JP7552291B2 - モータ制御方法及びモータ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御方法及びモータ制御システムに関する。

特許文献１には、界磁巻線型モータを制御するモータ制御方法が提案されている。この特許文献１のモータ制御方法では、トルク指令値の増加により界磁巻線に流す界磁電流を変化させると共に、界磁電流による界磁磁束とは反対方向の磁束を発生するようにｄ軸電流を増加させてトルクの応答性を向上させるモータ制御方法が提案されている。

特開２０１６－１５８４２９号公報

特許文献１のモータ制御方法では、トルク指令値の変化に応じて界磁磁束とは反対方向の磁束を発生するようにｄ軸電流を制御する。このため、トルク応答性はｄ軸電流の変化に対する界磁電流の応答性（時定数）に依存することとなる。したがって、トルク指令値が変化する前の界磁電流の動作条件によっては、当該トルク指令値の変化前後において界磁電流の応答性が異なることで、トルク応答性がばらつくという問題がある。

このような事情に鑑み、本発明は、巻線界磁型同期モータにおけるモータ制御方法及びモータ制御システムにおいて、界磁電流の動作条件に応じたトルク応答性のばらつきを抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、回転子巻線を有する回転子及び固定子巻線を有する固定子を備える巻線界磁型同期モータにおいて、入力されるトルク指令値に基づいて固定子巻線に流れる固定子電流と回転子巻線に流れる回転子電流とを制御するモータ制御方法が提供される。このモータ制御方法では、トルク指令値に基づいて回転子巻線に供給する電流の指令値である界磁電流指令値を算出し、トルク指令値に基づいて、固定子巻線に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の内の一方の指令値である第１軸電流指令値を算出する。そして、トルク指令値を入力として、定められた時定数の一次遅れ系におけるトルク規範応答の前進差分をとることで規範トルク次回値を算出し、規範トルク次回値、界磁電流指令値、、及び第１軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電流及びｑ軸電流の内の他方の指令値である第２軸電流指令値を算出する。

本発明によれば、巻線界磁型同期モータに対する制御において、界磁電流の動作条件に応じたトルク応答性のばらつきを抑制することができる。

図１は、本発明の各実施形態に共通するモータ制御システムの構成を説明するブロック図である。 図２は、各実施形態に共通するモータ制御方法の概要を説明するフローチャートである。 図３は、第１実施形態の電流指令値算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図４は、トルク規範応答算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図５は、界磁電流規範応答算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図６は、d軸電流規範応答算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図７は、磁束規範応答推定部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図８は、q軸電流指令値算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図９は、第２実施形態の電流指令値演算部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図１０は、ｑ軸電流規範応答算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図１１は、トルク界磁成分算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図１２は、リラクタンストルクq軸成分算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図１３は、ｄ軸電流指令値算出部の詳細な演算機能を説明するブロック図である。 図１４Ａは、実施例１（特に予め界磁電流が流れている場合）の制御結果を示すタイミングチャートである。 図１４Ｂは、実施例１（特に予め界磁電流が流れていない場合）の制御結果を示すタイミングチャートである。 図１５Ａは、実施例２（特に予め界磁電流が流れている場合）の制御結果を示すタイミングチャートである。 図１５Ｂは、実施例２（特に予め界磁電流が流れていない場合）の制御結果を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る各実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［各実施形態に共通する構成］
図１は、各実施形態によるモータ制御方法（モータ制御方法）を実行するためのモータ制御システム１００の構成を説明するブロック図である。モータ制御システム１００は、例えば電気自動車に適用される。なお、モータ制御システム１００は、電気自動車以外に、ハイブリッド車両や、自動車以外の例えば鉄道等のシステムに適用することも可能である。

図１に示すように、モータ制御システム１００は、制御対象のモータ１０１と、ＰＷＭ変換器１０２と、インバータ１０３と、直流電源１０４と、界磁電流出力部１０５と、電流センサ１０６と、Ａ／Ｄ変換器１０７と、３相/ｄｑ交流座標変換器１０８と、磁極位置検出器１０９と、パルスカウンタ１１０と、角速度演算器１１１と、先読み補償部１１２と、電流指令値演算部１１３と、電流制御部１１４と、非干渉制御部１１５と、電圧指令値演算部１１６と、ｄｑ/３相交流座標変換器１１７と、を備える。なお、これらの各構成の機能は、適宜、当該機能を実行するようにプログラムされたコンピュータにより実現される。

モータ１０１は、回転子巻線（界磁巻線、ロータコイル）を有する回転子と、固定子巻線（電機子巻線、ステータコイル）を有する固定子とを備える巻線界磁型同期モータである。特に、モータ制御システム１００が車両に搭載される場合、モータ１０１は車両の駆動源となる。詳細は後述するが、モータ１０１の出力は、回転子巻線を流れる回転子電流（界磁電流ｉ_f）、及び固定子巻線を流れる固定子電流（三相交流電流（ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w））を調節することで制御される。

ＰＷＭ変換器１０２は、ｄｑ/３相交流座標変換器１１７から出力される三相電圧指令値（ｖ^* _u，ｖ^* _v，ｖ^* _w）に基づいて、インバータ１０３が備えるスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）へのＰＷＭ_Ｄｕｔｙ駆動信号（強電素子駆動信号）（Ｄ^*uu，Ｄ^*ul，Ｄ^*vu，Ｄ^*vl，Ｄ^*wu，Ｄ^*wl）を生成し、インバータ１０３に出力する。

インバータ１０３は、３相６アームで構成され、相ごとに２つずつ計６つのスイッチン
グ素子を備えた三相電圧型インバータである。インバータ１０３は、ＰＷＭ変換器１０２
が生成する強電素子駆動信号に基づいて、直流電源１０４の直流電圧を三相交流電圧（ｖ_u，ｖ_v，ｖ_w）に変換し、モータ１０１に供給する。

直流電源１０４は、積層型リチウムイオンバッテリなどの蓄電デバイスにより構成される。

界磁電流出力部１０５は、直流電源１０４から供給される電力を用いて、モータ１０１の回転子巻線に印加されるように界磁電圧ｖfを所望の界磁電圧指令値ｖ^* _fに調節して、界磁電流ｉ_fを制御する。

電流センサ１０６は、モータ１０１の巻線に流れる三相交流電流（ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w）を検出する。なお、以下では、この検出値を「三相交流電流検出値（ｉ_us，ｉ_vs，ｉ_ws）」とも表記する。具体的に、電流センサ１０６は、三相交流電流（ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w）のうち、少なくとも２相の電流（例えば、ｕ相電流ｉ_u、ｖ相電流ｉ_v）を検出する。例えば、電流センサ１０６をu相とｖ相の２相のみに取り付ける場合、残りの１相であるｗ相の電流検出値ｉ_wsは、次式（１）により求めることができる。

また、電流センサ１０６は、界磁電流出力部１０５からモータ１０１に供給される界磁電流を検出する。そして、上記三相交流電流検出値（ｉ_us，ｉ_vs，ｉ_ws）及び界磁電流の検出値（以下、「界磁電流検出値ｉ_fｓ」とも称する）はＡ／Ｄ変換器１０７においてデジタル信号に変換されて出力される。

磁極位置検出器１０９は、モータ１０１の回転子位置に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスをパルスカウンタ１１０に出力する。また、パルスカウンタ１１０は、磁極位置検出器１０９からのＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスに基づいて、モータ１０１の電気角θ_reを演算する。

角速度演算器１１１は、パルスカウンタ１１０から入力される電気角θ_reの時間変化率を求め、当該時間変化率から電気角速度ω_reを演算する。また、角速度演算器１１１は、電気角速度ω_reをモータ１０１の極対数ｐで除算することで機械角速度ω_rmを演算する。

先読み補償部１１２は、電気角θ_re及び電気角速度ω_reを入力して、先読み補償後電気角θ_re’を演算する。より詳細には、先読み補償部１１２は、電気角速度ω_reに制御系が持つ無駄時間を乗算し、電気角θ_reに得られた乗算値を加算して先読み補償後電気角θ_re’を求める。

３相/ｄｑ交流座標変換器１０８は、パルスカウンタ１１０からの電気角θ_re、及びＡ／Ｄ変換器１０７からの三相交流電流検出値（ｉ_us，ｉ_vs，ｉ_ws）を入力として、当該三相交流電流検出値（ｉ_us，ｉ_vs，ｉ_ws）を３相交流座標系（ｕｖｗ軸座標系）から直交２軸直流座標系（ｄｑ軸座標系）に変換する演算を行う。

具体的に、３相/ｄｑ交流座標変換器１０８は、以下の式（２）に基づき、３相交流座標系の三相交流電流検出値（ｉ_us，ｉ_vs，ｉ_ws）をｄｑ軸座標系のｄｑ軸電流検出値（ｉ_ds，ｉ_qs）に変換する。

電流指令値演算部１１３は、トルク指令値Ｔ_e ^*、角速度演算器１１１からの機械角速度ω_rm（モータ回転数に相当）、及び、直流電源１０４の電圧（以下、「直流電圧Ｖ_dc」とも称する）を入力とし、ｄｑ軸電流指令値（ｉ^* _d，ｉ^* _q）及び界磁電流指令値ｉ^* _fを演算する。なお、電流指令値演算部１１３の演算の詳細については、後述の各実施形態において詳細に説明する。

電流制御部１１４は、Ａ／Ｄ変換器１０７からの界磁電流検出値ｉ_fｓ、３相/ｄｑ交流座標変換器１０８からのｄｑ軸電流検出値（ｉ_ds，ｉ_qs）、並びに電流指令値演算部１１３からのｄｑ軸電流指令値（ｉ^* _d，ｉ^* _q）及び界磁電流指令値ｉ^* _fを入力として、第１ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_d__dsh，ｖ_q__dsh）及び第１ｆ軸電圧指令値ｖ_f__dshを演算する。具体的に、電流制御部１１４は、各検出値を対応する各指令値に定常偏差無く所望の応答性で追従させるように、第１ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_d__dsh，ｖ_q__dsh）及び第１ｆ軸電圧指令値ｖ_f__dshを求める。

非干渉制御部１１５は、角速度演算器１１１からの電気角速度ω_re、Ａ／Ｄ変換器１０７からの界磁電流検出値ｉ_fｓ、及び３相/ｄｑ交流座標変換器１０８からのｄｑ軸電流検出値（ｉ_ds，ｉ_qs）を入力として、ｄ軸、ｑ軸、及びｆ軸の間の干渉電圧を相殺するためのｄｑ軸非干渉電圧（ｖ_d__dcpl，ｖ_q__dcpl）及びｆ軸非干渉電圧ｖ_f__dcplを演算する。なお、各電流検出値に代えて電流指令値演算部１１３からの第１ｄｑ軸電流指令値（ｉ^* _d__dsh，ｉ^* _q__dsh）及び第１界磁電流指令値ｉ^* _f__dshを入力とし、ｄｑ軸電流規範応答（ｉ^* _d__ref，ｉ^* _q__ref）及び界磁電流規範応答ｉ^* _f__refを求め、これを上記非干渉電圧に代えて出力する構成を採用しても良い。

電圧指令値演算部１１６は、電流制御部１１４からの第１ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_d__dsh，ｖ_q__dsh）及び第１ｆ軸電圧指令値ｖ_f__dshに対して、非干渉制御部１１５からのｄｑ軸非干渉電圧（ｖ_d__dcpl，ｖ_q__dcpl）及びｆ軸非干渉電圧ｖ_f__dcplを加算することで、第２ｄｑ軸電圧指令値（ｖ^* _d，ｖ^* _q）及び第２ｆ軸電圧指令値ｖ^* _fを求める。

ｄｑ/３相交流座標変換器１１７は、電圧指令値演算部１１６からの第２ｄｑ軸電圧指令値（ｖ^* _d，ｖ^* _q）に対し、直交２軸直流座標系(ｄｑ軸座標系)から３相交流座標系（ｕｖｗ軸）への変換を行う。

具体的に、ｄｑ/３相交流座標変換器１１７は、以下の式（３）に基づき、ｄｑ軸座標系のｄｑ軸電圧指令値（ｖ^* _d，ｖ^* _q）を３相交流座標系の三相電圧指令値（ｖ^* _u，ｖ^* _v，ｖ^* _w）を求める。

そして、ｄｑ/３相交流座標変換器１１７は、算出した三相電圧指令値（ｖ^* _u，ｖ^* _v，ｖ^* _w）をインバータ１０３に出力する。

図２は、各実施形態によるモータ制御方法の概要を説明するフローチャートである。なお、図２に示すステップＳ１０～ステップＳ９０の各処理は、図１で説明した各構成により、モータ制御システム１００が起動している間、所定の制御周期で実行される。

以下では、各実施形態における電流指令値演算部１１３の処理の詳細について説明する。特に、以下の各実施形態の電流指令値演算部１１３の処理については、巻線界磁型同期モータとして構成されるモータ１０１のトルク方程式が下記の式（４）により与えられることを前提として説明を行う。

なお、式（４）に含まれる各パラメータは既に説明したものも含めて、以下のように定義される。
ｉ_d： ｄ軸電流
ｉ_q： ｑ軸電流
ｉ_f： 界磁電流
Ｌ_d： ｄ軸インダクタンス
Ｌ_q： ｑ軸インダクタンス
Ｌ_f： ｆ軸インダクタンス（界磁インダクタンス）
Ｍ： 固定子と回転子の間の相互インダクタンス
ｐ： 極対数
Ｔ_e： モータトルク

また、以下では、式（４）の右辺第１項を「トルク界磁成分Ｔ_em」とも称し、右辺第２項を「リラクタンストルクＴ_el」とも称する。

［第１実施形態］
図３は、本実施形態の電流指令値演算部１１３の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、電流指令値演算部１１３は、界磁電流指令値算出部２０１と、ｄ軸電流指令値算出部２０２と、トルク規範応答算出部２０３と、界磁電流規範応答算出部２０４と、ｄ軸電流規範応答算出部２０５と、磁束規範応答推定部２０６と、ｑ軸電流規範応答算出部２０７と、ｑ軸電流指令値算出部２０８と、を備える。

界磁電流指令値算出部２０１は、トルク指令値Ｔ_e ^*、機械角速度ω_rm（モータ回転数相当）、及び直流電圧Ｖ_dcを入力として、界磁電流指令値ｉ^* _fを算出する。具体的に、界磁電流指令値算出部２０１は、所定の記憶領域に予め記憶されたマップデータを参照して上記各入力値から界磁電流指令値ｉ^* _fを求める。そして、界磁電流指令値算出部２０１は、界磁電流指令値ｉ^* _fを界磁電流規範応答算出部２０４及び電流制御部１１４に出力する。

ｄ軸電流指令値算出部２０２は、トルク指令値Ｔ_e ^*、機械角速度ω_rm（モータ回転数相当）、及び直流電圧Ｖ_dcを入力として、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dを算出する。具体的に、ｄ軸電流指令値算出部２０２は、所定の記憶領域に予め記憶されたマップデータを参照して上記各入力値からｄ軸電流指令値ｉ^* _dを算出する。そして、ｄ軸電流指令値算出部２０２は、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dをｄ軸電流規範応答算出部２０５及び電流制御部１１４に出力する。

トルク規範応答算出部２０３は、入力されるトルク指令値Ｔ_e ^*に対して、予め定められた時定数τ_Teのローパスフィルタ処理（離散時間系）を実行することで、トルク規範応答Ｔ_erefを求める。なお、時定数τ_Teは、モータ制御システム１００が搭載される車両の特性に応じた所望のトルク応答速度を実現する観点から好適な値に設定される。特に、トルク規範応答算出部２０３は、トルク指令値Ｔ_e ^*を入力として、現在の制御周期におけるトルク規範応答Ｔ_eref［ｋ］に対する次の制御周期における値である規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］を算出する。

図４は、トルク規範応答算出部２０３の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、トルク規範応答算出部２０３は、入力されるトルク指令値Ｔ_e ^*からフィードバックされたトルク規範応答Ｔ_eref［ｋ］を減算し（ブロック３０１）、当該減算により得られた値にゲインＴ_smp／τ_Teを施し（ブロック３０２）、得られた値にフィードバックされたトルク規範応答Ｔ_eref［ｋ］を加算して規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］を算出する（ブロック３０４）。なお、「Ｔ_smp」は演算周期を意味する。

すなわち、トルク規範応答算出部２０３は、トルク規範応答Ｔ_erefの前進差分を規定する以下の式（５）に基づいて規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］を演算する。

さらに、トルク規範応答算出部２０３は、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］をｑ軸電流規範応答算出部２０７に出力するとともに、前回値（すなわち、トルク規範応答Ｔ_eref［ｋ］）を求める演算処理を施して（ブロック３０３）、得られたトルク規範応答Ｔ_eref［ｋ］をブロック３０１及びブロック３０４にフィードバックする。

図３に戻り、界磁電流規範応答算出部２０４は、入力される界磁電流指令値ｉ^* _fに対して、予め定められた時定数τ_fのローパスフィルタ処理（離散時間系）を実行することで、界磁電流規範応答ｉ_frefを求める。なお、時定数τ_fは、モータ制御システム１００が搭載される車両の特性に応じた界磁電流の所望の制御応答速度を実現する観点から好適な値に設定される。特に、界磁電流規範応答算出部２０４は、界磁電流指令値ｉ^* _fを入力として、界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］に対する次の制御周期における値である規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］を算出する。

図５は、界磁電流規範応答算出部２０４の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、界磁電流規範応答算出部２０４は、入力される界磁電流指令値ｉ^* _fからフィードバックされた界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］を減算し（ブロック４０１）、当該減算により得られた値にゲインＴ_smp／τ_fを施し（ブロック４０２）、得られた値にフィードバックされた界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］を加算して規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］を算出する（ブロック４０４）。

すなわち、界磁電流規範応答算出部２０４は、界磁電流規範応答ｉ_frefの前進差分を規定する以下の式（６）に基づいて界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］の規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］を演算する。

さらに、界磁電流規範応答算出部２０４は、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］を磁束規範応答推定部２０６に出力するとともに、前回値（すなわち、界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］）を求める演算処理を施して（ブロック５０３）、得られた界磁電流規範応答ｉ_fref［ｋ］をブロック４０１及びブロック４０４にフィードバックする。

図３に戻り、ｄ軸電流規範応答算出部２０５は、入力されるｄ軸電流指令値ｉ^* _dに対して、予め定められた時定数τ_dのローパスフィルタ処理（離散時間系）を実行することで、ｄ軸電流規範応答ｉ_drefを求める。なお、時定数τ_dは、モータ制御システム１００が搭載される車両の特性に応じたｄ軸電流ｉ_dの所望の応答性を実現する観点から好適な値に設定される。特に、ｄ軸電流規範応答算出部２０５は、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dを入力として、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］に対する次の制御周期における値である規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を算出する。

図６は、ｄ軸電流規範応答算出部２０５の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、ｄ軸電流規範応答算出部２０５は、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dからフィードバックされたｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］を減算し（ブロック５０１）、当該減算により得られた値にゲインＴ_smp／τ_dを施し（ブロック５０２）、得られた値にフィードバックされたｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］を加算して規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を算出する（ブロック５０４）。

すなわち、ｄ軸電流規範応答算出部２０５は、ｄ軸電流規範応答ｉ_drefの前進差分を規定する以下の式（７）に基づいて、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］の規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を演算する。

さらに、ｄ軸電流規範応答算出部２０５は、規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を磁束規範応答推定部２０６に出力するとともに、前回値（すなわち、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］）を求める演算処理を施して（ブロック５０３）、得られたｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］をブロック５０１及びブロック５０４にフィードバックする。

図３に戻り、磁束規範応答推定部２０６は、界磁電流規範応答算出部２０４からの規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］、及びｄ軸電流規範応答算出部２０５からの規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を入力として、磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を算出する。

図７は、磁束規範応答推定部２０６の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、磁束規範応答推定部２０６は、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］にモータ１０１の固定子と回転子の間の相互インダクタンスＭを乗じる（ブロック６０１）。一方、磁束規範応答推定部２０６は、規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］にｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qの差分（以下、単に「インダクタンス差分Ｌ_d－Ｌ_q」とも称する）を乗じる（ブロック６０２）。さらに、磁束規範応答推定部２０６は、ブロック６０１で得られた演算値とブロック６０２で得られた演算値の和をとり（ブロック６０３）、得られた値に極対数ｐを乗じることで磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を求める。さらに、磁束規範応答推定部２０６は、この磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］をｑ軸電流規範応答算出部２０７に出力する。

図３に戻り、ｑ軸電流規範応答算出部２０７は、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］及び磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を入力として、ｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］に対する次の制御周期における値である規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を算出する。具体的に、ｑ軸電流規範応答算出部２０７は、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］を磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］で除算することにより、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を求める。

ｑ軸電流指令値算出部２０８は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を入力として、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出する。特に、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefの規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に対して、当該ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefに設定される時定数τ_qのローパスフィルタの逆モデルを施す演算を規定する。なお、時定数τ_qは、モータ制御システム１００が搭載される車両の特性に応じたｑ軸電流の所望の制御応答速度を実現する観点から好適な値に設定される。

図８は、ｑ軸電流指令値算出部２０８の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q［ｋ］からｑ軸電流規範応答ｉ_qrefの今回値であるｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］を減算する（ブロック７０１）。そして、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ブロック７０１の出力値にゲインＴ_smp／τ_qを施す（ブロック７０２）。次に、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ブロック７０２の出力値にｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］を加算する（ブロック７０３）。さらに、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ブロック７０３の出力値に対して前回値を求める演算処理を施す（ブロック７０４）。次に、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ブロック７０４の出力値をｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］として、これにゲイン（１－Ｔ_smp）／τ_qを施す（ブロック７０５）。そして、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、上記ｑ軸電流規範応答算出部２０７により入力される規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］からブロック７０５の出力値を減算する（ブロック７０６）。さらに、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、ブロック７０６の出力値にゲインτ_q／Ｔ_smpを施し、得られた値をｑ軸電流指令値ｉ^* _qとして、電流制御部１１４に出力する。

すなわち、ｑ軸電流指令値算出部２０８は、図８のブロック図と等価の以下の式（８）に基づいて、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q［ｋ］を演算する。

式（８）からわかるように、本実施形態のｑ軸電流指令値ｉ^* _q［ｋ］は、ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefの微分値（≒ｉ_qref［ｋ＋１］－ｉ_qref［ｋ］）に基づいて求めることができる。

以上説明した本実施形態のモータ制御方法の構成及びそれによる作用効果について説明する。

本実施形態では、回転子巻線を有する回転子及び固定子巻線を有する固定子を備える巻線界磁型同期モータ（モータ１０１）において、入力されるトルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて固定子巻線に流れる固定子電流（ｄｑ軸電流（ｉ_d，ｉ_q））と回転子巻線に流れる回転子電流（界磁電流ｉ_f）とを制御するモータ制御方法が提供される。

このモータ制御方法では、トルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて回転子巻線に供給する電流の指令値である界磁電流指令値（界磁電流指令値ｉ^* _f）を算出し（電流指令値演算部１１３）、トルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて固定子巻線に供給するｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの何れか一方の指令値である第１軸電流指令値（本実施形態では、ｄ軸電流指令値ｉ^* _d）を算出する（ｄ軸電流指令値算出部２０２）。また、トルク指令値Ｔ_e ^*から、該トルク指令値Ｔ_e ^*に対して予め定められた応答性（時定数τ_Te）を示すトルク規範応答Ｔ_erefを算出する（トルク規範応答算出部２０３）。そして、出力トルクＴ_eの応答性がトルク規範応答Ｔ_erefの応答性と略一致するように、界磁電流指令値ｉ^* _f及び第１軸電流指令値（特にｄ軸電流指令値ｉ^* _d）に基づいて、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの内の他方の指令値である第２軸電流指令値（本実施形態では、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q）を算出する（ｑ軸電流指令値算出部２０８）。

これにより、出力トルクＴ_eの応答性を予め定められたトルク規範応答Ｔ_erefに一致させることを前提とした上で、界磁電流指令値ｉ^* _f及びｄ軸電流指令値ｉ^* _dからｑ軸電流指令値ｉ^* _qが演算される。すなわち、出力トルクＴ_eの応答性を界磁電流ｉ_fに依らずに一定としつつｄｑ軸電流（ｉ_d，ｉ_q）が定められるので、界磁電流ｉ_fの動作条件の違いに応じたトルク応答性のばらつきの発生を抑制することができる。

特に、本実施形態のモータ制御方法では、界磁電流指令値ｉ^* _fから、該界磁電流指令値ｉ^* _fに対して予め定められた応答性（時定数τ_f）を示す界磁電流規範応答ｉ_frefを算出し（界磁電流規範応答算出部２０４）、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dから、該ｄ軸電流指令値ｉ^* _dに対して予め定められた応答性（時定数τ_d）を示す第１電流規範応答としてのｄ軸電流規範応答ｉ_drefを算出する（ｄ軸電流規範応答算出部２０５）。そして、モータ１０１のトルク特性（式（４））を参照して、トルク規範応答Ｔ_eref、界磁電流規範応答ｉ_fref、及びｄ軸電流規範応答ｉ_drefに基づいて第２電流規範応答としてのｑ軸電流規範応答ｉ_qrefを算出する（ｑ軸電流規範応答算出部２０７）。そして、ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefに基づいてｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出する（ｑ軸電流指令値算出部２０８）。

これにより、界磁電流ｉ_f及びｄ軸電流ｉ_dの応答性も、それぞれ、定められた界磁電流規範応答ｉ_fref及びｄ軸電流規範応答ｉ_drefに一致させることを前提としつ、ｑ軸電流ｉ_qを定めることができる。このため、トルク応答性のばらつきをより確実に抑制するようにｄｑ軸電流（ｉ_d，ｉ_q）を定めることができる。

さらに、本実施形態のモータ制御方法では、トルク規範応答Ｔ_erefを、該トルク規範応答Ｔ_erefに定められた時定数τ_Teの一次遅れ系における前進差分をとることで得られる規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］として算出する（図４）。また、界磁電流規範応答ｉ_frefを、該界磁電流規範応答ｉ_frefに定められた時定数τ_fの一次遅れ系における前進差分をとることで得られる規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］として算出する（図５）。さらに、ｄ軸電流規範応答ｉ_drefを、該ｄ軸電流規範応答ｉ_drefに定められた時定数τ_dの一次遅れ系における前進差分をとることで得られる規範第１電流次回値（規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］）として算出する（図６）。

また、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］、及び規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］に基づいて第２電流規範応答（ｑ軸電流規範応答ｉ_qref）の次回値である規範第２電流次回値（規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］）を算出する（ｑ軸電流規範応答算出部２０７）。そして、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に対する離散時間の微分値に基づいてｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出する（式（８））。

これにより、トルク規範応答Ｔ_eref、界磁電流規範応答ｉ_fref、及びｄ軸電流規範応答ｉ_drefを前提とした望ましい応答性を示す規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に基づき、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qを定めることができる。すなわち、トルク応答性のばらつきを好適に抑制するようにｑ軸電流ｉ_qを定まるための好適な制御ロジックが実現される。特に、本実施形態では、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に対して離散時間の微分値を用いてｑ軸電流指令値ｉ^* _qを演算している。これにより、非プロパな連続変数の微分演算（ラプラス演算子ｓを施す演算）を用いることなく、ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefからｑ軸電流指令値ｉ^* _qを求める演算ロジックを構築することができる。

また、本実施形態のモータ制御方法では、規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］及び規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］に基づいて磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を算出する（磁束規範応答推定部２０６）。また、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］を磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］で除算することにより規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を算出する（ｑ軸電流規範応答算出部２０７）。

これにより、出力トルクＴ_eの特性（式（４））により好適に合致した規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］の演算ロジックが実現される。

特に、本実施形態のモータ制御方法では、磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］から定めた界磁磁束規範応答（ブロック６０１の出力値）、及び規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］に基づいてリラクタンストルクＴ_elに関する等価磁束推定値（Ｌ_d－Ｌ_q）・ｉ_drefを算出し（ブロック６０２）、上記界磁磁束規範応答と等価磁束推定値（Ｌ_d－Ｌ_q）・ｉ_drefの和をとることで磁束規範応答推定値φ_refを算出する（ブロック６０３）。

これにより、現実の出力トルクＴ_eの特性（式（４））に合わせてリラクタンストルクＴ_elの影響を考慮した上で磁束規範応答推定値φ_ref［ｋ＋１］を定め、これに基づいてより高精度に規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を求めるための具体的な制御ロジックが実現される。

さらに、本実施形態では、上記モータ制御方法が実行されるモータ制御システムとしてのモータ制御システム１００が提供される。

モータ制御システム１００は、回転子巻線を有する回転子及び固定子巻線を有する固定子を備える巻線界磁型同期モータとしてのモータ１０１と、入力されるトルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて固定子巻線に流れる固定子電流（ｄｑ軸電流（ｉ_d，ｉ_q））と回転子巻線に流れる回転子電流（界磁電流ｉ_f）とを制御する制御装置と、を備える。

そして、この制御装置は、トルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて回転子巻線に供給する電流の指令値である界磁電流指令値（界磁電流指令値ｉ^* _f）を算出する界磁電流指令値算出部としての電流指令値演算部１１３と、トルク指令値Ｔ_e ^*に基づいて固定子巻線に供給するｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの何れか一方の指令値である第１軸電流指令値（本実施形態では、ｄ軸電流指令値ｉ^* _d）を算出する第１軸電流指令値算出部（ｄ軸電流指令値算出部２０２）と、トルク指令値Ｔ_e ^*から、該トルク指令値Ｔ_e ^*に対して予め定められた応答性（時定数τ_Te）を示すトルク規範応答Ｔ_erefを算出するトルク規範応答算出部２０３と、界磁電流指令値ｉ^* _f、第１軸電流指令値（特にｄ軸電流指令値ｉ^* _d）、及び出力トルクＴ_eの応答性がトルク規範応答Ｔ_erefの応答性と略一致するように、界磁電流指令値ｉ^* _f及び第１軸電流指令値（特にｄ軸電流指令値ｉ^* _d）に基づいて、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの内の他方の指令値である第２軸電流指令値（本実施形態では、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q）を算出する第２軸電流指令値算出部（ｑ軸電流指令値算出部２０８）と、を含む。

これにより、本実施形態のモータ制御方法を実行するための好適なシステム構成が実現される。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、本実施形態では、第１軸電流指令値をｄ軸電流指令値ｉ^* _dとし、第２軸電流指令値をｑ軸電流指令値ｉ^* _qとする場合の制御の一例が提供される。

図９は、本実施形態の電流指令値演算部１１３の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、本実施形態の電流指令値演算部１１３は、界磁電流指令値算出部２０１と、ｑ軸電流指令値算出部２０２’と、トルク規範応答算出部２０３と、界磁電流規範応答算出部２０４と、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’と、トルク界磁成分算出部２０６’－１と、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２と、界磁成分除去部２０６’－３と、ｄ軸電流規範応答算出部２０７’と、ｄ軸電流指令値算出部２０８’と、を備える。なお、以下では、記載の簡略化のため、各ブロックの内、第１実施形態と同様の処理を実行する界磁電流指令値算出部２０１、トルク規範応答算出部２０３、及び界磁電流規範応答算出部２０４の詳細な説明は省略する。

ｑ軸電流指令値算出部２０２’は、トルク指令値Ｔ_e ^*、機械角速度ω_rm（モータ回転数相当）、及び直流電圧Ｖ_dcを入力として、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出する。具体的に、ｑ軸電流指令値算出部２０２’は、所定の記憶領域に予め記憶されたマップデータを参照して上記各入力値からｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出する。そして、ｑ軸電流指令値算出部２０２’は、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qをｑ軸電流規範応答算出部２０５’及び電流制御部１１４に出力する。

ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、入力されるｑ軸電流指令値ｉ^* _qに対して、時定数τ_qのローパスフィルタ処理（離散時間系）を実行することで、ｑ軸電流規範応答ｉ_qrefを求める。特に、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qを入力として、ｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］の規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を算出する。

図１０は、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qからフィードバックされたｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］を減算し（ブロック９０１）、当該減算により得られた値にゲインＴ_smp／τ_qを施し（ブロック９２）、得られた値にフィードバックされたｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］を加算して規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を算出する（ブロック９０４）。

すなわち、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、上記式（７）のｄ軸電流ｉ_dに関するパラメータをｑ軸電流ｉ_qに関するパラメータで置き換えた式に基づいて、ｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］の規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を演算する。

さらに、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］をトルク界磁成分算出部２０６’－１及びリラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２に出力する。一方で、ｑ軸電流規範応答算出部２０５’は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に対して前回値（すなわち、ｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］）を求める演算処理を施し（ブロック９０３）、得られたｑ軸電流規範応答ｉ_qref［ｋ］をブロック９０１及びブロック９０４にフィードバックする。

図９に戻り、トルク界磁成分算出部２０６’－１は、界磁電流規範応答算出部２０４からの規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］、及び規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を入力として、トルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を算出する。

図１１は、トルク界磁成分算出部２０６’－１の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、トルク界磁成分算出部２０６’－１は、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］と規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を乗算し（ブロック１００１）、当該乗算値に極対数ｐを乗じる（ブロック１００２）。さらに、トルク界磁成分算出部２０６’－１は、ブロック１００１の出力値に相互インダクタンスＭを乗じることで、トルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を求める（ブロック１００３）。

すなわち、トルク界磁成分算出部２０６’－１は、図１１のブロック図と等価の以下の式（９）に基づいて、トルク界磁成分Ｔ_em［ｋ］のトルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を演算する。

そして、トルク界磁成分算出部２０６’－１は、求めたトルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を界磁成分除去部２０６’－３に出力する。

図９に戻り、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］を入力として、リラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］を算出する。

図１２は、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に極対数ｐを乗じる（ブロック１１０２）。そして、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２は、ブロック１１０２の出力値にインダクタンス差分（Ｌ_d－Ｌ_q）を乗じてリラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］を求める。

すなわち、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２は、図１２のブロック図と等価の以下の式（１０）に基づいて、リラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］を演算する。

そして、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２のは、求めたリラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］をｄ軸電流規範応答算出部２０７’に出力する。

図９に戻り、界磁成分除去部２０６’－３は、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］からリラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］を減算する。

ｄ軸電流規範応答算出部２０７’は、界磁成分除去部２０６’－３からの上記減算値をリラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］で除算することにより、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］の規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を算出する。

ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を入力として、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dを算出する。特に、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］の規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］に対して、当該ｄ軸電流規範応答ｉ_drefに設定される時定数τ_dのローパスフィルタの逆モデルを施す演算を規定する。

図１３は、ｄ軸電流指令値算出部２０８’の詳細な演算機能を説明するブロック図である。図示のように、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dのフィードバック値からｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］を減算する（ブロック１２０１）。そして、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ブロック１２０１の出力値にゲインＴ_smp／τ_dを施す（ブロック１２０２）。次に、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ブロック１２０２の出力値にｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］を加算する（ブロック１２０３）。さらに、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ブロック１２０３の出力値に対して前回値を求める演算処理を施す（ブロック１２０４）。次に、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ブロック１２０４の出力値をｄ軸電流規範応答ｉ_dref［ｋ］として、これにゲイン（１－Ｔ_smp）／τ_dを施す（ブロック１２０５）。そして、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］からブロック１２０５の出力値を減算する（ブロック１２０６）。そして、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、ブロック１２０６の出力値にゲインτ_d／Ｔ_smpを施し、得られた値をｄ軸電流指令値ｉ^* _dとして、電流制御部１１４に出力する。

すなわち、ｄ軸電流指令値算出部２０８’は、上記式（８）のｑ軸電流ｉ_qに関するパラメータをｄ軸電流ｉ_dに関するパラメータで置き換えた式に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dを演算する。したがって、本実施形態のｄ軸電流指令値ｉ^* _d［ｋ］は、ｄ軸電流規範応答ｉ_drefの微分値（≒ｉ_dref［ｋ＋１］－ｉ_dref［ｋ］）に基づいて求めることができる。

以上説明した本実施形態のモータ制御方法の構成及びそれによる作用効果について説明する。

本実施形態では、第１軸電流指令値、第１電流規範応答、及び規範第１電流次回値はそれぞれ、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q、ｑ軸電流規範応答ｉ_qref、及び規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］である。第２軸電流指令値、第２電流規範応答、及び規範第２電流次回値はそれぞれ、ｄ軸電流指令値ｉ^* _d、ｄ軸電流規範応答ｉ_dref、及び規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］である。

そして、規範界磁電流次回値ｉ_fref［ｋ＋１］及び規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に基づいてトルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を算出する（トルク界磁成分算出部２０６’－１）。また、規範ｑ軸電流次回値ｉ_qref［ｋ＋１］に基づいてリラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］を算出する（リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２）。さらに、規範トルク次回値Ｔ_eref［ｋ＋１］からトルク界磁成分Ｔ_em［ｋ］のトルク界磁成分Ｔ_em［ｋ＋１］を減算して得られた値を、リラクタンストルクのｑ軸成分Ｔ_erq［ｋ＋１］で除算することにより規範ｄ軸電流次回値ｉ_dref［ｋ＋１］を算出する（界磁成分除去部２０６’－３及びｄ軸電流規範応答算出部２０７’）。

これにより、出力トルクＴ_eの応答性を予め定められたトルク規範応答Ｔ_erefに一致させることを前提とした上で、界磁電流指令値ｉ^* _f及びｑ軸電流指令値ｉ^* _qからｄ軸電流指令値ｉ^* _dを演算するための具体的な制御ロジックが実現される。したがって、この制御ロジックによっても、界磁電流ｉ_fの動作条件の違いに応じたトルク応答性のばらつきの発生を抑制することができる。

［実施例］
次に、上記各実施形態のモータ制御方法を実行した場合の作用効果を、各比較例と対比しつつ説明する。特に、以下の各実施例及び各比較例では所定の条件下でシミュレーションを行った結果について説明する。

（実施例１）
第１実施形態のモータ制御システム１００に対して、以下の（Ｉ）及び（ＩＩ）のように界磁電流ｉ_fの動作条件を変えてシミュレーション及び観測を実行した。

（Ｉ）初期時（時刻ｔ＝０）に界磁電流ｉ_fが与えられ（すなわち、予め界磁電流ｉ_fが流れており）、トルク指令値Ｔ_e ^*が負の値に設定されている前提で、時刻ｔ＝ｔ１～ｔ２においてトルク指令値Ｔ_e ^*が増加して負から正に転ずる場合のトルク応答を観測した。

（ＩＩ）初期時（時刻ｔ＝０）に界磁電流ｉ_fが０であり（すなわち、予め界磁電流ｉ_fが流れておらず）、トルク指令値Ｔ_e ^*が０に設定されている前提で、時刻ｔ＝ｔ１～ｔ２においてトルク指令値Ｔ_e ^*が増加して０から正になる場合のトルク応答を観測した。

上記（Ｉ）及び（ＩＩ）に係るシミュレーションによる観測結果をそれぞれ、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。

（実施例２）
第２実施形態のモータ制御システム１００において、実施例１と同様に（Ｉ）及び（ＩＩ）に係るシミュレーション及び観測を実行した。（Ｉ）及び（ＩＩ）に係るシミュレーションによる観測結果をそれぞれ、図１５Ａ及び図１５Ｂに示す。

（比較例）
第１実施形態（又は第２実施形態）のモータ制御システム１００の電流指令値演算部１１３における演算処理に代え、トルク指令値Ｔ_e ^*、機械角速度ω_rm（モータ回転数相当）、及び直流電圧Ｖ_dcから所定のマップに基づいてｄ軸電流指令値ｉ^* _d、ｑ軸電流指令値ｉ^* _q、及び界磁電流指令値ｉ^* _fを定める比較例システムｒｅｆｓにおいて、上記（Ｉ）及び（ＩＩ）に係るシミュレーション及び観測を実行した。

（実施例１の制御結果及び考察）

図１４Ａに示す予め界磁電流ｉ_fが流れている場合の制御では、時刻ｔ１～時刻ｔ２においてトルク指令値Ｔ_e ^*が負から正に増加することによる界磁電流ｉ_f、ｄ軸電流ｉ_d、及びｑ軸電流ｉ_qの応答に応じて、出力トルクＴ_eが変化した。特に、図１４Ａに示す例では、実施例１及び比較例の何れも、出力トルクＴ_eがほぼトルク規範応答Ｔ_erefに一致するように追従した。これは、予め略一定の界磁電流ｉ_fが流れているところ、出力トルクＴ_eの応答への影響を与える界磁電流ｉ_fの変化が生じていないためと考えられる。

一方、図１４Ｂに示す予め界磁電流ｉ_fが流れていない場合の制御では、時刻ｔ１～時刻ｔ２においてトルク指令値Ｔ_e ^*が０から正に増加することによる界磁電流ｉ_f、ｄ軸電流ｉ_d、及びｑ軸電流ｉ_qの応答に応じて、出力トルクＴ_eが変化した。特に、図１４Ｂに示す例では、時刻ｔ１～時刻ｔ２におけるトルク指令値Ｔ_e ^*の変化に合わせて界磁電流ｉ_fが増加する。したがって、出力トルクＴ_eの応答はこの界磁電流ｉ_fの増加による影響を受けるので、比較例では、出力トルクＴ_eがトルク指令値Ｔ_e ^*に対して遅れて追従している。これに対して、実施例１では、図１４Ａに示す例と同様に、出力トルクＴ_eがほぼトルク規範応答Ｔ_erefに一致するように追従した。

以上のように、比較例では、予め界磁電流ｉ_fが流れている場合とそうでない場合との間において、出力トルクＴ_eの応答性が異なることがわかる。これに対して、実施例１では、予め界磁電流ｉ_fが流れている否かに関わらず、出力トルクＴ_eの応答がトルク規範応答Ｔ_erefと略一致することで一定に保たれることがわかった。

これは、第１実施形態のモータ制御システム１００においては、トルク規範応答算出部２０３によりトルク指令値Ｔ_e ^*から一様な応答性をとるトルク規範応答Ｔ_erefが定められる一方、磁束規範応答推定部２０６、ｑ軸電流規範応答算出部２０７、及びｑ軸電流指令値算出部２０８によって、上記トルク規範応答Ｔ_erefを前提として界磁電流ｉ_f（特に界磁電流規範応答ｉ_fref）及びｄ軸電流ｉ_d（特にｄ軸電流規範応答ｉ_dref）に基づいてｑ軸電流指令値ｉ^* _qを算出しているためと考えられる。

（実施例２の制御結果及び考察）

図１５Ａに示す予め界磁電流が流れている場合の制御では、図１４Ａで説明した制御に対し、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの挙動に相違はあるものの、トルク応答に関してはほぼ同様の挙動を示した。また、図１５Ｂに示す予め界磁電流ｉ_fが流れていない場合の制御でも、図１４Ｂに示す制御に対し、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qの挙動に相違はあるものの、トルク応答に関してはほぼ同様の挙動を示した。

したがって、実施例２においても、予め界磁電流ｉ_fが流れている否かに関わらず、トルクＴ_eの応答がトルク規範応答Ｔ_erefと略一致することで一定に保たれることがわかった。

これは、第２実施形態のモータ制御システム１００においては、トルク規範応答算出部２０３によりトルク指令値Ｔ_e ^*から一様な応答性をとるトルク規範応答Ｔ_erefが定められる一方、トルク界磁成分算出部２０６’－１、リラクタンストルクｑ軸成分算出部２０６’－２、ｄ軸電流規範応答算出部２０７’、及びｄ軸電流指令値算出部２０８’によって、上記トルク規範応答Ｔ_erefを前提として界磁電流ｉ_f（特に界磁電流規範応答ｉ_fref）及びｑ軸電流ｉ_q（特にｑ軸電流規範応答ｉ_qref）に基づいてｄ軸電流指令値ｉ^* _dを算出しているためと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態で説明した構成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限定する趣旨ではない。

１００ モータ制御システム
１０１ モータ
１０２ ＰＷＭ変換器
１０３ インバータ
１０４ 直流電源
１０５ 界磁電流出力部
１０６ 電流センサ
１０７ Ａ／Ｄ変換器
１０８ ３相/ｄｑ交流座標変換器
１０９ 磁極位置検出器
１１０ パルスカウンタ
１１１ 角速度演算器
１１２ 先読み補償部
１１３ 電流指令値演算部
１１４ 電流制御部
１１５ 非干渉制御部
１１６ 電圧指令値演算部
１１７ ｄｑ/３相交流座標変換器

Claims (7)

1. 回転子巻線を有する回転子及び固定子巻線を有する固定子を備える巻線界磁型同期モータにおいて、入力されるトルク指令値に基づいて前記固定子巻線に流れる固定子電流と前記回転子巻線に流れる回転子電流とを制御するモータ制御方法であって、
   前記トルク指令値に基づいて前記回転子巻線に供給する電流の指令値である界磁電流指令値を算出し、
   前記トルク指令値に基づいて、前記固定子巻線に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の内の一方の指令値である第１軸電流指令値を算出し、
   前記トルク指令値を入力として、定められた時定数の一次遅れ系におけるトルク規範応答の前進差分をとることで規範トルク次回値を算出し、
   前記規範トルク次回値、前記界磁電流指令値、及び前記第１軸電流指令値に基づいて、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の内の他方の指令値である第２軸電流指令値を算出する、
   モータ制御方法。
2. 請求項１に記載のモータ制御方法であって、
   前記界磁電流指令値を入力として、定められた時定数の一次遅れ系における界磁電流規範応答の前進差分をとることで規範界磁電流次回値を算出し、
   前記第１軸電流指令値を入力として、定められた時定数の一次遅れ系における第１電流規範応答の前進差分をとることで規範第１電流次回値を算出し、
   前記巻線界磁型同期モータのトルク特性を参照して、前記規範トルク次回値、前記規範界磁電流次回値、及び前記規範第１電流次回値に基づいて規範第２電流次回値を算出し、
   前記規範第２電流次回値に基づいて前記第２軸電流指令値を算出する、
   モータ制御方法。
3. 請求項２に記載のモータ制御方法であって、
   前記規範第２電流次回値の離散時間の微分値に基づいて前記第２軸電流指令値を算出する、
   モータ制御方法。
4. 請求項３に記載のモータ制御方法であって、
   前記第１軸電流指令値、及び前記規範第１電流次回値はそれぞれ、ｄ軸電流指令値、及び規範ｄ軸電流次回値であり、
   前記第２軸電流指令値、及び前記規範第２電流次回値はそれぞれ、ｑ軸電流指令値、及び規範ｑ軸電流次回値であり、
   前記規範ｄ軸電流次回値及び前記規範界磁電流次回値に基づいて磁束規範応答推定値を算出し、
   前記規範トルク次回値を前記磁束規範応答推定値で除算することにより前記規範ｑ軸電流次回値を算出する、
   モータ制御方法。
5. 請求項４に記載のモータ制御方法であって、
   前記磁束規範応答推定値を、
   前記規範界磁電流次回値から定めた界磁磁束規範応答値、及び前記規範ｄ軸電流次回値に基づいてリラクタンストルクに関する等価磁束推定値を算出し、
   前記界磁磁束規範応答値と前記等価磁束推定値の和をとることで算出する、
   モータ制御方法。
6. 請求項３に記載のモータ制御方法であって、
   前記第１軸電流指令値、及び前記規範第１電流次回値はそれぞれ、ｑ軸電流指令値、ｑ軸電流規範応答、及び規範ｑ軸電流次回値であり、
   前記第２軸電流指令値、及び前記規範第２電流次回値はそれぞれ、ｄ軸電流指令値、ｄ軸電流規範応答、及び規範ｄ軸電流次回値であり、
   前記規範界磁電流次回値及び前記規範ｑ軸電流次回値に基づいてトルク界磁成分を算出し、
   前記規範ｑ軸電流次回値に基づいてリラクタンストルクのｑ軸成分を算出し、
   前記規範トルク次回値から前記トルク界磁成分を減算して得られた値を、前記リラクタンストルクのｑ軸成分で除算することにより前記規範ｄ軸電流次回値を算出する、
   モータ制御方法。
7. 回転子巻線を有する回転子及び固定子巻線を有する固定子を備える巻線界磁型同期モータと、入力されるトルク指令値に基づいて前記固定子巻線に流れる固定子電流と前記回転子巻線に流れる回転子電流とを制御する制御装置と、を備えたモータ制御システムであって、
   前記制御装置は、
   前記トルク指令値に基づいて前記回転子巻線に供給する電流の指令値である界磁電流指令値を算出する界磁電流指令値算出部と、
   前記トルク指令値に基づいて、前記固定子巻線に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の内の一方の指令値である第１軸電流指令値を算出する第１軸電流指令値算出部と、
   前記トルク指令値を入力として、定められた時定数の一次遅れ系におけるトルク規範応答の前進差分をとることで規範トルク次回値を算出するトルク規範応答算出部と、
   前記規範トルク次回値、前記界磁電流指令値、及び前記第１軸電流指令値に基づいて、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の内の他方の指令値である第２軸電流指令値を算出する第２軸電流指令値算出部と、を含む、
   モータ制御システム。