モータ制御装置及びモータ駆動システム
【課題】少なくとも１つの制御モードがフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併せ持っている場合でも、制御切替時におけるトルク変動を抑制することを目的とする。
【解決手段】フィードフォワード制御を行う非干渉制御部２５を備える第１制御部１１と、非干渉制御部２５による調整量を用いる第２制御部１２とを切り替えて採用する場合において、第２制御部１２が採用されている場合に、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値と非干渉制御部２５による調整量とを用いて第１制御部１１のＰＩ制御器が備える積分器の初期値を設定する第１プリセット部２０と、第１制御部１１が採用されている場合に、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値と非干渉制御部２５による調整量とを用いて第２制御部１２のＰＩ制御器が備える積分器の初期値を設定する第２プリセット部３０とを備えるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】フィードフォワード制御を行う非干渉制御部２５を備える第１制御部１１と、非干渉制御部２５による調整量を用いる第２制御部１２とを切り替えて採用する場合において、第２制御部１２が採用されている場合に、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値と非干渉制御部２５による調整量とを用いて第１制御部１１のＰＩ制御器が備える積分器の初期値を設定する第１プリセット部２０と、第１制御部１１が採用されている場合に、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値と非干渉制御部２５による調整量とを用いて第２制御部１２のＰＩ制御器が備える積分器の初期値を設定する第２プリセット部３０とを備えるモータ制御装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御装置及びモータ駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流モータの制御方法として、複数の制御モードを切り替えて採用するモータ制御方法が知られている。このようなモータ制御方法では、制御切替時においてトルクショックが発生することが懸念され、車両の乗り心地などに悪影響を与える可能性がある。
そこで、例えば、特許文献１には、制御方式を切り替える際のトルクショックを低減させるための技術が提案されている。特許文献１には、正弦波ＰＷＭ制御方式を採用する第１のＭＧ制御手段と矩形波電圧位相制御方式を採用する第２のＭＧ制御手段とを切り替える際に、切替前のＭＧ制御手段のＰＩ制御器の制御状態変数のモニタ結果に基づいて切替後のＭＧ制御手段のＰＩ制御器の制御状態変数の初期値を演算して設定することにより、ＭＧ制御手段の切替時におけるトルク変動を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術は、各々の制御モードが、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御を行うような場合に、適用することができないという不都合があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、少なくとも１つの制御モードがフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併せ持っている場合でも、制御切替時におけるトルク変動を抑制することのできるモータ制御装置及びモータ駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、各々が積分器を含むフィードバック制御手段を有する複数の制御手段を備えるとともに、少なくとも１つの前記制御手段がフィードフォワード制御手段を有するモータ制御装置であって、複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、各前記制御手段に対応して設けられ、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値に基づいて、対応する前記制御手段が有する前記フィードバック制御手段の積分器の初期値を設定する複数のプリセット手段とを有し、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有している場合に、該制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する前記制御手段が生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、切替手段によっていずれかの制御手段が選択されている場合には、それ以外の制御手段に対応する各プリセット手段によって、各プリセット手段に対応する制御手段の積分器の初期値が設定される。この場合において、切替手段によって採用されている制御手段がフィードフォワード制御手段を有している場合には、各プリセット手段は、採用されている制御手段の電圧指令値からフィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する制御手段が生成するために必要となる積分器の制御状態変数を初期値として設定する。これにより、フィードフォワード制御手段を有している制御手段から他の制御手段に切り替えられた場合においても、切替前後の電圧指令値を同じ値とすることが可能となる。この結果、制御手段の切替時におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【０００８】
上記モータ制御装置は、少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による制御値を対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換制御値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定することとしてもよい。
【０００９】
このような構成によれば、切替手段によって選択されている制御手段が用いる座標系と自身に対応する制御手段が用いる座標系とが異なる場合には、切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値およびフィードフォワード制御手段による制御値が、プリセット手段に対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値および制御値に変換され、座標変換電圧指令値から座標変換制御値を取り除いた電圧指令値が算出される。そして、この電圧指令値を生成するために必要となる積分器の制御状態変数が初期値として積分器に設定される。
【００１０】
上記モータ制御装置は、少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換し、座標変換後の前記電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定することとしてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、切替手段によって選択されている制御手段が用いる座標系と自身に対応する制御手段の座標系とが異なる場合には、切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値からフィードフォワード制御手段による制御値が取り除かれた電圧指令値が算出され、この電圧指令値が対応する制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換される。そして、座標変換後の電圧指令値を生成するために必要となる積分器の制御状態変数が算出され、この値が初期値として積分器に設定される。
【００１２】
本発明は、上記いずれかのモータ制御装置を具備するモータ駆動システムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも１つの制御モードがフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併せ持つ場合でも、制御切替時におけるトルク変動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの概略構成を示した図である。
【図２】モータ制御装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図３】第１制御部及び第２制御部の概略構成を示した図である。
【図４】第１プリセット部の概略構成を示した図である。
【図５】第２プリセット部の概略構成を示した図である。
【図６】第１プリセット部の他の構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置およびモータ駆動システムについて、図面を参照して説明する。本発明のモータ制御装置およびモータ駆動システムは、交流モータに対して広く適用可能であるが、特に、電気自動車等のように、使用回転数の領域が広く、また、制御切替時におけるトルク変動による影響が大きいシステムにおける交流モータの駆動システムとして採用されるのに適している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システム１の概略構成を示した図である。図１に示されるように、モータ駆動システム１は、モータ制御装置２及びインバータ３を備えている。インバータ３は、交流モータ４の力行制御中においては、バッテリ５からの直流電力を三相交流電力に変換して交流モータ４に出力し、交流モータ４の回生制御中においては、交流モータ４で発生した三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ５に出力する。
【００１７】
インバータ３の入力直流電圧Ｖｄｃは電圧センサ６により検出され、モータ制御装置２に出力されるとともに、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流センサ７により検出されてモータ制御装置２に出力される。
【００１８】
モータ制御装置２は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
【００１９】
モータ制御装置２は、交流モータ４の駆動トルクを上位の制御装置（図示略）から与えられるモータトルク指令に一致させるようなインバータ駆動信号Ｓを相毎に生成し、これらをインバータ２の各相に対応するスイッチング素子に与えることでインバータ３を制御し、所望の３相交流電圧を交流モータ４に供給する。
【００２０】
図２は、モータ制御装置２が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
図２に示すように、モータ制御装置２は、正弦波ＰＷＭ制御に基づく第１電圧指令値を生成する第１制御部（第１制御手段）１１と、１パルス駆動制御に基づく第２電圧指令値を生成する第２制御部（第２制御手段）１２とを備えている。第１制御部１１が採用する正弦波ＰＷＭ制御は、ｄ−ｑ座標系（第１座標系）を用いて制御を行う制御方式であり、第２制御部１２が採用する１パルス駆動制御は、極座標系（第２座標系）を用いて制御を行う制御方式である。このように、モータ制御装置２は、異なる座標系を用いてモータ制御を行う複数の制御部を有している。
【００２１】
また、第１制御部１１及び第２制御部１２には、それぞれが備えるＰＩ制御器（ＰＩ制御手段）の積分器に設定する状態変数初期値を設定するための第１プリセット部（第１プリセット手段）２０、第２プリセット部（第２プリセット手段）３０が設けられている。
【００２２】
第１制御部１１によって設定されたｄ−ｑ軸の第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、座標系変換部（第２座標系変換手段）１３により極座標系の第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に変換されて切替部（切替手段）１４に入力され、第２制御部１２によって設定された極座標の第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊は、そのまま切替部１４に入力される。
【００２３】
切替部１４は、交流モータ４の運転領域などに応じて、一つの電圧指令値を選択して極座標／３相変換部１５に出力する。切替部１４は、例えば、交流モータ４の負荷が小さい領域において正弦波ＰＷＭ制御、すなわち、第１制御部１１を採用し、交流モータ４の負荷が大きい領域において１パルス駆動制御、すなわち、第２制御部１２を採用する。
【００２４】
極座標／３相変換部１５は、入力された極座標で表わされている電圧指令値を３相交流電圧指令値に変換し、駆動信号生成部１６に出力する。このとき、位相角指令値δ＊＋δ０＊＋θｅも駆動値生成部１６に出力される。
駆動信号生成部１６は、正弦波ＰＷＭ制御時には、極座標／３相変換部１５からの３相交流電圧指令値に基づいて各相に対応するインバータ３のスイッチング素子を駆動する駆動信号Ｓを生成し、インバータ３に出力する。また、１パルス制御時には、位相角指令値δ＊＋δ０＊＋θｅに基づいて、各相に対応するインバータ３のスイッチング素子を駆動する矩形波の駆動信号Ｓを生成し、インバータ３に出力する。
【００２５】
図３は、第１制御部１１及び第２制御部１２の概略構成を示した図である。なお、第１制御部１１により実施される正弦波ＰＷＭ制御および第２制御部１２により実施される１パルス駆動制御については、例えば、特開２００９−２０７３２３号公報や特開２００９−１２４９１０号公報等に開示されているように、公知の技術であるため、以下、簡単に説明する。
【００２６】
図３に示すように、第１制御部１１は、３相／２相変換部２１、速度・位置推定部２２、電流指令設定部２３、電圧指令設定部（第１フィードバック制御手段）２４、非干渉制御部（フィードフォワード制御手段）２５、電圧指令補正部（第１電圧補正手段）２６を備えている。
【００２７】
３相／２相変換部２１は、電流センサ７（図１参照）によって検出された３相交流測定電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ−ｑ座標系の２相測定電流であるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。
速度・位置推定部２２は、３相／２相変換部２１で算出されたｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄを用いて、現在の交流モータ４のロータの位置θｅ及び電気角速度ωｅを算出する。
【００２８】
電流指令設定部２３は、トルク指令値とロータの電気角速度ωｅとを用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。
【００２９】
電圧指令設定部２４は、ＰＩ制御器（詳細は図４参照）を有するフィードバック制御部であり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差を算出し、これらの偏差が０に近づくようなｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を設定する。
【００３０】
非干渉制御部２５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を用いたフィードフォワード制御を行い、電圧補償値を得る。具体的には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とロータの電気角速度ωｅとを以下の（１）式及び（２）式に用いて、ｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を得る。
【００３１】
Ｖｄ０＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊−ω×Ｌｑ×Ｉｑ＊ （１）
Ｖｑ０＊＝Ｒａ×Ｉｑ＊＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＊＋ωｅ×φａ （２）
【００３２】
上記（１）式及び（２）式において、Ｒａは交流モータ４の電気子巻線１相あたりの抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、φａはモータの永久磁石による電気子鎖交磁束である。また、ωは、ωｅ＝ｎ×ωから導き出せる。ここで、ｎは極対数である。
なお、ここでは、２相電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊から電圧補償値を得ることとしたが、これに代えて、３相／２相変換部２１から出力される２相測定電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて電圧補償値を算出することとしてもよい。
【００３３】
電圧指令補正部２６は、電圧指令設定部２４により設定されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊に非干渉制御部２５で算出されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊をそれぞれ加算することにより、ｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊およびｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を得る。電圧指令補正部２６によって補正されたｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊及びｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、第１制御部１１の電圧指令値として、座標系変換部１３に出力される。
【００３４】
第２制御部１２は、電圧指令設定部（第２フィードバック制御手段）３１と、座標系変換部３２と、電圧指令補正部（第２電圧補正手段）３３とを備えている。
電圧指令設定部３１は、ＰＩ制御器（詳細は図５参照）を有するフィードバック制御部であり、第１制御部１１の電流指令設定部２３によって設定されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、３相／２相変換部２１から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとを入力情報として取得し、これらの情報から電圧振幅指令値Ｖａ＊と電圧位相角指令値δ＊を設定する。
【００３５】
座標系変換部３２は、第１制御部１１の非干渉制御部２５によって生成されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊に変換する。
【００３６】
電圧指令補正部３３は、電圧指令設定部３１により設定された振幅指令値Ｖａ＊及び電圧位相角指令値δ＊に、座標系変換部３２により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊をそれぞれ加算することにより、振幅補正指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊および電圧補正位相角指令値δ＊＋δ０＊を得る。電圧指令補正部３３によって補正された振幅補正指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊および電圧補正位相角指令値δ＊＋δ０＊は、第２制御部１２の第２電圧指令値として、切替部１４に出力される。
【００３７】
次に、本発明の主な特徴の一つである第１プリセット部２０及び第２プリセット部３０について詳しく説明する。
第１プリセット部２０は、切替部１４によって第２制御部１２が採用されている場合に、第２制御部１２により設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊を用いて、第１制御部１１の電圧指令設定部２４のＰＩ制御器が備える積分器（第１積分器）で用いられる制御状態変数を算出し、これを初期値として積分器に設定する。
【００３８】
図４は、第１プリセット部２０の概略構成を示した図である。
図４において、符号４１は、電圧指令設定部２４におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成するＰＩ制御器、符号４２は電圧指令設定部２４におけるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成するＰＩ制御器である。
ＰＩ制御器４１は、比例器５１と、積分器（第１積分器）５２とを備えている。同様に、ＰＩ制御器４２は、比例器５３と、積分器（第１積分器）５４とを備えている。
【００３９】
第１プリセット部２０は、座標系変換部（第１座標系変換手段）６１と、減算器６２と、第１演算部６３とを備えている。
座標系変換部６１は、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊をｄ−ｑ座標系に変換して、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を得る。
【００４０】
減算器６２は、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊から第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊をそれぞれ減算し、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を得る。
【００４１】
第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を生成するために必要とされる積分器５２，５４の制御状態変数をそれぞれ算出する。具体的には、第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊から第１制御部１１のＰＩ制御器４１における比例器５１の出力を減算することで、積分器５２の制御状態変数を算出して、この制御状態変数を積分器５２に初期値として設定する。同様に、第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｑ＊から第１制御部１１のＰＩ制御器４２における比例器５３の出力を減算することで、積分器５４の制御状態変数を算出し、この制御状態変数を積分器５４に初期値として設定する。
【００４２】
第２プリセット部３０は、切替部１４によって第１制御部１１が採用されている場合に、第１制御部１１により設定された極座標変換後の第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊を用いて、第２制御部１２の電圧指令設定部３１のＰＩ制御器が備える積分器（第２積分器）で用いられる制御状態変数を算出し、これを初期として積分器に設定する。
【００４３】
図５は、第２プリセット部３０の概略構成を示した図である。
図５において、符号７１は、電圧指令設定部３１における振幅指令値Ｖａ＊を生成するＰＩ制御器、符号７２は電圧指令設定部３１における電圧位相角指令値δ＊を生成するＰＩ制御器である。
ＰＩ制御器７１は、比例器８１と、積分器（第２積分器）８２とを備えている。同様に、ＰＩ制御器７２は、比例器８３と、積分器（第２積分器）８４とを備えている。
【００４４】
第２プリセット部３０は、座標系変換部９１と、減算器９２と、第２演算部９３とを備えている。
第２座標系変換部９１は、第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊に変換する。なお、この座標変換部９１を設けることなく、第２制御部１２が備える座標系変換部３２の出力を流用することとしてもよい。
【００４５】
減算器９２は、極座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から座標系変換部９１により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊をそれぞれ減算し、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊，δ＊を得る。
【００４６】
第２演算部９３は、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊を生成するために必要とされる積分器８２の制御状態変数と、補正前の第１電圧指令値δ＊を生成するために必要とされる積分器８４の制御状態変数をそれぞれ算出する。具体的には、第２演算部９３は、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊から第２制御部１２のＰＩ制御器７１における比例器８１の出力を減算することで、積分器８２の制御状態変数を算出して、この制御状態変数を積分器８２に初期値として設定する。同様に、第２演算部９３は、補正前の第２電圧指令値δ＊から第２制御部１２のＰＩ制御器７２における比例器８３の出力を減算することで、積分器８４の制御状態変数を算出し、この制御状態変数を積分器８４に初期値として設定する。
【００４７】
次に、上述した構成を備えるモータ制御装置２の動作について説明する。
まず、交流モータ４の負荷が小さい場合には、切替部１４により第１制御部１１が選択され、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に基づくインバータ３の制御が行われる。
また、このように、第１制御部１１が採用されている場合には、第２プリセット部３０による第２制御部１２の積分器８２，８４のプリセットが周期的に行われる。
【００４８】
すなわち、第２プリセット部３０には、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊が入力されるとともに、第１制御部１１の非干渉制御部２５において算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊が入力される。
【００４９】
電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊は、座標系変換部９１により極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊，δ０＊に変換され、減算器９２に出力される。減算器９２では、極座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から座標系変換部９１により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊がそれぞれ減算され、算出結果である補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊，δ＊が第２演算部９３に出力される。
【００５０】
第２演算部９３では、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊を生成するために必要とされる積分器８２の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器８２に初期値として設定されるとともに、補正前の第１電圧指令値δ＊を生成するために必要とされる積分器８４の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器８４に初期値として設定される。
【００５１】
このように、第１制御部１１が切替部１４によって選択されている場合には、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値が第２制御部１２においても設定されるような制御状態変数が積分器８２、８４に設定されるので、第１制御部１１から第２制御部１２に切り替えられた場合におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【００５２】
次に、交流モータ４の負荷が高くなると、切替部１４により第２制御部１２が選択され、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に基づくインバータ３の制御が行われる。そして、このように、第２制御部１２が採用されている場合には、第１プリセット部２０による第１制御部１１の積分器５２，５４のプリセットが周期的に行われる。
【００５３】
すなわち、第１プリセット部２０には、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊が入力されるとともに、第１制御部１１の非干渉制御部２５において算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊が入力される。
【００５４】
第１プリセット部２０において、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊は第１座標系変換部６１によりｄ−ｑ座標系に変換され、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊が得られる。この第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、減算器６２に出力され、減算器６２において第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊がそれぞれ減算され、算出結果である補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊が第１演算部６３に出力される。
【００５５】
第１演算部６３では、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊を生成するために必要とされる積分器５２の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器５２に初期値として設定されるとともに、補正前の第２電圧指令値Ｖｑ＊を生成するために必要とされる積分器５４の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器５４に初期値として設定される。
【００５６】
このように、第２制御部１２が切替部１４によって選択されている場合には、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値が第１制御部１１においても設定されるような制御状態変数が積分器５２、５４に設定されるので、第２制御部１２から第１制御部１１に切り替えられた場合におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【００５７】
以上説明してきたように、本実施形態に係るモータ駆動システム１及びモータ制御装置２によれば、切替部１４によって第１制御部１１が採用されている場合には、第２プリセット部３０により、第２制御部１２においても第１電圧指令値を設定するような積分器８２、８４の制御状態変数が算出されて初期値として設定され、また、切替部１４によって第２制御部１２が採用されている場合には、第１プリセット部２０により、第１制御部１１においても第２電圧指令値を設定するような積分器５２、５４の制御状態変数が算出されて、初期値として設定される。これにより、第１制御部１１から第２制御部１２への切替時、及び、第２制御部１２から第１制御部１１への切替時において、第１制御部１１と第２制御部１２とで設定される電圧指令値を略同じ値とすることが可能となる。これにより、制御部の切替時におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
更に、本実施形態に係るモータ駆動システム１及びモータ制御装置２は、極座標を変換する機能や、フィードフォワード制御による電圧指令値の補償をリセットする機能を有しているので、第１制御部１１と第２制御部１２とが異なる座標系を用いて制御を行う場合や、フィードフォワード制御部を有している場合でも、各制御部の積分器への初期値を適切な値とすることができ、制御部の切替時におけるトルク変動を抑制することができる。
【００５８】
本実施形態においては、トルクと比例関係のある実際のｑ軸電流をフィードバックして矩形波の位相を制御する構成とされているので、トルク推定誤差の問題が生じない。これにより、トルク推定誤差の要因による切替時のトルクショックを防止することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、各制御部１１、１２がフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用している場合を例示して述べたが、この例に限られず、いずれか一つの制御部がフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用していればよい。
【００６０】
なお、本実施形態では、図４に示すように、第１プリセット部２０において、座標系変換部６１により、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊をｄ−ｑ座標系へ座標変換した後に、減算部６２において電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊を減算していたが、図６に示すように、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から極座標で表わされた電圧補償値Ｖａ０＊，δ０＊を減算した後に、極座標系からｄ−ｑ座標系へ座標変換することとしてもよい。
【００６１】
また、図２においては、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を座標系変換部１３によって極座標系Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に座標変換した後に、切替部１４に出力することとしていたが、座標系変換部１３を削除し、ｄ−ｑ座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を切替部１４に出力することとしてもよい。
この場合、切替部１４の後段において、３相／２相変換部を更に設け、第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を３相／２相変換部によって３相交流電圧指令値に変換し、この３相交流電圧指令値を駆動信号生成部１６に出力することとしてもよい。更に、この場合には、第２プリセット部３０内、または、第２プリセット部３０に第１電圧指令が入力される前に、第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を極座標変換する座標系変換部（第２座標系変換手段）を設ける必要がある。
【００６２】
また、本実施形態においては、第２制御部１２が１パルス駆動制御を行う場合について説明したが、第２制御部１２は、１パルス駆動制御の外、過変調制御を行うこととしてもよい。この場合、第２制御部１２は、第１制御部１１から第２制御部１２に切り替えられた場合に、過変調制御を行い、その後、１パルス駆動制御を行うこととする。すなわち、ＰＷＭ制御から１パルス駆動制御に切り替えるのではなく、ＰＷＭ制御から過変調制御を経て１パルス駆動制御に切り替わるようにする。また、第２制御部から第１制御部へ切り替えられる際も、１パルス駆動制御から過変調制御を行った後に、ＰＷＭ制御に切り替わるようにする。このように、過変調制御を入れることにより、トルク変動を更に抑制させることができる。また、過変調制御が行われている期間においても、第１プリセット部２０では、１パルス駆動制御のときと同様に、積分器５２，５４の初期値の設定が行われる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１制御部１１がＰＷＭ制御を採用する場合、第２制御部１２が１パルス駆動制御を行う場合について例示したが、第１制御部１１及び第２制御部が採用する制御方法は上記例に限られず、使用する座標系が互いに異なる制御手法であればよい。また、本実施形態では、２つの制御部を備える場合について説明したが、３つ以上の制御部を備える場合においても同様に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ モータ駆動システム
２ モータ制御装置
１１ 第１制御部
１２ 第２制御部
１３ 座標系変換部
１４ 切替部
２０ 第１プリセット部
２１ ３相／２相変換部
２２ 速度・位置推定部
２３ 電流指令設定部
２４ 電圧指令設定部
２５ 非干渉制御部
２６ 電圧指令補正部
３０ 第２プリセット部
３１ 電圧指令設定部
３２ 座標系変換部
３３ 電圧指令補正部
４１，４２，７１，７２ ＰＩ制御器
５１，５３，８１，８３ 比例器
５２，５４，８２，８４ 積分器
６１ 座標系変換部
６２ 減算器
６３ 第１演算部
９１ 座標系変換部
９２ 減算器
９３ 第２演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御装置及びモータ駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流モータの制御方法として、複数の制御モードを切り替えて採用するモータ制御方法が知られている。このようなモータ制御方法では、制御切替時においてトルクショックが発生することが懸念され、車両の乗り心地などに悪影響を与える可能性がある。
そこで、例えば、特許文献１には、制御方式を切り替える際のトルクショックを低減させるための技術が提案されている。特許文献１には、正弦波ＰＷＭ制御方式を採用する第１のＭＧ制御手段と矩形波電圧位相制御方式を採用する第２のＭＧ制御手段とを切り替える際に、切替前のＭＧ制御手段のＰＩ制御器の制御状態変数のモニタ結果に基づいて切替後のＭＧ制御手段のＰＩ制御器の制御状態変数の初期値を演算して設定することにより、ＭＧ制御手段の切替時におけるトルク変動を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術は、各々の制御モードが、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた制御を行うような場合に、適用することができないという不都合があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、少なくとも１つの制御モードがフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併せ持っている場合でも、制御切替時におけるトルク変動を抑制することのできるモータ制御装置及びモータ駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、各々が積分器を含むフィードバック制御手段を有する複数の制御手段を備えるとともに、少なくとも１つの前記制御手段がフィードフォワード制御手段を有するモータ制御装置であって、複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、各前記制御手段に対応して設けられ、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値に基づいて、対応する前記制御手段が有する前記フィードバック制御手段の積分器の初期値を設定する複数のプリセット手段とを有し、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有している場合に、該制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する前記制御手段が生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、切替手段によっていずれかの制御手段が選択されている場合には、それ以外の制御手段に対応する各プリセット手段によって、各プリセット手段に対応する制御手段の積分器の初期値が設定される。この場合において、切替手段によって採用されている制御手段がフィードフォワード制御手段を有している場合には、各プリセット手段は、採用されている制御手段の電圧指令値からフィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する制御手段が生成するために必要となる積分器の制御状態変数を初期値として設定する。これにより、フィードフォワード制御手段を有している制御手段から他の制御手段に切り替えられた場合においても、切替前後の電圧指令値を同じ値とすることが可能となる。この結果、制御手段の切替時におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【０００８】
上記モータ制御装置は、少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による制御値を対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換制御値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定することとしてもよい。
【０００９】
このような構成によれば、切替手段によって選択されている制御手段が用いる座標系と自身に対応する制御手段が用いる座標系とが異なる場合には、切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値およびフィードフォワード制御手段による制御値が、プリセット手段に対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値および制御値に変換され、座標変換電圧指令値から座標変換制御値を取り除いた電圧指令値が算出される。そして、この電圧指令値を生成するために必要となる積分器の制御状態変数が初期値として積分器に設定される。
【００１０】
上記モータ制御装置は、少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換し、座標変換後の前記電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定することとしてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、切替手段によって選択されている制御手段が用いる座標系と自身に対応する制御手段の座標系とが異なる場合には、切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値からフィードフォワード制御手段による制御値が取り除かれた電圧指令値が算出され、この電圧指令値が対応する制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換される。そして、座標変換後の電圧指令値を生成するために必要となる積分器の制御状態変数が算出され、この値が初期値として積分器に設定される。
【００１２】
本発明は、上記いずれかのモータ制御装置を具備するモータ駆動システムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも１つの制御モードがフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併せ持つ場合でも、制御切替時におけるトルク変動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの概略構成を示した図である。
【図２】モータ制御装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図３】第１制御部及び第２制御部の概略構成を示した図である。
【図４】第１プリセット部の概略構成を示した図である。
【図５】第２プリセット部の概略構成を示した図である。
【図６】第１プリセット部の他の構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置およびモータ駆動システムについて、図面を参照して説明する。本発明のモータ制御装置およびモータ駆動システムは、交流モータに対して広く適用可能であるが、特に、電気自動車等のように、使用回転数の領域が広く、また、制御切替時におけるトルク変動による影響が大きいシステムにおける交流モータの駆動システムとして採用されるのに適している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システム１の概略構成を示した図である。図１に示されるように、モータ駆動システム１は、モータ制御装置２及びインバータ３を備えている。インバータ３は、交流モータ４の力行制御中においては、バッテリ５からの直流電力を三相交流電力に変換して交流モータ４に出力し、交流モータ４の回生制御中においては、交流モータ４で発生した三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ５に出力する。
【００１７】
インバータ３の入力直流電圧Ｖｄｃは電圧センサ６により検出され、モータ制御装置２に出力されるとともに、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流センサ７により検出されてモータ制御装置２に出力される。
【００１８】
モータ制御装置２は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
【００１９】
モータ制御装置２は、交流モータ４の駆動トルクを上位の制御装置（図示略）から与えられるモータトルク指令に一致させるようなインバータ駆動信号Ｓを相毎に生成し、これらをインバータ２の各相に対応するスイッチング素子に与えることでインバータ３を制御し、所望の３相交流電圧を交流モータ４に供給する。
【００２０】
図２は、モータ制御装置２が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
図２に示すように、モータ制御装置２は、正弦波ＰＷＭ制御に基づく第１電圧指令値を生成する第１制御部（第１制御手段）１１と、１パルス駆動制御に基づく第２電圧指令値を生成する第２制御部（第２制御手段）１２とを備えている。第１制御部１１が採用する正弦波ＰＷＭ制御は、ｄ−ｑ座標系（第１座標系）を用いて制御を行う制御方式であり、第２制御部１２が採用する１パルス駆動制御は、極座標系（第２座標系）を用いて制御を行う制御方式である。このように、モータ制御装置２は、異なる座標系を用いてモータ制御を行う複数の制御部を有している。
【００２１】
また、第１制御部１１及び第２制御部１２には、それぞれが備えるＰＩ制御器（ＰＩ制御手段）の積分器に設定する状態変数初期値を設定するための第１プリセット部（第１プリセット手段）２０、第２プリセット部（第２プリセット手段）３０が設けられている。
【００２２】
第１制御部１１によって設定されたｄ−ｑ軸の第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、座標系変換部（第２座標系変換手段）１３により極座標系の第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に変換されて切替部（切替手段）１４に入力され、第２制御部１２によって設定された極座標の第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊は、そのまま切替部１４に入力される。
【００２３】
切替部１４は、交流モータ４の運転領域などに応じて、一つの電圧指令値を選択して極座標／３相変換部１５に出力する。切替部１４は、例えば、交流モータ４の負荷が小さい領域において正弦波ＰＷＭ制御、すなわち、第１制御部１１を採用し、交流モータ４の負荷が大きい領域において１パルス駆動制御、すなわち、第２制御部１２を採用する。
【００２４】
極座標／３相変換部１５は、入力された極座標で表わされている電圧指令値を３相交流電圧指令値に変換し、駆動信号生成部１６に出力する。このとき、位相角指令値δ＊＋δ０＊＋θｅも駆動値生成部１６に出力される。
駆動信号生成部１６は、正弦波ＰＷＭ制御時には、極座標／３相変換部１５からの３相交流電圧指令値に基づいて各相に対応するインバータ３のスイッチング素子を駆動する駆動信号Ｓを生成し、インバータ３に出力する。また、１パルス制御時には、位相角指令値δ＊＋δ０＊＋θｅに基づいて、各相に対応するインバータ３のスイッチング素子を駆動する矩形波の駆動信号Ｓを生成し、インバータ３に出力する。
【００２５】
図３は、第１制御部１１及び第２制御部１２の概略構成を示した図である。なお、第１制御部１１により実施される正弦波ＰＷＭ制御および第２制御部１２により実施される１パルス駆動制御については、例えば、特開２００９−２０７３２３号公報や特開２００９−１２４９１０号公報等に開示されているように、公知の技術であるため、以下、簡単に説明する。
【００２６】
図３に示すように、第１制御部１１は、３相／２相変換部２１、速度・位置推定部２２、電流指令設定部２３、電圧指令設定部（第１フィードバック制御手段）２４、非干渉制御部（フィードフォワード制御手段）２５、電圧指令補正部（第１電圧補正手段）２６を備えている。
【００２７】
３相／２相変換部２１は、電流センサ７（図１参照）によって検出された３相交流測定電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ−ｑ座標系の２相測定電流であるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。
速度・位置推定部２２は、３相／２相変換部２１で算出されたｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄを用いて、現在の交流モータ４のロータの位置θｅ及び電気角速度ωｅを算出する。
【００２８】
電流指令設定部２３は、トルク指令値とロータの電気角速度ωｅとを用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。
【００２９】
電圧指令設定部２４は、ＰＩ制御器（詳細は図４参照）を有するフィードバック制御部であり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差を算出し、これらの偏差が０に近づくようなｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を設定する。
【００３０】
非干渉制御部２５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を用いたフィードフォワード制御を行い、電圧補償値を得る。具体的には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とロータの電気角速度ωｅとを以下の（１）式及び（２）式に用いて、ｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を得る。
【００３１】
Ｖｄ０＊＝Ｒａ×Ｉｄ＊−ω×Ｌｑ×Ｉｑ＊ （１）
Ｖｑ０＊＝Ｒａ×Ｉｑ＊＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＊＋ωｅ×φａ （２）
【００３２】
上記（１）式及び（２）式において、Ｒａは交流モータ４の電気子巻線１相あたりの抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、φａはモータの永久磁石による電気子鎖交磁束である。また、ωは、ωｅ＝ｎ×ωから導き出せる。ここで、ｎは極対数である。
なお、ここでは、２相電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊から電圧補償値を得ることとしたが、これに代えて、３相／２相変換部２１から出力される２相測定電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて電圧補償値を算出することとしてもよい。
【００３３】
電圧指令補正部２６は、電圧指令設定部２４により設定されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊に非干渉制御部２５で算出されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊をそれぞれ加算することにより、ｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊およびｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を得る。電圧指令補正部２６によって補正されたｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊及びｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、第１制御部１１の電圧指令値として、座標系変換部１３に出力される。
【００３４】
第２制御部１２は、電圧指令設定部（第２フィードバック制御手段）３１と、座標系変換部３２と、電圧指令補正部（第２電圧補正手段）３３とを備えている。
電圧指令設定部３１は、ＰＩ制御器（詳細は図５参照）を有するフィードバック制御部であり、第１制御部１１の電流指令設定部２３によって設定されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、３相／２相変換部２１から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとを入力情報として取得し、これらの情報から電圧振幅指令値Ｖａ＊と電圧位相角指令値δ＊を設定する。
【００３５】
座標系変換部３２は、第１制御部１１の非干渉制御部２５によって生成されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊に変換する。
【００３６】
電圧指令補正部３３は、電圧指令設定部３１により設定された振幅指令値Ｖａ＊及び電圧位相角指令値δ＊に、座標系変換部３２により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊をそれぞれ加算することにより、振幅補正指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊および電圧補正位相角指令値δ＊＋δ０＊を得る。電圧指令補正部３３によって補正された振幅補正指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊および電圧補正位相角指令値δ＊＋δ０＊は、第２制御部１２の第２電圧指令値として、切替部１４に出力される。
【００３７】
次に、本発明の主な特徴の一つである第１プリセット部２０及び第２プリセット部３０について詳しく説明する。
第１プリセット部２０は、切替部１４によって第２制御部１２が採用されている場合に、第２制御部１２により設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊を用いて、第１制御部１１の電圧指令設定部２４のＰＩ制御器が備える積分器（第１積分器）で用いられる制御状態変数を算出し、これを初期値として積分器に設定する。
【００３８】
図４は、第１プリセット部２０の概略構成を示した図である。
図４において、符号４１は、電圧指令設定部２４におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成するＰＩ制御器、符号４２は電圧指令設定部２４におけるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成するＰＩ制御器である。
ＰＩ制御器４１は、比例器５１と、積分器（第１積分器）５２とを備えている。同様に、ＰＩ制御器４２は、比例器５３と、積分器（第１積分器）５４とを備えている。
【００３９】
第１プリセット部２０は、座標系変換部（第１座標系変換手段）６１と、減算器６２と、第１演算部６３とを備えている。
座標系変換部６１は、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊をｄ−ｑ座標系に変換して、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を得る。
【００４０】
減算器６２は、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊から第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊をそれぞれ減算し、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を得る。
【００４１】
第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を生成するために必要とされる積分器５２，５４の制御状態変数をそれぞれ算出する。具体的には、第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊から第１制御部１１のＰＩ制御器４１における比例器５１の出力を減算することで、積分器５２の制御状態変数を算出して、この制御状態変数を積分器５２に初期値として設定する。同様に、第１演算部６３は、補正前の第２電圧指令値Ｖｑ＊から第１制御部１１のＰＩ制御器４２における比例器５３の出力を減算することで、積分器５４の制御状態変数を算出し、この制御状態変数を積分器５４に初期値として設定する。
【００４２】
第２プリセット部３０は、切替部１４によって第１制御部１１が採用されている場合に、第１制御部１１により設定された極座標変換後の第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊を用いて、第２制御部１２の電圧指令設定部３１のＰＩ制御器が備える積分器（第２積分器）で用いられる制御状態変数を算出し、これを初期として積分器に設定する。
【００４３】
図５は、第２プリセット部３０の概略構成を示した図である。
図５において、符号７１は、電圧指令設定部３１における振幅指令値Ｖａ＊を生成するＰＩ制御器、符号７２は電圧指令設定部３１における電圧位相角指令値δ＊を生成するＰＩ制御器である。
ＰＩ制御器７１は、比例器８１と、積分器（第２積分器）８２とを備えている。同様に、ＰＩ制御器７２は、比例器８３と、積分器（第２積分器）８４とを備えている。
【００４４】
第２プリセット部３０は、座標系変換部９１と、減算器９２と、第２演算部９３とを備えている。
第２座標系変換部９１は、第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出されたｄ軸電圧補償値Ｖｄ０＊及びｑ軸電圧補償値Ｖｑ０＊を極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊に変換する。なお、この座標変換部９１を設けることなく、第２制御部１２が備える座標系変換部３２の出力を流用することとしてもよい。
【００４５】
減算器９２は、極座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から座標系変換部９１により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊をそれぞれ減算し、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊，δ＊を得る。
【００４６】
第２演算部９３は、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊を生成するために必要とされる積分器８２の制御状態変数と、補正前の第１電圧指令値δ＊を生成するために必要とされる積分器８４の制御状態変数をそれぞれ算出する。具体的には、第２演算部９３は、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊から第２制御部１２のＰＩ制御器７１における比例器８１の出力を減算することで、積分器８２の制御状態変数を算出して、この制御状態変数を積分器８２に初期値として設定する。同様に、第２演算部９３は、補正前の第２電圧指令値δ＊から第２制御部１２のＰＩ制御器７２における比例器８３の出力を減算することで、積分器８４の制御状態変数を算出し、この制御状態変数を積分器８４に初期値として設定する。
【００４７】
次に、上述した構成を備えるモータ制御装置２の動作について説明する。
まず、交流モータ４の負荷が小さい場合には、切替部１４により第１制御部１１が選択され、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に基づくインバータ３の制御が行われる。
また、このように、第１制御部１１が採用されている場合には、第２プリセット部３０による第２制御部１２の積分器８２，８４のプリセットが周期的に行われる。
【００４８】
すなわち、第２プリセット部３０には、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊が入力されるとともに、第１制御部１１の非干渉制御部２５において算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊が入力される。
【００４９】
電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊は、座標系変換部９１により極座標系の電圧補償値Ｖａ０＊，δ０＊に変換され、減算器９２に出力される。減算器９２では、極座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から座標系変換部９１により得られた電圧補償値Ｖａ０＊及びδ０＊がそれぞれ減算され、算出結果である補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊，δ＊が第２演算部９３に出力される。
【００５０】
第２演算部９３では、補正前の第１電圧指令値Ｖａ＊を生成するために必要とされる積分器８２の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器８２に初期値として設定されるとともに、補正前の第１電圧指令値δ＊を生成するために必要とされる積分器８４の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器８４に初期値として設定される。
【００５１】
このように、第１制御部１１が切替部１４によって選択されている場合には、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値が第２制御部１２においても設定されるような制御状態変数が積分器８２、８４に設定されるので、第１制御部１１から第２制御部１２に切り替えられた場合におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【００５２】
次に、交流モータ４の負荷が高くなると、切替部１４により第２制御部１２が選択され、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に基づくインバータ３の制御が行われる。そして、このように、第２制御部１２が採用されている場合には、第１プリセット部２０による第１制御部１１の積分器５２，５４のプリセットが周期的に行われる。
【００５３】
すなわち、第１プリセット部２０には、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊が入力されるとともに、第１制御部１１の非干渉制御部２５において算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊が入力される。
【００５４】
第１プリセット部２０において、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊は第１座標系変換部６１によりｄ−ｑ座標系に変換され、第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊が得られる。この第２電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊は、減算器６２に出力され、減算器６２において第１制御部１１の非干渉制御部２５により算出された電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊がそれぞれ減算され、算出結果である補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊が第１演算部６３に出力される。
【００５５】
第１演算部６３では、補正前の第２電圧指令値Ｖｄ＊を生成するために必要とされる積分器５２の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器５２に初期値として設定されるとともに、補正前の第２電圧指令値Ｖｑ＊を生成するために必要とされる積分器５４の制御状態変数が算出され、この制御状態変数が積分器５４に初期値として設定される。
【００５６】
このように、第２制御部１２が切替部１４によって選択されている場合には、第２制御部１２によって設定された第２電圧指令値が第１制御部１１においても設定されるような制御状態変数が積分器５２、５４に設定されるので、第２制御部１２から第１制御部１１に切り替えられた場合におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
【００５７】
以上説明してきたように、本実施形態に係るモータ駆動システム１及びモータ制御装置２によれば、切替部１４によって第１制御部１１が採用されている場合には、第２プリセット部３０により、第２制御部１２においても第１電圧指令値を設定するような積分器８２、８４の制御状態変数が算出されて初期値として設定され、また、切替部１４によって第２制御部１２が採用されている場合には、第１プリセット部２０により、第１制御部１１においても第２電圧指令値を設定するような積分器５２、５４の制御状態変数が算出されて、初期値として設定される。これにより、第１制御部１１から第２制御部１２への切替時、及び、第２制御部１２から第１制御部１１への切替時において、第１制御部１１と第２制御部１２とで設定される電圧指令値を略同じ値とすることが可能となる。これにより、制御部の切替時におけるトルク変動を抑制することが可能となる。
更に、本実施形態に係るモータ駆動システム１及びモータ制御装置２は、極座標を変換する機能や、フィードフォワード制御による電圧指令値の補償をリセットする機能を有しているので、第１制御部１１と第２制御部１２とが異なる座標系を用いて制御を行う場合や、フィードフォワード制御部を有している場合でも、各制御部の積分器への初期値を適切な値とすることができ、制御部の切替時におけるトルク変動を抑制することができる。
【００５８】
本実施形態においては、トルクと比例関係のある実際のｑ軸電流をフィードバックして矩形波の位相を制御する構成とされているので、トルク推定誤差の問題が生じない。これにより、トルク推定誤差の要因による切替時のトルクショックを防止することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、各制御部１１、１２がフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用している場合を例示して述べたが、この例に限られず、いずれか一つの制御部がフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用していればよい。
【００６０】
なお、本実施形態では、図４に示すように、第１プリセット部２０において、座標系変換部６１により、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊をｄ−ｑ座標系へ座標変換した後に、減算部６２において電圧補償値Ｖｄ０＊，Ｖｑ０＊を減算していたが、図６に示すように、第２電圧指令値Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊から極座標で表わされた電圧補償値Ｖａ０＊，δ０＊を減算した後に、極座標系からｄ−ｑ座標系へ座標変換することとしてもよい。
【００６１】
また、図２においては、第１制御部１１によって設定された第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を座標系変換部１３によって極座標系Ｖａ＊＋Ｖａ０＊，δ＊＋δ０＊に座標変換した後に、切替部１４に出力することとしていたが、座標系変換部１３を削除し、ｄ−ｑ座標系で表わされた第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を切替部１４に出力することとしてもよい。
この場合、切替部１４の後段において、３相／２相変換部を更に設け、第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を３相／２相変換部によって３相交流電圧指令値に変換し、この３相交流電圧指令値を駆動信号生成部１６に出力することとしてもよい。更に、この場合には、第２プリセット部３０内、または、第２プリセット部３０に第１電圧指令が入力される前に、第１電圧指令値Ｖｄ＊＋Ｖｄ０＊，Ｖｑ＊＋Ｖｑ０＊を極座標変換する座標系変換部（第２座標系変換手段）を設ける必要がある。
【００６２】
また、本実施形態においては、第２制御部１２が１パルス駆動制御を行う場合について説明したが、第２制御部１２は、１パルス駆動制御の外、過変調制御を行うこととしてもよい。この場合、第２制御部１２は、第１制御部１１から第２制御部１２に切り替えられた場合に、過変調制御を行い、その後、１パルス駆動制御を行うこととする。すなわち、ＰＷＭ制御から１パルス駆動制御に切り替えるのではなく、ＰＷＭ制御から過変調制御を経て１パルス駆動制御に切り替わるようにする。また、第２制御部から第１制御部へ切り替えられる際も、１パルス駆動制御から過変調制御を行った後に、ＰＷＭ制御に切り替わるようにする。このように、過変調制御を入れることにより、トルク変動を更に抑制させることができる。また、過変調制御が行われている期間においても、第１プリセット部２０では、１パルス駆動制御のときと同様に、積分器５２，５４の初期値の設定が行われる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１制御部１１がＰＷＭ制御を採用する場合、第２制御部１２が１パルス駆動制御を行う場合について例示したが、第１制御部１１及び第２制御部が採用する制御方法は上記例に限られず、使用する座標系が互いに異なる制御手法であればよい。また、本実施形態では、２つの制御部を備える場合について説明したが、３つ以上の制御部を備える場合においても同様に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ モータ駆動システム
２ モータ制御装置
１１ 第１制御部
１２ 第２制御部
１３ 座標系変換部
１４ 切替部
２０ 第１プリセット部
２１ ３相／２相変換部
２２ 速度・位置推定部
２３ 電流指令設定部
２４ 電圧指令設定部
２５ 非干渉制御部
２６ 電圧指令補正部
３０ 第２プリセット部
３１ 電圧指令設定部
３２ 座標系変換部
３３ 電圧指令補正部
４１，４２，７１，７２ ＰＩ制御器
５１，５３，８１，８３ 比例器
５２，５４，８２，８４ 積分器
６１ 座標系変換部
６２ 減算器
６３ 第１演算部
９１ 座標系変換部
９２ 減算器
９３ 第２演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が積分器を含むフィードバック制御手段を有する複数の制御手段を備えるとともに、少なくとも１つの前記制御手段がフィードフォワード制御手段を有するモータ制御装置であって、
複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、
各前記制御手段に対応して設けられ、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値に基づいて、対応する前記制御手段が有する前記フィードバック制御手段の積分器の初期値を設定する複数のプリセット手段と
を有し、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有している場合に、該制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する前記制御手段が生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による制御値を、対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換制御値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換し、座標変換後の前記電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置を具備するモータ駆動システム。
【請求項１】
各々が積分器を含むフィードバック制御手段を有する複数の制御手段を備えるとともに、少なくとも１つの前記制御手段がフィードフォワード制御手段を有するモータ制御装置であって、
複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、
各前記制御手段に対応して設けられ、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値に基づいて、対応する前記制御手段が有する前記フィードバック制御手段の積分器の初期値を設定する複数のプリセット手段と
を有し、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有している場合に、該制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を自身に対応する前記制御手段が生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による制御値を、対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換制御値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
少なくとも１つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が前記フィードフォワード制御手段を有し、かつ、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による制御値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換し、座標変換後の前記電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置を具備するモータ駆動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５１７９９（Ｐ２０１３−５１７９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７９９７（Ｐ２０１１−１８７９９７）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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