JP2007252138A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ信号で２基の三相電動機を駆動する場合、大電流スイッチングに伴う大きな電流パルスが発生し、平滑用コンデンサの負担が大きくなっていた。しかし、スイッチングのタイミングを互いにずらせる方法が提案されているがずらせる位相の自由度、あるいは回路規模の点で問題があった。本発明は出来るだけ簡単な回路規模で任意に位相調整を可能にする装置の実現を目的とした。
【解決手段】２基の電動機制御用の２組のＰＷＭ波形を生成する周期の等しい２キャリアの周期をクロックの数で計数し、一方のキャリアに対し所定の計数値だけ異なる位相差を設定し、この状態でキャリアの周期単位で計数値を積算し、所望の位相差となるように相互の位相関係をずらせる方法としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２基の電動機に対して、ＰＷＭ信号によりこれら電動機の駆動制御を行う装置に関し、特に、これら２基の電動機制御用ＰＷＭ信号を生成するための二つのキャリア間の位相差を調整可能とする電動機制御装置に関する。

直流電源からの電力で２基の三相電動機（以下、電動機と略記）をＰＷＭ信号により制御駆動する場合、直流電源側に設置されている供給電流の平滑用としてコンデンサが電源出力端子側とグランド側との間に接続されている。このコンデンサは電動機のＰＷＭ制御を行う際に発生するリップル電流成分の吸収も行う。このリップル電流は２基の電動機の駆動電流の和に比例するものであり、したがって、駆動電流が大きい動力用電動機の駆動においてはリップル電流も大きくなり、これに伴いコンデンサにおけるリップル耐量を大きくする必要があるため大容量コンデンサが必要となっていた。

この対策として、下記「特許文献１」においては、２基の電動機制御装置それぞれのＰＷＭ制御信号生成用キャリアの位相差を電動機駆動状態により切り換えることにより、直流電源側に設置されているコンデンサのリップル電流を低減する手段が開示されている。

すなわち、下記「特許文献１」においては、キャリア生成用として第一および第二の２基の電動機に対して、第一および第二の三角波発生器が設置されている。第二の三角波発生器は第一の三角波発生器と同期しており、かつ９０°の位相差を有している。ここで、これら２つの三角波発生器出力部に切替スイッチを設け、２基の電動機のうち一方が力行運転、他方が回生運転を行う場合は２つの三角波発生器からのキャリアの位相差を０°、すなわち、第１または第２何れか一方の三角波発生器を２基の電動機制御装置共通に使用する接続とする。また、両方の電動機が共に力行運転または回生運転を行う場合はキャリアの位相差を９０°、すなわち、一方の電動機に第一の三角波発生器により得られたキャリアを、他方の電動機に第二の三角波発生器により得られたキャリアを使用するように電動機の動作状態によりスイッチを切替える構成としている。

また、下記「特許文献２」では、２基の電動機を駆動制御する為に備えられた２基の電動機制御装置において、キャリアの位相差を任意に可変する手段が開示されている。この手段においては、２台の電動機を制御駆動するＰＷＭ信号を生成する２系統のＰＷＭタイマを用いて構成している。
この場合、ＣＰＵを１台用いて構成しようとすると、２系統の電動機駆動処理（以下、処理と略記する）を同時に行うことは出来ず、処理の割り込み優先順位が等しい場合、予め定められた割り込みのタイミングで先に来た方から処理が開始される。このため、後から来た方の処理は現在進行中の先着割り込みの処理終了後に開始しなければならない。すなわち、後着の割り込み処理を開始するためには、後着の処理を行うＰＷＭタイマのカウント値が先着処理に対してどれだけずれているかを知る必要がある。このため、先着割り込み処理の先頭のタイミングで後着の処理を行うＰＷＭタイマのカウント値を読み出し、そのカウント値とキャリア周期とから位相差を求め、これによりキャリア周期を可変調整する事で任意の位相差に制御することが出来る。ただし、この方法においてはＰＷＭタイマのカウント値の読み出しが可能な特殊なＣＰＵが必要である。
特開２００２−３００８００号公報 特開２００５−１６０１８５号公報

以上述べたように、２つの電動機のキャリアの位相を互いにずらせる従来公知の電動機制御装置では、以下のような問題点があった。

問題点１：前記「特許文献１」に記載の従来の電動機制御装置においては、第一の三角波発生器で発生させる三角波Ａに対し、第二の三角波発生器で発生させる三角波Ｂは９０°の位相差で同期しており、一方の電力変換装置では三角波Ａを使用するのに対し、他方の電力変換装置では電動機の動作状態によってＡまたはＢどちらの三角波を使用するかをスイッチを用いて切替えるという構成で、リップル電流の影響を低減する構成としていた。この構成においては、キャリアの位相差を０°と９０°にしか可変設定する事ができず、これ以外の任意の位相差に可変する事ができないという問題があった。

問題点２：１つのＣＰＵを用いて、２つのキャリアの位相差を任意に制御する場合、ＰＷＭタイマのカウント値とキャリア周期とから位相差を求めるという構成になっていたため、ＰＷＭタイマのカウント値の読み出し端子を有しない、すなわちＣＰＵ内蔵のＰＷＭタイマを構成しているレジスタにアクセスすることが出来ないＣＰＵを１台用いて電動機制御装置を構成すると、２つのキャリアの位相差を求める事ができない為、任意の位相差を制御する事ができないという問題があった。

すなわち、ＰＷＭタイマのカウント値を読み出すことができないＣＰＵを１系統のみ用いて２つのキャリアに対して任意の位相差を与えるためには、少なくとも２系統のＣＰＵを含む電動機制御系が必要となり構成規模が大きく複雑なものとなる問題があった。このため、本発明においては電動機制御系を任意の位相差に制御することを可能とした電動機制御装置の提供を目的とした。

上記目的を達成するために、本発明においては、ＰＷＭ信号により２基の電動機の駆動制御を行う装置において、一方のキャリアの周期を所定量変更し、他方のキャリアの周期は変更することなく、電動機制御信号の処理が実行されるキャリアの周期毎に周期設定値（カウント値）を積算する。これら積算した２つの周期の差が予め指定されている位相差に対応する値となったところで周期を所定量変更したキャリアの周期を変更前の状態に戻すことにより１系統のＣＰＵで所望の位相差を実現している。

本発明により、新規にＣＰＵ、あるいは信号処理回路を増設することなく、ＰＷＭタイマのカウント値を読み出すことが出来ないＣＰＵ１系統のみで、各電動機のキャリア信号の同期および任意の位相に可変することを可能にした。

本発明は例えば車両駆動用電動機と、発電用電動機との２電動機を有するハイブリッド式自動車等の２電動機を備えたシステムに好適なものであり、これら２電動機をそれぞれＰＷＭ制御する際に用いられる各キャリア間の位相調整の方法およびその位相調整装置の構成を以下実施の形態として図面に基づいて詳述する。
図１に２つの３相同期電動機Ａ１０４およびＢ１０５の電流フィードバック制御系ブロック図を示す。なお、２基の電動機（電動機Ａ１０４および電動機Ｂ１０５）の制御ブロックは互いに等しい構成を有している事から以下においては電動機Ａ１０４を車両駆動系としてこれを中心に説明する。また以下においては、電動機Ａ１０４の系統のパラメータについてはＡを、電動機Ｂ１０５の駆動系のパラメータはＢを付記する。図１において、駆動電流のＰＩ（比例積分）制御部１０１では、外部より指令されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊Ａとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊Ａ、および動作中の電動機Ａ１０４から３相２相変換部１０９を介してフィードバックされてきたｄ軸電流ＩｄＡとｑ軸電流ＩｑＡの各電流値により、電動機Ａ１０４を駆動するｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊Ａとｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊Ａとを算出する。

これらｄ軸およびｑ軸に関する電圧指令値ＶｄＡおよびＶｑＡは２相３相変換部１０２により３相電圧指令値（Ｖｕ＊Ａ，Ｖｖ＊Ａ，Ｖｗ＊Ａ）に変換される。一方、位相制御部１１０においては電動機Ａ１０４および電動機Ｂ１０５をＰＷＭ制御するための２つのキャリアをそれぞれ生成する部分を含むが、これら両キャリアは外部から位相差指令値入力手段１１５を介して入力された位相差指令値Ｄに基づく位相差を有している。これらキャリアはＰＷＭ制御部１０３において前記の３相電圧指令値（電動機Ａ用のＶｕ＊Ａ，Ｖｖ＊Ａ，Ｖｗ＊Ａ、および電動機Ｂ用のＶｕ＊Ｂ，Ｖｖ＊Ｂ，Ｖｗ＊Ｂ）によりＰＷＭ変調され、これによりＰＷＭ制御信号を形成し、それぞれ電動機Ａ１０４および電動機Ｂ１０５を駆動するＰＷＭ波形の電動機駆動電圧（ＶｕＡ，ＶｖＡ，ＶｗＡおよびＶｕＢ，ＶｖＢ，ＶｗＢ）に変換される。

これら電動機駆動電圧（ＶｕＡ，ＶｖＡ，ＶｗＡおよびＶｕＢ，ＶｖＢ，ＶｗＢ）は電力変換インバータ部１１１において電力変換され電動機駆動電流（ＩｕＡ，ＩｖＡ，ＩｗＡおよびＩｕＢ，ＩｖＢ，ＩｗＢ）としてそれぞれ電動機Ａ１０４、電動機Ｂ１０５に供給され各電動機を駆動する。ここで、各電動機Ａ１０４およびＢ１０５には回転角検出器Ａ１０６および回転角検出器Ｂ１０７がそれぞれ結合されており、これら回転角検出器から電動機回転子の回転角を検出し、これにより得られた回転角の瞬時値はθ演算部１０８で角度情報（θｒｅ’Ａ，θｒｅ’ＢおよびθｒｅＡ，θｒｅＢ）として演算され２相３相変換部１０２および３相２相変換部１０９において制御信号の相変換を行う際における制御信号間の同期関係の設定を行う。なお、ｒｅで示される角度θは電動機回転子の回転角度測定時点における回転角であり、ｒｅ’で示される角度はフィードバックされてくる所定の時間後の回転各の推定値である。

ＰＷＭ制御部１０３出力である電動機駆動電圧（ＶｕＡ，ＶｖＡ，ＶｗＡおよびＶｕＢ，ＶｖＢ，ＶｗＢ）は電動機駆動電流（ＩｕＡ，ＩｖＡ，ＩｗＡおよびＩｕＢ，ＩｖＢ，ＩｗＢ）に対応しており、これら電動機駆動電圧は電力変換を行うインバータ部１１１において電力変換され電動機駆動電圧に対応する電動機駆動電流に変換される。一方、電動機駆動電流値（ＩｕＡ，ＩｖＡ，ＩｗＡ）は電流センサ１１２により検出され、さらに図示しないがＡＤ変換器によりディジタル量に変換された後、３相２相変換部１０９により電動機のｄ軸電流／ｑ軸電流（ＩｄＡ，ＩｑＡおよびＩｄＢ，ＩｑＢ）に変換され、前記の電流ＰＩ制御部１０１にフィードバックされる。

以上説明した信号処理系で、インバータＡ１１１、電動機Ａ１０４，Ｂ１０５および回転角検出器１０６，１０７を除くこれら以外の信号処理系は全て単一のＣＰＵ１１３で構成することが出来る。

（実施の形態１）
本発明は、このような２つの３相電動機Ａ１０４およびＢ１０５を、ＰＷＭ制御する電動機制御装置に適用するもので、２基の電動機Ａ１０４およびＢ１０５をそれぞれＰＷＭ制御する為に設けた周期が等しい２つのキャリア（三角波）の位相差を任意の値に可変することが出来、さらにこれを単一のＣＰＵでの実現を可能とした装置を提供するものである。
図２はＰＷＭタイマ動作開始時からの様子を図示している。ここで、ＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢは位相制御部１１０内で電動機Ａ１０４およびＢ１０５の制御系それぞれに対応して設置されており、電動機Ａ１０４の制御系に用いるＰＷＭタイマをＰＷＭタイマＴＡ、電動機Ｂの制御系に用いるＰＷＭタイマをＰＷＭタイマＴＢと記す。ＰＷＭタイマＴＡおよびＰＷＭタイマＴＢにおいては、図示しないが例えばＣＰＵ付属のクロック発生器からのクロック信号をカウンタでカウントして、図示しないがＣＰＵ付属のレジスタ上に積算（カウントアップ）し、例えば予め定められた値に達したところで減算（カウントダウン）に移り、カウンタの内容が０になるまでカウントダウンを継続する。これを繰り返すことによりＰＷＭのキャリア波形となる三角波を形成している。図２においては、クロック周波数を２４ＭＨｚ、ＰＷＭタイマＴＡの出力波形、およびＰＷＭタイマＴＢの出力波形のキャリア周期を共に４００μｓｅｃに設定し、ＰＷＭタイマＴＡおよびＰＷＭタイマＴＢの周期設定積算値の初期値を４８００カウントに設定した場合である。なお、上記クロックはＣＰＵ内蔵のクロック発生器に限定するものではなく、クロック周波数がキャリア周波数に比べて十分に高いものであれば適用可能である。

図１に示した電動機制御系においては制御信号の処理（以下、処理と略記する）の開始時点を、図２に示すように２つのＰＷＭタイマの谷割り込みで処理Ａと処理Ｂの動作開始を行うとしている。なお、この動作開始を行う時点は谷割り込みに限定するものではない。すなわち、２つのＰＷＭタイマから得られるキャリアである三角波の波形上で、例えばキャリア波形の谷部等、互いに対応する同位相の位置であれば当該三角波上であれば何処でもよい。ここで処理Ａおよび処理Ｂはそれぞれ電動機Ａ１０４および電動機Ｂ１０５に対する駆動電流を含む制御信号処理に対応している。ＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値ＳＡ、ＰＷＭタイマＴＢの周期設定積算値ＳＢのカウント値はキャリア（三角波）１周期長、すなわち周期設定値ＮＰ（カウント値）をキャリア１周期毎に毎回加算して求めている。この周期設定値ＮＰ（カウント値）はＰＷＭタイマクロック周波数ｆｃとキャリア周期Ｔｃから下記（数１）式で求める事ができる。

ＮＰ＝ｆｃ×Ｔｃ／２ （数１）
周期設定積算値ＳＡおよびＳＢは、（数１）式で求めた周期設定値ＮＰと前回（着目する周期の１つ前の周期）の周期設定積算値ＮＳ（Ｐ−１）とから下記（数２）式で求める事ができる。

ＳＡ（またはＳＢ）＝ＮＳ（Ｐ−１）＋ＮＰ （数２）
ここで、前記のように、ＰＷＭタイマクロック周波数は２４ＭＨｚであり、キャリア周期は４００μｓｅｃであるから、（数１）式から周期設定値ＮＰはＰＷＭタイマを構成しているカウンタ出力で４８００カウントとなる。したがって、（数２）式から周期設定積算値ＳＡおよびＳＢは、図２に示すＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値ＳＡおよびＰＷＭタイマＴＢの周期設定積算値ＳＢ積算増加分は４８００カウントの倍数で与えられることになる。なお、本実施の形態１では単一ＣＰＵを用いているため処理Ａと処理Ｂとは同時に行うことは出来ず、図２のようにこれら処理Ａと処理Ｂとが重ならない位置で処理を行うことになる。

図３は、ＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢとが等しい周期Ｔで動作しており、ＰＷＭタイマＴＡに対してＰＷＭタイマＴＢが９０°遅れの位相差である状態を図示している。この図３を例に位相差δを算出する手順を説明する。図３において、同一時刻におけるＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値ＳＡとＰＷＭタイマＴＢの周期設定積算値ＳＢの差および前記の周期設定値ＮＰ（これらは何れもタイマでクロックを計数したカウント数）とから、両キャリアの谷の位置がキャリア周期に対してどれだけずれているかの割合を求め、それを角度に変換する事から位相差の角度δを求める。

すなわち、図３における位相差δは、処理ＡにおけるＰＷＭタイマＴＡの計数スタートとなる谷位置でのカウント値Ｍ（例えば図３においては１３２００カウントとしている）と、ＰＷＭタイマＴＡと同じスタート時刻から読みはじめた処理Ｂのスタート時刻におけるカウント値Ｎ（図３においては、ＰＷＭタイマＴＡよりも９０°の位相遅れ、すなわち処理Ｂはカウント数にして１２００カウント加算されたカウント値である１４４００カウントからスタート）との差と、キャリア周期設定値、すなわち（数１）式で求められた周期設定値ＮＰとから下記（数３）式より求める事ができる。

位相差δ＝｛（Ｎ−Ｍ）／ＮＰ｝×３６０° （数３）
ここで、位相可変制御を行うプロセスについて説明する。すなわち、ＰＷＭタイマＴＡに対しＰＷＭタイマＴＢの位相差δが０°の状態から９０°遅れの状態に変更する様子を図４および図５に示す。図４においては、図１の位相制御部１１０においてＰＷＭタイマＴＡのキャリア周期のみを変更することにより、両ＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢ間の位相差δを０°から９０°に変更する様子を示している。

図４において、縦２本線マークを付した間隔で示した周期ＴにＰＷＭタイマＴＡの周期計測の最小単位α（例えば、クロック１カウント分）を加え、四角マークを付した間隔である周期（Ｔ＋α）を位相差形成用周期とする。図４において左端のキャリアの開始時点でのＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値ＳＡを９６００としている。この第１番目キャリア波形（Ａ）の周期は４８００であり、第２番目のキャリア波形（Ｂ）以後の周期すなわち位相差形成用周期は４８０１である。この周期において図６のフロー図に示す以下の一連の処理が実行される。

先ず、装置全体の電源が投入されたところからスタートし（ＳＴＡＲＴ）、本実施の形態１では谷割り込みで処理が開始されるとしているから、キャリアの谷の部分が来た所で処理がスタートする（ステップＳ６０１）。スタート直後に先ず以後の処理の初期条件となる周期設定積算値を算出する。図４の例ではＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢの周期設定積算値の初期値は共に９６００カウントとしている。

次に、処理中フラグが“０”であるか否かを判定する（ステップＳ６０２）。ここで、処理中フラグとは「キャリア同期処理中フラグ」と称すべきもので、両キャリアの位相差を位相差指令値に設定変更する処理が実行中であることを示すフラグで、このフラグが“１”であることは、位相差設定変更の処理が実行中であることを示すものである。

処理中フラグが“１”の場合は（ステップＳ６０２−ＮＯ）、位相差設定変更処理が現在実行中であるからステップＳ６０８に進み、現在における算出された位相差と位相差指令値とを比較し、位相差指令値に達していなければ（ステップＳ６０８−ＮＯ）処理中フラグに“１”を立てた（ステップＳ６０９）後、当該時点での電動機の電流制御を行うための電流演算処理を行い（ステップＳ６１２）、当該周期（周期Ａ）における処理を終え、次の谷割り込みが来るのを待つためスタート点に戻る（ＲＥＴＵＲＮ→ステップＳ６０１）。

図６で処理中フラグが“０”の場合は（ステップＳ６０２−ＹＥＳ）、位相差設定変更処理が実行されていない状態であるから、ステップＳ６０３に進みＰＷＭタイマＴＡまたはＴＢの何れを基準として位相測定を行うかを指定する。以上の準備動作を終えたところで目標とする位相差の指令値Ｄを図１における位相差入力手段１１５を介して読み込む（ステップＳ６０４）。この位相差指令値Ｄの読み込みを実行したところでＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢの周期が等しいか否かを判定する。

上記周期が等しくなければ（ステップＳ６０５−ＮＯ）位相差調整処理は実行不能であるから、現状の条件で電動機を駆動するための電流演算処理を行い（ステップＳ６１２）、次の谷割り込みが来るのを待つ（ＲＥＴＵＲＮ→ステップＳ６０１）。ＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢの周期が等しい場合（ステップＳ６０５−ＹＥＳ）は、ステップＳ６０６に進み、ＰＷＭタイマＴＢを基準にする場合はＰＷＭタイマＴＡの周期を（Ｔ＋α）に設定する（ステップＳ６０６）。なお、この設定された周期（Ｔ＋α）は算出位相差が位相差指令値に達するまで保持される（ステップＳ６１０）。したがって、ＰＷＭタイマＴＡおよびＰＷＭタイマＴＢ間の位相差は１周期毎の位相差形成用周期の積算でαづつ増加することになる。

次に位相差演算を実行し（ステップＳ６０７）、これにより得られた算出位相差と位相差指令値Ｄとが一致するか否かを判定する。一致しない場合は（ステップＳ６０８−ＮＯ）さらに位相差指令値に近づけるための演算を継続する必要があり、処理中フラグを“１”として（ステップＳ６０９）、電動機駆動電流値を算出する演算処理を行い（ステップＳ６１２）、次の割り込み処理を行うためＰＷＭタイマ出力波形の谷が来るのを開始点で待つ（ＲＥＴＵＲＮ→ステップＳ６０１）。

上記の算出位相差と位相差指令値Ｄとが一致する場合は（ステップＳ６０８−ＹＥＳ）、これ以上この一致判定を行う必要は無いため処理中フラグは“０”にクリアし（ステップＳ６１０）、ＰＷＭタイマＴＡの周期を現在の（Ｔ＋α）からＰＷＭタイマＴＢと同じＴに戻す（ステップＳ６１１）。これら各処理を実行した後、電動機駆動の電流値設定のための演算を行い次の割り込み処理を行うためのＰＷＡタイマの谷が来るのを待つ（ステップＳ６１２）。以上（ＳＴＡＲＴ）から（ＲＥＴＵＲＮ）までの一連の処理が各周期毎に繰り返されて位相差設定値の変更が行われる。

以上のフロー図による説明においてはＰＷＭタイマＴＡの周期を可変にし、ＰＷＭタイマＴＢを固定した場合について説明したが、ＰＷＭタイマＢを可変しても同じ要領で行うことが出来る。さらにはＰＷＭタイマＴＡを大きく可変してＰＷＭタイマＴＢを小さく可変したり、あるいは逆にＰＷＭタイマＴＡを小さく可変してＰＷＭタイマＴＢを大きく可変したりすることにより位相を変更する時間を短くすることも可能である。また、２つのキャリア周期が等しい場合に限らず、一方の周期に対し他方の周期が整数倍である場合、各キャリアの谷が重なる点を位相差０°としてキャリア周期の小さい方を基準に位相可変を行っても良い。

本実施の形態１による手順の導入により、新規にＣＰＵを増設したり、信号処理回路を追加設置したりすること無く、また、ＰＷＭタイマのカウント値を読み出すことが出来ないＣＰＵに対しても、単一のＣＰＵのみの使用で各電動機の制御信号となる２キャリアの同期および任意位相差への可変を実現することが出来るようになる。

（実施の形態２）
実施の形態１で述べた各キャリア周期の設定値ＮＰを電動機Ａ１０４およびＢ１０５の処理の実行毎に加算し、それぞれの加算値の差から位相差を算出する場合、例えば両ＰＷＭタイマ間のスタート時におけるタイミングのずれ等で、実際の割り込みタイミングにおける位相差（以下、実位相差と略記する）と、上記（数１）式および（数２）式により得られた周期設定値の積算による算出位相差との間に誤差が生じたとしても検知不能であり、そのずれた状態のまま以後の制御を行う様になっていたが、本実施の形態２においてはこのずれを補正する手順について説明する。

図７に２つのＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢの動作開始タイミングが何らかの原因でずれて初期位相誤差が生じている場合を図示する。図７においてはこの初期位相誤差として例えば３°の誤差を生じたとしており、また、ＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢとは等しい周期Ｔで動作している場合を示す。この様な状態の時、（数３）式で求める計算上の位相差δは０°であり、実際は３°の初期位相誤差があるにも拘わらず計算処理上では位相差がないことになり、正確な位相差に制御する事ができないことになるためこれを補正する必要がある。

図８はＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢの位相差が０°である状態を図示している。１つのＣＰＵで２基の電動機ＡおよびＢを制御する信号の処理を行う場合、これら２つの処理の割り込み優先順位が等しく設定されている場合は同時に実行することができない為、電動機Ａ用の処理Ａが先に実行され、続いて処理Ｂが実行される直列処理を行う場合の例を示している。この場合、処理Ａと処理Ｂそれぞれの処理開始の間隔を計測するためにフリーランタイマＦＴを設置する。フリーランタイマＦＴは最初０カウントからカウントアップし、所定の値に達すると０にリセットし、また同じ所定の値までカウントアップを繰り返すのこぎり波発生の構成としている。

図８においては、直列処理により処理Ｂ開始のタイミングが実際の処理開始の割り込みが行われたタイミングよりも「遅れ」の分だけ遅いタイミングのフリーランタイマＦＴの値を取り込むことになることを示している。このため、位相差が正しく算出できない。すなわち、両ＰＷＭタイマのキャリア間の位相差が０°に近く、直列処理を行わない場合に処理Ａおよび処理Ｂが重なるような領域付近である場合、「遅れ」（カウント値Ｖ−カウント値Ｕ）の分だけフリーランタイマＦＴを使用して位相差を正確に求める事ができず、図７の場合のような初期位相誤差（本実施の形態２では３°）がある場合これを見逃してしまい、正確な位相差が求められない場合がある。以上の事からキャリア周期の周期設定積算値の補正は、両電動機の制御信号の処理が重ならない位相差にする必要があることが分かる。

この補正処理を行うための補正値Ｃを求める方法を図９、図１０に示す。
図９は、ＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢの動作開始直後に補正演算を行う様にする方法を示している。いま、例えば、両ＰＷＭタイマの初期設定においてＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢとの位相差が、ＰＷＭタイマ動作開始時点で周期Ｔを設定し、次の周期で計算上位相差が９０°となる様に、周期Ｔに係数Ｇ（図９においてはＧ＝１．７５、すなわち動作開始最初のキャリア周期は１．７５Ｔとなる）を乗ずる（図９で丸印を付した間隔）。これにより、ＰＷＭタイマＴＡ動作開始時の周期設定積算値ＳＡの初期値を例えば、本実施の形態における例の場合、キャリアの１周期に等しい４８００カウントとすれば、周期１．７５Ｔは８４００カウントに相当するから、この最初の１周期終了時におけるＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値は１３２００カウントとなる。このＰＷＭタイマＴＡにおいて最初のキャリア１周期が終了した時点（ＰＷＭタイマＴＡにおいて１３２００カウント）から以後のＰＷＭタイマＴＡのキャリア周期をＰＷＭタイマＴＢの周期Ｔ（縦二本線マークを付した間隔）と等しい値に戻し、（数３）式で求める計算値位相差δが９０°の状態で同期させて補正値を求める。

図１０は図９の続きで、図９におけるＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値ＳＡが１３２００カウントの時点と、図１０におけるＰＷＭタイマＴＡの周期設定積算値が１３２００カウントとは同一時刻を示している。もし、ＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢとが位相差０°で動作開始しておれば、ＰＷＭタイマＴＡの最初の１周期を１．７５ＴとすることでフリーランタイマＦＴで計測した実位相差も９０°相当のカウント値となる筈である。しかし本実施の形態では図９に示したように動作開始の時点ですでに３°の初期位相のずれが存在するため、図１０（図９においても同じ）において処理Ａ１および処理Ｂ１の位相差は計算上では９０°となるが、フリーランタイマＦＴによる実測結果は９３°となる。

電動機Ａ１０４と電動機Ｂ１０５の正味の位相差を求める為に、それぞれのＰＷＭタイマの谷割り込みでそれぞれの処理がスタートするようにし、そのタイミングにおけるフリーランタイマＦＴの値を取り込む。なお、フリーランタイマＦＴは両ＰＷＭタイマＴＡおよびＴＢが共通に使用するものであり、且つそのクロックはいずれのＰＷＭタイマに対しても独立に動作させることも可能である。図１０において、ＰＷＭタイマＴＡのキャリア周期が１．７５Ｔの部分が終了したタイミング（ＰＷＭタイマＴＡで１３２００カウント）でのフリーランタイマＦＴのカウント値をＭ０、この時点を起点とした周期Ｔ終了時点でのフリーランタイマＦＴのカウント値をＭ１、ＰＷＭタイマＴＢの処理Ｂ１の開始時点におけるフリーランタイマＦＴのカウント値をＮ１とし、電動機Ａ１０４およびＢ１０５の処理開始のタイミングで取り込んだフリーランタイマ値の差（カウント値Ｎ１−カウント値Ｍ１）と、キャリア１周期分のフリーランタイマ値（カウント値Ｍ１−カウント値Ｍ０）とから、各キャリアの谷がキャリア周期に対してどれだけずれているかの割合を求め、それを角度に変換する事から実位相差を求める。

すなわち、図１０において、処理Ａ０のタイミング（ＰＷＭタイマＴＡ１３２００カウント）で取り込むフリーランタイマＦＴのカウント値Ｍ０と、処理Ａ１で取り込むフリーランタイマＦＴのカウント値Ｍ１と、処理Ｂ１で取り込むフリーランタイマＦＴのカウント値Ｎ１とから、実位相差δ’は下記（数４）式で求める事ができる。

δ’＝｛（Ｎ１−Ｍ１）／（Ｍ１−Ｍ０）｝×３６０° （数４）
ＰＷＭタイマ周期設定積算値に対する補正値は、（数３）式で求めた初期誤差分を含まない位相差、すなわち位相差指令値Ｄとして与えられた所望の位相差δと（数４）式で求めた実位相差δ’との差と、キャリア１周期Ｔに対応するカウント値であるカウント値Ｍ１とカウント値Ｍ０との差から、補正値Ｃは下記（数５）式により求める事ができる。

Ｃ＝｛（δ’−δ）／３６０°｝×（Ｍ１−Ｍ０） （数５）
ＰＷＭタイマ周期設定積算値の補正は、ＰＷＭタイマＢ周期設定積算値ＳＢと（数５）式で求めた補正値Ｃとから、下記（数６）式により実行することができる。

補正後ＰＷＭタイマＢ周期設定積算値
＝ＰＷＭタイマＢ周期設定積算値ＳＢ＋補正値Ｃ （式６）
以上の補正を行った後、この補正値から出発して以後の周期設定積算処理を継続すれば、２つのキャリア間の正確な位相差を維持することが出来るようになる。本実施の形態２では２基の電動機を制御する処理が重なる場合の動作を開始させる時に補正する手順について述べたが、電動機Ａ１０４およびＢ１０５に対する２つの処理が重なる位相差０°付近以外の場合においても、本補正の手順によって随時補正演算を行う事も当然可能である。また、ＣＰＵ１１３においてＰＷＭタイマのカウント値を読み出す事ができる場合は、フリーランタイマＦＴのカウント値ではなく、ＰＷＭタイマのカウント値をそのまま用いて補正を行う事も可能である。

以上、本実施の形態２によりフリーランタイマによる実測値に基づきＰＷＭタイマのキャリア周期積算値を補正することで、各ＰＷＭタイマの動作開始のタイミング不一致による初期位相誤差のずれを補正し、正確な位相差に制御することが可能となる。

なお、本実施の形態２においても実施の形態１と同様にＰＷＭタイマＴＡとＰＷＭタイマＴＢとの何れを可変してもよく、その他適宜変更可能である。

なお、以上の各実施の形態においては電動機を２台とした例について説明したが、これは２台以上複数台の電動機制御系にも拡張し得るものである。この場合、基準となるキャリアの周期に対して他のキャリアは位相差形成用の周期を所望の位相差が得られるまで継続しなければならない。

２つの３相同期電動機をＰＷＭ制御する電流フィードバック制御系のブロック図。 周期の等しい２つのキャリアを用いたＰＷＭ制御の基本動作を説明する波形図。 キャリアの一方が９０°の位相遅れがある場合の動作を説明する波形図。 キャリアが同位相から９０°まで位相差を広げる過程の開始部分を説明する波形図。 キャリアが同位相から９０°まで位相差を広げる過程の終了部分を説明する波形図。 上記図４〜５の処理過程を説明するフロー図。 キャリアの一方に初期位相誤差が存在する場合を説明する波形図。 １つのＣＰＵを用いて２キャリアによる電動機制御の基本動作を説明する波形図。 一方のキャリアに初期位相誤差がある場合の誤差吸収を行い位相可変を行う方法を説明する波形図。 図９の位相可変が完了し２キャリアが同期状態になる過程を説明する波形図。

符号の説明

１０１：ＰＩ制御部 １０２：２相３相変換部
１０３：ＰＷＭ制御部 １０４：電動機Ａ
１０５：電動機Ｂ １０６、１０７：回転角検出器
１０８：θ演算部 １０９：３相２相変換部
１１０：位相制御部 １１１：電力変換インバータ部
１１２：電流センサ １１３：ＣＰＵ

Claims (2)

1. ２基の電動機をＰＷＭ信号により制御駆動する電動機制御装置において、
   該２基の電動機のＰＷＭ制御用として第１および第２の２つのキャリアの周期をクロックのカウント値として設定し、
   該２つのキャリアにおいて当初の周期は同一で、且つ互いに同期しており、
   前記第２のキャリア周期と同一の第１のキャリアの周期のカウント値に対して予め定められた時間幅に対応したカウント値を付加して位相差形成用周期設定値をカウント値として求め、
   前記２つのキャリア間に指令値として与えられた所定の位相差を設定するに際し、前記第２のキャリアの周期毎に、前記周期設定値を積算して第２のキャリアに対する周期設定積算値とし、
   前記第１のキャリアに関しては、当該第１のキャリアの周期毎に前記位相差形成用周期設定値を積算し、
   同一回数における前記周期設定値の積算値と、前記位相差形成用周期設定値の積算値との差から前記２つのキャリアの位相差を算出し、
   前記位相差の値が前記指令値として与えられた所定の位相差に対応するカウント値となった次の周期から前記第１のキャリアにおける前記位相差形成用周期をもとの周期、すなわち第２のキャリアと同じ周期に戻すことにより、第１のキャリアと第２のキャリア間に任意の位相差に設定することを特徴とする電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の２電動機構成の電動機制御装置において、
   前記第１および第２の２つのキャリアを生成する第１および第２の２つのＰＷＭタイマを有し、
   該２つのＰＷＭタイマが共通に使用するフリーランタイマを設置し、
   前記第１のＰＷＭタイマが動作開始すなわち前記第１の電動機制御信号の処理を開始した第１周期目においては、前記第１のキャリアの周期に前記指令値として与えられた所望の位相差を形成させる所定の係数を乗算し、該１周期目に続く第２周期目以後においては前記係数を乗算した周期を乗算前における前記第１のキャリアの周期に戻すことにより、前記２つのキャリア間の位相差が、前記第２のキャリアが有する初期位相誤差を含む実位相差において前記指令値として与えられた所望の位相差になるようにし、
   前記第２のＰＷＭタイマに対応する前記第２のキャリアの周期は前記当初の周期を維持し、
   前記指令値として与えられた角度表示された所望の位相差をδ、前記初期位相誤差を含む角度表示された実位相差をδ’とし、前記２つのキャリアにおける前記当初の１周期の長さをＴＣとして下記数式により前記初期位相誤差を含む第２のキャリアのカウント値に対する補正値Ｃを下式により求め、
   Ｃ＝｛（δ’−δ）／３６０°｝×ＴＣ
   該補正値Ｃを前記第２のキャリアの周期毎に積算される周期設定積算値に加算することにより第２のＰＷＭタイマの周期設定積算値を補正することを特徴とする電動機制御装置。

Images