JP5916342B2 - モータ制御装置、モータ制御方法 - Google Patents
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Description
ここで、d軸とq軸の2軸座標へ座標変換したdqベクトル制御の概略を説明する。dqベクトル制御は、回転子の界磁方向をd軸、これと直交する方向をq軸とするdq座標系上の等価回路でモータの制御処理を行う。このようなモータを制御するモータ制御装置は、例えば、PI(Proportional Integral;比例積分)制御を用いてd軸の検出電流Id及びq軸の検出電流Iqが、d軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*に追従するように、フィードバック制御によりd軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*を制御している。
このため、特許文献1に記載のモータ制御装置は、d軸及びq軸の各電流指令値を0にして、外部からモータを回転させる。この場合、モータには、誘起電圧が発生するが、モータ制御装置が、電流が0になるようにモータを制御している。このため、モータ制御装置は、d軸電流Id、q軸電流Iqを0にするように制御することになり、角度検出器と同期モータの回転位置との間の位相がずれていない場合、q軸電圧Vqのみが発生し、d軸電圧Vdは0となる。
しかしながら、角度検出器と同期モータの回転位置との間の位相がずれている場合、d軸電圧Vdが発生する。特許文献1に記載のモータ制御装置は、d軸電流Id及びq軸電流Iqを0にするd軸指令電圧Vd*とq軸指令電圧Vq*とを求め、求めたd軸指令電圧Vd*が0になるオフセット量Δθを算出している。そして、特許文献1に記載のモータ制御装置では、算出したオフセット量を用いて、角度検出器と同期モータの回転位置との間に生じるずれを補正していた。
モータ制御装置は、例えば産業車両や電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、船舶、飛行機、発電システム等において、電池セルから電力の供給を受けてモータを制御する装置である。
電気モータを動力とする電気自動車や、内燃機関と電気モータを併用して動力とするハイブリッド自動車(以下、「電気自動車等」という)では、電力利用効率を高めるため、モータ制御装置が、3相の駆動電流を制御する際にパルス幅を変調させるパルス幅変調制御(PWM(Pulse Width Modulation)制御)を用いている。
電気自動車等では主に永久磁石同期モータが用いられ、そのモータには、回転に同期した3相電流が流される。その3相電流をPWM制御するために、キャリア信号と呼ばれる一定の周波数の電気パルスが用いられる。この場合、駆動電流は、キャリア信号のタイミングに合わせてパルス幅が変調された矩形波としてモータに供給され、モータのインダクタンスによって正弦波の3相電流となる。
そして、このようなモータ制御装置では、モータに流れる電流が、入力されたトルク指令のトルクになるようにフィードバックを用いたPI(Proportional Integral;比例積分)制御により制御している。また、PI制御では、モータへ供給するuvwの3相をd軸q軸の2軸座標へと座標変換し、d軸q軸の2相にて制御する。また、このようなモータ制御装置では、モータの回転角度を検出する角度検出装置であるレゾルバが組み付けられている。そして、電流のPI制御では、検出したモータの回転角度と、入力されたトルク指令に基づいて電流指令値を生成し、生成した電流の指令値と、モータに流れる電流の測定値とを合わせるように制御することで、モータを制御している。
モータ制御システムでは、レゾルバの組み付け精度による誤差や、レゾルバの製造による誤差、レゾルバによる検出信号の処理の遅れによる誤差などが生じる(以下、レゾルバによる誤差という)。このような誤差を補正するために、本発明のモータ制御システムでは、無負荷状態のモータを、一定の電流指令値により速度制御して定速回転させる。
そして、本発明のモータ制御システムは、モータを定速回転させている場合、一定のd軸電流指令値を与えることで、d軸電流を流す。モータが無負荷で一定回転している状態では、実動作におけるq軸電流はわずかしか流れていない。しかしながら、レゾルバによる誤差が生じ、実動作における座標とモータ制御装置内の座標とでdq座標系の角度ずれが発生する。このように実動作とモータ制御装置内とでdq座標系の角度がずれている場合、モータ制御装置内では、見かけ上、多くのq軸電流が流れている。
このような原理に基づき、本発明のモータ制御システムでは、無負荷状態のモータを、一定の電流指令値により速度制御して定速回転させているとき、d軸及びq軸の各電流指令値を測定する。そして、本発明のモータ制御システムでは、測定したd軸及びq軸の各電流指令値からオフセット誤差(補正値)を算出し、算出したオフセット誤差補正値をレゾルバによる検出信号に加算してモータ制御を行う。
第1実施形態では、弱め界磁制御領域(弱め界磁領域ともいう)で、モータを無負荷状態で回転させる。モータを弱め界磁制御領域において、高速で回転させると誘起電圧が増えるため、モータに電流が流れなくなる。本実施形態のモータ制御装置は、モータを弱め界磁制御領域において高速で定速回転させることで、一定電流量のd軸電流を流し、このときのd軸電流指令値とq軸電流指令値を測定して、オフセット誤差補正値を算出する。以下、第1実施形態について、詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るモータ制御システム1は、レゾルバ20、モータ制御装置30、及びオフセット補正装置40を備えている。
モータ制御装置30は、速度計算部(速度制御部)302、速度PI(比例積分)制御部(速度制御部)303、電流指令部(速度制御部)304、電流検出器305、3相/2相変換部306、電流PI制御部307、2相/3相変換部308、デューティ計算部309、及び電力変換部310を備えている。
オフセット補正装置40は、制御部401、電流測定部402及びオフセット算出部(補正値算出部)403を備えている。
また、モータ制御装置30は、モータ10及びオフセット補正装置40と接続されている。
また、速度PI制御部303は、オフセット補正装置40の制御部401が出力する電流指令値ω*に基づきモータ10に対するトルク指令値τ*を算出し、算出したトルク指令値τ*を電流指令部304に出力する。
電流PI制御部307は、入力されたd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*から、それぞれ検出電流IdおよびIqを減算して、偏差ΔIdおよびΔIqを算出する。電流PI制御部307は、算出した偏差ΔIdおよびΔIq用いて、次式(1)及び(2)により、指令電圧であるd軸の電圧指令値Vd*、q軸の電圧指令値Vq*(以下、d軸電圧指令値、q軸電圧指令値という)を算出する。なお、本実施形態では、電流PI制御しているため、d軸電圧指令値Vd*は、電圧Vdに等しく、q軸電圧指令値Vq*は、電圧Vqに等しい。このため、本実施形態では、d軸電圧指令値Vd*をd軸電圧指令値Vd、q軸電圧指令値Vq*をq軸電圧指令値Vqとして表す。
電流PI制御部307は、算出したd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqを、2相/3相変換部308に出力する。
2相/3相変換部308は、算出した3相の電圧指令値Vu、Vv、Vwをデューティ計算部309に出力する。
また、オフセット算出部403には、モータ10の各相の巻線抵抗値Ra、各相におけるd軸のインダクタンス成分Ld、q軸のインダクタンス成分Lq、モータ10の鎖交磁束Φaが予め記憶されている。
オフセット算出部403は、記憶されている各値、電流測定部402が出力する回転方向、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*に基づき、後述するようにオフセット誤差補正値Δθ’を算出する。
なお、算出されたオフセット誤差補正値Δθ’は、モータ制御装置30またはオフセット補正装置40の記憶部(不図示)に記憶させておいてもよい。
図2に示すように、レゾルバ20は、モータ10の貫通シャフトにマウントされ、ブラシレスモータのロータ磁界に合わせて調整されている。レゾルバ20は、レゾルバ・ロータ22、1次側コイル(ロータ)24、1次側コイル24と互いに90度離れたふたつの2次側コイル(ステータ)26とで構成されている。1次側に交流電圧を加えると2次側コイルにも電圧が発生する。2次側に出力される電圧の振幅は、θをロータ角度とするとsinθとcosθになる。
レゾルバ20は、これらの2次側コイル26の信号に基づき、モータ10の検出角度を算出する。この算出された検出角度は、モータ10の電気角の回転基準角度(0度)から1回転(360度)の間、電気自動車などでは慣性が大きく、サンプリングタイムに比べて加速度が無視されるので、単調に且つほぼ線形に増加する値となる。したがって、モータ10の複数の回転にわたる算出値は、例えば、のこぎりの歯状の波形となる。レゾルバ20は、この算出値によりモータ10の電気角の検出角度を検出できる。
図3において、横軸は速度を表し、縦軸は電圧、界磁、出力及びトルクを表している。また、図3において、Nbは基底速度であり、Ntは最高速度である。なお、基底速度Nbとは、電圧制御領域における最高速度である。また、最高速度Ntとは、最弱界磁における最高速度である。
曲線g101は、電圧対速度の関係を表し、曲線g102は、出力対速度の関係を表している。曲線g103は、界磁対速度の関係を表し、曲線g104は、トルク対速度の関係を表している。
そして、所定の回転速度以上の領域では、曲線g101のように電圧を一定に保ちながら界磁を曲線g103のように弱めることで、回転速度を上昇させる。このような制御が弱め界磁制御であり、このように電圧が一定且つ回転速度が速くなる領域が弱め界磁制御領域(界磁制御領域)である。
制御系dcqc座標系とは、モータ制御装置30a内のd軸をdc軸、q軸をqc軸に置き換えて表した座標系である。
図4に示すように、モータ制御装置30aは、速度計算部302、速度PI制御部303、電流指令部304a、電流PI制御部307aから構成される。モータ10とレゾルバ20を実座標のd軸q軸で表した制御対象60は、第1位相変換部600、第2位相変換部601、モータ電圧方程式部602、トルク方程式部603、(1/Js)604、(1/s)605、加算部70から構成される。
オフセット補正装置40aは、制御部401、電流測定部402a及びオフセット算出部403aを備えている。
図1と同じ動作部は、同じ符号を用いて説明を省略する。
ここで、遅れ分|ω|Δtを省略すると、第1位相変換部600は、次式(3)のように表される。
ここで、遅れ分|ω|Δtを省略すると、第2位相変換部601は、式(3)の逆行列で次式(4)のように表される。
また、式(5)において、pは微分演算子である。このため、定常状態において、式(5)は、次式(6)のように表される。
オフセット算出部403aは、記憶されている各値、電流測定部402aが出力するモータ10の回転方向を示す情報、dc軸電流指令値Idc *、qc軸電流指令値Iqc *に基づき、オフセット誤差補正値Δθ’を算出する。
d軸電圧及びq軸電圧は、式(6)より、次式(8)及び次式(9)のように表される。
図5において、角度δは、内部相差角(負荷角)であり、q軸と電圧Vのベクトル(以下、電圧ベクトルVという)とのなす角である。図5において、反時計回りが正回転方向であり、d軸に対してq軸が90度進んでいる。
図5に示すように、モータ10に印加される電圧ベクトルVは、d軸電圧Vd(=−Vsinδ)のベクトル(以下、ベクトルVdという)とq軸電圧Vq(=Vcosδ)のベクトル(以下、ベクトルVqという)とに分解できる。
モータ10に流れる電流ベクトルIは、d軸電流Idのベクトル(以下、ベクトルIdという)とq軸電流Iqのベクトル(以下、ベクトルIqという)とに分解できる。
レゾルバ20の組み付けによる誤差、製造による誤差、モータ制御装置30aの遅れにより発生する誤差等が無い場合、図5に示したd軸及びq軸は、モータ制御装置30aのdc軸及びqc軸と一致している。
次に、レゾルバ20にオフセット誤差が有り、d軸及びq軸と制御系座標のdc軸及びqc軸とが一致していない場合におけるベクトルの関係を、図6〜図10を用いて説明する。
図6は、本実施形態に係る角速度が正の場合の実座標における電圧ベクトルの関係の一例を説明する図である。図7は、本実施形態に係る角速度が正の場合の電圧ベクトルの関係の一例を説明する図である。図8は、本実施形態に係る角速度が正の場合の電流ベクトルの関係の一例を説明する図である。
図9は、本実施形態に係る角速度が負の場合の電圧ベクトルの関係の一例を説明する図である。図10は、本実施形態に係る角速度が負の場合の電流ベクトルの関係の一例を説明する図である。
図6〜図8に示す状態は、弱め界磁制御領域で、無負荷状態としたモータ10を、角速度が正になるように、図4のモータ制御装置30aによりモータ10を回転させている状態である。
図6に示すように、実座標d−qにおいて、無負荷状態のモータ10が弱め界磁制御領域で高速で正回転している場合、誘起電圧ベクトルωΦaがq軸の正方向に発生する。また、d軸電流Id及びq軸電流Iqによる電圧成分は、弱め界磁制御で負のd軸電流Id*が指令として生成されているので、誘起電圧ベクトルωΦaを抑えるように電圧ベクトル(ωLdId+RaIq)がq軸の負方向に発生する。このため、q軸電圧ベクトルVqは、電圧ベクトル(ωLdId+RaIq)と誘起電圧ベクトルωΦaとの合成ベクトルである。また、d軸電圧ベクトルVd(=−ωLqIq+RaId)は、d軸の負方向に発生している。また、図6において、電圧ベクトルV1は、モータ10の電圧である。
図6に示したように、弱め界磁制御領域で、無負荷状態としたモータ10を、角速度を正回転させている場合、実座標d−qにおいては、d軸電圧は、微小しか発生していない。
図7に示したように、(V1−ωΦa)ベクトルは、実座標d−qと制御系座標dc1−qc1とで、異なる成分となる。実座標d−qでのd軸成分の−ωLqIq+RaIdは、制御系座標dc1−qc1でのdc1軸成分の−ωLqIqc1+RaIdc1になり、実座標d−qでのq軸成分のωLdId+RaIqは、制御系座標dc1−qc1でのdc1軸成分のωLdIdc1+RaIqc1になる。
図8に示すように、制御系座標dc1−qc1においては、実座標のd軸に対して角度α遅れている電流ベクトルI1が流れる。このαは、無負荷運転の摩擦などの微小トルクに対応するq軸電流による遅れである。この電流ベクトルI1は、dc1軸の正方向の電流ベクトルIdc1と、dc1軸の負方向の電流ベクトルIdc1とに分解できる。
また、図8に示すように、電流ベクトルI1と電流ベクトルIdc1とのなす角は、(オフセット誤差Δθ+遅れ分|ω|Δt)と(実座標d−qのd軸と電流ベクトルI1とのなす角α)との和である。
図9及び図10に示す状態は、弱め界磁制御領域で、無負荷状態としたモータ10を、角速度が負になるように、図4のモータ制御装置30aによりモータ10を回転させている状態である。
図9に示すように、実座標d−qにおいて、無負荷状態のモータ10が弱め界磁制御領域で高速で負回転している場合、誘起電圧ベクトルωΦaがq軸の負方向に発生する。また、d軸電流Id及びq軸電流Iqによる電圧成分は、弱め界磁制御で負のd軸電流Id*が指令として生成されているので、誘起電圧ベクトルωΦaを抑えるように電圧ベクトル(ωLdId+RaIq)がq軸の正方向に発生する。このため、q軸電圧ベクトルVqは、電圧ベクトル(ωLdId+RaIq)と誘起電圧ベクトルωΦaとの合成ベクトルである。また、d軸電圧Vdベクトル(=−ωLqIq+RaId)は、d軸の負方向に発生している。また、図9において、電圧ベクトルV2は、モータ10の電圧である。
図9に示したように、弱め界磁制御領域で、無負荷状態としたモータ10を負回転させている場合、実座標d−qにおいては、d軸電圧は、モータ10の正回転時と同様に微小しか発生していない。
(V2−ωΦa)ベクトルは、実座標d−qと制御系座標dc2−qc2とで、異なる成分となる。実座標d−qでのd軸成分の−ωLqIq+RaIdは、制御系座標dc2−qc2でのdc2軸成分の−ωLqIqc2+RaIdc2になる。また、実座標d−qでのq軸成分のωLdId+RaIqは、制御系座標dc2−qc2でのdc2軸成分のωLdIdc2+RaIqc2になる。
図10に示すように、制御系座標dc2−qc2においては、実座標のd軸に対して角度α進んでいる電流ベクトルI2が流れる。この電流ベクトルI2は、dc2軸の正方向の電流ベクトルIdc2と、dc2軸の負方向の電流ベクトルIdc2とに分解できる。
また、図10に示すように、電流ベクトルI2と電流ベクトルIdc2とのなす角は、(オフセット誤差Δθ−遅れ分|ω|Δt)と(実座標d−qのd軸と電流ベクトルI2とのなす角α)との差である。
図11は、本実施形態に係る弱め界磁制御領域でモータを回転させている場合のオフセット誤差補正値の算出方法を説明する図である。
すなわち、オフセット算出部403aは、無負荷状態としたモータ10を、正回転させた場合のdc1軸電流指令値Idc1、qc1軸電流指令値Iqc1を測定する。次に、オフセット算出部403aは、無負荷状態としたモータ10を、負回転させた場合のdc2軸電流指令値Idc2、qc2軸電流指令値Iqc2を測定する。次に、オフセット算出部403aは、式(14)に各測定した電流指令値を代入して、オフセット誤差補正値Δθ’を算出する。
なお、式(14)を用いて、遅れ分|ω|Δt及び角度αの影響を除去するために、本実施形態では、モータ10の正回転及び負回転において、例えば速度指令値の絶対値を等しくして、各電圧指令値を測定する。
なお、以下のようなオフセット誤差補正値Δθ’の算出は、モータ制御システム1が車両に搭載されている場合、例えば車両の組み立て時、車両の点検時、モータ10もしくはモータ制御装置30の交換時等に行うようにしてもよい。
図12は、本実施形態に係るオフセット誤差補正値の算出手順のフローチャートである。
(ステップS2)電流測定部402aは、dc1軸電流指令値Idc1及びqc1軸電流指令値Iqc1を測定し、測定したdc1軸電流指令値Idc1及びqc1軸電流指令値Iqc1をオフセット算出部403aに出力する。
次に、電流測定部402aは、速度計算部302が出力する角速度ωを取得し、取得した角速度ωに基づいて回転方向を検出する。ステップS2において、電流測定部402aは、回転方向を正方向(正回転)であると検出する。次に、電流測定部402aは、検出した回転方向をオフセット算出部403aに出力する。ステップS2終了後、ステップS3に進む。
(ステップS4)電流測定部402aは、dc2軸電流指令値Idc2及びqc2軸電流指令値Iqc2を測定し、測定したdc2軸電流指令値Idc2及びqc2軸電流指令値Iqc2をオフセット算出部403aに出力する。
次に、電流測定部402aは、速度計算部302が出力する角速度ωを取得し、取得した角速度ωに基づいて回転方向を検出する。ステップS4において、電流測定部402aは、回転方向を負方向(負回転)であると検出する。次に、電流測定部402aは、検出した回転方向をオフセット算出部403aに出力する。ステップS4終了後、ステップS5に進む。
以上で、オフセット誤差補正値算出処理を終了する。
この結果、本実施形態のモータ制御システム1では、無負荷状態のモータ10を、正方向及び逆方向に回転させているので、正方向しか回転させていない従来技術と比較して精度良くオフセット誤差を補正することができる。本実施形態のモータ制御システム1では、オフセット補正装置40の速度指令値により、モータ10の回転を制御しているため、例えばガソリンと電気を用いるハイブリッドカーでなく電気のみでモータ10を駆動する場合においても、モータ10を正回転及び負回転させて、電流指令値を測定してオフセット制御値を算出することができる。
従来技術では、電圧指令値からオフセット誤差補正値を算出していたため、電圧への電力変換部310によるPWM駆動等による高周波ノイズの影響が大きかった。一方、本実施形態のモータ制御システム1では、オフセット誤差補正値を算出するために電流指令値を用いたため、このような高周波ノイズの影響を受けにくいため、高精度にオフセット誤差の制御を行える。
第2実施形態では、モータをd軸電流が発生せず、弱め界磁制御領域に属していない制御領域、例えば界磁一定で制御されている電圧制御領域(図3)で低速回転させているとき、d軸電流指令値を加算することで、d軸電流を流す。
以下、第2実施形態について、詳細に説明する。
図13に示したように、モータ制御装置30bは、速度計算部302、速度PI制御部303、電流指令部304a、電流PI制御部307b、加算部331から構成される。制御対象60は、第1位相変換部600、第2位相変換部601、モータ電圧方程式部602、トルク方程式部603、(1/Js)604、(1/s)605から構成される。
オフセット補正装置40bは、制御部401b、電流測定部402a、オフセット算出部403a、及び加算部70を備えている。
図1及び図3と同じ動作部は、同じ符号を用いて説明を省略する。
オフセット補正装置40bの制御部401bは、モータ10をd軸電流が流れない回転数で、一定速度で回転するように速度指令値を生成し、生成した速度指令値を速度PI制御部303に出力する。また、制御部401bは、モータ10が低速領域で回転している場合、d軸電流を流すようにd軸への加算電流指令値Idc *’を生成し、生成した電流指令値Idc *’を加算部331に出力する。
次に、制御部401bは、強制的にd軸電流を流すために、一定のd軸への加算電流指令値Idc *’を加算部331に出力する。モータ10の回転数が低い場合、このようにd軸へ加算電流を流してもトルクに対する影響はほとんど無い。
モータ10がd軸電流の流れない低速回転しているときに、強制的に加算電流指令値dc *’によりd軸電流を流し、第1実施形態と同様に、モータ10を正回転及び負回転させたときのdc軸の各電流指令値Idc1 *及びIdc2 *、qc軸電流指令値Iqc1 *及び電流指令値Iqc2 *を測定することで、オフセット誤差補正値を式(14)及び(15)を用いて算出できる。なお、正回転及び負回転における速度指令値の大きさの絶対値は等しいことが望ましい。
図14は、本実施形態に係る実機を用いてオフセット誤差を算出した結果の一例を説明する図である。
≪実測方法≫
手順1 無負荷状態のモータに対して、+1000[rpm]の速度指令値で回転させ、d軸電流を加算した時のモータ制御装置30bの内部データを測定する。
手順2 無負荷状態のモータに対して、−1000[rpm]の速度指令値で回転させ、d軸電流を加算した時のモータ制御装置30bの内部データを測定する。
手順3 手順1及び手順2で測定したd軸電流指令値とq軸電流指令値からオフセット誤差補正値を算出する
手順4 手順1〜3について、オフセット誤差に+30[deg]を追加して測定する。
手順5 手順1〜3について、オフセット誤差に−30[deg]を追加して測定する。
図14(c)及び図14(d)は、手順4の実測結果である。すなわち、実機が有しているオフセット誤差に加えて、オフセット誤差を+30[deg]加算した場合の効果を測定した結果である。
図14(b)及び図14(d)において、第1行目は項目を示し、第2行目は回転数が+1000[rpm]の場合のオフセット誤差補正値の計算値を示し、第3行目は回転数が−1000[rpm]の場合のモータ制御装置30bのオフセット誤差補正値の計算値を示している。なお、図14(a)及び図14(c)の計算値は、図14(a)及び図14(c)に示した測定値を、−tan−1(Iq*/Id*)に代入して算出した値である。
図14(d)に示したように、オフセット誤差を1.7[deg]に+30[deg]を加算した場合、正回転のみによるオフセット誤差補正値は+34.5[deg]であり、負回転のみによるオフセット誤差補正値は+28.1[deg]であった。次に、正回転と負回転とのオフセット誤差補正値の平均を算出すると、図14(d)に示したように+31.3[deg]である。すなわち、実機にオフセット誤差が合計+31.7(=1.7+30)[deg]あっても、本実施形態によれば、(オフセット誤差−オフセット誤差補正値)の補正精度を+0.4[deg]に抑えることができる。
正回転または負回転のみの場合と比較して、オフセット誤差の補正精度が抑えられている理由は、正回転と負回転とのオフセット誤差補正値の平均を算出することで、モータ制御装置30bの遅れ要素や無負荷モータの摩擦トルクなどによる影響がキャンセルされているためである。このように、本実施形態によれば、オフセット誤差の補正精度を高精度に抑えることができる。
次に、第3実施形態では、算出したオフセット誤差補正値を自動的に調整する例について説明する。
まず、本実施形態の概要について説明する。
無負荷状態のモータが回転している場合、レゾルバの組み付け誤差やモータ制御装置による信号処理の遅れ要素や、摩擦などの外部トルクが無視できれば、q軸電流Iqは流れていないので、d軸電流指令値Iq*は0である。しかしながら、レゾルバの組み付け誤差やモータ制御装置による信号処理の遅れ要素があると、q軸電流が流れているため、q軸電流指令値Iq*は0ではない。
このため、本実施形態では、無負荷状態のモータが回転している場合のq軸電流指令値を測定し、測定したq軸電流指令値が0になるようにPI制御を行って生成した補正値をモータ制御装置にフィードバックする。そして、モータ制御装置は、生成された補正値をレゾルバが検出した回転角度θに補正してモータ制御を行う。
制御部411は、弱め界磁制御領域でd軸電流が流れる速度指令値を生成し、生成した速度指令値をモータ制御装置30cに出力する。また、制御部411は、モータ10を無負荷状態で回転するように制御する。
電流測定部412は、無負荷状態のモータ10が、弱め界磁制御領域で回転しているとき、q軸電流指令値Iq*を測定し、測定したq軸電流指令値Iq*をPI制御部413に出力する。
PI制御部413は、電流測定部412が出力したq軸電流指令値Iq*と0との偏差に比例積分制御を行って補正値であるオフセット誤差補正値Δθ’を生成し、生成したオフセット誤差補正値Δθ’を加算部414に出力する。
加算部414は、レゾルバ20が出力する検出信号θに、PI制御部413が出力するオフセット誤差補正値Δθ’を補正し、補正した信号を角度測定信号θ’として速度計算部302、3相/2相変換部306、及び2相/3相変換部308に出力する。
図16は、本実施形態に係るオフセット誤差補正値の調整手順のフローチャートである。
≪調整手順≫
(ステップS101)制御部411は、弱め界磁制御領域でd軸電流が流れる速度指令値を生成し、生成した速度指令値をモータ制御装置30cに出力する。ステップS101終了後、ステップS102に進む。
(ステップS102)無負荷状態のモータ10が回転しているとき、電流測定部412は、q軸電流指令値Iq*を測定し、測定したq軸電流指令値Iq*をPI制御部413に出力する。ステップS102終了後、ステップS103に進む。
(ステップS103)PI制御部413は、電流測定部412が出力したq軸電流指令値Iq*と0との偏差に比例積分制御を行って補正値であるオフセット誤差補正値Δθ’を生成し、生成したオフセット誤差補正値Δθ’をレゾルバ20が検出した回転角度θに補正した角度測定信号θ’をモータ制御装置30cに出力する。ステップS103終了後、ステップS104に進む。
(ステップS104)モータ制御装置30cは、オフセット補正装置40cが出力する角度測定信号θ’でモータ制御を行う。ステップS104終了後、ステップS105に進む。
(ステップS105)オフセット補正装置40cは、角度測定信号θ’により補正された後のq軸電流指令値Iq*を測定し、q軸電流指令値Iq*と0との偏差に比例積分制御を行って補正値であるオフセット誤差補正値Δθ’を生成し、検出信号θに補正した角度測定信号θ’をモータ制御装置30cに出力する。
以後、ステップS104及びS105を繰り返して行うことで、オフセット補正装置40c及びモータ制御装置30cは、オフセット誤差補正値を自動的に調整する。または、オフセット補正装置40cは、例えば、繰り返し算出したオフセット誤差補正値の変化が予め定められている値より小さくなった場合、すなわち収束したときのオフセット誤差補正値を固定してPI制御を中止するようにしてもよい。
また、第1実施形態〜第3実施形態において、オフセット補正装置40(40a,40b,40c)の入力を、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*でなく、d軸電流Id及びq軸電流Iqを用いるようにしてもよい。
なお、本実施形態においては、モータ10を無負荷状態で定速回転させてオフセット誤差を算出して、算出したオフセット誤差補正値をレゾルバによる検出信号に加算してモータ制御を行う例を説明したが、これに限られない。モータ10を無負荷状態でなく、正負で逆の一定の負荷トルクがある状態で回転させることで、モータ制御システム1は、図8、図10で説明した角度αをキャンセルすることができる。
Claims (9)
- 電流指令値から、電圧指令値を生成し、モータに流れる検出電流によりフィードバック制御するモータ制御装置であって、
前記モータを一定速度で回転させ、一定電流量のd軸電流を流す速度指令値に基づいて前記モータの速度制御を行う速度制御部と、
前記モータが一定速度で回転し、前記一定電流量のd軸電流が流れているときの前記速度制御部の出力に基づく前記電流指令値を測定する電流測定部と、
前記測定された電流指令値に基づき、前記モータの回転位置に対する補正値を算出する補正値算出部と、
を備え、
前記電流指令値は、
d軸電流指令値及びq軸電流指令値であり、
前記電流測定部は、
前記モータが前記速度指令値に基づいて回転しているとき、前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値を測定し、
前記補正値算出部は、
前記モータが正回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づく第1補正値、及び、前記モータが負回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づく第2補正値を算出し、算出した前記第1補正値及び前記第2補正値に基づいて、前記モータの回転位置に対する補正値を算出する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記補正値算出部は、
前記算出した補正値を前記モータの回転位置に対応した検出値に加算して回転位置を示す値を生成し、
前記速度制御部は、
前記生成された回転位置を示す値に基づき前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記速度制御部は、
前記電流測定部が前記電流指令値を測定するとき、弱め界磁制御領域で、前記モータに前記一定電流量のd軸電流を流す速度指令値に基づいて前記モータの速度制御を行う
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記速度制御部は、
前記電流測定部が前記電流指令値を測定するとき、前記モータの速度が弱め界磁領域に属していない制御領域で、前記電流指令値に前記一定電流量のd軸電流を加算した電流指令値に基づいて前記モータの速度制御を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記速度制御部は、
前記モータの正回転における前記速度指令値と、前記モータの負回転における前記速度指令値の絶対値とが等しくなるように制御し、
前記補正値算出部は、
前記モータが正回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づいて算出した第1補正値と、前記モータが負回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づいて算出した第2補正値との平均を算出して前記補正値を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記電流測定部は、
前記モータが前記速度指令値に基づいて回転しているときのq軸電流指令値を測定し、
前記補正値算出部は、
前記測定されたq軸電流指令値を零にするように比例積分制御して前記補正値を繰り返し算出し、前記算出した補正値に基づいて前記モータの回転位置に対する検出値と加算する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 電流指令値から、電圧指令値を生成し、モータに流れる検出電流によりフィードバック制御するモータ制御装置のモータ制御方法であって、
速度制御部が、前記モータを一定速度で回転させ、一定電流量のd軸電流を流す速度指令値に基づいて前記モータの速度制御を行う速度制御手順と、
電流測定部が、前記モータが一定速度で回転し、前記一定電流量のd軸電流が流れているときの前記速度制御部の出力に基づく前記電流指令値を測定する電流測定手順と、
補正値算出部が、前記測定された電流指令値に基づき、前記モータの回転位置に対する補正値を算出する補正値算出手順と、
を含み、
前記電流指令値は、
d軸電流指令値及びq軸電流指令値であり、
前記電流測定手順は、
前記モータが前記速度指令値に基づいて回転しているとき、前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値を測定し、
前記補正値算出手順は、
前記モータが正回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づく第1補正値、及び、前記モータが負回転しているときの前記測定された前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値との位相に基づく第2補正値を算出し、算出した前記第1補正値及び前記第2補正値に基づいて、前記モータの回転位置に対する補正値を算出する
ことを特徴とするモータ制御方法。 - 前記電流測定手順は、
前記モータが前記速度指令値に基づいて回転しているときの前記q軸電流指令値を測定し、
前記補正値算出手順は、
前記測定されたq軸電流指令値を零にするように比例積分制御して前記補正値を繰り返し算出し、前記算出した補正値に基づいて前記モータの回転位置に対する検出値と加算する
ことを特徴とする請求項8に記載のモータ制御方法。
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