JP2023000458A - 電動機の駆動制御装置、電動機の駆動制御方法、及び、電動機の駆動制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の回転速度の直接トルク制御への影響を抑制し、直接トルク制御における設計を簡素化可能な電動機の駆動制御装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、電動機の駆動制御装置は、変位量指令生成部、補償部及び電圧制御部を備える。変位量指令生成部は、電動機に出力されるトルクの推定値がトルクについての指令値に追従する状態に、電動機の回転位置の変位量についての指令を生成する。補償部は、電動機の回転速度に関する値を電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値を、変位量についての指令値に加算する。電圧制御部は、乗算値を変位量についての指令値に加算した加算値に基づいて、電動機に印加される駆動電圧についての指令を生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電動機の駆動制御装置、電動機の駆動制御方法、及び、電動機の駆動制御プログラムに関する。

電動機の駆動を制御する制御方法として、ベクトル制御、及び、直接トルク制御（ＤＴＣ：Direct Torque Control）が知られている。ベクトル制御では、トルクを発生させる電流成分及び磁束を発生させる電流成分に電動機に流す電流を分離し、分離された２つの電流成分を互いに対して独立に制御する。また、直接トルク制御では、電動機に出力される（印加される）トルクを推定し、トルクの推定値がトルクについての指令値に追従する状態に、電動機の駆動を制御する。直接トルク制御は、ベクトル制御に比べて、演算処理が簡素である。ここで、１０００００ｒｐｍ以上の回転速度で電動機（回転子）を回転させる等の高速で電動機を回転駆動させる場合は、電動機の駆動を安定的に制御するため、電動機の制御における制御周期（演算処理周期）を短縮することが、求められている。このため、高速で電動機を回転駆動させる場合は、電動機の駆動の制御に、演算処理が簡素な直接トルク制御を適用することが、求められている。

前述の直接トルク制御では、電動機に出力されるトルクの推定値とトルクについての指令値との偏差に基づいて、演算等が行われ、電動機に印加される駆動電圧についての指令等が、生成される。このような直接トルク制御では、電動機の回転速度の直接トルク制御への影響を抑制するとともに、直接トルク制御におけるパラメータ調整等の設計が簡素化されることが、求められている。例えば、電動機の回転速度が経時的に大きく変化する場合等でも、直接トルク制御における設計を複雑化することなく、トルクの推定値とトルクについての指令値との偏差が収束する（ゼロに近づく）状態に駆動電圧についての指令等が適切に生成されることが、求められている。

特開２００９－２３２５３０号公報 特開２００９－２４００４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、電動機の回転速度の直接トルク制御への影響を抑制し、直接トルク制御における設計を簡素化可能な電動機の駆動制御装置、電動機の駆動制御方法、及び、電動機の駆動制御プログラムを提供することにある。

実施形態によれば、電動機の駆動制御装置は、変位量指令生成部、補償部及び電圧制御部を備える。変位量指令生成部は、電動機に出力されるトルクの推定値がトルクについての指令値に追従する状態に、電動機の回転位置の変位量についての指令を生成する。補償部は、電動機の回転速度に関する値を電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値を、変位量についての指令値に加算する。電圧制御部は、乗算値を変位量についての指令値に加算した加算値に基づいて、電動機に印加される駆動電圧についての指令を生成し、駆動電圧についての指令に基づいて、電動機に印加される駆動電圧を制御する。

図１は、第１の実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。 図２は、図１の制御システムにおいて電動機に出力されるトルクを制御するトルク制御モデルを等価的に示すブロック線図である。 図３は、ある変形例に係る制御システムの一例を示す概略図である。 図４は、図３の制御システムにおいて電動機に出力されるトルクを制御するトルク制御モデルを等価的に示すブロック線図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、電動機及び電動機の駆動を制御する駆動制御装置を備える制御システムの一例として、第１の実施形態に係る制御システムについて説明する。図１は、第１の実施形態に係る制御システムの一例を示す。図１に示すように、本実施形態の制御システムは、電力変換器１、制御回路２及び電動機４を備える。本実施形態では、電動機４の駆動を制御する駆動制御装置１０が、電力変換器１及び制御回路２から形成される。

図１の一例では、電動機４は、三相同期電動機である。電動機４等の三相同期電動機は、互いに対して位相が異なるｕ相駆動電圧、ｖ相駆動電圧及びｗ相駆動電圧の三相の交流電圧が駆動電圧として印加されることにより、駆動される。ｕ相駆動電圧の位相は、ｖ相駆動電圧及びｗ相駆動電圧のそれぞれの位相に対して１２０°ずれ、ｖ相駆動電圧の位相は、ｗ相駆動電圧の位相に対して１２０°ずれる。このため、三相同期電動機では、ｕ相軸、ｖ相軸及びｗ相軸が規定される。そして、ｕ相軸とｖ相軸との間の角度、ｖ相軸とｗ相軸との間の角度、及び、ｗ相軸とｕ相軸との間の角度のそれぞれは、１２０°となる。また、三相同期電動機では、α軸、及び、α軸に直交するβ軸が規定される。三相同期電動機では、α軸は、ｕ相軸と一致する状態に、規定される。

電力変換器１は、インバータ回路を備える。ある一例では、電力変換器１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を６個備え、６個のＩＧＢＴを三相ブリッジ接続することにより、インバータ回路が構成される。電力変換器１には、駆動用の電源である直流電源（図示しない）から、直流電力が供給される。電力変換器１は、３つの出力端子（三相出力端子）を備え、３つの出力端子のそれぞれは、電動機４の３つの電機子巻線（固定子巻線）の対応する１つに、接続される。

電力変換器１は、直流電源から入力された電力を、任意の電圧及び周波数の三相交流電力に変換する。そして、電力変換器１は、変換した三相交流電力を電動機４に供給する。これにより、例えば疑似正弦波状の三相交流電圧が電力変換器１から出力され、出力された三相交流電圧が、駆動電圧として電動機４に印加される。この際、前述したｕ相駆動電圧、ｖ相駆動電圧及びｗ相駆動電圧のそれぞれが、電動機４に印加される。電動機４に駆動電圧が印加されることにより、電動機４の回転子が回転する等して、電動機４が駆動される。制御回路２は、電力変換器１の作動を制御することにより、電動機４の駆動（回転駆動）を制御する。

制御回路２は、変位量指令生成部１１、磁束指令生成部１２、座標変換部１３、推定部１４、電圧制御部１５及び補償部１６を備える。ある一例では、制御回路２は、変位量指令生成部１１、磁束指令生成部１２、座標変換部１３、推定部１４、電圧制御部１５及び補償部１６が実装された集積回路（integrated circuit）から、構成される。この場合、集積回路は、プロセッサ及び記憶媒体等を備え、プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含む。プロセッサを含む集積回路は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、後述する処理を行う。なお、別のある一例では、少なくとも変位量指令生成部１１、電圧制御部１５及び補償部１６が１つの集積回路に実装され、磁束指令生成部１２、座標変換部１３及び推定部１４のいずれか１つ以上は、変位量指令生成部１１、電圧制御部１５及び補償部１６とは別の集積回路等に実装されてもよい。

電圧制御部１５は、電動機４に印加される駆動電圧についての指令を生成し、駆動電圧についての指令を電力変換器１へ伝達する。電圧制御部１５は、生成した駆動電圧についての指令に基づいて電力変換器１の作動を制御することにより、電動機４に印加される駆動電圧を制御する。図１の一例では、駆動電圧の指令において、駆動電圧のα軸方向の電圧成分の指令値Ｖ_ｃｏｍα、及び、駆動電圧のβ軸方向の電圧成分の指令値Ｖ_ｃｏｍβが、設定される。電力変換器１は、指令値に対応した電圧及び周波数の三相交流電圧（ｕ相駆動電圧Ｖ_ｕ、ｖ相駆動電圧Ｖ_ｖ及びｗ相駆動電圧Ｖ_ｗ）を生成し、生成した三相交流電圧を、電動機４に印加する。この際、電圧制御部１５は、例えば、電力変換器１に設けられるＩＧＢＴ等の半導体素子のそれぞれのオン／オフのタイミングを制御することにより、電動機４に印加される駆動電圧（三相交流電圧）を制御する。

また、制御システムには、２つの電流検出器３ａ，３ｂが設けられる。図１の一例では、電流検出器３ａは、電動機４に流れるｕ相電流Ｉ_ｕを検出し、電流検出器３ｂは、電動機４に流れるｗ相電流Ｉ_ｗを検出する。制御回路２の座標変換部１３は、電流検出器３ａ，３ｂでの検出結果を取得する。そして、座標変換部１３は、ｕ相電流Ｉ_ｕ及びｗ相電流Ｉ_ｗの検出結果から、電動機に流れるｖ相電流Ｉ_ｖを算出する。なお、前述のように、ｕ相軸とｖ相軸との間の角度、ｖ相軸とｗ相軸との間の角度、及び、ｗ相軸とｕ相軸との間の角度のそれぞれは、１２０°となる。このため、ｕ相電流Ｉ_ｕ及びｗ相電流Ｉ_ｗからｖ相電流Ｉ_ｖを算出可能である。また、別のある一例では、３つの電流検出器が設けられてもよい。この場合、電流検出器の１つがｕ相電流Ｉ_ｕを検出し、電流検出器の別の１つがｖ相電流Ｉ_ｖを検出し、電流検出器の残りの１つがｗ相電流Ｉ_ｗを検出する。

座標変換部１３は、前述のようにして電動機４に流れる電流（ｕ相電流Ｉ_ｕ、ｖ相電流Ｉ_ｖ、ｗ相電流Ｉ_ｗ）取得する。そして、座標変換部は、電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを三相／二相変換（三相／αβ変換）することにより、電動機４を流れる電流について、α軸方向の電流成分の検出値Ｉ_α及びβ軸方向の電流成分の検出値Ｉ_βを、算出する。この際、電流の検出値は、以下の式（１）を用いて算出される。

推定部１４は、電動機４を流れる電流について、α軸方向の電流成分の検出値Ｉ_α及びβ軸方向の電流成分の検出値Ｉ_βを取得する。また、推定部１４は、電圧制御部１５で生成される駆動電圧について指令から、駆動電圧のα軸方向の電圧成分の指令値Ｖ_ｃｏｍα、及び、駆動電圧のβ軸方向の電圧成分の指令値Ｖ_ｃｏｍβを取得する。そして、推定部１４は、電動機４に流れる電流についての検出値I_α，Ｉ_β、及び、電動機４の駆動電圧についての指令値Ｖ_ｃｏｍα，Ｖ_ｃｏｍβに基づいて、電動機４の電機子鎖交磁束（固定子鎖交磁束）を推定する。すなわち、電動機４に流れる電流及び電動機４に印加される駆動電圧についての指令に基づいて、電動機４の電機子鎖交磁束が、推定される。この際、電機子鎖交磁束について、α軸方向の磁束成分の推定値Φ_ｅｓｔα及びβ軸方向の磁束成分の推定値Φ_ｅｓｔβが、算出される。推定値Φ_ｅｓｔαは、以下の式（２）を用いて算出され、推定値Φ_ｅｓｔβは、以下の式（３）を用いて算出される。式（２）及び式（３）において、Ｒは、電動機４の一相あたりの巻線抵抗値を示す。巻線抵抗値Ｒに関する情報は、集積回路の記憶媒体に記憶されてもよく、ユーザインタフェース等においてユーザによって設定されてもよい。

また、推定部１４は、電機子鎖交磁束についての推定値Φ_ｅｓｔα，Φ_ｅｓｔβに基づいて、電動機４の回転位置を推定する。この際、推定部１４は、以下の式（４）を用いて、電動機４の回転位置についての推定値θ_ｅｓｔを算出する。また、推定部１４は、電動機４に流れる電流についての検出値I_α，Ｉ_β、及び、電機子鎖交磁束についての推定値Φ_ｅｓｔα，Φ_ｅｓｔβに基づいて、電動機４に出力される（印加される）トルクを推定する。この際、推定部１４は、以下の式（５）を用いて、電動機４に出力されるトルクについての推定値Ｔ_ｅｓｔを算出する。式（５）において、Ｐ_ｎは、電動機４の極対数を示す。極対数Ｐ_ｎに関する情報は、例えば、集積回路の記憶媒体に記憶される。

また、制御回路２には、電動機４に出力されるトルクについての指令が入力される。電動機４に出力されるトルクについての指令は、ユーザインタフェース等でのユーザによる設定に対応した指令となる。電動機４に出力されるトルクについての指令では、トルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍが、設定される。また、制御回路２では、電動機４に出力されるトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍと推定部１４が推定したトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔとの偏差ΔＴが算出される。変位量指令生成部１１は、トルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍとトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔとの偏差ΔＴに基づいて、電動機４の回転位置の変位量についての指令を生成する。変位量指令生成部１１は、トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、すなわち、偏差ΔＴがゼロに近づく状態に、電動機４の回転位置の変位量についての指令を生成する。変位量指令生成部１１が生成する指令では、電動機４の回転位置の変化量についての指令値Δθ_ｃｏｍが、設定される。

本実施形態では、変位量指令生成部１１は、トルクの指令値Ｔ_ｃｏｍと推定値Ｔ_ｅｓｔとの偏差ΔＴに基づいてＰＩ制御又はＰ制御を行うことにより、電動機４の回転位置の変位量についての指令を生成する。ここで、トルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍは、ＰＩ制御又はＰ制御における目標値となり、トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔは、ＰＩ制御又はＰ制御においてフィードバックされる値となる。また、変位量指令生成部１１がＰＩ制御を行う場合は、偏差ΔＴ及び偏差ΔＴの時間積分値に基づいて、電動機４の回転位置の変位量についての指令が生成される。一方、変位量指令生成部１１がＰ制御を行う場合は、偏差ΔＴに基づいて、電動機４の回転位置の変位量についての指令が生成される。

また、図１の一例の制御システムでは、速度センサ等の速度計測器５が設けられる。速度計測器５は、例えば、速度センサであり、電動機４の回転速度として回転角速度を計測する。補償部１６は、電動機４の回転速度に関する値として、速度計測器５が計測した電動機４の回転角速度の計測値ω_ｍｅｓを取得する。本実施形態では、補償部１６は、電動機４の回転角速度の計測値ω_ｍｅｓを電動機４の制御における制御周期（演算処理周期）Δｔに乗算し、乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を算出する。したがって、補償部１６は、電動機４の回転速度に関する値を電動機４の制御における制御周期Δｔに乗算する。そして、補償部１６は、変位量指令生成部１１から出力された電動機４の回転位置の変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに、算出した乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を加算する。これにより、乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）が、算出される。

また、推定部１４は、電動機４の回転位置についての推定結果を出力する。制御回路２では、加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）に電動機４の回転位置についての推定値θ_ｅｓｔがさらに加算される。そして、加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）と推定値θ_ｅｓｔとの加算結果として、電動機４の回転位置についての指令値θ_ｃｏｍが算出される。したがって、加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）と推定値θ_ｅｓｔとを加算することにより、電動機４の回転位置についての指令が生成される。

磁束指令生成部１２には、電動機４の回転位置についての指令が入力され、磁束指令生成部１２は、電動機４の回転位置についての指令値θ_ｃｏｍを取得する。また、磁束指令生成部１２には、電動機４に電機子鎖交磁束の大きさについての指令が入力される。電機子鎖交磁束の大きさについての指令は、ユーザインタフェース等でのユーザによる設定に対応した指令となる。電機子鎖交磁束の大きさについての指令では、電機子鎖交磁束の大きさについての指令値｜Φ_ｃｏｍ｜が、設定される。

磁束指令生成部１２は、電動機４の回転位置についての指令、及び、電機子鎖交磁束の大きさについての指令に基づいて、電機子鎖交磁束についての指令を生成する。電機子鎖交磁束についての指令では、α軸方向の磁束成分の指令値Φ_ｃｏｍα、及び、β軸方向の磁束成分の指令値Φ_ｃｏｍβが、設定される。磁束指令生成部１２は、電機子鎖交磁束について、以下の式（６）を用いて指令値Φ_ｃｏｍαを算出し、以下の式（７）を用いて指令値Φ_ｃｏｍβを算出する。

電圧制御部１５は、磁束指令生成部１２から電機子鎖交磁束についての指令を取得する。また、電圧制御部１５は、推定部１４から電機子鎖交磁束についての推定結果を取得する。このため、電圧制御部１５は、電機子鎖交磁束について、指令値Φ_ｃｏｍα，Φ_ｃｏｍβ及び推定値Φ_ｅｓｔα，Φ_ｅｓｔβを取得する。電圧制御部１５は、電機子鎖交磁束についての指令及び電機子鎖交磁束の推定結果に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧についての前述の指令を生成する。この際、電圧制御部１５は、電動機４の駆動電圧について、以下の式（８）を用いて指令値Ｖ_ｃｏｍαを算出し、以下の式（９）を用いて指令値Ｖ_ｃｏｍβを算出する。したがって、電圧制御部１５は、電機子鎖交磁束の推定結果が電機子鎖交磁束についての指令に追従する状態に、駆動電圧についての指令を生成し、電機子鎖交磁束についての指令での条件を満たす状態に、駆動電圧についての指令を生成する。すなわち、指令値Φ_ｃｏｍαに推定値Φ_ｅｓｔαが追従し、かつ、指令値Φ_ｃｏｍβに推定値Φ_ｅｓｔβが追従する状態に、駆動電圧についての指令値Ｖ_ｃｏｍα，Ｖ_ｃｏｍβが設定される。

前述のように本実施形態では、電動機４に出力されるトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、電動機４の回転位置の変化量についての指令が生成される。そして、変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに前述の乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）が算出され、加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）に電動機４の位置についての推定値θ_ｅｓｔをさらに加算することにより、電動機４の回転位置についての指令が生成される。そして、電動機４の回転位置についての指令に基づいて、電機子鎖交磁束についての指令が生成され、電機子鎖交磁束についての指令に基づいて、電動機４に印加する駆動電圧についての指令が生成される。そして、電力変換器１は、駆動電圧についての指令に対応する状態に、作動が制御され、電動機４には、駆動電圧についての指令に対応する状態に、駆動電圧が印加される。したがって、本実施形態では、電力変換器１及び制御回路２を含む駆動制御装置１０は、電動機４に出力されるトルクを推定し、トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、電動機４の駆動を制御する直接トルク制御（ＤＴＣ：Direct Torque Control）を行う。

図２は、図１の制御システムにおいて電動機４に出力される（印加される）トルクを制御するトルク制御モデルを等価的に示すブロック線図である。図２のトルク制御モデルは、駆動制御装置モデル２０及び電動機モデル２２を備える。駆動制御装置モデル２０は、電力変換器１及び制御回路２を含む駆動制御装置１０に相当するモデルであり、電動機モデル２２は、電動機４に相当するモデルである。駆動制御装置モデル２０は、指令生成部モデル２１及び補償部モデル２３を備える。指令生成部モデル２１は、変位量指令生成部１１に相当する部分を含むモデルであり、補償部モデル２３は、補償部１６に相当する部分を含むモデルである。なお、図２において、ｓは、ラプラス演算子を示す。

図２のトルク制御モデルでは、電動機４にリアルタイムで出力されているトルクの値として出力値Ｔが、電動機モデル２２から出力される。出力値Ｔは、電動機４に出力されるトルクの電動機モデル２２における真値に相当し、図１のトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔに対応するパラメータである。そして、トルクについての出力値Ｔは、駆動制御装置モデル２０にフィードバックされる。指令生成部モデル２１には、フィードバックされた出力値Ｔとトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍとの偏差ΔＴ_０が、入力される。偏差ΔＴ_０は、図１の偏差ΔＴに対応するパラメータである。

指令生成部モデル２１は、トルクの出力値Ｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、すなわち、偏差ΔＴ_０がゼロに近づく状態に、電動機４の回転位置の変化量についての指令を生成する。図２の一例では、指令生成部モデル２１は、偏差ΔＴ_０に基づいてＰＩ制御を行うことにより、電動機４の回転位置の変化量についての指令を生成する。したがって、指令生成部モデル２１は、偏差ΔＴ_０及び偏差ΔＴ_０の時間積分値に基づいて、電動機４の回転位置の変位量についての制御値Δθ_０を設定し、設定した制御値Δθ_０を出力する。制御値Δθ_０は、図１の指令値Δθ_ｃｏｍに対応するパラメータである。また、図２において、Ｋ_Ｐは、指令生成部モデル２１でのＰＩ制御における比例ゲインを示し、Ｋ_Ｉは、指令生成部モデル２１でのＰＩ制御における積分ゲインを示す。

電動機４の回転位置の変位量について前述のように指令が生成されると、変位量についての指令に対応する状態に電動機４に駆動電圧が印加され、変位量についての指令に対応する状態に電動機４の回転速度が制御される。このため、図２のトルク制御モデルでは、駆動制御装置モデル２０から電動機モデル２２に、電動機４の回転角速度（回転速度）についての制御値ω_０が入力される。制御値ω_０は、電動機４の回転位置の変位量についての制御値Δθ_０に対応した値となる。

また、電動機モデル２２では、電動機４に出力されるトルクの出力値Ｔと電動機４における負荷（負荷トルク）Ｔ_Ｌとの偏差に基づいて、電動機４の回転角速度について電動機モデル２２における機械角での真値ω_ｍが算出される。そして、電動機モデル２２は、電動機モデル２２における電動機４の回転角速度について、機械角での真値ω_ｍが電気角での真値ωに変換される。ここで、図２において、Ｊは、電動機４の慣性モーメントを示し、Ｄは、電動機４の制動係数を示す。また、Ｐ_ｎは、電動機４の極対数を示す。また、真値ωは、図１の計測値ω_ｍｅｓに対応するパラメータである。

また、電動機モデル２２では、回転角速度の電気角での真値ωがフィードバックされ、回転角度について、駆動制御装置モデル２０からの制御値ω_０と真値ωとの偏差が算出される。そして、電動機モデル２２では、電動機４の回転角速度についての制御値ω_０と電気角での真値ωとの偏差を積分することにより、電動機４に出力されるトルクのトルク角δが、算出される。そして、電動機モデル２２では、トルク角δ及び電動機のトルク定数ｋ_Ｔを用いて、電動機４に出力されるトルクについて前述の出力値Ｔが、算出される。この際、以下の式（１０）を用いて、出力値Ｔが算出される。なお、トルク定数ｋ_Ｔは、電動機４に出力されるトルクとトルク角δとの変換比を示す。

また、本実施形態では、補償部１６は、電動機４の回転角速度の計測値ω_ｍｅｓを電動機４の制御における制御周期（演算処理周期）Δｔに乗算し、乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を算出する。そして、補償部１６は、変位量指令生成部１１から出力された電動機４の回転位置の変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに、算出した乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を加算する。そして、制御回路２では、指令値Δθ_ｃｏｍに乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧についての指令が、生成される。このため、図２のトルク制御モデルの駆動制御装置モデル２０では、補償部１６に相当する部分を含む補償部モデル２３に、電動機４の回転角速度についての電気角での真値ωが、電動機モデル２２から入力される。そして、補償部モデル２３では、電動機４の制御における離散系の制御周期（演算処理周期）Ｔ_ｓが、回転角速度の真値ωに乗算される。

補償部モデル２３は、制御周期Ｔ_ｓと回転角速度の真値ωとの乗算値（Ｔ_ｓ・ω）を、指令生成部モデル２１から出力された電動機４の回転位置の変位量についての制御値Δθ_０に、加算する。そして、駆動制御装置モデル２０では、前述の乗算値（Ｔ_ｓ・ω）と制御値Δθ_０との加算値（Δθ_０＋Ｔ_ｓ・ω）を離散系の制御周期Ｔ_ｓで除算することにより、電動機４の回転角速度（回転速度）についての制御値ω_０が、算出される。これにより、電動機４の回転位置の変位量についての制御値Δθ_０は、電動機４の回転角速度についての制御値ω_０に変換され、変換された制御値ω_０が、駆動制御装置モデル２０から電動機モデル２２に入力される。

前述のように本実施形態では、変位量指令生成部１１は、電動機４に出力されるトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、電動機４の回転位置の変位量についての指令を生成する。そして、補償部１６は、電動機４の回転速度に関する値（本実施形態では、計測値ω_ｍｅｓ）を電動機４の制御における制御周期Δｔに乗算した乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を、変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算する。そして、電圧制御部１５は、乗算値（ω_ｍｅｓ・Δｔ）を変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧についての指令を生成し、駆動電圧についての指令に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧を制御する。トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔとトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍとの偏差ΔＴに基づいて生成された回転位置の変位量についての指令に、回転速度に関する値（本実施形態では、計測値ω_ｍｅｓ）を制御周期Δｔに乗算した乗算値（本実施形態では、ω_ｍｅｓ・Δｔ）が加算されることにより、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が、適切に抑制される。

また、回転位置の変位量についての指令に前述の乗算値（本実施形態では、ω_ｍｅｓ・Δｔ）を加算することで、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が抑制されるため、直接トルク制御における設計を複雑化することなく、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が抑制される。例えば、変位量指令生成部１１でのＰＩ制御又はＰ制御における制御パラメータの調整を簡素化するとともに、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が抑制される。また、変位量指令生成部１１において、積分項がない比例項のみのＰ制御が行われる場合でも、すなわち、変位量指令生成部１１において、制御パラメータの調整がより簡素化されるＰ制御が行われる場合でも、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が適切に抑制される。

前述のように、本実施形態では、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響を抑制し、パラメータ調整等を含む直接トルク制御における設計を簡素化可能になる。これにより、例えば、電動機４の回転速度が経時的に大きく変化する場合等でも、直接トルク制御における設計を複雑化することなく、トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔとトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍとの偏差ΔＴが収束する（ゼロに近づく）状態に、駆動電圧についての指令等が適切に生成される。また、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が抑制されることにより、電動機４の回転速度の計測値又は推定値を回転速度についての指令値に追従させる速度制御を直接トルク制御に加えて駆動制御装置１０が行う場合でも、トルク制御系と速度制御系とが互いに対して影響を及ぼし合うことが、有効に防止される。すなわち、直接トルク制御及び速度制御を互いに対して独立して実施可能となる。

（変形例）
図３は、ある変形例に係る制御システムの一例を示す。図３に示す変形例では、速度計測器５が設けられず、電動機４の回転速度の計測は行われない。代わりに、本変形例では、制御回路２の推定部１４は、電動機４の回転速度を推定する。本変形例でも、推定部１４は、第１の実施形態等と同様に、電動機４を流れる電流についての検出値Ｉ_α，Ｉ_β、及び、電動機４に印加される駆動電圧についての指令値Ｖ_ｃｏｍα，Ｖ_ｃｏｍβを取得する。そして、推定部１４は、第１の実施形態等と同様にして、電機子鎖交磁束についての推定値Φ_ｅｓｔα，Φ_ｅｓｔβ、電動機４の回転位置についての推定値θ_ｅｓｔ、及び、電動機４に出力されるトルクについての推定値Ｔ_ｅｓｔを算出する。また、本変形例では、推定部１４は、電動機４の回転速度として、電動機４の回転角速度の推定値ω_ｅｓｔを算出する。

推定部１４は、電動機４の回転位置についての推定値θ_ｅｓｔを用いて、電動機４の回転角速度（回転速度）の推定値ω_ｅｓｔを、電動機４の速度に関する値として算出する。ある一例では、推定部１４は、電動機４の回転位置に関して、基準位置を設定する。そして、推定部１４は、電動機４の回転位置が基準位置から次に基準位置になるまでの経過時間を検出する。そして、推定部１４は、検出した経過時間に基づいて、電動機４の回転角速度を推定し、推定値ω_ｅｓｔを算出する。したがって、本変形例では、電動機４に流れる電流についての検出結果（例えば、検出値Ｉ_α，Ｉ_β）、及び、電動機４に印加される駆動電圧についての指令（例えば、指令値Ｖ_ｃｏｍα，Ｖ_ｃｏｍβ）に基づいて、電動機４の回転速度が推定される。

本変形例では、補償部１６は、ローパスフィルタ処理部１７及び乗算部１８を備える。ローパスフィルタ処理部１７は、推定部１４が推定した電動機４の回転角速度の推定値ω_ｅｓｔを取得する。そして、ローパスフィルタ処理部１７は、電動機４の回転角速度（回転速度）の推定結果を示す信号をローパスフィルタ処理する。ローパスフィルタ処理によって、回転角速度を推定する演算処理に起因する遅れが、補償される。そして、ローパスフィルタ処理部１７は、推定値ω_ｅｓｔをローパスフィルタ処理した値ω_Ｌを、電動機４の回転速度に関する値として出力する。

補償部１６の乗算部１８は、ローパスフィルタ処理された値ω_Ｌを取得する。そして、乗算部１８は、電動機４の回転速度に関する前述の値ω_Ｌを電動機４の制御における制御周期（演算処理周期）Δｔに乗算し、乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を算出する。そして、補償部１６は、変位量指令生成部１１から出力された電動機４の回転位置の変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに、算出した乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を加算する。これにより、乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_Ｌ・Δｔ）が、算出される。前述のように、本変形例では、補償部１６は、電動機４の回転角速度（回転速度）についての推定値ω_ｅｓｔを取得し、推定値ω_ｅｓｔを用いて前述の乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を算出する。

本変形例でも、第１の実施形態等と同様に、加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_ｍｅｓ・Δｔ）に電動機４の位置についての推定値θ_ｅｓｔをさらに加算することにより、電動機４の回転位置についての指令が生成される。そして、第１の実施形態等と同様にして、磁束指令生成部１２は、電動機４の回転位置についての指令に基づいて、電機子鎖交磁束についての指令を生成し、電圧制御部１５は、電機子鎖交磁束についての指令に基づいて、電動機４に印加する駆動電圧についての指令を生成する。

図４は、図３の制御システムにおいて電動機４に出力される（印加される）トルクを制御するトルク制御モデルを等価的に示すブロック線図である。図４のトルク制御モデルも、駆動制御装置モデル２０及び電動機モデル２２を備え、駆動制御装置モデル２０は、指令生成部モデル２１及び補償部モデル２３を備える。図４のトルク制御モデルでは、図２のトルク制御モデルとは異なり、指令生成部モデル２１は、偏差ΔＴ_０に基づいてＰ制御を行うことにより、電動機４の回転位置の変化量についての指令を生成する。

また、本変形例では、前述のように、補償部１６は、電動機４の回転角速度（回転速度）についての推定値ω_ｅｓｔを取得する。そして、補償部１６は、推定値ω_ｅｓｔをローパスフィルタ処理し、ローパスフィルタ処理された値ω_Ｌに制御周期を乗算することにより、前述の乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を算出する。このため、図４のトルク制御モデルでは、図２のトルク制御モデルとは異なり、補償部１６に相当する部分を含む補償部モデル２３に、電動機４の回転角速度についての電気角での真値ωが、電動機モデル２２から入力されない。また、トルク制御モデルでは、電動機４の回転角速度（回転速度）についての制御値ω_０が、図３の推定値ω_ｅｓｔに対応するパラメータとなる。このため、図４のトルク制御モデルでは、電気角での真値ωの代わりに、補償部モデル２３には、電動機４の回転角速度についての制御値ω_０が入力される。

補償部モデル２３では、制御値ω_０に対してローパスフィルタ処理が行われ、図４の一例では、２次ローパスフィルタ処理が行われる。なお、図４において、ω_ｎは、２次ローパスフィルタ処理における固有角周波数を示し、ζは、２次ローパスフィルタ処理における減衰係数を示す。そして、補償部モデル２３では、電動機４の制御における離散系の制御周期（演算処理周期）Ｔ_ｓが、回転角速度の制御値ω_０をローパスフィルタ処理した値ω_Ｌに乗算される。補償部モデル２３は、制御周期Ｔ_ｓと回転速度に関する前述の値ω_Ｌとの乗算値（Ｔ_ｓ・ω_Ｌ）を、指令生成部モデル２１から出力された電動機４の回転位置の変位量についての制御値Δθ_０に、加算する。そして、駆動制御装置モデル２０では、前述の乗算値（Ｔ_ｓ・ω_Ｌ）と制御値Δθ_０との加算値（Δθ_０＋Ｔ_ｓ・ω_Ｌ）を離散系の制御周期Ｔ_ｓで除算することにより、図２のトルク制御モデル等と同様に、電動機４の回転角速度（回転速度）についての制御値ω_０が、算出される。

本変形例でも、変位量指令生成部１１は、電動機４に出力されるトルクの推定値Ｔ_ｅｓｔがトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍに追従する状態に、電動機４の回転位置の変位量についての指令を生成する。そして、補償部１６は、電動機４の回転速度に関する値（本変形例では、値ω_Ｌ）を電動機４の制御における制御周期Δｔに乗算した乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を、変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算する。そして、電圧制御部１５は、乗算値（ω_Ｌ・Δｔ）を変位量についての指令値Δθ_ｃｏｍに加算した加算値（Δθ_ｃｏｍ＋ω_Ｌ・Δｔ）に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧についての指令を生成し、駆動電圧についての指令に基づいて、電動機４に印加される駆動電圧を制御する。トルクの推定値Ｔ_ｅｓｔとトルクについての指令値Ｔ_ｃｏｍとの偏差ΔＴに基づいて生成された回転位置の変位量についての指令に、回転速度に関する値（本変形例では、値ω_Ｌ）を制御周期Δｔに乗算した乗算値（本変形例では、ω_Ｌ・Δｔ）が加算されることにより、本変形例でも前述の実施形態等と同様に、電動機４の回転速度の直接トルク制御への影響が、適切に抑制される。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

また、前述の実施形態等では、電力変換器１から電動機４に三相交流電力が供給されるが、トルク制御を含む前述の駆動制御は、一相の交流電力が電動機４に供給される場合、及び、二相の交流電力が電動機４に供給される場合も、適用可能である。同様に、前述の駆動制御は、四相以上の交流電力が電動機４に供給される場合も、適用可能である。

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、電動機に出力されるトルクの推定値がトルクについての指令値に追従する状態に、電動機の回転位置の変位量についての指令が、生成される。そして、電動機の回転速度に関する値を電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値が、変位量についての指令値に加算される。そして、乗算値を変位量についての指令値に加算した加算値に基づいて、電動機に印加される駆動電圧についての指令が生成される。これにより、電動機の回転速度の直接トルク制御への影響を抑制し、直接トルク制御における設計を簡素化可能な電動機の駆動制御装置、電動機の駆動制御方法、及び、電動機の駆動制御プログラムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電力変換器、２…制御回路、４…電動機、１０…駆動制御装置、１１…変位量指令生成部、１２…磁束指令生成部、１３…座標変換部、１４…推定部、１５…電圧制御部、１６…補償部、２０…駆動制御装置モデル、２１…指令生成部モデル、２２…電動機モデル、２３…補償部モデル。

Claims (8)

1. 電動機に出力されるトルクの推定値が前記トルクについての指令値に追従する状態に、前記電動機の回転位置の変位量についての指令を生成する変位量指令生成部と、
   前記電動機の回転速度に関する値を前記電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値を、前記変位量についての指令値に加算する補償部と、
   前記乗算値を前記変位量についての前記指令値に加算した加算値に基づいて、前記電動機に印加される駆動電圧についての指令を生成し、前記駆動電圧についての前記指令に基づいて、前記電動機に印加される前記駆動電圧を制御する電圧制御部と、
   を具備する、前記電動機の駆動制御装置。
2. 前記補償部は、前記電動機の前記回転速度についての計測値を取得し、前記回転速度についての前記計測値を用いて前記乗算値を算出する、請求項１の駆動制御装置。
3. 前記補償部は、前記電動機に流れる電流についての検出結果、及び、前記電動機に印加される前記駆動電圧についての前記指令に基づいて推定された前記電動機の前記回転速度についての推定値を取得し、前記回転速度についての前記推定値を用いて前記乗算値を算出する、請求項１の駆動制御装置。
4. 前記電動機に流れる電流及び前記電動機に印加される前記駆動電圧についての前記指令に基づいて、前記電動機の電機子鎖交磁束を推定し、前記電機子鎖交磁束についての推定結果に基づいて、前記トルクの前記推定値を算出する推定部をさらに具備する、請求項１乃至３のいずれか１項の駆動制御装置。
5. 入力された電力を任意の電圧及び周波数の交流電力に変換して前記電動機に供給する電力変換器をさらに具備し、
   前記電圧制御部は、生成した前記駆動電圧についての前記指令に基づいて前記電力変換器の作動を制御することにより、前記電動機に印加される前記駆動電圧を制御する、
   請求項１乃至４のいずれか１項の駆動制御装置。
6. 前記変位量指令生成部、前記補償部及び前記電圧制御部が実装された集積回路を具備する、請求項１乃至５のいずれか１項の駆動制御装置。
7. 電動機に出力されるトルクの推定値が前記トルクについての指令値に追従する状態に、前記電動機の回転位置の変位量についての指令を生成することと、
   前記電動機の回転速度に関する値を前記電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値を、前記変位量についての指令値に加算することと、
   前記乗算値を前記変位量についての前記指令値に加算した加算値に基づいて、前記電動機に印加される駆動電圧についての指令を生成し、前記駆動電圧についての前記指令に基づいて、前記電動機に印加される前記駆動電圧を制御することと、
   を具備する、前記電動機の駆動制御方法。
8. コンピュータに、
   電動機に出力されるトルクの推定値が前記トルクについての指令値に追従する状態に、前記電動機の回転位置の変位量についての指令を生成させ、
   前記電動機の回転速度に関する値を前記電動機の制御における制御周期に乗算した乗算値を、前記変位量についての指令値に加算させ、
   前記乗算値を前記変位量についての前記指令値に加算した加算値に基づいて、前記電動機に印加される駆動電圧についての指令を生成させ、前記駆動電圧についての前記指令に基づいて、前記電動機に印加される前記駆動電圧を制御させる、
   前記電動機の駆動制御プログラム。

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