(57)【要約】【課題】高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切り替える方式において、モータトルク急変を抑制することが可能なモータ制御装置の提供。【解決手段】第１の電圧ベクトル演算手段１１からの出力結果を用いる運転モードから、第２の電圧ベクトル演算手段１２からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように第２の電圧ベクトル演算手段１２の設定値を第１の電圧ベクトル演算手段１１の設定値にプリセットする。【選択図】    図１
2004282803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータのトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、電圧ベクトルの振幅を固定したまま電圧ベクトル位相のみを操作する第１の電圧ベクトル演算手段と、前記交流モータの回転子に同期して回転する直交ｄｑ座標軸上での各電流フィードバック値が、それぞれの電流指令に追従するようにｄｑ軸電圧を操作するｄｑ軸電流フィードバック制御を行う第２の電圧ベクトル演算手段を有し、運転状態に応じて前記第１，第２の電圧ベクトル演算手段の出力結果を切り替えて制御するモータ制御装置において、
前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値を前記第１の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のモータ制御装置において、前記第２の電圧ベクトル演算手段が比例積分制御系を有し、前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、前記第２の電圧ベクトル演算手段の前記比例積分制御系を構成する積分器を、運転モード切替に伴って電圧ベクトルが連続する値にプリセットすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
交流モータのトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、電圧ベクトルの振幅を固定したまま電圧ベクトル位相のみを操作する第１の電圧ベクトル演算手段と、前記交流モータの回転子に同期して回転する直交ｄｑ座標軸上での各電流フィードバック値が、それぞれの電流指令に追従するようにｄｑ軸電圧を操作するｄｑ軸電流フィードバック制御を行う第２の電圧ベクトル演算手段を有し、運転状態に応じて前記第１，第２の電圧ベクトル演算手段の出力結果を切り替えて制御するモータ制御装置において、
前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第１の電圧ベクトル演算手段の初期設定値を、前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のモータ制御装置において、前記第１の電圧ベクトル演算手段の電圧ベクトル設定値を、前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値を初期値として、電流指令値、出力回転数に依存してあらかじめ設定した電圧ベクトル設定値に時間に応じて徐々に切り替えていくこと特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項３記載のモータ制御装置において、前記設定電圧ベクトルを、モータトルク成分電流フィードバック値がトルク成分電流指令値に追従するように前記電圧ベクトルの位相を操作すること特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石モータやリラクタンスモータ、誘導電動機などの交流モータを制御するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の交流モータの出力トルクを高精度に制御するために、モータ回転磁束に同期して回転する直交座標ｄｑ軸上での電流フィードバック制御が行われるのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、このｄｑ軸電流フィードバック制御を行った場合、インバータ出力可能最大電圧を越えるような高速回転運転状態においては、電流フィードバック制御系を構成する比例積分制御のリミット処理によっては、制御不安定になる場合がある。
【０００４】
このような制御不安定を解消する手法として、電圧ベクトル振幅を固定し、電圧ベクトル位相のみの操作によりモータトルクを制御する方法が提案されている。
【０００５】
かかる方法は、特許文献１に示されるものであり、高速回転領域において有効である。そこで、図５に示すように、高速回転領域と低速回転領域とで制御を切り替える場合があり、交流モータのトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、電圧ベクトルの振幅を固定したまま電圧ベクトル位相のみを操作する第１の電圧ベクトル演算手段１と、図示しない交流モータの回転子に同期して回転する直交ｄｑ座標軸上での各電流フィードバック値が、それぞれの電流指令に追従するようにｄｑ軸電圧を操作するｄｑ軸電流フィードバック制御を行う第２の電圧ベクトル演算手段２を有し、運転状態に応じて切替手段３により、第１，第２の電圧ベクトル演算手段１，２の出力結果を切り替えて制御する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−０８４３９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した制御モード切替を行うと、切替のタイミングにおいて、電圧ベクトルが不連続となり、電流の急変、ひいてはモータトルクの急変が発生し、電車や自動車の駆動システムに適用した場合には、乗り心地の悪化、操縦フィーリングの劣化などの問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切り替える方式において、モータトルク急変を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を達成するために、交流モータのトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、電圧ベクトルの振幅を固定したまま電圧ベクトル位相のみを操作する第１の電圧ベクトル演算手段と、前記交流モータの回転子に同期して回転する直交ｄｑ座標軸上での各電流フィードバック値が、それぞれの電流指令に追従するようにｄｑ軸電圧を操作するｄｑ軸電流フィードバック制御を行う第２の電圧ベクトル演算手段を有し、運転状態に応じて前記第１，第２の電圧ベクトル演算手段の出力結果を切り替えて制御するモータ制御装置において、
前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値を前記第１の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることを特徴とする。
【００１０】
以上の構成のモータ制御装置により、前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値を前記第１の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることにより、当該切替時における電圧ベクトルの不連続は抑制されるので、スムーズな切替が実現され、モータトルクの急変は抑制され、当該モータ制御装置を電車や自動車の駆動システムに適用した場合には、乗り心地の安定化、操縦フィーリングの安定化に寄与するものとなる。
【００１１】
また本発明は上記課題を達成するために、交流モータのトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、電圧ベクトルの振幅を固定したまま電圧ベクトル位相のみを操作する第１の電圧ベクトル演算手段と、前記交流モータの回転子に同期して回転する直交ｄｑ座標軸上での各電流フィードバック値が、それぞれの電流指令に追従するようにｄｑ軸電圧を操作するｄｑ軸電流フィードバック制御を行う第２の電圧ベクトル演算手段を有し、運転状態に応じて前記第１，第２の電圧ベクトル演算手段の出力結果を切り替えて制御するモータ制御装置において、
前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第１の電圧ベクトル演算手段の初期設定値を、前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることを特徴とする。
【００１２】
以上の構成のモータ制御装置により、前記第１の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードから、前記第２の電圧ベクトル演算手段からの出力結果を用いる運転モードへの切替時、電圧ベクトルが連続するように前記第１の電圧ベクトル演算手段の初期設定値を、前記第２の電圧ベクトル演算手段の設定値にプリセットすることにより、当該切替時における電圧ベクトルの不連続は抑制されるので、スムーズな切替が実現され、モータトルクの急変は抑制され、当該モータ制御装置を電車や自動車の駆動システムに適用した場合には、乗り心地の安定化、操縦フィーリングの安定化に寄与するものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：請求項１，２に対応）
請求項１及び請求項２に対応する第１の実施形態を、図１を参照して説明する。図１に示すように、第１の実施形態におけるモータ制御装置は、第１の電圧ベクトル演算手段１１と、第２の電圧ベクトル演算手段１２と、出力電圧ベクトル切替手段１３とで構成される。
【００１４】
第１の電圧ベクトル演算手段１１は、インバータ直流入力電圧Ｖｄｃと、トルク成分電流指令ＩｑＲｅｆと、トルク成分電流フィードバック値Ｉｑとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１とを求めて出力する。
【００１５】
まず、電圧ベクトル振幅Ｖ１Ｍａｘを次の演算により求める。
【００１６】
Ｖ１Ｍａｘ＝（√６／π）Ｖｄｃ
トルク電流フィードバック値Ｉｑがトルク電流指令値に追従するように電圧ベクトル位相δを次の演算により求める。
【００１７】
δ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン。たとえば比例積分制御）
ｄｑ軸電圧指令を次の演算により求める。
【００１８】
Ｖｄ１＝Ｖ１Ｍａｘ×ｃｏｓ（δ）
Ｖｑ１＝Ｖ１Ｍａｘ×ｓｉｎ（δ）
第２の電圧ベクトル演算手段１２は、第１の電圧ベクトル演算手段１１の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１と、トルク成分電流指令ＩｑＲｅｆと、磁束成分電流指令ＩｄＲｅｆと、トルク成分電流フィードバック値Ｉｑと、磁束成分電流フィードバック値Ｉｄと、モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２を求めて出力する。
【００１９】
モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅは、第２の電圧ベクトル演算手段１２の出力結果を用いる制御モードではＶＥＣｍｏｄｅ＝０、第１の電圧ベクトル演算手段１１の出力結果を用いる制御モードではＶＥＣｍｏｄｅ＝１となるように外部で設定されるものとする。
【００２０】
ＶＥＣｍｏｄｅ＝０の時、
ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２＝Ｋｉ×∫（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）ｄｔ
ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２＝Ｋｉ×∫（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）ｄｔ
（Ｋｉは積分ゲイン）
Ｖｄ２＝Ｋｐ×（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２
Ｖｑ２＝Ｋｐ×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２
（Ｋｐは比例ゲイン）
ＶＥＣｍｏｄｅ＝１の時、
ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２＝ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２
ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２＝ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２
（積分値を保持する。）
Ｖｄ２＝Ｋｐ×（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２
Ｖｑ２＝Ｋｐ×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２
（Ｋｐは比例ゲイン）
ＶＥＣｍｏｄｅが１から０へ切り替わった時、
ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２＝Ｖｄ１−Ｋｐ×（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）
ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２＝Ｖｑ１−Ｋｐ×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
出力電圧ベクトル切替手段１３においては、第１の電圧ベクトル演算手段１１の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１と、第２の電圧ベクトル演算手段１２の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２と、モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅとを入力として、次の演算により新たなｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電圧指令Ｖｑを求めて出力する。
【００２１】
ＶＥＣｍｏｄｅ＝１の時、
Ｖｄ＝Ｖｄ１
Ｖｑ＝Ｖｑ１
ＶＥＣｍｏｄｅ＝０の時、
Ｖｄ＝Ｖｄ２
Ｖｑ＝Ｖｑ２
以上の構成のモータ制御装置により、高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切替時に発生する電圧ベクトル不連続は抑制され、スムーズな切替を実現できるので、電流の急変は抑制され、ひいてはモータトルクの急変も抑制される。
【００２２】
これにより、電車や自動車の駆動システムに、本実施形態のモータ制御装置を適用した場合には、乗り心地の安定化、操縦フィーリングの安定化に寄与するものとなる。
【００２３】
（第２の実施形態：請求項３，５に対応）
請求項３及び請求項５に対応する第２の実施形態を、図２及び図３を用いて説明する。図２に示すように、第２の実施形態におけるモータ制御装置は、第１の電圧ベクトル演算手段２１と、第２の電圧ベクトル演算手段２２と、出力電圧ベクトル切替手段２３とで構成される。
【００２４】
第１の電圧ベクトル演算手段２１は、インバータ直流入力電圧Ｖｄｃと、トルク成分電流指令ＩｑＲｅｆと、トルク成分電流フィードバック値Ｉｑと、第２の電圧ベクトル演算手段２２の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２と、モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１とを求めて出力する。
【００２５】
まず、電圧ベクトル振幅Ｖ１Ｍａｘを次の演算により求める。
【００２６】
Ｖ１Ｍａｘ＝（√６／π）Ｖｄｃ
トルク電流フィードバック値Ｉｑがトルク電流指令値に追従するように電圧ベクトル位相δを次の演算により求める。
【００２７】
δ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン。たとえば比例積分制御）
電圧ベクトル設定切替ゲインＣＯＧを、ＶＥＣｍｏｄｅに応じて図３に示すとおり以下の式で設定する。
【００２８】
ＶＥＣｍｏｄｅ＝１の時、
（ａ）ＣＯＧ＝Ｋ×ｔｉｍｅ（ｔｉｍｅ＜１／Ｋの時＞
（ｔｉｍｅは、ＶＥＣｍｏｄｅが０から１へ切り替わった時刻からの時間）
（ｂ）ＣＯＧ＝１（ｔｉｍｅ＞１／Ｋの時）
ＶＥＣｍｏｄｅ＝０の時、
ＣＯＧ＝０
ｄｑ軸電圧指令を次の演算により求める。
【００２９】
Ｖｄ１＝（Ｖｄ２×（１−ＣＯＧ））×ｃｏｓ（δ）
Ｖｑ１＝（Ｖｑ２×（１−ＣＯＧ）＋Ｖ１Ｍａｘ）×ＣＯＧ）
×ｓｉｎ（δ）
第２の電圧ベクトル演算手段２２は、トルク成分電流指令ＩｑＲｅｆと、磁束成分電流指令ＩｄＲｅｆと、トルク成分電流フィードバック値Ｉｑと、磁束成分電流フィードバック値Ｉｄとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２を求めて出力する。
【００３０】
ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２＝Ｋｉ×∫（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）ｄｔ
ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２＝Ｋｉ×∫（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）ｄｔ
（Ｋｉは積分ゲイン）
Ｖｄ２＝Ｋｐ×（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｄ２
Ｖｑ２＝Ｋｐ×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）＋ＳＫＢＮ＿Ｖｑ２
（Ｋｐは比例ゲイン）
出力電圧ベクトル切替手段２３においては、第１の電圧ベクトル演算手段２１の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１と、第２の電圧ベクトル演算手段２２の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２と、モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅとを入力として、次の演算により新たなｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電圧指令Ｖｑを求めて出力する。
【００３１】
ＶＥＣｍｏｄｅ＝１の時、
Ｖｄ＝Ｖｄ１
Ｖｑ＝Ｖｑ１
ＶＥＣｍｏｄｅ＝０の時、
Ｖｄ＝Ｖｄ２
Ｖｑ＝Ｖｑ２
以上の構成のモータ制御装置により、高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切替時に発生する電圧ベクトル不連続は抑制され、スムーズな切替を実現できるので、電流の急変は抑制され、ひいてはモータトルクの急変も抑制される。
【００３２】
これにより、電車や自動車の駆動システムに、本実施形態のモータ制御装置を適用した場合には、乗り心地の安定化、操縦フィーリングの安定化に寄与するものとなる。
【００３３】
（第４の実施形態：請求項４に対応）
請求項４に対応する第３の実施形態を図４を用いて説明する。図４に示すように、第３の実施形態におけるモータ制御装置は、第１の電圧ベクトル演算手段３１と、第２の電圧ベクトル演算手段３２と、出力電圧ベクトル切替手段３３とで構成される。
【００３４】
第１の電圧ベクトル演算手段３１は、インバータ出力周波数ωと、トルク成分電流指令ＩｑＲｅｆと、トルク成分電流フィードバック値Ｉｑと、第２の電圧ベクトル演算手段３２の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄ２、ｑ軸電圧指令Ｖｑ２と、モード切替フラグＶＥＣｍｏｄｅとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ１、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１とを求めて出力する。
【００３５】
モータの等価回路モデルに基づいて、電流指令値ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆとインバータ出力周波数ωから以下の式のより電圧ベクトル設定値ＶｄＳＥＴ、ＶｑＳＥＴを求める。なお、以下の式は永久磁石モータの例であるが、誘導電動機、リラクタンスモータにおいても、同様の等価回路モデル式で電圧ベクトル設定値を求めることが出来る。
【００３６】
ＶｄＳＥＴ＝−ω×Ｌｑ×ＩｑＲｅｆ
ＶｑＳＥＴ＝ω×（Ｌｄ×ＩｄＲｅｆ＋ΦＰＭ）
（Ｌｄ：モータｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：モータｑ軸インダクタンス、ΦＰＭ：モータ永久磁石磁束）
トルク電流フィードバック値Ｉｑがトルク電流指令値に追従するように電圧ベクトル位相δを次の演算により求める。
【００３７】
δ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン。たとえば比例積分制御）
電圧ベクトル設定切替ゲインＣＯＧを、ＶＥＣｍｏｄｅに応じて図３に示すとおり以下の式で設定する。
【００３８】
ＶＥＣｍｏｄｅ＝１の時、
（ａ）ＣＯＧ＝Ｋ×ｔｉｍｅ（ｔｉｍｅ＜１／Ｋの時＞
（ｔｉｍｅは、ＶＥＣｍｏｄｅが０から１へ切り替わった時刻からの時間）
（ｂ）ＣＯＧ＝１（ｔｉｍｅ＞１／Ｋの時）
ＶＥＣｍｏｄｅ＝０の時、
ＣＯＧ＝０
ｄｑ軸電圧指令を次の演算により求める。
【００３９】
2004282803.tif 000003
以上の構成のモータ制御装置により、高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切替時に発生する電圧ベクトル不連続は抑制され、スムーズな切替を実現できるので、電流の急変は抑制され、ひいてはモータトルクの急変も抑制される。
【００４０】
これにより、電車や自動車の駆動システムに、本実施形態のモータ制御装置を適用した場合には、乗り心地の安定化、操縦フィーリングの安定化に寄与するものとなる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高速運転領域と低速運転領域とに応じて振幅固定電圧ベクトル位相制御とｄｑ軸電流フィードバック制御とを切り替える方式において、それぞれの電圧ベクトルが連続となるように、電圧ベクトル設定値をプリセットすることにより電圧ベクトルの不連続を回避し、モータトルク急変を抑制するモータ制御装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態の作用を説明する図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図。
【図５】従来のモータ制御装置のブロック図。
【符号の説明】
１１，２１，３１…第１の電圧ベクトル演算手段、１２，２２，３２…第２の電圧ベクトル演算手段、１３，２３，３３…出力電圧ベクトル切替手段。
【図１】
2004282803.tif 000004
【図２】
2004282803.tif 000005
【図３】
2004282803.tif 000006
【図４】
2004282803.tif 000007
【図５】
2004282803.tif 000008