JP2010187506A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機制御装置において、矩形波電圧制御時の指令電圧位相の変化にかかわらず、レゾルバの出力角度変動による回転電機の意図しないトルク変動を有効に抑制することである。
【解決手段】モータ制御装置１０は、レゾルバ２０の検出値の誤差補正量を求めるレゾルバ２０誤差補正を行って、トルクフィードバックを行う矩形波電圧制御部２４を含む制御部１８を備える。矩形波電圧制御部２４は、過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わる際に、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ２０の１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の平均ベース値を取得する手段と、矩形波電圧制御において各周期ごとに、１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の平均値を求める手段と、その平均値と取得された平均ベース値とに基づき、トルクフィードバックで使用する積分成分を補正する手段とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の矩形波制御タイミングの間隔を等間隔にするために、回転電機の角度位置を検出するレゾルバの検出値の誤差補正量を求めるレゾルバ誤差補正を行って、トルクフィードバックを行う矩形波制御部を備える回転電機制御装置に関する。

従来から、エンジンと走行用モータとを、車両の駆動源として備えるハイブリッド車両が考えられ、一部で実用化されている。また、エンジンを持たず、バッテリを電力源とする走行用モータを車両の駆動源として備える電気自動車も考えられ、一部で実用化されている。このようなハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両では、走行用モータに所望のトルクを発生させるように制御する必要がある。このため、回転電機であるモータの回転子の位置をレゾルバにより検出することが行われる。

レゾルバは、モータの回転子の位置を検出し、回転子の各位置に対応する信号をアナログ信号として出力する。ＣＰＵ等を有する制御部は、レゾルバからのアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号に基づいて、回転磁界を生成するための交流電流を回転子と対向配置された固定子を構成する３相コイルに流すための駆動信号を生成し、インバータへ出力する。インバータは、制御部から入力される駆動信号に基づいて、各相コイルに交流電流を流す。この際、各相コイルに流す交流電流は、所定の制御タイミングで切り換える。この結果、各相コイルは回転磁界を生成し、回転子は、回転磁界により回転する。

特許文献１には、回転機の回転を検出するレゾルバから出力される出力信号のオフセットを補正するレゾルバ補正方法において、所定期間にわたって出力信号としてのｓｉｎ出力信号及び ｃｏｓ出力信号の最大値及び最小値を抽出し、ｓｉｎ出力信号及び ｃｏｓ出力信号それぞれの最大値及び最小値の平均値を算出し、平均値に基づいて、出力信号のオフセットを補正するレゾルバ補正方法が記載されている。

特開２００４−４５２８６号公報

従来からモータの駆動を制御する場合に、制御装置により、インバータ用のスイッチング制御信号を生成し、インバータへ出力することが考えられている。また、モータを、モータ電流のフィードバック制御によって制御するために、モータの運転領域（回転数やトルク）に応じて、正弦波パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式と、矩形波電圧制御方式と、過変調ＰＷＭ制御方式とのいずれを適用するかを決定することも考えられている。例えば、低回転数領域では正弦波ＰＷＭ制御方式を用い、中回転数域では過変調ＰＷＭ制御方式を用い、高回転数域では矩形波電圧制御方式を用いる。すなわち、モータが中回転数域から高回転数域に移行する場合には、過変調ＰＷＭ制御方式から矩形波電圧制御方式に切り換えられる。過変調ＰＷＭ制御方式は、搬送波の振幅を縮小するように歪ませた上で正弦波ＰＷＭ制御方式と同様のＰＷＭ制御を行う。これに対して、矩形波電圧制御方式では、ハイレベル期間及びローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分をモータへ印加する。このような過変調ＰＷＭ制御方式及び矩形波電圧制御方式によれば、正弦波ＰＷＭ制御方式の場合よりも、モータの出力向上を図れる可能性がある。

また、矩形波電圧制御中の定常運転中において、回転電機のトルクの変動をなくすために、制御タイミング、すなわち、各相コイルに流れる電流位相を切り換えるタイミングを時間的に等間隔にするレゾルバ誤差を補正することが考えられている。例えば、制御装置は、レゾルバから出力された回転角度をレゾルバ誤差により補正し、補正した回転角度と、電力演算部によって求められたモータ供給電力とをトルク演算部に入力することが考えられている。トルク演算部は、補正された回転角度から算出される角速度と、モータ供給電力とを用いて、トルク推定値を算出する。この場合、レゾルバの１回転が電機角で７２０度に相当するので、例えば、Ｕ相を基準にして、レゾルバ１周期に相当する７２０度までの、各相でスイッチングが切り換えられる６０度ごとの基準からの各スイッチングタイミングまでの測定時間を用いて、各角度におけるレゾルバ誤差を演算する。そして、このレゾルバ誤差を用いて各角度におけるレゾルバ誤差補正後の角度を求める。補正後の角度は、次の１周期において、モータのスイッチングタイミングでの角度補正値を求めるために用いる。

このように矩形波電圧制御中のレゾルバ誤差を補正する場合、過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り替える場合の初回の初期時点を基準点とし、その基準点を基準にして、各スイッチングタイミングまでの時間を測定し、次の周期では基準からの測定時間と前回の周期の測定時間とを用いて、レゾルバ誤差を算出する。各周期での初期時点となる基準点の角度補正量は、各角度の補正量算出の際に更新しない。これに対して、矩形波電圧制御を行う場合、基準点の角度は、トルク指令の変化に基づく指令電圧位相の変化によって、進角または遅角する。このため、実際には、指令電圧位相によって、各周期での基準点の角度がずれることにより基準点を基準とする各角度の補正量も変動し、レゾルバオフセット誤差が発生するのにもかかわらず、レゾルバオフセット誤差を解消することは考慮されていない。レゾルバオフセット誤差の発生は、補正後の各角度が真の値からずれ、各角度に基づいて発生させるモータのトルクにおいて、意図しないトルク変動が発生する要因となるため、好ましくない。

特許文献１には、回転機の回転を検出するレゾルバから出力される出力信号のオフセットを補正するレゾルバ補正方法が記載されているが、矩形波電圧制御時の指令電圧位相の変化にかかわらず、各スイッチングタイミングでのレゾルバ出力角度変動による意図しない回転電機のトルク変動を有効に抑制する手段は開示されていない。

本発明の目的は、回転電機制御装置において、矩形波電圧制御時の指令電圧位相の変化にかかわらず、レゾルバの出力角度変動による回転電機の意図しないトルク変動を有効に抑制することである。

本発明に係る回転電機制御装置は、回転電機の矩形波制御タイミングの間隔を等間隔にするために、回転電機の角度位置を検出するレゾルバの検出値の誤差補正量を求めるレゾルバ誤差補正を行って、トルクフィードバックを行う矩形波電圧制御部を備え、矩形波電圧制御部は、過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わる際に、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値である平均ベース値を取得する手段と、矩形波電圧制御において予め設定した所定周期ごとに、１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値を求め、その平均値と取得された平均ベース値とに基づき、トルクフィードバックで使用する積分成分を補正する手段と、を含むことを特徴とする回転電機制御装置である。

本発明に係る回転電機制御装置によれば、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ誤差補正量の平均値である平均ベース値と、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値とに基づいて、トルクフィードバックで使用する積分成分を補正する、例えば、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値が平均ベース値に一致するように、トルクフィードバックの積分成分を補正する等により、矩形波電圧制御時の、レゾルバ各周期での各スイッチングタイミングのレゾルバ角度の補正量を求める場合の基準点の角度が指令電圧位相の変化により変動する場合でも、角度変動による回転電機の意図しないトルク変動を有効に抑制できる。このため、指令電圧位相の変化にかかわらず、レゾルバ出力角度変動による回転電機の意図しないトルク変動を有効に抑制できる。例えば、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値と平均ベース値との角度誤差に対応するトルク誤差を求めて、ＰＩ演算を行うＰＩ演算部の積分成分のトルクをトルク誤差に基づいて補正することで、指令電圧位相の変化による基準点の角度変動によるトルク変動を有効に抑制できる。

本発明に係る実施の形態の１例の回転電機制御装置であるモータ制御装置を示すブロック図である。 図１のモータ制御装置において、レゾルバ出力からレゾルバ誤差の補正量を求める方法を説明するための図である。 本発明から外れた先発明のモータ制御装置により、指令電圧位相の変化によりレゾルバオフセット誤差が発生する様子を示す図である。 本発明から外れた先発明のモータ制御装置により、指令電圧位相の変化によりレゾルバ１周期でのレゾルバ誤差補正量がばらつく様子を示す図である。 図１のモータ制御装置により、レゾルバ誤差を補正し、トルクフィードバックを行う回転電機制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１のモータ制御装置において、トルクフィードバックの積分成分に使用するトルクを求めるための、レゾルバ誤差補正量の平均値とトルク誤差を求めるための位相リミットトルクとの関係の１例を示す図である。

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、本発明に係る実施の形態の１例の回転電機制御装置であるモータ制御装置を示すブロック図である。図２は、図１のモータ制御装置において、レゾルバ出力からレゾルバ誤差の補正量を求める方法を説明するための図である。図３は、本発明から外れた先発明のモータ制御装置により、指令電圧位相の変化によりレゾルバオフセット誤差が発生する様子を示す図である。図４は、先発明のモータ制御装置により、指令電圧位相の変化によりレゾルバ１周期でのレゾルバ誤差補正量がばらつく様子を示す図である。図５は、図１のモータ制御装置により、レゾルバ誤差を補正し、トルクフィードバックを行う回転電機制御方法を説明するためのフローチャートである。図６は、図１のモータ制御装置において、トルクフィードバックの積分成分に使用するトルクを求めるための、レゾルバ誤差補正量の平均値とトルク誤差を求めるための位相リミットトルクとの関係の１例を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の回転電機制御装置であるモータ制御装置１０は、回転電機であるモータ１２の駆動を制御するために使用する。このようなモータ制御装置１０及びモータ１２は、バッテリ等の直流電源１４からの電力により駆動する走行用モータを、車両の駆動源として備える電気自動車、または、エンジンと走行用モータとを、車両の駆動源として備えるハイブリッド車両等の電動車両に搭載して使用する。

モータ制御装置１０は、直流電源１４と、インバータ１６と、制御部１８と、レゾルバ２０と、電流センサ２２とを備える。インバータ１６は、詳細な図示は省略するが、Ｕ、Ｖ，Ｗ各相のアームを備える。それぞれのアームは、直列接続されたＩＧＢＴ、トランジスタ等の２個ずつのスイッチング素子を含み、各アームの中点を、３相交流式のモータ１２を構成する図示しない３相のコイルの一端にそれぞれに接続している。また、各スイッチング素子に、それぞれダイオードを逆並列に接続している。インバータ１６は直流電源１４に接続している。また、モータ１２の、３相コイルの他端は、中性点で互いに接続している。

直流電源１４は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池、すなわちバッテリや、キャパシタ等である。インバータ１６は、制御部１８からの駆動信号に基づいて、直流電源１４からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ１２を駆動する。なお、直流電源１４とインバータ１６との間にコンデンサや昇圧コンバータを接続することもできる。昇圧コンバータを接続した場合には、直流電源１４からの直流電圧が昇圧された後、インバータ１６に供給される。

レゾルバ２０は、モータ１２の回転軸に取り付けられており、モータ１２の回転子の回転角度を検出して制御部１８に出力する。電流センサ２２は、モータ１２の２相分のコイルへ流れるモータ電流を検出し、検出したモータ電流を制御部１８へ出力する。なお、図１では、電流センサ２２を２個のみ設けているが、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相に対応して電流センサ２２を３個設けることもできる。

制御部１８は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含み、例えば、モータＥＣＵと呼ばれるモータコントローラを含むものでもよい。制御部１８は、レゾルバ２０により検出された検出値であり、レゾルバ２０出力であるレゾルバ２０角度を後述する方法により補正し、補正したレゾルバ２０角度と、図示しない外部制御部である外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からのトルク指令値とを用いて駆動信号を生成する。生成した駆動信号は、インバータ１６へ出力される。

図１は、制御部１８のうち、矩形波電圧制御を行う矩形波電圧制御部２４を示している。なお、制御部１８は、矩形波電圧制御部２４の他、それぞれ図示しない正弦波ＰＷＭ制御を行う正弦波ＰＷＭ制御部と、過変調ＰＷＭ制御を行う過変調ＰＷＭ制御部とを含む。また、制御部１８は、モータ１２の運転領域（回転数やトルク）に応じて、正弦波ＰＷＭ制御方式と、過変調ＰＷＭ制御方式と、矩形波電圧制御方式と、のいずれによりモータ１２の制御を行うかを決定する図示しない制御方式決定部も備える。

次に、矩形波電圧制御部２４の詳しい構成について説明する。矩形波電圧制御部２４は、電力演算部２６と、トルク演算部２８と、減算器３０と、ＰＩ演算部３２と、矩形波発生部３４と、信号発生部３６と、誤差補正演算部３８と、平均値算出部４０と、トルク誤差算出部４２とを含む。矩形波電圧制御部２４は、モータ１２の定常運転中の矩形波制御タイミングの間隔を等間隔にするために、モータ１２の角度位置を検出するレゾルバ２０の検出値の誤差補正量を求めるレゾルバ２０誤差補正を行って、トルクフィードバックを行う。

電力演算部２６は、電流センサ２２によって検出された２相分のモータ電流から残りの１相分のモータ電流を求め、求めた３相分のモータ電流と、矩形波発生部３４から出力される３相分のモータ電圧とから、モータ供給電力Ｐｗを算出する。

トルク演算部２８は、電力演算部２６によって求められたモータ供給電力Ｐｗと、レゾルバ２０によって検出され、後で詳述する誤差補正演算部３８によって補正されたレゾルバ角度θ´から算出される角速度ωとを用いて、トルク推定値Ｔｑｅを算出する。

減算器３０は、外部ＥＣＵから出力されるトルク指令値Ｔｑと、トルク演算部２８から出力されるトルク推定値Ｔｑｅとから、トルク指令値Ｔｑに対するトルク偏差ΔＴｑを算出し、ＰＩ演算部３２に出力する。

ＰＩ演算部３２は、入力されたトルク偏差ΔＴｑと、後で詳述するトルク誤差算出部４２から入力されるトルク誤差ΔＴとに基づいて、所定ゲインによるＰＩ演算を行うことにより制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の指令電圧位相である、位相Φを設定する。例えば、正トルク発生時には、トルク不足時に電圧位相を進め、トルク過剰時に電圧位相を遅らせる。これに対して、負トルク発生時には、トルク不足時に電圧位相を遅らせ、トルク過剰時に電圧位相を進める。

矩形波発生部３４は、ＰＩ演算部３２によって設定された電圧位相Φと、後で詳述する誤差補正演算部３８で補正された後のレゾルバ角度θ´とにしたがって、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生する。信号発生部３６は、各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってスイッチング制御信号である駆動信号を発生する。インバータ１６は、信号発生部３６からの駆動信号に従ったスイッチング動作を行い、電圧位相に応じた矩形波パルスを発生させ、モータ１２の各相電圧として供給する。このようにトルク推定値Ｔｑｅに基づくトルク偏差ΔＴｑから駆動信号を発生させる処理はトルクフィードバックという。

ここで、上記のように、トルク演算部２８と矩形波発生部３４とへは、誤差補正演算部３８で補正された後のレゾルバ角度θ´が入力される。このような誤差補正演算部３８での誤差補正を演算する方法は、次のようにして行う。図２を用いて、誤差補正の演算方法を説明する。なお、以下の説明では、図１で示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図２では、横軸により時間を表し、縦軸によりレゾルバ２０の角度θを表している。インバータ１６による、モータ１２の各相コイルへの電流切り換えは、所定のスイッチングタイミングで行われる。レゾルバ２０の１回転、すなわち３６０度は、電気角で７２０度に相当する。このため、モータ１２では、各相のスイッチングの切り換えが理想的には６０度ごとに行われる。

モータ１２の回転速度が一定と仮定する場合、レゾルバ２０に誤差がなければ、６０度ごとのスイッチングタイミングの時間間隔は等しくなる。このため、６０度ごとのスイッチングタイミングの時間を、例えばＵ相を基準に測定することで、レゾルバ角度θの誤差が求められ、レゾルバ角度θの誤差を補正することが可能となる。

上記のようにレゾルバ２０の１回転は７２０度の電気角に相当するので、７２０度を１周期とすると、１周期中に１２個のスイッチングタイミングが存在することになる。このため、レゾルバ角度θである、レゾルバ２０の出力角度が６０度、１２０度・・・等、６０度おきでのスイッチングタイミングの時間を図示しないタイマーにより測定する。例えば、誤差補正演算部３８は、任意のスイッチング切替ポイントであるスイッチングタイミングで、レゾルバ２０の１周期ごとに基準を持ち、基準を通る縦方向の直線と、レゾルバ２０の実際の検出角度である、レゾルバ２０出力を表す折れ線Ｌ１との交点を、基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・と設定する。また、誤差補正演算部３８は、レゾルバ２０出力を基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・で角度０になるように、レゾルバ２０出力を時間的に移動させるように、図２で一点鎖線Ｌ２で表す移動後レゾルバ２０出力を作成する。例えば、１周期目のレゾルバ２０出力を、Ｐ１が角度０になるように移動させた移動後レゾルバ２０出力を作成する。そして、移動後レゾルバ２０出力での２周期目で、１周期目の初期時点を基準として、基準位置からの１周期目の各スイッチングタイミングでの経過時間と、経過時間から求められる補正後のレゾルバ２０角度θ´（補正値）とを、スイッチングタイミングごとに対応させて取得、すなわち記憶させる。また、レゾルバ２０の２周期目以降は、理想的に６０度間隔となる各スイッチングタイミングで、それぞれに対応する今回周期の基準からの経過時間と、前回周期での測定値とから補正後のレゾルバ２０角度θ´を算出し、補正後レゾルバ２０角度θ´をトルク演算部２８と、矩形波発生部３４とに入力する。なお、補正後レゾルバ２０角度θ´の演算は、各スイッチングタイミングで行うが、トルク演算部２８と矩形波発生部３４とに入力し、トルクフィードバックを行う処理は、次のスイッチングタイミングまでの間のちょうど中央である中間タイミングで行う。

また、レゾルバ２０角度の誤差演算は、各スイッチングタイミングで行う。２周期目以降のレゾルバ２０角度の誤差演算では、前回のレゾルバ２０の１周期分の計測データから取得した取得データと、今回の各スイッチングタイミングの対応する基準からの経過時間とを用いて誤差演算する。取得データは、前回のレゾルバ２０の１周期分のレゾルバ２０移動量（θ１２）、すなわち７２０度、及び前回のレゾルバ２０の１周期に要した時間（Ｔ１２）と、今回の各スイッチングタイミングの回数ｎでの、対応する基準からの経過時間（Ｔｎ）及びその回数ｎに対応する、前回の周期での補正後角度（θｎ）である。そして、誤差補正演算部３８は、次式（１）を用いて、各スイッチングタイミングごとに、レゾルバ２０誤差補正量αを算出する。

α＝（θ１２）×（Ｔｎ）／（Ｔ１２）−（θｎ） ・・・（１）

また、誤差補正演算部３８では、算出したレゾルバ２０誤差補正量αをスイッチングタイミングごとに対応させてもち、スイッチングタイミングごとに前回の周期での対応するスイッチングタイミングの補正後角度であるθｎに、今回の誤差補正量αを積算、すなわち加算して補正値である、補正後角度θｎ´を得る。

なお、矩形波電圧制御における電圧位相指令が一定で、モータ１２の回転数一定の条件では、今回の誤差補正量αは０となり、今回の各補正値である補正後角度θｎ´として、前回の周期の対応するスイッチングタイミングの補正後角度θｎがそのまま使用される。

また、誤差補正量αに上下限リミット処理を施して、誤差補正量αが予め設定した所定量よりも大きすぎる、または小さすぎる場合には、その所定量で制限する。例えば、補正上限値を１０．５５度で、補正下限値を−１０．５５度とすると、算出した誤差補正量αが１０．５５を超える場合、誤差補正量は１０．５５度に設定され、算出した誤差補正量αが１０．５５未満となる場合、誤差補正量は−１０．５５度に設定される。

また、図２では、例として１周期でのスイッチングタイミングの回数ｎが１、すなわち１回目である場合のレゾルバ２０角度の誤差補正量αの算出と、１周期でのスイッチングタイミングの回数ｎが８、すなわち８回目である場合のレゾルバ２０角度の誤差補正量αの算出とが記載されている。なお、図２では、各スイッチングタイミングの前に誤差演算を行うような図示をしているが、実際には誤差演算は各スイッチングタイミングで行う。

図１に戻って、平均値算出部４０は、平均ベース値取得手段４４と、誤差平均値取得手段４６とを含む。平均ベース値取得手段４４は、過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わる際に、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ２０の１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の平均値である平均ベース値Ａを取得する。一方、誤差平均値取得手段４６は、矩形波電圧制御において予め設定した所定周期ごとである、各周期ごとに、１周期における各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量αの平均値である誤差平均値Ｂを求める、すなわち算出し、取得する。

トルク誤差算出部４２は、平均ベース値取得手段４４で取得された平均ベース値Ａと、誤差平均値取得手段４６で取得されたレゾルバ２０誤差補正量αの誤差平均値Ｂとに基づき、すなわち、平均ベース値Ａと誤差平均値Ｂとに対応するトルク誤差ΔＴを求め、ＰＩ演算部３２にそのトルク誤差ΔＴを出力する手段である。このために、トルク誤差算出部４２は、予めレゾルバ２０角度の誤差量と、トルク誤差ΔＴとの関係を表すマップを記憶しており、そのマップを参照して、レゾルバ２０角度の誤差量である、平均ベース値Ａと誤差平均値Ｂとの差分（Ｂ−Ａ）に基づいて、対応するトルク誤差ΔＴを求める。すなわち、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の誤差平均値Ｂが平均ベース値Ａに一致するように、トルクフィードバックの積分成分である、ＰＩ演算を行うＰＩ演算部３２の積分成分を補正するためのトルク誤差ΔＴを求める。求められたトルク誤差ΔＴは、ＰＩ演算部３２に入力され、ＰＩ演算部３２では、積分成分に使用するトルクをトルク誤差ΔＴに基づいて補正する。このようなトルク誤差算出部４２と、ＰＩ演算部３２とは、平均ベース値取得手段４４で取得された平均ベース値Ａと、誤差平均値取得手段４６で取得された誤差平均値Ｂとに基づき、トルクフィードバックで使用する積分成分を補正する手段を構成する。

このような矩形波電圧制御部２４において、平均値算出部４０と、トルク誤差算出部４２とは、本発明に先立って考えられた先発明の回転電機制御装置を構成する制御部に追加するアドオン要素４８を構成する。

これに対して、本実施の形態と異なる先発明の回転電機制御装置として、本実施の形態の構成からアドオン要素４８を除いたものが、先に考えられている。ただし、このような先発明の構成では、次に述べるような改良すべき要改良点が存在する。図３は、先発明の構成で、レゾルバ２０出力の理想直線ａ，ａ´と、実際にレゾルバ２０から出力されるレゾルバ２０出力値ｂ，ｂ´とを、「レゾルバ出力」として示し、レゾルバ２０出力値ｂ，ｂ´とレゾルバ２０出力の理想直線ａ，ａ´との差分を、「レゾルバ誤差補正量（ｃ，ｃ´）」として示している。図２では、矩形波電圧制御において、指令電圧位相を変化させる前と後とを、それぞれ（ａ）と（ｂ）とで示している。なお、図２では横軸により時間を、縦軸により角度を表している。

図１及び上記の説明から明らかなように、先発明の場合でも、誤差補正演算部３８を備えるので、レゾルバ２０誤差補正が各スイッチングタイミングごとに行われる。このようなレゾルバ２０誤差補正は、矩形電圧制御の定常運転中のトルク変動をなくすべく、スイッチングタイミングの間隔を等しくするためのみを考慮して行われる。ただし、誤差補正演算部３８による、レゾルバ２０誤差補正は、過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わる際の初回の初期時点を基準点とし、各周期での初期時点である基準点の角度補正量は更新されない。また、基準点は、矩形波電圧制御時のトルク指令の変化に基づく、指令電圧位相の変化に応じて進角や遅角する。例えば、図３（ａ）で点Ｑ１にある基準点が指令電圧位相が変化すると、図３（ｂ）の点Ｑ２位置にずれる。このため、指令電圧位相の変化によって、図２（ｂ）で示すように、レゾルバ誤差補正量の全体としてのオフセットである、レゾルバオフセット誤差ｄが発生する。レゾルバオフセット誤差ｄの発生は、補正後のレゾルバ角度が真の値からずれ、各レゾルバ角度に基づいて発生させるモータのトルクにおいて、意図しないトルク変動が発生する要因となるため、好ましくない。図４は、図３（ｂ）のレゾルバ誤差補正量のずれの例を詳しく示し手いる。図４に示すように、矩形波電圧制御時の指令電圧位相の変化に応じて、レゾルバ誤差補正量が上下（図４の矢印方向）に変動する。このため、図４からも明らかなように、各周期でのレゾルバ２０誤差補正量αの平均値も、指令電圧位相の変化に応じて変動する。本実施の形態は、このような事情を考慮して、先発明での要改良点を改良すべく発明したものである。

次に、図５のフローチャートを用いて、本実施の形態のモータ制御装置１０を用いて、矩形波電圧制御を行う際に、レゾルバ２０誤差を補正し、トルクフィードバックを行う回転電機制御方法を説明する。図５のフローチャートは、制御部１８において、モータ１２の運転状態が、矩形波電圧制御を行うための、予め設定した所定の運転領域であると判定された場合に実行される。まず、図５のフローチャートのステップＳ１で制御部１８で、制御タイミング、すなわち、スイッチングタイミングまたは中間タイミングのいずれかであるか否かが判定される。そして、制御タイミングであると判定されると、ステップＳ２で、制御部１８により、ＳＷ切り換えタイミング、すなわちスイッチングタイミングであるか否かが判定される。ここで、スイッチングタイミングである場合には、ステップＳ３で制御部１８により、矩形初回、すなわち、レゾルバ２０出力の１周期目、すなわち過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わった直後の周期での検出であるか否かが判定される。

そして、矩形初回でない場合には、ステップＳ５に移行し、矩形初回である場合には、ステップＳ４で、平均ベース値取得手段４４が、補正量平均ベースである平均ベース値Ａとして、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ２０の１周期、例えば矩形波電圧制御に切り換わる直前の１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の平均値である平均ベース値Ａを算出し、取得する。平均ベース値Ａは、図５のステップＳ４に示すように、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ２０の１周期における、各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量の和をスイッチングタイミング回数の合計ｎｚ、例えば１２で除算して、誤差補正量の平均値として求める。このために、平均ベース値取得手段４４では、予め過変調ＰＷＭ制御時の各周期での各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量を求め、最新の周期での各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量を随時更新しながら記憶させておく。ステップＳ３の処理後はステップＳに移行する。また、矩形初回ではいずれのスイッチングタイミングで、平均ベース値Ａを算出すればよく、残りのスイッチングタイミングではこの算出を省略できる。

そして、ステップＳ５で誤差補正演算部３８によりレゾルバ２０誤差補正量αを演算し、誤差補正量αで補正した補正後角度θ´を補正値として、トルク演算部２８及び矩形波発生部３４に入力する。この場合、矩形初回の場合には、１周期が終了するまで誤差を算出できないので、この処理を１周期が終了した基準点で各スイッチングタイミングに対応付けて算出することもできる。また、ステップＳ６で、制御部１８により各周期での基準点タイミングであるか否かが判定され、基準点タイミングでない場合にはステップＳ１に戻り、基準点タイミングである場合には、ステップＳ７で、誤差平均値取得手段４６が、矩形波電圧制御において各周期ごとに、１周期における各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量αの平均値であり、補正量平均である誤差平均値Ｂ、すなわち、各スイッチングタイミングのレゾルバ２０誤差補正量の和をスイッチングタイミング回数の合計１２で除算した値を算出する。次いで、トルク誤差算出部４２は、平均ベース値取得手段４４で取得された平均ベース値Ａと、誤差平均値取得手段４６で取得された誤差平均値Ｂとの差分である角度誤差（Ｂ−Ａ）から、トルク誤差ΔＴを求める。例えば、図６に示すように、レゾルバ２０誤差補正量の平均値と、トルク誤差ΔＴを求めるための位相リミットトルクとの関係を表すマップを、トルク誤差算出部４２に記憶させておく。トルク誤差算出部４２は、このマップを参照して、取得された角度誤差（Ｂ−Ａ）から、対応するトルク誤差ΔＴを求める。

なお、図６は、モータの回転数が１００００r.p.m.（min^-1）の場合を示している。また、図中の関係式は、図の各点の近似線を表すもので、ｘは縦軸、ｙは横軸を表している。このようなレゾルバ２０誤差補正量の平均値と、位相リミットトルクとの関係は、モータ１２の回転数の変化によってもほとんど変化しない。このため、代表的な１の回転数のマップを用いて、トルク誤差ΔＴを求めることができる。また、この際、トルク誤差ΔＴについてのレゾルバ２０誤差補正量の平均値の感度が最も厳しい、すなわち、レゾルバ２０誤差補正量の平均値の変化によって、最もトルク誤差ΔＴが大きく変化するような１の回転数のマップを用いて、トルク誤差ΔＴを求めることもできる。なお、モータ１２の複数の回転数に応じて、対応するレゾルバ２０誤差補正量の平均値と、トルク誤差ΔＴとの関係を表す複数のマップを予め記憶させておき、検出したモータ１２の回転数に応じて、選択した１のマップを用いて、トルク誤差ΔＴを求めることもできる。ステップＳ７の処理後はステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、トルク誤差算出部４２からＰＩ演算部３２にトルク誤差ΔＴを入力した後、ステップＳ１に戻る。そして、ステップＳ２で、中間タイミングであると判定された場合には、ステップＳ９で、制御部１８は、ステップＳ７、Ｓ８で求められたトルク誤差ΔＴを用いて、トルクフィードバック、すなわち、ＰＩ演算部３２に入力されたトルク誤差ΔＴで補正したトルク偏差を積分成分に使用して、ＰＩ演算を行い、その演算結果に基づいて、信号発生部３６からの駆動信号に従って、インバータ１６をスイッチング動作させる処理を、各中間タイミングで行う。なお、ステップＳ８を省略し、ステップＳ９のトルクフィードバックを行う際に、ステップＳ８の処理である、トルク誤差ΔＴをトルクフィードバックの積分成分に入力する処理を行うこともできる。

このような本実施の形態のモータ制御装置１０によれば、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ２０誤差補正量の平均値である平均ベース値Ａと、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の誤差平均値Ｂとに基づいて、矩形波電圧制御での１周期における誤差平均値Ｂが平均ベース値Ａに一致するように、トルクフィードバックの積分成分を補正する。このため、矩形波電圧制御時の、レゾルバ２０各周期での各スイッチングタイミングのレゾルバ２０角度の補正量を求める場合の基準点の角度が指令電圧位相の変化により変動する場合でも、角度変動によるモータ１２の意図しないトルク変動を有効に抑制できる。したがって、指令電圧位相の変化にかかわらず、レゾルバ２０出力角度変動によるモータ１２の意図しないトルク変動を有効に抑制できる。すなわち、矩形波電圧制御での１周期におけるレゾルバ２０誤差補正量の誤差平均値Ｂと平均ベース値Ａとの角度誤差に対応するトルク誤差ΔＴを求めて、ＰＩ演算を行うＰＩ演算部３２の積分成分のトルクをトルク誤差ΔＴに基づいて補正する。このため、上記の図２で示した先発明の場合に生じるレゾルバオフセット誤差ｄを各周期ごとに修正する、すなわち解消する機能を持つのと同じ効果を得られる。この結果、指令電圧位相の変化による基準点の角度変動による意図しないトルク変動を有効に抑制できる。

１０ モータ制御装置、１２ モータ、１４ 直流電源、１６ インバータ、１８ 制御部、２０ レゾルバ、２２ 電流センサ、２４ 矩形波電圧制御部、２６ 電力演算部、２８ トルク演算部、３０ 減算器、３２ ＰＩ演算部、３４ 矩形波発生部、３６ 信号発生部、３８ 誤差補正演算部、４０ 平均値算出部、４２ トルク誤差算出部、４４ 平均ベース値取得手段、４６ 誤差平均値取得手段、４８ アドオン要素。

Claims (1)

1. 回転電機の矩形波制御タイミングの間隔を等間隔にするために、回転電機の角度位置を検出するレゾルバの検出値の誤差補正量を求めるレゾルバ誤差補正を行って、トルクフィードバックを行う矩形波電圧制御部を備え、
   矩形波電圧制御部は、
   過変調ＰＷＭ制御から矩形波電圧制御に切り換わる際に、過変調ＰＷＭ制御中のレゾルバ１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値である平均ベース値を取得する手段と、
   矩形波電圧制御において予め設定した所定周期ごとに、１周期におけるレゾルバ誤差補正量の平均値を求め、その平均値と取得された平均ベース値とに基づき、トルクフィードバックで使用する積分成分を補正する手段と、を含むことを特徴とする回転電機制御装置。

Images