JP6680104B2 - モータの制御装置、及び、制御方法 - Google Patents

Description

本発明はモータの制御装置、及び、制御方法に関する。

モータの制御方法として、モータへと流れる電流の大きさを制御する電流ベクトル制御と、モータへ印加する電圧の位相を制御する電圧位相制御が知られている。電流ベクトル制御と、電圧位相制御とは、モータの運転状態に応じて切り替えられる。

電流ベクトル制御においては、トルク指令値に基づいて電流指令値が算出され、電流指令値に応じた電圧がモータに印加される。電圧位相制御においては、トルク指令値に基づいて位相指令値が算出され、位相指令値に応じた電圧がモータに印加される。また、モータに流れる電流の検出値に基づいてトルク推定値が推定され、トルク推定値とトルク指令値との偏差に基づいて位相指令値がフィードバック制御される（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１９２３９９号公報

電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えは、電流ベクトル制御において算出されるｄ軸の電流指令値が、モータに流れるｄ軸の電流検出値を上回る場合に、行われる。すなわち、ｄ軸において電流指令値と電流検出値とが一致する場合に、上記切り替えが行われる。

電圧位相制御においては、フィードバック制御によって、トルク指令値とトルク推定値とが一致するようにモータへの印加電圧が制御されている。しかしながら、上記切り替えが行われる場合には、ｄ軸においては、電流指令値と電流検出値とは一致するが、ｑ軸においては、電流指令値と電流検出値とが一致することは保障されていない。

例えば、トルク推定値の推定に用いるモータの定数が実際のモータの定数と概ね等しい場合には、トルク推定値は、実際のトルクと概ね一致する。そのため、上記切り替えのタイミングにおいて、ｄ軸において電流指令値と電流検出値とが一致するので、ｑ軸においても電流指令値と実際の電流値とは概ね一致する。したがって、上記切り替えタイミングでは、ｄ軸及びｑ軸において、電流指令値と実際の電流値との差が極めて小さい。そのため、上記切り替えに起因するトルクの変化は生じにくい。

しかしながら、トルク推定値の推定に用いるモータの定数が実際のモータの定数と大きく異なる場合には、トルク推定値は、実際のトルクとは異なってしまう。そのため、フィードバック制御によってトルク指令値とトルク推定値とが一致するように印加電圧が制御されたとしても、トルク指令値は適切に制御されない。そのため、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えが行われる上記切り替えタイミングでは、ｄ軸においては、電流指令値と電流検出値とは一致するが、ｑ軸においては、電流指令値と実際の電流値とは一致しなくなってしまう。

このように、上記切り替えのタイミングにおいて、トルク推定値の推定に用いるモータの定数が実際のモータの定数と大きく異なる場合には、ｑ軸において電流指令値は実際の電流値とは異なるため、モータのトルクが急激に変化してしまうことがある。したがって、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えのタイミングにおいて、トルクの変化が生じてしまう。

本発明の目的は、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えタイミングにおいて、トルクの変化を抑制することである。

本発明の一態様によれば、モータの制御方法は、モータに対するトルク指令値に応じて電流ベクトル制御に用いる電流指令値を算出する電流指令値算出ステップと、トルク指令値に応じて電圧位相制御に用いる電圧指令値を算出する電圧指令値算出ステップと、モータの運転状態に応じて、電流ベクトル制御、又は、電圧位相制御を選択する選択ステップと、選択ステップによって選択された制御に用いる指令値に応じて、モータに印加電圧を印加する電圧印加ステップと、を実行する。電圧指令値算出ステップは、トルク指令値に応じて、印加電圧の位相指令値を算出する位相算出ステップと、電流指令値に基づいて、モータにて生じるトルクを、第１トルクとして推定する第１推定ステップと、モータに流れる電流値に基づいて、モータにて生じているトルクを、第２トルクとして推定する第２推定ステップと、第１トルクと第２トルクとの偏差が小さくなるように、位相指令値を補正して電圧指令値を算出するする補正ステップと、を備える。

電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えタイミングにおいて、トルクの変化を抑制することができる。

図１は、電圧供給装置の概略構成図である。 図２は、電流制御移行判定部の詳細な構成図である。 図３は、電圧位相制御移行判定部の詳細な構成図である。 図４は、電圧供給装置の要部の概略構成図である。 図５は、比較例の電圧供給装置の要部の概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における電圧供給装置の概略構成図である。本実施形態のような電圧供給装置１００は、電動車両に搭載されるモータ２００の回転駆動を制御する装置である。

電圧供給装置１００は、目標トルクＴ^*に応じたＰＷＭ電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wをモータ２００に供給する装置である。目標トルクＴ^*は、アクセルの踏み込み量（アクセル開度）などに応じて定まるトルク指令値である。この電圧供給装置１００によって、モータ２００の回転駆動が制御される。モータ２００は、車両の駆動輪に接続された多相電動機の一例であり、本実施形態では３相で動作する。

電圧供給装置１００は、電流ベクトル制御部１０による電流ベクトル制御、又は、電圧位相制御部２０による電圧位相制御のいずれかの方法で、モータ２００の回転駆動を制御する。電流ベクトル制御と電圧位相制御との切り替えは、モータ２００の運転状態に応じて、制御モード切替部３０により行われる。そして、制御モード切替部３０が、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*をモータ制御部４０に出力すると、モータ制御部４０は、ＰＷＭ電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wをモータ２００に出力する。

なお、電圧供給装置１００は、モータの制御方法を実行するモータの制御装置の一例である。電流ベクトル制御部１０は、電流指令値算出ステップを行う電流指令値算出部の一例である。電圧位相制御部２０は、電圧指令値算出ステップを実行する電圧指令値算出部の一例である。制御モード切替部３０は、選択ステップを行う選択部の一例である。モータ制御部４０は、電圧印加ステップを実行する電圧印加部の一例である。

以下では、各ブロックの詳細な構成について説明する。まず、電流ベクトル制御部１０の構成について説明する。電流ベクトル制御部１０は、電流指令生成部１１、電流ベクトル制御器１２、及び、干渉電圧生成部１３を有する。

電流指令生成部１１は、目標トルクＴ^*と、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、及び、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*と、を対応させたテーブルを記憶している。このテーブルは、あらかじめ実験または解析により求められる。電流指令生成部１１は、このテーブルを用いて、電圧供給装置１００外から入力される目標トルクＴ^*に応じて、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、及び、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を求め、これらの指令値を電流ベクトル制御器１２に出力する。なお、電流指令生成部１１は、これらの指令値を、電圧位相制御部２０の第１トルク推定器２５Ａ、及び、制御モード切替部３０の電流制御移行判定部３１へも出力する。

干渉電圧生成部１３は、あらかじめ記憶しているテーブルを用いて、目標トルクＴ^*に応じて、ｄ軸非干渉化電圧指令値ｖ_d__dcpl ^*、及び、ｑ軸非干渉化電圧指令値ｖ_q__dcpl ^*を求め、これらの指令値を電流ベクトル制御器１２に出力する。このようにすることで、ｄｑ軸において電流が流れる際に発生する干渉電圧が抑制される。

電流ベクトル制御器１２には、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*、ｄ軸非干渉化電圧指令値ｖ_d__dcpl ^*、及び、ｑ軸非干渉化電圧指令値ｖ_q__dcpl ^*が入力される。さらに、電流ベクトル制御器１２には、モータ制御部４０の座標変換器４１から、モータ２００に流れる電流を示すｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qが入力される。

電流ベクトル制御器１２は、これらの入力に応じて、電流ベクトル制御に用いるｄ軸電圧指令値ｖ_di ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qi ^*を算出し、これらの電圧指令値を、制御モード切替部３０の制御モード切替器３４に出力する。電流ベクトル制御器１２は、これらの電圧指令値を、制御モード切替部３０の電圧位相制御移行判定部３２へも出力する。なお、電流ベクトル制御器１２においては、公知の非干渉制御や、電流フィードバック制御などの技術が用いられて、一般的な電流ベクトル制御で行われている。

次に、電圧位相制御部２０に関連する構成について説明する。電圧位相制御部２０は、電圧振幅変換部２１、ｄｑ軸電圧生成部２２、電圧位相生成部２３、加算器２４、第１トルク推定器２５Ａ、第２トルク推定器２５Ｂ、減算器２６、及び、ＰＩ演算器２７を有する。

なお、電圧位相生成部２３は、位相算出ステップを実行する位相算出部の一例である。第１トルク推定器２５Ａは、第１推定ステップを実行する第１推定部の一例である。第２トルク推定器２５Ｂは、第２推定ステップを実行する第２推定部の一例である。減算器２６、及び、ＰＩ演算器２７は、補正ステップを実行する補正部の一例である。

電圧振幅変換部２１は、モータ制御部４０の電圧センサ４２が検出した電圧検出値Ｖ_dcと、指令値変調率Ｍ^*に基づいて、次の式を用いて、電圧振幅指令値Ｖ_a ^*を算出する。なお、指令値変調率Ｍ^*は、モータ２００の構成に応じた所定の値（例えば、１．１）が用いられる。そして、電圧振幅変換部２１は、電圧振幅指令値Ｖ_a ^*をｄｑ軸電圧生成部２２に出力する。

電圧位相生成部２３は、あらかじめ実験または解析により求めたテーブルを備えており、入力される目標トルクＴ^*、及び、電圧検出値Ｖ_dcに応じて、電圧位相制御に用いる第１の電圧位相指令値α₁ ^*を求める。そして、電圧位相生成部２３、第１の電圧位相指令値α₁ ^*を、加算器２４に出力する。

第１トルク推定器２５Ａは、モータ２００へと流れるｄ軸及びｑ軸の電流値と、モータ２００のトルクとの関係を示すテーブルを記憶している。なお、このテーブルは、実験または解析により求められるものとする。

第１トルク推定器２５Ａには、電流指令生成部１１から、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、及び、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*が入力される。第１トルク推定器２５Ａは、これらの入力値に基づいて、テーブルを用いて、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*を算出し、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*を減算器２６に出力する。なお、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*は、電流ベクトル制御部１０における電流指令値に応じたトルクである。

第２トルク推定器２５Ｂは、第１トルク推定器２５Ａと同じテーブルを記憶している。第２トルク推定器２５Ｂは、このテーブルと、座標変換器４１から出力されるｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qに基づいて、推定トルクＴ_estを算出する。なお、推定トルクＴ_estは、モータ２００の電流値から推測されたトルクである。

なお、本実施形態では、第１トルク推定器２５Ａと第２トルク推定器２５Ｂとは、同一のテーブルを用いたが、これに限らない。、第１トルク推定器２５Ａと第２トルク推定器２５Ｂとは、略等しいテーブルを用いてもよい。

減算器２６は、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*から推定トルクＴ_estを減算し、その減算結果である偏差を、トルク差分Ｔ_diffとして出力する。

ＰＩ演算器２７は、トルク差分Ｔ_diff（Ｔ_ref ^*−Ｔ_est）を受け付けると、次の式を用いたＰＩ増幅演算を行う。そして、ＰＩ演算器２７は、ＰＩ演算結果を、第２の電圧位相指令値α₂ ^*として加算器２４へ出力する。

ただし、Ｋ_pは、比例ゲインであり、Ｋ_iは、積分ゲインである。

加算器２４は、第１の電圧位相指令値α₁ ^*と、第２の電圧位相指令値α₂ ^*とを加算し、その加算値を電圧位相指令値α^*としてｄｑ軸電圧生成部２２に出力する。

ｄｑ軸電圧生成部２２は、電圧振幅指令値Ｖ_a ^*、及び、電圧位相指令値α^*の入力に基づいて、次の式を用いて、ｄ軸電圧指令値ｖ_dv ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qv ^*を算出する。そして、ｄｑ軸電圧生成部２２は、これらの電圧指令値を、制御モード切替器３４に出力する。

制御モード切替部３０には、電流ベクトル制御部１０、及び、電圧位相制御部２０から電圧指令値が入力される。そして、制御モード切替部３０は、これらの電圧指令値のうち制御方法に応じた一方を選択し、選択された電圧指令値を、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*として座標変換器４３に出力する。なお、制御モード切替部３０の詳細な構成については後に説明する。

次に、モータ制御部４０について説明する。モータ制御部４０は、座標変換器４１、電圧センサ４２、座標変換器４３、ＰＷＭ変換器４４、インバータ４５、バッテリ４６、及び、電流センサ４７を有する。

座標変換器４３は、ｄｑ軸からＵＶＷ相への座標変換を行う変換器である。座標変換器４３は、次の式を用いて、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を座標変換し、変換結果を三相電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*としてＰＷＭ変換器４４出力する。

ＰＷＭ変換器４４には、座標変換器４１から三相電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*が入力されるとともに、電圧センサ４２から電圧検出値Ｖ_dcが入力される。なお、電圧センサ４２は、バッテリ４６からインバータ４５への駆動電圧を検出するセンサである。そして、ＰＷＭ変換器４４は、公知のデッドタイム補償技術や、電圧利用率向上技術などを用いて三相電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*を補正する。そして、ＰＷＭ変換器４４は、インバータ４５の備えるパワー素子の駆動に用いる駆動信号Ｄ_uu ^*、Ｄ_ul ^*、Ｄ_vu ^*、Ｄ_vl ^*、Ｄ_wu ^*、Ｄ_wl ^*を生成し、インバータ４５に出力する。

インバータ４５は、３相６アームで構成され、相ごとに２つずつ計６つのパワー素子を備えている。インバータ４５は、ＰＷＭ変換器４４から出力される駆動信号に基づいてパワー素子のそれぞれを駆動させることで、擬似交流電圧であるＰＷＭ電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wを生成する。インバータ４５は、ＰＷＭ電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wをモータ２００に供給する。

モータ２００は三相で駆動しているため、インバータ４５とモータ２００とは三相と対応する３つの配線で接続されている。モータ２００には、ｕ相配線を介してＰＷＭ電圧ｖ_uが入力され、ｖ相配線を介してＰＷＭ電圧ｖ_vが入力され、ｗ相配線を介してＰＷＭ電圧ｖ_wが入力される。ｕ相配線には電流センサ４７ｕが設けられ、ｖ相配線には電流センサ４７ｖが設けられている。電流センサ４７ｕにより検出されたｕ相電流値ｉ_u、及び、電流センサ４７ｖにより検出されたｖ相電流値ｉ_vは、座標変換器４１に出力される。

ここで、三相電流であるｉ_u、ｉ_v、及び、ｉ_wの和はゼロになるため、ｗ相電流値ｉ_wは、次の式のように示すことができる。

座標変換器４１は、（５）式を用いて、次の式で示される座標変換を行うことで、ＵＶＷ相からｄｑ軸への座標変換を行う変換器である。

（６）式に示したように、座標変換器４１は、ｕ相電流値ｉ_u、及び、ｖ相電流値ｉ_vに対して、回転センサ４８から出力される電気角θに基づく座標変換を行う。そして、座標変換器４１は、変換結果であるｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qを、電流ベクトル制御器１２、第２トルク推定器２５Ｂ、及び、電流制御移行判定部３１に出力する。

回転センサ４８は、モータ２００に隣接して設けられており、モータ２００の回転子の電気角θを検出する。回転センサ４８は、検出した電気角θを、座標変換器４１、４３と、回転数演算器４９とに出力する。

回転数演算器４９は、電気角θの時間当たりの変化量からモータ２００の回転数Ｎを算出し、電圧供給装置１００外へと出力する。

次に、制御モード切替部３０の詳細な構成について説明する。制御モード切替部３０は、電流制御移行判定部３１、電圧位相制御移行判定部３２、制御モード判定部３３、及び、制御モード切替器３４を有する。

電流制御移行判定部３１には、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*、ｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qが入力される。そして、電流制御移行判定部３１は、これらの入力値に基づいて、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えを判断し、その判断を示す信号Ｓｉを制御モード判定部３３へ出力する。なお、電流制御移行判定部３１の詳細な構成については、後に、図２を用いて説明する。

電圧位相制御移行判定部３２には、電圧検出値Ｖ_dc、ｄ軸電圧指令値ｖ_di ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qi ^*が入力される。そして、電圧位相制御移行判定部３２は、これらの入力値に基づいて、電流ベクトル制御から電圧位相制御への切り替えを判断し、その判断を示す信号Ｓｖを制御モード判定部３３へ出力する。なお、電圧位相制御移行判定部３２の詳細な構成については、後に、図３を用いて説明する。

制御モード判定部３３は、入力される信号Ｓｉ及び信号Ｓｖに基づいて、電流ベクトル制御または電圧位相制御のいずれかを選択し、選択した制御方法を示す信号Ｓを、制御モード切替器３４に出力する。

制御モード切替器３４は、制御モード判定部３３により選択された制御方法に従って、電流ベクトル制御、又は、電圧位相制御の指令値を、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*として、座標変換器４３へ出力する。具体的には、電流ベクトル制御が選択された場合には、制御モード切替器３４は、ｄ軸電圧指令値ｖ_di ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qi ^*を出力する。電圧位相制御が選択された場合には、制御モード切替器３４は、ｄ軸電圧指令値ｖ_dv ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qv ^*を出力する。

図２は、電流制御移行判定部３１の詳細な構成を示す図である。電流制御移行判定部３１は、過渡状態を考慮した規範応答に相当するブロック３１１Ａ、３１１Ｂ、及び、電流ベクトル比較部３１２を有する。なお、ブロック３１１Ａ、３１１Ｂのフィルタは、次の式にて示される。

ブロック３１１Ａは、電流指令生成部１１からｄ軸電流指令値ｉ_d ^*の入力を受け付けると、この入力値に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理された指令値を電流ベクトル比較部３１２へ出力する。ブロック３１１Ｂは、電流指令生成部１１からｑ軸電流指令値ｉ_q ^*の入力を受け付けると、この入力値に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理された指令値を電流ベクトル比較部３１２へ出力する。

電流ベクトル比較部３１２は、ブロック３１１Ａ、及び、ブロック３１１Ｂからの入力に加えて、座標変換器４１からｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qが入力される。そして、電流ベクトル比較部３１２は、次の表を用いて、電流ベクトル制御への移行を要求するか否かを判定する。そして、電流ベクトル比較部３１２は、その要求の有無を示す信号Ｓｉを出力する。

表１は、電流ベクトル制御への移行要求の有無の判定条件の一例である。表１によれば、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*よりも小さい場合には、電流ベクトル比較部３１２は、電流ベクトル制御への移行を要求しない。一方、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*以上である場合には、電流ベクトル比較部３１２は、電流ベクトル制御への移行を要求する。このように、ｄ軸電流値ｉ_dとｄ軸電流指令値ｉ_d ^*との大小関係に基づいて、電流ベクトル制御への移行要求が決定される。

ここで、電圧位相制御から電流ベクトル制御への移行条件について説明する。モータ２００が高回転領域である場合には、電流ベクトル制御では十分な電力が印加できなくなるおそれがあるため、電圧位相制御が行われる。一方で、モータ２００が高回転領域である場合には、モータへの印加電圧が飽和するので、負方向のｄ軸電流を印加することにより、永久磁石の磁束を弱める弱め磁束を発生させるような弱め界磁制御が行われる。

すなわち、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*より小さい場合には、負のｄ軸電流が印加される弱め界磁制御が行われており、高回転領域であると判断されるので、電圧位相制御を行う。一方、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*以上である場合には、弱め界磁制御が行われるような高回転領域ではないと判断されるので、電圧位相制御から電流ベクトル制御への移行が要求される。

電流ベクトル制御への移行要求の判定条件は、表１に示される例に限られない。次の表に示される例のように、ｑ軸電流を用いて、モータ２００の動作点に応じた条件を用いて判定してもよい。

表２においては、モータ２００の動作点が力行状態であるか回生状態であるかによって、条件が異なる。これは、界磁制御がされる場合にはｑ軸電流も変化するが、モータ２００の動作点によって、ｑ軸電流の増減方向が異なるためである。

動作点が力行である場合において、ｑ軸電流値ｉ_qがｑ軸電流指令値ｉ_q ^*よりも大きい時には、電流ベクトル制御への移行が要求されない。一方、ｑ軸電流値ｉ_qがｑ軸電流指令値ｉ_q ^*以下の場合には、電流ベクトル制御への移行が要求される。

動作点が回生である場合において、ｑ軸電流値ｉ_qがｑ軸電流指令値ｉ_q ^*よりも小さい時には、電流ベクトル制御への移行は要求されない。一方、ｑ軸電流値ｉ_qがｑ軸電流指令値ｉ_q ^*以上の場合には、電流ベクトル制御への移行が要求される。

図３は、電圧位相制御移行判定部３２の詳細な構成を示す図である。電圧位相制御移行判定部３２は、電流ベクトル制御器１２からｄ軸電圧指令値ｖ_di ^*、及び、ｑ軸電圧指令値ｖ_qi ^*が入力されるとともに、電圧センサ４２から電圧検出値Ｖ_dcが入力される。電圧位相制御移行判定部３２には、ブロック３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃと、ノルム演算部３２２と、電圧ノルム比較部３２３とを有する。

ブロック３２１Ａにおいては、ｄ軸電圧指令値ｖ_di ^*が自乗される。同様に、ブロック３２１Ｂにおいては、ｑ軸電圧指令値ｖ_qi ^*が自乗される。ノルム演算部３２２は、これらの自乗値の和を電圧ノルム値Ｖ_a ^*2として出力する。

ブロック３２１Ｃにおいては、電圧検出値Ｖ_dcの自乗値が求められる。そして、電圧ノルム比較部３２３は、次の表を用いて、電圧位相制御へ移行を要求するか否かを判断する。そして、電圧ノルム比較部３２３は、この要求の有無を示す信号Ｓｖを出力する。

電圧ノルム値Ｖ_a ^*2が、電圧検出値Ｖ_dcの自乗値の半分の値である基準ノルム値「Ｖ_dc ²／２」を下回る場合には、電圧ノルム比較部３２３は、電圧位相制御への移行を要求しない。一方、電圧ノルム値Ｖ_a ^*2が基準ノルム値以上である場合には、電圧ノルム比較部３２３は、電圧位相制御への移行を要求する。

ここで、電圧位相制御への移行要求の判定条件について説明する。電流ベクトル制御が行われている場合には、電圧指令値に基づいて定まる電圧ノルム値Ｖ_a ^*2は、目標トルクＴ^*に応じて変化する。しかしながら、電流ベクトル制御においてモータ２００へ印加される電圧の電圧ノルム値Ｖ_a ^*2は、インバータ４５へ供給される電圧検出値Ｖ_dcの大きさに依存し、その上限値は基準ノルム値である。

そこで、電圧ノルム値Ｖ_a ^*2が、基準ノルム値を下回る場合には、電流ベクトル制御を適切に行えると判断され、電圧位相制御への移行は要求されない。電圧ノルム値Ｖ_a ^*2が、基準ノルム値以上である場合には、電流ベクトル制御を適切に行えないおそれがあると判断され、電圧位相制御への移行が要求される。

以下では、上述の構成により、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えが行われる場合に、モータ２００のトルクの変化が抑制される点について、図４及び図５を用いて説明する。

図４は、電圧供給装置１００の要部の概略構成図である。この図においては、電圧位相制御部２０以外の構成については、要部のみが示されている。

電圧位相制御部２０内において、第１トルク推定器２５Ａは、電流ベクトル制御部１０内にて算出されるｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、及び、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*に基づいて、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*を算出する。第２トルク推定器２５Ｂは、モータ２００における実際の電流値であるｄ軸電流値ｉ_d、及び、ｑ軸電流値ｉ_qに基づいて、推定トルクＴ_estを算出する。

表１に示したように、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*を上回った場合に、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えが要求される。したがって、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングでは、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*は、ｄ軸電流値ｉ_dと一致する。

また、ＰＩ演算器２７によって、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*と、推定トルクＴ_estとが一致するように制御されている。したがって、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*と、推定トルクＴ_estとは等しくなる。そのため、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングにおいては、規範トルク指令値Ｔ_ref ^*と推定トルクＴ_estとが等しいので、ｄ軸電流値ｉ_dはｄ軸電流指令値ｉ_d ^*と等しくなる。

第１トルク推定器２５Ａ、及び、第２トルク推定器２５Ｂにおいては、ｄ軸の電流値、及び、ｑ軸の電流値が入力されると、トルクが推定される。また、これらのトルクの算出に用いるテーブルは同じである。そして、推定結果である規範トルク指令値Ｔ_ref ^*と推定トルクＴ_estとが等しくなるように制御されており、かつ、入力の一方であるｄ軸電流値ｉ_dとｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とが等しい。そのため、入力の他方であるｑ軸電流指令値ｉ_q ^*とｑ軸電流値ｉ_qとは等しくなる。

したがって、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングでは、ｄ軸及びｑ軸において、実際の電流値と電流指令値とが一致する。そのため、モータ２００のトルクの変化を抑制することができる。

図５は、比較のために用いる、電圧供給装置１００の要部の概略構成図である。この図における電圧供給装置１００は、図４に示された電圧供給装置１００の要部と比較すると、第１トルク推定器２５Ａが削除されており、目標トルクＴ^*が減算器２６へ入力される点が異なる。

ＰＩ演算器２７によって、目標トルクＴ^*と、推定トルクＴ_estとが一致するように制御されている。また、上述のように、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングでは、ｄ軸電流値ｉ_dはｄ軸電流指令値ｉ_d ^*と一致する。

ここで、第２トルク推定器２５Ｂにおいてトルクの推定に用いるテーブルが実際のモータ２００の状態を適切に示している場合には、推定トルクＴ_estは、実際のトルクと概ね一致する。そのため、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とｄ軸電流値ｉ_dとが一致すれば、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*は、実際のｑ軸電流値ｉ_qと概ね等しい。

そして、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替えられた後には、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*、及び、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を用いた制御となる。上述のように、ｄ軸及びｑ軸ともに、電流指令値は実際の電流値と概ね等しいため、切り替えタイミングにおいてモータ２００のトルクは大きく変化しない。

しかしながら、第２トルク推定器２５Ｂにおけるテーブルが実際のモータ２００の状態を適切に示していない場合には、推定トルクＴ_estは、実際のトルクからずれが生じてしまう。

切り替えタイミングにおいては、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*はｄ軸電流値ｉ_dと一致している。しかしながら、目標トルクＴ^*と推定トルクＴ_estとが一致するようにフィードバック制御されていても、目標トルクＴ^*は、実際のトルクとは異なってしまう。そのため、軸電流指令値ｉ_q ^*はｑ軸電流値ｉ_qから乖離してしまう。したがって、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングでは、この乖離に起因して、モータ２００のトルクが急激に変化するおそれがある。

このように、本実施形態においては、図４に示したような構成となることにより、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替わるタイミングにおいて、モータ２００のトルクの変化を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、第１トルク推定器２５Ａ、及び、第２トルク推定器２５Ｂにおいて、ｄ軸電流及びｑ軸電流に応じてトルクを算出したが、これに限らない。さらに、モータ２００の温度や、モータ２００の回転速度などの、モータ２００の回転状態に応じてトルクを算出してもよい。このようにすることで、トルクの推定精度を上昇するため、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えを、滑らかに行うことができる。

また、本実施形態においては、第１トルク推定器２５Ａと、第２トルク推定器２５Ｂとは同じテーブルを用いて、トルクを推定したが、これに限らない。第１トルク推定器２５Ａと、第２トルク推定器２５Ｂとは、概ね同じテーブルを備えていても、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えタイミングにおいて、トルクの変化を抑制することができる。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

本発明の実施形態によれば、電流ベクトル制御部１０による電流指令値算出ステップと、電圧位相制御部２０による電圧指令値算出ステップと、制御モード切替部３０による選択ステップと、モータ制御部４０による電圧印加ステップと、が実行される。電圧指令値算出ステップは、電圧位相生成部２３による位相算出ステップと、第１トルク推定器２５Ａによる第１推定ステップと、第２トルク推定器２５Ｂによる第２推定ステップと、ＰＩ演算器２７、及び、加算器２４による電圧指令値算出ステップと、を備える。

第１推定ステップにおいては、電流指令値算出ステップにて算出される電流指令値に対して第１の推定処理が行われることで、第１トルクが推定される。第２推定ステップにおいては、モータ２００に流れる実際の電流値に対して第２推定処理が行われることで、第２トルクが推定される。

例えば、ｄ軸において、電流指令値がモータ２００に流れる実際の電流値を上回る場合に、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えが行われる。そのため、この切り替えタイミングでは、ｄ軸において、電流指令値は実際の電流値と等しくなる。

また、補正ステップが行われることにより、第１トルク推定器２５Ａによって電流指令値から求められたトルクと、第２トルク推定器２５Ｂによってモータ２００に流れる実際の電流値から求められたトルクとは、互いに略等しくなるように制御される。

そして、第１推定処理を行う第１トルク推定器２５Ａと、第２推定処理を行う第２トルク推定器２５Ｂとに着目すれば、出力値であるトルクは略等しく、切り替え時においてはｄ軸における電流指令値と実際の電流値とが等しい。そのため、ｑ軸における電流指令値と実際の電流値とが等しくなる。したがって、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替えが行われる時には、ｄ軸、及び、ｑ軸の両方において、電流指令値が、実際の電流値と等しくなるので、トルクの急激な変化が抑制される。

また、本発明の実施形態によれば、第１推定処理を行う第１トルク推定器２５Ａと、第２推定処理を行う第２トルク推定器２５Ｂとは、同一又は略等しいテーブルを備える。ここで、これらの推定値からの出力されるトルクは、ＰＩ演算器２７により等しくなるように制御されている。そして、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えへのタイミングでは、これらの推定器への一方の入力であるｄ軸の電流指令値と測定値とは等しい。そのため、これらの推定器への他方の入力であるｑ軸の電流指令値と測定値とは等しくなる。したがって、ｄ軸及びｑ軸において、電流指令値と実際の電流値との差分をより小さくできるので、トルクの変化を抑制することができる。

また、本発明の実施形態によれば、選択ステップにおいて、ｄ軸においてモータにおける電流の値が電流指令値を上回る場合に、前記電流ベクトル制御の選択を行う。このようにすることにより、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切り替えへのタイミングでは、ｄ軸の電流指令値と測定値とは略一致する。したがって、ｄ軸及びｑ軸において、電流指令値と実際の電流値との差分をより小さくできるので、トルクの変化を抑制することができる。

また、本発明の実施形態によれば、第１推定処理を行う第１トルク推定器２５Ａと、第２推定処理を行う第２トルク推定器２５Ｂとにおいて、さらに、モータ２００の温度や回転速度などの、モータ２００の回転状態に応じて、トルクを推定する。このようにすることで、トルクの推定精度が向上するので、より正確にモータ２００を制御することができる。

なお、本実施形態に示した例は、電流指令値生成方法やトルク推定の方法を限定するものではなく、どのような方法に対しても適用できるものである。そのため、異なる方法を用いたとしても、同じ効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１０ 電流ベクトル制御部
１１ 電流指令生成部
１２ 電流ベクトル制御器
１３ 干渉電圧生成部
２０ 電圧位相制御部
２１ 電圧振幅変換部
２２ ｄｑ軸電圧生成部
２３ 電圧位相生成部
２４ 加算器
２５Ａ 第１トルク推定器
２５Ｂ 第２トルク推定器
２６ 減算器
２７ ＰＩ演算器
３０ 制御モード切替部
３１ 電流制御移行判定部
３２ 電圧位相制御移行判定部
３３ 制御モード判定部
３４ 制御モード切替器
４０ モータ制御部
１００ 電圧供給装置
２００ モータ

Claims (6)

1. モータに対するトルク指令値に応じて電流ベクトル制御に用いる電流指令値を算出する電流指令値算出ステップと、
   前記トルク指令値に応じて電圧位相制御に用いる電圧指令値を算出する電圧指令値算出ステップと、
   前記モータの運転状態に応じて、前記電流ベクトル制御、又は、前記電圧位相制御を選択する選択ステップと、
   前記選択ステップにおいて選択された制御に用いる指令値に応じて、前記モータに印加電圧を印加する電圧印加ステップと、を実行するモータの制御方法であって、
   前記電圧指令値算出ステップは、
   前記トルク指令値に応じて、前記印加電圧の位相指令値を算出する位相算出ステップと、
   前記電流指令値に基づいて、前記モータにて生じるトルクを、第１トルクとして推定する第１推定ステップと、
   前記モータに流れる電流値に基づいて、前記モータにて生じているトルクを、第２トルクとして推定する第２推定ステップと、
   前記第１トルクと前記第２トルクとの偏差が小さくなるように、前記位相指令値を補正して前記電圧指令値を算出する補正ステップと、を備える、モータの制御方法。
2. 請求項１に記載のモータの制御方法であって、
   前記第１推定ステップと、前記第２推定ステップとにおいて、同一の推定処理が行われる、
   モータの制御方法。
3. 請求項１または２に記載のモータの制御方法であって、
   前記選択ステップにおいて、前記モータにおける電流が前記電流指令値を上回る場合に、前記電流ベクトル制御が選択される、
   モータの制御方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの制御方法であって、
   前記第１推定ステップ、及び、前記第２推定ステップにおいて、さらに、前記モータの状態に基づいてモータのトルクを推定する、
   モータの制御方法。
5. 請求項４に記載のモータの制御方法であって、
   前記モータの状態は、前記モータの温度、及び、回転速度の少なくとも一方である、
   モータの制御方法。
6. モータに対するトルク指令値に応じて電流ベクトル制御に用いる電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
   前記トルク指令値に応じて電圧位相制御に用いる電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記モータの運転状態に応じて、前記電流ベクトル制御、又は、前記電圧位相制御を選択する選択部と、
   前記選択部において選択された制御に用いる指令値に応じて、前記モータに印加電圧を印加する電圧印加部と、を備えるモータの制御装置であって、
   前記電圧指令値算出部は、
   前記トルク指令値に応じて、前記印加電圧の位相指令値を算出する位相算出部と、
   前記電流指令値に基づいて、前記モータにて生じるトルクを、第１トルクとして推定する第１推定部と、
   前記モータに流れる電流値に基づいて、前記モータにて生じているトルクを、第２トルクとして推定する第２推定部と、
   前記第１トルクと前記第２トルクとの偏差が小さくなるように、前記位相指令値を補正して前記電圧指令値を算出する補正部と、を備える、モータの制御装置。

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