JPWO2020105106A1 - 交流回転電機の制御装置 - Google Patents

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Abstract

簡素な回路構成で、指令電圧から算出される指令オンデューティに対する実オンデューティの誤差を精度よく補償できる交流回転電機の制御装置を提供する。直列回路における直列接続の接続点の電位である中点電位の検出値に基づいて、スイッチング素子の実オンデューティ（Ｄｒ）を検出し、指令オンデューティ（Ｄｏ）と実オンデューティ（Ｄｒ）との差から、オンデューティの誤差（ΔＤｅｒ）を算出し、オンデューティの誤差（ΔＤｅｒ）に基づいて、電圧指令又は指令オンデューティ（Ｄｏ）を補正する交流回転電機の制御装置（１）。

Description

本願は、交流回転電機の制御装置に関するものである。
電気自動車及びハイブリッド自動車等の電動車両は、車両の駆動源としての交流回転電機を搭載している。インバータは、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換して、交流回転電機に供給する。インバータは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を備えている。
通常、スイッチング素子には、ターンオン遅れ及びターンオフ遅れの遅れ時間があるため、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とのオンオフの切り換えを同時に行うと、正極側及び負極側のスイッチング素子が短絡する場合がある。この短絡を防ぐために、正極側のスイッチング素子のオン期間と負極側のスイッチング素子のオン期間の間に、双方のスイッチング素子をオフするデッドタイムが設けられる。デッドタイムが存在すると、電圧指令から算出されるスイッチング素子の指令オンデューティに対して、実際のオンデューティに誤差を生じる。
特許文献１に開示された技術では、デッドタイムによるオンデューティの誤差を補償するため、電流制御ループのリファレンスモデル回路と電流指令値を使用したフィードフォワード制御により、デッドタイムの補償を行うように構成されている。
また、特許文献２に開示された技術では、デューティ指令値に基づいて補正指令電圧を算出し、巻線の端子電圧に基づいて検出電圧を推定し、その差分からデッドタイムによる損失電圧を推定し、デッドタイム補償値をｄｑ軸電流指令値にフィードバックすることでデッドタイム補償を行うように構成されている。
特許第４６８１４５３号公報 特許第６３１９５３２号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、リファレンスモデル回路の閾値を決定する必要がある。補償精度を向上させるためには、種々の条件で閾値の切り換えが必要となり、実機でのチューニング作業が必要となるという課題があった。
特許文献２の技術では、電動機の端子電圧に基づいて検出電圧を推定するため、電圧検出回路が必要となる。検出精度を確保するために、外来ノイズを除去するためのフィルタ回路も必要となり回路規模が大きくなるという課題があった。更に、検出電圧の推定、損失電圧の推定に演算処理の負荷が増加するという課題もあった。
そこで、簡素な回路構成で、指令電圧から算出される指令オンデューティに対する実オンデューティの誤差を精度よく補償できる交流回転電機の制御装置が望まれる。
本願に係る交流回転電機の制御装置は、ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線を設けた交流回転電機を制御する交流回転電機の制御装置であって、
直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相の各相に対応してｎセット設けたインバータと、
前記直列回路における直列接続の接続点の電位である中点電位を検出する中点電位検出回路と、
電圧指令又は前記電圧指令から算出した指令オンデューティに基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記中点電位の検出値に基づいて、前記スイッチング素子の実オンデューティを検出し、
前記指令オンデューティと前記実オンデューティとの差から、オンデューティの誤差を算出し、
前記オンデューティの誤差に基づいて、前記電圧指令又は前記指令オンデューティを補正するものである。
本願に係る交流回転電機の制御装置によれば、中点電位の検出値に基づいて、実オンデューティを検出し、オンデューティの誤差を算出することができる。そして、オンデューティの誤差により電圧指令又は指令オンデューティを補正することで、指令通りにスイッチング素子をオン又はオフさせることができ、巻線に印加される電圧の制御精度を向上できる。また、中点電位検出回路による中点電位の検出値を用いるので、簡素な回路構成により、オンデューティの誤差を検出することができる。
実施の形態１に係る交流回転電機及び交流回転電機の制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御回路のブロック図である。 実施の形態１に係る制御回路のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係るデッドタイムの期間中の巻線電流の正負とスイッチング素子のオンオフとを説明する図である。 実施の形態１に係る巻線電流とオンデューティの誤差との関係特性を説明する図である。 実施の形態１に係るデューティ誤差特性の学習を説明する図である。 実施の形態１に係る補正係数特性を説明する図である。 実施の形態１に係る学習許可範囲を説明する図である。 実施の形態２に係る制御回路のブロック図である。 実施の形態４に係る時間分割の設定を説明する図である。 実施の形態４に係る時間分割の設定を説明するタイムチャートである。
１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の概略構成図である。
１−１．交流回転電機
交流回転電機２は、ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線を設けている。本実施の形態では、交流回転電機２は、永久磁石式の同期交流回転電機とされており、ｎ相の巻線を設けたステータと、永久磁石を設けたロータと、を有している。本実施の形態では、ｎ＝３とされており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相とされている。ステータに、３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。
交流回転電機２は、ロータの回転角度に応じた電気信号を出力する回転センサ１６を備えている。回転センサ１６は、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等とされる。回転センサ１６の出力信号は、制御回路３０に入力される。
１−２．制御装置１
制御装置１は、インバータ２０、電源電圧検出回路１３、電流検出回路１７、中点電位検出回路１８、ゲート駆動回路１２、冗長３相短絡回路１９、及び制御回路３０を備えている。
１−２−１．インバータ等
インバータ２０は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源１０と３相巻線との間で直流交流変換を行う。インバータ２０は、直流電源１０の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源１０の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。インバータ２０は、３つの正極側のスイッチング素子２３Ｈと、３つの負極側のスイッチング素子２３Ｌとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。
具体的には、各相の直列回路において、正極側のスイッチング素子２３Ｈのコレクタ端子は、正極側電線１４に接続され、正極側のスイッチング素子２３Ｈのエミッタ端子は、負極側のスイッチング素子２３Ｌのコレクタ端子に接続され、負極側のスイッチング素子２３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線１５に接続されている。正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続されている。
スイッチング素子には、逆並列接続されたダイオードの機能を有するものが用いられる。例えば、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続された寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。
＜ゲート駆動回路１２＞
ゲート駆動回路１２は、スイッチング素子をオンオフ駆動する。ゲート駆動回路１２は、冗長３相短絡回路１９を介して、各スイッチング素子のゲート端子に接続されている。ゲート駆動回路１２は、制御回路３０からフォトカプラ等を介して伝達された制御信号に応じて、各スイッチング素子に対してオン信号又はオフ信号を出力して、各スイッチング素子をオン駆動又はオフ駆動する。
＜冗長３相短絡回路１９＞
冗長３相短絡回路１９は、制御回路３０からの指令信号等に応じて、各スイッチング素子を強制的に短絡又は開放（オン又はオフ）する。短絡又は開放するスイッチング素子は３相の正極側のスイッチング素子であってもよいし、３相の負極側のスイッチング素子であってもよいし、或いは全てのスイッチング素子であってもよい。
＜電流検出回路１７＞
電流検出回路１７は、各相の巻線に流れる巻線電流を検出する。電流検出回路１７は、巻線電流に応じた電気信号を出力し、出力信号は、制御回路３０に入力される。本実施の形態では、電流検出回路１７は、スイッチング素子の直列回路の接続点と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられたホール素子等とされている。或いは、電流検出回路１７は、各相の直列回路に直列接続されたシャント抵抗であってもよい。
＜中点電位検出回路１８＞
中点電位検出回路１８は、直列回路における正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子との接続点の電位である中点電位を検出する。電流検出回路１７は、中点電位に応じた電気信号を出力し、出力信号は、制御回路３０に入力される。本実施の形態では、中点電位検出回路１８は、３相各相の直列回路の接続点の中点電位を検出する。
本実施の形態では、中点電位検出回路１８は、中点電位が電位閾値より大きいか小さいかに応じて、出力信号をオン又はオフさせる回路とされている。中点電位検出回路１８は、中点電位が電位閾値よりも大きい場合に、出力信号をオンにし、中点電位が電位閾値よりも小さい場合に、出力信号をオフにする。電位閾値は、０から電源電圧Ｖｄｃの範囲内の電圧（例えば、電源電圧Ｖｄｃの２分の１）に設定されている。中点電位の立ち上がりと立ち下りとで、異なる電位閾値が用いられてもよい。中点電位検出回路１８は、電位閾値と中点電位とを比較するコンパレータのような簡素な回路で構成されてもよい。
＜電源電圧検出回路１３＞
電源電圧検出回路１３は、インバータ２０に供給される直流電源１０の電源電圧Ｖｄｃを検出する。電源電圧検出回路１３は、電源電圧Ｖｄｃに応じた電気信号を出力し、出力信号は、制御回路３０に入力される。
＜直流電源１０＞
直流電源１０には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源１０には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。平滑コンデンサが、インバータ２０の正極側電線１４と負極側電線１５との間に接続されてもよい。
１−２−２．制御回路３０
制御回路３０は、インバータ２０を制御することにより、交流回転電機２を制御する。図２に示すように、制御回路３０は、後述する運転状態検出部３１、基本電圧指令演算部３２、デューティ誤差補正部３３、及びＰＷＭ制御部３４等を備えている。制御回路３０の各機能は、制御回路３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御回路３０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転センサ１６、電源電圧検出回路１３、電流検出回路１７、中点電位検出回路１８等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器、入力ポート等を備えている。出力回路９３には、ゲート駆動回路１２及び冗長３相短絡回路１９等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０の制御信号を出力する出力ポート、駆動回路等を備えている。
そして、制御回路３０が備える図２の各制御部３１〜３４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御回路３０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３４等が用いる閾値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御回路３０の各機能について詳細に説明する。
１−２−２−１．運転状態検出部３１
運転状態検出部３１は、電源電圧検出回路１３の出力信号に基づいて、電源電圧Ｖｄｃを検出する。運転状態検出部３１は、電流検出回路１７の出力信号に基づいて、３相の巻線に流れる巻線電流Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄを検出する。また、運転状態検出部３１は、回転センサ１６の出力信号に基づいて、ロータの回転角度θ（磁極位置θ）及び回転角速度ωを検出する。運転状態検出部３１は、中点電位検出回路１８の出力信号に基づいて、中点電位を検出する。運転状態検出部３１は、キャリア波ＣＡの山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方（本例では、キャリア波ＣＡの山の頂点）のタイミング（ＰＷＭ演算周期の開始時点）で、巻線電流、磁極位置θ、回転角速度ωを検出する。
１−２−２−２．基本電圧指令演算部３２
基本電圧指令演算部３２は、後述するデューティ誤差補正部３３により補正される前の３相の電圧指令である３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂを算出する。例えば、基本電圧指令演算部３２は、公知のベクトル制御を用いて、３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂを算出する。
本実施の形態では、基本電圧指令演算部３２は、ｄｑ軸の回転座標系上で、巻線に流れる電流を制御する電流フィードバック制御により、３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂを算出する。ｄｑ軸の回転座標系は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータの電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。
以下、詳細に説明する。基本電圧指令演算部３２は、目標トルク、電源電圧、及び回転速度等に基づいて、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びＩｄ＝０制御などの電流ベクトル制御方法に従って、ｄ軸電流指令Ｉｄｏ及びｑ軸電流指令Ｉｑｏを演算する。目標トルクは、外部の装置から伝達されてもよいし、基本電圧指令演算部３２内で演算されてもよい。
基本電圧指令演算部３２は、３相の巻線電流の検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄを、磁極位置θに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電流検出値Ｉｄｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑｄに変換する。
基本電圧指令演算部３２は、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄｄ、Ｉｑｄが、ｄｑ軸電流指令Ｉｄｏ、Ｉｑｏに近づくように、ＰＩ制御等により、ｄ軸電圧指令Ｖｄｏ及びｑ軸電圧指令Ｖｑｏを変化させるフィードバック制御を行う。
基本電圧指令演算部３２は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂに変換する。３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂに３次高調波注入などの変調が加えられたものが用いられてもよい。
１−２−２−３．ＰＷＭ制御部３４
ＰＷＭ制御部３４は、ＰＷＭ制御(Pulse Width Modulation)により各相の正極側及び負極側のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３４は、３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂに対して後述するデューティ誤差補正部３３による補正が行われた後の３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、各スイッチング素子をオンオフ制御する。なお、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏは、キャリア波ＣＡの山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方（本例では、キャリア波ＣＡの山の頂点）のタイミング間の期間であるＰＷＭ演算周期中に演算され、ＰＷＭ演算周期の終了時点で更新される。
ＰＷＭ制御部３４は、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、ＰＷＭ周期Ｔｃｃ、及び３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗでオンオフする３相各相のＰＷＭ信号を生成する。後述する式（１）に示すように、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを、電源電圧Ｖｄｃで除算した値に０．５を加算した値が、３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗとなる。指令オンデューティＤｏは、正極側のスイッチング素子のオンデューティに対応する。
本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３４は、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏとキャリア波ＣＡとの比較結果に基づいて、各スイッチング素子をオンオフするＰＷＭ信号を生成する。図４に示すように、キャリア波ＣＡは、ＰＷＭ周期Ｔｃｃで、０を中心に電源電圧Ｖｄｃ／２の振幅で振動する三角波とされており、ＰＷＭ制御部３４は、電圧指令がキャリア波ＣＡを上回った場合は、ＰＷＭ信号をオンし、電圧指令が三角波を下回った場合は、ＰＷＭ信号をオフする。後述するデッドタイムを無視すると、各相について、ＰＷＭ信号がオンである場合は、正極側のスイッチング素子の制御信号がオンになり、負極側のスイッチング素子の制御信号がオフになり、ＰＷＭ信号がオフである場合は、正極側のスイッチング素子の制御信号がオフになり、負極側のスイッチング素子の制御信号がオンになる。
＜デッドタイム＞
本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、デッドタイムを挟んで、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを交互にオン駆動するように構成されている。すなわち、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、正極側のスイッチング素子のオン駆動期間と、負極側のスイッチング素子のオン駆動期間との間に、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方の駆動をオフになるデッドタイムを設けている。
本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、正極側のスイッチング素子のオン駆動期間を、指令オンデューティＤｏに対応するオン駆動期間よりもデッドタイムだけ短くし、負極側のスイッチング素子のオフ駆動期間を、１から指令オンデューティＤｏを減算したデューティに対応するオン駆動期間よりもデッドタイムだけ長くする。
図４にＵ相の挙動を示すように、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、上述したように、指令オンデューティＤｏでオンオフするＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、ＰＷＭ信号がオンになった時に、負極側のスイッチング素子をオフ駆動し、ＰＷＭ信号がオンになった後、デッドタイムが経過した時に、正極側のスイッチング素子をオン駆動し、ＰＷＭ信号がオフになった時に、正極側のスイッチング素子をオフ駆動し、ＰＷＭ信号がオフになった後、デッドタイムが経過した時に、負極側のスイッチング素子をオン駆動する。
１−２−２−４．デューティ誤差補正部３３
指令オンデューティＤｏと実オンデューティＤｒとの間には各種の要因により誤差が生じる。そこで、デューティ誤差補正部３３は、オンデューティの誤差ΔＤｅｒを検出し、オンデューティの誤差ΔＤｅｒに基づいて、３相各相の電圧指令を補正する。本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、３相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂに対して、オンデューティの誤差ΔＤｅｒに基づいた補正を行って、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを算出する。まず、オンデューティの誤差の要因について説明する。
＜巻線電流の正負による実オンデューティＤｒの変動＞
デッドタイムの期間中も、巻線電流の正負に応じて、正極側又は負極側のスイッチング素子に設けられた逆並列接続のダイオードを電流が流れるため、正極側のスイッチング素子の実オンデューティＤｒが変動する。
図５に示すように、デッドタイムの期間中に、巻線電流が正である場合は、負極側のスイッチング素子２３Ｌのダイオード２２を電流が流れるため、負極側のスイッチング素子２３Ｌは、実際にはオンになり、負極側の実際のオン期間はオン駆動期間よりもデッドタイムの２倍値だけ長くなる。一方、正極側のスイッチング素子２３Ｈは、デッドタイムの期間中に、実際にオフのままであるので、正極側の実際のオン期間は、オン駆動期間のままである。デッドタイムの期間中は、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌの接続点の中点電位は、直流電源１０の負極側と導通するため、直流電源１０の負極側と同等の電位（本例では、０、オフ）になる。
よって、巻線電流が正である場合は、正極側のスイッチング素子２３Ｈの実オンデューティＤｒは、駆動オンデューティのままであり、指令オンデューティＤｏよりも、デッドタイムに対応するオンデューティ分だけ減少する。図４に示すように、この場合に、正極側のスイッチング素子２３Ｈが実際にオンになっている期間は、中点電位が、直流電源１０の正極側の同等の電位（本例では、電源電圧Ｖｄｃ、オン）になっていることで検出できる。
一方、図５に示すように、デッドタイムの期間中に、巻線電流が負である場合は、正極側のスイッチング素子２３Ｈのダイオード２２を電流が流れるため、正極側のスイッチング素子２３Ｈは、実際にはオンになり、正極側の実際のオン期間はオン駆動期間よりもデッドタイムの２倍値だけ長くなる。一方、負極側のスイッチング素子２３Ｌは、デッドタイムの期間中に、実際にオフのままであるので、負極側の実際のオン期間は、オン駆動期間のままである。デッドタイムの期間中は、中点電位は、直流電源１０の正極側と導通するため、直流電源１０の正極側と同等の電位（本例では、電源電圧Ｖｄｃ、オン）となる。
よって、巻線電流が負である場合は、正極側のスイッチング素子２３Ｈの実オンデューティＤｒは、駆動オンデューティよりも、デッドタイムの２倍値に対応するオンデューティ分だけ増加し、指令オンデューティＤｏよりも、デッドタイムに対応するオンデューティ分だけ増加する。図４に示すように、この場合に、正極側のスイッチング素子２３Ｈが実際にオンになっている期間は、中点電位が、直流電源１０の正極側の同等の電位（本例では、電源電圧Ｖｄｃ、オン）になっていることで検出できる。
＜ターンオフ遅れ及びターンオン遅れによる実オンデューティＤｒの変動＞
ＰＷＭ信号をオフ駆動した後も、スイッチング素子を継続して電流が流れる時間があるため、スイッチング素子が実際にオフになるまでには時間遅れ（以下、ターンオフ遅れと称す）がある。また、ＰＷＭ信号をオン駆動した後も、スイッチング素子が実際にオンになるまでには時間遅れ（以下、ターンオン遅れと称す）がある。ターンオフ遅れ及びターンオン遅れは、巻線電流の大きさに応じて変化する。この場合も、正極側のスイッチング素子が実際にオンになっている期間は、中点電位が、直流電源の正極側の同等の電位（本例では、電源電圧Ｖｄｃ、オン）になっていることで検出できる。
＜検出したオンデューティの誤差ΔＤｅｒによる補正＞
そこで、デューティ誤差補正部３３は、中点電位の検出値に基づいて、スイッチング素子の実オンデューティＤｒを検出し、電圧指令から算出した指令オンデューティＤｏと実オンデューティＤｒとの差から、オンデューティの誤差ΔＤｅｒを算出する。そして、デューティ誤差補正部３３は、オンデューティの誤差ΔＤｅｒに基づいて、電圧指令を補正する。
この構成によれば、中点電位の検出値に基づいて、実オンデューティＤｒを検出し、オンデューティの誤差ΔＤｅｒを算出することができる。そして、オンデューティの誤差ΔＤｅｒにより電圧指令を補正することで、指令通りにスイッチング素子をオン又はオフさせることができ、巻線に印加される電圧の制御精度を向上できる。また、中点電位検出回路１８による中点電位の検出値を用いるので、簡素な回路構成により、オンデューティの誤差ΔＤｅｒを検出することができる。
デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを電源電圧Ｖｄｃで除算した値に、０．５を加算して、３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗを算出する。
Ｄｏ＿ｕ＝Ｖｕｏ／Ｖｄｃ＋０．５
Ｄｏ＿ｖ＝Ｖｖｏ／Ｖｄｃ＋０．５ ・・・（１）
Ｄｏ＿ｗ＝Ｖｗｏ／Ｖｄｃ＋０．５
デューティ誤差補正部３３は、中点電位が電位閾値より大きくなった時点、及び中点電位が電位閾値より小さくなった時点に基づいて、実オンデューティＤｒを検出する。
本実施の形態では、図４にＵ相の挙動に示すように、デューティ誤差補正部３３は、Ｕ相の直列回路の中点電位が電位閾値より小さくなり、中点電位がオフになった時点から、次に、中点電位がオフになる時点までの期間であるオフオフ期間ＧＰＲ１＿ｕをタイマにより計測する。また、デューティ誤差補正部３３は、中点電位がオフになった時点から、中点電位が電位閾値より大きくなり、中点電位がオンになる時点までの期間であるオフオン期間ＧＰＲ０＿ｕをタイマにより計測する。そして、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、オフオフ期間ＧＰＲ１＿ｕからオフオン期間ＧＰＲ０＿ｕを減算して、正極側のスイッチング素子のオン期間を算出し、正極側のオン期間をＰＷＭ周期Ｔｃｃで除算した値を、Ｕ相の実オンデューティＤｒ＿ｕとして検出する。
Ｄｒ＿ｕ＝（ＧＰＲ１＿ｕ−ＧＰＲ０＿ｕ）／Ｔｃｃ
Ｄｒ＿ｖ＝（ＧＰＲ１＿ｖ−ＧＰＲ０＿ｖ）／Ｔｃｃ
Ｄｒ＿ｗ＝（ＧＰＲ１＿ｗ−ＧＰＲ０＿ｗ）／Ｔｃｃ
・・・（２）
式（２）に示すように、デューティ誤差補正部３３は、Ｖ相についても、Ｖ相の直列回路の中点電位に基づいて、オフオン期間ＧＰＲ０＿ｖ及びオフオフ期間ＧＰＲ１＿ｖを計測して、Ｖ相の実オンデューティＤｒ＿ｖを算出し、Ｗ相についても、Ｗ相の直列回路の中点電位に基づいて、オフオン期間ＧＰＲ０＿ｗ及びオフオフ期間ＧＰＲ１＿ｗを計測して、Ｗ相の実オンデューティＤｒ＿ｗを算出する。
なお、デューティ誤差補正部３３は、中点電位がオンになった時点から、中点電位がオフになる時点までの期間をタイマにより計測し、正極側のスイッチング素子のオン期間を直接計測してもよい。
デューティ誤差補正部３３は、前回のＰＷＭ演算周期中（図４中の（ｎ−１））に計測したオフオフ期間ＧＰＲ１及びオフオン期間ＧＰＲ０に基づいて、今回のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ））で実オンデューティＤｒを算出する。
今回のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ））で算出する実オンデューティＤｒは、２周期前のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ−２））で演算され、２周期前のＰＷＭ演算周期の終了時点（図４中の（ａ））で設定された指令電圧に対応する。
よって、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、Ｕ相について、２周期前のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ−２））で算出した指令オンデューティＤｏ＿ｕ（ｎ−２）から今回のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ））で算出した実オンデューティＤｒ＿ｕ（ｎ）を減算して、今回のＰＷＭ演算周期のオンデューティの誤差ΔＤｅｒ＿ｕ（ｎ）を算出する。
ΔＤｅｒ＿ｕ（ｎ）＝Ｄｏ＿ｕ（ｎ−２）−Ｄｒ＿ｕ（ｎ）
ΔＤｅｒ＿ｖ（ｎ）＝Ｄｏ＿ｖ（ｎ−２）−Ｄｒ＿ｖ（ｎ）
ΔＤｅｒ＿ｗ（ｎ）＝Ｄｏ＿ｗ（ｎ−２）−Ｄｒ＿ｗ（ｎ）
・・・（３）
デューティ誤差補正部３３は、Ｖ相、Ｗ相についても、実オンデューティＤｒ＿ｖ、Ｄｒ＿ｗ及び指令オンデューティＤｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗに基づいて、オンデューティの誤差ΔＤｅｒ＿ｖ、ΔＤｅｒ＿ｗを算出する。
＜オンデューティの誤差の学習＞
デューティ誤差補正部３３は、検出した３相各相のオンデューティの誤差ΔＤｅｒ＿ｕ、ΔＤｅｒ＿ｖ、ΔＤｅｒ＿ｗを、次に設定する３相各相の電圧指令に反映させてもよい。しかし、検出したオンデューティの誤差ΔＤｅｒは、２周期前のＰＷＭ演算周期の制御状態に対応するため、情報が遅れている。また、この方法では、常時、３相全ての中点電圧を検出し、実オンデューティＤｒを検出し、オンデューティの誤差を検出する必要がある。
本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、オンデューティの誤差の特性を学習し、学習後の誤差特性を用いて、補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出し、補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃにより、３相各相の電圧指令を補正するように構成されている。
上述したように、巻線電流の正負、及び巻線電流の大きさに応じて、オンデューティの誤差ΔＤｅｒが変動する。この巻線電流に応じたオンデューティの誤差ΔＤｅｒの例を、図６に示す。上述したように、巻線電流が正の場合は、デッドタイム期間中に負極側のスイッチング素子のダイオードを電流が流れるため、実オンデューティＤｒは、指令オンデューティＤｏよりもデッドタイムに対応するオンデューティ分減少し、オンデューティの誤差ΔＤｅｒは、デッドタイムに対応するオンデューティ分増加する。しかし、巻線電流の大きさに応じてターンオフ遅れ及びターンオン遅れが変化するため、巻線電流の動作点に応じて、オンデューティの誤差ΔＤｅｒが変化している。
巻線電流が負の場合は、デッドタイム期間中に正極側のスイッチング素子のダイオードを電流が流れるため、実オンデューティＤｒは、指令オンデューティＤｏよりもデッドタイムに対応するオンデューティ分増加し、オンデューティの誤差ΔＤｅｒは、デッドタイムに対応するオンデューティ分減少する。しかし、巻線電流に応じてターンオフ遅れ及びターンオン遅れが変化するため、巻線電流の動作点に応じて、オンデューティの誤差ΔＤｅｒが変化している。
巻線電流が０の場合は、オンデューティの誤差ΔＤｅｒは０になる。巻線電流が０の前後では、非線形性が強くなっており、巻線電流が０から増加するに従って、オンデューティの誤差ΔＤｅｒが急速に増加し、巻線電流が０から減少するに従って、オンデューティの誤差ΔＤｅｒが急速に減少する。巻線電流の正と負とで、オンデューティの誤差ΔＤｅｒは、基本的には０点対称の特性になる。
そこで、デューティ誤差補正部３３は、巻線電流の検出値とオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、巻線電流とオンデューティの誤差ΔＤｅｒとの関係を表すデューティ誤差特性を学習する。そして、デューティ誤差補正部３３は、学習したデューティ誤差特性を参照して、巻線電流の検出値に対応する補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出し、補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃに基づいて、３相各相の電圧指令を補正する。
＜学習用の巻線電流の検出値＞
今回のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ））で算出された実オンデューティＤｒは、上述したように、２周期前のＰＷＭ演算周期（図４中の（ｎ−２））で算出され、２周期前のＰＷＭ演算周期の終了時点（図４中の（ａ））で設定された指令オンデューティＤｏに対応し、前回のＰＷＭ演算周期中（図４中の（ｎ−１））の巻線電流に応じて変化する。
そこで、デューティ誤差補正部３３は、学習用の巻線電流の検出値として、実オンデューティＤｒを検出したタイミングに対応する巻線電流の検出値を用いる。本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、前回のＰＷＭ演算周期の開始時点（図４中の（ａ））で検出した巻線電流Ｉｕｄ（ｎ−１）及び今回のＰＷＭ演算周期の開始時点（図４中の（ｂ））で検出した巻線電流Ｉｕｄ（ｎ）に基づいて、今回のＰＷＭ演算周期で算出するオンデューティの誤差ΔＤｅｒ＿ｕ（ｎ）に対応させる、学習用の巻線電流の検出値ＩＬ＿ｕｄ（ｎ）を算出する。例えば、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、補間係数αを用いて算出する。補間係数αは、０から１の間の値に設定されており、例えば、０．５に設定される。なお、Ｖ相、Ｗ相についても、同様に、学習用の巻線電流の検出値ＩＬ＿ｖ、ＩＬ＿ｗを算出する。
ＩＬ＿ｕ（ｎ）＝α×Ｉｕｄ（ｎ−１）＋（１−α）×Ｉｕｄ（ｎ）
ＩＬ＿ｖ（ｎ）＝α×Ｉｖｄ（ｎ−１）＋（１−α）×Ｉｖｄ（ｎ）
ＩＬ＿ｗ（ｎ）＝α×Ｉｗｄ（ｎ−１）＋（１−α）×Ｉｗｄ（ｎ）
・・・（４）
或いは、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、学習用の巻線電流の検出値ＩＬ＿ｕ、ＩＬ＿ｖ、ＩＬ＿ｗとして、ｄｑ軸の回転座標系上のｄｑ軸電流指令Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、実オンデューティＤｒを検出するタイミングに対応する磁極位置θｅｓｔに基づいて固定座標変換及び２相３相変換を行った電流値ＩＬ＿ｕｅ、ＩＬ＿ｖｅ、ＩＬ＿ｗｅを用いてもよい。本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、各ＰＷＭ演算周期で、ＰＷＭ演算周期の開始時点よりも１から２周期（本例では、１．５周期）後の磁極位置θｅｓｔを用いて、電流値を推定する。そして、デューティ誤差補正部３３は、２周期前のＰＷＭ演算周期で推定した電流値ＩＬ＿ｕｅ（ｎ−２）、ＩＬ＿ｖｅ（ｎ−２）、ＩＬ＿ｗｅ（ｎ−２）を、今回のＰＷＭ演算周期で算出するオンデューティの誤差ΔＤｅｒ＿ｕ（ｎ）に対応させる、学習用の巻線電流の検出値ＩＬ＿ｕ（ｎ）、ＩＬ＿ｖ（ｎ）、ＩＬ＿ｗ（ｎ）に設定する。
Figure 2020105106
ここで、θは、各ＰＷＭ演算周期の開始時点で検出した磁極位置であり、ωは、各ＰＷＭ演算周期の開始時点で検出した磁極位置の回転角速度であり、βは、予め設定された周期係数であり、例えば、１．５に設定され、各ＰＷＭ演算周期の開始時点よりもＰＷＭ演算周期の１．５倍後の磁極位置θｅｓｔが推定される。
＜デューティ誤差特性の学習＞
本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、巻線電流が正である場合のデューティ誤差特性、及び巻線電流が負である場合のデューティ誤差特性を、図７及び次式に示すような、一次関数で近似し、一次関数の係数Ａ、Ｂを変化させることで学習するように構成されている。ここで、Ａは、傾きであり、Ｂは、切片であり、Ｉは、巻線電流である。
｜ΔＤｅｒ｜＝Ａ×｜Ｉ｜＋Ｂ ・・・（６）
巻線電流が正の場合のデューティ誤差特性と、巻線電流が負の場合のデューティ誤差特性とが、０点対称であるので、巻線電流が正であるの場合と巻線電流が負の場合とを１つの一次関数でまとめて学習するために、巻線電流の絶対値｜Ｉ｜と、オンデューティの誤差の絶対値｜ΔＤｅｒ｜との関係が学習される。また、相間でデューティ誤差特性が同等であるので、各相のデューティ誤差特性を１つの一次関数でまとめて学習する。
例えば、デューティ誤差補正部３３は、今回のＰＷＭ演算周期で算出した学習用の巻線電流の検出値ＩＬとオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、忘却係数つき逐次最小２乗法を用い、一次関数の係数Ａ、Ｂを更新する。なお、デューティ誤差補正部３３は、今回及び過去の複数のＰＷＭ演算周期で算出した学習用の巻線電流の検出値ＩＬとオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、最小２乗法を用い、一次関数の係数Ａ、Ｂを更新してもよい。また、より高次の多項式を用いて、デューティ誤差特性を学習してもよい。
＜出力不可領域の場合に、学習の禁止＞
図９に、デッドタイムによる出力不可領域のグラフを示す。デッドタイムＴｄを設定することにより、指令オンデューティＤｏに対して正極側及び負極側のスイッチング素子のオン駆動期間に出力不可領域が発生することを示している。出力不可領域では、指令オンデューティＤｏに対する正極側及び負極側のスイッチング素子のオン駆動期間が、指令オン期間と実オン期間との差がデッドタイムになる特性と異なる。従って、指令オンデューティＤｏが出力不可領域にある場合は、デューティ誤差特性の学習を行わないことが望ましい。よって、デューティ誤差補正部３３は、各相について、指令オンデューティＤｏが、予め設定された学習許可範囲内である場合は、デューティ誤差特性の学習値の更新を行い、指令オンデューティが、学習許可範囲外である場合は、デューティ誤差特性の学習値の更新を行わない。
＜巻線電流が０付近である場合に、学習の禁止＞
図６を用いて説明したように、巻線電流が０の前後では、非線形性が強くなっており、一次関数では近似できない。よって、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、学習用の巻線電流の検出値ＩＬの絶対値が、予め設定された電流閾値ＴＨｉ以上である場合は、デューティ誤差特性の学習値（本例では、一次関数の係数Ａ、Ｂ）の更新を行い、学習用の巻線電流の検出値ＩＬの絶対値が、電流閾値ＴＨｉ未満である場合は、デューティ誤差特性の学習値の更新を行わない。
＜補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃの算出＞
そして、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、各相について、巻線電流の検出値の絶対値が、電流閾値ＴＨｉ以上である場合は、デューティ誤差特性を参照して、巻線電流の検出値に対応する補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出する。ここで、ＳＩＧＮ（Ｘ）は、入力値Ｘの正負の符号を出力する関数である。
・｜Ｉｕｄ｜≧ＴＨｉの場合
ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝ＳＩＧＮ（Ｉｕｄ）×Ａ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂ
・｜Ｉｖｄ｜≧ＴＨｉの場合
ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝ＳＩＧＮ（Ｉｖｄ）×Ａ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂ
・｜Ｉｗｄ｜≧ＴＨｉの場合
ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝ＳＩＧＮ（Ｉｗｄ）×Ａ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂ
Ｘ≧０の場合、ＳＩＧＮ（Ｘ）＝＋１
Ｘ＜０の場合、ＳＩＧＮ（Ｘ）＝−１
・・・（７）
一方、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、各相について、巻線電流の検出値の絶対値が、電流閾値ＴＨｉ未満である場合は、巻線電流と補正係数Ｋ０との関係が予め設定された補正係数特性Ｆｃｍｐを参照して、巻線電流の検出値に対応する補正係数Ｋ０を算出すると共に、デューティ誤差特性を参照して、巻線電流の検出値に対応するオンデューティの誤差を算出し、オンデューティの誤差に補正係数Ｋ０を乗算して、最終的なオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出する。
・｜Ｉｕｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｕ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｕｄ｜）
ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝ＳＩＧＮ（Ｉｕｄ）×Ｋ０＿ｕ
×（Ａ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂ）
・｜Ｉｖｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｖ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｖｄ｜）
ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝ＳＩＧＮ（Ｉｖｄ）×Ｋ０＿ｖ
×（Ａ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂ）
・｜Ｉｗｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｗ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｗｄ｜）
ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝ＳＩＧＮ（Ｉｖｄ）×Ｋ０＿ｗ
×（Ａ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂ）
・・・（８）
ここで、Ｆｃｍｐ（）は、巻線電流の絶対値を入力変数とする補正係数特性の関数であり、図８に示すように、巻線電流の絶対値が電流閾値ＴＨｉである場合に１を出力し、巻線電流の絶対値が０である場合に０を出力し、両点の間を補完する。本実施の形態では、補正係数特性Ｆｃｍｐは、傾きが１／ＴHｉであり、切片が０である一次関数とされている。なお、補正係数特性は、高次の関数又はテーブルデータであってもよい。
なお、式（７）及び式（８）で用いられる各相の巻線電流の検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄとして、補正後の電圧指令に基づいて実際にスイッチング素子がオンオフされるタイミングにおける巻線電流の推定値が用いられてもよい。具体的には、デューティ誤差補正部３３は、式（５）の第１式及び第２式に示したように、各相の巻線電流の検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄとして、ｄｑ軸の回転座標系上のｄｑ軸電流指令Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、磁極位置θｅｓｔに基づいて固定座標変換及び２相３相変換を行った電流値ＩＬ＿ｕｅ、ＩＬ＿ｖｅ、ＩＬ＿ｗｅを用いてもよい。磁極位置θｅｓｔは、補正後の電圧指令に基づいて実際にスイッチング素子がオンオフされるタイミングに対応する磁極位置に設定され、βは、１から２間の値（本例では、１．５）に設定される。そして、デューティ誤差補正部３３は、今回のＰＷＭ演算周期で推定した電流値ＩＬ＿ｕｅ、ＩＬ＿ｖｅ、ＩＬ＿ｗｅを、各相の巻線電流の検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄとして用いる。
そして、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、３相各相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂに、３相各相の補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃ＿ｕ、ΔＤｅｒｃ＿ｖ、ΔＤｅｒｃ＿ｗに電源電圧Ｖｄｃを乗算した値を加算して、３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを算出する。そして、ＰＷＭ制御部３４は、補正後の３相各相の電圧指令Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、スイッチング素子をオンオフ制御する。
Ｖｕｏ＝Ｖｕｏｂ＋ΔＤｅｒｃ＿ｕ×Ｖｄｃ
Ｖｖｏ＝Ｖｖｏｂ＋ΔＤｅｒｃ＿ｖ×Ｖｄｃ ・・・（９）
Ｖｗｏ＝Ｖｗｏｂ＋ΔＤｅｒｃ＿ｗ×Ｖｄｃ
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、ＰＷＭ制御部３４が、３相各相の指令電圧から算出した指令オンデューティＤｏとキャリア波との比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成し、デューティ誤差補正部３３が、オンデューティの誤差に基づいて、指令オンデューティＤｏを補正する点が実施の形態１と異なる。
図１０に、本実施形態に係る制御装置１のブロック図を示す。基本電圧指令演算部３２は、次式に示すように、上記の実施の形態１と同様の方法で算出した３相各相の基本電圧指令Ｖｕｏｂ、Ｖｖｏｂ、Ｖｗｏｂを電源電圧Ｖｄｃで除算した値に０．５を加算して、３相各相の基本指令オンデューティＤｏｂ＿ｕ、Ｄｏｂ＿ｖ、Ｄｏｂ＿ｗを算出する。
Ｄｏｂ＿ｕ＝Ｖｕｏｂ／Ｖｄｃ＋０．５
Ｄｏｂ＿ｖ＝Ｖｖｏｂ／Ｖｄｃ＋０．５ ・・・（１０）
Ｄｏｂ＿ｗ＝Ｖｗｏｂ／Ｖｄｃ＋０．５
デューティ誤差補正部３３は、実施の形態１と同様の方法により、３相各相の補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃ＿ｕ、ΔＤｅｒｃ＿ｖ、ΔＤｅｒｃ＿ｗを算出する。そして、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、３相各相の基本指令オンデューティＤｏｂ＿ｕ、Ｄｏｂ＿ｖ、Ｄｏｂ＿ｗに、３相各相の補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃ＿ｕ、ΔＤｅｒｃ＿ｖ、ΔＤｅｒｃ＿ｗを加算して、３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗを算出する。
Ｄｏ＿ｕ＝Ｄｏｂ＿ｕ＋ΔＤｅｒｃ＿ｕ
Ｄｏ＿ｖ＝Ｄｏｂ＿ｖ＋ΔＤｅｒｃ＿ｖ ・・・（１１）
Ｄｏ＿ｗ＝Ｄｏｂ＿ｗ＋ΔＤｅｒｃ＿ｗ
ＰＷＭ制御部３４は、補正後の３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗに基づいて、各スイッチング素子をオンオフ制御する。ＰＷＭ制御部３４は、３相各相の指令オンデューティＤｏ＿ｕ、Ｄｏ＿ｖ、Ｄｏ＿ｗとキャリア波ＣＡとの比較結果に基づいて、各スイッチング素子をオンオフするＰＷＭ信号を生成する。本実施の形態では、キャリア波ＣＡは、ＰＷＭ周期Ｔｃｃで、０と１との間を振動する三角波とされており、指令オンデューティＤｏがキャリア波ＣＡを上回った場合は、ＰＷＭ信号をオンし、指令オンデューティＤｏが三角波を下回った場合は、ＰＷＭ信号をオフする。実施の形態１と同様に、ＰＷＭ制御部３４は、各相について、デッドタイムを挟んで、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを交互にオン駆動する。
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、デューティ誤差補正部３３が、巻線電流が正である場合と負である場合とで、個別にデューティ誤差特性を学習する点が実施の形態１と異なる。
ゲート駆動回路１２の駆動信号は、冗長３相短絡回路１９を介して、スイッチング素子のゲート端子に入力される。そのため、冗長３相短絡回路１９の介在によるターンオフ遅れ及びターンオン遅れが生じる。特に、冗長３相短絡回路１９が、３相の正極側のスイッチング素子の駆動信号に対して強制駆動する場合、又は３相の負極側のスイッチング素子の駆動信号に対して強制駆動する場合は、冗長３相短絡回路１９が介在するスイッチング素子と介在しないスイッチング素子とで、ターンオフ遅れ及びターンオン遅れが異なる。また、冗長３相短絡回路１９の有無にかかわらず、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子のターンオフ遅れ及びターンオン遅れが、特性差により異なる場合がある。よって、巻線電流が正である場合と、巻線電流が負である場合とで、デューティ誤差特性が変化するため、個別に学習することによって、補正精度を高めることができる。
本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、式（１２）に示すように、巻線電流Ｉが正である場合は、正用のデューティ誤差特性を学習し、巻線電流Ｉが負である場合は、負用のデューティ誤差特性を学習する。デューティ誤差補正部３３は、正用の一次関数の係数Ａｐ、Ｂｐ、負用の一次関数の係数Ａｎ、Ｂｎを変化させることで学習する。
・Ｉ≧０の場合
｜ΔＤｅｒ｜＝Ａｐ×｜Ｉ｜＋Ｂｐ
・Ｉ＜０の場合 ・・・（１２）
｜ΔＤｅｒ｜＝Ａｎ×｜Ｉ｜＋Ｂｎ
例えば、デューティ誤差補正部３３は、学習用の巻線電流の検出値ＩＬが正である場合は、学習用の巻線電流の検出値ＩＬとオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、忘却係数つき逐次最小２乗法を用い、正用の一次関数の係数Ａｐ、Ｂｐを更新し、学習用の巻線電流の検出値ＩＬが負である場合は、忘却係数つき逐次最小２乗法を用い、学習用の巻線電流の検出値ＩＬとオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、負用の一次関数の係数Ａｎ、Ｂｎを更新する。
そして、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、各相について、巻線電流の検出値の絶対値が、電流閾値ＴＨｉ以上である場合は、巻線電流の検出値の正負に応じて正用又は負用のデューティ誤差特性を参照して、巻線電流の検出値に対応する補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出する。
・｜Ｉｕｄ｜≧ＴＨｉの場合
Ｉｕｄ≧０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝Ａｐ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｕｄ＜０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝−（Ａｎ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂｎ）
・｜Ｉｖｄ｜≧ＴＨｉの場合
Ｉｖｄ≧０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝Ａｐ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｖｄ＜０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝−（Ａｎ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂｎ）
・｜Ｉｗｄ｜≧ＴＨｉの場合
Ｉｗｄ≧０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝Ａｐ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｗｄ＜０の場合、ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝−（Ａｎ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂｎ）
・・・（１３）
一方、デューティ誤差補正部３３は、次式に示すように、各相について、巻線電流の検出値の絶対値が、電流閾値ＴＨｉ未満である場合は、巻線電流と補正係数Ｋ０との関係が予め設定された補正係数特性Ｆｃｍｐを参照して、巻線電流の検出値に対応する補正係数Ｋ０を算出すると共に、巻線電流の検出値の正負に応じて正用又は負用のデューティ誤差特性を参照して、巻線電流の検出値に対応するオンデューティの誤差を算出し、オンデューティの誤差に補正係数Ｋ０を乗算して、最終的なオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃを算出する。
・｜Ｉｕｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｕ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｕｄ｜）
Ｉｕｄ≧０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝Ｋ０＿ｕ×Ａｐ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｕｄ＜０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｕ＝−Ｋ０＿ｕ×（Ａｎ×｜Ｉｕｄ｜＋Ｂｎ）
・｜Ｉｖｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｖ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｖｄ｜）
Ｉｖｄ≧０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝Ｋ０＿ｖ×Ａｐ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｖｄ＜０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｖ＝−Ｋ０＿ｖ×（Ａｎ×｜Ｉｖｄ｜＋Ｂｎ）
・｜Ｉｗｄ｜＜ＴＨｉの場合
Ｋ０＿ｗ＝Ｆｃｍｐ（｜Ｉｗｄ｜）
Ｉｗｄ≧０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝Ｋ０＿ｗ×Ａｐ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂｐ
Ｉｗｄ＜０の場合、
ΔＤｅｒｃ＿ｗ＝−Ｋ０＿ｗ×（Ａｎ×｜Ｉｗｄ｜＋Ｂｎ）
・・・（１４）
４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１の基本的な構成は実施の形態３と同様であるが、デューティ誤差補正部３３が、時間を複数の期間に分割し、各期間に設定した相の学習用のデータを取得する点が実施の形態１と異なる。
本実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、時間を複数の期間に分割し、各期間に巻線電流が正になる１つの相と巻線電流が負になる１つの相を設定し、各期間に設定した２つの相について、中点電位の検出値に基づいて、実オンデューティＤｒを検出し、指令オンデューティＤｏと実オンデューティＤｒとの差から、オンデューティの誤差ΔＤｅｒを算出し、巻線電流の検出値とオンデューティの誤差ΔＤｅｒとに基づいて、デューティ誤差特性の学習値を更新する。
本実施の形態では、図１１及び図１２に示すように、磁極位置が７２０ｄｅｇ回転する時間を、６０ｄｅｇずつ１２の期間に分割し、各期間に、学習用の巻線電流の検出値ＩＬが正になる１つの相と、学習用の巻線電流の検出値ＩＬが負になる１つの相と、を設定している。また、相間で期間数の偏りがないように、各期間の相が設定されている。本実施の形態では、Ｕ相の学習用の巻線電流の検出値ＩＬ＿ｕ、ＩＬ＿ｕｅが０になるときに、磁極位置が０になるように、オフセット値ηを調整した調整磁極位置θｅｓｔη（＝θｅｓｔ＋η＋π）［ｒａｄ］に基づいて、期間が分割されている。オフセット値ηは、次式を用いて、ｄｑ軸電流指令Ｉｄｏ，Ｉｑｏに基づいて算出される。なお、説明の容易化のために、［ｒａｄ］と［ｄｅｇ］とを用いているが、両者は単に単位を変換したものである。
Figure 2020105106
この構成によれば、同時期に学習用のデータを算出する相数を、巻線電流が正である１つ相と負である１つの相との２つの相に減少させることができ、演算負荷を低減できる。また、同時期に巻線電流が正の相と負の相の学習用のデータを算出できるので、正用のデューティ誤差特性の学習値の更新と、負用のデューティ誤差特性の学習値の更新とを、偏りなく行うことができる。
〔その他の実施の形態〕
最後に、本開示のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記の各実施の形態では、ｎ＝３の３相である場合を例として説明した。しかし、ｎ＝２、４等、ｎは、２以上の任意の自然数に設定されてもよい。
（２）上記の各実施の形態では、デューティ誤差補正部３３は、相間で共通のデューティ誤差特性を学習する場合を例として説明した。しかし、デューティ誤差補正部３３は、各相のデューティ誤差特性を個別に学習するように構成されてもよい。この構成によれば、相間のスイッチング素子の個体差を学習することができる。
（３）上記の各実施の形態では、中点電位検出回路１８は、３相全ての直列回路の中点電圧を検出し、デューティ誤差補正部３３は、３相各相の実オンデューティを検出し、学習用のデータを算出する場合を例として説明した。しかし、中点電位検出回路１８は、中点電圧を検出可能な１相のみの直列回路の中点電圧を検出する回路とされ、デューティ誤差補正部３３は、中点電圧を検出可能な１相のみの実オンデューティを検出して、学習用のデータを算出し、中点電圧を検出可能な１相のみの学習用のデータに基づいて、デューティ誤差特性を学習し、学習したデューティ誤差特性を３相各相の補正用のオンデューティの誤差ΔＤｅｒｃの算出に用いるように構成されてもよい。この構成によれば、相間のスイッチング素子の個体差が小さい場合に、中点電位検出回路１８の回路構成を更に簡素化できると共に、学習用のデータの演算負荷を低減できる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 交流回転電機の制御装置、２ 交流回転電機、１０ 直流電源、１７ 電流検出回路、１８ 中点電位検出回路、１９ 冗長３相短絡回路、２０ インバータ、２２ ダイオード、２３Ｈ 正極側のスイッチング素子、２３Ｌ 負極側のスイッチング素子、３０ 制御回路、３１ 運転状態検出部、３２ 基本電圧指令演算部、３３ デューティ誤差補正部、３４ ＰＷＭ制御部、Ｄｏ 指令オンデューティ、Ｄｒ 実オンデューティ、Ｆｃｍｐ 補正係数特性、ＩＬ 巻線電流の検出値、Ｋ０ 補正係数、ＴＨｉ 電流閾値、ΔＤｅｒ オンデューティの誤差

Claims (14)

  1. ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線を設けた交流回転電機を制御する交流回転電機の制御装置であって、
    直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相の各相に対応してｎセット設けたインバータと、
    前記直列回路における直列接続の接続点の電位である中点電位を検出する中点電位検出回路と、
    電圧指令又は前記電圧指令から算出した指令オンデューティに基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、
    前記中点電位の検出値に基づいて、前記スイッチング素子の実オンデューティを検出し、
    前記指令オンデューティと前記実オンデューティとの差から、オンデューティの誤差を算出し、
    前記オンデューティの誤差に基づいて、前記電圧指令又は前記指令オンデューティを補正する交流回転電機の制御装置。
  2. 各相の前記巻線に流れる巻線電流を検出する電流検出回路を更に備え、
    前記制御回路は、前記巻線電流の検出値と前記オンデューティの誤差とに基づいて、前記巻線電流と前記オンデューティの誤差との関係を表すデューティ誤差特性を学習し、
    学習した前記デューティ誤差特性を参照して、前記巻線電流の検出値に対応する前記オンデューティの誤差を算出し、算出した前記オンデューティの誤差に基づいて、前記電圧指令又は前記指令オンデューティを補正する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
  3. 前記制御回路は、前記巻線電流が正である場合の前記デューティ誤差特性、及び前記巻線電流が負である場合の前記デューティ誤差特性を、一次関数で近似し、一次関数の係数を変化させることで学習する請求項２に記載の交流回転電機の制御装置。
  4. 前記制御回路は、前記デューティ誤差特性の学習を行う時に、前記実オンデューティを検出したタイミングに対応する前記巻線電流の検出値を用いる請求項２又は３に記載の交流回転電機の制御装置。
  5. 前記制御回路は、前記デューティ誤差特性の学習に用いる前記巻線電流の検出値として、ｄｑ軸の回転座標系上のｄｑ軸の電流指令を、前記実オンデューティを検出するタイミングに対応する磁極位置に基づいて固定座標変換及び２相３相変換を行った電流値を用いる請求項２又は３に記載の交流回転電機の制御装置。
  6. 前記制御回路は、前記巻線電流の検出値の絶対値が、予め設定された電流閾値以上である場合は、前記デューティ誤差特性の学習値の更新を行い、前記巻線電流の検出値の絶対値が、前記電流閾値未満である場合は、前記デューティ誤差特性の学習値の更新を行わない請求項２から５のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  7. 前記制御回路は、各相について、前記巻線電流の検出値の絶対値が、前記電流閾値以上である場合は、前記デューティ誤差特性を参照して、前記巻線電流の検出値に対応する前記オンデューティの誤差を算出し、
    各相について、前記巻線電流の検出値の絶対値が、前記電流閾値未満である場合は、前記巻線電流と補正係数との関係が予め設定された補正係数特性を参照して、前記巻線電流の検出値に対応する前記補正係数を算出すると共に、前記デューティ誤差特性を参照して、前記巻線電流の検出値に対応する前記オンデューティの誤差を算出し、前記オンデューティの誤差に前記補正係数を乗算して、最終的な前記オンデューティの誤差を算出する請求項６に記載の交流回転電機の制御装置。
  8. 前記制御回路は、前記デューティ誤差特性を参照して前記オンデューティの誤差を算出する時に用いる前記巻線電流の検出値として、ｄｑ軸の回転座標系上のｄｑ軸の電流指令を、補正後の前記電圧指令又は前記指令オンデューティに基づいて実際に前記スイッチング素子がオンオフされるタイミングに対応する磁極位置に基づいて固定座標変換及び２相３相変換を行った電流値を用いる請求項２から７のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  9. 前記制御回路は、前記指令オンデューティが、予め設定された学習許可範囲内である場合は、前記デューティ誤差特性の学習値の更新を行い、前記指令オンデューティが、前記学習許可範囲外である場合は、前記デューティ誤差特性の学習値の更新を行わない請求項２から８のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  10. 前記制御回路は、時間を複数の期間に分割し、各期間に前記巻線電流が正になる１つの相と前記巻線電流が負になる１つの相を設定し、各期間に設定した２つの相について、前記中点電位の検出値に基づいて、前記実オンデューティを検出し、前記指令オンデューティと前記実オンデューティとの差から、前記オンデューティの誤差を算出し、前記巻線電流の検出値と前記オンデューティの誤差とに基づいて、前記デューティ誤差特性の学習値を更新する請求項２から９のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  11. 前記中点電位検出回路は、前記中点電位が電位閾値より大きいか小さいかに応じて、出力信号をオン又はオフさせる回路である請求項１から１０のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  12. 前記制御回路は、前記中点電位が電位閾値より大きくなった時点、及び前記中点電位が前記電位閾値より小さくなった時点に基づいて、前記実オンデューティを検出する請求項１から１１のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  13. 前記制御回路は、各相について、デッドタイムを挟んで、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子とを交互にオン駆動し、
    各相について、前記正極側のスイッチング素子のオン駆動期間を、前記指令オンデューティに対応するオン駆動期間よりも前記デッドタイムだけ短くし、前記負極側のスイッチング素子のオフ駆動期間を、前記指令オンデューティに対応するオン駆動期間よりも前記デッドタイムだけ長くする請求項１から１２のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
  14. 前記制御回路は、各相について、前記指令オンデューティでオンオフするＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号がオンになった時に、前記負極側のスイッチング素子をオフ駆動し、前記ＰＷＭ信号がオンになった後、デッドタイムが経過した時に、前記正極側のスイッチング素子をオン駆動し、前記ＰＷＭ信号がオフになった時に、前記正極側のスイッチング素子をオフ駆動し、前記ＰＷＭ信号がオフになった後、前記デッドタイムが経過した時に、前記負極側のスイッチング素子をオン駆動する請求項１３に記載の交流回転電機の制御装置。
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