JP2023176838A - ３相交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、３相交流電動機の各相の電流検出ＤＣオフセットを迅速に抑制することである。【解決手段】位置制御装置２０は、３相交流電動機に流れる３相の電流のうちの少なくとも２相である処理対象相の電流を検出し、オフセット補償量に基づいて処理対象相の電流検出値に対してオフセット補償処理を施し、オフセット補償処理後の処理対象相の電流検出値に基づいて、３相交流電動機の制御を行う。オフセット補償量を求める処理は、トルク指令値信号について、トルクリップルの周波数成分のフーリエ係数を求める処理と、処理対象相のトルク振幅成分を求める処理と、処理対象相のトルク振幅成分に基づいて、処理対象相についてのオフセット補償量を求める処理とを含む。処理対象相のトルク振幅成分を求める処理は、上記のフーリエ係数と、トルク指令値信号の基準時刻における３相交流電動機の電気角とに基づく処理を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＣ工作機械等の軸制御において、送り軸や主軸の速度や回転角（制御対象の位置）、あるいは、一般産業機械において、制御対象の速度や伝達トルクを、同期電動機や誘導電動機などの３相交流電動機によって制御する際の、電動機の電流制御に関するものである。

以降では、ＮＣ工作機械の軸制御における本発明技術の利用例を詳説するが、本発明技術は、３相交流電動機でトルク・速度・位置を高精度に制御する用途全般に適用できる技術である。

一般に、ＮＣ工作機械の軸制御には、３相交流電動機（以降、単に、交流電動機あるいはモータの呼称も用いる）が採用される事が多い。３相交流電動機では、相互に１２０ｄｅｇずれた電気的位置に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電線を配置して、各相の電流を高精度に制御することで、交流電動機として高いトルク制御性を実現できる。

高精度な電流制御を行うためには、各相の電流を広い周波数帯域で高精度に検出する必要がある。しかしながら、電流検出回路には、高周波ノイズの転化や温度ドリフト等の影響で、（直流的な）ＤＣオフセット分が重畳し、その結果、トルク出力には、電流周波数の脈動（トルクリップル）が発生する。

図６は、３相交流電動機を駆動モータに用いた、従来の位置制御装置２００の一例を示すブロック図である。以下、本例の位置制御装置２００について説明する。上位装置（図示しない）より、本例の位置制御装置２００に対して、位置指令値Ｘが出力される。モータ３００に締結された位置検出器３０１より出力されるモータ３００の回転角θｍは、モータに接続されて駆動される負荷３０２の位置を示す位置検出値であり、減算器５０で位置指令値Ｘから減算され、その出力は位置偏差ＤＩＦとなる。

位置偏差ＤＩＦは、位置偏差増幅器５１で位置ループゲインＫｐ倍に増幅されて速度指令値ωｍ^＊が出力される。一方で、微分器５２は位置検出値θｍを時間微分して速度検出値ωｍを出力する。減算器５３では、速度指令値ωｍ^＊から、速度検出値ωｍが減算され、減算器５３の出力である速度偏差は、速度制御器５４でＰＩ（比例積分）増幅される。速度制御器５４の出力が、モータのトルク指令値τｃ^＊となる。

電流ベクトル制御演算部５７は、永久磁石型同期電動機（一般に、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）と埋込磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）に分類される）や、リラクタンス型同期電動機（ＳｙｎＲＭ）の場合は、モータのトルク指令値τｃ^＊に対して、モータのＮ－τ（速度－トルク）特性や、速度検出値ωｍなどから、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊とｄ軸電流指令値ｉｄ^＊を演算出力する。

一方で、誘導電動機（ＩＭ）の場合は、電流ベクトル制御演算部５７は、当該誘導電動機の界磁弱め特性と速度検出値ωｍから、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊を演算出力し、トルク指令値τｃ^＊と、ｄ軸電流検出値ｉｄから、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊を演算出力する。さらに、ｄ軸電流検出値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑ^＊から、滑り角速度ωｓを演算し、後述する電気角速度ωｒｅと加算（図示しない）して、電流角速度ωと、その時間積分である電流位相角θを演算出力する。

位置検出値θｍは、乗算器５５で、モータ対極数ｐ倍されて、電気角θｒｅとなる。微分器５６は、電気角θｒｅを時間微分して、電気角速度ωｒｅを出力する。（通常、同期電動機では、電気角速度ωｒｅ＝電流角速度ωになる。）モータのＵ相電流ｉｕ０と、Ｖ相電流ｉｖ０は、Ｕ相電流検出回路６５とＶ相電流検出回路６６により検出される。各相電流検出値には、前述したＤＣオフセット分が重畳している。

電流検出オフセット補償値調整器１００は、電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）とトルク指令値τｃ^＊から、Ｕ相オフセット補償量ｄｕｃと、Ｖ相オフセット補償量ｄｖｃを調整出力する。加算器６７は、ｉｕ０とｄｕｃを加算して、Ｕ相電流ｉｕを出力する。同様に、加算器６８は、ｉｖ０とｄｖｃを加算して、Ｖ相電流ｉｖを出力する。

なお、Ｗ相電流ｉｗは、ｉｗ＝－（ｉｕ＋ｉｖ）で算出できる。この様に、３相電流は、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０となるため、通常は、３相の内２相を検出して、残る１相は演算で算出することが多い。３相→ｄ-ｑ変換器６２は、Ｕ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖおよび電気角θｒｅ（ＩＭの場合は電流位相角θ）から、座標変換によって、ｄ軸電流検出値ｉｄと、ｑ軸電流検出値ｉｑを演算出力する。

減算器５８は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊からｄ軸電流検出値ｉｄを減算して、ｄ軸電流誤差Δｉｄを演算する。ｄ軸電流制御器５９は、ｄ軸電流誤差ΔｉｄをＰＩ（比例積分）増幅する誤差増幅器と、ｑ軸との干渉成分を補償する非干渉化補償部（図示しない）から構成される。ｄ軸電流制御器５９は、誤差増幅器出力と非干渉化補償値を加算して、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊を出力する。

減算器６０は、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊からｑ軸電流検出値ｉｑを減算して、ｑ軸電流誤差Δｉｑを演算する。ｑ軸電流制御器６１は、ｑ軸電流誤差ΔｉｑをＰＩ（比例積分）増幅する誤差増幅器と、ｄ軸との干渉成分を補償する非干渉化補償部（図示しない）、さらに、モータの誘起電圧を補償する誘起電圧補償部（図示しない）から構成される。ｑ軸電流制御器６１は、誤差増幅器出力と非干渉化補償値および誘起電圧補償値を加算して、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊を出力する。

ｄ-ｑ→３相変換器６３は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊と、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊および電気角θｒｅ（ＩＭの場合は電流位相角θ）から、座標変換によって、Ｕ相制御電圧指令値ｖｕ^＊、Ｖ相制御電圧指令値ｖｖ^＊、Ｗ相制御電圧指令値ｖｗ^＊を演算出力する。

ＰＷＭインバータ６４は、各相制御電圧指令値（ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊）を入力として、これを電力増幅して、モータ駆動の相電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）を出力する。各出力相電圧は、モータの各相に印加され、各相電流が発生する。

図７は、従来の電流検出オフセット補償値調整器１００の構成の一例を示すブロック図である。電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）とトルク指令値τｃ^＊を、ＦＦＴ変換部１０１に入力する。電流検出に重畳するＤＣオフセットは、電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）の角周波数を持つトルクリップルに転化するため、ＦＦＴ変換部１０１は、この角周波数成分のトルクリップル振幅に相当するフーリエ係数絶対値｜Ｃｋ｜を出力する。

選択器１０２は、Ｕ相電流検出のオフセット補償量を調整するか、Ｖ相電流検出のオフセット補償量を調整するかを決定する選択器である。最初に、Ｕ相側を選択すると、Ｕ相オフセット補償値調整部１０３は、Ｕ相電流検出オフセット補償量ｄｕｃを、特定のピッチで変化させながら、角周波数ωｒｅ（ＩＭの場合は、ω）のトルクリップル振幅｜Ｃｋ｜の最小値を与えるｄｕｃを探索する。

次に、Ｖ相側を選択する。Ｖ相オフセット補償値調整部１０４は、Ｖ相電流検出オフセット補償量ｄｖｃを、特定のピッチで変化させながら、角周波数ωｒｅ（ＩＭの場合は、ω）のトルクリップル振幅｜Ｃｋ｜の最小値を与えるｄｖｃを探索する。この様なＵ相側とＶ相側の対動作を、探索ピッチを縮小しながら、数サイクル繰返すことで、最終的に、重畳したＤＣオフセットを相殺または抑制するオフセット補償量を演算出力する。

以上で、従来の電流検出オフセット補償の動作アルゴリズムの一例を説明したが、この様な相選択を伴う探索的アルゴリズムでは、各相を同時に演算できないため、トルクリップルの大きさが定常的に変動する状態や、各相の電流検出に重畳するＤＣオフセットの差が、著しく大きい時など、好適なオフセット補償量を演算できない場合があった。

なお、以下の特許文献１には、本発明に関連する技術として、３相交流モータの電流センサのオフセット誤差に起因するトルクリップルを低減する技術が記載されている。

特開２０１９－２２１１０５号公報

本発明の目的は、３相交流電動機の各相の電流検出ＤＣオフセットを迅速に抑制することである。また、実施形態では、電流検出に重畳するＤＣオフセットに起因した、電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）の角周波数のトルクリップルの大きさが、定常的に変動する状態や、各相の電流検出ＤＣオフセットの差が著しく大きい時などにおいても、最適なオフセット補償量を各相同時に演算出力することで、トルクリップルの大きさを最小化できる電流検出オフセット補償値演算器を具備した３相交流電動機の制御装置を提供する。

本発明は、３相交流電動機に流れる３相の電流のうちの少なくとも２相である処理対象相の電流を検出し、予め求められたオフセット補償量に基づいて前記処理対象相の電流検出値に対してオフセット補償処理を施し、前記オフセット補償処理後の前記処理対象相の電流検出値に基づいて、前記３相交流電動機の制御を行い、前記オフセット補償量を求める処理は、前記３相交流電動機に対するトルク指令値信号について、トルクリップルの周波数成分のフーリエ係数を求める処理と、前記３相交流電動機の前記処理対象相のトルク振幅成分を求める処理であって、前記フーリエ係数と、前記トルク指令値信号の基準時刻における前記３相交流電動機の電気角と、に基づいて、前記処理対象相の前記トルク振幅成分を求める処理と、前記処理対象相の前記トルク振幅成分に基づいて、前記処理対象相についての前記オフセット補償量を求める処理とを含むことを特徴とする。

望ましくは、前記オフセット補償量を求める処理は、オフセット補償変化量であって、前記処理対象相について先に求められた前記オフセット補償量に対するオフセット補償変化量を、前記処理対象相の前記トルク振幅成分に基づいて求め、前記処理対象相についての前記オフセット補償変化量と、前記処理対象相について先に求められた前記オフセット補償量とに基づいて、前記処理対象相について新たな前記オフセット補償量を求める処理を含む。

望ましくは、前記トルク指令値信号は、一定速度で回転する前記３相交流電動機に対するトルク指令値を示す。

一実施形態においては、３相交流電動機のトルク・速度・位置の制御装置において、３相交流電動機を一定速で回転させてサンプリング収集したトルク指令値信号から演算した電流周波数成分のトルクリップルに対するフーリエ係数と、サンプリング開始時の電流位相とから、任意の１相の電流検出に重畳するＤＣオフセット誤差に起因したトルクリップル振幅と、他の２相の内の１相の電流検出に重畳するＤＣオフセット誤差に起因したトルクリップル振幅を同時に導出し、該トルクリップル振幅から、各相の電流検出オフセット誤差補償量を演算して、電流検出に補正を加える、電流検出オフセット補償値演算器を具備する。

また、一実施形態においては、電流検出オフセット誤差補償量の演算は、複数サイクル繰返すことで、トルクリップルを漸近的に減少収束させるアルゴリズムを持つことを特徴とした電流検出オフセット補償値演算器を具備する。

本発明の一実施形態では、電流検出に重畳するＤＣオフセットに起因した、電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）の角周波数のトルクリップルの振幅と位相を、フーリエ係数Ｃ１として、同時且つ高速に検出する。フーリエ係数Ｃ１から、各相の電流検出オフセットの極性と相対比率を解析的に求め、各相の電流検出オフセット補償値増分量を演算する。この演算サイクルを繰り返すことで、各相のオフセット補償量を漸近的に最適値へ収束させる。

本発明によれば、各相の電流検出ＤＣオフセットを迅速に抑制することができる。また、本発明の一実施形態による３相交流電動機の位置制御装置では、電気角速度ωｒｅ（ＩＭの場合は、電流角速度ω）の角周波数のトルクリップルの原因となる、各相の電流検出に重畳するＤＣオフセットを、解析的アルゴリズムで、高速且つ各相同時に求めたオフセット補償量で相殺または抑制することができる。このため、トルクリップルの大きさが定常的に変動する状態や、各相のＤＣオフセットの差が著しく大きい時などにおいても、各相のオフセット補償量を最適化して、トルクリップルの大きさを最小化できる。なお、本発明技術は、３相交流電動機でトルク・速度・位置を高精度に制御する用途全般に適用でき、同様な効果が享受できる。

本発明の３相交流電動機を駆動モータに用いた位置制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の電流検出オフセット補償値演算器の一例を示すブロック図である。 電流検出オフセット補償値演算器の動作シーケンスを説明するフローチャートである。 永久磁石型同期電動機のトルクリップル周波数におけるフーリエ係数Ｃ１のベクトル図である。 誘導電動機やリラクタンス型同期電動機のトルクリップル周波数におけるフーリエ係数Ｃ１のベクトル図である。 従来の３相交流電動機を駆動モータに用いた位置制御装置の構成例を示すブロック図である。 従来の電流検出オフセット補償値調整器の一例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について例を用いて説明する。図１は、本発明による３相交流電動機の位置制御装置２０の構成概要の一例を示すブロック図である。図６に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を簡略化する。位置制御装置２０は、プログラムを実行することで各構成要素の機能を実現するプロセッサや、デジタル電子回路、アナログ電子回路によって構成されてよい。

最初に、各相電流検出に重畳するＤＣオフセットと、これに起因したトルクリップルτｒｉｐの関係について明記しておく。永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊＝０の下でも、永久磁石界磁とｑ軸電流ｉｑの間でトルクを発生できる。ここで、Ｕ相，Ｖ相の電流検出ＤＣオフセットをｄｕ，ｄｖとおいて、モータが電気角速度ωｒｅの一定速で回転する際の、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、式（１）で表現する。なお、本明細書では、記載の簡略化のため、ｓｉｎ関数は「Ｓ」と表記され、ｃｏｓ関数は「Ｓ」と表記される。

ここで、Ｉｓは相電流振幅である。

３相→ｄ-ｑ変換器６２によって、ｑ軸電流ｉｑは、式（２）となる。

ＳＰＭＳＭの場合、発生トルクτは、マグネットトルクで、ｑ軸電流ｉｑに比例（τ∝ｉｑ）する。特に、電流検出ＤＣオフセットｄｕ，ｄｖに起因したトルクリップルτｒｉｐは、式（３）で表現できる。

ただし、Ａは、τｒｉｐとｄｕ，ｄｖ間の単位を合わせるための定数（Ａ＞０）である。
つまり、電流検出ＤＣオフセットｄｕ，ｄｖは、電気角速度ωｒｅ（= ｐ・ωｍ）の角周波数を持つトルクリップルτｒｉｐに転化する。

一方、３相→ｄ-ｑ変換器６２によって、ｄ軸電流ｉｄは、式（４）となる。

ＩＰＭＳＭのリラクタンストルクτｒは、ｉｑ・ｉｄに比例（τｒ ∝ｉｑ・ｉｄ）する。電流検出ＤＣオフセットの２乗項は小さいため、無視すると、

これは、式（３）のマグネットトルクリップルτｒｉｐの定数倍になる。つまり、ＩＰＭＳＭの総トルク（＝マグネットトルク＋リラクタンストルク）のトルクリップルも、ＳＰＭＳＭ同様に、式（３）で表現できる。

図２は、図１の本発明における電流検出オフセット補償値演算器１の構成の一例を示すブロック図である。以降、電流検出オフセット補償値演算器１の動作について説明する。図３は、電流検出オフセット補償値演算器１の動作シーケンスの各Ｓｔｅｐを説明するフローチャートである。

（Ｓｔｅｐ１）．電流検出ＤＣオフセットに起因したトルクリップルが大きく発生する速度領域の中で、式（６）を満たす、電気角速度ωｒｅと、サンプリング総点数Ｎを選び、ｉｄ^＊＝０の下、モータを一定速ωｒｅで動作させる。

ここで、Ｔｓはサンプリング周期である。

（Ｓｔｅｐ２）．Ｎ点のトルク指令値信号τｃ^＊［ｎ］を、サンプリング周期Ｔｓで収集する。
なお、τｃ^＊［０］時の電気角θｒｅをθ０として保存しておく。

（Ｓｔｅｐ３）．公知の離散系フーリエ変換（ＤＦＴ）の基本波成分のフーリエ係数Ｃ１を式（７）から演算する。

（Ｓｔｅｐ２）と、（Ｓｔｅｐ３）が、図２のフーリエ係数演算部２の動作になる。

電気角速度ωｒｅのトルクリップルτｒｉｐは、式（３）から、ｄｕに起因するトルク振幅成分τｕと、ｄｖに起因するトルク振幅成分τｖとの合成であり、フーリエ係数Ｃ１とは、図４の関係となる。

式（３）のトルクリップルτｒｉｐは、前記のトルク振幅成分τｕとτｖを用いて、式（８）で表記できる。

ただし、Ｂは、τｒｉｐとτｕ，τｖ間の単位を合わせるための定数（Ｂ＞０）である。

（Ｓｔｅｐ５）．図４のτｕとτｖについては、フーリエ係数Ｃ１との間に、式（９．１），式（９．２）の関係が成立する。

この連立方程式を解くと、図４のτｕ，τｖは、式（１０）で表現できる。

（Ｓｔｅｐ５）が、図２の各相トルク振幅成分演算部３の動作になる。

（Ｓｔｅｐ６）．導出したτｕ，τｖから、電流検出オフセット補償増分量Δｄｕｃ，Δｄｖｃを式（１１）で演算する。

ただし、ゲインＧは、０＜Ｇ≦Ｂ/Ａの範囲の定数とする。

今回サイクル（第ｍサイクル）の電流検出オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］は、前回サイクル（第ｍ－１サイクル）の電流検出オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ－１］およびｄｖｃ［ｍ－１］と、電流検出オフセット補償増分量ΔｄｕｃおよびΔｄｖｃによって表される。すなわち、今回サイクル（第ｍサイクル）の電流検出オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］は、式（１２）によって、トルクリップルを０に漸近収束させる様に動作する。

（Ｓｔｅｐ６）が、図２の各相電流検出オフセット補償値設定部４の動作になる。

このように、本発明の実施形態に係る位置制御装置２０は、３相交流電動機に流れる３相の電流のうちの２相（Ｕ相およびＶ相）の電流を検出し、予め求められたオフセット補償量に基づいて２相の電流検出値に対してオフセット補償処理を施し、オフセット補償処理後の２相の電流検出値に基づいて、３相交流電動機の制御を行う。

オフセット補償量を求める処理は、３相交流電動機に対するトルク指令値信号（トルク指令値信号τｃ^＊［ｎ］）について、トルクリップルの周波数成分のフーリエ係数Ｃ１を求める処理を含む。トルク指令値信号は、一定速度で回転する３相交流電動機に対するトルク指令値を示す信号であってよい。また、オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理は、３相交流電動機の２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）を求める処理を含む。２相のトルク振幅成分を求める処理は、フーリエ係数Ｃ１と、トルク指令値信号τｃ^＊［ｎ］の基準時刻（ｎ＝０）における３相交流電動機の電気角θ０と、に基づいて、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）を求める処理を含む。さらに、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）に基づいて、２相についてのオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理を含む。

また、オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理は、２相について先に求められたオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ－１］およびｄｖｃ［ｍ－１］に対するオフセット補償変化量（オフセット補償増分量ΔｄｕｃおよびΔｄｖｃ）を、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）に基づいて求め、２相についてのオフセット補償変化量と、２相について先に求められたオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ－１］およびｄｖｃ［ｍ－１］とに基づいて、２相について新たなオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理を含む。ここでは、Ｕ相およびＶ相を直接の処理対象とし、Ｗ相についてはＵ相およびＶ相の演算結果に基づいて処理を実行する例が示されたが、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相を直接の処理対象の相（処理対象相）としてもよい。

以上が、電流検出オフセット補償値演算器１の動作説明になるが、図３の（Ｓｔｅｐ４）に示した様に、（Ｓｔｅｐ３）で、フーリエ係数Ｃ１を演算した後、フーリエ係数の大きさ｜Ｃ１｜と、トルクリップル振幅の収束基準値τｒｅｆとの比較を行い、｜Ｃ１｜≦τｒｅｆとなるまで、（Ｓｔｅｐ２）から（Ｓｔｅｐ６）までの動作シーケンスを実行して、電流検出オフセット補償量ｄｕｃ，ｄｖｃの演算を繰り返す。｜Ｃ１｜≦τｒｅｆとなると、電流検出オフセット補償量ｄｕｃ，ｄｖｃの演算を完了し、モータの一定速動作を終了する。

ここまでの一連の動作説明は、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合について記述している。次に、誘導電動機（ＩＭ）やリラクタンス型同期電動機（ＳｙｎＲＭ）の場合における電流検出オフセット補償値演算器１の動作について、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合との差異について説明する。ＩＭやＳｙｎＲＭの場合は、ｑ軸電流ｉｑと、ｄ軸電流ｉｄの間でトルクを発生（τ∝ｉｑ・ｉｄ）するから、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊≠０が前提条件になる。

そこで、図１の電流ベクトル制御演算部１０では、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊と、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊を演算した後、ｉｑ^＊とｉｄ^＊のベクトル合成電流Ｉを求め、さらに、Ｉとｉｄ^＊のなす角ψを演算しておく。

ＩＭやＳｙｎＲＭの場合は、モータが電流角速度ω（ＳｙｎＲＭの場合は、電気角速度ωｒｅ）の一定速で回転する際の、電流検出ＤＣオフセットｄｕ，ｄｖと、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとの関係は、Ｉとｉｄ^＊のなす角ψを用いて、式（１３）で表現できる。

以下、ＳｙｎＲＭを例として説明する。（ＳｙｎＲＭは、同期電動機であるため、電流角速度ω→電気角速度ωｒｅになる。）

３相→ｄ-ｑ変換器６２によって、ｑ軸電流ｉｑは式（１４）、ｄ軸電流ｉｄは式（１５）となる。

ここで、微小な電流検出ＤＣオフセットの２乗項を無視して、発生トルクτを演算すると、式（１６）となる。

特に、電流検出ＤＣオフセットｄｕ，ｄｖに起因したトルクリップルτｒｉｐは、式（１７）で表現できる。

ただし、Ａは、ＳｙｎＲＭの場合におけるτｒｉｐとｄｕ，ｄｖ間の単位合わせ定数（Ａ＞０）であって、式（３）のＡとは異なるが、便宜上、Ａと表現しておく。つまり、ＳｙｎＲＭの場合も、電流検出ＤＣオフセットは、電流角速度ωｒｅの角周波数を持つトルクリップルτｒｉｐに転化する。

次に、ＳｙｎＲＭの場合の、電流検出オフセット補償値演算器１の動作シーケンス（Ｓｔｅｐ）について説明する。（Ｓｔｅｐ３）までは、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合と同じである。ＳｙｎＲＭの場合、トルク振幅成分τｕ，τｖと、フーリエ係数Ｃ１との関係は、図５の関係となる。

よって、式（１７）のトルクリップルτｒｉｐは、トルク振幅成分τｕ，τｖを用いて、式（１８）で表記できる。

ただし、Ｂは、ＳｙｎＲＭの場合におけるτｒｉｐとτｕ，τｖ間の単位合わせ定数（Ｂ＞０）であって、式（８）のＢとは異なるが、便宜上、Ｂと表現しておく。

τｕ，τｖと、フーリエ係数Ｃ１との関係は、図５で示されるから、式（１９．１），式（１９．２）の関係が成立する。

この連立方程式を解くと、図５のτｕ，τｖは、式（２０）で表現できる。

つまり、ＳｙｎＲＭでは、図２の各相トルク振幅成分演算部３の動作である、（Ｓｔｅｐ５）のシーケンスを、式（２０）に基づいて実行する。以降、（Ｓｔｅｐ６）と（Ｓｔｅｐ４）のシーケンスについては、前述の永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合と同様である。

次に、ＩＭの場合について説明する。モータが電流角速度ωの一定速で回転する際の、電流検出ＤＣオフセットｄｕ，ｄｖと、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとの関係は、Ｉとｉｄ^＊のなす角ψを用いて、前述の式（１３）で表現できる。３相→ｄ-ｑ変換器６２によって、ｑ軸電流ｉｑは式（２１）となる。

なお、ＩＭの場合は、一定速下では、ｉｄ^＊＝一定値に設定され、電流検出ＤＣオフセットが存在しても、ｄ軸電流ｉｄは、ｉｄ^＊＝ｉｄと制御される。このため、トルクリップルτｒｉｐは、ＳＰＭＳＭの場合と同様に、ｑ軸電流ｉｑのリップル成分に比例し、式（２２）で表現できる。

ただし、Ａは、ＩＭの場合におけるτｒｉｐとｄｕ，ｄｖ間の単位合わせ定数（Ａ＞０）であって、ＩＭの場合は、電流検出ＤＣオフセットは、電流角速度ωの角周波数を持つトルクリップルτｒｉｐに転化する。

次に、ＩＭの場合の、電流検出オフセット補償値演算器１の動作シーケンス（Ｓｔｅｐ）について説明する。（Ｓｔｅｐ３）までは、電気角速度ωｒｅを電流角速度ωに置き換えれば動作は同じである。ただし、ＩＭの場合、電流角速度ωと電気角速度ωｒｅの間に、滑り角速度ωｓの差があるため、負荷が重い場合は、滑り角速度ωｓを考慮して、電流角速度ωとなる電気角速度ωｒｅで、モータを一定速動作させる必要がある。

ＩＭの場合、トルク振幅成分τｕ，τｖと、フーリエ係数Ｃ１との関係は、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）と同様に、図４の関係となる。よって、式（２２）のトルクリップルτｒｉｐは、トルク振幅成分τｕ，τｖを用いて、式（２３）で表記できる。

ただし、Ｂは、ＩＭの場合におけるτｒｉｐとτｕ，τｖ間の単位合わせ定数（Ｂ＞０）である。

τｕ，τｖと、フーリエ係数Ｃ１との関係は、図４で示されるから、式（９．１），式（９．２）の関係が成立し、この連立方程式を解くと、τｕ，τｖは、式（１０）で表現できる。つまり、ＩＭでは、図２の各相トルク振幅成分演算部３の動作である、（Ｓｔｅｐ５）のシーケンスを、式（１０）に基づいて実行する。以降、（Ｓｔｅｐ６）と（Ｓｔｅｐ４）のシーケンスについても、前述の永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合と同様である。

３相交流電動機が、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）である場合についても同様に、位置制御装置２０は、３相交流電動機に流れる３相の電流のうちの２相（Ｕ相およびＶ相）の電流を検出し、予め求められたオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］に基づいて２相の電流検出値に対してオフセット補償処理を施し、オフセット補償処理後の２相の電流検出値に基づいて、３相交流電動機の制御を行う。

オフセット補償量を求める処理は、３相交流電動機に対するトルク指令値信号（トルク指令値信号τｃ^＊［ｎ］）について、トルクリップルの周波数成分のフーリエ係数Ｃ１を求める処理を含む。トルク指令値信号は、一定速度で回転する３相交流電動機に対するトルク指令値を示す信号であってよい。また、オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理は、３相交流電動機の２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）を求める処理を含む。２相のトルク振幅成分を求める処理は、フーリエ係数Ｃ１と、トルク指令値信号τｃ^＊［ｎ］の基準時刻（ｎ＝０）における３相交流電動機の電気角θ０と、に基づいて、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）を求める処理を含む。さらに、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）に基づいて、２相についてのオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理を含む。

また、オフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理は、２相について先に求められたオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ－１］およびｄｖｃ［ｍ－１］に対するオフセット補償変化量（オフセット補償増分量ΔｄｕｃおよびΔｄｖｃ）を、２相のトルク振幅成分（τｕおよびτｖ）に基づいて求め、２相についてのオフセット補償変化量と、２相について先に求められたオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ－１］およびｄｖｃ［ｍ－１］とに基づいて、２相について新たなオフセット補償量ｄｕｃ［ｍ］およびｄｖｃ［ｍ］を求める処理を含む。ここでは、Ｕ相およびＶ相（Ｖ相およびＷ相）を直接の処理対象とし、Ｖ相（Ｕ相）については、Ｕ相およびＷ相（Ｖ相およびＷ相）の演算結果に基づいて処理を実行してもよい。

以上、説明した様に、図１の本発明による３相交流電動機の位置制御装置２０によれば、駆動モータが、永久磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭとＩＰＭＳＭ）の場合も、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊≠０を前提条件とする、誘導電動機（ＩＭ）やリラクタンス型同期電動機（ＳｙｎＲＭ）の場合でも、適切な各相オフセット補償量を演算出力して、電流検出ＤＣオフセットに起因したトルクリップルの大きさを最小化できる。

１ 電流検出オフセット補償値演算器，２ フーリエ係数演算部，３ 各相トルク振幅成分演算部，４ 各相電流検出オフセット補償値設定部，１０，５７ 電流ベクトル制御演算部，２０ 位置制御装置（本発明），５０ 減算器，５１ 位置偏差増幅器，５２ 微分器，５３ 減算器，５４ 速度制御器，５５ 乗算器，５６ 微分器，５８ 減算器，５９ ｄ軸電流制御器，６０ 減算器，６１ ｑ軸電流制御器，６２ ３相→ｄ-ｑ変換器，６３ ｄ-ｑ→３相変換器，６４ ＰＷＭインバータ，６５ Ｕ相電流検出回路，６６ Ｖ相電流検出回路，６７ 加算器，６８ 加算器，１００ 電流検出オフセット補償値調整器，１０１ ＦＦＴ変換部，１０２ 選択器，１０３ Ｕ相オフセット補償値調整部，１０４ Ｖ相オフセット補償値調整部，２００ 位置制御装置（従来），３００ モータ，３０１ 位置検出器，３０２ 負荷。

Claims (3)

1. ３相交流電動機に流れる３相の電流のうちの少なくとも２相である処理対象相の電流を検出し、
   予め求められたオフセット補償量に基づいて前記処理対象相の電流検出値に対してオフセット補償処理を施し、
   前記オフセット補償処理後の前記処理対象相の電流検出値に基づいて、前記３相交流電動機の制御を行い、
   前記オフセット補償量を求める処理は、
   前記３相交流電動機に対するトルク指令値信号について、トルクリップルの周波数成分のフーリエ係数を求める処理と、
   前記３相交流電動機の前記処理対象相のトルク振幅成分を求める処理であって、前記フーリエ係数と、前記トルク指令値信号の基準時刻における前記３相交流電動機の電気角と、に基づいて、前記処理対象相の前記トルク振幅成分を求める処理と、
   前記処理対象相の前記トルク振幅成分に基づいて、前記処理対象相についての前記オフセット補償量を求める処理とを含むことを特徴とする、３相交流電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記オフセット補償量を求める処理は、
   オフセット補償変化量であって、前記処理対象相について先に求められた前記オフセット補償量に対するオフセット補償変化量を、前記処理対象相の前記トルク振幅成分に基づいて求め、
   前記処理対象相についての前記オフセット補償変化量と、前記処理対象相について先に求められた前記オフセット補償量とに基づいて、前記処理対象相について新たな前記オフセット補償量を求める処理を含むことを特徴とする、３相交流電動機の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
   前記トルク指令値信号は、
   一定速度で回転する前記３相交流電動機に対するトルク指令値を示すことを特徴とする、３相交流電動機の制御装置。

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