回転機の制御装置
【課題】モデル予測制御によりスイッチング状態の切替数が増大すること。
【解決手段】現在の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）について、予測電流ベクトルＩｄｑｅと指令電流ベクトルＩｄｑｒとの誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きい場合、この一連の処理を実行する。ここで、現在の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルである場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ（≦２０°）以下のものがあるか否かを判断する（ステップＳ３８：ＹＥＳ）。そして、肯定判断される場合、ゼロ電圧ベクトルの優先度が高いとし（ステップＳ４０）、これに関する誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下と判断される場合（ステップＳ４２）、ゼロ電圧ベクトルを採用する（ステップＳ４６）。
【解決手段】現在の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）について、予測電流ベクトルＩｄｑｅと指令電流ベクトルＩｄｑｒとの誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きい場合、この一連の処理を実行する。ここで、現在の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルである場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ（≦２０°）以下のものがあるか否かを判断する（ステップＳ３８：ＹＥＳ）。そして、肯定判断される場合、ゼロ電圧ベクトルの優先度が高いとし（ステップＳ４０）、これに関する誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下と判断される場合（ステップＳ４２）、ゼロ電圧ベクトルを採用する（ステップＳ４６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、モデル予測制御を行うものもある。この装置では、まず、各サンプリングタイミングｋ、ｋ＋１、…ｋ＋Ｎ−１（Ｎ≧１）のスイッチング状態のシーケンスを仮設定した場合のサンプリングタイミングｋ〜ｋ＋Ｎにおけるトルクの軌跡を予測する。次に、サンプリングタイミングｋ＋Ｎ−１〜ｋ＋Ｎにおけるトルクの軌跡に基づき、外挿によってトルクのその後の軌跡を予測する。次に、外挿によって予測されるトルクが所定の範囲から外れるまでに要するサンプリング回数ｎに基づき、上記スイッチングシーケンスの仮設定によって定まるスイッチング状態の切替数を除算する。そして、この除算値が最小となるスイッチングシーケンスにおけるサンプリングタイミングｋのスイッチング状態をサンプリングタイミングｋの実際のスイッチング状態として決定する。これにより、スイッチング状態の切替数を制限することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記除算値は、トルクの外挿値が所定の範囲から外れるようになるまでの期間が長いほど小さい値となる。このため、サンプリングタイミングｋ〜ｋ＋Ｎ−１におけるスイッチング状態の切替総数が多いスイッチングシーケンスであっても、サンプリング回数ｎが大きい場合には上記除算値が小さくなる。このため、上記装置では、スイッチング状態の切替数を必ずしも十分に制限できることにはならない。特に、外挿によるトルクの挙動の予測精度が必ずしも高くないことなどから、上記装置では、トルクについての精度の低い予測に基づきスイッチング状態の切替数を評価する重み付けを可変としていることとなり、スイッチング状態の切替数を抑制する処理として信頼性に問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モデル予測制御によるスイッチング状態の切替数を好適に抑制することのできる回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置において、前記電力変換回路の平均的な出力電圧ベクトルの方向を算出する平均電圧方向算出手段を備え、前記操作手段は、前記操作状態を表現する有効電圧ベクトルの中に前記平均電圧方向算出手段によって算出される方向とのなす角度が２０度以下の規定角度以下となるものがあることを条件に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記実際の操作状態の決定に関する優先度を最も高いとするゼロ電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
平均的な出力電圧ベクトルは、制御量を制御する上で適切な出力電圧ベクトルであると考えられる。一方、平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい有効電圧ベクトルがある場合、平均的な有効電圧ベクトルを実現する上で有効電圧ベクトルの寄与は小さくなる。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下においてゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を優先することで、スイッチング状態の切り替えを抑制する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電力変換回路の操作状態として現在の操作状態を設定した場合の前記制御量の予測値と前記制御量の指令値との差が許容範囲から外れるか否かを判断する許容範囲判断手段を更に備え、前記操作手段は、前記許容範囲判断手段によって許容範囲内にあると判断される場合、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度が高いとする状態維持優先手段を更に備え、前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記許容範囲から外れると判断されることと前記規定角度以下となるものがあることとの論理積が真となる場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとすることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、上記差が許容範囲内にあると判断されることを条件に現在の操作状態の優先度が高いとされるため、制御量の制御性を維持しつつも操作状態の切り替えを抑制することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとする場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記予測手段の予測対象に設定して且つ、その予測値と指令値との差が前記許容範囲内にある場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を実際の操作状態に決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、前記平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態の少なくとも一方の優先度を最も高いとする有効電圧ベクトル優先手段を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態によって上記差が許容範囲から外れる場合、上記差を許容範囲とするために有効電圧ベクトルにて表現される操作状態を用いることが望まれる。この差を許容範囲とすることは制御量を制御する上で適切な操作状態を選択することを意味するが、制御量を制御する上で適切な出力電圧ベクトルは、平均的な出力電圧ベクトルであると考えられる。そして、この平均的な出力電圧ベクトルを実現するために必要な最小限の有効電圧ベクトルは、上記一対の有効電圧ベクトルである。上記発明では、この点に着目することで、上記差を許容範囲とするうえで特に適切な有効電圧ベクトルを優先することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定するに際し、スイッチング状態が切り替えられる前記スイッチング素子に接続される前記回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
上記発明では、スイッチング状態の切り替え数を抑制することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記予測手段は、前記禁止手段によって禁止される操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであることを特徴とする。
【００１７】
上記発明では、演算負荷を好適に低減することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記予測手段は、前記優先度の低い操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであり、前記操作手段は、前記予測対象とされたものの中から実際の操作状態を決定することを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、優先度の低い操作状態を予測対象から除外することで、演算負荷を低減することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記予測手段は、前記電力変換回路の操作状態を設定する場合の前記制御量を予測する第１予測手段と、前記操作手段によって用いられることが既に決定された操作状態を入力として前記第１予測手段による予測に用いる初期値を予測する第２予測手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
電力変換回路の操作状態を設定した場合の設定期間における制御量を高精度に予測する上では、上記設定の採用時点（操作状態の更新タイミング）に極力近似した時点での予測処理の初期値（制御量又は制御量を算出可能な物理量）を得ることが望まれる。ただし、制御量の予測を実際に操作がなされる時点よりも前に行う必要があるため、この時点又はこの時点に極力近似した時点での初期値を検出によって求めることは不可能又は困難である。この点、上記発明では、第２予測手段を備えることで、第１予測手段の予測に用いられる初期値を極力適切な値とすることができる。このため、制御量の予測を高精度に行うことができる。このため、特に上記許容範囲判断手段を備える場合等にあっては、許容範囲判断手段による判断に基づきなされる制御を適切なものとすることができる。
【００２２】
ちなみに、第２予測手段を備えない場合、制御量の予測は、複数制御先については第２予測手段を備える場合の予測精度に近似してくるものの、次回の更新タイミングから１制御周期先の制御量の予測精度については第２予測手段を備える場合と比較して劣ったものとなることが発明者らによって見出されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】インバータの操作状態を表現する電圧ベクトルを示す図。
【図３】モデル予測制御の問題点を示すタイムチャート。
【図４】三角波比較ＰＷＭ制御とモデル予測制御とのスイッチングパターンを比較する図。
【図５】上記実施形態にかかる規範スイッチング遷移を示す図。
【図６】同実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【図７】上記モデル予測制御における電流の予測処理の手順を示す流れ図。
【図８】同実施形態にかかる平均電圧ベクトルの領域を特定する処理を示す図。
【図９】上記モデル予測制御における電圧ベクトルの変更検討処理の手順を示す流れ図。
【図１０】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図１１】同実施形態の効果を示す図。
【図１２】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図１３】第２の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【図１４】同実施形態にかかる電圧ベクトルの変更検討処理の許可条件を示す図。
【図１５】第３の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００２６】
モータジェネレータ１０は、インバータＩＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。
【００２７】
本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の回転角度（電気角θ）を検出する回転角度センサ１４を備えている。また、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６を備えている。更に、インバータＩＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ１８を備えている。
【００２８】
上記各種センサの検出値は、図示しないインターフェースを介して低電圧システムを構成する制御装置２０に取り込まれる。制御装置２０では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎである。
【００２９】
上記制御装置２０は、モータジェネレータ１０のトルクを要求トルクＴｒに制御すべく、インバータＩＶを操作する。詳しくは、要求トルクＴｒを実現するための指令電流となるようにインバータＩＶを操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ１０のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ１０を流れる電流を直接の制御量としてこれを指令電流に制御する。特に、本実施形態では、モータジェネレータ１０を流れる電流を指令電流に制御すべく、インバータＩＶの操作状態を仮設定した場合についてのモータジェネレータ１０を流れる電流を予測し、予測電流と指令電流との差に基づきインバータＩＶの実際の操作状態を決定するモデル予測制御を行う。
【００３０】
詳しくは、電流センサ１６によって検出された相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、ｄｑ変換部２２において、回転座標系の実電流ｉｄ，ｉｑに変換される。また、角度センサ１４によって検出される電気角θは、速度算出部２３の入力となり、これにより、回転速度（電気角速度ω）が算出される。一方、指令電流設定部２４は、要求トルクＴｒを入力とし、ｄｑ座標系での指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを出力する。これら指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒ、実電流ｉｄ，ｉｑ、及び電気角θは、モデル予測制御部３０の入力となる。モデル予測制御部３０では、これら入力パラメータに基づき、インバータＩＶの操作状態を規定する電圧ベクトルＶｉを決定し、操作部２６に入力する。操作部２６では、入力された電圧ベクトルＶｉに基づき、上記操作信号を生成してインバータＩＶに出力する。
【００３１】
ここで、インバータＩＶの操作状態を表現する電圧ベクトルは、図２に示す８つの電圧ベクトルとなる。例えば、低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオン状態となる操作状態（図中、「下」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ０であり、高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオン状態となる操作状態（図中、「上」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ７である。これら電圧ベクトルＶ０，Ｖ７は、モータジェネレータ１０の全相を短絡させるものであり、インバータＩＶからモータジェネレータ１０に印加される電圧がゼロとなるものであるため、ゼロ電圧ベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの６つの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、上側アーム及び下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作状態によって規定されるものであり、有効電圧ベクトルと呼ばれている。なお、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７を原点として有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を固定２次元座標系に変換したものが図２（ｂ）である。図示されるように、電圧ベクトルＶ１、Ｖ３，Ｖ５のそれぞれがＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正側にそれぞれ対応している。
【００３２】
次に、モデル予測制御部３０の処理の詳細について説明する。先の図１に示す操作状態設定部３１では、インバータＩＶの操作状態を設定する。ここでは、先の図２に示した電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７をインバータＩＶの操作状態として設定する。ｄｑ変換部３２では、操作状態設定部３１によって設定された電圧ベクトルをｄｑ変換することで、ｄｑ座標系の電圧ベクトルＶｄｑ＝（ｖｄ，ｖｑ）を算出する。こうした変換を行うべく、操作状態設定部３１における電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７を、例えば、先の図２において、「上」を「ＶＤＣ／２」として且つ「下」を「−ＶＤＣ／２」とすることで表現すればよい。この場合、例えば、電圧ベクトルＶ０は、（−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２）となり、電圧ベクトルＶ１は、（ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２）となる。
【００３３】
予測部３３では、電圧ベクトル（ｖｄ、ｖｑ）と、実電流ｉｄ，ｉｑと、電気角速度ωとに基づき、インバータＩＶの操作状態を操作状態設定部３１によって設定される状態とした場合の電流ｉｄ，ｉｑを予測する。ここでは、下記（ｃ１）、（ｃ２）にて表現される電圧方程式を、電流の微分項について解いた下記の状態方程式（式（ｃ３）、（ｃ４））を離散化し、１ステップ先の電流を予測する。
ｖｄ＝（Ｒ＋ｐＬｄ）ｉｄ −ωＬｑｉｑ …（ｃ１）
ｖｑ＝ωＬｄｉｄ （Ｒ＋ｐＬｑ）ｉｑ ＋ωφ …（ｃ２）
ｐｉｄ
＝−（Ｒ／Ｌｄ）ｉｄ ＋ω（Ｌｑ／Ｌｄ）ｉｑ ＋ｖｄ／Ｌｄ …（ｃ３）
ｐｉｑ
＝−ω（Ｌｄ／Ｌｑ）ｉｄ−（Ｒｄ／Ｌｑ）ｉｑ＋ｖｑ／Ｌｑ−ωφ／Ｌｑ…（ｃ４）
ちなみに、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）において、抵抗Ｒ、微分演算子ｐ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ及び電機子鎖交磁束定数φを用いた。
【００３４】
上記電流の予測は、操作状態設定部３１によって設定される複数通りの操作状態のそれぞれについて行われる。
【００３５】
一方、操作状態決定部３４では、予測部３３によって予測された電流ｉｄｅ，ｉｑｅと、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとを入力として、インバータＩＶの操作状態を決定する。この決定処理の１つでは、評価関数Ｊを用いる。すなわち、操作状態設定部３１によって設定された操作状態のそれぞれを評価関数Ｊによって評価し、評価のもっとも高かった操作状態を選択する。この評価関数Ｊとして、本実施形態では、評価が低いほど値が大きくなるものを採用する。具体的には、評価関数Ｊを、指令電流ベクトルＩｄｑｒ＝（ｉｄｒ，ｉｑｒ）と、予測電流ベクトルＩｄｑｅ＝（ｉｄｅ，ｉｑｅ）との差の内積値に基づき算出する。これは、指令電流ベクトルＩｄｑｒと予測電流ベクトルＩｄｑｅとの各成分の偏差が正、負の双方の値となりうることに鑑み、値が大きいほど評価が低いことを表現するための一手法である。これにより、指令電流ベクトルＩｄｑｒと予測電流ベクトルＩｄｑｅとの各成分の差が大きいほど、評価が低くなる評価関数Ｊを構築することができる。
【００３６】
上記評価関数Ｊを用いるなら、都度の制御周期Ｔｃにおいて、予測電流ベクトルＩｄｑｅと指令電流ベクトルＩｄｑｒとの差が最も小さくなる操作状態を選択することができる一方、スイッチング状態の切り替えが同時になされるモータジェネレータ１０の相数が増大するおそれがある。そしてこの場合には、サージが大きくなることから、スイッチング素子に要求される耐圧が上昇する。
【００３７】
ここで、発明者らは当初、スイッチング状態が同時に切り替えられる相数を１以下に制限する制御を考えた。詳しくは、指令電流への制御性を維持すべく、指令電流と予測電流との誤差が許容範囲内にある場合には上記制限を行って且つ、許容範囲から外れる場合には全ての操作状態のうち評価関数Ｊによる評価が最も高いものを選択する処理を考えた。このときのスイッチング状態の切り替え例を図３に示す。図示されるように、この場合、互いに相違する有効電圧ベクトルにて表現される操作状態間の切り替え頻度が高く、結果、単位時間当たりのスイッチング状態の切り替え数が大きくなることが見出された。この際のスイッチング状態の切り替え例と、従来の三角波比較ＰＷＭ処理によるスイッチング状態の切り替え例とを図４に対比して示す。
【００３８】
図４（ａ）に示されるように、三角波比較ＰＷＭ処理では、２つの有効電圧ベクトルと１つのゼロ電圧ベクトルが周期的に切り替えられるパターンによって、指令電流ベクトルＩｄｑｒから実際の電流ベクトルＩｄｑを減算した誤差ベクトルｅｄｑの終点（誤差ベクトルｅｄｑの始点を原点とした場合の座標成分）が変位するものとなる。図には、平均電圧ベクトルＶａを併せ示している。
【００３９】
ここで、平均電圧ベクトルＶａとは、インバータＩＶの出力電圧のうち電気角周波数を有する基本波成分のことである。すなわち、インバータＩＶは、１電気角周期よりも短い時間間隔でスイッチング状態を切り替えることで、その出力電圧が、電気角周波数成分を有する正弦波形状の電圧を模擬したものとなっている。インバータＩＶの模擬する上記正弦波形状の電圧が平均電圧ベクトルＶａである。ちなみに、この平均電圧ベクトルＶａのノルムは、変調率や電圧利用率と比例関係にある物理量である。ここで、変調率は、インバータＩＶの出力電圧についての基本波成分のフーリエ係数のことである。なお、このフーリエ係数の算出に際しては、基本波の振幅中心とインバータＩＶの出力電圧の変動幅の中央値とを一致させる。
【００４０】
上記誤差ベクトルｅｄｑの終点は、図示される平均電圧ベクトルＶａからインバータＩＶの操作状態を表現する電圧ベクトルを減算したベクトル方向に変位する。したがって、操作状態を表現するベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、誤差ベクトルｅｄｑの終点は、平均電圧ベクトルＶａ方向に変位する。特に、三角波比較ＰＷＭ処理では、誤差ベクトルｅｄｑの終点が、有効電圧ベクトルと平均電圧ベクトルＶａとの始点を誤差ベクトルｅｄｑの始点とした場合の平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトル（図では、Ｖ３，Ｖ４）によって囲われる領域と「１８０°」反転した領域内にある場合にゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態が選択されることで、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態とされる期間が長くなっている。しかも、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態によって誤差ベクトルｅｄｑの終点が上記一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域を変位し誤差ベクトルｅｄｑのノルムがある程度大きくなることで有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に切り替えられるため、指令電流よりも実際の電流の方が大きい期間と指令電流よりも実際の電流の方が小さい期間とが交互に訪れる。このため、このパターンの１周期に渡る平均的な電流を指令電流に好適に追従させることができる。
【００４１】
これに対し、図４（ｂ）に示すモデル予測制御の例では、スイッチング状態が頻繁に切り替えられている。これは、評価関数Ｊによって最高の評価を得られる操作状態が都度選択されることに起因している。このように、モデル予測制御を用いる場合、微視的なタイムスケールにおける最適解が選択されることでスイッチング状態の切り替え数が増加する傾向がある。もっともこれはモデル予測制御に必然的に生じるものではない。例えば次回の制御周期Ｔｃにおける操作状態を、複数の制御周期Ｔｃ先までの予測電流に基づき予測する等、予測期間を伸長させることで、微視的なタイムスケールにおける最適解が選択される傾向を抑制することはできると考えられる。ただし、この場合には、制御装置２０の演算負荷が増大する。ちなみに、図４（ｂ）での誤差ベクトルｅｄｑは、指令電流ベクトルＩｄｑｒから実際の電流ベクトルＩｄｑを減算したものである。
【００４２】
そこで本発明者は、次回の制御周期Ｔｃにおける操作状態の決定に際し、平均電圧ベクトルＶａを参照することを考えた。ここで、平均電圧ベクトルＶａは、モータジェネレータ１０を流れる実際の電流を指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとするうえで適切なものであると考えられる。このため、平均電圧ベクトルＶａを参照するなら、予測期間を伸長させることなく制御周期Ｔｃよりも長いタイムスケールにおける最適な操作状態の選択をモデル予測制御によって実現することができると考えたのである。
【００４３】
図５（ａ）に、本実施形態におけるモデル予測制御によって優先される操作状態の推移を示す。図示されるように、電流誤差が許容範囲から外れる（誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる）点Ｐ１において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルのうちの一方（図では、Ｖ３）が選択される。その後、点Ｐ２において一対の有効電圧ベクトルのうちの他方（図では、Ｖ４）が選択される。そして、電流誤差が許容範囲から再度外れる（誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる）点Ｐ３において、ゼロ電圧ベクトル（図では、Ｖ７）が選択される。これにより、三角波比較ＰＷＭ処理と同様、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態とされる期間を長くすることができ、スイッチング状態の切り替え数を低減することができる。
【００４４】
上記点Ｐ２としては、点Ｐ３を、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域とは「１８０°」反転させた領域に制御するうえで適切な点を選択すべきである。この点に鑑み、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転する時点を点Ｐ２とする。
【００４５】
図６に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、制御周期Ｔｃで繰り返し実行される。
【００４６】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、制御周期Ｔｃ毎に訪れる更新タイミングのうち次回の更新タイミングにおける操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）として、現在（今回）の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）を仮設定する。続くステップＳ１２においては、次回の更新タイミングにおいて電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）にて表現される操作状態が採用された場合のそれから１制御周期Ｔｃ先の予測電流ベクトルＩｄｑｅ（ｎ＋２）を予測する処理を行なう。
【００４７】
図７に、この処理の詳細を示す。
【００４８】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ａにおいて、電気角θ（ｎ）と、実電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）とを検出するとともに、前回の制御周期Ｔｃで決定された電圧ベクトルＶ（ｎ）を出力する。続くステップＳ１２ｂにおいては、１制御周期先における電流（ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１））を予測する。これは、上記ステップＳ１２ａによって出力された電圧ベクトルＶ（ｎ）によって、１制御周期先の電流がどうなるかを予測する処理である。ここでは、上記の式（ｃ３）、（ｃ４）にて表現されたモデルを前進差分法にて制御周期Ｔｃで離散化したものを用いて、電流ｉｄｅ（ｎ＋１）、ｉｑｅ（ｎ＋１）を算出する。この際、電流の初期値として、上記ステップＳ１２ａにおいて検出された実電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）を用いるとともに、ｄｑ軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルＶ（ｎ）を、上記ステップＳ１２ａにおいて検出されたθ（ｎ）によってｄｑ変換したものを用いる。
【００４９】
続くステップＳ１２ｃでは、次回の更新タイミングにおける電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）を設定した場合について、２制御周期先の電流を予測する処理を行う。すなわち、上記ステップＳ１２ｂと同様にして予測電流ｉｄｅ（ｎ＋２）、ｉｑｅ（ｎ＋２）を算出する。ただし、ここでは、電流の初期値として、上記ステップＳ１２ｂにおいて算出された予測電流ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１）を用いるとともに、ｄｑ軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）を、上記ステップＳ１２ａにおいて検出された電気角θ（ｎ）にωＴｃを加算した角度によってｄｑ変換したものを用いる。ステップＳ１２ｃの処理が完了する場合、先の図６の処理に戻る。
【００５０】
図６のステップＳ１４では、指令電流ベクトルＩｄｑｒから予測電流ベクトルＩｄｑｅ（ｎ＋２）を減算した誤差ベクトルｅｄｑを算出する。続くステップＳ１６では、平均電圧ベクトルＶａを算出する。ここでは、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）において微分演算子ｐを除去したものに、指令電流ベクトルＩｄｑｒを入力することで平均電圧ベクトルＶａを算出する。すなわち、スイッチング状態の切り替えによる電流のリプルを除けばモータジェネレータ１０に流れる平均的な電流が指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒであることに鑑み、モータジェネレータ１０に指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒが定常的に流れる場合にこれに印加される電圧として平均電圧ベクトルＶａを算出する。
【００５１】
続くステップＳ１８では、電流の誤差が許容範囲内にあるか否か（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であるか否か）を判断する。ここで閾値ｅｔｈは、モータジェネレータ１０の状態量（電流の振幅、電気角速度ω等）によって可変設定することが望ましい。そして、許容範囲内にあると判断される場合、ステップＳ２０において、指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転したか否かを判断する。そして、反転した場合には、状態遷移許可フラグＦを「１」とする。ただし、状態遷移許可フラグＦを「１」とする条件には、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルのうちのいずれか一方である旨の条件をさらに加える。すなわち、状態遷移許可フラグＦは、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が、上記いずれか一方である旨の条件と上記反転した旨の条件との論理積が真である場合に「１」とされる。
【００５２】
ここで、上記いずれか一方であるか否かの判断は、平均電圧ベクトルＶａの存在領域を特定する処理に基づき行なうことができる。すなわち、図８に示すように、平均電圧ベクトルＶａと有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６との始点を共通とした場合に、隣接する一対の有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６によって囲われる領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに平均電圧ベクトルＶａが存在するかに基づき行なうことができる。ここでは、平均電圧ベクトルＶａの回転２次元座標系の成分を、固定２次元座標系（αβ座標系）の成分に変換したもの（Ｖαａ，Ｖβａ）によって、平均電圧ベクトルＶａと電圧ベクトルＶ１とのなす角度θｖａを算出することで、領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに存在するかを特定する。図示されるように、これら領域Ｓ１〜Ｓ６は、いずれも「π／３」の角度領域を有するものである。
【００５３】
こうして領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに存在するかが特定されれば、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルは自ずと定まる。
【００５４】
先の図６のステップＳ１８において否定判断される場合や、ステップＳ２０において肯定判断される場合には、ステップＳ２２に移行し、次回の更新タイミングにおける電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）の変更を検討する処理を行なう。これに対し、ステップＳ２２の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５５】
図９に、上記ステップＳ２２の処理の詳細を示す。
【００５６】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、状態遷移許可フラグＦが「１」であるか否かを判断する。そして状態遷移許可フラグＦが「１」であると判断される場合、ステップＳ３２において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルのうち現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）ではないもの（図中、実線）にて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。
【００５７】
これに対し、ステップＳ３０において否定判断される場合、ステップＳ３４において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルであるか否かを判断する。この処理は、先の図５における点Ｐ１において特定の有効電圧ベクトルを優先するためのものである。すなわち、ステップＳ３４において否定判断される場合、ステップＳ３６において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルのうちの現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となる方にて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。例えば一対の有効電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ３、Ｖ４であって且つ現在の電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルＶ０である場合、有効電圧ベクトルＶ３への切り替え相数は「１」である一方、有効電圧ベクトルＶ４への切り替え相数は「２」であるため、有効電圧ベクトルＶ３が検討対象とされる。
【００５８】
これに対し、ステップＳ３４において肯定判断される場合、ステップＳ３８において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度がＡ（≦２０°）以下となる有効電圧ベクトルＶｉが存在することと、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）へ切り替える直前における電圧ベクトルが有効電圧ベクトルであることとの論理和が真であるか否かを判断する。ここで、第２の条件は、先の図５の点Ｐ３においてゼロ電圧ベクトルを優先するためのものである。また、第１の条件は、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい有効電圧ベクトルＶｉがある場合、平均電圧ベクトルＶａを生成する上で有効電圧ベクトルＶｉはほとんど寄与しないことに鑑みてゼロ電圧ベクトルを優先するためのものである。上記論理和が真である場合、ステップＳ４０において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。例えば、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）がＶ４である場合、ゼロ電圧ベクトルＶ７にて表現される操作状態が検討対象とされ、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）がＶ３である場合、ゼロ電圧ベクトルＶ０にて表現される操作状態が検討対象とされる。
【００５９】
上記ステップＳ３２、Ｓ３６，Ｓ４０の処理が完了する場合、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２においては、検討対象とされた電圧ベクトルにて表現される操作状態を仮に設定した場合についての予測電流Ｉｄｑｅベクトル（ｎ＋２）を算出し、これについての誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であるか否かを判断する。そして、閾値ｅｔｈ以下であると判断される場合、ステップＳ４６において検討対象とされた電圧ベクトルを採用する。
【００６０】
これに対し、ステップＳ４２や上記ステップＳ３８において否定判断される場合には、ステップＳ４４において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるもの全てのうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを採用する。例えば現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルＶ３である場合、有効電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４とゼロ電圧ベクトルＶ０とのうちの評価関数Ｊによる評価が最も高いものを採用する。
【００６１】
なお、上記ステップＳ４６，Ｓ４４の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００６２】
図１０に、本実施形態の効果を示す。詳しくは、図１０（ａ）に、本実施形態にかかるモータジェネレータ１０のＵ相を流れる電流と電圧ベクトルの遷移とを示し、図１０（ｂ）に、比較例として、先の図３で説明した制御を行った場合を示す。図示されるように、本実施形態ではスイッチング状態の切り替え数を好適に低減することができる。
【００６３】
図１１に、複数の計測点における本実施形態および三角波比較ＰＷＭ処理の比較結果を示す。ここで、図１１（ａ）は、計測点を示し、図１１（ｂ）は、各計測点のスイッチング回数を示し、図１１（ｃ）は、各計測点の高調波電流の実効値を示す。ここで、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、図１１（ａ）における互いに相違する４つのトルク値における３箇所の計測点での平均値を示している。また、図１１（ｃ）における高調波電流の実効値は、モータジェネレータ１０のＵ相を流れる実際の電流と指令値との差の２乗の平方根を電気角の１周期に渡って積分したものである。
【００６４】
図示されるように、スイッチング状態の切り替え回数については、いずれの計測点においても三角波比較ＰＷＭ処理よりも少なくなっている。また、高調波電流の実効値についても三角波比較ＰＷＭ処理と同等以上に低減できている。
【００６５】
図１２に、本実施形態にかかるスイッチング状態の切り替え例を示す。図示されるように、本実施形態では、三角波比較ＰＷＭ処理と同じように電圧ベクトルの遷移がなされることもあれば、三角波比較ＰＷＭ処理よりも電圧ベクトルの遷移数が少なくなることもある。
【００６６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６７】
（１）平均電圧ベクトルＶａの方向に基づき、インバータＩＶの各操作状態の実際の操作状態の決定に関する優先度を設定した。これにより、制御周期Ｔｃのタイムスケールよりも大きいタイムスケールにおける最適な操作状態を簡易に把握することができる。
【００６８】
（２）電流誤差が許容範囲内にあると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であると判断される）ことを条件に、現在の操作状態の優先度が最も高いとした。これにより、電流の制御性を維持しつつも操作状態の切り替えを抑制することができる。
【００６９】
（３）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と、現在の操作状態への切り替え前の操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件との論理積が真である場合、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとした。これにより、ゼロ電圧ベクトルを用いて誤差を許容範囲内に長時間とどめる制御を行なうことが可能となる。
【００７０】
（４）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と、有効電圧ベクトルの中に平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ以下であるものが存在する旨の条件との論理積が真である場合、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとした。これにより、ゼロ電圧ベクトルを用いて誤差を許容範囲内に長時間とどめる制御を行なうことが可能となる。
【００７１】
（５）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態のうちスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるものの優先度を最も高いとした。これにより、電流誤差を許容範囲とするうえで特に適切な有効電圧ベクトルを優先することができる。
【００７２】
（６）指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転した場合に、平均電圧ベクトルＶａに隣接する一対の有効電圧ベクトルであって且つ現在の操作状態に対応しないものの優先度を最も高いとした。これにより、誤差ベクトルｅｄｑの終点を、平均電圧ベクトルＶａの存在領域と「１８０°」反転した領域側へと制御することができる。
【００７３】
（７）許容範囲から外れると判断されて且つ優先度が最も高いとされる操作状態に関する予測値と指令値との差が許容範囲内とならない場合、スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１以下となる操作状態のうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを次回の操作状態に設定した。これにより、優先度が最も高いとされる操作状態によっては誤差を許容範囲内に収めることができない場合に、スイッチング状態の切り替え数を抑制しつつ適切な操作状態を選択することができる。
【００７４】
（８）状態遷移許可フラグＦが「１」となることで検討対象とされた操作状態に関する予測値と指令値との差が許容範囲内とならない場合、スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１以下となる操作状態のうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを次回の操作状態に設定した。これにより、想定外の挙動が生じた場合に、スイッチング状態の切り替え数を抑制しつつ適切な操作状態を選択することができる。
【００７５】
（９）スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１よりも大きくなることを禁止した。これにより、スイッチング状態の切り替えに起因するサージの大きさを低減することができる。
【００７６】
（１０）スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１よりも大きくなる操作状態を予測対象から除外した。これにより、演算負荷を好適に低減することができる。
【００７７】
（１１）指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを入力として平均電圧ベクトルＶａを算出した。これにより、平均的な出力電圧ベクトルの方向を適切に算出することができる。
【００７８】
（１２）インバータＩＶの操作状態として用いられることが既に決定された操作状態を入力として電流の初期値を予測した。これにより、モデル予測制御による電流の予測を高精度に行うことができる。
【００７９】
（１３）電流の検出値（ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ））を入力とし、次回の操作状態の更新タイミング（更新タイミングｎ＋１）における電流の初期値（ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１））を予測した。これにより、電流をより高精度に予測することができる。
【００８０】
（１４）次回の操作状態の更新タイミングｎ＋１から１制御周期Ｔｃ経過時の電流の予測値に基づき、更新タイミングｎ＋１における操作状態を決定した。これにより、インバータＩＶの操作状態を好適に決定することができる。
【００８１】
（１５）次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に応じた電流予測の初期値の予測処理に用いる電流を、今回の更新タイミングにおいて検出された電流（ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ））とした。これにより、次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に伴う電流の予測処理と、その予測に用いる電流の初期値の予測処理とを、略同一とすることが可能となる。このため、予測処理手段の設計が容易となったり、処理手段（演算プログラム）を一部共有化したりするメリットがある。
【００８２】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８３】
図１３に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１３において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００８４】
この一連の処理では、状態遷移許可フラグＦを「１」とする条件が相違する。すなわち、上記指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転する旨の条件に代えて、ステップＳ２０ａにおいて、始点を原点とする誤差ベクトルｅｄｑの終点が、平均電圧ベクトルＶａに直交して且つ原点を通る直線（図１４の２点鎖線）に到達する旨の条件を採用する。
【００８５】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果を得ることができる。
【００８６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８７】
図１５に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１５において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００８８】
この一連の処理では、平均電圧ベクトルＶａを算出する処理が相違する。すなわち、ステップＳ１６ａにおいて、前回の更新タイミングまでの過去Ｎ（＞２）回の更新タイミングにおいて実際に採用された操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）、Ｖ（ｎ−１），…Ｖ（ｎ−Ｎ）の単純移動平均処理によって平均電圧ベクトルＶａを算出する。ここで、回数Ｎは、電気角速度ωに応じて可変設定させる。これは制御周期Ｔｃが一定であることに対応した設定である。すなわち、平均電圧ベクトルＶａは、基本波周波数相当の電圧ベクトルであるため、これを時系列的に並ぶ複数個の電圧ベクトルの単純移動平均によって表現する場合、その移動平均処理を行なう期間（時間）は、基本波周波数に応じて可変設定することが望ましい。
【００８９】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果を得ることができる。
【００９０】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
＜ゼロ電圧ベクトル優先手段について＞
先の図９のステップＳ３８における条件を、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなったときの実際の操作状態を表現するベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と有効電圧ベクトルの中に平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ以下となるものが存在する旨の条件のみとしてもよい。
【００９１】
また、ゼロベクトル優先手段としては、上記各実施形態の要領で構築されるものにも限らない。例えば、評価関数Ｊを、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の評価が高くなりやすいように構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、上記条件が成立する場合に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
【００９２】
ゼロ電圧ベクトルを優先する条件としては、「誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなった」旨の条件を含むものに限らない。例えば誤差ベクトルｅｄｑの始点を通って且つ平均電圧ベクトルＶａの方向に伸びる直線に誤差ベクトルｅｄｑの終点（ベクトルの座標成分）が到達することを条件とするものであってもよい。特にこの条件は、インバータＩＶの変調率が１を超える過変調領域において有効である。これは、先の図５に示したＰ２以降、誤差ベクトルｅｄｑの終点が原点付近へ向けて変位しやすくなり、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる際、上記平均電圧ベクトルＶａの方向に伸びる直線から大きく離間するようになるためである。
【００９３】
また例えば、平均電圧ベクトルＶａに近い一対の有効電圧ベクトルとは方向が逆の一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域に誤差ベクトルｅｄｑの終点が入ったことを条件とするものであってもよい。
＜状態維持優先手段について＞
状態維持優先手段としては、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈ以下であって且つ状態遷移許可フラグＦがオフである場合に現在の操作状態を維持するものに限らない。例えば、所定の条件が成立する場合の評価関数Ｊを、現在の操作状態の評価が高くなりやすいように構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、現在の操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
【００９４】
もっとも、状態維持優先手段自体を備えない構成であってもよい。
＜有効電圧ベクトル優先手段について＞
有効電圧ベクトル優先手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくて且つ、そのときの操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルであることを条件に、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価が高くなりやすいように評価関数Ｊを構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、上記条件の成立時には、上記有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
＜禁止手段について＞
スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段としては、先の図８に例示したロジックにて構成されるものに限らない。例えば、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１以下となる操作状態の全てを都度の制御周期における制御量の予測対象として且つ、予測対象としない操作状態への切り替えを禁止するロジックであってもよい。この場合であっても、ゼロ電圧ベクトル優先手段や有効電圧ベクトル優先手段等を備えることで、先の図８の処理と同様の制御を行なうことが可能である。
【００９５】
また、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を備えなくてもよい。この際、例えば、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が２よりも大きくなることを禁止してもよい。もっともこうした禁止を一切設けなくてもよい。
＜平均電圧方向算出手段について＞
１．電流に関するパラメータを入力とするもの
平均電圧方向算出手段としては、電流の微分演算項を除去した電圧方程式に、指令電流を入力するものに限らない。例えばモータジェネレータ１０を流れる電流の検出値を入力としてもよい。ただし、この際、電流の検出値をフィルタ処理することが望ましい。
【００９６】
また、ｄｑ軸上の電圧方程式において電流の微分演算値を含む項を削除したものから算出されるｄｑ軸上の平均電圧ベクトルをαβ変換するものに限らない。例えばｄｑ軸上での平均電圧ベクトルを算出する電圧方程式をαβ変換したものとしてもよい。これは、入力がαβ軸上の電流となり、出力がαβ座標系の成分を有する平均電圧ベクトルとなる。ちなみに、この際の入力電流は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒをαβ変換したものとすることが望ましい。もっとも、実電流のαβ成分であってもよい。
【００９７】
同様に、３相の電流を入力とし、出力を３次元固定座標系での平均電圧ベクトルの成分とする手段を備えて構成されるものとしてもよい。ちなみに、この際の入力電流は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを３相変換したものとすることが望ましい。もっとも、実電流の３相成分であってもよい。
【００９８】
また、平均電圧方向算出手段としては、電圧方程式の電流微分項を削除したものに限らない。例えば、αβ軸上での指令電流Ｉαβｒ＝（ｉαｒ、ｉβｒ）の微分演算項を含む以下の式（ｃ５）であってもよい。
【００９９】
【数１】
【０１００】
ちなみに、上記の式（ｃ５）は、電流ベクトルＩαβと現在の電圧ベクトルＶｉとの関係を示す下記の式（ｃ６）において、電流ベクトルＩαβを除去し、また、電圧ベクトルＶｉをゼロ電圧ベクトルとしたものである。
【０１０１】
【数２】
【０１０２】
さらに、電流に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、指令電流ベクトルＩｄｑｒから検出電流ベクトルＩｄｑを減算した誤差ベクトルｅｄｑについてのインバータＩＶの操作状態がゼロ電圧ベクトルである期間における変化方向を算出するものであってもよい。
２．電圧に関するパラメータを入力とするもの
電圧に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、インバータＩＶの実際の操作状態を表現する電圧ベクトルの単純移動平均処理によって算出するものに限らない。例えば所定回数以上前のものについては小さい重み係数をつけた指数移動平均によって算出するものであってもよい。もっとも、平均電圧ベクトルの方向を特定する上では、平均化処理自体は必須ではない。
３．平均電圧ベクトルＶａの定義について
平均電圧ベクトルＶａとしては、インバータＩＶの出力電圧のうち電気角周波数を有する基本波成分に限らない。例えば、基本波成分であるか否かに限らず、一般に、電流等の制御量の指令値を実現する上で要求されるインバータＩＶの出力電圧についての１電気角周期よりも短く且つ制御周期Ｔｃよりも長いタイムスケールにおける平均値としてもよい。具体的には例えば、過変調領域において、基本波を前提とする電流の指令値（上記指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒ）に第６次高調波電流を重畳したものを実現するための電圧の平均値としてもよい。なお、過変調領域において第６次高調波を指令値に重畳することについては、例えば「インバータの過変調領域を考慮したモデル予測制御に基づくＰＭＳＭの高応答トルク制御系：穂積、石田、道木、大熊、平成２１年電気学会産業応用部門大会」に記載がある。
＜制御量について＞
・指令値と予測値とに基づきインバータＩＶの操作を決定するために用いる制御量としては、電流に限らない。例えば、トルクおよび磁束であってもよい。この場合、磁束指令値は、例えば最大トルク制御を実現可能なように設定すればよい。こうした処理を行なう場合であっても、トルクや磁束が許容範囲から外れる場合に操作状態の変更を平均電圧ベクトルＶａに基づき検討することは有効である。
【０１０３】
また、例えば電流とトルクとしてもよい。ここで、ｄ軸の電流およびｑ軸の電流との双方が定まればトルクは一義的に定まるものであるが、これら双方を予測対象とすることも可能である。これにより、例えば状態遷移許可フラグＦの値を設定する処理に限って電流の予測値を用いて且つ、それ以外の処理については、誤差ベクトルｅｄｑのノルムと閾値ｅｔｈとの大小比較に代えて、トルクの予測値と指令値との差とトルク偏差用の閾値との大小比較を行うことなどができる。
【０１０４】
・上記各実施形態では、回転機の究極の制御量（予測対象であるか否かにかかわらず、最終的に所望の量とされることが要求される制御量）を、トルクとしたが、これに限らず、例えば回転速度等としてもよい。
＜予測手段について＞
・上記各実施形態では、電流の検出タイミングをインバータＩＶの操作状態の更新タイミングに同期させたがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接する各一対の更新タイミング間の中央のタイミングにおいて電流を検出するようにしてもよい。この場合であっても、次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に伴う電流の予測の初期値として、次回の更新タイミングにおける電流を上記検出された電流に基づき予測することは有効である。
【０１０５】
・上記各実施形態では、電気角θの検出タイミングをインバータＩＶの操作状態の更新タイミングに同期させたがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接する各一対の更新タイミング間の中央のタイミングにおいて電気角θを検出するようにしてもよい。
【０１０６】
・上記各実施形態では、インバータＩＶの操作状態の更新タイミングから１制御周期先の制御量を予測したがこれに限らない。例えば、操作状態の更新タイミングから１制御周期経過するまでの期間内の中間の時点における制御量を予測してもよい。
【０１０７】
・連続系でのモデルを離散化する手法としては、前進差分法等の差分法を用いるものに限らない。例えば、Ｎ（≧２）段階の線形多段階法や、ルンゲ・クッタ型公式等を用いるものであってもよい。
【０１０８】
・電流を予測するために用いるモデルとしては、鉄損を無視したモデルに限らず、これを考慮したモデルであってもよい。
【０１０９】
・電流等を予測するために用いるモデルとしては、基本波を前提としたモデルに限らない。例えば、インダクタンスや誘起電圧について高次成分を含むモデルを用いてもよい。また、電流等の予測手段としては、モデル式を用いるものに限らず、マップを用いるものであってもよい。この際、マップの入力パラメータとしては、電圧（ｖｄ、ｖｑ）および電気角速度ωであってもよく、また温度等を更に含めてもよい。なお、ここでマップとは、入力パラメータについての離散的な値に対応した出力パラメータの値が記憶された記憶手段のこととする。
【０１１０】
・上記各実施形態では、インバータＩＶの操作状態についての次の更新タイミング（１制御周期先のタイミング）におけるインバータＩＶの操作による制御量を予測したがこれに限らない。例えば数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータＩＶの操作による制御量まで順次予測することで、１制御周期先の更新タイミングにおける操作状態を決定してもよい。この処理は、先の図９のステップＳ４４において用いることができる。ちなみに、この場合、評価関数Ｊは、例えば、各更新タイミングでの操作状態を用いた誤差ベクトルｅｄｑを入力とする評価関数Ｊの和とすればよい。この際、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが同一である場合の評価関数Ｊの評価を全ての更新タイミングについて同等としてもよいが、例えば遠い未来ほど最終的な評価への寄与率を小さくしてもよい。
＜その他＞
・状態遷移許可フラグＦをオンとする所定の条件としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば誤差ベクトルｅｄｑがゼロとなる点を始点とした有効電圧ベクトルのうち平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルｅｄｑの終点が変位することを条件としてもよい。また例えば、上記一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルｅｄｑの終点が変位した後、さらにその領域から外に誤差ベクトルｅｄｑが変位することを条件としてもよい。
【０１１１】
・状態遷移許可フラグＦを用いた処理を行わなくても、上記第１の実施形態の上記（４）の効果に準じた効果を得ることはできる。
【０１１２】
・回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。
【０１１３】
・回転機としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、電気自動車に搭載されるものであってもよい。また、回転機としては車両の主機として用いられるものに限らない。
【０１１４】
・直流電源としては、高電圧バッテリ１２に限らず、例えば高電圧バッテリ１２の電圧を昇圧するコンバータの出力端子であってもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…モータジェネレータ、２０…制御装置、ＩＶ…インバータ、Ｓｗｐ，Ｓｗｎ…スイッチング素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、モデル予測制御を行うものもある。この装置では、まず、各サンプリングタイミングｋ、ｋ＋１、…ｋ＋Ｎ−１（Ｎ≧１）のスイッチング状態のシーケンスを仮設定した場合のサンプリングタイミングｋ〜ｋ＋Ｎにおけるトルクの軌跡を予測する。次に、サンプリングタイミングｋ＋Ｎ−１〜ｋ＋Ｎにおけるトルクの軌跡に基づき、外挿によってトルクのその後の軌跡を予測する。次に、外挿によって予測されるトルクが所定の範囲から外れるまでに要するサンプリング回数ｎに基づき、上記スイッチングシーケンスの仮設定によって定まるスイッチング状態の切替数を除算する。そして、この除算値が最小となるスイッチングシーケンスにおけるサンプリングタイミングｋのスイッチング状態をサンプリングタイミングｋの実際のスイッチング状態として決定する。これにより、スイッチング状態の切替数を制限することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記除算値は、トルクの外挿値が所定の範囲から外れるようになるまでの期間が長いほど小さい値となる。このため、サンプリングタイミングｋ〜ｋ＋Ｎ−１におけるスイッチング状態の切替総数が多いスイッチングシーケンスであっても、サンプリング回数ｎが大きい場合には上記除算値が小さくなる。このため、上記装置では、スイッチング状態の切替数を必ずしも十分に制限できることにはならない。特に、外挿によるトルクの挙動の予測精度が必ずしも高くないことなどから、上記装置では、トルクについての精度の低い予測に基づきスイッチング状態の切替数を評価する重み付けを可変としていることとなり、スイッチング状態の切替数を抑制する処理として信頼性に問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モデル予測制御によるスイッチング状態の切替数を好適に抑制することのできる回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置において、前記電力変換回路の平均的な出力電圧ベクトルの方向を算出する平均電圧方向算出手段を備え、前記操作手段は、前記操作状態を表現する有効電圧ベクトルの中に前記平均電圧方向算出手段によって算出される方向とのなす角度が２０度以下の規定角度以下となるものがあることを条件に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記実際の操作状態の決定に関する優先度を最も高いとするゼロ電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
平均的な出力電圧ベクトルは、制御量を制御する上で適切な出力電圧ベクトルであると考えられる。一方、平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい有効電圧ベクトルがある場合、平均的な有効電圧ベクトルを実現する上で有効電圧ベクトルの寄与は小さくなる。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下においてゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を優先することで、スイッチング状態の切り替えを抑制する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電力変換回路の操作状態として現在の操作状態を設定した場合の前記制御量の予測値と前記制御量の指令値との差が許容範囲から外れるか否かを判断する許容範囲判断手段を更に備え、前記操作手段は、前記許容範囲判断手段によって許容範囲内にあると判断される場合、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度が高いとする状態維持優先手段を更に備え、前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記許容範囲から外れると判断されることと前記規定角度以下となるものがあることとの論理積が真となる場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとすることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、上記差が許容範囲内にあると判断されることを条件に現在の操作状態の優先度が高いとされるため、制御量の制御性を維持しつつも操作状態の切り替えを抑制することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとする場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記予測手段の予測対象に設定して且つ、その予測値と指令値との差が前記許容範囲内にある場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を実際の操作状態に決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、前記平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態の少なくとも一方の優先度を最も高いとする有効電圧ベクトル優先手段を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態によって上記差が許容範囲から外れる場合、上記差を許容範囲とするために有効電圧ベクトルにて表現される操作状態を用いることが望まれる。この差を許容範囲とすることは制御量を制御する上で適切な操作状態を選択することを意味するが、制御量を制御する上で適切な出力電圧ベクトルは、平均的な出力電圧ベクトルであると考えられる。そして、この平均的な出力電圧ベクトルを実現するために必要な最小限の有効電圧ベクトルは、上記一対の有効電圧ベクトルである。上記発明では、この点に着目することで、上記差を許容範囲とするうえで特に適切な有効電圧ベクトルを優先することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定するに際し、スイッチング状態が切り替えられる前記スイッチング素子に接続される前記回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
上記発明では、スイッチング状態の切り替え数を抑制することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記予測手段は、前記禁止手段によって禁止される操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであることを特徴とする。
【００１７】
上記発明では、演算負荷を好適に低減することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記予測手段は、前記優先度の低い操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであり、前記操作手段は、前記予測対象とされたものの中から実際の操作状態を決定することを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、優先度の低い操作状態を予測対象から除外することで、演算負荷を低減することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記予測手段は、前記電力変換回路の操作状態を設定する場合の前記制御量を予測する第１予測手段と、前記操作手段によって用いられることが既に決定された操作状態を入力として前記第１予測手段による予測に用いる初期値を予測する第２予測手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
電力変換回路の操作状態を設定した場合の設定期間における制御量を高精度に予測する上では、上記設定の採用時点（操作状態の更新タイミング）に極力近似した時点での予測処理の初期値（制御量又は制御量を算出可能な物理量）を得ることが望まれる。ただし、制御量の予測を実際に操作がなされる時点よりも前に行う必要があるため、この時点又はこの時点に極力近似した時点での初期値を検出によって求めることは不可能又は困難である。この点、上記発明では、第２予測手段を備えることで、第１予測手段の予測に用いられる初期値を極力適切な値とすることができる。このため、制御量の予測を高精度に行うことができる。このため、特に上記許容範囲判断手段を備える場合等にあっては、許容範囲判断手段による判断に基づきなされる制御を適切なものとすることができる。
【００２２】
ちなみに、第２予測手段を備えない場合、制御量の予測は、複数制御先については第２予測手段を備える場合の予測精度に近似してくるものの、次回の更新タイミングから１制御周期先の制御量の予測精度については第２予測手段を備える場合と比較して劣ったものとなることが発明者らによって見出されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】インバータの操作状態を表現する電圧ベクトルを示す図。
【図３】モデル予測制御の問題点を示すタイムチャート。
【図４】三角波比較ＰＷＭ制御とモデル予測制御とのスイッチングパターンを比較する図。
【図５】上記実施形態にかかる規範スイッチング遷移を示す図。
【図６】同実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【図７】上記モデル予測制御における電流の予測処理の手順を示す流れ図。
【図８】同実施形態にかかる平均電圧ベクトルの領域を特定する処理を示す図。
【図９】上記モデル予測制御における電圧ベクトルの変更検討処理の手順を示す流れ図。
【図１０】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図１１】同実施形態の効果を示す図。
【図１２】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図１３】第２の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【図１４】同実施形態にかかる電圧ベクトルの変更検討処理の許可条件を示す図。
【図１５】第３の実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００２６】
モータジェネレータ１０は、インバータＩＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。
【００２７】
本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の回転角度（電気角θ）を検出する回転角度センサ１４を備えている。また、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６を備えている。更に、インバータＩＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ１８を備えている。
【００２８】
上記各種センサの検出値は、図示しないインターフェースを介して低電圧システムを構成する制御装置２０に取り込まれる。制御装置２０では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎである。
【００２９】
上記制御装置２０は、モータジェネレータ１０のトルクを要求トルクＴｒに制御すべく、インバータＩＶを操作する。詳しくは、要求トルクＴｒを実現するための指令電流となるようにインバータＩＶを操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ１０のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ１０を流れる電流を直接の制御量としてこれを指令電流に制御する。特に、本実施形態では、モータジェネレータ１０を流れる電流を指令電流に制御すべく、インバータＩＶの操作状態を仮設定した場合についてのモータジェネレータ１０を流れる電流を予測し、予測電流と指令電流との差に基づきインバータＩＶの実際の操作状態を決定するモデル予測制御を行う。
【００３０】
詳しくは、電流センサ１６によって検出された相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、ｄｑ変換部２２において、回転座標系の実電流ｉｄ，ｉｑに変換される。また、角度センサ１４によって検出される電気角θは、速度算出部２３の入力となり、これにより、回転速度（電気角速度ω）が算出される。一方、指令電流設定部２４は、要求トルクＴｒを入力とし、ｄｑ座標系での指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを出力する。これら指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒ、実電流ｉｄ，ｉｑ、及び電気角θは、モデル予測制御部３０の入力となる。モデル予測制御部３０では、これら入力パラメータに基づき、インバータＩＶの操作状態を規定する電圧ベクトルＶｉを決定し、操作部２６に入力する。操作部２６では、入力された電圧ベクトルＶｉに基づき、上記操作信号を生成してインバータＩＶに出力する。
【００３１】
ここで、インバータＩＶの操作状態を表現する電圧ベクトルは、図２に示す８つの電圧ベクトルとなる。例えば、低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオン状態となる操作状態（図中、「下」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ０であり、高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオン状態となる操作状態（図中、「上」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ７である。これら電圧ベクトルＶ０，Ｖ７は、モータジェネレータ１０の全相を短絡させるものであり、インバータＩＶからモータジェネレータ１０に印加される電圧がゼロとなるものであるため、ゼロ電圧ベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの６つの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、上側アーム及び下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作状態によって規定されるものであり、有効電圧ベクトルと呼ばれている。なお、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７を原点として有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を固定２次元座標系に変換したものが図２（ｂ）である。図示されるように、電圧ベクトルＶ１、Ｖ３，Ｖ５のそれぞれがＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正側にそれぞれ対応している。
【００３２】
次に、モデル予測制御部３０の処理の詳細について説明する。先の図１に示す操作状態設定部３１では、インバータＩＶの操作状態を設定する。ここでは、先の図２に示した電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７をインバータＩＶの操作状態として設定する。ｄｑ変換部３２では、操作状態設定部３１によって設定された電圧ベクトルをｄｑ変換することで、ｄｑ座標系の電圧ベクトルＶｄｑ＝（ｖｄ，ｖｑ）を算出する。こうした変換を行うべく、操作状態設定部３１における電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７を、例えば、先の図２において、「上」を「ＶＤＣ／２」として且つ「下」を「−ＶＤＣ／２」とすることで表現すればよい。この場合、例えば、電圧ベクトルＶ０は、（−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２）となり、電圧ベクトルＶ１は、（ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２、−ＶＤＣ／２）となる。
【００３３】
予測部３３では、電圧ベクトル（ｖｄ、ｖｑ）と、実電流ｉｄ，ｉｑと、電気角速度ωとに基づき、インバータＩＶの操作状態を操作状態設定部３１によって設定される状態とした場合の電流ｉｄ，ｉｑを予測する。ここでは、下記（ｃ１）、（ｃ２）にて表現される電圧方程式を、電流の微分項について解いた下記の状態方程式（式（ｃ３）、（ｃ４））を離散化し、１ステップ先の電流を予測する。
ｖｄ＝（Ｒ＋ｐＬｄ）ｉｄ −ωＬｑｉｑ …（ｃ１）
ｖｑ＝ωＬｄｉｄ （Ｒ＋ｐＬｑ）ｉｑ ＋ωφ …（ｃ２）
ｐｉｄ
＝−（Ｒ／Ｌｄ）ｉｄ ＋ω（Ｌｑ／Ｌｄ）ｉｑ ＋ｖｄ／Ｌｄ …（ｃ３）
ｐｉｑ
＝−ω（Ｌｄ／Ｌｑ）ｉｄ−（Ｒｄ／Ｌｑ）ｉｑ＋ｖｑ／Ｌｑ−ωφ／Ｌｑ…（ｃ４）
ちなみに、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）において、抵抗Ｒ、微分演算子ｐ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ及び電機子鎖交磁束定数φを用いた。
【００３４】
上記電流の予測は、操作状態設定部３１によって設定される複数通りの操作状態のそれぞれについて行われる。
【００３５】
一方、操作状態決定部３４では、予測部３３によって予測された電流ｉｄｅ，ｉｑｅと、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとを入力として、インバータＩＶの操作状態を決定する。この決定処理の１つでは、評価関数Ｊを用いる。すなわち、操作状態設定部３１によって設定された操作状態のそれぞれを評価関数Ｊによって評価し、評価のもっとも高かった操作状態を選択する。この評価関数Ｊとして、本実施形態では、評価が低いほど値が大きくなるものを採用する。具体的には、評価関数Ｊを、指令電流ベクトルＩｄｑｒ＝（ｉｄｒ，ｉｑｒ）と、予測電流ベクトルＩｄｑｅ＝（ｉｄｅ，ｉｑｅ）との差の内積値に基づき算出する。これは、指令電流ベクトルＩｄｑｒと予測電流ベクトルＩｄｑｅとの各成分の偏差が正、負の双方の値となりうることに鑑み、値が大きいほど評価が低いことを表現するための一手法である。これにより、指令電流ベクトルＩｄｑｒと予測電流ベクトルＩｄｑｅとの各成分の差が大きいほど、評価が低くなる評価関数Ｊを構築することができる。
【００３６】
上記評価関数Ｊを用いるなら、都度の制御周期Ｔｃにおいて、予測電流ベクトルＩｄｑｅと指令電流ベクトルＩｄｑｒとの差が最も小さくなる操作状態を選択することができる一方、スイッチング状態の切り替えが同時になされるモータジェネレータ１０の相数が増大するおそれがある。そしてこの場合には、サージが大きくなることから、スイッチング素子に要求される耐圧が上昇する。
【００３７】
ここで、発明者らは当初、スイッチング状態が同時に切り替えられる相数を１以下に制限する制御を考えた。詳しくは、指令電流への制御性を維持すべく、指令電流と予測電流との誤差が許容範囲内にある場合には上記制限を行って且つ、許容範囲から外れる場合には全ての操作状態のうち評価関数Ｊによる評価が最も高いものを選択する処理を考えた。このときのスイッチング状態の切り替え例を図３に示す。図示されるように、この場合、互いに相違する有効電圧ベクトルにて表現される操作状態間の切り替え頻度が高く、結果、単位時間当たりのスイッチング状態の切り替え数が大きくなることが見出された。この際のスイッチング状態の切り替え例と、従来の三角波比較ＰＷＭ処理によるスイッチング状態の切り替え例とを図４に対比して示す。
【００３８】
図４（ａ）に示されるように、三角波比較ＰＷＭ処理では、２つの有効電圧ベクトルと１つのゼロ電圧ベクトルが周期的に切り替えられるパターンによって、指令電流ベクトルＩｄｑｒから実際の電流ベクトルＩｄｑを減算した誤差ベクトルｅｄｑの終点（誤差ベクトルｅｄｑの始点を原点とした場合の座標成分）が変位するものとなる。図には、平均電圧ベクトルＶａを併せ示している。
【００３９】
ここで、平均電圧ベクトルＶａとは、インバータＩＶの出力電圧のうち電気角周波数を有する基本波成分のことである。すなわち、インバータＩＶは、１電気角周期よりも短い時間間隔でスイッチング状態を切り替えることで、その出力電圧が、電気角周波数成分を有する正弦波形状の電圧を模擬したものとなっている。インバータＩＶの模擬する上記正弦波形状の電圧が平均電圧ベクトルＶａである。ちなみに、この平均電圧ベクトルＶａのノルムは、変調率や電圧利用率と比例関係にある物理量である。ここで、変調率は、インバータＩＶの出力電圧についての基本波成分のフーリエ係数のことである。なお、このフーリエ係数の算出に際しては、基本波の振幅中心とインバータＩＶの出力電圧の変動幅の中央値とを一致させる。
【００４０】
上記誤差ベクトルｅｄｑの終点は、図示される平均電圧ベクトルＶａからインバータＩＶの操作状態を表現する電圧ベクトルを減算したベクトル方向に変位する。したがって、操作状態を表現するベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、誤差ベクトルｅｄｑの終点は、平均電圧ベクトルＶａ方向に変位する。特に、三角波比較ＰＷＭ処理では、誤差ベクトルｅｄｑの終点が、有効電圧ベクトルと平均電圧ベクトルＶａとの始点を誤差ベクトルｅｄｑの始点とした場合の平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトル（図では、Ｖ３，Ｖ４）によって囲われる領域と「１８０°」反転した領域内にある場合にゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態が選択されることで、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態とされる期間が長くなっている。しかも、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態によって誤差ベクトルｅｄｑの終点が上記一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域を変位し誤差ベクトルｅｄｑのノルムがある程度大きくなることで有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に切り替えられるため、指令電流よりも実際の電流の方が大きい期間と指令電流よりも実際の電流の方が小さい期間とが交互に訪れる。このため、このパターンの１周期に渡る平均的な電流を指令電流に好適に追従させることができる。
【００４１】
これに対し、図４（ｂ）に示すモデル予測制御の例では、スイッチング状態が頻繁に切り替えられている。これは、評価関数Ｊによって最高の評価を得られる操作状態が都度選択されることに起因している。このように、モデル予測制御を用いる場合、微視的なタイムスケールにおける最適解が選択されることでスイッチング状態の切り替え数が増加する傾向がある。もっともこれはモデル予測制御に必然的に生じるものではない。例えば次回の制御周期Ｔｃにおける操作状態を、複数の制御周期Ｔｃ先までの予測電流に基づき予測する等、予測期間を伸長させることで、微視的なタイムスケールにおける最適解が選択される傾向を抑制することはできると考えられる。ただし、この場合には、制御装置２０の演算負荷が増大する。ちなみに、図４（ｂ）での誤差ベクトルｅｄｑは、指令電流ベクトルＩｄｑｒから実際の電流ベクトルＩｄｑを減算したものである。
【００４２】
そこで本発明者は、次回の制御周期Ｔｃにおける操作状態の決定に際し、平均電圧ベクトルＶａを参照することを考えた。ここで、平均電圧ベクトルＶａは、モータジェネレータ１０を流れる実際の電流を指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとするうえで適切なものであると考えられる。このため、平均電圧ベクトルＶａを参照するなら、予測期間を伸長させることなく制御周期Ｔｃよりも長いタイムスケールにおける最適な操作状態の選択をモデル予測制御によって実現することができると考えたのである。
【００４３】
図５（ａ）に、本実施形態におけるモデル予測制御によって優先される操作状態の推移を示す。図示されるように、電流誤差が許容範囲から外れる（誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる）点Ｐ１において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルのうちの一方（図では、Ｖ３）が選択される。その後、点Ｐ２において一対の有効電圧ベクトルのうちの他方（図では、Ｖ４）が選択される。そして、電流誤差が許容範囲から再度外れる（誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる）点Ｐ３において、ゼロ電圧ベクトル（図では、Ｖ７）が選択される。これにより、三角波比較ＰＷＭ処理と同様、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態とされる期間を長くすることができ、スイッチング状態の切り替え数を低減することができる。
【００４４】
上記点Ｐ２としては、点Ｐ３を、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域とは「１８０°」反転させた領域に制御するうえで適切な点を選択すべきである。この点に鑑み、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転する時点を点Ｐ２とする。
【００４５】
図６に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、制御周期Ｔｃで繰り返し実行される。
【００４６】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、制御周期Ｔｃ毎に訪れる更新タイミングのうち次回の更新タイミングにおける操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）として、現在（今回）の操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）を仮設定する。続くステップＳ１２においては、次回の更新タイミングにおいて電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）にて表現される操作状態が採用された場合のそれから１制御周期Ｔｃ先の予測電流ベクトルＩｄｑｅ（ｎ＋２）を予測する処理を行なう。
【００４７】
図７に、この処理の詳細を示す。
【００４８】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ａにおいて、電気角θ（ｎ）と、実電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）とを検出するとともに、前回の制御周期Ｔｃで決定された電圧ベクトルＶ（ｎ）を出力する。続くステップＳ１２ｂにおいては、１制御周期先における電流（ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１））を予測する。これは、上記ステップＳ１２ａによって出力された電圧ベクトルＶ（ｎ）によって、１制御周期先の電流がどうなるかを予測する処理である。ここでは、上記の式（ｃ３）、（ｃ４）にて表現されたモデルを前進差分法にて制御周期Ｔｃで離散化したものを用いて、電流ｉｄｅ（ｎ＋１）、ｉｑｅ（ｎ＋１）を算出する。この際、電流の初期値として、上記ステップＳ１２ａにおいて検出された実電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）を用いるとともに、ｄｑ軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルＶ（ｎ）を、上記ステップＳ１２ａにおいて検出されたθ（ｎ）によってｄｑ変換したものを用いる。
【００４９】
続くステップＳ１２ｃでは、次回の更新タイミングにおける電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）を設定した場合について、２制御周期先の電流を予測する処理を行う。すなわち、上記ステップＳ１２ｂと同様にして予測電流ｉｄｅ（ｎ＋２）、ｉｑｅ（ｎ＋２）を算出する。ただし、ここでは、電流の初期値として、上記ステップＳ１２ｂにおいて算出された予測電流ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１）を用いるとともに、ｄｑ軸上の電圧ベクトルとして、電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）を、上記ステップＳ１２ａにおいて検出された電気角θ（ｎ）にωＴｃを加算した角度によってｄｑ変換したものを用いる。ステップＳ１２ｃの処理が完了する場合、先の図６の処理に戻る。
【００５０】
図６のステップＳ１４では、指令電流ベクトルＩｄｑｒから予測電流ベクトルＩｄｑｅ（ｎ＋２）を減算した誤差ベクトルｅｄｑを算出する。続くステップＳ１６では、平均電圧ベクトルＶａを算出する。ここでは、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）において微分演算子ｐを除去したものに、指令電流ベクトルＩｄｑｒを入力することで平均電圧ベクトルＶａを算出する。すなわち、スイッチング状態の切り替えによる電流のリプルを除けばモータジェネレータ１０に流れる平均的な電流が指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒであることに鑑み、モータジェネレータ１０に指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒが定常的に流れる場合にこれに印加される電圧として平均電圧ベクトルＶａを算出する。
【００５１】
続くステップＳ１８では、電流の誤差が許容範囲内にあるか否か（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であるか否か）を判断する。ここで閾値ｅｔｈは、モータジェネレータ１０の状態量（電流の振幅、電気角速度ω等）によって可変設定することが望ましい。そして、許容範囲内にあると判断される場合、ステップＳ２０において、指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転したか否かを判断する。そして、反転した場合には、状態遷移許可フラグＦを「１」とする。ただし、状態遷移許可フラグＦを「１」とする条件には、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルのうちのいずれか一方である旨の条件をさらに加える。すなわち、状態遷移許可フラグＦは、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が、上記いずれか一方である旨の条件と上記反転した旨の条件との論理積が真である場合に「１」とされる。
【００５２】
ここで、上記いずれか一方であるか否かの判断は、平均電圧ベクトルＶａの存在領域を特定する処理に基づき行なうことができる。すなわち、図８に示すように、平均電圧ベクトルＶａと有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６との始点を共通とした場合に、隣接する一対の有効電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６によって囲われる領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに平均電圧ベクトルＶａが存在するかに基づき行なうことができる。ここでは、平均電圧ベクトルＶａの回転２次元座標系の成分を、固定２次元座標系（αβ座標系）の成分に変換したもの（Ｖαａ，Ｖβａ）によって、平均電圧ベクトルＶａと電圧ベクトルＶ１とのなす角度θｖａを算出することで、領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに存在するかを特定する。図示されるように、これら領域Ｓ１〜Ｓ６は、いずれも「π／３」の角度領域を有するものである。
【００５３】
こうして領域Ｓ１〜Ｓ６のいずれに存在するかが特定されれば、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルは自ずと定まる。
【００５４】
先の図６のステップＳ１８において否定判断される場合や、ステップＳ２０において肯定判断される場合には、ステップＳ２２に移行し、次回の更新タイミングにおける電圧ベクトルＶ（ｎ＋１）の変更を検討する処理を行なう。これに対し、ステップＳ２２の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５５】
図９に、上記ステップＳ２２の処理の詳細を示す。
【００５６】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、状態遷移許可フラグＦが「１」であるか否かを判断する。そして状態遷移許可フラグＦが「１」であると判断される場合、ステップＳ３２において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルのうち現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）ではないもの（図中、実線）にて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。
【００５７】
これに対し、ステップＳ３０において否定判断される場合、ステップＳ３４において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルであるか否かを判断する。この処理は、先の図５における点Ｐ１において特定の有効電圧ベクトルを優先するためのものである。すなわち、ステップＳ３４において否定判断される場合、ステップＳ３６において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルのうちの現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となる方にて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。例えば一対の有効電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ３、Ｖ４であって且つ現在の電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルＶ０である場合、有効電圧ベクトルＶ３への切り替え相数は「１」である一方、有効電圧ベクトルＶ４への切り替え相数は「２」であるため、有効電圧ベクトルＶ３が検討対象とされる。
【００５８】
これに対し、ステップＳ３４において肯定判断される場合、ステップＳ３８において、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度がＡ（≦２０°）以下となる有効電圧ベクトルＶｉが存在することと、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）へ切り替える直前における電圧ベクトルが有効電圧ベクトルであることとの論理和が真であるか否かを判断する。ここで、第２の条件は、先の図５の点Ｐ３においてゼロ電圧ベクトルを優先するためのものである。また、第１の条件は、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい有効電圧ベクトルＶｉがある場合、平均電圧ベクトルＶａを生成する上で有効電圧ベクトルＶｉはほとんど寄与しないことに鑑みてゼロ電圧ベクトルを優先するためのものである。上記論理和が真である場合、ステップＳ４０において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度が最も高いとして、これを検討対象とする。例えば、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）がＶ４である場合、ゼロ電圧ベクトルＶ７にて表現される操作状態が検討対象とされ、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）がＶ３である場合、ゼロ電圧ベクトルＶ０にて表現される操作状態が検討対象とされる。
【００５９】
上記ステップＳ３２、Ｓ３６，Ｓ４０の処理が完了する場合、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２においては、検討対象とされた電圧ベクトルにて表現される操作状態を仮に設定した場合についての予測電流Ｉｄｑｅベクトル（ｎ＋２）を算出し、これについての誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であるか否かを判断する。そして、閾値ｅｔｈ以下であると判断される場合、ステップＳ４６において検討対象とされた電圧ベクトルを採用する。
【００６０】
これに対し、ステップＳ４２や上記ステップＳ３８において否定判断される場合には、ステップＳ４４において、現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）からのスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるもの全てのうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを採用する。例えば現在の電圧ベクトルＶ（ｎ）が有効電圧ベクトルＶ３である場合、有効電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４とゼロ電圧ベクトルＶ０とのうちの評価関数Ｊによる評価が最も高いものを採用する。
【００６１】
なお、上記ステップＳ４６，Ｓ４４の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００６２】
図１０に、本実施形態の効果を示す。詳しくは、図１０（ａ）に、本実施形態にかかるモータジェネレータ１０のＵ相を流れる電流と電圧ベクトルの遷移とを示し、図１０（ｂ）に、比較例として、先の図３で説明した制御を行った場合を示す。図示されるように、本実施形態ではスイッチング状態の切り替え数を好適に低減することができる。
【００６３】
図１１に、複数の計測点における本実施形態および三角波比較ＰＷＭ処理の比較結果を示す。ここで、図１１（ａ）は、計測点を示し、図１１（ｂ）は、各計測点のスイッチング回数を示し、図１１（ｃ）は、各計測点の高調波電流の実効値を示す。ここで、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、図１１（ａ）における互いに相違する４つのトルク値における３箇所の計測点での平均値を示している。また、図１１（ｃ）における高調波電流の実効値は、モータジェネレータ１０のＵ相を流れる実際の電流と指令値との差の２乗の平方根を電気角の１周期に渡って積分したものである。
【００６４】
図示されるように、スイッチング状態の切り替え回数については、いずれの計測点においても三角波比較ＰＷＭ処理よりも少なくなっている。また、高調波電流の実効値についても三角波比較ＰＷＭ処理と同等以上に低減できている。
【００６５】
図１２に、本実施形態にかかるスイッチング状態の切り替え例を示す。図示されるように、本実施形態では、三角波比較ＰＷＭ処理と同じように電圧ベクトルの遷移がなされることもあれば、三角波比較ＰＷＭ処理よりも電圧ベクトルの遷移数が少なくなることもある。
【００６６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６７】
（１）平均電圧ベクトルＶａの方向に基づき、インバータＩＶの各操作状態の実際の操作状態の決定に関する優先度を設定した。これにより、制御周期Ｔｃのタイムスケールよりも大きいタイムスケールにおける最適な操作状態を簡易に把握することができる。
【００６８】
（２）電流誤差が許容範囲内にあると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈ以下であると判断される）ことを条件に、現在の操作状態の優先度が最も高いとした。これにより、電流の制御性を維持しつつも操作状態の切り替えを抑制することができる。
【００６９】
（３）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と、現在の操作状態への切り替え前の操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件との論理積が真である場合、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとした。これにより、ゼロ電圧ベクトルを用いて誤差を許容範囲内に長時間とどめる制御を行なうことが可能となる。
【００７０】
（４）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と、有効電圧ベクトルの中に平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ以下であるものが存在する旨の条件との論理積が真である場合、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとした。これにより、ゼロ電圧ベクトルを用いて誤差を許容範囲内に長時間とどめる制御を行なうことが可能となる。
【００７１】
（５）電流誤差が許容範囲から外れると判断される（誤差ベクトルｅｄｑのノルム｜ｅｄｑ｜が閾値ｅｔｈよりも大きいと判断される）ときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態のうちスイッチング状態の切り替え相数が「１」以下となるものの優先度を最も高いとした。これにより、電流誤差を許容範囲とするうえで特に適切な有効電圧ベクトルを優先することができる。
【００７２】
（６）指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転した場合に、平均電圧ベクトルＶａに隣接する一対の有効電圧ベクトルであって且つ現在の操作状態に対応しないものの優先度を最も高いとした。これにより、誤差ベクトルｅｄｑの終点を、平均電圧ベクトルＶａの存在領域と「１８０°」反転した領域側へと制御することができる。
【００７３】
（７）許容範囲から外れると判断されて且つ優先度が最も高いとされる操作状態に関する予測値と指令値との差が許容範囲内とならない場合、スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１以下となる操作状態のうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを次回の操作状態に設定した。これにより、優先度が最も高いとされる操作状態によっては誤差を許容範囲内に収めることができない場合に、スイッチング状態の切り替え数を抑制しつつ適切な操作状態を選択することができる。
【００７４】
（８）状態遷移許可フラグＦが「１」となることで検討対象とされた操作状態に関する予測値と指令値との差が許容範囲内とならない場合、スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１以下となる操作状態のうち、評価関数Ｊによる評価が最も高いものを次回の操作状態に設定した。これにより、想定外の挙動が生じた場合に、スイッチング状態の切り替え数を抑制しつつ適切な操作状態を選択することができる。
【００７５】
（９）スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１よりも大きくなることを禁止した。これにより、スイッチング状態の切り替えに起因するサージの大きさを低減することができる。
【００７６】
（１０）スイッチング状態が切り替えられるモータジェネレータ１０の相数が１よりも大きくなる操作状態を予測対象から除外した。これにより、演算負荷を好適に低減することができる。
【００７７】
（１１）指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを入力として平均電圧ベクトルＶａを算出した。これにより、平均的な出力電圧ベクトルの方向を適切に算出することができる。
【００７８】
（１２）インバータＩＶの操作状態として用いられることが既に決定された操作状態を入力として電流の初期値を予測した。これにより、モデル予測制御による電流の予測を高精度に行うことができる。
【００７９】
（１３）電流の検出値（ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ））を入力とし、次回の操作状態の更新タイミング（更新タイミングｎ＋１）における電流の初期値（ｉｄｅ（ｎ＋１），ｉｑｅ（ｎ＋１））を予測した。これにより、電流をより高精度に予測することができる。
【００８０】
（１４）次回の操作状態の更新タイミングｎ＋１から１制御周期Ｔｃ経過時の電流の予測値に基づき、更新タイミングｎ＋１における操作状態を決定した。これにより、インバータＩＶの操作状態を好適に決定することができる。
【００８１】
（１５）次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に応じた電流予測の初期値の予測処理に用いる電流を、今回の更新タイミングにおいて検出された電流（ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ））とした。これにより、次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に伴う電流の予測処理と、その予測に用いる電流の初期値の予測処理とを、略同一とすることが可能となる。このため、予測処理手段の設計が容易となったり、処理手段（演算プログラム）を一部共有化したりするメリットがある。
【００８２】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８３】
図１３に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１３において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００８４】
この一連の処理では、状態遷移許可フラグＦを「１」とする条件が相違する。すなわち、上記指令電流ベクトルＩｄｑｒのノルム｜Ｉｄｑｒ｜と予測電流ベクトルＩｄｑｅのノルム｜Ｉｄｑｅ｜との大小関係が反転する旨の条件に代えて、ステップＳ２０ａにおいて、始点を原点とする誤差ベクトルｅｄｑの終点が、平均電圧ベクトルＶａに直交して且つ原点を通る直線（図１４の２点鎖線）に到達する旨の条件を採用する。
【００８５】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果を得ることができる。
【００８６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８７】
図１５に、本実施形態にかかるモデル予測制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１５において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００８８】
この一連の処理では、平均電圧ベクトルＶａを算出する処理が相違する。すなわち、ステップＳ１６ａにおいて、前回の更新タイミングまでの過去Ｎ（＞２）回の更新タイミングにおいて実際に採用された操作状態を表現する電圧ベクトルＶ（ｎ）、Ｖ（ｎ−１），…Ｖ（ｎ−Ｎ）の単純移動平均処理によって平均電圧ベクトルＶａを算出する。ここで、回数Ｎは、電気角速度ωに応じて可変設定させる。これは制御周期Ｔｃが一定であることに対応した設定である。すなわち、平均電圧ベクトルＶａは、基本波周波数相当の電圧ベクトルであるため、これを時系列的に並ぶ複数個の電圧ベクトルの単純移動平均によって表現する場合、その移動平均処理を行なう期間（時間）は、基本波周波数に応じて可変設定することが望ましい。
【００８９】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果を得ることができる。
【００９０】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
＜ゼロ電圧ベクトル優先手段について＞
先の図９のステップＳ３８における条件を、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなったときの実際の操作状態を表現するベクトルが有効電圧ベクトルである旨の条件と有効電圧ベクトルの中に平均電圧ベクトルＶａとのなす角度が規定角度Ａ以下となるものが存在する旨の条件のみとしてもよい。
【００９１】
また、ゼロベクトル優先手段としては、上記各実施形態の要領で構築されるものにも限らない。例えば、評価関数Ｊを、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の評価が高くなりやすいように構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、上記条件が成立する場合に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
【００９２】
ゼロ電圧ベクトルを優先する条件としては、「誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなった」旨の条件を含むものに限らない。例えば誤差ベクトルｅｄｑの始点を通って且つ平均電圧ベクトルＶａの方向に伸びる直線に誤差ベクトルｅｄｑの終点（ベクトルの座標成分）が到達することを条件とするものであってもよい。特にこの条件は、インバータＩＶの変調率が１を超える過変調領域において有効である。これは、先の図５に示したＰ２以降、誤差ベクトルｅｄｑの終点が原点付近へ向けて変位しやすくなり、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくなる際、上記平均電圧ベクトルＶａの方向に伸びる直線から大きく離間するようになるためである。
【００９３】
また例えば、平均電圧ベクトルＶａに近い一対の有効電圧ベクトルとは方向が逆の一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域に誤差ベクトルｅｄｑの終点が入ったことを条件とするものであってもよい。
＜状態維持優先手段について＞
状態維持優先手段としては、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈ以下であって且つ状態遷移許可フラグＦがオフである場合に現在の操作状態を維持するものに限らない。例えば、所定の条件が成立する場合の評価関数Ｊを、現在の操作状態の評価が高くなりやすいように構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、現在の操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
【００９４】
もっとも、状態維持優先手段自体を備えない構成であってもよい。
＜有効電圧ベクトル優先手段について＞
有効電圧ベクトル優先手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが閾値ｅｔｈよりも大きくて且つ、そのときの操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルであることを条件に、平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価が高くなりやすいように評価関数Ｊを構築する手段であってもよい。これは例えば、上記実施形態において例示した評価関数Ｊに重み係数を乗算したものを最終的な評価関数Ｊとして、上記条件の成立時には、上記有効電圧ベクトルにて表現される操作状態に関する評価関数Ｊに乗算される重み係数を最も小さくすることで行なうことができる。
＜禁止手段について＞
スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段としては、先の図８に例示したロジックにて構成されるものに限らない。例えば、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１以下となる操作状態の全てを都度の制御周期における制御量の予測対象として且つ、予測対象としない操作状態への切り替えを禁止するロジックであってもよい。この場合であっても、ゼロ電圧ベクトル優先手段や有効電圧ベクトル優先手段等を備えることで、先の図８の処理と同様の制御を行なうことが可能である。
【００９５】
また、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を備えなくてもよい。この際、例えば、スイッチング状態が切り替えられるスイッチング素子に接続される回転機の端子数が２よりも大きくなることを禁止してもよい。もっともこうした禁止を一切設けなくてもよい。
＜平均電圧方向算出手段について＞
１．電流に関するパラメータを入力とするもの
平均電圧方向算出手段としては、電流の微分演算項を除去した電圧方程式に、指令電流を入力するものに限らない。例えばモータジェネレータ１０を流れる電流の検出値を入力としてもよい。ただし、この際、電流の検出値をフィルタ処理することが望ましい。
【００９６】
また、ｄｑ軸上の電圧方程式において電流の微分演算値を含む項を削除したものから算出されるｄｑ軸上の平均電圧ベクトルをαβ変換するものに限らない。例えばｄｑ軸上での平均電圧ベクトルを算出する電圧方程式をαβ変換したものとしてもよい。これは、入力がαβ軸上の電流となり、出力がαβ座標系の成分を有する平均電圧ベクトルとなる。ちなみに、この際の入力電流は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒをαβ変換したものとすることが望ましい。もっとも、実電流のαβ成分であってもよい。
【００９７】
同様に、３相の電流を入力とし、出力を３次元固定座標系での平均電圧ベクトルの成分とする手段を備えて構成されるものとしてもよい。ちなみに、この際の入力電流は、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを３相変換したものとすることが望ましい。もっとも、実電流の３相成分であってもよい。
【００９８】
また、平均電圧方向算出手段としては、電圧方程式の電流微分項を削除したものに限らない。例えば、αβ軸上での指令電流Ｉαβｒ＝（ｉαｒ、ｉβｒ）の微分演算項を含む以下の式（ｃ５）であってもよい。
【００９９】
【数１】
【０１００】
ちなみに、上記の式（ｃ５）は、電流ベクトルＩαβと現在の電圧ベクトルＶｉとの関係を示す下記の式（ｃ６）において、電流ベクトルＩαβを除去し、また、電圧ベクトルＶｉをゼロ電圧ベクトルとしたものである。
【０１０１】
【数２】
【０１０２】
さらに、電流に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、指令電流ベクトルＩｄｑｒから検出電流ベクトルＩｄｑを減算した誤差ベクトルｅｄｑについてのインバータＩＶの操作状態がゼロ電圧ベクトルである期間における変化方向を算出するものであってもよい。
２．電圧に関するパラメータを入力とするもの
電圧に関するパラメータを入力とする平均電圧方向算出手段としては、インバータＩＶの実際の操作状態を表現する電圧ベクトルの単純移動平均処理によって算出するものに限らない。例えば所定回数以上前のものについては小さい重み係数をつけた指数移動平均によって算出するものであってもよい。もっとも、平均電圧ベクトルの方向を特定する上では、平均化処理自体は必須ではない。
３．平均電圧ベクトルＶａの定義について
平均電圧ベクトルＶａとしては、インバータＩＶの出力電圧のうち電気角周波数を有する基本波成分に限らない。例えば、基本波成分であるか否かに限らず、一般に、電流等の制御量の指令値を実現する上で要求されるインバータＩＶの出力電圧についての１電気角周期よりも短く且つ制御周期Ｔｃよりも長いタイムスケールにおける平均値としてもよい。具体的には例えば、過変調領域において、基本波を前提とする電流の指令値（上記指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒ）に第６次高調波電流を重畳したものを実現するための電圧の平均値としてもよい。なお、過変調領域において第６次高調波を指令値に重畳することについては、例えば「インバータの過変調領域を考慮したモデル予測制御に基づくＰＭＳＭの高応答トルク制御系：穂積、石田、道木、大熊、平成２１年電気学会産業応用部門大会」に記載がある。
＜制御量について＞
・指令値と予測値とに基づきインバータＩＶの操作を決定するために用いる制御量としては、電流に限らない。例えば、トルクおよび磁束であってもよい。この場合、磁束指令値は、例えば最大トルク制御を実現可能なように設定すればよい。こうした処理を行なう場合であっても、トルクや磁束が許容範囲から外れる場合に操作状態の変更を平均電圧ベクトルＶａに基づき検討することは有効である。
【０１０３】
また、例えば電流とトルクとしてもよい。ここで、ｄ軸の電流およびｑ軸の電流との双方が定まればトルクは一義的に定まるものであるが、これら双方を予測対象とすることも可能である。これにより、例えば状態遷移許可フラグＦの値を設定する処理に限って電流の予測値を用いて且つ、それ以外の処理については、誤差ベクトルｅｄｑのノルムと閾値ｅｔｈとの大小比較に代えて、トルクの予測値と指令値との差とトルク偏差用の閾値との大小比較を行うことなどができる。
【０１０４】
・上記各実施形態では、回転機の究極の制御量（予測対象であるか否かにかかわらず、最終的に所望の量とされることが要求される制御量）を、トルクとしたが、これに限らず、例えば回転速度等としてもよい。
＜予測手段について＞
・上記各実施形態では、電流の検出タイミングをインバータＩＶの操作状態の更新タイミングに同期させたがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接する各一対の更新タイミング間の中央のタイミングにおいて電流を検出するようにしてもよい。この場合であっても、次回の更新タイミングにおける操作状態の設定に伴う電流の予測の初期値として、次回の更新タイミングにおける電流を上記検出された電流に基づき予測することは有効である。
【０１０５】
・上記各実施形態では、電気角θの検出タイミングをインバータＩＶの操作状態の更新タイミングに同期させたがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接する各一対の更新タイミング間の中央のタイミングにおいて電気角θを検出するようにしてもよい。
【０１０６】
・上記各実施形態では、インバータＩＶの操作状態の更新タイミングから１制御周期先の制御量を予測したがこれに限らない。例えば、操作状態の更新タイミングから１制御周期経過するまでの期間内の中間の時点における制御量を予測してもよい。
【０１０７】
・連続系でのモデルを離散化する手法としては、前進差分法等の差分法を用いるものに限らない。例えば、Ｎ（≧２）段階の線形多段階法や、ルンゲ・クッタ型公式等を用いるものであってもよい。
【０１０８】
・電流を予測するために用いるモデルとしては、鉄損を無視したモデルに限らず、これを考慮したモデルであってもよい。
【０１０９】
・電流等を予測するために用いるモデルとしては、基本波を前提としたモデルに限らない。例えば、インダクタンスや誘起電圧について高次成分を含むモデルを用いてもよい。また、電流等の予測手段としては、モデル式を用いるものに限らず、マップを用いるものであってもよい。この際、マップの入力パラメータとしては、電圧（ｖｄ、ｖｑ）および電気角速度ωであってもよく、また温度等を更に含めてもよい。なお、ここでマップとは、入力パラメータについての離散的な値に対応した出力パラメータの値が記憶された記憶手段のこととする。
【０１１０】
・上記各実施形態では、インバータＩＶの操作状態についての次の更新タイミング（１制御周期先のタイミング）におけるインバータＩＶの操作による制御量を予測したがこれに限らない。例えば数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータＩＶの操作による制御量まで順次予測することで、１制御周期先の更新タイミングにおける操作状態を決定してもよい。この処理は、先の図９のステップＳ４４において用いることができる。ちなみに、この場合、評価関数Ｊは、例えば、各更新タイミングでの操作状態を用いた誤差ベクトルｅｄｑを入力とする評価関数Ｊの和とすればよい。この際、誤差ベクトルｅｄｑのノルムが同一である場合の評価関数Ｊの評価を全ての更新タイミングについて同等としてもよいが、例えば遠い未来ほど最終的な評価への寄与率を小さくしてもよい。
＜その他＞
・状態遷移許可フラグＦをオンとする所定の条件としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば誤差ベクトルｅｄｑがゼロとなる点を始点とした有効電圧ベクトルのうち平均電圧ベクトルＶａとのなす角度の小さい一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルｅｄｑの終点が変位することを条件としてもよい。また例えば、上記一対の有効電圧ベクトルによって囲われる領域の中から外に誤差ベクトルｅｄｑの終点が変位した後、さらにその領域から外に誤差ベクトルｅｄｑが変位することを条件としてもよい。
【０１１１】
・状態遷移許可フラグＦを用いた処理を行わなくても、上記第１の実施形態の上記（４）の効果に準じた効果を得ることはできる。
【０１１２】
・回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。
【０１１３】
・回転機としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、電気自動車に搭載されるものであってもよい。また、回転機としては車両の主機として用いられるものに限らない。
【０１１４】
・直流電源としては、高電圧バッテリ１２に限らず、例えば高電圧バッテリ１２の電圧を昇圧するコンバータの出力端子であってもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…モータジェネレータ、２０…制御装置、ＩＶ…インバータ、Ｓｗｐ，Ｓｗｎ…スイッチング素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置において、
前記電力変換回路の平均的な出力電圧ベクトルの方向を算出する平均電圧方向算出手段を備え、
前記操作手段は、前記操作状態を表現する有効電圧ベクトルの中に前記平均電圧方向算出手段によって算出される方向とのなす角度が２０度以下の規定角度以下となるものがあることを条件に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記実際の操作状態の決定に関する優先度を最も高いとするゼロ電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電力変換回路の操作状態として現在の操作状態を設定した場合の前記制御量の予測値と前記制御量の指令値との差が許容範囲から外れるか否かを判断する許容範囲判断手段を更に備え、
前記操作手段は、前記許容範囲判断手段によって許容範囲内にあると判断される場合、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度が高いとする状態維持優先手段を更に備え、
前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記許容範囲から外れると判断されることと前記規定角度以下となるものがあることとの論理積が真となる場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとすることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとする場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記予測手段の予測対象に設定して且つ、その予測値と指令値との差が前記許容範囲内にある場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を実際の操作状態に決定することを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、前記平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態の少なくとも一方の優先度を最も高いとする有効電圧ベクトル優先手段を更に備えることを特徴とする請求項２または３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換回路の実際の操作状態を決定するに際し、スイッチング状態が切り替えられる前記スイッチング素子に接続される前記回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記予測手段は、前記禁止手段によって禁止される操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであることを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記予測手段は、前記優先度の低い操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであり、
前記操作手段は、前記予測対象とされたものの中から実際の操作状態を決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記予測手段は、
前記電力変換回路の操作状態を設定する場合の前記制御量を予測する第１予測手段と、
前記操作手段によって用いられることが既に決定された操作状態を入力として前記第１予測手段による予測に用いる初期値を予測する第２予測手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１】
回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の出力電圧を操作することで前記回転機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路の操作状態を設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、前記予測された制御量に基づき、前記電力変換回路の実際の操作状態を決定し、該決定された操作状態となるように前記電力変換回路を操作する操作手段とを備える回転機の制御装置において、
前記電力変換回路の平均的な出力電圧ベクトルの方向を算出する平均電圧方向算出手段を備え、
前記操作手段は、前記操作状態を表現する有効電圧ベクトルの中に前記平均電圧方向算出手段によって算出される方向とのなす角度が２０度以下の規定角度以下となるものがあることを条件に、ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記実際の操作状態の決定に関する優先度を最も高いとするゼロ電圧ベクトル優先手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電力変換回路の操作状態として現在の操作状態を設定した場合の前記制御量の予測値と前記制御量の指令値との差が許容範囲から外れるか否かを判断する許容範囲判断手段を更に備え、
前記操作手段は、前記許容範囲判断手段によって許容範囲内にあると判断される場合、前記電力変換回路の現在の操作状態の優先度が高いとする状態維持優先手段を更に備え、
前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記許容範囲から外れると判断されることと前記規定角度以下となるものがあることとの論理積が真となる場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとすることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記ゼロ電圧ベクトル優先手段は、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態の優先度を最も高いとする場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を前記予測手段の予測対象に設定して且つ、その予測値と指令値との差が前記許容範囲内にある場合、前記ゼロ電圧ベクトルにて表現される操作状態を実際の操作状態に決定することを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記操作手段は、前記許容範囲から外れると判断されるときに予測対象とされた操作状態を表現する電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルである場合、前記平均的な出力電圧ベクトルとのなす角度が小さい一対の有効電圧ベクトルにて表現される操作状態の少なくとも一方の優先度を最も高いとする有効電圧ベクトル優先手段を更に備えることを特徴とする請求項２または３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換回路の実際の操作状態を決定するに際し、スイッチング状態が切り替えられる前記スイッチング素子に接続される前記回転機の端子数が１よりも大きくなることを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記予測手段は、前記禁止手段によって禁止される操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであることを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記予測手段は、前記優先度の低い操作状態を前記予測手段による予測対象から除外するものであり、
前記操作手段は、前記予測対象とされたものの中から実際の操作状態を決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記予測手段は、
前記電力変換回路の操作状態を設定する場合の前記制御量を予測する第１予測手段と、
前記操作手段によって用いられることが既に決定された操作状態を入力として前記第１予測手段による予測に用いる初期値を予測する第２予測手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図５】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図５】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０００００（Ｐ２０１１−２０００００Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３０４０（Ｐ２０１０−６３０４０）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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