JP2021180568A - モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保可能なモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を提供すること。【解決手段】モータのｑ軸電流の変動幅である電流変動幅を検出し、前記電流変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える、モータ制御装置。例えば、前記同定部は、前記電流変動幅が前記設定範囲内になるまで前記モータの速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記電流変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。【選択図】図５

Description

本開示は、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法に関する。

モータの発生トルクからモータ速度への伝達関数の係数を最小二乗法により推定することで、モータのイナーシャと粘性係数を同定する同定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２２０１９７号公報

しかしながら、モータ速度の変動のさせ方によっては、モータのイナーシャと粘性係数を同定する精度が低下する場合がある。

本開示は、モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保可能なモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を提供する。

本開示の一実施の形態に係るモータ制御装置は、
モータのｑ軸電流の変動幅である電流変動幅が設定範囲内になるまで前記モータの速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記電流変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える。

本開示によれば、モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保できる。

本開示の実施の形態１に係るモータシステムの構成例を示す図である。 モータシステムの速度制御系における機械系モデルの一例を示すブロック線図である。 モータの機械的パラメータを最小二乗法により同定する同定部の一例を示す機能ブロック図である。 基準イナーシャに対するイナーシャ及び粘性抵抗の推定値（同定値）のばらつきの一例を示す図である。 同定方法１を示すフローチャートである。 同定方法２を示すフローチャートである。 同定方法３を示すフローチャートである。 モータの定格電流と速度変動幅と速度変動周波数との対応テーブルの一例を示す図である。 同定方法４を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態に係るモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法について詳細に説明する。

図１は、本開示の実施の形態１に係るモータシステム１の構成例を示す図である。図１に示すモータシステム１は、モータ４のロータと同期して回転する直交回転座標軸であるｄｑ軸上でモータ４を制御することで、高性能なトルク制御や速度制御を実現する。

ｄ軸は、ロータの実際の磁極位置を表す実角度方向（ロータの磁石により発生する磁束の方向）に伸びる実軸であり、ｑ軸は、ｄ軸から電気角で９０°進んだ方向に伸びる実軸である。ｄ軸及びｑ軸は、合わせて、ｄｑ軸又はｄ，ｑ軸と称することがある。ｄｑ軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸である。ロータの磁極位置θは、モータの基準コイル（例えば、Ｕ相コイル）の位置を基準に、ｄ軸が進む角度で表される。ｄ−ｑ座標系は、基準コイルからθだけ進んでいる。なお、ｄ軸及びｑ軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸であり、各種センサの有無にかかわらず、ｄ軸及びｑ軸を用いることができる。

モータシステム１が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫、ポンプ等であるが、当該機器は、これらに限られない。モータシステム１は、モータ４と、モータ制御装置１００とを少なくとも備える。

モータ４は、複数のコイルを有するモータである。モータ４は、例えば、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとを含む３相コイルを有する。モータ４の具体例として、３相のブラシレス直流モータ、ステッピングモータなどが挙げられる。モータ４は、少なくとも一つの永久磁石が配置されるロータと、ステータとを有する。モータ４は、例えば、送風用のファンを回すファンモータである。なお、本開示の技術は、ロータの磁石の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサが取り付けられたモータ４にも適用できる。モータ４は、ロータの磁石の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサを使用しないモータ（センサレス型モータ）でも、位置センサを使用するモータ（センサ付きモータ）でもよい。

モータ制御装置１００は、モータ４が３相のブラシレス直流モータの場合、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンに従いオンオフ（ＯＮ、ＯＦＦ）制御することで、インバータ１２を介してモータ４を駆動する。モータ制御装置１００は、モータ４がステッピングモータの場合、例えば２相接続された複数のスイッチング素子を２相のＰＷＭ信号を含む通電パターンに従いオンオフ制御することで、インバータ１２を介してモータ４を駆動する。

モータ制御装置１００は、例えば、インバータ１２、ＰＷＭ回路１３、電流検出部１１、位置・速度検出部１９、速度制御部２０、電流制御部３０、電流座標変換器１４、電圧座標変換器１５及び同定部４０を備える。

インバータ１２は、モータ４が３相のブラシレス直流モータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって３相交流に変換し、３相交流の駆動電流をモータ４に流すことによって、モータ４のロータを回転させる回路である。インバータ１２は、ＰＷＭ回路１３によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、３相のＰＷＭ信号）に基づいて、モータ４を駆動する。ＰＷＭとは、Pulse Width Modulation（パルス幅変調）を意味する。インバータ１２は、モータ４がステッピングモータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって複数の交流に変換し、複数の駆動電流をモータ４に流すことによって、モータ４のロータを回転させる回路である。

電流検出部１１は、モータ４が３相のブラシレス直流モータの場合、ＰＷＭ回路１３によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、３相のＰＷＭ信号）に基づいて、モータ４に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。例えば、電流検出部１１は、インバータ１２の直流側に設けられる１つのシャント抵抗に発生する電圧に基づいて、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。電流検出部１１は、インバータ１２とモータ４との間に流れる電流を検出する電流センサによって、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出してもよい。電流検出部１１は、モータ４がステッピングモータの場合、ＰＷＭ回路１３によって生成される複数の通電パターンに基づいて、モータ４に流れる各相の相電流を検出する。

位置・速度検出部１９は、電流座標変換器１４により生成されたｄ軸電流検出値ｉ_ｄ及びｑ軸電流検出値ｉ_ｑと、電流制御部３０により生成されたｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊とに基づいて、ロータの磁極位置θ及び回転速度ωを検出する。位置・速度検出部１９は、モータ４に位置センサが取り付けられている場合、当該位置センサの出力信号に基づいて、磁極位置θ及び回転速度ωを検出してもよい。磁極位置θは、モータ４のロータの磁極位置（電気角）を表し、回転速度ωは、モータ４のロータの電気角速度を表す。位置・速度検出部１９により検出される回転速度ωの検出値を、速度検出値ωとも称する。

速度制御部２０は、外部からの速度指令値ω^＊と位置・速度検出部１９によって検出される速度検出値ωとの差が零に収束するように、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を生成する。速度指令値ω^＊は、モータ４のロータの電気角速度で表される回転速度の指令値を表す。速度制御部２０は、例えば、減算器１６、速度調節器１７及び電流指令演算部１８を有する。

減算器１６は、速度指令値ω^＊と速度検出値ωとの偏差を演算する。速度調節器１７は、減算器１６により演算された偏差を増幅することで、トルク指令値τ^＊を演算する。トルク指令値τ^＊は、モータ４のトルクＴの指令値を表す。

電流指令演算部１８は、トルク指令値τ^＊及び速度検出値ωに基づき、モータ４のｄ軸方向に流すｄ軸電流の指令値であるｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊とモータ４のｑ軸方向に流すｑ軸電流の指令値であるｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を演算する。モータ４に生じるトルクＴは、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に比例して大きくなる。

電流制御部３０は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊とｄ軸電流検出値ｉ_ｄとの差が零に収束するように、モータ４のｄ軸方向に生じるｄ軸電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊を生成する。電流制御部３０は、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑとの差が零に収束するように、モータ４のｑ軸方向に生じるｑ軸電圧の指令値であるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を生成する。モータ４がブラシレスモータ直流モータの場合、電圧座標変換器１５は、位置・速度検出部１９によって検出された磁極位置θを用いて、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の相電圧指令ｖ_ｕ*，ｖ_ｖ*，ｖ_ｗ*に変換する。電流座標変換器１４は、位置・速度検出部１９によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部１１により検出された３相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、２相のｄ軸電流検出値ｉ_ｄ及びｑ軸電流検出値ｉ_ｑに変換する。モータ４がステッピングモータの場合、電圧座標変換器１５は、位置・速度検出部１９によって検出された磁極位置θを用いて、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を、各相の相電圧指令値に変換する。電流座標変換器１４は、位置・速度検出部１９によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部１１により検出された各相の相電流を、２相のｄ軸電流検出値ｉ_ｄ及びｑ軸電流検出値ｉ_ｑに変換する。

同定部４０は、モータ４の機械的パラメータ（イナーシャ、粘性抵抗など）を同定する。同定部４０により同定された機械的パラメータを含む機械系モデルを用いて、モータシステム１の速度制御系は構成される。

図２は、モータシステムの速度制御系における機械系モデルの一例を示す図である。図２に示すモータ速度系３３は、モータ４の機械系モデル３４を含む。機械系モデル３４は、モータ４のトルクＴを入力としモータ４の回転速度ωを出力とする伝達関数で表される。Ｊはモータ４のイナーシャ、Ｄはモータ４の粘性抵抗、ｓはラプラス演算子を表す。同定部４０は、例えば、機械系モデル３４を表す伝達関数の２つの係数を最小二乗法により推定することで、モータ４の機械的パラメータ（イナーシャＪと粘性係数Ｄ）を同定する。なお、モータ４に機械的負荷が接続されている場合、同定部４０は、その機械的負荷とモータ４を合わせた状態での機械的パラメータ（イナーシャＪと粘性係数Ｄ）を同定する。

図３は、モータの機械的パラメータを最小二乗法により同定する同定部の一例を示す機能ブロック図である。同定部４０は、例えば、周期信号生成部５１、推定モデル５３及び推定部５４を有する。実モデル５２は、図２に示す機械系モデル３４に相当する。周期信号生成部５１は、同定部４０（図３参照）の内部にあってもよいし、モータ制御装置１００（図１参照）の外部にあってもよい。

図３において、周期信号生成部５１は、振幅と周波数とオフセットとが可変の周期信号を生成し、生成した周期信号を、速度指令値ω^＊として出力する。周期信号の波形は、正弦波に限らず、疑似正弦波、三角波又は鋸波などの他の周期波形でもよい。速度制御部２０は、入力された速度指令値ω^＊と、位置・速度検出部１９によって検出される速度検出値ωとの差が零に収束するように電流指令値ｉ^＊（ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊）を出力する。トルクＴは電流値に比例することから、電流値にトルク係数を乗算すればトルクとなり、電流値の変化は結果としてトルクの変化となる。よって、電流値の指令はトルクの指令と等価となり、実際の同定においては、電流と速度が用いられてもよい。

推定モデル５３は、モータ４に生じるトルクＴの指令値であるトルク指令値τ^＊として周期信号生成部５１から出力されて推定モデル５３に入力される周期信号から、速度検出値ωの推定値である速度推定値ω_ｍを出力する。推定モデル５３は、実モデル５２と同じ伝達関数で表される。Ｊ_ｍは、推定モデル５３上のイナーシャ、Ｄ_ｍは、推定モデル５３上の粘性抵抗を表す。

推定部５４は、実モデル５２から出力される速度検出値ω（位置・速度検出部１９により実際に得られる速度検出値ω）と推定モデル５３から出力される速度推定値ω_ｍとの誤差の二乗和を最小とするような"イナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄ"を算出（同定）する。推定部５４は、イナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄの各々の算出値を同定値としてメモリに保存する。推定部５４により導出されるイナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄの各々の同定値は、速度制御部２０（図１）の制御ゲインの設定に利用される。なお、制御ゲインを設定するにあたり、必ずしもイナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄの各々の同定値が速度制御部２０に入力されなくてもよい。例えば、同定部４０は、イナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄの各々の同定値をユーザに提示し、ユーザから入力される情報に応じて、制御ゲインを設定してもよい。

ところが、周期信号生成部５１により生成される周期信号の振幅が小さいと、ｑ軸電流検出値ｉ_ｑ及びｑ軸電流推定値ｉ_ｑｍの振幅も小さくなるため、イナーシャＪ及び粘性抵抗Ｄの各々の同定値が動作時の本来の値と大きく異なる（同定精度が低下する）場合がある。電流値は、モータ４やモータ４に繋がる負荷により変化するので、周期信号の振幅（変動幅）を適切に設定することが難しい。

図４は、基準イナーシャに対するイナーシャ及び粘性抵抗の推定値（同定値）のばらつきの一例を示す図である。周期信号生成部５１により生成される周期信号の振幅、周波数及びオフセットを固定した状態で推定部５４が推定を繰り返すと、基準イナーシャが大きいとき、イナーシャ及び粘性抵抗の推定値（同定値）のばらつきが、図４に示すように大きくなることがある。

本開示の同定部４０は、ｑ軸電流を適切な変動幅で変動させることで、イナーシャ及び粘性抵抗の同定精度を確保する機能を有する。以下、ｑ軸電流を適切な変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出する同定方法１〜４について、図５〜９を参照して説明する。

＜同定方法１＞
図５は、同定方法１を示すフローチャートである。最初に、同定部４０は、モータ制御装置１００をベクトル制御による速度制御に設定する。

次に、同定部４０は、モータ４の速度変動幅の初期値を設定し（ステップＳ１１）、設定した初期値からモータ４を回転させ、ｑ軸電流（Ｉ_ｑ電流）の変動幅を検出する（ステップＳ１２）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

モータ４の速度変動幅とは、モータ４のロータの回転速度ωが上下に変動する上下幅を表す。ｑ軸電流の変動幅とは、ｑ軸電流が上下に変動する上下幅を表し、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊の変動幅でもよいし、ｑ軸電流検出値ｉ_ｑの変動幅でもよい。後述の他の同定方法でも同様である。

同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１３、ＮＯ）、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内に上昇するまで、ｑ軸電流の変動幅を検出しながら、モータ４の速度変動幅を漸増させる（ステップＳ１４）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になったら（ステップＳ１３、ＹＥＳ）、モータの速度変動幅を漸増させることを停止し、その停止した値に速度変動幅を固定する。

一方、同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１３、ＮＯ）、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内に低下するまで、ｑ軸電流の変動幅を検出しながら、モータ４の速度変動幅を漸減させる（ステップＳ１４）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になったら（ステップＳ１３、ＹＥＳ）、モータ４の速度変動幅を漸減させることを停止し、その停止した値に速度変動幅を固定する。

同定部４０は、ステップＳ１３で固定された速度変動幅でモータ４の回転速度ωを変動させた状態で、モータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する（ステップＳ１５）。同定部４０は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値（同定値）をメモリに保存する（ステップＳ１６）。

同定方法１では、同定部４０は、モータ４のｑ軸電流変動幅が設定範囲内になるまでモータ４の速度変動幅を変化させ、ｑ軸電流変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法１によれば、ステップＳ１３の設定範囲を、ｑ軸電流を変動させたい適切な幅に設定することで、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることができる。ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることで、モータ４の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

同定部４０は、例えば、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑ ^＊との少なくとも一方の電流変動幅が設定範囲内になるまで、速度指令値ω^＊の変動幅を変化させてもよい。これにより、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

速度指令値ω^＊の変動幅とは、速度指令値ω^＊が上下に変動する上下幅を表す。後述の他の同定方法でも同様である。

＜同定方法２＞
図６は、同定方法２を示すフローチャートである。最初に、同定部４０は、モータ制御装置１００をベクトル制御による速度制御に設定する。

次に、同定部４０は、モータ４の速度変動幅と速度変動周波数の各々の初期値を設定し（ステップＳ２１）、設定した各々の初期値からモータ４を回転させ、ｑ軸電流（Ｉ_ｑ電流）の変動幅を検出する（ステップＳ２２）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２３）。

モータ４の速度周波数とは、モータ４のロータの回転速度ωが変動する周波数（回転速度ωが変動する周期の逆数）を表す。後述の他の同定方法でも同様である。

同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲よりも小さいと判定した場合（ステップＳ２３、ＮＯ）、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内に上昇するまで、ｑ軸電流の変動幅を検出しながら、モータ４の速度変動周波数を漸増又は漸減させる（ステップＳ２４）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になったら（ステップＳ２３、ＹＥＳ）、モータ４の速度変動周波数を漸増又は漸減ことを停止し、その停止した値に速度変動周波数を固定する。

一方、同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲よりも大きいと判定した場合（ステップＳ２３、ＮＯ）、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内に低下するまで、ｑ軸電流の変動幅を検出しながら、モータ４の速度変動周波数を漸減又は漸増させる（ステップＳ２４）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になったら（ステップＳ２３、ＹＥＳ）、モータ４の速度変動周波数を漸減又は漸増させることを停止し、その停止した値に速度変動周波数を固定する。

同定部４０は、ステップＳ２３で固定された速度変動周波数でモータ４の回転速度ωを変動させた状態で、モータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する（ステップＳ２５）。同定部４０は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値（同定値）をメモリに保存する（ステップＳ２６）。

同定方法２では、同定部４０は、モータ４のｑ軸電流変動幅が設定範囲内になるまでモータ４の速度変動周波数を変化させ、ｑ軸電流変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法２によれば、ステップＳ２３の設定範囲を、ｑ軸電流を変動させたい適切な幅に設定することで、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることができる。ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることで、モータ４の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

同定部４０は、例えば、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑ ^＊との少なくとも一方の電流変動幅が設定範囲内になるまで、速度指令値ω^＊の変動周波数を変化させてもよい。これにより、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

速度指令値ω^＊の変動周波数とは、速度指令値ω^＊が変動する周波数（速度指令値ω^＊が変動する周期の逆数）を表す。後述の他の同定方法でも同様である。

＜同定方法３＞
図７は、同定方法３を示すフローチャートである。最初に、同定部４０は、モータ制御装置１００をベクトル制御による速度制御に設定する。

次に、同定部４０は、モータ４の定格値と速度変動幅と速度変動周波数との対応テーブルを予め記憶するメモリにアクセスする。対応テーブルには、モータ４の定格値に適した、速度変動幅と速度変動周波数との組み合わせが定義されている。定格値は、モータの特性を表す値（特性値）の一例である。定格値には、例えば、モータの容量、電圧又は電流などがある。図８は、モータの定格電流と速度変動幅と速度変動周波数との対応テーブルの一例を示す図である。

なお、対応テーブルは、定格値と速度変動幅と速度変動周波数との対応関係を定義したテーブルに限られない。対応テーブルは、モータの特性値と、速度変動幅と速度変動周波数とのうちの一方又は両方との対応関係を定義したテーブルでもよい。モータの特性値は、定格値に限られず、モータの特定の性能を表す値（性能値）、モータの型番情報を表す値などでもよい。

図７のステップＳ３１にて、同定部４０は、モータ制御装置１００に実際に接続されたモータ４の定格値に対応する速度変動幅及び速度変動周波数を対応テーブルから選択し、選択した速度変動幅及び速度変動周波数を各々の初期値として設定する。同定部４０は、設定した各々の初期値からモータ４を回転させ、ｑ軸電流の変動幅を検出する（ステップＳ３２）。同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３３）。

同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲よりも小さい又は大きいと判定した場合（ステップＳ３３、ＮＯ）、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になるまで、ｑ軸電流の変動幅を検出しながら、モータ４の速度変動幅と速度変動周波数とのうちの一方又は両方を漸増又は漸減させる（ステップＳ３４）。同定部４０は、モータ４の速度変動幅と速度変動周波数の両方を変化させる場合、一方を漸増させ他方を漸減させてもよい。また、同定部４０は、上記の対応テーブルを利用して、モータ４の速度変動幅を漸増又は漸減させるのか、及び、モータ４の速度変動周波数を漸増又は漸減させるのか、決定してもよい。

同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になったら（ステップＳ３３、ＹＥＳ）、モータ４の速度変動幅と速度変動周波数とのうちの一方又は両方を漸増又は漸減させることを停止し、その停止した各値にモータ４の速度変動幅と速度変動周波数を固定する。

同定部４０は、ステップＳ３３で固定された速度変動幅と速度変動周波数でモータ４の回転速度ωを変動させた状態で、モータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する（ステップＳ３５）。同定部４０は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値（同定値）をメモリに保存する（ステップＳ３６）。

なお、同定部４０は、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内になるまでに所定の上限値よりも大きな速度変動幅又はモータ４の異常動作等の発生が検知された場合、以下の手順ａ，ｂを行ってもよい。

手順ａ：同定部４０は、速度変動周波数を漸増させ、モータ４の異常動作等の発生が検知されない状態となったら、その時の速度変動幅と速度変動周波数でイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。

手順ｂ：同定部４０は、速度変動周波数を漸増させても、モータ４の異常動作等の発生が検知される場合、速度変動周波数を初期値に戻し、速度変動幅を漸減させ、モータ４の異常動作等の発生が検知されない状態となったら、その時の速度変動幅と速度変動周波数でイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。

同定方法３では、同定部４０は、モータ４のｑ軸電流変動幅が設定範囲内になるまでモータ４の速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、ｑ軸電流変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法３によれば、ステップＳ３３の設定範囲を、ｑ軸電流を変動させたい適切な幅に設定することで、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることができる。ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させることで、モータ４の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

同定部４０は、例えば、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑ ^＊との少なくとも一方の電流変動幅が設定範囲内になるまで、速度指令値ω^＊の変動幅と変動周波数の少なくとも一方を変化させてもよい。これにより、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

また、同定部４０は、ステップＳ３３において、ｑ軸電流の変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定することに加えて、ｄ軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲（零近傍範囲）よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部４０は、ｄ軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、ｄ軸電流が零近傍範囲内になるまで、速度変動幅を減少させ、速度変動周波数を変化させ、又はその両方を行う。このときのｄ軸電流は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊でもｄ軸電流検出値ｉ_ｄでもよい。

また、対応テーブルには、モータ４の定格値に適した、速度指令値ω^＊の変動幅と速度指令値ω^＊の変動周波数との組み合わせが定義されてもよい。後述の他の同定方法でも同様である。

＜同定方法４＞
図９は、同定方法４を示すフローチャートである。最初に、同定部４０は、モータ制御装置１００をベクトル制御による速度制御に設定する。

次に、同定部４０は、モータ４の定格値と速度変動幅と速度変動周波数との対応テーブルを予め記憶するメモリにアクセスする。対応テーブルには、モータ４の定格値に適した、速度変動幅と速度変動周波数との組み合わせが定義されている。定格値は、モータの特性を表す値（特性値）の一例である。定格値には、例えば、モータの容量、電圧又は電流などがある。図８は、モータの定格電流と速度変動幅と速度変動周波数との対応テーブルの一例を示す図である。

なお、対応テーブルは、定格値と速度変動幅と速度変動周波数との対応関係を定義したテーブルに限られない。対応テーブルは、モータの特性値と、速度変動幅と速度変動周波数とのうちの一方又は両方との対応関係を定義したテーブルでもよい。モータの特性値は、定格値に限られず、モータの特定の性能を表す値（性能値）、モータの型番情報を表す値などでもよい。

図９のステップＳ４１にて、同定部４０は、モータ制御装置１００に実際に接続されたモータ４の定格値に対応する速度変動幅及び速度変動周波数を対応テーブルから選択し、選択した速度変動幅及び速度変動周波数を各々の初期値として設定する。同定部４０は、設定した各々の初期値からモータ４を回転させ、その時の、ｑ軸電流（ｉ_ｑ電流）の変動幅、ｑ軸電圧（ｖ_ｑ電圧）、実際の回転速度、ｄ軸電流（ｉ_ｄ電流）などを観測する（ステップＳ４２）。このときのｑ軸電圧とは、例えば、ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊である。このときのｄ軸電流は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊でもｄ軸電流検出値ｉ_ｄでもよい。

同定部４０は、ステップＳ４２で観測した少なくとも一つの値を用いて、適切な速度変動幅及び速度変動周波数を設定する（ステップＳ４３）。例えば、同定部４０は、ステップＳ４２で観測した少なくとも一つの値を用いて、所定の算出式から算出又は所定の対応テーブルから選択して、適切な速度変動幅及び速度変動周波数を設定する。

また、同定部４０は、ステップＳ４３で設定した速度変動幅と速度変動周波数でモータ４を回転させた時、ｄ軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲（零近傍範囲）よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部４０は、ｄ軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、ｄ軸電流が零近傍範囲内になるまで、速度変動幅を減少させ、速度変動周波数を変化させ、又はその両方を行う。このときのｄ軸電流は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊でもｄ軸電流検出値ｉ_ｄでもよい。

同定部４０は、ステップＳ４３で設定された速度変動幅と速度変動周波数でモータ４の回転速度ωを変動させた状態で、モータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する（ステップＳ４４）。同定部４０は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗のいずれかの算出値（同定値）の異常又はモータ４の異常動作等の発生があるか否かを判定する（ステップＳ４５）。

同定部４０は、いずれかの同定値の異常又はモータ４の異常動作等の発生が検知された場合（ステップＳ４５、ＹＥＳ）、速度変動幅と速度変動周波数とのうちの一方又は両方を変更して（ステップＳ４６）、同定を再度実行する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６において、同定部４０は、速度変動幅を設定し、速度変動周波数を漸次変化させながら同定を連続して行ってもよいし、速度変動周波数を設定し、速度変動幅を漸次変化させながら同定を連続して行なってもよい。同定部４０は、このように同定を連続して行うことで得られた同定値のテーブルから選択した適切な値を、同定値としてもよい。

同定部４０は、いずれかの同定値の異常及びモータ４の異常動作等の発生が検知されない場合（ステップＳ４５、ＮＯ）、イナーシャ及び粘性抵抗の算出値を同定値として決定し、メモリに保存する（ステップＳ４７）。

同定方法４では、同定部４０は、モータ４のｑ軸電流変動幅を検出し（ステップＳ４２）、ｑ軸電流変動幅が設定範囲内になった状態で（ステップＳ４３）、モータ４のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する（ステップＳ４４）。同定方法４によれば、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させる適切な速度変動幅及び速度変動周波数をステップＳ４３で設定することで、モータ４の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

同定部４０は、例えば、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑ ^＊との少なくとも一方を適切な電流変動幅で変動させる適切な速度指令値ω^＊の変動幅と変動周波数の少なくとも一方をステップＳ４３で設定してもよい。これにより、同定部４０は、ｑ軸電流を適切な電流変動幅で変動させた状態（回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態）でイナーシャ及び粘性抵抗を算出（同定）できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。

以上、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、本開示の技術は、イナーシャ及び粘性抵抗を最小二乗法により同定する方法以外の同定方法にも適用できる。

１ モータシステム
４ モータ
１１電流検出部
１２ インバータ
１３ ＰＷＭ回路
１４ 電流座標変換器
１５ 電圧座標変換器
１６ 減算器
１７ 速度調節器
１８ 電流指令演算部
１９ 位置・速度検出部
２０ 速度制御部
３０ 電流制御部
３３ モータ速度系
３４ 機械系モデル
４０ 同定部
５１ 周期信号生成部
５２ 実モデル
５３ 推定モデル
５４ 推定部
１００ モータ制御装置

Claims (7)

1. モータのｑ軸電流の変動幅である電流変動幅を検出し、前記電流変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える、モータ制御装置。
2. 前記同定部は、前記電流変動幅が前記設定範囲内になるまで前記モータの速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記電流変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータの速度指令値と前記モータの速度検出値との差が零に収束するようにｑ軸電流指令値を生成し、前記ｑ軸電流指令値と前記モータのｑ軸電流検出値との差が零に収束するように前記モータを制御する制御部を備え、
   前記同定部は、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との少なくとも一方の電流変動幅が前記設定範囲内になるまで前記速度指令値の変動幅と変動周波数の少なくとも一方を変化させる、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記同定部は、前記モータの特性値と、前記速度変動幅と前記速度変動周波数とのうちの一方又は両方との対応テーブルを用いて、前記少なくとも一方の初期値を決定する、請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
5. 前記同定部は、前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を最小二乗法により同定する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータと、を備える、モータシステム。
7. モータを制御するモータ制御装置が行うモータ制御方法であって、
   前記モータのｑ軸電流の変動幅である電流変動幅を検出し、前記電流変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する、モータ制御方法。

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