JPWO2015001612A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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Ｖ_Ｔｄ＝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。

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Ｖ_Ｔｄ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。

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。

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ω_ｔｄ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［ｉ_ｄｑ］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θ_ｒｅ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［ｅ_ｄｑ］を推定する。

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、ω_ｒｍは機械角速度、ω_ｒｅ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［ｅ_ｄｑ］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［ｅ_ｄｑ］中のｄ軸誘起電圧推定値ｅ_ｄの基本波成分ｅ_ｄ_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ΔＶ_Ｔｄを求める。

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ΔＶ_Ｔｄ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。

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Ｖ_Ｔｄ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ΔＶ_Ｔｄを持つため、この値の分だけＶ_Ｔｄを修正する必要がある。

ここで、式（４）における［ｉ_ｄｑ］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［ｅ_ｄｑ］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_ｄの基本波成分ｅ_ｄ_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［ｖ_Ｔd］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、ΔＶ_Ｔｄ＝Ｖ_Ｔｄの場合において、ｄｑ軸でみたΔＶ_Ｔｄ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ΔＶ_Ｔｄ/Ｖ_Ｔｄ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。

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、

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ΔＶ_Ｔｄの間には以下の式（１０）が成り立つ。

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ΔＶ_Ｔｄ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Ｖ_Ｔｄ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。

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［ｅ_ｄｑ］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［ｅ_ｄｑ］とｄｑ軸検出電流［ｉ_ｄｑ］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。

ここで、［ｉ^Ｔ _ｄｑ］は、ベクトル［ｉ_ｄｑ］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［ｅ_ｄｑ］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ΔＶ_Ｔｄ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ω_ｔｄ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［ｅ_ｄｑ］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［ｅ_ｄｑ］中のｑ軸誘起電圧推定値ｅ_ｑの基本波成分ｅ_ｑ_ｂａｒについて、式（５）に代わり、以下の式（１３）の演算を行う。

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ΔＶ_Ｔｄ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ΔＶ_Ｔｄ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［ｅ_ｄｑ］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_ｆ及び電気角回転速度ω_ｒｅからω_ｒｅφ_ｆと表されるので、ｑ軸誘起電圧推定値ｅ_ｄの基本波成分ｅ_ｑ_ｂａｒからｑ軸上の誘起電圧の基本波成分ω_ｒｅφ_ｆ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ΔＶ_Ｔｄの間には以下の等式が成り立つ。

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ΔＶ_Ｔｄ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。
   

   

   
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。

Images