JP4375539B2 - オフセット補償回路、電動機制御装置、およびオフセット補償方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御などに用いられる電流検出器に関し、特に電流検出器のオフセット補償方法に関する。

一般に、電動機制御において電流フィードバック信号を得るために電流検出器が用いられる。また、電流検出器の出力信号は、電動機に全く電流が流れていない状態においても検出されるオフセットを含んでいる。このオフセットは、電動機トルクに対して、電気角に依存して変化する脈動分を発生させるので、電気角の１回転に対して１回のトルクリップルが発生する原因となる。そのため、電動機を高精度でフィードバック制御するには、電流検出器の出力信号からオフセットを取り除くことが必要である。そして、従来からオフセットを取り除いた電動機の制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の電動機制御装置の構成を示す概略回路図である。図５を参照すると、電動機制御装置は、整流回路１０２、平滑コンデンサ１０３、逆変換回路１０４、速度検出器１０６、電流検出器１０９、増幅器１１２、ＰＷＭ制御部１１４、マイクロプロセッサ１１５、およびＡ／Ｄ変換器１１６を有し、電動機１０５を制御している。マイクロプロセッサ１１５は、速度検出部１０７、速度制御部１０８、電流制御部１１３、電流制御切替部１１７、オフセット記憶手段１１８、およびオフセット補正手段１１９を含み、処理演算を行う。

整流回路１０２は商用電源１０１の出力を整流する。平滑コンデンサ１０３は整流回路１０２の出力を平滑する。逆変換回路１０４は、例えば、ベース電流をＰＷＭ制御部１１４により制御されるトランジスタで構成されたインバータであり、ＰＷＭ制御部１１４からの制御信号を逆変換する。電動機１０５は、本電動機制御装置の制御対象である。

速度検出器１０６は電動機１０５の回転速度を検出し、回転速度に応じた信号を出力する。速度検出部１０７は、速度検出器１０６から出力された信号を、回転速度を示す速度信号ωｒに変換する。速度制御部１０８は、外部からの速度指令信号ωｒ＊と、速度検出部１０７からの速度信号ωｒとを受け、電動機１０５を所望の回転速度に制御するための電流指令信号Ｉ＊を生成する。

電流検出器１０９は、電動機１０５に流れる交流電流を検出する。増幅器１１２は、電流検出器１０９で検出された交流電流を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１１６は、電流検出器１０９より検出され、増幅器１１２で増幅されたアナログの電流値をディジタル量に変換する。

電流制御切替手段１１７は、電動機１０５に流れる電流が零相当か否かを判定し、接続を切り替える。電流制御切替手段１１７は、電流が零相当であれば接続をｂ側に切り替え、零相当でなければａ側に切り替える。オフセット記憶手段１１８は、電流制御切替手段１１７が接続をｂ側に切り替えると、Ａ／Ｄ変換器１１６からのディジタル電流値をオフセット値Ｉ_Ｏとして記憶する。また、オフセット記憶手段１１８は、電流制御切替手段１１７が接続をａ側に切り替えると（すなわち電動機運転中は）、記憶しておいたオフセット値Ｉ_０をオフセット補正手段１１９に送る。オフセット補正手段１１９は、電流切替手段１１７が電動機運転時と判定して接続をａ側に切り替えると、Ａ／Ｄ変換器１１６よりのディジタル電流値Ｉ_Ｆ’からオフセット値Ｉ_Ｏを差し引きし、電流フィードバック信号Ｉ_Ｆとして電流制御器１１３に送る。

電流制御部１１３は、速度制御部１０８からの電流指令信号Ｉ＊と、オフセット補正手段１１９からの電流フィードバック信号Ｉ_Ｆとを受け、電動機１０５を制御する電圧指令信号Ｖ＊を生成する。ＰＷＭ制御部１１４は、電流制御部１１３からの電圧指令信号Ｖ＊を受け、逆変換回路１０４をベースドライブして電動機１０５をＰＷＭ制御する。

図６は、図５に示した従来の電動機制御装置の動作を示すフローチャートである。先ず、電源投入またはリセットにより図６に示されたフローチャートの処理が開始される。処理が開始されると、電流検出器１０９が電動機１０５に流れる交流電流を検出する。このとき検出されるのはオフセットであり、このオフセットが増幅器１１２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１６でディジタル変換されてオフセット値Ｉ_０となる。電源投入後またはリセット後は、電流制御切替手段１１７はｂ側に接続しており、オフセット値Ｉ_０はマイクロプロセッサ１１５のオフセット記憶手段１１８に記憶される（ステップ５０）。

次に、マイクロプロセッサ１１５の電流制御切替手段１１７は、起動信号がＯＮされたか否か判定する（ステップ５１）。起動信号のＯＮ／ＯＦＦは、電動機１０５に流れる電流が零相当か否かを示す。起動信号がＯＮのとき電動機１０５には電流が流れており、軌道信号がＯＦＦのとき電動機１０５に流れる電流が零相当である。

ステップ５１の判定で起動信号がＯＮされていなければステップ５０に戻り、オフセット値Ｉ_０の記憶を繰り返す。起動信号がＯＮされていると電流切替手段１１７は電動機運転時であることを認識し、接続をａ側に切り替える。そして、オフセット補正手段１１９は、Ａ／Ｄ変換器１１６よりのディジタル電流値Ｉ_Ｆ’から、オフセット記憶手段１１８に記憶されている最新のオフセット値Ｉ_０を差し引きし、電流フィードバック信号Ｉ_Ｆを得る（ステップ５２）。

次に、電流制御部１１３が、電流フィードバック信号Ｉ_Ｆと電流指令信号Ｉ＊を比較して電流制御を行い、電圧指令信号Ｖ＊を生成する（ステップ５３）。その電圧指令信号Ｖ＊をＰＷＭ制御部１１４が受けて、逆変換回路１０４をベースドライブし、電動機１０５をＰＷＭ制御する。

そして、その後ステップ５１の判定に戻る。起動信号がＯＮのままであれば、ステップ５２および５３の処理が繰り返され、電動機の制御が行われる。また、起動信号がＯＦＦになれば、ステップ５０の処理が行われ、オフセット値Ｉ_０が記憶される。
特開昭６３−２７４３９８号公報

通常、電流検出器から出力される信号には、残留磁気による影響でヒステリシス特性が現れる。しかし、図５に構成が示され、図６に動作が示された従来の電動機制御装置で用いられている電流検出器では、このヒステリシス特性が考慮されていなかったため、正確な電流検出が行われていなかった。また、その電流検出器を用いたオフセット補償方法では、オフセット値に誤差が含まれていたため、正確なオフセット補償ができなかった。そして、その方法を用いた電動機制御装置は、正確な電流制御ができなかった。

本発明の目的は、ヒステリシス特性による影響を受けず、正確に電流検出のオフセットを補償するオフセット補償方法および回路と、正確な電流制御が可能な電動機制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のオフセット補償方法は、対象回路に流れる電流を検出する電流検出器において生じるオフセットを補償するためのオフセット補償方法であって、
所定の第１の電流を前記対象回路に一旦流した後に止め、前記電流検出器で検出された電流値を第１の検出値として記録する第１のステップと、
前記第１の電流と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流を前記対象回路に一旦流した後に止め、前記電流検出器で検出された電流値を第２の検出値として記録する第２のステップと、
前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとってオフセット値を求める第３のステップと、
前記対象回路に流れる電流として前記電流検出器で検出された電流値から前記オフセット値を差し引く第４のステップとを有している。

したがって、本発明によれば、電流検出器において、互いに反転した２つの電流を流して測定したオフセットの平均をとることにより、残留磁気によるヒステリシス特性の影響が取り除かれる。

また、前記第１のステップにおいて、前記第１の電流を前記対象回路に一旦流した後に止めて前記電流検出器により電流値を検出することを所定数繰り返すことにより得られた複数の電流値の平均値を前記第１の検出値とし、
前記第２のステップにおいて、前記第２の電流を前記対象回路に一旦流した後に止めて前記電流検出器で電流値を検出することを所定数繰り返すことにより得られた複数の電流値の平均値を前記第２の検出値とすることとしてもよい。

したがって、複数回繰り返し測定した平均をとることにより、電流値およびそれに含まれるヒステリシスによる影響を精度良く検出し、オフセット補償の精度を上げることができる。

また、前記第１のステップにおいて、前記第１の電流を止めてから所定時間経過した後に前記電流検出器で電流値を検出し、
前記第２のステップにおいて、前記第２の電流を止めてから所定時間経過した後に前記電流検出器で電流値を検出することとしてもよい。

したがって、第１または第２の電流を止めてから所定時間経過した後に電流検出器で検出される電流値を用いるので、オフセット値と残留磁気によるヒステリシス特性とを正確に検出することができる。

また、前記対象回路に電流を流し始めようとするとき、前記対象回路に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を補正することとしてもよい。

したがって、ヒステリシス特性の影響を除去して精度の高いオフセット補償を可能としつつ、対象回路に電流を流し始めようとするときのオフセット値の更新に、ヒステリシス特性の影響を除去するための処理が不要である。

また、記録しておいた前記第１または第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値の時間的変化を補正することとしてもよい。

また、前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いることとしてもよい。

したがって、オフセット値のばらつきを抑えることができる。

また、前記電流検出器による電流検出にローパスフィルタを用いることとしてもよい。

本発明のオフセット補償回路は、対象回路に流れる電流を検出する電流検出回路のオフセットを補償するオフセット補償回路であって、
所定の第１の電流が前記対象回路に一旦流れて止まった状態で前記電流検出器によって検出される電流値を第１の検出値として記録する第１の記憶手段と、
前記第１の電流と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流が前記対象回路に一旦流れて止まった状態で前記電流検出器によって検出される電流値を第２の検出値として記録する第２の記憶手段と、
前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとってオフセット値を求める平均化手段と、
前記対象回路に流れる電流として前記電流検出器で検出された電流値から前記オフセット値を差し引く減算器とを有している。

また、前記第１の記憶手段は、前記第１の電流が前記対象回路に一旦流れた後に止まり前記電流検出器が電流値を検出することが所定数繰り返されることにより得られた複数の電流値の平均値を前記第１の検出値とし、
前記第２の記憶手段は、前記第２の電流が前記対象回路に一旦流れた後に止まり前記電流検出器が電流値を検出することが所定数繰り返されることにより得られた複数の電流値の平均値を前記第２の検出値とすることとしてもよい。

また、前記第１の記憶手段は、前記第１の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を前記第１の検出値とし、
前記第２の記憶手段は、前記第２の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を前記第２の検出値とすることとしてもよい。

また、前記対象回路に電流を流し始めようとするとき、前記対象回路に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を更新する補正更新手段をさらに有することとしてもよい。

また、前記補正更新手段は、前記第１の記憶手段に記録しておいた前記第１の検出値、または前記第２の記憶手段に記録しておいた前記第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値の時間的変化を補正することとしてもよい。

また、前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いることとしてもよい。

また、前記電流検出器による電流検出がローパスフィルタを用いて行われるものであってもよい。

本発明の電動機制御装置は、電動機に流れる電流を検出して電流指令にフィードバックすることにより前記電動機を制御する電動機制御装置であって、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電動機に所定の第１の電流が一旦流れた後に止まると、その状態で前記電流検出器で検出される電流値を第１の検出値として記憶し、前記電動機に前記第１の電流値と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流が一旦流れた後に止まると、その状態で前記電流検出器で検出される電流値を第２の検出値として記憶し、前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとって求めたオフセット値を求め、その後に検出される電流値から該オフセット値を差し引くことによりオフセット補償を行う電流補正器と、
前記電動機に前記第１の電流を一旦流した後に止め、前記電流補正器に前記第１の検出値が記録されると、該電動機に前記第２の電流を一旦流した後に止め、該電流補正器に前記第２の検出値が記録されると、該電流補正器によりオフセット補償された電流値を前記電流指令にフィードバックして前記電動機を制御する電流制御部とを有している。

したがって、電流補正器が、互いに反転した２つの電流を電動機に流して測定したオフセットの平均をとることにより、残留磁気によるヒステリシス特性の影響を取り除いた正確なオフセット補償を行うので、電流制御部が正確に検出された電流値をフィードバックすることができる。

また、前記電流制御部は、前記第１の電流または前記第２の電流を前記電動機に一旦流した後に止めることを所定数繰り返し、
前記電流補正器は、前記所定数の電流値の平均値を前記第１の検出値または前記第２の検出値とすることとしてもよい。

また、前記電流補正器は、前記第１の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を記憶することとしてもよい。

また、前記電動機の運転を開始する際に前記オフセット値を求めることとしてもよい。

また、前記電動機の停止中に前記オフセット値を求めることとしてもよい。

また、前記電流補正器は、前記電動機に電流を流し始めようとするとき、前記電動機に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を補正することとしてもよい。

また、前記電流補正器は、記録しておいた前記第１または第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値の時間的変化を補正することとしてもよい。

また、前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いることとしてもよい。

また、前記電流検出器は、電流検出にローパスフィルタを用いることとしてもよい。

本発明によれば、電流検出器において、互いに反転した２つの電流を流して測定したオフセットの平均をとることにより、残留磁気によるヒステリシス特性の影響が取り除かれるので、正確な電流検出が可能である。

また、複数回繰り返し測定した平均をとることにより、電流値およびそれに含まれるヒステリシスによる影響を精度良く検出し、オフセット補償の精度を上げることができるので、さらに正確な電流検出が可能である。

また、第１または第２の電流を止めてから所定時間経過した後に電流検出器で検出される電流値を用いるので、オフセット値と残留磁気によるヒステリシス特性とを正確に検出することができ、ヒステリシスの影響が正確に除去され、かつ正確に検出されたオフセット値を得ることができる。

また、ヒステリシス特性の影響を除去して精度の高いオフセット補償を可能としつつ、対象回路に電流を流し始めようとするときのオフセット値の更新に、ヒステリシス特性の影響を除去するための処理が不要なので、短時間で精度の高いオフセット値を決定することができ、開始指令が入力されてから通常の動作に移行するまでの時間が短縮される。

また、オフセット値のばらつきを抑え、より精度の高いオフセット補償を行うことができる。

また、電流補正器が、互いに反転した２つの電流を電動機に流して測定したオフセットの平均をとることにより、残留磁気によるヒステリシス特性の影響を取り除いた正確なオフセット補償を行うので、電流制御部が正確に検出された電流値をフィードバックすることができ、正確な電流制御を行うことができる。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、電動機制御装置は、コンバータ２、平滑コンデンサ３、逆変換回路４、電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、速度検出器７、電流補正器８、座標変換器９Ａ，９Ｂ、減算器１０，１２Ａ，１２Ｂ、速度制御部１１、電流制御部１３、励磁電流設定器１４、ＰＷＭパルス演算器１５、正弦波発振器１６、および積分器１７を有し、電動機５を制御している。電流制御部１３にはトルク電流制御部１３Ａと励磁電流制御部１３Ｂが含まれている。電動機５は本電動機制御装置の制御対象である。そして、電動機５を流れる電流が電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃの検出対象である。

コンバータ２は、３相の交流電源（Ｒ，Ｓ，Ｔ）１に接続されており、その出力を整流する。平滑コンデンサ３は、コンバータ２に接続されており、その出力を平滑する。

インバータ４は、例えば、ＰＷＭパルス演算器１５の出力によりベース電流を制御されるトランジスタで構成されており、ＰＷＭパルス演算器１５の出力を逆変換する。それにより、平滑コンデンサ３の両端の直流電圧が、ＰＷＭパルス演算器１５の出力により制御された３相の交流電圧に変換され、電動機５に供給される。

電流検出器６ＡはＵ相の電流Ｉｕを検出する。電流検出器６ＢはＶ相の電流Ｉｖを検出する。電流検出器６ＣはＷ相の電流Ｉｗを検出する。電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃで検出された各相の検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは電流補正器８によってオフセット補償され、帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆとして座標変換器９Ａに供給される。

座標変換器９Ａは、３相の帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを回転磁界座標系における励磁電流フィードバックＩｄおよびトルク電流フィードバックＩｑに変換する。座標変換器９Ａによる変換は式（１）に従って行われる。

なお、θについては後述する。

速度検出器７は、電動機５の速度信号（実速度）ωｒを検出して減算器１０にフィードバックする。

減算器１０は、速度指令信号ωｒ＊と速度信号ωｒの偏差をとって速度制御部１１に送る。なお、ここで＊印の付与されている信号は「指令信号」を意味している。

速度制御部１１は、減算器１０から与えられた偏差を零とするような、すなわち速度指令ωｒ＊と実速度ωｒを一致させるようなトルク電流指令信号Ｉｑ＊を求め、減算器１２Ａに送る。減算器１２Ａは、座標変換器９Ａからのトルク電流フィードバック信号Ｉｑと、速度制御部１１からのトルク電流指令信号Ｉｑ＊の偏差を求め、トルク電流制御部１３Ａに送る。

励磁電流設定器１４は、所定の励磁電流値が設定されており、その設定値を励磁電流指令信号Ｉｄ＊として減算器１２Ｂに送る。減算器１２Ｂは、励磁電流設定器１４からの励磁電流指令信号Ｉｄ＊と、座標変換器９Ａからの励磁電流フィードバック信号Ｉｄとの偏差を求め、励磁電流制御部１３Ｂに送る。

トルク電流制御部１３Ａおよび励磁電流制御部１３Ｂは、それぞれ減算器１２Ａおよび減算器１２Ｂからの偏差信号に従って、回転磁界座標系における電圧指令信号Ｖｑ＊およびＶｄ＊を生成し、座標変換器９Ｂに送る。

座標変換器９Ｂは、電圧指令信号Ｖｑ＊，Ｖｄ＊を電動機５の固定子座標系における３相交流出力電圧指令信号Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換し、ＰＷＭパルス演算器１５に送る。座標変換器９Ｂによる変換は式（２）に従って行われる。

なお、θについては後述する。

ＰＷＭパルス演算器１５は、これら３相交流出力電圧指令信号Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を搬送波信号と比較してパルス幅変調信号に変換する。このパルス幅変調信号は、図示していないパルス増幅器を介して点弧信号となり、トランジスタのベース電流としてインバータ４をスイッチング制御する。これにより平滑コンデンサ３の両端の直流電圧が３相の交流電圧に変換される。

積分器１７は、１次角周波数指令信号ω１＊を積分し位相θを求める。なお、１次角周波数指令信号ω１＊は、速度検出器７で検出された電動機５の速度信号（実速度）ωｒとすべり周波数指令ωｓ＊（不図示）の和（ω１＊＝ωｒ＋ωｓ＊）である。すべり周波数指令ωｓ＊は、トルク電流指令Ｉｑ＊、励磁電流指令Ｉｄ＊、および２次抵抗ｒ２（不図示）から定まる。

正弦波発振器１６は、位相θから正弦波信号ｓｉｎθおよび余弦波信号ｃｏｓθを求め、座標変換器９Ａ，９Ｂに送る。

なお、図１では、電動機５により発生する誘起電圧Ｅ、１次抵抗ｒ１や、漏れインダクタンスｌによる逆起電力の電圧を補償する回路は省略されている。

図２は、図１に示された電流補正器における１相分（Ｕ相）の構成を示す図である。図２を参照すると、電流補正器８は、Ｕ相に対応して電流制御切替部２０、オフセット記憶部２１，２２、平均化部２３、および減算器２４を有している。

電流制御切替部２０は、そのときの運転状態によりａ側、ｂ側、またはｃ側に接続を切り替える。運転開始直後の初期運転状態では、異なる２つの位相θ（０度、１８０度）におけるオフセット値をオフセット記憶部２１，２２にそれぞれ記憶させるために、電流制御切替部２０は必要に応じてｂ側およびｃ側に接続を切り替える。また、オフセット値の記憶が完了し、通常運転状態に移った後は、電流制御切替部２０はａ側に接続を切り替える。

オフセット記憶部２１は、初期運転状態において、位相θが０度のときのオフセット値を記憶する。オフセット記憶部２２は、初期運転状態において、位相θが１８０度のときのオフセット値を記憶する。

平均化部２３は、初期運転状態において、オフセット記憶部２１，２２に記憶された２つのオフセット値の平均を求めて電流オフセット調整値Ｉｕ_０として記憶し、通常運転状態において、その電流オフセット調整値Ｉｕ_０を減算器２４に送る。

減算器２４は、通常運転状態において、電流検出器６Ａによって検出され、電流制御切替部２０のａ側を介して与えられるＵ相の電流Ｉｕから、平均化部２３よりの電流オフセット調整値Ｉｕ_０を減算し、帰還電流Ｉｕ_Ｆを求めて座標変換器９Ａに送る。

電流補正器８は、Ｖ相およびＷ相の各々に対応して図２と同じ構成を有しており、帰還電流Ｉｕ_Ｆと同様に帰還電流Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを求め、座標変換器９Ａに送る。

図３は、図１に示された電動機制御装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態の電動機制御装置は、運転指令を受けると初期運転状態となり、その後に通常運転状態となる。

電流補正器８の電流制御切替部２０は、現在の運転状態が初期運転状態か、通常運転状態かを判定する（ステップ３０）。

新規の運転指令を受けていなければ、電流制御切替部２０は通常運転状態と判定し、接続をａ側に切り替える。そして、減算器２４は、電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃで検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、平均化部２３に記憶されている各相の電流オフセット調整値Ｉｕ_Ｏ、Ｉｖ_Ｏ、Ｉｗ_Ｏを減算し、帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを求めるようにする（ステップ３１）。

次に、座標変換器９Ａは、帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを、励磁電流フィードバック信号Ｉｄおよびトルク電流フィードバック信号Ｉｑに変換する。励磁電流制御部１３Ｂは、減算器１２Ｂによって求められた、励磁電流指令信号Ｉｄ＊と励磁電流フィードバック信号Ｉｄの偏差信号にしたがい、電圧指令信号Ｖｄ＊を生成し、座標変換器９Ｂに送る。トルク電流制御部１３Ａは、減算器１２Ａによって求められた、トルク電流指令信号Ｉｑ＊とトルク電流フィードバック信号Ｉｑの偏差信号にしたがい、電圧指令信号Ｖｑ＊を生成し、座標変換器９Ｂに送る。これにより、トルク電流指令信号Ｉｑ＊とトルク電流フィードバック信号Ｉｑの比較、および励磁電流指令信号Ｉｄ＊と励磁電流フィードバック信号Ｉｄの比較による電流制御が行われる（ステップ３２）。なお、電流補正器８にて得られる電流オフセット調整値Ｉｕ_Ｏ、Ｉｖ_Ｏ、Ｉｗ_Ｏは、電流検出系（電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）のヒステリシス特性による誤差が相殺され、温度変動によるドリフト量を正確に調整する値となっている。

停止した状態から運転指令を受けると、電流制御切替部２０は、ステップ３０の判定において、初期運転状態と判定する。初期運転状態となると、まず初めに、ステップ３１と同様の動作が行われる。すなわち、まず、電流制御切替部２０が接続をａ側に切り替える。そして、減算器２４は、電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃで検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、平均化部２３に記憶されている各相の電流オフセット調整値Ｉｕ_Ｏ、Ｉｖ_Ｏ、Ｉｗ_Ｏを減算し、帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを求めるようにする（ステップ３３）。

その帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆが座標変換器９Ａに供給される。

この状態で、積分器１７が０度に設定されることにより位相θが０度となる。さらに、速度制御部１１はその出力を零にし、励磁電流設定器１４は設定値を所定値にする。これらの設定により電流制御が行われる（ステップ３４）。なお、電流制御方法はステップ３２と同様である。

この電流制御の結果、励磁電流フィードバック信号Ｉｄが励磁電流設定器１４の設定と同じ所定値となり、トルク電流フィードバック信号Ｉｑが零となり、電動機５には直流の電流Ｉｗ＝Ａ、Ｉｕ＝−Ａ／２、Ｉｖ＝−Ａ／２が流れる。ここで、Ａは所定の直流電流値である。

次に、ＰＷＭパルス演算器１５が所定時間だけ出力をＯＦＦして電動機に全く電流が流れない状態とする。そして、電流制御切替部２０が接続をｂ側に切り替える。その状態で、オフセット記憶部２１が電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを記憶する（ステップ３５）。

次に、ステップ３１と同様の動作が再度行われる。すなわち、まず、電流制御切替部２０が接続をａ側に切り替える。そして、減算器２４は、電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃで検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、平均化部２３に記憶されている各相の電流オフセット調整値Ｉｕ_Ｏ、Ｉｖ_Ｏ、Ｉｗ_Ｏを減算し、帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆを求めるようにする（ステップ３６）。

その帰還電流Ｉｕ_Ｆ，Ｉｖ_Ｆ，Ｉｗ_Ｆが座標変換器９Ａに供給される。

この状態で積分器１７が１８０度に設定されることにより位相θが１８０度となる。さらに、速度制御部１１はその出力を零にし、励磁電流設定器１４は設定値を所定値にする。これらの設定により電流制御が行われる（ステップ３７）。なお、電流制御方法はステップ３２と同様である。

この電流制御の結果、励磁電流フィードバック信号Ｉｄが（−所定値）となり、トルク電流フィードバック信号Ｉｑが零となり、電動機５には直流の電流Ｉｗ＝−Ａ、Ｉｕ＝Ａ／２、Ｉｖ＝Ａ／２が流れる。

次に、ＰＷＭパルス演算器１５が所定時間だけ出力をＯＦＦして電動機に全く電流が流れない状態とする。そして、電流制御切替部２０が接続をｃ側に切り替える。その状態で、オフセット記憶部２２が電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを記憶する（ステップ３８）。

次に、平均化部２３が、オフセット記憶部２１，２２に記憶された、対応する相同士の値の平均を求め、電流オフセット調整値Ｉｕ_０，Ｉｖ_０，Ｉｗ_０として記憶し、電動機制御装置は通常運転状態に移行する（ステップ３９）。

なお、運転を停止している状態での処理が図３に示されていないが、その状態では、ＰＷＭパルス演算器１５が出力をＯＦＦしてインバータ４を駆動しないようにすることにより、電動機５に３相の交流電圧を供給しないようにする。

図３のステップ３２，３９の処理の後、電動機処理装置はステップ３０の処理に戻る。これにより、通常運転状態において、電動機５は、最新の電流オフセット調整値Ｉｕ_０，Ｉｖ_０，Ｉｗ_０を用いたオフセット補償により、適切に制御される。

電動機５に電流が流れなくなる直前に電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃに流れていた電流で発生した残留磁気によるオフセット値への影響は、そのオフセット値と、電流検出器６Ａ，６Ｂ，６Ｃに流れていた電流を反転させた状態でのオフセット値との平均を取ることで相殺される。

したがって、以上のように、互いに反転した２つの電流を流して電流検出器で検出されたオフセット値の平均を電流補正器で求めることにより、残留磁気によるヒステリシス特性の影響が取り除かれるので、正確な電流検出が可能である。

また、その電流検出器を用いた電動機制御装置において、ヒステリシス特性の影響を受けずに正確に求められたオフセット値を用いてオフセット補償が行われるので、正確な電流制御を行うことができる。

なお、ここでは、位相θを０度と１８０度の組み合わせとした例を示したが、本発明はそれに限定されず、互いに逆相の関係にあればよい。例えば、６０度と２４０度の組み合わせや、１２０度と３００度の組み合わせであってもよい。

また、ここでは、励磁電流指令信号Ｉｄ＊とトルク電流指令Ｉｑ＊を固定して位相θを反転させる例を示したが、本発明はそれに限定されず、位相θを固定して励磁電流指令信号Ｉｄ＊とトルク電流指令Ｉｑ＊を変更することとしても同じ効果が得られる。

また、ここでは、停止状態から運転指令を受けたときに、電流オフセット調整値を更新することとしたが、本発明はそれに限定されない。例えば、運転停止から所定時間経過した停止中に更新してもよい。

また、本実施形態では、運転開始時の電流オフセット調整値の更新の度に、図３のステップ３３〜３９に示した処理を毎回行って電流オフセット調整値を計算し直すこととしたが、本発明はそれに限定されない。予め電流オフセット調整値を一旦算出しておき、その後の運転開始時には、電流を流すことなく停止したままで電流検出値を測定し、その電流検出値を用いて、電流オフセット調整値の経年的（時間的）な変化を補正することとしてもよい。

図４は、経年的な変化を補正することにより電流オフセット調整値を更新する電流補正器の構成例を示す図である。図４を参照すると、電流補正器８は、図２の構成に加えて、補正更新部２５を有している。

電流補正器８は、予め、図３のステップ３３〜３９に示した処理により、位相θ＝０度での電流制御後の電流検出値（以下、第１の電流検出値と称す）と、位相θ＝１８０度での電流制御後の電流検出値（以下、第２の電流検出値と称す）と、それら電流検出値の平均値である電流オフセット調整値とを求めておく。第１の電流検出値はオフセット記憶部２１に記録され、第２の電流検出値はオフセット記憶部２２に記録され、電流オフセット調整値は平均化部２３に記録される。

そして、運転開始時には、補正更新部２５は、電流を流すことなく停止したままの状態の電流検出値（以下、第３の電流検出値と称す）を記録し、第３の電流検出値と第１および第２の電流検出値との関係に基づいて電流オフセット調整値を補正する。

その際、補正更新部２５は、第３の電流検出値が、第１の電流検出値と第２の電流検出値のうちの小さい方以上かつ大きい方以下であれば、電流オフセット調整値を変更せず、前回の値をそのままとする。第３の電流検出値が、第１または第２の電流検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と第３の電流検出値との差分を電流オフセット調整値に加算する。第３の電流検出値が、第１または第２の電流検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、第３の電流検出値とその小さい方との差分を電流オフセット調整値から減算する。

これによれば、ヒステリシス特性の影響を除去して精度の高いオフセット補償を可能としつつ、運転開始時に、ヒステリシス特性の影響を除去するための処理が不要なので、短時間で精度の高い電流オフセット調整値を決定することができ、運転指令が入力されてから通常運転に移行するまでの時間が短縮される。

なお、このとき、電流オフセット調整値と共に第１の電流検出値または第２の電流検出値をも補正するのが好ましい。例えば、第３の電流検出値が、第１または第２の電流検出値の大きい方よりも大きかった場合、その大きかった方を第３の電流検出値で置き換え、小さい方よりも小さかった場合、その小さかった方を第３の電流検出値で置き換えることとすればよい。また、第１または第２の電流検出値のいずれかを補正するとき、他方も同じだけ補正することとしてもよい。

また、第３の電流検出値の所定回数分の平均をとり、その平均値をオフセット補償に用いることとしてもよい。これにより、電流オフセット調整値のばらつきを抑え、より精度の高いオフセット補償を行うことができる。

また、本実施形態ではＵ，Ｖ，Ｗの３相全てについて電流検出を行ったが、３相の電流値を合せると零となることを利用し、２相について電流検出を行い、その２相について検出された電流から残りの１相の電流を算出することとしてもよい。

本実施形態では、オフセット記憶部２１，２２は、１回の測定でオフセット値を記憶することとしたが、本発明はそれに限定されない。例えば、オフセット記憶部２１，２２は、所定の設定回数のオフセット値の平均をとって得られた値を平均化部２３に送ることとしても良い。これによれば、繰り返し精度よく、電流検出のオフセット値を求めることができる。

また、本実施形態のオフセット記憶部２１，２２はローパスフィルタを有する構成であってもよい。その場合、ローパスフィルタの時定数は、電動機に電流が流れない状態とする所定時間の１／３程度以下とするのが好ましい。あるいは、電流オフセット調整値の最初のデータ、または平均化部２３において前回の計算で得られた電流オフセット調整値を、ローパスフィルタの積分値に設定するのが好ましい。これにより、繰り返し精度よく、電流オフセット値を求めることができる。

また、本実施形態の電動機制御装置としてはＰＧ付きのベクトル制御装置を例示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ＰＧ無しの制御を行う装置でも同様に適用できる。

また、本実施形態の電動機としては誘導電動機を例示したが、本発明は、その他に同期電動機等の交流電動機や、直流機電動機にも同様に適用できる。

本発明の一実施形態の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 図１に示された電流補正器における１相分（Ｕ相）の構成を示す図である。 図１に示された電動機制御装置の動作を示すフローチャートである。 経年的な変化を補正することにより電流オフセット調整値を更新する電流補正器の構成例を示す図である。 従来の電動機制御装置の構成を示す概略回路図である。 図５に示した従来の電動機制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 交流電源
２ コンバータ
３ 平滑コンデンサ
４ 逆変換回路
５ 電動機
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 電流検出器
７ 速度検出器
８ 電流補正器
９Ａ，９Ｂ 座標変換器
１０，１２Ａ，１２Ｂ 減算器
１１ 速度制御部
１３ 電流制御部
１３Ａ トルク電流制御部
１３Ｂ 励磁電流制御部
１４ 励磁電流設定器
１５ ＰＷＭパルス演算器
１６ 正弦波発振器
１７ 積分器
２０ 電流制御切替部
２１，２２ オフセット記憶部
２３ 平均化部
２４ 減算器
２５ 補正更新部
３０〜３９ ステップ

Claims (23)

1. 対象回路に流れる電流を検出する電流検出器において生じるオフセットを補償するためのオフセット補償方法であって、
   所定の第１の電流を前記対象回路に一旦流した後に止め、前記電流検出器で検出された電流値を第１の検出値として記録する第１のステップと、
   前記第１の電流と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流を前記対象回路に一旦流した後に止め、前記電流検出器で検出された電流値を第２の検出値として記録する第２のステップと、
   前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとってオフセット値を求める第３のステップと、
   前記対象回路に流れる電流として前記電流検出器で検出された電流値から前記オフセット値を差し引く第４のステップとを有するオフセット補償方法。
2. 前記第１のステップにおいて、前記第１の電流を前記対象回路に一旦流した後に止めて前記電流検出器により電流値を検出することを所定数繰り返すことにより得られた複数の電流値の平均値を前記第１の検出値とし、
   前記第２のステップにおいて、前記第２の電流を前記対象回路に一旦流した後に止めて前記電流検出器で電流値を検出することを所定数繰り返すことにより得られた複数の電流値の平均値を前記第２の検出値とする、請求項１記載のオフセット補償方法。
3. 前記第１のステップにおいて、前記第１の電流を止めてから所定時間経過した後に前記電流検出器で電流値を検出し、
   前記第２のステップにおいて、前記第２の電流を止めてから所定時間経過した後に前記電流検出器で電流値を検出する、請求項１または２に記載のオフセット補償方法。
4. 前記対象回路に電流を流し始めようとするとき、前記対象回路に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を補正する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のオフセット補償方法。
5. 記録しておいた前記第１または第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値を補正する、請求項４記載のオフセット補償方法。
6. 前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いる、請求項４または５に記載のオフセット補償方法。
7. 前記電流検出器による電流検出にローパスフィルタを用いる、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のオフセット補償方法。
8. 対象回路に流れる電流を検出する電流検出回路のオフセットを補償するオフセット補償回路であって、
   所定の第１の電流が前記対象回路に一旦流れて止まった状態で前記電流検出器によって検出される電流値を第１の検出値として記録する第１の記憶手段と、
   前記第１の電流と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流が前記対象回路に一旦流れて止まった状態で前記電流検出器によって検出される電流値を第２の検出値として記録する第２の記憶手段と、
   前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとってオフセット値を求める平均化手段と、
   前記対象回路に流れる電流として前記電流検出器で検出された電流値から前記オフセット値を差し引く減算器とを有するオフセット補償回路。
9. 前記第１の記憶手段は、前記第１の電流が前記対象回路に一旦流れた後に止まり前記電流検出器が電流値を検出することが所定数繰り返されることにより得られた複数の電流値の平均値を前記第１の検出値とし、
   前記第２の記憶手段は、前記第２の電流が前記対象回路に一旦流れた後に止まり前記電流検出器が電流値を検出することが所定数繰り返されることにより得られた複数の電流値の平均値を前記第２の検出値とする、請求項８記載のオフセット補償回路。
10. 前記第１の記憶手段は、前記第１の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を前記第１の検出値とし、
    前記第２の記憶手段は、前記第２の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を前記第２の検出値とする、請求項８に記載のオフセット補償回路。
11. 前記対象回路に電流を流し始めようとするとき、前記対象回路に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を更新する補正更新手段をさらに有する、請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のオフセット補償回路。
12. 前記補正更新手段は、前記第１の記憶手段に記録しておいた前記第１の検出値、または前記第２の記憶手段に記録しておいた前記第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値を補正する、請求項１１記載のオフセット補償回路。
13. 前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いる、請求項１１または１２に記載のオフセット補償回路。
14. 前記電流検出器による電流検出がローパスフィルタを用いて行われる、請求項８ないし１３のいずれか１項に記載のオフセット補償回路。
15. 電動機に流れる電流を検出して電流指令にフィードバックすることにより前記電動機を制御する電動機制御装置であって、
    前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
    前記電動機に所定の第１の電流が一旦流れた後に止まると、その状態で前記電流検出器で検出される電流値を第１の検出値として記憶し、前記電動機に前記第１の電流値と絶対値が同じで符号が逆の第２の電流が一旦流れた後に止まると、その状態で前記電流検出器で検出される電流値を第２の検出値として記憶し、前記第１の検出値と前記第２の検出値の平均をとって求めたオフセット値を求め、その後に検出される電流値から該オフセット値を差し引くことによりオフセット補償を行う電流補正器と、
    前記電動機に前記第１の電流を一旦流した後に止め、前記電流補正器に前記第１の検出値が記録されると、該電動機に前記第２の電流を一旦流した後に止め、該電流補正器に前記第２の検出値が記録されると、該電流補正器によりオフセット補償された電流値を前記電流指令にフィードバックして前記電動機を制御する電流制御部とを有する電動機制御装置。
16. 前記電流制御部は、前記第１の電流または前記第２の電流を前記電動機に一旦流した後に止めることを所定数繰り返し、
    前記電流補正器は、前記所定数の電流値の平均値を前記第１の検出値または前記第２の検出値とする、請求項１５記載の電動機制御装置。
17. 前記電流補正器は、前記第１の電流が止まってから所定時間経過した後に前記電流検出器で検出される電流値を記憶する、請求項１５記載の電動機制御装置。
18. 前記電動機の運転を開始する際に前記オフセット値を求める、請求項１５記載の電動機制御装置。
19. 前記電動機の停止中に前記オフセット値を求める、請求項１５記載の電動機制御装置。
20. 前記電流補正器は、前記電動機に電流を流し始めようとするとき、前記電動機に電流を流さずに前記電流検出器で検出した第３の検出値を用いて前記オフセット値を補正する、請求項１５ないし１９のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
21. 前記電流補正器は、記録しておいた前記第１または第２の検出値と、新たに測定した前記第３の検出値との関係に基づいて、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか大きい方よりも大きければ、その大きい方の値と前記第３の検出値との差分を前記オフセット値に加算し、前記第３の検出値が前記第１の検出値または前記第２の検出値のいずれか小さい方よりも小さければ、前記第３の検出値とその小さい方との差分を前記オフセット値から減算して、前記オフセット値を補正する、請求項２０記載の電動機制御装置。
22. 前記第３の検出値の所定数分の平均値をオフセットの補償に用いる、請求項２０または２１に記載の電動機制御装置。
23. 前記電流検出器は、電流検出にローパスフィルタを用いる、請求項１５ないし２２のいずれか１項に記載の電動機制御装置。

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