JP2023048888A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの制御の安定化を図ること。【解決手段】モータ制御装置１００ａにおいて、加算器４４，４５は、モータＭを所望の回転数で駆動するためのｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ，ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍから高周波数成分が除去された高周波除去ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ＊，高周波除去ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍ＊と、モータＭのロータ位置の推定に用いられる高周波電流を発生させるためのｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ＊，ｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ＊とを加算することによりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出し、軸誤差演算器３０は、ｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ＊，ｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ＊の印加に応じて発生する高周波電流を用いて軸誤差Δθを算出し、駆動成分除去フィルタ５０ａは、モータＭの駆動に伴って発生する電流成分をｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑから除去する。【選択図】図１

Description

本開示は、モータ制御装置に関する。

交流モータのためのセンサレスベクトル制御におけるロータ位置の推定技術の一つとして、トルク発生に寄与しない高周波電圧をモータに印加し、検出電流に含まれる高周波成分（以下では「高周波電流」と呼ぶことがある）を用いてロータ位置の推定を行う技術がある。この技術では、高周波電圧の印加に応じて発生する高周波磁束ベクトルと同方向へ回転する同相電流ベクトルと、高周波磁束ベクトルとは逆方向へ回転する鏡相電流ベクトルとに基づいてロータ位置を推定する（特許文献１）。以下では、同相電流ベクトル及び鏡相電流ベクトルを「同相鏡相電流ベクトル」と総称することがある。

特開２００２－１７１７９９号公報

ここで、同相鏡相電流ベクトルを生成する際に用いられるフィルタにおける通過周波数帯域を適切に設定しないと、フィルタの応答遅れや、高周波電流以外の電流成分の抽出等により、ロータ位置の推定の精度（以下では「位置推定精度」と呼ぶことがある）が低下する。また、モータを駆動するための電流成分の周波数とロータ位置の推定のための高周波電流の周波数とが近く設定されたり、モータのコギングトルクによる高周波の電流成分の影響で高周波電圧の指令値が正しく生成されなかったりした場合にも位置推定精度が低下する。その結果、モータの制御が不安定になってしまう。

そこで、本開示では、モータの制御の安定化を図ることができる技術を提案する。

本開示のモータ制御装置は、算出器と、軸誤差演算器と、電流算出器と、変換器と、駆動成分除去フィルタとを有する。前記算出器は、モータを所望の回転数で駆動するための駆動用電圧指令値と、前記モータのロータ位置の推定に用いられる高周波電流を発生させるための高周波電圧指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。前記軸誤差演算器は、前記高周波電圧指令値の印加に応じて発生する前記高周波電流を用いて軸誤差を算出する。前記電流算出器は、前記高周波電流を含む３相電流を算出する。前記変換器は、前記３相電流を前記高周波電流を含む２相電流に変換する。前記駆動成分除去フィルタは、前記モータの駆動に伴って発生する電流成分を前記２相電流から除去することにより前記２相電流から前記高周波電流を抽出する。

本開示によれば、モータの制御の安定化を図ることができる。

図１は、本開示の実施例１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１の高周波電圧指令値生成器の構成例を示す図である。 図３は、本開示の実施例１の軸誤差演算器の構成例を示す図である。 図４は、本開示の実施例１の同相鏡相電流ベクトル生成器の構成例を示す図である。 図５は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの構成例を示す図である。 図６は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの動作例を示す図である。 図７は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの動作例を示す図である。 図８は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの動作例を示す図である。 図９は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの動作例を示す図である。 図１０は、本開示の実施例１の高周波電圧除去フィルタの動作例を示す図である。 図１１は、本開示の実施例１の高周波電圧除去フィルタの動作例を示す図である。 図１２は、本開示の実施例２のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図１３は、本開示の実施例２の駆動成分除去フィルタの構成例を示す図である。

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、同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明を省略することがある。

本開示では、圧縮機を駆動する永久磁石同期モータ（Permanent Magnet Synchronous Motor：ＰＭＳＭ）の位置センサレスベクトル制御を行うモータ制御装置を一例に挙げて説明する。しかし、開示の技術は、磁気突極性を有するモータに対し、磁気突極性を利用してロータ位置の推定を行うモータ制御装置に広く適用可能である。

［実施例１］
＜モータ制御装置の構成＞
図１は、本開示の実施例１のモータ制御装置の構成例を示す図である。図１において、モータ制御装置１００ａは、減算器１１，１８，１９と、速度制御器１２と、加算器２１，２２，４４，４５と、電流指令値算出器１４と、電流制御器２０と、ｄ－ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換器２３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器２４と、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）２５とを有する。ＩＰＭ２５は、モータＭに接続される。モータＭの一例としてＰＭＳＭが挙げられる。

また、モータ制御装置１００ａは、シャント抵抗２６と、電流センサ２７ａ，２７ｂと、３φ電流算出器２８とを有する。なお、モータ制御装置１００ａは、シャント抵抗２６、または、電流センサ２７ａ，２７ｂの何れか一方を有していれば良い。

また、モータ制御装置１００ａは、ｕ，ｖ，ｗ／ｄ－ｑ変換器２９と、軸誤差演算器３０と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御器３１と、位置推定器３２と、１／Ｐｎ処理器３３と、非干渉化制御器３６とを有する。

また、モータ制御装置１００ａは、高周波除去フィルタ４１，４２と、高周波電圧指令値生成器４３と、Ｐｎ処理器４６と、高周波電圧除去フィルタ６１，６２と、駆動成分除去フィルタ５０ａとを有する。

減算器１１は、モータ制御装置１００ａの外部（例えば、上位のコントローラ）からモータ制御装置１００ａへ入力される機械角速度指令値ωｍ^＊から、１／Ｐｎ処理器３３より出力される現在の推定角速度である機械角推定角速度ωｍを減算することにより角速度誤差Δωを算出する。ここで、機械角速度指令値ωｍ^＊は、モータＭの所望の回転数に基づいて定められる指令値である。

速度制御器１２は、角速度誤差Δωの平均が０に近づくようなトルク指令値Ｔ^＊を生成する。

電流指令値算出器１４は、トルク指令値Ｔ^＊をｄ－ｑ座標軸上のｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊とに分配する。

減算器１８は、高周波除去フィルタ４１より出力される高周波除去ｄ軸電流Ｉｄｍをｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊から減算することにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と高周波除去ｄ軸電流Ｉｄｍとの誤差であるｄ軸電流誤差Ｉｄ_ｄｉｆｆを算出する。減算器１９は、高周波除去フィルタ４２より出力される高周波除去ｑ軸電流Ｉｑｍをｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊から減算することにより、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊と高周波除去ｑ軸電流Ｉｑｍとの誤差であるｑ軸電流誤差Ｉｑ_ｄｉｆｆを算出する。

電流制御器２０は、入力されたｄ軸電流誤差Ｉｄ_ｄｉｆｆに基づいてＰＩ（Proportional Integral）制御を行うことにより仮ｄ軸電圧指令値Ｖｄｔを算出する。また、電流制御器２０は、入力されたｑ軸電流誤差Ｉｑ_ｄｉｆｆに基づいてＰＩ制御を行うことにより仮ｑ軸電圧指令値Ｖｑｔを算出する。

非干渉化制御器３６は、Ｐｎ処理器４６より出力される電気角速度指令値ωｅ^＊と、電流指令値算出器１４より出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とに基づいて、仮ｄ軸電圧指令値Ｖｄｔを補償するためのｄ軸非干渉化電圧指令値Ｖｄａを生成する。また、非干渉化制御器３６は、Ｐｎ処理器４６より出力される電気角速度指令値ωｅ^＊と、電流指令値算出器１４より出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊とに基づいて、仮ｑ軸電圧指令値Ｖｑｔを補償するためのｑ軸非干渉化電圧指令値Ｖｑａを生成する。ｄ軸非干渉化電圧指令値Ｖｄａ及びｑ軸非干渉化電圧指令値Ｖｑａは、ｄ－ｑ座標軸間の干渉をフィードフォワードでキャンセルするための非干渉化補償値である。

加算器２１は、ｄ軸非干渉化電圧指令値Ｖｄａを仮ｄ軸電圧指令値Ｖｄｔに加算することによりｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍを算出する。加算器２２は、ｑ軸非干渉化電圧指令値Ｖｑａを仮ｑ軸電圧指令値Ｖｑｔに加算することによりｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍを算出する。これにより、ｄ－ｑ座標軸間の干渉がフィードフォワードでキャンセルされたｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ及びｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍが得られる。

高周波電圧除去フィルタ６１は、ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍの高周波電流周波数ｆｈ^＊（ｆｈ^＊＝ωｈ^＊／２π）帯に存在する高周波成分をｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍから除去することにより、高周波除去ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ^＊をｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍから抽出する。また、高周波電圧除去フィルタ６２は、ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍの高周波電流周波数ｆｈ^＊帯に存在する高周波成分をｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍから除去することにより、高周波除去ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍ^＊をｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍから抽出する。高周波電圧除去フィルタ６１，６２は、例えば、バンドストップフィルタＦ（ｓ）により実現される。高周波電圧の角周波数（以下では「高周波角周波数」と呼ぶことがある）ωｈ^＊をバンドストップの中心周波数とするバンドストップフィルタＦ（ｓ）は式（１）に従って実現可能である。高周波角周波数ωｈ^＊は、モータ制御装置１００ａの外部（例えば、上位のコントローラ）からモータ制御装置１００ａへ入力される。式（１）において、“ｓ”はラプラス演算子、“ｄ”はノッチの深さ、“ζ”はノッチの帯域幅を表す所定のフィルタ係数である。

ｄ－ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換器２３は、加算器４４，４５より出力される２相のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、位置推定器３２より出力される電気角位相θｅに基づいて、３相のＵ相出力電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相出力電圧指令値Ｖｖ^＊及びＷ相出力電圧指令値Ｖｗ^＊へ変換する。位置推定器３２より出力される電気角位相θｅは、モータＭの現在のロータ位置を示す。

ＰＷＭ変調器２４は、Ｕ相出力電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相出力電圧指令値Ｖｖ^＊、Ｗ相出力電圧指令値Ｖｗ^＊と、ＰＷＭキャリア信号とに基づいて、６相のＰＷＭ信号を生成し、生成した６相のＰＷＭ信号をＩＰＭ２５へ出力する。

ＩＰＭ２５は、ＰＷＭ変調器２４より出力される６相のＰＷＭ信号に基づいて、直流電圧ＶｄｃからＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電圧を生成し、生成した３相それぞれの交流電圧をモータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相へ印加する。

３φ電流算出器２８は、シャント抵抗２６を用いた１シャント方式で母線電流が検出される場合、ＰＷＭ変調器２４より出力される６相のＰＷＭスイッチング情報と、検出された母線電流とから、モータＭのＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを算出する。または、３φ電流算出器２８は、電流センサ２７ａ，２７ｂでＵ相電流及びＶ相電流が検出される場合、残りのＷ相電流Ｉｗを“Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０”のキルヒホッフの法則に基づいて算出する。３φ電流算出器２８は、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｕ，ｖ，ｗ／ｄ－ｑ変換器２９へ出力する。

ｕ，ｖ，ｗ／ｄ－ｑ変換器２９は、位置推定器３２より出力される電気角位相θｅに基づいて、３相のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、２相のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑへ変換する。

高周波除去フィルタ４１は、ｄ軸電流Ｉｄの高周波成分をｄ軸電流Ｉｄから除去することにより、トルク発生に寄与する駆動成分である高周波除去ｄ軸電流Ｉｄｍをｄ軸電流Ｉｄから抽出する。また、高周波除去フィルタ４２は、ｑ軸電流Ｉｑの高周波成分をｑ軸電流Ｉｑから除去することにより、トルク発生に寄与する駆動成分である高周波除去ｑ軸電流Ｉｑｍをｑ軸電流Ｉｑから抽出する。高周波除去フィルタ４１，４２は、例えば、バンドストップフィルタＦ（ｓ）により実現される。高周波角周波数ωｈ^＊をバンドストップの中心周波数とするバンドストップフィルタＦ（ｓ）は式（１）に従って実現可能である。

ＰＬＬ制御器３１は、軸誤差Δθに基づいて、モータＭの現在の推定角速度である電気角推定角速度ωｅを算出する。

位置推定器３２は、電気角推定角速度ωｅに基づいて電気角位相θｅを推定する。

１／Ｐｎ処理器３３は、電気角推定角速度ωｅをモータＭの極対数Ｐｎで除算することにより機械角推定角速度ωｍを算出する。

Ｐｎ処理器４６は、機械角速度指令値ωｍ^＊にモータＭの極対数Ｐｎを乗算することに電気角速度指令値ωｅ^＊を算出する。

高周波電圧指令値生成器４３は、高周波角周波数ωｈ^＊と、モータ制御装置１００ａの外部（例えば、上位のコントローラ）からモータ制御装置１００ａへ入力される高周波電圧振幅指令値Ｖｈ^＊とに基づいて、ｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ^＊及びｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ^＊を生成する。以下では、ｄ軸高周波電圧指令値及びｑ軸高周波電圧指令値を「高周波電圧ベクトル」と総称することがある。高周波電圧ベクトルＶｄｈ^＊，Ｖｑｈ^＊は、ロータ位置の推定に用いられる高周波電流を発生させるために生成され、ロータ位置の推定のためのトルク発生には寄与しない。つまり、ロータ位置の推定に用いられる高周波電流は、モータＭへの高周波電圧ベクトルＶｄｈ^＊，Ｖｑｈ^＊の印加に応じて発生する。

加算器４４は、高周波除去ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ^＊とｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ^＊とを加算することによりｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊を算出する。加算器４５は、高周波除去ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍ^＊とｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ^＊とを加算することによりｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出する。以下では、ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ及びｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍを「駆動用電圧指令値Ｖｍ」と総称し、高周波除去ｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ^＊及び高周波除去ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍ^＊を「高周波除去駆動用電圧指令値Ｖｍ^＊」と総称することがある。

駆動成分除去フィルタ５０ａは、機械角速度指令値ωｍ^＊と高周波角周波数ωｈ^＊とに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから高周波電流周波数ｆｈ^＊帯の高周波成分以外の成分（以下では「非高周波電流」と呼ぶことがある）を除去することにより、ｄ軸電流Ｉｄから高周波ｄ軸電流Ｉｄｈを抽出するとともに、ｑ軸電流Ｉｑから高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを抽出する。非高周波電流は、モータＭの駆動に伴って発生する電流成分である。以下では、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを「高周波電流Ｉｈ」と総称することがある。

軸誤差演算器３０は、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈと、高周波ｑ軸電流Ｉｑｈと、高周波角周波数ωｈ^＊とに基づいて、軸誤差Δθ（実際の回転軸と推定された回転軸との差）を算出する。つまり、軸誤差演算器３０は、高周波電圧ベクトルＶｄｈ^＊，Ｖｑｈ^＊の印加に応じて発生する高周波電流ベクトルを用いて、ｄ－ｑ座標軸とｄ－ｑ座標軸の推定座標軸とのズレである軸誤差Δθを算出する。

＜高周波電圧指令値生成器の構成＞
図２は、本開示の実施例１の高周波電圧指令値生成器の構成例を示す図である。図２において、高周波電圧指令値生成器４３は、位相発生器４３ａと、余弦正弦信号発生器４３ｂと、乗算器４３ｃとを有する。

位相発生器４３ａは、“０≦θｈ≦２π”の範囲で高周波角周波数ωｈ^＊を積分することにより、高周波電圧ベクトルの位相である高周波位相θｈを生成する。

余弦正弦信号発生器４３ｂは、式（２）に従って、高周波位相θｈの余弦・正弦値ｕ（θｈ）を発生する。

乗算器４３ｃは、余弦・正弦値ｕ（θｈ）と高周波電圧振幅指令値Ｖｈ^＊とに基づいて式（３）に従ってｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ^＊及びｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ^＊を生成する。

＜軸誤差演算器の構成＞
図３は、本開示の実施例１の軸誤差演算器の構成例を示す図である。図３において、軸誤差演算器３０は、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１と、鏡相推定器３０２とを有する。軸誤差演算器３０は、モータＭの磁気突極性を利用し、高周波角周波数ωｈ^＊と、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈと、高周波ｑ軸電流Ｉｑｈとに基づいて、軸誤差Δθを算出する。図４は、本開示の実施例１の同相鏡相電流ベクトル生成器の構成例を示す図である。図４において、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１は、符号反転器ｂ１１と、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３とを有する。

図４において、符号反転器ｂ１１は、高周波角周波数ωｈ^＊の符号を反転し、符号反転後の高周波角周波数－ωｈ^＊をＤ因子フィルタｂ１２へ出力する。

Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３は、同相成分と鏡相成分とを分離・抽出するフィルタであり、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３におけるＤ因子は、単位行列Ｉと交代行列Ｊとラプラス演算子ｓとを用いた式（４）によって定義される。

Ｄ因子フィルタｂ１２は、符号反転後の高周波角周波数－ωｈ^＊に基づいて、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈに含まれる同相電流ベクトルＩｈｐを検出する。同相電流ベクトルＩｈｐは、高周波電圧ベクトルＶｄｈ^＊，Ｖｑｈ^＊の印加に応じて発生する高周波磁束ベクトルと同方向へ回転する。

Ｄ因子フィルタｂ１３は、高周波角周波数ωｈ^＊に基づいて、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈに含まれる鏡相電流ベクトルＩｈｎを検出する。鏡相電流ベクトルＩｈｎは、高周波電圧ベクトルＶｄｈ^＊，Ｖｑｈ^＊の印加に応じて発生する高周波磁束ベクトルと逆方向へ回転する。

ここで、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３は、２×１ベクトルの各成分であるスカラ信号に対して、周波数特性Ｆ（ｓ＋ｊωｈ^＊）のフィルタと等価な働きをする。よって、Ｆ（ｓ）をローパスの特性をもつように設計してＤ因子フィルタｂ１２，ｂ１３に適用することで、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３は、ωｈ^＊を中心周波数とするバンドパスフィルタとして機能することになる。さらに、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３は、極性分離の特性を有している。つまり、Ｄ因子フィルタｂ１２，ｂ１３における極性分離のバンドパス特性により、高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを同相電流ベクトルＩｈｐと鏡相電流ベクトルＩｈｎとに分離することができる。

鏡相推定器３０２は、同相電流ベクトルＩｈｐと鏡相電流ベクトルＩｈｎとに基づいて、式（５）及び式（６）に従って軸誤差Δθを算出する。つまり、鏡相推定器３０２は、ノルムを同一化した同相電流ベクトルＩｈｐと鏡相電流ベクトルＩｈｎとのベクトル加算によって得られる合成ベクトルの逆正接を軸誤差Δθとして算出する。

＜駆動成分除去フィルタの構成＞
図５は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの構成例を示す図である。図５において、駆動成分除去フィルタ５０ａは、ハイパスフィルタ５０ａ１（本発明の第一フィルタ）と、フィルタ定数算出器５０ａ２と、ローパスフィルタ５０ａ３（本発明の第二フィルタ）と、ノッチフィルタ５０ａ４（本発明の第三フィルタ）とを有する。

ここで、軸誤差演算器３０が有する同相鏡相電流ベクトル生成器３０１はバンドパスフィルタとして機能し、バンドパスフィルタでは通過周波数帯域が広いほどフィルタの応答速度が速くなる。

しかし、モータ制御装置１００ａでのキャリア周波数に基づくサンプリング回数の関係上、非高周波電流の周波数帯と高周波電流の周波数帯とを十分に離すことが困難な場合がある（理由１）。例えば、軸誤差の演算はキャリア信号の１周期毎に行われるため、高周波電流周波数ｆｈ^＊がキャリア周波数に近い高い値であると、高周波電流の１周期あたりのサンプリング回数が少なくなり、位置推定の精度が低下する。よって、高周波電流周波数ｆｈ^＊はキャリア周波数に対して十分に低い周波数（例えばキャリア周波数の２０分の１の周波数）であることが好ましいためである。

また、モータＭの駆動条件（負荷・回転数等）に応じてトルク発生に寄与する駆動成分の電圧や電流の大きさが変化するため、駆動成分の電圧や電流が最大になる条件においても、駆動成分の電流（つまり、非高周波電流）を十分除去できる程度に駆動成分周波数帯（つまり、高周波電流周波数ｆｈ^＊帯以外の周波数帯）の減衰量を保証する必要がある（理由２）。

さらに、モータの駆動に伴って、主にモータのコギングトルクに起因して、モータの回転速度に応じた高周波の電流成分が発生する。以下では、モータのコギングトルクに起因して発生する高周波の電流成分を「コギング電流」と呼ぶことがある。コギング電流の周波数の次数は、モータＭのロータの極数（以下では「ロータ極数」と呼ぶことがある）と、モータＭのスロット数（以下では「モータスロット数」と呼ぶことがある）とに応じて定まる。例えば、モータＭがＰ極Ｓスロットのモータである場合には、ＰとＳの最小公倍数の周波数のコギング電流が発生する。さらに、ＰとＳの最小公倍数の２分の１倍、２倍、３倍、…、ｎ倍の次数の周波数のコギング電流も発生する。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次の周波数のコギング電流が発生する。このようなコギング電流は位置推定精度を低下させるため、コギング電流を十分除去できる減衰量を保証する必要がある（理由３）。

そして、上記の理由１，２，３から、バンドパスフィルタとしての同相鏡相電流ベクトル生成器３０１の通過周波数帯域を狭くする必要が生じ、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１でのフィルタ応答速度が遅くなってしまう。

そこで、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１へ高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを入力するために、駆動成分除去フィルタ５０ａは、図５に示すように、ハイパスフィルタ５０ａ１と、フィルタ定数算出器５０ａ２と、ローパスフィルタ５０ａ３と、ノッチフィルタ５０ａ４とを有する。高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈが同相鏡相電流ベクトル生成器３０１へ入力されることにより、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１へ入力される電流が、ロータ位置の推定のための高周波電圧によって発生する高周波電流のみとなる。このように、ハイパスフィルタ５０ａ１と、ローパスフィルタ５０ａ３と、ノッチフィルタ５０ａ４とを組み合わせてバンドパスフィルタを構成することで、バンドパスフィルタとしての同相鏡相電流ベクトル生成器３０１の通過周波数帯域を広くすることが可能になるため、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１として狭い通過周波数帯域のバンドパスフィルタを用いる場合に比べて、フィルタ応答速度を速くすることができる。

図５において、ハイパスフィルタ５０ａ１は、モータＭのトルク発生に寄与する駆動用の電流成分（以下では「駆動電流」と呼ぶことがある）Ｉｍをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから除去することにより、駆動電流Ｉｍの除去後の駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１を得る。駆動電流Ｉｍは、駆動用電圧指令値Ｖｍによって、モータＭの駆動に伴って発生する電流成分である。例えば、ハイパスフィルタ５０ａ１の通過周波数帯域を、機械角速度指令値ωｍ^＊より十分大きい周波数以上（例えば機械角速度指令値ωｍ^＊の４倍以上の周波数）の周波数帯とするのが好ましい。

ハイパスフィルタ５０ａ１によって駆動電流Ｉｍの除去が行われると、高周波電流（駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１）に位相ズレが発生する。式（７）にハイパスフィルタ５０ａ１の位相特性θｈｉｇｈを示す。式（７）において、“ＨＩＧＨ＿ａ_０”はハイパスフィルタ５０ａ１の所定のフィルタ定数である。式（７）より、ハイパスフィルタ５０ａ１において発生する高周波電流周波数ｆｈ^＊帯の位相ズレの量を把握可能である。

一方で、ローパスフィルタ５０ａ３の高周波電流周波数ｆｈ^＊帯の位相特性θｌｏｗは式（８）によって表される。式（８）において、“ＬＯＷ＿ａ_０”はローパスフィルタ５０ａ３のフィルタ定数である。

そこで、フィルタ定数算出器５０ａ２は、式（９）及び式（１０）に従って、高周波角周波数ωｈ^＊と、ハイパスフィルタ５０ａ１のフィルタ定数ＨＩＧＨ＿ａ_０とに基づいて、ローパスフィルタ５０ａ３のフィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０を算出する。フィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０は、高周波角周波数ωｈ^＊の変化に伴って随時更新される。フィルタ定数算出器５０ａ２によって算出されたフィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０がローパスフィルタ５０ａ３に設定される。

ローパスフィルタ５０ａ３は、フィルタ定数算出器５０ａ２によって算出されたフィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０を用いて、駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１に対するフィルタリング処理を行う。これにより、駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１に生じた位相ズレが補償されるとともに、駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１から高周波ノイズＩｎｏｉｓｅが除去される。高周波ノイズＩｎｏｉｓｅは、モータＭの駆動に伴って、高周波電流Ｉｈの周波数より高い周波数帯に発生する。ローパスフィルタ５０ａ３は、フィルタリング処理後のノイズ除去ｄ軸電流Ｉｄ２及びノイズ除去ｑ軸電流Ｉｑ２をノッチフィルタ５０ａ４へ出力する。

ノッチフィルタ５０ａ４は、ノイズ除去ｄ軸電流Ｉｄ２及びノイズ除去ｑ軸電流Ｉｑ２からコギング周波数ｆｃｏｇのコギング電流を除去することにより高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを得る。コギング周波数ｆｃｏｇは、式（１１）に示すように、ロータ極数Ｐとモータスロット数Ｓとの最小公倍数と機械角速度指令値ωｍ^＊との乗算結果を２πで除算することにより算出され、コギング周波数ｆｃｏｇがノッチフィルタ５０ａ４の減衰域の中心周波数として設定される。コギング周波数ｆｃｏｇは、機械角速度指令値ωｍ^＊の変化に伴って随時更新される。

以上のようにして、駆動成分除去フィルタ５０ａは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから非高周波電流を除去することにより高周波電流Ｉｈを得る。例えば、駆動電流Ｉｍ、高周波ノイズＩｎｏｉｓｅ及びコギング電流が、モータＭの駆動に伴って発生する電流成分である非高周波電流に該当する。

＜駆動成分除去フィルタの動作＞
図６、図７、図８及び図９は、本開示の実施例１の駆動成分除去フィルタの動作例を示す図である。駆動成分除去フィルタ５０ａに入力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑには、駆動電流Ｉｍ、コギング電流、高周波電流Ｉｈ、及び、高周波ノイズＩｎｏｉｓｅが含まれる。

図６に示すように、ハイパスフィルタ５０ａ１は、例えば機械角速度指令値ωｍ^＊の４倍の周波数をカットオフ周波数として、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから駆動電流Ｉｍを除去する。

次いで、ローパスフィルタ５０ａ３は、フィルタ定数算出器５０ａ２によって算出されたフィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０を用いて、駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１に生じた位相ズレを補償する。また、位相ズレが補償されるのと同時に、図７に示すように、駆動電流除去ｄ軸電流Ｉｄ１及び駆動電流除去ｑ軸電流Ｉｑ１から高周波ノイズＩｎｏｉｓｅが除去される。

次いで、図８に示すように、ノッチフィルタ５０ａ４は、コギング周波数ｆｃｏｇを減衰域の中心周波数として、ノイズ除去ｄ軸電流Ｉｄ２及びノイズ除去ｑ軸電流Ｉｑ２からコギング周波数ｆｃｏｇのコギング電流を除去する。

ハイパスフィルタ５０ａ１、ローパスフィルタ５０ａ３及びノッチフィルタ５０ａ４における上記のようなフィルタリング処理により、図９に示すように、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから高周波電流Ｉｈが抽出される。

以上のように、ハイパスフィルタ５０ａ１によって駆動電流Ｉｍが除去されるため、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１に入力される電流には駆動電流Ｉｍが含まれなくなる。これにより、バンドパスフィルタとしての同相鏡相電流ベクトル生成器３０１の通過周波数帯域を広くすることができるため、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１でのフィルタ応答速度を低下させることなく、ロータ位置の推定を正確に行うことができる。

また、式（１０）に従って算出されるフィルタ定数ＬＯＷ＿ａ_０を用いてローパスフィルタ５０ａ３がフィルタリング処理を行うため、同相鏡相電流ベクトル生成器３０１に入力される電流に位相ズレが生じることを防止できるので、位置推定精度の低下をさらに防止することができる。また、ローパスフィルタ５０ａ３によって高周波ノイズＩｎｏｉｓｅが除去されるため、位置推定精度の低下を防止することができる。

また、ノッチフィルタ５０ａ４によってコギング電流が除去されるため、位置推定精度の低下をさらに防止することができる。

＜高周波電圧除去フィルタの動作＞
軸誤差の演算はキャリア信号の１周期毎に行われるため、高周波電流周波数ｆｈ^＊がキャリア周波数に近い高い値であると、高周波電流の１周期あたりのサンプリング回数が少なくなり、位置推定の精度が低下する。よって、高周波電流周波数ｆｈ^＊はキャリア周波数に対して十分に低い周波数（例えばキャリア周波数の２０分の１の周波数）であることが好ましい。このため、非高周波電流の周波数帯と高周波電流の周波数帯とを十分に離すことが困難な場合がある。

また、コギング電流の発生により、ｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ^＊及びｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ^＊が重畳される前の駆動用電圧指令値Ｖｍにすでに高周波電流周波数ｆｈ^＊付近の揺れが存在する可能性がある。駆動用電圧指令値Ｖｍに高周波電流周波数ｆｈ^＊付近の揺れが存在すると、ロータ位置の推定のためにモータＭに印加される高周波電圧ベクトルがｄ－ｑ座標軸上で真円を描かなくなってしまい、位置推定精度が低下する。

そこで、式（１）に従って実現される高周波電圧除去フィルタ６１，６２は、図１０に示すように、高周波電流周波数ｆｈ^＊を減衰域の中心周波数として、高周波電流周波数ｆｈ^＊帯の高周波成分を駆動用電圧指令値Ｖｍから除去することにより、図１１に示すように、駆動用電圧指令値Ｖｍから高周波除去駆動用電圧指令値Ｖｍ^＊を抽出する。図１０及び図１１は、本開示の実施例１の高周波電圧除去フィルタの動作例を示す図である。駆動用電圧指令値Ｖｍから高周波電流周波数ｆｈ^＊帯の高周波成分が除去されることにより、ロータ位置の推定のためにモータＭに印加される高周波電圧ベクトルがｄ－ｑ座標軸上で真円を描くようになるため、位置推定精度の低下を防止することができる。

なお、電流制御器２０へ入力される電流から高周波電圧の周波数付近の周波数帯の電流成分のすべてを除去するために高周波除去フィルタ４１，４２の遮断帯域を広くすることが考えられる。しかし、例えばノッチフィルタ等を用いて高周波成分を除去する場合、遮断帯域を広くすると、除去しない電流成分に位相ズレが発生する。この位相ズレは、フィルタの遮断帯域を広くするほど大きくなる。また、電流制御器２０の応答を遅くすることにより高周波成分を生成しないようにすることも考えられる。しかし、電流制御器２０の応答を遅くすると、モータＭの駆動制御の安定性が低下してしまう。よって、モータＭの駆動制御に大きな影響を与えないように、電流制御器２０と加算器４４，４５との間に高周波除去フィルタ６１，６２を設けることが好ましい。

以上、実施例１について説明した。

［実施例２］
実施例２では、機械角推定角速度ωｍの変動成分除去後の機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒに基づいてフィルタリング処理を行う点が実施例１と相違する。以下、実施例１と異なる点について説明する。

＜モータ制御装置の構成＞
図１２は、本開示の実施例２のモータ制御装置の構成例を示す図である。図１２において、モータ制御装置１００ｂは、ＩＩＲフィルタ５１と、駆動成分除去フィルタ５０ｂとを有する。

ＩＩＲフィルタ５１は、１／Ｐｎ処理器３３より出力される機械角推定角速度ωｍの変動成分を除去し、変動成分除去後の機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒを駆動成分除去フィルタ５０ｂへ出力する。

駆動成分除去フィルタ５０ｂは、機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒと高周波角周波数ωｈ^＊とに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから非高周波電流を除去することにより、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから高周波電流Ｉｈを抽出する。

＜駆動成分除去フィルタの構成＞
図１３は、本開示の実施例２の駆動成分除去フィルタの構成例を示す図である。図１３において、駆動成分除去フィルタ５０ｂは、ハイパスフィルタ５０ａ１と、フィルタ定数算出器５０ａ２と、ローパスフィルタ５０ａ３と、ノッチフィルタ５０ｂ４（本発明の第三フィルタ）とを有する。

図１３において、ノッチフィルタ５０ｂ４は、ノイズ除去ｄ軸電流Ｉｄ２及びノイズ除去ｑ軸電流Ｉｑ２からコギング周波数ｆｃｏｇのコギング電流を除去することにより高周波ｄ軸電流Ｉｄｈ及び高周波ｑ軸電流Ｉｑｈを得る。コギング周波数ｆｃｏｇは、式（１２）に示すように、ロータ極数Ｐとモータスロット数Ｓとの最小公倍数と機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒとの乗算結果を２πで除算することにより算出される。

以上のようにして、駆動成分除去フィルタ５０ｂは、実施例１の駆動成分除去フィルタ５０ａと同様に、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから非高周波電流を除去することにより高周波電流Ｉｈを得る。

以上のように、モータＭの回転速度を表すパラメータとして機械角速度指令値ωｍ^＊の替わりに機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒを用いてフィルタリング処理を行っても、実施例１と同様に、位置推定精度の低下を防止することができる。

以上、実施例２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１００ａ，１００ｂ）は、算出器（実施例の加算器４４，４５）と、軸誤差演算器（実施例の軸誤差演算器３０）と、電流算出器（実施例の３φ電流算出器２８）と、変換器（実施例のｕ，ｖ，ｗ／ｄ－ｑ変換器２９）と、駆動成分除去フィルタ（実施例の駆動成分除去フィルタ５０ａ，５０ｂ）とを有する。算出器は、モータ（実施例のモータＭ）を所望の回転数で駆動するための駆動用電圧指令値（実施例のｄ軸駆動用電圧指令値Ｖｄｍ，ｑ軸駆動用電圧指令値Ｖｑｍ）と、モータのロータ位置の推定に用いられる高周波電流（実施例の高周波電流Ｉｈ）を発生させるための高周波電圧指令値（実施例のｄ軸高周波電圧指令値Ｖｄｈ^＊，ｑ軸高周波電圧指令値Ｖｑｈ^＊）とに基づいて電圧指令値（実施例のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊，ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊）を算出する。軸誤差演算器は、高周波電圧指令値の印加に応じて発生する高周波電流を用いて軸誤差（実施例の軸誤差Δθ）を算出する。電流算出器は、高周波電流を含む３相電流を算出する。変換器は、３相電流を高周波電流を含む２相電流に変換する。駆動成分除去フィルタは、モータの駆動に伴って発生する電流成分（実施例の非高周波電流）を２相電流から除去することにより２相電流から高周波電流を抽出する。

例えば、駆動成分除去フィルタは、駆動用電圧指令値によって発生する電流成分（実施例の駆動電流Ｉｍ）を除去する第一フィルタ（実施例のハイパスフィルタ５０ａ１）を有する。

また例えば、駆動成分除去フィルタは、第一フィルタによって高周波電流に発生する位相ズレを補償するとともに、高周波電流の周波数より高い周波数帯の高周波ノイズ（実施例の高周波ノイズＩｎｏｉｓｅ）を除去する第二フィルタ（実施例のローパスフィルタ５０ａ３）をさらに有する。

また例えば、駆動成分除去フィルタは、モータのロータの極数とモータのスロット数との最小公倍数とモータの回転速度（実施例の機械角速度指令値ωｍ^＊，機械角推定角速度ωｍ_ｉｉｒ）との乗算結果を２πで除算することにより算出される周波数（実施例のコギング周波数）に基づく周波数帯の電流成分（実施例のコギング電流）を除去する第三フィルタ（実施例のノッチフィルタ５０ａ４，５０ｂ４）をさらに有する。

また、本開示のモータ制御装置（実施例のモータ制御装置１００ａ，１００ｂ）は、駆動用電圧指令値から高周波成分を除去する高周波電圧除去フィルタ（実施例の高周波電圧除去フィルタ６１，６２）をさらに有する。

１００ａ，１００ｂ モータ制御装置
５０ａ，５０ｂ 駆動成分除去フィルタ
５０ａ１ ハイパスフィルタ
５０ａ２ フィルタ定数算出器
５０ａ３ ローパスフィルタ
５０ａ４，５０ｂ４ ノッチフィルタ
６１，６２ 高周波電圧除去フィルタ

Claims (5)

1. モータを所望の回転数で駆動するための駆動用電圧指令値と、前記モータのロータ位置の推定に用いられる高周波電流を発生させるための高周波電圧指令値とに基づいて電圧指令値を算出する算出器と、
   前記高周波電圧指令値の印加に応じて発生する前記高周波電流を用いて軸誤差を算出する軸誤差演算器と、
   前記高周波電流を含む３相電流を算出する電流算出器と、
   前記３相電流を前記高周波電流を含む２相電流に変換する変換器と、
   前記モータの駆動に伴って発生する電流成分を前記２相電流から除去することにより前記２相電流から前記高周波電流を抽出する駆動成分除去フィルタと、
   を具備するモータ制御装置。
2. 前記駆動成分除去フィルタは、前記駆動用電圧指令値によって発生する電流成分を除去する第一フィルタを有する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記駆動成分除去フィルタは、前記第一フィルタによって前記高周波電流に発生する位相ズレを補償するとともに、前記高周波電流の周波数より高い周波数帯の高周波ノイズを除去する第二フィルタをさらに有する、
   請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記駆動成分除去フィルタは、前記モータのロータの極数と前記モータのスロット数との最小公倍数と前記モータの回転速度との乗算結果を２πで除算することにより算出される周波数に基づく周波数帯の電流成分を除去する第三フィルタをさらに有する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記駆動用電圧指令値から高周波成分を除去する高周波電圧除去フィルタ、をさらに具備する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。

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