(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に応じた指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記回転機の高回転速度領域において、回転２相座標系のいずれか一方の成分の指令電流に応じたいずれか他方の成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記いずれか一方の成分の指令電圧を設定することで、前記いずれか一方の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記いずれか一方の成分が、前記回転機の磁極方向に直交する方向の成分であり、
前記いずれか他方の成分が、前記磁極方向の成分であることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記単一指令値操作手段は、前記指令値に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を設定する手段を備えることを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記単一指令値操作手段は、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を設定することを特徴とする請求項３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記単一指令値操作手段は、前記磁極方向に直交する方向の実電流を指令電流にフィードバック制御するための操作量として前記磁極方向の指令電圧を設定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記単一指令値操作手段は、前記磁極方向に直交する方向の実電流と指令電流との差についての積分器の出力を前記磁極方向の指令電圧とすることを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記指令値に基づき磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、
前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記単一指令値操作手段は、前記ベクトル制御手段による指令電流とは独立に、前記指令値に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を算出することを特徴とする請求項７記載の回転機の制御装置。
【請求項９】
突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、
前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、
前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、
前記単一指令値操作手段は、前記ベクトル制御手段による指令電流とは独立に、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向の指令電流を算出することを特徴とすることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項１０】
突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、
前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、
前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、
前記切替手段は、前記単一指令値操作手段によるトルク制御がなされている状況下、前記単一指令値操作手段による指令電流と前記ベクトル制御手段による磁極方向の指令電流とが等しくなる場合、前記単一指令値操作手段による制御から前記ベクトル制御手段による制御に切り替えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項１１】
突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、
前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、
前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、
前記ベクトル制御手段は、前記磁極方向に直交する方向についての前記回転機を実際に流れる電流及び指令電流の差の積分制御に基づき前記直交方向の指令電圧を設定するものであって且つ、前記単一指令値操作手段による制御から前記ベクトル制御手段による制御に切り替える場合、前記積分制御の初期値を、前記単一指令値操作手段による前記直交方向の指令電圧に基づき設定することを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記単一指令値操作手段は、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向の指令電流を設定する手段を更に備えることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記切替手段は、前記指令電圧に応じて前記回転機の端子に印加すべき電圧が前記入力電圧よりも高い制限電圧となることで前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替えるものであり、
前記印加すべき電圧をパルス幅変調することで前記電力変換回路の操作信号を生成する手段と、
前記印加すべき電圧が前記入力電圧よりも高くなる状況下、前記入力電圧を上回る度合いに応じて前記パルス幅変調対象となる電圧を増加補正する補正手段とを更に備えることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に応じた指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、インバータの入力電圧の最大値の２乗からｄ軸の指令電圧の２乗を減算したものの平方根からｑ軸の指令電圧を減算することで、ｄ軸の指令電流を新たに算出するものも提案されている。これによれば、上記指令電圧に基づき電動機に印加すべき電圧が上記最大値となる電圧飽和時において、ｄ軸の指令電流として最適な値を設定することができるとしている。
【特許文献１】特開平２００６−２５４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術では、トルクは成り行きであるため、トルク制御を高精度に行うことができない。更に、制御器の数も多いため、制御器の設計が煩雑となるおそれもある。
【０００４】
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、回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に応じた指令電圧に基づき電力変換回路を操作するに際し、簡易な構成にてトルク制御を実現することのできる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】
【０００５】
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。
【０００６】
請求項１記載の発明は、回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に応じた指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記回転機の高回転速度領域において、回転２相座標系のいずれか一方の成分の指令電流に応じたいずれか他方の成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記いずれか一方の成分の指令電圧を設定することで、前記いずれか一方の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
電力変換回路の出力電圧は、入力電圧によって制限されている。このため、指令電圧が所定以上となる場合、電力変換回路の出力電圧は、実際には入力電圧の制約を受ける。上記発明では、この点に着目し、２次元座標系の一方の成分の指令電流のみを定める。そして、この指令電流と、入力電圧とに基づき、２次元座標系の各成分の指令電圧を設定することができる。このため、簡易な構成にてトルク制御を実現することができる。
【０００８】
なお、上記「高回転速度領域」とは、電圧利用率が所定以上となる領域、又は指令電圧のベクトルノルムが所定以上となる領域のこととすればよい。
【００１０】
ところで、例えば回転機の回転速度が高回転速度となる場合等にあっては、回転座標系の各成分の電圧は、他方の成分の電流に対して良好な線形性を示す。このため、トルクを制御すべく一方の成分の指令電流を設定することで、他方の成分の指令電圧を良好に設定することができ、ひいては線形性のよい簡素な制御ロジックを構成することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記いずれか一方の成分が、前記回転機の磁極方向に直交する方向の成分であり、前記いずれか他方の成分が、前記磁極方向の成分であることを特徴とする。
【００１２】
磁極方向に直交する方向の成分の電流は、回転機のトルクとの間に１対１の対応関係を有する傾向にある。このため、磁極方向に直交する方向の成分の指令電流を設定することで、トルク制御を簡易且つ良好に行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記指令値に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を設定する手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を設定することを特徴とする。
【００１５】
上記発明では、トルクフィードバック制御を行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記磁極方向に直交する方向の実電流を指令電流にフィードバック制御するための操作量として前記磁極方向の指令電圧を設定することを特徴とする。
【００１７】
上記発明では、磁極方向に直交する方向成分の電流について、電流フィードバック制御を行うことができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記磁極方向に直交する方向の実電流と指令電流との差についての積分器の出力を前記磁極方向の指令電圧とすることを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、単一指令値操作手段を簡素な構成としつつも、制御の安定性を確保することができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記指令値に基づき磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２１】
上記発明では、切替手段を備えることで、ベクトル制御手段による制御性が低下する際に、単一指令値操作手段による制御を行うことができ、ひいては高回転速度領域においてもトルクの制御性を高く維持することができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記ベクトル制御手段による指令電流とは独立に、前記指令値に基づき前記磁極方向に直交する方向の成分についての指令電流を算出することを特徴とする。
【００２３】
上記発明では、単一指令値操作手段が、ベクトル制御手段による指令電流とは独立に磁極方向の指令電流を算出するために、ベクトル制御手段による要求と単一指令値操作手段による要求とが互いに干渉する事態を好適に回避することができる。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記単一指令値操作手段は、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向の指令電流を設定する手段を更に備えることを特徴とする。
【００２９】
上記発明では、磁極方向の指令電流を回転機のトルクと指令値との差に基づき設定することで、回転機のトルクを指令値へと適切にフィードバック制御することができる。
【００３２】
請求項９記載の発明は、突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、前記単一指令値操作手段は、前記ベクトル制御手段による指令電流とは独立に、前記回転機のトルクと前記指令値との差に基づき前記磁極方向の指令電流を算出することを特徴とすることを特徴とする。
【００３３】
電力変換回路の出力電圧は、入力電圧によって制限されている。このため、指令電圧が所定以上となる場合、電力変換回路の出力電圧は、実際には入力電圧の制約を受ける。上記発明では、この点に着目し、２次元座標系の一方の成分の指令電流のみを定める。これにより、この指令電流に基づきこの成分の指令電圧を設定することができる。しかも、他方の指令電圧については、一方の指令電圧と入力電圧とに基づき設定することができる。このように、本実施形態では、一方の指令電流のみに基づき２次元座標系の各成分の指令電圧を設定することができるため、簡易な構成にてトルク制御を実現することができる。
ところで、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させることで、端子電圧の上昇を低減することができることは周知である。そして、この点に鑑み、電力変換回路の出力電圧が入力電圧からの制約を受ける状況下にあっては、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させる弱め界磁制御を行うことも周知である。この点、上記発明では、弱め界磁制御を行うべく端子電圧の上昇を低減させる直接のパラメータである磁極方向の電流を直接の操作対象とすることで、弱め界磁制御を好適に行うことができる。
また、上記発明では、切替手段を備えることで、ベクトル制御手段による制御性が低下する際に、単一指令値操作手段による制御を行うことができ、ひいては高回転速度領域においてもトルクの制御性を高く維持することができる。
更に、上記発明では、単一指令値操作手段が、ベクトル制御手段による指令電流とは独立に磁極方向の指令電流を算出するために、ベクトル制御手段による要求と単一指令値操作手段による要求とが互いに干渉する事態を好適に回避することができる。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、前記切替手段は、前記単一指令値操作手段によるトルク制御がなされている状況下、前記単一指令値操作手段による指令電流と前記ベクトル制御手段による磁極方向の指令電流とが等しくなる場合、前記単一指令値操作手段による制御から前記ベクトル制御手段による制御に切り替えることを特徴とする。
【００３５】
電力変換回路の出力電圧は、入力電圧によって制限されている。このため、指令電圧が所定以上となる場合、電力変換回路の出力電圧は、実際には入力電圧の制約を受ける。上記発明では、この点に着目し、２次元座標系の一方の成分の指令電流のみを定める。これにより、この指令電流に基づきこの成分の指令電圧を設定することができる。しかも、他方の指令電圧については、一方の指令電圧と入力電圧とに基づき設定することができる。このように、本実施形態では、一方の指令電流のみに基づき２次元座標系の各成分の指令電圧を設定することができるため、簡易な構成にてトルク制御を実現することができる。
ところで、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させることで、端子電圧の上昇を低減することができることは周知である。そして、この点に鑑み、電力変換回路の出力電圧が入力電圧からの制約を受ける状況下にあっては、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させる弱め界磁制御を行うことも周知である。この点、上記発明では、弱め界磁制御を行うべく端子電圧の上昇を低減させる直接のパラメータである磁極方向の電流を直接の操作対象とすることで、弱め界磁制御を好適に行うことができる。
また、上記発明では、切替手段を備えることで、ベクトル制御手段による制御性が低下する際に、単一指令値操作手段による制御を行うことができ、ひいては高回転速度領域においてもトルクの制御性を高く維持することができる。
更に、単一指令値操作手段による指令電流とベクトル制御手段による磁極方向の指令電流とが等しくなる場合には、単一指令値操作手段からベクトル制御手段へと切り替えても、ベクトル制御手段による指令電流を満たすような制御が可能と考えられる。上記発明では、この点に鑑み、適切なタイミングにて切り替えを行うことができる。
【００３６】
請求項１１記載の発明は、突極性を有する回転機のトルクをその指令値に制御すべく、前記指令値に基づき２次元座標系における指令電流を設定する手段と、該設定される指令電流に基づき指令電圧を設定する手段とを備え、前記指令電圧に基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記指令電圧が所定以上となる場合、前記２次元座標系のうちの前記回転機の磁極方向の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記磁極方向に直交する方向の成分の指令電圧を設定することで、前記磁極方向の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段と、前記指令値に基づき前記磁極方向及びこれに直交する方向のそれぞれの指令電流を設定することでこれら２つの方向の指令電圧を設定する手段を備えて前記トルクを制御するベクトル制御手段と、前記ベクトル制御手段の設定する指令電圧が所定以上となることで、前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替える切替手段とを備え、前記ベクトル制御手段は、前記磁極方向に直交する方向についての前記回転機を実際に流れる電流及び指令電流の差の積分制御に基づき前記直交方向の指令電圧を設定するものであって且つ、前記単一指令値操作手段による制御から前記ベクトル制御手段による制御に切り替える場合、前記積分制御の初期値を、前記単一指令値操作手段による前記直交方向の指令電圧に基づき設定することを特徴とする。
【００３７】
電力変換回路の出力電圧は、入力電圧によって制限されている。このため、指令電圧が所定以上となる場合、電力変換回路の出力電圧は、実際には入力電圧の制約を受ける。上記発明では、この点に着目し、２次元座標系の一方の成分の指令電流のみを定める。これにより、この指令電流に基づきこの成分の指令電圧を設定することができる。しかも、他方の指令電圧については、一方の指令電圧と入力電圧とに基づき設定することができる。このように、本実施形態では、一方の指令電流のみに基づき２次元座標系の各成分の指令電圧を設定することができるため、簡易な構成にてトルク制御を実現することができる。
ところで、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させることで、端子電圧の上昇を低減することができることは周知である。そして、この点に鑑み、電力変換回路の出力電圧が入力電圧からの制約を受ける状況下にあっては、磁極方向の電流を負として且つその絶対値を増加させる弱め界磁制御を行うことも周知である。この点、上記発明では、弱め界磁制御を行うべく端子電圧の上昇を低減させる直接のパラメータである磁極方向の電流を直接の操作対象とすることで、弱め界磁制御を好適に行うことができる。
また、上記発明では、切替手段を備えることで、ベクトル制御手段による制御性が低下する際に、単一指令値操作手段による制御を行うことができ、ひいては高回転速度領域においてもトルクの制御性を高く維持することができる。
更に、上記発明では、ベクトル制御手段が、積分制御に基づき上記直交方向の指令電圧を設定するために、積分制御の初期値の設定によっては、単一指令値操作手段からベクトル制御手段への切り替えに際して、直交方向の指令電圧が不連続的に変化するおそれがある。この点、上記発明では、積分制御の初期値を、単一指令値操作手段による直交方向の指令電圧に基づき設定することで、こうした問題を回避することができる。
【００３８】
請求項１３記載の発明は、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の発明において、前記切替手段は、前記指令電圧に応じて前記回転機の端子に印加すべき電圧が前記入力電圧よりも高い制限電圧となることで前記ベクトル制御手段による制御から前記単一指令値操作手段による制御に切り替えるものであり、前記印加すべき電圧をパルス幅変調することで前記電力変換回路の操作信号を生成する手段と、前記印加すべき電圧が前記入力電圧よりも高くなる状況下、前記入力電圧を上回る度合いに応じて前記パルス幅変調対象となる電圧を増加補正する補正手段とを更に備えることを特徴とする。
【００３９】
印加すべき電圧が入力電圧よりも高くなる場合には、電力変換回路の出力電圧を印加すべき電圧にすることはできず、印加される電圧の実効値を等しくすることが可能であるにすぎない。ただし、実効値を等しくするためには、印加すべき電圧を直接パルス幅変調したのでは、足りないことがわかっている。この点、上記発明では、こうした状況下、パルス幅変調の対象となる電圧を増加補正することで、実際に印加される電圧の実効値を印加すべき電圧の実効値に迅速に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載電動機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
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。電動機１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、電動機１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、電動機１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００４２】
以下では、「ａ．ベクトル制御に関する処理」、「ｂ．弱め界磁制御に関する処理」の順に説明した後、「ｃ．ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替えに関する処理」を説明する。
＜ａ．ベクトル制御に関する処理＞
指令電流設定部２０は、電動機１０に対する指令トルクＴｃに基づき、ｄｑ軸上での指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。ここで、ｄ軸とは、永久磁石のＮ極へと進む方向とし、ｑ軸とは、これに直交する方向とする。２相変換部２２は、電動機１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、固定２相座標成分の実電流（α軸上の実電流ｉα及びβ軸上の実電流ｉβ）に変換する。ｄｑ変換部２４は、回転角度に基づき、上記αβ軸上での実電流ｉα、ｉβを、回転２相座標成分の実電流（ｄ軸上の実電流ｉｄ及びｑ軸上の実電流ｉｑ）に変換する。減算部２６では、ｄ軸上の指令電流ｉｄｃからｄ軸上の実電流ｉｄを減算することで減算値Δｉｄを算出する。減算部２８は、ｑ軸上の指令電流ｉｑｃからｑ軸上の実電流ｉｑを減算することで、減算値Δｉｑを算出する。
【００４３】
指令電圧設定部３０では、減算値Δｉｄ及び減算値Δｉｑと実電流ｉｄ，ｉｑとに基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。詳しくは、指令電圧設定部３０では、図２に示す処理にて、減算値Δｉｄ，Δｉｑに基づくフィードバック制御に加えて、周知の非干渉化制御を行うことで、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。すなわち、フィードバック制御部３０ａにおいては、ｄ軸上の減算値Δｉｄを入力とする比例積分演算を行うことで、ｄ軸上の実電流ｉｄを指令電流ｉｄｃにフィードバック制御するためのフィードバック操作量を算出する。一方、非干渉化制御部３０ｂでは、フィードバック制御部３０ａの出力から、「ω・Ｌｑ・ｉｑ」を減算することで、ｄ軸上の最終的な指令電圧ｖｄｃを算出する。なお、ここでは、回転速度ω及びｑ軸のインダクタンスＬｑを用いている。これに対し、フィードバック制御部３０ｃにおいては、ｑ軸上の減算値Δｉｑを入力とする比例積分演算を行うことで、ｑ軸上の実電流ｉｑを指令電流ｉｑｃにフィードバック制御するためのフィードバック操作量を算出する。一方、非干渉化制御部３０ｄでは、フィードバック制御部３０ｃの出力に、「ω・Ｌｄ・ｉｄ」を加算することで、ｑ軸上の最終的な指令電圧ｖｑｃを算出する。なお、ここでは、回転速度ω及びｄ軸のインダクタンスＬｄを用いている。また、非干渉項として誘起電圧を含む成分を省略している。
【００４４】
先の図１に示すαβ変換部３２は、回転角度に基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを、固定２相座標成分の指令電圧（α軸上の指令電圧ｖαｃ及びβ軸上の指令電圧ｖβｃ）に変換する。３相変換部３４は、αβ軸上の指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに変換する。変調率算出部３６では、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを、電圧センサ４２によるバッテリ４０の電圧の検出値(電圧ｖｂ)に基づき規格化する。ＰＭＷインバータ３８は、変調率算出部３６の出力に基づき、ＰＷＭ処理を利用して、インバータのスイッチング素子を操作する。ただし、本実施形態では、変調率が「１．２７」となるまでベクトル制御を継続する関係上、変調率が「１」を超える場合には、変調率算出部３６の出力に代えて、これを出力線形化部４４にて補正した値に基づき、スイッチング素子を操作する。この処理は、具体的には、図３に示す態様にて行われる。
【００４５】
すなわち、図３に示すように、変調率が「１」よりも大きければ大きいほど、「１」よりもより大きい補正係数を変調率算出部３６の出力に乗算する補正を行う。これは、電動機１０に実際に印加される電圧の実効値を、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの実効値に迅速に制御するためになされる設定である。
【００４６】
なお、ベクトル制御を変調率「１．２７」となるまで継続する設定は、ＰＷＭ制御による制御性が過度に低下する理論上の臨界点が変調率「１．２７」であることに基づいている。
＜ｂ．弱め界磁制御に関する処理＞
先の図１に示すトルク推定部４８では、ｄｑ軸上の実電流ｉｄ，ｉｑに基づき、電動機１０のトルクを推定する(推定トルクＴｅを算出する)。詳しくは、極対数ｐ及びトルク定数Ｔｋを用いて、「ｐ・｛（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｉｄ・ｉｑ＋Ｔｋ・ｉｑ｝」により、推定トルクＴｅを算出する。減算部５０では、指令トルクＴｃから推定トルクＴｅを引いた減算値を算出する。フィードバック制御部５２では、減算値の比例積分演算に基づき、推定トルクＴｅを指令トルクＴｃにフィードバック制御するための操作量であるｄ軸上の指令電流ｉｄｃｃを算出する。これにより、弱め界磁制御時には、指令電圧設定部３０に取り込まれるｄ軸上の指令電流が、フィードバック制御部５２の出力する指令電流ｉｄｃｃとなる。
【００４７】
ｑ軸電圧設定部５４では、指令電圧設定部３０の出力するｄ軸上の指令電圧ｖｄｃと、制限電圧ｖｍとに基づき、ｑ軸上の指令電圧ｖｑｃｃを算出する。ここで、制限電圧ｖｍは、バッテリ４０の電圧ｖｂに、「１．２７」と、「３／８」の平方根とを乗算した値である。これは、変調率「１．２７」までベクトル制御を行うことと整合させた設定である。ｑ軸電圧設定部５４では、詳しくは、制限電圧の２乗からｄ軸上の指令電圧ｖｄｃの２乗を減算した値の平方根として、ｑ軸上の指令電圧ｖｑｃｃを算出する。これにより、弱め界磁制御時には、αβ変換部３２に取り込まれるｑ軸上の指令電圧が、ｑ軸電圧設定部５４の出力する指令電圧ｖｑｃｃとなる。
＜ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替えに関する処理＞
ベクトルノルム算出部５６では、αβ変換部３２に取り込まれる指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃ（ｖｑｃｃ）のベクトルのノルムを算出する。変調率算出部５８は、ベクトルノルム算出部４６の出力するノルムと、バッテリ４０の電圧ｖｂとに基づき、変調率を算出する。制御選択部６０は、指令電流設定部２０の設定する指令電流ｉｄｃ、フィードバック制御部５２の設定する指令電流ｉｄｃｃ、及び変調率算出部５８の出力する変調率に基づき、上述した出力線形化部４４の処理の実行の有無の切り替えに関する処理や、ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替えに関する処理を行う。
【００４８】
図４に、制御選択部６０の行う処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４９】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、弱め界磁制御を実行する旨の弱め界磁制御モードフラグがオンとなっているか否かを判断する。そして、否定判断される場合には、ステップＳ１２において、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃのベクトルのノルムが制限電圧ｖｍ以上となっているか否かを判断する。この処理は、弱め界磁制御への切り替え時を判断するためのものである。換言すれば、この処理は、ベクトル制御の要求する指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを電動機１０に印加するうえでの制御性が著しく低くなる状況か否かを判断するためのものである。詳しくは、ベクトル制御の要求する指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの実効値と等しい電圧の実効値を電動機１０に印加するうえでの制御性が著しく低くなる状況か否かを判断するためのものである。
【００５０】
そして、制限電圧ｖｍ以上であると判断される場合、ステップＳ１４において、弱め界磁制御モードフラグをオンとする。更に、先の図１に示したフィードバック制御部５２の出力する指令電流ｉｄｃｃに基づき弱め界磁制御を行う。すなわち、この場合、指令電圧設定部３０では、指令電流ｉｄｃｃから実電流ｉｄを減算した減算値Δｉｄと実電流ｉｑとに基づき、ｄ軸上の指令電圧ｖｄｃを算出する。一方、ｑ軸上の指令電圧ｖｑｃｃについては、制限電圧ｖｍと指令電圧ｖｄｃとに基づき、先の図１に示したｑ軸電圧設定部５４にて算出する。すなわち、弱め界磁制御時においては、ｑ軸上の指令電流は定義されておらず、単一の指令電流ｉｄｃｃのみに基づき、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃｃを算出する。
【００５１】
これに対し、ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１６において、フィードバック制御部５２の出力する指令電流ｉｄｃｃが、指令電流設定部２０の出力する指令電流ｉｄｃ以上であるか否かを判断する。この処理は、弱め界磁制御からベクトル制御へと切り替えるタイミングを判断するためものである。すなわち、弱め界磁制御によって要求されるｄ軸上の指令電流ｉｄｃｃが、ベクトル制御によって要求されるｄ軸上の指令電流ｉｄｃ以上であるなら、指令電流設定部２０の設定以上の弱め界磁効果が必要とされないことから、ベクトル制御への切り替えを実行する。
【００５２】
ステップＳ１６において肯定判断される場合、ステップＳ１８において、弱め界磁制御フラグをオフとし、指令電流設定部２０の設定する指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃに基づくベクトル制御を実行する。すなわち、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃと実電流ｉｄ，ｉｑとに基づき、指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃを設定し、これに基づきインバータのスイッチング素子を操作する。続くステップＳ２０においては、先の図２に示したフィードバック制御部３０ｃの積分項の初期値を設定する。この処理は、弱め界磁制御時には、フィードバック制御部３０ｃの出力が制御に反映されていないことに鑑みてなされるものである。ここでは、制御の切り替えに伴うｑ軸の指令電圧の意図せぬ変化を抑制するための処理を行う。具体的には、ｑ軸電圧設定部５４の出力していた指令電圧ｖｑｃｃや、そのときの減算値Δｉｑ、実電流ｉｄ、回転速度ωを用いて、直前にｑ軸電圧設定部５４の出力していた値にとって適切な値となるようにする。すなわち、積分項の初期値を「ｖｑｃｃ−ω・Ｌｄ・ｉｄ−Ｋｐｑ・Δｉｑ」とする。
【００５３】
なお、上記ステップＳ１２，Ｓ１６において否定判断される場合や、ステップＳ１４，Ｓ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５４】
こうした制御によれば、電動機１０の高回転速度運転領域であっても、簡易な処理にて、トルクを高精度に制御することができる。特に、本実施形態では、こうした弱め界磁制御を、埋め込み磁石同期電動機に適用した。このため、そのトルクが、上述したように「ｐ・｛（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｉｄ・ｉｑ＋Ｔｋ・ｉｑ｝」となる。このため、トルクがｑ軸電流のみならずｄ軸電流にも依存する。このため、インバータの出力電圧がバッテリ４０の電圧ｖｂとなる電圧飽和時においても、ｄ軸の指令電流ｉｄｃｃを設定することで、トルクを適切に制御することができる。
【００５５】
図５に、本実施形態にかかるベクトル制御から弱め界磁制御への切り替えの測定結果を示す。図示されるように、回転速度が上昇するにつれてベクトル制御から弱め界磁制御へと円滑に移行することで、これら両制御間の切り替え時や切り替え後におけるトルクを安定させることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
（１）ｄ軸の指令電流ｉｄｃｃに応じた指令電圧ｖｄｃと、インバータの入力電圧(電圧ｖｂ)とに基づき、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃｃを設定することで、単一の指令電流ｉｄｃｃのみに基づきトルクを制御した。これにより、簡易な構成にてトルク制御を実現することができる。
【００５８】
（２）推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差に基づきｄ軸方向の指令電流ｉｄｃｃを設定した。これにより、推定トルクＴｅを指令トルクＴｃへと適切にフィードバック制御することができる。
【００５９】
（３）指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃのベクトルノルムが制限電圧ｖｍ以上となることで、ベクトル制御から弱め界磁制御に切り替えた。これにより、ベクトル制御の制御性が低下する際に、弱め界磁制御を行うことができ、ひいては高回転速度領域においてもトルクの制御性を高く維持することができる。
【００６０】
（４）指令電流設定部２０の設定するｄ軸上の指令電流ｉｄｃとは独立に、電動機１０の推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差に基づき、ｄ軸方向の指令電流ｉｄｃｃを算出した。これにより、指令電流ｉｄｃｃに基づく弱め界磁制御時において、ベクトル制御の要求と弱め界磁制御の要求とが互いに干渉する事態を好適に回避することができる。
【００６１】
（５）弱め界磁制御がなされている状況下、指令電流ｉｄｃｃと指令電流ｉｄｃとが等しくなる場合、弱め界磁制御からベクトル制御に切り替えた。これにより、適切なタイミングにて切り替えを行うことができる。
【００６２】
（６）弱め界磁制御からベクトル制御に切り替える場合、フィードバック制御部３０ｃの積分項の初期値を、ｑ軸電圧設定部５４の指令電圧ｖｑｃｃに基づき設定した。これにより、弱め界磁制御からベクトル制御への切り替えに際して、ｑ軸方向の指令電圧が不連続的に変化する事態を回避することができる。
【００６３】
（７）変調率が「１」よりも大きくなる状況下、電動機１０に印加すべき電圧（３相変換部３４の出力する指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃ）が電圧ｖｂを上回る度合いに応じて、パルス幅変調対象となる電圧を増加補正した。これにより、実際に印加される電圧の実効値を印加すべき電圧の実効値に迅速に制御することができる。
【００６４】
（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。
【００６５】
図６に、本実施形態のシステム構成を示す。なお、図６において、先の図１に示した部材や処理と対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００６６】
図示されるように、本実施形態では、ｑ軸の指令電流ｉｑｃｃのみから指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを定めることで弱め界磁制御を実行する。詳しくは、フィードバック制御部５２では、推定トルクＴｅを指令トルクＴｃにフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸上の指令電流ｉｑｃｃを算出する。この処理は、具体的には、推定トルクＴｅに対する指令トルクＴｃの差の比例積分演算によって行われる。
【００６７】
これに対し、電圧指令値設定部６６では、ｑ軸上の実電流ｉｑを上記指令電流ｉｑｃｃにフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の指令電圧ｖｄｃｃを設定する。詳しくは、まず、偏差算出部６２において、実電流ｉｑに対する指令電流ｉｑｃｃの差が算出され、乗算器６４において偏差算出部６２の出力値の符号が反転される。そして、電圧指令値設定部６６では、乗算器６４の出力に基づき、指令電圧ｖｄｃｃが設定される。ここで、電圧指令値設定部６６では、実電流ｉｑと指令電流ｉｑｃｃとの積分演算値として、指令電圧ｖｑｃｃを算出する。
【００６８】
本実施形態では、こうした簡易な設定によって、制御性の良い弱め界磁制御を実現することができる。以下、その理由について説明する。
【００６９】
図７（ａ）は、電動機１０の高回転速度領域におけるｑ軸電流とトルクとの関係を示す。図示されるように、ｑ軸電流とトルクとは１対１の対応関係にあり、ｑ軸電流を定めることでトルクを一義的に設定することができる。しかも、ｑ軸電流に対するトルク特性は、比較的良好な線形性を有する。このため、ｑ軸電流を操作することでトルクを良好に制御することができると考えられる。
【００７０】
一方、図７（ｂ）に、高回転速度領域におけるｑ軸電流とｄ軸電圧との関係を示す。図示されるように、ｑ軸電流に対するｄ軸電圧の特性も、比較的良好な線形性を有している。ちなみに、これは、下記の式（ｃ１）に基づき説明することができる。式（ｃ１）は、電気角速度ω、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及び鎖交磁束Φを用いた周知の電圧方程式である。
【００７１】
【数１】
0004605254.tif 000002
上記の式（ｃ１）において、電気角速度ωが大きい場合には、右辺の電気角速度ωの項以外を無視する近似が成り立つため、ｄ軸電圧成分については、「ｖｄ≒―ωＬｑ・ｉｑ」と近似できる。このため、ｄ軸電圧ｖｄは、ｑ軸電流に対して線形性を有することとなる。ちなみに、上記近似においては、ｑ軸電圧成分についても、「ｖｑ≒ωＬｄ・ｉｄ＋ωΦ」と近似できることから、ｄ軸電流に対して線形性を有する。しかし、ｄ軸電流によってはトルクが一義的に定まらず、同一のｄ軸電流に対してトルクが２通りに定まることとなる。このため、弱め界磁制御を比較的簡易なロジックにて構成しつつも極力制御性を高める観点から、本実施形態では、ｑ軸の指令電流を直接の操作対象とすることによってトルクフィードバック制御を行う。
【００７２】
次に、電圧指令値設定部６６の設計手法について説明する。
【００７３】
図８は、本実施形態にかかる制御系のブロック図である。ここでは、電圧指令値設定部６６を制御器Ｃと表現した。ここで、図中、破線で示した経路を無視する場合、乗算器６４の入力からｑ軸の実電流ｉｑまでの伝達関数である一巡伝達関数Ｇｏｐは、以下の式（ｃ２）となる。
【００７４】
【数２】
0004605254.tif 000003
ここで、弱め界磁制御の実行領域では、電気角速度ωが大きいことから抵抗Ｒの２乗の項を無視することができ、この近似のもとで式（ｃ２）を変更することで、下記の式（ｃ３）を得る。
【００７５】
【数３】
0004605254.tif 000004
ここで、弱め界磁制御時において、電気角周波数がトルク応答周波数よりも十分に大きくなるように制御設計をするなら、電気角速度ωよりトルク応答の角周波数ωｃも十分に大きく「ω・ω＞＞ωｃ」が成り立つために、一巡伝達関数Ｇｏｐは、下記の式（ｃ４）と近似できる。
【００７６】
Ｇｏｐ＝Ｃ／ωＬｑ    …（ｃ４）
次に、先の図８において、指令電流ｉｑｃｃを入力として且つ実電流ｉｑを出力とする閉ループ伝達関数Ｇｃｌは、破線で示す経路を無視する場合、「Ｇｏｐ／（１＋Ｇｏｐ）」となる。この閉ループ伝達関数Ｇｃｌは、任意に設計しえるものであるが、本実施形態では、制御設計を簡素化すべく、閉ループ伝達関数Ｇｃｌを１次遅れ「ωｃ／(ｓ＋ωｃ)」とする。これにより、一巡伝達関数Ｇｏｐは、「Ｇｏｐ＝ωｃ／ｓ」となる。ここで、上記の式（ｃ４）を用いることで、下記の式（ｃ５）を得る。
【００７７】
Ｃ＝ωｃＬｑω／ｓ＝２πＦｃωＬｑ／ｓ  …（ｃ５）
図９に、トルク応答周波数Ｆｃを「３０Ｈｚ」とする場合についての一巡伝達関数Ｇｏｐ及び閉ループ伝達関数Ｇｃｌのゲイン特性及び位相特性を示す。図示されるように、良好な１次遅れ特性を実現できている。
【００７８】
ちなみに、本実施形態におけるベクトル制御から弱め界磁制御への切り替えは、上記第１の実施形態の要領で行えばよい。この際、電圧指令値設定部６６の初期値は、切り替え直前における指令電圧設定部３０によるｄ軸の指令電圧ｖｄｃとすればよい。また、本実施形態における弱め界磁制御からベクトル制御への切り替えは、図１０に示す態様にて行われる。図１０は、上記切り替えの処理手順である。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００７９】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、弱め界磁制御モードフラグがオンとなっているか否かを判断する。そして、弱め界磁制御モードフラグがオンとなっている場合には、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２においては、指令トルクＴｃをベクトル制御によって実現するための電流（指令電流ｉｄｃ、ｉｑｃ）を推定する。これは、指令トルクＴｃを上記指令電流設定部２０に入力することで実現することができる。続くステップＳ３４においては、推定される指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃと電気角速度ωとに基づき、上記の式（ｃ１）の電圧方程式から、指令電圧ｖｄｃ１、ｖｑｃ１を推定する。この指令電圧ｖｄｃ１、ｖｑｃ１は、ベクトル制御によって指令トルクＴｃを実現するために要求される印加電圧である。
【００８０】
続くステップＳ３６においては、上記指令電圧ｖｄｃ１、ｖｑｃ１のベクトルノルムが上記制限電圧ｖｍから所定値αを減算した値以下であるか否かを判断する。この処理は、指令トルクＴｃをベクトル制御によって実現する場合に要求される指令電圧のベクトルノルムが制限電圧ｖｍ以下（正確には、ｖｍ−α以下）であるか否かを判断するためのものである。ここで、所定値αは、正の微少量であり、ベクトル制御から弱め界磁制御への切り替えと、弱め界磁制御からベクトル制御への切り替えとのハンチングを回避するためのものである。そして、ステップＳ３６において肯定判断される場合には、ステップＳ３８において、弱め界磁制御モードフラグをオフとし、ベクトル制御へと切り替える。
【００８１】
なお、ステップＳ３０、Ｓ３６において否定判断される場合や、ステップＳ３８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００８２】
以上説明した本実施形態では、以下の効果が得られるようになる。
【００８３】
（８）ｑ軸の指令電流ｉｑｃｃに応じてｄ軸の指令電圧ｖｄｃを設定し、指令電圧ｖｄｃと、制限電圧ｖｍとに基づき、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃを設定した。これにより、線形性のよい簡素な制御ロジックを構成することができる。
【００８４】
（９）推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差に基づきｑ軸上の指令電流ｉｑｃｃを設定した。これにより、トルクフィードバック制御を行うことができる。
【００８５】
(１０)実電流ｉｑと指令電流ｉｑｃｃとの差についての積分器の出力をｄ軸方向の指令電圧ｖｄｃとした。これにより、簡素な構成によって制御の安定性を確保することができる。
【００８６】
(１１)ベクトル制御のための指令電流設定部２０の設定する指令電流ｉｑｃとは独立に、指令トルクＴｃ及び推定トルクＴｅに基づき指令電流ｉｑｃｃを算出した。これにより、ベクトル制御による要求と弱め界磁制御による要求とが互いに干渉する事態を好適に回避することができる。
【００８７】
（１２）弱め界磁制御によって生成されているトルクをベクトル制御によって生成する場合の指令電圧ｖｄｃ１，ｖｑｃ１を推定し、このベクトルノルムが所定値以下である場合にベクトル制御に切り替えた。このため、所定値によって、弱め界磁制御からベクトル制御への切り替えに伴うトルク変動を好適に抑制可能な状況であるか否かを定量化することができる。
【００８８】
(第３の実施形態)
以下、第３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。
【００８９】
先の第２の実施形態では、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃがインバータ３８の入力電圧を超えても、その「１．２７」倍となるまではベクトル制御を継続した。このように変調率が「１」を超えるいわゆる過変調領域においては、高調波歪が生じやすい。特に、ベクトル制御では、電流フィードバック制御を行っているのであるが、フィードバック制御量である実電流ｉｄ，ｉｑにも高調波ノイズが重畳する。このため、制御の安定性の低下が懸念される。そこで本実施形態では、電流フィードバック制御の比例ゲインのみを、変調率が高くなるほど小さくする。これは、比例ゲインが過渡応答性に対する感度が高いことに鑑みた設定である。このように、過変調領域において、積分項のゲインについてはそのままとし、比例ゲインのみを低下させるという簡易な設定によって上記高調波歪の影響を好適に抑制することができる。
【００９０】
図１１に、上記比例ゲインの可変設定にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００９１】
この一連の処理においては、まずステップＳ４０において、弱め界磁制御モードフラグがオフであるか否かを判断する。この処理は、ベクトル制御がなされているか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ４０において肯定判断される場合には、ステップＳ４２において、変調率ＭＲが「１」よりも大きいか否かを判断する。そして、変調率ＭＲが「１」よりも大きいと判断される場合には、ステップＳ４４において、電流フィードバック制御のための比例ゲインＫｄ，Ｋｐを算出する。ここでは、比例ゲインＫｐ，Ｋｄを、変調率ＭＲと「１」との差の絶対値が増大するにつれて漸減するように設定する。具体的には、上記絶対値の１次関数として比例ゲインＫｄ、Ｋｐを設定する。
【００９２】
なお、上記ステップＳ４０、Ｓ４２において否定判断される場合や、ステップＳ４４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００９３】
図１２に、上記処理の効果を示す。図では、変調率が「１．２５」近傍にある場合において変調率に対する比例ゲインの減少速度を「０．２」とした場合を示す。図示されるように、比例ゲインＫｐ，Ｋｄを過変調領域において減少させることで、高調波の影響を好適に抑制することができる。
【００９４】
以上説明した本実施形態によれば、上記第２の実施形態の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００９５】
（１３）ベクトル制御時において過変調領域へと移行する場合、電流フィードバック制御のための比例ゲインＫｄ，Ｋｐを減少させた。これにより、簡易な設定によって高調波の影響を抑制することができる。
【００９６】
（１４）過変調領域においてベクトル制御がなされる場合、変調率が「１」を超える度合いに応じて比例ゲインＫｄ，Ｋｐを漸減させた。これにより、電流フィードバック制御のための操作量である電圧の実際の操作が制限される過変調領域において、操作量の急変を回避することができる。
【００９７】
（１５）過変調領域において、比例積分制御によって電流フィードバック制御を行うに際し、比例ゲインのみを低減させることで、電流フィードバック制御の制御設計の変更を極力抑制しつつも、高調波の影響を抑制することができる。
【００９８】
（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。
【００９９】
・上記実施形態では、バッテリ４０の電圧ｖｂに対する制限電圧ｖｍの比を、「１．２７」に「３／８」の平方根を乗算した値としたが、これに限らない。例えば「１」としてもよい。この場合、出力線形化部４４を除いても、制御の応答性を高く維持することができる。ただし、電圧利用率を高める観点からは、制限電圧ｖｍを、「１．１５〜１．２７」とすることが望ましい。
【０１００】
・出力線形化部４４を除いても、指令電圧設定部３０がフィードバック制御を行うなら、ＰＷＭ制御の制御性が極度に低下する上記制限電圧ｖｍまでは、電動機１０に印加される電圧の実効値を指令電圧とすることはできる。
【０１０１】
・指令電圧設定部３０としては、先の図２に示した処理を行うものに限らない。例えば、非干渉化制御を行わないものであってもよい。ただし、この場合、先の図４に示したステップＳ２０における処理において、積分項の初期値Ｉｑ０を、「ｖｑｃｃ−Ｋｐｑ・Δｉｑ」とすることが望ましい。
【０１０２】
・上記第１の実施形態では、弱め界磁制御時には、指令電流設定部２０の設定するｄ軸の指令電流ｉｄｃとは独立に、フィードバック制御部５２の出力する指令電流ｉｄｃｃと実電流ｉｄとの差に基づき指令電圧ｖｄｃを算出したがこれに限らない。例えば、弱め界磁制御時には、指令トルクＴｃと推定トルクＴｅとの差に基づき、指令電流設定部２０の設定する指令電流ｉｄｃを補正するようにしてもよい。ただし、この場合、弱め界磁制御から指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃに基づくベクトル制御への切り替え条件を、上記補正量がゼロ以上となる場合とすることが望ましい。
【０１０３】
・電動機１０の実際のトルクに関する情報としては、上記実電流ｉｄ，ｉｑに基づき推定される推定トルクＴｅに限らない。例えばトルクセンサを備えてその検出値を用いてもよい。
【０１０４】
・上記第１の実施形態において、弱め界磁制御から指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃに基づくベクトル制御への切り替え条件としては、切り替えの前後でｄ軸の指令電流が不連続的な変化をしないようにする条件に限らない。例えば、ｄｑ軸上での指令電圧ベクトル（ｖｄｃ、ｖｑｃｃ）のノルムが制限電圧ｖｍ以下となるとの条件としてもよい。
【０１０５】
・上記第２の実施形態において、ｑ軸の実電流ｉｑを指令電流ｉｑｃｃにフィードバック制御するための操作量としてｄ軸の指令電圧ｖｄｃを算出する手法としては、指令電流ｉｑｃｃと実電流ｉｑとの差の積分演算値とするものに限らない。例えば、上記第２の実施形態で近似によって導出された閉ループ伝達関数Ｇｃｌが、２次遅れ特性となるように制御器を設計してもよい。
【０１０６】
・回転２相座標系のいずれか一方の成分の指令電流に応じたいずれか他方の成分の指令電圧と電力変換回路の入力電圧とに基づき、前記いずれか一方の成分の指令電圧を設定することで、前記いずれか一方の成分のみの指令電流に基づき前記トルクを制御する単一指令値操作手段としては、上記第２の実施形態で例示したものに限らない。例えば、ｄ軸の実電流を指令電流にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸の指令電圧を設定するものであってもよい。この場合であっても、高回転速度領域においては、ｑ軸の電圧がｄ軸の電流に比例するために、線形性のよい簡素な制御ロジックを構成できる。もっとも、この場合、高回転速度領域の近似的な特性において、ｄ軸電流によってトルクが一義的に定まらず、同一のｄ軸電流に対してトルクが２つの値を取り得る。このため、力行制御と回生制御との切り替えが頻繁になされる場合には、制御性が低下するおそれがある。このため、力行制御及び回生制御のいずれか一方のみを行う想定のものに適用することが望ましい。
【０１０７】
・上記第２の実施形態では、弱め界磁制御時に、指令電流設定部２０の設定するｄ軸の指令電流ｉｄｃとは独立に、フィードバック制御部５２の出力する指令電流ｉｑｃｃと実電流ｉｑとの差に基づき指令電圧ｖｄｃｃを算出したがこれに限らない。例えば、弱め界磁制御時に、指令トルクＴｃと推定トルクＴｅとの差に基づき、指令電流設定部２０の設定する指令電流ｉｑｃを補正することで、指令電流ｉｑｃｃを算出してもよい。
【０１０８】
・上記第２の実施形態において、弱め界磁制御時に、トルクフィードバック制御を行う代わりに、指令トルクＴｃへの開ループ制御を行ってもよい。これは、指令電流ｉｑｃｃを、指令トルクＴｃに応じて設定することで実現することができる。
【０１０９】
・上記第２の実施形態において、弱め界磁制御からベクトル制御への切り替え処理としては、先の図１０に例示したものに限らない。例えば、弱め界磁制御時の実電流ｉｄ，ｉｑが、現在の指令トルクＴｃに基づき指令電流設定部２０によって設定される指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃと一致することを条件にベクトル制御に切り替えてもよい。
【０１１０】
・フィードバック制御部５２としては、推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差に基づく比例積分制御を行うものに限らない。例えば、比例積分微分制御を行うものであってもよい。
【０１１１】
・フィードバック制御部３０ａとしては、実電流ｉｄと指令電流ｉｄｃとの差に基づく比例積分制御を行うものに限らない。例えば、比例積分微分制御を行うものであってもよい。
【０１１２】
・フィードバック制御部３０ｃとしては、実電流ｉｑと指令電流ｉｑｃとの差に基づく比例積分制御を行うものに限らない。例えば、比例積分微分制御を行うものであってもよい。
【０１１３】
・上記第１の実施形態では、弱め界磁制御時には、ｄ軸の指令電流ｉｄｃｃに基づき指令電圧ｖｄｃを定めるとともに、バッテリ４０の電圧ｖｂと指令電圧ｖｄｃｃとに基づき、指令電圧ｖｑｃを定めることで、ｄ軸の指令電流ｉｄｃｃのみに基づきトルクを制御したがこれに限らない。例えば、図１３に示すように、ｑ軸の指令電流ｉｑｃｃに基づき指令電圧ｖｑｃｃを定めるとともに、これと電圧ｖｂとに基づきｄ軸の指令電圧ｖｄｃを定めてもよい。
【０１１４】
ちなみに、図１３に示す例では、偏差算出部７０において、推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差を算出し、補正量算出部７２において上記差に基づく比例積分制御によって指令電流ｉｑｃの補正量を算出している。そして、補正部７４においては、指令電流ｉｑｃを補正量算出部７２の出力で補正することで、指令電流ｉｑｃｃを算出する。偏差算出部７６では、指令電流ｉｑｃｃと実電流ｉｑとの差Δｉｑを算出し、フィードバック制御部７８では、差Δｉｑに基づき、電圧のフィードバック操作量を算出する。一方、補正部８０では、非干渉項制御部８２の算出する非干渉項にて上記フィードバック操作量を補正することで、ｑ軸の指令電圧ｖｑｃｃを算出する。一方、ｄ軸電圧算出部８４では、制限電圧ｖｍの２乗から指令電圧ｖｑｃｃの２乗を減算した値の平方根として、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃを算出する。なお、図６に示す例において、指令電流ｉｑｃｃを、指令電流ｉｑｃとは独立に、推定トルクＴｅと指令トルクＴｃとの差に基づき算出するようにしてもよい。
【０１１５】
・２次元座標系のいずれか一方の成分の指令電流に応じた当該成分の指令電圧と、入力電圧とに基づき、いずれか他方の指令電圧を設定することで、いずれか一方の成分のみの指令電流に基づきトルクを制御する単一指令値操作手段としては、上記実施形態及びその変形例で例示したものに限らない。すなわち、回転座標系における磁極方向及びこれに直交する方向の指令電圧を設定するに際し、いずれか一方の成分の指令電流のみを用いるものに限らない。例えば、固定２相座標系（αβ座標系）におけるα軸及びβ軸の指令電圧を設定するに際し、いずれか一方の指令電流のみを用いるものであってもよい。
【０１１６】
・電力変換回路の入力電圧としては、バッテリ４０の電圧ｖｂに限らない。例えば、昇圧回路を介してバッテリ４０が電力変換回路に接続される構成である場合、昇圧回路の出力電圧としてもよい。
【０１１７】
・突極性を有する電動機としては、ＩＰＭＳＭに限らない。例えば、ＳＰＭ等であってもよい。
【０１１８】
・回転機としては、３相電動機に限らない。例えば３相発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる指令電圧の設定に関する処理を示すブロック図。
【図３】同実施形態にかかる出力線形化部の行う時比率信号の補正処理態様を示す図。
【図４】同実施形態にかかる弱め界磁制御と通常のベクトル制御との切り替え処理の手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態にかかる弱め界磁制御への移行態様を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図７】高回転速度領域における電動機の特性を示す図。
【図８】上記実施形態における制御設計手法を説明するためのブロック図。
【図９】同実施形態において設計された制御器の特性を示す図。
【図１０】同実施形態にかかる弱め界磁制御からベクトル制御への切り替え処理の手順を示す流れ図。
【図１１】第３の実施形態にかかる過変調領域の比例ゲインの設定処理の手順を示す流れ図。
【図１２】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図１３】上記実施形態の変形例にかかる指令電圧の設定に関する処理を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１２０】
１０…電動機、５２…フィードバック制御部、５４…ｑ軸電圧設定部、６０…制御選択部。
【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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