(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令値に基づいて指令電流を生成する上位制御部と、
出力電圧の切替周期ごとに電力変換器の各相の前記出力電圧の組み合わせで表されるベクトルに関して仮定した仮定電圧ベクトルを複数設定し、デッドタイムと前記出力電圧の切替周期の比率に応じて前記出力電圧の切替周期を２分割し、その２分割した各期間ごとに前記仮定電圧ベクトルの前記電力変換器の出力電流の予測値である予測電流を算出し、前記仮定電圧ベクトルと前記予測電流の評価関数を前記指令電流に基づいて求め、前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルまたは前記仮定電圧ベクトルの組み合わせを指令電圧ベクトルまたは指令電圧ベクトル行列とし、前記指令電圧ベクトルまたは前記指令電圧ベクトル行列に基づいてゲート信号を出力するモデル予測制御部と、
前記ゲート信号に基づいて駆動制御される前記電力変換器と、
を備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
前記出力電圧の切替周期は、
以下の（９）式によって定められるセット値Ｓに基づいて、第１期間の（Ｔｄｅａｄ−（Ｓ−１）Ｔｃ）と第２期間の（ＳＴｃ−Ｔｄｅａｄ）に２分割されることを特徴とする請求項１記載の電力変換システム。
【数９】
0006977837.tif 000056
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
Ｚ：整数集合
【請求項３】
前記モデル予測制御部は、
前記仮定電圧ベクトルを設定し、電流極性と前記仮定電圧ベクトルの変化に基づいてデッドタイム判定を行い、前記デッドタイム判定によりデッドタイムと判定された場合、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ−１個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に基づいて前記仮定電圧ベクトルの前記予測電流を求め、前記仮定電圧ベクトルおよび前記予測電流の評価関数を求め、前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルを指令電圧ベクトルとして出力する予測部と、
前記指令電圧ベクトルで表現される電圧を電力変換器から出力するためのゲート信号を出力するゲート信号決定部と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記モデル予測制御部は、
予測期間中の各出力電圧の切替周期に複数の前記仮定電圧ベクトルを設定し、電流極性と前記仮定電圧ベクトルの変化に基づいてデッドタイム判定を行い、前記デッドタイム判定によりデッドタイムと判定された場合、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ−１個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に基づいて前記仮定電圧ベクトルの前記予測電流を求め、前記仮定電圧ベクトルと前記予測電流の評価関数を算出し、前記予測期間における前記仮定電圧ベクトルの組み合わせの中から前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルの組み合わせを指令電圧ベクトル行列として出力する予測部と、
複数の出力電圧の切替周期の前記指令電圧ベクトル行列から今回の出力電圧の切替周期の電圧ベクトルを選択し、出力電圧ベクトルとして出力する読み出し部と、
前記出力電圧ベクトルで表現される電圧を前記電力変換器から出力するためのゲート信号を出力するゲート信号決定部と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記予測電流は以下の（１８）式、（１９）式により算出することを特徴とする請求項３または４記載の電力変換システム。
【数１８】
0006977837.tif 000057
【数１９】
0006977837.tif 000058
ｉｄ’：ある時刻から第１期間先のｄ軸電流
ｉｑ’：ある時刻から第１期間先のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｑ軸電流
Ｔ１：第１期間
Ｔ２：第２期間
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
ｖｄ１：第１期間のｄ軸電圧
ｖｄ２：第２期間のｄ軸電圧
ｖｑ１：第１期間のｑ軸電圧
ｖｑ２：第２期間のｑ軸電圧
Ｓ：セット値
Ｒ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ωｒ：電気角速度
ψ：永久磁石鎖交磁束数
【請求項６】
前記予測電流は以下の（４８）式により算出することを特徴とする請求項３または４記載の電力変換システム。
【数４８】
0006977837.tif 000059
ｉｄ’：ある時刻から第１期間先のｄ軸電流
ｉｑ’：ある時刻から第１期間先のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｑ軸電流
Ｔ１：第１期間
Ｔ２：第２期間
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
ｖｄ１：第１期間のｄ軸電圧
ｖｄ２：第２期間のｄ軸電圧
ｖｑ１：第１期間のｑ軸電圧
ｖｑ２：第２期間のｑ軸電圧
Ｓ：セット値
Ｒ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ωｒ：電気角速度
ψ：永久磁石鎖交磁束数
【請求項７】
モデル予測制御により電力変換器を制御する電力変換システムの制御方法であって、
上位制御部が、指令値に基づいて指令電流を生成し、
モデル予測制御部が、出力電圧の切替周期ごとに前記電力変換器の各相の前記出力電圧の組み合わせで表されるベクトルに関して仮定した仮定電圧ベクトルを複数設定し、デッドタイムと前記出力電圧の切替周期の比率に応じて前記出力電圧の切替周期を２分割し、その２分割した各期間ごとに前記仮定電圧ベクトルの前記電力変換器の出力電流の予測値である予測電流を算出し、前記仮定電圧ベクトルと前記予測電流の評価関数を前記指令電流に基づいて求め、前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルまたは仮定電圧ベクトルの組み合わせを指令電圧ベクトルまたは指令電圧ベクトル行列とし、前記指令電圧ベクトルまたは前記指令電圧ベクトル行列に基づいて前記電力変換器を駆動制御するゲート信号を出力することを特徴とする電力変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器を用いて電圧を出力するシステムにおける電流制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力された三相交流電圧をＡＣ／ＤＣ変換器で直流電圧に変換し、直流電圧をインバータ（電力変換器）によって所望の周波数，振幅の交流電圧として出力するシステムを考える。インバータは半導体素子のスイッチングによって出力電圧を制御する。このとき、インバータの出力可能な電圧は離散的な値となる。
【０００３】
このようなシステムでは、出力電流を所望の値とするために電流制御を用いることがある。電流制御の一般的な構成では、ＡＣＲ（Ａｕｔｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ：電流制御器）が連続的な値で指令電圧を決定する。しかし、インバータの出力は多くの場合離散的であり、連続的な電圧値は実際には出力不可能である。そのため、三角波比較ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、指令電圧を平均的に達成できる離散的な出力電圧を決定する。
【０００４】
しかし、ＡＣＲと三角波比較ＰＷＭを用いた構成以外にも電流制御の方法は存在する。その一例が、本願発明の対象とするＭＰＣ（Ｍｏｄｅｌ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：モデル予測制御）である。ＭＰＣでは、仮定した出力電圧それぞれに対する電流の変化を予測し、出力電流の軌跡が最も指令電流に追従するような電圧を実際の出力として採用する。離散的な出力電圧を前提としており、瞬時電流を予測できるのがＭＰＣの特長である。
【０００５】
ＭＰＣに関しては、非特許文献１，２、特許文献１が開示されている。非特許文献１においては、ＭＰＣの基本的な制御構成、モータの状態方程式を用いた電流の予測方法、そして予測電流と電圧ベクトルの評価方法が述べられている。評価方法に関して、指令電流と各予測電流の偏差、全偏差のうちの最大値、電圧ベクトルの変化回数、といった項目を考慮することで、指令電流と近い出力電流を得られ、かつ、電圧変化回数（スイッチング回数）の少ない出力電圧を決定できる。
【０００６】
特許文献１では、電流の予測演算をｉ（ｎ＋２）まで行うＭＰＣの制御法が開示されている。この特許文献１においては、検出の時刻をｎとし、演算時間中の電流変化を予測してｉ（ｎ＋１）を得ている。その後、ｉ（ｎ＋１）からインバータの電圧ベクトル分岐を考えてｉ（ｎ＋２）を算出し、ｉ（ｎ＋２）の評価で電圧ベクトルを定める。
【０００７】
非特許文献２では、デッドタイム（インバータの短絡保護のために設けるゲート信号立ち上がりのバッファ期間）によって出力電圧値が減少することに対策し、デッドタイムを考慮したインバータモデルによって電流予測演算を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２５２４３３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】門田充弘、道木慎二、大熊繁、「永久磁石同期モータの電流制御系に対するモデル予測制御の適用」、電学論Ｃ、１３１巻４号、２０１１年、ｐｐ．８６１−８６９
【非特許文献２】井村彰宏、高橋友哉、藤綱雅己、残間忠直、道木慎二、「ＰＭＳＭのモデル予測瞬時電流制御に適したデッドタイム考慮インバータモデルの提案」、平成２５年電気学会産業応用部門大会、３−６５、２０１３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
先行技術文献は、出力電圧の切替周期を短くすると電流制御性能の低下を招く。ＭＰＣでは、仮定した電圧ベクトルのもたらす電流変化を予測し、最適の電流が得られる電圧ベクトルを実際に出力する。この予測演算、および出力電圧の切替は数十μｓの周期で行われることが多い。だが、出力電圧の切替周期が長いほどパルス幅の刻みが粗くなるため、三角波比較ＰＷＭと同等以上の定常電流特性とする場合には数μｓ〜１０μｓ程度の出力電圧の切替周期が望ましい。
【００１１】
ここで、大容量モータ駆動など大電流を扱う用途ではデッドタイムを１μｓ〜１０μｓ弱に設定することが多いため、デッドタイムの影響が無視できなくなる。特に出力電圧の切替周期がデッドタイム以下の場合、電圧の変化によって電流がある軌跡で変化すると予測しても、実際には切り替えた周期にはデッドタイム期間中となり電流極性によっては電圧の変化が起こらない。このような場合、電圧が変化する仮定で演算した予測電流と実際の出力電流が大きく乖離してしまう。
【００１２】
電流予測のずれは電流リプルの増大やスイッチング回数の増加を招く恐れがある。よって、モデル予測制御の定常電流性能を高めるためにはデッドタイムの影響を考慮した電流予測演算が求められる。
【００１３】
非特許文献１、特許文献１においてはデッドタイムを考慮する動的な電流予測演算について言及されていない。
【００１４】
非特許文献２においてはデッドタイムを考慮した出力電圧によって電流予測演算を行う。しかし、デッドタイムが制御周期（出力電圧の切替周期）以下の場合にのみ適用可能な形で定式化されている。また、デッドタイムと制御周期の値の関係によっては、制御周期の割り込みのタイミングではなく制御周期中のどこかのタイミングで電圧が変化するが、この非特許文献２は制御周期１周期平均で電流を予測しており、割り込みのタイミングの電流のみを予測する。そのため、制御周期中に訪れる電流リプルの頂点を考慮できない。電流リプルの頂点が考慮できない場合、電流リプルが制限したい値範囲から逸脱してしまう恐れがある。
【００１５】
以上示したようなことから、モデル予測制御を行う電力変換システムにおいて、出力電圧の切替周期設定に関わらず、デッドタイムに起因する電流予測のずれを抑制することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、指令値に基づいて指令電流を生成する上位制御部と、出力電圧の切替周期ごとに複数の仮定電圧ベクトルを設定し、デッドタイムと前記出力電圧の切替周期の比率に応じて前記出力電圧の切替周期を２分割し、その２分割した各期間ごとに前記仮定電圧ベクトルの予測電流を算出し、前記仮定電圧ベクトルと前記予測電流の評価関数を求め、前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルまたは前記仮定電圧ベクトルの組み合わせを指令電圧ベクトルまたは指令電圧ベクトル行列とし、前記指令電圧ベクトルまたは前記指令電圧ベクトル行列に基づいてゲート信号を出力するモデル予測制御部と、前記ゲート信号に基づいて駆動制御される電力変換器と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、その一態様として、前記出力電圧の切替周期は、以下の（９）式によって定められるセット値Ｓに基づいて、第１期間の（Ｔｄｅａｄ−（Ｓ−１）Ｔｃ）と第２期間の（ＳＴｃ−Ｔｄｅａｄ）に２分割されることを特徴とする。
【００１８】
【数９】
0006977837.tif 000002
【００１９】
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
Ｚ：整数集合。
【００２０】
また、その一態様として、前記モデル予測制御部は、前記仮定電圧ベクトルを設定し、電流極性と前記仮定電圧ベクトルの変化に基づいてデッドタイム判定を行い、前記デッドタイム判定によりデッドタイムと判定された場合、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ−１個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に基づいて前記仮定電圧ベクトルの前記予測電流を求め、前記仮定電圧ベクトルおよび前記予測電流の評価関数を求め、前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルを指令電圧ベクトルとして出力する予測部と、前記指令電圧ベクトルで表現される電圧を電力変換器から出力するためのゲート信号を出力するゲート信号決定部と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、他の態様として、前記モデル予測制御部は、予測期間中の各出力電圧の切替周期に複数の前記仮定電圧ベクトルを設定し、電流極性と前記仮定電圧ベクトルの変化に基づいてデッドタイム判定を行い、前記デッドタイム判定によりデッドタイムと判定された場合、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧は、セット値Ｓ−１個の前記出力電圧の切替周期間は前記仮定電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、それ以降の出力電圧の切替周期は前記仮定電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に決定し、前記第１期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧、前記第２期間のｄ軸電圧，ｑ軸電圧に基づいて前記仮定電圧ベクトルの前記予測電流を求め、前記仮定電圧ベクトルと前記予測電流の評価関数を算出し、前記予測期間における前記仮定電圧ベクトルの組み合わせの中から前記評価関数が最上位の前記仮定電圧ベクトルの組み合わせを指令電圧ベクトル行列として出力する予測部と、複数の出力電圧の切替周期の前記指令電圧ベクトル行列から今回の出力電圧の切替周期の電圧ベクトルを選択し、出力電圧ベクトルとして出力する読み出し部と、前記出力電圧ベクトルで表現される電圧を前記電力変換器から出力するためのゲート信号を出力するゲート信号決定部と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、その一態様として、前記予測電流は以下の（１８）式、（１９）式により算出することを特徴とする。
【００２３】
【数１８】
0006977837.tif 000003
【００２４】
【数１９】
0006977837.tif 000004
【００２５】
ｉｄ’：ある時刻から第１期間先のｄ軸電流
ｉｑ’：ある時刻から第１期間先のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｑ軸電流
Ｔ１：第１期間
Ｔ２：第２期間
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
ｖｄ１：第１期間のｄ軸電圧
ｖｄ２：第２期間のｄ軸電圧
ｖｑ１：第１期間のｑ軸電圧
ｖｑ２：第２期間のｑ軸電圧
Ｓ：セット値
Ｒ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ωｒ：電気角速度
ψ：永久磁石鎖交磁束数。
【００２６】
また、他の態様として、前記予測電流は以下の（４８）式により算出することを特徴とする。
【００２７】
【数４８】
0006977837.tif 000005
【００２８】
ｉｄ’：ある時刻から第１期間先のｄ軸電流
ｉｑ’：ある時刻から第１期間先のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ）：ある時刻のｑ軸電流
ｉｄ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｄ軸電流
ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）：ある時刻から出力電圧の切替周期先の予測ｑ軸電流
Ｔ１：第１期間
Ｔ２：第２期間
Ｔｄｅａｄ：デッドタイム
Ｔｃ：出力電圧の切替周期
ｖｄ１：第１期間のｄ軸電圧
ｖｄ２：第２期間のｄ軸電圧
ｖｑ１：第１期間のｑ軸電圧
ｖｑ２：第２期間のｑ軸電圧
Ｓ：セット値
Ｒ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ωｒ：電気角速度
ψ：永久磁石鎖交磁束数。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、モデル予測制御を行う電力変換システムにおいて、出力電圧の切替周期設定に関わらず、デッドタイムに起因する電流予測のずれを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１〜４における電力変換システムを示すブロック図。
【図２】２レベルインバータの電圧ベクトルと相電圧の関係を示す説明図。
【図３】デッドタイムを考慮した予測演算を示すタイムチャート。
【図４】電流極性とデッドタイム中の出力電圧の関係を示す図。
【図５】出力周期とデッドタイムの関係を示す図。
【図６】デッドタイムと出力周期の大小関係とデッドタイムカウンタの動作を示す図。
【図７】実施形態１，３におけるＭＰＣを示すブロック図。
【図８】実施形態１における予測部の処理を示すフローチャート。
【図９】図８のフローチャートの動作例を示す図。
【図１０】実施形態２，４におけるＭＰＣを示すブロック図。
【図１１】実施形態２における予測部の処理を示すフローチャート。
【図１２】実施形態２における読み出し部の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本願発明におけるモデル予測制御（ＭＰＣ）を用いた電力変換システムの実施形態１〜４を図１〜図１２に基づいて詳述する。
【００３２】
［実施形態１］
図１に本実施形態における電力変換システムの構成図を示す。本実施形態１ではインバータによってモータを駆動する電力変換システムを想定するが、本願発明は、ＭＰＣで電流制御を行う構成であればシステムおよび回路構成は限定しない。
【００３３】
上位制御部１はＭＰＣ２より上流に存在する制御を示しており、例えば、盤・パネルの操作量やアクセル開度などの情報に基づく速度指令と検出速度とを用いて速度制御演算を行い、指令電流ｉ*を生成する。
【００３４】
上位制御部１から出力された指令電流ｉ*と、検出電流ｉと、検出位相θはＭＰＣ（モデル予測制御部）２へと入力される。ただし、θは電気角であり、例えば検出値がモータの機械的な位置である場合、適宜極対数を用いて変換を行うものとする。
【００３５】
ＭＰＣ２ではモデルパラメータをもとに次回以降の電流を予測する演算を行い、その結果をもとに電圧ベクトルを決定する。ＭＰＣ２からは決定した電圧ベクトルの通りに出力するためのゲート信号ｇが出力され、ゲート信号ｇにより電力変換器（例えばインバータ、以下インバータと称する）３が駆動される。
【００３６】
インバータ３はモータなどの負荷４に接続されており、負荷４にはゲート信号ｇに応じた電圧が印加される。
【００３７】
図１はＭＰＣによる電力変換システムの代表的なシステム構成例であり本願発明の適用対象はこれに限らない。例えば、電源に回生を行うＤＣ／ＡＣ変換器においてモデル予測に基づき電流制御を行う構成，電気角をＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）で推定してＭＰＣで用いる構成，単相の構成，などでもよい。重要なのは、モデル予測制御によって電流予測結果をもとに電圧ベクトルを決定し、その電圧ベクトルで電力変換器を駆動することである。
【００３８】
本明細書での制御に関連する周期・期間などの定義を以下に記す。
予測刻み：電流の予測刻み時間（１回の電流予測演算が扱う時間幅）
予測期間：電流を予測する最も先の時刻と現在時刻の時間幅（電流予測の全演算が扱う合計の時間幅）
出力周期：出力電圧の切替周期
演算周期：予測演算を行う周期
本実施形態１では演算周期と出力周期を同じとする。
【００３９】
ＭＰＣ２では、出力周期ごとにインバータ３の複数の電圧ベクトルを仮定し、その複数の仮定電圧ベクトルを出力した場合の予測電流を求め、最適な予測結果となる電圧ベクトルを採用し、実際の出力とする。
【００４０】
ここで、ＭＰＣ２は予測電流を評価して出力電圧を決定しているため、電流の予測精度が重要となる。
【００４１】
本実施形態１のＭＰＣ２では、出力周期を２分割した期間を予測刻みとして電流予測演算を行う。この予測刻みに基づくことにより、デッドタイムと出力周期の大小関係に関わらずデッドタイムを考慮した電流予測演算を行うことができる。
【００４２】
また、実際の出力電圧の変化タイミングに合わせて出力周期を分割するため、電流の瞬時的な変化点、つまり電流リプルの頂点を考慮して電圧ベクトルの最適性の判断を行うことができる。ただし、出力周期はデッドタイムと出力周期の長さの比率に応じて分割されるため、２等分されるとは限らない点に注意する。
【００４３】
以下では、ＭＰＣ２における電流予測演算の方法を述べたのち、出力周期を２分割することでデッドタイムを考慮した電流予測演算が可能になることを示す。その後、出力周期を２分割する電流予測演算をもつＭＰＣ２の構成について述べる。
【００４４】
電流予測演算は状態方程式に基づく。例えば、負荷４にＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機）が用いられる場合には以下の（１）式の状態方程式となる。ここで、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、ｖｄはｄ軸電圧、ｖｑはｑ軸電圧、ωｒは電気角速度、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒは巻線抵抗、ψは永久磁石鎖交磁束数である。以下では（１）式、つまりＰＭＳＭを基準に説明するが、本願発明の本質から、本願発明は状態方程式が（１）式の場合以外に適用しても構わない。
【００４５】
【数１】
0006977837.tif 000006
【００４６】
（１）式は連続的な状態方程式であるが、これを離散的な制御系で扱うために離散状態方程式にすると以下の（２）式となる。また、単に傾きと出力周期Ｔｃの積をとって近似的に変化量として扱い、以下の（３）式としてもよい。
【００４７】
【数２】
0006977837.tif 000007
【００４８】
【数３】
0006977837.tif 000008
【００４９】
（２）式，（３）式を見ると、出力周期１周期先の電流ｉｄ（ｎ＋１），ｉｑ（ｎ＋１）を予測するために、現在時刻に相当する電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）と電圧ｖｄ（ｎ），ｖｑ（ｎ）が必要となることがわかる。
【００５０】
電圧ｖｄ（ｎ），ｖｑ（ｎ）については予測演算の前段で仮定した電圧ベクトルを用いる。例えば、直流電圧ｖｄｃの２レベルインバータでは電圧ベクトルは図２になるため、以下の（４）式の計算で仮定電圧ベクトルをｄｑ軸上の電圧に変換できる。ここで、θ（ｎ）はモータの電気的な位相である。位相は角周波数に応じて進み補償を行ってもよいが、詳細な演算は後述する。
【００５１】
【数４】
0006977837.tif 000009
【００５２】
電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）については検出値を基準とする。複数回の電流予測演算を行う場合、予測途中の電流ｉｄ（ｎ＋ａ），ｉｑ（ｎ＋ａ）から電流ｉｄ（ｎ＋ａ＋１），ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）を求める演算にｎ＋ａ番目の演算で求めた予測値ｉｄ（ｎ＋ａ），ｉｑ（ｎ＋ａ）を用いてもよい。以上がＭＰＣ２における電流予測演算である。
【００５３】
次に、出力周期を２分割してデッドタイムを考慮した電流予測演算について述べる。この電流予測演算では、デッドタイムカウンタを用いてデッドタイムを考慮する。先に基本動作を述べたのち、デッドタイムカウンタの設定を述べ、最後に定数設定ごとの動作例を示す。
【００５４】
図３にデッドタイムカウンタを用いた予測演算を示す。図３の１周期目、２周期目という表記は出力周期の時系列を示す。（１）、（２）といった表記はデッドタイムと出力周期の比率で定まる出力周期の分割期間であり、図３では（１）とデッドタイムの長さが等しい。
【００５５】
仮定電圧ベクトルはＭＰＣ２が電圧ベクトルの切替の候補として設定した電圧ベクトルであり、出力周期の割り込みで変化するものとして仮定される。仮定電圧ベクトルの変化時にはデッドタイムカウンタがセットされる。そして、デッドタイムカウンタが０になるまでの間は予測演算に変化前の電圧を用いるようにする。これで、デッドタイムを考慮したことになる。
【００５６】
図３を見ると、仮定電圧ベクトルの変化の際にデッドタイムカウンタが１にセットされている。そして、デッドタイムカウンタが１の間は電流予測演算に変化前の電圧を用いるようにしており、実際の出力電圧と同じタイミングで電圧変化が想定できている。この方法で予測演算を行えば、デッドタイムを考慮した電流予測が可能となる。以上がデッドタイムを考慮した電流予測演算の基本動作である。
【００５７】
以下では、デッドタイムを考慮した電流予測演算のうちデッドタイムカウンタの設定について述べる。
【００５８】
まず、デッドタイム期間のインバータ出力電圧は条件によって異なるため、デッドタイム期間における出力電圧を考慮したデッドタイム判定について述べる。デッドタイム判定について、本明細書では電流形で出力電圧の推定を行う。以下では、便宜上Ｕ相を取り上げて説明を行うが、実際はＵＶＷの各相でデッドタイムを考慮する。
【００５９】
図４に電流極性とデッドタイム中の出力電圧の関係を示す。ｖｄｃは直流電圧、ｖＵはＵ相出力電圧、ｉＵはＵ相電流である。本実施形態１では２レベルインバータを仮定しているが、異なる構成に用いる場合は適宜回路構成に応じて条件ごとの出力電圧を求める。２レベルインバータにおいて単相の相電圧の変化を考える場合はハーフブリッジ構成を考えればよい。
【００６０】
図４（ａ）のようにｉＵ＞０の場合は、電流が下アームのダイオードを通るためＵ相出力電圧ｖＵは−ｖｄｃ／２になる。反対に図４（ｂ）のようにｉＵ＜０の場合は、電流が上アームのダイオードを通るためＵ相出力電圧ｖＵは＋ｖｄｃ／２になる。
【００６１】
図４をふまえてデッドタイム判定を考える。デッドタイムカウンタは実際の電圧変化がデッドタイムだけ遅れる場合にセットする必要があるので、以下の場合分けになる。
・ｉＵ＞０の場合、ｖＵ＝−ｖｄｃ／２→ｖＵ＝＋ｖｄｃ／２の変化ならばカウンタセット。
・ｉＵ＜０の場合、ｖＵ＝＋ｖｄｃ／２→ｖＵ＝−ｖｄｃ／２の変化ならばカウンタセット。
【００６２】
次に、出力周期の分割点について検討する。分割点は前述したように、出力周期とデッドタイムの比率で決定される。
【００６３】
図５に出力周期とデッドタイムの大小関係を図示する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）で出力周期ＴｃとデッドタイムＴｄｅａｄの大小関係を変えている。図示しやすさから出力周期Ｔｃの１／３倍で割り切れるデッドタイムＴｄｅａｄを選択した。図５に示す分割期間Ｔ１，Ｔ２は、図５（ａ）では（５）式、図５（ｂ）では（６）式、図５（ｃ）では（７）式のように定まる。なお、デッドタイムＴｄｅａｄが出力周期Ｔｃの整数倍の場合は、どのように分割しても構わないし、分割せずともよい。
【００６４】
【数５】
0006977837.tif 000010
【００６５】
【数６】
0006977837.tif 000011
【００６６】
【数７】
0006977837.tif 000012
【００６７】
（５）式〜（７）式を総合して、分割点の設定は（８）式の形になると推測される。
【００６８】
【数８】
0006977837.tif 000013
【００６９】
ｎのもっともらしい設定は、以下に説明するデッドタイムカウンタのセット値を用いて行う。
【００７０】
デッドタイムカウンタは、下記の条件で使用することとした。Ｔ１で表される分割期間前半を第１期間（１）、Ｔ２で表される分割期間後半を第２期間（２）と称している。
・デッドタイム判定に応じて値をセットする。
・第１期間（１）が終了するごとにカウンタ値を減少。（最小値は０）
・予測演算に用いる電圧ベクトルは該当期間のカウンタを参照して定める。
【００７１】
この条件のもとでは、デッドタイムカウンタのセット値Ｓを（９）式のように定めることで、デッドタイムを考慮した予測演算を行うことができる。なお、（９）式のＺは整数集合とする。
【００７２】
【数９】
0006977837.tif 000014
【００７３】
セット値Ｓは出力周期ＴｃとデッドタイムＴｄｅａｄの大小関係を表す数であるため、（８）式のｎに（９）式のＳを置き換えることができる。（８）式，（９）式にてｎ＝Ｓとした（１０）式を見ると、図５（ａ）〜（ｃ）それぞれのデッドタイムＴｄｅａｄと出力周期Ｔｃの設定において（６）式〜（７）式を満たすことがわかる。
【００７４】
【数１０】
0006977837.tif 000015
【００７５】
以上がデッドタイムカウンタの設定である。
【００７６】
以下では、デッドタイムを考慮した電流予測演算のうち、定数設定ごとの動作を確認する。定数設定として、デッドタイムＴｄｅａｄが出力周期Ｔｃ未満の場合、デッドタイムＴｄｅａｄが出力周期Ｔｃの１倍以上２倍未満の場合、デッドタイムＴｄｅａｄが出力周期Ｔｃの２倍以上３倍未満の場合という３種類の設定を用いて、本実施形態１がデッドタイムＴｄｅａｄと出力周期Ｔｃの設定に関わらず適用可能であることを示す。
【００７７】
図６にデッドタイムＴｄｅａｄと出力周期Ｔｃの大小関係とデッドタイムカウンタの動作を示す。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれが表す大小関係の種類は図５と対応している。
【００７８】
電圧の変化タイミングを見ると、（９）式に基づくデッドタイムカウンタのセット、および第１期間（１）終了ごとのカウンタ減算により予測演算に用いる電圧にデッドタイムを考慮できていることがわかる。
【００７９】
電流予測演算には、デッドタイムＴｄｅａｄに基づいて出力周期Ｔｃ中に出力電圧が変化する場合、出力周期Ｔｃ中に出力電圧が変化せず一定の場合、が存在する。本実施形態１の２分割した電流予測演算はどちらの場合でも問題なく動作する。このことを、数式を用いて示す。（１）式の状態方程式で電圧に関わる項以外をおおむね一定とみなし、（３）式の前進オイラー法で期間ｔの電流変化量Δｉｄ，Δｉｑを得るとき、（１１）式のようになる。
【００８０】
【数１１】
0006977837.tif 000016
【００８１】
（１１）式のもとで出力周期Ｔｃ中の電流予測演算を行う。図６に示すように変化前の（仮定）電圧ベクトルをＶｅｃ１、変化後の（仮定）電圧ベクトルをＶｅｃ２とする。そして、Ｖｅｃ１のＵＶＷ／ｄｑ変換後のｄｑ軸電圧をｖｄ１，ｖｑ１、Ｖｅｃ２のＵＶＷ／ｄｑ変換後のｄｑ軸電圧をｖｄ２，ｖｑ２とおく。
【００８２】
図６（ａ）の１周期目の場合、出力周期Ｔｃ全体での電流変化量は（１２）式のように計算できる。厳密には第１期間（１）終了時の電流値で第２期間（２）のＫを再計算すべきだが、ここではわかりやすさのため一旦省略する。図６（ａ）の条件ではＳ＝１であり、デッドタイム分が打ち消された結果、単に（１１）式にｔ＝Ｔｃ，ｖｄ＝ｖｄ１，ｖｑ＝ｖｑ１を代入した形になっており、分割しない電流予測演算と同等になる。
【００８３】
【数１２】
0006977837.tif 000017
【００８４】
図６（ａ）の２周期目の場合、電流変化量は（１３）式になる。第１期間（１）ではＶｅｃ１、第２期間（２）ではＶｅｃ２が用いられることに注意する。（１３）式の最終形を見るとデッドタイムＴｄｅａｄ期間分の電流変化はＶｅｃ１のｄｑ軸電圧が、デッドタイム終了から出力期間終了までの（Ｔｃ−Ｔｄｅａｄ）期間分の電流変化はＶｅｃ２のｄｑ軸電圧が用いられている。よって、電圧変化タイミングに合わせた予測演算ができている。
【００８５】
（１３）式は非特許文献２に示されたデッドタイムを考慮した数式と同じになっている。つまり、この非特許文献２の方式は、本実施形態１においてＳ＝１とし、Ｋの再計算を無視して第１期間（１）と第２期間（２）で同じＫを用いることと等しい。また、そのため、この非特許文献２はＳ＝１以外の場合に対応できず、Ｋの再計算を無視していることによる瞬時電流の予測精度低下が生じることも言える。
【００８６】
【数１３】
0006977837.tif 000018
【００８７】
図６（ａ）の３，４周期目については（１２）式でｄｑ軸電圧がｖｄ２，ｖｑ２と変わるのみである。
【００８８】
図６（ｂ）についても同様に考える。図６（ｂ）の１周期目の場合、電流変化量は（１４）式になる。図６（ｂ）の条件ではＳ＝２になることに注意する。電圧ベクトルが第１，第２期間（１），（２）で同じであればＳの値に関わらず、（１２）式と同じ形なる。
【００８９】
【数１４】
0006977837.tif 000019
【００９０】
図６（ｂ）の２周期目はデッドタイムカウンタにより電圧ベクトルは変化前のＶｅｃ１のまま保たれるので（１４）式と同様である。
【００９１】
図６（ｂ）の３周期目の場合、電流変化量は（１５）式になる。図６（ｂ）のデッドタイムＴｄｅａｄは出力周期Ｔｃの１周期よりも長く２周期よりも短いため、Ｔｄｅａｄ−ＴｃはデッドタイムＴｄｅａｄを出力周期Ｔｃで割り切れない余り分の期間を表しており、２Ｔｃ−Ｔｄｅａｄは（出力周期）−（余り分）を表している。Ｓ＝２の場合でも電圧変化タイミングに合わせた予測演算ができている。
【００９２】
【数１５】
0006977837.tif 000020
【００９３】
図６（ｂ）の４周期目は、Ｖｅｃ２を用いるだけで（１４）式と同様である。
【００９４】
図６（ｃ）の１周期目は、電流変化量は（１６）式で表される。図６（ｃ）ではＳ＝３となるが、図６（ｂ）の１周期目と同じく、（１２）式と同じ形になる。
【００９５】
【数１６】
0006977837.tif 000021
【００９６】
図６（ｃ）の２，３周期目は、デッドタイムカウンタにより変化前の電圧ベクトルＶｅｃ１が用いられ、（１４）式と同じ形になる。
【００９７】
図６（ｃ）の４周期目の場合、電流変化量は（１７）式になる。図６（ｃ）のデッドタイムＴｄｅａｄは出力周期Ｔｃの２周期よりも長く３周期よりも短いため、Ｔｄｅａｄ−２Ｔｃはデッドタイムを出力周期Ｔｃで割り切れない余り分の期間を表しており、３Ｔｃ−Ｔｄｅａｄは（出力周期）−（余り分）を表している。Ｓ＝３の場合でも電圧変化タイミングに合わせた予測演算ができている。
【００９８】
【数１７】
0006977837.tif 000022
【００９９】
したがって、電流変化量は図６（ａ），（ｂ），（ｃ）すべての場合で、出力周期Ｔｃ中の出力電圧の変化の有無にかかわらず適切に求められている。よって、デッドタイムカウンタと（９）式，（１０）式に基づけば、デッドタイムＴｄｅａｄを考慮した適切な電流予測演算を行うことができる。
【０１００】
（１２）式〜（１７）式では、第２期間（２）のＫを第１期間（１）と同じものとして扱ったが、実際は電流値によってＫの値は変わるため、再計算の必要がある。このことを考慮した正確な電流予測演算を（１８）式，（１９）式に示す。ある時刻のｄｑ軸電流ｉｄ（ｎ＋ａ），ｉｑ（ｎ＋ａ）から出力周期１周期だけ先の予測電流ｉｄ（ｎ＋ａ＋１），ｉｑ（ｎ＋ａ＋１）を導出している。ただし、ａは予測演算の扱う時刻を表す整数である。なお、ｉｄ’，ｉｑ’は、ある時刻（ｎ＋ａ）から第１期間（１）先のｄ軸電流，ｑ軸電流を示す。
【０１０１】
ここで、ｖｄ１，ｖｑ１，ｖｄ２，ｖｑ２は上述のＶｅｃ１，Ｖｅｃ２に基づく設定よりも一般的な設定として置きなおしており、ｖｄ１，ｖｑ１は該当出力周期においてデッドタイムＴｄｅａｄを考慮した（仮定）電圧ベクトルに基づく第１期間（１）のｄｑ軸電圧、ｖｄ２，ｖｑ２は第２期間（２）のｄｑ軸電圧である。
【０１０２】
【数１８】
0006977837.tif 000023
【０１０３】
【数１９】
0006977837.tif 000024
【０１０４】
以上が定数設定ごとの動作例である。これで、デッドタイムを考慮した電流予測演算について、すべて述べたことになる。
【０１０５】
以下では、出力周期を２分割する電流予測演算をもつＭＰＣの構成について述べる。
【０１０６】
図７に本実施形態１のＭＰＣ２の構成図を示す。指令電流ｉ*は便宜上指令ｄ軸電流ｉｄ*、指令ｑ軸電流ｉｑ*に分割する。三相二相変換部５は、三相の検出電流ｉを検出位相θに基づいて、ＵＶＷ／ｄｑ変換し、検出ｄ軸電流ｉｄ、検出ｑ軸電流ｉｑに変換する。
【０１０７】
微分器６は、検出位相θを微分処理、あるいは疑似微分処理して検出電気角速度ωｒを出力する。
【０１０８】
指令ｄ軸電流ｉｄ*，指令ｑ軸電流ｉｑ*，検出ｄ軸電流ｉｄ，検出ｑ軸電流ｉｑ，検出位相θ，検出電気角速度ωｒ，指令電圧ベクトル前回値Ｖｚ*，指令電圧ベクトル前々回値Ｖｚｚ*、デッドタイムカウンタ前回値Ｄｚは予測部７に入力される。予測部７は電流の予測演算と予測結果の評価を行い、次回以降の出力電圧ベクトルである指令電圧ベクトルＶ*を出力する。また、指令電圧ベクトルＶ*と同時刻に関するカウンタ値を出力デッドタイムカウンタＤｏｕｔとして出力する。
【０１０９】
指令電圧ベクトルＶ*は１回遅延を経て指令電圧ベクトル前回値Ｖｚ*、また、２回遅延を経て指令電圧ベクトル前々回値Ｖｚｚ*として予測部７に入力され、次回以降の予測演算に用いられる。出力デッドタイムカウンタＤｏｕｔは１回遅延を経てデッドタイムカウンタ前回値Ｄｚとして予測部７に入力され、次回の予測演算に用いられる。
【０１１０】
ゲート信号決定部８では電力変換システムの回路構成に基づき指令電圧ベクトルＶ*で表現される電圧をインバータ３から出力するためのゲート信号ｇの決定およびデッドタイムの挿入を行う。本実施形態１では、指令電圧ベクトルＶ＊の通りの電圧が出力される範囲内であればゲート信号決定部８の構成は特に限定しない。そして、ゲート信号ｇはＭＰＣ２の出力となる。
【０１１１】
図７で重要なのは、予測部７では動的に電流予測演算を行って電圧ベクトルを決定し、出力することであり構成は図７に限らない。例えば、検出電気角速度ωｒを用いず推定電気角速度を用いる構成も許容される。
【０１１２】
図８は予測部７の処理を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートでは、以下の処理を行う。
Ａ）前回指令した電圧ベクトルによる電流変化を電流予測演算によって予測する。
Ｂ）次回以降の出力周期の電圧ベクトルを仮定する。
Ｃ）仮定した電圧ベクトルによる電流変化を電流予測演算によって予測する。
Ｄ）予測電流と仮定した電圧ベクトルを評価する。
Ｅ）評価結果の良い電圧ベクトルを採用し、出力とする。
【０１１３】
Ａ，Ｃの処理が本実施形態１の本質であり、この処理において出力周期を２分割する電流予測演算を行う。Ｂ，Ｄ，ＥはＭＰＣにおいて基本的な処理である。
【０１１４】
１−１では、指令ｄ軸電流ｉｄ*，指令ｑ軸電流ｉｑ*，検出ｄ軸電流ｉｄ，検出ｑ軸電流ｉｑ，検出位相θ，検出電気角速度ωｒ，指令電圧ベクトル前回値Ｖｚ*，指令電圧ベクトル前々回値Ｖｚｚ*，デッドタイムカウンタ前回値Ｄｚを入力する。
【０１１５】
１−２では、入力値を演算の始点時刻ｎとして各変数に代入する。具体的には、Ｖ（ｎ−１）＝Ｖｚｚ＊、Ｖ（ｎ）＝Ｖｚ＊、ｉｄ（ｎ）＝ｉｄ、ｉｑ（ｎ）＝ｉｑ、Ｄ（ｎ）＝Ｄｚとする。ただし、指令電圧ベクトル前々回値Ｖｚｚ*は前々回の値であるため、ｎ−１の時刻に設定する。
【０１１６】
１−３では、デッドタイム判定を行い、その結果をもとにデッドタイムカウンタＤ（ｎ）から次の時刻ｎ＋１までのカウンタ値を演算してデッドタイムカウンタＤ（ｎ＋１）を得る。そして、デッドタイムカウンタＤ（ｎ），Ｄ（ｎ＋１）の情報を用いて出力周期を２分割した期間の電圧値ｖｄ１，ｖｑ１，ｖｄ２，ｖｑ２を算出する。この際、位相θ（ｎ）の情報を適宜用いる。
【０１１７】
以上の１−３の処理をより具体的に数式化する。ここでデッドタイムカウンタは相ごとに持つ必要がある。電圧ベクトルとデッドタイムカウンタから特定の１相を取り出した値をＶｘ（ｎ），Ｄｘ（ｎ）などと表すことにする。ＵＶＷ相を用いる場合、Ｖ（ｎ）＝（Ｖｕ（ｎ）  Ｖｖ（ｎ）  Ｖｗ（ｎ））である。つまり、電圧ベクトルＶ（ｎ）が（１  ０  ０）の場合Ｖｕ（ｎ）＝１、Ｖ（ｎ）が（０  １  ０）の場合Ｖｕ（ｎ）＝０、などとなる。
【０１１８】
Ｕ相を考えると、（２０）式のように電流極性と（仮定）電圧ベクトル変化からデッドタイムカウンタをセットする。ここで、Ｄｘ’は第１期間（１）のデッドタイムカウンタであり、Ｄｘ’（ｎ＋ａ）からカウンタ減算処理を経たＤｘ（ｎ＋ａ）が第２期間（２）のデッドタイムカウンタである。ここでは、ａは０以上の整数であり、１−３の処理ではａ＝０となる。セット値Ｓは上記した（９）式で定められる。なお、Ｄｘ（ｎ＋ａ）は次周期のデッドタイムカウンタ演算で用いるために仮定した電圧ベクトルとともに値を保持する必要がある。
【０１１９】
また、デッドタイム判定値ｊｄｅａｄｘは１のときに出力電圧がデッドタイムだけ遅れて変化する設定であり、前述と同じデッドタイム判定で判定を行うが、Ｄｘ’（ｎ＋ａ）の場合分けで電圧ベクトルが変化するかどうかを含めたため、今回電圧ベクトルＶｘ（ｎ＋ａ）と電流極性のみで判別を行っている。
【０１２０】
ここでは、デッドタイムカウンタを第１期間（１）用のものと第２期間（２）用のものでわけて扱っているが、この演算の目的はデッドタイムカウンタを用いて上記した出力周期を２分割する電流予測演算を行うことであり、詳細な演算方法はこれに限らない。
【０１２１】
すなわち、デッドタイム判定によりデッドタイムと判定された場合、第１期間（１）のｄ軸電圧Ｖｄ１，ｑ軸電圧Ｖｑ１は、セット値Ｓ個の出力電圧の切替周期間は（仮定）電圧ベクトル電圧の変化前のｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑに設定し、それ以降の出力電圧の切替周期は（仮定）電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑに設定し、第２期間のｄ軸電圧Ｖｄ２，ｑ軸電圧Ｖｑ２は、セット値Ｓ−１個の出力電圧の切替周期間は（仮定）電圧ベクトルの変化前のｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑに設定し、それ以降の出力電圧の切替周期は（仮定）電圧ベクトルの変化後のｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑに設定する。
【０１２２】
上記の条件を満たすようにすれば、デッドタイムカウンタを第１期間（１）と第２期間（２）とで共通としても別々にしてもよく、デッドタイムカウンタの詳細な演算方法は（２０）式〜（２３）式に限らない。
【０１２３】
【数２０】
0006977837.tif 000025
【０１２４】
【数２１】
0006977837.tif 000026
【０１２５】
【数２２】
0006977837.tif 000027
【０１２６】
また、電流極性については先の出力周期の予測を行う場合、検出電流の正負と該当出力周期の正負が異なる可能性がある。これについては、例えば、（２３）式〜（２５）式を用いるなどして、三相電流の位相角θｉｕ，θｉｖ，θｉｗを得て電流正負を考慮すればよい。このθｉｕ（ｎ＋ａ）は正弦波の位相として得られる計算となっており、０以上π未満では電流値は正、π以上２π未満では負となる。
【０１２７】
演算の結果θｉｕ，θｉｖ，θｉｗが０以上２π未満の領域に入らない場合は適宜２πを増減すれば等価な判定を行うことができる。また、この判定の際、正負の切り替わり付近、すなわち位相０，２π付近およびπ付近にて正負判定が不正確になる恐れがある。これに関しては、位相０，２π付近、およびπ付近の特定の範囲にて、前述のデッドタイム判定値ｊｄｅａｄｘが０となるようにする、あるいは後述の電圧ｖｄ１，ｖｑ１，ｖｄ２，ｖｑ２に位相θｉｕ，θｉｖ，θｉｗの値で定まる０以上１未満のゲインをかけてから１−４の演算を行うようにする、などと位相に不感帯処理を設けてもよい。
【０１２８】
【数２３】
0006977837.tif 000028
【０１２９】
【数２４】
0006977837.tif 000029
【０１３０】
【数２５】
0006977837.tif 000030
【０１３１】
なお、位相θ（ｎ＋ａ）は出力周期中の回転位相角を考慮して（２６）式のように求める。検出位相θに対し検出角速度ωｒによる回転分の位相を加算している。ただし、Ｔｃは出力周期、Ｌθは出力周期中の任意の時刻を位相基準とするための位相調整項であり、（２７）式で定まる。Ｌθ＝Ｔｃ／２の場合、出力周期Ｔｃの中間時刻を位相基準としていることになる。
【０１３２】
【数２６】
0006977837.tif 000031
【０１３３】
【数２７】
0006977837.tif 000032
【０１３４】
デッドタイムカウンタＤｘ’（ｎ＋ａ）、Ｄｘ（ｎ＋ａ）を参照することで電流予測演算に用いる電圧が（２８）式〜（３３）式のように定められる。ここで、ｖｄ１，ｖｑ１は第１期間（１）のｄ軸電圧、ｑ軸電圧であり、ｖｄ２，ｖｑ２は第２期間（２）のｄ軸電圧、ｑ軸電圧である。第１期間（１）と第２期間（２）は出力周期Ｔｃを分割した期間であり、一般に短い時間幅が想定されることから電気位相角θ（ｎ＋ａ）を共通としてｄｑ軸電圧を生成したが、第１期間（１）と第２期間（２）のそれぞれについて、始点時刻、中間時刻などを基準に位相を別々に算出して用いてもよい。
【０１３５】
【数２８】
0006977837.tif 000033
【０１３６】
【数２９】
0006977837.tif 000034
【０１３７】
【数３０】
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【０１３８】
【数３１】
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【０１３９】
【数３２】
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【０１４０】
【数３３】
0006977837.tif 000038
【０１４１】
以上が、１−３の処理である。
【０１４２】
１−４では、電流変化を（１８）式，（１９）式を用いて予測する。１−４の場合は、ａ＝０となる。前述したように（１８）式，（１９）式によって出力周期Ｔｃを第１期間（１）、第２期間（２）に２分割した電流予測演算を行ったことになる。以上の１−２〜１−４が前述したＡ〜ＥのうちＡの処理に相当する。
【０１４３】
１−５では、仮定電圧ベクトルＶ’（ｎ＋ａ）を設定する。ここでは、次周期以降の電圧ベクトルを仮定しており、ａは１以上となる。対象とする回路構成に合わせて電圧ベクトルを仮定するが、本願発明の本質とは独立して考えることができるため、任意の決定法で仮定してよい。例えば、２レベルインバータにおいて１相以下の変化を許した場合の４種類のうちから１つの電圧ベクトルを選ぶ、といった決定法がある。１−５は前述の処理Ｂに相当する。
【０１４４】
１−６では、仮定した電圧ベクトルに基づいてデッドタイムカウンタの決定、およびｄｑ軸電圧の算出を行う。前述の（２０）式〜（３３）式に適宜ｎ＋ａ部分を対象電圧ベクトルに合わせて代入すればよい。この計算においては、仮定電圧ベクトルＶ’（ｎ＋ａ）はＶ（ｎ＋ａ）と差し替えて考えてよい。
【０１４５】
１−７では、電流変化を（１８）式，（１９）式を用いて予測する。１−４と扱う時刻が異なるだけで同様の演算である。１−６、１−７は前述の処理Ｃに相当する。
【０１４６】
１−８では、仮定電圧ベクトルと予測電流の評価を行う。評価については１−５と同様に本願発明の本質とは独立して考えることができるため、任意の評価関数としてよい。例えば、（３４）式〜（３７）式のように指令電流と予測電流の偏差と、電圧ベクトル変化の有無を評価指標とすればよい。Ｊは評価関数であり、電流偏差が大きいか電圧ベクトル変化有（スイッチング有）の場合、つまり望ましくない結果である場合に値が大きくなる設定とした。したがって、Ｊが小さければ良い評価を与えられたことになる。
【０１４７】
ただし、Ｗｉｄ，Ｗｉｑ，Ｗｖは評価指標同士の優先度を調整する重みづけ係数、Ｎは予測期間中の出力周期数である。実際の１−８の処理では、前回までの評価関数Ｊの値に今回時刻ｎ＋ａの演算分だけを加算し、次回時刻ｎ＋ａ＋１に受け渡すようにすればよい。なお、（３７）式においても１−６と同様にＶ’（ｎ＋ａ）は適宜Ｖ（ｎ＋ａ）と差し替えて考える。１−８は前述Ｄの処理に相当する。
【０１４８】
【数３４】
0006977837.tif 000039
【０１４９】
【数３５】
0006977837.tif 000040
【０１５０】
【数３６】
0006977837.tif 000041
【０１５１】
【数３７】
0006977837.tif 000042
【０１５２】
１−９では、電圧ベクトルの考慮すべき分岐をすべて演算したかどうかの分岐を行う。予測期間中の出力周期数Ｎについてｎ＋Ｎの時刻までの仮定電圧ベクトル分岐を考えれば、すべてを演算したことになるので１−１０へ移行する。まだすべてを演算していない場合は１−５に戻り、新たな仮定電圧ベクトルを設定する。１−９は前述Ｂの処理に相当する。
【０１５３】
１−１０では、１−８で演算した評価結果のうち最良の評価を与える仮定電圧ベクトルの組み合わせＶ’（ｎ＋１）〜Ｖ’（ｎ＋Ｎ）を出力電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）〜Ｖ（ｎ＋Ｎ）として決定する。この際、デッドタイムカウンタを決定した出力電圧ベクトルにおけるカウンタに一致させておく。なお、本実施形態１で実際に出力するのはｎ＋１の時刻のみなので、ｎ＋１についてだけ値を保持する構成としても構わない。
【０１５４】
１−１１では指令電圧ベクトルＶ*に次回周期の出力電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）を、出力デッドタイムカウンタＤｏｕｔに次回周期のデッドタイムカウンタＤ（ｎ＋１）を代入する。
【０１５５】
１−１２では指令電圧ベクトルＶ*、出力デッドタイムカウンタＤｏｕｔを出力する。１−１０，１−１１，１−１２は前述Ｅの処理に相当する。
【０１５６】
以上が図８のフローチャートの動作であり、これに基づけば出力周期Ｔｃを２分割した電流予測演算を行うことができる。このフローチャートの重要な点は、出力期間を２分割した電流予測演算を行うことであり、詳細な構成は図８に限らない。
【０１５７】
以下では、図８のフローチャートの動作をデッドタイムカウンタの動作を中心に確認する。
【０１５８】
図９に図８のフローチャートの動作例を示す。ここでは、デッドタイムＴｄｅａｄが出力周期Ｔｃの１倍以上２倍未満、すなわち、（９）式よりＳ＝２の場合の１相分の動作を示している。
【０１５９】
図９では、仮定電圧ベクトルＶｘ’がｎ＋１の時刻で変化しているのに対し、出力電圧変化がデッドタイムだけ遅れて変化する場合において、電流予測演算に用いるＶ１ｘ，Ｖ２ｘにデッドタイム分の遅れが表現されている。
【０１６０】
時刻ｎでは、初期条件としてデッドタイムカウンタが０の状態となっている。
【０１６１】
時刻ｎ＋１で仮定電圧ベクトルが変化しているため、電流極性に応じたデッドタイム判定が行われる。図９の場合は電圧変化が遅れる、つまりデッドタイムカウンタのセットが必要な場合を想定している。
【０１６２】
デッドタイムカウンタのセットにあたっては、Ｄ’（ｎ＋１）にセット値Ｓがセットされる。図９の場合はＳ＝２より２が代入されている。Ｄ（ｎ＋１）は、Ｄ’（ｎ＋１）が１以上のため、１だけ減算した値が代入される。Ｄ’（ｎ＋１）は第１期間（１）の電圧Ｖ１ｘ（ｎ＋１），Ｄ（ｎ＋１）は第２期間（２）の電圧Ｖ２ｘ（ｎ＋１）に対応している。
【０１６３】
（２８）式，（３０）式に基づき（３８）式，（３９）式のようにＶ１ｘ（ｎ＋１），Ｖ２ｘ（ｎ＋１）が決定される。変化前である時刻ｎの電圧ベクトルが選択されている。Ｖ１ｘ（ｎ＋１），Ｖ２ｘ（ｎ＋１）を決定した後は、（３２）式，（３３）式を経てｄｑ軸電圧とし、（１８）式，（１９）式で電流予測演算を行えばよい。これは、ほかの時刻のＶ１ｘ（ｎ＋１），Ｖ２ｘ（ｎ＋１）決定でも同様となる。
【０１６４】
【数３８】
0006977837.tif 000043
【０１６５】
【数３９】
0006977837.tif 000044
【０１６６】
時刻ｎ＋２では、仮定電圧ベクトルの変化がないため、Ｄ’（ｎ＋２）にはＤ（ｎ＋１）の値が継承される。そして、Ｄ（ｎ＋２）はＤ’（ｎ＋２）から１だけ減算した値になる。このとき、Ｄ（ｎ＋２）は０であり、（２８）式，（３０）式に基づき（４０）式，（４１）式のようにＶ１ｘ（ｎ＋１），Ｖ２ｘ（ｎ＋１）が決定される。第１期間（１）では変化前である時刻ｎの電圧ベクトルが、第２期間（２）では変化後の電圧ベクトルが選択されている。出力電圧を見ると、時刻ｎ＋２の出力周期の第２期間（２）で立ち上がっており、デッドタイム分の電圧変化の遅れが確かに電流予測演算へと反映されていることがわかる。
【０１６７】
【数４０】
0006977837.tif 000045
【０１６８】
【数４１】
0006977837.tif 000046
【０１６９】
時刻ｎ＋３では、仮定電圧ベクトルの変化がないため、Ｄ’（ｎ＋３）にはＤ（ｎ＋２）の値が継承される。これで、Ｄ’（ｎ＋３）は０になり、第１期間（１）の電圧ベクトルも同じ時刻の仮定電圧ベクトルが選択されるようになる。Ｄ（ｎ＋３）については、すでにＤ’（ｎ＋３）が０の場合には減算しない設定であることに留意して、０が代入される。（２８）式，（３０）式に基づき（４２）式，（４３）式のようにＶ１ｘ（ｎ＋１），Ｖ２ｘ（ｎ＋１）が決定される。
【０１７０】
【数４２】
0006977837.tif 000047
【０１７１】
【数４３】
0006977837.tif 000048
【０１７２】
図９の動作では１相に焦点を当てて動作を示したが、実際は存在する相すべてで演算を行う。
【０１７３】
以上のように、図８のフローチャートは前述したデッドタイムカウンタによる電流予測演算と等価に動作し、デッドタイム分の電圧変化の遅れを電流予測演算で考慮することができる。
【０１７４】
図８のフローチャートをもとに出力電圧ベクトルを決定した後は、図７に示すようにゲート信号決定部８で出力電圧ベクトルの通りの出力電圧となるようゲート信号ｇを決定し、出力する。ゲート信号ｇは回路構成に合わせて設定するが、本願発明の本質とは独立して考えることができるため、任意の決定法で定めればよい。２レベルインバータの場合は、出力電圧ベクトルからゲート信号ｇを一意に定められるので単に電圧ベクトルとゲート信号ｇを対応付ければよい。
【０１７５】
以上が出力周期を２分割する電流予測演算をもつＭＰＣ２の構成となる。この構成にもとづいてＭＰＣ２による電流制御を行えば、デッドタイムによる電流予測精度低下・スイッチング回数の増大を防ぐことができる。
【０１７６】
以上示したように、本実施形態１によれば、図７，図８に基づいて、出力電圧の切替周期を２分割して電流予測をするＭＰＣを行うことで、高い電流制御性能、低いスイッチング周波数、を達成した制御を行うことができる。
【０１７７】
また、先行文献に対しては、デッドタイムと出力電圧の切替周期の比率に左右にされず効果を得られるという利点がある。
【０１７８】
［実施形態２］
実施形態１では、出力周期を２分割する電流予測演算の効果を説明し、それを行うためのＭＰＣ２の構成を示した。実施形態１では、出力周期と演算周期を同一の長さとみなしており、一度の演算では出力周期の１周期分の電圧ベクトルのみを定める。
【０１７９】
しかし、この構成において出力周期をデッドタイム程度に短くすると、演算周期もデッドタイム程度に短くなる。ＭＰＣ２では多数の電圧ベクトルを仮定して、より長い期間の電流を予測することが好ましい。そのため、演算周期を長く設定し、多数の電流予測演算に耐えるようにすることが求められる。演算周期を長く保つために出力周期を長くすれば、パルス幅の刻みが粗くなり電流制御性能の低下を招く。したがって、出力周期をデッドタイム程度に短く保ったうえで演算周期を長く保つ構成が必要となる。
【０１８０】
本実施形態２では、演算周期１周期に複数出力周期分の電圧ベクトルを決定し、複数の電圧ベクトル情報から出力周期ごとに該当時刻の電圧ベクトルを読み出す構成を考える。
【０１８１】
この構成を用いれば、出力周期を短く保ちつつ、演算周期を出力周期の数倍の長さに保つことができる。以下では、演算周期をＴｃａｌｃ、出力周期をＴｃとおき、（４４）式のように演算周期Ｔｃａｌｃ中の出力周期数Ｎｃａｌｃでその比率が決定されるようにする。Ｎｃａｌｃは２以上の自然数である。
【０１８２】
【数４４】
0006977837.tif 000049
【０１８３】
システム構成については実施形態１（図１）と同様である。
【０１８４】
図１０に本実施形態２のＭＰＣ２の構成を示す。図１０に示すように、本実施形態２のＭＰＣ２は、図７の構成に読み出し部９が追加されるほか、予測部７の入出力情報が変化する。Ｎｃａｌｃ周期分の電圧ベクトル情報を扱うため、指令電圧ベクトルはＮｃａｌｃ個を並べた行列値として出力される。そのため、Ｖ*は指令電圧ベクトル行列と呼ぶことにする。前回値と前々回値Ｖｚ*，Ｖｚｚ*も同様にＮｃａｌｃ個の電圧ベクトル情報をもつ行列となる。Ｖ*は実施形態１ではゲート信号決定部８に入力されたが、本実施形態２では読み出し部９に入力される。
【０１８５】
読み出し部９では指令電圧ベクトル行列Ｖ*，読み出しカウンタ前回値Ｃｚの入力をもとに出力電圧ベクトルＶ**と読み出しカウンタ値Ｃを出力する。読み出しカウンタ値Ｃは１回遅延を経て読み出しカウンタ前回値Ｃｚとして読み出し部９に入力され、次回の演算に用いられる。
【０１８６】
ゲート信号決定部８では電力変換システムの回路構成に基づき出力電圧ベクトルＶ**で表現される電圧をインバータ３から出力するためのゲート信号ｇを決定する。以上が実施形態１からの変更点であり、そのほかの構成については実施形態１の図７と同様である。
【０１８７】
ここで、読み出し部９は出力電圧の切替周期の割り込みで動作するのに対し、予測部７は読み出し部９の複数周期を１周期とする割り込み周期で動作する。指令電圧ベクトル行列前回値Ｖｚ*，指令電圧ベクトル行列前々回値Ｖｚｚ*，デッドタイムカウンタ前回値Ｄｚは予測部７の周期の１回遅延、読み出しカウンタ前回値Ｃｚは読み出し部９の周期の１回遅延であるので注意する。
【０１８８】
図１０で重要なのは、予測部７で動的に電流予測演算を行い一度の予測演算で出力電圧の切替周期の複数周期分の電圧ベクトルを決定し、出力することであり構成は図１０に限らない。
【０１８９】
図１１に本実施形態２の電流演算フローチャートを示す。図１１は演算周期Ｔｃａｌｃで動作する。図１１のフローチャートでは、図８と同様に以下を行う。
Ａ）前回指令した電圧ベクトルによる電流変化を電流予測演算によって予測する。
Ｂ）次回以降の出力周期の電圧ベクトルを仮定する。
Ｃ）仮定した電圧ベクトルによる電流変化を電流予測演算によって予測する。
Ｄ）予測電流と仮定した電圧ベクトルを評価する。
Ｅ）評価結果の良い電圧ベクトルを採用し、出力とする。
【０１９０】
本実施形態２ではこのうちＡ，Ｅの内容が実施形態１から変更される。
【０１９１】
２−１では、指令ｄ軸電流ｉｄ*，指令ｑ軸電流ｉｑ*，検出ｄ軸電流ｉｄ，検出ｑ軸電流ｉｑ，検出位相θ，検出電気角速度ωｒ，指令電圧ベクトル行列前回値Ｖｚ*，指令電圧ベクトル行列前々回値Ｖｚｚ*，デッドタイムカウンタ前回値Ｄｚを入力する。
【０１９２】
２−２では、入力値を演算の始点時刻ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１に決定する。具体的には、Ｖ（ｎ−Ｎｃａｌｃ）＝Ｖｚｚ＊［Ｎｃａｌｃ］、Ｖ（ｎ＋ｂ）＝Ｖｚ＊［ｂ］、ｉｄ（ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１）＝ｉｄ、ｉｑ（ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１）＝ｉｑ、Ｄ（ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１）＝Ｄｚとする。ただし、−Ｎｃａｌｃ≦ｂ≦０である。ここでの離散的な演算時刻の取り扱いは、演算周期が終了してから初めての出力周期がｎ＋１番目の時刻に相当するようにしている。電流、デッドタイムカウンタは始点時刻に代入する。
【０１９３】
入力電圧ベクトル情報は複数出力周期分であり、それを各時刻の電圧ベクトルに代入する。２−２では指令電圧ベクトル行列前回値Ｖｚ*，指令電圧ベクトル行列前々回値Ｖｚｚ*を配列値とみなし配列番号で代入処理を行っている。ただし、ここでの配列の［］の中の数値は［１］であれば１番目の要素を示すようにした。Ｃ言語などの［０］が１番目を示すものとは異なるので注意する。
【０１９４】
デッドタイムカウンタ演算について、ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１番目よりも１つ前の電圧ベクトルが必要になる関係上、前々回値の最後の指令もｎ−Ｎｃａｌｃ番目として代入する。これについては、前々回値の電圧ベクトルを最終値のみやり取りするようにしてレジスタ数を削減してもよい。
【０１９５】
２−３，２−４ではデッドタイムカウンタ演算と第１期間（１）、第２期間（２）の電圧決定を行い、それを用いて電流予測演算を行う。これについては、実施形態１の図８の１−６，１−７と同様である。ただし、ｎ−Ｎｃａｌｃ＋１番目からｎ番目までの演算を一般的に表すため、本実施形態２ではｎ＋ａ番目からｎ＋ａ＋１番目を求める形に変更している。２−３，２−４でのａは−Ｎｃａｌｃ＋１以上０以下の整数である。
【０１９６】
２−５では、演算周期中の電流変化をすべて考慮したかどうかで分岐している。まだ考慮していないのであれば、次の時刻の予測演算を行う。すべて考慮したのならば、２−６へ進む。
【０１９７】
２−２〜２−５は前述Ａの変更点を表す。実施形態１と異なり、電流サンプリングから演算周期中の複数の出力周期を考慮して、次回以降電圧ベクトルを検討する際の初期値であるｎ番目の時刻の電流を演算している。
【０１９８】
２−６〜２−１０は次回出力周期以降の仮定電圧ベクトルについて予測電流を演算し、評価を行う。電圧ベクトルについては予測期間の考慮すべき分岐すべてについて演算を行う。これは、実施形態１の図８の１−５〜１−９と同様の処理である。
【０１９９】
２−１１では、評価結果最良の電圧ベクトルを決定する。これも実施形態１の図８の１−１０と同じだが、実施形態１では最低１つの電圧ベクトルを決定すればよかったのに対し、本実施形態２では次回演算周期の出力を決定する関係上、最低Ｎｃａｌｃ個となる。
【０２００】
２−１２では、採用された電圧ベクトルのｎ＋１番目〜ｎ＋Ｎｃａｌｃ番目の時刻のものを指令電圧ベクトル行列Ｖ*に代入する。デッドタイムカウンタは、本実施形態２では２−２〜２−５で演算する構成にしたのでｎ＋１番目のみを代入する。
【０２０１】
以上のように２−１１，２−１２の処理には演算周期中の出力周期数Ｎｃａｌｃによって実施形態１から代入個数に変更が生じた。これが、前述したＥの変更点である。なお、Ｎｃａｌｃ個の電圧ベクトルを決定することから、予測期間中の出力周期数Ｎについては、（４５）式の関係が生じる。この式は、Ｎｃａｌｃ個以上の予測を行う必要があることを示している。
【０２０２】
【数４５】
0006977837.tif 000050
【０２０３】
以上が図１１のフローチャートの動作である。このフローチャートの重要な点は、出力期間を２分割した電流予測演算を行うことであり、詳細な構成は図１１に限らない。
【０２０４】
図１２に本実施形態２の読み出し部９のフローチャートを示す。読み出し部９は、カウンタ値を用いて電圧ベクトル行列から１つの電圧ベクトルを読み出す。ここで、読み出し部９は出力周期Ｔｃの割り込みで動作し、予測部７の演算周期Ｔｃａｌｃではない点に注意されたい。読み出しカウンタ値Ｃの１回遅延も出力周期Ｔｃの遅延である。読み出し部９は図１２のフローチャートで動作する。
【０２０５】
図１２の読み出し部９のフローチャートについて述べる。図１２は出力周期Ｔｃで動作する。
【０２０６】
Ｒ−１では、指令電圧ベクトル行列Ｖ*、カウンタ前回値Ｃｚを入力する。
【０２０７】
Ｒ−２では、カウンタ値Ｃにカウンタ前回値Ｃｚを代入している。
【０２０８】
Ｒ−３では、指令電圧ベクトル行列Ｖ*のＣ番目の電圧ベクトルを出力電圧ベクトルＶ**に代入する。
【０２０９】
Ｒ−４では、カウンタ値Ｃに基づく分岐を行う。カウンタ値Ｃが演算周期中の出力周期数Ｎｃａｌｃに達していれば、Ｒ−５でカウンタ値Ｃを１に戻す。カウンタ値ＣがＮｃａｌｃでなければＲ−６にてカウンタ値Ｃを１だけ増加する。
【０２１０】
Ｒ−７では、出力電圧ベクトルＶ**とカウンタ値Ｃを出力する。
【０２１１】
このようにカウンタ値Ｃをループさせつつ指令電圧ベクトル行列Ｖ*のカウンタ値の箇所を出力電圧ベクトルＶ**に設定することで複数周期分の電圧ベクトルから１つの電圧ベクトルを読み出すことができる。
【０２１２】
ただし、入力のカウンタ前回値Ｃｚが１であるタイミングと指令電圧ベクトル行列Ｖ*が更新されるタイミングは同期しているものとする。これを守れない場合、予測部７が想定するのと異なる出力電圧となり予測誤差につながるので注意する。
【０２１３】
このフローチャートの重要な点は、カウンタを用いて複数電圧ベクトルから順に１つの電圧ベクトルを読み出すことであり、詳細な構成は図１２に限らない。
【０２１４】
以上で演算周期１周期に複数出力周期分の電圧ベクトルを決定し、複数の電圧ベクトル情報から出力周期ごとに該当時刻の電圧ベクトルを読み出す構成が示された。この構成を用いれば、実施形態１よりも実装に適した演算周期で高い電流制御性能とできる。
【０２１５】
以上示したように、本実施形態２によれば、図１０，図１１，図１２に基づいて、出力電圧の切替周期を２分割して、出力電圧の切替周期の複数周期分の電流予測をするＭＰＣを行うことで、高い電流制御性能、低いスイッチング周波数、実施形態１よりも長い演算時間の確保を達成した制御を行うことができる。
【０２１６】
また、先行文献に対しては、デッドタイムと出力電圧の切替周期の比率に左右にされず効果を得られるという利点がある。
【０２１７】
［実施形態３］
実施形態１では第１期間（１）、第２期間（２）に分割した電流予測演算に（１８）式，（１９）式を用いた。この演算においては精度を重視しており、電流変化量の算出について電流値を用いる項を出力周期中で常に一定とはみなさず、第１期間（１）終了時の電流で第２期間（２）の演算を行う。
【０２１８】
しかし、十分に短い時間であれば電流値を用いる項を出力周期中で一定とみなしても大きな誤差とはならない。したがって、（１８）式，（１９）式を（４６）式，（４７）式としてもよい。（１８）式，（１９）式を再掲しつつ、以下に（４６）式，（４７）式を示す。
【０２１９】
【数１８】
0006977837.tif 000051
【０２２０】
【数１９】
0006977837.tif 000052
【０２２１】
【数４６】
0006977837.tif 000053
【０２２２】
【数４７】
0006977837.tif 000054
【０２２３】
これらの式は、（４８）式のように簡単化できる。デッドタイムカウンタによる電流予測演算を示した際にも同様の式が登場したが、ここでは一般的な形としている。
【０２２４】
【数４８】
0006977837.tif 000055
【０２２５】
（４８）式は期間（１）終了時点の電流値を演算しなくともｎ＋ａ＋１の時刻の電流を得ることができ、２つの期間の電流予測演算を１度の演算で行うことができる。これにより、演算量が減少できる。
【０２２６】
したがって、本実施形態３では実施形態１で（１８）式，（１９）式を用いていた部分、すなわち図８の１−４，１−８において（４８）式を用いることで、演算量を削減したＭＰＣを行うことができる。
【０２２７】
なお、（４８）式は出力周期とデッドタイム比率がＳ＝１のときに非特許文献２と同じ式になる。しかし、ここでＳの値が動作状態によって変わる場合、例えば電流量によってデッドタイムを可変にすることを考えると、この非特許文献２はＳ＝１以外の場合には対応できない。本実施形態３の数式はデッドタイムについて一般的に検討しており、Ｓ＝１からＳ＝２の関係に動作中に移行した場合もＳを再演算することで対応可能である。したがって、本実施形態３は非特許文献２に対し優位である。
【０２２８】
以上示したように、本実施形態３によれば、図７，図８にて（１８）式，（１９）式を（４８）式に置き換えた構成に基づいて、出力電圧の切替周期を２分割して電流予測をするＭＰＣを行うことで、高い電流制御性能、低いスイッチング周波数、実施形態１よりも削減した演算量を達成した制御を行うことができる。
【０２２９】
また、先行文献に対しては、デッドタイムと出力電圧の切替周期の比率に左右にされず効果を得られるという利点がある。
【０２３０】
［実施形態４］
実施形態３と同様の議論は実施形態２に対しても適用可能である。これを本実施形態４とする。
【０２３１】
より具体的に言えば、実施形態２で（１８）式，（１９）式を用いていた部分、すなわち図１１の２−４，２−８において（４８）式を用いることで、演算量を削減したＭＰＣを行うことができる。
【０２３２】
以上示したように、本実施形態４によれば、図１０，図１１，図１２にて（１８）式，（１９）式を（４８）式に置き換えた構成に基づいて、出力電圧の切替周期を２分割して、出力電圧の切替周期の複数周期分の電流予測をするＭＰＣを行うことで、高い電流制御性能、低いスイッチング周波数、実施形態１よりも削減した演算量、実施形態１よりも長い演算時間の確保を達成した制御を行うことができる。
【０２３３】
また、先行文献に対しては、デッドタイムと出力電圧の切替周期の比率に左右にされず効果を得られるという利点がある。
【０２３４】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【０２３５】
１…上位制御部
２…ＭＰＣ（モデル予測制御部）
３…電力変換器（インバータ）
４…負荷
５…三相二相変換器
６…微分器
７…予測部
８…ゲート信号決定部
９…読み出し部
【要約】
【課題】、モデル予測制御を行う電力変換システムにおいて、出力電圧の切替周期設定に関わらず、デッドタイムに起因する電流予測のずれを抑制する。
【解決手段】上位制御部１は、指令値に基づいて指令電流ｉ*を生成する。モデル予測制御部２は、出力電圧の切替周期ごとに複数の仮定電圧ベクトルを設定する。デッドタイムと出力電圧の切替周期の比率に応じて出力電圧の切替周期を２分割し、その２分割した各期間ごとに仮定電圧ベクトルの予測電流を算出する。仮定電圧ベクトルと予測電流の評価関数を求め、評価関数が最上位の仮定電圧ベクトルを指令電圧ベクトルとする。指令電圧ベクトルで表現される電圧を電力変換器３から出力するためのゲート信号ｇを出力する。電力変換器３は、ゲート信号ｇに基づいて駆動制御される。
【選択図】図１【図１】
0006977837.tif 000060
【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】
0006977837.tif 000066
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006977837.tif 000069
【図１１】
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【図１２】
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