特開 2022-144060 同期機制御装置および同期機制御方法、並びに電気車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144060

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】同期機制御装置および同期機制御方法、並びに電気車

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/10 20160101AFI20220926BHJP

   H02P 21/05 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

H02P21/10

H02P21/05

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021044902

(22)【出願日】2021-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】谷口 峻

(72)【発明者】

【氏名】中尾 矩也

(72)【発明者】

【氏名】戸張 和明

(72)【発明者】

【氏名】安島 俊幸

(72)【発明者】

【氏名】松尾 健太郎

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505AA19

5H505BB04

5H505CC04

5H505DD06

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG10

5H505HA09

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ06

5H505JJ22

5H505JJ23

5H505JJ24

5H505JJ25

5H505JJ26

5H505KK05

5H505LL22

5H505LL41

5H505LL58

(57)【要約】

【課題】
同期機の安定化制御を適正に実行できる同期機制御装置を提供する。
【解決手段】
同期機制御装置は、同期機（１）が接続される電力変換器（２）を制御するものであって、同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算する第一磁束指令演算部（２１）と、同期機の電流検出値から同期機の磁束値を推定する磁束推定部（２３）と、第一磁束指令値と磁束値が一致するように電力変換器の電圧指令値を作成する電圧演算部（１９）と、磁束値の振動成分に基づいて、振動成分が減衰するように、電圧指令値の補正量を作成する減衰比制御部（２７）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期機が接続される電力変換器を制御する同期機制御装置において、
前記同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算する第一磁束指令演算部と、
前記同期機の電流検出値から前記同期機の磁束値を推定する磁束推定部と、
前記第一磁束指令値と前記磁束値が一致するように前記電力変換器の電圧指令値を作成する電圧演算部と、
前記磁束値の振動成分に基づいて、前記振動成分が減衰するように、前記電圧指令値の補正量を作成する減衰比制御部と、
を備えることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
さらに、前記第一磁束指令値と前記磁束値が一致するように第二磁束指令値を演算する第二磁束指令演算部を備え、
前記電圧演算部は、前記第二磁束指令値と、前記同期機の速度とに基づいて、前記電圧指令値を作成することを特徴とする同期機制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記補正量によって、前記電圧指令値の電圧値が補正されることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記減衰比制御部は、前記磁束値と前記第一磁束指令値との差分値から前記振動成分を抽出することを特徴とする同期機制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記減衰比制御部は、前記磁束値から前記振動成分を抽出することを特徴とする同期機制御装置。

【請求項6】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記減衰比制御部は、前記振動成分をハイパスフィルタによって抽出することを特徴とする同期機制御装置。

【請求項7】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記磁束値がｄ軸磁束値であり、前記電圧指令値がｄ軸電圧指令値であることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項8】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記磁束値がｑ軸磁束値であり、前記電圧指令値がｑ軸電圧指令値であることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項9】

請求項１に記載の同期機制御装置において、
前記補正量によって、前記電圧指令値の位相が補正されることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項10】

請求項９に記載の同期機制御装置において、
前記減衰比制御部は、前記振動成分の前記磁束値の振幅方向の成分に基づいて、前記電圧指令値の前記位相を補正する前記補正量を作成することを特徴とする同期機制御装置。

【請求項11】

請求項９に記載の同期機制御装置において、
前記電圧指令値の前記位相が、前記補正量に応じて回転されることにより、前記位相が補正されることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項12】

請求項９に記載の同期機制御装置において、
前記電圧指令値の制御座標軸が前記補正量に応じて回転されることにより、前記位相が補正されることを特徴とする同期機制御装置。

【請求項13】

同期機が接続される電力変換器を制御する同期機制御方法において、
前記同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算し、
前記同期機の電流検出値から前記同期機の磁束値を推定し、
前記第一磁束指令値と前記磁束値が一致するように前記電力変換器の電圧指令値を作成し、
前記磁束値の振動成分に基づいて、前記振動成分が減衰するように、前記電圧指令値の補正量を作成することを特徴とする同期機制御方法。

【請求項14】

同期機によって駆動される電気車において、
前記同期機に接続され、前記同期機に電力を供給する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する同期機制御装置と、
を備え、
前記同期機制御装置は、
前記同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算する第一磁束指令演算部と、
前記同期機の電流検出値から前記同期機の磁束値を推定する磁束推定部と、
前記第一磁束指令値と前記磁束値が一致するように前記電力変換器の電圧指令値を作成する電圧演算部と、
前記磁束値の振動成分に基づいて、前記振動成分が減衰するように、前記電圧指令値の補正量を作成する減衰比制御部と、
を備えることを特徴とする電気車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同期モータなどの同期機を駆動するための同期機制御装置および同期機制御方法、並びにそれを用いる電気車に関する。

【背景技術】

【0002】

同期モータを小型化するために、モータの高速回転化や高磁束密度化が進んでいる。特に、電気自動車などの電気車においては、モータの重量が消費電力量に影響を与えるため、その傾向は顕著である。

【0003】

高速回転化に対応するために、モータを安定に駆動するための安定化制御が要求される。

【0004】

安定化制御に関する従来技術として、特許文献１および特許文献２に記載された技術が知られている。

【0005】

特許文献１に記載された技術では、電流検出値の振動成分に基づいて、逆方向に電圧を制御することで、モータの共振周波数に対する電流制御のゲインを低下させる。

【0006】

特許文献２に記載された技術では、電流検出値の振動成分に基づいて、回転位相角を制御することで、モータの共振周波数に対するゲイン特性を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５９４８２６６号公報

【特許文献2】特許第４７９７０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に記載の技術では、電流に応じて電圧を制御するため、制御演算において、電流値にインダクタンスが乗算される。ここで考慮されるインダクタンスは動的インダクタンスに相当するが、動的インダクタンスは、磁気飽和によって変化する。また、動的インダクタンスは、制御パラメータの適合が難しい。このため、精度よく安定化制御を行うことが難しい。

【0009】

また、特許文献２に記載の技術では、電流と回転位相角との関係が一意的ではないため、トルクや速度によっては、安定化制御が適正に働かない場合がある。

【0010】

したがって、これらの従来技術は、自動車用途のように、モータの一次抵抗が小さく、トルクおよび速度の変動範囲が広い場合、安定化制御が適正に動作しない恐れがある。

【0011】

そこで、本発明は、同期機の安定化制御を適正に実行できる同期機制御装置および同期機制御方法、並びにこの同期機制御装置によって制御される同期機を搭載する電気車を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明による同期機制御装置は、同期機が接続される電力変換器を制御するものであって、同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算する第一磁束指令演算部と、同期機の電流検出値から同期機の磁束値を推定する磁束推定部と、第一磁束指令値と磁束値が一致するように電力変換器の電圧指令値を作成する電圧演算部と、磁束値の振動成分に基づいて、振動成分が減衰するように、電圧指令値の補正量を作成する減衰比制御部と、を備える。

【0013】

また、上記課題を解決するために、本発明による同期機制御方法は、同期機が接続される電力変換器を制御する方法であって、同期機の電流指令値から第一磁束指令値を演算し、同期機の電流検出値から同期機の磁束値を推定し、第一磁束指令値と磁束値が一致するように電力変換器の電圧指令値を作成し、磁束値の振動成分に基づいて、振動成分が減衰するように、電圧指令値の補正量を作成する。

【0014】

また、上記課題を解決するために、本発明による電気車は、同期機によって駆動されるものであって、同期機に接続され、同期機に電力を供給する電力変換器と、電力変換器を制御する同期機制御装置と、を備え、同期機制御装置が上記本発明による同期機制御装置である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、トルクや速度に依らず、減衰比を適切に制御できる電流制御系を実現できる。

【0016】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図2】第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５（図１）におけるＰＩ制御器の構成を示す機能ブロック図である。

【図3】減衰比制御部２７（図１）の構成を示す機能ブロック図である。

【図4】式（１）に基づく電圧ベクトル演算部１９の構成を示す機能ブロック図である。

【図5】実施例１の制御系のモデル化された構成を示すブロック図である。

【図6】実施例１の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。

【図7】実施例１の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。

【図8】比較例の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。

【図9】変形例である同期機制御装置における減衰比制御部の構成を示すブロック図である。

【図10】実施例２である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図11】減衰比制御部２７Ａ（図１０）の構成を示す機能ブロック図である。

【図12】電圧ベクトル演算部１９Ａ（図１０）の構成を示す機能ブロック図である。

【図13】実施例２の変形例である同期機制御装置における減衰比制御部の構成を示すブロック図である。

【図14】実施例３である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図15】減衰比制御部２７Ｂ（図１４）の構成を示す機能ブロック図である。

【図16】電圧ベクトル演算部１９Ｂ（図１４）の構成を示す機能ブロック図である。

【図17】電圧ベクトルと磁束ベクトルを示すベクトル図である。

【図18】１パルス制御における、ゲート信号および電圧指令値を示す波形図である。

【図19】実施例４である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図20】電圧ベクトル演算部１９Ｃ（図１９）の構成を示す機能ブロック図である。

【図21】実施例５である電気車の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１～５により、図面を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

【0019】

各実施例において、制御対象である同期機は、永久磁石同期モータ(以下、「ＰＭＳＭ」（Permanent Magnet Synchronous Motorの略)と記す）である。

【実施例0020】

図１は、本発明の実施例１である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、本実施例においては、マイクロコンピュータなどのコンピュータシステムが、所定のプログラムを実行することにより、図１に示す同期機制御装置として機能する（他の実施例も同様）。

【0021】

図１において、電力変換器２の交流側および直流側には、それぞれＰＭＳＭ１および直流電圧源９（例えばバッテリ）が接続される。電力変換器２は、直流電圧源９からの直流電力を交流電力に変換してＰＭＳＭ１へ出力する。ＰＭＳＭ１は、この交流電力によって、回転駆動される。電力変換器２は、半導体スイッチング素子からなるインバータ主回路を備えている。半導体スイッチング素子がゲート信号によってオン・オフ制御されることにより、直流電力が交流電力に変換される。なお、半導体スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

【0022】

相電流検出器３は、電力変換器２からＰＭＳＭ１に流れる３相のモータ電流、すなわちＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出して、それぞれＵ相電流検出値Ｉｕｃ、Ｖ相電流検出値ＩｖｃおよびＷ相電流検出値Ｉｗｃとして出力する。なお、相電流検出器３としては、ホールＣＴ（Current Transformer）などが適用される。

【0023】

磁極位置検出器４は、ＰＭＳＭ１の磁極位置を検出して、磁極位置情報θ^*を出力する。磁極位置検出器４としては、レゾルバなどが適用される。

【0024】

周波数演算部５は、磁極位置検出器４が出力する磁極位置情報θ^＊から、時間微分演算などによって速度情報ω_１ ^＊を演算して出力する。

【0025】

座標変換部７は、相電流検出器が出力するＩｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃを、磁極位置情報θ^＊に応じて、回転座標系におけるｄｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃに変換して、Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する。

【0026】

ｄｑ軸磁束推定部２３は、座標変換部７が出力するｄｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃに基づいて、ルックアップテーブル（テーブルデータ）を参照して、ｄｑ軸磁束推定値φｄｃ，φｑｃを推定する。ｄｑ軸磁束推定部２３が参照するルックアップテーブル（テーブルデータ）は、Ｉｄｃ，Ｉｑｃとφｄｃ，φｑｃとの対応を表す表データであり、本実施例の同期機制御装置が備える記憶装置（図示せず）に記憶されている。なお、ルックアップテーブルに替えて、所定の関数（近似式など）を用いてもよい。

【0027】

第一ｄｑ軸磁束指令演算部２１は、上位制御装置などから与えられるｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊に基づいて、ルックアップテーブル（テーブルデータ）を参照して、第一ｄｑ軸磁束指令値φｄ^＊，φｑ^＊を演算して出力する。第一ｄｑ軸磁束指令演算部２１が参照するルックアップテーブル（テーブルデータ）は、Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊とφｄ^＊，φｑ^＊との対応を表す表データであり、本実施例の同期機制御装置が備える記憶装置（図示せず）に記憶されている。なお、ルックアップテーブルに替えて、所定の関数（近似式など）を用いてもよい。

【0028】

第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５は、第一ｄｑ軸磁束指令値φｄ^＊，φｑ^＊とｄｑ軸磁束推定値φｄｃ，φｑｃが一致するように、比例積分（ＰＩ）制御器によって第二ｄｑ軸磁束指令値φｄ^＊＊，φｑ^＊＊を演算して出力する。

【0029】

図２は、第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５（図１）におけるＰＩ制御器の構成を示す機能ブロック図である。

【0030】

図２の上図に示すように、第二ｄ軸磁束指令値φｄ^＊＊を演算するＰＩ制御器においては、加減算器８１によって、第一ｄ軸磁束指令値φｄ^＊とｄ軸磁束推定値φｄｃとの差分（φｄ^＊－φｄｃ）が演算され、比例器８７によって、差分演算値に、比例ゲイン（Ｋ_Ｐ）が乗算される。また、差分演算値は、積分器８３によって積分され、比例器８５によって、積分値に積分ゲイン（Ｋ_Ｉ）が乗算される。比例ゲインＫ_Ｐが乗算された差分演算値と、積分ゲインＫ_Ｐが乗算された積分値とが、加算器８９によって加算され、第二ｄ軸磁束指令値φｄ^＊＊が演算される。

【0031】

図２の下図に示すように、第二ｑ軸磁束指令値φｑ^＊＊を演算するＰＩ制御器においては、加減算器９１によって、第一ｑ軸磁束指令値φｑ^＊とｑ軸磁束推定値φｑｃとの差分（φｑ^＊－φｑｃ）が演算され、比例器９７によって、差分演算値に比例ゲイン（Ｋ_Ｐ）が乗算される。また、差分演算値は、積分器９３によって積分され、比例器９５によって、積分値に積分ゲイン（Ｋ_Ｉ）が乗算される。比例ゲインＫ_Ｐが乗算された差分演算値と、積分ゲインＫ_Ｉが乗算された積分値とが、加算器９９によって加算され、第二ｑ軸磁束指令値φｑ^＊＊が演算される。

【0032】

図１に示す減衰比制御部２７は、モータ磁束の振動成分を抽出し、抽出した振動成分に応じて、この振動成分を減衰させるための電圧指令値（以下、「安定化電圧指令値」と称す）を作成する。本実施例では、図１に示すように、減衰比制御部２７は、第一ｄ軸磁束指令値φｄ^＊およびｄ軸磁束推定値φｄｃに基づき、ｄ軸磁束の振動成分を抽出し、抽出した振動成分に応じて、この振動成分を減衰させるためのｄ軸安定化電圧指令値Ｖｄｄ^＊を作成する。

【0033】

電圧指令に対するモータの応答（電流など）における減衰比の値は、通常は、モータ定数（電機子巻線の抵抗や電機子巻線のインダクタンスなど）によって設定され、制御が難しい。これに対し、本実施例１では、このような減衰比が、減衰比制御部２７によって、等価的に、応答の振動を抑えるように制御される。

【0034】

図３は、減衰比制御部２７（図１）の構成を示す機能ブロック図である。

【0035】

図３に示すように、減衰比制御部２７においては、一次遅れ演算器６１によって、第一ｄ軸磁束指令φｄ^＊の一次遅れが演算される。なお、本実施例１では、制御系のカットオフ角周波数ωｃの逆数を、一次遅れにおける時定数とする。

【0036】

さらに、ｄ軸磁束推定値φｄｃと、第一ｄ軸磁束指令φｄ^＊の一次遅れとの差分（φｄｃ－（φｄ^＊の一次遅れ））が、加減算器６３によって演算される。差分演算値の振動成分が、ハイパスフィルタ６５（図３中に伝達関数を示す）によって抽出される。抽出された振動成分に、比例器６７によって、ゲイン（２ζ）が乗算される。

【0037】

ここで、ζは、振動成分の減衰の程度に関わる制御パラメータである。すなわち、ζは、モータの応答における減衰比に相当するが、制御系において、モータの応答における減衰比とは独立に、任意（ただし、０＜ζ≦１）に設定される定数である。そこで、以下、ζを「減衰比」と称する。

【0038】

図３に示すように、ゲイン（２ζ）が乗算されたｄ軸磁束の振動成分に、ＰＭＳＭ１（図１）の速度情報ω_１ ^＊の絶対値が、乗算器６９によって乗算される。これにより、磁束値が電圧値に変換され、ｄ軸安定化電圧指令値Ｖｄｄ^＊が作成される。なお、速度情報ω_１ ^＊の絶対値は、絶対値演算器６８（ＡＢＳ）によって演算される。

【0039】

図１に示す電圧ベクトル演算部１９は、モータの磁束を状態量とするモータモデルの逆モデルを用いて、電圧指令値を作成する。

【0040】

モータモデルの逆モデルは、モータのｄ軸磁束およびｑ軸磁束をそれぞれφｄおよびφｑとし、モータのｄ軸電圧およびｑ軸電圧をそれぞれＶｄおよびＶｑとし、モータ速度をω_１とすると、例えば、式（１）のような電圧方程式によって表される。

【0041】

【数1】

【0042】

本実施例１においては、式（１）で表される逆モデルが適用されるが、φｄおよびφｑをそれぞれ第二ｄ軸磁束指令値φｄ^＊＊および第二ｑ軸磁束指令値φｑ^＊＊とし、ω_１を速度情報ω_１ ^＊とする。電圧ベクトル演算部１９は、式（１）によって演算したＶｄと、減衰比制御部２７が出力するｄ軸安定化電圧指令値Ｖｄｄ^＊とに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊を作成して出力する。また、電圧ベクトル演算部１９は、式（１）によって演算したＶｑを、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊として出力する。

【0043】

次に、説明するように、式（１）においては、モータの磁気飽和が考慮されている。

【0044】

磁束（ｄｑ軸磁束φｄ，φｑ）を状態量とする場合、磁気飽和を考慮すると、電圧方程
式は式（２）のように表される。

【0045】

【数2】

【0046】

自動車用などの多くの高効率ＰＭＳＭでは巻線抵抗Ｒは十分小さいので、モータ制御における式（２）の第一項の影響は比較的小さい。このため、式（１）のように近似して、さらにＬｄ，Ｌｑ，Ｋｅを一定値として設定しても、モータ制御に対する影響は小さい。したがって、本実施例１における電圧ベクトル演算部１９は、上述の式（１）を用いて、電圧指令を作成する。

【0047】

なお、式（１）および式（２）のように、磁束（ｄｑ軸磁束）を状態量にすることにより、電流（ｄｑ軸電流）を状態量とする場合（磁気飽和を考慮）に比べ、電圧方程式中で用いられるインダクタンス値（ｄｑ軸インダクタンス（動的インダクタンスおよび静的インダクタンスを含む））の個数が低減される。これにより、磁気飽和を考慮しながらも、制御系が簡単化されるので、同期機制御装置の演算負荷が軽減できたり、パラメータ同定時間を短縮できたりする。

【0048】

また、本実施例１では、第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５によって作成される第二ｄｑ軸磁束指令値φｄ^＊＊，φｑ^＊＊に基づいて、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊が作成される。このため、高速領域においても、ｄ軸磁束推定値φｄｃおよびｑ軸磁束推定値φｑｃを、それぞれ第二ｄ軸磁束指令値φｄ^＊＊および第二ｑ軸磁束指令値φｑ^＊＊に、精度よく一致させることができる。したがって、本実施例１による同期機制御装置によれば、ＰＭＳＭ１の高速回転の制御が可能になる。

【0049】

また、本実施例１では、磁束の温度依存性の影響は、第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５が備えるＰＩ制御器またはＩ制御器によって緩和される。このため、磁束（φｄ，φｑ）の演算に用いるテーブルデータまたは関数は、変数として温度を含まず、電流のみを変数とするテーブルデータまたは関数（近似式など）でもよい。これにより、同期機制御装置の演算負荷が軽減できたり、パラメータ同定時間を短縮できたりする。

【0050】

また、第一ｄｑ軸磁束指令演算部２１とｄｑ軸磁束推定部２３で同じテーブルデータまたは関数を用いることにより、Ｉｄｃ，Ｉｑｃが、いわば磁束を介して、それぞれＩｄ＊，Ｉｑ＊に一致するように制御される。この場合、実質、電流制御系が構成されることになる。

【0051】

また、第一ｄｑ軸磁束指令演算部２１およびｄｑ軸磁束推定部２３の各々が独立したテーブルデータまたは関数を用いることにより、軸間の相互干渉を考慮した制御が可能になる。この場合、第一ｄｑ軸磁束指令演算部２１、およびｄｑ軸磁束推定部２３は、それぞれ、ｄｑ軸磁束指令値（φｄ^＊，φｑ^＊）とｄｑ軸電流指令値（Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊）との対応関係を表すテーブルデータまたは関数、およびｄｑ軸磁束推定値（φｄｃ，φｑｃ）とｄｑ軸電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）との対応関係を表すテーブルデータまたは関数を用いる。

【0052】

なお、本実施例１の同期機制御装置は、モータの動的インダクタンスおよび静的インダクタンスが実質的に考慮されているので、磁気飽和の影響が大きなＰＭＳＭが用いられ、かつ正確なトルク応答が求められる電気自動車などの電気車への適用に好適である。

【0053】

なお、ＰＭＳＭ１における磁束と電流の対応関係を表す情報である、上述のルックアップテーブル、テーブルデータ、関数（近似式）は、実測や磁場解析などに基づいて、設定することができる。

【0054】

図４は、式（１）で表される逆モデルに基づく電圧ベクトル演算部１９の構成を示す機能ブロック図である。なお、Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅは、それぞれＰＭＳＭ１における巻線抵抗、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、磁石磁束である。

【0055】

図４に示すように、微分器４５により、φｄ^＊＊の微分が演算される。また、加減算器４４により、φｄ^＊＊とＫｅとの差分（φｄ^＊＊－Ｋｅ）が演算される。この差分演算値に、比例器４６によって、Ｒ／Ｌｄが乗じられる。微分器４５による微分演算値と、比例器４６によってゲインであるＲ／Ｌｄが乗じられた差分演算値とが、加算器４７によって加算される。また、乗算器４８によって、ω_１ ^＊とφｑ^＊＊とが乗算される。さらに、加減算器４９によって、加算器４７による加算演算値から、乗算器４８による乗算値と、減衰比制御部２７（図１）によって作成されたｄ軸安定化電圧指令値Ｖｄｄ^＊とが減算される。これにより、Ｖｄ^＊が作成される。

【0056】

図４に示すように、微分器３５により、φｑ^＊＊の微分が演算される。また、比例器３６によって、φｑ^＊＊にＲ／Ｌｑが乗じられる。微分器３５による微分演算値と、比例器３６によってＲ／Ｌｑが乗じられたφｑ^＊＊とが、加算器３７によって加算される。また、乗算器３８によって、ω_１ ^＊とφｄ^＊＊とが乗算される。さらに、加算器３９によって、加算器３７による加算演算値と、乗算器３８による乗算値とが加算される。これにより、Ｖｑ^＊が作成される。

【0057】

このように、モータ磁束を状態量とする電圧方程式（数式（１））を用いて演算される電圧指令値（加算器４７の出力するｄ軸電圧値）が、モータ磁束（ｄ軸磁束）の振動成分に応じた電圧指令値（ｄ軸安定化電圧指令値Ｖｄｄ^＊）によって補正される。これにより、ＰＭＳＭ１を安定に制御できる。

【0058】

図１に示す座標変換部１１は、電圧ベクトル演算部１９が出力する、電力変換器２に対するｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊を磁極位置検出器４で検出される磁極位置情報θ^＊を用いて座標変換することにより、電力変換器２に対する三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を作成して出力する。

【0059】

直流電圧検出器６は、直流電圧源９の電圧を検出して、直流電圧情報Ｖｄｃを出力する。

【0060】

図１に示すＰＷＭ制御器１２は、座標変換部１１から三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を受けるとともに、直流電圧検出器６から直流電圧情報Ｖｄｃを受け、これらに基づいて、パルス幅変調によって、電力変換器２に与えるゲート信号を作成して出力する。ＰＷＭ制御器１２は、例えば、キャリア信号として三角波を用い、三相電圧指令値を変調波とするパルス幅変調によってゲート信号を作成する。

【0061】

以下、本実施例１による同期機制御装置の作用効果について説明する。

【0062】

図５は、ＰＭＳＭ１を含む本実施例１の制御系のモデル化された構成を示すブロック図である。図５では、第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５（図１）の入力からＰＭＳＭ１（図１）の出力までが示されている。

【0063】

なお、ｄｑ軸磁束推定部２３は誤差なく磁束を推定できるものとし、第二ｄｑ軸磁束指令演算部２５においては、Ｋ_Ｐ＝０、Ｋ_Ｉ＝ωｃとしている（積分器２０１，２０２）。また、減衰比制御部２７における、図３に示すような、比例器６７（２ζ）と絶対値演算器６８（ＡＢＳ）と乗算器６９とは、図５では、ゲイン設定器７５（２ζ｜ω_１｜）として、一つの演算器で表している。また、図５のモデルは、微分器３５，４５の制御遅れを表す制御遅れ部７１，７３（ｅ^－ｔｓ）、並びに、電圧ベクトル演算部１９とＰＭＳＭ１との間における制御遅れを表す制御遅れ部７７，７９（ｅ^－ｔｓ）を含んでいる。

【0064】

図６は、図５のようにモデル化された本実施例１の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。すなわち、図６は、本発明者が、図５における一巡伝達関数を用いて、ゲイン特性を検討した結果である（後述する、図７も同様）。

【0065】

図６では、減衰比制御部のゲイン設定器７５における減衰比ζの値が零に設定されている。この場合、減衰比制御部２７は、実質的に動作しない。このため、図６に示すように、モータ基本波周波数での共振（５１）が発生する。

【0066】

図７は、図５のようにモデル化された本実施例１の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。

【0067】

図７では、減衰比制御部のゲイン設定器７５における減衰比ζの値が０．０４に設定されている。この場合、減衰比制御部２７が動作するため、モータ基本波周波数での共振（５１Ａ）が抑えられている。すなわち、モータ基本波周波数でのモータ磁束の振動が防止され、制御の安定性が向上する。

【0068】

図８は、比較例の制御系のゲイン特性の一例を示すボード線図である。図８は、本発明者による検討結果の一例である。

【0069】

本比較例では、電圧指令値を作成するために電流を状態量とする電圧方程式が用いられ、従来技術（例えば、上述の特許文献１もしくは特許文献２に記載の技術）が適用されている。

【0070】

比較例では、図７の場合よりは共振の大きさは抑えられてはいるが、磁気飽和によってモータのインダクタンスが変化するため、図８に示すように、モータ基本周波数で共振（５１Ｂ）が発生している。

【0071】

図９は、実施例１の変形例である同期機制御装置における減衰比制御部の構成を示すブロック図である。

【0072】

図９に示すように、本変形例においては、減衰比制御部におけるハイパスフィルタ６５にｄ軸磁束推定値φｄｃが入力され、ハイパスフィルタ６５によってｄ軸磁束推定値φｄｃの振動成分が抽出される。本変形例によれば、減衰比制御部の構成を簡略化できる。

【0073】

なお、前述の実施例１では、ｄ軸磁束推定値φｄｃと、第一ｄ軸磁束指令値φｄ^＊の一次遅れとの差分の振動成分が抽出されるので、第一ｄ軸磁束指令値φｄ^＊が大きく変動しても、精度よくモータ磁束（ｄ軸磁束）の振動成分を抽出できる。

【0074】

モータ磁束の振動成分を抽出する手段としては、本実施例１におけるハイパスフィルタ６５に限らず、基本波周波数の振動成分を抽出できる各種手段を適用できる。例えば、フーリエ級数展開、フーリエ変換、バンドパスフィルタなどを適用できる。

【0075】

上述のように、本実施例１によれば、同期機の磁束が第一磁束指令値に一致するように電力変換器の電圧指令値を、磁束の振動成分に応じて補正することにより、同期機の共振を抑制できる。したがって、同期機の制御の安定性が向上する。

【0076】

さらに、同期機の磁束が第一磁束指令値に一致するように第二磁束指令値を作成し、第二磁束指令値を用いて電圧指令値を作成することにより、同期機を高速域まで安定に制御できる。

【0077】

また、本実施例１では、磁束を状態量として電圧指令値を作成するので、磁気飽和により同期機のインダクタンスが変化しても、同期機を安定に制御できる。

【実施例0078】

図１０は、本発明の実施例２である同期機制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【0079】

以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

【0080】

図１０に示すように、本実施例２における減衰比制御部２７Ａは、第一ｑ軸磁束指令値φｑ^＊およびｑ軸磁束推定値φｑｃに基づき、ｑ軸磁束の振動成分を抽出し、抽出した振動成分に応じて、この振動成分を減衰させるためのｑ軸安定化電圧指令値Ｖｑｄ^＊を作成する。

【0081】

図１１は、本実施例２における減衰比制御部２７Ａ（図１０）の構成を示す機能ブロック図である。

【0082】

図１１に示す一次遅れ演算器１６１、加減算器１６３、ハイパスフィルタ１６５、比例器１６７、絶対値演算器１６８、乗算器１６９は、それぞれ、実施例１（図３）における一次遅れ演算器６１、加減算器６３、ハイパスフィルタ６５、比例器６７、絶対値演算器６８、乗算器６９に相当する。

【0083】

本実施例２においては、実施例１とは異なり、ｑ軸磁束推定値φｑｃと、第一ｑ軸磁束指令値φｑ^＊の一次遅れとの差分演算値の振動成分が、ハイパスフィルタ１６５によって抽出される。抽出された振動成分に、比例器１６７によって、ゲイン（２ζ）が乗算される。ゲイン（２ζ）が乗算されたｑ軸磁束の振動成分に、ＰＭＳＭ１（図１０）の速度情報ω_１ ^＊の絶対値が、乗算器１６９によって乗算される。これにより、磁束値が電圧値に変換され、ｑ軸安定化電圧指令値Ｖｑｄ^＊が作成される。

【0084】

図１２は、本実施例２における電圧ベクトル演算部１９Ａ（図１０）の構成を示す機能ブロック図である。

【0085】

電圧ベクトル演算部１９Ａにおいては、実施例１と同様に、前述の式(1)の電圧方程式によって表される、モータモデルの逆モデルが用いられる。

【0086】

本実施例２においては、図１２に示すように、加減算器３９Ａによって、加算器３７による加算演算値に対して、乗算器３８による乗算値が加算されるとともに、減衰比制御部２７Ａ（図１０）によって作成されたｑ軸安定化電圧Ｖｑｄ^＊が減算される。これにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が作成される。

【0087】

また、加減算器４９Ａによって、加算器４７による加算演算値から、乗算器４８による乗算値が減算される。これにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が作成される。

【0088】

図１３は、実施例２の変形例である同期機制御装置における減衰比制御部の構成を示すブロック図である。

【0089】

図１３に示すように、本変形例においては、減衰比制御部におけるハイパスフィルタ１６５にｑ軸磁束推定値φｑｃが入力され、ハイパスフィルタ１６５によってｑ軸磁束推定値φｑｃの振動成分が抽出される。本変形例によれば、減衰比制御部の構成を簡略化できる。

【0090】

なお、前述の実施例２では、ｑ軸磁束推定値φｑｃと、第一ｑ軸磁束指令値φｑ^＊の一次遅れとの差分の振動成分が抽出されるので、第一ｑ軸磁束指令値φｑ^＊が大きく変動しても、精度よくモータ磁束（ｑ軸磁束）の振動成分を抽出できる。

【0091】

本実施例２によれば、実施例１と同様に、同期機の磁束が第一磁束指令値に一致するように電力変換器の電圧指令値を、磁束の振動成分に応じて補正することにより、同期機の共振を抑制できる。したがって、同期機の制御の安定性が向上する。

【0092】

さらに、実施例１と同様に、同期機の磁束が第一磁束指令値に一致するように第二磁束指令値を作成し、第二磁束指令値を用いて電圧指令値を作成することにより、同期機を高速域まで安定に制御できる。

【0093】

また、本実施例２では、実施例１と同様に、磁束を状態量として電圧指令値を作成するので、磁気飽和により同期機のインダクタンスが変化しても、同期機を安定に制御できる。