(57)【要約】【課題】多相回転機に対する要求トルクの増大時、ｑ軸電流の応答性を高めることが困難なこと。【解決手段】要求トルクＴｄに基づき、指令電流ｉｑｃが算出され、これと実電流ｉｑとの差に基づき、指令電圧ｖｑｃが算出される。一方、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃは、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとの差に基づき算出される。このｄ軸の指令電流ｉｄｃは、フィードバック電流ｉｄｂと、開ループ電流ｉｄｆとの和である。フィードバック電流ｉｄｂは、指令電圧ベクトル（ｖｄｃ，ｖｑｃ）の長さと許容電圧Ｖｏｍとの差に基づき算出される。開ループ電流ｉｄｆは、指令電流ｉｑｃを流す際の指令電圧ベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内とすべく開ループ制御によって算出される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転機の出力を制御する多相回転機の制御装置において、
前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、
前記ｑ軸の指令電流が増大するとき、前記指令電圧に応じて定まる演算上の前記インバータの出力電圧値を許容範囲内に収めるための操作量を開ループ制御にて算出する操作量算出手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項２】
前記許容範囲内に収めるための操作量が、ｄ軸の指令電流であることを特徴とする請求項１記載の多相回転機の制御装置。
【請求項３】
前記操作量算出手段は、前記許容範囲の上限値と前記ｄ軸の指令電圧とに基づきｑ軸の指令電圧の上限値を算出する手段を備え、ｑ軸における指令電圧が前記上限値よりも大きいとき、これらの差に基づき、前記ｄ軸の指令電流を算出することを特徴とする請求項２記載の多相回転機の制御装置。
【請求項４】
前記操作量算出手段は、ｑ軸における指令電流と実電流との差に基づき、前記ｄ軸の指令電流を算出することを特徴とする請求項２記載の多相回転機の制御装置。
【請求項５】
前記操作量算出手段は、前記ｄ軸の指令電流の算出に際し、前記多相回転機の回転速度を用いることを特徴とする請求項３又は４記載の多相回転機の制御装置。
【請求項６】
前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧を減少させることなく前記指令電圧を補正することで、前記出力電圧値を閾値電圧内に制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項７】
前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸の指令電圧のみを補正することを特徴とする請求項６記載の多相回転機の制御装置。
【請求項８】
前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、前記出力電圧値を前記閾値電圧内としつつ前記指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更すべく前記指令電圧を補正することを特徴とする請求項６記載の多相回転機の制御装置。
【請求項９】
前記位相の変更は、ｄ軸の指令電圧及び前記閾値電圧に基づき定まるｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧との差に応じて行なわれることを特徴とする請求項８記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記指令電圧算出手段は、ｄ軸及びｑ軸におけるそれぞれの指令電流及び実電流の差の累積値に基づきｄ軸及びｑ軸の各指令電圧を算出するものであって且つ、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸についてのみ前記累積値の増加を禁止することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記許容範囲の上限値を前記閾値電圧以下に設定することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記演算上の出力電圧値を許容範囲内とすべく、前記許容範囲の上限値と前記演算上の出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電流を操作するフィードバック手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１３】
インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転機の出力を制御する多相回転機の制御装置において、
前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、
前記指令電圧に応じて定まる演算上の前記インバータの出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧を減少させることなく前記指令電圧を補正することで、前記出力電圧値を前記閾値電圧内に制限する制限手段を備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記出力電圧値を許容範囲内にフィードバック制御すべく、前記許容範囲の上限値と前記出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電圧を補正するフィードバック手段を更に備え、
前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸の指令電圧のみを補正することを特徴とする請求項１３記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１５】
前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、前記出力電圧値を前記閾値電圧内としつつ前記指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更すべく前記指令電圧を補正することを特徴とする請求項１３記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１６】
前記位相の変更は、前記演算上の出力電圧値及びｄ軸の指令電圧に基づき定まるｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧との差に応じて行なわれることを特徴とする請求項１５記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１７】
前記指令電圧算出手段は、ｄ軸及びｑ軸におけるそれぞれの指令電流及び実電流の差の累積値に基づきｄ軸及びｑ軸の各指令電圧を算出するものであって且つ、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸についてのみ前記累積値の増加を禁止することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１８】
前記多相回転機が表面磁石同期回転機であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１９】
前記多相回転機が、電動式パワーステアリングのアクチュエータとして用いられてなることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項２０】
インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転機の出力を制御する多相回転機の制御装置において、
前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、
前記出力電圧値を許容範囲内にフィードバック制御すべく、前記許容範囲の上限値と前記出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電圧を補正するフィードバック手段と、
前記ｑ軸の指令電流の増大に伴い前記多相回転機を流れる電流を変化させる際、前記要求トルクの増大直後におけるｄ軸の電流の応答性をｑ軸の電流の応答性よりも高める手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項２１】
前記ｑ軸の指令電流は、要求トルクに基づき求められることを特徴とする請求項１〜１２及び請求項２０のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
【請求項２２】
インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転機の出力トルクを制御する多相回転機の制御装置において、
前記多相回転機に対する要求トルクの増大に伴い前記多相回転機を流れるｄ軸における電流を変化させるに際し、その変化量を、前記要求トルクの増大直後において最大とする手段を備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転機の出力を制御する多相回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば３相電動機の制御装置等にあっては、インバータの出力電圧の上限値が、インバータの入力電圧によって制限されている。このため、電動機の回転速度が大きくなることで電動機の誘起電圧が増大するときには、所望の出力を生成するために要求される電圧が増大し、出力制御を適切に行なうことが困難となる。このため、こうした状況下にあっては、ｄ軸電流を増大させることで誘起電圧を抑制するいわゆる弱め界磁制御を行なうことが周知である。これにより、電動機の出力制御が可能な回転速度領域を拡大することができる。
【０００３】
詳しくは、例えば電動機に対するｄｑ軸上での指令電圧から定まる演算上のインバータの出力電圧値と予め定められた値との差に基づき、フィードバック制御によりｄ軸の指令電流の補正量を算出することも提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３５６６１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記出力電圧値と予め定められた値との差に基づくフィードバック制御によっては、例えば要求トルクが増大するときなどにおいて、ｑ軸電流の増大要求によって上記出力電圧値がインバータの入力電圧を超えて増大しようとするとき、これを迅速に抑制するようにｄ軸電流を増加させることは困難である。このため、ｑ軸電流の増大要求に迅速に対処することが困難となるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上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、要求トルクの増大時等のｑ軸電流の増大要求により適切に対処することのできる多相回転機の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】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、前記ｑ軸の指令電流が増大するとき、前記指令電圧に応じて定まる演算上の前記インバータの出力電圧値を許容範囲内に収めるための操作量を開ループ制御にて算出する操作量算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ｑ軸の指令電流が増大するときには、上記演算上の出力電圧値が許容範囲を超えて増大するおそれがある。ここで、上記構成では、出力電圧値を許容範囲内に制御するための操作量を、開ループ制御にて算出する。このため、出力電圧値を許容範囲内にフィードバック制御すべく操作量を算出する場合と比較して、操作量を迅速に算出することや、ｑ軸の指令電流の増大直後の操作量の変化量を大きくすることができる。すなわち、フィードバック制御では、ｑ軸の指令電流の増大直後の操作量の変化量を大きくするためには、ゲインを増大させる必要があるが、この場合には、ハンチングが生じやすい。このため、フィードバック制御によっては、ｑ軸の指令電流の増大直後の操作量の変化量を大きくすることが困難である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記許容範囲内に収めるための操作量が、ｄ軸の指令電流であることを特徴とする。
【００１０】
ｑ軸電流を流すために要求されるｑ軸の指令電圧は、ｄ軸電流が増大するほど小さくなる。この点、上記構成では、ｄ軸の指令電流を用いることで、所望のｑ軸電流を流すためのｑ軸の指令電圧を好適に低減することができ、ひいては上記出力電圧値を許容範囲内に収めることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記操作量算出手段は、前記許容範囲の上限値と前記ｄ軸の指令電圧とに基づきｑ軸の指令電圧の上限値を算出する手段を備え、ｑ軸における指令電圧が前記上限値よりも大きいとき、これらの差に基づき、前記ｄ軸の指令電流を算出することを特徴とする。
【００１２】
許容範囲の上限値とｑ軸の指令電圧とから、ｄｑ軸の指令電圧に応じて定まる演算上の出力電圧値を許容範囲内とすることのできるｑ軸の指令電圧の上限値を算出することができる。そして、この上限値よりも実際のｑ軸の指令電圧が大きいときには、上記演算上の出力電圧値は許容範囲を超える大きな値となっていることを意味する。そしてこのときには、ｑ軸の指令電圧と上限値との差は、出力電圧値を許容範囲内とするために必要なｄ軸電流と相関を有する。この点、上記構成では、こうした状況下、ｑ軸の指令電圧と上限値との差に基づき、ｄ軸電流を算出する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記操作量算出手段は、ｑ軸における指令電流と実電流との差に基づき、前記ｄ軸の指令電流を算出することを特徴とする。
【００１４】
ｑ軸における指令電流が増大するときには、ｑ軸における指令電流と実電流との差が増大し、ひいては、ｑ軸上の指令電圧が増大する。そして、これにより、指令電圧に応じて定まる演算上の出力電圧値が許容範囲を超える事態が生じると考えられる。この点、上記構成では、ｑ軸における指令電流と実電流との差に基づき、ｄ軸の指令電流を算出することで、簡易な手法にてｄ軸の指令電流を算出することができる。なお、ｑ軸の指令電圧を、ｑ軸における指令電流と実電流との差に基づき算出する手段を備えるものにあっては、ｑ軸における指令電流と実電流との差に基づき、ｑ軸における指令電圧の増加量を高精度に把握する事ができるため、この手法は特に有効である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記操作量算出手段は、前記ｄ軸の指令電流の算出に際し、前記多相回転機の回転速度を用いることを特徴とする。
【００１６】
ｄ軸電流を増加させたときのｑ軸電圧の減少量は、回転速度に依存する。この点、上記構成では、ｄ軸の指令電流の算出に際し回転速度を用いることで、要求されるｄ軸の指令電流をより適切に算出することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧を減少させることなく前記指令電圧を補正することで、前記出力電圧値を閾値電圧内に制限する制限手段を更に備えることを特徴とする。
【００１８】
上記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、この指令電圧によってインバータを操作すると、過変調制御となり制御性が低下するなど、不都合が生じることがある。このため、閾値電圧を超えるときには、演算上の出力電圧値が閾値電圧以下となるように指令電圧を補正する手法が知られている。しかし、これにより、ｄ軸の指令電圧が減少するおそれがあり、ひいてはｄ軸電流の増加速度が低下するおそれがある。この点、上記構成では、指令電圧の補正に際してｄ軸の指令電圧を減少させないために、こうした問題を回避することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸の指令電圧のみを補正することを特徴とする。
【００２０】
上記構成では、ｑ軸の指令電圧のみを補正（低減補正）することで、ｄ軸の指令電圧をそのままとしつつも上記出力電圧値を閾値電圧以下とすることができる。このため、ｄ軸の電流の増加を妨げることなく、出力電圧値を閾値電圧以下とすることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、前記出力電圧値を前記閾値電圧内としつつ前記指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更すべく前記指令電圧を補正することを特徴とする。
【００２２】
上記構成では、出力電圧値を閾値電圧内としつつ指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更することで、ｄ軸の電流の増加を促進しつつ出力電圧値を閾値電圧内とすることができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記位相の変更は、ｄ軸の指令電圧及び前記閾値電圧に基づき定まるｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧との差に応じて行なわれることを特徴とする。
【００２４】
ｄ軸の指令電圧と閾値電圧との差から、出力電圧値を閾値電圧内とするためのｑ軸の指令電圧の上限値を算出することができる。このため、これら２つの値に基づき、ｑ軸の指令電圧の上限値を把握することができる。そして、ｑ軸の指令電圧の上限値に対する現在のｑ軸の指令電圧の過剰分は、ｄ軸の指令電流に要求される増大量を定める。この点、上記構成では、ｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧の差に応じて位相を変更することで、ｄ軸の電流を適切に増加させることができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の発明において、前記指令電圧算出手段は、ｄ軸及びｑ軸におけるそれぞれの指令電流及び実電流の差の累積値に基づきｄ軸及びｑ軸の各指令電圧を算出するものであって且つ、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸についてのみ前記累積値の増加を禁止することを特徴とする。
【００２６】
上記制限手段による制限時に累積値が算出されると、制限手段による制限にもかかわらず、ｑ軸の指令電圧が現実に多相回転機のｑ軸に印加されているときに適切な値となるように累積値が増加することとなる。このため、累積値が過大な値となり、指令電圧の設定を適切に行なうことが困難となる。この点、上記構成では、制限手段による制限時、ｑ軸における累積値の増加を禁止することで、こうした問題を回避することができる。
【００２７】
特に上記構成では、ｄ軸については制限手段によって制限がなされないために、ｄ軸の指令電圧の算出に用いる累積値については、指令電流及び実電流の差に応じて更新されることが望ましい。この点、上記構成では、ｄ軸の累積値の増加についてはこれを禁止しないために、ｄ軸の累積値を適切な値とすることができ、ひいてはｄ軸の制御性を良好なものに維持することができる。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項５〜１０のいずれかに記載の発明において、前記許容範囲の上限値を前記閾値電圧以下に設定することを特徴とする。
【００２９】
上記構成では、許容範囲の上限値を閾値電圧以下とすることで、出力電圧値を許容範囲内に収めるための開ループ制御を迅速に起動させることができ、ひいてはｑ軸の指令電流の増大時にｄ軸電流を迅速に増大させることができる。
【００３０】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の記載の発明において、前記演算上の出力電圧値を許容範囲内とすべく、前記許容範囲の上限値と前記演算上の出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電流を操作するフィードバック手段を更に備えることを特徴とする。
【００３１】
上記構成では、フィードバック手段を備えることで、出力電圧値が許容範囲内となるようにより適切に制御することができる。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、前記指令電圧に応じて定まる演算上の前記インバータの出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧を減少させることなく前記指令電圧を補正することで、前記出力電圧値を前記閾値電圧内に制限する制限手段を備えることを特徴とする。
【００３３】
指令電圧に応じて定まる演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、この指令電圧によってインバータを操作すると、過変調制御となり制御性が低下するなど、不都合が生じることがある。このため、閾値電圧を超えるときには、演算上の出力電圧値が閾値電圧以下となるように指令電圧を補正する手法が知られている。しかし、これにより、ｄ軸の指令電圧が減少するおそれがあり、ひいてはｄ軸電流の増加速度が低下するおそれがある。この点、上記構成では、指令電圧の補正に際してｄ軸の指令電圧を減少させないために、こうした問題を回避することができる。
【００３４】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記出力電圧値を許容範囲内にフィードバック制御すべく、前記許容範囲の上限値と前記出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電圧を補正するフィードバック手段を更に備え、前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸の指令電圧のみを補正することを特徴とする。
【００３５】
上記構成では、ｑ軸電流が増大するとき、フィードバック手段によってｄ軸の指令電圧を増大させることができる。そして、上記出力電圧値が閾値電圧よりも大きくなるときには、ｑ軸の指令電圧を補正（低減補正）することで、ｄ軸の指令電圧をそのままの値としつつも上記出力電圧値を許容範囲内とすることができる。このため、ｄ軸の電流の増加を妨げることなく、出力電圧値を許容範囲内とすることができる。
【００３６】
請求項１５記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記制限手段は、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、前記出力電圧値を前記閾値電圧内としつつ前記指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更すべく前記指令電圧を補正することを特徴とする。
【００３７】
上記構成では、出力電圧値を閾値電圧内としつつ指令電圧のベクトルの位相をｄ軸の負側に変更することで、ｄ軸の電流の増加を促進しつつ出力電圧値を閾値電圧内とすることができる。
【００３８】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の発明において、前記位相の変更は、前記演算上の出力電圧値及びｄ軸の指令電圧に基づき定まるｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧との差に応じて行なわれることを特徴とする。
【００３９】
ｄ軸の指令電圧と閾値電圧とから、出力電圧値を閾値電圧内とするためのｑ軸の指令電圧の上限値を算出することができる。このため、これら２つの値に基づき、ｑ軸の指令電圧の上限値を把握することができる。そして、ｑ軸の指令電圧の上限値に対する現在のｑ軸の指令電圧の過剰分は、ｄ軸電流に要求される増大量を定める。この点、上記構成では、ｑ軸の指令電圧の上限値と現在のｑ軸の指令電圧の差に応じて位相を変更することで、ｄ軸の電流を適切に増加させることができる。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、請求項１３〜１６のいずれかに記載の発明において、前記指令電圧算出手段は、ｄ軸及びｑ軸におけるそれぞれの指令電流及び実電流の差の累積値に基づきｄ軸及びｑ軸の各指令電圧を算出するものであって且つ、前記演算上の出力電圧値が閾値電圧よりも大きいとき、ｑ軸についてのみ前記累積値の増加を禁止することを特徴とする。
【００４１】
上記制限手段による制限時に累積値が算出されると、制限手段による制限にもかかわらず、ｑ軸の指令電圧が現実に多相回転機のｑ軸に印加されているときに適切な値となるように累積値が増加することとなる。このため、累積値が過大な値となり、指令電圧の設定を適切に行なうことが困難となる。この点、上記構成では、制限手段による制限時、ｑ軸における累積値の増加を禁止することで、こうした問題を回避することができる。
【００４２】
特に上記構成では、ｄ軸については制限手段によって制限がなされないために、ｄ軸の指令電圧の算出に用いる累積値については、指令電流及び実電流の差に応じて更新されることが望ましい。この点、上記構成では、ｄ軸の累積値の増加についてはこれを禁止しないために、ｄ軸の累積値を適切な値とすることができ、ひいてはｄ軸の制御性を良好なものに維持することができる。
【００４３】
請求項１８記載の発明は、請求項１〜１７のいずれかに記載の発明において、前記多相回転機が表面磁石同期回転機であることを特徴とする。
【００４４】
表面磁石同期回転機では、最小の電流で最大のトルクを生成可能な電流ベクトルが、ｄ軸電流をゼロとした電流ベクトルとなる。このため、指令電圧に応じて定まる演算上の出力電圧値がインバータの入力電圧を超えない限り、極力ｄ軸に電流を流さないことが望ましい。一方、出力電圧値が入力電圧に近似するまでｄ軸電流を流さないなら、出力電圧値が入力電圧を超えるとき、ｄ軸電流を迅速に増加させることが困難となりやすい。この点、上記操作量算出手段を備えるなら、ｄ軸電流を迅速に増加させることができるため、出力電圧値が入力電圧に近似するまで極力ｄ軸電流を抑制することができる。また、上記制限手段を備える場合においても、ｄ軸電流を迅速に増加させることができるため、出力電圧値が入力電圧に近似するまで極力ｄ軸電流を抑制することができる。
【００４５】
請求項１９記載の発明は、請求項１〜１８のいずれかに記載の発明において、前記多相回転機が、電動式パワーステアリングのアクチュエータとして用いられてなることを特徴とする。
【００４６】
パワーステアリングのアクチュエータには、要求トルクに対する特に迅速な応答が望まれる。この点、上記構成では、操作量算出手段や制限手段を備えることで、ｑ軸の指令電流の増大に迅速に対処することができ、ひいては要求トルクの増大に迅速に対処することができる。
【００４７】
請求項２０記載の発明は、前記インバータにｄ軸及びｑ軸の指令電流を流すためのｄ軸及びｑ軸の指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、前記出力電圧値を許容範囲内にフィードバック制御すべく、前記許容範囲の上限値と前記出力電圧値との差に基づきｄ軸の指令電圧を補正するフィードバック手段と、前記ｑ軸の指令電流の増大に伴い前記多相回転機を流れる電流を変化させる際、前記要求トルクの増大直後におけるｄ軸の電流の応答性をｑ軸の電流の応答性よりも高める手段とを備えることを特徴とする。
【００４８】
上記構成では、ｑ軸の指令電流の増大直後におけるｄ軸の電流の応答性をｑ軸の電流の応答性よりも高めることで、結果としてｑ軸電流を迅速に増加させることができる。
【００４９】
請求項２１記載の発明は、請求項１〜１２及び請求項２０のいずれかに記載の発明において、前記ｑ軸の指令電流は、要求トルクに基づき求められることを特徴とする。
【００５０】
上記構成では、操作量算出手段や制限手段を備えることで、要求トルクの増大に伴ってｑ軸の指令電流が増大するときに実際のｑ軸電流を迅速に増大させることができる。
【００５１】
請求項２２記載の発明は、前記多相回転機に対する要求トルクの増大に伴い前記多相回転機を流れるｄ軸における電流を変化させるに際し、その変化量を、前記要求トルクの増大直後において最大とする手段を備えることを特徴とする。
【００５２】
上記構成では、要求トルクの増大に伴い多相回転機を流れるｄ軸電流の変化量を、要求トルクの増大直後において最大とするために、要求トルクの増大時に界磁電流を迅速に増大させることができる。このため、ｑ軸電流を迅速に増大させることができ、ひいては要求トルクの増大により適切に対処することができる。
【００５３】
なお、上記手段は、特に、多相回転機に印加される相電圧の振幅がインバータの入力電圧の２倍の値に近似する領域においてのみ機能するものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる多相回転機の制御装置を車載パワーステアリングのアクチュエータとしての電動機の制御装置に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００５５】
図１に、本実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す。
【００５６】
図示されるように、電動機１０は、パワーステアリングのアクチュエータであり、ここでは、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）にて構成されている。パワーステアリングでは、図示しないハンドル操作によって生じるトルクが検出され、これに応じて要求トルクＴｄが算出される。
【００５７】
２相変換部２０は、電動機１０の電気角θに基づき、電動機１０を流れる３相の実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、ｄ軸の実電流ｉｄとｑ軸の実電流ｉｑとに変換する。ｑ軸電流設定部２２は、要求トルクＴｄに基づき、ｑ軸の指令電流ｉｑｃを算出する。詳しくは、ここでは、トルク定数Ｋｔに要求トルクＴｄを乗算することで、指令電流ｉｑｃを算出する。ちなみに、トルク定数Ｋｔは、電動機１０の逆起電力定数と極対数との積である。
【００５８】
偏差算出部２４では、ｑ軸の実電流ｉｑに対する指令電流ｉｑｃの差を算出する。そして、指令電圧算出部２６では、偏差算出部２４の出力に基づき、指令電流ｉｑｃを流すための指令電圧ｖｑｃを算出する。詳しくは、ここでは比例ゲインＫｐｑと積分ゲインＫｉｑとに基づく比例積分制御によって指令電圧ｖｑｃを算出する。
【００５９】
一方、偏差算出部２８では、ｄ軸の実電流ｉｄに対する後述する指令電流ｉｄｃの差を算出する。指令電圧算出部３０では、偏差算出部２８の出力に基づき、指令電流ｉｄｃを流すための指令電圧ｖｄｃを算出する。詳しくは、ここでは比例ゲインＫｐｄと積分ゲインＫｉｄとに基づく比例積分制御によって指令電圧ｖｄｃを算出する。
【００６０】
３相変換部３２は、電動機１０の電気角θに基づき、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを、３相の指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ、ｖｗｃに変換する。ＰＷＭ信号生成部３４は、指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ、ｖｗｃに基づき、電動機１０の各相に指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ、ｖｗｃを印加するためのインバータ３６のスイッチング素子の操作信号を生成し、これを出力する。インバータ３６は、上記操作信号に応じてバッテリＢの電力を電動機１０に供給する。
【００６１】
ここで本実施形態の電動機１０は、上述したようにＳＰＭＳＭであるため、ｑ軸電流のみによって要求トルクＴｄとなるように電動機１０の出力が制御可能である。特に、ＳＰＭＳＭでは、ｄ軸電流がゼロであるときに最小の電流で最大のトルクを生成可能であるために、基本的には、最大トルク制御を行なうべくｄ軸の指令電流ｉｄｃをゼロとする。ただし、電動機１０の回転速度ω（より正確には、電気角θの時間微分値である回転速度ω）が上昇すると、電動機１０に生じる誘起電圧が増大する。これは、以下の理由による。ｄｑ軸上での電圧方程式は、電動機１０の抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、逆起電力定数Φを用いて、以下の式で表現される。
ｖｄ＝（Ｒ＋ｓＬｄ）ｉｄ                        ―ωＬｑ×ｉｑ        …（ｃ１）
ｖｑ＝                    （Ｒ＋ｓＬｑ）ｉｑ    ＋ω（Φ＋Ｌｄ×ｉｄ）…（ｃ２）
上記において、上記の式（ｃ２）の右辺第２項は、誘起電圧に関する項である。上記の式からわかるように、回転速度ωが上昇すると、上記の式（ｃ２）の右辺第２項の絶対値が大きくなり、誘起電圧が増大する。そしてこれにより、電圧ｖｑが増大する。しかし、電圧ｖｄ，ｖｑは、インバータ３６の入力電圧、すなわちバッテリＢの電圧ＶＢによって制限される。すなわち、電圧ｖｄ、ｖｑのベクトルの長さ「√｛（ｖｄ）＾２＋（ｖｑ）＾２｝」を、バッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍よりも大きくすることはできない。このため、高回転速度領域においては、ｄ軸電流を増大させることで（ｄ軸電流を負の値として且つその絶対値を増大させることで）、ｑ軸の電圧ｖｑを低下させる弱め界磁制御を行う。これにより、上記の式（ｃ２）の右辺第２項を低減することができ、ひいては電圧ｖｑを低減することができる。これにより、図２に示されるように、ｄ軸電流をゼロとする最大トルク制御よりも、高回転速度領域において電動機１０を駆動することが可能となる。
【００６２】
上記弱め界磁制御を行うべく、本実施形態では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃに応じて定まる演算上のインバータ３６の出力電圧値（指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さ「√｛（ｖｄｃ）＾２＋（ｖｑｃ）＾２｝」）を許容範囲内に収めるフィードバック制御を行う。
【００６３】
すなわち、先の図１に示すように、ノルム算出部４０では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さを算出する。また、許容電圧設定部４２では、バッテリＢの電圧ＶＢに定数Ａを乗算することで許容範囲の上限値である許容電圧Ｖｏｍを算出する。この許容電圧Ｖｏｍは、バッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値以下に設定される。これは、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの振幅を、バッテリＢによって実現可能な電圧（「ＶＢ／２」）以下とするための設定である。このため、定数Ａは、「√（３／８）」以下の値に設定することとなる。ここで、最大トルク制御を極力優先する観点からは、上記定数Ａは、極力大きい値とすることが望ましい。ただし、要求トルクＴｄの増大時にｄ軸電流を迅速に増大させるためには、定数Ａをある程度小さい値とすることが望まれる。これら２つの要請に鑑みて、定数Ａは設定される。ちなみに、本実施形態では、定数Ａを、「０．９×√（３／８）」程度の値に設定する。
【００６４】
偏差算出部４４では、上記指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さに対する許容電圧Ｖｏｍの差を算出する。一方、電圧補正量算出部４６では、偏差算出部４４の出力に基づき、ｄ軸電圧の補正量ΔＶを算出する。ここでは、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとを用いて、比例積分制御によって補正量ΔＶを算出する。また、フィードバック電流算出部４８では、補正量ΔＶに基づき、フィードバック制御の操作量としてのｄ軸の指令電流（フィードバック電流ｉｄｂ）を算出する。ここでは、上記補正量ΔＶを、回転速度ω及びｄ軸インダクタンスＬｄの乗算値で除算することで、フィードバック電流ｉｄｂを算出する。ここで、フィードバック電流ｉｄｂの算出に際して回転速度ωを用いるのは、上記の式（ｃ２）に示されるように、ｄ軸電流によって低減できるｑ軸電圧量が回転速度ωに依存するためである。
【００６５】
上記フィードバック制御にてｄ軸の指令電流を操作することで弱め界磁制御をすることができる。ただし、この場合、図３に示されるように、フィードバック電流ｉｄｂの応答性が低い。このため、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さがバッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値近傍にあるときに要求トルクＴｄが増大すると、ｑ軸の実電流ｉｑを迅速に変化させることができない。すなわち、この場合、要求トルクＴｄに応じて指令電流ｉｑｃが増加するものの、ｑ軸の実電流ｉｑを増加させるには、まずｄ軸の実電流ｉｄを負の値として増加させなければならない。しかし、指令電流ｉｄｆの変化が遅いために、実電流ｉｄの増加も遅くなる。
【００６６】
そこで本実施形態では、上記指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための操作量であるｄ軸の指令電流ｉｄｃの開ループ制御項を備える。詳しくは、先の図１に示すように、開ループ項算出部５０において、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃに基づき、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるためのｄ軸の指令電流ｉｄｃの補正量Δｉｄを算出する。ここで、ｄ軸の電流が補正量Δｉｄだけ変化すると、ｑ軸の電圧は、上記の式（ｃ２）から、簡易的に「ωＬｄ×Δｉｄ」だけ変化すると考えられる。そしてこの補正量Δｉｄによって、図４に示すように、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための条件は、下記の式（ｃ３）となる。
Ｖｏｍ＝√｛（ｖｄｃ）＾２＋（ｖｑｃ＋ωＬｄ×Δｉｄ）＾２｝  …（ｃ３）
上記の式（ｃ３）を、補正量Δｉｄについて解くと、下記の式（ｃ４）となる。
Δｉｄ＝［√｛Ｖｏｍ＾２−（ｖｄｃ）＾２｝―ｖｑｃ］／ωＬｄ  …（ｃ４）
先の図１に示す開ループ項算出部５０では、上記の式（ｃ４）によって補正量Δｉｄを算出する。そして、ゲイン設定部５２では、補正量ΔｉｄにゲインＫｆを乗算することで、開ループ電流ｉｄｆを算出する。強め界磁禁止部５４では、開ループ電流ｉｄｆがゼロよりも大きいとき、開ループ電流ｉｄｆをゼロに補正する。これは、開ループ電流ｉｄｆがゼロよりも大きいときには、上記の式（ｃ２）において誘起電圧を増大させるように作用することに鑑み、これを回避するためになされるものである。更に、指令電流算出部５６では、開ループ電流ｉｄｆにフィードバック電流ｉｄｂを加算することで、ｄ軸の指令電流を算出する。更に、強め界磁禁止部５８では、指令電流算出部５６の出力がゼロよりも大きいとき、これをゼロに補正する。これについても、上記出力がゼロよりも大きいときには、上記の式（ｃ２）において誘起電圧を増大させるように作用することに鑑み、これを回避するためになされるものである。こうして、ｄ軸の最終的な指令電流ｉｄｃが算出される。
【００６７】
図５に、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えばマイクロコンピュータ等によって所定周期で繰り返し実行される。
【００６８】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、要求トルクＴｄに基づきｑ軸の指令電流ｉｑｃを算出する。続くステップＳ１２においては、指令電流ｉｑｃ及び実電流ｉｑに基づき、指令電圧ｖｑｃを算出する。続くステップＳ１４においては、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとに基づき、指令電圧ｖｄｃを算出する。そして、ステップＳ１６においては、ステップＳ１２，１４において算出された指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃと、許容電圧Ｖｏｍと回転速度ωとに基づき、フィードバック電流ｉｄｂを算出する。更に、ステップＳ１８においては、ステップＳ１２，１４において算出された指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃと、許容電圧Ｖｏｍと回転速度ωとに基づき、開ループ電流ｉｄｆを算出する。
【００６９】
続くステップＳ２０においては、開ループ電流ｉｄｆがゼロよりも小さいか否かを判断する。そして、ゼロ以上であるときには、開ループ電流ｉｄｆをゼロとする。一方、ステップＳ２０において肯定判断されるときや、ステップＳ２２の処理が完了するときには、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４においては、この一連の処理の次回の処理時における指令電流ｉｄｃを、開ループ電流ｉｄｆとフィードバック電流ｉｄｂとの和とする。そして、ステップＳ２６においては、指令電流ｉｄｃがゼロよりも小さいか否かを判断する。そしてゼロ以上であると判断されるときには、ステップＳ２８において、指令電流ｉｄｃをゼロとする。なお、ステップＳ２６において肯定判断されるときや、ステップＳ２８の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００７０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００７１】
（１）電動機４に対する要求トルクＴｄが増大するとき、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトル（指令電圧ベクトル）の長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための操作量を開ループ制御にて算出した。これにより、フィードバック制御により操作量を算出する場合と比較して、操作量を迅速に算出することや、要求トルクＴｄの増大直後の操作量の変化量を大きくすることができる。すなわち、フィードバック制御により出力トルクの増大直後の操作量の変化量を大きくするためには、ゲインＫｐ，Ｋｉを増大させる必要があるが、この場合、ハンチングが生じやすい。このため、フィードバック制御によっては、要求トルクＴｄの増大直後の操作量の変化量を大きくすることが困難である。
【００７２】
（２）指令電圧ベクトルを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための操作量を、ｄ軸の指令電流ｉｄｃとした。これにより、要求トルクＴｄに応じたｑ軸電流を流すためのｑ軸の指令電圧を好適に低減することができ、ひいては指令電圧ベクトルを許容電圧Ｖｏｍ内に収めることができる。なお、本実施形態では、電動機１０の各相に印加される電圧を指令電圧とするＰＷＭ制御をしているため、実際には操作量は指令電圧である。しかし、この指令電圧は、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃから定まるものであるため、ここでは、指令電流ｉｄｃを上記操作量と定義する。
【００７３】
（３）許容電圧Ｖｏｍとｄ軸の指令電圧ｖｄｃとに基づきｑ軸の指令電圧ｖｑｃの上限値（√｛Ｖｏｍ＾２−（ｖｄｃ）＾２｝）を算出し、指令電圧ｖｑｃと上限値との差に基づき、ｄ軸の指令電流の補正量Δｉｄを算出した。これにより、指令電圧ベクトルを許容電圧Ｖｏｍ以下とするためのｄ軸の指令電流の補正量Δｉｄを適切に算出することができる。
【００７４】
（４）開ループ電流ｉｄｆの算出に際し、回転速度ωを用いた。これにより、要求されるｄ軸電流をより適切に算出することができる。
【００７５】
（５）指令電圧ベクトルを許容電圧Ｖｏｍ内とすべく、指令電圧ベクトルの長さと許容電圧Ｖｏｍとの差に基づき、フィードバック電流ｉｄｂを算出した。これにより、指令電圧ベクトルが許容電圧Ｖｏｍ内となるようにより適切に制御することができる。
【００７６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７７】
図６に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図６において、先の図１に示した部材と同一の部材に付いては、便宜上同一の符号を付している。
【００７８】
図示されるように、本実施形態では、開ループ項算出部６０において、ｑ軸の指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づき、開ループ電流ｉｄｆを算出する。これは以下の理由による。
【００７９】
指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さが許容電圧Ｖｏｍを超えるのは、要求トルクＴｄの増大に応じてｑ軸の指令電圧ｖｑｃが増大するためと考えられる。このため、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃの増大による上記ベクトルの伸長をｄ軸電流の増大によって補償することができるなら、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ以下とすることができると考えられる。一方、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃの増大は、ｑ軸の指令電流ｉｑｃの増大によって生じる。したがって、ｑ軸の実電流ｉｄに対する指令電流ｉｄｃの差に応じて上記ベクトルの長さの伸長を補償するためのｄ軸電流を算出することができると考えられる。
【００８０】
特に本実施形態では、指令電圧算出部２６において比例積分制御がなされるため、指令電流ｉｑｃが増大した直後の指令電圧ｖｑｃの増大量Δｖｑｃは、「Ｋｐｑ（ｉｑｃ−ｉｑ）」にて近似することができる。一方、開ループ電流ｉｄｆによって低減できるｑ軸電圧量は、「ωＬｄ×ｉｄｆ」である。以上より、開ループ項算出部６０は、下記の式（ｃ５）にて開ループ電流ｉｄｆを算出する。
ｉｄｆ＝ＫＦ（ｉｑｃ−ｉｑ）／ωＬｄ  …（ｃ５）
なお、上記の式（ｃ５）におけるゲインＫＦは、上記比例ゲインＫｐｑと同一でもよいが、これと相違させてもよい。
【００８１】
図７に、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えばマイクロコンピュータ等によって所定周期で繰り返し実行される。
【００８２】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、要求トルクＴｄに基づきｑ軸の指令電流ｉｑｃを算出する。続くステップＳ３２においては、指令電流ｉｑｃ及び実電流ｉｑに基づき、指令電圧ｖｑｃを算出する。続くステップＳ３４においては、指令電流ｉｑｃと、実電流ｉｑと、回転速度ωとに基づき、開ループ電流ｉｄｆを算出する。続くステップＳ３６においては、開ループ電流ｉｄｆがゼロよりも小さいか否かを判断する。そして、ゼロ以上であるときには、ステップＳ３８において、開ループ電流ｉｄｆをゼロとする。一方、ステップＳ３６において肯定判断されるときや、ステップＳ３８の処理が完了するときには、ステップＳ４０に移行する。
【００８３】
ステップＳ４０においては、指令電流ｉｄｃを、開ループ電流ｉｄｆとフィードバック電流ｉｄｂとの和とする。そして、ステップＳ４２においては、指令電流ｉｄｃがゼロよりも小さいか否かを判断する。そしてゼロ以上であると判断されるときには、ステップＳ４４において、指令電流ｉｄｃをゼロとする。なお、ステップＳ４２において肯定判断されるときや、ステップＳ４４の処理が完了するときには、ステップＳ４６に移行する。ステップＳ４６においては、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとに基づき、指令電圧ｖｄｃを算出する。そして、ステップＳ４８においては、ステップＳ３２，Ｓ４６において算出された指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃと、許容電圧Ｖｏｍと回転速度ωとに基づき、この一連の処理の次回の処理時におけるフィードバック電流ｉｄｂを算出する。なお、ステップＳ４８の処理が完了すると、この一連の処理を一旦終了する。
【００８４】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１），（２），（４），（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００８５】
（６）ｑ軸における指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づき、開ループ電流ｉｄｆを算出した。これにより、簡易な手法にて開ループ電流ｉｄｆを算出することができる。特に、本実施形態では、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃを、ｑ軸における指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づき算出するため、指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づきｑ軸における指令電圧ｖｑｃの増加量を高精度に把握することができるため、この手法は有効である。
【００８６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８７】
上述したように、要求トルクＴｄの増大時、フィードバック電流ｉｄｂの応答が遅く、結果として実電流ｉｄの応答が遅れる。ここで上記実施形態では、指令電流ｉｄｃの応答性を高めることで、実電流ｉｄの応答性を高めた。これに対し、本実施形態では、図８に示すように、実電流ｉｄをフィードバック電流ｉｄｂに迅速に追従させることを考える。これは、図９に示すように、指令電流ｉｑｃの増大に際し、まず実電流ｉｄの増大を優先することで行なうことができる。すなわち、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃは、電圧ベクトル（ｖｄ、ｖｑ）の長さがバッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値となるとの条件のもとで上記の式（ｃ１）、（ｃ２）を関係付けることで定まる円内に制限される。この円は、図示されるように、中心の座標が（Φ／Ｌｄ，０）であり、半径が「｛√（３／８）｝ＶＢ／ω」である。ここにおいて、図中破線にて示す態様にてｑ軸の電流を増大させることはできないが、一旦ｄ軸電流を増大させることでｑ軸電流を増大させることができる。
【００８８】
図９に示されるように、ｑ軸電流を増大させる上でｄ軸電流を増大させることが有効であるが、制御性を高く維持するための設定がｄ軸電流を増大させる上で障害となることがある。すなわち、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さがバッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値を超えるときには、インバータ３６を介して指令電圧ｖｑｃ、ｖｄｃを電動機１０に印加することはできない。このため、指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃを算出する際に積分制御を行う場合には、積分項の絶対値が過度に大きくなり、ひいては電動機１０に印加される電圧の制御性を低下させることとなる。このため、制御性を高く維持する観点から、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さがバッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値を超えるときには、予め指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値に制限し、且つ積分項の更新を禁止する処理がなされることがある。しかし、この処理によれば、本来、優先的に増加させたい指令電圧ｖｄｃまでもが低減されるおそれがある。このため、ｄ軸電流の増加が遅れ、ひいてはｑ軸電流を迅速に増大させることができなくなる。
【００８９】
そこで本実施形態では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍよりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを固定しつつ、指令電圧ベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍとなるように補正する。図１０に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１０において、先の図１に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００９０】
図示されるように、本実施形態では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７０を備える。ここで、閾値電圧Ｖｍは、閾値電圧設定部７２において、バッテリＢの電圧に定数Ｃを乗算することで設定される。ここで、定数Ｃは、定数Ａ以上の値に設定することが望ましい。換言すれば、閾値電圧Ｖｍは、許容電圧Ｖｏｍ以上であることが望ましい。本実施形態では、定数Ｃを、「√（３／８）」に設定する。これにより、電動機１０に印加可能な最大電圧となるまで、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを制限することを回避することが可能となる。このため、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃに基づく制御を良好に行うことができる。そして、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍを超えるとき、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを補正することなく、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃを減少補正することで、上記ベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍとする。更に、この際、指令電圧算出部２６における積分項の更新が禁止される。
【００９１】
図１１に、本実施形態にかかる指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えばマイクロコンピュータ等によって所定周期で繰り返し実行される。
【００９２】
この一連の処理では、まずステップＳ５０において、要求トルクＴｄに基づきｑ軸の指令電流ｉｑｃを算出する。続くステップＳ５２においては、指令電流ｉｑｃ及び実電流ｉｑに基づき、指令電圧ｖｑｃを算出する。続くステップＳ５４においては、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとに基づき、指令電圧ｖｄｃを算出する。そして、ステップＳ５６においては、ステップＳ１２，１４において算出された指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが、閾値電圧Ｖｍを超えているか否かを判断する。そして、閾値電圧Ｖｍを超えていると判断されるときには、ステップＳ５８において、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍとする補正を行なう。ここでは、閾値電圧Ｖｍの２乗からｄ軸の指令電圧ｖｄｃの２乗を減算した値の平方根をｑ軸の指令電圧ｖｑｃとし、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃはそのままとする。なお、この際、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃの算出に際して用いる積分項の演算を禁止する。詳しくは、今回のｑ軸の指令電圧ｖｑｃの算出に際しての積分項の更新を無効とする。これにより、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃの算出に用いる積分項は、ベクトルの長さの制限がなされる以前の値に保持されることとなる。一方、ステップＳ５６において閾値電圧Ｖｍ以下であると判断されるときや、ステップＳ５８の処理が完了するときには、ステップＳ６０に移行する。ステップＳ６０においては、許容電圧Ｖｏｍ、回転速度ω、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃに基づき、この一連の処理の次回の処理時における次回のフィードバック電流ｉｄｂを算出する。続いてステップＳ６２においては、フィードバック電流ｉｄｂがゼロよりも小さいか否かを判断する。そしてゼロ以上であると判断されるときには、ステップＳ６４において、フィードバック電流ｉｄｂをゼロとする。なお、ステップＳ６２において肯定判断されるときや、ステップＳ６４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００９３】
以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００９４】
（７）指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍよりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを減少させることなく指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを補正することで、ベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限した。これにより、上記ベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍを越える際に、ｄ軸電流の増加速度が低下するおそれを回避することができる。
【００９５】
（８）指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍよりも大きいとき、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを補正することなくｑ軸の指令電圧ｖｑｃを低減補正した。これにより、ｄ軸の電流の増加を妨げることなく、上記ベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内とすることができる。
【００９６】
（９）指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃ及び実電流ｉｄ，ｉｑの差の累積値（積分項）に基づきｄ軸及びｑ軸の各指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃを算出して且つ、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍよりも大きいとき、ｑ軸についてのみ積分項の絶対値の増加を禁止した。これにより、指令電圧ｖｑｃの制御性の低下を回避することができる。また、ｄ軸については、指令電圧ｖｄｃの制限がなされないために、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃの算出に用いる積分項については、指令電流ｉｄｃ及び実電流ｉｄの差に応じて更新されることが望ましい。この点、本実施形態では、ｄ軸の積分項の増加についてはこれを禁止しないために、ｄ軸の積分項を適切な値とすることができ、ひいてはｄ軸の制御性を良好なものに維持することができる。
【００９７】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９８】
図１２に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１２において、先の図１０に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００９９】
図示されるように、本実施形態では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７４を備える。制限部７４では、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍとしつつ、同ベクトルの位相をｄ軸の負側に変更する。
【０１００】
図１３に、本実施形態にかかる指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えばマイクロコンピュータ等によって所定周期で繰り返し実行される。
【０１０１】
この一連の処理では、まずステップＳ７０〜Ｓ７６において、先の図１１のステップＳ
５０〜Ｓ５６の処理と同一の処理を行なう。そして、ステップＳ７６において、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍを超えていると判断されるときには、ステップＳ７８において、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍとする補正を行なう。
【０１０２】
ここでは、閾値電圧Ｖｍの２乗からｄ軸の指令電圧ｖｄｃの２乗を減算した値の平方根から指令電圧ｖｑｃを減算した値にゲインＫθを乗算することで、上記ベクトルの位相の補正量Δθを算出する。そして、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの位相φを「φ＋Δθ」として且つ、その長さが閾値電圧Ｖｍとなるように補正する。なお、この際、先の図１１のステップＳ５８同様、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃの算出に際して用いる積分項の演算を禁止する。
【０１０３】
そして、ステップＳ７８の処理が完了すると、先の図１１のステップＳ６０〜Ｓ６４と同様、ステップＳ８０〜Ｓ８４の処理を行なう。
【０１０４】
以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）の効果や、先の第３の実施形態の上記（７），（９）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１０５】
（１０）指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃのベクトルの長さが閾値電圧Ｖｍよりも大きいとき、上記長さを閾値電圧Ｖｍとしつつベクトルの位相をｄ軸の負側に変更すべく指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを補正した。これにより、ｄ軸の電流の増加を促進しつつ上記ベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍとすることができる。
【０１０６】
（１１）上記位相の変更を、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃ及び閾値電圧Ｖｍに基づき定まるｑ軸の指令電圧ｖｑｃの上限値と現在のｑ軸の指令電圧ｖｑｃとの差に応じて行った。これにより、ｄ軸の電流を適切に増加させることができる。
【０１０７】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１０８】
図１４に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１４において、先の図１０等に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１０９】
図示されるように、本実施形態では、先の第１の実施形態の構成に、先の第３の実施形態における制限部７０、すなわち指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７０を備える。これにより、ｄ軸の電流をより迅速に増大させることができ、ひいては、ｑ軸の電流をより迅速に増大させることができる。
【０１１０】
図１５に、本実施形態にかかるｄ軸及びｑ軸の電流の応答性についての実験結果を示す。この図では、要求トルクの増大に応じて増大した最終的な指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを「１００％」と規格化し、実電流ｉｄ，ｉｑの変化をプロットしている。
【０１１１】
図示されるように、指令電流ｉｑｃが急激に（ステップ状に）変化する際、まずｄ軸の実電流ｉｄが上昇する。このようにｄ軸の実電流ｉｄの応答性を高めることで、ｑ軸の実電流ｉｑの応答性をも高めることができる。特に、上記開ループ電流ｉｄｆの寄与等により、実電流ｉｄ，ｉｑの変化に際して、ｄ軸の実電流ｉｄの変化量は、要求トルクＴｄの増大直後（指令電流ｉｑｃの増大直後）に最大となる。また、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを補正することなく電圧ベクトルの長さを制限し且つ、ｑ軸の積分演算を禁止する処理を行なうことで、実電流ｉｄ，ｉｑのオーバーシュートを好適に抑制することができる。なお、図１５では、オーバーシュート量が１５％程度に抑制されているが、いかなる状況であっても、オーバーシュート量を「２５％」以下に抑制する設定が容易であることが発明者らによって見出されている。
【０１１２】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態及び先の第３の実施形態の各効果を得ることができるとともに、要求トルクＴｄの増大に伴うｑ軸の実電流の応答性をより高めることができる。
【０１１３】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１４】
図１６に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１６において、先の図１０等に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１１５】
図示されるように、本実施形態では、先の第２の実施形態の構成に、先の第３の実施形態における制限部７０、すなわち指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７０を備える。これによっても、ｄ軸の電流をより迅速に増加させることができ、ひいては、ｑ軸の電流をより迅速に増大させることができる。
【０１１６】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１７】
図１７に、本実施形態にかかる電動機１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１２において、先の図１０に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１１８】
図示されるように、本実施形態では、指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃのベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための操作量として、開ループ制御にて、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃの補正量（開ループ電圧ｖｄｆ）を算出する。すなわち、本実施形態では、開ループ項算出部５０ａにおいて、許容電圧Ｖｏｍの２乗から指令電圧ｖｄｃの２乗を減算した値の平方根から指令電圧ｖｑｃを減算した値を算出する。そして、この値に、ゲインＫｖを乗算することで、開ループ電圧ｖｄｆを算出する。そして、加算部８２において、この開ループ電圧ｖｄｆと指令電圧算出部３０の出力する指令電圧ｖｄｃとの和が算出され、これが最終的な指令電圧とされる。
【０１１９】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記効果に準じた効果を得ることができる。
【０１２０】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１２１】
・上記第３〜第６の実施形態において、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する際には、ｑ軸の積分演算の更新を禁止したが、これに限らず、例えば積分項をリセットしてもよい。
【０１２２】
・上記第７の実施形態の構成に、先の第３の実施形態における制限部７０、すなわち指令電圧ｖｑｃのみを補正することにより指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７０を備えてもよい。
【０１２３】
・上記第１，２，７の実施形態の構成に、先の第４の実施形態における制限部７４、すなわち指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの位相をｄ軸の負側としつつその長さを閾値電圧Ｖｍ内に制限する制限部７４を備えてもよい。
【０１２４】
・指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃによって定まるベクトルの長さを許容電圧Ｖｏｍ内に収めるための操作量としての指令電流ｉｄｃの開ループ制御による算出手法としては、上記第１及び第２の実施形態で例示したものに限らない。例えば上記の式（ｃ１）及び（ｃ２）に基づき、近似式を用いることなく、電圧ベクトル（ｖｄ，ｖｑ）の長さが許容電圧Ｖｏｍとなるためのｄ軸電流ｉｄを下記の式として算出してもよい。
ｉｄ＝［√｛Ｖｏｍ＾２−（Ｒｉｄ＋ｓＬｄｉｄ−ωＬｑｉｑ）＾２｝―（Ｒ＋ｓＬｑ）ｉｑ−ωΦａ］／ωＬｄ
・指令電圧ｖｄｃの算出手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、指令電流ｉｄｃ及び実電流ｉｄの差に基づく比例項としてもよく、比例項及び積分項及び微分項の和としてもよい。更には、非干渉化制御をすべく、上記の式（ｃ１）の第２項をｑ軸の実電流ｉｑに基づき算出し、上記フィードバック項に加えてもよい。
【０１２５】
・指令電圧ｖｑｃの算出手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、指令電流ｉｑｃ及び実電流ｉｑの差に基づく比例項としてもよく、比例項及び積分項及び微分項の和としてもよい。更には、非干渉化制御をすべく、上記の式（ｃ２）の第２項をｄ軸の実電流ｉｄに基づき算出し、上記フィードバック項に加えてもよい。
【０１２６】
・許容電圧Ｖｏｍや閾値電圧Ｖｍの設定は、上記の設定に限らない。ただし、許容電圧Ｖｏｍは閾値電圧Ｖｍ以下であることが望ましく、更には、許容電圧Ｖｏｍは閾値電圧Ｖｍよりも小さいことがより望ましい。また、これら許容電圧Ｖｏｍや閾値電圧Ｖｍは、バッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍以下の値とすることが望ましい。ただし、バッテリＢの電圧ＶＢの「√（３／８）」倍の値の更に「１．２８」倍の値までは、過変調ＰＷＭ制御による制御性を確保することができることに鑑みれば、閾値電圧Ｖｍをこの値以下としてもよい。
【０１２７】
・上記各実施形態では、要求トルクの増大に伴ってｑ軸の指令電流が増大するときに本発明を適用したが、これに限らず、例えば回転速度を所望に制御するとき等、要は出力を所望に変更制御することでｑ軸の指令電流が増大するときであればよい。
【０１２８】
・上記各実施形態では、電動機１０をパワーステアリングのアクチュエータとして用いたが、これに限らず、例えばハイブリッド車や電気自動車の原動機として用いてもよい。
【０１２９】
・電動機１０としては、表面磁石同期電動機に限らず、例えば埋め込み磁石同期電動機であってもよい。
【０１３０】
・多相回転機としては、電動機に限らず、発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】第１の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図２】弱め界磁制御による運転可能回転領域の拡大効果を示す図。
【図３】上記実施形態にかかるｄ軸の指令電流の設定手法を説明するタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかるｄ軸の指令電流の設定手法を説明する図。
【図５】同実施形態にかかるｄｑ軸の指令電流の設定処理の手順を示す流れ図。
【図６】第２の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図７】同実施形態にかかるｄｑ軸の指令電流の設定処理の手順を示す流れ図。
【図８】第３の実施形態にかかるｄ軸の電流制御手法を説明するタイムチャート。
【図９】理想的なｄ軸の電流制御手法を説明する図。
【図１０】第３の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図１１】同実施形態にかかるｄｑ軸の指令電流の設定処理の手順を示す流れ図。
【図１２】第４の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図１３】同実施形態にかかるｄｑ軸の指令電流の設定処理の手順を示す流れ図。
【図１４】第５の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図１５】同実施形態にかかるｄｑ軸電流の応答性を示すタイムチャート。
【図１６】第６の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図１７】第７の実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…電動機、２６，３０…指令電圧算出部、５０，５０ａ，６０…開ループ項算出部、７０，７４…制限部。
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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