(57)【要約】【課題】同期機を制御する方法及びシステムが提供される。【解決手段】本方法は、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成すること、ｑ軸電流指令から修正電流指令を生じること、ｄ軸電流指令を第１の電圧指令に変換すること、修正電流指令を第２の電圧指令に変換すること、並びに同期機に第１及び第２の電圧指令を供給することを含む。修正電流指令は、永久磁石機によって生成される端子電圧を制限する。【選択図】図１
2008109850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子電圧を動作期間に生成する同期機を制御する方法であって、
ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するステップと、
前記同期機によって生成される前記端子電圧を制限する修正電流指令を、前記ｑ軸電流指令から生成するステップと、
前記ｄ軸電流指令を第１の電圧指令に変換するステップと、
前記修正電流指令を第２の電圧指令に変換するステップと、
前記同期機に前記第１及び第２の電圧指令を供給するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の電圧指令と−ωｒΨ＊ｑ＋Ｉ＊ｄＲｓとの和から、第１の調整電圧指令を生成するステップと、
前記第２の電圧指令とωｒΨ＊ｄ＋Ｉ＊ｑＲｓとの和から、第２の調整電圧指令を生成するステップと、
を更に含み、
ωｒが前記同期機の回転子速度であり、Ψ＊ｄがｄ軸鎖交磁束であり、Ψ＊ｑがｑ軸鎖交磁束であり、Ｉ＊ｄが前記第１の電流指令であり、Ｉ＊ｑが前記第２の電流指令であり、Ｒｓが前記同期機の一相当たりの機械電気抵抗である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ｄ軸電流指令から前記ｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）を決定するステップと、
前記ｑ軸電流指令から前記ｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）を決定するステップと、
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
修正電流指令を生じる前記ステップが、
前記第１及び第２の調整電圧指令から変調指数を導出するステップと、
前記ｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）及び前記ｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）から基準変調指数を決定するステップと、
前記変調指数を基準変調指数と比較することによって誤差を決定するステップと、
前記誤差を第１の値に変換するステップと、
前記第１の値を正の値と負の値との間に制限して、第２の値を生成するステップと、
前記第２の値を前記第２の電流指令に加算して前記修正電流指令を生成するステップと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
誤差を決定する前記ステップが、
前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令、前記ｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）、前記ｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）、前記同期機の前記一相当たりの機械電気抵抗（Ｒｓ）、ＤＣ電源電圧及び前記同期機の前記回転子速度（ωｒ）から、変調指数指令を生じるステップと、
前記変調指数指令が下限以上のとき、及び前記変調指数指令が上限以下のとき、前記基準変調指数を前記変調指数指令に割り当てるステップと、
前記変調指数指令が下限未満のとき、又は前記変調指数指令が上限より上のとき、前記基準変調指数を前記上限に割り当てるステップと、
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の値を制限する前記ステップが、
前記変調指数指令が所定の下限より上のとき、最大値をＫ１×Ｉ＊ｑに、最小値を−Ｋ２×Ｉ＊ｑに割り当てるステップと、
前記変調指数指令が前記下限以下のとき、最大値をゼロに、最小値を−Ｋ２×Ｉ＊ｑに割り当てるステップと、
を含み、Ｋ１が０と１の間の第１の所定の定数であり、Ｋ２が０と１の間の第２の所定の定数であり、Ｉ＊ｑが前記ｑ軸電流指令である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
永久磁石機械を駆動する方法であって、
電流指令テーブルから第１及び第２の電流指令を生成するステップと、
前記永久磁石機械の非線形動作期間に、前記永久磁石機の端子電圧を制限する修正電流指令を、前記第２の電流指令から生成するステップと、
前記第１の電流指令を第１の測定電流と比較して、第１の調整電流を生成するステップと、
前記修正電流指令を第２の測定電流と比較して、第２の調整電流を生成するステップと、
前記永久磁石機械に前記第１及び第２の調整電流を供給するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
前記生成するステップが、トルク指令、前記永久磁石機の回転子速度、及び電源電圧から、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の調整電流を第１の電圧指令に変換するステップと、
前記第２の調整電流を第２の電圧指令に変換するステップと、
前記第１の電圧指令に−ωｒΨ＊ｑ＋Ｉ＊ｄＲｓを加算して第１の調整電圧を生成するステップと、
前記第２の電圧指令にωｒΨ＊ｄ＋Ｉ＊ｑＲｓを加算して第２の調整電圧を生成するステップと、
を更に含み、ωｒが前記永久磁石機の回転子速度であり、Ψ＊ｄがｄ軸鎖交磁束であり、Ψ＊ｑがｑ軸鎖交磁束であり、Ｉ＊ｄが前記第１の電流指令であり、Ｉ＊ｑが前記第２の電流指令であり、Ｒｓが前記永久磁石機械の一相当たりの機械電気抵抗である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の調整電圧から第１の同期指令を生成するステップと、
前記第２の調整電圧から第２の同期指令を生成するステップと、
前記第１及び第２の同期指令を第１及び第２の静止指令に変換するステップと、
前記第１及び第２の静止指令から第１、第２及び第３のデューティサイクルを決定するステップと、
前記第１、第２及び第３のデューティサイクルを、前記永久磁石機を制御する電圧源インバータに供給するステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
修正電流指令を生成する前記ステップが、
前記第１及び第２の調整電圧から変調指数を導出するステップと、
前記変調指数を基準変調指数と比較することによって誤差を決定するステップと、
前記誤差を第１の値に変換するステップと、
前記第１の値を制限して第２の値を生成するステップと、
前記第２の電流指令に前記第２の値を加算して前記修正電流指令を生成するステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
誤差を決定する前記ステップが、
前記第１の電流指令及び前記修正電流指令から変調指数指令を決定するステップと、
前記変調指数指令が下限以上のとき、及び前記変調指数指令が上限以下のとき、前記変調指数指令に前記基準変調指数を割り当てるステップと、
前記変調指数指令が下限未満のとき、前記上限に前記基準変調指数を割り当てるステップと、
前記変調指数指令が上限より上のとき、前記上限に前記基準変調指数を割り当てるステップと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
制限する前記ステップが、前記第１の値を第１の限界と第２の限界との間に制限するステップを含み、前記変調指数指令が前記下限より上のとき、前記第１の限界がＫ１×Ｉ＊ｑであり、前記第２の限界が−Ｋ２×Ｉ＊ｑであり、前記変調指数指令が前記下限以下のとき、前記第１の限界がゼロであり、前記第２の限界が−Ｋ２×Ｉ＊ｑであり、Ｋ１が０と１の間の第１の所定の定数であり、Ｋ２が０と１の間の第２の所定の定数であり、Ｉ＊ｑが前記第２の電流指令である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
Ｋ１＝０．２でありＫ２＝０．４である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の電流指令、前記修正電流指令及び静的磁束テーブルから第１及び第２の鎖交磁束を決定するステップと、
前記第１及び第２の鎖交磁束、前記第１及び第２の電流指令、前記永久磁石機械の一相当たりの機械電気抵抗、電源電圧及び前記永久磁石機の回転子速度から、変調指数指令を決定するステップと、
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
電圧指令を介して同期モータを制御するシステムであって、
第１の電流指令及び修正電流指令を受け取る入力を有し、前記修正電流指令が、第２の電流指令と制限電流との和から導出される第１のモジュールであって、前記第１の電流指令から第１の鎖交磁束を、前記修正電流指令から第２の鎖交磁束を決定し、前記第１及び第２の鎖交磁束から変調指数指令を生じるように構成された第１のモジュールと、
電源電圧及び前記電圧指令を受け取る入力を有する第２のモジュールであって、前記電圧指令及び前記電源電圧から変調指数を決定し、前記変調指数指令に基づく変調基準を生成するように構成された第２のモジュールと、
前記第１及び第２のモジュールに結合され、前記変調指数を前記変調基準に一致させる帰還電流を生成するように構成されたコンバータと、
前記比較器に結合され、前記帰還電流から前記制限電流を生成するように構成された電流リミッタと、
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記同期モータが回転子速度を有し、更に、
前記第１の変調指数モジュールに結合された出力を有する第３のモジュールであって、トルク指令、前記永久磁石モータの前記回転子速度及び前記電源電圧から、前記第１及び第２の電流指令を生成するように構成された第３のモジュールを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コンバータが、
前記変調指数と前記変調基準の間の差分を生成する比較器と、
前記比較器に結合された入力及び前記電流リミッタに結合された出力を有する比例積分（ＰＩ）コントローラであって、前記差分から前記帰還電流を生成するように構成されたＰＩコントローラと、
を備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２のモジュールが、
前記変調指数指令が所定の下限以上のとき、及び前記変調指数指令が所定の上限以下のとき、前記変調指数指令に前記変調基準を割り当て、
前記変調指数指令が前記所定の下限未満のとき、前記所定の上限に前記変調基準を割り当て、
前記変調指数指令が前記所定の上限より上のとき、前記所定の上限に前記変調基準を割り当てる
ように更に構成された、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電流リミッタが、
前記変調指数指令が所定の下限より上のとき、前記帰還電流を、Ｋ１×Ｉ＊ｑと−Ｋ２×Ｉ＊ｑの間に制限し、
前記変調指数指令が前記所定の下限以下のとき、前記帰還電流を、０と−Ｋ２×Ｉ＊ｑの間に制限する
ように更に構成され、Ｋ１が０と１の間の第１の所定の定数であり、Ｋ２が０と１の間の第２の所定の定数であり、Ｉ＊ｑが前記第２の電流指令である、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に交流（ＡＣ）モータの制御に関し、より詳細には、永久磁石モータ及び同期リラクタンスモータなどの同期モータを制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用途を含む様々な応用においてＡＣモータが使われており、単純で、丈夫な構成、容易な保守、及び費用効果が高い価格設定のＡＣ誘導モータが望ましい。車両用途において使われるＡＣモータは通常、モータ相電流が正弦波状になるように、電圧源インバータを介して制御される。ＡＣモータに正弦波状の入力電流を供給すると、通常、ＡＣモータでのトルク脈動の発生源であり得る追加調和成分のないトルクを生じる。
【０００３】
車両用途において設計上考慮すべきことは、（例えば、バッテリによって与えられる）有効なＤＣバス電圧を最大限に使用することである。バス電圧を最大限に使用すると、概して、高速電力及び全体的システム効率が向上する。一部のＡＣモータは永久磁石（ＰＭ）機である。ＰＭ機は通常、高電力密度及び高効率特性を有し、したがって、車両推進の用途に適する。電気機械には、電圧源インバータの電流限界に起因する電流制限と、有効なＤＣバス電圧に起因する電圧制限とがある。高速では、ＰＭ機は、電圧制御なしの場合、ＤＣバス電圧を超えて増大し得る機械磁束、すなわち逆起電力を生じる。例えば、機械の速度が増大させられると、ＰＭ機の相電圧が増大する。所定の速度を超えて、ＰＭ機の相電圧はバス電圧より大きくなる。ＰＭ機の電流制御を保持するために、弱め界磁を用いて逆起電力が減じられる。ＰＭ機において、磁束は本質的に減じることができず、したがって、減磁電流が通常、ＰＭ機の磁石磁束又は全磁束を低減するように印加される。
【０００４】
ＰＭ機の効率最適化制御を実現するために、ＰＭ機の非線形特性を測定し、非線形機械モデルを開発するのに用いることができる。このモデルは、効率最適化制御パラメータを決定するのに使われ、こうした制御パラメータは通常、機械の効率最適化制御のためのルックアップテーブルとして、コントローラに追加される。制御パラメータは、電圧及び電流限界内で決定することもできる。理想的な動作の期間では、こうした制御パラメータを用いたフィードフォワード制御は概して、定常状態条件の下でＰＭ機の安定した制御を提供するのに十分である。高速での電流制御を保持するために、有効電圧が制限されると、特に過渡動作中又は実際の機械パラメータと測定されたパラメータとが不一致の場合、追加補助が必要とされることがある。典型的には、弱め界磁電圧ループが、安定した機械動作のためにモデルと実際の機械パラメータとの間の誤差を訂正するのに用いられる。
【０００５】
一部の強磁束ＰＭ機は、高い無負荷損失（例えば、回転損失）及び障害の問題を有する。ＰＭ機に関連したこうした問題を回避するために磁束が意図的に低く保たれている場合、弱磁束ＰＭ機が選択され得る。現在、強磁束ＰＭ機において逆起電力の界磁を弱めるのに、ｄ軸電流制御技術が使われている。例えば、負のｄ軸電流を印加して、磁束及び磁気逆起電力を減じる減磁束成分を生じることができる。こうしたｄ軸電流制御技術は、機械電圧に対するｄ軸電流の影響が弱いせいで、弱磁束ＰＭ機において限られた成功を収めているに過ぎない。例えば、非線形過変調動作領域内で、機械磁束に対するｄ軸電流の比較的弱い影響は、電圧振幅全体を低下させるのではなく上げることによって、弱磁束ＰＭ機の、界磁を弱めた動作を損ない得る。ｄ軸電流制御は、大きな減磁電流を用いて高速で動作する強束機械においても失敗し得る。大きな減磁電流の下で、ｄ軸磁束は、強束機械に対して符号を反転させ得る（すなわち、負になる）。ｄ軸磁束の反転は、はるかに弱い減磁電流で、したがってより低速で、弱磁束機械において起こる。上述したように、ｄ軸電流は、弱磁束機械において、電圧に対して弱い影響をもつ。更に、強束機械にも当てはまり得る、ｄ軸磁束の符号の反転のせいで、より大きなｄ軸電流を印加することによって電圧を低くする試みは、概して機械端子電圧を増大させ、したがって減磁制御を不安定にする。
【０００６】
機械電圧を克服することによって、機械に電流を生じることができる。逆起電力に加えて、電流調整装置は、抵抗の降下及び誘導性の降下を克服しなければならない。誘導性の降下は、特に磁気抵抗を有する機械（例えば、内部のＰＭ機や同期リラクタンス機）の場合、ｑ軸において高い場合がある。機械端子電圧を低くすることによって、電流制御を保持することができる。一部の高磁束ＰＭ機の場合、減磁電流（例えば、負のｄ軸電流）を注入することによって、ＰＭ逆起電力を急速に低くすると、電圧に対する強い影響（例えば、ＰＭ界磁）のせいで、機械端子電圧が間接的に低くなる。しかし、弱磁束ＰＭ機、同期リラクタンス機などの他の機械の場合、又は一部の強いＰＭ束機械の場合でさえも、逆起電力を削減するようにｄ軸電流を制御することは、機械端子電圧に対して望ましい効果がない場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、特に高速において電流制御を保持しながら機械端子電圧を低減する永久磁石又は同期リラクタンスモータ駆動システムを制御する方法を提供することが望ましい。更に、特に高速において電流制御を保持しながら機械端子電圧を低減するＰＭ又は同期リラクタンスモータ駆動システム用の制御システムを提供することが望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性が、添付の図面並びに上記の技術分野及び背景技術と併せ読むと、後続の詳細な説明及び冒頭の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
永久磁石機械又は同期リラクタンス機械を含むが、必ずしもそれに限定されない同期機を制御する方法及びシステムが提供される。一つの実施の形態では、同期機を制御する方法が提供される。同期機は、動作期間に端子電圧を生成し、本方法は、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するステップと、ｑ軸電流指令から修正電流指令を生成するステップと、第１の電流指令を第１の電圧指令に変換するステップと、修正電流指令を第２の電圧指令に変換するステップと、同期機に第１及び第２の電圧指令を供給するステップとを含む。修正電流指令は、同期機によって生成される端子電圧を制限する。
【０００９】
別の実施の形態では、永久磁石機械を駆動する方法は、電流指令テーブルから第１及び第２の電流指令を生成するステップと、第２の電流指令から修正電流指令を生成するステップと、第１の電流指令を第１の測定電流と比較して、第１の調整電圧を生成するステップと、修正電流指令を第２の測定電流と比較して、第２の調整電圧を生成するステップと、永久磁石機に第１及び第２の調整電圧を供給するステップとを含む。修正電流指令は、永久磁石機の非線形動作中に永久磁石機の端子電圧を制限する。
【００１０】
別の実施の形態では、電圧指令を介して同期モータを制御するシステムが、第１の電流指令及び修正電流指令を受け取る入力を有する第１のモジュールと、電源電圧及び電圧指令を受け取る入力を有する第２のモジュールと、第１及び第２のモジュールに結合され帰還電流を生じるように構成されたコンバータと、比較器に結合され帰還電流から制限電流を生成するように構成された電流リミッタとを備える。修正電流指令は、第２の電流指令と制限電流との和から導出される。第１のモジュールは、第１の電流指令から第１の鎖交磁束を及び修正電流指令から第２の鎖交磁束を決定し、第１及び第２の鎖交磁束から変調指数指令を生成するように構成される。第２のモジュールは、電圧指令及び電源電圧から変調指数を決定するように構成される。変調指数指令に基づいて、変調基準が生成される。帰還電流により、変調指数が変調基準に合わせられる。
【００１１】
以下、本発明を図面とともに説明するが、同じ番号は同じ要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の詳細な説明は本質的に例示に過ぎず、本発明も本発明の適用範囲及び用途も限定することは意図していない。更に、上記の技術分野、背景技術、簡潔な要約又は以下の詳細な説明において提示される明示の又は言外のどの理論にも束縛されるものではない。
【００１３】
本発明は、永久磁石（ＰＭ）機及び同期リラクタンス機を含むが、必ずしもそれに限定されない同期機を制御するシステム及び方法である。概して、本システムは、電流指令源と、電流指令源に結合された電流調整装置と、電流調整装置及び電流指令源に結合された弱め界磁電圧制御モジュールとを備える。電流指令源は、所定の制御パラメータ（例えば、システム効率）に合わせて最適化することができる電流指令テーブルを用いて、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生じる。弱め界磁電圧制御モジュールは、電流調整を損なうことなく、電流調整装置を非線形過変調領域内で動作するように、ｑ軸電流指令を修正する際に使用するための帰還電流を生じる。電流調整装置は、修正ｑ軸電流指令を含む電流指令を変換し、電圧源インバータにデューティサイクルを供給する。すると電圧源インバータは、ＰＭ機向けに指令された電流を生じるように、ＰＭ機に適切な電圧（例えば、３相電圧）を印加する。本発明のシステム及び方法は、同期リラクタンス機にも適用され得る。
【００１４】
図１を参照すると、ＰＭ機１６を有する駆動システム１０が、本発明の一つの実施の形態に関連して示されている。駆動システム１０は、コントローラ１２と、コントローラ１２に結合された電圧源インバータ１４と、電圧源インバータ１４に結合されたＰＭ機１６と、電圧源インバータ１４に結合された第１の入力、ＰＭ機１６に結合された第２の入力、及び様々なシステム出力の測定量をコントローラに供給する、コントローラ１２に結合された出力を有する検出装置３０とを備える。コントローラ１２は、測定量からデューティサイクル指令を生成し、このデューティサイクル指令を電圧源インバータ１４に供給する。電圧源インバータ１４は、デューティサイクル指令を使って、供給電位（例えば、バッテリ電位やＤＣバス電圧（Ｖｄｃ））から３相電圧（例えば、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）を生成し、この３相電圧でＰＭ機１６を駆動する。検出装置３０は、電源電圧（Ｖｄｃ）、測定された位相電流（例えば、Ｉａ、Ｉｂ、及びＩｃ。ただし、２相電流の測定値はニュートラルなしのＹ接続された機械にとって十分である場合がある）、回転子速度（ωｒ）、及び回転子位相角（θｒ）を含むが必ずしもそれに限定されない測定量を取得する。
【００１５】
電圧源インバータ１４は、電源電圧（Ｖｄｃ）を、ＰＭ機１６を駆動するのに使われるＡＣ電圧に変換する。電圧源インバータ１４は、ＰＭ機１６に印加される電圧の量を変えることもでき、したがって、コントローラ１２にＰＭ機の電流を制御させる。電圧源インバータ１４がＰＭ機に印加する電圧の量は、変調指数によって示される。例えば、ゼロの変調指数は、印加される電圧がゼロであることを示し、１の変調指数は、電圧源インバータ１４がＰＭ機に全バッテリ電圧を（例えば、６ステップの動作により）印加していることを示す。こうした変調指数値の間で、電圧源インバータ１４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）などによって電圧を変えることができる。最大で約０．９０６９（例えば、バス電圧の約９０．６％）の変調指数まで、電圧源インバータ１４は、ＰＭ機の電圧を線形的に制御する。約０．９０６９の変調指数を超えて、電圧源インバータ１４は、電圧の制御が非線形である過変調領域内で動作する。
【００１６】
測定量を使って、コントローラ１２は、デューティサイクル指令を生じる。コントローラ１２は、相互に結合されたプロセッサ１８、プロセッサメモリ２０、機械プロパティメモリ２２、入力バッファ２８、出力バッファ２４及び一時メモリ２６を備える。測定量は、コントローラ１２の動作期間に入力バッファ２８によって受け取られ、機械プロパティメモリ、プロセッサメモリ又は一時メモリ２６に格納され得る。例示的な実施の形態において、コントローラ１２は、１つ又は複数のプログラムを（例えば、所定の制御パラメータ向けに電流指令を最適化し、永久磁石機の過変調領域動作を補償する、などのように）実行して、デューティサイクル指令の決定において用いられる任意の先駆要素（例えば、修正電流指令、電圧指令など）も決定する。
【００１７】
図１及び２を参照すると、図２は、本発明の例示的な実施の形態による、駆動システム１０の電流制御システム４０を示すブロック図である。電流制御システム４０はコントローラ１２によって実装される。電流制御システム４０の構成要素の１つ又は複数は、ソフトウェア又はファームウェア、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのハードウェア、電子回路、１つ又は複数のソフトウェア又はファームウェアプログラムを実行するプロセッサ（共有、専用、又はグループ）及びメモリ、組合せ論理回路、並びに／或いは他の適切な構成要素又はこれらの組合せとして実現することができる。
【００１８】
概して、電流制御システム４０は、電流指令テーブル４２、電流指令加算ブロック４８、弱め界磁モジュール４６及び電流調整装置４４を備える。電流指令テーブル４２の第１の出力は、加算ブロック４８の第１の入力に結合される。弱め界磁モジュール４６は、加算ブロック４８の出力に結合された第１の入力、電流指令テーブル４２の第２の出力に結合された第２の入力、及び加算ブロック４８の第２の入力に結合された出力を有する。電流調整装置は、電流指令テーブル４２の第１の出力に結合された第１の入力、加算ブロック４８の出力に結合された第２の入力、電圧源インバータ１４に結合された第１の出力、及び弱め界磁モジュール４６に結合された第２の出力を有する。最適化された電流指令（例えば、ｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）及びｑ軸電流指令（Ｉ＊ｑ））が、電流指令テーブル４２によって生じられ、弱め界磁モジュール４６は、ｑ軸電流指令（必要な場合）を修正するための帰還電流（ΔＩ＊ｑ）を、加算ブロック４８を介して生じる。結果として得られた修正ｑ軸電流指令（Ｉ＊＊ｑ）は、ｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）と組み合わされて、電流調整装置４４に供給され、電流調整装置４４を、必要とされるときは、過渡動作期間にも電流調整の安定性を損なうことなく、非線形過変調領域内で動作させる。
【００１９】
電流指令テーブル４２は、プロセッサメモリ２０に（例えば、ルックアップテーブルとして）格納されてよく、好ましくは、所定の制御パラメータ（例えば、システム効率）に対して最適化される。電流指令テーブル４２は、所望の制御パラメータを最適化する任意の数のモデルから導出され、ＰＭ機１６の電圧及び電流限界を使用して、機械端子電圧を制御することにより、高い効率で所望のトルクを生じ、電流調整の安定性を維持するように、適切な量のｄ軸電流及びｑ軸電流をＰＭ機に供給することもできる。特定のトルク指令（Ｔ＊）、回転子速度（ωｒ）、及び例えば検出装置３０によって収集されコントローラ１２に供給される供給電位（Ｖｄｃ）に対して、最適化されたｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）及びｑ軸電流指令（Ｉ＊ｑ）が電流指令テーブル４２から決定される。
【００２０】
帰還電流（ΔＩ＊ｑ）を生成するように、弱め界磁モジュール４６は、電流調整装置４４に供給される電流指令（例えば、最適化されたｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）及び修正ｑ軸電流指令（Ｉ＊＊ｑ））をサンプリングする。更に、弱め界磁モジュール４６は、電流調整装置４４に生成される同期フレーム電圧指令をサンプリングする。ＰＭ機１６の、サンプリングされた電流指令、サンプリングされた同期フレーム電圧指令、測定された回転子速度（ωｒ）、測定された回転子位相角（θｒ）、及び一相当たりの機械電気抵抗（Ｒｓ）から、弱め界磁モジュール４６は帰還電流（ΔＩ＊ｑ）を決定する。理想的な動作の下では、インバータ電圧及び電流限界内で作動している間に制御テーブル４２が生成されるので、帰還電流指令（ΔＩ＊ｑ）はゼロになり、ｑ軸電流指令Ｉ＊ｑに対する修正は必要なくなる。ただし、理想的でないケースでは、帰還電流ΔＩ＊ｑは、実際の機械パラメータとモデル化された機械パラメータとの間の誤差を訂正し、そうすることによって、あらゆる速度及び機械トルクレベルでの安定した電流制御を可能にする。
【００２１】
図２及び３を参照すると、図３は、電流制御システム４０をより詳細に示すブロック図である。この例示的な実施の形態において、電流調整装置４４は、比較器５０及び５２と、それぞれ比較器５０及び５２に結合された比例積分（ＰＩ）コントローラ５４及び５６と、それぞれＰＩコントローラ５４及び５６に結合された加算ブロック５８及び６０と、加算ブロック５８及び６０に結合された過変調モジュール６２と、過変調モジュール６２に結合された変換モジュール６４と、変換モジュール６４に結合されたデューティサイクルモジュール６６とを備える。
【００２２】
比較器５０は、指令テーブル４２からｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）を受け取り、ｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）を、測定されたｄ軸電流（Ｉｄ）と比較して、ｄ軸電流誤差を生じる。比較器５２は、修正ｑ軸電流指令（Ｉ＊＊ｑ）を受け取り、ｑ軸修正電流指令（Ｉ＊＊ｑ）を、測定されたｑ軸電流（Ｉｑ）と比較して、ｑ軸電流誤差を生じる。ＰＩコントローラ５４及び５６は、電流誤差（例えば、それぞれｄ軸電流誤差及びｑ軸電流誤差）を、同期フレーム電圧指令（例えば、それぞれｄ軸同期フレーム電圧指令及びｑ軸同期フレーム電圧指令）に変換し、加算ブロック５８及び６０は、対応するフィードフォワード項を、同期フレーム電圧指令それぞれに追加する。
【００２３】
例示的な実施の形態において、フィードフォワード項は、固定子における速度電圧及び抵抗の降下の和であり、ＰＩコントローラ５４及び５６の出力に加算されて、駆動システム１０の過渡性能を向上させる。例えば、加算ブロック５８は、ｄ軸同期フレーム電圧指令にフィードフォワード項（−ωｒΨ＊ｑ＋Ｉ＊ｄＲｓ）を加え、比較器６０は、ｑ軸同期フレーム電圧指令にフィードフォワード項（ωｒΨ＊ｄ＋Ｉ＊ｑＲｓ）を加え、ここで、Ψ＊ｑはｑ軸鎖交磁束指令であり、Ψ＊ｄはｄ軸鎖交磁束指令である。電流超過を最小限にするために、アンチワインドアップ電流調整装置を実装してもよい。
【００２４】
加算ブロック５８の出力は過変調モジュール６２に供給され、過変調モジュール６２は、同期フレーム電圧指令の非線形制御を記述する制御アルゴリズムを実装する。変換モジュール６４は、測定された回転子位相位置（θｒ）を使って、過変調モジュール６２から受け取られる同期フレーム電圧指令（Ｕ＊ｓｄ及びＵ＊ｓｑ）を、静止フレーム電圧指令（Ｕ＊ａ及びＵ＊β）に変換する。デューティサイクルモジュール６６は、変換モジュール６４から、静止フレーム電圧指令（Ｕ＊ａ及びＵ＊β）及び電源電圧（Ｖｄｃ）（例えば、測定されたｄｃバス電圧）を受け取る。ＰＷＭを使って、電圧源インバータ１４からの信号の幅又はデューティサイクルが、ＰＭ機１６に印加される電圧振幅を確立し、デューティサイクルモジュール６６は、静止フレーム電圧指令からこうしたデューティサイクルを決定する。
【００２５】
電圧源インバータ１４によって生成される適切な電圧振幅は、機械位相において指令されたｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成し、弱め界磁モジュール４６は、機械端子電圧を制御するように、ｑ軸電流指令を修正する。この例示的な実施の形態において、弱め界磁モジュール４６は、静的磁束テーブル６８と、静的磁束テーブル６８から、指令されたｄ軸鎖交磁束及びｑ軸鎖交磁束を用いて計算される指令された変調指数モジュール７０と、（次のＰＷＭサイクル中に）機械端末に印加されるべき正確な電圧を用いて計算される実際の変調指数モジュール７２と、変調指数モジュール７２に結合された比較器７４と、比較器７４に結合されたＰＩコントローラ７６と、ＰＩコントローラ７６に結合された電流リミッタ７８とを備える。加算ブロック５８及び６０の出力（例えば、追加されたフィードフォワード項を有する同期フレーム電圧指令）は、変調指数モジュール７２によってサンプリングされ、変調指数（Ｍｉｎｄｅｘ）が、電源電圧（Ｖｄｃ）を使って計算される。ｄ軸鎖交磁束指令及びｑ軸鎖交磁束指令（Ψ＊ｄ及びΨ＊ｑ）は、静的磁束テーブル６８、サンプリングされたｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）、及び修正ｑ軸電流指令（Ｉ＊＊ｑ）を使って決定され、変調指数モジュール７０に供給される。変調指数モジュール７０は、ｄ軸鎖交磁束指令及びｑ軸鎖交磁束指令（Ψ＊ｄ及びΨ＊ｑ）と、ｄ軸電流指令（Ｉ＊ｄ）と、修正ｑ軸電流指令（Ｉ＊＊ｑ）と、ＰＭ機１６の一相当たりの機械電気抵抗（Ｒｓ）と、供給電位（Ｖｄｃ）と、測定された回転子速度（ωｒ）とを用いて、変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）を決定する。例えば、変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）は以下の式によって決定される。
【００２６】
【数１】
2008109850.tif 000003
【００２７】
変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）を使って、コントローラ１２は、変調基準（Ｍｒｅｆ）に対する値を確定する。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が所定の変調指数の下限（Ｍｌｏｗｅｒ）未満又は所定の変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）より上の場合、変調基準（Ｍｒｅｆ）は、変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）を割り当てられる。変調指数の下限（Ｍｌｏｗｅｒ）及び変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）は、ＰＭ機１６の過変調領域内での動作の限界を確定する。例示的な実施の形態において、変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）は、概して過渡動作を引き起こし電流の安定性を維持するための最低限度を与えるように、６ステップ動作値の約９５パーセント（９５％）に設定される。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の下限（Ｍｌｏｗ）以上で変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）以下の場合、変調基準（Ｍｒｅｆ）には変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が割り当てられる。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の下限（Ｍｌｏｗｅｒ）未満のとき、電圧ループはアクティブでない。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の下限（Ｍｌｏｗ）より上で変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）未満のとき、電圧ループはアクティブである。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の上限（Ｍｕｐｐｅｒ）より上のとき、電圧ループはアクティブである。
【００２８】
更に、コントローラ１２は、電流リミッタ７８に対する正の飽和限界（Ｉｐｏｓｑｓａｔ）及び負の飽和限界（Ｉｎｅｇｑｓａｔ）を、変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）を使って確定する。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の下限（Ｍｌｏｗ）より上の場合、正の飽和限界（Ｉｐｏｓｑｓａｔ）は、Ｋ１×Ｉ＊ｑを割り当てられ、負の飽和限界（Ｉｎｅｇｑｓａｔ）は、−Ｋ２×Ｉ＊ｑを割り当てられる。ここでＫ１及びＫ２はゼロと１の間の所定の定数である。変調指数指令（Ｍ＊ｉｎｄｅｘ）が変調指数の下限（Ｍｌｏｗ）以下の場合、正の飽和限界（Ｉｐｏｓｑｓａｔ）はゼロを割り当てられ、負の飽和限界（Ｉｎｅｇｑｓａｔ）は−Ｋ２×Ｉ＊ｑを割り当てられる。Ｍ＊ｉｎｄｅｘがＭｌｏｗ未満のとき、Ｍｒｅｆの選択に伴う、電流リミッタ７８における限界の設定は、電圧ループを無効にする。例示的な一つの実施の形態では、Ｋ１＝０．２であり、Ｋ２＝０．４である。
【００２９】
比較器７４は、変調基準（Ｍｒｅｆ）の絶対値の二乗と変調指数（Ｍｉｎｄｅｘ）の絶対値の二乗との間の差分、すなわち指令された変調指数と二乗された実際の（例えば、機械に印加される）変調指数との間の差分を生成する。ＰＩコントローラ７６は、変調指数（Ｍｉｎｄｅｘ）を変調基準（Ｍｒｅｆ）に合わせるように、適切なｑ軸電流フィードバックを生成する。電流リミッタ７８は、帰還電流（ΔＩ＊ｑ）に対する上限及び下限（例えば、正の飽和限界（Ｉｐｏｓｑｓａｔ）及び負の飽和限界（Ｉｎｅｇｑｓａｔ））を確定する。フィードバックループ構成において弱め界磁モジュール４６を使うと、最適な制御パラメータを決定するのに使われる機械モデルと実際の機械動作特性との間の変動を補償する。
【００３０】
図４は、本発明の例示的な実施の形態による、例えば永久磁石機、同期リラクタンス機などの同期機を制御する方法１００のフロー図である。ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令がステップ１０５で生成される。ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令は好ましくは、トルク指令、同期機の回転子速度（ωｒ）及び電源電圧（Ｖｄｃ）に基づき、最適化された電流指令テーブルを使って生成される。
【００３１】
同期機によって生成される機械端子電圧を制限する修正電流指令が、ステップ１１０で、弱め界磁によりｑ軸電流指令から生成される。一つの実施の形態では、変調指数が第１及び第２の調整電圧指令から導出され、基準変調指数がｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）及びｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）から決定され、変調指数を基準変調指数と比較することによって誤差が決定され、誤差が第１の値に変換され、第１の値が、第２の値を生じるように正の値と負の値の間に制限され、第２の値が、修正電流指令を生じるように第２の電流指令に加えられる。誤差を決定するために、変調指数指令が、ｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令、ｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）、ｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）、同期機の一相当たりの機械電気抵抗（Ｒｓ）、ＤＣ電源電圧及び同期機の回転子速度（ωｒ）から生成される。基準変調指数は、変調指数指令が下限以上かつ変調指数指令が上限以下の場合、変調指数指令に割り当てられる。基準変調指数は、変調指数指令が下限未満の場合、又は変調指数指令が上限より上のとき、上限に割り当てられる。第１の値を制限するために、変調指数指令が所定の下限より上の場合、最大値はＫ１×Ｉ＊ｑを割り当てられ、最小値は−Ｋ２×Ｉ＊ｑを割り当てられ、変調指数指令が下限以下のとき、最大値はゼロに割り当てられ、最小値は−Ｋ２×Ｉ＊ｑに割り当てられる。
【００３２】
第１の電流指令は、ステップ１１５で、第１の電圧指令に変換される。修正電流指令は、ステップ１２０で、第２の電圧指令に変換される。第１及び第２の電圧指令は、ステップ１２５で、（例えば、電圧源インバータを介して）同期機に供給される。
【００３３】
別の実施の形態では、第１の調整電圧指令が、第１の電圧指令とフィードフォワード項（−ωｒΨ＊ｑ＋Ｉ＊ｄＲｓ）との和から生じられ、第２の調整電圧指令が、第２の電圧指令とフィードフォワード項（ωｒΨ＊ｄ＋Ｉ＊ｑＲｓ）との和から生じられる。ｄ軸鎖交磁束（Ψ＊ｄ）はｄ軸電流指令から、ｑ軸鎖交磁束（Ψ＊ｑ）はｑ軸電流指令から導出される。
【００３４】
別の実施の形態では、第１の同期指令が第１の調整電圧から生じられ、第２の同期指令が第２の調整電圧から生じられ、第１及び第２の同期指令は第１及び第２の静止指令に変換され、第１、第２及び第３のデューティサイクルが、第１及び第２の静止指令から決定され、第１、第２及び第３のデューティサイクルは、電圧源インバータに供給される。電圧源インバータは同期機を制御する。
【００３５】
上記の詳細な説明において、少なくとも１つの例示的な実施の形態が提示されたが、膨大な数の修正形態が存在することが理解されるべきである。こうした１つ又は複数の例示的な実施の形態は例に過ぎず、本発明の範囲、適用可能性又は構成を多少なりとも限定するものではないことも理解されるべきである。そうではなく、上記の詳細な説明は、こうした１つ又は複数の例示的な実施の形態を実装する便宜的な指針を当業者に与えるものである。特許請求の範囲及びその正当な均等物において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置における様々な変更を行うことができることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の例示的な実施の形態による、永久磁石機を含む駆動システムのブロック図である。
【図２】図１に示される駆動システムの電流制御システムを示すブロック図である。
【図３】図２に示される電流制御システムをより詳細に示すブロック図である。
【図４】本発明の例示的な実施の形態による、永久磁石機を制御する方法のフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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