(57)【要約】  本発明は、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加する電圧印加ステップと、印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、印加電圧とモータ電流との周波数特性に基づいて電流制御ゲインを算出する電流制御ゲイン調整ステップと、を有する。これにより、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整できる。
2012046410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭモータに直流成分に複数の周波数成分を含む印加電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップで印加した前記印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
前記印加電圧と前記モータ電流に基づいて周波数特性を演算するモータ周波数特性演算ステップと、
前記モータ周波数特性演算ステップで得られた周波数特性に基づいて電流制御ゲインを調整する電流制御ゲイン調整ステップと、
を有するＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法。
【請求項２】
前記電圧印加ステップは、直流成分の異なる複数の前記印加電圧を印加し、
前記モータ周波数特性演算ステップは、前記電圧印加ステップの結果に基づいて異なる複数の周波数特性を演算し、
前記電流制御ゲイン調整ステップは、前記異なる複数の周波数特性に対して電流制御ゲインを調整する請求項１記載のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法。
【請求項３】
ＰＭモータに直流成分の異なる複数の周波数成分を含む印加電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップで印加した前記印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
前記印加電圧と前記モータ電流に基づいて異なる複数の周波数特性を演算するモータ周波数特性演算ステップと、
前記モータ周波数特性演算ステップで得られた前記異なる複数の周波数特性に基づいて電流制御ゲインを調整する電流制御ゲイン調整ステップと、
前記電流制御ゲイン調整ステップで調整した前記電流制御ゲインを、検出した前記モータ電流の平均値に関連づけて記憶して電流制御ゲインマップを作成する電流制御ゲインマップ作成ステップと、を有し、
前記ＰＭモータ駆動時に、記憶した前記電流制御ゲインマップからモータ電流指令または検出された前記モータ電流に関連づけられた前記電流制御ゲインを設定して前記モータ電流を制御するＰＭモータの電流制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法を有するＰＭモータの制御装置。
【請求項５】
請求項３記載のＰＭモータの電流制御方法を有するＰＭモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ電流を検出して制御する電流制御系を有するＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法、電流制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ベクトル制御で速度制御を行うＰＭモータの制御装置が開発されている。【０００３】
以下に、ベクトル制御により速度制御を行う従来のＰＭモータの制御装置について、図１０を用いて説明する。【０００４】
図１０は、従来のＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。【０００５】
図１０に示すように、ＰＭモータのモータ制御装置は、少なくともＰＭモータ１０１と、速度演算部１０３と、速度制御部１０４と、電流検出器１０５と、電流座標変換部１０６と、ｄ軸電流制御部１０７と、ｑ軸電流制御部１０８と、電圧座標変換部１０９と、インバータ１１０とから構成されている。【０００６】
そして、図１０に示すＰＭモータのモータ制御装置は、以下に示す動作により、ＰＭモータ１０１を駆動する。【０００７】
すなわち、ＰＭモータ１０１には位置検出器１０２が取り付けられ、ＰＭモータ１０１の回転位置を検出する。速度演算部１０３は、位置検出器１０２で検出された位置情報に基づいて、ＰＭモータ１０１の速度ωｍを計算する。速度制御部１０４は、速度演算部１０３で計算されたＰＭモータ１０１の速度ωｍが、与えられた速度指令ω＊に追従するように、速度ωｍと速度指令ω＊との偏差を入力として、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。このとき、速度制御部１０４は、例えば比例積分制御で動作する。【０００８】
電流座標変換部１０６は、電流検出器１０５で検出したモータ電流の検出値を座標変換して、ＰＭモータ１０１の磁極軸と同方向の成分であるｄ軸電流Ｉｄと、ｄ軸に対し垂直方向の成分であるｑ軸電流Ｉｑとを算出し、出力する。そして、ｄ軸電流制御部１０７は、ｄ軸電流Ｉｄが予め与えられたｄ軸電流指令Ｉｄ＊に追従するようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を算出し、出力する。また、ｑ軸電流制御部１０８は、ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出し、出力する。このとき、ｄ軸電流制御部１０７およびｑ軸電流制御部１０８は、例えば比例積分制御で動作する。【０００９】
そして、電圧座標変換部１０９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊からの三相の電圧指令を作成する。インバータ１１０は、電圧座標変換部１０９で作成された電圧指令に基づいて、ＰＭモータ１０１を駆動する。【００１０】
このとき、従来のＰＭモータの駆動装置でＰＭモータを安定に駆動するには、ｄ軸電流制御部１０７およびｑ軸電流制御部１０８の電流制御ゲインを適切に設定して、安定した電流制御を実現する必要がある。また、ＰＭモータの高い速度制御性を得るには、速度制御系のマイナーループである電流制御系の電流制御ゲインをできる限り高く設定することが望ましい。【００１１】
そこで、従来のＰＭモータの制御装置において、電流制御ゲインを調整する技術がいくつか開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術は、誘導電動機を対象とし、負荷を含む等価回路の回路定数（モータ定数）である抵抗値とインダクタンス値、および制御遅れ時間を用いて、演算式に基づいて一意的に電流制御ゲインを定めている。【００１２】
また、抵抗値やインダクタンス値などのモータ定数を求める別の技術は、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２によれば、まず、ＰＭモータ１０１に直流電流を流したときの入力電圧と入力電流から抵抗値を求める。つぎに、ＰＭモータ１０１に交流電流を流したときの入力電圧と入力電流の基本波成分を抽出して、入力電圧と入力電流のそれぞれの大きさ、および入力電圧と入力電流の位相差からインダクタンス値を求める。そして、求めた抵抗値とインダクタンス値から電流制御ゲインを求めている。【００１３】
しかしながら、特許文献１では、等価回路定数である抵抗値とインダクタンス値を予め調べておく必要がある。また、電流制御の応答性を決めるカットオフ周波数を固定式で算出するため、必ずしも電流応答性を最大限に引き出していない場合があった。【００１４】
一方、特許文献２では、特許文献１の課題であるモータ定数の測定は可能である。しかし、巻線抵抗を求めるためにＰＭモータ１０１に流す直流電流が定常状態となるまでに時間が必要になる。また、抵抗値とインダクタンス値を別々の試験信号を用いて計測するため、計測に時間を要するなどの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平９−８４３７８号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４９８号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法は、直流成分と複数の周波数成分を含む電圧をＰＭモータに印加するステップと、印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するステップと、印加電圧とモータ電流の関係である周波数特性を用いて安定かつ電流応答性の高い電流制御ゲインを算出するステップと、を有する。
【００１７】
これにより、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、ＰＭモータの単相通電状態を説明する等価回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、電流制御オープンループ周波数特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電流制御オープンループ周波数特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、同実施の形態におけるモータ電流と電気的時定数の関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、従来のＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法およびモータ制御装置について、図１を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のＰＭモータのモータ制御装置は、少なくともＰＭモータ１と、速度演算部３と、速度制御部４と、電流検出器５と、電流座標変換部６と、ｄ軸電流制御部７と、ｑ軸電流制御部８と、電圧座標変換部９と、インバータ１０と、電流ゲイン調整部１１と、電圧指令切替部１２と、から構成されている。
【００２３】
すなわち、図１に示すＰＭモータのモータ制御装置は、以下に示すような動作により、ＰＭモータ１を駆動する。
【００２４】
つまり、ＰＭモータ１には位置検出器２が取り付けられ、ＰＭモータ１の回転位置を検出する。速度演算部３は、位置検出器２で検出されたＰＭモータ１の回転位置情報からＰＭモータ速度ωｍを演算する。速度制御部４は、速度演算部３で演算されたモータ速度ωｍが速度指令ω＊に追従するように制御して、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出し、出力する。電流検出器５は、ＰＭモータ１に流れるモータ電流を検出する。電流座標変換部６は、電流検出器５が検出したモータ電流をｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換して、出力する。ｄ軸電流制御部７は、電流座標変換部６で変換されたｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ＊に追従するように制御して、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を算出し、出力する。ｑ軸電流制御部８は、電流座標変換部６で変換されたｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に追従するように制御して、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出し、出力する。電圧座標変換部９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊指令を、３相の電圧指令に変換する。インバータ１０は、入力される３相の電圧指令に応じた電圧をＰＭモータ１に印加する。電流ゲイン調整部１１は、電流制御ゲインの調整処理を行い、ｄ軸電流制御部７とｑ軸電流制御部８に設定する。
【００２５】
そして、電圧指令切替部１２は、インバータ１０へ入力する３相の電圧指令として、電圧座標変換部９の出力と電流ゲイン調整部１１の出力とを切り替える。なお、通常のＰＭモータ１の速度制御時には、電圧指令切替部１２は、図１中に示すＡ側に切り替えられ、電流制御ゲイン調整時には図１中に示すＢ側に切り替えられる。
【００２６】
つぎに、ＰＭモータ１の電流制御ゲイン調整方法について、具体的に説明する。
【００２７】
まず、ＰＭモータ１のモータ駆動装置の電圧指令切替部１２をＢ側に切り替える。そして、電流ゲイン調整部１１は、ＰＭモータ１に印加されるインバータ１０の出力の電流制御ゲインを調整する。
【００２８】
以下に、電流ゲイン調整部１１の動作および作用について、図２から図４Ｂを用いて、図１を参照しながら具体的に説明する。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。図３は、ＰＭモータの単相通電状態を説明する等価回路図である。図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、まず、電流制御ゲインの調整処理が開始されるとＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込むために引き込み電圧指令を生成し出力する（ステップＳ１０１）。これは、ＰＭモータ１は、回転子に磁石が存在するため電圧印加によって回転子が回転する場合があるので、予めＰＭモータ１の回転子を所定の位置に固定するためである。そのため、モータ定数の算出には、ＰＭモータ１の回転子が静止した状態で行うことが好ましい。そこで、まず、ＰＭモータ１に引き込み電圧指令に基づいて、例えばＵ相にＶａ、Ｖ相、Ｗ相に−Ｖａ／２の直流電圧を印加し、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込む。なお、直流電圧Ｖａは、ＰＭモータ１の回転子が所定の位置に十分引き込まれるように、例えば電圧印加時にＰＭモータ１の定格電流程度の電流が流れるときの電圧として設定される。
【００３１】
このとき、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込んだ後のＰＭモータ１の等価回路は、図３に示すようになる。つまり、図３に示すように、ＰＭモータ１の回転子は回転していないので、ＰＭモータ１の等価回路は相抵抗Ｒと相インダクタンスＬからなり、Ｕ−ＶＷ間に単相の電圧が印加されることになる。これにより、電流軸（ｄ軸）と磁極軸が一致した状態となる。
【００３２】
つぎに、モータ定数を算出するために印加する、印加電圧である電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する（ステップＳ１０２）。具体的には、（数１）に示すような、直流成分Ｖ０に複数の周波数成分を持つＶｎ（ｔ）を加算した電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する。このとき、電圧指令Ｖｎ（ｔ）として、例えばＭ系列信号（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）を用いる。
【００３３】
なお、Ｖ０とＶｎを加算した電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する理由については、後述する。
【００３４】
【数１】
2012046410.tif 000003
【００３５】
そして、生成された電圧指令Ｖｓ（ｔ）に基づいて、引き込み時と同様にＵ−ＶＷ間に単相の電圧が印加されるようにインバータ１０へ、例えばＵ相にＶｓ（ｔ）、Ｖ相とＷ相に−Ｖｓ（ｔ）／２の電圧指令Ｖｓ（ｔ）を出力する。このとき、電圧指令Ｖｓ（ｔ）によってＰＭモータ１に流れるモータ電流は、磁極軸と同じｄ軸に流れるので、ＰＭモータ１の回転子を回転させるトルクは発生しない。これにより、ＰＭモータ１の回転子を静止させた状態で、モータ定数を算出するためのデータ測定が可能となる。
【００３６】
つぎに、ステップＳ１０２で印加された電圧指令Ｖｓ（ｔ）と、電圧指令Ｖｓ（ｔ）の応答となるモータ電流Ｉｓ（ｔ）をサンプリングし、時系列データとして取り込む（ステップＳ１０３）。この場合、モータ電流Ｉｓ（ｔ）は、Ｕ−ＶＷ間に印加された単相の印加電圧に対するモータ電流となるため、Ｕ相のモータ電流がサンプリングされることになる。
【００３７】
つぎに、電圧指令Ｖｓ（ｔ）とモータ電流Ｉｓ（ｔ）との関係として、電圧指令Ｖｓ（ｔ）からモータ電流Ｉｓ（ｔ）への伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性を求める（ステップＳ１０４）。なお、伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性は、電圧指令Ｖｓ（ｔ）およびモータ電流Ｉｓ（ｔ）を、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などにより得ることができる。
【００３８】
つぎに、伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性からＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒを抽出する。電圧指令Ｖｓ（ｔ）が印加されているときのＰＭモータの等価回路は図３に示した通りであり、伝達関数Ｈ（ｓ）は（数２）式で表される。
【００３９】
【数２】
2012046410.tif 000004
【００４０】
なお、（数２）式中のＨｄｅｌａｙ（ｓ）は、電流制御系の時間遅れ要素である。
【００４１】
ここで、（数２）式で示される伝達関数Ｈ（ｓ）の時間遅れ要素を除いた部分の周波数特性について、図４Ａと図４Ｂを用いて説明する。
【００４２】
図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【００４３】
図４Ａと図４Ｂに示すように、ＰＭモータの伝達関数の周波数特性である、ゲインおよび位相と周波数との関係を調べることにより、カットオフ周波数Ｒ／ＬおよびＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）ゲイン１／Ｒを得ることができる。
【００４４】
そして、カットオフ周波数Ｒ／ＬおよびＤＣゲイン１／Ｒの逆数を演算して、ＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒを得る（ステップＳ１０５）。なお、上記により得られる電気的時定数はｄ軸における電気的時定数である。
【００４５】
つぎに、ステップＳ１０５で得られたＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒとから電流制御ゲインを算出し設定する。
【００４６】
このとき、ｄ軸電流制御部７の制御は比例積分制御で、例えば比例ゲインをＫｄｐ、積分ゲインをＫｄｉとすると、ｄ軸電流制御部７の伝達関数Ｈｃｄ（ｓ）は（数３）式となる。
【００４７】
【数３】
2012046410.tif 000005
【００４８】
ここで、比例ゲインＫｄｐ、積分ゲインＫｄｉを（数４）式のように置くと、
【００４９】
【数４】
2012046410.tif 000006
【００５０】
ｄ軸の電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）は（数５）式となる。
【００５１】
【数５】
2012046410.tif 000007
【００５２】
ここで、（数５）式で示されるｄ軸の電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）の周波数特性について、図５Ａと図５Ｂを用いて説明する。
【００５３】
図５Ａは、電流制御オープンループの周波数特性を示す図である。図５Ｂは、電流制御オープンループの周波数特性を示す図である。
【００５４】
図５Ａと図５Ｂに示すように、電流制御系が安定かつ電流応答性を最大限にするには、電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）の位相が−１８０度となる周波数でのゲイン余裕が予め設定した値βとなるように（数５）式のＫαを求めればよい。
【００５５】
そして、得られたＫαを、（数４）式に代入して電流制御ゲインを算出して、ｄ軸電流制御部７とｑ軸電流制御部８に設定する。このとき、ｄ軸の電気的時定数と、ｑ軸の電気的時定数が同じＰＭモータの場合、ｑ軸電流制御部８の電流制御ゲインをｄ軸電流制御部７の電流制御ゲインと同じ設定にする。
【００５６】
以上で説明したように、本実施の形態によれば、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出することにより、印加した印加電圧と検出されたモータ電流との関係を用いてＰＭモータのモータ定数を算出する。つまり、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧を印加して、モータ電流を検出するだけでモータ定数を算出できる。これにより、モータ電流が定常状態になるまで待つ時間を不要とするとともに、複数の試験信号を印加してモータ定数を算出する必要がないので、大幅な時間短縮が可能となる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、電圧指令とモータ電流の関係である周波数特性を用いて理論的に電流制御ゲインを算出する。その結果、電流制御ゲインを、安定でかつ高い電流応答性を有するように調整できる。このとき、特に、周波数特性には、ＰＭモータのモータ制御装置の電流制御系における時間遅れ要素を含んでいるため、モータ制御装置による時間遅れ要素のばらつきを考慮して、電流制御ゲインを安定でかつ高い電流応答性を有するように調整できる。なお、高い電流応答性とは、設定される電流指令に短時間で到達することを意味している。
【００５８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法およびＰＭモータのモータ制御装置について、図を用いて説明する。
【００５９】
本実施の形態では、ＰＭモータに、異なる複数の直流成分を含む印加電圧を印加して電流制御ゲインを算出し、設定する点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】
以下に、ＰＭモータに、異なる複数の直流成分を含む印加電圧を印加して電流制御ゲインを算出する理由について説明する。
【００６１】
一般に、モータの種類により、磁気飽和などの影響や、モータ電流の大きさによってモータ定数である電気的時定数は変化する。しかし、実施の形態１の電流制御ゲインの算出方法では、１つの電流制御ゲインの値しか算出されない。そのため、上記で示す理由により、モータの電気的時定数が変化した場合には、安定な電流制御ゲインでモータを制御できない場合があるためである。
【００６２】
以下に、本実施の形態の電流ゲイン調整部１１の動作および作用について、図６と図７を用いて、図１を参照しながら具体的に説明する。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態２における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。図７は、同実施の形態におけるモータ電流と電気的時定数の関係を示す図である。なお、図６において、ステップＳ１０１からステップＳ１０５は、図２を用いて説明した実施の形態１と同様の処理を行うので、説明を省略する。
【００６４】
つまり、図６では、図２の各ステップに、さらにステップＳ２０６とステップＳ２０７の処理が追加されているので、追加されたステップについて詳細に説明する。
【００６５】
図６に示すように、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理を実行した後、ステップＳ１０２での電圧指令の生成において複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全てが設定されたか否かを判断する（ステップＳ２０６）。ここで、複数の直流成分Ｖ０の印加電圧は、ゼロからＰＭモータ１の仕様である最大電流が流れるときの電圧値までの間で、予め設定される。
【００６６】
このとき、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）がある場合（ステップＳ２０６のＹｅｓ）、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）を１つ選択し、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０２からステップＳ１０５の処理を順次繰り返して実行し、複数ある直流成分の各印加電圧に対するＰＭモータのモータ定数を抽出する。
【００６７】
一方、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全ての値が実行された場合（ステップＳ２０６のＮｏ）、ステップＳ２０７の処理に移る。
【００６８】
つまり、ステップＳ１０２からステップＳ２０６までの処理を繰り返して、直流成分Ｖ０を複数設定することにより、図７に示すような各直流成分の印加電圧に対応するモータ電流の平均値と、算出された電気的時定数との関係が複数得られる。
【００６９】
そして、図７に示す関係から、ＰＭモータのモータ電流に応じた複数の電気的時定数が得られる。
【００７０】
つぎに、ステップＳ１０５で得られた複数のＰＭモータのモータ定数と、ステップＳ１０４で求めた複数の周波数特性の各組み合わせに対して、安定かつ電流応答性の高いＫαを求めて、電流制御部の比例ゲインと積分ゲインを算出する。このとき、磁気飽和などの影響でモータ電流の大きさによって電気的時定数が変化する。そこで、電流制御部のゲインが高すぎて不安定になることを避けるために、ステップＳ１０２からステップＳ２０６の処理の繰り返しで得られた複数の電流制御部の比例ゲインと積分ゲインの組み合わせの中で最小となるものを選択する。その結果、選択された最小の電流制御部の比例ゲインと積分ゲインの組み合わせは、ＰＭモータを安定して駆動する条件のもとで最も電流応答性が高いゲインとなる。そこで、上記から得られた電流制御部の比例ゲインと積分ゲインを設定する（ステップＳ２０７）。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した複数の印加電圧に応じて流れる複数のモータ電流を検出することにより、複数の印加した印加電圧と検出されたモータ電流の関係を用いてＰＭモータの電気的時定数を算出する。
【００７２】
これにより、変化するモータ電流に応じた電気的時定数の算出が可能となる。その結果、モータ電流の変化による電気的時定数の変化まで考慮して、電流制御ゲインを、安定でかつ高い電流応答性で調整をすることができる。
【００７３】
（実施の形態３）
本発明の実施に形態３におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法、電流制御方法およびモータ制御装置について、図８を用いて説明する。図８の構成やその動作で図１と同じものには同じ番号を付し、その説明を省略する。図８では図１の構成に電流ゲイン設定部１３が追加されている。
【００７４】
本実施の形態では、ＰＭモータのモータ電流の変化による電気的時定数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させてモータ電流を制御する点で、電流制御ゲインを固定値として算出、設定する実施の形態２とは異なる。
【００７５】
つまり、本実施の形態では、異なる複数の直流成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した複数の印加電圧に応じて、ＰＭモータに流れるモータ電流に応じた電気的時定数を抽出する。そして、抽出した電気的時定数に基づいて、安定でかつ電流応答性の高い電流制御ゲインを算出する。
【００７６】
つぎに、モータ電流に応じて算出された複数の電流ゲインから、モータ電流の平均値に関連づけて電流制御ゲインマップを作成し、例えば半導体メモリなどに記憶する。そして、ＰＭモータの通常の速度制御時には、記憶した電流制御ゲインマップからモータ電流に応じた電流制御ゲインを読み出して、電流ゲイン設定部１３を設定し、ＰＭモータのモータ電流を制御する。
【００７７】
以下に、本実施の形態の電流ゲイン調整部１１および電流ゲイン設定部１３の動作および作用について、図８および図９を用いて、具体的に説明する。
【００７８】
図９は、本発明の実施の形態３における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図９において、ステップＳ１０１からステップＳ１０６は、図２を用いて説明した実施の形態１と同様の処理を行うので、説明を省略する。
【００７９】
つまり、図９では、図２の各ステップに、さらにステップＳ３０７とステップＳ３０８の処理が追加されているので、追加されたステップについて詳細に説明する。ここで、ステップＳ３０８は、図６を用いて説明した実施の形態２のステップＳ２０６と同様の処理を行う。
【００８０】
図９に示すように、まず、図１で説明した実施の形態１と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理を実行する。
【００８１】
つぎに、図２で説明した実施の形態１と同様に、ステップＳ１０５で得られたＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒとから電流制御ゲインを算出する（ステップＳ１０６）。
【００８２】
つぎに、所定の直流成分Ｖ０の印加電圧に対して算出された電流制御ゲインと、検出されるモータ電流の平均値との関係に基づいて、電流制御ゲインマップを作成する。
【００８３】
つぎに、ステップＳ１０２での電圧指令の生成において複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全てが設定されたか否かを判断する（ステップＳ３０８）。ここで、複数の直流成分Ｖ０の印加電圧は、ゼロからＰＭモータ１の仕様である最大電流が流れるときの電圧値までの間で、予め設定される。
【００８４】
このとき、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧のうち、設定していない値（印加電圧）がある場合（ステップＳ３０８のＹｅｓ）、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）を１つ選択し、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０２からステップＳ３０７の処理を順次繰り返して実行する。これにより、複数ある直流成分Ｖ０の各印加電圧に対するＰＭモータのモータ電流の平均値と、算出される電流制御ゲインとの関係に基づいて、電流制御ゲインマップを複数作成し、例えば半導体メモリなどの記憶媒体に記憶する。
【００８５】
一方、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全ての値が実行された場合（ステップＳ３０８のＮｏ）、電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理を終了する。
【００８６】
そして、モータ制御装置は、通常の速度制御時において、電流ゲイン設定部１３は、上記処理により記憶された電流制御ゲインマップに基づいて、モータ電流に応じて電流制御ゲインを設定し、モータ電流を制御してＰＭモータを駆動する。
【００８７】
これにより、電流制御ゲインを、さらに高い電流応答性で調整し、モータ電流を制御できる。
【００８８】
以上のように、本実施に形態によれば、モータ電流の変化に応じて、最適な電流制御ゲインでの制御を可能とする電流制御ゲインを算出できる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、モータ電流に応じて電流制御ゲインを変化させる例で説明したが、これに限られない。例えば、モータ電流指令に応じて電流制御ゲインを変化させてモータ電流を制御する構成としてもよい。
【００９０】
なお、上記各実施の形態では、ＰＭモータの電流制御ゲインの算出、設定の方法について説明したが、これに限られず、同様の機能を有すれば、どのような構成や具現化方法を用いてもよいことは言うまでもない。例えば、図１のブロック図におけるＰＭモータ１以外の機能ブロックをＰＭモータのモータ制御装置の１つの機能として組み込み、設定により機能させる構成としてもよい。また、電流ゲイン調整部１１をＰＭモータのモータ制御装置と連動するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｕｐｕｔｏｒ）のアプリケーションソフトとして構成としてもよい。これにより、モータ制御装置の構成を簡略化できる。
【００９１】
また、上記各実施の形態では、引き込み処理（ステップＳ１０１）での印加電圧をＶａとしたが、ＰＭモータの回転子が引き込まれるのであれば任意の異なる値でもよい。
【００９２】
また、上記各実施の形態では、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込む引き込み処理を行う例で説明したが、これに限られない。例えば、引き込み処理を行わず、位置検出器２の位置情報を用いてモータが回転しない軸の方向に単相の印加電圧を印加してもよい。これにより、電流制御ゲインを調整する処理速度を向上できる。
【００９３】
また、上記各実施の形態では、電圧指令Ｖｓ（ｔ）に加算される複数の周波数成分を含む信号としてＭ系列信号を用いる例で説明したが、これに限られない。例えば、周波数特性を求めることができれば、ホワイトノイズ信号や、正弦波掃引信号など時間的に周波数の変化する信号など、他の信号を用いてもよい。これにより、必要に応じて、任意の信号で周波数特性を求めることができる。
【００９４】
また、上記各実施の形態では、印加する電圧指令Ｖｓ（ｔ）からモータ電流Ｉｓ（ｔ）の周波数特性を求める例で説明したが、これに限られない。ＰＭモータ以外の要素、例えばフィルタ処理や遅れ要素などがある場合は、その影響を補償した時系列データを電圧指令Ｖｓ（ｔ）に加算して周波数特性を求めてもよい。これにより、さらに、高い精度でＰＭモータのモータ定数を算出することができる。
【００９５】
また、上記各実施の形態では、引き込み処理の後にモータを所定の位置に固定して、モータ電流を検出する例で説明したが、これに限られない。例えば、引き込み処理後の磁極軸の位置に対して、電気位相が異なる方向に電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加し、同方向に流れるモータ電流を検出してもよい。具体的には、引き込み処理後の磁極軸の位置に対して、電気位相が９０°異なる電気軸（ｑ軸）、すなわちＶ−Ｗ間に単相の印加電圧が印加されるように、Ｕ相に０、Ｖ相にＶｓ（ｔ）、Ｗ相に−Ｖｓを印加し、同方向であるＶ相のモータ電流を検出してもよい。これにより、磁極軸の位置によってモータ定数が変化するＰＭモータ、例えば埋め込み磁石型のＰＭモータなどにおいて、電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加する電気位相を任意に設定できるので、磁極軸の位置に応じたモータ定数を精度よく算出できる。特に、ｑ軸に電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加してモータ定数を算出することにより、ｑ軸の電気的時定数を算出することができる。
【００９６】
また、上記各実施の形態では、電流制御系のオープンループの伝達関数が所定のゲイン余裕を持つように電流制御ゲインを算出する例で説明したが、これに限られない。例えば、電流制御系のオープンループの伝達関数が所定の位相余裕を持つ、あるいは電流制御系のクローズループの伝達関数のゲインピークが所定値となるように電流制御ゲインを算出してもよい。
【００９７】
本発明は、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加する電圧印加ステップと、印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、印加電圧とモータ電流との周波数特性に基づいて電流制御ゲインを算出する電流制御ゲイン調整ステップと、を有する。これにより、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整できる。
【００９８】
また、本発明は、異なる複数の直流成分の印加電圧を用いる。これにより、モータ電流の大きさに応じてＰＭモータの電気的時定数などが変化しても、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整できる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のＰＭモータの制御装置は、安定でかつ電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で精度良く算出することができるため、電流制御系を有するＰＭモータなどの制御装置の制御に有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１，１０１    ＰＭモータ
２，１０２    位置検出器
３，１０３    速度演算部
４，１０４    速度制御部
５，１０５    電流検出器
６，１０６    電流座標変換部
７，１０７    ｄ軸電流制御部
８，１０８    ｑ軸電流制御部
９，１０９    電圧座標変換部
１０，１１０    インバータ
１１    電流ゲイン調整部
１２    電圧指令切替部
１３    電流ゲイン設定部
【図１】
2012046410.tif 000008
【図２】
2012046410.tif 000009
【図３】
2012046410.tif 000010
【図４Ａ】
2012046410.tif 000011
【図４Ｂ】
2012046410.tif 000012
【図５Ａ】
2012046410.tif 000013
【図５Ｂ】
2012046410.tif 000014
【図６】
2012046410.tif 000015
【図７】
2012046410.tif 000016
【図８】
2012046410.tif 000017
【図９】
2012046410.tif 000018
【図１０】
2012046410.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月11日(2013.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ電流を検出して制御する電流制御系を有するＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法、電流制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ベクトル制御で速度制御を行うＰＭモータの制御装置が開発されている。
【０００３】
以下に、ベクトル制御により速度制御を行う従来のＰＭモータの制御装置について、図１０を用いて説明する。
【０００４】
図１０は、従来のＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００５】
図１０に示すように、ＰＭモータのモータ制御装置は、少なくともＰＭモータ１０１と、速度演算部１０３と、速度制御部１０４と、電流検出器１０５と、電流座標変換部１０６と、ｄ軸電流制御部１０７と、ｑ軸電流制御部１０８と、電圧座標変換部１０９と、インバータ１１０とから構成されている。
【０００６】
そして、図１０に示すＰＭモータのモータ制御装置は、以下に示す動作により、ＰＭモータ１０１を駆動する。
【０００７】
すなわち、ＰＭモータ１０１には位置検出器１０２が取り付けられ、ＰＭモータ１０１の回転位置を検出する。速度演算部１０３は、位置検出器１０２で検出された位置情報に基づいて、ＰＭモータ１０１の速度ωｍを計算する。速度制御部１０４は、速度演算部１０３で計算されたＰＭモータ１０１の速度ωｍが、与えられた速度指令ω＊に追従するように、速度ωｍと速度指令ω＊との偏差を入力として、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。このとき、速度制御部１０４は、例えば比例積分制御で動作する。
【０００８】
電流座標変換部１０６は、電流検出器１０５で検出したモータ電流の検出値を座標変換して、ＰＭモータ１０１の磁極軸と同方向の成分であるｄ軸電流Ｉｄと、ｄ軸に対し垂直方向の成分であるｑ軸電流Ｉｑとを算出し、出力する。そして、ｄ軸電流制御部１０７は、ｄ軸電流Ｉｄが予め与えられたｄ軸電流指令Ｉｄ＊に追従するようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を算出し、出力する。また、ｑ軸電流制御部１０８は、ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出し、出力する。このとき、ｄ軸電流制御部１０７およびｑ軸電流制御部１０８は、例えば比例積分制御で動作する。
【０００９】
そして、電圧座標変換部１０９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊からの三相の電圧指令を作成する。インバータ１１０は、電圧座標変換部１０９で作成された電圧指令に基づいて、ＰＭモータ１０１を駆動する。
【００１０】
このとき、従来のＰＭモータの駆動装置でＰＭモータを安定に駆動するには、ｄ軸電流制御部１０７およびｑ軸電流制御部１０８の電流制御ゲインを適切に設定して、安定した電流制御を実現する必要がある。また、ＰＭモータの高い速度制御性を得るには、速度制御系のマイナーループである電流制御系の電流制御ゲインをできる限り高く設定することが望ましい。
【００１１】
そこで、従来のＰＭモータの制御装置において、電流制御ゲインを調整する技術がいくつか開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術は、誘導電動機を対象とし、負荷を含む等価回路の回路定数（モータ定数）である抵抗値とインダクタンス値、および制御遅れ時間を用いて、演算式に基づいて一意的に電流制御ゲインを定めている。
【００１２】
また、抵抗値やインダクタンス値などのモータ定数を求める別の技術は、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２によれば、まず、ＰＭモータ１０１に直流電流を流したときの入力電圧と入力電流から抵抗値を求める。つぎに、ＰＭモータ１０１に交流電流を流したときの入力電圧と入力電流の基本波成分を抽出して、入力電圧と入力電流のそれぞれの大きさ、および入力電圧と入力電流の位相差からインダクタンス値を求める。そして、求めた抵抗値とインダクタンス値から電流制御ゲインを求めている。
【００１３】
しかしながら、特許文献１では、等価回路定数である抵抗値とインダクタンス値を予め調べておく必要がある。また、電流制御の応答性を決めるカットオフ周波数を固定式で算出するため、必ずしも電流応答性を最大限に引き出していない場合があった。
【００１４】
一方、特許文献２では、特許文献１の課題であるモータ定数の測定は可能である。しかし、巻線抵抗を求めるためにＰＭモータ１０１に流す直流電流が定常状態となるまでに時間が必要になる。また、抵抗値とインダクタンス値を別々の試験信号を用いて計測するため、計測に時間を要するなどの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平９−８４３７８号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４９８号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法は、直流成分と複数の周波数成分を含む電圧をＰＭモータに印加するステップと、印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するステップと、印加電圧とモータ電流の関係である周波数特性を用いて安定かつ電流応答性の高い電流制御ゲインを算出するステップと、を有する。
【００１７】
これにより、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、ＰＭモータの単相通電状態を説明する等価回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、電流制御オープンループ周波数特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電流制御オープンループ周波数特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、同実施の形態におけるモータ電流と電気的時定数の関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、従来のＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法およびモータ制御装置について、図１を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１におけるＰＭモータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のＰＭモータのモータ制御装置は、少なくともＰＭモータ１と、速度演算部３と、速度制御部４と、電流検出器５と、電流座標変換部６と、ｄ軸電流制御部７と、ｑ軸電流制御部８と、電圧座標変換部９と、インバータ１０と、電流ゲイン調整部１１と、電圧指令切替部１２と、から構成されている。
【００２３】
すなわち、図１に示すＰＭモータのモータ制御装置は、以下に示すような動作により、ＰＭモータ１を駆動する。
【００２４】
つまり、ＰＭモータ１には位置検出器２が取り付けられ、ＰＭモータ１の回転位置を検出する。速度演算部３は、位置検出器２で検出されたＰＭモータ１の回転位置情報からＰＭモータ速度ωｍを演算する。速度制御部４は、速度演算部３で演算されたモータ速度ωｍが速度指令ω＊に追従するように制御して、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出し、出力する。電流検出器５は、ＰＭモータ１に流れるモータ電流を検出する。電流座標変換部６は、電流検出器５が検出したモータ電流をｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換して、出力する。ｄ軸電流制御部７は、電流座標変換部６で変換されたｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ＊に追従するように制御して、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を算出し、出力する。ｑ軸電流制御部８は、電流座標変換部６で変換されたｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に追従するように制御して、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出し、出力する。電圧座標変換部９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊指令を、３相の電圧指令に変換する。インバータ１０は、入力される３相の電圧指令に応じた電圧をＰＭモータ１に印加する。電流ゲイン調整部１１は、電流制御ゲインの調整処理を行い、ｄ軸電流制御部７とｑ軸電流制御部８に設定する。
【００２５】
そして、電圧指令切替部１２は、インバータ１０へ入力する３相の電圧指令として、電圧座標変換部９の出力と電流ゲイン調整部１１の出力とを切り替える。なお、通常のＰＭモータ１の速度制御時には、電圧指令切替部１２は、図１中に示すＡ側に切り替えられ、電流制御ゲイン調整時には図１中に示すＢ側に切り替えられる。
【００２６】
つぎに、ＰＭモータ１の電流制御ゲイン調整方法について、具体的に説明する。
【００２７】
まず、ＰＭモータ１のモータ駆動装置の電圧指令切替部１２をＢ側に切り替える。そして、電流ゲイン調整部１１は、ＰＭモータ１に印加されるインバータ１０の出力の電流制御ゲインを調整する。
【００２８】
以下に、電流ゲイン調整部１１の動作および作用について、図２から図４Ｂを用いて、図１を参照しながら具体的に説明する。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。図３は、ＰＭモータの単相通電状態を説明する等価回路図である。図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、まず、電流制御ゲインの調整処理が開始されるとＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込むために引き込み電圧指令を生成し出力する（ステップＳ１０１）。これは、ＰＭモータ１は、回転子に磁石が存在するため電圧印加によって回転子が回転する場合があるので、予めＰＭモータ１の回転子を所定の位置に固定するためである。そのため、モータ定数の算出には、ＰＭモータ１の回転子が静止した状態で行うことが好ましい。そこで、まず、ＰＭモータ１に引き込み電圧指令に基づいて、例えばＵ相にＶａ、Ｖ相、Ｗ相に−Ｖａ／２の直流電圧を印加し、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込む。なお、直流電圧Ｖａは、ＰＭモータ１の回転子が所定の位置に十分引き込まれるように、例えば電圧印加時にＰＭモータ１の定格電流程度の電流が流れるときの電圧として設定される。
【００３１】
このとき、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込んだ後のＰＭモータ１の等価回路は、図３に示すようになる。つまり、図３に示すように、ＰＭモータ１の回転子は回転していないので、ＰＭモータ１の等価回路は相抵抗Ｒと相インダクタンスＬからなり、Ｕ−ＶＷ間に単相の電圧が印加されることになる。これにより、電流軸（ｄ軸）と磁極軸が一致した状態となる。
【００３２】
つぎに、モータ定数を算出するために印加する、印加電圧である電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する（ステップＳ１０２）。具体的には、（数１）に示すような、直流成分Ｖ０に複数の周波数成分を持つＶｎ（ｔ）を加算した電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する。このとき、電圧指令Ｖｎ（ｔ）として、例えばＭ系列信号（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）を用いる。
【００３３】
なお、Ｖ０とＶｎを加算した電圧指令Ｖｓ（ｔ）を生成する理由については、後述する。
【００３４】
【数１】
2012046410.tif 000020
【００３５】
そして、生成された電圧指令Ｖｓ（ｔ）に基づいて、引き込み時と同様にＵ−ＶＷ間に単相の電圧が印加されるようにインバータ１０へ、例えばＵ相にＶｓ（ｔ）、Ｖ相とＷ相に−Ｖｓ（ｔ）／２の電圧指令Ｖｓ（ｔ）を出力する。このとき、電圧指令Ｖｓ（ｔ）によってＰＭモータ１に流れるモータ電流は、磁極軸と同じｄ軸に流れるので、ＰＭモータ１の回転子を回転させるトルクは発生しない。これにより、ＰＭモータ１の回転子を静止させた状態で、モータ定数を算出するためのデータ測定が可能となる。
【００３６】
つぎに、ステップＳ１０２で印加された電圧指令Ｖｓ（ｔ）と、電圧指令Ｖｓ（ｔ）の応答となるモータ電流Ｉｓ（ｔ）をサンプリングし、時系列データとして取り込む（ステップＳ１０３）。この場合、モータ電流Ｉｓ（ｔ）は、Ｕ−ＶＷ間に印加された単相の印加電圧に対するモータ電流となるため、Ｕ相のモータ電流がサンプリングされることになる。
【００３７】
つぎに、電圧指令Ｖｓ（ｔ）とモータ電流Ｉｓ（ｔ）との関係として、電圧指令Ｖｓ（ｔ）からモータ電流Ｉｓ（ｔ）への伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性を求める（ステップＳ１０４）。なお、伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性は、電圧指令Ｖｓ（ｔ）およびモータ電流Ｉｓ（ｔ）を、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などにより得ることができる。
【００３８】
つぎに、伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性からＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒを抽出する。電圧指令Ｖｓ（ｔ）が印加されているときのＰＭモータの等価回路は図３に示した通りであり、伝達関数Ｈ（ｓ）は（数２）式で表される。
【００３９】
【数２】
2012046410.tif 000021
【００４０】
なお、（数２）式中のＨｄｅｌａｙ（ｓ）は、電流制御系の時間遅れ要素である。
【００４１】
ここで、（数２）式で示される伝達関数Ｈ（ｓ）の時間遅れ要素を除いた部分の周波数特性について、図４Ａと図４Ｂを用いて説明する。
【００４２】
図４Ａは、ＰＭモータの伝達関数（ゲイン）の周波数特性を示す図である。図４Ｂは、ＰＭモータの伝達関数（位相）の周波数特性を示す図である。
【００４３】
図４Ａと図４Ｂに示すように、ＰＭモータの伝達関数の周波数特性である、ゲインおよび位相と周波数との関係を調べることにより、カットオフ周波数Ｒ／ＬおよびＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）ゲイン１／Ｒを得ることができる。
【００４４】
そして、カットオフ周波数Ｒ／ＬおよびＤＣゲイン１／Ｒの逆数を演算して、ＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒを得る（ステップＳ１０５）。なお、上記により得られる電気的時定数はｄ軸における電気的時定数である。
【００４５】
つぎに、ステップＳ１０５で得られたＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒとから電流制御ゲインを算出し設定する。
【００４６】
このとき、ｄ軸電流制御部７の制御は比例積分制御で、例えば比例ゲインをＫｄｐ、積分ゲインをＫｄｉとすると、ｄ軸電流制御部７の伝達関数Ｈｃｄ（ｓ）は（数３）式となる。
【００４７】
【数３】
2012046410.tif 000022
【００４８】
ここで、比例ゲインＫｄｐ、積分ゲインＫｄｉを（数４）式のように置くと、
【００４９】
【数４】
2012046410.tif 000023
【００５０】
ｄ軸の電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）は（数５）式となる。
【００５１】
【数５】
2012046410.tif 000024
【００５２】
ここで、（数５）式で示されるｄ軸の電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）の周波数特性について、図５Ａと図５Ｂを用いて説明する。
【００５３】
図５Ａは、電流制御オープンループの周波数特性を示す図である。図５Ｂは、電流制御オープンループの周波数特性を示す図である。
【００５４】
図５Ａと図５Ｂに示すように、電流制御系が安定かつ電流応答性を最大限にするには、電流制御系のオープン伝達関数Ｈｏｐｄ（ｓ）の位相が−１８０度となる周波数でのゲイン余裕が予め設定した値βとなるように（数５）式のＫαを求めればよい。
【００５５】
そして、得られたＫαを、（数４）式に代入して電流制御ゲインを算出して、ｄ軸電流制御部７とｑ軸電流制御部８に設定する。このとき、ｄ軸の電気的時定数と、ｑ軸の電気的時定数が同じＰＭモータの場合、ｑ軸電流制御部８の電流制御ゲインをｄ軸電流制御部７の電流制御ゲインと同じ設定にする。
【００５６】
以上で説明したように、本実施の形態によれば、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出することにより、印加した印加電圧と検出されたモータ電流との関係を用いてＰＭモータのモータ定数を算出する。つまり、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧を印加して、モータ電流を検出するだけでモータ定数を算出できる。これにより、モータ電流が定常状態になるまで待つ時間を不要とするとともに、複数の試験信号を印加してモータ定数を算出する必要がないので、大幅な時間短縮が可能となる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、電圧指令とモータ電流の関係である周波数特性を用いて理論的に電流制御ゲインを算出する。その結果、電流制御ゲインを、安定でかつ高い電流応答性を有するように調整できる。このとき、特に、周波数特性には、ＰＭモータのモータ制御装置の電流制御系における時間遅れ要素を含んでいるため、モータ制御装置による時間遅れ要素のばらつきを考慮して、電流制御ゲインを安定でかつ高い電流応答性を有するように調整できる。なお、高い電流応答性とは、設定される電流指令に短時間で到達することを意味している。
【００５８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法およびＰＭモータのモータ制御装置について、図を用いて説明する。
【００５９】
本実施の形態では、ＰＭモータに、異なる複数の直流成分を含む印加電圧を印加して電流制御ゲインを算出し、設定する点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】
以下に、ＰＭモータに、異なる複数の直流成分を含む印加電圧を印加して電流制御ゲインを算出する理由について説明する。
【００６１】
一般に、モータの種類により、磁気飽和などの影響や、モータ電流の大きさによってモータ定数である電気的時定数は変化する。しかし、実施の形態１の電流制御ゲインの算出方法では、１つの電流制御ゲインの値しか算出されない。そのため、上記で示す理由により、モータの電気的時定数が変化した場合には、安定な電流制御ゲインでモータを制御できない場合があるためである。
【００６２】
以下に、本実施の形態の電流ゲイン調整部１１の動作および作用について、図６と図７を用いて、図１を参照しながら具体的に説明する。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態２における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。図７は、同実施の形態におけるモータ電流と電気的時定数の関係を示す図である。なお、図６において、ステップＳ１０１からステップＳ１０５は、図２を用いて説明した実施の形態１と同様の処理を行うので、説明を省略する。
【００６４】
つまり、図６では、図２の各ステップに、さらにステップＳ２０６とステップＳ２０７の処理が追加されているので、追加されたステップについて詳細に説明する。
【００６５】
図６に示すように、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理を実行した後、ステップＳ１０２での電圧指令の生成において複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全てが設定されたか否かを判断する（ステップＳ２０６）。ここで、複数の直流成分Ｖ０の印加電圧は、ゼロからＰＭモータ１の仕様である最大電流が流れるときの電圧値までの間で、予め設定される。
【００６６】
このとき、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）がある場合（ステップＳ２０６のＹｅｓ）、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）を１つ選択し、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０２からステップＳ１０５の処理を順次繰り返して実行し、複数ある直流成分の各印加電圧に対するＰＭモータのモータ定数を抽出する。
【００６７】
一方、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全ての値が実行された場合（ステップＳ２０６のＮｏ）、ステップＳ２０７の処理に移る。
【００６８】
つまり、ステップＳ１０２からステップＳ２０６までの処理を繰り返して、直流成分Ｖ０を複数設定することにより、図７に示すような各直流成分の印加電圧に対応するモータ電流の平均値と、算出された電気的時定数との関係が複数得られる。
【００６９】
そして、図７に示す関係から、ＰＭモータのモータ電流に応じた複数の電気的時定数が得られる。
【００７０】
つぎに、ステップＳ１０５で得られた複数のＰＭモータのモータ定数と、ステップＳ１０４で求めた複数の周波数特性の各組み合わせに対して、安定かつ電流応答性の高いＫαを求めて、電流制御部の比例ゲインと積分ゲインを算出する。このとき、磁気飽和などの影響でモータ電流の大きさによって電気的時定数が変化する。そこで、電流制御部のゲインが高すぎて不安定になることを避けるために、ステップＳ１０２からステップＳ２０６の処理の繰り返しで得られた複数の電流制御部の比例ゲインと積分ゲインの組み合わせの中で最小となるものを選択する。その結果、選択された最小の電流制御部の比例ゲインと積分ゲインの組み合わせは、ＰＭモータを安定して駆動する条件のもとで最も電流応答性が高いゲインとなる。そこで、上記から得られた電流制御部の比例ゲインと積分ゲインを設定する（ステップＳ２０７）。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した複数の印加電圧に応じて流れる複数のモータ電流を検出することにより、複数の印加した印加電圧と検出されたモータ電流の関係を用いてＰＭモータの電気的時定数を算出する。
【００７２】
これにより、変化するモータ電流に応じた電気的時定数の算出が可能となる。その結果、モータ電流の変化による電気的時定数の変化まで考慮して、電流制御ゲインを、安定でかつ高い電流応答性で調整をすることができる。
【００７３】
（実施の形態３）
本発明の実施に形態３におけるＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法、電流制御方法およびモータ制御装置について、図８を用いて説明する。図８の構成やその動作で図１と同じものには同じ番号を付し、その説明を省略する。図８では図１の構成に電流ゲイン設定部１３が追加されている。
【００７４】
本実施の形態では、ＰＭモータのモータ電流の変化による電気的時定数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させてモータ電流を制御する点で、電流制御ゲインを固定値として算出、設定する実施の形態２とは異なる。
【００７５】
つまり、本実施の形態では、異なる複数の直流成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加し、印加した複数の印加電圧に応じて、ＰＭモータに流れるモータ電流に応じた電気的時定数を抽出する。そして、抽出した電気的時定数に基づいて、安定でかつ電流応答性の高い電流制御ゲインを算出する。
【００７６】
つぎに、モータ電流に応じて算出された複数の電流ゲインから、モータ電流の平均値に関連づけて電流制御ゲインマップを作成し、例えば半導体メモリなどに記憶する。そして、ＰＭモータの通常の速度制御時には、記憶した電流制御ゲインマップからモータ電流に応じた電流制御ゲインを読み出して、電流ゲイン設定部１３を設定し、ＰＭモータのモータ電流を制御する。
【００７７】
以下に、本実施の形態の電流ゲイン調整部１１および電流ゲイン設定部１３の動作および作用について、図８および図９を用いて、具体的に説明する。
【００７８】
図９は、本発明の実施の形態３における電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図９において、ステップＳ１０１からステップＳ１０６は、図２を用いて説明した実施の形態１と同様の処理を行うので、説明を省略する。
【００７９】
つまり、図９では、図２の各ステップに、さらにステップＳ３０７とステップＳ３０８の処理が追加されているので、追加されたステップについて詳細に説明する。ここで、ステップＳ３０８は、図６を用いて説明した実施の形態２のステップＳ２０６と同様の処理を行う。
【００８０】
図９に示すように、まず、図１で説明した実施の形態１と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理を実行する。
【００８１】
つぎに、図２で説明した実施の形態１と同様に、ステップＳ１０５で得られたＰＭモータのモータ定数である電気的時定数Ｌ／Ｒと相抵抗Ｒとから電流制御ゲインを算出する（ステップＳ１０６）。
【００８２】
つぎに、所定の直流成分Ｖ０の印加電圧に対して算出された電流制御ゲインと、検出されるモータ電流の平均値との関係に基づいて、電流制御ゲインマップを作成する。
【００８３】
つぎに、ステップＳ１０２での電圧指令の生成において複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全てが設定されたか否かを判断する（ステップＳ３０８）。ここで、複数の直流成分Ｖ０の印加電圧は、ゼロからＰＭモータ１の仕様である最大電流が流れるときの電圧値までの間で、予め設定される。
【００８４】
このとき、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧のうち、設定していない値（印加電圧）がある場合（ステップＳ３０８のＹｅｓ）、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧うち、設定していない値（印加電圧）を１つ選択し、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０２からステップＳ３０７の処理を順次繰り返して実行する。これにより、複数ある直流成分Ｖ０の各印加電圧に対するＰＭモータのモータ電流の平均値と、算出される電流制御ゲインとの関係に基づいて、電流制御ゲインマップを複数作成し、例えば半導体メモリなどの記憶媒体に記憶する。
【００８５】
一方、複数ある直流成分Ｖ０の印加電圧の全ての値が実行された場合（ステップＳ３０８のＮｏ）、電流ゲイン調整部の電流制御ゲインを調整する処理を終了する。
【００８６】
そして、モータ制御装置は、通常の速度制御時において、電流ゲイン設定部１３は、上記処理により記憶された電流制御ゲインマップに基づいて、モータ電流に応じて電流制御ゲインを設定し、モータ電流を制御してＰＭモータを駆動する。
【００８７】
これにより、電流制御ゲインを、さらに高い電流応答性で調整し、モータ電流を制御できる。
【００８８】
以上のように、本実施に形態によれば、モータ電流の変化に応じて、最適な電流制御ゲインでの制御を可能とする電流制御ゲインを算出できる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、モータ電流に応じて電流制御ゲインを変化させる例で説明したが、これに限られない。例えば、モータ電流指令に応じて電流制御ゲインを変化させてモータ電流を制御する構成としてもよい。
【００９０】
なお、上記各実施の形態では、ＰＭモータの電流制御ゲインの算出、設定の方法について説明したが、これに限られず、同様の機能を有すれば、どのような構成や具現化方法を用いてもよいことは言うまでもない。例えば、図１のブロック図におけるＰＭモータ１以外の機能ブロックをＰＭモータのモータ制御装置の１つの機能として組み込み、設定により機能させる構成としてもよい。また、電流ゲイン調整部１１をＰＭモータのモータ制御装置と連動するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｕｐｕｔｏｒ）のアプリケーションソフトとして構成としてもよい。これにより、モータ制御装置の構成を簡略化できる。
【００９１】
また、上記各実施の形態では、引き込み処理（ステップＳ１０１）での印加電圧をＶａとしたが、ＰＭモータの回転子が引き込まれるのであれば任意の異なる値でもよい。
【００９２】
また、上記各実施の形態では、ＰＭモータ１の回転子を所定の位置に引き込む引き込み処理を行う例で説明したが、これに限られない。例えば、引き込み処理を行わず、位置検出器２の位置情報を用いてモータが回転しない軸の方向に単相の印加電圧を印加してもよい。これにより、電流制御ゲインを調整する処理速度を向上できる。
【００９３】
また、上記各実施の形態では、電圧指令Ｖｓ（ｔ）に加算される複数の周波数成分を含む信号としてＭ系列信号を用いる例で説明したが、これに限られない。例えば、周波数特性を求めることができれば、ホワイトノイズ信号や、正弦波掃引信号など時間的に周波数の変化する信号など、他の信号を用いてもよい。これにより、必要に応じて、任意の信号で周波数特性を求めることができる。
【００９４】
また、上記各実施の形態では、印加する電圧指令Ｖｓ（ｔ）からモータ電流Ｉｓ（ｔ）の周波数特性を求める例で説明したが、これに限られない。ＰＭモータ以外の要素、例えばフィルタ処理や遅れ要素などがある場合は、その影響を補償した時系列データを電圧指令Ｖｓ（ｔ）に加算して周波数特性を求めてもよい。これにより、さらに、高い精度でＰＭモータのモータ定数を算出することができる。
【００９５】
また、上記各実施の形態では、引き込み処理の後にモータを所定の位置に固定して、モータ電流を検出する例で説明したが、これに限られない。例えば、引き込み処理後の磁極軸の位置に対して、電気位相が異なる方向に電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加し、同方向に流れるモータ電流を検出してもよい。具体的には、引き込み処理後の磁極軸の位置に対して、電気位相が９０°異なる電気軸（ｑ軸）、すなわちＶ−Ｗ間に単相の印加電圧が印加されるように、Ｕ相に０、Ｖ相にＶｓ（ｔ）、Ｗ相に−Ｖｓを印加し、同方向であるＶ相のモータ電流を検出してもよい。これにより、磁極軸の位置によってモータ定数が変化するＰＭモータ、例えば埋め込み磁石型のＰＭモータなどにおいて、電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加する電気位相を任意に設定できるので、磁極軸の位置に応じたモータ定数を精度よく算出できる。特に、ｑ軸に電圧指令Ｖｓ（ｔ）を印加してモータ定数を算出することにより、ｑ軸の電気的時定数を算出することができる。
【００９６】
また、上記各実施の形態では、電流制御系のオープンループの伝達関数が所定のゲイン余裕を持つように電流制御ゲインを算出する例で説明したが、これに限られない。例えば、電流制御系のオープンループの伝達関数が所定の位相余裕を持つ、あるいは電流制御系のクローズループの伝達関数のゲインピークが所定値となるように電流制御ゲインを算出してもよい。
【００９７】
本発明は、直流成分と複数の周波数成分を含む印加電圧をＰＭモータに印加する電圧印加ステップと、印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、印加電圧とモータ電流との周波数特性に基づいて電流制御ゲインを算出する電流制御ゲイン調整ステップと、を有する。これにより、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整できる。
【００９８】
また、本発明は、異なる複数の直流成分の印加電圧を用いる。これにより、モータ電流の大きさに応じてＰＭモータの電気的時定数などが変化しても、安定で電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で調整できる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のＰＭモータの制御装置は、安定でかつ電流応答性の高い電流制御ゲインを短時間で精度良く算出することができるため、電流制御系を有するＰＭモータなどの制御装置の制御に有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１，１０１  ＰＭモータ
２，１０２  位置検出器
３，１０３  速度演算部
４，１０４  速度制御部
５，１０５  電流検出器
６，１０６  電流座標変換部
７，１０７  ｄ軸電流制御部
８，１０８  ｑ軸電流制御部
９，１０９  電圧座標変換部
１０，１１０  インバータ
１１  電流ゲイン調整部
１２  電圧指令切替部
１３  電流ゲイン設定部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭモータに直流成分に複数の周波数成分を含む印加電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップで印加した前記印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
前記印加電圧と前記モータ電流に基づいて周波数特性を演算するモータ周波数特性演算ステップと、
前記モータ周波数特性演算ステップで得られた周波数特性に基づいて電流制御ゲインを調整する電流制御ゲイン調整ステップと、
を有するＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法。
【請求項２】
前記電圧印加ステップは、直流成分の異なる複数の前記印加電圧を印加し、
前記モータ周波数特性演算ステップは、前記電圧印加ステップの結果に基づいて異なる複数の周波数特性を演算し、
前記電流制御ゲイン調整ステップは、前記異なる複数の周波数特性に対して電流制御ゲインを調整する請求項１記載のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法。
【請求項３】
ＰＭモータに直流成分の異なる複数の周波数成分を含む印加電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップで印加した前記印加電圧に応じて流れるモータ電流を検出するモータ電流検出ステップと、
前記印加電圧と前記モータ電流に基づいて異なる複数の周波数特性を演算するモータ周波数特性演算ステップと、
前記モータ周波数特性演算ステップで得られた前記異なる複数の周波数特性に基づいて電流制御ゲインを調整する電流制御ゲイン調整ステップと、
前記電流制御ゲイン調整ステップで調整した前記電流制御ゲインを、検出した前記モータ電流の平均値に関連づけて記憶して電流制御ゲインマップを作成する電流制御ゲインマップ作成ステップと、を有し、
前記ＰＭモータ駆動時に、記憶した前記電流制御ゲインマップからモータ電流指令または検出された前記モータ電流に関連づけられた前記電流制御ゲインを設定して前記モータ電流を制御するＰＭモータの電流制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＰＭモータの電流制御ゲイン調整方法を有するＰＭモータの制御装置。
【請求項５】
請求項３記載のＰＭモータの電流制御方法を有するＰＭモータの制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012046410.tif 000025
【図２】
2012046410.tif 000026
【図３】
2012046410.tif 000027
【図４Ａ】
2012046410.tif 000028
【図４Ｂ】
2012046410.tif 000029
【図５Ａ】
2012046410.tif 000030
【図５Ｂ】
2012046410.tif 000031
【図６】
2012046410.tif 000032
【図７】
2012046410.tif 000033
【図８】
2012046410.tif 000034
【図９】
2012046410.tif 000035
【図１０】
2012046410.tif 000036
【国際調査報告】
2012046410.tif 000037
2012046410.tif 000038
2012046410.tif 000039
2012046410.tif 000040