JP2010004699A - 回転機の制御装置、及び回転機の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータ１０の回転中においてインバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して、回転角度の推定精度を速やかに向上させることが困難なこと。
【解決手段】モータジェネレータ１０は、回転速度を入力とする角度推定器(制御装置２０に内蔵)の出力に基づきセンサレス駆動される。インバータ２２が操作停止されているにもかかわらず、内燃機関１２が駆動されている場合には、内燃機関１２の駆動力によって、駆動輪１６のみならず、モータジェネレータ１０も回転状態(空転状態)とされる。インバータ２２の操作の開始に際して、クランク角センサ２４の出力に基づき算出される内燃機関１２の回転速度を初期値として用いることで、モータジェネレータ１０のセンサレス駆動を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転機を制御対象として電力変換回路を操作するに際し、前記回転機の電気的な状態量に基づき前記回転機の回転角度に関する情報を取得する回転機の制御装置、及び回転機の制御システムに関する。

この種の制御装置としては、電動機の誘起電圧に基づき回転角度を推定するものが周知である。すなわち、電動機の誘起電圧は、電動機の回転角度に応じて変化するため、誘起電圧を、回転角度と相関を有する角度相関量として利用することができる。ここで、角度相関量の推定に際しては、電動機に印加する電圧と電動機を流れる電流とを関係付けるモデルを用いる。

ただし、上記制御装置の場合、電動機に対する電圧の印加が前提となるため、電動機の回転中に何らかの要因で電動機に電圧を印加するインバータの操作が停止される状況が生じた場合、回転角度に関する情報を取得することができなくなる。そしてこの場合、インバータの操作を再開する際にも、回転角度に関する情報を取得することができない。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、回転中の電動機の制御の再開に際して、回転座標系で電流のフィードバック制御を行い、この際の電圧の指令値の回転角度変化に基づき電動機の回転速度を推測することで電動機の回転角度を推定するものも提案されている。
特開２００５−６５４１０号公報

ところで、近年、電動機と内燃機関とを車載動力発生装置として用いるいわゆるハイブリッド車が実用化されてきている。ここで、ハイブリッド車においては、内燃機関の効率が高い状況等において、電動機を停止させ、内燃機関のみを稼動させる状況が生じ得る。こうした状況下、例えばパラレルハイブリッド車等にあっては、電動機の出力軸が内燃機関の回転に伴って空転する。こうした状況下、電動機を駆動すべく回転角度の推定を開始するに際し、回転角度を高精度に推定することが可能となるまでの時間が長期化する場合には、電動機の制御性が低下した期間が長期化することとなり、ひいては車両のドライバビリティが低下するおそれがある。

なお、上記ハイブリッド車に限らず、回転機の回転中において電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して回転角度の推定精度が向上するまでに長時間を要する場合には、回転機の制御性が低下した状態が長期化するこうした実情も概ね共通したものとなっている。

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、回転機の回転中において電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、回転角度の推定精度を速やかに向上させることのできる回転機の制御装置、及び制御システムを提供することにある。

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。

請求項１記載の発明は、電力変換回路に接続される回転機を動力発生装置とする車両に適用され、前記回転機の回転速度を入力パラメータとして前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段と、前記回転機の回転中において前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記車両の駆動系の回転状態パラメータを使用して前記回転機の回転速度を推定する速度推定手段とを備え、前記回転角度推定手段は、前記操作の開始に伴い、前記速度推定手段の推定値を前記回転機の回転速度の初期値として用いることで前記回転角度の推定を開始することを特徴とする。

上記発明では、回転角度推定手段が正確な回転角度を推定するためには、回転速度についての高精度の情報を必要とする。このため、上記操作の開始に伴い回転速度についての高精度の情報を有しない場合には、回転角度の推定精度が向上するまでの期間が長期化するおそれがある。一方、車両の駆動系の回転状態は、回転機の出力軸の回転速度と強い相関を有すると考えられる。上記発明では、この点に着目し回転状態パラメータを用いることで回転速度についての高精度の初期値を取得することができ、ひいては回転角度推定手段による回転角度の推定精度を速やかに向上させることができる。

なお、前記回転状態パラメータは、前記駆動系における前記回転機の出力軸とは相違する部分についての回転状態を検出する検出手段の出力に基づくパラメータとしてもよい。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記車両には、車載内燃機関及び前記回転機が、これらの出力軸同士が互いに機械的に連結されて搭載されており、前記速度推定手段は、前記内燃機関の出力軸の回転角度を検出する検出手段の出力に基づき前記推定を行うことを特徴とする。

内燃機関の出力軸と回転機の出力軸とが互いに機械的に連結されている場合、回転機の出力軸の回転速度は、内燃機関の出力軸の回転速度と強い相関を有すると考えられる。上記発明では、この点に着目することで、内燃機関の出力軸の回転状態に応じて回転機の回転速度を好適に推定することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記回転角度推定手段は、前記回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の値を算出する処理を行うものであって且つ、前記操作の開始に際し、前記角度相関量についての時間微分を含まないモデルを用いて前記角度相関量の初期値を設定する設定手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、角度相関量の現在の値を算出するために以前の値を必要とする。こうしたものにあっては、現在の値の算出精度が以前の値の精度に依存することとなる。したがって、上記操作の開始に伴って回転角度の推定を開始するに際しては、角度相関量についての以前の値として高精度な値を用意することができないことから、回転角度推定手段の推定精度が向上するのに長期を要するおそれがある。一方、回転機のモデルには、角度相関量の微分値を含まないものがあり、こうしたモデルにあっては、回転機の状態についての現在の値を入力とすることで角度相関量を高精度に算出することが可能である。上記発明では、この点に着目することで、角度相関量の初期値を高精度に設定することができ、ひいては回転角度推定手段の推定精度を迅速に向上させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記モデルは、前記電力変換回路によって前記回転機に印加される電圧を前記角度相関量に関係付けるものであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記モデルは、前記電力変換回路によって前記回転機に印加される電圧、前記回転機を流れる電流及び前記回転機の回転速度を前記角度相関量に関係付けるものであり、前記回転角度推定手段は、前記操作の開始に伴い、前記速度推定手段の推定値を前記モデルにおける回転速度の初期値として用いて前記回転角度の推定を開始することを特徴とする。

上記モデルが回転速度を含む場合、モデルによる角度相関量の算出精度は、用いる回転速度の推定精度に依存することとなる。この点、上記発明では、速度推定手段の推定値を用いることで、モデルに基づき角度相関量を高精度に算出することができ、ひいては角度相関量の初期値を高精度に設定することができる。

請求項６記載の発明は、回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の値を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段を備える回転機の制御装置において、前記回転角度推定手段は、前記回転機の回転中において前記回転機に接続される電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記角度相関量についての時間微分を含まないモデルを用いて前記角度相関量の初期値を設定する設定手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、角度相関量の現在の値を算出するために以前の値を必要とする。こうしたものにあっては、現在の値の算出精度が以前の値の精度に依存することとなる。したがって、上記操作の開始に伴って回転角度の推定を開始するに際しては、角度相関量についての以前の値として高精度な値を用意することができないことから、回転角度推定手段の推定精度が向上するのに長期を要するおそれがある。一方、回転機のモデルには、角度相関量の微分値を含まないものがあり、こうしたモデルにあっては、回転機の状態についての現在の値を入力とすることで角度相関量を高精度に算出することが可能である。上記発明では、この点に着目することで、角度相関量の初期値を高精度に設定することができ、ひいては回転角度推定手段の推定精度を迅速に向上させることができる。

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、前記回転角度推定手段は、前記回転機を流れる電流及び前記角度相関量を状態変数とする状態方程式における前記角度相関量を推定対象とするオブザーバを備えて構成されることを特徴とする。

角度相関量を推定対象とするオブザーバは、角度相関量の微分演算を有して表現される。このため、回転角度推定手段が離散系で演算処理を行うものである場合などには、回転角度推定手段は、回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の値を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する手段となっている。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システムである。

上記発明では、回転角度の推定精度を速やかに向上させることができるため、信頼性の高い制御システムを実現している。

以下、本発明にかかる回転機の制御装置及び制御システムをパラレルハイブリッド車に適用した一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す。図示されるように、モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期回転機である。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。モータジェネレータ１０の出力軸には、内燃機関１２の出力軸（クランク軸）が同軸上にて機械的に連結されている。そして、これらモータジェネレータ１０の出力軸及び内燃機関１２の出力軸は、トランスミッション１４を介して駆動輪１６に連結されている。

一方、制御装置２０は、モータジェネレータ１０を制御対象とし、モータジェネレータ１０に電気接続される電力変換回路（インバータ２２）を操作対象とする。制御装置２０は、モータジェネレータ１０の各種状態量を検出するセンサ（図示略）の出力等を取り込み、これに基づきインバータ２２を操作することで、モータジェネレータ１０の制御量を制御する。この際、本実施形態では、特に、内燃機関１２のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ２４の出力を取り込み、所定の条件下、これを加味した制御を行う。

図２に、制御装置２０の行う処理を示す。以下では、「ａ．モータジェネレータ１０の駆動に関する処理」、「ｂ．モータジェネレータ１０の駆動時における回転角度の推定処理」を説明した後、「ｃ．モータジェネレータ１０の回転中におけるインバータ２２の操作の開始に際しての回転角度の推定処理」を説明する。なお、本実施形態においてモータジェネレータ１０の回転速度が所定以下である場合には図示しない別の周知の手法にて回転角度を推定するが、これについてはその説明を割愛する。
＜ａ．モータジェネレータ１０の駆動に関する処理＞
２相変換部３０は、モータジェネレータ１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、固定２相座標成分の実電流（α軸上の実電流ｉα及びβ軸上の実電流ｉβ）に変換する。ｄｑ変換部３２は、回転角度θに基づき、上記αβ軸上での実電流ｉα、ｉβを、回転２相座標成分の実電流（ｄ軸上の実電流ｉｄ及びｑ軸上の実電流ｉｑ）に変換する。指令電流設定部３４は、モータジェネレータ１０に対する要求トルクに基づき、ｄｑ軸上での指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。指令電圧設定部４０では、偏差算出部３６にて算出されるｄ軸上の指令電流ｉｄｃに対する実電流ｉｄの差と、偏差算出部３８にて算出されるｑ軸上の指令電流ｉｑｃに対する実電流ｉｑの差とに基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。詳しくは、指令電圧設定部４０では、上記偏差算出部３６，３８の出力に基づくフィードバック制御に加えて、周知の非干渉化制御を行うことで指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。すなわち、ｄｑ変換部３２の出力する実電流ｉｄ，ｉｑがローパスフィルタ４２にて処理された後、これらとモータジェネレータ１０の電気角速度（回転速度ω）とに基づき、非干渉化制御部４４にて、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定するための非干渉項が算出される。指令電圧設定部４０では、この非干渉項を加味することで、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。

αβ変換部４６は、回転角度θに基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを、固定２相座標成分の指令電圧（α軸上の指令電圧ｖαｃ及びβ軸上の指令電圧ｖβｃ）に変換する。３相変換部４８は、αβ軸上の指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに変換する。ＰＭＷ制御部５０は、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを入力として、ＰＷＭ処理を利用して、インバータ２２のスイッチング素子を操作するための信号を生成する。この際、ＰＷＭ制御部５０では、インバータ２２の入力電圧（バッテリ５２の電圧）を検出する電圧センサ５４の検出値を加味する。
＜ｂ．モータジェネレータ１０の駆動時における回転角度の推定処理＞
本実施形態では、拡張誘起電圧オブザーバ６０を備えている。拡張誘起電圧オブザーバ６０は、拡張誘起電圧をオブザーバによって推定する。これについては、「突極型ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御のための拡張誘起電圧オブザーバ 平成１１年電気学会全国大会 Ｎｏ．１０２６」に準ずるが、以下ではこれについて簡潔に記載しておく。すなわち拡張誘起電圧モデルは、下記の式（ｃ１）にて表現される。

上記の式(ｃ１)において、永久磁石の誘起電圧定数Ｋｅ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑを用いている。上記の式（ｃ１）の右辺第２項は、永久磁石の誘起電圧に加えて、リランタンス磁束などにより誘起される電圧成分を含んでおり、拡張誘起電圧と定義されている。上記の式（ｃ１）の拡張誘起電圧モデルは、永久磁石のベクトル成分と平行なベクトル（回転角度θを独立変数とする三角関数を成分とするベクトル）と、回転角度θを含まないベクトルとに分解されている。ここで、拡張誘起電圧は、回転角度θを独立変数とする三角関数を成分とするベクトル（−ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）に平行なベクトルである。このため、これを回転角度θと相関を有する角度相関量とみなせば、この角度相関量を推定することで、逆三角関数(逆正接関数)を用いて回転角度θを推定することができる。詳しくは、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃ、実電流ｉα、ｉβ及び回転速度ωから、拡張誘起電圧を推定することで、回転角度θを推定することができる。

本実施形態では、拡張誘起電圧の推定に、最小次元オブザーバを用いる。したがって、拡張誘起電圧オブザーバ６０は、上記の式（ｃ１）をモデル式とする最小次元オブザーバにて構成されている。次に、これについて説明する。上記の式（ｃ１）より、状態方程式を下記の式（ｃ２）と定義する。

上記状態方程式について、最小次元オブザーバを以下の式（ｃ３）にて構成する。

ここで、ｇは、オブザーバのゲインである。

上記の式（ｃ３）において、ゲインｇを、「ｇ＝ＬｄωＧ」として且つ、電流の微分を避けるために以下の変形を行う。

上記オブザーバは、中間変数ξα、ξβを直接の推定対象とするものである。中間変数ξα、ξβは、拡張誘起電圧及び電流ｉα、ｉβの１次式となっている。中間変数ξα、ξβを推定することができるなら、これと電流ｉα、ｉβとに基づき、拡張誘起電圧を推定することができ、ひいては、回転角度θを推定することができる。なお、図１においては、拡張誘起電圧オブザーバ６０にて推定される回転角度を回転角度θｅと記載した。

こうして回転角度θｅが推定されると、回転速度推定部６２において、回転角度θｅの微分演算によって回転速度ωが算出される。なお、こうして算出される回転速度ωは、回転角度θｅの推定に用いられるため、拡張誘起電圧オブザーバ６０に入力される。
＜ｃ．インバータの操作の開始に際しての回転角度の推定処理＞
ところで、本実施形態では、パラレルハイブリッド車を想定しているため、内燃機関１２によって駆動輪１６に回転エネルギが供給されて且つ、モータジェネレータ１０が駆動されていない状況が生じ得る。この場合であっても、内燃機関１２のクランク軸とモータジェネレータ１０の出力軸とが機械的に連結されているために、モータジェネレータ１０の出力軸は内燃機関１２の駆動力によって回転状態とされる。こうした状況下にあっては、インバータ２２が停止されているため、インバータ２２によってモータジェネレータ１０に電圧が印加されず、上記拡張誘起電圧オブザーバ６０の入力情報としての指令電圧ｖαｃ、ｖβｃが存在しない。このため、モータジェネレータ１０の回転角度を推定することができない。こうした状況下、インバータ２２の操作を再開する際には、モータジェネレータ１０の回転角度に関する情報がないために、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御をすることができない。

そこで本実施形態では、インバータ２２の操作の再開に際して、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御に先立ち、固定座標系での指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することで、回転角度θの推定を開始する。詳しくは、実電流ｉα、ｉβを固定値にフィードバック制御することで指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定する。そして、これにより、拡張誘起電圧オブザーバ６０にて回転角度を推定する。

こうした処理を実行すべく、本実施形態では、同期引き込み制御部６４を備えている。同期引き込み制御部６４は、インバータ２２の操作の再開に際して、非干渉化制御部４４による制御を停止させた状態で、ｄｑ変換部３２とαβ変換部４６とに入力される回転角度θの値をゼロとする。これにより、通常時においてモータジェネレータ１０を流れる実電流ｉｄ，ｉｑを指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃにフィードバック制御するための処理手段を流用しつつ、インバータ２２の操作開始に際しての回転角度の推定処理(同期引き込み制御)のための指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することができる。

これは、下記の式（ｃ５）及び式（ｃ６）に示されるように、「θ＝０」とすることで、ｄｑ変換部３２がその入力を恒等変換して出力することと、αβ変換部４６がその入力を恒等変換して出力することとに着目したものである。

図３に、同期引き込み制御時の処理を示す。図示されるように、同期引き込み制御時においては、回転角度θをゼロとすることで、αβ軸上の実電流ｉα、ｉβが指令電流設定部３４の指令する値となるようにフィードバック制御される。ここで、本実施形態では、同期引き込み制御時における指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをともにゼロとする。すなわち、αβ軸上の指令電流ｉαｃ、ｉβｃをともにゼロとする。これにより、指令電圧設定部４０では、実電流ｉα、ｉβをともにゼロとするための指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することとなる。ここで、実電流ｉα、ｉβは、モータジェネレータ１０の回転に応じた交流電流である。このため、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃは、モータジェネレータ１０の回転に応じた交流電圧となる。

なお、こうした同期引き込み制御時においてモータジェネレータ１０を流れる電流が過度に大きくなる場合には、同期引き込み制御を継続して回転角度情報を取得するよりも電流を抑制することが望まれる。このため、本実施形態では、引き込み停止処理部６６を備えている。すなわち、引き込み停止処理部６６では、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づき、モータジェネレータ１０を流れる電流が過大と判断される場合、フェール信号ＦＬを出力することでインバータ２２を停止させる。

図４に、本実施形態にかかる同期引き込み制御の処理手順を示す。この処理は、同期引き込み制御部６４や引き込み停止処理部６６等によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、同期引き込み制御の要求があるか否かを判断する。そして、要求があると判断される場合、ステップＳ１２において、回転角度θをゼロとするとともに、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをゼロとする。続くステップＳ１４においては、実電流ｉα、ｉβをゼロにフィードバック制御する処理を開始する。続くステップＳ１６においては、拡張誘起電圧オブザーバ６０を用いて、後に詳述する回転角度の推定開始処理を行う。続くステップＳ１８においては、モータジェネレータ１０を流れる電流が閾値以上となっているか否かを判断する。この処理は、同期引き込み制御を停止するか否かを判断するためのものである。そして、閾値以上であると判断される場合、ステップＳ２０において、インバータ２２の操作を停止することで、同期引き込み制御を停止する。

これに対し、ステップＳ１８において閾値以上でないと判断される場合、ステップＳ２２において、同期引き込み制御の開始からの継続時間が所定時間となったか否かを判断する。この処理は、拡張誘起電圧オブザーバ６０による回転角度の推定精度が所定以上となったか否かを判断するためものである。ここで所定時間は、予め計測等に基づき適合しておけばよい。そして所定時間が経過すると(ステップＳ２２：ＹＥＳ)，ステップＳ２４において、回転角度θを、拡張誘起電圧オブザーバ６０の出力する回転角度θｅとして且つ、指令電流設定部３４において要求トルクに応じた指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。これにより、実電流ｉｄ，ｉｑの指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御が開始される。

なお、上記ステップＳ１０において否定判断される場合や、ステップＳ２０、Ｓ２４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

上記態様にて同期引き込み制御を行うことができる。ただし、上記の式（ｃ４）に記載した最小次元オブザーバは、回転速度ωを入力とするものであるため、推定開始に伴って推定精度が向上するまでに要する時間は、推定開始に際して用いる回転速度ωの精度に依存する。更に、上記最小次元オブザーバは中間変数ξα、ξβの１階微分を含むため、これを離散系にて表現する場合、最小次元オブザーバは、中間変数ξα、ξβについての前回の値を入力として今回の値を算出する関数となる。このため、推定開始に伴って推定精度が向上するまでに要する時間は、推定開始に際して用いる中間変数ξα、ξβの初期値の精度に依存する。

そこで本実施形態では、上記推定精度を迅速に向上させるべく、上記ステップＳ１６に記載の角度推定開始処理として、図５に示す処理を行う。

すなわち、この一連の処理では、まずステップＳ３０において、中間変数ξα、ξβの初期値を取得済みであるか否かを判断する。そして、初期値を未だ取得していないと判断される場合、ステップＳ３２において、クランク角センサ２４の出力に基づき、回転速度ωを推定する。詳しくは、クランク角センサ２４の出力に基づき検出される回転速度Ｎｅをモータジェネレータ１０の極対数ｐにて除算した値を回転速度ωとする。

続くステップＳ３４においては、上記の式(ｃ１)に示した拡張誘起電圧を近似した簡易モデルである下記の式(ｃ７)のモデルに基づき、拡張誘起電圧の初期値を推定する。

上記の式（ｃ７）は、拡張誘起電圧ｅα、ｅβの微分値を含まない。このため、現在の指令電圧ｖαｃ、ｖβｃ及び実電流ｉα、ｉβ、及び上記ステップＳ３２において推定された回転速度ωを入力として、拡張誘起電圧ｅα、ｅβを高精度に推定することができる。なお、上記の式（ｃ７）の簡易モデルについては、例えば特開２００７−９７２６３号公報に記載されている。

続くステップＳ３６においては、上記ステップＳ３４において推定された拡張誘起電圧ｅα、ｅβに基づき、上記の式（ｃ４）の下段に記載した関係を用いて中間変数ξα、ξβの初期値を推定する。そして、ステップＳ３６の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３０において肯定判断される場合には、上記の式（ｃ４）に記載されたオブザーバに基づき、中間変数ξα、ξβを推定する。これにより、インバータ２２の操作開始直後から拡張誘起電圧を高精度に推定することができ、ひいては、回転角度θを高精度に推定することができる。

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。

（１）推定される回転速度ωを、インバータ２２の操作の開始に伴い拡張誘起電圧オブザーバ６０に入力される回転速度ωの初期値として用いた。これにより、回転角度θの推定精度を速やかに向上させることができる。

（２）クランク角センサ２４の出力に基づき回転速度ωを推定した。これにより、回転速度ωを好適に推定することができる。

（３）インバータ２２の操作の開始に際して、拡張誘起電圧についての時間微分を含まないモデル(上記の式（ｃ７）)を用いて拡張誘起電圧の初期値を設定した。これにより、拡張誘起電圧の初期値を高精度に設定することができ、ひいては拡張誘起電圧オブザーバ６０の推定精度を迅速に向上させることができる。

（４）インバータ２２の操作の開始に伴い、推定される回転速度ωを、上記の式（ｃ７）にて表現されるモデルにおける回転速度の初期値として用いて回転角度θの推定を開始した。これにより、拡張誘起電圧の初期値を高精度に設定することができる。

（５）モータジェネレータ１０を流れる電流及び拡張誘起電圧を状態変数とする状態方程式における拡張誘起電圧を推定対象とするオブザーバを、離散系で演算処理を行う手段として構築し、これを用いて回転角度θを推定した。これにより、拡張誘起電圧オブザーバ６０は、拡張誘起電圧についての以前の値を入力として現在の値を算出する処理を行うものとなる。このため、本発明の利用価値が特に高い。

（６）モータジェネレータ１０の回転中においてインバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃ及び実電流ｉα、ｉβを入力とし、上記の式（ｃ１）にて定義される拡張誘起電圧モデルを用いてインバータ２２の操作に用いる回転角度を推定した。このように固定座標系でのモデルを用いることで、インバータ２２の操作の再開に際して、回転角度情報を用いることなく回転角度を推定することができる。

（７）インバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して、モータジェネレータ１０の回転に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定した。これにより、モータジェネレータ１０に交流電圧が印加されることを前提としたモデル(上記拡張誘起電圧モデルの導出に用いたモデル)を用いていることと整合させることができ、ひいては、モデルによる回転角度の推定の信頼性を高めることができる。

（８）インバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して、実電流ｉα、ｉβのフィードバック制御によってモータジェネレータ１０の回転に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定した。これにより、モータジェネレータ１０の回転に同期した電圧を設定することができる。

（９）インバータ２２の操作開始後の拡張誘起電圧オブザーバ６０による回転角度の推定精度が所定以上となると想定される場合、推定される回転角度θｅに基づきモータジェネレータ１０に印加すべき指令電圧ｖαｃ、ｖβｃの設定を行った。これにより、モータジェネレータ１０の回転速度が所定以上である限り、同期引き込み制御時と、通常時とで、同一の推定手段(拡張誘起電圧オブザーバ６０)を用いることができる。このため、推定手段の設計が容易となる。

（１０）回転角度θをゼロとして且つ指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを固定することで、同期引き込み制御を行った。これにより、要求トルクへの制御を適切に行うための手段(ベクトル制御を行うための手段)を用いて、同期引き込み制御のための電圧（モータジェネレータ１０の回転に応じた固定座標系での指令電圧ｖαｃ、ｖβｃ）を設定することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・中間変数ξα、ξβの初期値の算出手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、上記の式（ｃ１）に基づき、回転速度ωの推定値と実電流ｉα、ｉβとに基づき、拡張誘起電圧を算出することで行ってもよい。更に、同期引き込み制御の開始に際して、実電流ｉα、ｉβが無視できるなら、上記の式（ｃ７）において拡張誘起電圧ｅα、ｅβを指令電圧ｖα、ｖβと近似することで中間変数ξα、ξβの初期値を算出してもよい。

・回転速度ωの初期値を算出する手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、車両の走行速度及びトランスミッション１４の変速比等に基づき算出してもよい。

・上記実施形態において、中間変数ξα、ξβの初期値を、上記実施形態で例示したモデル式等を用いて算出する処理をせず、中間変数ξα、ξβの初期値を例えばゼロとすることで同期引き込み制御を開始する場合であっても、回転速度ωの初期値をクランク角センサ２４の出力に基づき算出するなら、上記(１)の効果を得ることはできる。

・上記実施形態において、回転速度ωの初期値をクランク角センサ２４の出力に基づき算出することなく、これを例えばゼロとすることで同期引き込み制御を開始する場合であっても、中間変数ξα、ξβの初期値を上記実施形態で例示したモデル式等を用いて算出するなら、上記(３)の効果を得ることはできる。

・インバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際してモータジェネレータ１０を流れる電流の固定座標系での検出値を入力としてモータジェネレータ１０の回転に応じた電圧を設定する電圧設定手段としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば上記実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗや、２相変換部３０の出力する実電流ｉα、ｉβに基づき把握されるモータジェネレータ１０の回転速度に基づき、モータジェネレータ１０の回転速度に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定するものであってもよい。

また、インバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して電圧を設定する電圧設定手段としては、モータジェネレータ１０を流れる電流の固定座標系での検出値を入力としてモータジェネレータ１０の回転に応じた電圧を設定するものにも限らない。例えばクランク角センサ２４の出力に基づき推定される回転速度ωに基づき、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定するものであってもよい。

更に、インバータ２２の操作停止状態から操作を開始するに際して電圧を設定する電圧設定手段としては、モータジェネレータ１０の回転に応じた電圧を設定するものにも限らず、例えば、モータジェネレータ１０の回転周期とは異なる周期の電圧を設定するものであってもよい。

・上記実施形態では、同期引き込み制御に際して、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをゼロ（αβ軸上の指令電流をゼロ）としたが、これに限らず、任意の固定値であってよい。また固定値にも限らず、例えば、αβ軸上の指令電流を、モータジェネレータ１０の回転に応じたものとしてもよい。これは例えば、上記実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗや、２相変換部３０の出力する実電流ｉα、ｉβに基づきαβ軸上の指令電流を設定することで行うことができる。また例えば、クランク角センサ２４の出力に基づき推定される回転速度ωに基づき、αβ軸上の指令電流を設定してもよい。

・上記実施形態では、要求トルクに基づき指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定したが、これに限らず、例えば、モータジェネレータ１０に対する回転速度の要求値に基づき指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定してもよい。

・回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の角度相関量を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段としては、固定座標系での拡張誘起電圧を最小次元オブザーバにて推定する手段に限らない。例えば、「拡張誘起電圧モデルに基づく突極型永久磁石同期モータのセンサレス制御、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１２２−Ｄ，Ｎｏ．１２，２００２」に記載されているように、回転座標系での拡張誘起電圧を最小次元オブザーバにて推定する手段であってもよい。ちなみに、ここでの拡張誘起電圧は、回転座標系にて表現された「磁界によって誘起される電圧」である。

・回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の角度相関量を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段としては、拡張誘起電圧を最小次元オブザーバにて推定する手段に限らない。例えば、「外乱オブザーバと速度適応同定による円筒型ブラシレスモータの位置・速度センサレス制御、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１８−Ｄ，Ｎｏ７／８，９８」に記載されているように、円筒型ブラシレスモータの誘起電圧を最小次元オブザーバにて推定する手段であってもよい。

・回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の角度相関量を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段としては、最小次元オブザーバにて中間変数を推定する処理を行うものにも限らない。例えば、同一次元オブザーバにて誘起電圧や拡張誘起電圧を推定する処理を行うものであってもよい。この場合であっても、誘起電圧や拡張誘起電圧を推定対象とするオブザーバを離散系で構築する場合、これは、誘起電圧や拡張誘起電圧の以前の値を使用して現在の値を推定する処理を行うものとなる。このため、この初期値を、誘起電圧や拡張誘起電圧の時間微分を含まないモデルから推定することは有効である。また、上記同一次元オブザーバであっても、電気角速度が入力パラメータとなるため、この初期値をクランク角センサ２４の出力に基づき算出することも有効である。

・上記実施形態では、モータジェネレータ１０の回転速度が所定以上である場合と同期引き込み制御がなされる場合とで単一の推定手段を用いて回転角度を推定したがこれに限らない。例えば、同期引き込み制御時以外においては、回転座標系にて拡張誘起電圧モデルを用いて回転角度を推定することも可能である。

・回転機の回転速度を入力パラメータとして回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段としては、オブザーバを用いるものに限らない。例えば上記の式（ｃ１）において、左辺から右辺第１項を減算する処理を行ってもよい。この場合であっても、電気角速度を入力パラメータとするため、その初期値をクランク角センサ２４の出力に基づき算出することは有効である。

・回転機の制御としては、ＰＷＭ制御に限らない。例えば矩形波制御であってもよい。この場合、例えば、要求トルクに応じて操作される位相とバッテリ５２の電圧ＶＢとに基づき回転機に印加される電圧を推定し、これに基づき角度相関量を推定してもよい。

・モータジェネレータ１０としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えばＳＰＭ等であってもよい。更に、永久磁石同期電動機にも限らない。この場合であっても、突極機であるなら、突極機の磁界によって誘起される電圧(リラクタンス磁束などに誘起される電圧成分)に起因して上記の式（ｃ１）の右辺第２項がゼロでないため、これを角度相関量として推定対象とすることができる。

・回転機としては、３相回転機に限らない。また、パラレルハイブリッド車としては、内燃機関１２のクランク軸の回転速度に対するモータジェネレータ１０の回転速度の比が同一とされる態様にて互いに機械的に連結されるものに限らず、内燃機関１２のクランク軸とモータジェネレータ１０の出力軸とが変速機を介して機械的に連結されるものであってもよい。この場合、クランク角センサ２４の出力に基づき算出される内燃機関１２の回転速度Ｎｅと、上記変速機の変速比とに基づき、モータジェネレータ１０の回転速度を推定することができる。また、車両としては、内燃機関の出力軸とモータジェネレータの出力軸とが同一軸とされるタイプのパラレルハイブリッド車に限らない。例えばシリーズハイブリッド車であってもよい。この場合、内燃機関の出力軸がモータジェネレータの出力軸に接続されていないため、クランク角センサの出力に基づき電気角速度の初期値を推定することはできない。しかし、例えば、モータジェネレータの出力軸と駆動輪との間の変速手段の変速比と車輪の速度とに基づき、電気角速度の初期値を推定することはできる。

一実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる電動機の制御に関する処理を示すブロック図。 同実施形態における同期引き込み制御に関する処理を示す図。 上記同期引き込み制御に関する処理の手順を示す流れ図。 上記同期引き込み制御における回転角度の推定開始処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…モータジェネレータ、２０…制御装置、２２…インバータ、６０…拡張誘起電圧オブザーバ、６４…同期引き込み制御部。

Claims (8)

1. 電力変換回路に接続される回転機を動力発生装置とする車両に適用され、
   前記回転機の回転速度を入力パラメータとして前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段と、
   前記回転機の回転中において前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記車両の駆動系の回転状態パラメータを入力として前記回転機の回転速度を推定する速度推定手段とを備え、
   前記回転角度推定手段は、前記操作の開始に伴い、前記速度推定手段の推定値を前記回転機の回転速度の初期値として用いることで前記回転角度の推定を開始することを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記車両には、車載内燃機関及び前記回転機が、これらの出力軸同士が互いに機械的に連結されて搭載されており、
   前記速度推定手段は、前記内燃機関の出力軸の回転角度を検出する検出手段の出力に基づき前記推定を行うことを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
3. 前記回転角度推定手段は、前記回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の値を算出する処理を行うものであって且つ、前記操作の開始に際し、前記角度相関量についての時間微分を含まないモデルを用いて前記角度相関量の初期値を設定する設定手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の制御装置。
4. 前記モデルは、前記電力変換回路によって前記回転機に印加される電圧を前記角度相関量に関係付けるものであることを特徴とする請求項３記載の回転機の制御装置。
5. 前記モデルは、前記電力変換回路によって前記回転機に印加される電圧、前記回転機を流れる電流及び前記回転機の回転速度を前記角度相関量に関係付けるものであり、
   前記回転角度推定手段は、前記操作の開始に伴い、前記速度推定手段の推定値を前記モデルにおける回転速度の初期値として用いて前記回転角度の推定を開始することを特徴とする請求項３又は４記載の回転機の制御装置。
6. 回転機の回転角度と相関を有する角度相関量についての以前の値を使用して現在の値を算出する処理を行うことで前記回転機の回転角度を推定する回転角度推定手段を備える回転機の制御装置において、
   前記回転角度推定手段は、前記回転機の回転中において前記回転機に接続される電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記角度相関量についての時間微分を含まないモデルを用いて前記角度相関量の初期値を設定する設定手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
7. 前記回転角度推定手段は、前記回転機を流れる電流及び前記角度相関量を状態変数とする状態方程式における前記角度相関量を推定対象とするオブザーバを備えて構成され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。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置と、
   前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システム。

Images