JP2019140807A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度位置推定で生じる誤差を低減し、振動抑制を行うことができるモータ制御装置、およびモータ制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、モータに供給される電流値のうちトルク軸電流に関する情報に基づいて、モータのインダクタンスを変更するインダクタンス変更部と、インダクタンスを用いて、電流値からモータの回転位置を推定する位置推定部と、モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、モータの回転位置に応じてモータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを記憶したトルクパターン記憶部と、平均負荷トルクと正規化トルクパターンの積によりモータの回転位置に応じて出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

空調機等に用いられる圧縮機（コンプレッサ）は、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程における冷媒ガス圧が変化するため、定常的な負荷トルク変動が発生する。一方、圧縮機に接続された駆動モータは、１回転中に一定な駆動トルクを発生するように運転されているため、この駆動トルクと負荷トルクとの不平衡に起因した回転数変動を生じ、それによって振動が発生する。

例えば、特許文献１に記載の技術では、制御軸上の電流検出値Ｉ_ｄｃ，Ｉ_ｑｃおよびｄ軸，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊等に基づいて、所定の式により実軸と制御軸との軸誤差（推定値）Δθ_ｃを演算する。そして、特許文献１に記載の技術では、軸誤差Δθ_ｃを用いて、モータトルクτ_ｍと負荷トルクτ_Ｌの差分に相当する値である差トルク推定値Δ_τｍ ^＾を推定する。そして、特許文献１に記載の技術では、差トルク推定値Δτｍ＾をゼロに近づけるような脈動トルク電流指令値Ｉ_ｑｓｉｎ ^＊を生成して、作成した脈動トルク電流指令値Ｉ_ｑｓｉｎ ^＊をトルク電流指令値Ｉ_ｔｑ ^＊に加算して電流指令値Ｉ_ｑ ^＊としている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電流が変化した場合に速度位置推定に誤差が発生し、位置ずれや速度変動の推定値に誤差が生じる問題点があった。

特開２０１６−８２６３６号公報

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、速度推定値の誤差を低減し、振動抑制を行うことができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、モータ制御装置は、圧縮機に接続されたモータの制御装置であって、前記モータを目標速度で回転させるため、モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、前記モータに供給される電流値のうちトルク軸電流に関する情報に基づいて、前記モータのインダクタンスを変更するインダクタンス変更部と、前記インダクタンス変更部が変更した前記インダクタンスを用いて、前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを記憶したトルクパターン記憶部と、前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、を備える。

また、本発明の第２の態様によれば、モータ制御装置において、前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流値であり、前記トルク軸電流値と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流値に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更するようにしてもよい。

また、本発明の第３の態様によれば、モータ制御装置において、前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流指示であり、前記トルク軸電流指示と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流指示に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更するようにしてもよい。

また、本発明の第４の態様によれば、モータ制御装置において、前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流指示であり、前記トルク軸電流指示と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流指示の所定期間の平均値を求め、前記トルク軸電流指示の所定期間の前記平均値に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更するようにしてもよい。

また、本発明の態様によれば、モータ制御装置のモータ制御方法は、モータ制御装置のモータ制御方法であって、速度制御部が、モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する手順と、インダクタンス変更部が、前記モータに供給される電流値のうちトルク軸電流に関する情報に基づいて、前記モータのインダクタンスを変更する手順と、位置推定部が、前記インダクタンス変更部が変更した前記インダクタンスを用いて、前記電流値から前記モータの回転位置を推定する手順と、平均トルク計算部が、前記モータの平均負荷トルクを算出する手順と、トルク制御部が、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンと、前記平均負荷トルクとの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正する手順と、を含む。

本発明によれば、速度推定値の誤差を低減し、振動抑制を行うことができる。

第１実施形態におけるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２（Ａ）は、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機の運転範囲４０を示した図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における符号４１を付した（１）の近辺の負荷トルクと、本実施形態で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）における符号４２を付した（２）の近辺の負荷トルクと、本実施形態で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図である。 トルク軸電流対トルク軸磁束の特性例を示す図である。 第１実施形態に係るインダクタンス変更部が記憶する電流対インダクタンス特性の例を示す図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置が行う処理手順例を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

＜第１実施形態＞
なお、実施形態において、モータが圧縮機（コンプレッサ）に接続された空調機に用いられるモータ制御装置の例を説明するが、モータ制御装置を車両に用いるようにしてもよい。

＜モータ制御装置の構成例＞
図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、モータ制御装置１は、モータ２、交流電源３、インバータ４、電流センサ１０、減算部１１、負荷トルク補償部１２（トルク制御部）、インダクタンス変更部１３、速度・位置推定部１４（位置推定部）、２相／３相変換部１５、３相／２相変換部１６、および速度制御部２０を備える。
また、速度制御部２０は、速度ＰＩ制御部２１（平均トルク計算部）、加算部２２、電流変換部２３、減算部２４、および電流ＰＩ制御部２５を備える。

モータ制御装置１は、アクティブトルク制御によってモータ２の回転を制御する。この場合、モータ２の回転によって、１回転において、位置毎に負荷が変化する。アクティブトルク制御では、例えば数十ｍｓｅｃ毎に電流値を変化させている。アクティブトルク制御は、例えば、負荷が大きい位置で電流値を増加させ、負荷が少ない位置で電流を減少させる。これにより、アクティブトルク制御では、速度変動が低減し、この結果、モータ２の振動が低減される。しかしながら、従来のアクティブトルク制御では、位置や速度を推定する際に用いているトルク軸（ｑ軸）インダクタンスＬ_ｑが、固定値であったため、推定した位置や速度に誤差が生じていた。本実施形態では、ｑ軸の電流に合わせて、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑを変更することで、特に速度変動を低減させる。

モータ２は、３相モータである。
交流電源３は、インバータ４に交流の電力を供給する。

インバータ４は、モータ２に接続されている。インバータ４は、モータ２に電流を供給して、モータ２の回転を制御する。
電流センサ１０は、モータ２に供給される電流値を検出し、検出した電流値を３相／２相変換部１６に出力する。

減算部１１は、モータ２の回転数を指令する回転数指令から、速度・位置推定部１４が推定された回転速度（回転数）ω_ｅＳを減算して、速度制御部２０に出力する。

速度制御部２０は、モータ２を制御するためのｄ軸電流指示ｉ_ｄ ^*、ｑ軸電流指示ｉ_ｑ ^*を生成する。速度制御部２０は、モータ２を制御するためのｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを生成する。速度制御部２０は、生成したｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを、速度・位置推定部１４と２相／３相変換部１５に出力する。

速度ＰＩ制御部２１は、比例積分（Ｐｒｏｐｉｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御により、減算部１１が出力する回転数指令に基づいて、モータの平均負荷トルク（以下、平均トルクともいう）を算出する。速度ＰＩ制御部２１は、算出した平均トルクを、負荷トルク補償部１２と加算部２２に出力する。

加算部２２は、速度ＰＩ制御部２１が出力する平均トルクに、負荷トルク補償部１２が出力する補償トルクを加算して、加算した値を出力トルクとして電流変換部２３に出力する。なお、このモータ出カトルクは、モータ２の回転角と、モータ２に供給する電流の指令値との関係を示すものである。

電流変換部２３は、加算部２２が出力する加算トルクを電流に変換し、変換した電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊）を、減算部２４に出力する。

減算部２４は、電流変換部２３が出力するｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊から、３相／２相変換部１６が出力するｄ軸電流ｉ_ｄ（モータ電流の偏差）を減算して電流ＰＩ制御部２５に出力する。減算部２４は、電流変換部２３が出力するｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊から、３相／２相変換部１６が出力するｑ軸電流ｉ_ｑ（モータ電流の偏差）を減算して電流ＰＩ制御部２５に出力する。

電流ＰＩ制御部２５は、比例積分制御により、減算部２４が出力する電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを生成する。速度制御部２０は、生成したｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを、速度・位置推定部１４と２相／３相変換部１５に出力する。

２相／３相変換部１５は、速度制御部２０が出力するｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを、速度・位置推定部１４が出力するモータ２の回転角度θ_ｅＳに応じて３相の電圧値に変換し、変換した３相の電圧値をインバータ４に供給する。

３相／２相変換部１６は、電流センサ１０が検出した３相の電流値を、速度・位置推定部１４が出力するモータ２の回転角度θ_ｅＳに応じて２相のｄ軸電流値ｉ_ｄ、ｑ軸電流値ｉ_ｑに変換する。３相／２相変換部１６は、変換したｄ軸電流値ｉ_ｄ、ｑ軸電流値ｉ_ｑを、速度・位置推定部１４と速度制御部２０の減算部２４に出力する。また、３相／２相変換部１６は、ｑ軸電流値ｉ_ｑを、インダクタンス変更部１３に出力する。

負荷トルク補償部１２は、トルクパターン記憶部１２１を備える。
トルクパターン記憶部１２１は、後述する正規化トルクパターンを記憶している。
負荷トルク補償部１２は、速度ＰＩ制御部２１が出力する平均トルクに正規化トルクパターンを乗じて補償トルクパターンを生成する。すなわち、負荷トルク補償部１２は、圧縮機の負荷の大きい条件下で、それに合わせて正規化トルクパターンを大きく調整して、補償トルクパターンを生成する。また、負荷トルク補償部１２は、圧縮機負荷の小さい条件下で、それに合わせて正規化トルクパターンを小さく調整して、補償トルクパターンを生成する。負荷トルク補償部１２は、生成した補償トルクパターンを加算部２２に出力する。

インダクタンス変更部１３は、インダクタンス記憶部１３１を備える。
インダクタンス記憶部１３１は、ｑ軸電流値ｉ_ｑとインダクタンスＬ_ｑとの関係を、例えば表形式または数式で記憶する。または、インダクタンス記憶部１３１は、ｑ軸電流値ｉ_ｑとインダクタンスＬ_ｑ’との関係を、例えば表形式または数式で記憶する。ここで、インダクタンスＬ_ｑ’は、トルク軸磁束λ_ｑに対するｑ軸（トルク軸）電流ｉ_ｑの微分値ｄλ_ｑ／ｄｉ_ｑである。

インダクタンス変更部１３は、３相／２相変換部１６が出力するｑ軸電流値i_ｑに対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つをインダクタンス記憶部１３１が記憶する関係に基づいて求める。インダクタンス変更部１３は、求めたインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’ の少なくとも１つを速度・位置推定部１４に出力する。

速度・位置推定部１４には、電流ＰＩ制御部２５が出力するｄ軸電圧値ｖ_ｄと、ｑ軸電圧値ｖ_ｑと、３相／２相変換部１６が出力するｄ軸電流値ｉ_ｄと、ｑ軸電流値ｉ_ｑとが入力される。さらに、速度・位置推定部１４には、インダクタンス変更部１３が出力するＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つが入力される。速度・位置推定部１４は、インダクタンス変更部１３が出力するＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つに変更し、入力された値からモータ２の回転速度（モータの回転数）ω_ｅＳを推定し、推定した回転速度（回転数）ω_ｅＳを減算部１１に出力する。速度・位置推定部１４は、入力された値から、モータ２のロータにおける回転角度θ_ｅＳ（モータの回転位置）を推定し、推定した回転角度θ_ｅＳを負荷トルク補償部１２、２相／３相変換部１５、および３相／２相変換部１６に出力する。なお、回転速度（回転数）ω_ｅＳ、回転角度θ_ｅＳの推定方法は、後述する。

＜圧縮機の運転範囲、正規化トルクパターンの例＞
次に、空調機等で用いられる圧縮機（コンプレッサ）の運転範囲、正規化トルクパターンについて説明する。
図２（Ａ）は、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機の運転範囲４０を示した図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における符号４１を付した（１）の近辺の負荷トルクと、本実施形態で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）における符号４２を付した（２）の近辺の負荷トルクと、本実施形態で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図である。

なお、図２（Ａ）において、横軸は圧縮機の低圧（Ｌｐ、単位：ＭＰａ）、縦軸は高圧（Ｈｐ、単位：ＭＰａ）である。図２（Ｂ）、図２（Ｃ）において、横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸がトルク（単位：Ｎｍ）である。

図２（Ａ）における４０の番号を付したのは、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機における、圧縮時の高圧と吸入時の低圧の設計上の範囲の一例である。この運転範囲４０外では、高圧の場合に圧縮機が壊れてしまう可能性があり、低圧の場合に圧縮比が高すぎて何処かの部分に応力がかかりすぎる可能性がある。

そして、図２（Ａ）において、４１の番号を付けた（１）の近辺と４２の番号を付けた（２）の近辺とでは、前記吸入、圧縮、吐出の各行程における負荷トルクの大きさが異なる。例えば４１の番号を付けた（１）の近辺では、図２（Ｂ）のグラフにおける４３の番号を付したカーブのように吸入側と圧縮側の差が小さい。また、４２の番号を付けた（２）の近辺では、吸入側と圧縮側の差が大きい。この差は、例えば外気の温度条件や暖房、冷房の違い、圧縮機の回転数、運転方法の違いなどによって変化する。

圧縮機においては、圧縮機に接続された駆動モータは１回転中に一定の回転速度となるように運転される。しかしながら、この１回転の間に生じる吸入、圧縮、吐出の各行程における冷媒ガス圧の変化のため、駆動トルクと負荷トルクとの不平衡に起因した回転数変動を生じ、それによって振動が発生する。そのため、振動を防止するためには、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示したような、吸入側と圧縮側における負荷トルクの大きさの差を考慮に入れないと振動を確実に防止することができない。そのため本実施形態においては、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に４４、４６の番号付したような正規化トルクパターンを負荷トルクの大きさに対応させて選択し、モータの駆動トルクを圧縮機の駆動により生じる負荷トルクと平衡させて、振動を防止するようにする。

この正規化トルクパターン４４、４６は、例えばモータのロータの回転角度３０度毎に、予め算出した負荷の推定変動トルクに合致するよう、モータの出力トルクを変動させるための係数である。また、この正規化トルクパターン４４、４６は、モータの回転角をこのように３０度毎の複数に区分し、それぞれの区分における補償トルク係数との関係を表したパターンである。このように正規化トルクパターン４４、４６を定めることで、モータを回転させるための平均トルク（例えば図２（Ｂ）に３８で、図２（Ｃ）に３９示した点線の値）に、この正規化トルクパターンを乗じ、補償トルクパターンを生成する。これにより、圧縮機負荷の大きい条件下では、正規化トルクパターンが大きく調整された補償トルクパターンが生成される。また、圧縮機負荷の小さい条件下では、それに合わせて正規化トルクパターンが小さく調整された補償トルクパターンが生成される。

このようにして生成される補償トルクパターンでモータが駆動されるよう本実施形態においては、まず、回転しているモータにおける電流センサで検出した電流値から、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に３８、３９で示したような平均負荷トルクを算出する。そして、本実施形態においては、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に４４、４６で示した正規化トルクパターンのうち、その時の回転状況に対応した正規化トルクパターンを選択する。そして、本実施形態においては、この正規化トルクパターンと平均負荷トルクとを乗じて補償トルクパターンを生成し、その補償トルクパターンによってモータを与える電流を制御することで、圧縮機負荷の状態に対応した駆動が行えるようにする。

これにより、本実施形態においては、モータ２に供給する電流値の補正が容易に可能となり、滑らかな制御が可能となる。また、本実施形態においては、モータに供給する電流はトルクと電流の関係式から容易に求められ、電流指令によるモータ制御を行うことで、トルクパターンを出力トルク値そのままで設定できる。従って、本実施形態においては、電圧値をシミュレーション等で計算する必要が無く、開発が容易である。

なお、以下の説明では、正規化トルクパターンの係数を３０度毎に持たせる場合を例に説明すると共に、正規化トルクパターンが１つ場合を例に説明するが、これに限らない。係数を持たせる角度は、３０度に限らず、また、正規化トルクパターンの数も１つでもよく、３つ以上であってもよい。
なお、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に４４、４６で示した正規化トルクパターンのうち、その時の回転状況に対応した正規化トルクパターンの選択には、種々の手法が考えられる。種々の手法については、例えば、参考文献１（特開２００８−２４５５０６号公報）参照。

＜インダクタンス変更部１３の動作＞
次に、インダクタンス変更部１３の動作について説明する。
通常の負荷では、モータトルクは急激な変化をしないか、サーボ制御のように速度指令が変わった時に変化する。また、モータの速度を一定に保つ速度フィードバック制御では、速度制御の応答より速い変化をモータトルクはしない。

しかし、空調機では一回転中に負荷が変化するので、前述した参考文献１に記載のアクティブトルク制御では、モータトルクが回転数に等しい周波数で変化する。
モータトルクを変化させるためには、トルク電流ｉ_ｑを回転数に等しい周波数で変化させる必要がある。このとき磁石モータでトルク軸電流ｉ_ｑとトルク軸磁束λ_ｑは、モータの鉄芯で磁束が飽和した場合、図３のように比例関係ではなくなる。

図３は、トルク軸電流対トルク軸磁束の特性例を示す図である。図３において、横軸はトルク軸電流ｉ_ｑであり、縦軸はトルク軸磁束λ_ｑである。
ここで、トルク軸インダクタンスＬ_ｑは、トルク軸磁束λ_ｑをトルク軸電流ｉ_ｑで割ったものである。なお、トルク軸インダクタンスは、電流対磁束特性の変化量から得られるL_ｑ（＝Δλ_ｑ／Δｉ_ｑ）と、電流対磁束特性を微分して得られるL_ｑ’（＝ｄλ_ｑ／ｄｉ_ｑ）がある。このため、図３の点ｇ１と点ｇ２のようにトルク電流ｉ_ｑが異なるとトルク軸インダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’も異なる。

このため、本実施形態では、インダクタンス変更部１３が、インダクタンス記憶部１３１が記憶する電流対インダクタンス（Ｌ_ｑ、Ｌ_ｑ’）特性を参照して、速度・位置推定に使用するトルク軸インダクタンスＬ_ｑをトルク軸電流ｉ_ｑに合わせて変更する。具体的には、インダクタンス変更部１３は、インダクタンス記憶部１３１が記憶する電流対インダクタンスＬ_ｑ特性を参照して、３相／２相変換部１６が出力するトルク電流ｉ_ｑに対応するトルク軸インダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する。インダクタンス変更部１３は、選択したトルク軸インダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を速度・位置推定部１４に出力する。

なお、インダクタンス変更部１３は、例えば電流検出に遅れが少ない場合に、トルク電流ｉ_ｑに対応するトルク軸インダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’ のうちの少なくとも１つを選択するようにしてもよい。
ここで、インダクタンス変更部１３が、電流値に応じて変更するトルク軸インダクタンスは、Ｌ_ｑ、Ｌ_ｑ’ のうちの少なくとも１つ、両方であってもよい。これは、モータ制御装置１の仕様、モータ制御装置１を用いる装置の仕様に応じた値であればよい。

＜インダクタンス記憶部１３１が記憶する電流対インダクタンス特性の例＞
次に、インダクタンス記憶部１３１が記憶する電流対インダクタンス特性の例を説明する。
図４は、本実施形態に係るインダクタンス記憶部１３１が記憶する電流対インダクタンス特性の例を示す図である。図４において、横軸はｑ軸電流ｉ_ｑ（Ｉ_ｑともいう）［Ａ］であり、縦軸はトルク軸インダクタンスＬ_ｑである。
図４に示した電流対インダクタンス特性は、予め測定して、インダクタンス記憶部１３１に記憶させる。なお、図４に示した特性は一例であり、これに限らない。

＜モータ制御装置の処理手順例＞
次に、モータ制御装置１が行う処理手順例を説明する。
図５は、本実施形態に係るモータ制御装置１が行う処理手順例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）速度制御部２０は、モータ２を制御するためのｄ軸電流指示ｉ_ｄ ^*、ｑ軸電流指示ｉ_ｑ ^*を生成する。

（ステップＳ２）インダクタンス変更部１３は、３相／２相変換部１６が出力するｑ軸電流値i_ｑに対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つをインダクタンス記憶部１３１が記憶する関係に基づいて求めることで、インダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’を変更する。

（ステップＳ３）速度・位置推定部１４は、インダクタンス変更部１３が出力するＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つに変更し、入力された値からモータ２のロータにおける回転速度（回転数）ω_ｅＳを推定する。速度・位置推定部１４は、入力された値から、モータ２のロータにおける回転角度θ_ｅＳ（モータの回転位置）を推定する。

（ステップＳ４）速度ＰＩ制御部２１は、比例積分制御により、減算部１１が出力する回転数指令に基づいて、平均トルクを求める。

（ステップＳ５）負荷トルク補償部１２は、速度ＰＩ制御部２１が出力する平均トルクに正規化トルクパターンを乗じて補償トルクパターンを生成する。

（ステップＳ６）速度制御部２０は、負荷トルク補償部１２が生成した補償トルクパターンを用いて電流値を補正する。具体的には、速度制御部２０の加算部２２が、速度ＰＩ制御部２１が出力する平均トルクに、負荷トルク補償部１２が出力する補償トルクを加算することで、補正する。

なお、図５に示した処理は一例であり、これに限らない。

＜速度・位置推定部１４が行う処理＞
次に、速度・位置推定部１４が行う処理例について説明する。
まず、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ；磁石埋込式）のモータを用いたモータ制御において、電流ＰＩ制御部２５が出力するｄ軸電圧ｖ_ｄ、ｑ軸電圧ｖ_ｑは、次式（１）のように表される。

式（１）において、Ｒは巻線抵抗［Ω］、Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス［Ｈ］、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンス［Ｈ］、Λ_ｄは誘起電圧係数［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］、ｉ_ｄはｄ軸電流［Ａ］、ｉ_ｑはｑ軸電流［Ａ］である。また、ｐは微分演算子ｄ／ｄｔ、ω_ｍは回転速度［ｒａｄ／ｓ］、ｎはモータ２の極対数、ω_１はインバータ４の周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
式（１）を微分方程式に変形すると、次式（２）のようになる。

速度・位置推定部１４は、式（２）を、次式（３）のように、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑの推定とする。

なお、式（３）において、上付きの^〜は、推定値を表す。
式（１）には、速度に関する情報が含まれている。このため、推定した電流値が、想定した速度と異なる場合、実際した電流値と実測値との間に誤差が生じる。
速度・位置推定部１４は、式（３）の推定値と実測された電流値（ｉ軸電流値、ｑ軸電流値)を用いて、推定電流の誤差εを求める。

速度・位置推定部１４は、推定電流の誤差εを用いて、次式（４）によってＰＩ制御的に推定電流の誤差εを０に収束させ、回転速度（回転数）ω_１を推定する。

なお、式（４）において、は、ω^〜１は、回転速度（回転数）ω_１の推定値を表す。また、ｋ_１、ｋ_２は、ＰＩ制御のＩ項ゲイン、Ｐ項ゲインである。
速度・位置推定部１４は、式（４）を用いて、次式（５）によってロータの回転角度θ、すなわちロータの位置を推定する。

なお、式（５）において、は、θ^〜は、回転角度θ（ロータの位置）の推定値を表す。

このように推定された回転速度（回転数）ω_１の推定値が回転速度（回転数）ω_ｅＳである。また、回転角度θ（ロータの位置）の推定値が、回転角度θ_ｅＳである。
なお、上述した回転速度（回転数）、回転角度（ロータの位置）の求め方は一例であり、これに限らない。

以上のように、本実施形態の構成によれば、速度位置推定で生じる誤差、特に速度変動を低減することができる。速度変動が低減した結果、本実施形態によれば、負荷トルク補償部１２で適切なトルクパターンを選択することができる。これにより、本実施形態によれば、軸ずれによる効率低下を防ぐことができ、モータ２によって発生する振動を抑制することができ、効率を向上させることができる。また、速度変動を低減することができるので、本実施形態によれば、アクティブトルク制御の制御量を低減することもできる。

＜第２実施形態＞
図６は、本実施形態におけるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
図６に示すように、モータ制御装置１Ａは、モータ２、交流電源３、インバータ４、電流センサ１０、減算部１１、負荷トルク補償部１２（トルク制御部）、インダクタンス変更部１３Ａ、速度・位置推定部１４Ａ（位置推定部）、２相／３相変換部１５、３相／２相変換部１６Ａ、および速度制御部２０Ａを備える。
また、速度制御部２０Ａは、速度ＰＩ制御部２１（平均トルク計算部）、加算部２２、電流変換部２３Ａ、減算部２４、および電流ＰＩ制御部２５を備える。
なお、モータ制御装置１と同じ機能を有する機能部には同じ符号を用いて、説明を省略する。

速度制御部２０Ａは、モータ２を制御するためのｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを生成する。速度制御部２０Ａは、生成したｄ軸電圧値ｖ_ｄ、ｑ軸電圧値ｖ_ｑを、速度・位置推定部１４Ａと２相／３相変換部１５に出力する。

電流変換部２３Ａは、加算部２２が出力する加算トルクを電流に変換し、変換した電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊）を、減算部２４に出力する。また、電流変換部２３Ａは、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を、インダクタンス変更部１３Ａに出力する。

３相／２相変換部１６Ａは、電流センサ１０が検出した３相の電流値を、速度・位置推定部１４Ａが出力するモータ２の回転角度θ_ｅＳに応じて２相のｄ軸電流値ｉ_ｄ、ｑ軸電流値ｉ_ｑに変換する。３相／２相変換部１６Ａは、変換したｄ軸電流値ｉ_ｄ、ｑ軸電流値ｉ_ｑを、速度・位置推定部１４Ａと速度制御部２０Ａの減算部２４に出力する。

インダクタンス変更部１３Ａは、インダクタンス記憶部１３１Ａを備える。
インダクタンス記憶部１３１Ａは、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とインダクタンスＬ_ｑとの関係を、例えば表形式または数式で記憶する。または、インダクタンス記憶部１３１Ａは、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とインダクタンスＬ_ｑ’との関係を、例えば表形式または数式で記憶する。ここで、インダクタンスＬ_ｑ’は、トルク軸磁束λ_ｑに対するｑ軸（トルク軸）電流ｉ_ｑの微分値ｄλ_ｑ／ｄｉ_ｑである。

インダクタンス変更部１３Ａは、電流変換部２３が出力するｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つをインダクタンス記憶部１３１Ａが記憶する関係に基づいて求める。インダクタンス変更部１３Ａは、求めたインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’ の少なくとも１つを速度・位置推定部１４Ａに出力する。

速度・位置推定部１４Ａには、電流ＰＩ制御部２５が出力するｄ軸電圧値ｖ_ｄと、ｑ軸電圧値ｖ_ｑと、３相／２相変換部１６Ａが出力するｄ軸電流値ｉ_ｄとが入力される。さらに、速度・位置推定部１４Ａには、ｑ軸電流値ｉ_ｑ、インダクタンス変更部１３Ａが出力するＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’ の少なくとも１つが入力される。速度・位置推定部１４Ａは、インダクタンス変更部１３Ａが出力するＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つに変更し、入力された値からモータ２のロータにおける回転速度（回転数）ω_ｅＳを推定し、推定した回転速度（回転数）ω_ｅＳを減算部１１に出力する。速度・位置推定部１４Ａは、入力された値から、モータ２のロータにおける回転角度θ_ｅＳ（モータの回転位置）を推定し、推定した回転角度θ_ｅＳを負荷トルク補償部１２、２相／３相変換部１５、および３相／２相変換部１６Ａに出力する。

本実施形態では、インダクタンス変更部１３Ａが、インダクタンス記憶部１３１Ａが記憶する電流対インダクタンス（Ｌ_ｑ、Ｌ_ｑ’）特性を参照して、速度・位置推定に使用するトルク軸インダクタンスＬ_ｑをトルク軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に合わせて変更する。具体的には、インダクタンス変更部１３Ａは、インダクタンス記憶部１３１Ａが記憶する電流対インダクタンスＬ_ｑ’特性を参照して、電流変換部２３が出力するトルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応するトルク軸インダクタンスＬ_ｑとＬ_ｑ’の少なくとも１つを選択する。インダクタンス変更部１３Ａは、選択したトルク軸インダクタンスＬ_ｑとＬ_ｑ’ の少なくとも１つを速度・位置推定部１４Ａに出力する。

なお、インダクタンス変更部１３Ａは、例えば電流検出に遅れがある場合に、トルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応するトルク軸インダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’のうちの少なくとも１つを選択する。
ここで、インダクタンス変更部１３Ａが、電流値に応じて変更するトルク軸インダクタンスは、Ｌ_ｑ、Ｌ_ｑ’のうちの少なくとも１つ、両方であってもよい。これは、モータ制御装置１の仕様、モータ制御装置１を用いる装置の仕様に応じた値であればよい。

モータ制御装置１Ａの処理は、図５のステップＳ２において、インダクタンス変更部１３Ａが、電流変換部２３が出力するｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つをインダクタンス記憶部１３１Ａが記憶する関係に基づいて求めることで、インダクタンスＬ_ｑとＬ_ｑ’ の少なくとも１つを変更する。

以上のように、本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様に、速度位置推定で生じる誤差、特に速度変動を低減することができる。速度変動が低減した結果、本実施形態によれば、負荷トルク補償部１２で適切なトルクパターンを選択することができる。これにより、本実施形態によれば、軸ずれによる効率低下を防ぐことができ、モータ２によって発生する振動を抑制することができ、効率を向上させることができる。また、速度変動を低減することができるので、本実施形態によれば、アクティブトルク制御の制御量を低減することもできる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、インダクタンス変更部１３が、トルク電流値ｉ_ｑに対応するインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する例を説明し、第２実施形態では、トルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応するインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する例を説明したが、これに限らない。

第３実施形態のモータ制御装置１Ａの構成は、第２実施形態と同じである。
インダクタンス変更部１３Ａは、所定期間におけるトルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊の平均値を、例えばサンプリングタイミング毎に求め、求めたトルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊の平均値に対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’のうち少なくとも１つを選択する。なお、所定期間は、モータ２の１周以内である。

なお、モータ制御装置１Ａの処理は、図５のステップＳ２において、インダクタンス変更部１３Ａが、電流変換部２３が出力するｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊の平均値に対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’の少なくとも１つをインダクタンス記憶部１３１Ａが記憶する関係に基づいて求めることで、インダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’を変更する。

インダクタンス変更部１３Ａは、例えば速度変動の誤差を減らすことができれば位置誤差がある程度あってよい場合に、または計算量を減らしたい場合に、平均値に対応するインダクタンスＬ_ｑ、Ｌ_ｑ’のうち少なくとも１つを選択する。
これにより、本実施形態によれば、さらに計算量を低減することができる。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態において速度を実測し、インダクタンス記憶部１３１が、ｄ軸電流値ｉ_ｑに対する速度変動の誤差がなくなるように調整したインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’の値を記憶する。
または、本実施形態では、第２、第３実施形態において速度を実測し、インダクタンス記憶部１３１Ａが、ｄ軸電流指示ｉ_ｑ ^＊に対する速度変動の誤差がなくなるように調整したインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’の値を記憶する。

なお、速度変動の誤差がなくなるように調整したインダクタンスＬ_ｑとは、例えば、インバータ４の実機の特性（例えば出力誤差や遅れ）を加味した値であり、実測した速度に対応するインダクタンスである。

本実施形態では、第１実施形態の構成において、インダクタンス変更部１３が、トルク電流値ｉ_ｑに対応する調整されたインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する。
または、本実施形態では、第２実施形態の構成において、インダクタンス変更部１３Ａが、トルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対応する調整されたインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する。
または、本実施形態では、第３実施形態の構成において、インダクタンス変更部１３Ａが、所定期間におけるトルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊の平均値を、例えばサンプリングタイミング毎に求め、求めたトルク電流指令値ｉ_ｑ ^＊の平均値に対応する調整されたインダクタンスＬ_ｑまたはＬ_ｑ’を選択する。

これにより、本実施形態によれば、インバータ４の実機の特性（例えば出力誤差や遅れ）が加味されるので、位置推定誤差や速度変動誤差を低減することができる。

なお、本発明における速度制御部２０（または２０Ａ）、負荷トルク補償部１２、インダクタンス変更部１３（または１３Ａ）、速度・位置推定部１４（または１４Ａ）の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより速度制御部２０（または２０Ａ）、負荷トルク補償部１２、インダクタンス変更部１３（または１３Ａ）、速度・位置推定部１４（または１４Ａ）が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。

１，１Ａ…モータ制御装置、２…モータ、３…交流電源、４…インバータ、１０…電流センサ、１１…減算部、１２…負荷トルク補償部、１３，１３Ａ…インダクタンス変更部、１４，１４Ａ…速度・位置推定部、１５…２相／３相変換部、１６，１６Ａ…３相／２相変換部、２０，２０Ａ…速度制御部、２１…速度ＰＩ制御部、２２…加算部、２３，２３Ａ…電流変換部、２４…減算部、２５…電流ＰＩ制御部、１２１…トルクパターン記憶部、１３１，１３１Ａ…インダクタンス記憶部

Claims (5)

1. モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、
   前記モータに供給される電流値のうちトルク軸電流に関する情報に基づいて、前記モータのインダクタンスを変更するインダクタンス変更部と、
   前記インダクタンス変更部が変更した前記インダクタンスを用いて、前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、
   前記モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、
   前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを記憶したトルクパターン記憶部と、
   前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流値であり、
   前記トルク軸電流値と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、
   前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流値に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流指示であり、
   前記トルク軸電流指示と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、
   前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流指示に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更する、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記電流値のうちトルク軸電流に関する情報は、トルク軸電流指示であり、
   前記トルク軸電流指示と前記インダクタンスとの対応関係を記憶するインダクタンス記憶部、を備え、
   前記インダクタンス変更部は、前記トルク軸電流指示の所定期間の平均値を求め、前記トルク軸電流指示の所定期間の前記平均値に対応する、前記インダクタンス記憶部が記憶する前記インダクタンスに変更する、請求項１に記載のモータ制御装置。
5. モータ制御装置のモータ制御方法であって、
   速度制御部が、モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する手順と、
   インダクタンス変更部が、前記モータに供給される電流値のうちトルク軸電流に関する情報に基づいて、前記モータのインダクタンスを変更する手順と、
   位置推定部が、前記インダクタンス変更部が変更した前記インダクタンスを用いて、前記電流値から前記モータの回転位置を推定する手順と、
   平均トルク計算部が、前記モータの平均負荷トルクを算出する手順と、
   トルク制御部が、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンと、前記平均負荷トルクとの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正する手順と、
   を含むモータ制御方法。

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