WO2016047081A1 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

モータ制御装置及びモータ制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a motor control device and a motor control method for performing PWM control of a motor by calculating a duty of a PWM signal from a command value of a motor rotational speed input from the outside and a measured actual rotational speed of the motor.
  • the rotational speed of a permanent magnet type motor such as a brushless DC motor is determined by the current supplied to the stator winding of the motor, the magnetic force and impedance of the motor.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the motor is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) by an inverter circuit, if the power supply voltage supplied to the inverter circuit changes while the rotational speed does not reach the speed command value even when the PWM duty becomes 100%, The supplied current changes and the rotation speed fluctuates. That is, the rotational speed of the motor varies due to fluctuations in the power supply voltage itself and noise superimposed on the power supply voltage.
  • Patent Document 1 when the PWM duty reaches 100%, the speed command value is replaced with a value corresponding to the rotational speed at that time. However, if the command value is switched when the PWM duty reaches 100%, the control response is delayed. In addition, when the rotational speed suddenly increases within a range where the PWM duty does not reach 100%, the fluctuation is suppressed only by feedback control. Therefore, if the motor drive target is, for example, a fan, a sudden change in wind pressure or abnormal driving sound is caused. In the case of a pump, there is a risk of problems such as excessive pumping.
  • This disclosure is intended to provide a motor control device and a motor control method capable of suppressing a sudden change in the rotation speed due to the fluctuation of the power supply voltage when the motor is PWM-controlled.
  • the motor control device includes an instruction rotation speed output device, a motor rotation speed measuring device, a PWM duty calculator, and a maximum speed estimator.
  • the command rotational speed output unit receives and outputs a command value of the motor rotational speed input from the outside.
  • the motor rotation speed measuring instrument measures the actual rotation speed of the motor.
  • the PWM duty calculator calculates a PWM duty from the command value and the measured actual rotational speed of the motor.
  • the maximum speed estimator calculates the maximum rotation speed of the motor when PWM control is performed with the upper limit value from the measured actual rotation speed, the parameter indicating the control state of the motor, and the preset upper limit value of the PWM duty. presume. And the command value inputted from the outside is limited to the maximum rotation speed or less.
  • the rotation speed of the motor decreases accordingly. Then, the maximum rotational speed estimated by the maximum speed estimator also decreases. If the command value is constant, the command value will eventually exceed the maximum rotation speed. At this time, if the command rotational speed output device limits the command value to the maximum rotational speed or less, if the PWM control at the upper limit PWM duty is continued, the rotational speed of the motor becomes equal to the estimated maximum rotational speed. Be controlled.
  • the rotational speed of the motor increases, so the maximum rotational speed estimated by the maximum speed estimator also increases.
  • the PWM duty is calculated again based on the command value, and the rotation speed of the motor returns to the speed according to the command value.
  • the maximum speed estimator uses the current PWM duty as a parameter indicating the control state of the motor, and calculates the maximum rotation speed of the motor.
  • the motor control method calculates the PWM duty of the PWM signal from the command value of the motor rotational speed input from the outside and the rotational speed measured for the motor; Estimate the maximum rotation speed of the motor when PWM control is performed with the upper limit value from the measured rotation speed, the parameter indicating the motor control state, and the preset upper limit value of the PWM duty, and input from the outside Limiting the command value to be performed below the maximum rotational speed.
  • an in-vehicle motor drive control device 1 is mainly composed of a microcomputer (a microcomputer, a control circuit) 2 and an inverter circuit 3.
  • the motor drive control device 1 is supplied with drive power via an ignition switch (IG) of the vehicle.
  • the driving power is supplied to the inverter circuit 3 (driving circuit) via a ⁇ -type filter 6 including capacitors 4 a and 4 b and a coil 5.
  • the driving power is supplied to the 5V power circuit 8 via the diode 7.
  • the 5V power supply circuit 8 steps down the drive power supply voltage to generate a 5V control power supply, and supplies it to the power supply terminal of the microcomputer 2.
  • a bypass capacitor 9 is connected between the power supply terminal of the microcomputer 2 and the ground.
  • the command rotational speed output device 10 receives a motor rotational speed command as a low-speed PWM signal from a host controller (not shown).
  • the command rotation speed output device 10 generates a higher-speed PWM signal according to the input PWM command value (PWM duty) and outputs it to the input port of the microcomputer 2.
  • the inverter circuit 3 includes three element modules 11U, 11V, and 11W.
  • Each element module 11U, 11V, and 11W (hereinafter, 11) includes two N-channel MOSFETs (switching elements) 12U, 12V, 12W (hereinafter, 12) and 13U, 13V, 13W (hereinafter, 13).
  • Free wheel diodes (parasitic diodes) 12UD, 12VD, 12WD, 13UD, 13VD, and 13WD are connected between the drain and source of the FETs 12 and 13, respectively.
  • the microcomputer 2 PWM signal output means
  • the microcomputer 2 outputs a PWM signal to the gates of the N-channel MOSFETs 12 and 13 constituting the inverter circuit 3 by operating the built-in CPU in accordance with a control program (software). Drive control.
  • the element module 11 includes a terminal voltage comparator (comparator) 16 (in FIG. 4, U) that compares the potential at the common connection point of the FETs 12 and 13 with the neutral point equivalent potential (sum of the voltages of each phase) of the motor 14. Only the phase terminal voltage comparator 16U is shown).
  • the terminal voltage comparator 16 is used by the microcomputer 2 to detect the zero cross point of the induced voltage of the motor 14.
  • the neutral point equivalent potential is supplied by a neutral point voltage generator 17 shown in FIG.
  • the output signal of the comparator 16 provided in each element module 11 is input to the input port of the microcomputer 2.
  • the microcomputer 2 refers to the output signal of the terminal voltage comparator 16 (U, V, W) given to the input port, and is generated in the stator windings 15U, 15V, 15W when the motor 14 is rotating. The zero cross point of the induced voltage is detected.
  • the zero cross timing signal generator 21 receives an output signal from the terminal voltage comparator 16 (U, V, W), and zero cross of each phase of U, V, W.
  • a rectangular wave timing signal indicating a point by a rise edge and a fall edge is generated and output for each phase. These timing signals are input to the rotational speed measuring device 22.
  • the motor rotation speed measuring device 22 measures the actual rotation speed of the motor 14 by measuring the edge interval of the zero cross timing signal, and outputs the measurement result to the PWM duty determination unit 23.
  • the PWM duty determining unit 23 receives a command value (rotational speed command) via the command rotational speed output device 10 and responds to a difference from the actual rotational speed of the motor 14 measured by the motor rotational speed measuring device 22.
  • the PWM duty command is calculated and output to the PWM signal generator 24.
  • the PWM signal generator 24 generates a PWM signal from the internally generated PWM control carrier and the duty command, and outputs U, V, and W phase PWM signals in accordance with the energized phase switching signal.
  • rectangular wave driving is performed by a 120-degree energization method. Specifically, after the upper arm side switching element is turned on for 120 degrees, the upper arm side switching element is turned off, and after 60 degrees, the lower arm side switching element is turned on for 120 degrees, and then the lower arm side switching element is turned on. Off, and after another 60 degrees, the upper arm side switching element is turned on, and these are repeated.
  • the carrier period in PWM control is, for example, about 20 kHz.
  • the PWM duty determination unit 23 includes a MIN calculator 25.
  • the MIN calculator 25 compares the command value (C IN ) input from the command rotational speed output device 10 with the estimated maximum rotational speed (S MAX ) of the motor input from the maximum speed estimator 26 described later. Then, the smaller value is selected, and the value is output to the response characteristic adjuster 27 as the post-restricted command value (C S ).
  • the response characteristic adjuster 27 adjusts so that the change response of the input command value is delayed, and outputs the adjusted command value to the subtracter 28 as a target value (C T ).
  • the MIN calculator 25 and the response characteristic adjuster 27 constitute, for example, a command value limiter.
  • the subtractor 28 outputs the difference between the input target value and the rotational speed (actual rotational speed S AC ) of the motor 14 measured by the motor rotational speed measuring device 22 to the PI calculator 29.
  • the PI calculator 29 calculates PI duty (V DT ) by performing PI (Proportional-Integral) control calculation on the input speed deviation, and outputs it to the PWM signal generator 24 and the maximum speed estimator 26.
  • the subtracter 28 and the PI calculator 29 constitute a PWM duty calculator 30.
  • the actual rotational speed measured by the rotational speed measuring device 22 is also input to the maximum speed estimator 26.
  • the maximum speed estimator 26 holds, as information, an upper limit value (for example, 100%) of a duty in a predetermined PWM control.
  • the maximum speed estimator 26 estimates the maximum rotational speed that is reached when the motor 14 is PWM controlled with the duty of the upper limit value from the current PWM duty and the actual rotational speed of the motor 14 and the upper limit value. And output to the MIN calculator 25.
  • the response characteristic adjuster 27 subtracts the post-limit command value input from the MIN calculator 25 through the MIN calculator 31 and the MAX calculator 32 as a target value in the next stage.
  • the target value is input to the adder 33 and the subtracter 34.
  • the adder 33 adds 400 rpm to the target value every 1 ms that is the control cycle, and outputs the result to the MIN calculator 31.
  • the subtracter 34 subtracts 400 rpm from the target value every 1 ms and outputs the result to the MAX calculator 32.
  • the adder 33 is set to 0 rpm every time 1 ms elapses. Add 400 rpm and output to the MIN calculator 31. The addition result sequentially rises to 400 rpm, 800 rpm, 1200 rpm,..., But the addition result is selected and output from the MIN calculator 31 until it exceeds 10,000 rpm.
  • the MAX calculator 32 selects the output of the MIN calculator 31 and selects the target value. Output as.
  • the maximum speed estimator 26 calculates the above-described maximum rotation speed by the following formula (actual rotation speed) / (PWM duty) ⁇ (upper limit value of PWM duty). (S1).
  • the MIN computing unit 25 determines whether or not the command value input from the command rotational speed output unit 10 is equal to or higher than the estimated maximum rotational speed (S2). If the command value is less than the maximum rotation speed (NO), the command value input from the command rotation speed output device 10 is set as a post-limit command (S4).
  • the command value is not limited, but is referred to as “post-limit command value” for convenience.
  • V DTUL indicates the upper limit value of the PWM duty.
  • step S3 determines whether the command value is equal to or greater than the estimated maximum rotational speed (YES). If it is determined in step S2 that the command value is equal to or greater than the estimated maximum rotational speed (YES), the estimated maximum rotational speed is set as the post-limit command value (S3).
  • steps S3 and S4 are executed, the process proceeds to step S5, and the post-limit command value is output to the subtracter 28 as a target value via the response characteristic adjuster 27.
  • the command value is changed from 9000 rpm (duty 90%) to 12000 rpm when the maximum rotational speed estimated in step S1 is 10,000 rpm. If the response characteristic is 1000 rpm / s, the maximum rotation speed estimated by the actual rotation speed of the motor 14 reaches 10,000 rpm after 1 second. Then, the increase in the actual rotational speed is suppressed by setting the post-limit command value to 10,000 rpm. Thereafter, if the estimated maximum rotation speed changes to 12000 rpm, the rotation speed of the motor 14 increases within the range of the above response characteristics, and the actual rotation speed reaches 12000 rpm after 2 seconds.
  • the initial value of the PWM duty is 15%
  • the response characteristic is 400 rpm / ms
  • the gain of the P term in the PI calculator 29 is 0.05%
  • the gain of the I term is 0. 5%.
  • the power supply voltage starts to decrease from the initial value of 12 V at time 100 ms and decreases to 10 V at 120 ms.
  • the actual rotational speed of the motor also decreases.
  • the estimated maximum rotation speed also decreases, and the command value exceeds the maximum rotation speed around time 110 ms.
  • the MIN computing unit 25 limits the command value to the maximum rotation speed or less, the rotation speed of the motor 14 becomes equal to the estimated maximum rotation speed slightly higher than 11000 rpm if the PWM control with the upper limit PWM duty is continued. To be controlled.
  • the command rotational speed output device 10 receives and outputs an externally input motor rotational speed command value.
  • the PWM duty calculator 30 calculates the PWM duty from the command value and the measured actual rotational speed of the motor 14.
  • the maximum speed estimator 26 performs PWM control with the upper limit value from the measured actual rotation speed, the parameter indicating the control state of the motor 14, the current PWM duty, and the preset upper limit value of the PWM duty.
  • the maximum rotation speed of the motor 14 is estimated.
  • the command value inputted from the outside is limited to the maximum rotation speed or less. Therefore, it is possible to suppress a sudden change in the rotational speed of the motor 14 when the power supply voltage fluctuates.
  • the maximum speed estimator uses the current PWM duty as a parameter indicating the control state of the motor 14, and calculates the maximum rotation speed of the motor 14. (Rotation speed) / (Current PWM duty) x (Upper limit value of PWM duty) Estimated by That is, since the rotational speed of the motor 14 is proportional to the PWM duty, the maximum rotational speed can be reasonably estimated from the above equation.
  • the response characteristic adjuster 27 since the response characteristic adjuster 27 is provided and the change speed of the command value output from the command rotation speed output device 10 is adjusted, a large difference between the actual rotation speed of the motor 14 and the command value is obtained. When there is, it can suppress that a rotational speed changes rapidly. In other words, the response characteristic adjuster 27 adjusts the command value output by the command rotational speed output device 10 so that the change speed is equal to or less than a predetermined value. Thereby, when there is a large difference between the actual rotational speed of the motor 14 and the command value, it is possible to suppress a rapid change in the rotational speed of the motor. Further, since the PWM duty calculator 30 performs the PI control calculation to calculate the PWM duty, the PWM duty can be appropriately calculated with respect to the change of the target value that is the output of the response characteristic adjuster 27.
  • the upper limit value of the PWM duty is not limited to 100%, and may be appropriately changed, for example, set to 90% or 80% according to the specifications of individual products.
  • the parameter used for estimating the maximum rotation speed of the motor 14 is not limited to the “current PWM duty”.
  • the value of the current that is supplied to the motor 14 via the inverter circuit 3 or the temperature of the inverter circuit 3 or the motor 14 may be used.
  • a table for determining a value for limiting the rotation speed in accordance with the power supply voltage may be used as a parameter.
  • the rotation speed (response characteristics) to be added / subtracted for each control cycle set in the response characteristic adjuster 27 is not limited to 400 rpm / ms, and may be set as appropriate according to individual design. Further, the response characteristic adjuster 27 may be deleted.
  • the PWM duty calculator 30 is not necessarily required to perform the PI control calculation.
  • It may be applied to a drive control device using a position sensor.

Abstract

 指示回転速度出力器(10)は、外部より入力されるモータ回転速度の指令値を受信して出力する。PWMデューティ算出器(30)は、指令値と計測されたモータ(14)の実回転速度とからPWMデューティを算出する。最大速度推定器(26)は、計測された実回転速度と、モータ(14)の制御状態を示すパラメータ及び現在のPWMデューティ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、その上限値でPWM制御した際のモータ(14)の最大回転速度を推定する。そして、外部より入力される指令値を、前記最大回転速度以下に制限する。これにより、モータをPWM制御する際に、電源電圧の変動に伴う回転速度の急変を抑制することができる。

Description

モータ制御装置及びモータ制御方法 関連出願の相互参照
 本出願は、2014年9月24日に出願された日本出願番号2014-193725号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、外部より入力されるモータ回転速度の指令値と、計測したモータの実回転速度とから、PWM信号のデューティを算出してモータをPWM制御するモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。
 例えばブラシレスDCモータのような永久磁石型モータの回転速度は、モータの固定子巻線に供給する電流と、モータの磁力及びインピーダンスで決まる。モータをインバータ回路によりPWM(Pulse Width Modulation)制御する構成では、PWMデューティが100%になっても回転速度が速度指令値に達しない状態でインバータ回路に供給される電源電圧が変化すると、モータに供給する電流が変化して回転速度が変動する。すなわち、電源電圧自体の変動や、電源電圧に重畳されるノイズに起因してモータの回転速度が変動する。
 一般的なPWM制御では、与えられた回転速度指令と、検出したモータの回転速度との差に応じてPWMデューティを決定するようにフィードバック制御を行っている。しかし、このような制御系では、回転速度が速度指令値に達していない状態でPWMデューティが100%になると、回転速度を更に上昇させることができず速度制御が不能となる。このような問題に対処する技術として、例えば、特許文献1がある。
特許第4154635号公報
 特許文献1では、PWMデューティが100%に達した場合は、速度指令値をその時点の回転速度に相当する値に置き換えて対応している。しかしながら、PWMデューティが100%に達した時点で指令値を切換えると、制御応答が遅れてしまう。また、PWMデューティが100%に達しない範囲で回転速度が急上昇した場合には、フィードバック制御のみで変動を抑制させるため、モータの駆動対象が例えばファンであれば、風圧の急変や異常な駆動音の発生、ポンプの場合は過剰圧送等の問題が発生するおそれがある。
 本開示は、モータをPWM制御する際に、電源電圧の変動に伴う回転速度の急変を抑制できるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
 本開示の第一の態様によれば、モータ制御装置は、指示回転速度出力器と、モータ回転速度計測器と、PWMデューティ算出器と、最大速度推定器と、を有する。指示回転速度出力器は、外部より入力されるモータ回転速度の指令値を受信して出力する。モータ回転速度計測器は、モータの実回転速度を計測する。PWMデューティ算出器は、前記指令値と計測されたモータの実回転速度とからPWMデューティを算出する。最大速度推定器は、計測された実回転速度と、モータの制御状態を示すパラメータ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、その上限値でPWM制御した際のモータの最大回転速度を推定する。そして、外部より入力される指令値を、前記最大回転速度以下に制限する。
 例えば、モータが外部より入力される指令値に相当する速度で回転している状態で駆動回路の駆動電源電圧が低下すると、それに伴いモータの回転速度は低下する。すると、最大速度推定器によって推定される最大回転速度も低下する。指令値が一定であれば、やがて指令値は最大回転速度を上回る。この時、指示回転速度出力器が指令値を最大回転速度以下に制限すると、上限値のPWMデューティでのPWM制御を継続すれば、モータの回転速度は推定された最大回転速度に等しくなるように制御される。
 その後、駆動電源電圧が元の電圧に戻ればモータの回転速度が上昇するので、最大速度推定器によって推定される最大回転速度も上昇する。そして、指令値が最大回転速度未満になれば、PWMデューティは再び指令値に基づいて算出されるようになり、モータの回転速度は指令値に応じた速度に復帰する。これにより、電源電圧が変動した際にモータの回転速度が急激に変化することを抑制できる。
 本開示の第二の態様によれば、モータ制御装置において、最大速度推定器は、モータの制御状態を示すパラメータとして現在のPWMデューティを用い、モータの最大回転速度を、
   (回転速度)/(現在のPWMデューティ)×(PWMデューティの上限値)
で推定する。すなわち、モータの回転速度はPWMデューティに比例するので、上式によって最大回転速度を妥当に推定できる。
 本開示の第三の態様によれば、モータの制御方法は、外部より入力されるモータ回転速度の指令値と、モータについて計測した回転速度とから、PWM信号のPWMデューティを算出することと、計測された回転速度と、モータの制御状態を示すパラメータ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、上限値でPWM制御した際のモータの最大回転速度を推定することと、外部より入力される指令値を、最大回転速度以下に制限することと、を有する。
 これによれば、上記と同様にして、電源電圧が変動した際にモータの回転速度が急激に変化することを抑制することができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
本開示の一実施形態にかかる、モータ駆動制御装置のPWMデューティ決定部の構成を示す機能ブロック図 応答特性調整器の構成を示す機能ブロック図 モータ駆動制御装置に内蔵されるマイコンの処理機能を中心に示す機能ブロック図 モータ駆動制御装置の全体構成を示す図 PWMデューティ決定部の処理内容を示すフローチャート 動作タイミングチャート 電源電圧のタイミングチャート PI制御演算におけるI項のゲインおよびPWMデューティのタイミングチャート
 図4に示すように、例えば車載用のモータ駆動制御装置1は、マイクロコンピュータ(マイコン,制御回路)2とインバータ回路3とを中心に構成されている。モータ駆動制御装置1には、車両のイグニッションスイッチ(IG)を介して駆動用電源が供給される。その駆動用電源は、コンデンサ4a及び4bとコイル5とからなるπ型フィルタ6を介してインバータ回路3(駆動回路)に供給されている。
 また、駆動用電源は、ダイオード7を介して5V電源回路8に供給されている。5V電源回路8は、駆動用電源電圧を降圧して5Vの制御用電源を生成すると、マイコン2の電源端子に供給する。マイコン2の電源端子とグランドとの間には、バイパスコンデンサ9が接続されている。指示回転速度出力器10には、図示しない上位の制御装置より、モータの回転速度指令が低速のPWM信号で入力される。指示回転速度出力器10は、入力されたPWM指令値(PWMデューティ)に応じて、より高速のPWM信号を生成し、マイコン2の入力ポートに出力する。
 インバータ回路3は、3つの素子モジュール11U,11V,11Wより構成され、各素子モジュール11U、11V,11W(以下、11)は、直列接続された2つのNチャネルMOSFET(スイッチング素子)12U、12V,12W(以下、12)及び13U,13V,13W(以下、13)を備えている。これらのFET12及び13のドレイン-ソース間には、フリーホイールダイオード(寄生ダイオード)12UD,12VD,12WD,13UD,13VD,13WD(以下、12D,13D)がそれぞれ接続されている。そして、これらのFET12及び13の共通接続点がインバータ回路3の各相出力端子となり、モータ駆動制御装置1の出力端子1U,1V,1Wを介して、例えば3相ブラシレスDCモータであるモータ14の各相固定子巻線15U,15V,15Wに接続されている。マイコン2(PWM信号出力手段)は、内蔵されるCPUが制御プログラム(ソフトウェア)に従い動作することで、インバータ回路3を構成する各NチャネルMOSFET12及び13のゲートにPWM信号を出力してモータ14を駆動制御する。
 また、素子モジュール11は、FET12及び13の共通接続点の電位を、モータ14の中性点相当電位(各相電圧の和)と比較する端子電圧比較器(コンパレータ)16(図4では、U相の端子電圧比較器16Uのみ図示)を備えている。端子電圧比較器16は、マイコン2がモータ14の誘起電圧のゼロクロス点を検出するために使用される。前記中性点相当電位は、図1に示す中性点電圧生成器17により供給される。また、各素子モジュール11が備えるコンパレータ16の出力信号は、マイコン2の入力ポートにそれぞれ入力されている。
 マイコン2は、入力ポートに与えられる端子電圧比較器16(U,V,W)の出力信号を参照することで、モータ14が回転している際に固定子巻線15U,15V,15Wに発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する。
 図3に示すように、マイコン2の内部において、ゼロクロスタイミング信号生成器21は、端子電圧比較器16(U,V,W)からの出力信号を受けて、U,V,W各相のゼロクロス点をライズエッジ及びフォールエッジで示す矩形波状のタイミング信号を生成し、各相別に出力する。これらのタイミング信号は、回転速度計測器22に入力されている。
 モータ回転速度計測器22は、ゼロクロスタイミング信号のエッジ間隔を計測することでモータ14の実回転速度を計測し、計測結果をPWMデューティ決定部23に出力する。PWMデューティ決定部23は、指示回転速度出力器10を介して指令値(回転速度指令)が入力されており、モータ回転速度計測器22により計測されたモータ14の実回転速度との差に応じてPWMデューティ指令を算出し、PWM信号発生器24に出力する。
 PWM信号発生器24は、内部で発生させたPWM制御用のキャリアとデューティ指令とからPWM信号を生成し、通電相の切替え信号に応じてU,V,W各相のPWM信号を出力する。例えば、120度通電方式により矩形波駆動を行う。具体的に、上アーム側スイッチング素子を120度分だけオンした後に上アーム側スイッチング素子をオフし、その60度分後に下アーム側スイッチング素子を120度分だけオンした後下アーム側スイッチング素子をオフ、さらに60度分後に上アーム側スイッチング素子をオンし、これらを繰り返す。尚、PWM制御におけるキャリア周期は、例えば20kHz程度である。
 図1に示すように、PWMデューティ決定部23は、MIN演算器25を備えている。MIN演算器25は、指示回転速度出力器10より入力される指令値(CIN)と、後述する最大速度推定器26より入力されるモータの推定された最大回転速度(SMAX)とを比較し、値が小さい方を選択して、その値を制限後指令値(C)として応答特性調整器27に出力する。応答特性調整器27は、入力された指令値の変化応答を遅くするように調整して、その調整した指令値を目標値(C)として減算器28に出力する。このMIN演算器25と応答特性調整器27は、例えば、指令値制限部を構成する。
 減算器28は、入力される目標値と、モータ回転速度計測器22により計測されたモータ14の回転速度(実回転速度SAC)との差をPI演算器29に出力する。PI演算器29は、入力される速度の偏差についてPI(Proportional-Integral)制御演算を行うことでPWMデューティ(VDT)を算出し、PWM信号発生器24及び最大速度推定器26に出力する。尚、減算器28及びPI演算器29は、PWMデューティ算出器30を構成している。
 最大速度推定器26には、回転速度計測器22により計測された実回転速度も入力されている。最大速度推定器26は、予め定められたPWM制御におけるデューティの上限値(例えば、100%)を情報として保持している。そして、最大速度推定器26は、入力される現在のPWMデューティ及びモータ14の実回転速度と前記上限値とから、モータ14を上限値のデューティでPWM制御した場合に到達する最大回転速度を推定し、MIN演算器25に出力する。
 図2に示すように、応答特性調整器27は、MIN演算器25より入力される制限後指令値を、MIN演算器31及びMAX演算器32を介すことで、目標値として次段の減算器28に出力する。前記目標値は、加算器33及び減算器34に入力されている。加算器33は、目標値に制御周期である1ms毎に400rpmを加算してMIN演算器31に出力する。減算器34は、目標値より1ms毎に400rpmを減算してMAX演算器32に出力する。
 すなわち、応答特性調整器27では、(制限後)指令値の入力が無く目標値が0rpmの状態から、例えば指令値が10000rpmで入力されると、加算器33が1msが経過する毎に0rpmに400rpmを加算してMIN演算器31に出力する。加算結果は、400rpm,800rpm,1200rpm,…と順次上昇するが、10000rpmを超えるまでは加算結果が選択されてMIN演算器31より出力される。
 この時、MAX演算器32に入力される減算器34の減算結果は、MIN演算器31の出力値より400rpmだけ小さいので、MAX演算器32は、MIN演算器31の出力を選択して目標値として出力する。
 次に、本実施形態の作用について説明する。図5に示すように、最大速度推定器26は、前述した最大回転速度を、次式
   (実回転速度)/(PWMデューティ)×(PWMデューティの上限値)
で演算して推定する(S1)。MIN演算器25は、指示回転速度出力器10より入力された指令値が推定された最大回転速度以上か否かを判断する(S2)。指令値が最大回転速度未満であれば(NO)、指示回転速度出力器10より入力された指令値を制限後指令とする(S4)。尚、この場合指令値は制限されていないが、便宜上「制限後指令値」とする。また、図5において、VDTULは、PWMデューティの上限値を示す。
 一方、ステップS2において、指令値が推定された最大回転速度以上であれば(YES)、推定された最大回転速度を制限後指令値とする(S3)。ステップS3,S4を実行するとステップS5に移行して、制限後指令値を応答特性調整器27に介すことで目標値として減算器28に出力する。
 以上の処理について、具体数値例で説明する。例えばステップS1で推定した最大回転速度が10000rpmである場合に、指令値を9000rpm(デューティ90%)から12000rpmに変化させたとする。応答特性が1000rpm/sであれば、1秒後にはモータ14の実回転速度が推定した最大回転速度が10000rpmに到達する。すると、制限後指令値を10000rpmに設定することで、実回転速度の上昇を抑制する。その後、推定した最大回転速度が12000rpmに変化すれば、上記の応答特性の範囲内でモータ14の回転速度が上昇し、実回転速度は2秒後に12000rpmに到達する。
 また、図6A~図6Cに示す例では、PWMデューティの初期値が15%、応答特性が400rpm/ms,PI演算器29におけるP項のゲインが0.05%、I項のゲインが0.5%である。時間0msで指令値が12000rpmで入力されると、目標値及び実回転速度は、応答特性400rpm/msに従って上昇し、20msが経過した後に指令値12000rpmに一致している。この時、最大速度推定器26により推定された最大回転速度は、13000rpm強で一定である。
 図6Bに示すように、時間100msで電源電圧が初期値の12Vから低下し始め、120msで10Vまで低下している。この時、図6Aに示すように、モータの実回転速度も低下する。すると、推定された最大回転速度も低下して、時間110ms付近で指令値が最大回転速度を上回る。この時、MIN演算器25が指令値を最大回転速度以下に制限すると、上限値のPWMデューティでのPWM制御を継続すれば、モータ14の回転速度は推定された最大回転速度11000rpm強に等しくなるように制御される。
 時間140msで電源電圧が12Vに復帰すると、モータ14の回転速度が上昇するので、推定される最大回転速度も上昇する。そして、指令値が最大回転速度未満になれば、PWMデューティは再び指令値に基づいて算出されるようになり、モータ14の実回転速度は指令値に応じた速度に復帰する。尚、図6Cに示すPWMデューティ(Duty)は、I項のゲインと同じように変化している。
 以上のように本実施形態によれば、指示回転速度出力器10は、外部より入力されるモータ回転速度の指令値を受信して出力する。PWMデューティ算出器30は、指令値と計測されたモータ14の実回転速度とからPWMデューティを算出する。最大速度推定器26は、計測された実回転速度と、モータ14の制御状態を示すパラメータ及び現在のPWMデューティ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、その上限値でPWM制御した際のモータ14の最大回転速度を推定する。そして、外部より入力される指令値を、前記最大回転速度以下に制限する。したがって、電源電圧が変動した際にモータ14の回転速度が急激に変化することを抑制できる。
 また、最大速度推定器は、モータ14の制御状態を示すパラメータとして現在のPWMデューティを用い、モータ14の最大回転速度を、
   (回転速度)/(現在のPWMデューティ)×(PWMデューティの上限値)
で推定する。すなわち、モータ14の回転速度はPWMデューティに比例するので、上式によって最大回転速度を妥当に推定できる。
 また、応答特性調整器27を備え、指示回転速度出力器10により出力される指令値の変化速度が緩やかになるように調整するので、モータ14の実回転速度と指令値との間に大きな差がある場合に、回転速度が急激に変化することを抑制できる。言い換えれば、応答特性調整器27は、指示回転速度出力器10により出力された指令値を、その変化速度が所定値以下となるように調整する。これにより、モータ14の実回転速度と指令値との間意に大きな差がある場合に、モータの回転速度が急激に変化することを抑制することができる。更に、PWMデューティ算出器30は、PI制御演算を行ってPWMデューティを算出するので、応答特性調整器27の出力である目標値の変化に対して、PWMデューティを適切に算出できる。
 本開示は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
 PWMデューティの上限値は100%に限ることなく、個別の製品の仕様に応じて例えば90%や80%に設定するなど、適宜変更すれば良い。
 モータ14の最大回転速度を推定するために使用するパラメータは、「現在のPWMデューティ」に限ることはない。例えば、インバータ回路3を介してモータ14に通電する電流値や、インバータ回路3又はモータ14の温度を用いても良い。また、電源電圧に応じて、回転速度を制限する値を決定するテーブルをパラメータとして用いても良い。
 応答特性調整器27に設定する、制御周期毎に加減算する回転数(応答特性)は、400rpm/msに限ることなく、個別の設計に応じて適宜設定すれば良い。また、応答特性調整器27を削除しても良い。
 PWMデューティ算出器30は、必ずしもPI制御演算を行う必要はない。
 位置センサを用いる駆動制御装置に適用しても良い。
 本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

Claims (7)

  1.  外部より入力されるモータ回転速度の指令値を受信して出力する指示回転速度出力器(10)と、
     モータ(14)の実回転速度を計測するモータ回転速度計測器(22)と、
     前記指令値と、前記モータ回転速度計測器により計測された実回転速度とから、PWM(Pulse Width Modulation)信号のPWMデューティを算出するPWMデューティ算出器(30)と、
     前記計測された実回転速度と、前記モータの制御状態を示すパラメータ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、前記上限値でPWM制御した際の前記モータの最大回転速度を推定する最大速度推定器(26)とを備え、
     前記外部より入力される指令値を、前記最大回転速度以下に制限することを特徴とするモータ制御装置。
  2.  前記最大速度推定器は、前記モータの制御状態を示すパラメータとして現在のPWMデューティを用い、前記モータの最大回転速度を、
       (回転速度)/(現在のPWMデューティ)×(PWMデューティの上限値)
    で推定することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3.  前記指示回転速度出力器により出力される指令値の変化速度を所定値以下に調整する応答特性調整器(27)を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。
  4.  前記PWMデューティ算出器は、PI(Proportional-Integral)制御演算を行って前記PWMデューティを算出することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のモータ制御装置。
  5.  外部より入力されるモータ回転速度の指令値と、前記モータについて計測した回転速度とから、PWM(Pulse Width Modulation)信号のデューティ(PWMデューティ)を算出することと、
     前記計測された回転速度と、前記モータの制御状態を示すパラメータ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、前記上限値でPWM制御した際の前記モータの最大回転速度を推定することと、
     前記外部より入力される指令値を、前記最大回転速度以下に制限することと、を備えるモータ制御方法。
  6.  前記モータの最大回転速度を推定することは、前記モータの制御状態を示すパラメータとして、現在のPWMデューティを用い、前記モータの最大回転速度を、
       (回転速度)/(現在のPWMデューティ)×(PWMデューティの上限値)
    で推定する請求項5記載のモータ制御方法。
  7.  外部より入力されるモータ回転速度の指令値を受信して出力する指示回転速度出力器(10)と、
     モータ(14)の実回転速度を計測するモータ回転速度計測器(22)と、
     前記指令値と、前記モータ回転速度計測器により計測された実回転速度とから、PWM(Pulse Width Modulation)信号のPWMデューティを算出するPWMデューティ算出器(30)と、
     前記計測された実回転速度と、前記モータの制御状態を示すパラメータ及び予め設定されているPWMデューティの上限値とから、前記上限値でPWM制御した際の前記モータの最大回転速度を推定する最大速度推定器(26)と、
     前記指示回転速度出力器から出力された指令値と前記最大速度推定器により推定された前記最大回転速度とに基づき、前記指令値が前記最大回転速度以下となるように制限し目標値としてPWMデューティ算出器に出力する指令値制限器(25、27)と、を備え、
     前記PWMデューティ算出部は、前記指令値制限器より出力された目標値を前記指令値として、前記指令値と前記実回転速度とに基づき前記PWMデューティを算出する、モータ制御装置。
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