JP3775290B2 - モーター制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモーター制御装置に関し、特に、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モーター回転と同期して回転するｄｑ軸座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御系を備えたモーター制御装置が知られている（例えば特開平０９−２１５３９７号公報参照）。この装置では、３相同期モーターの回転子位置すなわち磁極位置の位相θを検出し、検出位相θに基づいて３相交流電流検出値ｉu、ｉv、ｉwをｄｑ軸電流ｉd、ｉqに座標変換（３相／ｄｑ軸座標変換）し、ｄｑ軸電流ｉd、ｉqとｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊との偏差に電流制御を施してｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算している。そして、ｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に座標変換（ｄｑ軸／３相座標変換）して３相同期モーターに印加する３相交流電圧を決定している。
【０００３】
ここで、ｄｑ軸座標系の位相θを検出した時点から、この検出位相θに基づいて３相交流電流検出値ｉu、ｉv、ｉwをｄｑ軸電流ｉd、ｉqに３相／ｄｑ軸座標変換するまでの時間はごくわずかであるが、上述したｄｑ軸における電流制御演算に時間がかかり、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へのｄｑ軸／３相座標変換を開始する時点では、すでに位相θを検出した時点からモーターが回転しており、位相のずれが生じている。
【０００４】
そこで、上述したモーター制御装置では、ｄｑ軸座標系の位相θを検出した時点からｄｑ軸から３相への座標変換を開始する時点までの遅延時間Δｔによる検出位相θのずれを補正するために、モーターの角速度ωと上述した遅延時間Δｔとに基づいて、検出位相θを（θ＋ω・Δｔ）に補正している。
【０００５】
一方、本出願人は、特願２０００−３５６１１７号により、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するモーター制御装置を提案している。このモーター制御装置では、モーター回転と同期して回転するｄｑ軸座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御系と、基本波電流の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系で高調波電流を制御する高調波電流制御系とを備え、３相交流モーターに流れる電流を制御する。基本波電流制御系では、実際のｄｑ軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値を演算する。一方、高調波電流制御系では、実際のｄhｑh軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄhｑh軸電圧指令値を演算し、さらにｄｑ軸高調波電圧指令値に変換して出力する。そして、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値と高調波電流制御出力のｄｑ軸高調波電圧指令値とを加算して３相交流電圧指令値に変換し、３相交流モーターに印加する３相交流電圧を決定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した前者のモーター制御装置における検出位相θの補正方法は、モーターの基本波電流制御系においてｄｑ軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行う場合の位相補正方法であり、基本波電流制御系と高調波電流制御系とを備える後者のモーター制御装置に対して適用すると次のような問題がある。つまり、基本波電流制御系では位相補正が行われ、高調波電流制御系では位相補正が行われないので、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値の位相が基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値の位相の整数倍にならず、位相のずれが発生する。このｄhｑh軸電圧指令値の位相のずれはモーター回転速度の増加にともなって大きくなり、高調波電流を安定に制御することができなくなる上に、制御対象以外の次数の高調波電流を増加させてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、高調波電流座標系の正確な位相を検出して高調波電流制御を行い、モーター電流に含まれる高調波成分を低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１） 第１の実施の形態の構成を示す図１に対応づけて請求項１および２の発明を説明すると、請求項１の発明は、３相交流モーターＭに流れる電流ｉu、ｉvを検出する電流検出手段５，６と、３相交流モーターＭの回転角度を検出する回転検出手段ＰＳと、３相交流モーターＭの回転角度検出値θmに基づいて、３相交流モーターＭの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相θeと、３相交流モーターＭに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相θehとを検出する位相検出手段１７と、３相交流モーターＭの電流検出値ｉu、ｉvをｄｑ軸座標系の基本波電流検出値ｉd、ｉqとｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値ｉdh、ｉqhとに変換する電流変換手段７，１３，１４と、基本波電流検出値ｉd、ｉqを基本波電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する基本波電流制御手段２と、高調波電流検出値ｉdh、ｉqhを高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する高調波電流制御手段１１と、ｄhｑh軸座標系の位相θehを、ｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊からｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段１８，２０，２１と、ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いてｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換するｄhｑh／ｄｑ座標変換手段１２と、ｄｑ軸座標系の位相θeを、ｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊とｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'との加算値から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段１８，１９と、ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いてｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊とｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'との加算値を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するｄｑ／３相座標変換手段と、直流電力を前記３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電力へ変換し、３相交流モーターＭへ印加する電力変換手段４とを備えたものである。
（２） 請求項２のモーター制御装置は、ｄhｑh軸位相補正手段１８，２０，２１は、ｄｑ軸位相補正手段１８，１９によるｄｑ軸座標系の位相補正分を整数（ｎ−１）倍し、ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正するようにしたものである。
（３） 第２の実施の形態の構成を示す図２および第３の実施の形態の構成を示す図３に対応づけて請求項３および４の発明を説明すると、３相交流モーターＭに流れる電流を検出する電流検出手段５，６，と、３相交流モーターＭの回転角度θmを検出する回転検出手段ＰＳと、３相交流モーターＭの回転角度検出値θmに基づいて、３相交流モーターＭの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相θeと、３相交流モーターＭに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相θehとを検出する位相検出手段１７と、３相交流モーターＭの電流検出値ｉu、ｉvをｄｑ軸座標系の基本波電流検出値ｉd、ｉqとｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値ｉdh、ｉqhとに変換する電流変換手段７，１３，１４と、基本波電流検出値ｉd、ｉqを基本波電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する基本波電流制御手段２と、ｄｑ軸座標系の位相θeを、ｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊から３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段１８，１９と、ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いてｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）へ座標変換する基本波座標変換手段２２，３Ｂと、高調波電流検出値ｉdh、ｉqhを高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する高調波電流制御手段１１と、ｄhｑh軸座標系の位相θehを、ｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊から３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段１８，２０Ａ、２１と、ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いてｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）へ座標変換する高調波座標変換手段１２Ａ、１２Ｂと、３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）と高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）とに基づいて、３相交流モーターＭに印加する３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を決定する印加電圧決定手段１５Ａ、１６Ａ、３Ａ、２３、２４，２５と、直流電力を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電力へ変換し、３相交流モーターＭへ印加する電力変換手段４とを備えたものである。
（４） 請求項４のモーター制御装置は、ｄhｑh軸位相補正手段１８，２０Ａ，２１は、ｄｑ軸位相補正手段１８，１９によるｄｑ軸座標系の位相補正分を整数ｎ倍し、ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正するようにしたものである。
なお、上述した課題を解決するための手段の欄では、発明の一実施の形態の図面を用いて説明したが、これにより本願発明が一実施の形態に限定されることはない。
【０００９】
【発明の効果】
（１） 請求項１および２の発明によれば、ｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系からｄｑ軸座標系への座標変換を行い、さらにｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流電流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波電流を低減することができる。さらに、高調波電流を安定に制御することができ、従来のように制御対象以外の次数の高調波電流を増加させることがない。
（２） 請求項３および４の発明によれば、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流座標系または２相交流座標系（αβ軸座標系）への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から３相交流座標系または２相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。さらに、高調波電流を安定に制御することができ、従来のように制御対象以外の次数の高調波電流を増加させることがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御系と高調波電流制御系とを備えている。基本波電流制御系は、モーター回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分を制御する回路である。一方、高調波電流制御系は、基本波電流制御系のみでモーター電流ｉu、ｉv、ｉwを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、ｄhｑh軸座標系という）、換言すれば、モーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。
【００１１】
基本波電流制御系は、トルク制御器１、ｄｑ軸電流制御器２、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６および３相／ｄｑ変換器７から構成される。トルク制御器１は、トルク指令値Ｔe＊およびモーター角速度ωeに基づいて電流指令値テーブル（不図示）からｄ軸電流指令値ｉd＊とｑ軸電流指令値ｉq＊とを表引き演算する。ｄｑ軸電流制御器２は、ｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊と実電流ｉd、ｉqとの電流偏差にそれぞれ例えばＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉd、ｉqを電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸の基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する。
【００１２】
ｄｑ／３相変換器３は、ｄｑ軸座標系の位相（後述）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊と、高調波電流制御出力のｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'（後述）との加算値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に座標変換する。電力変換器４は、バッテリー（不図示）などの直流電源の電力をＩＧＢＴなどのスイッチング素子により交流電力に変換するインバーターであり、３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電圧を発生してモーターＭに印加する。なお、モーターＭには３相永久磁石同期モーターを用いた例を示す。
【００１３】
電流センサー５，６は、３相交流モーターＭに流れるＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvを検出する。なお、Ｗ相交流電流ｉwはＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvによりｉw（＝−ｉu−ｉv）として求められる。３相／ｄｑ変換器７は、ｄｑ軸座標系の位相θeに基づいて、電流センサー５，６により検出した３相交流電流ｉu、ｉv、ｉw（＝−ｉu−ｉv）をｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに座標変換する。
【００１４】
次に、高調波電流制御系は、ｄhｑh軸電流制御器１１、ｄhｑh／ｄｑ変換器１２、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６、３相／ｄｑ変換器７、ハイパスフィルター１３およびｄｑ／ｄhｑh変換器１４から構成される。なお、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６および３相／ｄｑ変換器７は基本波電流制御系と共用である。ｄhｑh軸電流制御器１１は、ｄhｑh軸の電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhとの電流偏差にそれぞれ例えばＰＩ制御を施し、実電流ｉdh、ｉqhを電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸の高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する。なお、高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊は通常、０である。
【００１５】
ｄhｑh／ｄｑ変換器１２は、ｄhｑh軸座標系の位相（後述）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'に座標変換する。ハイパスフィルター１３は、ｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに含まれている基本波成分の周波数の整数倍の周波数の高調波成分を抽出する。ｄｑ／ｄhｑh変換器１４は、ｄhｑh軸座標系の位相θehに基づいて、ｄｑ軸座標系における高調波電流をｄhｑh軸座標系の高調波電流ｉdh、ｉqhに座標変換する。
【００１６】
加算器１５は、基本波電流制御出力のｄ軸基本波電圧指令値ｖd＊と高調波電流制御出力のｄ軸高調波電圧指令値ｖd'とを加算し、加算器１６は、基本波電流制御出力のｑ軸基本波電圧指令値ｖq＊と高調波電流制御出力のｑ軸高調波電圧指令値ｖq'とを加算する。
【００１７】
パルスエンコーダーＰＳは３相交流モーターＭに連結され、モーターＭの回転に応じたパルス信号を出力する。位相速度演算器１７は、パルスエンコーダーＰＳからのパルス信号に基づいてモーターＭの角速度ωeを演算するとともに、３相交流座標系から見たｄｑ軸座標系（基本波電流座標系）の位相θeと、このｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系（高調波座標系）の位相θehを検出する。例えば、ｄｑ軸座標系における電流ｉd、ｉqに含まれるｎ次高調波をｄhｑh軸座標系で制御する場合には、ｄhｑh軸座標系の位相をθeh＝ｎ・θeとして求める。
【００１８】
ｄｑ軸位相補正値演算器１８は、位相速度演算器１７によりｄｑ軸座標系の位相θeを検出した時点から、ｄｑ／３相変換器３でｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊への座標変換を開始するまでの遅延時間における、モーターＭの回転による位相θeのずれを求める。具体的には、位相θeの検出時点（このときｄhｑh軸座標系の位相θehも同時に検出される）からｄｑ／３相変換前までの遅延時間をＴsとすると、モーターＭの角速度ωeに遅延時間Ｔsを乗じて補正値（ωe・Ｔs）を求める。
【００１９】
なお、位相速度演算器１７により検出したｄｑ軸座標系の位相θeは、直ちに３相／ｄｑ変換器７で行われる３相交流電流ｉu、ｉv、ｉwからｄｑ軸電流ｉd、ｉqへの座標変換に用いられる。したがって、３相／ｄｑ変換器７による３相交流電流ｉu、ｉv、ｉwからｄｑ軸電流ｉd、ｉqへの座標変換時点では、モーターＭが高速回転していても位相θeのずれは微小であり、無視しても問題はない。
【００２０】
加算器１９は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）をｄｑ軸座標系の位相θeに加算して位相ずれを補正する。そして、ｄｑ／３相変換器３は、ｄｑ軸座標系の位相補正値（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換する。
【００２１】
一方、ｄhｑh軸位相補正値演算器２０は、位相θe、θhの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsによる位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）に整数ｎ’を乗じてｄhｑh軸座標系の位相θhのずれ補正値（ｎ’・ωe・Ｔs）を求める。ここに、ｎ’は、ｄhｑh軸座標系の位相θehとｄｑ軸座標系の位相θeとの関係を定義づける整数であり、θeh＝ｎ’・θeなる関係にある。また、ｄhｑh軸座標系の回転周波数と基本波電流の周波数とを定義づけるｎを用いると、ｎ’＝（ｎ−１）の関係になる。加算器２１は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ｎ’・ωe・Ｔs）をｄhｑh軸座標系の位相θhに加算して位相ずれを補正する。そして、ｄhｑh／ｄｑ変換器１２は、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換する。
【００２２】
このように第１の実施の形態によれば、ｄhｑh軸座標系の位相θehの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に基づいて高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換し、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊と加算する。そして、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するようにした。これにより、ｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系からｄｑ軸座標系への座標変換を行い、さらにｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流電流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波電流を低減することができる。
【００２３】
《発明の第２の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'に変換した後、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊に加算し、ｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する例を示した。これに対しこの第２の実施の形態では、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を２相交流座標系（以下、αβ軸座標系という）における基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊に変換するとともに、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸座標系における高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'に変換し、両者の加算値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する例を示す。
【００２４】
図２は第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１に示す制御ブロックと同様な制御ブロックに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。ｄｑ／αβ変換器２２は、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／αβ変換（後述）前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを補正した補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊をαβ軸基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊へ座標変換する。
【００２５】
ｄhｑh軸位相補正値演算器２０Ａは、位相θe、θehの検出時点からｄｑ／αβ変換前までの遅延時間Ｔsによる位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）に整数ｎを乗じてｄhｑh軸座標系の位相θehのずれ補正値（ｎ・ωe・Ｔs）を求める。ここに、ｎは、ｄhｑh軸座標系の回転周波数と基本波電流の周波数とを定義づける整数である。加算器２１は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ｎ・ωe・Ｔs）を位相（θh＋θe）に加算して位相ずれを補正する。そして、ｄhｑh／αβ変換器１２Ａは、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいて、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'へ座標変換する。
【００２６】
加算器１５Ａは、基本波電流制御出力のα軸基本波電圧指令値ｖα＊と高調波電流制御出力のα軸高調波電圧指令値ｖα'とを加算し、加算器１６Ａは、基本波電流制御出力のβ軸基本波電圧指令値ｖβ＊と高調波電流制御出力のβ軸高調波電圧指令値ｖβ'とを加算する。αβ／３相変換器３Ａは、αβ軸電圧指令値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する。
【００２７】
この第２の実施の形態によれば、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／αβ変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊をαβ軸電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊へ座標変換するとともに、ｄhｑh軸座標系の位相θehの検出時点からｄhｑh／αβ変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'へ座標変換する。そして、αβ軸基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊とαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'とを加算し、加算値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換するようにした。これにより、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から２相交流座標系（αβ軸座標系）への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から２相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができる。その結果、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。
【００２８】
《発明の第３の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では基本波電流制御出力と高調波電流制御出力をｄｑ軸座標系において加算し、ｄｑ軸座標系から３相交流座標系へ座標変換する例を示した。また、第２の実施の形態では基本波電流制御出力と高調波電流制御出力とを２相交流座標系において加算し、２相交流座標系から３相交流座標系へ座標変換する例を示した。これに対しこの第３の実施の形態では、基本波電流制御出力と高調波電流制御出力をともに３相交流座標系に座標変換し、両者を加算して３相交流電圧指令値を決定する例を示す。
【００２９】
図３は第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１および図２に示す制御ブロックと同様な制御ブロックに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。ｄｑ／３相変換器３Ｂは、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを補正した補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ変換する。
【００３０】
ｄhｑh／３相変換器１２Ｂは、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいて、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'へ座標変換する。加算器２３〜２５は、３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'とを加算し、３相交流電圧指令値（ｖu＊＋ｖu'）、（ｖv＊＋ｖv'）、（ｖw＊＋ｖw'）を算出する。
【００３１】
この第３の実施の形態によれば、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するとともに、ｄhｑh軸座標系の位相（θeh＋θe）の検出時点からｄhｑh／３相変換前までの遅延時間の間の位相のずれを（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'へ座標変換する。そして、３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'とを加算して３相交流電圧指令値（ｖu＊＋ｖu'）、（ｖv＊＋ｖv'）、（ｖw＊＋ｖw'）を決定するようにした。これにより、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。
【００３２】
図４は、一般的なベクトル制御による３相交流モーターのＵ相電流波形（破線）と、高調波電流制御系における座標変換時点の位相ずれ補正を行わない場合の３相交流モーターのＵ相電流波形（二点鎖線）と、上述した第３の実施の形態による３相交流モーターのＵ相電流波形（実線）のシミュレーション結果を示す。図から明らかなように、基本波電流制御系と高調波電流制御系における座標変換時点の座標系の位相ずれを補正する第３の実施の形態によれば、高調波電流を最もよく低減することができ、高調波電流が重畳していない正弦波に近い電流波形を得ることができる。なお、図４には、第３の実施の形態によるシミュレーション結果のみ示すが、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態によっても同様なシミュレーション結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図２】 第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図３】 第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】 従来のモーター制御装置と本願発明に係わる一実施の形態のモーター制御装置との電流波形のシミュレーション結果を比較した図である。
【符号の説明】
１ トルク制御器
２ ｄｑ軸電流制御器
３ ｄｑ／３相変換器
３Ａ αβ／３相変換器
３Ｂ ｄｑ／３相変換器
４ 電力変換器
５，６ 電流センサー
７ ３相／ｄｑ変換器
１１ ｄhｑh軸電流制御器
１２ ｄhｑh／ｄｑ変換器
１２Ａ ｄhｑh／αβ変換器
１２Ｂ ｄhｑh／３相変換器
１３ ハイパスフィルター
１４ ｄｑ／ｄhｑh変換器
１５，１５Ａ，１６，１６Ａ 加算器
１７ 位相速度演算器
１８ ｄｑ軸位相補正値演算器
１９ 加算器
２０、２０Ａ ｄhｑh軸位相補正値演算器
２１ 加算器
２２ ｄｑ／αβ変換器
２３〜２５ 加算器
【発明の属する技術分野】
本発明はモーター制御装置に関し、特に、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モーター回転と同期して回転するｄｑ軸座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御系を備えたモーター制御装置が知られている（例えば特開平０９−２１５３９７号公報参照）。この装置では、３相同期モーターの回転子位置すなわち磁極位置の位相θを検出し、検出位相θに基づいて３相交流電流検出値ｉu、ｉv、ｉwをｄｑ軸電流ｉd、ｉqに座標変換（３相／ｄｑ軸座標変換）し、ｄｑ軸電流ｉd、ｉqとｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊との偏差に電流制御を施してｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算している。そして、ｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に座標変換（ｄｑ軸／３相座標変換）して３相同期モーターに印加する３相交流電圧を決定している。
【０００３】
ここで、ｄｑ軸座標系の位相θを検出した時点から、この検出位相θに基づいて３相交流電流検出値ｉu、ｉv、ｉwをｄｑ軸電流ｉd、ｉqに３相／ｄｑ軸座標変換するまでの時間はごくわずかであるが、上述したｄｑ軸における電流制御演算に時間がかかり、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へのｄｑ軸／３相座標変換を開始する時点では、すでに位相θを検出した時点からモーターが回転しており、位相のずれが生じている。
【０００４】
そこで、上述したモーター制御装置では、ｄｑ軸座標系の位相θを検出した時点からｄｑ軸から３相への座標変換を開始する時点までの遅延時間Δｔによる検出位相θのずれを補正するために、モーターの角速度ωと上述した遅延時間Δｔとに基づいて、検出位相θを（θ＋ω・Δｔ）に補正している。
【０００５】
一方、本出願人は、特願２０００−３５６１１７号により、３相交流モーターに流れる高調波電流を低減するモーター制御装置を提案している。このモーター制御装置では、モーター回転と同期して回転するｄｑ軸座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御系と、基本波電流の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系で高調波電流を制御する高調波電流制御系とを備え、３相交流モーターに流れる電流を制御する。基本波電流制御系では、実際のｄｑ軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値を演算する。一方、高調波電流制御系では、実際のｄhｑh軸電流をそれらの指令値に一致させるためのｄhｑh軸電圧指令値を演算し、さらにｄｑ軸高調波電圧指令値に変換して出力する。そして、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値と高調波電流制御出力のｄｑ軸高調波電圧指令値とを加算して３相交流電圧指令値に変換し、３相交流モーターに印加する３相交流電圧を決定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した前者のモーター制御装置における検出位相θの補正方法は、モーターの基本波電流制御系においてｄｑ軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行う場合の位相補正方法であり、基本波電流制御系と高調波電流制御系とを備える後者のモーター制御装置に対して適用すると次のような問題がある。つまり、基本波電流制御系では位相補正が行われ、高調波電流制御系では位相補正が行われないので、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値の位相が基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値の位相の整数倍にならず、位相のずれが発生する。このｄhｑh軸電圧指令値の位相のずれはモーター回転速度の増加にともなって大きくなり、高調波電流を安定に制御することができなくなる上に、制御対象以外の次数の高調波電流を増加させてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、高調波電流座標系の正確な位相を検出して高調波電流制御を行い、モーター電流に含まれる高調波成分を低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１） 第１の実施の形態の構成を示す図１に対応づけて請求項１および２の発明を説明すると、請求項１の発明は、３相交流モーターＭに流れる電流ｉu、ｉvを検出する電流検出手段５，６と、３相交流モーターＭの回転角度を検出する回転検出手段ＰＳと、３相交流モーターＭの回転角度検出値θmに基づいて、３相交流モーターＭの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相θeと、３相交流モーターＭに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相θehとを検出する位相検出手段１７と、３相交流モーターＭの電流検出値ｉu、ｉvをｄｑ軸座標系の基本波電流検出値ｉd、ｉqとｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値ｉdh、ｉqhとに変換する電流変換手段７，１３，１４と、基本波電流検出値ｉd、ｉqを基本波電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する基本波電流制御手段２と、高調波電流検出値ｉdh、ｉqhを高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する高調波電流制御手段１１と、ｄhｑh軸座標系の位相θehを、ｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊からｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段１８，２０，２１と、ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いてｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換するｄhｑh／ｄｑ座標変換手段１２と、ｄｑ軸座標系の位相θeを、ｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊とｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'との加算値から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段１８，１９と、ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いてｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊とｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'との加算値を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するｄｑ／３相座標変換手段と、直流電力を前記３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電力へ変換し、３相交流モーターＭへ印加する電力変換手段４とを備えたものである。
（２） 請求項２のモーター制御装置は、ｄhｑh軸位相補正手段１８，２０，２１は、ｄｑ軸位相補正手段１８，１９によるｄｑ軸座標系の位相補正分を整数（ｎ−１）倍し、ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正するようにしたものである。
（３） 第２の実施の形態の構成を示す図２および第３の実施の形態の構成を示す図３に対応づけて請求項３および４の発明を説明すると、３相交流モーターＭに流れる電流を検出する電流検出手段５，６，と、３相交流モーターＭの回転角度θmを検出する回転検出手段ＰＳと、３相交流モーターＭの回転角度検出値θmに基づいて、３相交流モーターＭの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相θeと、３相交流モーターＭに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相θehとを検出する位相検出手段１７と、３相交流モーターＭの電流検出値ｉu、ｉvをｄｑ軸座標系の基本波電流検出値ｉd、ｉqとｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値ｉdh、ｉqhとに変換する電流変換手段７，１３，１４と、基本波電流検出値ｉd、ｉqを基本波電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する基本波電流制御手段２と、ｄｑ軸座標系の位相θeを、ｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊から３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段１８，１９と、ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いてｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）へ座標変換する基本波座標変換手段２２，３Ｂと、高調波電流検出値ｉdh、ｉqhを高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する高調波電流制御手段１１と、ｄhｑh軸座標系の位相θehを、ｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊から３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段１８，２０Ａ、２１と、ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いてｄhｑh軸高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）へ座標変換する高調波座標変換手段１２Ａ、１２Ｂと、３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値（ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊）、（ｖα＊、ｖβ＊）と高調波電圧指令値（ｖu'、ｖv'、ｖw'）、（ｖα'、ｖβ'）とに基づいて、３相交流モーターＭに印加する３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を決定する印加電圧決定手段１５Ａ、１６Ａ、３Ａ、２３、２４，２５と、直流電力を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電力へ変換し、３相交流モーターＭへ印加する電力変換手段４とを備えたものである。
（４） 請求項４のモーター制御装置は、ｄhｑh軸位相補正手段１８，２０Ａ，２１は、ｄｑ軸位相補正手段１８，１９によるｄｑ軸座標系の位相補正分を整数ｎ倍し、ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正するようにしたものである。
なお、上述した課題を解決するための手段の欄では、発明の一実施の形態の図面を用いて説明したが、これにより本願発明が一実施の形態に限定されることはない。
【０００９】
【発明の効果】
（１） 請求項１および２の発明によれば、ｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系からｄｑ軸座標系への座標変換を行い、さらにｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流電流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波電流を低減することができる。さらに、高調波電流を安定に制御することができ、従来のように制御対象以外の次数の高調波電流を増加させることがない。
（２） 請求項３および４の発明によれば、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流座標系または２相交流座標系（αβ軸座標系）への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から３相交流座標系または２相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。さらに、高調波電流を安定に制御することができ、従来のように制御対象以外の次数の高調波電流を増加させることがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御系と高調波電流制御系とを備えている。基本波電流制御系は、モーター回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分を制御する回路である。一方、高調波電流制御系は、基本波電流制御系のみでモーター電流ｉu、ｉv、ｉwを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、ｄhｑh軸座標系という）、換言すれば、モーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。
【００１１】
基本波電流制御系は、トルク制御器１、ｄｑ軸電流制御器２、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６および３相／ｄｑ変換器７から構成される。トルク制御器１は、トルク指令値Ｔe＊およびモーター角速度ωeに基づいて電流指令値テーブル（不図示）からｄ軸電流指令値ｉd＊とｑ軸電流指令値ｉq＊とを表引き演算する。ｄｑ軸電流制御器２は、ｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊と実電流ｉd、ｉqとの電流偏差にそれぞれ例えばＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉd、ｉqを電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸の基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を演算する。
【００１２】
ｄｑ／３相変換器３は、ｄｑ軸座標系の位相（後述）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊と、高調波電流制御出力のｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'（後述）との加算値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に座標変換する。電力変換器４は、バッテリー（不図示）などの直流電源の電力をＩＧＢＴなどのスイッチング素子により交流電力に変換するインバーターであり、３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じた３相交流電圧を発生してモーターＭに印加する。なお、モーターＭには３相永久磁石同期モーターを用いた例を示す。
【００１３】
電流センサー５，６は、３相交流モーターＭに流れるＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvを検出する。なお、Ｗ相交流電流ｉwはＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvによりｉw（＝−ｉu−ｉv）として求められる。３相／ｄｑ変換器７は、ｄｑ軸座標系の位相θeに基づいて、電流センサー５，６により検出した３相交流電流ｉu、ｉv、ｉw（＝−ｉu−ｉv）をｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに座標変換する。
【００１４】
次に、高調波電流制御系は、ｄhｑh軸電流制御器１１、ｄhｑh／ｄｑ変換器１２、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６、３相／ｄｑ変換器７、ハイパスフィルター１３およびｄｑ／ｄhｑh変換器１４から構成される。なお、ｄｑ／３相変換器３、電力変換器４、電流センサー５，６および３相／ｄｑ変換器７は基本波電流制御系と共用である。ｄhｑh軸電流制御器１１は、ｄhｑh軸の電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhとの電流偏差にそれぞれ例えばＰＩ制御を施し、実電流ｉdh、ｉqhを電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸の高調波電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を演算する。なお、高調波電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊は通常、０である。
【００１５】
ｄhｑh／ｄｑ変換器１２は、ｄhｑh軸座標系の位相（後述）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'に座標変換する。ハイパスフィルター１３は、ｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに含まれている基本波成分の周波数の整数倍の周波数の高調波成分を抽出する。ｄｑ／ｄhｑh変換器１４は、ｄhｑh軸座標系の位相θehに基づいて、ｄｑ軸座標系における高調波電流をｄhｑh軸座標系の高調波電流ｉdh、ｉqhに座標変換する。
【００１６】
加算器１５は、基本波電流制御出力のｄ軸基本波電圧指令値ｖd＊と高調波電流制御出力のｄ軸高調波電圧指令値ｖd'とを加算し、加算器１６は、基本波電流制御出力のｑ軸基本波電圧指令値ｖq＊と高調波電流制御出力のｑ軸高調波電圧指令値ｖq'とを加算する。
【００１７】
パルスエンコーダーＰＳは３相交流モーターＭに連結され、モーターＭの回転に応じたパルス信号を出力する。位相速度演算器１７は、パルスエンコーダーＰＳからのパルス信号に基づいてモーターＭの角速度ωeを演算するとともに、３相交流座標系から見たｄｑ軸座標系（基本波電流座標系）の位相θeと、このｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系（高調波座標系）の位相θehを検出する。例えば、ｄｑ軸座標系における電流ｉd、ｉqに含まれるｎ次高調波をｄhｑh軸座標系で制御する場合には、ｄhｑh軸座標系の位相をθeh＝ｎ・θeとして求める。
【００１８】
ｄｑ軸位相補正値演算器１８は、位相速度演算器１７によりｄｑ軸座標系の位相θeを検出した時点から、ｄｑ／３相変換器３でｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）から３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊への座標変換を開始するまでの遅延時間における、モーターＭの回転による位相θeのずれを求める。具体的には、位相θeの検出時点（このときｄhｑh軸座標系の位相θehも同時に検出される）からｄｑ／３相変換前までの遅延時間をＴsとすると、モーターＭの角速度ωeに遅延時間Ｔsを乗じて補正値（ωe・Ｔs）を求める。
【００１９】
なお、位相速度演算器１７により検出したｄｑ軸座標系の位相θeは、直ちに３相／ｄｑ変換器７で行われる３相交流電流ｉu、ｉv、ｉwからｄｑ軸電流ｉd、ｉqへの座標変換に用いられる。したがって、３相／ｄｑ変換器７による３相交流電流ｉu、ｉv、ｉwからｄｑ軸電流ｉd、ｉqへの座標変換時点では、モーターＭが高速回転していても位相θeのずれは微小であり、無視しても問題はない。
【００２０】
加算器１９は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）をｄｑ軸座標系の位相θeに加算して位相ずれを補正する。そして、ｄｑ／３相変換器３は、ｄｑ軸座標系の位相補正値（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換する。
【００２１】
一方、ｄhｑh軸位相補正値演算器２０は、位相θe、θhの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsによる位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）に整数ｎ’を乗じてｄhｑh軸座標系の位相θhのずれ補正値（ｎ’・ωe・Ｔs）を求める。ここに、ｎ’は、ｄhｑh軸座標系の位相θehとｄｑ軸座標系の位相θeとの関係を定義づける整数であり、θeh＝ｎ’・θeなる関係にある。また、ｄhｑh軸座標系の回転周波数と基本波電流の周波数とを定義づけるｎを用いると、ｎ’＝（ｎ−１）の関係になる。加算器２１は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ｎ’・ωe・Ｔs）をｄhｑh軸座標系の位相θhに加算して位相ずれを補正する。そして、ｄhｑh／ｄｑ変換器１２は、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換する。
【００２２】
このように第１の実施の形態によれば、ｄhｑh軸座標系の位相θehの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋ｎ’・ωe・Ｔs）に基づいて高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'へ座標変換し、基本波電流制御出力のｄｑ軸基本波電圧指令値ｖd＊、ｖq＊と加算する。そして、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するようにした。これにより、ｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系からｄｑ軸座標系への座標変換を行い、さらにｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流電流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波電流を低減することができる。
【００２３】
《発明の第２の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をｄｑ軸高調波電圧指令値ｖd'、ｖq'に変換した後、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊に加算し、ｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊＋ｖd'）、（ｖq＊＋ｖq'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する例を示した。これに対しこの第２の実施の形態では、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を２相交流座標系（以下、αβ軸座標系という）における基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊に変換するとともに、高調波電流制御出力のｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸座標系における高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'に変換し、両者の加算値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する例を示す。
【００２４】
図２は第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１に示す制御ブロックと同様な制御ブロックに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。ｄｑ／αβ変換器２２は、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／αβ変換（後述）前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを補正した補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊をαβ軸基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊へ座標変換する。
【００２５】
ｄhｑh軸位相補正値演算器２０Ａは、位相θe、θehの検出時点からｄｑ／αβ変換前までの遅延時間Ｔsによる位相ずれ補正値（ωe・Ｔs）に整数ｎを乗じてｄhｑh軸座標系の位相θehのずれ補正値（ｎ・ωe・Ｔs）を求める。ここに、ｎは、ｄhｑh軸座標系の回転周波数と基本波電流の周波数とを定義づける整数である。加算器２１は、遅延時間Ｔsの位相ずれ補正値（ｎ・ωe・Ｔs）を位相（θh＋θe）に加算して位相ずれを補正する。そして、ｄhｑh／αβ変換器１２Ａは、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいて、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'へ座標変換する。
【００２６】
加算器１５Ａは、基本波電流制御出力のα軸基本波電圧指令値ｖα＊と高調波電流制御出力のα軸高調波電圧指令値ｖα'とを加算し、加算器１６Ａは、基本波電流制御出力のβ軸基本波電圧指令値ｖβ＊と高調波電流制御出力のβ軸高調波電圧指令値ｖβ'とを加算する。αβ／３相変換器３Ａは、αβ軸電圧指令値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する。
【００２７】
この第２の実施の形態によれば、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／αβ変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊をαβ軸電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊へ座標変換するとともに、ｄhｑh軸座標系の位相θehの検出時点からｄhｑh／αβ変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊をαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'へ座標変換する。そして、αβ軸基本波電圧指令値ｖα＊、ｖβ＊とαβ軸高調波電圧指令値ｖα'、ｖβ'とを加算し、加算値（ｖα＊＋ｖα'）、（ｖβ＊＋ｖβ'）を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換するようにした。これにより、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から２相交流座標系（αβ軸座標系）への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑh軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から２相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができる。その結果、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。
【００２８】
《発明の第３の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では基本波電流制御出力と高調波電流制御出力をｄｑ軸座標系において加算し、ｄｑ軸座標系から３相交流座標系へ座標変換する例を示した。また、第２の実施の形態では基本波電流制御出力と高調波電流制御出力とを２相交流座標系において加算し、２相交流座標系から３相交流座標系へ座標変換する例を示した。これに対しこの第３の実施の形態では、基本波電流制御出力と高調波電流制御出力をともに３相交流座標系に座標変換し、両者を加算して３相交流電圧指令値を決定する例を示す。
【００２９】
図３は第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１および図２に示す制御ブロックと同様な制御ブロックに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。ｄｑ／３相変換器３Ｂは、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを補正した補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいて、基本波電流制御出力のｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ変換する。
【００３０】
ｄhｑh／３相変換器１２Ｂは、ｄhｑh軸座標系の補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいて、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'へ座標変換する。加算器２３〜２５は、３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'とを加算し、３相交流電圧指令値（ｖu＊＋ｖu'）、（ｖv＊＋ｖv'）、（ｖw＊＋ｖw'）を算出する。
【００３１】
この第３の実施の形態によれば、ｄｑ軸座標系の位相θeの検出時点からｄｑ／３相変換前までの遅延時間Ｔsの間の位相のずれを（θe＋ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θe＋ωe・Ｔs）に基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ座標変換するとともに、ｄhｑh軸座標系の位相（θeh＋θe）の検出時点からｄhｑh／３相変換前までの遅延時間の間の位相のずれを（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に補正し、補正後の位相（θeh＋θe＋ｎ・ωe・Ｔs）に基づいてｄhｑh軸電圧指令値ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'へ座標変換する。そして、３相交流基本波電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊と３相交流高調波電圧指令値ｖu'、ｖv'、ｖw'とを加算して３相交流電圧指令値（ｖu＊＋ｖu'）、（ｖv＊＋ｖv'）、（ｖw＊＋ｖw'）を決定するようにした。これにより、ｄｑ軸座標系で座標変換を行う時点のｄｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄｑ軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行い、さらにｄhｑh軸座標系で座標変換を行う時点のｄhｑ軸座標系の正確な位相に基づいてｄhｑh軸座標系から３相交流座標系への座標変換を行うことができ、基本波電流制御精度のみならず高調波電流制御精度を向上させることができ、３相交流モーター電流に含まれる高調波成分を低減することができる。
【００３２】
図４は、一般的なベクトル制御による３相交流モーターのＵ相電流波形（破線）と、高調波電流制御系における座標変換時点の位相ずれ補正を行わない場合の３相交流モーターのＵ相電流波形（二点鎖線）と、上述した第３の実施の形態による３相交流モーターのＵ相電流波形（実線）のシミュレーション結果を示す。図から明らかなように、基本波電流制御系と高調波電流制御系における座標変換時点の座標系の位相ずれを補正する第３の実施の形態によれば、高調波電流を最もよく低減することができ、高調波電流が重畳していない正弦波に近い電流波形を得ることができる。なお、図４には、第３の実施の形態によるシミュレーション結果のみ示すが、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態によっても同様なシミュレーション結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図２】 第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図３】 第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】 従来のモーター制御装置と本願発明に係わる一実施の形態のモーター制御装置との電流波形のシミュレーション結果を比較した図である。
【符号の説明】
１ トルク制御器
２ ｄｑ軸電流制御器
３ ｄｑ／３相変換器
３Ａ αβ／３相変換器
３Ｂ ｄｑ／３相変換器
４ 電力変換器
５，６ 電流センサー
７ ３相／ｄｑ変換器
１１ ｄhｑh軸電流制御器
１２ ｄhｑh／ｄｑ変換器
１２Ａ ｄhｑh／αβ変換器
１２Ｂ ｄhｑh／３相変換器
１３ ハイパスフィルター
１４ ｄｑ／ｄhｑh変換器
１５，１５Ａ，１６，１６Ａ 加算器
１７ 位相速度演算器
１８ ｄｑ軸位相補正値演算器
１９ 加算器
２０、２０Ａ ｄhｑh軸位相補正値演算器
２１ 加算器
２２ ｄｑ／αβ変換器
２３〜２５ 加算器
Claims (4)
- ３相交流モーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記３相交流モーターの回転角度を検出する回転検出手段と、
前記３相交流モーターの回転角度検出値に基づいて、前記３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相と、前記３相交流モーターに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相とを検出する位相検出手段と、
前記３相交流モーターの電流検出値をｄｑ軸座標系の基本波電流検出値とｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値とに変換する電流変換手段と、
前記基本波電流検出値を基本波電流指令値に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値を演算する基本波電流制御手段と、
前記高調波電流検出値を高調波電流指令値に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値を演算する高調波電流制御手段と、
前記ｄhｑh軸座標系の位相を、前記ｄhｑh軸高調波電圧指令値からｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段と、
前記ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いて前記ｄhｑh軸高調波電圧指令値をｄｑ軸座標系の高調波電圧指令値へ座標変換するｄhｑh／ｄｑ座標変換手段と、
前記ｄｑ軸座標系の位相を、前記ｄｑ軸基本波電圧指令値と前記ｄｑ軸高調波電圧指令値との加算値から３相交流電圧指令値へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段と、
前記ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いて前記ｄｑ軸基本波電圧指令値と前記ｄｑ軸高調波電圧指令値との加算値を３相交流電圧指令値へ座標変換するｄｑ／３相座標変換手段と、
直流電力を前記３相交流電圧指令値に応じた３相交流電力へ変換し、前記３相交流モーターへ印加する電力変換手段とを備えることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項１に記載のモーター制御装置において、
前記ｄhｑh軸位相補正手段は、前記ｄｑ軸位相補正手段による前記ｄｑ軸座標系の位相補正分を前記整数（ｎ−１）倍し、前記ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正することを特徴とするモーター制御装置。 - ３相交流モーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記３相交流モーターの回転角度を検出する回転検出手段と、
前記３相交流モーターの回転角度検出値に基づいて、前記３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系の位相と、前記３相交流モーターに流れる基本波電流の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系の位相とを検出する位相検出手段と、
前記３相交流モーターの電流検出値をｄｑ軸座標系の基本波電流検出値とｄhｑh軸座標系の高調波電流検出値とに変換する電流変換手段と、
前記基本波電流検出値を基本波電流指令値に一致させるためのｄｑ軸基本波電圧指令値を演算する基本波電流制御手段と、
前記ｄｑ軸座標系の位相を、前記ｄｑ軸基本波電圧指令値から３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値へ座標変換するときの位相に補正するｄｑ軸位相補正手段と、
前記ｄｑ軸座標系の位相補正値を用いて前記ｄｑ軸基本波電圧指令値を３相交流座標系または２相交流座標系の基本波電圧指令値へ座標変換する基本波座標変換手段と、
前記高調波電流検出値を高調波電流指令値に一致させるためのｄhｑh軸高調波電圧指令値を演算する高調波電流制御手段と、
前記ｄhｑh軸座標系の位相を、前記ｄhｑh軸高調波電圧指令値から３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値へ座標変換するときの位相に補正するｄhｑh軸位相補正手段と、
前記ｄhｑh軸座標系の位相補正値を用いて前記ｄhｑh軸高調波電圧指令値を３相交流座標系または２相交流座標系の高調波電圧指令値へ座標変換する高調波座標変換手段と、
３相交流座標系または２相交流座標系の前記基本波電圧指令値と前記高調波電圧指令値とに基づいて、前記３相交流モーターに印加する３相交流電圧指令値を決定する印加電圧決定手段と、
直流電力を前記３相交流電圧指令値に応じた３相交流電力へ変換し、前記３相交流モーターへ印加する電力変換手段とを備えることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項３に記載のモーター制御装置において、
前記ｄhｑh軸位相補正手段は、前記ｄｑ軸位相補正手段による前記ｄｑ軸座標系の位相補正分を前記整数ｎ倍し、前記ｄhｑh軸座標系の位相に加算して補正することを特徴とするモーター制御装置。
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