾は、力行時における交流モータの加速時間と、回生時における交流モータの減速時間とが同一のときの値が用いられる。また、本発明は、力行時における交流モータの加速時間と、回生時における交流モータの減速時間とが同一となる鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定することを特徴とする。
【００１７】
これにより、力行時及び回生時において、交流モータにて発生する鉄損の補償を、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊へ反映することができる。そして、交流モータは、力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一になるから、トルク指令に対応する実トルクを得ることができ、トルクリニアリティを改善することができる。
【００１８】
〔モータ制御システム〕
図１は、本発明の実施形態による制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。このモータ制御システムは、制御装置１、電力増幅器２、交流モータ３及びＰＧ（パルスジェネレータ）４を備えている。尚、図１に示すモータ制御システムには、本発明に直接関連する構成部のみが示されており、その他の構成部は省略してある。
【００１９】
制御装置１は、交流モータ３をｄ軸及びｑ軸においてベクトル制御する装置である。この制御装置１は、交流モータ３の回転子角速度ωr、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾等に基づいて、交流モータ３の鉄損電流を推定し、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を補正する。そして、制御装置１は、補正後の励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’を電流制御して電圧指令に変換する。
【００２０】
制御装置１は、電圧指令であるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）を電力増幅器２へ出力する。また、制御装置１は、電力増幅器２と交流モータ３との間に設けられた電流検出器により検出されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流電流検出値（Ｕ相交流電流検出値ｉｕ、Ｖ相交流電流検出値ｉｖ及びＷ相交流電流検出値ｉｗ）を入力すると共に、後述するＰＧ４から回転子角速度ωrを入力する。
【００２１】
電力増幅器２は、制御装置１から３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）を入力し、当該３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）から生成したＰＷＭ信号によってスイッチング素子のゲートをオンオフし、図示しない電源から供給された電力を増幅する。そして、電力増幅器２は、増幅した電力を交流モータ３へ供給する。これにより、交流モータ３は、制御装置１により、鉄損が補償された状態で制御される。
【００２２】
ＰＧ４は、交流モータ３の回転に応じたパルス信号を発生する。このパルス信号のカウント値から交流モータ３の回転子角速度ωrが得られ、当該回転子角速度ωrが制御装置１に入力される。尚、図１には、ＰＧ４から制御装置１へ、回転子角速度ωrが入力されるように略して示してある。
【００２３】
〔交流モータ〕
次に、図１に示した交流モータ３の等価回路について説明する。図５（１）は、ＩＭ（Induction Motor：誘導電動機）の等価回路を示す図であり、図５（２）は、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：同期モータ）の等価回路を示す図であり、（３）は、ＳｙｎＲＭ（Synchronous Reluctance Motor：シンクロナスリラクタンスモータ）の等価回路を示す図である。
【００２４】
図５（１）に示すＩＭの等価回路を参照して、入力側の電流ｉは、巻線の入力側抵抗ｒ１を経て、漏れインダクタンスσＬ１へ流れる電流ｉ１と、鉄損抵抗ｒｃへ流れる鉄損電流ｉｃとに分かれる。電流ｉ１は、漏れインダクタンスσＬ１を経て、励磁インダクタンス（１−σ）Ｌ１へ流れる励磁電流ｉｄｄと、巻線の出力側抵抗ｒ２ｎへ流れるトルク電流ｉｑｑとに分かれる。σは漏れ係数である。
【００２５】
ここで、ＩＭの回転子電気角速度をω2n、極対数をＮp、回転子角速度をωrとすると、ω2n＝ＮPωrである。また、速度電圧は、ω2n×（１−σ）Ｌ１×ｉｄｄであり、トルクτは、τ＝Ｎp×（１−σ）×Ｌ１×ｉｄｄ×ｉｑｑとなる。ＩＭの場合、交流モータ３の電気角速度ω＝ω2n＋ωsである。ωsはすべり周波数である。
【００２６】
交流モータ３の力行時には、入力側の電流ｉの増加に伴い、鉄損電流ｉｃが増加し、トルク電流ｉｑｑが減少する。そして、トルク電流ｉｑｑの減少により、トルクが不足することになる。これに対し、回生時には、出力側の電流の増加に伴い、トルク電流ｉｑｑがマイナス側に増加し、鉄損電流ｉｃが増加する。そして、トルク電流ｉｑｑがマイナス側に増加することにより、トルクが過剰となる。
【００２７】
本発明の実施形態では、力行時のトルク不足の原因である鉄損電流ｉｃの増加分、及び回生時のトルク過剰の原因である鉄損電流ｉｃの増加分のそれぞれを減少させるように、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を補正する。つまり、鉄損を補償するための新たな励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’を生成することで、力行時のトルク不足及び回生時のトルク過剰を解消する。図５（２）及び図５（３）についても同様である。
【００２８】
図５（２）に示すＩＰＭＳＭの等価回路を参照して、入力側の電流ｉは、入力側抵抗ｒ１を経て、ｑ軸インダクタンスＬｑへ流れる電流ｉ１と、鉄損抵抗ｒｃへ流れる鉄損電流ｉｃとに分かれる。電流ｉ１は、ｑ軸インダクタンスＬｑを経て、励磁インダクタンス（Ｌｄ−Ｌｑ）へ流れる励磁電流ｉｄｄと、トルク電流ｉｑｑとに分かれる。Ｌｄはｄ軸インダクタンスである。ＩＰＭＳＭの場合、交流モータ３の電気角速度ωは、ω＝ω2nである。
【００２９】
ここで、ＩＰＭＳＭの回転子電気角速度をω2n、極対数をＮp、ＩＰＭＳＭマグネット磁束をφｄとする。速度電圧は、ω2n×φｄ＋ω2n×（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄｄであり、トルクτは、τ＝Ｎp×｛φｄ×ｉｑｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄｄ×ｉｑｑ｝となる。
【００３０】
図５（３）に示すＳｙｎＲＭの等価回路を参照して、入力側の電流ｉは、入力側抵抗ｒ１を経て、ｑ軸インダクタンスＬｑへ流れる電流ｉ１と、鉄損抵抗ｒｃへ流れる鉄損電流ｉｃとに分かれる。電流ｉ１は、ｑ軸インダクタンスＬｑを経て、励磁インダクタンス（Ｌｄ−Ｌｑ）へ流れる励磁電流ｉｄｄと、トルク電流ｉｑｑとに分かれる。ＳｙｎＲＭの場合、交流モータ３の電気角速度ωは、ω＝ω2nである。
【００３１】
ここで、ＳｙｎＲＭの回転子電気角速度をω2n、極対数をＮpとする。速度電圧は、ω2n×（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄｄであり、トルクτは、τ＝Ｎp×（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄｄ×ｉｑｑとなる。
【００３２】
〔制御装置１〕
次に、図１に示した制御装置１について詳細に説明する。以下、交流モータ３は、図５（２）に示したＩＰＭＳＭであるものとする。図１を参照して、この制御装置１は、鉄損電流補償部１０、電流制御部１１及び座標変換部１２，１３を備えている。
【００３３】
鉄損電流補償部１０は、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力する。そして、鉄損電流補償部１０は、回転子角速度ωrから電気角速度ωを求め、電気角速度ω及び所定の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾等に基づいて、鉄損電流を推定し、当該鉄損電流に基づいて、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を補正する。これにより、鉄損を補償するための補正後の励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’が生成される。鉄損電流補償部１０は、補正後の励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’を電流制御部１１に出力する。鉄損電流補償部１０の詳細については後述する。
【００３４】
電流制御部１１は、減算部３０，３１及び制御部３２，３３を備えている。減算部３０は、鉄損電流補償部１０から励磁電流指令ｉｄ＊’を入力すると共に、後述する座標変換部１３から励磁電流検出値ｉｄを入力し、励磁電流指令ｉｄ＊’から励磁電流検出値ｉｄを減算し、励磁電流偏差値を制御部３２に出力する。
【００３５】
減算部３１は、鉄損電流補償部１０からトルク電流指令ｉｑ＊’を入力すると共に、後述する座標変換部１３からトルク電流検出値ｉｑを入力し、トルク電流指令ｉｑ＊’からトルク電流検出値ｉｑを減算し、トルク電流偏差値を制御部３３に出力する。
【００３６】
制御部３２は、減算部３０から励磁電流偏差値を入力し、当該励磁電流偏差値が０になるように電流制御し、励磁電圧指令ｖｄ＊を算出する。そして、制御部３２は、励磁電圧指令ｖｄ＊を座標変換部１２に出力する。
【００３７】
制御部３３は、減算部３１からトルク電流偏差値を入力し、当該トルク電流偏差値が０になるように電流制御し、トルク電圧指令ｖｑ＊を算出する。そして、制御部３３は、トルク電圧指令ｖｑ＊を座標変換部１２に出力する。
【００３８】
座標変換部１２は、電流制御部１１から励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊を入力すると共に、図示しない回転磁界位置検出部により検出された回転磁界位置θを入力する。そして、座標変換部１２は、回転磁界位置θに基づいて、回転座標系の励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊をＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）に変換する。座標変換部１２は、３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）を電力増幅器２に出力する。
【００３９】
図示しない回転磁界位置検出部は、電気角速度ωを時間積分し、回転磁界位置θを検出する。
【００４０】
座標変換部１３は、電力増幅器２と交流モータ３との間に設けられた電流検出器により検出されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流電流検出値（Ｕ相交流電流検出値ｉｕ、Ｖ相交流電流検出値ｉｖ及びＷ相交流電流検出値ｉｗ）を入力すると共に、図示しない回転磁界位置検出部により検出された回転磁界位置θを入力する。そして、座標変換部１３は、回転磁界位置θに基づいて、３相交流電流検出値（Ｕ相交流電流検出値ｉｕ、Ｖ相交流電流検出値ｉｖ及びＷ相交流電流検出値ｉｗ）を回転座標系の励磁電流検出値ｉｄ及びトルク電流検出値ｉｑに変換する。座標変換部１３は、励磁電流検出値ｉｄを電流制御部１１の減算部３０に出力すると共に、トルク電流検出値ｉｑを減算部３１に出力する。
【００４１】
〔鉄損電流補償部１０〕
次に、図１に示した鉄損電流補償部１０について詳細に説明する。この鉄損電流補償部１０は、鉄損電流推定部２０、減算部２１及び加算部２２を備えている。前述のとおり、鉄損電流補償部１０は、交流モータ３の鉄損電流を推定し、当該鉄損電流を補償するために、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を補正し、励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’を生成する。
【００４２】
鉄損電流補償部１０の鉄損電流推定部２０は、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を入力すると共に、回転子角速度ωrを入力する。また、鉄損電流推定部２０は、後述する実施例１において、さらに、ユーザにより予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾を入力する。
【００４３】
また、鉄損電流推定部２０は、後述する実施例２において、さらに、トルク指令τ＊を入力すると共に、ユーザにより予め設定されたｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾を入力する。実施例２では、鉄損電流推定部２０は、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力する代わりに、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を内部の処理にて推定する。尚、トルク電流指令ｉｑ＊とトルク指令τ＊とは、トルク電流指令ｉｑ＊がトルク指令τ＊に基づいて算出される関係にある。
【００４４】
鉄損電流推定部２０は、後述する実施例１において、励磁電流指令ｉｄ＊、トルク電流指令ｉｑ＊、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾に基づいて、鉄損を補償するための励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。また、鉄損電流推定部２０は、後述する実施例２において、励磁電流指令ｉｄ＊、トルク電流指令ｉｑ＊、トルク指令τ＊、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾に基づいて、鉄損を補償するための励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。鉄損電流推定部２０の詳細については後述する。
【００４５】
減算部２１は、励磁電流指令ｉｄ＊を入力すると共に、鉄損電流推定部２０から励磁用鉄損電流ｉｃｄを入力し、励磁電流指令ｉｄ＊から励磁用鉄損電流ｉｃｄを減算することで励磁電流指令ｉｄ＊を補正し、励磁電流指令ｉｄ＊’を求める。そして、減算部２１は、補正後の励磁電流指令ｉｄ＊’を電流制御部１１の減算部３０に出力する。
【００４６】
加算部２２は、トルク電流指令ｉｑ＊を入力すると共に、鉄損電流推定部２０からトルク用鉄損電流ｉｃｑを入力し、トルク電流指令ｉｑ＊にトルク用鉄損電流ｉｃｑを加算することでトルク電流指令ｉｑ＊を補正し、トルク電流指令ｉｑ＊’を求める。そして、加算部２２は、補正後のトルク電流指令ｉｑ＊’を電流制御部１１の減算部３１に出力する。
【００４７】
〔鉄損電流推定部２０／実施例１〕
次に、図１に示した鉄損電流推定部２０について、実施例１を説明する。実施例１では、ユーザは、様々に鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を設定し、各鉄損抵抗推定値ｒｃ＾に対応した、力行時における交流モータ３の回転子角速度ωrの加速時間、及び回生時における交流モータ３の回転子角速度ωrの減速時間を監視する。そして、ユーザは、力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一となるように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を設定する。
【００４８】
実施例１の鉄損電流推定部２０は、ユーザにより力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一となるように設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを推定する。そして、鉄損電流推定部２０により推定された励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて、鉄損を補償する新たな励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’が生成される
【００４９】
ここで、交流モータ３の回転子角速度ωrの加速時間は、交流モータ３の回転が加速したときに、回転子角速度ωrが加速前の第１所定値から加速後の第２所定値へ到達する時間である。また、交流モータ３の回転子角速度ωrの減速時間は、交流モータ３の回転が減速したときに、回転子角速度ωrが減速前の第２所定値から減速後の第１所定値へ到達する時間である。実施例２についても同様である。
【００５０】
図２は、実施例１の鉄損電流推定部２０の構成例を示すブロック図である。この実施例１の鉄損電流推定部２０−１は、励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４を備えている。
【００５１】
励磁用鉄損電流算出手段２３は、トルク電流指令ｉｑ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力し、さらに、ユーザにより予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾及びｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾を入力する。そして、励磁用鉄損電流算出手段２３は、回転子角速度ωrに、予め設定された極対数Ｎpを乗算することで、電気角速度ωを求める。
【００５２】
励磁用鉄損電流算出手段２３は、以下の数式により、電気角速度ω、ｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾、トルク電流指令ｉｑ＊及び鉄損抵抗推定値ｒｃ＾から、励磁用鉄損電流ｉｃｄを算出する。
〔数式１〕
ｉｃｄ＝（ω×Ｌｑ＾×ｉｑ＊）／ｒｃ＾          ・・・（１）
ここで、ｑ軸磁束Ｌｑ×ｉｑｑによるｄ軸速度電圧が−ω×Ｌｑ×ｉｑｑとなり、励磁用鉄損電流（−ω×Ｌｑ×ｉｑｑ＋ｒ１×ｉｄｄ）／（ｒｃ＋ｒ１）が発生する。しかし、ｒ１成分は微小であるから無視することができ、前記数式（１）が導出される。
【００５３】
励磁用鉄損電流算出手段２３は、前記数式（１）にて算出した励磁用鉄損電流ｉｃｄを減算部２１に出力する。
【００５４】
トルク用鉄損電流算出手段２４は、励磁電流指令ｉｄ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力し、さらに、予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾を入力する。そして、励磁用鉄損電流算出手段２３は、回転子角速度ωrに、予め設定された極対数Ｎpを乗算することで、電気角速度ωを求める。
【００５５】
トルク用鉄損電流算出手段２４は、以下の数式により、電気角速度ω、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、励磁電流指令ｉｄ＊、ＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾及び鉄損抵抗推定値ｒｃ＾から、トルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。
〔数式２〕
ｉｃｑ＝｛（ω×Ｌｄ＾×ｉｄ＊）＋（ω×φｄ＾）｝／ｒｃ＾      ・・・（２）
ここで、ｄ軸磁束（Ｌｄ×ｉｄｄ＋φｄ）によるｑ軸速度電圧がω×（Ｌｄ×ｉｄｄ＋φｄ）となり、トルク用鉄損電流｛ω×（Ｌｄ×ｉｄｄ＋φｄ）＋ｒ１×ｉｑｑ｝／（ｒｃ＋ｒ１）が発生する。しかし、ｒ１成分は微小であるから無視することができ、前記数式（２）が導出される。
【００５６】
トルク用鉄損電流算出手段２４は、前記数式（２）にて算出したトルク用鉄損電流ｉｃｑを加算部２２に出力する。
【００５７】
図６は、励磁電流指令ｉｄ＊が励磁用鉄損電流ｉｃｄを用いて補正され、励磁電圧指令ｖｄ＊が算出されるまでの処理の流れを説明する図である。減算部２１は、励磁電流指令ｉｄ＊及び励磁用鉄損電流ｉｃｄを入力し、励磁電流指令ｉｄ＊から励磁用鉄損電流ｉｃｄを減算し、鉄損電流を補償した新たな励磁電流指令ｉｄ＊’を求め、励磁電流指令ｉｄ＊’を減算部３０に出力する。
【００５８】
減算部３０は、減算部２１から励磁電流指令ｉｄ＊’を入力すると共に、励磁電流検出値ｉｄを入力し、励磁電流指令ｉｄ＊’から励磁電流検出値ｉｄを減算し、励磁電流偏差値を制御部３２に出力する。制御部３２は、減算部３０から励磁電流偏差値を入力し、当該励磁電流偏差値が０になるように電流制御し、励磁電圧指令ｖｄ＊を算出し、励磁電圧指令ｖｄ＊を出力する。後述する実施例２についても同様である。
【００５９】
図７は、トルク電流指令ｉｑ＊がトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて補正され、トルク電圧指令ｖｑ＊が算出されるまでの処理の流れを説明する図である。加算部２２は、トルク電流指令ｉｑ＊及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを入力し、トルク電流指令ｉｑ＊にトルク用鉄損電流ｉｃｑを加算し、鉄損電流を補償した新たなトルク電流指令ｉｑ＊’を求め、トルク電流指令ｉｑ＊’を減算部３１に出力する。
【００６０】
減算部３１は、加算部２２からトルク電流指令ｉｑ＊’を入力すると共に、トルク電流検出値ｉｑを入力し、トルク電流指令ｉｑ＊’からトルク電流検出値ｉｑを減算し、トルク電流偏差値を制御部３３に出力する。制御部３３は、減算部３１からトルク電流偏差値を入力し、当該トルク電流偏差値が０になるように電流制御し、トルク電圧指令ｖｑ＊を算出し、トルク電圧指令ｖｑ＊を出力する。後述する実施例２についても同様である。
【００６１】
ユーザは、自らが設定した様々な鉄損抵抗推定値ｒｃ＾に対応する交流モータ３の回転子角速度ωrを監視し、力行時の交流モータ３の加速時間と、回生時の交流モータ３の減速時間とが同一となる鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を探索する。そして、力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一となる鉄損抵抗推定値ｒｃ＾がユーザにより設定され、鉄損電流推定部２０−１は、その鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力することで、制御装置１は、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、交流モータ３の制御を行う。
【００６２】
これにより、力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一となる鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が用いられるから、交流モータ３のトルクリニアリティは、力行時及び回生時において同一とすることができる。
【００６３】
〔シミュレーション結果〕
次に、実施例１の鉄損電流推定部２０−１を備えた制御装置１のシミュレーション結果について説明する。図９は、実施例１のシミュレーション結果を示すグラフであり、交流モータ３がＩＭ、鉄損補償あり、鉄損抵抗ｒｃ＝２６．７Ωの場合を示している。図１１は、従来技術のシミュレーション結果を示すグラフであり、交流モータ３がＩＭであり、鉄損補償なしの場合を示している。これらのシミュレーション結果は、コンピュータを用いて得られたものである。
【００６４】
図９及び図１１において、シミュレーション結果は、グラフの上から、回転子角速度ωr、励磁電流指令ｉｄ＊’、励磁電流検出値ｉｄ、トルク電流指令ｉｑ＊、トルク電流指令ｉｑ＊’、トルク電流検出値ｉｑ及び端子電圧指令ｖ１＊の特性を示している。端子電圧指令ｖ１＊は、励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊をベクトル合成した指令であり、√（｜ｖｄ＊｜2＋｜ｖｑ＊｜2）にて算出される。
【００６５】
図１１の従来技術では、鉄損補償がないから、励磁電流指令ｉｄ＊’＝ｉｄ＊、及びトルク電流指令ｉｑ＊’＝ｉｑ＊である。
【００６６】
図１１の従来技術のシミュレーション結果から、励磁電流指令ｉｄ＊’に対応した励磁電流検出値ｉｄが得られ、トルク電流指令ｉｑ＊’に対応したトルク電流検出値ｉｑが得られていることがわかる。また、鉄損補償がないから、力行時における回転子角速度ωrの加速時間Ｔ１と、回生時における回転子角速度ωrの減速時間Ｔ２とが異なり、Ｔ１＞Ｔ２であることがわかる。これは、力行時にトルクが低下して不足し、回生時にトルクが上昇して過剰となっていることを意味する。つまり、トルクリニアリティは、力行時及び回生時において同一ではない。
【００６７】
これに対し、図９の実施例１のシミュレーション結果から、トルク電流指令ｉｑ＊と補正後のトルク電流指令ｉｑ＊’とに差があり、この差がトルク用鉄損電流ｉｃｑであることがわかる。また、励磁電流指令ｉｄ＊’に対応した励磁電流検出値ｉｄが得られ、トルク電流指令ｉｑ＊’に対応したトルク電流検出値ｉｑが得られている。
【００６８】
また、力行時における回転子角速度ωrの加速時間Ｔ１と、回生時における回転子角速度ωrの減速時間Ｔ２とが同一となり、Ｔ１＝Ｔ２であることがわかる。これは、トルク用鉄損電流ｉｃｑによりトルク電流指令ｉｑ＊から新たなトルク電流指令ｉｑ＊’が生成され、励磁用鉄損電流ｉｃｄによりグラフにない励磁電流指令ｉｄ＊から新たな励磁電流指令ｉｄ＊’が生成されることで、鉄損が補償され、力行時に不足していたトルクを増加させ、回生時に過剰であったトルクを低下させたからである。つまり、トルクリニアリティは、力行時及び回生時において同一となり、図１１に比べて改善されている。
【００６９】
以上のように、本発明の実施形態の制御装置１は、実施例１の鉄損電流推定部２０−１を有する鉄損電流補償部１０を備えている。鉄損電流推定部２０−１の励磁用鉄損電流算出手段２３は、トルク電流指令ｉｑ＊及び電気角速度ω、並びに、ユーザにより予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾及びｑ軸インダクタンス推定値Ｌｑ＾を用いて、前記数式（１）により、励磁用鉄損電流ｉｃｄ＝（ω×Ｌｑ＾×ｉｑ＊）／ｒｃ＾を算出するようにした。
【００７０】
また、鉄損電流推定部２０−１のトルク用鉄損電流算出手段２４は、励磁電流指令ｉｄ＊及び電気角速度ω、並びに、ユーザにより予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾及びＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾を用いて、前記数式（２）により、トルク用鉄損電流ｉｃｑ＝｛（ω×Ｌｄ＾×ｉｄ＊）＋（ω×φｄ＾）｝／ｒｃ＾を算出するようにした。
【００７１】
減算部２１は、励磁電流指令ｉｄ＊から励磁用鉄損電流ｉｃｄを減算し、鉄損電流を補償した新たな励磁電流指令ｉｄ＊’を求める。また、加算部２２は、トルク電流指令ｉｑ＊にトルク用鉄損電流ｉｃｑを加算し、鉄損電流を補償した新たなトルク電流指令ｉｑ＊’を求める。そして、電流制御部１１は、新たな励磁電流指令ｉｄ＊’と励磁電流検出値ｉｄとの間の偏差が０になるように、励磁電圧指令ｖｄ＊を算出する。また、電流制御部１１は、新たなトルク電流指令ｉｑ＊’とトルク電流検出値ｉｑとの間の偏差が０になるように、トルク電圧指令ｖｑ＊を算出する。
【００７２】
このようにして算出された励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊は、３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）に変換され、電力増幅器２を介して交流モータ３が制御される。
【００７３】
ユーザは、様々に鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を設定し、各鉄損抵抗推定値ｒｃ＾に対応した交流モータ３の回転子角速度ωrを監視し、力行時における交流モータ３の回転子角速度ωrの加速時間と、回生時における交流モータ３の回転子角速度ωrの減速時間とが同一となる鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を探索する。そして、ユーザは、力行時の加速時間と回生時の加速時間とが同一となるように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を設定する。
【００７４】
鉄損電流推定部２０−１は、ユーザにより力行時の加速時間と回生時の減速時間とが同一となるように設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを推定する。そして、鉄損電流推定部２０により推定された励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて、鉄損を補償する新たな励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’が生成され、交流モータ３が制御される。
【００７５】
これにより、力行時及び回生時において、交流モータ３にて発生する鉄損の補償を、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊へ反映することができる。そして、交流モータ３にて発生する鉄損を補償することで、トルク指令に対応する実トルクを得ることができ、トルクリニアリティを改善することができる。
【００７６】
〔鉄損電流推定部２０／実施例２〕
次に、図１に示した鉄損電流推定部２０について、実施例２を説明する。実施例１では、ユーザにより力行時の加速時間と回生時の加速時間とが同一となるように設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いるようにした。これに対し、実施例２の鉄損電流推定部２０は、力行時の加速時間と回生時の加速時間とが同一となるように鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を推定し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを推定する。そして、鉄損電流推定部２０により推定された励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて、鉄損を補償する新たな励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’が生成される
【００７７】
図３は、実施例２の鉄損電流推定部２０の構成例を示すブロック図である。この実施例２の鉄損電流推定部２０−２は、励磁用鉄損電流算出手段２３、トルク用鉄損電流算出手段２４及び鉄損抵抗推定手段２５を備えている。
【００７８】
図２に示した実施例１の鉄損電流推定部２０−１と図３に示す実施例２の鉄損電流推定部２０−２とを比較すると、鉄損電流推定部２０−１，２０−２は、励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４を備えている点で同一である。これに対し、実施例２の鉄損電流推定部２０−２は、実施例１の鉄損電流推定部２０−１の構成に加え、さらに鉄損抵抗推定手段２５を備えている点で相違する。
【００７９】
詳細には、実施例１の鉄損電流推定部２０−１は、ユーザにより予め設定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いるのに対し、実施例２の鉄損電流推定部２０−２は、鉄損抵抗推定手段２５により推定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いる点で相違する。また、実施例２の鉄損電流推定部２０−２は、トルク指令τ＊を入力する点で、実施例１の鉄損電流推定部２０−１と相違する。
【００８０】
励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４は、図２に示した実施例１の鉄損電流推定部２０−１に備えた構成部と同じであるから、ここでは説明を省略する。
【００８１】
鉄損抵抗推定手段２５は、まず、予め設定された初期の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４に出力する。これにより、励磁用鉄損電流算出手段２３は、初期の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾をパラメータとして、前記数式（１）を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄを算出する。同様に、トルク用鉄損電流算出手段２４は、初期の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾をパラメータとして、前記数式（２）を用いて、トルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。そして、励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑを用いて、新たな励磁電流指令ｉｄ＊’及びトルク電流指令ｉｑ＊’が生成され、交流モータ３が制御される。
【００８２】
そして、鉄損抵抗推定手段２５は、トルク指令τ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力し、回転子角速度ωrに基づいて回転子加速度ωr・を算出する。そして、鉄損抵抗推定手段２５は、トルク指令τ＊及び回転子加速度ωr・に基づいて、交流モータ３の加速時間Ｊａ＾及び減速時間Ｊｄ＾を算出する。
【００８３】
鉄損抵抗推定手段２５は、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定することで、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を推定する。鉄損抵抗推定手段２５は、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４に出力する。鉄損抵抗推定手段２５の詳細については後述する。
【００８４】
そして、励磁用鉄損電流算出手段２３は、鉄損抵抗推定手段２５から鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾をパラメータとして、前記数式（１）を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄを算出する。同様に、トルク用鉄損電流算出手段２４は、鉄損抵抗推定手段２５から鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を入力し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾をパラメータとして、前記数式（２）を用いて、トルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。これにより、交流モータ３が制御され、時間の経過と共に、鉄損抵抗推定手段２５により推定される鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が安定し、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように、鉄損補償が有効に機能した交流モータ３の制御が実現される。
【００８５】
図４は、図３に示した鉄損抵抗推定手段２５の構成例を示すブロック図である。この鉄損抵抗推定手段２５は、加速時間算出段２６、減速時間算出段２７及び鉄損抵抗推定段２８を備えている。
【００８６】
加速時間算出段２６は、トルク指令τ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力し、回転子角速度ωrに基づいて回転子加速度ωr・を算出する。そして、加速時間算出段２６は、トルク指令τ＊及び回転子加速度ωr・に基づいて、以下の数式により、交流モータ３の加速時間Ｊａ＾を算出する。加速時間算出段２６は、加速時間Ｊａ＾を鉄損抵抗推定段２８に出力する。
〔数式３〕
Ｊａ＾(n)＝Ｊａ＾(n-1)＋｛（Ｐ０×ωr・(n)）／（１＋Ｐ０×ωr・2(n)）｝
×｛τ＊(n)−Ｊａ＾(n-1)×ωr・(n)｝            ・・・（３）
ただし、ｎはサンプリング時間であり、ωr・(n)≧０である。Ｐ０はフィルタゲインである。
【００８７】
減速時間算出段２７は、トルク指令τ＊を入力すると共に、ＰＧ４から回転子角速度ωrを入力し、回転子角速度ωrに基づいて回転子加速度ωr・を算出する。そして、減速時間算出段２７は、トルク指令τ＊及び回転子加速度ωr・に基づいて、以下の数式により、交流モータ３の減速時間Ｊｄ＾を算出する。減速時間算出段２７は、減速時間Ｊｄ＾を鉄損抵抗推定段２８に出力する。
〔数式４〕
Ｊｄ＾(n)＝Ｊｄ＾(n-1)＋｛（Ｐ０×ωr・(n)）／（１＋Ｐ０×ωr・2(n)）｝
×｛τ＊(n)−Ｊｄ＾(n-1)×ωr・(n)｝            ・・・（４）
ただし、ωr・(n)≦０である。Ｐ０はフィルタゲインである。
【００８８】
鉄損抵抗推定段２８は、加速時間算出段２６及び減速時間算出段２７から、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾のパラメータに対応する加速時間Ｊａ＾及び減速時間Ｊｄ＾を入力する。そして、鉄損抵抗推定段２８は、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定することで、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を推定する。このように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定することにより、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように、鉄損補償が有効に機能した鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が求められる。鉄損抵抗推定段２８は、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４に出力する。
【００８９】
図８は、鉄損抵抗推定段２８の構成例及び処理の流れを示すブロック図である。この処理は、加速時間Ｊａ＾及び減速時間Ｊｄ＾から鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が同定されることで、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が推定されるまでの流れを示している。
【００９０】
鉄損抵抗推定段２８は、減算部４０、加算部４１、除算部４２、正規化定数化部４３、低速フィルタ４４、可変比例ゲイン部４５、リミッタ４６、ＲＣレギュレータ４７、リミッタ４８、減算部４９、乗算部５０及び保持部５１を備えている。鉄損抵抗推定段２８は、これらの構成部により、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定し、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を推定する。
【００９１】
減算部４０は、加速時間算出段２６から加速時間Ｊａ＾（n）を入力すると共に、減速時間算出段２７から減速時間Ｊｄ＾（n）を入力し、加速時間Ｊａ＾（n）から減速時間Ｊｄ＾（n）を減算し、減算結果である時間差を正規化定数化部４３に出力する。
【００９２】
加算部４１は、加速時間算出段２６から加速時間Ｊａ＾（n）を入力すると共に、減速時間算出段２７から減速時間Ｊｄ＾（n）を入力し、加速時間Ｊａ＾（n）に減速時間Ｊｄ＾（n）を加算し、加算結果を除算部４２に出力する。除算部４２は、加算部４１から加算結果を入力し、加算結果を２で除算し、除算結果を同定加速定数Ｊ＾（n）として正規化定数化部４３に出力する。
【００９３】
正規化定数化部４３は、減算部４０から時間差を入力すると共に、除算部４２から同定加速定数Ｊ＾（n）を入力し、時間差を同定加速定数Ｊ＾（n）で除算することで正規化定数化し、正規化定数を低速フィルタ４４に出力する。
【００９４】
低速フィルタ４４は、正規化定数化部４３から正規化定数を入力し、正規化定数に｛（Ｐ０×ωr2(n)）／（１＋Ｐ０×ωr2(n)）｝を乗算することで低速フィルタ処理を施す。そして、低速フィルタ４４は、低速フィルタ処理後の正規化定数εを可変比例ゲイン部４５及びＲＣレギュレータ４７に出力する。
【００９５】
可変比例ゲイン部４５は、低速フィルタ４４から正規化定数εを入力し、Ｋｐ＊／（１＋Ｐ０×ε2）を算出することで可変比例ゲイン処理を施し、算出結果であるゲインＫｐをリミッタ４６に出力する。
【００９６】
リミッタ４６は、可変比例ゲイン部４５からゲインＫｐを入力し、上限値＝Ｋｐ＊及び下限値＝１として、ゲインＫｐに対し上下限値内に制限する処理を施し、上下限処理後のゲインＫｐをＲＣレギュレータ４７に出力する。
【００９７】
ＲＣレギュレータ４７は、低速フィルタ４４から正規化定数εを入力すると共に、リミッタ４６からゲインＫｐを入力し、正規化定数εにゲインＫｐを乗算することでゲイン処理を施し、乗算結果である補正値δをリミッタ４８に出力する。
【００９８】
リミッタ４８は、ＲＣレギュレータ４７から補正値δを入力し、上限値＝１として、補正値δに対し上限値以下に制限する処理を施し、上限処理後の補正値δを減算部４９に出力する。
【００９９】
減算部４９は、リミッタ４８から補正値δを入力すると共に、定数１を入力し、定数１から補正値δを減算し、減算結果（１−δ）を乗算部５０に出力する。
【０１００】
乗算部５０は、減算部４９から減算結果（１−δ）を入力すると共に、後述する保持部５１から鉄損抵抗保持値ｒｃ＊を入力し、減算結果（１−δ）に鉄損抵抗保持値ｒｃ＊を乗算する。そして、乗算部５０は、乗算結果である鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ）を保持部５１に出力すると共に、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ）をサンプリング時間ｎの鉄損抵抗推定値ｒｃ＾として励磁用鉄損電流算出手段２３及びトルク用鉄損電流算出手段２４に出力する。
【０１０１】
保持部５１は、乗算部５０から鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ）を入力し、これを、過去のサンプリング時間（ｎ−１）の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ−１）として保持する。そして、保持部５１は、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ−１）を、乗算部５０が次のサンプリング時間ｎの処理にて用いるための鉄損抵抗保持値ｒｃ＊として乗算部５０に出力する。
【０１０２】
このように、鉄損抵抗推定段２８により、加速時間Ｊａ＾（ｎ）から減速時間Ｊｄ＾（ｎ）を減算した減算結果がプラス側に大きいほど、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が小さくなるように制御され、当該減算結果が０となるように、すなわち加速時間Ｊａ＾（ｎ）と減速時間Ｊｄ＾（ｎ）とが同一になるように、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾（ｎ）が同定される。
【０１０３】
〔シミュレーション結果〕
次に、実施例２の鉄損電流推定部２０−２を備えた制御装置１のシミュレーション結果について説明する。図１０は、実施例２のシミュレーション結果を示すグラフであり、交流モータ３がＩＭ、鉄損補償ありの場合を示している。このシミュレーション結果は、コンピュータを用いて得られたものである。
【０１０４】
図１０において、シミュレーション結果は、グラフの上から、回転子角速度ωr、励磁電流指令ｉｄ＊’、励磁電流検出値ｉｄ、トルク指令τ＊、トルク電流指令ｉｑ＊’、トルク電流検出値ｉｑ及び鉄損抵抗推定値ｒｃ＾の特性を示している。
【０１０５】
このシミュレーション結果から、最初は鉄損補償が有効に機能していないから、図１１の従来技術のシミュレーション結果と同様に、力行時における回転子角速度ωrの加速時間Ｔ１（加速時間Ｊａ＾に相当）と、回生時における回転子角速度ωrの減速時間Ｔ２（減速時間Ｊｄ＾に相当）とが異なり、Ｔ１＞Ｔ２であることがわかる。そして、時間の経過と共に鉄損補償が有効に機能するようになり、図９の実施例１のシミュレーション結果と同様に、加速時間Ｔ１と減速時間Ｔ２とが同一となり、Ｔ１＝Ｔ２となることがわかる。これは、加速時間Ｔ１と減速時間Ｔ２とが同一となるように鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が推定され、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、励磁用鉄損電流ｉｃｄ及びトルク用鉄損電流ｉｃｑが推定され、鉄損が補償されるからである。鉄損抵抗推定値ｒｃ＾は、時間の経過と共に、安定した値となる。
【０１０６】
以上のように、本発明の実施形態の制御装置１は、実施例２の鉄損電流推定部２０−２を有する鉄損電流補償部１０を備えている。鉄損電流推定部２０−２の鉄損抵抗推定手段２５は、予め設定された初期の鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を出力し、当該鉄損抵抗推定値ｒｃ＾に従い交流モータ３が制御される。
【０１０７】
そして、鉄損抵抗推定手段２５に備えた加速時間算出段２６は、回転子角速度ωrに基づいて回転子加速度ωr・を算出し、トルク指令τ＊及び回転子加速度ωr・に基づいて、前記数式（３）により、交流モータ３の加速時間Ｊａ＾を算出する。また、減速時間算出段２７は、トルク指令τ＊及び回転子加速度ωr・に基づいて、前記数式（４）により、交流モータ３の減速時間Ｊｄ＾を算出する。
【０１０８】
鉄損抵抗推定段２８は、加速時間Ｊａ＾と減速時間Ｊｄ＾とが同一になるように鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を同定することで、鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を推定する。
【０１０９】
励磁用鉄損電流算出手段２３は、鉄損抵抗推定段２８により推定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、前記数式（１）により、励磁用鉄損電流ｉｃｄを算出する。また、トルク用鉄損電流算出手段２４は、鉄損抵抗推定段２８により推定された鉄損抵抗推定値ｒｃ＾を用いて、前記数式（２）により、トルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。
【０１１０】
そして、減算部２１は、励磁電流指令ｉｄ＊から励磁用鉄損電流ｉｃｄを減算し、鉄損電流を補償した新たな励磁電流指令ｉｄ＊’を求め、加算部２２は、トルク電流指令ｉｑ＊にトルク用鉄損電流ｉｃｑを加算し、鉄損電流を補償した新たなトルク電流指令ｉｑ＊’を求める。そして、電流制御部１１は、励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊を算出する。
【０１１１】
このようにして算出された励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊は、３相交流電圧指令（Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊）に変換され、電力増幅器２を介して交流モータ３が制御される。
【０１１２】
そして、時間の経過と共に、鉄損抵抗推定手段２５により推定される鉄損抵抗推定値ｒｃ＾が安定し、鉄損補償が有効に機能した交流モータ３の制御が実現される。
【０１１３】
これにより、力行時及び回生時において、交流モータ３にて発生する鉄損の補償を、励磁電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊へ反映することができる。そして、交流モータ３にて発生する鉄損を補償することで、トルク指令に対応する実トルクを得ることができ、トルクリニアリティを改善することができる。
【０１１４】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施形態では、交流モータ３をＩＰＭＳＭ（図５（２）を参照）として説明した。本発明は、交流モータ３をＩＰＭＳＭに限定するものではなく、ＩＭ（図５（１）を参照）及びＳｙｎＲＭ（図５（３）を参照）等にも適用がある。交流モータ３がＩＭまたはＳｙｎＲＭの場合は、ＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾＝０とすればよい。すなわち、図１に示した制御装置１において、鉄損電流補償部１０の鉄損電流推定部２０は、ＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾を入力しない。
【０１１５】
つまり、鉄損電流推定部２０は、ＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値φｄ＾＝０を入力した場合と同様の処理を行い、図２及び図３に示したトルク用鉄損電流算出手段２４は、以下の数式により、電気角速度ω、ｄ軸インダクタンス推定値Ｌｄ＾、励磁電流指令ｉｄ＊及び鉄損抵抗推定値ｒｃ＾から、トルク用鉄損電流ｉｃｑを算出する。
〔数式２’〕
ｉｃｑ＝（ω×Ｌｄ＾×ｉｄ＊）／ｒｃ＾      ・・・（２’）
【符号の説明】
【０１１６】
１  制御装置
２  電力増幅器
３  交流モータ
４  ＰＧ（パルスジェネレータ）
１０  鉄損電流補償部
１１  電流制御部
１２，１３  座標変換部
２０  鉄損電流推定部
２１，３０，３１，４０，４９  減算部
２２，４１  加算部
２３  励磁用鉄損電流算出手段
２４  トルク用鉄損電流算出手段
２５  鉄損抵抗推定手段
２６  加速時間算出段
２７  減速時間算出段
２８  鉄損抵抗推定段
３２，３３  制御部
４２  除算部
４３  正規化定数化部
４４  低速フィルタ
４５  可変比例ゲイン部
４６，４８  リミッタ
４７  ＲＣレギュレータ
５０  乗算部
５１  保持部
ｉｄ＊，ｉｄ＊’  励磁電流指令
ｉｑ＊，ｉｑ＊’  トルク電流指令
ｉｃｄ  励磁用鉄損電流
ｉｃｑ  トルク用鉄損電流
ｖｄ＊  励磁電圧指令
ｖｑ＊  トルク電圧指令
Ｖｕ＊  Ｕ相交流電圧指令
Ｖｖ＊  Ｖ相交流電圧指令
Ｖｗ＊  Ｗ相交流電圧指令
ｉｕ  Ｕ相交流電流検出値
ｉｖ  Ｖ相交流電流検出値
ｉｗ  Ｗ相交流電流検出値
ｉｄ  励磁電流検出値
ｉｑ  トルク電流検出値
ωr  回転子角速度
ω  電気角速度
ｒｃ＾  鉄損抵抗推定値
Ｌｄ＾  ｄ軸インダクタンス推定値
Ｌｑ＾  ｑ軸インダクタンス推定値
φｄ＾  ＩＰＭＳＭマグネット磁束推定値
ｒ１  入力側抵抗
ｒ２ｎ  出力側抵抗
ｉ１  電流
ｉｃ  鉄損電流
ｉｄｄ  励磁電流
ｉｑｑ  トルク電流
ｒｃ  鉄損抵抗
σ  漏れ係数
Ｎp  極対数
Ｌｄ  ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ  ｑ軸インダクタンス
φｄ  ＩＰＭＳＭマグネット磁束
σＬ１  漏れインダクタンス
（１−σ）Ｌ１，（Ｌｄ−Ｌｑ）  励磁インダクタンス
θ  回転磁界位置
ωr・  回転子加速度
Ｊａ＾  加速時間
Ｊｄ＾  減速時間
τ＊  トルク指令
ω2n  回転子電気角速度
ωs  すべり周波数
Ｊ＾  同定加速定数
ε  正規化定数
Ｋｐ  ゲイン
δ  補正値
ｒｃ＊  鉄損抵抗保持値
【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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