JP2009100588A - 電動機制御装置および電動機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替え時にトルク振動の発生を防止可能な電動機制御装置を提供する。
【解決手段】矩形波制御モードへの切り替え後の最初の周期であった場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、算出された制御周期が矩形波制御モードの最短周期よりも短い場合で（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、かつ、今回のスイッチングタイミングとあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの誤差がＰＷＭ制御周期の（１／２）よりも大きい場合には（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、矩形波制御モードへの切替を待機して、制御周期として前回のＰＷＭ制御周期を設定し（ステップＳ１０７）、ＰＷＭ制御モードの演算を行う。一方、前述の各条件以外の場合（ステップＳ１０４のＮＯ、ステップＳ１０５のＮＯまたはステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０２で算出した制御周期を設定し、矩形波制御モードの演算を行う（ステップＳ１０９）。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動機制御装置および電動機制御方法に関する。

特許文献１の特開２０００−５０６８６号公報「交流電動機の駆動制御装置」には、交流電動機（モータ）を駆動制御する装置として、擬似矩形波電圧と矩形波電圧との双方を交流電動機（モータ）に選択的に印加することができる交流電動機の駆動制御装置において、擬似矩形波電圧と矩形波電圧とのいずれかを選択して切り替える際に、電流の急変によるトルクショックの発生を抑えて、擬似矩形波電圧と矩形波電圧との間の切り替えを滑らかに行うという技術が提案されている。

つまり、該特許文献１においては、第一振幅を有する擬似矩形波電圧をモータに印加する駆動制御モード（ＰＷＭ制御モード）と、第二振幅を有する矩形波電圧をモータに印加する駆動制御モード（矩形波制御モード）との双方の駆動制御手段を備えている。そして、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える場合、ＰＷＭ制御モード用の第一振幅から矩形波制御モード用の第二振幅に至るまでの間、ＰＷＭ電圧振幅・位相制御によって、電圧振幅を漸次増加させるとともに、出力トルクが連続的に変化するように（または、一定に保つように）、電圧位相を推移させることによって、電流振動（トルクショック）を低減させることができるものとしている。
特開２０００−５０６８６号公報

前記特許文献１に記載のような従来の電動機制御装置（モータ制御装置）においては、前述のように、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える場合、ＰＷＭ電圧振幅・位相制御によって、第一振幅から第二振幅まで電圧振幅を漸次増加させて、擬似矩形波電圧を時間的にＰＷＭ周期に量子化された電圧へと漸次変化させることによって、電気角θの如何に関わらず、電圧振幅があらかじめ定めた所定電圧よりも大きくなったことを判断して、矩形波制御モードへ切り替えるという構成になっていた。

このため、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替わった際に、切り替わった矩形波制御モードの初回周期における実際の今回のスイッチングタイミング（切り替えタイミング）が、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに対して、位相進み（最大でＰＷＭ制御周期分に相当する位相進み）の誤差が発生するという場合が生じてしまう。当該位相進みの誤差は、擬似矩形波電圧における通常の誤差以上となることがあるため、電流振動つまり電動機のトルク振動が発生するという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際に、トルク振動の発生を防止可能な電動機制御装置および電動機制御方法を提案することを、その目的としている。

本発明は、前述の課題を解決するために、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際に、矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、あらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わると判定される場合、矩形波制御モードへの切り替えを位相が一致するかあるいは位相遅れの状態で切り替えることができるタイミングまで待ち合わせることを特徴としている。

本発明の電動機制御装置および電動機制御方法によれば、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際に、矩形波制御モードへの切り替えタイミングを、必ず、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングと一致するかあるいは理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた該スイッチングタイミングよりも位相遅れとなるように制御しているので、電流振動つまり電動機のトルク振動を低減することが可能になるという効果を奏することができる。

以下に、本発明による電動機制御装置および電動機制御方法の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（電動機制御装置の構成例）
図１に、電動機例えば３相同期モータを駆動制御する本発明の電動機制御装置の制御ブロックについてその構成の一例を示す。図１に示すように、本発明の一実施形態を示す電動機制御装置１０は、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとを選択的に切り替えて、モータ（３相同期モータ）２０を駆動制御する制御装置である。

図１の電動機制御装置１０は、電流制御演算部１１、電圧振幅制御演算部１２、矩形波制御切替制御部１３、矩形波制御演算部１４、ＰＷＭ化部１５、電圧振幅判定部１６、制御切替部１７、回転角検出部１８、電気角演算部１９を少なくとも含んで構成されている。

つまり、図１の電動機制御装置１０は、前記特許文献１に記載された従来の電動機制御装置に比し、本発明の特有の制御ブロックとして、矩形波制御切替演算部１３と、制御切替部１７へモータ２０の電気角（θ_ｒｅ）を出力する出力端子を有する電気角演算部１９とを、少なくとも追加して備えている。また、必要とするトルク出力として外部から指示されるトルク指令値ＴＲＱ^＊に該当するＰＷＭ制御モード用の電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊に変換するための電流指令値変換テーブル３１、トルク指令値ＴＲＱ^＊に該当する矩形波制御モード用の電圧位相指令値α^＊に変換するための電圧位相変換テーブル３２を有している。

かくのごとき構成を採用することにより、例えば、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替えを行う際に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などからなるスイッチング素子のスイッチングタイミングにおける誤差を低減することを可能とし、而して、電流振動つまりモータ２０のトルク振動の発生を低減することを可能としている。なお、以下の本実施形態の説明においては、電動機制御装置１０を構成するスイッチング素子として、ＩＧＢＴを用いている場合を例にとって説明する。

一般に、モータ２０の制御には、低回転領域においても滑らかな回転駆動が得られる擬似矩形波電圧により駆動制御を行うＰＷＭ制御モードが用いられている。ＰＷＭ制御モードは、目標とするトルク目標値ＴＲＱ^＊に基づいて演算されて、モータ２０に印加される交流電圧を、基準となるキャリア周期（ＰＷＭ制御周期）を有する三角波電圧と比較して、その大小関係により、パルス幅を決定したＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルの擬似矩形波電圧を、第一振幅としてあらかじめ定めた電圧レベルで出力するものである。これにより、基準となるキャリア周期の電圧（第一振幅の電圧）に応じたパルス幅の擬似矩形波電圧を出力することになる。

しかし、ＰＷＭ制御モードの擬似矩形波電圧の場合、電圧利用効率に限界があるため、高回転領域においては、電圧利用効率が良好な矩形波電圧をモータ２０に印加する矩形波制御モードを用いることとし、ＰＭＷ制御モードと矩形波制御モードとを選択的に切り替えて使用するように構成している。

次に、図１に示す電動機制御装置１０の各制御ブロックについて説明する。図示していない電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）からのトルク指令値ＴＲＱ^＊に基づいて、電流指令値テーブル３１を参照することにより、ＰＷＭ制御モード用としてのｄ軸、ｑ軸の電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊を生成する。また、トルク指令値ＴＲＱ^＊に基づいて、電圧位相変換テーブル３２を参照することにより、矩形波制御モード用としての電圧位相を示す電圧位相指令値α^＊を生成する。

生成された電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊は、電流制御演算部１１に入力されて、比例積分制御により、電圧指令値として、正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換される。ここで、電流制御演算部１１には、電気角演算部１９によって算出されたモータ２０の電気角θ_ｒｅ、θ_ｒｅ′と、図示していない電流センサによって検知されたモータ２０に対する現在の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとがフィードバックされている。

電流制御演算部１１にて生成された正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊は、ＰＷＭ化部１５に入力されて、あらかじめ設定されている三角波と比較されて、トルク指令値ＴＲＱ^＊に相当するデューティを有する擬似矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊として出力され、制御切替部１７と矩形波制御切替制御部１３とに出力される。

一方、矩形波制御演算部１４においては、電気位相変換テーブル３２により変換された電圧位相指令値α^＊に基づいて、トルク指令値ＴＲＱ^＊に相当する電圧振幅と電圧位相とを有する矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊が生成されて、制御切替部１７に出力される。ここで、矩形波制御演算部１４には、電気角演算部１９によって算出されたモータ２０の電気角θ_ｒｅがフィードバックされている。

制御切替部１７においては、電圧振幅判定部１６から出力される電圧振幅の判定結果と、電気角演算部１９からの電気角θ_ｒｅとに基づいて、ＰＷＭ化部１５からの擬似矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊と矩形波制御演算部１４からの矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊と後述する矩形波制御切替部１３からの擬似矩形波電圧または矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊のいずれかを選択して、モータ２０に対して出力する。なお、モータ２０の電気角θ_ｒｅ、θ_ｒｅ′は、回転角検出部１８においてリアルタイムに検出された回転角度が、電気角演算部１９にて、演算に用いるための電気角（ラジアン）として算出されて、制御切替部１７と電流制御演算部１１と矩形波制御演算部１４とに出力されている。

ここで、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとの切替を行う際の電流振動（つまりモータ２０におけるトルクショック）の発生を防止し、滑らかな切替を可能とするために、電圧振幅制御演算部１２、矩形波制御切替演算部１３とが用意されている。電圧振幅制御演算部１２においては、例えばＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードに切り替わろうとする際に、その時点で電流制御演算部１１にて生成されている正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊の振幅（第一振幅）を引き継いで出力すると同時に、電気位相変換テーブル３２により変換された電圧位相指令値α^＊に基づいて、電圧振幅を漸次増加させて、正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊としてＰＷＭ化部１５に出力する。また、電圧振幅制御演算部１２の出力である正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊の振幅Ｖａは、電圧振幅判定部１６に供給され、矩形波電圧用の振幅としてあらかじめ定めた電圧振幅閾値Ｖｄｃと比較され、その比較結果は、電圧振幅の判定結果として、制御切替部１７に出力され、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切替タイミングが決定される。

なお、電圧振幅制御演算部１２においては、逆に、矩形波制御モードからＰＷＭ制御モードに切り替わろうとする際には、その時点で矩形波制御演算部１４にて生成されている矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊の基本波の振幅（第二振幅）を引き継いで出力すると同時に、該基本波の電圧振幅を漸次減少させる動作を行う。

また、矩形波制御切替演算部１３においては、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替えを行おうとする際に、矩形波制御モードへ切り替えようとする切り替えタイミングが切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングに対して進み位相で切り替わる状態になると判定された場合には、電圧振幅制御演算部１２の動作を停止させるとともに、矩形波制御モードへの切り替えを、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングと一致するかあるいは位相遅れの状態になるまで待ち合わせる制御を行う。

つまり、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替わろうとする際に、その時点で、矩形波制御モードへの実際の切り替えタイミングと理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた次回のスイッチングタイミングとの間の時間差を算出し、矩形波制御モードへの実際の切り替えタイミングから理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた次回のスイッチングタイミングまでの矩形波制御モードの初回周期が、矩形波制御モードの最短の制御周期よりも短い場合、矩形波制御モードへの実際の切り替えタイミングと切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの間の誤差が、ＰＷＭ制御周期の（１／２）を超えていた場合には、矩形波電圧に位相進みが発生し、電流振動が生じるものと判定して、矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせる。

あるいは、矩形波制御モードへの切り替えタイミングと切替後の最初のスイッチングタイミングとの間にＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期を出力することができないと判定される場合には、矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わるものと判定して、矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせる。

そして、矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせている間は、ＰＷＭ制御モードによる制御をそのまま継続するか、あるいは、ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期を用いて、矩形波制御モードの演算を行うように制御する。

あるいは、矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせている間は、矩形波制御モードの最短周期以上で、かつ、ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期以下の制御周期を設定し、その間の制御電圧を前回の電圧設定レベルつまりＰＷＭ制御モードの制御電圧レベルをそのまま維持して、矩形波制御モードの演算を行うように制御する。

矩形波制御切替演算部１３における制御の一例として、例えば、矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせている間は、ＰＷＭ制御モードによる制御をそのまま継続するように動作させる場合には、電流制御演算部１１からの正弦波電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に基づいてＰＷＭ化部１５にて生成されている擬似矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊をそのまま引き継いで、出力するものとし、切り替えタイミングが、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングと位相が一致するか、あるいは、位相遅れの状態になるまで、つまり、ＰＷＭ制御周期に時間的に量子化された擬似矩形波電圧で制御する際に発生するスイッチングタイミング誤差と同等の状態になるまで、矩形波制御モードの演算を行わずに、ＰＷＭ制御モードとしての動作を行わせる。

（電動機制御装置の動作例）
次に、図１に示す電動機制御装置１０の動作の一例として、例えば、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える動作について説明する。ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える直前の時点におけるＰＷＭ制御モードの擬似矩形波電圧波形の様子を図２に示す。図２には、ＰＷＭ制御周期に対する擬似矩形波電圧Ｄｕ^＊，Ｄｖ^＊，Ｄｗ^＊の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧波形を示している。ここで、ＰＷＭ制御周期とは、ＰＷＭ変調を行うための搬送波の周期（つまりキャリア周期）を示しており、符号ｔ１，ｔ２，…は、理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングの時刻を示している。

矩形波制御モードへ切り替える直前におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の出力電圧信号は、図２に示すように、過変調となって、時間的に、ＰＷＭ制御周期に量子化された電圧（以降、擬似矩形波電圧と記載）として出力しているものの、ＰＷＭ制御周期と理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングとは完全には同期していないため、±｛ＰＷＭ制御周期の（１／２）｝分の範囲内の位相ずれ（位相進みまたは位相遅れ）が、常時、発生している。

つまり、Ｕ相出力電圧信号Ｄｕ^＊は、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングとしては、時刻ｔ１にてオンに切り替わり、時刻ｔ４にてオフに切り替わるべき信号であるが、ＰＷＭ制御周期にて量子化されて、それぞれのタイミングよりも前の位相進みとなるタイミングにおいてオン、オフが切り替わっている。

また、Ｖ相出力電圧信号Ｄｖ^＊は、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングとしては、時刻ｔ３にてオンに切り替わるべき信号であるが、ＰＷＭ制御周期にて量子化されて、時刻ｔ３のタイミングよりも後ろの位相遅れとなるタイミングにおいてオンに切り替わっている。

また、Ｗ相出力電圧信号Ｄｗ^＊は、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングとしては、時刻ｔ２にてオフに切り替わり、時刻ｔ５にてオンに切り替わるべき信号であるが、ＰＷＭ制御周期にて量子化されて、時刻ｔ２のタイミングよりも前の位相進みとなるタイミングにおいてオフに切り替わり、時刻ｔ５のタイミングよりも後ろの位相遅れとなるタイミングにおいてオンに切り替わっている。

次に、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際の制御方法について説明する。本発明においては、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替えタイミングの時点において、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの差を検出して、切り替えた矩形波制御モードの初回の周期については、図３に示すように、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに合わせるように、初回周期を設定して、理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングと同期したスイッチング動作を実現している。

図３は、本発明の電動機制御装置におけるＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切替制御方法の第１番目の例を説明する説明図であり、図１の矩形波制御切替演算部１３の演算結果に基づいて、例えば電圧振幅制御演算部１２の動作を起動させて切り替えている場合の一例を示している。図３においては、Ｕ相の出力電圧信号について、実際のスイッチングタイミングが、矩形波制御モードに切り替わる初回周期が矩形波制御モードの最短の周期以上である場合、あるいは、最短の周期未満であっても、実際のスイッチングタイミングと切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの間の誤差が、±｛ＰＷＭ制御周期の（１／２）｝の範囲内の位相ずれに収まっている場合を示している。

このような場合には、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際に、実際のスイッチングタイミング（切り替えタイミング）を、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと一致させるように、あるいは、位相遅れの状態に設定させることができる。

次に、矩形波制御切替演算部１３において、図３に示すような切り替え動作を行うために実施される初回周期に関する演算について、つまり、矩形波制御モードの初回周期における実際の今回のスイッチングタイミングを切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと一致させるための切替制御方法について、さらに説明する。ここで、モータ２０の回転数がＮであり、極対数がｐであるものとする。

切り替えようとしている矩形波制御モードにおける初回周期を算出する演算において、まず、電気角１周期の（１／６）周期で同期する理想的な矩形波制御周期t_nextを、次の式（１）によって算出する。

ここで、ω：電気角速度
次に、現在の電気角θ、電気角速度ω、現在の制御周期ｔ_nowを用いて、次回スイッチング時における電気角θ′を、次の式（２）によって算出する。

さらに、外部から指示されたトルク指令値ＴＲＱ^＊に基づいて、矩形波制御モード用の電圧位相変換テーブル３２によって求められた電圧位相指令値の電圧位相をαとして、理想的なスイッチングタイミングとしてスイッチングすべき電気角θ_swと式（２）により算出した次回スイッチング時における電気角θ′との差Δθを、次の式（３）、式（４）によって算出する。

ただし、ｎ＝１，２，…，６

式（４）の算出結果から、式（１）で求めた理想的な矩形波制御周期t_nextを補正して、補正後の補正制御周期t_next′を、次の式（５）によって算出して、実際の最終的な矩形波制御周期として設定する。

ここで、図３のようなタイミングＴｓでＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替えを行った場合には、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと実際のスイッチングタイミングとの間の誤差は、±｛ＰＷＭ制御周期の（１／２）｝分の範囲内の位相ずれであり、ＰＷＭ制御モードの擬似矩形波電圧の場合における誤差と同等であり、特に問題はない。

しかし、以上のような場合とは異なり、切り替えようとする矩形波制御モードの初回周期において、理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに合わせるための周期が矩形波制御モードの最短周期よりも短かった場合には、矩形波制御モードの最短周期よりもさらに短い周期に設定することができない。

したがって、かかる場合には、従来のような切替制御方法においては、矩形波制御モードの初回周期として、実際のスイッチングタイミングを、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングではなく、その次の理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた次回のスイッチングタイミングの周期に合わせるように設定するという制御になってしまう。

この結果、矩形波制御モードの初回周期において切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと実際のスイッチングタイミング（つまり、矩形波制御モードへの切り替えタイミング）との間の誤差が、−ＰＷＭ制御周期分よりも大きくなり、かつ、−（１／２）ＰＷＭ制御周期分未満の大きさの位相進みの状態で発生し、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの差として、−ＰＷＭ制御周期分よりも大きく、−（１／２）ＰＷＭ制御周期分未満の位相進みがあるという状態で、矩形波制御モードへ切り替えることになってしまい、電流振動が発生するという問題が生じる。

しかし、本発明の図１の電動機制御装置１０においては、矩形波制御切替演算部１３を備えているので、例えば切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに合わせるための周期が矩形波制御モードの最短周期よりも短かった場合における、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際の制御方法は、矩形波制御切替演算部１３の演算動作に基づいて、図４に示す通りとなる。

図４に示すように、矩形波制御モードの初回周期において、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに合わせるための周期が、矩形波制御モードの最短周期よりも短くなり、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと実際に切り替えようとするスイッチングタイミングとの間の誤差として、−ＰＷＭ制御周期分よりも大きく、−（１／２）ＰＷＭ制御周期分未満の位相進みが発生する場合には、初回周期は、ＰＷＭ制御周期を、そのまま維持し、ＰＷＭ制御用の演算を引き続き行うことによって、擬似矩形波電圧を出力するように動作させる。

しかる後、実際のスイッチングタイミングとして、それ以前の擬似矩形波電圧の誤差と同等の誤差となるスイッチングタイミングを実現することができる状態になるまで、矩形波制御モードへ切り替えないまま待機し、それ以前の擬似矩形波電圧の誤差と同等の誤差となるスイッチングタイミングＴｓにて、矩形波制御モードに切り替えた初回周期を開始する。

矩形波制御切替演算部１３において以上のごとき制御を行うことにより、切り替えた後の矩形波制御モードの初回周期における今回のスイッチングタイミングが切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに対して位相が一致しているか、あるいは、位相遅れの状態とすることができ、今回のスイッチングタイミングと切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの最大誤差を、ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期に時間的に量子化された擬似矩形波電圧で制御する際に発生するスイッチングタイミングの誤差と同等にすることができるので、電流振動つまり電動機のトルク振動を低減することが可能になるという効果を奏することができる。

また、矩形波制御の初回演算を中断してＰＷＭ制御モードの制御を行ったとしても、矩形波制御モードへの切り替えの際の今回のスイッチングタイミングの最大誤差を、ＰＷＭ制御モードの時間的にＰＷＭ周期に量子化された電圧で発生しているスイッチングタイミング誤差と同等にすることができるので、処理負荷が如何に大きい場合についても、処理時間がＰＷＭ制御モードの制御周期を超えてしまうことがなく、制御を破綻させてしまうことを確実に避けることができる。

なお、図４には、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替えタイミングを、矩形波電圧の位相進みが発生する時刻Ｔｓ′から矩形波電圧を位相遅れの状態、あるいは、一致した状態に設定することができる時刻Ｔｓまでの１回（１ＰＷＭ制御周期）だけ待機する例を示しているが、擬似矩形波電圧の誤差と同等の誤差のスイッチングタイミングを実現することができる状態であれば、複数回（１ＰＷＭ制御周期×ｉ：ｉは２以上の整数）に亘って待機しても良い。

また、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードの切り替える制御方法は、前述のごとき方法に限るものではない。

例えば、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングに合わせるための周期が、矩形波制御モードの最短周期より短く、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと実際に切り替えようとするスイッチングタイミングとの間の誤差として、−ＰＷＭ制御周期分よりも大きく、−（１／２）ＰＷＭ制御周期分未満の位相進みの状態で発生した場合には、擬似矩形波電圧の誤差と同等のスイッチングタイミングを実現することができなくなる。したがって、矩形波制御モードの最短周期以上で、かつ、ＰＷＭ制御周期以下の周期に設定して、その間の制御電圧として、前回のＨｉｇｈレベル信号／Ｌｏｗレベル信号の設定状態（つまり、ＰＷＭ制御モードの制御電圧レベル）を記録しておき、今回のＨｉｇｈレベル信号／Ｌｏｗレベル信号の設定を、記録しておいた前回の設定状態と等しくして、前回のＨｉｇｈレベル信号／Ｌｏｗレベル信号の状態を維持するようにして、矩形波制御モードの演算を行うように制御しても良い。

また、矩形波制御モードへの切り替えを複数回に亘って待機することとする場合には、擬似矩形波電圧の誤差と同等のスイッチングタイミングを実現することができる状態であれば、ＰＷＭ制御周期をそのまま用いて矩形波制御モードの演算を行うように動作させるように制御しても良い。

さらに、例えば、前述の式（２）によって算出した次回スイッチング時における電気角θ′が、（ｍ・π／３）を超え、かつ、｛(ｍ＋１)・π／３｝以下となる場合のｍ（ｍ＝０，１，…，５）の値を算出し、算出したｍの値に基づいて、次に示す表１を参照することによって、切替時の初回周期においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相信号について、表１の第ｍ番目のＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルを設定するように制御しても良い。ここに、表１は、次回スイッチング時における電気角θ′から求められる変数ｍの値とＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相信号のＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルとの関係を示すテーブルである。

なお、かくのごときＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルの設定制御を行う際に、矩形波制御モードへの切り替えを複数回に亘って待機することとした場合には、第２回目以降については、例えば、式（２）で算出した次回スイッチング時における電気角θ′が（ｍ・π／３）を超え、かつ、｛(ｍ＋１)・π／３｝以下となる場合のｍを算出し、表１に示す関係にしたがって、第（ｍ+１）番目のＨｉｇｈレベル信号／Ｌｏｗレベル信号を設定するように制御する。かくのごとき制御方法は、特に、ＰＷＭ制御周期を維持して矩形波制御モードの演算を行うことと同等になっている。

以上に説明したような制御方法を用いることにより、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える際に、切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めたスイッチングタイミングに対して位相進みの状態ではなく、位相が一致するかあるいは遅れる状態になるまで、つまり、擬似矩形波電圧の誤差と同等のスイッチングタイミングを実現することができる状態になるまで、矩形波制御モードへの切り替えを待機することにすれば、電流振動つまり電動機のトルク振動の発生を防止することができる。

次に、本発明の電動機制御方法の一例について、図１の電動機制御装置１０を参照しながら、さらに、図５のフローチャートを用いて説明する。

図５は、本発明による電動機制御方法の一例を説明するためのフローチャートであり、図１の矩形波制御切替演算部１３における制御動作の一例を示している。なお、図５においては、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切り替え方法として、矩形波制御モードの初回演算において矩形波制御を行うことができないとの判定を行った場合について、図４にて説明したように、矩形波制御モードへの切り替えを待機して、ＰＷＭ制御モードの演算を１回のＰＷＭ制御周期だけ継続するようにして、次の演算タイミングで、矩形波制御モードに切り替えることにする場合について説明している。

まず、図１の矩形波制御切替演算部１３において、例えば、式（１）から式（４）までの演算を行うことによって、矩形波制御モードの制御周期として、今回のスイッチングタイミングを算出する（ステップＳ１０１）。次いで、ステップＳ１０１において算出した今回のスイッチングタイミングに基づいて、例えば、式（５）の演算を行い、最終的に設定すべき制御周期を算出する（ステップＳ１０２）。

しかる後、ステップＳ１０２において算出された制御周期を設定するとともに（ステップＳ１０３）、矩形波制御モードの演算が初回であるか否かを、初回演算終了フラグによって判定する（ステップＳ１０４）。初回演算終了フラグがセット済みの状態であって、初回ではなかった場合には（ステップＳ１０４のＮＯ）、矩形波制御モードによって既に演算されている状態にあるので、ステップＳ１０９へ移行する。

一方、初回演算終了フラグが未セット状態であって、初回の矩形波制御モードの演算であった場合には（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ステップＳ１０５へ進み、ステップＳ１０２において算出された制御周期と矩形波制御モードの最短周期とを比較して、矩形波制御モードの演算を実施することができるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

算出された制御周期が矩形波制御モードの最短周期以上であった場合には（ステップＳ１０５のＮＯ）、矩形波制御モードへの切り替えが可能であるので、ステップＳ１０９へ移行するが、一方、算出された制御周期が矩形波制御モードの最短周期より小さい場合には（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、ステップＳ１０６へ進み、実際の今回のスイッチングタイミングと切り替えるべき理想的なタイミングとしてあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの誤差を算出し、算出された誤差とＰＷＭ制御周期の（１／２）とを比較して、矩形波制御モードの演算を行うことができるか否かを判断する。つまり、ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替えることができるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

算出された誤差がＰＷＭ制御周期の（１／２）以下の場合には（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０９へ移行するが、一方、算出された誤差がＰＷＭ制御周期の（１／２）よりも大きい場合には（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、矩形波制御モードへの切り替えを待機するために、ステップＳ１０７へ進み、制御周期として前回のＰＷＭ制御周期を設定する（ステップＳ１０７）。しかる後、矩形波制御モードへの切り替えを待機するために、そのまま、ＰＷＭ制御モードの演算を行って（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０へ移行し、初回ではない旨を示す初回矩形波演算終了フラグをセットして、復帰する。

なお、ステップＳ１０９においては、矩形波制御モードの演算を行った後（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１０へ移行し、矩形波制御モードへの切り替え動作が終了している旨を示す初回矩形波演算終了フラグをセットする。

本発明の電動機制御装置の制御ブロックについてその構成の一例を示すブロック構成図である。 ＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへ切り替える直前の時点におけるＰＷＭ制御モードの擬似矩形波電圧波形の様子を示す波形図である。 本発明の電動機制御装置におけるＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切替制御方法の例を説明する説明図である。 本発明の電動機制御装置におけるＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードへの切替制御方法の異なる例を説明する説明図である。 本発明による電動機制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０…電動機制御装置、１１…電流制御演算部、１２…電圧振幅制御演算部、１３…矩形波制御切替制御部、１４…矩形波制御演算部、１５…ＰＷＭ化部、１６…電圧振幅判定部、１７…制御切替部、１８…回転角検出部、１９…電気角演算部、２０…モータ（３相同期モータ）、３１…電流指令値変換テーブル、３２…電圧位相変換テーブル。

Claims (8)

1. トルク指令値に応じてＰＷＭ変調された擬似矩形波電圧により電動機の駆動制御を行うＰＷＭ制御モードとトルク指令値に応じた電圧位相の矩形波電圧により電動機の駆動制御を行う矩形波制御モードとを選択的に切り替えて使用する電動機制御装置において、前記ＰＷＭ制御モードから前記矩形波制御モードへ切り替える際に、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、あらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わるものと判定される場合、前記矩形波制御モードへの切り替えをあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと一致するかあるいはあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相遅れの状態で切り替えることができるタイミングまで待ち合わせることを特徴とする電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせる間、前記ＰＷＭ制御モードによる制御を、そのまま継続することを特徴とする電動機制御装置。
3. 請求項１に記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせる間、前記ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期を用いて前記矩形波制御モードの演算を行うことを特徴とする電動機制御装置。
4. 請求項１に記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えを待ち合わせる間、前記矩形波制御モードの最短周期以上で、かつ、前記ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期以下の制御周期を設定し、その間の制御電圧を前記ＰＷＭ制御モードの制御電圧レベルをそのまま維持して、前記矩形波制御モードの演算を行うことを特徴とする電動機制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングと切替後の最初のスイッチングタイミングとの差が、前記矩形波制御モードの最短周期よりも小さく、かつ、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングとあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングとの誤差が、前記ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期の（１／２）を超える場合に、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、あらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わるものと判定されることを特徴とする電動機制御装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングと切替後の最初のスイッチングタイミングとの間に前記ＰＷＭ制御モードのＰＷＭ制御周期を出力することができないと判定される場合に、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、あらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わるものと判定されることを特徴とする電動機制御装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電動機制御装置において、前記矩形波制御モードへの切り替えを位相遅れの状態で切り替えることができる切り替えタイミングを、前記ＰＷＭ制御モードの擬似矩形波電圧の誤差と同等のスイッチングが実現できる状態になるタイミングとして判定することを特徴とする電動機制御装置。
8. トルク指令値に応じてＰＷＭ変調された擬似矩形波電圧により電動機の駆動制御を行うＰＷＭ制御モードとトルク指令値に応じた電圧位相の矩形波電圧により電動機の駆動制御を行う矩形波制御モードとを選択的に切り替える電動機制御方法において、前記ＰＷＭ制御モードから前記矩形波制御モードへ切り替える際に、前記矩形波制御モードへの切り替えタイミングが、あらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相進みの状態で切り替わるものと判定される場合、前記矩形波制御モードへの切り替えをあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングと一致するかあるいはあらかじめ定めた今回のスイッチングタイミングよりも位相遅れの状態で切り替えることができるタイミングまで待ち合わせることを特徴とする電動機制御方法。

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