JP6972832B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば、自動車用や鉄道車両用の速度センサレス制御システムにおける交流電動機の制御装置に関し、特に、所定の周波数成分を除去する周波数成分除去部を備える交流電動機の制御装置に関する。

従来、所定の周波数成分を除去する周波数成分除去部を備える交流電動機の制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の電動機の制御装置は、位置・速度推定部と、演算器と、速度制御部と、電流制御部と、電流検出器と、を備えている。演算器は、位置・速度推定部によって推定された電動機の回転速度と速度指令との差分を出力する。また、速度制御部には、演算器からの出力が入力されている。速度制御部は、電動機の回転速度が速度指令に追従するように制御演算を行い、電流指令を出力する。また、電流制御部には、速度制御部からの出力が入力されている。電流制御部は、電流検出器により検出された電動機に入力される電流が電流指令に追従するように制御演算を行い、電動機に印加する電圧を出力する。位置・速度推定部は、電流制御部から入力される電流と電圧の情報に基づいて、電動機の回転位置および回転速度を推定する。

位置・速度推定部は、位置誤差推定器と、ノッチフィルタと、位置・速度推定演算器とを含んでいる。位置誤差推定器は、電流制御部から入力される電流と電圧との情報に基づいて位置誤差を推定する。ノッチフィルタは、位置誤差推定器により推定された位置誤差から高調波成分を除去する。そして、位置・速度推定演算器は、ノッチフィルタによって高調波成分が除去された位置誤差に基づいて、電動機の回転位置および回転速度を推定する。この場合、位置・速度推定演算器からの出力に基づいて、位置・速度推定の制御系が安定な制御系か否かが判定される。位置・速度推定の制御系が安定である場合には、ノッチフィルタの個数が１つ増加される。この制御は、位置・速度推定の制御系が不安定になるまで繰り返される。これにより、制御の安定性を確保可能なノッチフィルタの個数が決定される。そして、位置・速度推定部では、制御系の安定性が確保された個数のノッチフィルタを用いて位置速度を推定するためのフィードバック制御が行われる。

特開２０１５−３３２８２号公報

ここで、一般的に、フィードバック制御において、制御を乱す外的要因が発生して制御系が不安定になった場合に、制御系が安定に戻らず不安定な状態が維持される場合がある。このような場合、上記特許文献１に記載の電動機の制御装置では、位置・速度推定の制御系が不安定になることによって、制御の安定性を確保可能な個数のノッチフィルタを用いたとしても制御系が安定に戻らず、電動機の回転速度（回転位置）を正確に推定することが困難になるという不都合がある。すなわち、上記特許文献１に記載の電動機の制御装置では、電動機の回転速度（回転位置）の推定を安定的に行うことが困難になる場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、交流電動機の回転速度を安定的に推定することが可能な交流電動機の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、この発明の第１の局面による交流電動機の制御装置は、交流電動機を駆動するためのトルク指令値または速度指令値のいずれか一方に基づいて設定された電圧指令値と、交流電動機の駆動時の電流が検出された電流検出値とに基づいて交流電動機の駆動を制御する交流電動機の制御装置であって、交流電動機を駆動する電力変換器と、電圧指令値および電流検出値に基づいて、電力変換器の出力電圧の周波数、および、交流電動機の回転速度の推定値のうちの少なくともいずれか一方を取得する取得部と、取得部により取得された取得値を入力値として、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去する周波数成分除去部と、周波数成分除去部による所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するために用いられる取得値の範囲を制限するリミッタと、を備える。

ここで、制御系が不安定になった場合に制御系を安定に戻すように制御（調整）するフィードバック制御とは異なり、フィードフォワード制御では、制御を乱す外的要因が発生しても制御系が不安定にならないように予め制御（調整）されている。したがって、この発明の第１の局面による交流電動機の制御装置では、上記のように、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去する周波数成分除去部を備えることによって、周波数成分の除去における制御が不安定になることを抑制することができる。これにより、インバータの出力電圧の周波数、および、交流電動機の回転速度の推定値から所定の周波数成分を安定的に除去することができる。その結果、交流電動機の回転速度を安定的に推定することができる。

上記第１の局面による交流電動機の制御装置において、好ましくは、上記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された情報に基づいて、周波数成分除去部による所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、周波数成分除去部は、上記取得値、および、パラメータ演算部により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去するように構成されている。ここで、フィードバック制御により所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得する場合、制御系が不安定になることに起因して、取得されるパラメータの状態（値）も不安定になる場合がある。したがって、フィードフォワード制御によりパラメータを取得することによって、パラメータの状態（値）を安定させることができる。これにより、交流電動機の回転速度をより安定的に推定することができる。

また、パラメータの取得に不要な範囲がリミッタにより制限されるので、パラメータ演算部による制御負荷を軽減させることができる。

上記第１の局面による交流電動機の制御装置において、好ましくは、周波数成分除去部は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行うように構成されている。ここで、上記取得値において低周波数側の周波数成分と高周波数側の周波数成分とが重なり合っている場合に、比較的煩雑な形状の波形を有する高周波数側の成分が残った状態で低周波数側の成分を正確に除去することは比較的困難である。したがって、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行うことによって、煩雑な形状の波形を有する高周波数側の成分を除去した状態で低周波数側の成分の除去を行うことができるので、上記取得値において低周波数側の周波数成分と高周波数側の周波数成分とが重なり合っている場合でも、低周波数側の周波数成分を比較的容易に除去することができる。

上記第１の局面による交流電動機の制御装置において、好ましくは、周波数成分除去部は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、上記取得値に生じるリプルの大きさの大きい周波数から順に周波数成分の除去を行うように構成されている。このように構成すれば、複数の周波数成分の除去のうちの少なくとも後段においては、推定誤差に起因するリプル（脈動成分）の影響を比較的抑制した状態で周波数成分の除去を行うことができる。その結果、比較的大きなリプルが残った状態で複数の周波数成分の除去を行う場合に比べて、交流電動機の回転速度の推定誤差を効果的に低減することができる。

上記周波数成分除去部が互いに異なる複数の周波数成分を除去する交流電動機の制御装置において、好ましくは、上記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された情報に基づいて、周波数成分除去部による所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、周波数成分除去部は、複数の周波数成分の除去のうち、最初に行われる周波数成分の除去に用いられる情報に基づいてパラメータ演算部により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により複数の周波数成分の各々の除去を行うように構成されている。このように構成すれば、複数の周波数成分の除去の各々において、共通の情報に基づいてパラメータ演算部によりパラメータを取得することができる。その結果、互いに異なる情報に基づいてパラメータ演算部によりパラメータを取得する場合に比べて、パラメータ演算部に入力される情報量を低減させることができるので、パラメータ演算部の制御負荷を軽減させることができる。

上記周波数成分除去部が互いに異なる複数の周波数成分を除去する交流電動機の制御装置において、好ましくは、上記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された情報に基づいて、周波数成分除去部による所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、周波数成分除去部は、上記取得値に基づく第１情報に基づいてパラメータ演算部により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により第１周波数成分の除去を行うとともに、第１周波数成分が除去された上記取得値に基づく第２情報に基づいてパラメータ演算部により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により第１周波数成分とは異なる第２周波数成分の除去を行うように構成されている。このように構成すれば、第１周波数成分が除去された上記取得値に基づく第２情報に基づいてパラメータ演算部によりパラメータが取得されることによって、推定誤差に起因する第１周波数成分が除去された状態で第２周波数成分の除去において用いられるパラメータを取得することができるので、第２周波数成分の除去においてより適切なパラメータをパラメータ演算部により取得することができる。

この発明の第２の局面による交流電動機の制御装置は、交流電動機を駆動するためのトルク指令値または速度指令値のいずれか一方に基づいて設定された電圧指令値と、交流電動機の駆動時の電流が検出された電流検出値とに基づいて交流電動機の駆動を制御する交流電動機の制御装置であって、制御部と、交流電動機を駆動する電力変換器と、を備え、制御部は、電圧指令値および電流検出値に基づいて、電力変換器の出力電圧の周波数、および、交流電動機の回転速度の推定値のうちの少なくともいずれか一方を取得し、取得された取得値に基づいて、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去するとともに、所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するために用いられる取得値の範囲を制限するように構成されている。

この発明の第２の局面による交流電動機の制御装置では、上記のように、制御部が、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去するように構成されていることによって、周波数成分の除去における制御が不安定になることを抑制することができる。これにより、交流電動機の回転速度を安定的に推定することができる。
また、パラメータの取得に不要な範囲が制限されるので、制御部によるパラメータの取得の制御負荷を軽減させることができる。

上記第２の局面による交流電動機の制御装置において、好ましくは、制御部は、上記取得値に基づく情報に基づいて、所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得し、上記取得値、および、取得されたパラメータに基づいて、フィードフォワード制御により上記取得値から所定の周波数成分を除去するように構成されている。このように構成すれば、制御部が、フィードフォワード制御によりパラメータを取得することによって、パラメータの状態（値）を安定させることができる。これにより、交流電動機の回転速度をより安定的に推定することができる。

本発明によれば、上記のように、交流電動機の回転速度を安定的に推定することができる。

第１〜第３実施形態による交流電動機の制御装置の全体構成を示した図である。 第１〜第３実施形態による周波数成分除去部による所定の周波数成分の除去を説明するための概略図である。 第１実施形態による交流電動機の制御装置の周波数成分除去部を説明するための図である。 第２実施形態による交流電動機の制御装置の周波数成分除去部を説明するための図である。 第３実施形態による交流電動機の制御装置の周波数成分除去部を説明するための図である。 第１〜第３実施形態の変形例による交流電動機の制御装置の全体構成を示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図３を参照して、第１実施形態による交流電動機１の制御装置１００の構成について説明する。なお、交流電動機１は、誘導電動機である。

（交流電動機の制御装置の構成）
まず、図１を参照して、交流電動機１の制御装置１００の構成について説明する。図１に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ２と、ＰＷＭインバータ３とを備える。ＣＰＵ２は、指令値発生手段４、モータ制御手段５、座標変換手段６、座標変換手段７、一次周波数演算手段８、速度推定手段９、周波数成分除去手段１０、フィルタパラメータ演算手段１１、および、周波数制限手段１２として機能するように構成されている。なお、ＣＰＵ２において、指令値発生手段４と、モータ制御手段５と、座標変換手段６と、座標変換手段７と、一次周波数演算手段８と、速度推定手段９と、周波数成分除去手段１０と、フィルタパラメータ演算手段１１と、周波数制限手段１２との機能は、プログラムなどのソフトウェアにより実現することが可能である。なお、速度推定手段９および周波数成分除去手段１０は、それぞれ、特許請求の範囲の「取得部」および「周波数成分除去部」の一例である。また、ＣＰＵ２およびＰＷＭインバータ３は、それぞれ、特許請求の範囲の「制御部」および「電力変換器」の一例である。また、フィルタパラメータ演算手段１１および周波数制限手段１２は、それぞれ、特許請求の範囲の「パラメータ演算部」および「リミッタ」の一例である。なお、図１は概略図であり、説明に不要な機能（ブロック）は図示および説明を省略している。

指令値発生手段４（ＣＰＵ２）は、交流電動機１を駆動するためのトルク指令値および速度指令値を出力する。また、モータ制御手段５（ＣＰＵ２）は、指令値発生手段４により出力されたトルク指令値または速度指令値のいずれか一方（たとえば、第１実施形態では速度指令値）に基づいてＰＩ制御を行うことにより電圧指令値を設定する。

座標変換手段６（ＣＰＵ２）は、モータ制御手段５によって設定された電圧指令値の座標系を回転座標から固定座標に変換する。また、ＰＷＭインバータ３は、座標変換手段６からの出力に基づいて、交流電動機１を駆動するための電圧を出力する。

座標変換手段７（ＣＰＵ２）は、ＰＷＭインバータ３から交流電動機１に流れる電流の座標系を固定座標から回転座標に変換する。座標変換手段７により座標系が変換されて得られた電流検出値（交流電動機１の駆動時の電流）に基づいて、モータ制御手段５によりＰＩ制御が行われる。すなわち、制御装置１００は、モータ制御手段５から出力される電圧指令値、および、座標変換手段７から出力される電流検出値に基づいて、交流電動機１の駆動を制御している。

また、一次周波数演算手段８（ＣＰＵ２）は、モータ制御手段５により設定された電圧指令値、および、座標変換手段７により取得される電流検出値に基づいて、ＰＷＭインバータ３の出力電圧の周波数（一次周波数指令値ω１）を取得（算出）する。

速度推定手段９（ＣＰＵ２）は、一次周波数演算手段８により取得された一次周波数指令値ω１に基づいて、交流電動機１の回転速度を推定する。具体的には、速度推定手段９は、一次周波数演算手段８により取得された一次周波数指令値ω１から、図示しないすべり周波数演算手段により取得された交流電動機１のすべり周波数指令値を減算することによって、交流電動機１の回転速度の推定値ωｒを取得（算出）する。なお、交流電動機１の回転速度の推定値ωｒは、特許請求の範囲の「取得値」の一例である。

ここで、交流電動機１の回転速度の推定値ωｒは、上記のように、制御装置１００内の電圧および電流に基づいて取得されるため、制御装置１００内の電圧および電流に含まれるリプル成分が推定値ωｒに現われる（重畳する）。具体的には、推定値ωｒには、交流電動機１の基本周波数の１倍、２倍、および、６倍の周波数のリプル成分が顕著に現われる。なお、基本周波数の１倍の周波数のリプル成分は、ＰＷＭインバータ３が発生した電圧のオフセット誤差、および、電流検出器の有するオフセット誤差に起因して現われる。また、基本周波数の２倍の周波数のリプル成分は、３相の交流電流（電圧）の振幅がアンバランスになったことに起因して現われる。また、基本周波数の６倍の周波数のリプル成分は、３相の交流電流のゼロ値付近に生じる歪みに起因して現われる。

ここで、第１実施形態では、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２）は、速度推定手段９により取得された推定値ωｒを入力値として、フィードフォワード制御により推定値ωｒから所定の周波数成分を除去する。なお、周波数成分除去手段１０は、ノッチフィルタ（バンドエリミネーションフィルタ（Ｂａｎｄ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ））により構成されている。

図２に示すように、周波数成分除去手段１０は、所定の除去周波数を中心に一定の範囲の周波数成分をカットして振幅をゼロにするように構成されている。なお、図２は概略図である。

具体的には、図３に示すように、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２（図１参照））は、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａと、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂと、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃとを含む。すなわち、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａにより、推定値ωｒから、交流電動機１の基本周波数の１倍の周波数の周波数成分（以下、１倍周波数成分）が除去される。また、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂにより、推定値ωｒから、交流電動機１の基本周波数の２倍の周波数の周波数成分（以下、２倍周波数成分）が除去される。また、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃにより、推定値ωｒから、交流電動機１の基本周波数の６倍の周波数の周波数成分（以下、６倍周波数成分）が除去される。これにより、速度推定手段９（ＣＰＵ２）により取得された推定値ωｒから、推定値ωｒに現われていたリプル成分を効果的に除去することが可能である。なお、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａ、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂ、および、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃは、それぞれ、特許請求の範囲の「周波数成分除去部」の一例である。

また、第１実施形態では、周波数成分除去手段１０は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行う。すなわち、速度推定手段９により取得された推定値ωｒに対して、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃによる周波数成分の除去が最初に行われる。次に、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃによる周波数成分の除去が行われた推定値ωｒ１に対して、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂによる周波数成分の除去が行われる。そして、最後に、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂによる周波数成分の除去が行われた推定値ωｒ２に対して、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａによる周波数成分の除去が行われる。そして、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａによる周波数成分の除去が行われた後の推定値ωｒ^♯に基づいて、モータ制御手段５（ＣＰＵ２）によりＰＩ制御が行われる。

また、フィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）は、推定値ωｒに基づく推定値ωｒ３に基づいて、周波数成分除去手段１０による所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得する。具体的には、フィルタパラメータ演算手段１１は、１倍周波数成分、２倍周波数成分、および、６倍周波数成分の各々の除去に用いられるパラメータを、共通の推定値ωｒ３に基づいて取得する。すなわち、最初に行われる６倍周波数成分の除去に用いられる推定値ωｒ３は、その他の周波数成分の除去に用いられるパラメータの取得にも使用される。

詳細には、フィルタパラメータ演算手段１１は、推定値ωｒ３に基づいて、周波数成分除去手段１０において（Ｚ変換により）周波数成分の除去が行われる際の演算に用いられる係数を取得している。なお、推定値ωｒ３は、推定値ωｒに基づいて後述する周波数制限手段１２により取得された値である。なお、推定値ωｒ３は、特許請求の範囲の「情報」の一例である。

ここで、第１実施形態では、周波数成分除去手段１０は、推定値ωｒ、および、フィルタパラメータ演算手段１１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により推定値ωｒから各周波数成分を除去するように構成されている。すなわち、フィードフォワード制御では、周波数成分除去手段１０への入力値を用いて、フィルタパラメータ演算手段１１によりパラメータが取得されている。これに対して、フィードバック制御では、周波数成分除去手段からの出力値を用いて（次回の）パラメータが取得される。

具体的には、フィルタパラメータ演算手段１１により取得されたパラメータに基づいて、周波数成分除去手段１０により除去される周波数成分の周波数の指定（切り替え）が行われる。

すなわち、フィルタパラメータ演算手段１１は、周波数成分除去手段１０が１倍成分用周波数成分除去手段１０ａとして機能するためのパラメータ（以下、１倍成分用パラメータ）、周波数成分除去手段１０が２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂとして機能するためのパラメータ（以下、２倍成分用パラメータ）、および、周波数成分除去手段１０が６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃとして機能するためのパラメータ（以下、６倍成分用パラメータ）を取得する。

そして、周波数成分除去手段１０は、６倍成分用パラメータ、２倍成分用パラメータ、１倍成分用パラメータの順に、フィルタパラメータ演算手段１１により取得されたパラメータを用いて、６倍周波数成分、２倍周波数成分、１倍周波数成分の順に周波数成分の除去を行う。

また、第１実施形態では、周波数制限手段１２（ＣＰＵ２）は、速度推定手段９により取得された推定値ωｒのうち、フィルタパラメータ演算手段１１によってパラメータを取得するために用いられる範囲を制限する。具体的には、周波数制限手段１２は、推定値ωｒのうちの一部が制限された推定値ωｒ３を取得する。すなわち、周波数制限手段１２は、推定値ωｒのうちの上限値および下限値を設定することにより推定値ωｒ３を取得（算出）する。

詳細には、推定値ωｒの上限値は、サンプリング定理に基づいて設定される。たとえば、ＣＰＵ２（ＣＰＵ２を含むマイコン）の制御周期が１ｍｓである場合、上記制御周期に対応する周波数（１０００Ｈｚ）の１／２である５００Ｈｚが、サンプリング定理に基づいて許容される上記上限値の最大値となる。すなわち、周波数制限手段１２は、推定値ωｒの上限値として５００Ｈｚ以下の値を設定する。また、推定値ωｒの下限値には、推定値ωｒの直流成分がカットされない程度の周波数（たとえば５Ｈｚ）が設定される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、速度推定手段９（ＣＰＵ２）が、上記電圧指令値および上記電流検出値に基づいて、交流電動機１の回転速度の推定値ωｒを取得し、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２）が、速度推定手段９により取得された推定値ωｒを入力値として、フィードフォワード制御により推定値ωｒから所定の周波数成分を除去するように、交流電動機１の制御装置１００を構成する。ここで、制御系が不安定になった場合に制御系を安定に戻すように制御（調整）するフィードバック制御とは異なり、フィードフォワード制御では、制御を乱す外的要因が発生しても制御系が不安定にならないように予め制御（調整）されている。したがって、周波数成分除去手段１０が、フィードフォワード制御により推定値ωｒから所定の周波数成分を除去することによって、周波数成分の除去における制御が不安定になることを抑制することができる。これにより、交流電動機１の回転速度の推定値ωｒから所定の周波数成分を安定的に除去することができる。その結果、交流電動機１の回転速度を安定的に推定することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２）が、推定値ωｒ、および、フィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により推定値ωｒから所定の周波数成分を除去するように、交流電動機１の制御装置１００を構成する。ここで、フィードバック制御により所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得する場合、制御系が不安定になることに起因して、取得されるパラメータの状態（値）も不安定になる場合がある。したがって、フィードフォワード制御によりパラメータを取得することによって、パラメータの状態（値）を安定させることができる。これにより、交流電動機１の回転速度をより安定的に推定することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、周波数制限手段１２（ＣＰＵ２）が、速度推定手段９により取得された推定値ωｒのうち、フィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）によってパラメータを取得するために用いられる範囲を制限するように、交流電動機１の制御装置１００を構成する。これにより、パラメータの取得に不要な範囲が周波数制限手段１２により制限されるので、フィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）による制御負荷を軽減させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２）が、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行うように、交流電動機１の制御装置１００を構成する。ここで、推定値ωｒにおいて低周波数側の周波数成分と高周波数側の周波数成分とが重なり合っている場合に、比較的煩雑な形状の波形を有する高周波数側の成分が残った状態で低周波数側の成分を正確に除去することは比較的困難である。したがって、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行うことによって、煩雑な形状の波形を有する高周波数側の成分を除去した状態で低周波数側の成分の除去を行うことができるので、推定値ωｒにおいて低周波数側の周波数成分と高周波数側の周波数成分とが重なり合っている場合でも、低周波数側の周波数成分を比較的容易に除去することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、周波数成分除去手段１０（ＣＰＵ２）が、複数の周波数成分の除去のうち、最初に行われる周波数成分の除去（６倍周波数成分の除去）に用いられる推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により複数の周波数成分の各々の除去を行うように、交流電動機１の制御装置１００を構成する。これにより、複数の周波数成分の除去の各々において、共通の推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段１１によりパラメータを取得することができる。その結果、互いに異なる情報に基づいてフィルタパラメータ演算手段１１によりパラメータを取得する場合に比べて、フィルタパラメータ演算手段１１に入力される情報量を低減させることができるので、フィルタパラメータ演算手段１１（ＣＰＵ２）の制御負荷を軽減させることができる。

［第２実施形態］
次に、図１および図４を参照して、第２実施形態による交流電動機１の制御装置２００の構成について説明する。この第２実施形態における制御装置２００では、複数の周波数成分の除去の各々において、共通の推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段１１によりパラメータを取得する第１実施形態とは異なり、複数の周波数成分の除去の各々において、互いに異なる推定値に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１によりパラメータを取得する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

（交流電動機の制御装置の構成）
まず、図１に示すように、交流電動機１の制御装置２００は、ＣＰＵ２２を備える。ＣＰＵ２２は、周波数成分除去手段２０、および、フィルタパラメータ演算手段２１として機能するように構成されている。なお、ＣＰＵ２２において、周波数成分除去手段２０と、フィルタパラメータ演算手段２１との機能は、プログラムなどのソフトウェアにより実現することが可能である。なお、周波数成分除去手段２０およびＣＰＵ２２は、それぞれ、特許請求の範囲の「周波数成分除去部」および「制御部」の一例である。また、フィルタパラメータ演算手段２１は、特許請求の範囲の「パラメータ演算部」の一例である。

ここで、第２実施形態では、図４に示すように、周波数成分除去手段２０（ＣＰＵ２２）（６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃ）は、推定値ωｒに基づく推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１（ＣＰＵ２２）により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により６倍周波数成分の除去を行う。そして、周波数成分除去手段２０（２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂ）は、６倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ１）に基づく推定値ωｒ４に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により２倍周波数成分の除去を行う。なお、推定値ωｒ４は、推定値ωｒ１に基づいて周波数制限手段１２（ＣＰＵ２２）により取得された値である。なお、この場合、６倍周波数成分および２倍周波数成分は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１周波数成分」および「第２周波数成分」の一例である。また、推定値ωｒ３および推定値ωｒ４は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１情報」および「第２情報」の一例である。また、推定値ωｒ４は、特許請求の範囲の「情報」の一例である。

また、周波数成分除去手段２０（１倍成分用周波数成分除去手段１０ａ）は、２倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ１２）に基づく推定値ωｒ５に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により１倍周波数成分の除去を行う。なお、推定値ωｒ５は、推定値ωｒ１２に基づいて周波数制限手段１２により取得された値である。なお、１倍周波数成分は、特許請求の範囲の「第２周波数成分」の一例である。また、推定値ωｒ５は、特許請求の範囲の「情報」および「第２情報」の一例である。

そして、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａによる周波数成分の除去が行われた推定値ωｒ^♯２に基づいて、モータ制御手段５（ＣＰＵ２２）によりＰＩ制御が行われる。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、周波数成分除去手段２０（ＣＰＵ２２）（６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃ）は、推定値ωｒに基づく推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１（ＣＰＵ２２）により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により６倍周波数成分の除去を行う。そして、周波数成分除去手段２０（２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂ）は、推定値ωｒ１に基づく推定値ωｒ４に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により２倍周波数成分の除去を行う。また、周波数成分除去手段２０（１倍成分用周波数成分除去手段１０ａ）は、推定値ωｒ１２に基づく推定値ωｒ５に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により１倍周波数成分の除去を行う。

これにより、６倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ１）に基づく推定値ωｒ４に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１によりパラメータが取得されることによって、推定誤差に起因する６倍周波数成分が除去された状態で２倍周波数成分の除去において用いられるパラメータを取得することができるので、２倍周波数成分の除去においてより適切なパラメータをフィルタパラメータ演算手段２１により取得することができる。また、同様に、２倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ１２）に基づく推定値ωｒ５に基づいてフィルタパラメータ演算手段２１によりパラメータが取得されることによって、１倍周波数成分の除去においてより適切なパラメータをフィルタパラメータ演算手段２１により取得することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１および図５を参照して、第３実施形態による交流電動機１の制御装置３００の構成について説明する。この第３実施形態における制御装置３００では、除去する周波数成分の順番が第２実施形態とは異なる。なお、上記第２実施形態と同様の構成は、第２実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

（交流電動機の制御装置の構成）
まず、図１に示すように、交流電動機１の制御装置３００は、ＣＰＵ３２を備える。ＣＰＵ３２は、周波数成分除去手段３０、および、フィルタパラメータ演算手段３１として機能するように構成されている。なお、ＣＰＵ３２において、周波数成分除去手段３０と、フィルタパラメータ演算手段３１との機能は、プログラムなどのソフトウェアにより実現することが可能である。なお、周波数成分除去手段３０およびＣＰＵ３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「周波数成分除去部」および「制御部」の一例である。また、フィルタパラメータ演算手段３１は、特許請求の範囲の「パラメータ演算部」の一例である。

ここで、第３実施形態では、周波数成分除去手段３０（ＣＰＵ３２）は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、推定値ωｒに生じるリプルの大きさの大きい周波数から順に周波数成分の除去を行うように構成されている。各周波数により推定値ωｒに生じるリプルの大きさは、制御装置３００の製造時の試験において測定されている。この際、リプルの大きさが、１倍周波数、６倍周波数、２倍周波数の順に大きいという測定結果が得られたとする。

この場合、図５に示すように、速度推定手段９（ＣＰＵ３２）により取得された推定値ωｒに対して、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａによる周波数成分の除去が最初に行われる。次に、１倍成分用周波数成分除去手段１０ａによる周波数成分の除去が行われた後の推定値ωｒ１１に対して、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃによる周波数成分の除去が行われる。そして、最後に、６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃによる周波数成分の除去が行われた後の推定値ωｒ２２に対して、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂによる周波数成分の除去が行われる。すなわち、周波数成分除去手段３０は、１倍成分用パラメータ、６倍成分用パラメータ、２倍成分用パラメータの順に、フィルタパラメータ演算手段３１（ＣＰＵ３２）により取得されたパラメータを用いて、周波数成分の除去を行う。そして、２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂによる周波数成分の除去が行われた後の推定値ωｒ^♯３に基づいて、モータ制御手段５（ＣＰＵ３２）によりＰＩ制御が行われる。

詳細には、周波数成分除去手段３０（１倍成分用周波数成分除去手段１０ａ）は、推定値ωｒに基づく推定値ωｒ３に基づいてフィルタパラメータ演算手段３１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により１倍周波数成分の除去を行う。そして、周波数成分除去手段３０（６倍成分用周波数成分除去手段１０ｃ）は、１倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ１１）に基づく推定値ωｒ１４に基づいてフィルタパラメータ演算手段３１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により６倍周波数成分の除去を行う。なお、推定値ωｒ１４は、推定値ωｒ１１に基づいて周波数制限手段１２により取得された値である。なお、この場合、１倍周波数成分および６倍周波数成分は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１周波数成分」および「第２周波数成分」の一例である。また、推定値ωｒ１４は、特許請求の範囲の「情報」および「第２情報」の一例である。

また、周波数成分除去手段３０（２倍成分用周波数成分除去手段１０ｂ）は、６倍周波数成分が除去された推定値ωｒ（すなわち推定値ωｒ２２）に基づく推定値ωｒ１５に基づいてフィルタパラメータ演算手段３１により取得されたパラメータを入力値として、フィードフォワード制御により２倍周波数成分の除去を行う。なお、推定値ωｒ１５は、推定値ωｒ２２に基づいて周波数制限手段１２により取得された値である。なお、２倍周波数成分は、特許請求の範囲の「第２周波数成分」の一例である。また、推定値ωｒ１５は、特許請求の範囲の「情報」および「第２情報」の一例である。

第３実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、周波数成分除去手段３０（ＣＰＵ３２）が、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、推定値ωｒに生じるリプルの大きさの大きい周波数から順に周波数成分の除去を行うように構成されている。これにより、複数の周波数成分の除去のうちの少なくとも後段においては、推定誤差に起因するリプル（脈動成分）の影響を比較的抑制した状態で周波数成分の除去を行うことができる。その結果、比較的大きなリプルが残った状態で複数の周波数成分の除去を行う場合に比べて、交流電動機１の回転速度の推定誤差を効果的に低減することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、交流電動機の回転速度の推定値を入力値として、フィードフォワード制御により周波数成分の除去を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換器（ＰＷＭインバータ３）の出力電圧の周波数を入力値として、フィードフォワード制御により周波数成分の除去を行ってもよい。具体的には、図６に示すように、第１〜第３実施形態の変形例による制御装置４００は、ＣＰＵ４２を備えている。そして、周波数成分除去手段１０（２０、３０）（ＣＰＵ４２）は、一次周波数演算手段８（ＣＰＵ４２）により取得された一次周波数指令値ω１を入力値として、フィードフォワード制御により一次周波数指令値ω１から所定の周波数成分を除去する。この場合、一次周波数演算手段８および一次周波数指令値ω１は、それぞれ、特許請求の範囲の「取得部」および「取得値」の一例である。また、ＣＰＵ４２は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。

また、上記第３実施形態では、複数の周波数成分の除去の各々において、互いに異なる情報に基づいてパラメータ演算部（フィルタパラメータ演算手段３１）によりパラメータを取得する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１実施形態と同様に、共通の情報（推定値ωｒ３）に基づいて、各周波数成分の除去においてパラメータ演算部（フィルタパラメータ演算手段３１）によりパラメータを取得してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、指令値発生手段４と、モータ制御手段５と、座標変換手段６と、座標変換手段７と、一次周波数演算手段８と、速度推定手段９と、周波数成分除去手段１０（２０、３０）と、フィルタパラメータ演算手段１１（２１、３１）と、周波数制限手段１２との機能は、プログラムなどのソフトウェアにより実現される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上記の機能の全てまたは一部が、ハードウェアにより実現されてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、制御部（モータ制御手段５）は、速度指令値に基づいてＰＩ制御を行うことにより電圧指令値を設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部（モータ制御手段５）は、トルク指令値に基づいてＰＩ制御を行うことにより電圧指令値を設定してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、周波数成分除去部（周波数成分除去手段１０（２０、３０））は、１倍周波数成分、２倍周波数成分、および、６倍周波数成分の除去を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、周波数成分除去部（周波数成分除去手段１０（２０、３０））は、上記以外のｎ（たとえばｎ＝４）倍周波数成分の除去を行ってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、周波数成分除去部（周波数成分除去手段１０（２０、３０））は、３つの異なる周波数成分の除去を行っている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、周波数成分除去部（周波数成分除去手段１０（２０、３０））は、１つ、２つ、または、４つ以上の異なる周波数成分の除去を行ってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、交流電動機が誘導電動機である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、交流電動機が永久磁石型同期電動機であってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、周波数成分除去部（周波数成分除去手段１０（２０、３０））は、ノッチフィルタにより構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、周波数成分除去部は、ノッチフィルタ以外により構成されていてもよい。

１ 交流電動機
２、２２、３２、４２ ＣＰＵ（制御部）
３ ＰＷＭインバータ（電力変換器）
８ 一次周波数演算手段（取得部）
９ 速度推定手段（取得部）
１０、２０、３０ 周波数成分除去手段（周波数成分除去部）
１０ａ １倍成分用周波数成分除去手段（周波数成分除去部）
１０ｂ ２倍成分用周波数成分除去手段（周波数成分除去部）
１０ｃ ６倍成分用周波数成分除去手段（周波数成分除去部）
１１、２１、３１ フィルタパラメータ演算手段（パラメータ演算部）
１２ 周波数制限手段（リミッタ）
１００、２００、３００、４００ 制御装置
ω１ 一次周波数指令値（取得値）
ωｒ 推定値（取得値）
ωｒ３ 推定値（情報）（第１情報）
ωｒ４、ωｒ１４、ωｒ５、ωｒ１５ 推定値（情報）（第２情報）

Claims (8)

1. 交流電動機を駆動するためのトルク指令値または速度指令値のいずれか一方に基づいて設定された電圧指令値と、前記交流電動機の駆動時の電流が検出された電流検出値とに基づいて前記交流電動機の駆動を制御する前記交流電動機の制御装置であって、
   前記交流電動機を駆動する電力変換器と、
   前記電圧指令値および前記電流検出値に基づいて、前記電力変換器の出力電圧の周波数、および、前記交流電動機の回転速度の推定値のうちの少なくともいずれか一方を取得する取得部と、
   前記取得部により取得された取得値を入力値として、フィードフォワード制御により前記取得値から所定の周波数成分を除去する周波数成分除去部と、
   前記周波数成分除去部による前記所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するために用いられる前記取得値の範囲を制限するリミッタと、を備える、交流電動機の制御装置。
2. 前記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された前記情報に基づいて、前記周波数成分除去部による前記所定の周波数成分の除去に用いられる前記パラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、
   前記周波数成分除去部は、前記取得値、および、前記パラメータ演算部により取得された前記パラメータを入力値として、フィードフォワード制御により前記取得値から前記所定の周波数成分を除去するように構成されている、請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
3. 前記周波数成分除去部は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、除去する周波数が高い順に周波数成分の除去を行うように構成されている、請求項１または２に記載の交流電動機の制御装置。
4. 前記周波数成分除去部は、互いに異なる複数の周波数成分を除去する場合に、前記取得値に生じるリプルの大きさの大きい周波数から順に周波数成分の除去を行うように構成されている、請求項１または２に記載の交流電動機の制御装置。
5. 前記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された前記情報に基づいて、前記周波数成分除去部による前記所定の周波数成分の除去に用いられる前記パラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、
   前記周波数成分除去部は、前記複数の周波数成分の除去のうち、最初に行われる周波数成分の除去に用いられる前記情報に基づいて前記パラメータ演算部により取得された前記パラメータを入力値として、フィードフォワード制御により前記複数の周波数成分の各々の除去を行うように構成されている、請求項３または４に記載の交流電動機の制御装置。
6. 前記取得値に基づく情報が入力されるとともに、入力された前記情報に基づいて、前記周波数成分除去部による前記所定の周波数成分の除去に用いられる前記パラメータを取得するパラメータ演算部をさらに備え、
   前記周波数成分除去部は、前記取得値に基づく第１情報に基づいて前記パラメータ演算部により取得された前記パラメータを入力値として、フィードフォワード制御により第１周波数成分の除去を行うとともに、前記第１周波数成分が除去された前記取得値に基づく第２情報に基づいて前記パラメータ演算部により取得された前記パラメータを入力値として、フィードフォワード制御により前記第１周波数成分とは異なる第２周波数成分の除去を行うように構成されている、請求項３または４に記載の交流電動機の制御装置。
7. 交流電動機を駆動するためのトルク指令値または速度指令値のいずれか一方に基づいて設定された電圧指令値と、前記交流電動機の駆動時の電流が検出された電流検出値とに基づいて前記交流電動機の駆動を制御する前記交流電動機の制御装置であって、
   制御部と、
   前記交流電動機を駆動する電力変換器と、を備え、
   前記制御部は、前記電圧指令値および前記電流検出値に基づいて、前記電力変換器の出力電圧の周波数、および、前記交流電動機の回転速度の推定値のうちの少なくともいずれか一方を取得し、取得された取得値に基づいて、フィードフォワード制御により前記取得値から所定の周波数成分を除去するとともに、前記所定の周波数成分の除去に用いられるパラメータを取得するために用いられる前記取得値の範囲を制限するように構成されている、交流電動機の制御装置。
8. 前記制御部は、前記取得値に基づく情報に基づいて、前記所定の周波数成分の除去に用いられる前記パラメータを取得し、前記取得値、および、取得された前記パラメータに基づいて、フィードフォワード制御により前記取得値から前記所定の周波数成分を除去するように構成されている、請求項７に記載の交流電動機の制御装置。

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