WO2013129230A1

WO2013129230A1 - モータ制御装置、モータ制御プログラム

Info

Publication number: WO2013129230A1
Application number: PCT/JP2013/054325
Authority: WO
Inventors: 辰樹柏原; 吉田　浩; 小林　孝次
Original assignee: サンデン株式会社
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-06
Also published as: JP5925526B2; AU2013227541B2; AU2013227541A1; US20150002058A1; US9219434B2; JP2013183468A

Abstract

　本発明のモータ制御装置は、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路３０と、昇圧コンバータ回路３０の直流電圧からモータ５０の駆動パルスを生成するインバータ４０と、設定値Ｉｄ＿ｍａｘに中間電流閾値係数αを乗算した設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄを予め設定し、インバータ４０の駆動パルスのパルス幅を速度偏差に基づいて制御し、インバータ４０の駆動パルスのパルス幅が閾値を越えないように、モータ５０のｄ軸電流を速度偏差に基づいて制御し、モータ５０のｄ軸電流が設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、昇圧コンバータ回路３０の直流電圧を速度偏差に基づいて制御する制御部６０と、を備える。

Description

モータ制御装置、モータ制御プログラム

　本発明は、モータ制御、特に永久磁石同期モータの制御に関する。

　永久磁石同期モータ(Permanent　Magnet　Synchronous　Motor：ＰＭＳＭ)の制御は、永久磁石のＮ極の位置をｄ軸とし、これよりπ／２位相が進んだ方向をｑ軸として、モータ電流をｄ軸成分とｑ軸成分に分けて制御を行うベクトル制御が一般的である。また永久磁石同期モータの制御方式としては、インバータのパルス幅（電流通流率、変調率）を調整して出力電圧を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、インバータの出力電圧そのものを制御するＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御が公知である。またインバータの出力電圧が最大の状態から、さらに回転数を上昇させる方法として、ｄ軸電流を負方向に操作する電圧位相制御（弱め磁束制御）が公知である。

　広い回転領域で高効率なモータ制御を実現するために、これらの制御方式を組み合わせてモータ制御を行う技術が公知である。このような従来技術としては、例えば低出力時にはＰＷＭ制御によってモータを制御し、ＰＷＭ制御の通流率指令値が最大に達した後はＰＡＭ制御によってモータを制御する電動機駆動装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。また他の従来技術としては、例えばモータの負荷に応じてＰＷＭ制御とＰＡＭ制御を切り換えるとともに、モータの速度等に応じて転流位相を制御するモータ制御方法が公知である（例えば特許文献２を参照）。

特開平６－１０５５６３号公報特許第３３４１８２６号公報

　前述した三種類の制御方式のそれぞれの特徴を生かして最適なモータ制御を実現する上では、その三種類の制御方式が連続性をもって最適に組み合わされて補完的・協調的に実行されるのが望ましい。しかし最適な制御方式の組み合わせは、その制御対象となるモータの特性や負荷の特性等によって異なる。そして近年、永久磁石同期モータの特性や用途は多様化しており、制御対象となるモータの特性や負荷の特性等に応じて制御方式の組み合わせを最適に選択する必要性が高まりつつある。しかしながら従来のモータ制御装置は、モータの特性や負荷の特性等に応じて個別に運転状態ごとに制御方式を選択してチューニングする必要があり、また全運転領域で最適な制御を行うことも困難である。

　このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、ＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御、電圧位相制御が連続性をもって最適に組み合わされた協調制御をモータの特性等に応じてパラメータ変更だけで個々に行うことが可能なモータ制御装置を実現することにある。

　＜本発明の第１の態様＞
　本発明の第１の態様は、直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が出力する直流電圧からモータの駆動パルスを生成するインバータと、前記昇圧回路及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率閾値、前記モータのｄ軸電流の最大値を規定する最大電流閾値、前記最大電流閾値に中間電流閾値係数α（０≦α≦１）を乗算した中間電流閾値を予め設定する手段と、モータの回転速度と目標回転速度との速度偏差を導出する手段と、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率が前記変調率閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、前記モータのｄ軸電流が前記中間電流閾値を越えないように、前記昇圧回路が出力する直流電圧を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、を含む、ことを特徴とするモータ制御装置である。

　インバータが出力する駆動パルスの変調率が変調率閾値未満であるときは、モータの速度偏差に基づいて変調率を制御する。それによってモータ制御はＰＷＭ制御主体の制御となる。そしてインバータが出力する駆動パルスの変調率が変調率閾値に達したときは、変調率が変調率閾値を越えないように、モータの速度偏差に基づいてモータのｄ軸電流を制御する。それによってモータ制御は、ＰＷＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行する。さらにモータのｄ軸電流が中間電流閾値に達したときは、ｄ軸電流が中間電流閾値を越えないように、モータの速度偏差に基づいて昇圧回路が出力する直流電圧を制御する。それによってモータ制御は、電圧位相制御主体の制御からＰＡＭ制御主体の制御へ移行する。

　ここで中間電流閾値は、モータのｄ軸電流の最大値を規定する最大電流閾値に中間電流閾値係数α（０≦α≦１）を乗算して予め設定した閾値である。例えば中間電流閾値係数αの値を０に設定すると、中間電流閾値は０となる。そのためＰＷＭ制御主体の制御中に、インバータが出力する駆動パルスの変調率が変調率閾値に達したときは、既にモータのｄ軸電流は中間電流閾値に達している。したがってモータ制御は、ＰＷＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行せずに、ＰＡＭ制御主体の制御へ移行する。

　他方、例えば中間電流閾値係数αの値を０より大きい値に設定すると、中間電流閾値は、中間電流閾値係数αに比例して、０より大きい値となる。この場合は上記説明したように、ＰＷＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行した後、ＰＡＭ制御主体の制御へ移行する。そしてその電圧位相制御主体の制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減することによって調整することができる。

　つまり本発明の第１の態様によれば、中間電流閾値係数αの値を０より大きい値に設定するか否かで、ＰＷＭ制御主体の制御領域とＰＡＭ制御主体の制御領域との間に電圧位相制御主体の制御領域を設けるか否かを設定することができる。そしてその電圧位相制御主体の制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減するだけで調整することができる。このようにして本発明の第１の態様によれば、ＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御、電圧位相制御が連続性をもって最適に組み合わされた協調制御をモータの特性等に応じてパラメータ変更だけで個々に行うことが可能なモータ制御装置を実現することができるという作用効果が得られる。

　＜本発明の第２の態様＞
　本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御部は、前記昇圧回路が出力する直流電圧の電圧閾値を予め設定する手段と、前記昇圧回路が出力する直流電圧が前記電圧閾値に達していることを条件として、その直流電圧が前記電圧閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、をさらに含む、ことを特徴とするモータ制御装置である。

　例えば中間電流閾値係数αの値を１に設定すると、中間電流閾値は最大電流閾値と同じ値になる。そのためＰＡＭ制御主体の制御へ移行したときには、既にモータのｄ軸電流は最大電流閾値に達していることになり、ＰＡＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行しない。

　他方、例えば中間電流閾値係数αの値を１未満に設定すると、中間電流閾値は、中間電流閾値係数αに比例して、最大電流閾値より小さい値となる。したがってこの場合は、昇圧回路が出力する直流電圧が電圧閾値に達したときに、ＰＡＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行する。そしてこの電圧位相制御主体の制御は、モータのｄ軸電流が最大電流閾値に達するまで継続し、その制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減することによって調整することができる。

　つまり本発明の第２の態様によれば、中間電流閾値係数αの値を１未満に設定するか否かで、ＰＡＭ制御主体の制御領域より高出力側の制御領域に電圧位相制御主体の制御領域を設けるか否かを設定することができる。そしてその電圧位相制御主体の制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減するだけで調整することができる。

　＜本発明の第３の態様＞
　本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記制御部は、前記モータのｄ軸電流が前記最大電流閾値に達していることを条件として、そのｄ軸電流が前記最大電流閾値を越えないように、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手段をさらに含む、ことを特徴とするモータ制御装置である。

　例えば中間電流閾値係数αの値を１に設定した場合には、ＰＡＭ制御主体の制御中に昇圧回路が出力する直流電圧が電圧閾値に達したときに、既にモータのｄ軸電流は最大電流閾値に達していることになる。したがってこの場合、ＰＡＭ制御主体の制御中に昇圧回路が出力する直流電圧が電圧閾値に達したときには、ＰＡＭ制御主体の制御からＰＷＭ制御主体の制御へ移行する。

　他方、例えば中間電流閾値係数αの値を１未満に設定した場合には、ＰＡＭ制御主体の制御中に昇圧回路が出力する直流電圧が電圧閾値に達したときに、ＰＡＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行し、さらにモータのｄ軸電流が最大電流閾値に達したときに、電圧位相制御主体の制御からＰＷＭ制御主体の制御へ移行する。

　＜本発明の第４の態様＞
　本発明の第４の態様は、直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が出力する直流電圧からモータの駆動パルスを生成するインバータと、を備えるモータ制御装置の前記昇圧回路及び前記インバータの制御をコンピュータに実行させるモータ制御プログラムであって、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率閾値、前記モータのｄ軸電流の最大値を規定する最大電流閾値、前記最大電流閾値に中間電流閾値係数α（０≦α≦１）を乗算した中間電流閾値を予め設定する手順と、モータの回転速度と目標回転速度との速度偏差を導出する手順と、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率が前記変調率閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、前記モータのｄ軸電流が前記中間電流閾値を越えないように、前記昇圧回路が出力する直流電圧を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、を実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラムである。　
　本発明の第４の態様によれば、このモータ制御プログラムを実行可能なコンピュータを備えるモータ制御装置において、前述した本発明の第１の態様と同様の作用効果が得られる。

　＜本発明の第５の態様＞
　本発明の第５の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記昇圧回路が出力する直流電圧の電圧閾値を予め設定する手順と、前記昇圧回路が出力する直流電圧が前記電圧閾値に達していることを条件として、その直流電圧が前記電圧閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、をさらに実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラムである。　
　本発明の第５の態様によれば、このモータ制御プログラムを実行可能なコンピュータを備えるモータ制御装置において、前述した本発明の第２の態様と同様の作用効果が得られる。

　＜本発明の第６の態様＞
　本発明の第６の態様は、前述した本発明の第５の態様において、前記モータのｄ軸電流が前記最大電流閾値に達していることを条件として、そのｄ軸電流が前記最大電流閾値を越えないように、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手順をさらに実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラムである。　
　本発明の第６の態様によれば、このモータ制御プログラムを実行可能なコンピュータを備えるモータ制御装置において、前述した本発明の第３の態様と同様の作用効果が得られる。

　本発明によれば、ＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御、電圧位相制御が連続性をもって最適に組み合わされた協調制御をモータの特性等に応じてパラメータ変更だけで個々に行うことが可能なモータ制御装置を実現することができる。

本発明に係るモータ制御装置の全体構成図。制御部の機能ブロック図。モータ制御手順を図示したフローチャート。インバータパルス幅導出手順を図示したフローチャート。コンバータパルス幅導出手順を図示したフローチャート。０＜α＜１としたときのモータ制御を図示したタイミングチャート。 α＝０としたときのモータ制御を図示したタイミングチャート。 α＝１としたときのモータ制御を図示したタイミングチャート。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　＜全体構成＞
　本発明に係るモータ制御装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。　
　図１は、本発明に係るモータ制御装置の全体構成図である。

　本発明に係るモータ制御装置によって制御されるモータ５０は、永久磁石同期モータである。本発明に係るモータ制御装置は、整流回路２０、昇圧コンバータ回路３０、インバータ４０及び制御部６０を備える。

　整流回路２０は、整流ダイオードＤ１～Ｄ４を含み、単相交流電源１０が出力する交流電圧を整流して直流電圧に変換する。

　「昇圧回路」としての昇圧コンバータ回路３０は、整流回路２０が整流した直流電圧を昇圧する回路であり、コイルＬ１、トランジスタＴＲ１、ダイオードＤ５及びコンデンサＣ１を含む。昇圧コンバータ回路３０は、トランジスタＴＲ１がオンの時にコイルＬ１にエネルギーが蓄積され、トランジスタＴＲ１がオフの時に入力電圧とコイルＬ１のエネルギーが加算されて出力側に伝達され、それによって入力電圧より高い出力電圧が得られる回路である。

　トランジスタＴＲ１はドライバ７２によって駆動され、ドライバ７２は、後述するコンバータ制御部６３によって制御される。抵抗器Ｒ１は、昇圧コンバータ回路３０に流れる電流を検出するためのシャント抵抗器である。増幅器７１は、抵抗器Ｒ１の端子間電圧を増幅し、後述するコンバータ電流検出部６２へ出力する。抵抗器Ｒ２、Ｒ３は、昇圧コンバータ回路３０の出力電圧を検出するための分圧回路を構成する。抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３との接続点の電圧は、後述する直流電圧検出部６４で検出される。

　インバータ４０は、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧からモータ５０の駆動パルスを生成する回路であり、トランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６を含む。より具体的にはインバータ４０は、トランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６のスイッチングを個々に制御することによって、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧を三相交流の駆動パルスに変換する回路である。トランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６はドライバ７４によって駆動され、ドライバ７４は、後述するインバータ制御部６６によって制御される。抵抗器Ｒ４は、インバータ４０に流れる電流を検出するためのシャント抵抗器である。増幅器７３は、抵抗器Ｒ４の端子間電圧を増幅し、後述するインバータ電流検出部６５へ出力する。

　制御部６０は、モータ制御プログラムをコンピュータで実行することによって、昇圧コンバータ回路３０及びインバータ４０を制御する機能を発揮するマイコン制御回路である。制御部６０は、モータ制御プログラムにより実現される機能ブロックとして、電源電圧検出部６１、コンバータ電流検出部６２、コンバータ制御部６３、直流電圧検出部６４、インバータ電流検出部６５、インバータ制御部６６、モータ位相検出部６７、コンバータパルス幅導出部６８、インバータパルス幅導出部６９、モータ出力電圧導出部８０及び昇圧比導出部９０を含む。

　電源電圧検出部６１は、単相交流電源１０の電圧を検出する。コンバータ電流検出部６２は、抵抗器Ｒ１の端子間電圧から昇圧コンバータ回路３０に流れる電流値を検出する。コンバータ制御部６３は、トランジスタＴＲ１のスイッチングパルス幅を調整することによって、昇圧コンバータ回路３０の出力電圧を制御する（ＰＡＭ制御）。直流電圧検出部６４は、抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３との接続点の電圧から昇圧コンバータ回路３０の出力電圧を検出する。インバータ電流検出部６５は、抵抗器Ｒ４の端子間電圧からインバータ４０に流れる電流値を検出する。インバータ制御部６６は、トランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６のスイッチングパルス幅を調整することによって、インバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅をモータ５０の速度偏差に基づいて制御する（ＰＷＭ制御）。モータ位相検出部６７は、モータ５０の位相検出器７５の出力信号からモータ５０の位相を検出する。

　コンバータパルス幅導出部６８は、昇圧比導出部９０が導出する昇圧比からトランジスタＴＲ１のスイッチングパルス幅を導出する。コンバータ制御部６３は、このコンバータパルス幅導出部６８が導出するスイッチングパルス幅の制御信号をドライバ７２へ出力する。

　インバータパルス幅導出部６９は、モータ出力電圧導出部８０が導出するＶｍからトランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６のスイッチングパルス幅を導出する。インバータ制御部６６は、このインバータパルス幅導出部６９が導出するスイッチングパルス幅の制御信号をドライバ７４へ出力する。

　＜モータ制御＞
　制御部６０が実行するモータ制御について、図２～図５を参照しながら説明する。　
　図２は、制御部６０の機能ブロック図である。図３は、モータ制御手順を図示したフローチャートである。図４は、インバータパルス幅導出手順を図示したフローチャートである。図５は、コンバータパルス幅導出手順を図示したフローチャートである。

　モータ出力電圧導出部８０は、回転数導出部８１、回転数指令部８２、出力電圧導出部８３、変調率導出部８４及びｄ軸電流導出部８５を含む。

　回転数導出部８１は、モータ位相検出部６７が出力するモータ５０の位相からモータ５０の回転数を導出する（図３のステップＳ１）。より具体的には回転数導出部８１は、モータ５０の回転速度と目標回転速度との速度偏差を導出する。

　回転数指令部８２は、回転数導出部８１が出力するモータ５０の回転数と目標回転数指令とから加速・減速指令を導出する（図３のステップＳ２）。より具体的には回転数指令部８２は、回転数導出部８１が導出する回転数が目標回転数より小さい場合には加速指令を出力し、回転数導出部８１が導出する回転数が目標回転数より大きい場合には減速指令を出力する。

　出力電圧導出部８３は、回転数指令部８２が出力する加速・減速指令、インバータ電流検出部６５が検出する検出ｄ軸電流Ｉｄｓと検出トルク電流Ｉｑｓ、ｄ軸電流導出部８５が導出する指令ｄ軸電流Ｉｄから、出力電圧Ｖｍを導出する（図３のステップＳ３）。より具体的には出力電圧導出部８３は、加速・減速指令に基づいて指令トルク電流Ｉｑを導出し、検出ｄ軸電流Ｉｄｓと指令ｄ軸電流Ｉｄとの差、検出トルク電流Ｉｑｓと指令トルク電流Ｉｑとの差から、出力電圧Ｖｍを導出する。

　変調率導出部８４は、出力電圧導出部８３が導出する出力電圧Ｖｍ、直流電圧検出部６４が検出する検出直流電圧Ｅｄｓから、変調率Ｖｍ／Ｅｄｓを導出する（図３のステップＳ４）。より具体的には変調率導出部８４は、出力電圧Ｖｍを検出直流電圧Ｅｄｓで除算することによって、変調率Ｖｍ／Ｅｄｓを導出する。

　ｄ軸電流導出部８５は、インバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅が設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、モータ５０の速度偏差に基づいて指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。またｄ軸電流導出部８５は、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧が設定値Ｅｄ＿ｍａｘ（後述）に達していることを条件として、その直流電圧が設定値Ｅｄ＿ｍａｘを越えないように、モータ５０の速度偏差に基づいて指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。さらにｄ軸電流導出部８５は、指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｍａｘに達していることを条件として、その設定値Ｉｄ＿ｍａｘを越えないように指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。

　より具体的にはｄ軸電流導出部８５は、変調率導出部８４が導出する変調率Ｖｍ／Ｅｄｓ、設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄ、設定値Ｉｄ＿ｍａｘから、指令ｄ軸電流Ｉｄを導出する（図３のステップＳ５）。ここで設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄは、インバータ４０が出力する駆動パルスの「変調率閾値」である。設定値Ｉｄ＿ｍａｘは、モータ５０のｄ軸電流の最大値を規定する「最大電流閾値」である。この設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄ及び設定値Ｉｄ＿ｍａｘは、例えば制御部６０の記憶媒体（図示せず）等に予め記憶されている。

　インバータパルス幅導出部６９は、インバータ制御割り込み時に、まず出力電圧導出部８３が導出する出力電圧Ｖｍ、モータ位相検出部６７が出力するモータ５０の位相θから、モータ５０の印加電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを導出する。次に設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｍａｘを超えない範囲に、変調率導出部８４が導出する変調率Ｖｍ／Ｅｄｓを制限する。ここで設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｍａｘは、インバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅（変調率Ｖｍ／Ｅｄｓ）の最大値を規定する設定値であり、例えば制御部６０の記憶媒体（図示せず）等に予め記憶されている。そして変調率Ｖｍ／Ｅｄｓと印加電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗから、インバータ４０のトランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６のスイッチングパルス幅を導出する（図４のステップＳ１１）。

　昇圧比導出部９０は、指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、昇圧コンバータ回路３０の昇圧比をモータ５０の速度偏差に基づいて制御する。昇圧比導出部９０は、第１減算器９１、直流電圧指令演算部９２、第２減算器９３及び昇圧比演算部９４を含む。

　第１減算器９１は、設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄから指令ｄ軸電流Ｉｄを減算する。直流電圧指令演算部９２は、第１減算器９１が出力する減算値の範囲を、最小値が０、最大値が設定値Ｉｄ＿ｍａｘとなるように制限しつつ、以下の式（１）から指令直流電圧Ｅｄを導出する（図３のステップＳ６）。

　ここで設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄは、設定値Ｉｄ＿ｍａｘに中間電流閾値係数αを乗算した「中間電流閾値」である。中間電流閾値係数αは、０以上１以下の範囲で任意の値に設定する。定数Ｋａは比例ゲインである。この設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄ、中間電流閾値係数αは、例えば制御部６０の記憶媒体（図示せず）等に予め記憶されている。

　また直流電圧指令演算部９２は、指令直流電圧Ｅｄの範囲を、最小値が設定値Ｅｄ＿ｍｉｎ、最大値が設定値Ｅｄ＿ｍａｘとなるように制限する（図３のステップＳ６）。ここで設定値Ｅｄ＿ｍｉｎは、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧の最小値を規定する設定値である。「電圧閾値」としての設定値Ｅｄ＿ｍａｘは、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧の最大値を規定する設定値である。この設定値Ｅｄ＿ｍｉｎ、設定値Ｅｄ＿ｍａｘは、例えば制御部６０の記憶媒体（図示せず）等に予め記憶されている。

　第２減算器９３は、検出直流電圧Ｅｄｓから指令直流電圧Ｅｄを減算する。昇圧比演算部９４は、以下の式（２）から昇圧比を導出する（図３のステップＳ６）。

　ここで定数Ｋｂは比例ゲインである。

　コンバータパルス幅導出部６８は、コンバータ制御割り込み時に、電源電圧検出部６１が出力する電源電圧（値、位相）、コンバータ電流検出部が出力するコンバータ電流、昇圧比導出部９０が導出する昇圧比から、昇圧コンバータ回路３０のトランジスタＴＲ１のスイッチングパルス幅を導出する（図５のステップＳ２１）。

　以下、モータ５０の回転数及び負荷トルクが上昇しているときの制御状態を例に説明する。まず０より大きく１より小さい値に中間電流閾値係数αを設定したときのモータ制御について、図６を参照しながら説明する。　
　図６は、モータ５０の回転数及び負荷トルクが上昇しているときの制御状態を図示したものであり、０＜α＜１としたときのモータ制御を図示したタイミングチャートである。

　前述したようにｄ軸電流導出部８５は、インバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅が設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、モータ５０の速度偏差に基づいて指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。したがってインバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅が設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄ未満であるときは、インバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅をモータ５０の速度偏差に基づいて制御するＰＷＭ制御主体の制御となる。そしてインバータ４０が出力する駆動パルスのパルス幅が設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄに達したときは、その設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、モータ５０の速度偏差に基づいて指令ｄ軸電流Ｉｄが制御される。それによってＰＷＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行する。この電圧位相制御主体の制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減することによって調整することができる。

　また前述したように昇圧比導出部９０は、指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄを越えないように、昇圧コンバータ回路３０の昇圧比をモータ５０の速度偏差に基づいて制御する。したがって指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄに達したときは、電圧位相制御主体の制御からＰＡＭ制御主体の制御へ移行する。

　また前述したようにｄ軸電流導出部８５は、昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧が設定値Ｅｄ＿ｍａｘに達していることを条件として、その直流電圧が設定値Ｅｄ＿ｍａｘを越えないように、モータ５０の速度偏差に基づいて指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。したがって昇圧コンバータ回路３０が出力する直流電圧が設定値Ｅｄ＿ｍａｘに達したときには、ＰＡＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行する。

　また前述したようにｄ軸電流導出部８５は、指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｍａｘに達していることを条件として、その設定値Ｉｄ＿ｍａｘを越えないように指令ｄ軸電流Ｉｄを制御する。したがってこの電圧位相制御主体の制御は、指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｍａｘに達するまで継続し、その制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減することによって調整することができる。

　指令ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄ＿ｍａｘに達したときには、電圧位相制御主体の制御からＰＷＭ制御主体の制御へ移行する。そして前述したようにインバータパルス幅導出部６９は、設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｍａｘを超えない範囲に、変調率導出部８４が導出する変調率Ｖｍ／Ｅｄｓを制限した上で、その変調率Ｖｍ／Ｅｄｓと印加電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗから、インバータ４０のトランジスタＴＲ１１～ＴＲ１６のスイッチングパルス幅を導出する。したがってＰＷＭ制御主体の制御は、変調率Ｖｍ／Ｅｄｓが設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｍａｘに達するまで継続する。

　つづいて中間電流閾値係数αを０に設定したときのモータ制御について、図７を参照しながら説明する。　
　図７は、モータ５０の回転数及び負荷トルクが上昇しているときの制御状態を図示したものであり、α＝０としたときのモータ制御を図示したタイミングチャートである。

　中間電流閾値係数αを０に設定すると、設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄは０となる。そのためＰＷＭ制御主体の制御中に変調率Ｖｍ／Ｅｄｓが設定値Ｖｍ／Ｅｄ＿ｈｏｌｄに達したときは、既に指令ｄ軸電流Ｉｄは設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄに達していることになる。したがって中間電流閾値係数αを０に設定したときは、ＰＷＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行せずに、ＰＡＭ制御主体の制御へ移行する（図７）。そしてその後の制御は、前述した０＜α＜１としたときの制御（図６）と同様である。

　つづいて中間電流閾値係数αを１に設定したときのモータ制御について、図８を参照しながら説明する。　
　図８は、モータ５０の回転数及び負荷トルクが上昇しているときの制御状態を図示したものであり、α＝１としたときのモータ制御を図示したタイミングチャートである。

　中間電流閾値係数αを１に設定すると、設定値Ｉｄ＿ｈｏｌｄは設定値Ｉｄ＿ｍａｘと同じ値になる。そのためＰＡＭ制御主体の制御へ移行したときには、既に指令ｄ軸電流Ｉｄは設定値Ｉｄ＿ｍａｘに達していることになる。したがってＰＡＭ制御主体の制御から電圧位相制御主体の制御へ移行せず、ＰＡＭ制御主体の制御からＰＷＭ制御主体の制御へ移行する（図８）。

　以上説明したように本発明に係るモータ制御装置は、中間電流閾値係数αの値を０より大きい値に設定するか否かで、ＰＷＭ制御主体の制御領域とＰＡＭ制御主体の制御領域との間（ＰＡＭ制御主体の制御領域より低出力側の制御領域）に電圧位相制御主体の制御領域を設けるか否かを設定することができる。また本発明に係るモータ制御装置は、中間電流閾値係数αの値を１未満に設定するか否かで、ＰＡＭ制御主体の制御領域より高出力側の制御領域に電圧位相制御主体の制御領域を設けるか否かを設定することができる。そして電圧位相制御主体の制御領域の長さは、中間電流閾値係数αの値を増減するだけで調整することができる。

　このようにして本発明によれば、ＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御、電圧位相制御が連続性をもって最適に組み合わされた協調制御をモータ５０の特性等に応じてパラメータ変更だけで個々に行うことが可能なモータ制御装置を実現することができる。

　尚、本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。また上記説明したモータ制御を実現するモータ制御プログラム、このプログラムを記憶する記憶媒体も本発明の対象となり得る。

１０　単相交流電源
２０　整流回路
３０　昇圧コンバータ回路
４０　インバータ
５０　モータ
６０　制御部
８０　モータ出力電圧導出部
８１　回転数導出部
８２　回転数指令部
８３　出力電圧導出部
８４　変調率導出部
８５　ｄ軸電流導出部
９０　昇圧比導出部

Claims

　直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
　前記昇圧回路が出力する直流電圧からモータの駆動パルスを生成するインバータと、
　前記昇圧回路及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率閾値、前記モータのｄ軸電流の最大値を規定する最大電流閾値、前記最大電流閾値に中間電流閾値係数α（０≦α≦１）を乗算した中間電流閾値を予め設定する手段と、
　モータの回転速度と目標回転速度との速度偏差を導出する手段と、
　前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、
　前記インバータが出力する駆動パルスの変調率が前記変調率閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、
　前記モータのｄ軸電流が前記中間電流閾値を越えないように、前記昇圧回路が出力する直流電圧を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、を含む、ことを特徴とするモータ制御装置。
　請求項１に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記昇圧回路が出力する直流電圧の電圧閾値を予め設定する手段と、
　前記昇圧回路が出力する直流電圧が前記電圧閾値に達していることを条件として、その直流電圧が前記電圧閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手段と、をさらに含む、ことを特徴とするモータ制御装置。
　請求項２に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記モータのｄ軸電流が前記最大電流閾値に達していることを条件として、そのｄ軸電流が前記最大電流閾値を越えないように、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手段をさらに含む、ことを特徴とするモータ制御装置。
　直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が出力する直流電圧からモータの駆動パルスを生成するインバータと、を備えるモータ制御装置の前記昇圧回路及び前記インバータの制御をコンピュータに実行させるモータ制御プログラムであって、
　前記インバータが出力する駆動パルスの変調率閾値、前記モータのｄ軸電流の最大値を規定する最大電流閾値、前記最大電流閾値に中間電流閾値係数α（０≦α≦１）を乗算した中間電流閾値を予め設定する手順と、
　モータの回転速度と目標回転速度との速度偏差を導出する手順と、
　前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、
　前記インバータが出力する駆動パルスの変調率が前記変調率閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、
　前記モータのｄ軸電流が前記中間電流閾値を越えないように、前記昇圧回路が出力する直流電圧を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、を実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラム。
　請求項４に記載のモータ制御プログラムにおいて、前記昇圧回路が出力する直流電圧の電圧閾値を予め設定する手順と、
　前記昇圧回路が出力する直流電圧が前記電圧閾値に達していることを条件として、その直流電圧が前記電圧閾値を越えないように、前記モータのｄ軸電流を前記速度偏差に基づいて制御する手順と、をさらに実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラム。
　請求項５に記載のモータ制御プログラムにおいて、前記モータのｄ軸電流が前記最大電流閾値に達していることを条件として、そのｄ軸電流が前記最大電流閾値を越えないように、前記インバータが出力する駆動パルスの変調率を前記速度偏差に基づいて制御する手順をさらに実行させる、ことを特徴とするモータ制御プログラム。