(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作量に応じて目標トルクｗ１を決定するとともに、回転速度検出手段により検出された電動モータの実際の回転速度に基く補正量をコントローラにより求め、前記目標トルクｗ１を前記補正量により補正して得られた指示トルクに応じて前記電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置において、
前記目標トルクｗ１に対する追従性及び制振性が良好な規範モデルを作成し、前記目標トルクｗ１に対する前記電動モータの実際の応答特性を表す実モデルを作成し、前記目標トルクｗ１を入力ｗとし、前記規範モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度と前記実モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度との回転速度差ｚ１を制御量ｚとし、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定し、同決定されたコントローラにより前記電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータの制御装置であって、
前記目標トルクｗ１が重み関数ｗｓを介して前記規範モデル及び前記実モデルにそれぞれ入力されるように構成された系に基いて前記コントローラが決定されてなる電動モータの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動モータの制御装置において、
前記重み関数ｗｓは、低周波数領域のゲインが高周波数領域のゲインより大きく設定されてなる電動モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動モータの制御装置において、
前記規範モデルは、前記実モデルの共振周波数近傍の周波数領域でゲインが同実モデルよりも小さく設定され、同周波数領域以外の周波数領域でゲインが同実モデルと略一致するように設定されてなる電動モータの制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電動モータの制御装置において、
前記電動モータの実際の応答特性の変動を前記実モデルの乗法的摂動Δとして扱うため、同摂動Δの出力である摂動出力ｗ２を重み関数ｗｍ１を介して前記実モデルに入力するとともに、前記コントローラの出力を重み関数ｗｍ２を介して制御量ｚ２として取り出し、前記目標トルクｗ１及び前記摂動出力ｗ２を入力ｗとし、前記制御量ｚ１及び前記制御量ｚ２を制御量ｚとして、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定し、同決定されたコントローラにより前記電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電動モータの制御装置において、
前記重み関数ｗｍ１は、高周波数領域でのゲインが低周波数領域でのゲインより大きく設定され、
前記重み関数ｗｍ２は、低周波数領域でのゲインが高周波数領域でのゲインより大きく設定されてなる電動モータの制御装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の電動モータの制御装置において、
前記検出される電動モータの回転速度に含まれるセンサノイズｗ３を重み関数ｗｎを介して前記コントローラの入力側に加え、前記目標トルクｗ１と前記摂動出力ｗ２と前記センサノイズｗ３を入力ｗとし、前記制御量ｚ１及び前記制御量ｚ２を制御量ｚとして、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定し、同決定されたコントローラにより前記電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電動モータの制御装置において、
前記重み関数ｗｎは、低周波数領域でのゲインが高周波数領域でのゲインより大きく設定されてなる電動モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ∞制御理論にしたがって求められたコントローラにより電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スイッチド・リラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと云う。）が電気自動車等の駆動源として使用されている。このＳＲモータの制御装置は、図１９に示したように、アクセルペダルの操作量に応じて決定される目標トルクreqtrqを指示値マップ（電流・通電角度マップ）により電流指示値Ｉ及び角度指示値θに変換し、ドライバ回路を介して電流指示値Ｉに応じた電流を角度指示値θに応じたタイミングにてＳＲモータに通電し、これにより、前記目標トルクreqtrqに応じたトルクを同ＳＲモータに発生させるようになっている。図１９からも明らかなように、この制御系はオープンループ制御系である。
【０００３】
ところで、電気自動車に搭載されたＳＲモータは、同電気自動車のサスペンションのばねの共振特性や同ＳＲモータに接続されたドライブシャフト及びタイヤ等のねじれによる共振特性の影響を受けることになる。このため、図２０に示したように、特に目標トルクが急激に変化したとき、同ＳＲモータの回転速度が脈動することがあり、同脈動が車体の前後方向の振動となって現れて乗員に不快感を与えるという問題がある。
【０００４】
これに対し、ＳＲモータへの電流指示値Ｉ及び角度指示値θを、同ＳＲモータの回転速度に関するＰＤ（比例微分）制御により補正する技術が考えられる。この技術によれば、ＰＤ制御における比例量及び微分量を大きくすることで前記振動の発生を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＰＤ制御における比例量及び微分量を大きくすると、モータ回転速度センサの検出ノイズも増幅されるため、振動が発生することがある。また、系の安定性が損なわれるという問題もある。このため、上記比例量及び上記微分量の大きさは制限され、十分な振動低減効果が期待できない。更に、上記ＰＤ制御により振動を抑制しようとすると、全周波数帯域において制御系のゲインが低下してしまうため、目標トルクに対する実トルクの追従性が悪化し、車両の加速性が低下するという問題もある。このような問題は、ＳＲモータを電気自動車の駆動源として使用した場合に限らず、他の機械の駆動源として使用した場合にも生じる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、制振性、加速性、耐ノイズ性、及び特性変動に対するロバスト性など多様なトレードオフを高い次元でバランスした電動モータの制御装置を提供することにあり、その特徴は、操作量に応じて目標トルクｗ１を決定するとともに、回転速度検出手段により検出された電動モータの実際の回転速度に基く補正量をコントローラにより求め、前記目標トルクｗ１を前記補正量により補正して得られた指示トルクに応じて前記電動モータに流れる電流を制御する電動モータの制御装置において、前記目標トルクｗ１に対する追従性及び制振性が良好な規範モデルを作成し、前記目標トルクｗ１に対する前記電動モータの実際の応答特性を表す実モデルを作成し、前記目標トルクｗ１を入力ｗとし、前記規範モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度と前記実モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度との回転速度差ｚ１を制御量ｚとし、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定し、同決定されたコントローラにより前記電動モータに流れる電流を制御することにある。
【０００７】
これによれば、コントローラは、回転速度検出手段により検出される電動モータの実際の回転速度に基いて補正量を求め、同補正量により操作量に応じて決定される目標トルクｗ１を補正する。このコントローラを得るため、次の手順が実行される。先ず、目標トルクｗ１に対する追従性及び制振性が良好な規範モデルと、同目標トルクｗ１に対する電動モータの実際の応答特性を表す実モデルとが作成される。次いで、前記目標トルクｗ１を入力ｗとするとともに、前記規範モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度と前記実モデルに前記目標トルクｗ１を与えて得られる回転速度との回転速度差ｚ１を制御量ｚとし、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするコントローラを求めるＨ∞制御問題を解く。
【０００８】
上記特徴を備えた電動モータの制御装置は、上記のようにして求めたコントローラＫを実装しているので、電動モータの応答が追従性及び制振性に優れた規範モデルに近づき、その結果、目標トルクに対する電動モータの追従性及び制振性が良好となる。
【０００９】
この場合、前記目標トルクｗ１が重み関数ｗｓを介して前記規範モデル及び前記実モデルにそれぞれ入力されるように構成された系に基いて前記コントローラが決定されることが好適である。
【００１０】
これによれば、特定の周波数領域における前記重み関数ｗｓのゲインを大きくすることにより、同特定周波数領域においてコントローラにより制御される電動モータの挙動を規範モデルに一層近似させることができる。
【００１１】
このとき、上記重み関数ｗｓは、低周波数領域のゲインが高周波数領域のゲインより大きくなるように設定されることが好適である。
【００１２】
これにより、低周波数領域における実際の応答を規範モデルに一層近づけられるので、目標トルクの変化に対する電動モータの応答の追従性を向上することができる。
【００１３】
上記の各場合において、前記規範モデルは、前記実モデルの共振周波数近傍の周波数領域でゲインが同実モデルよりも小さく設定され、同周波数領域以外の周波数領域でゲインが同実モデルと略一致するように設定されることが好適である。
【００１４】
このように規範モデルを設定することにより、共振による振動の発生を効果的に抑制し得るコントローラ、即ち、電動モータの制御装置が提供される。
【００１５】
また、上記何れかの場合において、前記電動モータの実際の応答特性の変動を前記実モデルの乗法的摂動Δとして扱うため、同摂動Δの出力である摂動出力ｗ２を重み関数ｗｍ１を介して前記実モデルに入力するとともに、前記コントローラの出力を重み関数ｗｍ２を介して制御量ｚ２として取り出し、前記目標トルクｗ１及び前記摂動出力ｗ２を入力ｗとし、前記制御量ｚ１及び前記制御量ｚ２を制御量ｚとして、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定し、同決定されたコントローラにより前記電動モータに流れる電流を制御することが好適である。
【００１６】
実験によれば、運転状態や車種（電動モータが使用される機種とも言える。）の相違により、目標トルクｗ１から回転速度までの伝達特性が変動することが判明した。また、電動モータの各モータコイルへの通電切り換えを高周波数で行うと、同通電の切換え時にトルクリップルが発生し、これが回転速度影響を及ぼすことも判明した。
【００１７】
そこで、このような特性変動をもたらす要因を乗法的摂動として扱う。即ち、上記のように、トルクリップル分を重み関数ｗｍ１で表し、同重み関数ｗｍ１を介して指示トルクに加わる摂動出力ｗ２として扱う。また、運転状態の違いや車種が異なること等による伝達特性の変化を重み関数ｗｍ２で表し、同重み関数ｗｍ２介して得られる制御量ｚ２として扱う。そして、Ｈ∞制御問題を解き、コントローラを求める。このようにすれば、トルクリップル及び運転状態の違い等による伝達特性の変化を吸収し得るコントローラ、即ち、電動モータの制御装置が提供される。
【００１８】
この場合、重み関数ｗｍ１は、高周波数領域でのゲインが大きくなるように設定され、重み関数はｗｍ２は、低周波数領域でのゲインが大きくなるように設定されることが好適である。
【００１９】
このようにするのは、重み関数ｗｍ１が高周波数領域で大きくなるトルクリップルを良好に表すからであり、重み関数ｗｍ２が低周波数領域で大きくなる運転状態の違い等による伝達特性のズレを良好に表すからである。
【００２０】
ところで、実際のモータ回転速度は回転数検出手段により検出されるが、一般に、検出されるモータ回転速度にはセンサノイズ（ホワイトノイズ）が含まれているから、このセンサノイズによる系への影響を除去する必要がある。更に、モータ回転速度は、同モータの発生トルクの所定時間前からの積分値に相当するから、同発生トルクが「０」となった場合でも直ちに「０」となることなく一定値を維持する。これは、モータ回転速度の定常成分と呼ばれる。一方、実モデルは共振点近傍で線形なものとして設計される。従って、性能向上のためには、前記モータ回転速度の定常成分を除去する必要がある。
【００２１】
そこで、回転速度ノイズとモータ回転速度の定常成分を除去するため、これらをセンサノイズｗ３に対する重み関数ｗｎで表して前記コントローラの入力側に加え、前記目標トルクｗ１と前記摂動出力ｗ２と前記センサノイズｗ３を入力ｗとし、前記制御量ｚ１及び前記制御量ｚ２を制御量ｚとして、前記入力ｗから前記制御量ｚまでの伝達関数のＨ∞ノルムを所定値以下とするように前記コントローラを決定することが好適である。このようにして得られたコントローラを使用すれば、ロバスト安定性が向上した電動モータの制御装置が提供される。
【００２２】
この場合において、前記重み関数ｗｎは、低周波数領域でのゲインが高周波数領域でのゲインより大きく設定されることが好適である。
【００２３】
このように重み関数ｗｎを設定するのは、センサノイズよりも影響が大きく現れるモータ回転速度の定常成分が低周波数領域で大きくなるからである。このように重み関数を設定することで、電動モータの応答をより安定させ得るコントローラ、即ち、電動モータの制御装置が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電動モータの制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、係る電動モータの制御装置を搭載した車両（電気自動車）の構成ブロック図であり、同車両１０は、駆動源としてのＳＲモータ１１と、ドライブシャフト１２及び差動歯車装置１３等を介して同ＳＲモータ１１の発生するトルクにより回転駆動される駆動輪１４と、従動輪１５と、バッテリ１６と、電気制御装置２０とを備えている。
【００２５】
ＳＲモータ１１は、３相の誘導モータであって電気制御装置２０によって通電相、電流、及び通電タイミングが制御され、所定のトルクを発生するようになっている。バッテリ１６は、充電式蓄電池である。なお、バッテリ１６は燃料電池であってもよい。
【００２６】
電気制御装置２０は、マイクロコンピュータ２１と、マイクロコンピュータ２１に接続されたチョッパ回路２２と、チョッパ回路２２に接続された駆動回路２３と、駆動回路２３に接続されるとともにバッテリ１６及びＳＲモータ１１の各相に接続されたスイッチング回路２４と、バッテリ１６の両端に接続され同バッテリ１６のバッテリ電圧Ｖｂを検出するバッテリ電圧検出回路２５と、スイッチング回路２４とＳＲモータ１１との接続線に流れる各相の電流を検出する電流検出回路２６とを備えている。
【００２７】
マイクロコンピュータ２１は、図示しないバスで互いに接続されたＣＰＵ２１ａ及びＲＯＭ，ＲＡＭからなるメモリ２１ｂ等を備えるとともに、バッテリ電圧検出回路２５、アクセル操作量センサ２７、及びＳＲモータ１１の回転速度（回転数）Ｎｍを検出するレゾルバ（回転速度検出手段）２８と接続されていて、バッテリ電圧Ｖｂ、アクセル操作量α、及びＳＲモータ１１の回転速度Ｎｍを入力するようになっている。また、ＣＰＵ２１ａはメモリ２１ｂに格納された後述するプログラムを同メモリ２１ｂの一時記憶機能を利用しながら実行するようになっている。メモリ２１ｂは図３に示した目標トルクマップ、及び図示しない指示値マップを予め格納（記憶）している。
【００２８】
このマイクロコンピュータ２１は、入力したアクセル操作量αと図３に示した目標トルクマップとに基いて目標トルクreqtrqを求め、後述するコントローラＫ（フィードバック補償器Ｋ（ｓ））に基いて補正量ｕ（ｋ）を求め、同求められた補正量ｕ（ｋ）で前記目標トルクreqtrqを補正して指示トルクＴを求めるとともに、この指示トルクＴと図示しない指示値マップとから電流指示値Ｉと角度指示値θを決定し、同決定した電流指示値Ｉと角度指示値θとからなる指令信号をチョッパ回路２２に送出するようになっている。
【００２９】
チョッパ回路２２は、マイクロコンピュータ２１からの指令信号と電流検出回路２６が検出するＳＲモータ１１に流れる電流の大きさとに基いて駆動回路２３に駆動制御信号PH1(U),PH1(L),PH2(U),PH2(L),PH3(U),PH3(L)を送出するようになっている。
【００３０】
駆動回路２３は、図２に詳細を示したように、増幅回路２３ａ〜２３ｆと、コンデンサＣ１〜Ｃ６とを備えていて、チョッパ回路２２からの駆動制御信号PH1(U),PH1(L),PH2(U),PH2(L),PH3(U),PH3(L)に応じてスイッチング回路２４にスイッチング信号を送出するようになっている。
【００３１】
スイッチング回路２４は、図２に詳細を示したように、モータコイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれに対応したスイッチング回路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを備えている。スイッチング回路２４Ａは、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２を備えていて、同スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が増幅回路２３ａ，２３ｂからのスイッチング信号に応答して非導通状態から導通状態に又はその逆に切り換えられ、これによりモータコイル１１ａに流れる電流を制御するようになっている。同様に、スイッチング回路２４Ｂは、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４を備えていて、同スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４が増幅回路２３ｃ，２３ｄからのスイッチング信号に応答して非導通状態から導通状態に又はその逆に切り換えられ、これにより、モータコイル１１ｂに流れる電流を制御するようになっている。同様に、スイッチング回路２４Ｃは、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６を備えていて、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６が増幅回路２３ｅ，２３ｆのスイッチング信号に応答して非導通状態から導通状態に又はその逆に切り換えられ、これにより、モータコイル１１ｃに流れる電流を制御するようになっている。
【００３２】
次に、上記コントローラＫについて説明すると、同コントローラＫは、図４に示されたブロック図に基いてＨ∞制御理論により設計される。以下、コントローラＫの設計方法について個別に説明を行う。なお、Ｈ∞制御問題とは、図５に示したような、外部入力（外生入力）ｗ、制御入力ｕ、制御量ｚ、観測量ｙを有する「一般化プラント」において、ｗからｚまでの伝達関数Ｔzwに対するＨ∞ノルム（‖Ｔzw‖∞）を所定値γ（例えば「１」）以下にするようなコントローラＫを求めることである。
【００３３】
本実施形態においては、実モデルpsysを規範モデルrsysに近づけるコントローラＫをＨ∞制御問題に帰着させて求める。そのため、先ず、オープンループの系でＳＲモータ１１を運転した場合における、目標トルクｗ１に対する実際の回転速度Ｎｍから実モデルpsysを決定する。即ち、目標トルクｗ１をオープンループ系に与え、図示しない指示値マップにより電流指示値Ｉ及び角度指示値θを決定し、この指示値に基いて上記チョッパ回路２２、上記駆動回路２３、及び上記スイッチング回路２４を介してＳＲモータ１１を実際に回転させる。そして、前記目標トルクｗ１に対する実際のＳＲモータ１１の回転速度Ｎｍを計測し、この計測結果（即ち、目標トルクｗ１に対する実際の応答Ｎｍ）から、実モデルpsysを決定する。これらは、同定実験及び周波数フィッティングによるモデルパラメータの同定とも呼ばれる手法に基いて行われる。
【００３４】
こうして得られた実モデルpsysを参照しながら目標トルクｗ１の変化に対する制振性と応答性とが両立した理想的なモデルを規範モデルrsysとして導出・作成する。この規範モデルrsysは、図６に示したように、共振周波数近傍で実モデルpsysのゲインよりも相当量小さいゲインを有するとともに、他の周波数領域で実モデルpsysのゲインと一致するゲインを有するように作成される。
【００３５】
この段階で、図７に示したように、実モデルpsysとコントローラＫとにより閉ループ系を形成し、実モデルpsysと規範モデルrsysとを並列に接続するとともに、目標トルクｗ１を重み関数ｗｓにより指示トルクに変換し、同指示トルクを実モデルpsysと規範モデルrsysにそれぞれ入力し、且つ規範モデルrsysの出力ｘ１と実モデルpsysの出力ｘ２の差（回転速度差）を制御量ｚ１（＝ｘ１−ｘ２）として出力するように構成した系を考える。これにより、系の挙動を規範モデルrsysの挙動に近づけるコントローラＫを得るための問題を、目標トルクｗ１から出力ｚ１までの伝達関数Ｔz1w1に対するＨ∞ノルムを１（＝γ）より小さくする（‖Ｔz1w1‖∞＜１）ようなコントローラＫを求めるＨ∞制御問題に帰着させることが可能となる。また、これにより、系の制振性と応答性を同時に評価することが可能となる。
【００３６】
更に、この系において、重み関数ｗｓを特定の周波数領域で大きくなるように設定すれば、同特定の周波数領域における実際の応答を規範モデルrsysの応答に一層近似させるコントローラＫを得ることができる。そこで、本実施形態においては、図８に示したように、重み関数ｗｓのゲインを低周波数領域で大きくなるように設定する。これにより、低周波数領域における実際の応答を規範モデルに近づけられるので、ＳＲモータ１１の実際の応答の追従性を向上することができる。
【００３７】
一方、実験によれば、運転状態や車種の相違により目標トルクｗ１から回転速度Ｎｍまでの伝達特性が変動することが判明した。また、ＳＲモータ１１の各モータコイル１１ａ〜１１ｃへの通電切換えを高周波数で行うと、同通電の切換え時にトルクリップルが発生し、これが回転速度Ｎｍに影響を及ぼすことも判明した。そこで、本実施形態においては、図９に示したように、このような特性変動をもたらす要因を乗法的摂動Δ（ｓ）として扱う。この場合、乗法的摂動Δ（ｓ）への入力を制御量ｚ２として捉えるとともに、同乗法的摂動Δ（ｓ）の出力を摂動出力ｗ２（一般化プラントへの入力）として捉え、摂動出力ｗ２の影響が制御量ｚ２に現れ難いコントローラＫを求める問題に帰着させる。
【００３８】
より具体的には、図１０に示したように、摂動出力ｗ２を重み関数ｗｍ１を介して指示トルクに加えることで、上記トルクリップル分を指示トルクに対する外乱として扱う。重み関数ｗｍ１は、図１１に示したように、高周波数領域でのゲインが大きくなるように設定する。また、上記運転状態の違いや車種が異なること等による伝達特性の変化を重み関数ｗｍ２で表して制御量ｚ２を得るように系を構成する。重み関数はｗｍ２は、図１２に示したように、低周波数領域でのゲインが大きくなるように設定する。以上により、上記トルクリップル及び上記特性変動による影響を抑制するコントローラＫを得る問題をＨ∞制御問題に帰着させることが可能となる。
【００３９】
加えて、制御に使用する実際のモータ回転速度Ｎｍを表す信号は、レゾルバ２８によって生成されるので、同レゾルバ２８のセンサノイズ（ホワイトノイズ）を含んでいる。このセンサノイズによる系への影響の仕方をブロック図で表すと、図１３のようになる。
【００４０】
また、モータ回転速度Ｎｍは、ＳＲモータ１１の発生トルクの所定時間前からの積分値に相当するから、同発生トルクが「０」となった場合でも直ちに「０」となることなく一定値を維持する。これは、モータ回転速度の定常成分と呼ばれる。一方、実モデルは共振点近傍で線形なものとして設計される。従って、性能向上のためには、モータ回転速度の定常成分を除去する必要がある。そこで、上記回転速度ノイズと上記モータ回転速度の定常成分を除去するため、これらをセンサノイズｗ３に対する重み関数ｗｎで表し、図１４に示したように、実モデルpsysとコントローラＫの間に入力する。この場合、重み関数ｗｎは、図１５に示したように、そのゲインが低周波数領域で大きくなるように設定する。これは、上記回転速度ノイズに対し定常成分の影響が大きいこと、及び同定常成分は低周波数領域で大きくなることに基いている。
【００４１】
以上の設計仕様を総て満たすように一般化プラントを構成すると、図４に示したようになる。この一般化プラントに対して、コントローラＫによりフィードバック制御を行ったとき、目標トルクｗ１、摂動出力Ｗ２、及びセンサノイズｗ３からなる外部入力ｗから制御量ｚ１及び制御量ｚ２からなる制御量ｚまでの伝達関数Ｔzwについて、閉ループ系の安定を保証し、かつＴzwのＨ∞ノルムが１より小さくなる（‖Ｔzw‖∞＜１）ようなコントローラＫを求めることが、本実施形態におけるＨ∞制御問題となる。
【００４２】
このようなＨ∞制御問題の解法としては、リカッチ方程式を解く方法と、同リカッチ方程式を不等式化したＬＭＩ問題を解く方法とがある。本実施形態においてはＬＭＩ問題をベースとする制御系設計用ソフトウェアである「ＭＡＴＬＡＢ」を使用して１４次のコントローラを導出した。
【００４３】
このように設計されたコントローラは高次元であるので、マイクロコンピュータに実装して制御を実行するために、同コントローラの低次元化を行う必要がある。コントローラの次数が大きいとマイクロコンピュータの演算負荷が大きくなってしまい、所定のサンプリング周期で演算を終了することができなくなるからである。本実施形態では上記導出された１４次のコントローラを６次まで低次元化し、その後、マイクロコンピュータのサンプリング周期に合わせて上記低次元化されたコントローラを離散化することにより、下記数１により表されるフィードバック補正量を得た。
【００４４】
【数１】
0004660941.tif 000002
【００４５】
図１６は、以上に説明したコントローラＫを求めるための設計手順を示したフローチャートである。簡単に説明すると、先ず、実モデルpsysを求めるための同定実験を行い（Ｓ１）、次いで周波数フィッティングによりモデルパラメータの同定を行って（Ｓ２）、同実モデルpsysを求める。そして、規範モデルrsysを導出（Ｓ３）し、運転状態や車種の相違、及び通電の切換え時のトルクリップルによる上記特性変動がどのような特性を有するかを調べるとともに（Ｓ４）、上記回転速度ノイズの特性がどのような特性を有するかを調べる（Ｓ５）。
【００４６】
次に、上記重み関数ｗｓ、ｗｍ１、ｗｍ２、ｗｎを上記調査した特性変動、及びノイズ特性等に基いて設定し（Ｓ６）、図４に示した一般化プラントを作成する（Ｓ７）。次いで、上記「ＭＡＴＬＡＢ」によりコントローラＫを算出し、性能評価条件を満足するか否かを判定する（Ｓ９）。この段階で、性能評価条件が満足されなければ、上記Ｓ６〜Ｓ８を繰り返す。また、Ｓ９にて性能評価条件が満足されれば上記コントローラＫを低次元化し（Ｓ１０）、低次元化されたコントローラＫの離散化を行う（Ｓ１１）。
【００４７】
図１７は、低次元化されたコントローラＫ（Ｈ∞コントローラ）をマイクロコンピュータ２１に実装した場合のブロック図である。即ち、マイクロコンピュータ２１は、アクセル操作量センサ２７からアクセル操作量αを入力し、これを図３に示した目標トルクマップにより目標トルクreqtrqに変換し、これを指示値マップにより電流指示値Ｉ及び角度指示値θに変換し、これらの指示値に応じた電流をＳＲモータ１１に付与する。一方、マイクロコンピュータ２１はレゾルバ２８からのモータ回転速度Ｎｍ（ｋ）を入力し、上記コントローラＫにより（上記数１に従って）補正量ｕ（ｋ）を求め、この補正量ｕ（ｋ）を目標トルクreqtrqに加える。
【００４８】
このような制御を行う場合の実際の作動を、ＣＰＵ２１ａが実行する図１８に示したプログラムに従って説明する。車両の図示しない電源スイッチ（始動スイッチ）がオフ状態からオン状態に変更されると、ＣＰＵ２１ａはステップ１００からステップ１０５に進んで初期化を行い、次のステップ１１０にて所定時間（１０msec）が経過しかた否かを判定する。そして初期化から前記所定時間が経過すると、ＣＰＵ２１ａはステップ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１５に進み、同ステップ１１５にて実際のアクセル操作量αと図３に示した目標トルクマップとから目標トルクreqtrqを演算する。
【００４９】
次いで、ＣＰＵ２１ａはステップ１２０に進み、同ステップ１２０にてレゾルバ２８からの信号に基いてモータ回転速度Ｎｍを検出し、続くステップ１２５にて上記数１に従ってフィードバック量ｕ（ｋ）を演算する。ここで、フィードバック量ｕ（ｋ）及びモータ回転速度Ｎｍ（ｋ）は、今回の演算で得られるフィードバック量ｕ、及び先のステップ１２０にて検出した今回の演算時におけるモータ回転速度Ｎｍをそれぞれ意味する。また、フィードバック量ｕ（ｋ−ｉ）及びモータ回転速度Ｎｍ（ｋ−ｉ）は、ｉ回前の演算で得られたフィードバック量ｕ、及び同ｉ回前の演算時におけるモータ回転速度Ｎｍをそれぞれ意味する。
【００５０】
次いで、ＣＰＵ２１ａはステップ１３０に進み、モータへの指示トルクＴを、下記数２に従って演算する。換言すると、目標トルクreqtrqをフィードバック量ｕ（ｋ）により補正して、指示トルクＴを求める。
【００５１】
【数２】
Ｔ＝reqtrq＋ｕ（ｋ）
【００５２】
次に、ＣＰＵ２１ａはステップ１３５に進み、同ステップ１３５にて先に求めた指示トルクＴを図示しない指示値マップを用いて電流指示値Ｉ及び角度指示値θに変換し、ステップ１４０にて電流指示値Ｉ及び角度指示値θをチョッパ回路２２に出力する。これにより、チョッパ回路２２、駆動回路２３、及びスイッチング回路２４を介して前記電流指示値Ｉに応じた電流が前記角度指示値θに応じたタイミングにてＳＲモータ１１に流される。
【００５３】
次いで、ＣＰＵ２１ａはステップ１４５に進み、同ステップ１４５にて電源スイッチがオフ状態に変更されたか否かを判定し、同電源スイッチがオフ状態でなければ同ステップ１４５にて「Ｎｏ」と判定して上記ステップ１１０に戻る。他方、ステップ１４５の実行時に電源スイッチがオフ状態であれば、ＣＰＵ２１ａはステップ１４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５０に進み、同ステップ１５０にて停止処理を行った後にステップ１９５にて本ルーチンを終了する。
【００５４】
このように、アクセル操作量αに基いて目標トルクreqtrqが決定され、この目標トルクreqtrqが実際のモータ回転速度ＮｍとコントローラＫとにより決定されたフィードバック補正量ｕ（ｋ）により補正されて指示トルクＴが決定され、この指示トルクＴに応じてＳＲモータ１１への通電がなされる。
【００５５】
以上、説明したように、本実施形態によれば、ＳＲモータ１１の応答が理想的な制振性及び応答性を有する規範モデルrsysに応じた応答となるとともに、回転数検出手段の有するノイズによる影響を受け難く、トルクリップル、及び運転状態や車種等の相違による特性変動に対するロバスト性に優れた電動モータの制御装置が提供される。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ＳＲモータ１１は他の形式の電動モータであってもよく、上記電動モータの制御装置は電気自動車以外の装置の電動モータを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による電動モータの制御装置を搭載した車両（電気自動車）の構成ブロック図である。
【図２】  図１に示した駆動回路とスイッチング回路の回路図である。
【図３】  図１に示したＣＰＵが参照する、アクセル操作量に対する目標トルクを規定する目標トルクマップである。
【図４】  図１に示した電動モータの制御装置が備えるコントローラをＨ∞制御により決定するためのブロック図である。
【図５】  Ｈ∞制御の一般化プラントのブロック図である。
【図６】  図４に示した規範モデルと実モデルの周波数に対するゲイン特性及び位相特性を示すグラフである。
【図７】  図４に示した実モデル、規範モデル、コントローラ、及び重み関数の接続関係を示す部分ブロック図である。
【図８】  図７に示した重み関数ｗｓの周波数に対するゲイン特性を示したグラフである。
【図９】  特性変動の取り扱い方を概念的に示すブロック図である。
【図１０】  図９に示した取り扱いを具体化したブロック図である。
【図１１】  図１０に示した重み関数ｗｍ１の周波数に対するゲイン特性を示したグラフである。
【図１２】  図１０に示した重み関数ｗｍ２の周波数に対するゲイン特性を示したグラフである。
【図１３】  センサノイズの取り扱い方を概念的に示すブロック図である。
【図１４】  図１３に示した取り扱いを具体化したブロック図である。
【図１５】  図１４に示した重み関数ｗｎの周波数に対するゲイン特性を示したグラフである。
【図１６】  図１に示した電動モータの制御装置が備えるコントローラを設計する手順を示したフローチャートである。
【図１７】  コントローラＫ（Ｈ∞コントローラ）を図１に示したマイクロコンピュータに実装した場合のブロック図である。
【図１８】  図１に示したマイクロコンピュータが実行するプログラムを示すフローチャートである。
【図１９】  従来のＳＲモータの制御系を示すブロック図である。
【図２０】  図１９に示した制御系における目標トルクの変化とモータ回転速度の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１１…モータ、１１ａ〜１１ｃ…モータコイル、１２…ドライブシャフト、１３…差動歯車装置、１４…駆動輪、１６…バッテリ、２０…電気制御装置、２１…マイクロコンピュータ、２２…チョッパ回路、２３…駆動回路、２４…スイッチング回路、２８…レゾルバ。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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