JP4007197B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、レゾルバの出力を補正してモータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回転磁界によりモータの回転子を連続して回転するために回転子の位置を検出することが行なわれている。そして、この回転子の位置検出は、回転軸に取付けられたレゾルバにより行われる。
【0003】
すなわち、レゾルバは、回転する回転子の位置を検出し、回転子の各位置に対応する位置信号をアナログ信号として出力する。コンピュータのCPU(Central Processing Unit)は、レゾルバからのアナログ信号をデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号に基づいて、回転磁界を生成するための交流電流を回転子の外周部に設けられたステータコイル(通常、3相コイルから成る。)に流す駆動信号を生成してインバータへ出力する。インバータは、CPUからの駆動信号に基づいて、ステータコイルの各相に所定のタイミングで所定の交流電流を流す。これにより、ステータコイルは、回転磁界を生成し、回転子は、ステータコイルからの回転磁界により回転する。
【0004】
しかし、レゾルバは、通常、0.5次誤差および1次誤差等の誤差を生じるので、レゾルバからの出力は、時間とともに直線的に回転角が大きくなる特性を示さない。また、回転子の回転速度の変動がレゾルバの出力誤差として生じることもある。
【0005】
そこで、特開2001−165707号公報には、レゾルバからの出力誤差を回転速度を用いて補正する技術が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−165707号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開2001−165707号公報には、回転速度を用いて補正されたレゾルバの出力を用いてモータを制御することが開示されていないため、モータ制御として改善されないという問題がある。
【0008】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、レゾルバの出力を補正し、その補正したレゾルバの出力を用いてモータを制御するモータ制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、モータ制御装置は、回転位置センサーと、補正手段と、制御手段とを備える。回転位置センサーは、モータが矩形波制御されているときのモータの回転子の回転位置を検出する。補正手段は、矩形波制御における基準時からモータの各制御タイミングまでの時間差により回転位置センサーの出力を補正する。制御手段は、補正手段により補正された回転位置センサーの出力に基づいてモータを矩形波制御する。
【0010】
好ましくは、補正手段は、モータの各相に電圧を印加する期間を決定する電圧位相指令が変化した場合、電圧位相指令の変化分を含めて回転位置センサーの出力を補正する。
【0011】
好ましくは、補正手段は、回転子の回転数が変化した場合、回転数の変化を含めて回転位置センサーの出力を補正する。
【0012】
好ましくは、補正手段は、モータの各相に電圧を印加する期間を決定する電圧位相指令の変化分および回転子の回転数の変化分を含めて回転位置センサーの出力を補正する。
【0013】
好ましくは、補正手段は、前回の制御周期において回転子が1回転する時間と今回の制御周期において回転子が1回転する時間とを用いて回転数の変化を含めた補正を行なう。
【0014】
好ましくは、補正手段は、モータの制御方式に応じて回転位置センサーの出力を補正する。
【0015】
この発明によるモータ制御装置においては、矩形波制御における基準時からモータの各制御タイミングまでの時間差により回転位置センサーの出力が補正される。また、モータの各相の電圧位相指令の変化を考慮して回転位置センサーの出力が補正される。さらに、モータの回転数の変化を考慮して回転位置センサーの出力が補正される。さらに、モータの各相の電圧位相指令の変化およびモータの回転数の変化を考慮して回転位置センサーの出力が補正される。
【0016】
そして、各方法により補正された回転位置センサーの出力を用いてモータの矩形波制御が行なわれる。
【0017】
したがって、この発明によれば、回転位置センサーの出力が誤差を含んでいても制御破綻を防止してモータを駆動できる。また、モータの各相の電圧位相指令またはモータの回転数が変化しても制御破綻を防止してモータを駆動できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0019】
[実施の形態1]
図1を参照して、この発明の実施の形態1によるモータ制御装置100は、直流電源Bと、インバータ10,20と、コンデンサ30と、レゾルバ40,50と、電流センサー60,70と、制御装置80とを備える。
【0020】
インバータ10は、U相アーム11、V相アーム12およびW相アーム13から成る。U相アーム11、V相アーム12およびW相アーム13は、ノードN1とノードN2との間に並列に接続される。
【0021】
U相アーム11は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4から成り、V相アーム12は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6から成り、W相アーム13は、直列接続されたNPNトランジスタQ7,Q8から成る。また、各NPNトランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
【0022】
インバータ20は、U相アーム21、V相アーム22およびW相アーム23から成る。U相アーム21、V相アーム22およびW相アーム23は、ノードN1とノードN2との間に並列に接続される。
【0023】
U相アーム21は、直列接続されたNPNトランジスタQ9,Q10から成り、V相アーム22は、直列接続されたNPNトランジスタQ11,Q12から成り、W相アーム23は、直列接続されたNPNトランジスタQ13,Q14から成る。また、各NPNトランジスタQ9〜Q14のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD9〜D14がそれぞれ接続されている。
【0024】
インバータ10の各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。インバータ20の各相アームの中間点は、交流モータM2の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1,M2は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。そして、交流モータM1のU相コイルの他端がNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。また、交流モータM2のU相コイルの他端がNPNトランジスタQ9,Q10の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ11,Q12の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ13,Q14の中間点にそれぞれ接続されている。
【0025】
コンデンサ30は、ノードN1とノードN2との間にインバータ10,20に並列に接続される。
【0026】
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。インバータ10は、制御装置80からの駆動信号DRV1に基づいて、コンデンサ30からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。インバータ20は、制御装置80からの駆動信号DRV2に基づいて、コンデンサ30からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM2を駆動する。
【0027】
コンデンサ30は、直流電源Bからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ10,20へ供給する。レゾルバ40は、交流モータM1の回転軸に取付けられており、交流モータM1の回転子の回転角度θbn1を検出して制御装置80へ出力する。レゾルバ50は、交流モータM2の回転軸に取付けられており、交流モータM2の回転子の回転角度θbn2を検出して制御装置80へ出力する。
【0028】
電流センサー60は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRT1を検出し、その検出したモータ電流MCRT1を制御装置80へ出力する。電流センサー70は、交流モータM2に流れるモータ電流MCRT2を検出し、その検出したモータ電流MCRT2を制御装置80へ出力する。
【0029】
なお、図1においては、電流センサー60,70は、それぞれ、3個設けられているが、少なくとも2個設けられればよい。
【0030】
制御装置80は、レゾルバ40からの回転角度θbn1を後述する方法により補正する。そして、制御装置80は、補正した回転角度θn1と、外部ECU(Electrical Control Unit)からのトルク指令値TR1とを用いてインバータ10のNPNトランジスタQ3〜Q8を駆動するための駆動信号DRV1を生成し、その生成した駆動信号DRV1をNPNトランジスタQ3〜Q8へ出力する。
【0031】
また、制御装置80は、レゾルバ50からの回転角度θbn2を後述する方法により補正する。そして、制御装置80は、補正した回転角度θn2と、外部ECUからのトルク指令値TR2とを用いてインバータ20のNPNトランジスタQ9〜Q14を駆動するための駆動信号DRV2を生成し、その生成した駆動信号DRV2をNPNトランジスタQ9〜Q14へ出力する。
【0032】
図2は、駆動信号DRV1,2を生成する制御装置80の機能を説明するための機能ブロック図を示す。図2を参照して、制御装置80は、角度補正部81と、電流変換部82と、減算器83と、PI制御部84と、回転速度演算部85と、速度起電力予測演算部86と、加算器87と、変換部88と、駆動信号生成部89とを含む。
【0033】
角度補正部81は、レゾルバ40(または50)から出力された回転角度θbn(θbn1またはθbn2)を受け、その受けた回転角度θbnを後述する方法によって補正し、その補正した角度θn(θn1またはθn2)を電流変換部82、回転速度演算部85および変換部88へ出力する。
【0034】
電流変換部82は、電流センサー60(または70)が検出したモータ電流MCRT1(またはMCRT2)を角度補正部81からの角度θn1(またはθn2)を用いて三相二相変換する。つまり、電流変換部82は、交流モータM1(またはM2)の3相コイルの各相に流れる3相のモータ電流MCRT1(またはMCRT2)を角度θn1(またはθn2)を用いてd軸およびq軸に流れる電流値Id,Iqに変換して減算器83へ出力する。
【0035】
減算器83は、交流モータM1(またはM2)がトルク指令値TR1(またはTR2)によって指定されたトルクを出力するための電流指令値Id*,Iq*から、電流変換部82からの電流値Id,Iqを減算して偏差ΔId,ΔIqを演算する。PI制御部84は、偏差ΔId,ΔIqに対してPIゲインを用いてモータ電流調整用の操作量を演算する。
【0036】
回転速度演算部85は、角度補正部85からの角度θn1(またはθn2)に基づいて交流モータM1(またはM2)の回転速度を演算し、その演算した回転速度を速度起電力予測演算部86へ出力する。速度起電力予測演算部86は、回転速度演算部85からの回転速度に基づいて速度起電力の予測値を演算する。
【0037】
加算器87は、PI制御部84からのモータ電流調整用の操作量と、速度起電力予測演算部86からの速度起電力の予測値とを加算して電圧操作量Vd,Vqを演算する。変換部88は、加算器87からの電圧操作量Vd,Vqを角度補正部81からの回転角度θn1(またはθn2)を用いて二相三相変換する。つまり、変換部88は、d軸およびq軸に印加する電圧の操作量Vd,Vqを回転角度θn1(またはθn2)を用いて交流モータM1(またはM2)の3相コイル(U相コイル、V相コイルおよびW相コイル)に印加する電圧の操作量に変換する。駆動信号生成部89は、変換部88からの出力に基づいて駆動信号DRV1,DRV2を生成する。
【0038】
図3および図4を参照して、角度補正部81における角度の補正方法について説明する。図3は、矩形波制御における交流モータM1,M2のU相、V相およびW相のスイッチング指令を示す。レゾルバ40,50の1回転(360度)は、電気角では720度に相当するので、U相、V相およびW相の各相は、180度ごとにスイッチング指令が反転される。したがって、交流モータM1,M2においては、U相、V相およびW相の全体では、60度ごとにスイッチングが切換えられる。
【0039】
この60度ごとのスイッチングの時間間隔は、レゾルバ40,50に誤差がない場合、等しくなる(ただし、回転速度は一定と仮定している)。そこで、U相を基準にして60度ごとの各スイッチングタイミングまでの時間を測定し、その測定した時間を用いてレゾルバ40,50の誤差を補正する。
【0040】
上述したようにレゾルバ40,50の1回転は、720度の電気角に相当するので、この720度の電気角を1周期とする。そうすると、この1周期中に12個のスイッチングタイミングが存在する。したがって、角度補正部81は、レゾルバ40(または50)からの角度θbnが60度、120度、180度、240度、300度、360度、・・・、660度、720度(0度)を示すまでの時間T1,T2,・・・,T12を内蔵したタイマーによって測定する。
【0041】
そして、角度補正部81は、測定した時間T1,T2,・・・,T12を次式に代入して60度、120度、180度、240度、300度、360度、・・・、660度および720度(0度)の各角度における誤差Δθn(n=1〜11)を演算する。
【0042】
【数1】
【0043】
図4を参照して、60度の角度補正について説明する。レゾルバ40,50の出力が直線k1によって示される真の位置を示している場合、レゾルバ40,50からの角度が60度になったタイミングt1でスイッチングを切換えると、スイッチング指令DRTSWの立下りに同期してスイッチングを切換えることができる。
【0044】
しかし、レゾルバ40,50からの出力が曲線k2によって示されるように、真の位置からずれた位置を示す場合、レゾルバ40,50からの角度が60度になったタイミングt2でスイッチングを切換えると、スイッチング指令DRTSWの立下りよりもΔTだけ遅れたタイミングでスイッチングを切換えることになり、U相コイルに交流電流を流す期間が長くなってしまう。
【0045】
そこで、スイッチング指令DRTSWの立下りでスイッチングを切換えるようにするためには、タイミングt1における曲線k2上の角度θ1を求め、レゾルバ40,50からの角度がθ1になったタイミングでスイッチングを切換えるようにすればよい。
【0046】
角度補正部81が測定した時間T1は、0からタイミングt2までの時間であるので、720度×T1/T12は、直線k1上では60度からずれた角度を示す。そして、直線k1上でのずれ角Δθ1は、60度−720度×T1/T12を演算することにより得られる。つまり、測定した時間T1およびT12と、n=1とを式(1)に代入することにより、ずれ角Δθ1は演算される。
【0047】
この演算したずれ角Δθ1は、タイミングt1における直線k1上の角度と曲線k2上の角度との差にほぼ等しいので、求める角度θ1は、60度+Δθ1になる。
【0048】
したがって、レゾルバ40,50からの角度が角度θ1になったタイミングでスイッチングを切換えることにより、レゾルバ40,50からの出力が誤差を含んでいてもスイッチング指令DRTSWの立下りに同期してスイッチングを切換えることができる。
【0049】
同様に、直線k1上の120度を曲線k2上の角度に補正すると、2×60度+Δθ2となり、一般に、直線k1上のn×60度を曲線k2上の角度に補正すると、次式になる。
【0050】
【数2】
【0051】
したがって、角度補正部81は、レゾルバ40,50からの角度が60度,120度,・・・,660度,720度(0度)になる時間T1,T2,・・・T11,T12を測定し、測定した時間T1,T12;T2,T12;・・・;T11,T12を式(1)に代入して、ずれ角Δθ1,Δθ2,・・・,Δθ11を演算する。そして、角度補正部81は、演算したずれ角Δθ1,Δθ2,・・・,Δθ11を式(2)に代入して補正した角度θ1,θ2,・・・,θ11を求める。
【0052】
なお、直線k1上の720度の角度は補正されないが、これは次の理由による。すなわち、一般に、レゾルバの誤差(0.5次誤差および1次誤差等)は、角度0度および720度においては、真の角度に一致し、0度および720度以外の角度が真の角度からずれるような誤差であるので、720度の角度を補正する必要がないからである。したがって、角度補正部81は、計測した時間T12が直線k1上の720度を示すものとして式(1)を用いて角度60度、120度、・・・、660度の各々におけるずれ角Δθ1,Δθ2,・・・,Δθ11を演算する。
【0053】
また、上述した角度補正は、1つの周期(0度から720度)で時間T1〜T12を実測し、その実測した時間T1〜T12を用いて60度ごとの角度補正を行ない、次の1周期(0度から720度)において、補正した角度を用いて交流モータM1,M2の各相のスイッチング指令を切換える。
【0054】
図5を参照して、実施の形態1における角度の補正方法について説明する。一連の動作が開始されると、角度補正部81は、n=0に設定し(ステップS1)、その後、n=n+1、つまり、n=1に設定する(ステップS2)。そして、スイッチング割り込みが発生する(ステップS3)。その後、角度補正部81は、レゾルバ40,50からの回転角度θbn(θbn1またはθbn2)に基づいて、角度が60度になる時間T1を計測する(ステップS4)。そして、角度補正部81は、n=12か否かを判定し(ステップS5)、n=12でないとき、ステップS2〜ステップS5が繰返し実行される。すなわち、時間T1〜T12の全てを計測するまでステップS2〜ステップS5が繰返し実行される。
【0055】
ステップS5においてn=12であると判定されると、角度補正部81は、式(1)および(2)により60度ごとの角度補正を行なう(ステップS6)。これにより、角度を補正する動作が終了する。
【0056】
再び、図1および図2を参照して、モータ制御装置100の動作について説明する。一連の動作が開始されると、レゾルバ40は、交流モータM1の回転子の回転角度θbn1を検出して制御装置80へ出力し、レゾルバ50は、交流モータM2の回転子の回転角度θbn2を検出して制御装置80へ出力する。電流センサー60は、交流モータM1の各相に流れるモータ電流MCRT1を検出して制御装置80へ出力し、電流センサー70は、交流モータM2の各相に流れるモータ電流MCRT2を検出して制御装置80へ出力する。
【0057】
制御装置80は、外部ECUから受けたトルク指令値TR1に応じて、交流モータM1がトルク指令値TR1によって指定されたトルクを出力するための電流指令値Id1*,Iq1*を演算する。また、制御装置80は、外部ECUから受けたトルク指令値TR2に応じて、交流モータM2がトルク指令値TR2によって指定されたトルクを出力するための電流指令値Id2*,Iq2*を演算する。
【0058】
そうすると、角度補正部81は、レゾルバ40からの回転角度θbn1に基づいて時間T1〜T12を測定し、その測定した時間T1〜T12を用いて、上述した方法によって角度θbn1を補正し、その補正した角度θn1を電流変換部82、回転速度演算部85および変換部88へ出力する。また、角度補正部81は、レゾルバ50からの回転角度θbn2に基づいて時間T1〜T12を測定し、その測定した時間T1〜T12を用いて、上述した方法によって角度θbn2を補正し、その補正した角度θn2を電流変換部82、回転速度演算部85および変換部88へ出力する。
【0059】
電流変換部82は、角度補正部81からの角度θn1を用いて電流センサー60からのモータ電流MCRT1を交流モータM1のd軸およびq軸に流れる電流値Id1,Iq1に変換する。また、電流変換部82は、角度補正部81からの角度θn2を用いて電流センサー70からのモータ電流MCRT2を交流モータM2のd軸およびq軸に流れる電流値Id2,Iq2に変換する。
【0060】
減算器83は、制御装置80によって演算された電流指令値Id1*,Iq1*から電流変換部82によって変換された電流値Id1,Iq1を減算し、偏差ΔId1,ΔIq1を演算する。また、減算器83は、制御装置80によって演算された電流指令値Id2*,Iq2*から電流変換部82によって変換された電流値Id2,Iq2を減算し、偏差ΔId2,ΔIq2を演算する。
【0061】
PI制御部84は、偏差ΔId1,ΔIq1に対してPIゲインを用いて交流モータM1のモータ電流調整用の操作量を演算する。また、PI制御部84は、偏差ΔId2,ΔIq2に対してPIゲインを用いて交流モータM2のモータ電流調整用の操作量を演算する。
【0062】
一方、回転速度演算部85は、角度補正部81からの角度θn1に基づいて交流モータM1の回転速度ω01を演算する。また、回転速度演算部85は、角度補正部81からの角度θn2に基づいて交流モータM2の回転速度ω02を演算する。速度起電力予測演算部86は、回転速度演算部85からの回転速度ω01に基づいて交流モータM1における速度起電力の予測値を演算する。また、速度起電力予測演算部86は、回転速度演算部85からの回転速度ω02に基づいて交流モータM2における速度起電力の予測値を演算する。
【0063】
そうすると、加算器87は、PI制御部84からの交流モータM1のモータ電流調整用の操作量に、速度起電力予測演算部86からの交流モータM1における速度起電力の予測値を加算して交流モータM1の電圧操作量Vd1,Vq1を演算する。また、加算器87は、PI制御部84からの交流モータM2のモータ電流調整用の操作量に、速度起電力予測演算部86からの交流モータM2における速度起電力の予測値を加算して交流モータM2の電圧操作量Vd2,Vq2を演算する。
【0064】
変換部88は、角度補正部81からの角度θn1を用いて加算器87からの電圧操作量Vd1,Vq1を二相三相変換して電圧Vu1,Vv1,Vw1を演算する。また、変換部88は、角度補正部81からの角度θn2を用いて加算器87からの電圧操作量Vd2,Vq2を二相三相変換して電圧Vu2,Vv2,Vw2を演算する。駆動信号生成部89は、変換部88からの電圧Vu1,Vv1,Vw1に基づいて駆動信号DRV1を生成し、変換部88からの電圧Vu2,Vv2,Vw2に基づいて駆動信号DRV2を生成する。そして、駆動信号生成部89は、生成した駆動信号DRV1をNPNトランジスタQ3〜Q8へ出力し、生成した駆動信号DRV2をNPNトランジスタQ9〜Q14へ出力する。
【0065】
NPNトランジスタQ3〜Q8は、駆動信号DRV1に応じてオン/オフされ、インバータ10は、スイッチング指令DRTSWの本来の立上りおよび立下りに同期して交流モータM1の各相に流れる電流をスイッチングする。また、NPNトランジスタQ9〜Q14は、駆動信号DRV2に応じてオン/オフされ、インバータ20は、スイッチング指令DRTSWの本来の立上がりおよび立下りに同期して交流モータM2の各相に流れる電流をスイッチングする。
【0066】
これにより、レゾルバ40,50の出力に誤差が含まれていても、レゾルバ40,50の誤差を補正してスイッチング指令の本来の立上りおよび立下りに同期して交流モータM1,M2を駆動できる。
【0067】
図6は、交流モータM1において電力変動が生じた場合の交流モータM2における電圧およひ電流の変動を、レゾルバ40,50の出力を補正した場合と補正しない場合とについて示す。信号SG1,SG2は、レゾルバ40,50の出力を補正しない場合を示し、信号SG3,SG4は、レゾルバ40,50の出力を補正した場合について示す。
【0068】
図6を参照して、レゾルバ40,50の出力を補正しない場合、交流モータM2における電圧SG1および電流SG2は、時間の経過とともに大きく振動し、最終的に制御破綻に到る。一方、レゾルバ40,50の出力を補正した場合、交流モータM2における電圧SG3は、全時間にわたって振動が非常に小さく、電流SG4は、殆ど変動しない。
【0069】
このように、スイッチングタイミング間の時間差によりレゾルバの出力を補正することにより、安定して交流モータM1,M2を駆動できる。そして、2つの交流モータM1,M2を駆動している場合、一方の交流モータM1において電力変動が生じても他方の交流モータM2へ電力変動が伝達されることが殆どなく、制御破綻が生じるのを防止できる。
【0070】
なお、上記においては、交流モータM1,M2のU相を基準にして時間T1〜T12を測定すると説明したが、この発明においては、これに限らず、V相またはW相を基準にして時間T1〜T12を測定してもよい。
【0071】
[実施の形態2]
図7を参照して、実施の形態2によるモータ制御装置100Aは、モータ制御装置100の制御装置80を制御装置80Aに代えたものであり、その他は、モータ制御装置100と同じである。
【0072】
図8を参照して、制御装置80Aは、制御装置80の角度補正部81に代えて角度補正部81Aを含む。
【0073】
角度補正部81Aは、交流モータM1,M2の各相の電圧位相指令の変動を含めてレゾルバ40,50からの回転角度θbn1,2を補正する。すなわち、角度補正部81Aは、レゾルバ40,50からの回転角度θbn1(または回転角度θbn2)と、変換部88からの電圧位相指令Vu1,Vv1,Vw1(または電圧位相指令Vu2,Vv2,Vw2)とに基づいて回転角度θbnを補正する。
【0074】
図9を参照して、角度補正部81Aにおける回転角度θbn1,2の補正方法について説明する。交流モータM1,M2のトルク指令値TR1,2が変動すると、各相のスイッチング指令DRTSWは、180度ごとの切換えタイミングが変動する。すなわち、トルク指令値TR1,2が高くなると、スイッチング指令DRTSWの立下りタイミングは、本来の180度に対応するポイントP1よりも前側のポイントP2にずれる。また、トルク指令値TR1,2が低くなると、スイッチング指令DRTSWの立下りタイミングは、ポイントP1よりも後側のポイント(図示せず)にずれる。
【0075】
このように、トルク指令値TR1,2が変動すると、交流モータM1,M2の各相の電圧位相指令の180度ごとのスイッチングタイミングがずれる。そこで、実施の形態2においては、実施の形態1において説明した60度ごとの角度補正を、電圧位相指令の変動を含めて行なう。
【0076】
180度におけるスイッチング指令DRTSWの立下りがポイントP1からポイントP2へずれた場合、角度補正部81Aは、変換部88からの電圧位相指令Vu1,Vv1,Vw1またはVu2,Vv2,Vw2(すなわち、スイッチング指令DRTSW)に基づいて角度Δθswおよびずれ角Δθvを検出して保持している。また、角度補正部81Aは、内蔵したタイマーにより時間T1〜T12を測定するので、時間T2と時間T3とから時間ΔTswを演算することができる。
【0077】
そうすると、角度補正部81Aは、角度θsw、ずれ角Δθvおよび時間ΔTswを次式に代入して時間ΔTvを求める。
【0078】
【数3】
【0079】
電圧位相指令の変動は、180度ごと、すなわち、1周期内では180度、360度、540度および720度(0度)において発生する。したがって、720度の角度を示す時間は、式(3)により演算した時間ΔTvと実測した時間T12とを加えた時間になる。また、電圧位相指令の変動は180度以降の各スイッチングタイミングに影響を与えるので、角度補正部81Aは、式(1)に代えて次式を用いて各角度におけるずれ角Δθnを演算する。
【0080】
【数4】
【0081】
そして、角度補正部81Aは、演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう。
【0082】
このように、角度補正部81Aは、レゾルバ40,50からの回転角度θbn1(またはθbn2)が60度、120度、・・・、660度および720度になるまでの時間T1〜T12を測定し、その測定した時間T2,T3を用いて180度、360度、540度および720度(0度)における電圧位相指令のずれ時間ΔTvを演算する。そして、角度補正部81Aは、演算したずれ時間ΔTvを用いて、180度、240度、300度、360度、420度、480度、540度、600度、660度および720度になる時間をそれぞれT3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTvおよびT12+ΔTvと補正し、その補正した時間T3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTvおよびT12+ΔTvと、実測した時間T1,T2とを用いて、60度ごとの各角度におけるずれ角Δθnを演算する。角度補正部81Aは、ずれ角Δθnを演算すると、その演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう。
【0083】
このように、角度補正部81Aは、60度ごとの各角度におけるずれ角Δθnを演算するために電圧位相指令の変動を考慮することを特徴とする。
【0084】
図10を参照して、実施の形態2における角度の補正方法について説明する。図10に示すフローチャートは、図5に示すフローチャートのステップS6を削除し、ステップS7,S8を追加したものであり、その他は図5に示すフローチャートと同じである。時間T1〜T12の計測が終了すると(ステップS5)、角度補正部81Aは、上述した式(3)を用いて電圧位相指令が変化したときの補正値ΔTvを演算し(ステップS7)、その演算した補正値ΔTvおよび計測した時間T1〜T12を上述した式(4)に代入して60度ごとのずれ角Δθnを演算する。そして、角度補正部81Aは、演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう(ステップS8)。これにより、電圧位相指令の変化を考慮した60度ごとの角度補正の動作が終了する。
【0085】
モータ制御装置100Aにおける全体動作は、モータ制御装置100の全体動作において、角度補正部81の動作を上述した角度補正部81Aの動作に代えたものであり、その他は、モータ制御装置100の動作と同じである。
【0086】
その他は、実施の形態1と同じである。
[実施の形態3]
図11を参照して、実施の形態3によるモータ制御装置100Bは、モータ制御装置100の制御装置80を制御装置80Bに代えたものであり、その他は、モータ制御装置100と同じである。
【0087】
図12を参照して、制御装置80Bは、制御装置80の角度補正部81に代えて角度補正部81Bを含む。
【0088】
角度補正部81Bは、レゾルバ40,50の回転数の変動を含めて60度ごとの角度補正を行なう。図13を参照して、回転数の変動がない場合、回転角度θbn(θbn1またはθbn2)は、直線k3に従って時間とともにリニアに増加する。しかし、回転数が変動した場合、回転角度θbnは、曲線k4によって表わされるように時間に対してリニアに増加しない。
【0089】
この発明においては、基準位置での回転速度をω12’とし、レゾルバ40,50が720度回転したときの回転速度、すなわち、時間T12における回転速度をω12とした場合、回転数は、直線k5によって表わされるように0から時間T12までの期間においてω12’からω12へ平均的に減少したと仮定する。つまり、回転速度の加速度を一定として60度ごとにΔω12/12づつ回転数が減少したとする。
【0090】
そうすると、60度においては、回転速度は、ω12’からω12’+Δω12/12へ変動するので、次式が成立する。
【0091】
【数5】
【0092】
角度補正部81Bは、時間T1を実測するので、その実測した時間T1から60度ごとの回転数の変化割合Δω12/12を演算できる。回転数の変動がない場合の最初のスイッチングタイミングまでの時間T1*はT1*=60°/ω12’であり、この式を式(5)を用いて変形すると次式になる。
【0093】
【数6】
【0094】
回転数ω12’は既知であるので、実測した時間T1と、演算した回転数の変化割合Δω12/12を式(6)に代入すれば時間T1*を演算できる。回転数の変動がない場合の最後のスイッチングタイミングまでの時間T12*は、実測した時間T12から時間ΔT12を差引いた時間である。つまり、T12*=T12−ΔT12が成立する。
【0095】
そうすると、60度におけるずれ角Δθ1は、次式により表わされる。
【0096】
【数7】
【0097】
また、時間T12*は、式(5)によって表わされる時間T1*と同様に考えれば、次式により表わされる。
【0098】
【数8】
【0099】
そして、式(6)および式(8)を式(7)に代入すると、60度におけるずれ角Δθ1は、最終的に次式により表わされる。
【0100】
【数9】
【0101】
時間T1,T12は実測された時間であり、Δω12は、式(5)により演算でき、ω12’は既知であるので、式(9)よりずれ角Δθ1を演算できる。
【0102】
そして、一般に、60度ごとのずれ角Δθn(n=1〜11)は、次式により表わされる。
【0103】
【数10】
【0104】
角度補正部81Bは、各60度ごとのずれ角Δθnを求めると、そのずれ角θnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう。
【0105】
このように、角度補正部81Bは、60度ごとの各角度におけるずれ角Δθnを演算するために回転数の変動を考慮することを特徴とする。
【0106】
回転数の変動は、毎周期ごとに生じるものではなく、前回の1周期においては、回転数の変動が生じなかったが、今回の1周期において回転数の変動が生じるというように、回転数の変動は不連続的に生じる。したがって、この発明においては、回転数の変動が生じなかった前回の1周期における時間と、回転数の変動が生じた今回の1周期における時間とを用いて60度ごとの角度補正を行なうことを特徴とする。
【0107】
これにより、前回の1周期との関係で角度補正を行なうことができるので、早期に誤差を行なうことができる。
【0108】
図14を参照して、実施の形態3における角度の補正方法について説明する。図14に示すフローチャートは、図5に示すフローチャートのステップS6を削除し、ステップS9,S10を追加したものであり、その他は図5に示すフローチャートと同じである。時間T1〜T12の計測が終了すると(ステップS5)、角度補正部81Bは、回転数が変化したときの補正値Knを演算し(ステップS9)、その演算した補正値Knおよび実測した時間T1〜T12を式(10)に代入して60度ごとのずれ角Δθnを演算する。そして、角度補正部81Bは、演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう(ステップS10)。これにより、回転数の変動を考慮した60度ごとの角度補正の動作が終了する。
【0109】
モータ制御装置100Bにおける全体動作は、モータ制御装置100の全体動作において、角度補正部81の動作を上述した角度補正部81Bの動作に代えたものであり、その他は、モータ制御装置100の動作と同じである。
【0110】
その他は、実施の形態1と同じである。
[実施の形態4]
図15を参照して、実施の形態4によるモータ制御装置100Cは、モータ制御装置100の制御装置80を制御装置80Cに代えたものであり、その他はモータ制御装置100と同じである。
【0111】
図16を参照して、制御装置80Cは、制御装置80の角度補正部81に代えて角度補正部81Cを含む。角度補正部81Cは、時間T1〜T12を実測して60度ごとの角度補正を行なう際に電圧位相指令の変化および回転数の変化を考慮して角度補正を行なう。つまり、角度補正部81Cは、角度補正部81,81A,81Bの機能を併せ持つ。
【0112】
この場合、角度補正部81Cは、式(3)を用いて電圧位相指令が変化した場合の補正値ΔTvを演算し、さらに、回転数が変化した場合の補正値Kn=(ω12’+n×Δω12/12)/ω12’を演算する。そして、角度補正部81Cは、演算した補正値ΔTv,Knおよび実測した時間T1〜T12を次式に代入して60度ごとのずれ角Δθnを演算する。
【0113】
【数11】
【0114】
その後、角度補正部81Cは、演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう。
【0115】
図17を参照して、実施の形態4における角度の補正方法について説明する。図17に示すフローチャートは、図5に示すフローチャートのステップS6を削除し、ステップS7,S9,S11を追加したものであり、その他は図5に示すフローチャートと同じである。
【0116】
時間T1〜T12の実測が終了すると(ステップS5)、角度補正部81Cは、式(3)を用いて電圧位相指令が変化した場合の補正値ΔTvを演算し(ステップS7)、次に、回転数が変化した場合の補正値Knを演算する(ステップS9)。そして、角度補正部81Cは、演算した補正値ΔTv,Knおよび実測した時間T1〜T12を式(11)に代入して60度ごとのずれ角Δθnを演算し、その演算したずれ角Δθnを式(2)に代入して60度ごとの角度補正を行なう(ステップS11)。これにより、電圧位相指令の変化および回転数の変化を考慮した60度ごとの角度補正の動作が終了する。
【0117】
モータ駆動装置100Cの全体動作は、モータ制御装置100の全体動作において、角度補正部81の動作を上述した角度補正部81Cの動作に代えたものであり、その他は、モータ制御装置100の動作と同じである。
【0118】
その他は、実施の形態1〜実施の形態3と同じである。
[実施の形態5]
図18を参照して、実施の形態5によるモータ制御装置100Dは、モータ制御装置100の制御装置80を制御装置80Dに代えたものであり、その他は、モータ制御装置100と同じである。
【0119】
図19を参照して、制御装置80Dは、制御装置80の角度補正部81に代えて角度補正部81Dを含む。
【0120】
上述した実施の形態1〜実施の形態4においては、60度ごとの角度補正を行なう場合、レゾルバ40,50の1周期分の誤差測定が必要であるため、矩形波制御への切換え直後の1周期の間、レゾルバ40,50の誤差を補正することができない。
【0121】
そこで、実施の形態5においては、矩形波制御へ切換わる前のPWM制御(過変調制御)時に誤差を測定し、矩形波制御への移行直後からレゾルバ40,50の出力を補正し、その補正した出力に基づいて交流モータM1,M2を駆動することを特徴とする。
【0122】
図20を参照して、曲線k6によって示される各相の電圧指令がPWM制御中に直線k7によって表わされるゼロレベルとクロスするタイミングt4においてレゾルバ40,50から入力される角度θbn(θbn1またはθbn2)の値と、スイッチング指令DRTSWの立上りt3または立下りにおける角度(180度、360度、540度および720度)との誤差を検出し、その検出した誤差を記憶する。そして、矩形波制御に切換わると、PWM制御中に検出して記憶した誤差を用いて60度ごとの角度補正を行なう。
【0123】
PWM制御中の電圧指令のゼロクロス点が矩形波制御におけるスイッチング指令の立上がりおよび立下り(すなわち、スイッチングタイミング)に相当するので、PWM制御中の電圧指令のゼロクロス点におけるレゾルバ40,50の誤差を検出することにしたものである。
【0124】
角度補正部81Cは、矩形波制御におけるスイッチング指令DRTSWを変換部88から受けて保持しており、PWM制御中の各相の電圧指令VDIRに基づいて上述した誤差を検出して記憶する。そして、角度補正部81Cは、矩形波制御へ切換わると、記憶した誤差を用いてレゾルバ40,50からの回転角度θbn(θbn1またはθbn2)を60度ごとに補正し、その補正した角度θn(θn1またはθn2)を電流変換部82、回転速度演算部85および変換部88へ出力する。
【0125】
このように、実施の形態5においては、モータの制御方式(矩形波制御方式)に応じた補正を行なうことを特徴とする。すなわち、矩形波制御方式の場合、PWM制御中の各相の電圧指令がゼロクロスする点におけるレゾルバ40,50の誤差を検出することにより、その検出した誤差を用いて矩形波制御方式におけるレゾルバ40,50からの回転角度を補正する。これは、PWM制御中の各相の電圧指令がゼロクロスする点が矩形波制御方式におけるスイッチング指令の立ち上がりまたは立下りに相当することを利用した補正方法であり、矩形波制御方式に適した補正方法である。
【0126】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1によるモータ制御装置の概略ブロック図である。
【図2】 図1に示す制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図3】 図1に示す交流モータのU相、V相およびW相の電圧指令のタイミングチャートである。
【図4】 図1に示すレゾルバの出力および電圧指令のタイミングチャートである。
【図5】 実施の形態1における角度の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図6】 図1に示す2つの交流モータのうち、一方の交流モータの電力が変動した場合の他方の交流モータの電圧および電流の変動を示すタイミングチャートである。
【図7】 実施の形態2によるモータ制御装置の概略ブロック図である。
【図8】 図7に示す制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図9】 図7に示すレゾルバの出力および電圧指令のタイミングチャートである。
【図10】 実施の形態2における角度の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図11】 実施の形態3によるモータ制御装置の概略ブロック図である。
【図12】 図11に示す制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図13】 図11に示すレゾルバの出力および回転数の変化を示すタイミングチャートである。
【図14】 実施の形態3における角度の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図15】 実施の形態4によるモータ制御装置の概略ブロック図である。
【図16】 図15に示す制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図17】 実施の形態4における角度の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図18】 実施の形態5によるモータ制御装置の概略ブロック図である。
【図19】 図18に示す制御装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図20】 電圧指令のタイミングチャートである。
【符号の説明】
10,20 インバータ、11,21 U相アーム、12,22 V相アーム、13,23 W相アーム、30 コンデンサ、40,50 レゾルバ、60,70 電流センサー、80,80A,80B,80C,80D 制御装置、81,81A,81B,81C,81D 角度補正部、82 電流変換部、83 減算器、84 PI制御部、85 回転速度演算部、86 速度起電力予測演算部、87 加算器、88 変換部、89 駆動信号生成部、100,100A,100B,100C,100D モータ制御装置、B 直流電源、M1,M2 交流モータ、Q1〜Q14 NPNトランジスタ、D1〜D14 ダイオード。
Claims (5)
- モータの回転子の回転位置を検出して、検出値を出力する回転位置センサーと、
複数相のアームから構成されて、前記モータに交流電力を供給するためのインバータと、
前記回転子の1回転を分割した所定角度だけ前記回転位置が変化する毎に、前記複数相のアームへのスイッチング指令を切換えるスイッチングタイミングが設けられるように前記モータを矩形波制御する制御手段と、
前記回転位置センサーからの検出値が前記回転位置のうちの所定の基準位置に対応する基準値を示した基準時点からの経過時間を測定するためのタイマーと、
前記回転位置センサーからの検出値および前記タイマーによる測定値に基づいて前記回転子が1回転するのに要した1周期時間を求めるとともに、前記回転位置センサーからの検出値が各前記スイッチングタイミングに対応する値となる毎に前記タイマーにより測定された各前記経過時間および前記1周期時間、ならびに、各前記スイッチングタイミングに対応する本来の回転位置に基づいて、各前記スイッチングタイミングにおける前記回転位置センサーからの検出値を補正するための補正手段とを備え、
前記制御手段は、前記補正手段によって補正された前記検出値に基づいて、前記スイッチング指令を切換える、モータ制御装置。 - 前記補正手段は、前記基準時点から、前記タイマーによる前記経過時間の測定回数が所定回数に達したことに応答して、前記回転子が1回転したことを判定する、請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記補正手段は、前記回転位置センサーの検出値に基づいて前記回転子の回転速度を演算するともに、この演算結果を用いて、前記回転子の1回転の開始時点に対応する前記基準時点における回転速度と、当該1回転の終了時点に対応する前記基準時点における回転速度との回転速度差を求め、かつ、前記1周期時間、各前記経過時間、および各前記スイッチングタイミングに対応する前記本来の回転位置に加えて、前記終了時点における回転速度および前記回転速度差にさらに基づいて、各前記スイッチングタイミングにおける前記回転位置センサーからの検出値を補正する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記補正手段は、前記回転子の各1回転毎に、各前記スイッチングタイミングについて前記回転位置センサーの検出値に対する補正値を求めるとともに、前記回転子の前回の1回転で求められた前記補正値を用いて、現在の1回転中の各前記スイッチングタイミングにおける前記回転位置センサーからの検出値を補正する、請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記補正手段は、前記モータがPWM制御されている期間において、各相電圧指令がゼロレベルとクロスするタイミングにおいて、前記回転位置センサーからの検出値と当該相アームのスイッチング指令の切換りタイミングとの誤差を検出してその誤差を記憶し、さらに、前記PWM制御から前記矩形波制御に移行した直後では、前記記憶した誤差を用いて、前記回転位置センサーからの検出値を補正する、請求項1に記載のモータ制御装置。
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