JPWO2015001612A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

電圧指令値に基づき3相電圧を生成してモータへ供給する電力変換部と、電圧指令値と電流フィードバック値に基づき電動機の誘起電圧を推定する誘起電圧推定部と、デッドタイム外乱電圧補償部と、推定された誘起電圧の基本波成分に基づき電力変換部で生じるデッドタイム外乱電圧を補償するためのデッドタイム外乱補償電圧修正部とを備える。

Description

この発明は、スイッチング素子で構成された2つのアームのオン動作とオフ動作の繰り返しによって所望の電力を出力する電力変換器によりモータ(回転機)を駆動するモータ制御装置に関するもので、特にパルス幅変調(Pulse−Width Modulation、略して、以下ではPWMと呼ぶ)を用いてスイッチング素子を駆動する電力変換器を用いたモータ制御装置に関するものである。
モータ(回転機に同じ。以下同様)制御の分野では電圧及び電流などの電気的状態量からモータの位置や速度及びトルクなどの機械的状態量を推定する技術の展開が進んでいる。これらの技術領域では、当然、元になる電圧及び電流などの電気的状態量を外乱に影響されること無く正確に取得することが重要である。
特に、電圧の取得に悪影響を及ぼす外乱として電力変換器で生じるデッドタイム外乱電圧が挙げられる。以下、このデッドタイム外乱電圧について説明する。
電力変換器では、出力段に設けられる電力変換手段を構成する2つのアームのパワーデバイス素子が、電圧指令に基づきスイッチング動作を行って交流電圧を生成し、交流負荷に出力するが、2つのアームのパワーデバイス素子の同時導通による短絡破壊防止を目的として、2つのアームのパワーデバイス素子を同時にオフ動作状態に制御する期間を設けている。この期間はデッドタイムと呼ばれているが、このデッドタイムによって、電力変換手段が受ける電圧指令とそれに基づき電力変換手段が実際に負荷に出力する電圧との間に誤差が生じる。
このデッドタイムに起因する誤差電圧は、デッドタイム期間Td、キャリア周波数fc、直流電圧Vdcから決定され、図1の実線で示すような波形となることが知られている。
つまり、Td×Vdcの微小面積をもつパルス状の電圧が三相出力電流[i](記号[]は、かっこ内の量がベクトルであることを示す。以下同様)のそれぞれの極性に同期して、[i]の半周期当たりfc回立ち上がるような外乱電圧である。
図1の実線波形から、このデッドタイム外乱電圧は時間平均で考えれば以下の式(1)で表されるような、電力変換手段からの三相出力電流[i]の、それぞれの極性と逆極性であり、振幅がVTd=Td×fc×Vdcであるような三相矩形波状の電圧と等価であることがわかる。
Figure 2015001612
式(1)を図示すると図1の破線(記号“Q”で示されている)のような波形となる。この波形からも明らかなように、デッドタイム外乱電圧は、三相分合わせてモータ電気角1周期あたり6度の立上りあるいは立下りを有し、モータが発生するトルクに対してモータ電気角の6倍次数成分(以下、6f成分と呼ぶ)で振動する外乱(以下、トルクリプルと呼ぶ)を生じさせることになる。なお、モータ電気角の6倍次数成分で振動する外乱を以下では6fトルクリプルと呼ぶ。また、図1中、記号“P”で示されている正弦波(sin波)状の実線の曲線はU相電流波形を示す。
式(1)に基づけば、式(2)に示すような、式(1)と逆相の電圧(すなわち、相電流と同じ極性をもち、振幅がVTdであるような三相矩形波状の電圧)を電力変換器へ入力される電圧指令の各相に予め加えておくことで、デッドタイムに起因する外乱電圧を補償することが可能となる。
Figure 2015001612
式(2)を図示すると図1の点線(記号“R”で示されている)のような波形となる。
以上は、デッドタイム外乱電圧の発生とその補償に関する公知技術である(例えば非特許文献1参照)。
しかし、電力変換器中のパワーデバイス素子においてはオン動作およびオフ動作の応答遅れやパワーデバイス素子とダイオードのオン電圧降下などの誤差要因が存在することにより、制御器上で設定するデッドタイム期間Tdと実際に電力変換器中で発生するデッドタイム期間との間には誤差が生じることになる。
これらオン動作およびオフ動作の応答遅れやパワーデバイス素子とダイオードのオン電圧降下といった誤差時間を正確に測定できれば、その分の修正を行えばよいことになるが、実際にこれら誤差時間を正確に測定することは困難である。そこで、これら実際の素子で発生する遅れに対処する方法の一つとして、デッドタイム外乱電圧を適宜推定しデッドタイム外乱補償電圧を生成する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
このような技術は、電気的状態量のみの観測に基づいて素子の遅れを伴うデッドタイム外乱電圧を推定可能であり、簡易性ならびに利便性の観点からデッドタイム外乱電圧を推定する上で有用な技術である。
杉本、小山、玉井、「ACサーボシステムの理論と設計の実際」、総合電子出版、1990、pp.54−57及びpp.72−85
特開2004−64948号公報
しかしながら、特に、前述の電気的状態量から機械的状態量を推定する処理を備えた制御装置に、このような電気的状態量に含まれる外乱を推定するための処理を追加すると、互いに干渉し合って適切な動作を損なうという問題がある。
特に、機械的状態量としてトルクを推定することを目的としている場合、デッドタイム外乱電圧によって6fトルクリプルが発生する一方で、モータ自身も6fトルクリプルを生じることが知られており、両者が同じ周期の信号となる。従って、同じ周波数上で二つの別の物理量の推定演算が重複することになり、その切り分けが困難となる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電気的状態量からの推定演算に基づくデッドタイム外乱電圧補償技術の簡易性や利便性を保持しつつ機械的状態量の推定演算を行うことを可能とするものである。
この発明に係るモータ制御装置は、
モータの回転位置を検出する回転位置検出器、
前記モータに印加される3相の電流の内、少なくとも2相の電流を検出する電流検出部、
前記3相の電流の所定座標上での値と、前記モータの回転磁界上の座標であるdq座標上での値とを、互いに変換する座標変換部、
前記電流の制御入力である電流指令値と、前記電流検出部で検出された電流を前記座標変換部でdq座標変換された電流フィードバック値との差異に基づいて、電圧の制御入力である電圧指令値を生成する電流制御部、
前記電圧指令値に基づいて前記電流検出部に入力される3相電圧を生成して前記モータに所定の電力を供給する電力変換器、
前記電圧指令値と前記電流フィードバック値に基づき前記モータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定部、
前記電力変換器に設けられた2つのスイッチング素子の短絡防止期間であるデッドタイムにより前記電流検出部に生じた出力に対する外乱を補償する電圧であるデッドタイム外乱補償電圧を生成するデッドタイム外乱電圧補償部、
前記電流指令値に応じて前記デッドタイム外乱補償電圧を修正するとともに、前記誘起電圧推定部と、推定された前記誘起電圧の基本波成分に基づいて前記デッドタイム外乱補償電圧の誤差を演算して記憶するデッドタイム外乱補償電圧記憶部と、を有するデッドタイム外乱補償電圧修正部、
を備えたものである。
電気的状態量の観測に基づいて簡易にデッドタイム外乱補償が行える効果に加えて、電気的状態量の観測に基づくデッドタイム外乱補償と機械的状態量推定の二つの動作を互いに干渉することなく実施することができる効果を有する。
デッドタイム外乱電圧の概要について説明する図である。 この発明のモータ制御装置の第1の動作モードの構成の一例を示すブロック図である。 この発明のモータ制御装置の第1の動作モードの構成の他の例を示すブロック図である。 この発明のモータ制御装置の第2の動作モードの構成を示すブロック図である。 この発明のモータ制御装置の第1の動作モードにおける記憶手段に記憶されるデッドタイム外乱補償電圧マップの一例を示す図である。 この発明のモータ制御装置の第1の動作モードにおける記憶手段の動作原理を説明する図である。 モータ定数であるインダクタンスLの指令電流振幅値に対する特性の一例を示す図である。 モータ定数であるトルク定数Ktの指令電流振幅値に対する特性の一例を示す図である。
実施の形態1.
図2、図3および図4は本発明における第1の実施の形態の一例を表すブロック図である。本実施の形態は図2、図3で表される第一の動作モードとしてのデッドタイム外乱補償電圧調整モードと、図4で表される第二の動作モードとしての機械的状態量推定モードの二つの動作モードを備える。そして、まずデッドタイム外乱補償電圧調整モードとしての動作を行った後に機械的状態量推定モードへと移行するシーケンスを備えている。
機械的状態量推定モードとして、モータのトルクを推定し、推定したトルクに基づいてトルクリプルを抑制するトルクリプル抑制制御モードを備えた装置を例にとって説明する。
図2および図3において、モータ制御装置は、電流制御部1、dq−三相変換器2、三相−dq変換器3、電力変換器4、電流検出部5、減算器6および7、回転位置検出器8、デッドタイム外乱補償電圧修正部100を有する。そして、電力変換器4を介して交流回転機としてのPMモータ(以下単にモータと称する)9を制御する。
また、デッドタイム外乱電圧補償部11には電流検出部5にて検出された三相出力電流[i]が入力されており、三相出力電流[i]に基づいて式(2)に表された三相矩形波のデッドタイム外乱補償電圧[v Td]を生成して出力し、加算器12へ入力する。
本実施の形態においては、電流制御部1、dq−三相変換器2、三相−dq変換器3、電力変換器4、電流検出部5、減算器6および7、回転位置検出器8、モータ9ならびにデッドタイム外乱電圧補償部11、加算器12によってモータのトルク制御装置(本実施の形態ではこれを電流制御装置と言い換えることができる)の構成がなされており、これらからq軸電流指令値iq*およびd軸電流指令値id*とq軸電流検出値iqおよびd軸電流検出値idとのそれぞれの差分に基づいて、iq*およびid*と等しい電流を流し、トルク指令値τ*と等しいトルクを発生させるよう、トルク制御(本実施の形態ではこれを電流制御と言い換えることができる)を行ってモータ9を駆動する(トルク制御動作(あるいは電流制御動作)の詳細については、例えば非特許文献1参照)。
また、トルク指令値τとq軸電流指令値iqの関係は以下の式(3)のように表される。
Figure 2015001612
ただし、Ktはモータのトルク定数、Pmは極対数、φfは磁石磁束を表すものである。
まず、第1の動作モードであるデッドタイム外乱補償電圧調整モードの動作について説明する。
本モータ制御装置には、以下の(a)、(b)、(c)3つの特徴を持つデッドタイム外乱補償電圧取得用運転パターンが設定されている。
(a)モータ9には0でない所定の回転速度ωtd以上の速度が与えられ、回転している。
(b)q軸電流指令値iqを0とする。
(c)d軸電流指令値idとして複数の値が設定され、それぞれのidにおいて本動作モードの動作を繰り返し行う。
本動作モードにおいては、このデッドタイム外乱電圧取得用運転パターンに従って各指令値が設定され、モータ9が駆動するものとする。このときのデッドタイム外乱補償電圧修正部100の動作について説明する。
誘起電圧推定部10ではモータ定数と、d軸電流検出値idおよびq軸電流検出値iqからなるベクトル[idq]と、モータ9への電圧指令値vd,vqからなるベクトル[v*dq]と、エンコーダ等の回転位置検出器8によって検出されたモータの電気角θreに基づき、以下の式(4)の演算によってモータの推定誘起電圧としての誘起電圧推定値ベクトル[edq]を推定する。
Figure 2015001612

ここで、Rはモータの巻線抵抗、Lは自己インダクタンス、Pmは極対数、sは微分演算子、Iは単位行列、Jは交代行列、ωrmは機械角速度、ωreは電気角速度を表している。
そして、誘起電圧推定値ベクトル[edq]をデッドタイム外乱補償電圧記憶部101へ入力する。次にデッドタイム外乱補償電圧記憶部101の動作について説明する。誘起電圧推定値ベクトル[edq]中のd軸誘起電圧推定値eの基本波成分e_barについて、以下の式(5)の演算によってデッドタイム外乱補償電圧振幅誤差ΔVTdを求める。
Figure 2015001612
以上の動作を複数のidのそれぞれの場合において繰り返す。そして、例えば線形補間等の任意の近似方法を用いて、図5に示すようなid、iqからなるモータの電流振幅指令値i*(下記式(6)参照)に対するΔVTdのマップを作成してデッドタイム外乱補償電圧記憶部101において記憶する。
Figure 2015001612
後述する第二の動作モードにおいてid、iqの値をそれぞれ設定してモータ制御を行う場合には、上記i*を式(6)によって計算し、マップからそれに対応した値を呼び出すものである。そして、図3に示すように、この記憶部に記憶したマップの値をデッドタイム外乱電圧補償部11に入力し、i*に対する新たな電圧指令値[v*Td]を定められるよう設定することで、本動作モードは動作終了となり第二の動作モードへ移行する。
以下、式(5)の原理について説明する。
今、デッドタイム外乱電圧補償部11では式(2)に基づくデッドタイム外乱電圧補償が行われているが、既に述べたように式(2)で用いるデッドタイム外乱補償電圧振幅VTdは、電力変換器のスイッチング素子等の遅れに由来する誤差ΔVTdを持つため、この値の分だけVTdを修正する必要がある。
ここで、式(4)における[idq]は電圧指令値に基づく駆動電流[i*M]とデッドタイム外乱電圧によって発生する外乱電流[i*Td]を含むため、誘起電圧推定値ベクトル[edq]は[i*Td]による誤差電圧を含むことになる。
ところで、誘起電圧の基本波成分のみに着目すれば、d軸上の誘起電圧は0となるので、d軸誘起電圧推定値eの基本波成分e_barからd軸上の誘起電圧の基本波成分0を差し引けば[i*Td]による誘起電圧推定値の基本波成分の推定誤差を求めることができる。
一方、本実施の形態1では、d軸電流指令値idを任意のある一定の値とし、q軸電流指令値iqを0として電流制御を行っている。このとき、dq軸上に表れるデッドタイム外乱電圧の影響について考える。これは、式(1)における[vTd]の三相―dq変換により、図6に示すように、通電した軸には半波状の外乱(図中の記号“S”で示される曲線を参照)、通電していない軸に鋸波状の外乱(図中の記号“T”で示される線を参照)となって表れることが分かる。
ここで、図6は、ΔVTd=VTdの場合において、dq軸でみたΔVTdの影響を示すグラフであり、縦軸は、正規化したパワーであるp.u.単位で示したΔVTd/VTdの値、横軸はラジアン(rad)単位で示した電気角位相を示す。図中の記号“S”で示した曲線は、通電軸の誤差電圧(半波状)を示し、記号“Sa”で示した破線は、この誤差電圧の平均値(単位:p.u.)を示す。また、記号“T”で示した線は非通電時の誤差電圧を示し、鋸波状である。
したがって、図6から、基本波成分の誤差(図中の矢印A参照)のみを見れば、その影響は、通電している軸にのみ表れることが分かる。
図6における半波状の誤差電圧の直流値を簡易的に計算すると、図6における半波の山の値が以下に示す式(7)で、谷の値が式(8)で与えられる。
Figure 2015001612
Figure 2015001612
よって、電気角位相においてπ/2とπ/3の間を取る(加算平均を取る)と(π/2+π/3)/2=5π/12であるから、求める電流値は、
Figure 2015001612
となる(図中の誤差電圧平均値である直線Sa参照)。
したがって推定誘起電圧の基本波成分のみに着目した誤差電圧と、三相矩形波としてのデッドタイム外乱補償電圧振幅誤差ΔVTdの間には以下の式(10)が成り立つ。
Figure 2015001612
この式(10)から式(5)が導かれる。
次に、第2の動作モードであるトルクリプル抑制制御モードの動作について説明する。
これは機械的状態量を推定する技術の応用例の一つであり、モータのトルクの推定値に基づいて、トルクリプルを抑制することを可能とするものである。
図4において、モータ制御装置は第一の動作モードと比較して新たに加算器13、トルクリプル補償部200を備え、トルクリプル補償部200は誘起電圧推定部10とトルクリプル補償指令生成部201を備える。
本動作モードにおいてはデッドタイム外乱補償電圧記憶部101にはdq軸電流指令値id、iqが入力され、それに対応したΔVTdをデッドタイム外乱電圧補償部11へ入力する。
そして、デッドタイム外乱電圧補償部11では式(2)に代わり、以下の式(11)を用いてデッドタイム外乱補償電圧振幅VTdを修正したデッドタイム外乱補償電圧v Tdを生成して加算器12へ出力し、デッドタイム外乱補償が行われる。
Figure 2015001612
次に本動作モードにおけるトルクリプル抑制制御の動作、すなわちトルクリプル補償部200の動作について説明する。
誘起電圧推定部10では第一の動作モードと同様に誘起電圧推定値ベクトル[edq]を演算してトルクリプル補償指令生成部201へ入力する。トルクリプル補償指令生成部201では誘起電圧推定値ベクトル[edq]とdq軸検出電流[idq]とに基づいて、以下の式(12)によってモータのトルクτを推定する。
Figure 2015001612
ここで、[i dq]は、ベクトル[idq]の転置を示す。
そして、トルク推定値τに含まれる振動成分を抽出してその振動を打ち消すようなトルクリプル補償信号iq* ripを計算して加算器13へ入力する。なお、このトルク推定値τに基づくトルクリプル補償信号τ* ripの生成方法に関しては多数の公知技術があるが、本発明では任意の公知技術を用いることが可能である。
加算器13はトルクリプル補償信号iq* ripをq軸電流指令値iq*に加算し、その値を新たにq軸電流指令値として、減算器6へと入力する。これによって、モータ9ではq軸電流指令値iq*(すなわち、トルク指令τ*)によるトルクに加えて、トルクリプル補償信号iq* ripに基づく脈動トルクがトルクリプルと逆位相に発生することになり、この脈動トルクとトルクリプルが打ち消しあうことでトルクリプルが抑制されることになる。
誘起電圧推定値ベクトル[edq]とそれに基づいて式(4)から計算される推定トルクはトルクリプルに同期した振動成分を含んでいるが、その主要な成分である6f成分はデッドタイム外乱電圧に由来する成分とモータ自身が発生させている成分の重ね合わせとなりモータ自身が発生させている成分のみを抽出することは困難である。
しかし、本実施の形態においては第一の動作モードでの動作時に記憶したデッドタイム外乱電圧補償値を用いたデッドタイム外乱補償が働いていることでデッドタイム外乱電圧に由来する6f成分は打ち消されるため、モータ自身が生じさせている6f成分のみを抽出することが可能となる。
また、第一の動作モードにおけるデッドタイム外乱補償電圧振幅誤差ΔVTdの取得に際しては、d軸にのみ通電しているため、モータ9でトルクを発生させること無く動作させることができる。
また、第二の動作モードでは、誘起電圧推定部10はデッドタイム外乱電圧補償動作に関与しないので、デッドタイム外乱補償動作がトルクリプル抑制制御と干渉することは無い。
また、例えば図7に示すように、モータ定数であるLの電流に対する依存特性(図中の記号“Lv”で示される実線を参照。点線“Lc”はLの電流に対する依存がない場合の特性を示す)が分かっている場合には、デッドタイム外乱補償電圧取得用運転パターンでid iqを設定することと併せて、誘起電圧推定部10において、id iqからなる電流振幅指令値i*に対するLの値をLvに設定することで、モータのパラメータ変動に由来する外乱の影響を排して、性能向上につなげることも可能である。
以上のように本実施の形態では第一の動作モードから第二の動作モードに至る各シーケンスを順に実行していくことにより、電気的状態量の観測に基づいて簡易にデッドタイム外乱補償が行える効果に加えて、電気的状態量の観測に基づくデッドタイム外乱補償と機械的状態量の推定を互いに干渉することなく実行することができる効果を有する。
実施の形態2.
本実施の形態は、第一の実施の形態と同様に図2、図3で表される第一の動作モードとしてのデッドタイム外乱補償電圧調整モードと、図4で表される第2の動作モードとしての機械的状態量推定モードの二つの動作モードを備える。そして、まずデッドタイム外乱補償量記憶モードとしての動作を行った後に機械的状態量推定モードへと移行するシーケンスを備えている。
機械的状態量推定モードとして、モータのトルクを推定し、推定したトルクに基づいてトルクリプルを抑制するトルクリプル抑制制御モードを備えた装置を例にとって説明する。
本実施の形態2では、デッドタイム外乱補償電圧調整モードにおいて、第一の実施の形態とは異なる以下の(d)、(e)、(f)3つの特徴をもつデッドタイム外乱補償電圧取得用運転パターンが設定されている。
(d)モータ9には0でないある回転速度ωtd以上の速度が与えられ、回転している。
(e)d軸電流指令値idを0とする。
(f)q軸電流指令値iqとして複数の値が設定され、それぞれのiqにおいて本動作モードの動作を繰り返し行う。
以上のように、主としてq軸の通電に基づく動作が行われることになる。誘起電圧推定部10では式(4)による誘起電圧推定値ベクトル[edq]が演算され、デッドタイム外乱補償電圧記憶部101へ入力される。
ここでデッドタイム外乱補償電圧記憶部101では[edq]中のq軸誘起電圧推定値eの基本波成分e_barについて、式(5)に代わり、以下の式(13)の演算を行う。
Figure 2015001612
以上の動作を複数のiqのそれぞれの場合において繰り返し、全ての場合で式(13)によるデッドタイム外乱補償電圧振幅誤差ΔVTdを演算する。そして、線形補間等の任意の近似方法を用いてid、iqからなる電流振幅指令値i*に対するΔVTdのマップを作成して、記憶部において記憶することで、本動作モードは動作終了となり第二の動作モードへ移行する。
ここで、式(13)の原理については、基本的には式(5)の場合と同様である。つまり、q軸電流指令値iqを任意のある一定の値とし、d軸電流指令値idを0として電流制御を行っているために、誘起電圧推定値の基本波成分の推定誤差は[edq]中のq軸成分にのみ表れることになる。
一方で誘起電圧の基本波成分のみに着目すれば、q軸上の誘起電圧は磁石磁束φ及び電気角回転速度ωreからωreφと表されるので、q軸誘起電圧推定値eの基本波成分e_barからq軸上の誘起電圧の基本波成分ωreφを差し引けば誘起電圧推定値の基本波成分の推定誤差を求めることができる。
従って、本実施の形態においては推定誘起電圧の基本波成分のみに着目した誤差電圧と三相矩形波としてのデッドタイム外乱電圧振幅誤差ΔVTdの間には以下の等式が成り立つ。
Figure 2015001612
式(14)から式(13)が導かれる。
また、第二の動作モードであるトルクリプル抑制制御モードに関しては、第一の実施の形態と同様の動作を行うものである。
また、例えば図7に示すように、モータ定数であるLの電流に対する依存特性(図中の記号“Lv”で示される実線を参照)が分かっている場合には、デッドタイム外乱補償電圧取得用運転パターンでid iqを設定することと併せて、誘起電圧推定部10とデッドタイム外乱補償電圧記憶部101において、id iqからなる電流振幅指令値i*に対するLの値をLvに設定することで、モータのパラメータ変動に由来する外乱の影響を排して、性能向上につなげることも可能である。
あるいは、id iqからなる電流振幅指令値i*に対して、トルクが飽和していく性質をもつモータに対して、その電流に対するトルクの飽和特性(図中の記号“Ktv”で示される実線を参照。点線“Ktc”はKtの電流に対する依存がない場合の特性を示す)が分かっている場合には、それを図8に示すような形でi*に対するトルク定数Ktの飽和曲線Ktvとして表すことができる。式(3)に示すようにφf=Kt/Pmであるので、式(13)におけるφfに、図8に示すKtの飽和曲線Ktvからφf=Kt/Pmとして求めた各電流振幅指令値i*に対するφfを用いることで、モータのパラメータ変動に由来する外乱の影響を排して、性能向上につなげることも可能である。
以上のように本実施の形態では第一の実施の形態と同様に第一の動作モードから第二の動作モードに至る各シーケンスを順に実行していくことにより、電気的状態量の観測に基づいて簡易にデッドタイム外乱補償が行える効果に加えて、電気的状態量の観測に基づくデッドタイム外乱補償と機械的状態量の推定を互いに干渉することなく実行することができる効果を有する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 電流制御部、2 dq-3相変換器、3 3相-dq変換器、
4 電力変換器、5 電流検出部、6、7 減算器、8 回転位置検出器、
9 PMモータ(モータ)、10 誘起電圧推定部、
11 デッドタイム外乱電圧補償部、12、13 加算器、
100 デッドタイム外乱補償電圧修正部、
101 デッドタイム外乱補償電圧記憶部、200 トルクリプル補償部、
201 トルクリプル補償指令生成部。
この発明に係るモータ制御装置は、
モータの回転位置を検出する回転位置検出器、
前記モータに印加される3相の電流の内、少なくとも2相の電流を検出する電流検出部、前記3相の電流の所定座標上での値と、前記モータの回転磁界上の座標であるdq座標上での値とを、互いに変換する座標変換部、
前記電流の制御入力である電流指令値と、前記電流検出部で検出された電流を前記座標変換部でdq座標変換された電流フィードバック値との差異に基づいて、電圧の制御入力である電圧指令値を生成する電流制御部、
前記電圧指令値に基づいて前記電流検出部に入力される3相電圧を生成して前記モータに所定の電力を供給する電力変換器、
前記電圧指令値と前記電流フィードバック値に基づき前記モータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定部、
前記電力変換器に設けられた2つのスイッチング素子の短絡防止期間であるデッドタイムにより前記電流検出部に生じた出力に対する外乱を補償する電圧であるデッドタイム外乱補償電圧を生成するデッドタイム外乱電圧補償部、
前記電流指令値に応じて前記デッドタイム外乱補償電圧を修正するとともに、前記誘起電圧推定部と、推定された前記誘起電圧の基本波成分に基づいて前記デッドタイム外乱補償電圧の誤差を演算して記憶するデッドタイム外乱補償電圧記憶部と、を有するデッドタイム外乱補償電圧修正部、を備え、
前記デッドタイム外乱補償電圧を取得するための前記モータの運転パターンにより、前記電流指令値を設定するデッドタイム外乱補償電圧調整モードと、前記モータのトルクを推定し、推定したトルクに基づいてトルクリプルを抑制するトルクリプル抑制制御モード、の2つの動作モードを備え、前記デッドタイム外乱補償電圧調整モードの動作が完了した後に、前記トルクリプル抑制制御モードに移行するものである。

Claims (9)

  1. モータの回転位置を検出する回転位置検出器、
    前記モータに印加される3相の電流の内、少なくとも2相の電流を検出する電流検出部、
    前記3相の電流の所定座標上での値と、前記モータの回転磁界上の座標であるdq座標上での値とを、互いに変換する座標変換部、
    前記電流の制御入力である電流指令値と、前記電流検出部で検出された電流を前記座標変換部でdq座標変換された電流フィードバック値との差異に基づいて、電圧の制御入力である電圧指令値を生成する電流制御部、
    前記電圧指令値に基づいて前記電流検出部に入力される3相電圧を生成して前記モータに所定の電力を供給する電力変換器、
    前記電圧指令値と前記電流フィードバック値に基づき前記モータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定部、
    前記電力変換器に設けられた2つのスイッチング素子の短絡防止期間であるデッドタイムにより前記電流検出部に生じた出力に対する外乱を補償する電圧であるデッドタイム外乱補償電圧を生成するデッドタイム外乱電圧補償部、
    前記電流指令値に応じて前記デッドタイム外乱補償電圧を修正するとともに、前記誘起電圧推定部と、推定された前記誘起電圧の基本波成分に基づいて前記デッドタイム外乱補償電圧の誤差を演算して記憶するデッドタイム外乱補償電圧記憶部と、を有するデッドタイム外乱補償電圧修正部、
    を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 前記誘起電圧推定部と、
    この誘起電圧推定部にて推定された誘起電圧に応じて前記モータが発生するトルクリプルを抑制するトルクリプル補償指令生成部と、
    を含むトルクリプル補償部を備えたことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
  3. 前記デッドタイム外乱補償電圧を取得するための前記モータの運転パターンにより、前記電流指令値を設定するデッドタイム外乱補償電圧調整モード、及び
    前記モータのトルクを推定し、推定したトルクに基づいてトルクリプルを抑制するトルクリプル抑制制御モード、の2つの動作モードを備え、
    前記デッドタイム外乱補償電圧調整モードの動作が完了した後に、前記トルクリプル抑制制御モードに移行することを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
  4. 前記デッドタイム外乱補償電圧調整モードでは、前記トルクリプル補償指令生成部は休止状態にあり、前記モータの運転パターンが入力され、この運転パターンに従って前記モータが駆動している状態で、前記デッドタイム外乱補償電圧修正部が動作して、前記デッドタイム外乱補償電圧記憶部では、演算されたデッドタイム外乱補償電圧の誤差に基づいて前記電流指令値に対応するデッドタイム外乱補償電圧修正マップを作成して記憶し、
    前記トルクリプル抑制制御モードでは、前記デッドタイム外乱補償電圧記憶部からは前記デッドタイム外乱補償電圧調整モードにおいて記憶された前記電流指令値に対応したデッドタイム外乱補償電圧修正値が出力されて、前記デッドタイム外乱電圧補償部に入力され、修正されたデッドタイム外乱補償電圧によってデッドタイム外乱電圧が補償された状態で前記トルクリプル補償指令生成部が動作してトルクリプル抑制制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。
  5. 前記モータの運転パターンでは、前記モータにはゼロでないある一定値以上の速度が与えられ、q軸電流指令値をゼロとして通電させず、d軸電流指令値として少なくとも一つの電流指令値が設定されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のモータ制御装置。
  6. 前記モータの運転パターンでは、前記モータにはゼロでないある一定値以上の速度が与えられ、d軸電流指令値をゼロとして通電させず、q軸電流指令値として少なくとも一つの電流指令値が設定されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のモータ制御装置。
  7. 前記デッドタイム外乱補償電圧の演算手段は3相電圧の振幅値としてデッドタイム外乱電圧補償値を演算することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
  8. 前記デッドタイム外乱補償電圧調整モードではd軸電流のみを通電させた場合に式(5)によって、また、q軸電流のみを通電させた場合に式(13)によって、デッドタイム外乱補償電圧修正値ΔVTdを演算することを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
    Figure 2015001612
    Figure 2015001612
  9. 前記誘起電圧推定部は前記モータのインダクタンスあるいは誘起電圧定数(トルク定数)を前記電流指令値に依存して変化させることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
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