JP5167768B2

JP5167768B2 - 電動機制御装置および電動機制御方法

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Publication number: JP5167768B2
Application number: JP2007290498A
Authority: JP
Inventors: 英明中山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: JP2009118679A

Description

本発明は電動機の制御装置および電動機制御方法に関する。

従来の電動機の制御装置としては下記特許文献１に記載のものがある。この特許文献１においては、ＰＷＭキャリア信号の山または谷から所定時間前の時点で取得した電動機の電流値に対してＰＷＭキャリア信号の山または谷時点の電流値になるように補償を加えた電流値を用いて電流制御演算を行っている。
特開２００５−３１２２７４号公報

上記のように従来装置においては、ＰＷＭキャリア信号の山または谷から所定時間前の時点で取得した電流値に対してＰＷＭキャリア信号の山または谷時点の電流値になるように補償を加えた電流値を用いて電流制御演算を行うという構成になっており、ＰＷＭキャリア信号つまり電動機駆動用のインバータのキャリア信号の周期と同期して電流制御演算を行っている。しかし上記の補償演算は理論上は成立しても実際には様々な変動要因やばらつきがあるため、補償の精度は必ずしも正確であるとはいえない。そのため補償演算の精度が悪いと電流制御の精度が悪化するという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するものであり、電流制御の精度を向上させた電動機制御装置および電動機制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、電流指令値と相電流値の偏差を無くすように電圧を演算する演算手段に使用する相電流値（電流制御の演算で用いる積分項分のｄ−ｑ軸電流値）と電流指令値と相電流値の偏差に比例する電圧を演算する演算手段に使用する相電流値（電流制御の演算で用いる比例項分のｄ−ｑ軸電流値）とを異なる時点で取得する構成としている。

積分項分の相電流と比例項分の相電流とを異なる時点で取得し、例えば積分項分の相電流はＰＷＭキャリア信号の山または谷の時点で取得するか、或いは複数の時点で取得した相電流値の平均値を用い、比例項分の相電流値は無駄時間の少ない時点で取得することにより、電流リプルのない相電流値を用いて電流制御の積分項分を演算できるので電流制御性を保ちながら定常状態における電流制御の精度を向上させることが出来る、という効果がある。

まず、通常のベクトル制御による電流フィードバック制御の概略を説明する。
図１は、本発明を適用する電動機の制御装置における電流制御演算のブロック図を示す。
図１において、電流マップ部１は、外部から与えられたトルク指令値Ｔ^＊［Ｎ・ｍ］と電動機の回転速度（電動機の回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］）から、ｄ軸およびｑ軸の電流指令値（ｉ_ｄ ^＊［Ａ］、ｉ_ｑ ^＊［Ａ］）をマップ引きにより求める。

電圧指令値演算部２は、前記ｄ−ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊と実際のｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑとの偏差から下記（数１）式を用いてｄ−ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を演算する。

但し、ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指令値［Ｖ］、ｖ_ｑ ^＊：ｑ軸電圧指令値［Ｖ］、ｉ_ｄ：ｄ軸電流値［Ａ］、ｉ_ｑ：ｑ軸電流値［Ａ］、Ｋ_ｐｄ：ｄ軸比例ゲイン、Ｋ_ｐｑ：ｑ軸比例ゲイン、Ｋ_ｉｄ：ｄ軸積分ゲイン、Ｋ_ｉｑ：ｑ軸積分ゲイン、ｓ：ラプラス演算子
なお、この部分に非干渉制御演算を加えてもよい。

三相変換部３は、下記（数２）式を用いてｄ−ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を三相の電圧指令値ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊に変換する。

但し、ｖ_ｕ ^＊：ｕ相電圧指令値［Ｖ］、ｖ_ｖ ^＊：ｖ相電圧指令値［Ｖ］、ｖ_ｗ ^＊：ｗ相電圧指令値［Ｖ］、ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指令値［Ｖ］、ｖ_ｑ ^＊：ｑ軸電圧指令値［Ｖ］、θ：電動機の回転子位相（電気角）［ｒａｄ］
なお、電動機の回転子位相θは遅れ補償をした値を用いても良い。

ＰＷＭ変換部４は、下記（数３）式を用いて三相の電圧指令値ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊をＰＷＭ信号のパルス幅ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗに変換する。

但し、Ｔ_０：ＰＷＭキャリア周期［ｓ］、ｖ_ｄｃ：直流電源電圧［Ｖ］、ｔ_ｕ：ｕ相パルス幅［ｓ］、ｔ_ｖ：ｖ相パルス幅［ｓ］、ｔ_ｗ：ｗ相パルス幅［ｓ］である。

デッドタイム補償部５は、電動機の各相を流れる三相電流値（ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）によって決まる補償値をマップ引きにより求め、それぞれのパルス幅ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗに加算する。このデッドタイム補償後のパルス幅をｔ_ｕ’、ｔ_ｖ’、ｔ_ｗ’で示している。なお、この際、補償値を求める三相電流値は、ｄ−ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊を三相変換した三相電流指令値でも良いし、ｄ−ｑ軸電流指令値に電流応答相当のフィルタをかけたｄ−ｑ軸電流推定値を三相変換した三相電流推定値でも良い。

但し、ｉ_ｕ：ｕ相電流値［Ａ］、ｉ_ｖ：ｖ相電流値［Ａ］、ｉ_ｗ：ｗ相電流値［Ａ］である。

上記のＰＷＭ信号（パルス幅）に従ってインバータ６のスイッチング素子を開閉駆動することにより、電動機７に三相電圧（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）を印加して駆動する。但し、ｖ_ｕ：ｕ相電圧値［Ｖ］、ｖ_ｖ：ｖ相電圧値［Ｖ］、ｖ_ｗ：ｗ相電圧値［Ｖ］である。

ｄ−ｑ軸変換部８は、下記（数４）式を用いて電動機７を流れる三相電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗをｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑに変換する。

但し、θ：電動機の回転子位相（電気角）［ｒａｄ］
上記の三相電流値ｉ_ｕ［Ａ］、ｉ_ｖ［Ａ］、ｉ_ｗ［Ａ］は、電流センサ（図示省略）により得るが、三相交流における三相の電流値の合計が０になることから、三相電流値のうち二相の電流（例えばｉ_ｕ、ｉ_ｖ）を求めれば他の一相（例えばｉ_ｗ）は、ｉ_ｕとｉ_ｖから計算で求められる。
電動機の回転子位相θ［ｒａｄ］は、レゾルバやエンコーダなどの位置検出器（図示省略）により得る。
微分部９は、電動機の回転子位相θを微分することによって電動機の回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］を得る。
上記のようにして、与えられたトルク指令値Ｔ^＊に応じて電動機７を駆動することが出来る。ここまでの説明はＰＩ制御（比例積分制御：（数１）式の演算）を用いた電流フィードバック制御の一般的な構成の説明である。

次に、図２は、前記図１の制御を行う場合に、前記三相電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ（以下、相電流と記す）を検出するタイミングを説明するためのタイムチャートであり、横軸は時間を示す。図２において、三角波がＰＷＭキャリア信号、鋸歯状に変動している実線が相電流（ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗのうちの何れか）、破線が相電流の基本波成分、水平の実線が電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊のうちの何れか）を示す。

図２に示すように、これまでの制御においては、ＰＷＭキャリア信号の山または谷の時点から所定時間（電流制御演算に必要な時間）だけ前の時点（黒丸印で示す）で電流値を取得し、その電流値に対してＰＷＭキャリア信号の山または谷時点の電流値（白丸印で示す推定点の値）になるように補償を加えることによって山または谷時点の電流値を推定し、その推定した値を用いて電流制御演算を行っていた。

しかし、相電流値にはＰＷＭ電圧による電流リプルが存在するため、前記図１の電圧指令値演算部２におけるｄ−ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊の演算において、前記（数１）式の積分項分の相電流値を電流リプルが存在している時点で取得すると電流制御精度が悪化する。そのため従来は電流リプルの存在する電流値から電流リプルの存在しないＰＷＭキャリアの山または谷の時点の電流値を電動機定数や電圧指令値等から推定することにより、この問題を解決している。しかし、このような従来技術では、理論上は成立しているが実際には様々な変動要因やばらつきがあるため、補償の精度は必ずしも正確であるとはいえない。本発明は上記の問題を解決するものである。

（実施例１）
実施例１は、前記（数１）式に示したように、電流指令値と相電流値の偏差からＰＩ制御（比例積分制御）によって電圧指令値を演算する構成に本発明を適用した例である。なお、この実施例では、演算結果である電圧指令値の出力時点をＰＷＭキャリア信号の山と谷として説明する。

図３は、実施例１における電流制御演算ブロックを示す図であり、（ａ）は機能ブロック図、（ｂ）は演算機能図を示す。
図３（ａ）において、電圧指令値演算部２、三相変換部３、ＰＷＭ変換部４、デッドタイム補償部５の部分は、前記図１と同じである。異なる個所は、電圧指令値演算部２で用いる三相電流（相電流）の取得部が比例項分の取得部１０と積分項分の取得部１１とに分かれており、それぞれ異なった時点（異なった回転子位相θ）で相電流を取り込み、それぞれにｄ−ｑ軸変換（ｉ_ｄ、ｉ_ｑの演算）を行っていることにある。なお、相電流の取得時点の判断は、電動機の回転子位相θに応じて定める。

また、図３（ｂ）は図３（ａ）の演算機能を示す図であり、１２、１３は減算機能、１４は比例演算機能（所定のゲイン）、１５と１６は積分演算機能、１７は加算機能を示す。なお、図３（ｂ）ではｄ軸の演算のみを示しているが、これと同じ内容の演算をｑ軸についても行う。
図３（ｂ）に示すように、実施例１においては、ｄ軸電流値を比例項分と積分項分とで異なった時点（異なった回転子位相θ）で取り込む。そしてｄ軸電流値指令値とｄ軸電流値との偏差を減算機能１２で求め、比例演算機能１４で上記偏差の比例項分を求める。また、ｄ軸電流値指令値とｄ軸電流値との偏差を減算機能１３で求め、積分演算機能１５、１６で上記偏差の積分項分を求める。そして加算機能１７で上記比例項分と積分項分とを加算し、その結果をｄ軸電流指令値として出力する。なお、ｑ軸分についても同様の演算を行い、ｑ軸電流指令値として出力する。

以下、上記の相電流の取り込みタイミングについて説明する。
図４は、実施例１におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。図４において、黒丸印は比例項分の相電流の取得時点、二重丸印は積分項分の相電流の取得時点を示す。また、実線の矢印は比例項分の無駄時間、破線の矢印は積分項分の無駄時間を示す。なお、無駄時間とは相電流の取得時点から演算結果の出力時点まで経過時間を意味する。また、横軸は時間軸であるが、回転速度が一定であれば時間と回転子位相θとは対応している。

前記図２に示したように相電流値にはＰＷＭ電圧による電流リプルが存在する。そこで、図４に二重丸印で示したように、積分項分の相電流値は電流リプルのないＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点で取得し、図４に黒丸印で示したように、比例項分の相電流値はＰＷＭキャリア信号の谷もしくは山から電流制御演算時間分（黒で塗りつぶした箱の部分）だけ減算した時点（前の時点）で取得する。したがって積分項分の無駄時間は比例項分の無駄時間よりも長くなるが、ＰＷＭキャリア信号の谷もしくは山の時点で取得するので、電流リプルのない相電流値を得ることが出来る。

上記の取得時点の異なる２種類の電流値を、ＰＷＭキャリア信号の谷もしくは山から電流制御演算時間分だけ減算した時点から開始する電流制御演算で使用して電圧指令値を演算し、その直後のＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷で出力する。これにより比例項分の無駄時間は短くなり、また偏差を無くす働きのある積分項分は電流リプルのない相電流値を使用することになるので、電流リプルに関係なく電流制御の精度が保たれることになる。

上記のように実施例１では、比例項分（電流指令値と相電流値の偏差に比例する電圧を演算する演算手段）の演算で用いる相電流値と積分項分（電流指令値と相電流値の偏差を無くすように電圧を演算する演算手段）の演算で用いる相電流値とを異なる時点で取得するものであり、例えば、比例項分の相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、積分項分の相電流値は、前回の電圧指令値出力時点又は前回と次回の電圧指令値出力時点の中間で、かつＰＷＭキャリア信号の山または谷の時点で取得した相電流値とする。

図５は、電流指令値と実電流値との電流応答性の比較図であり、ｑ軸電流について示した図である。図５において、細い実線はｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊、太い実線は比例項分の無駄時間が長く、積分項分の無駄時間も長い場合の応答特性、一点鎖線は比例項分の無駄時間が短く、積分項分の無駄時間が長い場合（実施例１の場合）の応答特性、細い実線は比例項分も積分項分も共に無駄時間が短い場合の応答特性を示す。
図５から判るように、実施例１の比例項分の無駄時間が短く、積分項分の無駄時間が長い場合には、比例項分の無駄時間も積分項分の無駄時間も短い場合と殆ど同様に良好な電流応答特性を示しており、積分項分の無駄時間だけを長くしても電流制御性能が悪化していないことが分かる。そして実施例１の場合には、前記図４に示したように、比例項分はＰＷＭキャリア周期の長さにかかわらず無駄時間を一定に演算し、積分項分は電流リプルのない相電流値を使用することになるので、電流リプルに関係なく電流制御の精度が保たれることになる。つまり、電流応答特性を悪化させること無く、定常状態における電流制御の精度を向上させることが可能になる。

（実施例２）
図６は、実施例２におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。図６において、黒丸印は比例項分の相電流の取得時点、白丸印は積分項分の相電流の取得時点を示す。また、実線の矢印は比例項分の無駄時間、破線の矢印は積分項分の無駄時間を示す。

実施例２においては、図６に示すように、比例項分の相電流値はＰＷＭキャリア信号の谷もしくは山から電流制御演算時間分だけ減算した時点（図６に黒丸印で示す）で取得する。また、ＰＷＭキャリア信号の一つの山または谷の時点から、次の山または谷の時点から電流制御演算時間分だけ減算した時点（黒丸印の時点）までをｎ分割（図６ではｎ＝７）した各時点（図６に白丸印で示す）において積分項分の相電流値を取得する。つまり、前回の電圧指令値出力時点から、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点までの間の複数の時点で積分項分の相電流値を取得し、その複数の時点で取得した積分項分の相電流値の平均値を演算し、この平均値を積分項分の相電流値として用いる。
上記の２種類の相電流値をＰＷＭキャリア信号の谷もしくは山から電流制御演算時間分だけ減算した時点から開始する電流制御演算で使用して電圧指令値を演算し、直後のＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷で出力する。

上記のように実施例２においては、比例項分の相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、積分項分の相電流値は、前回の電圧指令値出力時点から、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点までの間の複数の時点で取得した相電流値の平均値を相電流値としている。

したがって実施例２においては、前記実施例１の効果の他に、電流制御の比例項分はＰＷＭキャリア周期の長さにかかわらず無駄時間を一定に演算し、偏差を無くす働きの積分項分は平均相電流値を使用することになるので電流リプルが相殺された電流値を使用することになり、電流制御の精度が保たれることになる。そのため電流制御性を保ちながら定常状態における電流制御の精度を向上させることが出来る。また、積分項分の相電流は複数の時点で取得した相電流値の平均値を用いているので、１回前の山または谷の時点で取得した場合よりも無駄時間が短くなる。

（実施例３）
図７は、実施例３におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。図７において、黒丸印は比例項分の相電流の取得時点、二重丸印は積分項分の相電流の取得時点を示す。また、実線の矢印は比例項分の無駄時間、破線の矢印は積分項分の無駄時間を示す。

図７においては、積分項分の電流値は前記実施例１と同様にＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点（図７に二重丸印で示す）で取得している。しかし、電流制御演算の開始タイミングは、ＰＷＭキャリア周期よりも短い周期（ただし電流制御演算時間以上の周期）で、かつＰＷＭキャリア信号に非同期な信号(1)（図面では丸付き数字で示す）により決定（例えば各周期ごと）し、かつ、この時点（図７に黒丸印で示す）で比例項分の相電流値を取得している。つまり、電流制御演算時間だけ前の時点を、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期の信号(1)を用いて決定し、この信号(1)の割込み時点（例えば上記信号(1)の山または谷の時点）において電流制御演算を開始するようにしている。また、電流制御演算結果である電圧指令値はＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点で出力している。なお、上記のように積分項分の電流値はＰＷＭキャリア信号に同期して取得しているので、積分ゲインはＰＷＭキャリア信号の周期に依存する。つまり、実施例３においては、ＰＷＭキャリア信号に非同期な信号(1)の各周期ごとに比例項分の相電流値を取得し、かつ、その度ごとに電流制御演算を行っているが、電流制御演算結果が出力されるのはＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点の直前に演算された結果のみであり、他の演算結果は出力に反映されないで、その度にクリアされる。

上記のように、実施例３においては、電流制御演算時間だけ前の時点を、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期の信号を用いて決定し、この信号の割込み時点において電流制御演算を開始している。また、積分項演算時の積分ゲインは、ＰＷＭキャリア信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、１回の電圧指令値出力時点から次の電圧指令値出力時点までの間に複数回行われた電流制御演算結果のうち、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果はその度に消去するように構成している。

実施例３においては、実施例１と同様に、偏差を無くす働きのある積分項分は電流リプルのない相電流値を使用することになるので、電流リプルに関係なく電流制御の精度が保たれることになる。また、ＰＷＭキャリア周期に関係なく電流制御開始タイミングを決定するので、例えばキャリア周期が毎回変化するような場合でも余分な演算をしないでも無駄時間は小さくすることができる。また、ＰＷＭキャリア周期が電流制御演算時間に対して長くなっても比例項分の無駄時間を短縮することが出来るので、電流制御性の向上が可能となる。

（実施例４）
図８は、実施例４におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。

この実施例は、実施例３と同様に、電流制御開始タイミングは、ＰＷＭキャリア周期よりも短い周期で、かつＰＷＭキャリア信号に非同期な信号(2)（図面では丸付き数字で示す）により決定（例えば各周期ごと）し、かつ、この時点（図８に黒丸印で示す）で比例項分の相電流値を取得している。また、電流制御演算結果である電圧指令値はＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点で出力している。

また、積分項分の相電流値は、上記の電流制御開始タイミングで比例項分と同じ時点で読み込む。しかし、電流制御演算中のＰＩ制御（積分ゲインは非同期な信号(2)の周期に依存する）の結果が出力に反映されなくても、１回の電圧指令値を出力するまでは、この結果を保持して次回の電流制御演算に使用する。そのため積分項分は複数回に取得した相電流値の平均値になる。それに対して比例項分は、電流制御演算結果が出力されるＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点の直前に取得した相電流値のみとなる。すなわち、比例項分と積分項分の相電流値は表面上は同時に取得しているが、実際に電流制御演算結果に反映される値は、比例項分は１回分のみであり、積分項分は複数回に取得した値の平均値になるので、実質的には異なった時点で取得した値になる。なお、上記のように積分項分の電流値はＰＷＭキャリア信号に非同期な信号(2)に同期して取得しているので、積分ゲインは非同期な信号(2)の周期に依存する。

上記のように、実施例４においては、電流制御演算時間だけ前の時点を、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期の信号を用いて決定し、この信号の割込み時点において電流制御演算を開始し、かつ、積分項演算時の積分ゲインとして、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期を有する信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果のうち、積分項分の演算結果は、電圧指令値が出力されるまで保持するように構成している。

実施例４においては、実施例３と同様にＰＷＭキャリア周期に関係なく電流制御開始タイミングが決定するので、たとえばキャリア周期が毎回変化するような場合でも余分な演算をしないでも無駄時間を小さくすることができる。また、ＰＩ制御の結果を保持し続けることにより積分項分の相電流値は平均化されるので電流制御の精度が保たれるという効果がある。

（実施例５）
図９は、実施例５におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。図９において、黒丸印は比例項分の相電流の取得時点、白丸印は積分項分の相電流の取得時点を示す。また、実線の矢印は比例項分の無駄時間、破線の矢印は積分項分の無駄時間を示す。

実施例５においては、前記実施例３におけるキャリア信号よりも周期の短い信号(1)を、ＰＷＭキャリア信号と同期した信号、つまりＰＷＭキャリア信号をｎ分割（図９ではｎ＝８）の信号(3)（図面では丸付き数字で示す）に置き換えている。

上記のように、実施例５においては、キャリア信号よりも周期の短い信号(3)をＰＷＭキャリア信号に同期した信号とし、かつ、積分項分の相電流は、実施例３と同様に、ＰＷＭキャリア信号の山もしくは谷の時点で取得している。
この実施例５によれば、前記実施例３の効果の他に、例えばキャリア周期が変化する時とキャリア周期が固定の時が繰り返される場合、固定キャリア周期のｎ分割を信号(3)の周期とすることによって比例項分の無駄時間を固定キャリア周期の際は一定にすることが出来る。

（実施例６）
図１０は、実施例６におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図である。
この実施例は、実施例４における信号(2)の代わりに、実施例５と同様のＰＷＭキャリア信号をｎ分割（図１０ではｎ＝８）した信号(4)（図面では丸付き数字で示す）に置き換えたものである。

上記のように、実施例６においては、キャリア信号よりも周期の短い信号(4)がＰＷＭキャリア信号をｎ分割した信号、つまりＰＷＭキャリア信号に同期した信号であり、かつ、積分項分の相電流は、実施例４と同様に、積分項演算時の積分ゲインとして、ＰＷＭキャリア信号よりも周期の短く、ＰＷＭキャリア信号に同期した信号(4)の周期に応じて決定されるゲインを有し、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果のうち、積分項分の演算結果は、電圧指令値が出力されるまで保持するように構成している。
この実施例６によれば、前記実施例４の効果の他に、例えばキャリア周期が変化する時とキャリア周期が固定の時が繰り返される場合、固定キャリア周期のｎ分割を信号(4)の周期とすることによって比例項分の無駄時間を固定キャリア周期の際は一定にすることが出来る。

（実施例７）
これまでの実施例においては、電流指令値と実電流値から電圧指令値を演算する電圧指令値演算部２の演算において、偏差の比例項分と積分項分とを加算して演算結果を求める、いわゆるＰＩ制御（比例積分制御）を用いた場合を例示したが、本実施例のように電流ロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）制御に本発明を適用することも出来る。
電動機の電流ロバスト制御は、図１１に示すように、制御系に外乱項を含むものであり、それによって電源電圧変動等の外乱に影響されにくい制御系を構成している。
図１１において、電動機モデルをＧ（ｓ）、電流の規範応答をＨ（ｓ）、ゲインＫ_１、Ｋ_２とすることにより、目標値応答性、外乱応答性を可変できるようになっている。

上記のＧ（ｓ）、Ｈ（ｓ）、Ｋ_１、Ｋ_２はそれぞれ下記（数５）で示される。

但し、τ_ｍ：目標値応答性を決定する時定数 τ_ｈ：外乱応答性を決定する時定数
Ｌ_ｄ：ｄ軸インダクタンスＲ：電動機の巻線抵抗
ｓ：ラプラス演算子
図１１（ａ）は、電流ロバスト制御の基本形であり、この状態では比例項分と積分項分とが分離されていない。そのため図１１（ａ）を（ｂ）のように変形することにより、電流ロバスト制御においても比例項分と積分項分に分けることが出来る。１１図（ｂ）において、Ｋ_１が比例項、１／τ_ｈと１／ｓが積分項を示す。

上記のように電流ロバスト制御においても比例項分と積分項分に分けることより、これまで説明してきたＰＩ制御と同様に本発明を適用できる。つまり前記実施例１〜実施例６で説明した比例項分と積分項分の相電流の取得時点を図１１（ｂ）の演算における相電流の取得時点に適用すればよい。
但し、図１１（ｂ）においてＨ'(ｓ）は下記（数６）式で示される。

本発明を適用する電動機の制御装置における電流制御演算のブロック図。図１の制御を行う場合に三相電流値を検出するタイミングを説明するためのタイムチャート。実施例１における電流制御演算ブロックを示す図。実施例１におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。実施例１における電流指令値と実電流値との電流応答性の比較図。実施例２におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。実施例３におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。実施例４におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。実施例５におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。実施例６におけるＰＷＭキャリア信号と電流演算時間、相電流値、電流取得時点を示す図。電流ロバスト制御に本発明を適用する場合の演算機能図。

符号の説明

１…電流マップ部２…電圧指令値演算部
３…三相変換部４…ＰＷＭ変換部
５…デッドタイム補償部６…インバータ
７…電動機８…ｄ−ｑ軸変換部
９…微分部１０…比例項分の取得部
１１…積分項分の取得部

Claims

電動機の相電流値及び回転角を取り込み、電流指令値と前記相電流値との偏差及び回転角に基づいて電圧指令値を演算し、ＰＷＭキャリア信号の次回のキャリア周期における所定位相の時点で前記電圧指令値を出力する電動機制御装置において、
前記電流指令値と相電流値との偏差に比例する電圧を演算する第１の演算手段の演算結果と、電流指令値と相電流値との偏差から相電流値の積分項分を演算する第２の演算手段の演算結果とを加算して前記電圧指令値とし、かつ、前記第１の演算手段に使用する相電流値と、前記第２の演算手段に使用する相電流値とを異なる時点で取得する手段を備え、
前記第１の演算手段に使用する相電流値を取得する時点は、前記第２の演算手段に使用する相電流を取得する時点より後である
ことを特徴とする電動機制御装置。
電動機の相電流値及び回転角を取り込み、電流指令値と前記相電流値との偏差及び回転角に基づいて電圧指令値を演算し、ＰＷＭキャリア信号の次回のキャリア周期における所定位相の時点で前記電圧指令値を出力する電動機制御装置において、
前記電流指令値と相電流値との偏差に比例する電圧を演算する第１の演算手段の演算結果と、電流指令値と相電流値との偏差から相電流値の積分項分を演算する第２の演算手段の演算結果とを加算して前記電圧指令値とし、かつ、前記第１の演算手段に使用する相電流値と、前記第２の演算手段に使用する相電流値とを異なる時点で取得する手段を備え、
前記第１の演算手段に使用する相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、前記第２の演算手段に使用する相電流値は、前回の電圧指令値出力時点又は前回と次回の電圧指令値出力時点の中間で、かつＰＷＭキャリア信号の山または谷の時点で取得した相電流値とする、ことを特徴とする電動機制御装置。
前記第１の演算手段に使用する相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、前記第２の演算手段に使用する相電流値は、前回の電圧指令値出力時点から、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点までの間の複数の時点で取得した相電流値の平均値を相電流値とすることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記電流制御演算時間だけ前の時点を、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期の信号を用いて決定し、その信号の割込み時点において電流制御演算を開始することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動機制御装置。
前記第２の演算手段は、前記ＰＷＭキャリア信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、１回の電圧指令値出力時点から次の電圧指令値出力時点までの間に複数回行われた電流制御演算結果のうち、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果はその度に消去することを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
前記第２の演算手段は、前記ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期を有する信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果のうち、前記第２の演算手段の演算結果は、電圧指令値が出力されるまで保持することを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
前記第１の演算手段は、比例積分制御における比例演算手段であり、前記第２の演算手段は比例積分制御における積分演算手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の電動機制御装置。
電動機の相電流値及び回転角を取り込み、電流指令値と前記相電流値との偏差及び回転角に基づいて電圧指令値を演算し、ＰＷＭキャリア信号の次回のキャリア周期における所定位相の時点で前記電圧指令値を出力する電動機制御方法において、
前記電流指令値と相電流値との偏差に比例する電圧を演算する第１の演算手段の演算結果と、電流指令値と相電流値との偏差から相電流値の積分項分を演算する第２の演算手段の演算結果とを加算して電圧指令値とし、かつ、前記第１の演算手段に使用する相電流値と、前記第２の演算手段に使用する相電流値とを異なる時点で取得し、
前記第１の演算手段に使用する相電流値を取得する時点は、前記第２の演算手段に使用する相電流を取得する時点より後である
ことを特徴とする電動機制御方法。
電動機の相電流値及び回転角を取り込み、電流指令値と前記相電流値との偏差及び回転角に基づいて電圧指令値を演算し、ＰＷＭキャリア信号の次回のキャリア周期における所定位相の時点で前記電圧指令値を出力する電動機制御方法において、
前記電流指令値と相電流値との偏差に比例する電圧を演算する第１の演算手段の演算結果と、電流指令値と相電流値との偏差から相電流値の積分項分を演算する第２の演算手段の演算結果とを加算して電圧指令値とし、かつ、前記第１の演算手段に使用する相電流値と、前記第２の演算手段に使用する相電流値とを異なる時点で取得し、
前記第１の演算手段に使用する相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、前記第２の演算手段に使用する相電流値は、前回の電圧指令値出力時点又は前回と次回の電圧指令値出力時点の中間で、かつＰＷＭキャリア信号の山または谷の時点で取得した相電流値とする、ことを特徴とする電動機制御方法。
前記第１の演算手段に使用する相電流値は、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点で取得した相電流値とし、前記第２の演算手段に使用する相電流値は、前回の電圧指令値出力時点から、次回の電圧指令値出力時点から電流制御演算時間だけ前の時点までの間の複数の時点で取得した相電流値の平均値を相電流値とすることを特徴とする請求項８に記載の電動機制御方法。
前記電流制御演算時間だけ前の時点を、ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期の信号を用いて決定し、その信号の割込み時点において電流制御演算を開始することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電動機制御方法。
前記第２の演算手段は、前記ＰＷＭキャリア信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、１回の電圧指令値出力時点から次の電圧指令値出力時点までの間に複数回行われた電流制御演算結果のうち、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果はその度に消去することを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御方法。
前記第２の演算手段は、前記ＰＷＭキャリア信号ではなく、ＰＷＭキャリア信号の周期以下の周期で、かつ電流制御演算時間以上の周期を有する信号の周期に応じて決定されるゲインを有し、電圧指令値の出力に反映されなかった演算結果のうち、前記第２の演算手段の演算結果は、電圧指令値が出力されるまで保持することを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御方法。
前記第１の演算手段は、比例積分制御における比例演算手段であり、前記第２の演算手段は比例積分制御における積分演算手段であることを特徴とする請求項８乃至請求項１３の何れか１項に記載の電動機制御方法。