JP2024100355A

JP2024100355A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2024100355A
Application number: JP2023004302A
Authority: JP
Inventors: 陽介中山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2023-01-16
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2024-07-26

Abstract

【課題】電圧指令値のサンプル点間の電流挙動を管理し、電流追従性を向上させることが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１は、電流指令値に基づき電圧指令値を生成する電圧指令演算部２と、波形が異なる複数の搬送波を生成する搬送波生成部４と、複数の搬送波の中からＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波を選択する搬送波選択部（電流推定部５、搬送波決定部１０）と、所定のサンプリング周期で複数相の電圧指令値及び選択された搬送波を取得し、それらに基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部６と、生成されたＰＷＭ信号に基づきモータ８を駆動するインバータ７と、を備え、搬送波選択部は、複数の搬送波ごとに、サンプル点間における電流指令値及び実電流の推定値を算出し、算出された電流指令値と実電流の推定値との誤差を算出し、複数の搬送波の中から誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ＰＷＭ信号を用いたモータ制御装置に関し、特に電圧指令のサンプリングを行うサンプル点間の電流挙動を管理できるモータ制御装置に関する。

近年、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化し、車両においてもＣＯ_２排出量の削減やエネルギー効率の改善のために、電動化技術に関する研究開発が行われている。

電動車両やハイブリッド車両の動力源として多く用いられる三相交流モータは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御による三相電圧型インバータを用いて駆動されることが多い。ＰＷＭとは、パルス波のデューティ比を変化させて変調を行う変調方法であり、ＰＷＭ制御を実現する代表的な手法の一つとして、三角波比較方式がある。三角波比較方式では、所望の波形を有する変調波と、三角波の搬送波の高低を比較し、変調波の方が高ければオン、低ければオフとなるような矩形波のスイッチング制御信号を生成する。

一般に、搬送波の周波数（以下、「キャリア周波数」ともいう。）は、それにより生じるノイズや騒音を考慮した上で、用いられる機器の用途等に応じて適宜選択されるが、制御の応答性の向上を目的として、制御中に複数の異なるキャリア周波数を切り替えて用いる技術が開発されている。例えば特許文献１では、電力変換部と、ＰＷＭ制御部と、周波数変更部とを備え、制御対象に対する制御偏差を算出し、制御偏差の積分値に基づきキャリア周波数を決定する電力変換装置を開示している。

特開２０１６－１１９８２２号公報

特許文献１の技術では、制御の応答性を向上させるために搬送波の周波数を適宜切り替える一方で、搬送波の波形（以下、「キャリア波形」ともいう。）としては、立ち上がりと立ち下がりの時間が等しい左右対称な三角波のみが用いられている。

一般的なＰＷＭ制御においては、所定のサンプリング周期で電圧指令値をサンプリングし、サンプル点（サンプリングを行った時点）における値を次のサンプル点まで保持するゼロ次ホールド処理を行った電圧指令値を搬送波と比較することで、パルス波形を生成する。このとき、サンプル点間のデューティ比が等しいならば、搬送波がどのような波形であっても、そのサンプル点間に出力される電圧は等しいものとなる。一方で、搬送波の波形が変わると、スイッチ切替えのタイミングが変化することにより、出力される電流の波形が変化する。

図１は、異なるキャリア波形ごとのＰＷＭのスイッチングパターンと、それによる応答電流の波形を模式的に表す図である。同図において、デューティ比は等しいが波形が異なるパターン１～６までの搬送波を例示している。例えばパターン１は、右下がりの鋸波であり、サンプリング周期の最初期と中間点で比較的短時間のスイッチオフが行われるため、実電流はサンプリング周期の最初期と中間点で比較的小さく振動するような波形を示す。また、例えばパターン３は、上に凸な三角波であり、サンプリング周期の中間点で比較的長時間のスイッチオフが行われるため、実電流はサンプリング周期の中間点で比較的大きく振動するような波形を示す。

図２は、三角波の搬送波における立ち上がり／立ち下がり時間の変化と、それによる応答電流の変化を模式的に表す図である。同図に示すように、同じ三角波であっても、波形の中心をずらすことで、スイッチングパターンが変わってパルス電圧が変化し、サンプル点間の応答電流の波形が変化する。

このように、キャリア波形は、サンプル点間の電流挙動に影響を与える。例えばモータはロータの位相によって異なる特性を示すため、ＰＷＭ信号を用いてモータを駆動する場合、モータの特性に応じて電流の振動タイミングを意図的に変化させることで、制御の応答性の向上や損失の低減に役立つ可能性がある。例えば、モータの特性としてインダクタンスが大きくなるタイミング（位相）に電流の振動タイミングを合わせることで、電流脈動を小さくしてトルクリプルを低減し得る。また、反対に、モータのインダクタンスが小さくなるタイミング（位相）に電流の振動タイミングを合わせることで、電流の変化をより大きくして電流応答を向上させ得る。

したがって、動作条件に応じて最適なキャリア波形を選択して使用することが可能なモータ制御装置が要望されている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電圧指令値のサンプル点間の電流挙動を管理し、サンプル点間の電流追従性を向上させることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギーの効率の改善に寄与するものである。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係るモータ制御装置は、外部装置からの電流指令値（実施形態における（以下、本項において同じ）三相電流値ｉ^* _ｕｖｗ）に基づき複数相の電圧指令値（三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗ）を生成する電圧指令演算部２と、波形が異なる複数の搬送波Ｃ_ｎを生成する搬送波生成部４と、複数の搬送波Ｃ_ｎの中からＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波（最適搬送波Ｃ）を選択する搬送波選択部（電流推定部５、搬送波決定部１０）と、所定のサンプリング周期で複数相の電圧指令値及び選択された搬送波を取得し、取得した電圧指令値及び搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部６と、生成されたＰＷＭ信号に基づきモータ８を駆動するインバータ７と、を備え、搬送波選択部は、複数の搬送波Ｃ_ｎごとに、ＰＷＭ信号生成部が複数相の電圧指令値及び選択された搬送波を取得するサンプル点間における電流指令値（ｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ））、及びサンプル点間における実電流の推定値（ｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ））を算出するとともに、算出された電流指令値と実電流の推定値との誤差（誤差積分値Ｓ）を算出し、複数の搬送波の中から誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする。

このモータ制御装置では、複数の搬送波ごとに、ＰＷＭ信号生成部による電圧指令値のサンプル点間、すなわちサンプリングを行う時点と時点の間の電流指令値及び実電流の推定値を算出し、これらの電流指令値と実電流推定値の間の誤差を算出する。そして、複数の搬送波の中から、誤差が最も小さくなる搬送波、すなわち電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択する。選択された搬送波は、ＰＷＭ信号生成部によって取得され、ＰＷＭ信号の生成に用いられる。このようにして、本発明のモータ制御装置によれば、動作条件に応じて搬送波の波形を切り替えることで、電圧指令値のサンプル点間の電流挙動を管理し、サンプル点間の電流追従性を向上させることができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、搬送波選択部は、複数の搬送波ごとに、サンプル点間毎の電流指令値、及びサンプル点間毎の実電流の推定値を算出し、算出された電流指令値と実電流の推定値との誤差を算出することにより、サンプル点間毎に、複数の搬送波の中から誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする。

この構成によれば、複数の搬送波ごとに、ＰＷＭ信号生成部による電圧指令値のサンプル点間毎の電流指令値及び実電流の推定値を算出し、これらの電流指令値と実電流推定値の間の誤差を算出する。そして、サンプル点間毎に、複数の搬送波の中から誤差が最も小さくなる搬送波、すなわち電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択する。したがって、サンプル点間毎に搬送波の波形を切り替えることができ、サンプル点間毎の電流挙動を管理し、サンプル点間毎の電流追従性を向上させることができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、複数の搬送波には、波形の異なる複数の三角波及び鋸波が含まれることを特徴とする。

この構成によれば、波形の異なる複数の三角波及び鋸波を含む搬送波を生成し、それらの様々な搬送波の中から電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択することができるので、電圧指令値のサンプル点間の電流追従性をより向上させることができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、搬送波生成部は、キャリア周波数が異なる複数の搬送波を更に生成し、搬送波選択部は、波形及びキャリア周波数が異なる複数の搬送波の中から、誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする。

この構成によれば、波形のみならず、キャリア周波数も異なる様々な搬送波の中から電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択することができるので、電圧指令値のサンプル点間の電流追従性をより向上させることができる。

本発明の請求項５に係るモータ制御方法は、外部装置からの電流指令値に基づき複数相の電圧指令値を生成する電圧指令生成工程と、波形が異なる複数の搬送波を生成する搬送波生成工程と、複数の搬送波の中からＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波を選択する搬送波選択工程と、所定のサンプリング周期で複数相の電圧指令値及び選択された搬送波を取得し、取得した電圧指令値及び搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程と、生成されたＰＷＭ信号に基づきモータを駆動するモータ駆動工程と、を含み、搬送波選択工程は、複数の搬送波ごとに、ＰＷＭ信号生成工程において複数相の電圧指令値及び選択された搬送波が取得されるサンプル点間における電流指令値、及びサンプル点間における実電流の推定値を算出する算出工程と、算出された電流指令値と実電流の推定値との誤差を算出し、複数の搬送波の中から誤差が最も小さい搬送波を選択する選択工程と、を含むことを特徴とする。

このモータ制御方法では、複数の搬送波ごとに、ＰＷＭ信号生成工程における電圧指令値のサンプル点間の電流指令値及び実電流の推定値を算出し、これらの電流指令値と実電流推定値の間の誤差を算出する。そして、複数の搬送波の中から、誤差が最も小さい搬送波、すなわち電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択する。したがって、本発明のモータ制御方法によれば、動作条件に応じて搬送波の波形を切り替えることで、電圧指令値のサンプル点間の電流挙動を管理し、サンプル点間の電流追従性を向上させることができる。

種々のキャリア波形ごとのＰＷＭのスイッチングパターンと、それによる応答電流の波形を模式的に表す図である。三角波の搬送波の立ち上がり／立ち下がり時間の変化と、それによる応答電流の変化を模式的に表す図である。本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。搬送波生成選択部の詳細な構成例を示すブロック図である。電流推定部の構成例を示すブロック図である。搬送波選択処理を示すフローチャートである。デューティ指令値と参照搬送波を用いたパルス電圧の生成とスイッチングタイミングを示す図であり、（ａ）は上凸の三角波におけるスイッチングタイミングの例、（ｂ）は下凸の三角波におけるスイッチングタイミングの例を示す図である。ＵＶＷ各相のスイッチングタイミングの時系列化を説明するための図である。各時刻における三相電流指令値の例を示す図である。サンプル点間のｄｑ軸電流の推定を説明するための図である。サンプル点間のｄｑ軸電流指令値とｄｑ軸電流推定値の間の誤差の算出を説明するための図である。サンプル点間のｄｑ軸電流指令値とｄｑ軸電流推定値の間の誤差の算出を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のモータ制御装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。以下に説明する構成は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されない。

図３は、本実施形態に係るモータ制御装置１の構成例を示す。このモータ制御装置１は、三相電流指令値に基づき三相ＰＷＭ指令値を生成し、この三相ＰＷＭ指令値により、インバータ７を介して三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流モータ８の駆動を制御するものである。

電圧指令演算部２は、外部装置から受け取った電流指令値と、モータ８からフィードバックされる三相電流値から、周知の手法によって各相の三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗを演算する。

搬送波生成選択部３は、搬送波生成部４及び電流推定部５を含み、後述するように、複数の波形の異なる搬送波の中から、電流指令値と実電流の推定値との誤差が最も小さくなる搬送波を最適搬送波Ｃとして選択する。

ＰＷＭ信号生成部６は、電圧指令演算部２からの三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗと、搬送波生成選択部３からの最適搬送波Ｃとに基づき、モータ８を駆動するための三相ＰＷＭ指令値を生成する。三相ＰＷＭ指令値とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相におけるパルス信号である。

より具体的には、ＰＷＭ信号生成部６は、所定のサンプリング周期で三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗを取得し、ゼロ次ホールド処理により、サンプル点（サンプリングを行った時点）における三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗを次のサンプル点までの値として保持する。すなわち、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗは、サンプル点間（サンプル点とサンプル点の間）において一定な値として取り扱われる。

ＰＷＭ信号生成部６は、サンプル点間における一定の値として取得した三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗと、搬送波生成選択部３から取得した最適搬送波Ｃの高低を比較する。そして、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが０以上である場合は、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが最適搬送波Ｃと同じかより高ければオン（ハイレベル信号）、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが最適搬送波Ｃよりも低ければオフ（ローレベル信号）となる矩形波のスイッチング信号を、三相ＰＷＭ指令値として出力する。また、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが０よりも小さい場合は、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが最適搬送波Ｃよりも高ければオン（ハイレベル信号）、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗが最適搬送波Ｃと同じかより低ければオフ（ローレベル信号）となる矩形波のスイッチング信号を、三相ＰＷＭ指令値として出力する。

インバータ７は、ＰＷＭ信号生成部６からの三相ＰＷＭ指令値を、三相ＰＷＭ電圧に変換してモータ８を駆動する。

上述のように、モータ制御装置１は、電圧指令演算部２と、搬送波生成選択部３と、ＰＷＭ信号生成部６と、を備える。これらの構成要素は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうちの一部又は全部は、回路を含むハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めフラッシュメモリ等の記憶装置に格納されていてもよいし、着脱可能な記憶媒体に格納され、適時インストールされてもよく、あるいはクラウド上に保存されたものをインターネット等を介して供給されてもよい。

次に、搬送波生成選択部３の構成について詳しく説明する。図４は、搬送波生成選択部３の詳細な構成例を示す。搬送波生成選択部３は、搬送波生成部４と、複数の電流推定部５と、搬送波決定部１０と、を含む。

搬送波生成部４は、波形が異なる複数の搬送波Ｃ_１～Ｃ_ｎを生成可能な発振器である。複数の搬送波としては、例えば波形が異なる複数の三角波や鋸波を含む。また、三角波は、立ち上がり時間と立ち下がり時間が等しい左右対称な三角波のみならず、立ち上がり時間と立ち下がり時間が不均一な左右非対称の三角波を含むことができる。

複数の電流推定部５の各々は、搬送波生成部４が生成した複数の搬送波Ｃ_１～Ｃ_ｎのうちの1つに対応し、当該搬送波を用いた場合に、上述した三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗのサンプル点間に流れる電流値を推定する。各電流推定部５によるサンプル点間電流値の推定は、外部装置からの三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ、電圧指令演算部２からの三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗ、搬送波生成部４からの参照搬送波Ｃ_ｎ、モータ８からフィードバックされる三相電流値ｉ_ｕｖｗ、モータ８に設けられた回転子位置センサ９から得られる回転子位相θ_ｒｅ、回転子位相を微分器Ｄに通すことで得られる回転子角周波数ω_ｒｅを用いて行われる。これらの具体的な処理については後述する。

搬送波決定部１０は、複数の電流推定部５の各々から後述する誤差積分値Ｓを取得し、最も小さな誤差積分値Ｓを特定するとともに、当該誤差積分値Ｓの算出に用いられた参照搬送波Ｃ_ｎを、最適搬送波ＣとしてＰＷＭ信号生成部６に出力する。

図５は、電流推定部５の詳細な構成例を示す。同図に示すように、電流推定部５は、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗと参照搬送波Ｃ_ｎを比較して各相のスイッチングタイミングｔ^ｕｖｗ _{０～ｅｎｄ}を取得するスイッチングタイミング取得部５１と、各相のスイッチングタイミングｔ^ｕｖｗ _{０～ｅｎｄ}を時系列化し、時系列に沿った時系列三相スイッチング電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）及び時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を取得する時系列化部５２と、時系列三相スイッチング電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、及び三相実電流ｉ_ｕｖｗをｄｑ座標系に座標変換し、ｄｑ軸電圧指令値ｖ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、ｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、及びサンプル点ｄｑ軸電流値ｉ_ｄｑ（ｋ｜＃０）を取得する座標変換部５３と、ｄｑ軸電圧指令値ｖ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）とサンプル点ｄｑ軸電流値ｉ_ｄｑ（ｋ｜＃０）に基づきサンプル点間のｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を算出するサンプル点間電流推定部５４と、ｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）とｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）の間の誤差積分値Ｓを算出する誤差積分部５５と、を有する。上記各部５１～５５及び搬送波決定部１０を用いた搬送波選択処理について、以下に詳しく説明する。

図６は、上述した搬送波生成選択部３による搬送波選択処理を示すフローチャートである。本処理は、ＰＷＭ信号生成部６による電圧指令値のサンプリング周期に同期して実行される。

本処理では、まずステップ６０１（「Ｓ６０１」と図示。以下同じ）において、スイッチングタイミング取得部５１により、各相のスイッチングタイミングが取得される。ここでは、まず、電圧指令演算部２から三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗを取得する。ここで、三相電圧指令値ｖ^＊ _ｕｖｗは、インバータ７の入力側の電圧であるインバータ一次電圧Ｖ_ＤＣを用いて、以下の式（１）のようにリミット処理されているものとする。

さらに、リミット処理後の三相電圧指令値を、以下の式（２）によりデューティ指令値に変換する。

こうして求めたデューティ指令値ｄｕｔｙと参照搬送波Ｃ_ｎを比較することで、スイッチング電圧ＳＷを生成する。なお、本実施形態では、参照搬送波Ｃ_ｎの１周期につき１回サンプリングを行い、サンプル点間のデューティ値ｄｕｔｙはゼロ次ホールドで補間するものとする。

その後、各スイッチングタイミングｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_ｉｐ、ｔ_ｅｎｄを取得する。ここで、ｔ_０：サンプル点、ｔ_１：デューティ指令値ｄｕｔｙと参照搬送波Ｃ_ｎが１番目に交わる時刻、ｔ_２：デューティ指令値ｄｕｔｙと参照搬送波Ｃ_ｎが２番目に交わる時刻、ｔ_ｉｐ：参照搬送波Ｃ_ｎの変曲点の時刻、ｔ_ｅｎｄ：参照搬送波Ｃ_ｎの周期、である。また、併せてスイッチングタイミングｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_ｅｎｄ間のスイッチング電圧ＳＷ_{ｔ０～ｔ１}、ＳＷ_{ｔ１～ｔ２}、ＳＷ_{ｔ２～ｔｅｎｄ}も取得する。なお、ｔ_ｉｐとｔ_ｅｎｄは、参照搬送波Ｃ_ｎを設定する際に予め決定される変数であるため既知である。

図７は、デューティ指令値ｄｕｔｙと参照搬送波Ｃ_ｎを用いたスイッチング電圧ＳＷの生成と各スイッチングタイミングを示す図である。同図（ａ）は、参照搬送波Ｃ_ｎが上凸の三角波の場合のスイッチング電圧ＳＷと各スイッチングタイミングを示し、同図（ｂ）は、参照搬送波Ｃ_ｎが下凸の三角波の場合のスイッチング電圧ＳＷと各スイッチングタイミングを示す。図７より、ｔ１、ｔ２、及び各スイッチングタイミング間のスイッチング電圧は、表１のように求められる。

以上により、ステップ６０１では、上述の処理をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相分行うことで、スイッチングタイミング取得部５１が各相におけるスイッチングタイミングｔ^ｕｖｗ _０、ｔ^ｕｖｗ _１、ｔ^ｕｖｗ _２、ｔ^ｕｖｗ _ｉｐ、ｔ^ｕｖｗ _ｅｎｄ及びスイッチング電圧ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ０～ｔ１}、ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ１～ｔ２}、ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ２～ｔｅｎｄ}を出力する。

次に、ステップ６０２では、時系列化部５２により、外部装置からの三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ及びスイッチング電圧ＳＷを、各相のスイッチングタイミングｔ^ｕｖｗ _０、ｔ^ｕｖｗ _１、ｔ^ｕｖｗ _２、ｔ^ｕｖｗ _ｉｐ、ｔ^ｕｖｗ _ｅｎｄを用い、各相を通した時系列ｔ_＃０～ｔ_＃ｎに沿った時系列データに変換する。ここで、ｔ_＃ｎ：ｔ^ｕｖｗ _０～ｔ^ｕｖｗ _ｅｎｄを小さい順に並べた際のｎ番目の時刻、である。図７のスイッチングパターンを例とすると、ｔ_＃０～ｔ_＃ｎは以下の式（３）のように導出することができる。

また、スイッチング間隔Δｔ_{＃ｎ-１，ｎ}は、以下の式（４）のように求められる。

図８は、スイッチングタイミングの時系列化を図で表したものである。ステップ６０３では、ステップ６０１で出力された各相のスイッチング電圧ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ０～ｔ１}、ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ１～ｔ２}、ＳＷ^ｕｖｗ _{ｔ２～ｔｅｎｄ}を時刻ｔ_＃０～ｔ_＃ｎと紐づけることにより、サンプル点ｋによる時刻ｔ_＃０～ｔ_＃ｎにおける時系列スイッチング電圧ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を取得する。

ステップ６０３で時刻ｔ_＃０～ｔ_＃ｎにおけるスイッチング電圧ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０）～ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃ｎ）を取得した後、続くステップ６０４では、予め作成された、引数に電流位相角を含む三相電流指令マップを参照することにより、サンプル点ｋによる時刻ｔ_＃０～ｔ_＃ｎにおける時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を取得する。図９は、取得された各時刻における時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）の例を示す図である。

以上のようにして、ステップ６０２～６０４により、時系列化部５２が時刻ｔ_＃０～ｔ_＃ｎ、スイッチング間隔Δｔ_＃０１～Δｔ_{＃ｎ-１，ｎ}、時系列スイッチング電圧ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を出力する。

次に、ステップ６０５では、座標変換部５３により、ステップ６０３で取得した、ｕｖｗ座標系で表現されている時系列スイッチング電圧ｖ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を、以下の式（５）を用いてαβ座標系に座標変換した後、以下の式（６）を用いてｄｑ座標系に座標変換する。ここで、ｕｖｗ座標とは、モータ８の固定子巻線が指向する座標であり、固定座標である。また、αβ座標とは、ｕｖｗ座標を２軸で表現した固定座標である。また、ｄｑ座標とは、モータ８の回転子の電気角周波数でｕｖｗ座標及びαβ座標上を回転する回転座標である。なお、θ_ｒｅ：モータ８の回転子位相、ω_ｒｅ：モータ８の回転子電気角周波数、である。

また、ステップ６０４で取得した、ｕｖｗ座標系で表現されている時系列三相電流指令値ｉ^＊ _ｕｖｗ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を、以下の式（７）を用いてαβ座標系に座標変換した後、以下の式（８）を用いてｄｑ座標系に座標変換する。

また、モータ８からフィードバックされるｕｖｗ座標系の三相電流値について、サンプル点（＃０のタイミング）のみの値を、以下の式（９）を用いてαβ座標系に座標変換した後、以下の式（１０）を用いてｄｑ座標系に座標変換する。他のスイッチングタイミング（＃１～＃ｎのタイミング）の値については、次のステップ６０６において推定する。

以上により、ステップ６０５では、座標変換部５３がｄｑ軸電圧指令値ｖ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、ｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、及びサンプル点ｄｑ軸電流値ｉ_ｄｑ（ｋ｜＃０）を出力する。

次に、ステップ６０６では、サンプル点間電流推定部５４が、ステップ６０５の座標変換により得られたｄｑ軸電圧指令値ｖ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）、及びサンプル点ｄｑ軸電流値ｉ_ｄｑ（ｋ｜＃０）に基づき、以下の式（１１）、式（１２）を用いて各スイッチングタイミングにおけるｄｑ軸電流ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を推定する。図１０は、サンプル点間のｄｑ軸電流の推定を図で表したものである。

ここで、Δｉ_{ｄ＃ｎ―１，ｎ}及びΔｉ_{ｑ＃ｎ―１，ｎ}は、ｄｑ軸電圧指令値ｖ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃ｎ）、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、誘起電圧定数ψを用い、それぞれ以下の式（１３）、式（１４）のように求める。

以上により、ステップ６０６では、サンプル点間電流推定部５４がサンプル点間の各スイッチングタイミングにおけるｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を出力する。

次に、ステップ６０７では、誤差積分部５５が、ステップ６０５で得られたｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）及びステップ６０６で得られた各スイッチングタイミングにおけるｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）の間の誤差積分値Ｓを算出し、サンプル点間の電流追従性を求める。

誤差積分値の算出に当たっては、隣接するスイッチングタイミング間の電流指令値及び電流推定値の大小関係により、積分計算の仕方を表２のとおりに条件分けする。

図１１は、表２の条件１及び条件２の場合に求めるべき誤差積分値Ｓを面積で図示したものである。この場合、誤差積分値Ｓは、以下の式（１５）により求められる。

ここで、式（１５）において、Δｔは、重みｗを用いて以下の式（Ａ）のように求める。
Δｔ＝ｗ｛ｔ（ｋ｜ｘ＋１）－ｔ（ｋ｜ｘ）｝ …（Ａ）
なお、式（Ａ）における重みｗは、参照搬送波Ｃ_ｎの１周期の長さによって決定する調節パラメータである。

また、図１２は、表２の条件３及び条件４の場合に求めるべき誤差積分値Ｓを面積で図示したものである。この場合、誤差積分値Ｓは、以下の式（１６）により求められる。式（１５）と同様に、Δｔは上述の式（Ａ）により求められる。

以上により、ステップ６０７では、誤差積分部５５が、誤差積分値Ｓをサンプル点間の電流追従性を表す指標として出力する。

最後に、ステップ６０８では、搬送波決定部１０が、複数の電流推定部５の各々において算出された誤差積分値Ｓを取得し、最も小さな誤差積分値Ｓを特定する。そして、その最も小さな誤差積分値Ｓの算出に用いられた参照搬送波Ｃ_ｎを、最適搬送波Ｃとして選択し、ＰＷＭ信号生成部６に出力する。

すなわち、ステップ６０８では、搬送波決定部１０が、複数の電流推定部５において算出された誤差積分値Ｓに基づき、以下の式（１７）で表される評価関数Jを最小化する最適搬送波Ｃを選択して出力する。

以上のようにして、複数の電流推定部５と搬送波決定部１０により、複数の搬送波の中から、最適搬送波Ｃ、すなわちサンプル点間の電流指令値と実電流の推定値の誤差を最小化する搬送波が選択される。すなわち、複数の電流推定部５と搬送波決定部１０は協働することで搬送波選択部として機能する。

以上に説明したように、本実施形態のモータ制御装置１によれば、複数の搬送波Ｃ_ｎを生成し、これらの複数の搬送波Ｃ_ｎごとに、電圧指令値のサンプル点間、すなわちサンプリングを行う時点と時点の間のｄｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）及びｄｑ軸電流推定値ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）を算出し、これらの指令値と推定値の間の誤差を算出する。そして、複数の搬送波Ｃ_ｎの中から、誤差が最も小さくなる搬送波、すなわち電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を最適搬送波Ｃとして選択する。その後、最適搬送波ＣはＰＷＭ信号生成部６によって取得され、ＰＷＭ信号の生成に用いられる。このようにして、本実施形態のモータ制御装置１によれば、動作条件に応じて搬送波の波形を切り替えることで、電圧指令値のサンプル点間の電流挙動を管理し、サンプル点間の電流追従性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上述した最適搬送波Ｃの選択を、ＰＷＭ信号生成部による電圧指令値のサンプル点間毎に行うので、サンプル点間毎の電流挙動を管理し、サンプル点間毎の電流追従性を向上させることができる。

また、本実施形態では、搬送波生成部４が生成する複数の搬送波Ｃ_ｎに波形の異なる複数の三角波及び鋸波が含まれ、それらの様々な波形の搬送波の中から誤差積分値Ｓが最も小さくなる搬送波を選択するので、サンプル点間の電流追従性をより向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、搬送波生成部４が波形の異なる複数の搬送波を生成するように構成したが、別の実施形態では、搬送波生成部が波形に加えて周波数の異なる複数の搬送波を生成するように構成してもよい。そのような構成とした場合、波形のみならず、キャリア周波数も異なる様々な搬送波の中から電流指令値に対する追従性が最も高い搬送波を選択することができるので、電圧指令値のサンプル点間の電流追従性をさらに向上させることができる。

また、実施形態では、ＰＷＭ信号生成部による電圧指令値のサンプリング周期と搬送波の周期が一致する（１サンプリング周期に１つの搬送波が用いられる）構成としたが、サンプリング周期よりも搬送波の周期を短く設定し、１サンプリング周期に複数周期の搬送波を用いる構成とすることも可能である。この場合、複数の搬送波周期毎に最適な搬送波を選択することで、サンプル点間の電流追従性をさらに向上させることができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１…モータ制御装置
２…電圧指令演算部
３…搬送波生成選択部
４…搬送波生成部
５…電流推定部（搬送波選択部）
６…ＰＷＭ信号生成部
７…インバータ
８…モータ
９…回転子位置センサ
１０…搬送波決定部（搬送波選択部）
Ｃ…最適搬送波
Ｃ_ｎ…参照搬送波
ｉ^＊ _ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）…ｄｑ軸電流指令値
ｉ＾_ｄｑ（ｋ｜＃０～＃ｎ）…ｄｑ軸電流推定値
Ｓ…誤差積分値
ｖ^＊ _ｕｖｗ…三相電圧指令値

Claims

外部装置からの電流指令値に基づき複数相の電圧指令値を生成する電圧指令演算部と、
波形が異なる複数の搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記複数の搬送波の中からＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波を選択する搬送波選択部と、
所定のサンプリング周期で前記複数相の前記電圧指令値及び前記選択された搬送波を取得し、取得した前記電圧指令値及び前記搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記生成されたＰＷＭ信号に基づきモータを駆動するインバータと、を備え、
前記搬送波選択部は、前記複数の搬送波ごとに、前記ＰＷＭ信号生成部が前記複数相の電圧指令値及び前記選択された搬送波を取得するサンプル点間における前記電流指令値、及び前記サンプル点間における実電流の推定値を算出するとともに、前記算出された電流指令値と前記実電流の推定値との誤差を算出し、前記複数の搬送波の中から前記誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする、モータ制御装置。
前記搬送波選択部は、前記複数の搬送波ごとに、前記サンプル点間毎の前記電流指令値、及び前記サンプル点間毎の実電流の推定値を算出し、前記算出された電流指令値と前記実電流の推定値との誤差を算出することにより、前記サンプル点間毎に、前記複数の搬送波の中から前記誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記複数の搬送波には、波形の異なる複数の三角波及び鋸波が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記搬送波生成部は、キャリア周波数が異なる複数の搬送波を更に生成し、
前記搬送波選択部は、波形及びキャリア周波数が異なる複数の搬送波の中から、前記誤差が最も小さい搬送波を選択することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
外部装置からの電流指令値に基づき複数相の電圧指令値を生成する電圧指令生成工程と、
波形が異なる複数の搬送波を生成する搬送波生成工程と、
前記複数の搬送波の中からＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波を選択する搬送波選択工程と、
所定のサンプリング周期で前記複数相の前記電圧指令値及び前記選択された搬送波を取得し、取得した前記電圧指令値及び前記搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程と、
前記生成されたＰＷＭ信号に基づきモータを駆動するモータ駆動工程と、を含み、
前記搬送波選択工程は、前記複数の搬送波ごとに、前記ＰＷＭ信号生成工程において前記複数相の電圧指令値及び前記選択された搬送波が取得されるサンプル点間における前記電流指令値、及び前記サンプル点間における実電流の推定値を算出する算出工程と、前記算出された電流指令値と前記実電流の推定値との誤差を算出し、前記複数の搬送波の中から前記誤差が最も小さい搬送波を選択する選択工程と、を含むことを特徴とする、モータ制御方法。