JP7287310B2 - 電動機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置及び制御方法に関する。

特許文献１には、同期モータをインバータ等で駆動する時の電流制御系の電流制御ゲインを調整する調整方法及び調整装置を備えるモータ制御装置が開示されている。モータ制御装置は、ＰＩ制御を適用する制御系の比例ゲイン及び積分ゲインの自動調整を改良したものである。

モータ制御装置は、ｄ軸及びｑ軸電流指令値に応じた比例ゲインをテーブルとして予め設定する比例ゲインテーブルと、ＰＩ制御を適用した電流制御ゲイン設定を行う際、ＰＩ制御の比例ゲインの設定値を、比例ゲインテーブルにより検索するゲイン調整手段と、を有している。

モータ制御装置は、同期モータの巻線温度を検出する巻線温度検出手段と、巻線温度に応じた積分ゲインをテーブルとして予め設定する積分ゲインテーブルとを有している。ゲイン調整手段は、ＰＩ制御を適用した電流制御ゲイン設定を行う際、ＰＩ制御の積分ゲインの設定値を、積分ゲインテーブルにより検索する。

特開２００３－７０２８０号公報

しかしながら、比例ゲインは電流に依存して変動し、積分ゲインは温度に依存して変動するため、特許文献１のモータ制御装置は、制御対象毎（例えばモータやインバータ毎）に、電流に依存した変動を考慮した複数の比例ゲインテーブルと、温度に依存した変動を考慮した複数の積分ゲインテーブルとを作成・準備しなければならないという問題がある。

また、比例ゲインテーブルと積分ゲインテーブルは、電流と温度に応じたテーブルにすぎず、インダクタンス（Ｌ）と抵抗（Ｒ）に厳密には対応していないので、電流制御の高精度化には限界がある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡単かつ好適な電流制御を可能とする電動機の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本実施形態の電動機の制御装置は、電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、前記電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と前記電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電動機の固有のパラメータ、及び前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、前記電動機に流れる電流を推定する電流推定部と、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との差に基づいて、前記パラメータとしての前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定するＬＲ推定部と、前記電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、前記電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するゲイン決定部と、を備えることを特徴とする。

本実施形態の電動機の制御方法は、電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、前記電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と前記電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、を備える電動機の制御方法であって、前記制御回路により、前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電動機の固有のパラメータ、及び前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、前記電動機に流れる電流を推定する電流推定ステップと、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定ステップにより推定される電流との差に基づいて、前記パラメータとしての前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定するＬＲ推定ステップと、前記電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、前記電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するゲイン決定ステップと、を実行することを特徴とする。

これにより、電動機のモデルとしての電圧方程式を利用して電動機のインダクタンスと抵抗を推定するとともに、電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するので、簡単かつ好適な電流制御を可能にすることができる。

前記ＬＲ推定部は（前記ＬＲ推定ステップでは）、逐次最小二乗法又は重みつき最小二乗法により、前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定してもよい。

これにより、逐次最小二乗法又は重みつき最小二乗法により電動機のインダクタンスと抵抗を高精度に推定することができる。

前記制御回路は、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との差が閾値以上である場合、前記電流推定部により推定される電流が誤っていると判定する判定部を備えてもよい。あるいは、前記制御回路により、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定ステップにより推定される電流との差が閾値以上である場合、前記電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると判定する判定ステップを有してもよい。

これにより、誤った推定電流を用いるのを防止して、電動機のインダクタンスと抵抗の推定ミス、ひいては、比例ゲインと積分ゲインの決定ミスを未然に防止することができる。

前記電流推定部により推定される電流が誤っていると前記判定部が判定した場合、前記ＬＲ推定部は、前記インダクタンスと前記抵抗の推定を中止し、前記ゲイン決定部は、前記推定インダクタンスと前記推定抵抗に基づく前記比例ゲインと前記積分ゲインの決定を中止してもよい。あるいは、前記電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると前記判定ステップにより判定された場合、前記ＬＲ推定ステップでは、前記インダクタンスと前記抵抗の推定を中止し、前記ゲイン決定ステップでは、前記推定インダクタンスと前記推定抵抗に基づく前記比例ゲインと前記積分ゲインの決定を中止してもよい。

これにより、誤りのある（信頼性の低い）推定電流に基づいた誤りのある（信頼性の低い）インダクタンスと抵抗の推定、ひいては誤りのある（信頼性の低い）比例ゲインと積分ゲインの決定を確実に防止することができる。

本発明によれば、簡単かつ好適な電流制御を可能とする電動機の制御装置及び制御方法を提供することができる。

実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。 推定部の一例を示す図である。 実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。 推定部の他の例を示す図である。 重みつき最小二乗法によるＬＲ推定を行うための制御ブロック図の一例を示す図である。

以下、図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。電動機としては、例えば、ＰＭ（Permanent Magnet）モータとしての埋込永久磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）を用いることができる。

図１に示す電動機Ｍの制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機を駆動するための制御装置であって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。

インバータ回路２は、直流電源Ｐから供給される電力により電動機Ｍの回転子を駆動するものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端が直流電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端が直流電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ１を介して電動機ＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ２を介して電動機ＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は電動機ＭのＷ相の入力端子に接続されている。

コンデンサＣは、直流電源Ｐから出力されインバータ回路２へ入力される電圧を平滑する。

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子Ｓｗ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、直流電源Ｐから出力される直流電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機ＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加され電動機Ｍの回転子が駆動する。

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＵ相に流れるＵ相電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＶ相に流れるＶ相電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

制御回路３は、ドライブ回路４と、演算部５とを備える。

ドライブ回路４は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、演算部５から出力される電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と三角波とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。例えば、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｕ＊が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、電圧指令値Ｖｕ＊が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｖ＊が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、電圧指令値Ｖｖ＊が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｗ＊が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、電圧指令値Ｖｗ＊が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

なお、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値より小さい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が繰り返しオン、オフする制御、すなわち、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行ってもよい。

また、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値より大きい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期のうちの一部の期間においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が繰り返しオン、オフし、残りの期間においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、過変調制御を行ってもよい。

また、ドライブ回路４は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値よりさらに大きい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の半周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフし、残りの半周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、矩形波制御を行ってもよい。

演算部５は、マイクロコンピュータなどにより構成され、速度演算部６と、減算部７と、トルク制御部８と、トルク／電流指令値変換部９と、減算部１０、１１と、電流制御部１２と、ｄｑ／ｕｖｗ変換部１３と、座標変換部１４と、推定部１５とを備える。例えば、マイクロコンピュータが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、速度演算部６、減算部７、トルク制御部８、トルク／電流指令値変換部９、減算部１０、１１、電流制御部１２、ｄｑ／ｕｖｗ変換部１３、座標変換部１４、及び推定部１５が実現される。

速度演算部６は、推定部１５により推定される電動機Ｍの回転子の推定位置θ＾により回転速度ωを演算する。例えば、速度演算部６は、推定位置θ＾を演算部５の制御周期で除算することにより回転速度ωを求める。

減算部７は、外部から入力される回転速度指令値ω＊と速度演算部６から出力される回転速度ωとの差Δωを算出する。

トルク制御部８は、減算部７から出力される差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を求める。例えば、トルク制御部８は、不図示の記憶部に記憶されている、電動機Ｍの回転子の回転速度と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報を参照して、差Δωに相当する回転速度に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

トルク／電流指令値変換部９は、トルク制御部８から出力されるトルク指令値Ｔ＊を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に変換する。例えば、トルク／電流指令値変換部９は、不図示の記憶部に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を求める。

減算部１０は、トルク／電流指令値変換部９から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、推定部１５から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾との差ΔＩｄを算出する。

減算部１１は、トルク／電流指令値変換部９から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、推定部１５から出力される推定ｑ軸電流Ｉｑ＾との差ΔＩｑを算出する。

電流制御部１２は、減算部１０から出力される差ΔＩｄ及び減算部１１から出力される差ΔＩｑを用いたＰＩ（Proportional Integral）制御により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電流制御部１２は、下記式１を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式２を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、Ｌｑは電動機Ｍを構成するコイルのｑ軸インダクタンスとし、Ｌｄは電動機Ｍを構成するコイルのｄ軸インダクタンスとし、ωは回転速度とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ωＬｑＩｑ…式１
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ωＬｄＩｄ＋ωＫｅ…式２

ｄｑ／ｕｖｗ変換部１３は、推定部１５から出力される推定位置θ＾を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｕ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

座標変換部１４は、電流センサＳｅ１により検出されるＵ相電流Ｉｕ及び電流センサＳｅ２により検出されるＶ相電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを求める。また、座標変換部１４は、推定部１５から出力される推定位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（弱め界磁を発生させるための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（トルクを発生させるための電流成分）に変換する。なお、座標変換部１４及び電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により、電動機Ｍに流れる電流を取得する電流取得部が構成されるものとする。

また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により検出される電流は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの組み合わせに限定されず、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせ、または、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、座標変換部１４は、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｕ相電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、座標変換部１４は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｖ相電流Ｉｖを求める。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れる電流を検出する電流センサＳｅ３をさらに備える場合、座標変換部１４は、推定部１５から出力される推定位置θ＾を用いて、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。この場合、座標変換部１４及び電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により、電動機Ｍに流れる電流を取得する電流取得部が構成されるものとする。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の代わりに、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続される１つのシャント抵抗を備える場合、座標変換部１４は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のオン、オフのタイミングと、シャント抵抗にかかる電圧と、シャント抵抗の抵抗値とにより、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗを求め、推定部１５から出力される推定位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。この場合、座標変換部１４及びシャント抵抗により、電動機Ｍに流れる電流を取得する電流取得部が構成されるものとする。

また、座標変換部１４は、ドライブ回路４がパルス幅変調制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをすべて求めることができ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができるものとする。

また、座標変換部１４は、ドライブ回路４が過変調制御または矩形波制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期の一部の期間において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗを求めることができず、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができないものとする。

また、座標変換部１４は、ドライブ回路４が矩形波制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをすべて求めることができず、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができないものとする。

制御回路３は、電動機Ｍの回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と電動機Ｍに流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、インバータ回路２の動作を制御するものであり、当該機能を発揮するために、推定部１５を有している。

推定部１５は、速度演算部６から出力される回転速度ωと、電流制御部１２から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、座標変換部１４から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとを用いて、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾、推定ｑ軸電流Ｉｑ＾、推定位置θ＾を出力する。

図２は、推定部１５の一例を示す図である。

図２に示す推定部１５は、電流推定部１５１と、減算部１５２と、パラメータ推定部（ＬＲ推定部）１５３と、ゲイン決定部１５４とを備える。

電流推定部１５１は、座標変換部１４からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力される場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得される場合）、ｄ軸電流Ｉｄを推定ｄ軸電流Ｉｄ＾として減算部１０に出力するとともに、ｑ軸電流Ｉｑを推定ｑ軸電流Ｉｑ＾として減算部１１に出力する。

また、電流推定部１５１は、座標変換部１４からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力されない場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得されない場合）、電流制御部１２から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、パラメータ推定部１５２により推定される電動機Ｍの固有のパラメータと、速度演算部６から出力される回転速度ωとを用いて、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を算出し、その算出した推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を減算部１０、１１に出力する。

例えば、電流推定部１５１は、座標変換部１４からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力されない場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をＶｄ、Ｖｑとして下記式３に代入するとともに、電動機Ｍの固有のパラメータとしてＲ、Ｌｄ、Ｌｑを下記式３に代入するとともに、回転速度ωをωとして下記式３に代入することにより、Ｉｄ、Ｉｑを求め、その求めたＩｄ、Ｉｑを推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾として減算部１０、１１に出力する。なお、下記式３は電動機Ｍのモデルとしての電圧方程式であり、Ｒは電動機Ｍを構成するコイルの抵抗とし、Ｌｄは電動機Ｍを構成するコイルのｄ軸インダクタンスとし、Ｌｑは電動機Ｍを構成するコイルのｑ軸インダクタンスとし、Ｐは微分演算子とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

減算部１５２は、座標変換部１４からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力される場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得される場合）、座標変換部１４から出力されるｄ軸電流Ｉｄと電流推定部１５１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾との差ΔＩｄ＾（第１の差）を算出するとともに、座標変換部１４から出力されるｑ軸電流Ｉｑと電流推定部１５１から出力される推定ｑ軸電流Ｉｑ＾との差ΔＩｑ＾（第１の差）を算出する。

パラメータ推定部１５３は、減算部１５２から差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾が出力される場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得される場合）、電動機Ｍの固有のパラメータ（抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑ）を推定する。

具体的に、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３は、座標変換部（電流取得部）１４により取得される電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）と、電流推定部１５１により推定される電流（推定ｄ軸電流Ｉｄ＾、推定ｑ軸電流Ｉｑ＾）との差（ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾）に基づいて、電動機Ｍの固有のパラメータとしてのインダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ）と抵抗Ｒを推定する（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾、抵抗Ｒ＾）。

すなわち、パラメータ推定部１５３は、減算部１５２から差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾が出力される場合、その差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾がゼロになるようにパラメータを制御タイミング毎に繰り返し推定する。なお、パラメータ推定部１５３によりパラメータが繰り返し推定されているとき、差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾が徐々にゼロに近づいていき、パラメータが推定され始めてから所定時間以上が経過すると、差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾がゼロになり、パラメータ推定部１５３により推定されるパラメータ（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾、抵抗Ｒ＾）が同定するものとする。

例えば、パラメータ推定部１５３は、下記式４～式７を用いて、逐次最小二乗法により、抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑを推定するように構成してもよい。なお、ｙ_Ｎは下記式８とする。また、θ^Ｔ及びＺ_Ｎ ^Ｔを下記式９及び式１０に示すように定義する場合、下記式８を下記式１１に示すように表されるものとする。ｒ_Ｎは減算部１５２の出力値（差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾）とし、ａ_ｉ及びｂ_ｉは電動機Ｍの固有のパラメータ（抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑ）とし、ｙ_Ｎ－ｉは座標変換部１４の出力値（ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ）とし、ｕ_Ｎ－１は電流制御部１２の出力値（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）とする。また、φ_Ｎ及びψ_Ｎはｚ_Ｎとし、ρ_Ｎは忘却係数とする。

ゲイン決定部１５４は、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定インダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾）に基づいて、電流制御のための比例ゲインＫｐを決定する。上述したように、比例ゲインＫｐは、ＰＩ制御の比例項の定数として、下記式１２で表される。カットオフ角速度ωｃは所定値であるため、下記式１２に、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定インダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾）を代入することで、比例ゲインＫｐが決定される。

Ｋｐ＝ωｃ×Ｌ（ωｃはカットオフ角速度）…式１２

ゲイン決定部１５４は、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定抵抗（抵抗Ｒ＾）に基づいて、電流制御のための積分ゲインＫｉを決定する。上述したように、積分ゲインＫｉは、ＰＩ制御の積分項の定数として、下記式１３で表される。カットオフ角速度ωｃは所定値であるため、下記式１３に、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定抵抗（抵抗Ｒ＾）を代入することで、積分ゲインＫｉが決定される。

Ｋｉ＝ωｃ×Ｒ（ωｃはカットオフ角速度）…式１３

なお、電圧方程式（規範モデル）の出力電流、つまり制御対象としての電動機Ｍの電流は、ｄ軸、ｑ軸に分かれたＩｄ、Ｉｑとして得られる。よって、逐次最小二乗法、及び後述する重みつき最小二乗法の計算でもｄ軸、ｑ軸に分かれて行われ、インダクタンスもｄ軸、ｑ軸に分かれたＬｄ、Ｌｑとして得られる。ゲイン算出には、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｒが用いられるところ、Ｌｄ、Ｌｑはそのまま使えるが、Ｒｄ、Ｒｑはそのままでは使えないので、三相の固定子抵抗に変換する必要がある。当該変換のためには、例えば、下記式１４を適用することができる。

なお、推定部１５には、電動機Ｍのモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電流推定部により推定される電流、パラメータ推定部により推定されるパラメータ、及び回転速度を代入して、電動機Ｍの回転子の位置を推定する位置推定部（図示略）を設けてもよい。この位置推定部は、電流制御部１２から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、座標変換部１４から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑまたは電流推定部１５１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾と、パラメータ推定部１５３から出力されるパラメータと、速度演算部６から出力される回転速度ωとを用いて、電動機Ｍの回転子の推定位置θ＾を求めてもよい。

図３は、実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。なお、図３に示す電動機Ｍの制御装置１´において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３に示す電動機Ｍの制御装置１´において、図１に示す電動機Ｍの制御装置１と異なる点は、推定部１５´が、座標変換部１４から出力されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗを用いて、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾が誤っているか否かを判定する点である。

図４は、推定部１５´の一例を示す図である。なお、図４に示す推定部１５´において、図２に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図４に示す推定部１５´において、図２に示す推定部１５と異なる点は、電流変換部１５５と、判定部１５６とをさらに備えている点である。

電流変換部１５５は、例えば推定位置θ＾を用いて、電流推定部１５１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を、推定Ｕ相電流Ｉｕ＾、推定Ｖ相電流Ｉｖ＾、及び推定Ｗ相電流Ｉｗ＾に変換する。例えば、電流変換部１５５は、下記式１５に示す変換行列Ｃを用いて、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を、推定Ｕ相電流Ｉｕ＾、推定Ｖ相電流Ｉｖ＾、及び推定Ｗ相電流Ｉｗ＾に変換する。

判定部１５６は、座標変換部１４から出力されるＵ相電流Ｉｕと電流変換部１５５から出力される推定Ｕ相電流Ｉｕ＾との差ΔＩｕ（第２の差）を求めるとともに、座標変換部１４から出力されるＶ相電流Ｉｖと電流変換部１５５から出力される推定Ｖ相電流Ｉｖ＾との差ΔＩｖ（第２の差）を求めるとともに、座標変換部１４から出力されるＷ相電流Ｉｗと電流変換部１５５から出力される推定Ｗ相電流Ｉｗ＾との差ΔＩｗ（第２の差）を求める。また、判定部１５６は、差ΔＩｕが閾値Ｉｕｔｈ以上である場合、推定Ｕ相電流Ｉｕ＾が誤っている（推定Ｕ相電流Ｉｕ＾が電動機ＭのＵ相に流れている電流と異なっている）と判定し、差ΔＩｕが閾値Ｉｕｔｈより小さい場合、推定Ｕ相電流Ｉｕ＾が誤っていない（推定Ｕ相電流Ｉｕ＾が電動機ＭのＵ相に流れている電流と一致または略一致している）と判定する。また、判定部１５６は、差ΔＩｖが閾値Ｉｖｔｈ以上である場合、推定Ｖ相電流Ｉｖ＾が誤っている（推定Ｖ相電流Ｉｖ＾が電動機ＭのＶ相に流れている電流と異なっている）と判定し、差ΔＩｖが閾値Ｉｖｔｈより小さい場合、推定Ｖ相電流Ｉｖ＾が誤っていない（推定Ｖ相電流Ｉｖ＾が電動機ＭのＶ相に流れている電流と一致または略一致している）と判定する。また、判定部１５６は、差ΔＩｗが閾値Ｉｗｔｈ以上である場合、推定Ｗ相電流Ｉｗ＾が誤っている（推定Ｗ相電流Ｉｗ＾が電動機ＭのＷ相に流れている電流と異なっている）と判定し、差ΔＩｗが閾値Ｉｗｔｈより小さい場合、推定Ｗ相電流Ｉｗ＾が誤っていない（推定Ｗ相電流Ｉｗ＾が電動機ＭのＷ相に流れている電流と一致または略一致している）と判定する。

なお、電流推定部１５１は、今回の制御タイミングにおいて推定した推定Ｕ相電流Ｉｕ＾、推定Ｖ相電流Ｉｖ＾、及び推定Ｗ相電流Ｉｗ＾のうちの少なくとも１つの電流が誤っていると判定された場合、今回の制御タイミングにおいて推定した推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を減算部１０、１１に出力せず、過去の制御タイミングにおいて推定した推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾のうち、誤っていないと判定された推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を減算部１０、１１に出力するように構成してもよい。

また、電流推定部１５１による電流推定が誤っているものと判定部１５６が判定した場合、パラメータ推定部１５３が、電動機Ｍのインダクタンスと抵抗の推定を中止し、ゲイン決定部１５４が、推定インダクタンスと推定抵抗に基づくゲイン決定を中止することができる。そして、電流推定部１５１による電流推定、パラメータ推定部１５３による電動機Ｍのインダクタンスと抵抗の推定、及び、ゲイン決定部１５４によるゲイン決定を再試行してもよい。

上述した例では、逐次最小二乗法を利用して、電動機Ｍのインダクタンスと抵抗を推定する場合を例示して説明した。これに対して、重みつき最小二乗法を利用して、電動機Ｍのインダクタンスと抵抗を推定する態様も可能である。重みつき最小二乗法におけるパラメータ同定は、古いデータに小さな重みをかけて求められるものであり、パラメータ同定を行う制御対象の離散時間システムは、ｋを現在として、下記式１６で与えられる。

上記式１６における制御対象のｙ_ｉ、ｕ_ｉ（ｉ＝０、１、２、…、ｋ）を測定して、パラメータθ（ここではＬ、Ｒ）を同定する。つまり、電流取得部により取得される電流と電流推定部による推定電流との差を最小にする（ゼロにする）ことはパラメータθを求めることと同義であり、パラメータθを求めることはＬ、Ｒを求めることと同義である。上記式１６の推定パラメータは下記式１７のように書き換えられる。また、下記式１８で表される誤差に重みを付けて二乗し、ｉ＝ｎからｉ＝ｋまで加え、それらの和を最小にするように、パラメータθを決定する。

また評価関数として下記式１９を考えると、下記式２０、２１のアルゴリズムが得られる。

図５は、重みつき最小二乗法によるＬＲ推定を行うための制御ブロック図の一例を示す図である。図５の制御対象で、ｉ（ｔ）とｕ（ｔ）が既知であるとき、適応機構を用いた重みつき最小二乗法により、Ｌ、Ｒを推定することができる。

図５において、下記式２２が成立し、サンプリング周期をＴとして、オイラー法を使うと、下記式２３の差分方程式が得られ、これを下記式２４とおく。

ａ＝１－ＴＲ／Ｌ、ｂ＝Ｔ／Ｌであり、抵抗とインダクタンスの値が逐次更新される。ａ、ｂが計算できれば、Ｒ、Ｌが求められるので、次のようにして、ａ、ｂを求める。上記式２４は、下記式２５のように書き換えられる。また、下記式２６のようにおくと、上記式２０は、下記式２７のように書き換えられる。同様に、上記式２１も書き下すことができる。

実施形態の電動機Ｍの制御装置１、１´による電動機Ｍの制御方法は、推定部１５、１５´を構成するコンピュータの各機能構成要素によって各種の処理ステップを実行することにより実現される。具体的に、電流推定部１５１により、電動機のモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電動機の固有のパラメータ、及び電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、電動機に流れる電流を推定する電流推定ステップを実行する。また、パラメータ推定部（ＬＲ推定部）１５３により、電流取得部により取得される電流と電流推定ステップにより推定される電流との差に基づいて、パラメータとしての電動機のインダクタンスと抵抗を推定するＬＲ推定ステップを実行する。また、ゲイン決定部１５４により、電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するゲイン決定ステップを実行する。また、判定部１５６により、電流取得部により取得される電流と電流推定ステップにより推定される電流との差が閾値以上である場合、電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると判定する判定ステップを実行する。ＬＲ推定ステップでは、逐次最小二乗法又は重みつき最小二乗法により、電動機のインダクタンスと抵抗を推定する。電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると判定ステップにより判定された場合、ＬＲ推定ステップでは、インダクタンスと抵抗の推定を中止し、ゲイン決定ステップでは、推定インダクタンスと推定抵抗に基づく比例ゲインと積分ゲインの決定を中止する。

このように、実施形態の電動機Ｍの制御装置１、１´によれば、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が、座標変換部（電流取得部）１４により取得される電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）と、電流推定部１５１により推定される電流（推定ｄ軸電流Ｉｄ＾、推定ｑ軸電流Ｉｑ＾）との差（ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾）に基づいて、電動機Ｍの固有のパラメータとしてのインダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ）と抵抗Ｒを推定する（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾、抵抗Ｒ＾）。また、ゲイン決定部１５４が、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定インダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾）に基づいて、電流制御のための比例ゲインＫｐを決定し、ＬＲ推定部としてのパラメータ推定部１５３が推定した電動機Ｍの推定抵抗（抵抗Ｒ＾）に基づいて、電流制御のための積分ゲインＫｉを決定する。

これにより、推定インダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾）と推定抵抗（抵抗Ｒ＾）を高精度にオンライン推定して、電流制御のための比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉを高精度に決定することができ、以って、簡単かつ好適な電流制御を実現することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１、１´ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ ドライブ回路
５ 演算部
６ 速度演算部
７ 減算部
８ トルク制御部
９ トルク／電流指令値変換部
１０ 減算部
１１ 減算部
１２ 電流制御部
１３ ｄｑ／ｕｖｗ変換部
１４ 座標変換部（電流取得部）
１５、１５´ 推定部
１５１ 電流推定部
１５２ 減算部
１５３ パラメータ推定部（ＬＲ推定部）
１５４ ゲイン決定部
１５５ 電流変換部
１５６ 判定部
Ｍ 電動機
Ｓｅ１、Ｓｅ２ 電流センサ（電流取得部）

Claims (8)

1. 電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、
   前記電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、
   前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と前記電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電動機の固有のパラメータ、及び前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、前記電動機に流れる電流を推定する電流推定部と、
   前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との差に基づいて、前記パラメータとしての前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定するＬＲ推定部と、
   前記電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、前記電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するゲイン決定部と、
   を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記ＬＲ推定部は、逐次最小二乗法又は重みつき最小二乗法により、前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
3. 前記制御回路は、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との差が閾値以上である場合、前記電流推定部により推定される電流が誤っていると判定する判定部を備える、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機の制御装置。
4. 前記電流推定部により推定される電流が誤っていると前記判定部が判定した場合、前記ＬＲ推定部は、前記インダクタンスと前記抵抗の推定を中止し、前記ゲイン決定部は、前記推定インダクタンスと前記推定抵抗に基づく前記比例ゲインと前記積分ゲインの決定を中止する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動機の制御装置。
5. 電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、
   前記電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、
   前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と前記電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
   を備える電動機の制御方法であって、
   前記制御回路により、
   前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電動機の固有のパラメータ、及び前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、前記電動機に流れる電流を推定する電流推定ステップと、
   前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定ステップにより推定される電流との差に基づいて、前記パラメータとしての前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定するＬＲ推定ステップと、
   前記電動機の推定インダクタンスに基づいて電流制御のための比例ゲインを決定し、前記電動機の推定抵抗に基づいて電流制御のための積分ゲインを決定するゲイン決定ステップと、
   を実行することを特徴とする電動機の制御方法。
6. 前記ＬＲ推定ステップでは、逐次最小二乗法又は重みつき最小二乗法により、前記電動機のインダクタンスと抵抗を推定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動機の制御方法。
7. 前記制御回路により、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定ステップにより推定される電流との差が閾値以上である場合、前記電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると判定する判定ステップを有する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電動機の制御方法。
8. 前記電流推定ステップにより推定される電流が誤っていると前記判定ステップにより判定された場合、前記ＬＲ推定ステップでは、前記インダクタンスと前記抵抗の推定を中止し、前記ゲイン決定ステップでは、前記推定インダクタンスと前記推定抵抗に基づく前記比例ゲインと前記積分ゲインの決定を中止する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動機の制御方法。

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