JP2023019359A - 回転角検出装置及びこれを備えたモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成的に演算コストが安価であり、正確な補正量を容易に求めることが可能な回転角検出装置及びこれを備えたモータ制御装置を提供する。【解決手段】ｄｑ軸電流指令値に基づいてベクトル制御されるモータの逆起電圧を補償する逆起電圧補償部と、モータを所定速度で時計方向又は反時計方向に回転させた時に、位相変化に基づいて逆起電圧補償部の逆起電圧補償電圧を変化させると共に、モータのｄｑ軸電流の変化に基づいて校正用位相角を求める位相調整部とを具備し、校正用位相角によりモータの出力角を補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に基づいてベクトル制御される同期モータの磁極位置（回転角）を、正確に校正して検出する回転角検出装置及びこれを備えたモータ制御装置に関する。

ブラシレスＤＣモータなどの同期モータの制御装置は、ｄｑ軸座標制御系を用いてロータの磁極位置に応じて適切な励磁位相巻線に電流を流し、所望のトルクを発生させるようにしている。かかる同期モータでは、電気角の原点を正確に校正しておくことは、モータ出力を正確に制御する上で重要である。同期モータには、ロータの磁極位置を検出するためのエンコーダ等の磁極位置センサを備えた同期モータと、磁極位置センサを備えない同期モータとの２種類がある。

このうち磁極位置センサを備えない同期モータの場合、同期モータの電源投入（始動）の度に磁極位置検出処理を行って、磁極の初期位置（以下、「磁極初期位置」とする）を検出し、この磁極初期位置を基準とした磁極位置に基づいて、同期モータの回転を制御する必要がある。しかしながら、この電源投入時の磁極位置検出処理の検出精度にバラツキがある場合には、同期モータの駆動時におけるトルク定数にもバラツキが生じることになり、最大トルクを発生できないことがある。特に、界磁弱め制御が必要な高速回転まで駆動する場合には、磁極位置にずれがあると、適正なｄ軸電流を流すことができず、このため同期モータに印加される駆動電圧が不足し、制御が不安定になる問題がある。

このような問題に対処するため、同期モータを初めて立ち上げる場合や、モータセンサの交換保守時などの場合に、磁極の基準位置と同期モータの回転センサの基準位置とのずれ量である磁極補正値を、予めメモリに記憶しておき、実際に同期モータの電源投入時における磁極位置の検出処理後に、最初に同期モータの回転センサの基準位置を検出した時に、基準位置に対応する磁極補正値に基づいて回転制御に用いる磁極位置を補正することで、同期モータの駆動時には、常に同じ磁極位置を基準として制御できるようにする方法がある。この方法によれば、センサ基準位置に対応した磁極補正値をメモリに予め設定しておき、磁極初期位置を補正することで、それ以降は常に、センサ基準位置に対応する磁極補正値を基準として制御できる。

また、直流励磁してロックしたモータ固定子側の基準点にエンコーダの基準点を合わせ、その後、初期磁極推定結果及びエンコーダ情報からずれ量を求め、ずれ量をエンコーダのメモリに記憶しておいて補正する方法がある。

このような磁極補正値を用いる方法では、同期モータの電源投入時における磁極位置の検出処理後に、最初に同期モータの回転センサの基準位置を検出した時に、この位置に対応した磁極初期位置を基準とした磁極位置を磁極補正値として設定する。しかしながら、磁極位置検出処理には上述のように検出精度にばらつきがあるので、この検出精度のばらつきに起因する磁極補正値の設定への影響を低減するためには、磁極位置検出処理を複数回行って平均値を算出する必要があり、算出に時間がかかるという問題がある。また、磁極補正値を用いる方法では、磁極位置検出処理を何回実行すれば良いかといった明確な指標はなく、磁極補正値内に含まれる誤差を十分に除去できないといった問題がある。

特許第５１７４２０５号公報

上述した問題を解決する手法として特許第５１７４２０５号公報（特許文献１）に記載された検出装置が提案されている。即ち、同期モータの磁極位置を検出する検出装置は、同期モータの電源投入時における磁極初期位置の検出後に、所定のｄ軸電流指令値を与えて同期モータを正転及び逆転させた時に、それぞれ生成される同期モータを回転させるための正転時ｄ軸電圧指令値及び逆転時ｄ軸電圧指令値の差に基づいて磁極補正値を生成する生成手段と、磁極補正値及び同期モータのセンサの基準位置であるセンサ基準位置に基づいて、磁極初期位置を補正する補正手段とを備えており、補正後の磁極初期位置に基づいて同期モータの回転を制御するようになっている。

しかしながら、かかる特許文献１に記載の検出装置では、電流値をarctan演算したり、多くの演算を実施しており、演算コストが高くなる問題がある。また、フィードバック制御部が作用しているため、正確な補正量を求めることが困難であるといった問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、構成的に演算コストが安価であり、正確な補正量を容易に求めて校正することが可能な回転角検出装置及びこれを備えたモータ制御装置を提供することにある。

本発明は回転角検出装置に関し、本発明の上記目的は、ｄｑ軸電流指令値に基づいてベクトル制御されるモータの逆起電圧を補償する逆起電圧補償部と、前記モータを所定速度で時計方向又は反時計方向に回転させた時に、位相変化に基づいて前記逆起電圧補償部の逆起電圧補償電圧を変化させると共に、前記モータのｄｑ軸電流の変化に基づいて校正用位相角を求める位相調整部とを具備し、前記校正用位相角により前記モータの出力角を補正することにより達成される。

本発明の回転検出装置によれば、モータ逆起電圧を補償する逆起電圧補償部を介挿しているので、ｄｑ軸次元でも３相次元でもモータの逆起電圧補償を実施することができる。また、モータ回転角の原点を校正する誤差調整モードにおいて、モータを所定速度で回転させながら、進角又は遅角となる位相を変化させ、ｄ軸電流（若しくはｄｑ軸電流ベクトルの大きさ）が最小となったときの位相角を、ＣＷ方向回転及びＣＣＷ方向回転について求め、平均値を算出して原点補正（校正）の補正値としているので、正確に校正された回転角の検出が可能である。モータ逆起電圧を補償する逆起電圧補償部は、通常制御モードにおいても使用される。誤差調整モード用の逆起電圧補償部と通常制御モード用の逆起電圧補償部との演算処理の差は小さい。このため、プログラム容量の増加、プログラム検証に掛かる時間の増加などの課題に対し、少ない容量増加、短い検証時間で対応することができる。

原点からの誤差がある場合において、逆起電圧補償によるｄｑ軸電流が流れることを示す概念図である。 ３相制御電圧指令値に逆起電圧補償電圧を付与する形態の構成例（通常制御モード）を示すブロック図である。 ３相制御電圧指令値に逆起電圧補償電圧を付与する形態の構成例（誤差調整モード）を示すブロック図である。 誤差調整モードにおける構成例の一部を示す結線図である。 誤差調整モードにおける構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャート図である。 ｄｑ軸制御電圧指令値に逆起電圧補償電圧を付与する形態の構成例（通常制御モード）を示すブロック図である。 ｄｑ軸制御電圧指令値に逆起電圧補償電圧を付与する形態の構成例（誤差調整モード）を示すブロック図である。

図１は、原点からの誤差がある場合において、逆起電圧補償によるｄｑ軸電流が流れることを示す概念図である。このとき、ｄｑ軸電流指令値に基づく電圧指令値はないものとしている。ｄ及びｑはそれぞれモータ軸上のｄ軸及びｑ軸を示し、ｄ_ｄ及びｑ_ｄはそれぞれ制御上のｄ軸及びｑ軸を示す。また、ｑ_ｃｃｗ及びｑ_ｃｗは、角度検出時から逆起電圧補償値がモータ端子に反映されるまでの時間経過を考慮したときのモータ軸上のｑ軸を示している。そして、「ＣＷ」はモータの時計方向回転を示し、「ＣＣＷ」はモータの反時計方向回転を示す。基準角度からの角度に誤差Δθがあるとｄｑ軸の電流が流れるが、誤差Δθが小さいので、ｑ軸電流よりもｄ軸電流の割合が大きくなっている。また、角度検出時点から逆起電圧補償電圧がモータ端子に生じるまでの遅れ時間があり、このため、回転方向によりｄｑ軸電流に差異が生じている。

逆起電圧補償が正しく機能すると、回転時のｄｑ軸電流値はゼロになる(ＰＩ補償が無い場合)。しかし、逆起電圧補償の位相がずれていると不完全な補償になり、ｄｑ軸電流値がゼロでなくなる。この場合、ｄｑ軸電流値がゼロになるように、進角又は遅角となる位相α（原点からの誤差）の調整が必要になる。電気角検出値の原点が真値からずれている場合、位相αの適値は回転方向で異なる値をとる。ｄ軸電流をゼロとするようなＣＷ方向の逆起電圧補償の位相角α_ｃｗと、ｄ軸電流をゼロとするようなＣＣＷ方向の逆起電圧補償の位相角α_ｃｃｗとを求め、その位相角平均値α_ｍを角度誤差とすれば良く、これが電気角オフセット校正量（原点からの誤差補正量）に相当する。

進角又は遅角となる位相αの適値を検索するのに用いる電流は、ｄｑ軸電流値や相電流振幅など種々あるが、位相αの操作に対する変化が大きいことから、d軸電流を計測するのが望ましいが、ｑ軸電流であっても良い。即ち、ｄｑ軸電流の少なくとも一方の電流値がゼロとなるような位相αを求めても良い。また、ｄ軸電流及びｑ軸電流の二乗和平方根（ｄｑ軸電流ベクトルの大きさ）或いは二乗和が最小となるような位相αを求めても良い。

図１では、逆起電圧補償電圧（太実線）と実逆起電圧（点線）との合成ベクトル電圧（太破線）を図示している。モータ電流に寄与する合成ベクトル電圧がモータ端子に印加されたよう見えるため、ｄｑ軸電流はそのｄｑ軸電圧成分に見合う大きさになる。基準点（原点）からの誤差は、モータ出荷時にある程度調整されているため小さいと考えられるが、図１では図示のし易さ、分かり易さを考慮して大きな角度誤差としている。また、合成ベクトルの成分としてはd軸の方が大きく寄与するが、誤差が大きいと逆転することがある。

図２は、３相制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗに逆起電圧補償電圧（ｖ_u1*、ｖ_v1*、 ｖ_w1*）を付与する形態のモータ制御系の構成例（通常制御モード）を示しており、原点補正部７０には、予め誤差調整モードで求められている補正値（位相α_ｍ）が記憶されている。ｄ軸電流指令値idref及びｑ軸電流指令値iqrefはそれぞれ減算部１２ｄ及び１２ｑに加算入力され、計測されたｄ軸電流id及びｑ軸電流iqをそれぞれ減算される。減算結果である電流偏差がそれぞれＰＩ（Proportion-Integral）制御部１１ｄ及び１１ｑに入力される。ＰＩ制御部１１ｄ及び１１ｑからの電圧指令値ｖ_ｄ及びｖ_ｑは、２相／３相変換部１０に入力されて３相の制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗに変換される。制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗはそれぞれ加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに入力され、逆起電圧補償部４１からの逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊、ｖ_ｖ１＊、ｖ_ｗ１＊と加算される。加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの加算結果の制御電圧指令値はそれぞれ減算部３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに加算入力され、実逆起電圧部４０からの逆起電圧ｖ_ｕ２＊、ｖ_ｖ２＊、ｖ_ｗ２＊が減算されてモータのそれぞれモータの巻線モデル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗに入力される。減算部３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ及び実逆起電圧部４０は、実際にモータに発生する逆起電圧をモデル化したものである。巻線モデルの出力は電流Ｉで、端子電圧をＶとすると、電圧方程式は下記数１で表わされる。
(数１)
Ｖ＝Ｌ・dＩ/dt＋Ｒ・Ｉ
上記数１をラプラス変換すると、下記数２となる。
（数２）
Ｖ（ｓ）＝Ｌ・s・Ｉ（ｓ）＋Ｒ・Ｉ（ｓ）

そして、伝達関数（出力電流/入力電圧）の記述では、“１／（Ｌ・ｓ＋Ｒ）＝Ｉ（ｓ）／Ｖ（ｓ）”とる。なお、抵抗Ｒには駆動回路の抵抗も含まれている。

また、モータには下記数３に従ったモータ実逆起電圧ｖ_ｕ２＊、ｖ_ｖ２＊、ｖ_ｗ２＊が発生され、モータ実逆起電圧ｖ_ｕ２＊、ｖ_ｖ２＊、ｖ_ｗ２＊は、３相の制御電圧指令値の経路の減算部３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに減算入力される。なお、数３における“Ｋer”は、モータ逆起電圧定数、“θr”は実回転角度、“ωr”は実角速度である。

モータ巻線モデル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗからの３相の相電流はモータモデル２０に入力されると共に、３相／２相変換部５０に入力される。モータモデル２０の伝達関数は“Ｋｔ／（Ｊｓ＋ｄ）”であり、“Ｋｔ”はモータトルク定数（Ｎｍ／Ａ）、“Ｊ”はモータ慣性モーメント、“ｄ”は粘性係数である。モータモデル２０の出力は積分（ｓ）のモータモデル（ｐ/s）２１で実回転角度（電気角）θrとして出力される。また、モータモデル（ｐ）２４からは、実角速度ωrが出力される。実回転角度θrは、角度検出器２３を介して回転角度θsとして、原点補正用の減算部７１に加算入力される。角度検出器２３の取り付け誤差及び原点補正部の調整誤差が、原点誤差Δθを生じさせる。

なお、モータモデル２１及び２４の“ｐ”は、いずれもモータ極対数を示している。モータモデル２１では、ｐ倍することでモータ機械角を電気角に変換し、モータモデル２４では、ｐ倍することでモータ機械速度を電気速度に変換している。

減算部７１に加算入力された回転角度θsは、誤差調整モードで算出された原点補正部７０からの補正信号ＣＲ（位相角α_ｍ）を減算される。補正信号ＣＲ（位相角α_ｍ）を減算されて補正された回転角度θ（θ＝θs－α_ｍ）が、微分部２２、逆起電圧補償部４１、２相／３相変換部１０及び３相／２相変換部５０に入力される。微分部２２で微分されて得られた角速度（モータ回転数）ωは逆起電圧補償部４１に入力される。逆起電圧補償部４１では、回転角度θ及び角速度ωに基づいて下記数４に従って逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊、ｖ_ｖ１＊、ｖ_ｗ１＊が演算され、逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊、ｖ_ｖ１＊、ｖ_ｗ１＊が３相の制御電圧指令値の経路の加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに入力される。なお、数４の“ｇ・ω”は、角度検出時点からモータ端子電圧発生までに要する時間による位相遅れを調整する角度である。

加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの加算結果がそれぞれ減算部３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに加算入力される。また、３相／２相変換部５０で得られた２相のｄ軸電流id及びｑ軸電流iqは、それぞれ減算部１２ｄ及び１２ｑに減算入力される。

このような構成において、通常の制御モードでは、原点補正部７０からの補正値（位相α_ｍ）ＣＲを角度検出器２３からの実回転角度θｓから減算して制御させ、減算部７１からの回転角度θが逆起電圧補償部４１、３相／２相変換部５０、２相／３相変換部１０及び微分部２２に入力される。そして、モータはｄ軸電流指令値idref及びｑ軸電流指令値iqrefに従ってベクトル制御され、通常制御では、電流偏差が小さくなるように電流偏差をＰＩ制御して、３相の制御電圧指令値をモータに印加する手法が一般に採用される。実逆起電圧部４０の実逆起電圧ｖ_ｕ２＊、ｖ_ｖ２＊、ｖ_ｗ２＊は制御電圧指令値を低減する方向に発生するため、ＰＩ制御には負荷（外乱）として見える。本発明ではこの外乱を相殺（補償）するために、逆起電圧補償はフィードフォワード的に制御電圧指令値に印加（加算）している。即ち、逆起電圧補償部４１からの逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊、ｖ_ｖ１＊、ｖ_ｗ１＊がそれぞれ加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに入力され、実逆起電圧ｖ_ｕ２＊、ｖ_ｖ２＊、ｖ_ｗ２＊の各減少分を補償するようになっている。

誤差調整モードにおいては、既存の逆起電圧補償のブロックを、誤差調整モードに少し修正して使用する。詳細は後述する。少しの修正で使用できるため、ソフトウエア資産（記憶容量）を有効に利用できることになる。異なる他の手法では、追加ロジックを実装する必要があるため、追加分の記憶容量が必要となる。

次に、誤差調整モードの動作について、図３を参照して説明する。

モータ出荷時にある程度、逆起電圧位相とモータ回転角センサ（レゾルバ、ＭＲセンサなど）の出力の位相が調整されているとし、モータをＥＣＵ（Engine Control Unit）と接続した初期に、誤差調整モードを起動させる。従って、誤差調整モードでは、モータは制御対象と連結されていない状態であり、後述するように外部測定装置１００を介して外部サーボ機構１１１によって、負荷なしに回転することができる。誤差調整モードでは図３に示す位相調整部６０において、d軸電流idが最小となる位相αを時計方向ＣＷ、反時計方向ＣＣＷについて求め、時計方向ＣＷの最小位相α_ＣＷ及び反時計方向ＣＣＷの最小位相α_ＣＣＷの平均値を算出し、算出された平均値の位相α_ｍを、原点を補正する補正値ＣＲとしてＥＣＵ（原点補正部７０）に記憶しておく。通常の制御では、回転角度θｓを誤差調整モードで予め求められて記憶されている補正値ＣＲ（位相角α_ｍ）で原点補正（校正）した回転角度θで制御する。

誤差調整モードでは、図４に示すように、２相／３相変換部１０の出力側に切換スイッチＳＷ１～ＳＷ３を設け、通常制御モードではＯＮして３相制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗを通過させ、誤差調整モードでは、外部測定装置１００からの切換信号ＳＷＳによって切換スイッチＳＷ１～ＳＷ３をＯＦＦし、３相制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗを接地してゼロとする。この切換手法の他に、減算部１２ｄ及び１２ｑ、ＰＩ制御部１１ｄ及び１１ｑを全て無効化し、３相制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗを接地してゼロとする形態、或いはＰＩ制御の制御定数等を変更して電圧指令値ｖ_ｄ及びｖ_ｑをゼロにする形態（比例ゲイン、積分ゲイン及び積分過去値をゼロとする）、２相／３相変換部１０の出力を強制的にゼロとする形態でも良く、要は３相制御電圧指令値ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗをゼロにできれば良い。

また、誤差調整モードでは、逆起電圧補償部４１の数４の遅れ角ｇ・ωを、位相調整部６０からの位相αに置き換える。図３の誤差調整モードは、初回の調整を前提としており、再度実施する場合には、位相調整部６０からの指示に応じて所定の値（例えばゼロ又は原点補正部７０の現状の値）を新しい補正値ＣＲとして再設定する。そして、以下に詳細を説明する手順で求めた位相進角若しくは位相遅角の平均値α_ｍを、再設定後の補正値ＣＲと加算し、最終補正量として原点補正部７０に記憶する手順になる。

誤差調整モードにおける全体の調整系の構成は図５であり、作業者が操作して測定する外部測定装置１００が、通信部１０１を介して位相調整部６０及びサーボ回転指示部１１０に有線若しくは無線で接続されている。サーボ回転指示部１１０は、外部サーボ機構１１１を介してモータを所定速度で回転する機構となっている。図５では、モータに制御対象が連結された構成を示しているが、最初の誤差調整モードでは、モータに制御対象が連結されていない状態となっている。

位相調整部６０は通信部６１を備えており、外部測定装置１００とは通信部１０１を介して通信することができ、位相調整部６０は、位相を進角で連続的に変化させる位相変化部６２と、変化する位相αを出力する位相出力部６３と、位相出力部６３からの位相αを適宜記憶するメモリ６４と、記憶された位相の平均値α_ｍを算出する平均値算出部６５と、ｄ軸電流idの最小値を判定する電流判定部６７とを具備している。d軸電流を最小にする位相αを求めるようにしているが、これは逆起電圧補償に用いる逆起電圧定数が実逆起電圧定数と完全に一致することがないため、ある程度電流が流れることを前提としているためである。

このような構成において、誤差調整モードにおける補正値ＣＲ（位相α_ｍ）の求め方を、図６のフローチャートを参照して説明する。

誤差調整モードになった場合、ほぼ自動校正と作業者を介した手順とがある。作業者を介した手順としては、外部測定装置１００を介してサーボ回転指示部１１０を起動し、外部サーボ機構１１１によりモータを時計方向ＣＷに所定速度（例えば１５００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０）。そして、進角となる位相を、外部測定装置１００から通信部１０１及び６１を介して位相調整部６０に指示する（ステップＳ１１）。位相調整部６０では、位相変化部６２が位相を変化させ、変化する位相αが位相出力部６３から出力され、位相αは逆起電圧補償部４１に入力される。位相調整部６０にはｄ軸電流id及びｑ軸電流iｑが入力されるが、本例ではｄ軸電流idの大きさを電流判定部６７が判定する。そして、作業者は、ｄ軸電流idが最小となるときを、電流判定部６７の結果を通信部１０１及び６１を介して観測して判定し（ステップＳ１２）、その時の位相α_ＣＷをメモリ６４に記憶する（ステップＳ１３）。

逆起電圧補償部４１は入力される位相αに従い、下記数５により逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊＊、ｖ_ｖ１＊＊、ｖ_ｗ１＊＊を演算して、それぞれ加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに加算して逆起電圧補償を実施する。

その後、作業者は同様に、外部測定装置１００を介して、サーボ回転指示部１１０及び外部サーボ機構１１１によりモータを反時計方向ＣＣＷに同じ所定速度（例えば１５００ｒｐｍ）で回転させ（ステップＳ２０）、進角となる位相を外部測定装置１００から通信部１０１及び６１を介して位相調整部６０に指示する（ステップＳ２１）。位相調整部６０では、位相変化部６２が位相を変化させ、変化する位相αが位相出力部６３から出力され、位相αは逆起電圧補償部４１に入力される。逆起電圧補償部４１で、上述と同様な数５に従った逆起電圧補償電圧ｖ_ｕ１＊＊、ｖ_ｖ１＊＊、ｖ_ｗ１＊＊が演算され、それぞれ加算部３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに加算されて逆起電圧補償が実施される。そして、作業者は、ｄ軸電流idが最小となるときを、電流判定部６７の結果を観測して判定し（ステップＳ２２）その時の位相α_ＣＣＷをメモリ６４に記憶する（ステップＳ２３）。

次いで、平均値算出部６５は、メモリ６４に記憶されている位相α_ＣＷ及びα_ＣＣＷを読み出して平均値α_ｍを算出し（ステップＳ３０）、外部測定装置１００からＣＡＮ等を介して原点補正部７０に補正値として記憶させる（ステップＳ３１）。

上述は作業者を介した手順であるが、ほぼ自動校正で行うことも可能である。この場合、作業者は、外部サーボ機構１１１とモータを接続した後、通信部１０１を介して位相調整部６０に誤差調整モードへの移行を指示する。位相調整部６０は、上記ステップＳ１０及びステップＳ２０の外部サーボ機構１１１の回転を通信部１０１を介して指示し、その他のステップの処理を位相調整部６０内部で実行する。

図７は、通常制御における形態を示している。ｄｑ軸上で誤差調整モード用の逆起電圧補償電圧Ｖｄ及びＶｑを付与する形態を示しており、太線はｄｑ軸信号を示している。即ち、ｄ軸電流id及びｑ軸電流iqはｄｑ軸非干渉化部１４に入力されると共に、減算部１２に減算入力される。ｄｑ軸非干渉化部１４にはモータ回転数ωが入力され、ｄｑ軸非干渉化部１４からの電圧指令値ｖ_ｎ１は誤差調整モード用の加算部１６に入力され、減算部１２からの電流指令値（idref、iqref）とｄｑ軸電流（i_d、i_q）との電流偏差がＰＩ制御部１３に入力され、ＰＩ制御部１３からの電圧指令値ｖ_ｎ２は加算部１５に入力され、加算部１５からのｄｑ軸制御電圧指令値が２相／３相変換部１０に入力される。２相／３相変換部１０以降の構成等は、前述３相補償の場合と同様である。通常制御においては、誤差調整モード用の逆起電圧補償電圧Ｖｄ及びＶｑ（ｖ_ｃ１）は強制的にゼロに設定される。

ここで、ｄｑ軸２相の逆起電圧補償（非干渉化制御）について説明する。

ｄ軸電機子電圧をＶｄｄ、ｑ軸電機子電圧をＶｑｑ、ｄ軸電機子巻線抵抗をＲｄ、ｑ軸電機子巻線抵抗をＲｑ、ｑ軸に誘起される速度起電力をφω（鎖交磁束φ、モータ角速度ω）、ｄ軸制御対象（モータ）の自己インダクタンスをＬｄ、ｑ軸制御対象（モータ）の自己インダクタンスをＬｑ、ラプラス演算子をｓとすると、ｄ軸制御対象（モータ）は“１／(Ｌｄ・ｓ+Ｒｄ)”で表記され、ｑ軸制御対象（モータ）は“１／(Ｌｑ・ｓ+Ｒｑ)”で表記され、ｄ軸電機子電圧Ｖｄｄ及びｑ軸電機子電圧Ｖｑｑは下記数６で表される。

数６を解くと、下記数７が成立する。

数７のｄ軸電機子電圧Ｖｄｄの右辺第１項はモータの逆関数、第２項は非干渉成分、数７のｑ軸電機子電圧Ｖｑｑの右辺第１項はモータの逆関数、第２項は非干渉成分、第３項は逆起電圧成分である。ｄ軸電機子電圧Ｖｄｄから“－ωＬ_qi_q”を減算した電圧降下後有効電圧によってd軸電流が発生し、ｄ軸電機子電圧Ｖｑｑから“ωＬ_ｄi_d＋ωφ”を減算した電圧降下後有効電圧によってq軸電流が発生する（特許第６６５８９９５号参照）。従って、ｄｑ軸非干渉化部１４による非干渉化制御としては、これを相殺する方向に補正する。

誤差調整モードにおいては、ｄｑ軸非干渉化部１４に替えて、下記数８で示される逆起電圧ｖ_ｃ１（Ｖｄ、Ｖｑ）を逆起電圧補償部４１Ａで生成して逆起電圧を相殺するようにする。

このような構成において、通常制御モードにおいては前述の３相補償の場合と同様な動作であり、モータ出力角度θを原点補正部７０からの補正信号ＣＲ（位相α_ｍ）で補正して制御する。

誤差調整モードでは図８に示すように、前述と同様な形態で、ＰＩ制御部１３の出力である電圧指令値ｖ_ｎ２及びｄｑ軸非干渉化部１４の出力である電圧指令値ｖ_ｎ１をそれぞれゼロとし、図６と同様な動作で平均値の位相α_ｍを求める。

ｄｑ軸上で誤差調整モード用の逆起電圧補償電圧部４１Ａは、３相上での逆起電圧補償電圧部４１と異なるが、位相調整部６０の処理は共通である。逆起電圧補償電圧部４１Ａでの演算式及びその他の信号のゼロ化処理は簡単であり、プログラム容量増加及び処理負荷も少ない。ｄｑ軸非干渉化部１４には位相に関連する情報がないが、逆起電圧補償電圧部４１Ａには位相を直接調整するようになっており、校正が容易となる利点がある。

なお、モータを制御対象に組み込んだ後に誤差調整モードで測定する場合、モータに制御対象が連結されているため、制御対象等が負荷となり、大容量の外部サーボ機構が必要となる。

１０ ２相／３相変換部
１１ｄ、１１ｑ、１３ ＰＩ制御部
１２、１２ｄ、１２ｑ 減算部
１４ ｄｑ軸非干渉化部
２０ モータモデル
２１ モータモデル（積分）
２２ 微分部
２３ 角度検出器
４０ 実逆起電圧部
４１、４１Ａ 逆起電圧補償部
５０ ３相／２相変換部
６０ 位相調整部
６２ 位相変化部
６３ 位相出力部
６４ メモリ
６５ 平均値算出部
７０ 原点補正部
１００ 外部測定装置
１０１ 通信部
１１０ サーボ回転指示部
１１１ 外部サーボ機構

Claims (8)

1. ｄｑ軸電流指令値に基づいてベクトル制御されるモータの逆起電圧を補償する逆起電圧補償部と、前記モータを所定速度で時計方向又は反時計方向に回転させた時に、位相変化に基づいて前記逆起電圧補償部の逆起電圧補償電圧を変化させると共に、前記モータのｄｑ軸電流の変化に基づいて校正用位相角を求める位相調整部とを具備し、前記校正用位相角により前記モータの出力角を補正することを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記位相調整部が、
   前記位相変化を実施する位相変化部と、
   前記ｄｑ軸電流のうち少なくとも一方の電流の最小値若しくは前記ｄｑ軸電流の大きさの最小値を判定する電流判定部と、
   前記最小値が判定されたときの最小時位相角を記憶するメモリと、
   時計方向回転時の最小時位相角及び反時計方向回転時の最小時位相角の平均値を前記校正用位相角とする平均値算出部と、
   で構成されている請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記逆起電圧補償電圧が、前記ｄｑ軸電流指令値に基づいて演算された３相制御電圧指令値に加算されるようになっている請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
4. 前記逆起電圧補償電圧が、前記ｄｑ軸電流指令値をＰＩ制御及びｄｑ軸非干渉化した２相制御電圧指令値に加算されるようになっている請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
5. 前記校正用位相角を求める場合に、前記ｄｑ軸電流指令値に基づいて演算される電圧指令値をゼロとする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転角検出装置。
6. 前記校正用位相角を求める場合に、前記２相制御電圧指令値をゼロとする請求項４に記載の回転角検出装置。
7. 前記モータの所定速度回転を、誤差調整モードにおいて外部サーボ機構で実施する請求項１乃至６のいずれかに記載の回転角検出装置。
8. モータ制御装置であって、請求項１乃至７のいずれかに記載の回転角検出装置を備え、前記校正用位相角により補正された前記出力角に基づいて、前記ｄｑ軸電流指令値に基づいてベクトル制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
   

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