JP6051704B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相同期モータの電機子巻線に通電する電流をフィードバック制御するモータ制御装置に関し、より詳細には、ｄｑ座標軸上における電機子巻線のインダクタンス値の調整手段に関する。

近年、三相同期モータの制御装置にインバータを適用する技術が普及し、旧態と比較して格段に制御性能が向上している。インバータを適用したモータ制御装置では、外部からの指令トルクに基づくとともに、電機子巻線に流れる各相の電流を検出してフィードバックすることで、印加する矩形波電圧の位相を制御したり、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により電圧実効値を制御したりして電流を制御する場合が多い。この種の制御では、回転子の位相角を検出して角速度を演算し、回転子の磁石の位相角を基準とするｄｑ座標軸上で制御演算を行うことが一般的になっている。

ｄｑ座標軸を用いて電機子巻線の電圧方程式を表すと、電機子巻線のインダクタンス値は相互干渉成分として作用する。つまり、角速度とｄ軸インダクタンス値とｄ軸電流とを乗算した電圧がｑ軸電圧の一部として作用するように、ｄ軸とｑ軸との間で相互干渉が起きる。また、インダクタンス値の大きさは、電流の振幅および位相に依存して変化し得る。インダクタンス値の変化は、指令トルクが変化したときの過渡応答特性や、電源電圧変動や負荷変動などに対する安定性に大きな影響を及ぼす。インダクタンス値を考慮したモータ制御装置の技術例が、特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１に開示されたモータの駆動装置は、ｄ軸電流偏差およびｑ軸電流偏差が零になるように制御し、かつ、ｄ軸電流およびｑ軸電流の相互干渉を除去する非干渉制御部を備えたことを特徴としている。さらに、非干渉制御部は、ｄ軸電圧指令補正値およびｑ軸電圧指令補正値をロータの回転速度に基づいて演算する態様が開示されている。これにより、制御動作の安定性を保ちながら制御の応答性が向上する、と記載されている。

特許文献２に開示された交流電動機の制御装置は、インバータと制御手段とからなり、制御手段は電流指令値生成手段、干渉成分算出手段、および干渉成分誤差補正手段を有している。さらに、干渉成分誤差補正手段は、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値の位相と振幅の関数としてｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを設定したマップを用いて干渉成分の誤差を算出する態様が開示されている。これにより、トルク指令値が急峻に変化した場合においても電流応答性の劣化を抑制でき、かつ、過変調領域でも安定で高い電流応答性を確保できる、と記載されている。

特許文献３に開示された電動機制御装置は、電流指令生成部と制御部とを備え、電流指令生成部は電動機の振動を抑制するようにトルク毎に予め決定された電流位相を有する電流指令を生成するようになっている。さらに、電流指令の具体的な生成手段として、トルク毎に電流位相が予め決定された電流マップを用いる態様が開示されている。これにより、ハード的な振動対策や騒音対策を伴うことなく、電動機の静粛性を向上できる、と記載されている。

特開２００４−４０８６１号公報 特開２０１０−１１９２４５号公報 特開２００８−１７６６０号公報

ところで、特許文献１では、実施形態の説明にあるように、インダクタンスＬｄ、Ｌｑは予め決められた定数とされている。したがって、突極型同期モータのようにインダクタンス値が電流の振幅および位相に依存して変化する場合には、相互干渉成分に誤差が生じてしまう。また、特許文献２では、電流指令値をパラメータとしたマップを用いて干渉成分の誤差を算出している。この方法では、モータの個体差や経年特性変化などに起因してインダクタンス値の想定値と実際の値との間にずれが生じると、干渉成分の誤差を正確に求められなくなる。このように、インダクタンス値の変化に追従しなかったり、変化を正確に算出できなかったりすると、電流のフィードバック制御性能が低下して、応答性や安定性が改善しないという問題点がある。

また、特許文献３では、トルク指令値と電流指令値との対応関係が予め決定された電流マップにより固定的に定められている。したがって、経年特性変化などに起因してインダクタンス値が変化した場合には、トルク指令値と電流指令値との対応関係が成り立たなくなり、実際の出力トルクがトルク指令値から外れてしまう。

さらに、特許文献２や３で用いるマップは、事前の適合作業で予め実験的に求めておく必要があり、手間がかかって煩わしい。また、事前の適合作業を行っても、経年特性変化には対応できない。加えて、モータの個体差に対応するためには、事前の適合作業を全数で実施することになるため、大変な手間がかかる。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、電機子巻線のインダクタンス値をフィードバック制御することで事前の適合作業を不要とすること、また、電流の変化やモータの個体差または経年特性変化に対応して電流制御の応答性および安定性を改善したモータ制御装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るモータ制御装置の発明は、回転子に磁石を有し固定子に電機子巻線を有する三相同期モータの前記電機子巻線に流れる三相電流を検出する電流検出部と、前記回転子が回転する位相角を検出し、角速度を演算する回転検出部と、検出した三相電流を、前記回転子の磁石の位相角を基準とするｄｑ座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する検出電流変換部と、外部からの指令トルクに基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を算出する電流指令演算部と、前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記指令ｄ軸電流、および前記指令ｑ軸電流に基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を演算する電圧ベクトル演算部と、前記指令ｄ軸電圧および前記指令ｑ軸電圧を指令三相電圧に変換する指令電圧変換部と、前記指令三相電圧に基づき、実際の三相電圧を生成して前記電機子巻線に印加する電力変換部と、を備えるモータ制御装置であって、前記電圧ベクトル演算部は、前記指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流に基づき、前記電機子巻線のインダクタンス値を含んだ電圧方程式を用いて目標電圧を算出する目標電圧制御器と、前記指令ｄ軸電流から前記ｄ軸電流を減算したｄ軸電流偏差、および前記指令ｑ軸電流から前記ｑ軸電流を減算したｑ軸電流偏差に基づき、積分項を含んだ制御演算により補正電圧を算出する補正電圧制御器と、前記目標電圧と前記補正電圧とを加算して前記指令ｄ軸電圧および前記指令ｑ軸電圧を算出する電圧加算器と、前記補正電圧制御器の積分項の値をゼロに近づけるように前記インダクタンス値をフィードバック制御して前記目標電圧制御器に受け渡すインダクタンス制御器とを含む。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記インダクタンス制御器は、前記補正電圧制御器の積分項の正負の符号を反転した入力に基づき、比例項および積分項を用いた制御演算により前記インダクタンス値を算出する比例積分制御器である。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記補正電圧制御器は、前記ｄ軸電流偏差および前記ｑ軸電流偏差に基づき、比例項および積分項を用いた制御演算により前記補正電圧を算出する比例積分制御器である。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記電流指令演算部は、最大トルク／電流制御法を用いて前記指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流を算出する。

請求項１に係るモータ制御装置の発明では、電圧ベクトル演算部は、指令ｄ軸電流からｄ軸電流を減算したｄ軸電流偏差、および指令ｑ軸電流からｑ軸電流を減算したｑ軸電流偏差に基づいて、電機子巻線のインダクタンス値を可変にフィードバック制御する。つまり、モータの運転中にインダクタンス値の変化を逐次推定してゆくので、予めインダクタンス値を求めてマップなどの形態で保持する事前の適合作業が不要となる。また、電流の変化やモータの経年特性変化などの要因でインダクタンス値が変化したり、モータの個体差によってインダクタンス値がばらついていたりしても、フィードバック制御による推定によってインダクタンス値の誤差が低減される。したがって、電流制御の応答性および安定性を改善できる。

さらに、電圧ベクトル演算部は、目標電圧制御器、補正電圧制御器、電圧加算器、およびインダクタンス制御器を含んでいる。目標電圧制御器は指令トルクおよび指令電流を実現するための目標電圧を算出し、補正電圧制御器は電流偏差を無くすための補正電圧を算出し、電圧加算器は目標電圧と補正電圧とを加算して指令電圧を算出する。一方、インダクタンス制御器は、電流偏差の一因となるインダクタンス値の誤差を低減するように動作する。これらの制御器の協調制御により、インダクタンス値の誤差および電流偏差を無くすフィードバック制御を実現でき、電流制御の応答性および安定性を改善できる。

請求項２に係る発明では、インダクタンス制御器は、補正電圧制御器の積分項の正負の符号を反転した入力に基づく比例積分制御器とされている。補正電圧制御器の積分項はインダクタンス値の誤差に対応して増減する項であるので、比例積分型のインダクタンス制御器を用いてインダクタンス値をフィードバック制御することにより、インダクタンス値の誤差を低減することができる。また、インダクタンス制御器が補正電圧制御器から独立して動作するのでなく、積分項の値を受け取って動作するので、協調制御により確実にインダクタンス値の誤差を低減することができる。仮に、インダクタンス制御器が電流偏差に基づいてインダクタンス値を独立に制御すると、補正電圧制御器との協調制御が難しくなり、例えば、指令電圧が細かく上下動して安定制御できなくなるおそれが生じる。

請求項３に係る発明では、補正電圧制御器は、電流偏差に基づく比例積分制御器とされている。これにより、確実に電流偏差をなくして、実際の出力トルクを指令トルクに一致させることができる。また、積分項の出力をインダクタンス制御器に受け渡して、インダクタンス値の誤差の低減に寄与できる。

請求項４に係る発明では、電流指令演算部は、最大トルク／電流制御法を用いて指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流を算出する。したがって、指令トルクに対して電流を最小にしつつ、請求項１〜３の各効果を得ることができる。

実施形態のモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。 実施形態のモータ制御装置の電圧ベクトル演算部の内部構成を示すブロック図である。 インダクタンス制御器の内部構成の一例を示すブロック図である。 実施形態において、インダクタンス制御器を省略したときの電圧ベクトル演算部内部構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態のモータ制御装置１について、図１〜図４を参考にして説明する。図１は、実施形態のモータ制御装置１の全体構成を示すブロック図である。モータ制御装置１は、ソフトウェアで動作するコンピュータを含んで構成されており、制御対象は三相同期モータ９の三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、制御量はモータ９に印加する三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗである。

三相同期モータ９は、図略の回転子コアに磁石を埋め込み、図略の固定子コアに電機子巻線を巻回して構成した埋込磁石同期モータであり、これに限定されない。モータ制御装置１は、外部から受け取った指令トルクＴｑ^＊に等しいトルクをモータ９から出力すべく、制御演算を行って三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを制御する。指令トルクＴｑ^＊の符号に付された上付きの＊は、制御目標となる指令値を意味し、以下、他の符号でも同様に＊は指令値を意味する。モータ制御装置１は、２個の電流検出部２ｖ、２ｗ、回転検出部３、検出電流変換部４、電流指令演算部５、電圧ベクトル演算部６、指令電圧変換部７、および電力変換部８で構成されている。

２個の電流検出部２ｖ、２ｗは、モータ９の電機子巻線に接続された三相の入力線９１ｕ、９１ｖ、９１ｗのうちのＶ相入力線９１ｖおよびＷ相入力線９１ｗにそれぞれ設けられている。電流検出部２ｖ、２ｗは、例えば周知の変流器や分路抵抗器などを用いて構成でき、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出して、その検出信号を検出電流変換部４に出力する。なお、検出電流変換部４は、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのベクトル和がゼロであることを利用して、三相目のＵ相電流Ｉｕを演算する。

回転検出部３は、三相同期モータ９の回転子が回転する位相角θを検出し、角速度ωを演算する部位である。回転検出部３は、位相角θを検出する角度センサ３１、および位相角θを電気角の角速度ωに変換する角速度変換部３２で構成されている。角度センサ３１には、例えば公知のレゾルバなどを用いることができ、これに限定されない。角度センサ３１は、検出した位相角θを角速度変換部３２、検出電流変換部４、および指令電圧変換部７に送出する。角速度変換部３２は、時間微分に相当する制御演算として、２回の検出で求めた位相角θの変化量を経過時間で除算して角速度ωを算出し、電圧ベクトル演算部６に送出する。

検出電流変換部４は、検出した三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ座標軸上のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する部位である。検出電流変換部４は、位相角θを用いた公知の変換式により、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗからｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出して、電圧ベクトル演算部６に送出する。

電流指令演算部５は、外部から受け取った指令トルクＴｑ^＊を指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊に変換して、電圧ベクトル演算部６に指令する。この変換処理は、例えば、最大トルク／電流制御法を用いて行うことができ、これに限定されない。また、電流指令演算部５は、変換処理に用いるｄ軸インダクタンス値ｌｄおよびｑ軸インダクタンス値ｌｑを電圧ベクトル演算部６から受け取る。

電圧ベクトル演算部６は、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊、および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊に基づいて、指令ｄ軸電圧Ｖｄ^＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を演算し、指令電圧変換部７に指令する。電圧ベクトル演算部６は、制御演算に用いる角速度ωを角速度変換部３２から受け取り、内部で使用しているｄ軸インダクタンス値ｌｄおよびｑ軸インダクタンス値ｌｑを電流指令演算部５に受け渡す。電圧ベクトル演算部６の詳細な内部構成については後述する。

指令電圧変換部７は、位相角θを用いた公知の変換式により、指令ｄ軸電圧Ｖｄ^＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を指令三相電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換し、電力変換部８に指令する。

電力変換部８は、指令三相電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基づき、実際の三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成して電機子巻線に印加する。電力変換部８は公知の回路構成とすることができ、例えば、図略のバッテリ、インバータ回路、および制御回路で構成できる。

次に、電圧ベクトル演算部６の詳細な内部構成について説明する。図２は、実施形態のモータ制御装置１の電圧ベクトル演算部６の内部構成を示すブロック図である。電圧ベクトル演算部６は、図２の上半分に示されたｄ軸演算部６ｄ、および図２の下半分に示されたｑ軸演算部６ｑで構成されている。ｄ軸演算部６ｄは、目標電圧制御器６１ｄ、補正電圧制御器６２ｄ、電圧加算器６７ｄ、およびインダクタンス制御器６９ｄなどで構成されている。同様に、ｑ軸演算部６ｑは、目標電圧制御器６１ｑ、補正電圧制御器６２ｑ、電圧加算器６７ｑ、およびインダクタンス制御器６９ｑなどで構成されている。

ｄ軸演算部６ｄの目標電圧制御器６１ｄは、指令トルクＴｑ^＊、指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊、および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊を実現するために目標ｄ軸電圧Ｖｄ１を制御演算する部位である。目標電圧制御器６１ｄは、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑを含んだ次の電圧方程式（１）を用いて、目標ｄ軸電圧Ｖｄ１を算出する。
目標ｄ軸電圧Ｖｄ１＝Ｒ・Ｉｄ^＊−ω・Ｌｑ・Ｉｑ^＊………（１）
ここで、Ｒは、電機子巻線の既知の抵抗値である。また、ｑ軸インダクタンス値Ｌｑには、インダクタンス制御器６９ｄから受け取った値を用いる。

補正電圧制御器６２ｄは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを無くすために、補正ｄ軸電圧Ｖｄ２を制御演算する部位である。補正電圧制御器６２ｄには比例積分制御器が採用されており、具体的には、偏差演算器６３ｄ、比例制御器６４ｄ、積分制御器６５ｄ、および加算器６６ｄで構成されている。偏差演算器６３ｄは、ｄ軸指令電流Ｉｄ^＊からｄ軸電流Ｉｄを減算してｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出し、比例制御器６４ｄおよび積分制御器６５ｄに送出する。

比例制御器６４ｄは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄにｄ軸比例項定数ＫｄＰを乗算し、ｄ軸比例項補正電圧ＶｄＰを算出する。積分制御器６５ｄは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを時間積分した後にｄ軸積分項定数ＫｄＩを乗算し、ｄ軸積分項補正電圧ＶｄＩを算出する。加算器６６ｄは、ｄ軸比例項補正電圧ＶｄＰとｄ軸積分項補正電圧ＶｄＩとを加算して補正ｄ軸電圧Ｖｄ２とし、電圧加算器６７ｄに送出する。

電圧加算器６７ｄは、目標ｄ軸電圧Ｖｄ１と補正ｄ軸電圧Ｖｄ２とを加算して、指令ｄ軸電圧Ｖｄ^＊を算出する。また、反転器６８ｄは、ｄ軸積分項補正電圧ＶｄＩの正負の符号を反転して、インダクタンス制御器６９ｄに送出する。

インダクタンス制御器６９ｄは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄの一因となるｑ軸インダクタンス値Ｌｑの誤差を低減するための部位である。インダクタンス制御器６９ｄは、ｄ軸積分項補正電圧ＶｄＩの符号反転値（―ＶｄＩ）に基づき、制御演算ｆｄを行ってｑ軸インダクタンス値Ｌｑを算出し、目標電圧制御器６１ｄに受け渡す。図３は、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑの内部構成の一例を示すブロック図である。図示されるように、インダクタンス制御器６９ｄの制御演算ｆｄには比例積分制御器が採用されており、具体的には、比例制御器６９１ｄ、積分制御器６９２ｄ、および加算器６９３ｄで構成されている。

インダクタンス制御器６９ｄの比例制御器６９１ｄは、前述の符号反転値（―ＶｄＩ）を入力として比例項定数Ｋ１を乗算し、ｑ軸比例項インダクタンス値ＬｑＰを演算する。積分制御器６９２ｄは、符号反転値（―ＶｄＩ）を時間積分した後に積分項定数Ｋ２を乗算し、ｑ軸積分項インダクタンス値ＬｑＩを算出する。加算器６９３ｄは、ｑ軸比例項インダクタンス値ＬｑＰとｑ軸積分項インダクタンス値ＬｑＩとを加算してｑ軸インダクタンス値Ｌｑを算出する。

図２に戻り、ｑ軸演算部６ｑの内部構成は、電圧方程式が異なることを除いてｄ軸演算部６ｄに類似している。ｑ軸演算部６ｑの目標電圧制御器６１ｑは、指令トルクＴｑ^＊、指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊、および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊を実現するために、目標ｑ軸電圧Ｖｑ１を制御演算する部位である。目標電圧制御器６１ｑは、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄを含んだ次の電圧方程式（２）を用いて、目標ｑ軸電圧Ｖｑ１を算出する。
目標ｑ軸電圧Ｖｑ１＝ω・Ψ＋Ｒ・Ｉｑ^＊−ω・Ｌｄ・Ｉｄ^＊………（２）
ここで、Ψは電機子巻線の既知の誘起電圧定数である。また、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄには、インダクタンス制御器６９ｑから受け取った値を用いる。

補正電圧制御器６２ｑは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを低減するために、補正ｑ軸電圧Ｖｑ２を制御演算する部位である。補正電圧制御器６２ｑには比例積分制御器が採用されており、具体的には、偏差演算器６３ｑ、比例制御器６４ｑ、積分制御器６５ｑ、および加算器６６ｑで構成されている。偏差演算器６３ｑは、ｑ指令電流Ｉｑ^＊からｑ軸電流Ｉｑを減算してｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出し、比例制御器６４ｑおよび積分制御器６５ｑに送出する。

比例制御器６４ｑは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑにｑ軸比例項定数ＫｑＰを乗算し、ｑ軸比例項補正電圧ＶｑＰを算出する。積分制御器６５ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩｑを時間積分した後にｑ軸積分項定数ＫｑＩを乗算し、ｑ軸積分項補正電圧ＶｑＩを算出する。加算器６６ｑは、ｑ軸比例項補正電圧ＶｑＰとｑ軸積分項補正電圧ＶｑＩとを加算して補正ｑ軸電圧Ｖｑ２とし、電圧加算器６７ｑに送出する。

電圧加算器６７ｑは、目標ｑ軸電圧Ｖｑ１と補正ｑ軸電圧Ｖｑ２とを加算して、指令ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を算出する。また、反転器６８ｑは、ｑ軸積分項補正電圧ＶｑＩの正負の符号を反転して、インダクタンス制御器６９ｑに送出する。

インダクタンス制御器６９ｑは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑの一因となるｄ軸インダクタンス値Ｌｄの誤差を低減するための部位である。インダクタンス制御器６９ｑは、ｑ軸積分項補正電圧ＶｑＩの符号反転値（―ＶｑＩ）に基づき、制御演算ｆｑを行ってｄ軸インダクタンス値Ｌｄを算出し、目標電圧制御器６１ｑに受け渡す。図３に示されるように、インダクタンス制御器６９ｑの制御演算ｆｑには比例積分制御器が採用されており、具体的には、比例制御器６９１ｑ、積分制御器６９２ｑ、および加算器６９３ｑで構成されている。

インダクタンス制御器６９ｑの比例制御器６９１ｑは、前述の符号反転値（―ＶｑＩ）を入力として比例項定数Ｋ３を乗算し、ｄ軸比例項インダクタンス値ＬｄＰを算出する。積分制御器６９２ｑは、符号反転値（―ＶｑＩ）を時間積分した後に積分項定数Ｋ４を乗算し、ｄ軸積分項インダクタンス値ＬｄＩを算出する。加算器６９３ｑは、ｄ軸比例項インダクタンス値ＬｄＰとｄ軸積分項インダクタンス値ＬｄＩとを加算してｄ軸インダクタンス値Ｌｄを算出する。

次に、実施形態のモータ制御装置１の作用について説明する。実施形態において、指令トルクＴｑ^＊が一定で、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑが定常値に落ち着いた場合を考える。この場合、指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊と実際のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとの間に電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが無くなる。さらに、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄおよびｑ軸インダクタンス値Ｌｑの誤差が無ければ、補正ｄ軸電圧Ｖｄ２および補正ｑ軸電圧Ｖｑ２はゼロになり、目標ｄ軸電圧Ｖｄ１および目標ｑ軸電圧Ｖｑ１だけで指令ｄ軸電圧Ｖｄ^＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を算出できる。式で表せば、次の数式（３）（４）が成り立つ。
指令ｄ軸電圧Ｖｄ^＊＝Ｒ・Ｉｄ^＊−ω・Ｌｑ・Ｉｑ^＊………（３）
指令ｑ軸電圧Ｖｑ^＊＝ω・Ψ＋Ｒ・Ｉｑ^＊−ω・Ｌｄ・Ｉｄ^＊………（４）

ここで、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑを省略した構成を仮想する。図４は、実施形態において、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑを省略したときの電圧ベクトル演算部６Ａの内部構成を示すブロック図である。加えて、モータ制御装置１の内部で扱うｄ軸インダクタンス値Ｌｄおよびｑ軸インダクタンス値Ｌｑがそれぞれ、真値ＬｄＴ、ＬｑＴに対して誤差ΔＬｄ、ΔＬｑを有している場合、換言すれば、次の数式（５）（６）の場合を考える。
Ｌｄ＝ＬｄＴ＋ΔＬｄ………（５）
Ｌｑ＝ＬｑＴ＋ΔＬｑ………（６）

数式（６）を数式（３）に代入すれば数式（７）が得られる。
Ｖｄ^＊＝Ｒ・Ｉｄ^＊−ω・（ＬｑＴ＋ΔＬｑ）・Ｉｑ^＊
＝｛Ｒ・Ｉｄ^＊−ω・ＬｑＴ・Ｉｑ^＊｝＋｛−ω・ΔＬｑ・Ｉｑ^＊｝……（７）
ここで、数式（７）の右辺第１項｛Ｒ・Ｉｄ^＊−ω・ＬｑＴ・Ｉｑ^＊｝は、目標ｄ軸電圧Ｖｄ１に相当する。したがって、右辺第２項｛−ω・ΔＬｑ・Ｉｑ^＊｝を補正ｄ軸電圧Ｖｄ２に対応する量と見なすことができ、補正電圧制御器６２ｄによりフィードバック制御できる。

さらに、ｄ軸電流偏差ΔＩｄが無い状態であるので、補正電圧制御器６２ｄの中のｄ軸比例項補正電圧ＶｄＰはゼロになっている。結局、ｄ軸積分項補正電圧ＶｄＩが補正ｄ軸電圧Ｖｄ２となり、右辺第２項｛−ω・ΔＬｑ・Ｉｑ^＊｝に対応している。よって、インダクタンス制御器６９ｐを設けてｄ軸積分項補正電圧Ｖｄ２をゼロに近づけるように制御することは、右辺第２項｛−ω・ΔＬｑ・Ｉｑ^＊｝をゼロに近づけることになる。したがって、誤差ΔＬｑを低減することができる。

同様に、数式（５）を数式（４）に代入すれば数式（８）が得られる。
Ｖｑ^＊＝ω・Ψ＋Ｒ・Ｉｑ^＊−ω・（ＬｄＴ＋ΔＬｄ）・Ｉｄ^＊
＝｛ω・Ψ＋Ｒ・Ｉｑ^＊−ω・ＬｄＴ・Ｉｄ^＊｝
＋｛−ω・ΔＬｄ・Ｉｄ^＊｝………（８）
ここで、数式（８）の右辺第１項｛ω・Ψ＋Ｒ・Ｉｑ^＊−ω・ＬｄＴ・Ｉｄ^＊｝は、目標ｑ軸電圧Ｖｑ１に相当する。したがって、右辺第２項｛−ω・ΔＬｄ・Ｉｄ^＊｝を補正ｑ軸電圧Ｖｑ２に対応する量と見なすことができ、補正電圧制御器６２ｑによりフィードバック制御できる。

さらに、ｑ軸電流偏差ΔＩｑが無い状態であるので、補正電圧制御器６２ｑの中のｑ軸比例項補正電圧ＶｑＰはゼロになっている。結局、ｑ軸積分項補正電圧ＶｑＩが補正ｑ軸電圧Ｖｑ２となり、右辺第２項｛−ω・ΔＬｄ・Ｉｄ^＊｝に対応している。よって、インダクタンス制御器６９ｑを設けてｑ軸積分項補正電圧Ｖｑ２をゼロに近づけるように制御することは、右辺第２項｛−ω・ΔＬｄ・Ｉｄ^＊｝をゼロに近づけることになる。したがって、誤差ΔＬｄを低減することができる。

次に、実施形態において、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが生じている一般的な場合を考える。この場合、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを低減するように、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑ内で比例項補正電圧ＶｄＰ、ＶｑＰおよび積分項補正電圧ＶｄＩ、ＶｑＩが発生する。これに重畳して、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄおよびｑ軸インダクタンス値Ｌｑの変化を調整するように、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑが作用する。したがって、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑおよびインダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑの協調制御により、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑは急峻に低減される。

なお、指令トルクＴｑ^＊の変更により指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊が変化した場合には、必ず電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが生じて、上述の低減作用が発生する。この場合には、目標電圧制御器６１ｄ、６１ｑによる目標ｄ軸電圧Ｖｄ１および目標ｑ軸電圧Ｖｑ１の変更制御も併せて行われる。

実施形態のモータ制御装置１の電圧ベクトル演算部６は、目標電圧制御器６１ｄ、６１ｑ、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑ、電圧加算器６７ｄ、６７ｑ、およびインダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑを含み、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、電機子巻線のｄ軸およびｑ軸インダクタンス値Ｌｐ、Ｌｑを可変にフィードバック制御する。つまり、モータ９の運転中にインダクタンス値Ｌｐ、Ｌｑの変化を逐次推定してゆくので、予めインダクタンス値を求めてマップなどの形態で保持する事前の適合作業が不要となる。また、電流の変化やモータ９の経年特性変化などの要因でインダクタンス値Ｌｐ、Ｌｑが変化したり、モータ９の個体差によってインダクタンス値Ｌｐ、Ｌｑがばらついていたりしても、フィードバック制御による推定によってインダクタンス値Ｌｐ、Ｌｑの誤差が低減される。したがって、電流制御の応答性および安定性を改善できる。

さらに、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑは、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑの積分項の符号を反転した入力値（−ＶｄＩ、−ＶｑＩ）に基づく比例積分制御器とされている。このため、インダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑは、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑと、協調して制御を行うことができる。これらの総合的な作用により、確実にインダクタンス値Ｌｄ、Ｌｑの誤差が低減される。仮に、インダクタンス制御器が電流偏差に基づいてインダクタンス値を独立に制御すると、補正電圧制御器との協調制御が難しくなり、例えば、指令電圧が細かく上下動して安定制御できなくなるおそれが生じる。

さらに、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑは、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑに基づく比例積分制御器とされている。これにより、確実に電流偏差をなくして、実際の出力トルクを指令トルクＴｑ^＊に一致させることができる。また、電流指令演算部４は、最大トルク／電流制御法を用いて指令ｄ軸電流Ｉｄ^＊および指令ｑ軸電流Ｉｑ^＊を算出する。したがって、指令トルクＴｑ^＊に対して電流を最小にできる。

なお、補正電圧制御器６２ｄ、６２ｑやインダクタンス制御器６９ｄ、６９ｑは、比例積分制御器に限定されず、その他の制御方式を用いることもできる。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

１：モータ制御装置
２ｖ、２ｗ：電流検出部
３：回転検出部 ３１：角度センサ ３２：角速度変換部
４：検出電流変換部
５：電流指令演算部
６：電圧ベクトル演算部 ６ｄ：ｄ軸演算部 ６ｑ：ｑ軸演算部
６１ｄ、６１ｑ：目標電圧制御器 ６２ｄ、６２ｑ：補正電圧制御器
６３ｄ、６３ｑ：偏差演算器 ６４ｄ、６４ｑ；比例制御器
６５ｄ、６５ｑ：積分制御器 ６６ｄ、６６ｑ：加算器
６７ｄ、６７ｑ：電圧加算器 ６８ｄ、６８ｑ：反転器
６９ｄ、６９ｑ：インダクタンス制御器 ６９１ｄ、６９１ｑ：比例制御器
６９２ｄ、６９２ｑ：積分制御器 ６９３ｄ、６９３ｑ：加算器
７：指令電圧変換部
８：電力変換部
９：三相同期モータ
Ｔｑ^＊：指令トルク Ｉｄ^＊：指令ｄ軸電流 Ｉｑ^＊：指令ｑ軸電流
Ｖｄ^＊：指令ｄ軸電圧 Ｖｑ^＊：指令ｑ軸電圧
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ：三相電圧 Ｉｖ、Ｉｗ：Ｖ相およびＷ相電流
θ：位相角 ω：角速度
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス値 Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス値
Ｉｄ：ｄ軸電流 ΔＩｄ：ｄ軸電流偏差
Ｉｑ：ｑ軸電流 ΔＩｑ：ｑ軸電流偏差
Ｖｄ１：目標ｄ軸電圧 Ｖｄ２：補正ｄ軸電圧
Ｖｑ１：目標ｑ軸電圧 Ｖｑ２：補正ｑ軸電圧

Claims (4)

1. 回転子に磁石を有し固定子に電機子巻線を有する三相同期モータの前記電機子巻線に流れる三相電流を検出する電流検出部と、
   前記回転子が回転する位相角を検出し、角速度を演算する回転検出部と、
   検出した三相電流を、前記回転子の磁石の位相角を基準とするｄｑ座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する検出電流変換部と、
   外部からの指令トルクに基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を算出する電流指令演算部と、
   前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記指令ｄ軸電流、および前記指令ｑ軸電流に基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を演算する電圧ベクトル演算部と、
   前記指令ｄ軸電圧および前記指令ｑ軸電圧を指令三相電圧に変換する指令電圧変換部と、
   前記指令三相電圧に基づき、実際の三相電圧を生成して前記電機子巻線に印加する電力変換部と、を備えるモータ制御装置であって、
   前記電圧ベクトル演算部は、
   前記指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流に基づき、前記電機子巻線のインダクタンス値を含んだ電圧方程式を用いて目標電圧を算出する目標電圧制御器と、
   前記指令ｄ軸電流から前記ｄ軸電流を減算したｄ軸電流偏差、および前記指令ｑ軸電流から前記ｑ軸電流を減算したｑ軸電流偏差に基づき、積分項を含んだ制御演算により補正電圧を算出する補正電圧制御器と、
   前記目標電圧と前記補正電圧とを加算して前記指令ｄ軸電圧および前記指令ｑ軸電圧を算出する電圧加算器と、
   前記補正電圧制御器の積分項の値をゼロに近づけるように前記インダクタンス値をフィードバック制御して前記目標電圧制御器に受け渡すインダクタンス制御器とを含むモータ制御装置。
2. 請求項１において、前記インダクタンス制御器は、前記補正電圧制御器の積分項の正負の符号を反転した入力に基づき、比例項および積分項を用いた制御演算により前記インダクタンス値を算出する比例積分制御器であるモータ制御装置。
3. 請求項１または２において、前記補正電圧制御器は、前記ｄ軸電流偏差および前記ｑ軸電流偏差に基づき、比例項および積分項を用いた制御演算により前記補正電圧を算出する比例積分制御器であるモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記電流指令演算部は、最大トルク／電流制御法を用いて前記指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流を算出するモータ制御装置。

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