(57)【要約】【課題】回転電機制御において、トルクの変化を補償することである。【解決手段】回転電機制御装置４０は、おおむね３つの信号処理の流れで構成される。第１の構成部分は、トルク指令値４２からインバータ回路２０に供給する三相駆動信号を生成する部分で、ｄ，ｑ電流マップ４４からＰＷＭ変換５４までの部分がこれに相当する。第２の構成部分は、モータ・ジェネレータ３０から駆動電流値３２を検出して、電流指令にフィードバックする部分で、駆動電流値３２を座標変換５６し、電流指令値に減算器４８に入力されるループがこれに相当する。第３の構成部分は、モータ・ジェネレータ３０の駆動電力と回転数を演算し、トルク推定値を求めて、これに基づいて電流指令値を補償し、トルクの変化を補償する部分で、電力演算５８、回転数演算６０、トルク推定６２、電流指令補償部７０がこれに相当する。【選択図】図１
2008029082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得手段と、
回転電機の駆動電流値を検出する電流検出手段と、
取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算手段と、
演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定手段と、
トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償手段と、
を備え、回転電機のトルクを補償することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
電流指令補償手段は、
トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
電流指令補償手段は、
トルク指令値と、それに対応するｑ軸電流指令値と、トルク推定値とに基づいて、トルク推定値をトルク指令値に一致させるｑ軸電流指令値を求めて、求められた値にｑ軸電流指令値を補償することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
電流指令補償手段は、
トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差と、現在のｑ軸電流指令値とに基づいてトルク誤差をゼロにするｄ軸電流補正値を求め、ｄ軸電流指令値を補償することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
回転電機の駆動電流値を電流指令値にフィードバックする追従手段と、
追従手段がトルク指令値に対し安定追従中か過渡状態かを判断する追従判断手段と、
を備え、
追従手段が安定追従中であるときに、電流指令補償手段が補償を行うことを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機制御装置において、
追従判断手段は、回転電機の駆動電流値から求められるｄ軸電流推定値とｄ軸電流指令値との間の偏差であるｄ軸電流偏差に基づいて、または、ｑ軸電流推定値とｑ軸電流指令値との間の偏差であるｑ軸電流偏差に基づいて、または、ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差の双方に基づいて、安定追従中か過渡状態かを判断することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
トルク指令値とトルク推定値との誤差の原因が所定の制御条件によるものか否かを判断する誤差原因判断手段を備え、
誤差原因が所定の制御条件による場合には、補償手段は補償を行わないことを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項８】
駆動に用いられる永久磁石を有する回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得手段と、
回転電機の駆動電流値を検出する電流検出手段と、
取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算手段と、
演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定手段と、
推定された現在のトルク推定値と、予め求めておいた通常状態におけるトルク推定値との比較に基づいて、永久磁石の減磁率を求める減磁率算出手段と、
を備え、求められた減磁率に従って回転電機のトルクを補償することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項９】
回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得工程と、
回転電機の駆動電流値を検出する電流検出工程と、
取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算工程と、
演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定工程と、
トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償工程と、
を備え、回転電機のトルクを補償することを特徴とする回転電機制御方法。
【請求項１０】
回転電機の制御装置上で実行され、回転電機のトルクを補償する回転電機制御プログラムであって、
回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得処理手順と、
回転電機の駆動電流値を検出する電流検出処理手順と、
取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算処理手順と、
演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定処理手順と、
トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償処理手順と、
を実行することを特徴とする回転電機制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機制御装置、回転電機制御方法及び回転電機制御プログラムに係り、特に、回転電機のトルクが減少等した場合にトルクを補償する回転電機制御装置、回転電機制御方法及び回転電機制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を用いる電動機又は発電機等は、温度によって永久磁石の磁束が変化し、特に高温下において減磁が生じてトルクが低下する。したがって、温度センサ等を用いて永久磁石の磁束を推定し、電動機等のトルクを補償することが行われる。
【０００３】
例えば特許文献１には、界磁として永久磁石を用いる回転電機において、温度が上昇するにつれて永久磁石の減磁の割合が大きくなり、トルク指令に対し回転電機から実際に出力される出力トルクが小さくなることに対応するため、現在の永久磁石の磁束を推定し、この磁束推定値を用いてトルク電流指令を補正することが開示されている。ここでは、ｑ軸のＩＰ制御部の出力ＶＩＰに基づいて永久磁石の磁束を推定し、この磁束推定値を用いてトルク電流指令を演算することが述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、永久磁石同期電動機における弱め界磁を利用した定出力運転では、巻線鎖交磁束数を一定であるとしているが、実際には永久磁石の温度が上がるにつれて巻線鎖交磁束数が減少することが述べられている。そして、実際の巻線鎖交磁束数を求める方法としてモータの巻線温度を検出しテーブルによって巻線鎖交磁束数を求める方法、電流Ｉｑ、Ｉｄ及び電圧Ｖｑから計算式で求める方法、モータの巻線部分の温度を磁石の温度として、テーブルから電流Ｉｑ、Ｉｄ及を求め、これを電流指令値とする方法、モータモデルから巻線鎖交磁束数を求める方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、極低温環境下で使用される電動モータにおいて、モータ加熱のためのヒータと、モータの周囲温度を検出する温度センサあるいはサーモスタットを用い、限界減磁温度より低い温度のときに、電動モータの作動を停止し、あるいはヒータを作動させることが開示されている。
【０００６】
また、電動機の電力と回転数とからトルクを推定し、これを用いてトルク補償を行うものとして、特許文献４には、従来技術として、電力演算部にて得られた推定電力と、モータの回転数とから現在のトルクの推定値を求め、トルク指令と比較してトルク偏差を検出し、検出されたトルク偏差を０に収束させるトルクフィードバックを行うことが述べられている。
【０００７】
また、特許文献５には、誘導電動機のトルク制御において、パワーユニットに供給される直流電圧と直流電流から直流入力電流を求め、これを回転速度で割り算して推定トルクを得、これを推定トルクフィードバック量とすることが述べられている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２２９７００号公報
【特許文献２】特開２００２−９５３００号公報
【特許文献３】特開平５−１８４１９２号公報
【特許文献４】特開２００２−３５９９９６号公報
【特許文献５】特開２００３−８８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
回転電機において、永久磁石の減磁等によるトルクの低下を補償するものとしては、従来技術に開示されるように、永久磁石の温度等に基づいて永久磁石の磁束を推定し、磁束低下を補償するように電流指令値を補償する方法、回転電機のトルクを推定し、トルク低下を補償するようにトルク指令値を補償する方法等を用いるもの等がある。
【００１０】
電流指令値を補償する方法について、特許文献１によれば磁束の推定から電流指令の補償を導くために特別な演算処理を要し、特許文献２によれば、テーブルを用いて電流指令値を求めるので、温度ごとの多数のテーブルを必要とする。また、トルク指令値を補償する方法について、特許文献４及び特許文献５によるものは、永久磁石の減磁によるトルク低下とその他の原因によるトルク低下との区別が困難で、正しい補償を行えない可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、新しい観点からトルクの変化を補償することができる回転電機制御装置、回転電機制御方法及び回転電機制御プログラムを提供することである。他の目的は、永久磁石の減磁以外の原因を排除することを可能としてトルクの変化を補償する回転電機制御装置、回転電機制御方法及び回転電機制御プログラムを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る回転電機制御装置は、回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得手段と、回転電機の駆動電流値を検出する電流検出手段と、取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算手段と、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定手段と、トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償手段と、を備え、回転電機のトルクを補償することを特徴とする。
【００１３】
また、電流指令補償手段は、トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償することが好ましい。
【００１４】
また、電流指令補償手段は、トルク指令値と、それに対応するｑ軸電流指令値と、トルク推定値とに基づいて、トルク推定値をトルク指令値に一致させるｑ軸電流指令値を求めて、求められた値にｑ軸電流指令値を補償することが好ましい。
【００１５】
また、電流指令補償手段は、トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差と、現在のｑ軸電流指令値とに基づいてトルク誤差をゼロにするｄ軸電流補正値を求め、ｄ軸電流指令値を補償することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、回転電機の駆動電流値を電流指令値にフィードバックする追従手段と、追従手段がトルク指令値に対し安定追従中か過渡状態かを判断する追従判断手段と、を備え、追従手段が安定追従中であるときに、電流指令補償手段が補償を行うことが好ましい。
【００１７】
また、追従判断手段は、回転電機の駆動電流値から求められるｄ軸電流推定値とｄ軸電流指令値との間の偏差であるｄ軸電流偏差に基づいて、または、ｑ軸電流推定値とｑ軸電流指令値との間の偏差であるｑ軸電流偏差に基づいて、または、ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差の双方に基づいて、安定追従中か過渡状態かを判断することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、トルク指令値とトルク推定値との誤差の原因が所定の制御条件によるものか否かを判断する誤差原因判断手段を備え、誤差原因が所定の制御条件による場合には、補償手段は補償を行わないことが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る回転電機制御装置は、駆動に用いられる永久磁石を有する回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得手段と、回転電機の駆動電流値を検出する電流検出手段と、取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算手段と、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定手段と、推定された現在のトルク推定値と、予め求めておいた通常状態におけるトルク推定値との比較に基づいて、永久磁石の減磁率を求める減磁率算出手段と、を備え、求められた減磁率に従って回転電機のトルクを補償することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る回転電機制御方法は、回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得工程と、回転電機の駆動電流値を検出する電流検出工程と、取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算工程と、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定工程と、トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償工程と、を備え、回転電機のトルクを補償することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る回転電機制御プログラムは、回転電機の制御装置上で実行され、回転電機のトルクを補償する回転電機制御プログラムであって、回転電機の駆動電圧値を取得する電圧取得処理手順と、回転電機の駆動電流値を検出する電流検出処理手順と、取得された駆動電圧値と検出された駆動電流値とから駆動電力を演算する電力演算処理手順と、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルク推定値を求めるトルク推定処理手順と、トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償する電流指令補償処理手順と、を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成の少なくとも１つにより、回転電機の駆動電圧値と駆動電流値とを取得し、これらから駆動電力を演算し、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルクを推定し、トルク指令値とトルク推定値とに基づいて、電流指令値を補償し、トルクの変化を補償することができる。
【００２３】
また、トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償する。ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑによって駆動制御される回転電機のトルクＴは、極対数をｐ、磁束をφ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとして、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示される。したがって、トルク誤差に相当するＩｑを求め、これをｑ軸電流補償値として現在のｑ軸電流指令値を補償することで、トルクの変化を補償できる。
【００２４】
また、トルク指令値と、それに対応するｑ軸電流指令値と、トルク推定値とに基づいて、トルク推定値をトルク指令値に一致させるｑ軸電流指令値を求めて、求められた値にｑ軸電流指令値を補償する。上記式に従えば、トルクＴはｑ軸電流Ｉｑに比例するので、トルク指令値、それに対応するｑ軸電流指令値、現在のトルク推定値が分かれば、トルク推定値をトルク指令値に一致させるｑ軸電流が分かるので、これを新しいｑ軸電流指令値とすることで、トルクの変化を補償できる。
【００２５】
また、トルク指令値とトルク推定値とからトルク誤差を求め、トルク誤差と、現在のｑ軸電流指令値とに基づいてトルク誤差をゼロにするｄ軸電流補正値を求め、ｄ軸電流指令値を補償する。上記式に従って、トルク誤差に相当するＩｄを求め、これをｄ軸電流補償値として現在のｄ軸電流指令値を補償することで、トルクの変化を補償できる。
【００２６】
また、追従手段によって回転電機の駆動電流値を電流指令値にフィードバックする場合、追従手段がトルク指令値に対し安定追従中か過渡状態かを判断し、安定追従中であるときに、電流指令値の補償を行うこととする。過渡状態のときに電流指令値の補償を行うと、電流指令値がかさ上げされて、実トルクがオーバーシュート等を起こすことがある。したがって、安定追従中のときに電流指令値の補償を行うことで、目的のトルク補償を行うことができる。
【００２７】
また、トルク指令値とトルク推定値との誤差の原因が所定の制御条件によるものか否かを判断し、誤差原因が所定の制御条件による場合には、補償手段は補償を行わないこととする。これにより、他の制御条件によって生じるトルク偏差の場合を排除してトルク補償を行うことができ、永久磁石の減磁以外の原因を排除することが可能となる。
【００２８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、駆動に用いられる永久磁石を有する回転電機の駆動電圧値と駆動電流値とを取得し、これらから駆動電力を演算し、演算された駆動電力と回転電機の回転数とから回転電機のトルクを推定し、推定された現在のトルク推定値と、予め求めておいた通常状態におけるトルク推定値との比較に基づいて、永久磁石の減磁率を求める。これにより、例えば、低温下における永久磁石の減磁を監視するための温度センサ等を用いることなく、回転電機の永久磁石の減磁を検出し、これに基づいて回転電機のトルクを補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、車両用三相同期回転電機についての制御を説明するが、車両用以外の回転電機であってもよい。また、回転電機は、電動機と発電機の機能を併せ持つモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）として説明するが、もちろん電動機のみの機能を有するものあるいは発電機のみの機能を有するものであっても構わない。また、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値によって制御される回転電機であれば、相数は三相以外のものであってもよい。また、回転電機の通常の制御は、回転電機の駆動電流を電流指令値にフィードバックして行うものとして説明するが、それ以外の制御方法を用いるものとしてもよい。
【実施例１】
【００３０】
図１は、車両用モータ・ジェネレータの駆動制御を行う回転電機制御装置４０の構成を示す図である。図１では、駆動制御の対象であるモータ・ジェネレータ３０と、その駆動回路１０が合わせて示されている。モータ・ジェネレータ３０は、車両を駆動する駆動電動機と回生エネルギを回収する回生発電機の機能を有し、永久磁石を備えた三相同期回転電機である。駆動回路１０は、電源電池１２と低圧側平滑コンデンサ１４と昇圧コンバータ１６と高圧側平滑コンデンサ１８とインバータ回路２０を備え、モータ・ジェネレータ３０に三相駆動信号を供給する機能を有する回路である。
【００３１】
回転電機制御装置４０は、トルク指令値４２に基づいて演算処理を行い、駆動回路１０のインバータ回路２０にＰＷＭ変換された駆動電圧信号を供給し、モータ・ジェネレータ３０からその駆動電流値３２を電流指令にフィードバックして、所望の駆動を行わせる機能を有する制御装置である。また、回転電機制御装置４０は、モータ・ジェネレータ３０の駆動電圧値と駆動電流値とから駆動電力を演算し、演算された駆動電力とモータ・ジェネレータ３０の回転数とに基づいてモータ・ジェネレータ３０の現在のトルクを推定し、これとトルク指令値４２とに基づいて、電流指令値を補償して、モータ・ジェネレータ３０のトルク変化を補償する機能を有する。回転電機制御装置４０は、信号処理と演算処理等を実行できるコンピュータで構成することができ、これらの機能は、一部ハードウェアで実行することができる他、ソフトウェアで実現することができ、具体的には、対応する回転電機制御プログラムを実行することで実現できる。
【００３２】
回転電機制御装置４０は、おおむね３つの信号処理の流れで構成される。第１の構成部分は、トルク指令値４２からインバータ回路２０に供給する三相駆動信号を生成する部分で、図１においては、ｄ，ｑ電流マップ４４からＰＷＭ変換５４までの部分がこれに相当する。第２の構成部分は、モータ・ジェネレータ３０から駆動電流値３２を検出して、電流指令にフィードバックする部分で、図１においては駆動電流値３２を座標変換５６し、各電流指令値に対し減算器４８を介して入力されるループがこれに相当する。第３の構成部分は、モータ・ジェネレータ３０の駆動電力と回転数を演算し、トルク推定値を求めて、これに基づいて電流指令値を補償し、トルクの変化を補償する部分で、図１においては電力演算５８、回転数演算６０、トルク推定６２、電流指令補償部７０がこれに相当する。
【００３３】
第１の構成部分及び第２の構成部分は、トルク指令値４２に基づき、電流フィードバックを用いてモータ・ジェネレータ３０を所望の状態に駆動制御するためのもので、従来から知られている技術である。具体的には、以下のように構成される。すなわち、トルク指令値４２が与えられると、予め記憶されているｄ，ｑ電流マップ４４を検索し、トルク指令に対応したｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を決定する。決定された電流指令値は、図１においてＩｄ，Ｉｑ指令値４６として示されている。モータ・ジェネレータ３０において検出された駆動電流値３２は三相駆動電流であるので、これを座標変換５６によりｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換され、２つの減算器４８においてそれぞれＩｄ指令値及びＩｑ指令値に対し減算処理され、フィードバックされる。フィードバック後のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは比例積分器５０によってｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑに変換され、さらに座標変換５２によって、三相駆動電圧値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに変換される。この三相駆動電圧値５３が、後述の電力演算５８に駆動電圧値として伝送される。また、この三相駆動電圧値５３は、ＰＷＭ変換５４によってＰＷＭ信号に変換されてインバータ回路２０に供給される。
【００３４】
第３の構成部分は、第１及び第２の構成部分で処理された信号等を用いて、モータ・ジェネレータ３０のトルク変化を補償するためのものである。モータ・ジェネレータ３０のトルク変化は、通常の駆動制御の過程においても当然生じるが、ここでは主にモータ・ジェネレータ３０の永久磁石の温度特性に起因する減磁により低下するトルクを補償することを対象としている。もちろん、これ以外に、環境等の変化によるモータ・ジェネレータ３０のトルク変化も補償することができる。
【００３５】
第３の構成部分は以下のように構成される。すなわち、モータ・ジェネレータ３０に対する３相駆動信号線から、カレントプローブ等の適当な電流検出手段によって駆動電流値３２が検出され、電力演算５８に入力される。駆動電流値３２は三相成分のうち、少なくとも２つの相成分の値が検出されれば、残りの相成分は演算で求めることができる。図１では、ＩＶ，ＩＷの２成分の検出が示されているが、それ以外の相成分の組み合わせでもよい。また、上記のように、第１の構成部分の座標変換５２によって演算された三相駆動電圧値５３が取得され、電力演算５８に入力される。また、電力演算５８には、モータ・ジェネレータ３０において角度センサによって検出された電気角３４が入力される。電力演算５８は、入力された駆動電流値３２と駆動電圧値５３と、電気角３４とに基づき、モータ・ジェネレータ３０の推定駆動電力を算出する。
【００３６】
また、モータ・ジェネレータ３０の角度センサによって検出された電気角３４は回転数演算６０に入力され、モータ・ジェネレータ３０の回転数が算出される。そして、演算された駆動電力と、算出された回転数は、トルク推定６２に入力される。ここで回転数は角速度に変換され、駆動電力を角速度で除することでモータ・ジェネレータ３０の現在のトルクの推定値としてのトルク推定値が算出される。算出されたトルク推定値は、電流指令補償部７０に入力される。電流指令補償部７０にはトルク指令値４２も入力される。
【００３７】
電流指令補償部７０は、上記第２の構成部分によるフィードバックによって補償できないトルク変化を補償するため、電流指令値を補償する機能を有する。上記第２の構成部分によるフィードバックは、モータ・ジェネレータ３０の駆動電流値３２のフィードバックであるので、これによって補償できないトルク変化とは、駆動電流値３２に関係なくトルクが変化するものである。その例としては、上記のように、モータ・ジェネレータ３０の温度変化に起因する永久磁石の減磁によるトルク変化が上げられる。
【００３８】
電流指令補償部７０は、補償値算出モジュール７２と、追従判断モジュール７４と、誤差原因判断モジュール７６と、減磁判断モジュール７８の４つの機能を有する。補償値算出モジュール７２は、入力されたトルク推定値とトルク指令値とに基づき、トルク推定値をトルク指令値に一致させるために必要な電流指令補償値を求める機能を有する。追従判断モジュール７４と、誤差原因判断モジュール７６は、トルク推定値に基づいて電流指令の補償を行うことが適切か否かを判断し、適切でないと判断するときには電流指令の補償を行わないこととする機能を有する。減磁判断モジュール７８は、永久磁石の減磁が生じないような通常状態におけるトルク推定値を予め求めておき、これと現在のトルク推定値とを比較し、永久磁石の減磁状態を判断する機能を有する。
【００３９】
補償値算出モジュール７２は、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑによって駆動制御される回転電機のトルクＴの式に基づき、トルク推定値とトルク指令値との偏差又は誤差を補償するｄ軸電流Ｉｄ又はｑ軸電流Ｉｑを算出する機能を有する。すなわち、極対数をｐ、磁束をφ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとすると、トルクＴは、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示されるので、ｐ、φ、Ｌｄ、Ｌｑを既知とすれば、トルク誤差ΔＴは、Ｉｄ又はＩｑの関数で与えられるので、トルク誤差ΔＴを補償するｄ軸電流Ｉｄ又はｑ軸電流Ｉｑを算出することができる。この算出にはいくつかの具体的な方法が可能であるので、それぞれについて後に詳述する。
【００４０】
追従判断モジュール７４は、上記の第２の構成部分による電流フィードバックによってトルク指令値４２に対して追従処理を行っている場合に、その追従状態が安定追従中か過渡状態かを判断する機能を有する。そして、過渡状態であると判断するときは、トルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うと、実トルクのオーバーシュート等が生じるので、トルク推定値に基づく電流指令値の補償を行わないこととし、安定追従中であると判断されるときに、トルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うこととする機能を有する。
【００４１】
図２は、トルク指令値に対する追従が過渡状態のときにトルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うことで生じ得る実トルクのオーバーシュートあるいはトルクサージを説明する図である。図２は、横軸に時間をとり、縦軸にトルクをとり、トルク指令値４２、実トルク値１００、電流指令値の補償を行った場合の補償後のトルク指令値４３の変化が示されている。ここでは、時刻ｔ１でトルク指令値４２が変化し、それに伴い実トルク値１００が時刻ｔ１から追従を始めている。時刻ｔ１からｔ２の間に注目すると、この期間において実トルク値１００は追従の過渡状態にある。このときに、トルク推定は実トルク値を推定するので、正常にトルク推定が行われれば、時刻ｔ１からｔ２の間のトルク推定値はその期間の実トルク値１００となる。したがって、この期間におけるトルク指令値４２と実トルク値１００との差がトルク誤差１０２となる。このトルク誤差１０２に相当する量が、つぎのサンプリング期間である時刻ｔ２からｔ３の間に補償量１０３としてトルク指令値４２に付加される。
【００４２】
このように、上記の第２の構成部分による電流フィードバックによってトルク指令値４２に対して追従処理を行っている場合に、その追従状態が過渡状態であるにもかかわらず、トルク推定値に基づいて電流指令値を補償してトルク補償を行うと、トルク指令値４２に対しかさ上げが行われる。その結果、実トルク値１００は急速に立ち上がり、時刻ｔ３以後でオーバーシュートを起こす。このオーバーシュートに対して注目すると、時刻ｔ４からｔ５におけるトルク指令値４２と実トルク値１００との差がトルク誤差１０４となり、このトルク誤差１０４に相当する量が、つぎのサンプリング期間である時刻ｔ５からｔ６の間に補償量１０５としてトルク指令値４２から差し引かれる。これによって、実トルク値１００はアンダーシュートを生じる。
【００４３】
図２で説明するように、上記の第２の構成部分による電流フィードバックによってトルク指令値に対して追従処理を行っている場合に、その追従状態が過渡状態であるにもかかわらず、トルク推定値に基づいて電流指令値を補償してトルク補償を行うと、追従が過度となり、実トルク値のオーバーシュート、アンダーシュートが生じ得る。そこで、追従判断モジュール７４は、トルク指令値４２に対して追従処理を行っている場合に、その追従状態が安定追従中か過渡状態かを判断し、安定追従中であると判断されるときに、トルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うこととするのである。
【００４４】
安定追従中か過渡状態かの判断には、モータ・ジェネレータ３０の駆動電流値３２から求められるｄ軸電流推定値及びｑ軸電流指令値の安定度を用いることができる。図３は、ｄ軸電流推定値の安定度を説明する図である。図３において、横軸は時間、縦軸はｄ軸電流で、ｄ軸電流指令値１１０に対し、駆動電流値３２から演算により求められるｄ軸電流推定値の変化が示されている。ここで、ｄ軸電流指令値１１０とｄ軸電流推定値１１２との間の偏差であるｄ軸電流偏差１１４が所定範囲以内のときに安定追従中であると判断することができる。このように、ｄ軸電流偏差に基づいて安定追従中か否かの判断を行う他に、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流推定値との間の偏差であるｑ軸電流偏差に基づいて追従中か否かの判断を行ってもよい。好ましくはｄ軸電流偏差とｑ軸電流偏差との双方に基づいて追従中か否かの判断を行うことがよい。例えば、ｄ軸電流偏差とｑ軸電流偏差のいずれかが所定範囲を超えているときは過渡状態であると判断し、ｄ軸電流偏差とｑ軸電流偏差の双方とも所定範囲以内のときに安定追従中であると判断することが好ましい。
【００４５】
再び図１に戻り、誤差原因判断モジュール７６は、トルク指令値とトルク推定値との誤差の原因が所定の制御条件によるものか否かを判断する機能を有する。そして、誤差原因が所定の制御条件による場合にトルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うと、所定の制御条件が正しく実行されないことが起こりえるので、トルク推定値に基づく電流指令値の補償を行わないこととする機能を有する。所定の制御条件とは、制振制御等のように、トルク指令が単位時間に多数の頻度で変更される場合等が上げられる。この場合には、単位時間当たりのトルク指令の頻度を閾値と比較して、所定の制御条件によるものか否かを判断できる。
【００４６】
減磁判断モジュール７８は、永久磁石の減磁が生じないような通常状態、例えばモータ・ジェネレータ３０の永久磁石の温度が常温以上のときにおけるトルク推定値を予め求めておき、これと現在のトルク推定値とを比較し、永久磁石の減磁状態を判断する機能を有する。上記のように、トルクＴは、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示されるので、磁束φの変化Δφによるトルクの変化ΔＴは、ΔＴ＝ｐＩｑ・Δφで与えられる。これにより、減磁が生じていないことが分かっているときのトルク推定値と現在のトルク推定値の偏差ΔＴから、磁束の変化Δφが求めることができる。したがって、予め定めておいた一定期間を超え、予め定めておいたトルク偏差ΔＴ以上のトルク推定値の低下が継続するときに、モータ・ジェネレータ３０の永久磁石が減磁状態にあると判断し、これに基づいて電流指令値を補償し、あるいは直接トルク指令値４２を補償して、低下したトルクを補償することができる。
【００４７】
また、永久磁石の減磁率を次のようにして求めることもできる。すなわち、通常状態における磁束をφ１とし、そのときのトルクをＴ１とし、現在の磁束をφ２とし、現在のトルクをＴ２とする。通常状態について、そのマグネットトルク成分ＴＭ＝ｐφＩｑとリラクタンストルク成分ＴＬ＝ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ成分との比を予め求めておく。例えば、ＴＭ＝ＴＬ＝Ｔ１／２の場合で説明すると、減磁率＝（φ２−φ１）／φ１＝（Ｔ２−Ｔ１）／ＴＭで与えられる。このように、永久磁石の磁束の測定をすることなく、また、永久磁石の温度を測定することを要せずに、トルク推定値から永久磁石の減磁率を求めることができる。求められた減磁率に基づいて電流指令値を補償し、あるいは直接トルク指令値４２を補償して、低下したトルクを補償することができる。
【実施例２】
【００４８】
上記のように、トルク誤差ΔＴを補償する電流補償値を求める方法はいくつか考えられる。ここでは、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償する方法を説明する。すでに述べたようにトルクＴは、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示されるので、ｑ軸電流Ｉｑ以外を既知として、ΔＴ＝ｐ｛φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ｝Ｉｑ＝ＫＩｑとなる。そこで、トルク誤差ΔＴを、ΔＩｑ＝ＫｐΔＴ＋ＫｉΣΔＴの式で比例積分制御を行い、求められたΔＩｑをｑ軸電流補償値として、ｑ軸電流指令値に加算することで、ΔＴを補償することができる。ここでＫｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインである。
【００４９】
図４は、その様子を示す図である。図４においては、図１のＩｄ，Ｉｑ指令値４６に関する部分を抜き出して示してある。すなわちトルク推定６２によって得られたトルク推定値は減算器８２に入力され、（トルク指令値４２−トルク推定値）が演算されてトルク誤差ΔＴが求められる。求められたトルク誤差ΔＴについて比例積分器８４においてΔＩｑ＝ＫｐΔＴ＋ＫｉΣΔＴが演算され、ｑ軸電流補償値ΔＩｑが求められる。求められたΔＩｑは減算器８６に入力され、（ｑ軸電流指令値＋ΔＩｑ）が演算され、トルク誤差ΔＴを補償することができる新しいｑ軸電流指令値となる。このようにして、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償することができる。
【実施例３】
【００５０】
次に、トルク指令値と、それに対応するｑ軸電流指令値と、トルク推定値とに基づいて、トルク推定値をトルク指令値に一致させるｑ軸電流指令値を求めて、求められた値にｑ軸電流指令値を補償する方法を述べる。この方法は、比例積分制御を行うことなく、演算のみからｑ軸電流補償値を求める方法である。
【００５１】
上記のようにトルクＴは、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示され、ｑ軸電流Ｉｑ以外を既知とすれば、Ｔ＝ｐ｛φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ｝Ｉｑ＝ｋＩｑとなる。ここで、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の下での現在のトルク推定値をＴ−ｅｓｔとし、そのときのトルク指令値をＴ−ｃｏｍとし、トルク推定値をトルク指令値に一致させるのに必要なｑ軸電流指令値をＩｑ１とする。この場合、Ｔ−ｅｓｔ＝ｋＩｑ０、Ｔ−ｃｏｍ＝ｋＩｑ１であるので、Ｉｑ１＝Ｔ−ｃｏｍ／ｋ＝（Ｔ−ｃｏｍ／Ｔ−ｅｓｔ）Ｉｑ０となる。したがって、この場合のｑ軸電流指令の補償値ΔＩｑは、ΔＩｑ＝Ｉｑ１−Ｉｑ０＝｛（Ｔ−ｃｏｍ／Ｔ−ｅｓｔ）−１｝Ｉｑ０で求められる。求められたΔＩｑをｑ軸電流補償値として、ｑ軸電流指令値に加算することで、ΔＴを補償することができる。
【００５２】
図５は、その様子を示す図である。図５は図４と同様に図１の一部を抜き出して示してある。すなわちトルク推定６２によって得られたトルク推定値と、トルク指令値４２がＩｑ指令補償８６に入力され、上記の演算等が行われ、ｑ軸電流補償値ΔＩｑが求められる。求められたΔＩｑは減算器８８に入力され、（ｑ軸電流指令値＋ΔＩｑ）が演算され、トルク誤差ΔＴを補償することができる新しいｑ軸電流指令値となる。このようにして、トルク誤差をゼロにするｑ軸電流補償値を求め、ｑ軸電流指令値を補償することができる。
【実施例４】
【００５３】
次に、トルク誤差と、現在のｑ軸電流指令値とに基づいてトルク誤差をゼロにするｄ軸電流補正値を求め、ｄ軸電流指令値を補償する方法を説明する。この方法は、トルク誤差をリラクタンストルクの増加で補償するものである。すでに述べたようにトルクＴは、Ｔ＝ｐ｛φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ｝で示され、リラクタンストルクは、この第２項で与えられ、ｄ軸電流Ｉｄに比例する。また、第１項のマグネットトルクは、磁束φが温度に依存するのに対し、リラクタンストルクを構成するインダクタンスＬｄ，Ｌｑは温度にほとんど依存しないので、この方法は温度の影響をほとんど受けないという利点がある。
【００５４】
上記の式から、ΔＩｄで補償するときのトルク誤差ΔＴは、Ｉｄ以外を既知として、ΔＴ＝ｐ｛（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｑ｝ΔＩｄとなる。したがって、トルク誤差ΔＴと現在のｑ軸電流値を用いて、上記式からｄ軸電流補償値ΔＩｄを求め、ｄ軸電流指令値に加算することで、ΔＴを補償することができる。ｄ軸電流補償値ΔＩｄを求める他の方法として、Ｉｄ、Ｉｑとリラクタンストルクとの関係のマップを予め求めておき、トルク誤差ΔＴと現在のｑ軸電流値を与えてマップから求めることもできる。
【００５５】
図６は、その様子を示す図である。図６は、図４、図５と同様に、図１の一部を抜き出して示してある。すなわちトルク推定６２によって得られたトルク推定値は減算器８２に入力され、（トルク指令値４２−トルク推定値）が演算されてトルク誤差ΔＴが求められる。求められたトルク誤差ΔＴと、現在のｑ軸電流推定値とがＩｄ指令補償９０に入力され、上記の式に従って、ΔＴについてリラクタンストルクを増加して補償するためのｄ軸電流補償値ΔＩｄが求められる。求められたΔＩｄは減算器９２に入力され、（ｄ軸電流指令値＋ΔＩｄ）が演算され、トルク誤差ΔＴを補償することができる新しいｄ軸電流指令値となる。このようにして、トルク誤差をゼロにするｄ軸電流補償値を求め、ｄ軸電流指令値を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る実施の形態において、車両用モータ・ジェネレータの駆動制御を行う回転電機制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、トルク指令値に対する追従が過渡状態のときにトルク推定値に基づく電流指令値の補償を行うことで生じ得る実トルクのトルクサージを説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、追従判断に用いられるｄ軸電流推定値の安定度を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、ｑ軸電流指令値の補償によりトルク誤差を補償する構成を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、ｑ軸電流指令値の補償によりトルク誤差を補償する別の構成を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、ｄ軸電流指令値の補償によりトルク誤差を補償する構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  駆動回路、１２  電源電池、１４  低圧側平滑コンデンサ、１６  昇圧コンバータ、１８  高圧側平滑コンデンサ、２０  インバータ回路、３０  モータ・ジェネレータ、３２  駆動電流値、３４  電気角、４０  回転電機制御装置、４２  トルク指令値、４３  補償後のトルク指令値、４４  ｄ，ｑ電流マップ、４６  Ｉｄ，Ｉｑ指令値、４８，８２，８６，８８，９２  減算器、５０，８４  比例積分器、５２，５６  座標変換、５３  駆動電圧値、５４  ＰＷＭ変換、５８  電力演算、６０  回転数演算、６２  トルク推定、７０  電流指令補償部、７２  補償値算出モジュール、７４  追従判断モジュール、７６  誤差原因判断モジュール、７８  減磁判断モジュール、８６  Ｉｑ指令補償、９０  Ｉｄ指令補償、１００  実トルク値、１０２，１０４  トルク誤差、１０３，１０５  補償量、１１０  ｄ軸電流指令値、１１２  ｄ軸電流推定値、１１４  ｄ軸電流偏差。
【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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