JP2022153007A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ制御の精度を向上すること。【解決手段】モータ制御装置１００において、スイッチングモジュール１０は、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をモータＭに印加し、電流検出部２１は、直流電源とスイッチングモジュールとの間に接続されたシャント抵抗Ｒｓを用いてスイッチングモジュールの母線電流を検出し、３φ電流算出部６１は、モータＭにおける固定座標の３相電流を母線電流に基づいて算出し、３φ／ｄｑ変換部４２は、固定座標の３相電流を回転座標の２相電流に変換し、誤差補正部８０は、モータＭのモータモデル式に従って２相電流の第一予測値を算出し、２相電流と第一予測値との間の差分に含まれる誤差成分を抽出し、抽出した誤差成分を用いて第一予測値を補正することにより、補正後の第二予測値を算出し、制御部は、第二予測値を用いてモータＭの制御を行う。【選択図】図１

Description

本開示は、モータ制御装置に関する。

モータの駆動を制御するモータ制御装置は、モータに印加される３相の交流電圧（以下では「３相電圧」と呼ぶことがある）を生成するスイッチングモジュールを有する。スイッチングモジュールは、複数のスイッチング素子から構成される。スイッチングモジュールは、インバータと呼ばれることもある。

また、モータ制御装置に対してベクトル制御を用いる場合、モ－タ制御装置は、モータの回転速度が速度指令値（目標速度）に一致するようにｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を生成し、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値からｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を生成する。さらに、モータ制御装置は、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を３相の電圧指令値へ変換する。

３相の電圧指令値に基づいてスイッチングモジュールを制御する技術としてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）が知られている。ＰＷＭは、スイッチングモジュールを構成する複数のスイッチング素子のオン／オフ時間の長さを調節することによりスイッチングモジュールの出力電圧（つまり、３相電圧）を変化させる技術である。スイッチング素子のオン／オフを制御する信号（以下では「ＰＷＭ信号」と呼ぶことがある）は、ＰＷＭの搬送波であるキャリア信号と比較値との比較結果に基づいて生成される。ＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子のオン／オフが制御されることにより、モータに３相電圧が印加されてモータの駆動が制御される。

また、モータのロータの回転位置（以下では「ロータ位置」と呼ぶことがある）を検出するためのセンサ（以下では「位置センサ」と呼ぶことがある）を使用せずにモータの駆動を制御する技術（以下では「位置センサレス方式」と呼ぶことがある）が知られている。位置センサレス方式では、モータに流れる３相の電流（以下では「モータ電流」と呼ぶことがある）を検出することにより、位置センサを使用せずに、ロータ位置を推定する。

また、モータ電流の検出方式として「１シャント検出方式」が知られている。１シャント検出方式では、３相電圧を生成するスイッチングモジュールと直流電源との間に流れる母線電流に基づいてモータ電流のうちの２相分の電流を検出し、残りの１相分の電流を、２相分の電流からキルヒホッフの法則を用いて算出する。

ここで、前回検出された電流、及び、前回の制御で用いられた電圧を用いて今回検出されるであろう電流を予測し、予測した電流をモータ制御に使用する先行技術が提案されている。

特開２００８－０６７５５６号公報

しかしながら、予測した電流と、実際にモータに流れる電流との間には誤差が生じるため、予測した電流をそのままモータ制御に使用するとモータ制御の精度が低下する。

そこで、本開示では、モータ制御の精度を向上できる技術を提案する。

本開示のモータ制御装置は、スイッチングモジュールと、検出部と、第一算出部と、変換部と、予測部と、第二算出部と、抽出部と、第三算出部と、制御部とを有する。前記スイッチングモジュールは、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧をモータに印加する。前記検出部は、前記直流電源と前記スイッチングモジュールとの間に接続された抵抗を用いて前記スイッチングモジュールの母線電流を検出する。前記第一算出部は、前記モータにおける固定座標の３相電流を前記母線電流に基づいて算出する。前記変換部は、前記３相電流を回転座標の２相電流に変換する。前記予測部は、前記モータのモータモデル式に従って前記２相電流の第一予測値を算出する。前記第二算出部は、前記２相電流と前記第一予測値との間の差分を算出する。前記抽出部は、前記差分に含まれる誤差成分を抽出する。前記第三算出部は、前記誤差成分を用いて前記第一予測値を補正することにより、補正後の第二予測値を算出する。前記制御部は、前記第二予測値を用いて前記モータの制御を行う。

開示の技術によれば、モータ制御の精度を向上できる。

図１は、本開示の実施例のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図２は、本開示の実施例の誤差補正部の構成例を示す図である。 図３は、本開示の実施例の誤差成分抽出部の動作例の説明に供する図である。 図４は、本開示の実施例の誤差成分抽出部の動作例の説明に供する図である。 図５は、本開示の実施例の誤差成分抽出部の動作例の説明に供する図である。

以下、本開示の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。

［実施例］
＜モータ制御装置の構成＞
図１は、本開示の実施例のモータ制御装置の構成例を示す図である。図１に示すモータ制御装置１００は、位置センサレス方式、１シャント検出方式、及び、ＰＷＭを用いてモータＭの駆動を制御する。図１において、モータ制御装置１００は、減算部４６，４７，５２と、ｄ軸電流設定部４８と、速度制御部４９と、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５と、ｄｑ／３φ変換部４３と、ＰＷＭ部４１と、スイッチングモジュール１０と、直流電源Ｅ_ＤＣと、シャント抵抗Ｒｓとを有する。また、モータ制御装置１００は、ＤＣ電圧検出部３１と、電流検出部２１と、ＡＤ変換部７１，７２と、３φ電流算出部６１と、ＤＣ電圧算出部３２と、３φ／ｄｑ変換部４２と、位置・速度推定部４４と、１／Ｐｎ処理部５１と、誤差補正部８０とを有する。

減算部４６，４７，５２、ｄ軸電流設定部４８、速度制御部４９、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、ｄｑ／３φ変換部４３、ＰＷＭ部４１、ＤＣ電圧検出部３１、電流検出部２１、ＡＤ変換部７１，７２、３φ電流算出部６１、ＤＣ電圧算出部３２、３φ／ｄｑ変換部４２、位置・速度推定部４４、１／Ｐｎ処理部５１、及び、誤差補正部８０は、ハードウェアとして、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）により実現される。また、減算部４６，４７，５２、ｄ軸電流設定部４８、速度制御部４９、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、ｄｑ／３φ変換部４３、ＰＷＭ部４１、位置・速度推定部４４、及び、１／Ｐｎ処理部５１により、モータＭの駆動を制御する制御部が構成される。

また、スイッチングモジュール１０は、上アームのスイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｖｐ，ＳＷｗｐと、下アームのスイッチング素子ＳＷｕｎ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｎとを有する。

モータ制御装置１００において、ｄ軸電流設定部４８は、所定値のｄ軸電流指令値ｉｄ^＊を減算部４６へ出力する。

減算部４６には、ｄ軸電流設定部４８からｄ軸電流指令値ｉｄ^＊が入力され、誤差補正部８０からｄ軸電流ｉｄが入力される。減算部４６は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊からｄ軸電流ｉｄを減算することによりｄ軸電流偏差Δｉｄを算出し、算出したｄ軸電流偏差Δｉｄをｄ軸ｑ軸電圧設定部４５へ出力する。

速度制御部４９は、減算部５２から入力される速度偏差Δωがゼロに近づくようにｑ軸電流指令値ｉｑ^＊を算出し、算出したｑ軸電流指令値ｉｑ^＊を減算部４７へ出力する。

減算部４７には、速度制御部４９からｑ軸電流指令値ｉｑ^＊が入力され、誤差補正部８０からｑ軸電流ｉｑが入力される。減算部４７は、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊からｑ軸電流ｉｑを減算することによりｑ軸電流偏差Δｉｑを算出し、算出したｑ軸電流偏差Δｉｑをｄ軸ｑ軸電圧設定部４５へ出力する。

ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５には、減算部４６からｄ軸電流偏差Δｉｄが入力され、減算部４７からｑ軸電流偏差Δｉｑが入力され、誤差補正部８０からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが入力される。ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５は、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑがゼロに近づくようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出し、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を位置・速度推定部４４、ｄｑ／３φ変換部４３及び誤差補正部８０へ出力する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊は、３φ電流算出部６１により算出されるモータ電流であるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗに応じても変化する。

位置・速度推定部４４には、誤差補正部８０からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが入力され、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５からｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が入力される。位置・速度推定部４４は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、及び、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊に基づいて、モータＭの電気的な角速度ωｅと、回転座標（ｄｑ座標）でのモータＭの回転位相角θｄｑとを推定する。位置・速度推定部４４は、推定した角速度ωｅを１／Ｐｎ処理部５１及び誤差補正部８０へ出力し、推定した回転位相角θｄｑを３φ／ｄｑ変換部４２及びｄｑ／３φ変換部４３へ出力する。

１／Ｐｎ処理部５１は、角速度ωｅをモータＭの極対数で除することにより、電気的な角速度ωｅをモータＭが有するロータの機械的な角速度ωｍに変換し、変換後の角速度ωｍを減算部５２へ出力する。

減算部５２には、１／Ｐｎ処理部５１から角速度ωｍが入力され、モータ制御装置１００の外部から（例えば、モータ制御装置１００の上位のコントローラから）速度指令値ωｍ^＊が入力される。減算部５２は、速度指令値ωｍ^＊から角速度ωｍを減算することにより速度偏差Δωを算出し、算出した速度偏差Δωを速度制御部４９へ出力する。

ｄｑ／３φ変換部４３は、回転位相角θｄｑを用いて、回転座標の２相のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、固定座標（ＵＶＷ座標）の３相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換する。ｄｑ／３φ変換部４３は、変換後の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊をＰＷＭ部４１へ出力する。

ＰＷＭ部４１には、ｄｑ／３φ変換部４３から電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊が入力され、ＤＣ電圧算出部３２からＤＣ電圧Ｖｄｃが入力される。また、ＰＷＭ部４１には、モータ制御装置１００の外部から（例えば、モータ制御装置１００の上位のコントローラから）、ＰＷＭの搬送波であるキャリア信号が入力される。ＰＷＭ部４１は、電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊と、ＤＣ電圧Ｖｄｃと、キャリア信号とに基づいて、３相のＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成し、生成したＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎをスイッチングモジュール１０及び３φ電流算出部６１へ出力する。

スイッチングモジュール１０には、直流電源Ｅ_ＤＣから直流電圧が供給され、ＰＷＭ部４１からＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎが入力される。スイッチングモジュール１０は、直流電源Ｅ_ＤＣから供給される直流電圧をＰＷＭ信号Ｕｐ～Ｗｎに従って３相の交流電圧に変換し、変換後の３相の交流電圧をモータＭに印加する。３相の交流電圧がモータＭに印加されることによりモータＭが駆動される。スイッチングモジュール１０では、ＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎに従って各スイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｕｎ，ＳＷｖｐ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｐ，ＳＷｗｎがオン／オフされることにより、直流電圧が３相電圧に変換される。各スイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｕｎ，ＳＷｖｐ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｐ，ＳＷｗｎの両端には、還流ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが接続されている。

電流検出部２１は、直流電源Ｅ_ＤＣとスイッチングモジュール１０との間に接続されているシャント抵抗Ｒｓを用いて、スイッチングモジュール１０の母線電流Ｉｓを検出する。シャント抵抗Ｒｓは、直流電源Ｅ_ＤＣにおけるＮ側端子とスイッチングモジュール１０との間のＤＣラインであるＮラインＬ_Ｎ上に配置されている。なお、シャント抵抗Ｒｓは、直流電源Ｅ_ＤＣにおけるＰ側端子とスイッチングモジュール１０との間のＤＣラインであるＰラインＬ_Ｐ上に配置されても良い。シャント抵抗Ｒｓには、モータ電流であるＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流と、ＰＷＭ信号とに応じた母線電流Ｉｓが流れ、シャント抵抗Ｒｓに母線電流Ｉｓが流れるときに、シャント抵抗Ｒｓの両端に電圧降下が生じる。電流検出部２１は、この電圧降下の大きさとシャント抵抗Ｒｓの抵抗値とから、シャント抵抗Ｒｓに流れる母線電流Ｉｓを検出する。さらに、電流検出部２１は、シャント抵抗Ｒｓと母線電流Ｉｓとに基づいて、式（１）によって表されるアナログ電圧ＶＡ１を算出し、算出したアナログ電圧ＶＡ１をＡＤ変換部７２へ出力する。式（１）における“ｋ”は所定の増幅率を示す。
ＶＡ１＝ｋ×（Ｒｓ・Ｉｓ） …（１）

ＡＤ変換部７２は、アナログ電圧ＶＡ１に対してサンプリングを行うことにより、アナログ電圧ＶＡ１をデジタル電圧値ＶＡ２へ変換し、変換後のデジタル電圧値ＶＡ２を３φ電流算出部６１へ出力する。

３φ電流算出部６１は、１シャント検出方式を用いてモータ電流を算出する。３φ電流算出部６１は、シャント抵抗Ｒｓの抵抗値と、増幅率ｋと、デジタル電圧値ＶＡ２と、ＰＷＭ信号Ｕｐ～Ｗｎとに基づいて、モータ電流であるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗを算出し、算出したモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３φ／ｄｑ変換部４２へ出力する。

３φ／ｄｑ変換部４２は、位置・速度推定部４４から入力される回転位相角θｄｑを用いて、固定座標の３相の電流ベクトルを示すモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、回転座標の２相の電流ベクトルを示すｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する。以下では、３φ／ｄｑ変換部４２での変換後のｄ軸電流を「検出ｄ軸電流」と呼び、３φ／ｄｑ変換部４２での変換後のｑ軸電流を「検出ｑ軸電流」と呼ぶことがある。３φ／ｄｑ変換部４２は、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔを誤差補正部８０へ出力する。

誤差補正部８０には、３φ／ｄｑ変換部４２から検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔが入力され、位置・速度推定部４４から角速度ωｅが入力され、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５からｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が入力され、位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５及び減算部４６へ出力するｄ軸電流ｉｄと、位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５及び減算部４７へ出力するｑ軸電流ｉｑとを決定する。誤差補正部８０の詳細については後述する。

ＤＣ電圧検出部３１は、ＰラインＬ_ＰとＮラインＬ_Ｎとの間の母線電圧を検出し、検出したアナログの母線電圧ＶＢ１をＡＤ変換部７１へ出力する。

ＡＤ変換部７１は、アナログの母線電圧ＶＢ１に対してサンプリングを行うことにより、アナログの母線電圧ＶＢ１をデジタルの母線電圧値ＶＢ２へ変換し、変換後のデジタルの母線電圧値ＶＢ２をＤＣ電圧算出部３２へ出力する。

ＤＣ電圧算出部３２は、デジタルの母線電圧値ＶＢ２からＤＣ電圧Ｖｄｃを算出し、算出したＤＣ電圧ＶｄｃをＰＷＭ部４１へ出力する。

＜誤差補正部の構成＞
図２は、本開示の実施例の誤差補正部の構成例を示す図である。図２において、誤差補正部８０は、電流予測部８１と、差分算出部８２と、誤差成分抽出部８３と、補正部８４と、電流決定部８５とを有する。電流予測部８１には、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５からｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が入力され、位置・速度推定部４４から角速度ωｅが入力される。差分算出部８２及び電流決定部８５には、３φ／ｄｑ変換部４２から検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔが入力される。

ここで、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊は、式（２.１）及び式（２.２）に示すモータモデル式によって表される。式（２.１）及び式（２.２）において、“Ｒ”はモータＭの巻線抵抗、“ｉｄ”は前回の制御タイミングで電流決定部８５から出力されたｄ軸電流（以下では「前回ｄ軸電流」と呼ぶことがある）、“ｐ”は（ｄ／ｄｔ）の微分演算子、“Ｌｄ”はモータＭのｄ軸インダクタンス、“ωｅ”は位置・速度推定部４４から入力される角速度、“Ｌｑ”はモータＭのｑ軸インダクタンス、“ｉｑ”は前回の制御タイミングで電流決定部８５から出力されたｑ軸電流（以下では「前回ｑ軸電流」と呼ぶことがある）、“Ψ”はモータＭの鎖交磁束である。巻線抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ及び鎖交磁束Ψは、モータＭの特性を決定するパラメータ（以下では「モータパラメータ」と呼ぶことがある）である。
Ｖｄ^＊＝Ｒ・ｉｄ＋ｐ・Ｌｄ・ｉｄ－ωｅ・Ｌｑ・ｉｑ …（２.１）
Ｖｑ^＊＝Ｒ・ｉｑ＋ｐ・Ｌｑ・ｉｑ＋ωｅ・Ｌｄ・ｉｄ＋ωｅ・Ψ …（２.２）

また、モータ制御装置１００におけるキャリア周波数ｆｃを用いると、式（２.１）及び式（２.２）は、式（３.１）及び式（３.２）に変形できる。式（３.１）及び式（３.２）において、“ΔＩｄ”は、今回の制御タイミングで電流決定部８５から出力されると予測されるｄ軸電流（以下では「予測ｄ軸電流」と呼ぶことがある）の前回ｄ軸電流に対する変化量（以下では「ｄ軸電流変化量」と呼ぶことがある）、“ΔＩｑ”は、今回の制御タイミングで電流決定部８５から出力されると予測されるｑ軸電流（以下では「予測ｑ軸電流」と呼ぶことがある）の前回ｑ軸電流に対する変化量（以下では「ｑ軸電流変化量」と呼ぶことがある）である。
Ｖｄ^＊＝Ｒ・ｉｄ＋Ｌｄ・ΔＩｄ・ｆｃ－ωｅ・Ｌｑ・ｉｑ …（３.１）
Ｖｑ^＊＝Ｒ・ｉｑ＋Ｌｑ・ΔＩｑ・ｆｃ＋ωｅ・Ｌｄ・ｉｄ＋ωｅ・Ψ …（３.２）

式（３.１）及び式（３.２）をｄ軸電流変化量及びｑ軸電流変化量について解くと、式（４.１）及び式（４.２）が得られる。
ΔＩｄ＝（Ｖｄ^＊－Ｒ・ｉｄ＋ωｅ・Ｌｑ・ｉｑ）／（Ｌｄ・ｆｃ） …（４.１）
ΔＩｑ＝（Ｖｑ^＊－Ｒ・ｉｑ－ωｅ・Ｌｄ・ｉｄ－ωｅ・Ψ）／（Ｌｑ・ｆｃ）
…（４.２）

そこで、電流予測部８１は、前回の制御タイミングで電流決定部８５によって決定され電流決定部８５から入力された過去のｄ軸電流ｉｄと、前回の制御タイミングで電流決定部８５によって決定され電流決定部８５から入力された過去のｑ軸電流ｉｑとを用いて、式（５.１）及び式（５.２）に従って、予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅを算出する。
ｉｄ_ｐｒｅ＝ｉｄ＋ΔＩｄ …（５.１）
ｉｑ_ｐｒｅ＝ｉｑ＋ΔＩｑ …（５.２）

このようにして、電流予測部８１は、モータＭのモータモデル式に従って予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅを算出し、算出した予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅを差分算出部８２及び補正部８４へ出力する。

差分算出部８２は、式（６.１）及び式（６.２）に従って、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔと予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅとの差分（以下では「ｄ軸差分」と呼ぶことがある）ｉｄ_ｄｉｆ、及び、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔと予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅとの差分（以下では「ｑ軸差分」と呼ぶことがある）ｉｑ_ｄｉｆを算出する。差分算出部８２は、算出したｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆを誤差成分抽出部８３へ出力する。
ｉｄ_ｄｉｆ＝ｉｄ_ｄｅｔ－ｉｄ_ｐｒｅ …（６.１）
ｉｑ_ｄｉｆ＝ｉｑ_ｄｅｔ－ｉｑ_ｐｒｅ …（６.２）

誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆに含まれる誤差成分（以下では「ｄ軸誤差成分」と呼ぶことがある）ｉｄ_ｅｒｒをｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆから抽出するとともに、ｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆに含まれる誤差成分（以下では「ｑ軸誤差成分」と呼ぶことがある）ｉｑ_ｅｒｒをｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから抽出し、抽出したｄ軸誤差成分ｉｄ_ｅｒｒ及びｑ軸誤差成分ｉｑ_ｅｒｒを補正部８４へ出力する。誤差成分抽出部８３の詳細については後述する。

補正部８４は、ｄ軸誤差成分ｉｄ_ｅｒｒを用いて予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅを補正することにより、補正後の予測ｄ軸電流（以下では「補正ｄ軸電流」と呼ぶことがある）ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒを算出し、算出した補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒを電流決定部８５へ出力する。また、補正部８４は、ｑ軸誤差成分ｉｑ_ｅｒｒを用いて予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅを補正することにより、補正後の予測ｑ軸電流（以下では「補正ｑ軸電流」と呼ぶことがある）ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒを算出し、算出した補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒを電流決定部８５へ出力する。例えば、補正部８４は、予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅからｄ軸誤差成分ｉｄ_ｅｒｒを減算することにより補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒを算出し、予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅからｑ軸誤差成分ｉｑ_ｅｒｒを減算することにより補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒを算出する。

電流決定部８５は、今回の制御タイミングでのモータＭの制御に用いるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを決定する。

ここで、３φ電流算出部６１が３相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを算出できる期間（以下では「算出可能期間」と呼ぶことがある）と、３φ電流算出部６１が３相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを算出できない期間（以下では「算出不能期間」と呼ぶことがある）とが存在する。

電流決定部８５は、算出可能期間では、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔを今回の制御タイミングでのモータＭの制御に用いるｄ軸電流ｉｄとして決定し、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒのうち検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔを位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、減算部４６及び電流予測部８１へ出力する。一方で、電流決定部８５は、算出不能期間では、補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒを今回の制御タイミングでのモータＭの制御に用いるｄ軸電流ｉｄとして決定し、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒのうち補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒを位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、減算部４６及び電流予測部８１へ出力する。

また、電流決定部８５は、算出可能期間では、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔを今回の制御タイミングでのモータＭの制御に用いるｑ軸電流ｉｑとして決定し、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔ及び補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒのうち検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔを位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、減算部４６及び電流予測部８１へ出力する。一方で、電流決定部８５は、算出不能期間では、補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒを今回の制御タイミングでのモータＭの制御に用いるｑ軸電流ｉｑとして決定し、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔ及び補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒのうち補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒを位置・速度推定部４４、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、減算部４６及び電流予測部８１へ出力する。

例えば、電流決定部８５は、３相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊において２番目に大きい電圧指令値を有する相である中間相に対するＰＷＭ信号のパルス幅と、３相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊において最小の電圧指令値を有する相である最小相に対するＰＷＭ信号のパルス幅との差（以下では「第一パルス幅差」と呼ぶことがある）、及び、３相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊において最大の電圧指令値を有する相である最大相に対するＰＷＭ信号のパルス幅と、中間相に対するＰＷＭ信号のパルス幅との差（以下では「第二パルス幅差」と呼ぶことがある）のそれぞれが、式（７.１）及び式（７.２）に示すように、所定の閾値ＴＨ１未満であるか否かを判定する。そして、電流決定部８５は、式（７.１）及び式（７.２）の２つの不等式の少なくとも一方が成立する期間を算出不能期間であると判定し、式（７.１）及び式（７.２）の２つの不等式が共に不成立である期間を算出可能期間であると判定する。
第一パルス幅差＜ＴＨ１ …（７.１）
第二パルス幅差＜ＴＨ１ …（７.２）

また例えば、電流決定部８５は、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔに重畳されているノイズ（以下では「ｄ軸ノイズ」と呼ぶことがある）の大きさが所定の閾値ＴＨ２以上であるとき、または、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔに重畳されているノイズ（以下では「ｑ軸ノイズ」と呼ぶことがある）の大きさが閾値ＴＨ２以上であるときの期間を算出不能期間であると判定する。一方で、電流決定部８５は、ｄ軸ノイズの大きさ及びｑ軸ノイズの大きさの双方が閾値ＴＨ２未満であるときの期間を算出可能期間であると判定する。

＜誤差成分抽出部の動作＞
図３、図４及び図５は、本開示の実施例の誤差成分抽出部の動作例の説明に供する図である。以下では、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ及び検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔを「検出電流」と総称することがある。また以下では、予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅを「予測電流」と総称することがある。また以下では、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆを「電流差分」と総称することがある。また以下では、ｄ軸誤差成分ｉｄ_ｅｒｒ及びｑ軸誤差成分ｉｑ_ｅｒｒを「電流誤差成分」と総称することがある。

図３に示すように、検出電流の周波数成分には、電流基本波成分の他に、モータＭの回転周波数の次数（以下では「回転次数」と呼ぶことがある）に依存する周波数成分（以下では「回転次数成分」と呼ぶことがある）、及び、モータパラメータの誤差に起因して発生する成分（以下では「パラメータ誤差成分」と呼ぶことがある）の誤差成分が含まれる。回転次数成分の一例として、コギングトルクによる脈動等が挙げられる。また、図４に示すように、予測電流の周波数成分には、電流基本波成分の他に、パラメータ誤差成分が含まれる。また、検出電流と予測電流との差分である電流差分の周波数成分には、図５に示すように、回転次数成分、パラメータ誤差成分、及び、予測電流の算出遅れに起因して発生する周波数成分（以下では「算出遅れ成分」と呼ぶことがある）の電流誤差成分が含まれる。以下、電流差分からの電流誤差成分の抽出について、抽出例１，２，３の３つの抽出例を挙げて説明する。

＜抽出例１＞
抽出例１では、誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから回転次数成分を電流誤差成分として抽出する。

回転次数成分には高調波成分が含まれ、回転次数成分が出現する周波数の次数はモータＭの極数、モータＭのスロット数及びモータＭの回転数によって定まる。例えば、モータＭの回転数を基本波周波数として、モータＭがＸ極Ｙスロットモータである場合には、ＸとＹの最小公倍数の周波数に回転次数成分が出現する。さらに、ＸとＹの最小公倍数の２分の１倍、２倍、３倍、…、ｎ倍の次数の周波数にも回転次数成分が出現する。例えば、モータＭが６極９スロットのモータである場合、６と９との最小公倍数である１８次の周波数の他、６と９との最小公倍数の２分の１倍の９次の周波数、及び、３６次、５４次、…という１８×ｎ次の周波数に回転次数成分が出現する。よって例えば、モータＭの回転数が３０［ｒｐｓ］である場合、２７０［Ｈｚ］、５４０［Ｈｚ］、１０８０［Ｈｚ］、１６２０［Ｈｚ］、…、５４０×ｎ［Ｈｚ］の周波数に回転次数成分が出現する。このように、回転次数成分は、特定の周波数に出現する。

そこで、抽出例１では、誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆにフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうちｄ軸での回転次数成分に相当する複数の周波数成分をｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆから抽出する。同様に、誤差成分抽出部８３は、ｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆにフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうちｑ軸での回転次数成分に相当する複数の周波数成分をｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから抽出する。このように、誤差成分抽出部８３は、電流差分にフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうち回転次数成分に相当する複数の周波数成分を電流差分から抽出する。

このようにして抽出例１では、誤差成分抽出部８３は、電流差分から回転次数成分を電流誤差成分として抽出する。

＜抽出例２＞
抽出例２では、誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから算出遅れ成分を電流誤差成分として抽出する。

算出遅れ成分は予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅの算出に起因して発生する周波数成分であるため、図５に示すように、モータＭの回転数と同じ特定の周波数に算出遅れ成分が出現する。例えば、モータＭの回転数が３０［ｒｐｓ］である場合、３０［Ｈｚ］の周波数に算出遅れ成分が出現する。

そこで、抽出例２では、誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆにフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうちｄ軸での算出遅れ成分に相当する特定の周波数成分をｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆから抽出する。同様に、誤差成分抽出部８３は、ｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆにフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうちｑ軸での算出遅れ成分に相当する特定の周波数成分をｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから抽出する。このように、誤差成分抽出部８３は、電流差分にフーリエ級数展開を施すことにより、複数の次数の周波数成分のうち算出遅れ成分に相当する特定の周波数成分を電流差分から抽出する。

このようにして抽出例２では、誤差成分抽出部８３は、電流差分から算出遅れ成分を電流誤差成分として抽出する。

＜抽出例３＞
抽出例３では、誤差成分抽出部８３は、ｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆからパラメータ誤差成分を電流誤差成分として抽出する。

実際のモータパラメータは固定値ではなく、モータＭの状態によって変化する値であるため、式（２.１）及び式（２.２）に設定された固定値のモータパラメータと、実際のモータパラメータとの間には誤差が生じる。上記のように、予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ及び予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅは固定値のモータパラメータを設定された式（２.１）及び式（２.２）に基づいて算出されるため、モータパラメータ間の誤差に起因して、検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔと予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅとの間、及び、検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔと予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅとの間に定常的な誤差が生じる。つまり、パラメータ誤差成分は、図５に示すように、周波数成分を持たない所謂オフセット成分である。

そこで、抽出例３では、誤差成分抽出部８３は、ローパスフィルタを用いてｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆをフィルタリングすることによりｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆからｄ軸でのパラメータ誤差成分を抽出する。同様に、誤差成分抽出部８３は、ローパスフィルタを用いてｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆをフィルタリングすることによりｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆからｑ軸でのパラメータ誤差成分を抽出する。

このようにして抽出例３では、誤差成分抽出部８３は、電流差分からパラメータ誤差成分を電流誤差成分として抽出する。

以上、抽出例１，２，３について説明した。

なお、誤差成分抽出部８３は、回転次数成分、算出遅れ成分及びパラメータ誤差成分のうち一つまたは複数をｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ及びｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆから抽出しても良い。

以上、実施例について説明した。

以上のように、本開示のモータ制御装置（実施例のモータ制御装置１００）は、スイッチングモジュール（実施例のスイッチングモジュール１０）、検出部（実施例の電流検出部２１）と、第一算出部（実施例の３φ電流算出部６１）と、変換部（実施例の３φ／ｄｑ変換部４２）と、予測部（実施例の電流予測部８１）と、第二算出部（実施例の差分算出部８２）と、抽出部（実施例の誤差成分抽出部８３）と、第三算出部（実施例の補正部８４）と、制御部（実施例の制御部）とを有する。スイッチングモジュールは、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をモータ（実施例のモータＭ）に印加する。検出部は、直流電源とスイッチングモジュールとの間に接続された抵抗（実施例のシャント抵抗Ｒｓ）を用いてスイッチングモジュールの母線電流を検出する。第一算出部は、モータにおける固定座標の３相電流を母線電流に基づいて算出する。変換部は、固定座標の３相電流を回転座標の２相電流（実施例の検出ｄ軸電流ｉｄ_ｄｅｔ，検出ｑ軸電流ｉｑ_ｄｅｔ）に変換する。予測部は、モータのモータモデル式に従って２相電流の第一予測値（実施例の予測ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ，予測ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ）を算出する。第二算出部は、２相電流と第一予測値との間の差分（実施例のｄ軸差分ｉｄ_ｄｉｆ，ｑ軸差分ｉｑ_ｄｉｆ）を算出する。抽出部は、差分に含まれる誤差成分（実施例のｄ軸誤差成分ｉｄ_ｅｒｒ，ｑ軸誤差成分ｉｑ_ｅｒｒ）を抽出する。第三算出部は、誤差成分を用いて第一予測値を補正することにより、補正後の第二予測値（実施例の補正ｄ軸電流ｉｄ_ｐｒｅ_ｃｒ，補正ｑ軸電流ｉｑ_ｐｒｅ_ｃｒ）を算出する。制御部は、第二予測値を用いてモータの制御を行う。

例えば、抽出部は、モータの回転次数に依存する周波数成分を誤差成分として抽出する。

また例えば、抽出部は、第一予測値の算出遅れに起因する周波数成分を誤差成分として抽出する。

また例えば、抽出部は、モータモデル式に含まれるモータパラメータと、モータの実際のモータパラメータとの間のオフセット成分を誤差成分として抽出する。

こうすることで、第一予測値と、実際にモータに流れる電流との間の誤差が低減するため、モータ制御の精度を向上できる。

１００ モータ制御装置
１０ スイッチングモジュール
２１ 電流検出部
４２ ３φ／ｄｑ変換部
６１ ３φ電流算出部
８０ 誤差補正部
８１ 電流予測部
８２ 差分算出部
８３ 誤差成分抽出部
８４ 補正部
８５ 電流決定部

Claims (4)

1. 直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧をモータに印加するスイッチングモジュールと、
   前記直流電源と前記スイッチングモジュールとの間に接続された抵抗を用いて前記スイッチングモジュールの母線電流を検出する検出部と、
   前記モータにおける固定座標の３相電流を前記母線電流に基づいて算出する第一算出部と、
   前記３相電流を回転座標の２相電流に変換する変換部と、
   前記モータのモータモデル式に従って前記２相電流の第一予測値を算出する予測部と、
   前記２相電流と前記第一予測値との間の差分を算出する第二算出部と、
   前記差分に含まれる誤差成分を抽出する抽出部と、
   前記誤差成分を用いて前記第一予測値を補正することにより、補正後の第二予測値を算出する第三算出部と、
   前記第二予測値を用いて前記モータの制御を行う制御部と、
   を具備するモータ制御装置。
2. 前記抽出部は、前記モータの回転次数に依存する周波数成分を前記誤差成分として抽出する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記抽出部は、前記第一予測値の算出遅れに起因する周波数成分を前記誤差成分として抽出する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記抽出部は、前記モータモデル式に含まれるモータパラメータと、前記モータの実際のモータパラメータとの間のオフセット成分を前記誤差成分として抽出する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。

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