JP2017229200A - モータ制御装置及びモータ制御装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の実施形態では、モータ制御装置を2相ステッピングモータに適用した場合を例示する。まず、図1と図2を参照して、本実施形態のモータ駆動制御装置について、基本的な構成及びモータ制御装置の制御方法を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。図2は、インバータからモータまでの電気的な接続例を示す図である。モータ制御装置は、図1に示すように、2相ステッピングモータ11、電流検出部12、位置推定部13、速度演算部14、駆動電圧指令生成部15、PWM信号発生部16、及びインバータ17を有する。2相ステッピングモータ11は、永久磁石を備えたロータ111と、A相とB相の2相の巻き線112A,112Bを有するステータとを有する。
本発明の第2の実施形態では、モータ制御装置を、3相DCブラシレスモータに適用した場合を例示する。第2の実施形態は、第1の実施形態と比較し、巻き線が3相になるため、駆動回路が3相駆動用となり、駆動電圧と駆動電流が3相となる。しかし、位置推定演算は、駆動電圧と駆動電流を3相2相変換することにより2相として扱うことができ、逆起電圧も第1の実施形態と同様に2相で推定でき、逆正接演算することにより位置推定することができる。また、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、高調波成分も含めた逆起電圧の定義式に基づき、逆正接演算することにより、高調波による位置推定誤差を低減することが可能である。なお、本実施形態では、3相モータに限らず、2相モータでも起こりえる現象であるが、象限判定部の第二〜四象限にある場合の座標移動により、2相逆起電圧の定義式が変化することについて説明を加える。
本発明の第3の実施形態は、2相逆起電圧の座標(X0,Y0)が第二〜四象限の時の位置推定部の象限判定部における座標移動方法として、回転移動ではなく対称移動を採用した場合を例示する。座標移動の方法が異なると、定義式の変化の仕方も異なる。本実施形態は、第2の実施形態と同様に、変化した定義式に基づいて、高調波を考慮したCORDIC演算処理をすれば良い。
本発明の第4の実施形態は、高調波を考慮した逆正接演算の他の構成について説明する。第1〜第3の実施形態では、強度情報と座標情報を回転演算の前の初期値に含めて演算を行っていたが、本実施形態では、回転演算の初期値には含めずに回転方向判別部で含めて演算する。回転方向判別式は、第1〜第3の実施形態と同様の方法で求めた式であり、定義式に基づく関係式を満たすθを繰り返し回転演算により探索することに変わりはない。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、2相ステッピングモータのモータ制御装置とし、2相逆起電圧の定義式も第1の実施形態と同様に、式(19)として説明する。関係式は、第1の実施形態と同様に、式(22)となる。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、この関係式を満たすθを求める。以下では、高調波を考慮した逆正接演算の構成について、第1の実施形態と異なる点を述べる。
Claims (14)
- ロータを有するモータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流を基に、前記ロータの位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部により推定された前記ロータの位置を基に、前記モータに印加する電圧を生成する駆動電圧生成部とを有し、
前記位置推定部は、
前記駆動電圧生成部により生成された電圧と前記電流検出部により検出された電流を基に、前記モータに発生する逆起電圧を推定する逆起電圧推定部と、
前記逆起電圧推定部により推定された逆起電圧に基づく二次元平面上の座標データを用いて逆正接演算を行い、偏角を算出する逆正接演算部とを有し、
前記逆正接演算部は、
回転角を減少させながら基本波の座標データの回転演算を繰り返す基本波回転演算部と、
回転角を減少させながら少なくとも1つ以上の高調波の座標データの回転演算を繰り返す高調波回転演算部と、
前記基本波回転演算部の回転演算の結果と前記高調波回転演算部の回転演算の結果を基に、前記基本波回転演算部と前記高調波回転演算部の次回の回転演算の回転方向を判別する回転方向判別部と、
前記基本波回転演算部が回転演算した回転角の合計を前記基本波の偏角として算出する偏角演算部とを有することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記逆正接演算部は、前記基本波回転演算部の回転演算の結果と前記高調波回転演算部の回転演算の結果の絶対値の変化の割合を揃えるように、前記基本波回転演算部又は前記高調波回転演算部の回転演算の結果の絶対値を補正する絶対値補正部を有することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記絶対値補正部は、前記基本波と前記高調波の次数の差が正の偶数の場合、正方向の回転演算と前記正方向の回転演算と同じ回転角で負方向の回転演算とを対とした往復の回転演算を行うことを特徴とする請求項2記載のモータ制御装置。
- 前記位置推定部は、
前記逆起電圧推定部により推定された逆起電圧の座標データが位置する象限を判定し、前記判定した象限に応じて前記逆起電圧の座標データを移動させることにより、前記逆正接演算部に出力する座標データを生成する象限判定部と、
前記象限判定部による前記座標データの移動に応じて、前記逆正接演算部により算出された偏角を補正することにより、前記ロータの位置に対応する偏角を算出する角度変換部とを有し、
前記回転方向判別部は、前記象限判定部により判定された象限に応じて、回転方向の判別方法を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記逆正接演算部は、座標データと前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度を基に、前記基本波の座標データの初期値を前記基本波回転演算部に出力し、前記高調波の座標データの初期値を前記高調波回転演算部に出力する初期値生成部を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記回転方向判別部は、前記基本波回転演算部と前記高調波回転演算部の回転演算の結果と座標データと前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度を基に、前記回転方向を判別することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記高調波回転演算部は、
前記高調波の第1項の座標データの回転演算を行う第1の高調波回転演算部と、
前記高調波の第2項の座標データの回転演算を行う第2の高調波回転演算部とを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記モータの駆動中に前記逆起電圧推定部により推定された逆起電圧の波形をフーリエ変換することにより取得されることを特徴とする請求項5又は6記載のモータ制御装置。
- 前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記モータの通常駆動の速度の中の最小速度よりも速い速度の駆動中に取得されることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。
- 前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記モータの通常駆動の負荷の中の最大負荷よりも小さい負荷の駆動中に取得されることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。
- 前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記モータの通常駆動のイナーシャの中の最小イナーシャよりも大きいイナーシャの駆動中に取得されることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。
- さらに、前記位置推定部により推定された位置を基に、速度を演算する速度演算部を有し、
前記駆動電圧生成部は、前記速度演算部により演算された速度と目標速度を比較し、速度制御する速度制御部を有し、
前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記モータの通常駆動の前記速度制御のゲインより小さい前記速度制御のゲインの駆動中に取得されることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。 - さらに、前記位置推定部により推定された位置を基に、速度を演算する速度演算部を有し、
前記駆動電圧生成部は、前記速度演算部により演算された速度と目標速度を比較し、速度制御する速度制御部を有し、
前記逆起電圧の基本波の強度と高調波の強度は、前記速度制御の制御ループ内にノッチフィルタを挿入した状態で取得されることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。 - ロータを有するモータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流を基に、前記ロータの位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部により推定された前記ロータの位置を基に、前記モータに印加する電圧を生成する駆動電圧生成部とを有するモータ制御装置の制御方法であって、
前記位置推定部により、前記駆動電圧生成部により生成された電圧と前記電流検出部により検出された電流を基に、前記モータに発生する逆起電圧を推定する逆起電圧推定ステップと、
前記位置推定部により、前記逆起電圧推定ステップで推定された逆起電圧に基づく二次元平面上の座標データを用いて逆正接演算を行い、偏角を算出する逆正接演算ステップとを有し、
前記逆正接演算ステップは、
前記位置推定部により、回転角を減少させながら基本波の座標データの回転演算を繰り返す基本波回転演算ステップと、
前記位置推定部により、回転角を減少させながら少なくとも1つ以上の高調波の座標データの回転演算を繰り返す高調波回転演算ステップと、
前記位置推定部により、前記基本波回転演算ステップの回転演算の結果と前記高調波回転演算ステップの回転演算の結果を基に、前記基本波回転演算ステップと前記高調波回転演算ステップの次回の回転演算の回転方向を判別する回転方向判別ステップと、
前記位置推定部により、前記基本波回転演算ステップで回転演算した回転角の合計を前記基本波の偏角として算出する偏角演算ステップとを有することを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
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