(57)【要約】【課題】冗長構成でのモータ制御において、低コスト化のため一部の制御器を簡易制御に置き換えた際に生じるトルク変動を抑制する。【解決手段】複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置であって、第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御する構成であり、第２のＭＣＵは、１２０度通電制御により第２のインバータの出力電圧を制御する構成であり、第１のＭＣＵで生成する正弦波と第２のＭＣＵで生成する方形波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、第１のＭＣＵで生成する正弦波に加える補償回路を備える。【選択図】図６
2020191754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置であって、
第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御する構成であり、
第２のＭＣＵは、１２０度通電制御により第２のインバータの出力電圧を制御する構成であり、
前記第１のＭＣＵで生成する正弦波と前記第２のＭＣＵで生成する方形波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、前記第１のＭＣＵで生成する正弦波に加える補償回路を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記補償回路は、前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に前記正弦波を生成する座標変換器と、
前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と前記モータ角度情報とを基に前記方形波を生成する方形波生成器と、前記正弦波と前記方形波との差を求める加算器を有することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記第１のＭＣＵが有する電流制御器の利得を基に、前記周波数特性の補正のための伝達関数を決定することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記補償回路は、前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に方形波を生成し、前記第１のＭＣＵの内部信号の正弦波と前記方形波との差を求めることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記補償回路は、前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に前記正弦波を生成する座標変換器と、
第２の電圧目標値を計算する振幅計算器と、
前記第２の電圧目標値と前記モータ角度情報とを基に前記方形波を生成する方形波生成器と、前記正弦波と前記方形波との差を求める加算器を有することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記第２のＭＣＵは、該第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と第２のモータ角度情報を送信する同期送信回路を有し、
前記第１のＭＣＵは、前記同期送信回路からの出力を受信する同期受信回路を有し、
前記補償回路は、前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と第１のモータ角度情報とを基に前記正弦波を生成する座標変換器と、
前記同期受信回路で受信した前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と前記第２のモータ角度情報と前記第１のモータ角度情報を基に前記方形波を生成する方形波生成器と、前記正弦波と前記方形波との差を求める加算器を有することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項７】
複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置であって、
第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御する構成であり、
第２のＭＣＵは、前記第１のＭＣＵよりも粗い角度情報を基にしたベクトル制御により第２のインバータの出力電圧を制御する構成であり、
前記第１のＭＣＵで生成する正弦波と前記第２のＭＣＵで生成する正弦波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、前記第１のＭＣＵで生成する正弦波に加える補償回路を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項８】
複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置の制御方法であって、
第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御し、
第２のＭＣＵは、１２０度通電制御により第２のインバータの出力電圧を制御し、
前記第１のＭＣＵで生成する正弦波と前記第２のＭＣＵで生成する方形波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、前記第１のＭＣＵで生成する正弦波に加えることを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載のモータ駆動制御装置の制御方法において、
前記第１のＭＣＵで生成する正弦波は、前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に生成し、
前記第２のＭＣＵで生成する方形波は、前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と前記モータ角度情報とを基に生成することを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のモータ駆動制御装置の制御方法において、
前記第１のＭＣＵが有する電流制御器の利得を基に、前記周波数特性の補正のための伝達関数を決定することを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項８に記載のモータ駆動制御装置の制御方法において、
前記第２のＭＣＵで生成する方形波は、前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に生成し、
前記第１のＭＣＵの内部信号の正弦波と前記方形波との差を求めることを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項８に記載のモータ駆動制御装置の制御方法において、
前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に前記正弦波を生成し、
第２の電圧目標値を計算し、
前記第２の電圧目標値と前記モータ角度情報とを基に前記方形波を生成し、前記正弦波と前記方形波との差を求めることを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項８に記載のモータ駆動制御装置の制御方法において、
前記第２のＭＣＵは、該第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と第２のモータ角度情報を送信し、
前記第１のＭＣＵは、前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と前記第２のモータ角度情報を受信し、
前記第１のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と第１のモータ角度情報とを基に前記正弦波を生成し、
前記受信した前記第２のＭＣＵの内部信号の電圧目標値と前記第２のモータ角度情報と前記第１のモータ角度情報を基に前記方形波を生成し、前記正弦波と前記方形波との差を求めることを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【請求項１４】
複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置の制御方法であって、
第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御し、
第２のＭＣＵは、前記第１のＭＣＵよりも粗い角度情報を基にしたベクトル制御により第２のインバータの出力電圧を制御し、
前記第１のＭＣＵで生成する正弦波と前記第２のＭＣＵで生成する正弦波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、前記第１のＭＣＵで生成する正弦波に加えることを特徴とするモータ駆動制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つのモータ駆動を２系統で制御する制御器に関するもので、特に制御方式起因のトルクリプルを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電子システム化が進み、自動車は多くの電子制御器により制御されている。ハイブリッド車や電気自動車の普及も自動車の電子システム化を後押ししている。さらに、自動運転の技術開発も進んでおり、電子制御器はその核となる部品である。その中で、駆動・ブレーキ・操舵に関する電子制御器は、故障が事故につながることから、安全性の担保が必要である。そのため、これらの電子制御器は故障率が低く、故障検出率の高い部品を使う必要があり、個々の部品は通常のものと比べて高価となる。さらに、これらの電子制御器は、内部部品が一つ壊れても運転継続可能であるFail Operationalが要求される。
【０００３】
Fail Operationalを担保するためには、部品は冗長構成とする必要がある。本技術分野における従来技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、二つのＥＣＵと二つのＩＮＶより構成され、角度センサが故障した場合、モータの相電流ｄｕｔｙを固定して推定角度を演算してモータをアシスト制御する電動パワーステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−８８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、冗長構成により、１系統の内部部品が故障しても、別系統で制御し続けることが可能である。しかし、高価な部品で構成される電子制御器を冗長構成にすることにより、高コスト化が避けられない。
【０００６】
そこで、冗長構成による高コスト化を緩和するため、モータ制御方式をベクトル制御から１２０度通電制御などの簡易なものに変え、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）の演算量を減らし、低コスト版ＭＣＵを適用可能とすることが考えられる。しかしながら、簡易制御では、モータの角度情報や電圧指令を粗くするため、モータのトルク変動が起こりやすいという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、一つのモータを冗長構成の制御器で制御するモータ駆動制御装置において、一部を簡易制御とした時に生じるトルク変動を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、複数のＭＣＵによりモータを制御するモータ駆動制御装置であって、第１のＭＣＵは、ベクトル制御により第１のインバータの出力電圧を制御する構成であり、第２のＭＣＵは、１２０度通電制御により第２のインバータの出力電圧を制御する構成であり、第１のＭＣＵで生成する正弦波と第２のＭＣＵで生成する方形波との差に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、第１のＭＣＵで生成する正弦波に加える補償回路を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御の演算量を減らし、トルク変動を削減することが可能となるモータ駆動制御装置及びその制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の前提となる１系統のモータ駆動制御装置の概略ブロック構成図である。
【図２】実施例１の前提となる冗長構成のモータ駆動制御装置の概略ブロック構成図である。
【図３】実施例１の前提となるベクトル制御構成のモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図４】実施例１の前提となる１２０度通電制御構成のモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図５】実施例１の前提となる冗長構成でのベクトル制御構成のモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図６】実施例１におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図７】実施例１における補償回路のブロック構成図である。
【図８】実施例１における補償信号を説明する図である。
【図９】実施例１における周波数特性補正回路に用いる伝達関数の導出を示す図である。
【図１０】実施例１における補償方式の有無によるトルク変動の比較を示す図である。
【図１１】実施例２におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図１２】実施例３におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図１３】実施例３における補償回路のブロック構成図である。
【図１４】実施例４におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図１５】実施例５におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図１６】実施例５における補償回路のブロック構成図である。
【図１７】実施例６におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図１８】実施例６における補償回路のブロック構成図である。
【図１９】実施例７におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図２０】実施例８におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。
【図２１】実施例８における補償回路のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本実施例の前提となるモータ駆動制御装置の概略ブロック構成図である。図１において、モータ駆動制御装置１００は、ＭＣＵ１０１、インバータ（ＩＮＶ）１０２、角度センサ１０４、電流検出器１０５で構成され、モータ１０３を駆動制御する。ＭＣＵ１０１はデータ１１１を外部のセンサから受け取り、制御信号１１２を送る。例えば、パワーステアリング内のモータ駆動制御装置であれば、車速やステアリングに与えられたトルクがＭＣＵ１０１に入力され、センサにはＭＣＵ１０１から制御信号を送る。ＭＣＵ１０１は、制御器を内包し、データ１１１を元にモータ１０３の回転速度やトルクの目標値を計算し制御する。また、ＭＣＵ１０１は、電流検出器１０５出力の電流情報と角度センサ１０４出力のモータ角度が入力され、６つのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号をＩＮＶ１０２に供給する。ＩＮＶ１０２は、ＰＷＭ信号に従ってモータ１０３に３相の電圧を供給する。電流検出器１０５は、ＩＮＶ１０２からモータ１０３に流れる３相電流を検出する。モータ１０３は、ＩＮＶ１０２出力電圧により回転を制御され、モータ１０３内の回転子の角度情報を角度センサ１０４が検出する。以上のように、モータ駆動制御装置は、ＭＣＵ１０１を制御器として、ＩＮＶ１０２からモータ１０３に流れる電流とモータ１０３の角度をフィードバックしてモータ１０３を制御するフィードバックループを形成している。
【００１３】
図２は２冗長構成のモータ駆動制御装置の概略ブロック構成図である。図２において、２つのモータ駆動制御装置１００Ａ、１００Ｂでモータ１０３を制御する。モータ駆動制御装置１００Ａ及び１００Ｂは、図1で説明したモータ駆動制御装置１００と同一構成であり、図1と同じ機能を持つ構成は同じ符号を付している。また、モータ駆動制御装置１００Ｂの構成も、便宜上異なる符号を付したが、ＭＣＵ２０１、ＩＮＶ２０２、角度センサ２０４、電流検出器２０５、データ２１１、制御信号２１２は、モータ駆動制御装置１００ＡのＭＣＵ１０１、ＩＮＶ１０２、角度センサ１０４、電流検出器１０５、データ１１１、制御信号１１２と同一機能である。よって、モータ駆動制御装置１００Ａ及び１００Ｂの動作は図１と同様であり、その説明は省略する。
【００１４】
モータ１０３内では、ＩＮＶ１０２とＩＮＶ２０２からモータ１０３内のコイルに流れる電流により作られた磁束が合算され、前記磁束の向きに従ってモータ１０３内回転子が回転する。以上のように、２系統で一つのモータ１０３をフィードバック制御する。
【００１５】
ここで、モータ駆動制御方式としては、ベクトル制御と、簡易で演算量の小さい１２０度通電制御とがある。以下、それぞれの構成について述べる。
【００１６】
図３にＭＣＵ内の制御器をベクトル制御器とした時の構成を示す。ベクトル制御器はＩＮＶ１０２からモータ１０３への流れる電流から生じる磁束の向きに対して、モータ１０３内回転子から生じる磁束の向きが90度を保つように制御する制御方式である。磁束の角度差が９０度を維持できると、モータに流れる電流に対して最大のトルクを引き出すことができ、トルク変動も小さい。
【００１７】
図３において、ＭＣＵ１０１内の制御器は、加算器３０１、速度制御器３０２、加算器３０３、加算器３０４、電流制御器３０５、電流制御器３０６、座標変換器３０７、３次調波加算器３０８、ＰＷＭ変調器３０９、座標変換器３１０、速度検出器３１１で構成される。加算器３０１は、速度目標値３２１から、速度検出器３１１出力の速度検出値を引く。加算器３０１出力は速度制御器３０２に入力され、ｑ軸電流目標値が生成される。加算器３０３は、速度制御器３０２の出力のｑ軸電流目標値から、座標変換器３１０出力のｑ軸電流値を引く。電流制御器３０５、加算器３０３出力を入力され、ｑ軸電圧目標値を出力する。加算器３０４は０から座標変換器３１０出力のｄ軸電流値を引く。電流制御器３０６は加算器３０４出力を入力され、ｄ軸電圧目標値を出力する。座標変換器３０７は、電流制御器３０６出力のｄ軸電圧目標値と、電流制御器３０５出力のｑ軸電圧目標値と、角度センサ１０４出力のモータ角度とを入力され、ｄｑ座標軸の電圧目標値を３相交流電圧目標値に変換する。３次調波加算器３０８は、座標変換器３０７出力の３相交流電圧目標値を入力され、３相交流電圧目標値についてピーク値を下げるように値を加えてシフトさせる。ＰＷＭ変調器３０９は、３次調波加算器３０８出力を入力され、ＰＷＭ変調した信号をＩＮＶ１０２に出力する。ＩＮＶ２０２はＰＷＭ変調器５２９出力に従って、モータ１０３に流す電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する。座標変換器３１０は、電流検出器１０５出力の３相電流値と角度センサ１０４出力のモータ角度とを入力され、３相入力をｄｑ軸に変換し、ｄ軸電流値とｑ軸電流値を出力する。速度検出器３１１は角度センサ１０４出力のモータ角度を入力され、速度検出値を計算する。また、速度制御器３０２、電流制御器３０５、電流制御器３０６はＰＩ制御器やＰＩＤ制御器を用いる。
【００１８】
図４にＭＣＵ内の制御器を１２０度通電制御とした時の構成を示す。１２０度通電制御は６０度おきに、ＩＮＶ１０２からモータ１０３に電流を流す相、ＩＮＶ１０２にモータ１０３から電流を引き抜く相、開放する相を切り替えることで、モータ１０３内に回転磁界を作り、モータ１０３内の回転子を回転させる制御方式である。電圧と角度の制御が粗く、演算量の少ない制御方式となる。しかし、６０度ごとに制御する方式のため、モータに流れる電流から生じる磁束と回転子から生じる磁束の角度差を９０度に保つことができず、トルク変動が大きくなる。
【００１９】
図４において、ＭＣＵ１０１内の制御器は、加算器４０１、速度制御器４０２、加算器４０３、電流制御器４０４、ＰＷＭ変調器４０５、開放相選択器４０６、モード選択器４０７、速度検出器４０８、電流選択器４０９で構成される。加算器４０１は速度目標値４１１から速度検出器４０８出力の速度検出値を引いた値を出力する。速度制御器４０２は加算器４０１の出力を入力され、電流目標値を出力する。加算器４０３は、速度制御器４０２出力の電流目標値から、電流選択器４０９出力の電流値を引いた値を出力する。電流制御器４０４は加算器４０３出力を入力され、電圧目標値を出力する。ＰＷＭ変調器４０５は、電流制御器４０４出力の電圧目標値をＰＷＭ変調して出力する。開放相選択器４０６は、ＰＷＭ変調器４０５出力とモード選択器４０７出力のモード信号とを入力され、モード信号に従って３相のうち開放する相、正側を導通する相、負側を導通する相を選択し、ＩＮＶ１０２に前記の選択に従った制御信号を出力する。モード選択器４０７は角度センサ１０４出力のモータ角度を入力され、モータ角度を６０度ごとに分けた６つのモードの内、今のモータ角度がどのモードに当たるかを出力する。速度検出器４０８は角度センサ１０４出力のモータ角度から速度検出値を計算する。電流選択器４０９はモード選択器４０７出力のモード信号に従い、電流検出器１０５出力の内、開放相以外の２相を選択し、２相電流間差分の半分の値を出力する。
【００２０】
以上のように、ベクトル制御は、演算量は大きいが、トルクリプルが小さく、モータ駆動制御に用いられやすい。一方、１２０度通電制御は、演算量を小さくできるが、トルクリプルが大きくなるため、近年ではあまり用いられない。
【００２１】
図５に冗長構成でのモータ駆動制御装置の構成を示す。図５において、２つのモータ駆動制御装置は、図２のように、それぞれＭＣＵ１０１、２０１を内包し、モータ１０３を制御する。ＭＣＵ１０１及び２０１は、いずれも、図３のベクトル制御器を内包するＭＣＵである。図５において、ＭＣＵ１０１内の構成は、図３と同一の構成は同一の符号を付しており、ＭＣＵ１０２内の構成は、区別のために図３と符号を異ならせているが、３２１から３３２は、３０１から３１２と機能的に同じである。よって、図５における動作は図３のベクトル制御と同様であるので、その説明は省略する。
【００２２】
ベクトル制御器においては、座標変換器が行列演算のため演算量が大きく、演算性能の高いＭＣＵを必要とする。そのため、プログラムＲＯＭ（Read Only Memory）領域を多く必要とし、演算性能の要求も高くなる。低価格版のＭＣＵを利用するためには、１２０度通電制御のような簡易な制御に置き換えるか、角度・振幅を低分解能とし、座標変換器をルックアップテーブルに置き換えるなどの方法が考えられる。しかし、そうした制御の簡易化は、モータ角度に対して、制御の間隔が粗くなることを意味し、モータに流す電流による回転磁束の向きと回転子の磁束の向きとの角度差を９０度に保つことができず、トルク変動を引き起こす。このように、演算量削減のための制御簡易化は、トルク変動が大きくなることが課題となる。
【００２３】
そこで、上記課題を解決するための本実施例の構成について以下説明する。
【００２４】
図６は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図６は、図５におけるＭＣＵ２０１内の制御器を１２０度通電制御である図４の構成に置き換え、制御器がベクトル制御から１２０度通電制御に置き換わることによる電流の差分を補償する回路をＭＣＵ１０１内に追加している。補償回路によりＩＮＶ１０２からモータ１０３に流れる電流が変わり、ＩＮＶ１０２とＩＮＶ２０２からモータ１０３に流れる電流和が、ＭＣＵ１０１とＭＣＵ２０１とがともにベクトル制御器を持つ図５の構成と同等となる。
【００２５】
以下、図６における動作について説明する。図６において、ＭＣＵ２０１は、図４の１２０度通電制御器の構成と同等であり、図４と同一の構成は同一の符号を付しており、その説明は省略する。一方、ＭＣＵ１０１は、図３のベクトル制御器の構成に補償回路６０９を加えた構成である。ＭＣＵ１０１において、図３と同一の構成は同一の符号を付しており、図３と異なる構成は補償回路６０９の追加のみであるため、補償回路６０９以外の説明は省略する。
【００２６】
図６において、補償回路６０９は、３次調波加算器６０８出力と電流制御器６０６出力と電流制御器６０５出力と電流制御器６２４出力と角度センサ１０４出力とを入力とし、電流制御器６０６出力と電流制御器６０５出力と電流制御器６２４出力と角度センサ１０４出力とから生成した補償信号を３次調波加算器６０８出力に加え、ＭＣＵ２０１の１２０度通電制御によるモータ電流を補償する。ＰＷＭ変調器６１０は、補償回路６０９出力を入力され、ＰＷＭ変調した信号をＩＮＶ１０２に出力する。
【００２７】
ここで、図７に補償回路６０９のブロック構成図を示す。図７に示すように、補償回路６０９は、座標変換器７０１、加算器７０２、７０３、７０４、周波数特性補正回路７０５、加算器７０６、７０７、７０８、モード選択器７０９、開放相選択器７１０、掛け算器７１１、７１２、７１３で構成される。
【００２８】
座標変換器７０１は、電流制御器３０５、３０６出力と角度センサ１０４出力とを入力とし、ｄｑ座標軸の電圧目標値を３相交流電圧目標値に変換する。すなわち、ＭＣＵ１０１の内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に正弦波を生成する。
【００２９】
モード選択器７０９は角度センサ１０４出力が入力され、モータ角度を６０度ごとに分けた６つのモードの内、今のモータ角度がどのモードに当たるかを出力する。開放相選択器７１０はモード選択器７０９出力を元に、３相のどの相を正、負、開放のいずれにするかを選択し、各相に対し＋１、−１、０のいずれかを出力する。掛け算器７１１、７１２、７１３は、それぞれ電流制御器４０４出力に開放相選択器７１０の３つの出力を掛け合わせる。すなわち、７０９から７１３は、ＭＣＵ２０１の内部信号の電圧目標値とモータ角度情報とを基に方形波を生成する方形波生成器として機能する。
【００３０】
加算器７０２、７０３、７０４は、座標変換器７０１の３出力からそれぞれ、掛け算器７１１、７１２、７１３の出力を引く。すなわち、正弦波と方形波との差を求める。
【００３１】
周波数特性補正回路７０５は、加算器７０２、７０３、７０４の出力が入力され、周波数特性補正の伝達関数を入力に掛ける。加算器７０６、７０７、７０８は、３次調波加算器３０８出力の３相交流電圧それぞれに、周波数特性補正回路７０５出力を加える。
【００３２】
図８に補償回路６０９で生成する補償信号を示す。図８は３相の内、１相の信号を示しており、他の２相は位相が異なるだけであるため省略している。座標変換器７０１の３相出力の内、１相を８０１、掛け算器７１１出力を８０２、加算器７０２出力を８０３としている。図８に示すように、１２０度通電制御による相電圧である方形波８０２の出力を、ベクトル制御による相電圧である正弦波８０１の出力と等しくなるように、補償電圧８０３を生成し、周波数特性補正を掛けて、元の３相信号に加える。補償電圧８０３は、正弦波８０１から方形波８０２を引いた信号である。すなわち、ＩＮＶ２０２の出力電圧によるトルクリプルを打ち消すように、ＭＣＵ１０１で生成する正弦波８０１とＭＣＵ２０１で生成する方形波８０２との差８０３に対し制御フィードバックループによる周波数特性の補正を掛けた補償信号を、ＭＣＵ１０１で生成する正弦波に加える。
【００３３】
図９は周波数特性補正回路７０５での周波数特性補正を説明するための等価回路である。図９では、電流制御器のフィードバックループのみを抜き出して示している。ベクトル制御器ではフィードフォワード側でｄｑ軸から３相に変換し、フィードバック側で３相からｄｑ軸に変換しているが、それら変換なしで３相の内１相のみを抜き出したフィードバックループの系を等価的に示している。図９の系では、電流目標値９０１からモータ電流９０７を加算器９０２で引き、加算器９０２出力に電流制御器９０３の伝達関数を掛け、加算器９０５において電流制御器９０３出力に補償信号９０４を加え、加算器９０５出力にモータ伝達関数９０６を掛けて、モータ電流９０７を出力する。電流制御器９０３をＰＩ制御器とすると、モータ伝達関数の逆数となる特性を持たせるため、電流制御器９０３の伝達関数は下記の式（１）と等化となる。
【００３４】
【数１】
2020191754.tif 000003
【００３５】
ここで、Ｋｉ、ＫｐはＰＩ制御器の係数、ωｃは電流制御器の利得、Ｒ、Ｌはそれぞれモータの抵抗とインダクタンスである。
【００３６】
そのため、図９の系において、電流目標値９０１（Ｉ＊）と補償信号９０４（Ｖｃ＊）入力に対するモータ電流出力（Ｉｏ）への伝達関数は次の式（２）で与えられる。
【００３７】
【数２】
2020191754.tif 000004
【００３８】
補償信号９０４に対するモータ電流出力への伝達関数の周波数特性を補正するため、補償電圧８０３（Ｖｃ）に対する補償信号９０４は、下記式（３）
【００３９】
【数３】
2020191754.tif 000005
【００４０】
であらわされる。
【００４１】
図１０に図６の構成について、補償の有無によるトルク変動を計算し比較した結果を示す。トルク変動は変動量のピークトゥピークを変動量の平均値で割った値である。図１０に示すように、０．３近くあったトルク変動が補償により０．０１近くまで抑えられている。
【００４２】
以上のように、本実施例によれば、一つのモータを冗長構成の制御器で制御するモータ駆動制御装置において、一部を簡易制御とした時に生じるトルク変動を削減するために、ベクトル制御側に簡易制御を補償する信号を加えることにより、モータに流れる電流のベクトル和がベクトル制御によるものと同じになるようにした。言い換えれば、簡易制御の相電圧とベクトル制御の相電圧との差分に対して、フィードバックループによる周波数補正を掛けた補償信号を生成し、補償信号をベクトル制御のループ途中で加えることにより、モータ電流の和をベクトル制御２系統による電流と等しいものとする。これにより、ベクトル制御では、回転子に対して理想的な磁束の向きを維持するように制御しているため、簡易制御によるモータ電流とベクトル制御によるモータ電流の差分を補償信号としてベクトル制御側に加えることで、異なる制御器でもベクトル制御でモータ駆動しているように補償でき、トルク変動を抑えることが出来る。
【００４３】
よって、本実施例によれば、制御の演算量を減らし、トルク変動を削減することが可能となるモータ駆動制御装置及びその制御方法を提供できる。
【実施例２】
【００４４】
図１１は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１１において、図６と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１１において、図６と異なる点は、３次調波加算器３０８と補償回路６０９の順番を逆にした点である。
【００４５】
本実施例によれば、３次調波加算器６０８は補償後信号に補正を加えることができるため、ＰＷＭ変調の入力範囲を広げることが可能となる。
【実施例３】
【００４６】
図１２は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１２において、図６と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１２において、図６と異なる点は、補償回路を、3次調波加算器３０８出力と電流制御器４２４出力と角度センサ１０４出力のみを入力とする補償回路１２０１に変更している点である。
【００４７】
本実施例における補償回路１２０１のブロック構成図を図１３に示す。図１３において、図７と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１３において、図７と異なる点は、座標変換器７０１をなくした点である。そのため、加算器７０２、７０３、７０４は、３次調波加算器３０８の３出力からそれぞれ、掛け算器７１１、７１２、７１３の出力を引く。
【００４８】
よって、本実施例によれば、補償回路１２０１は、補償回路６０９と比べ、座標変換器７０１をなくすことができ、演算量を減らすことができる。
【実施例４】
【００４９】
図１４は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１４において、図１２と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１４において、図１２と異なる点は、３次調波加算器３０８と補償回路１２０１の順番を逆にしている点である。
【００５０】
本実施例によれば、３次調波加算器３０８は補償後信号に補正を加えることができるため、ＰＷＭ変調の入力範囲を広げることが可能となる。
【実施例５】
【００５１】
図１５は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１５において、図６と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１５において、図６と異なる点は、補償回路を、電流制御器４０４出力の入力を無くし、内部に電圧目標値を計算するブロックを有する補償回路１５０１に変更している点である。
【００５２】
本実施例における補償回路１５０１のブロック構成図を図１６に示す。図１６において、図７と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１６において、図７と異なる点は、振幅計算器１６０１と可変ゲインアンプ１６０２を追加している点である。
【００５３】
図１６において、振幅計算器１６０１は電流制御器３０５と３０６の出力とのＲＭＳ（Root Mean Square）和を計算する。可変ゲインアンプ１６０２は、振幅計算器１６０１の出力を設定ゲイン倍する。設定ゲインはレジスタなどから与えられ、調整可能とする。可変ゲインアンプ１６０２出力は、電流制御器４０４出力を置き換えたものに相当する。
【００５４】
よって、本実施例によれば、簡易制御側のＭＣＵ２０１からベクトル制御側のＭＣＵ１０１への通信量を減らすことができる。
【実施例６】
【００５５】
図１７は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１７において、図１４と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１７において、図１４と異なる点は、補償回路を、電流制御器４０４出力の入力を無くし、内部に電圧目標値を計算するブロックを有する補償回路１７０１に変更している点である。
【００５６】
本実施例における補償回路１７０１のブロック構成図を図１８に示す。図１８において、図１３と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１８において、図１３と異なる点は、振幅計算器１８０１と可変ゲインアンプ１８０２を追加している点である。
【００５７】
振幅計算器１８０１は座標変換器３０７の３出力のＲＭＳ（Root Mean Square）値を計算する。可変ゲインアンプ１８０２は、振幅計算器１８０１の出力を設定ゲイン倍する。設定ゲインはレジスタなどから与えられ、調整可能とする。可変ゲインアンプ１８０２出力は、電流制御器４０４出力を置き換えたものに相当する。
【００５８】
よって、本実施例によれば、簡易制御側のＭＣＵ２０１からベクトル制御側のＭＣＵ１０１への通信量を減らすことができる。
【実施例７】
【００５９】
図１９は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図１９において、図６と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１９において、図６と異なる点は、データ同期受信回路１９０１とデータ同期送信回路１９０２を追加している点である。
【００６０】
データ同期送信回路１９０２は、電流制御器４０４出力と角度センサ２０４出力を、データ同期受信回路１９０１に送信する。データ同期受信回路１９０１は、データ同期送信回路１９０２出力と角度センサ１０４出力とが入力され、データ同期送信回路１９０２から送られてきた角度情報と角度センサ１０４出力の角度情報とを比較し、データ同期送信回路１９０２から送られてきた電流制御器４０４出力に加える遅延を調整する。これにより、異なるＭＣＵ間でデータの同期をとることが可能となる。また、データ同期受信回路で受け取ったデータをホールドすることも可能となる。
【実施例８】
【００６１】
図２０は本実施例におけるモータ駆動制御装置のブロック構成図である。図２０は、図５のベクトル制御器２系統の冗長性を持たした系において、角度センサ２０４出力に対して粗く制御する構成としている。モータ角度に対して粗く制御するため、演算量の多い座標変換器3２7と3３0をルックアップテーブル２００１とルックアップテーブル２００２に置き換えることが可能である。ルックアップテーブル２００１は電流制御器３２６、３２５の出力と角度センサ２０４出力とを入力し、角度センサ２０４出力に従ってルックアップテーブルの中の近い値に丸めた３相電圧とその時の丸められたモータ角度を出力する。補償回路２００３は3次調波加算器３０８出力と電流制御器３０６、３０５出力と電流制御器３２６、３２５出力とルックアップテーブル２００１出力の丸めたモータ角度と角度センサ１０４出力とが入力され、補償信号を計算し、3次調波加算器３０８出力に補償信号を加えて出力する。
【００６２】
図２１は、本実施例における補償回路２００３のブロック構成図である。図２１において、図７と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図２１において、図７と異なる点は、モード選択器７０９、開放相選択器７１０、掛け算器７１１、７１２、７１３を削除し、座標変換器２１０２を追加している点である。
【００６３】
図２１において、座標変換器２１０２は、電流制御器３２６、３２５出力とルックアップテーブル２００１出力の丸めたモータ角度とを入力とし、ｄｑ座標軸の電圧目標値を３相交流電圧目標値に変換する。
【００６４】
よって、本実施例によれば、簡易制御として、ベクトル制御で粗く制御するようにしても、補償信号としてベクトル制御側に加えることで、簡易制御器でもベクトル制御でモータ駆動しているように補償でき、トルク変動を抑えることが出来る。
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００、１００Ａ、１００Ｂ：モータ駆動制御装置、１０１、２０１：ＭＣＵ、１０２：ＩＮＶ、１０３：モータ、１０４：角度センサ、１０５：電流検出器、１１１：入力データ、１１２：制御信号、３０２、４０２：速度制御器、３０５、３０６、４０４：電流制御器、３０７、３１０、７０１、２１０２：座標変換器、３０８：3次調波加算器、３０９、４０５：ＰＷＭ変調器、３１１、４０８：速度検出器、３２１、４１１：速度目標値、４０６：開放相選択器、４０７、７０９：モード選択器、４０９：電流選択器、６０９、１２０１、１５０１、１７０１、２００３：補償回路、７０５：周波数特性補正回路、７１０：開放相選択器、８０１：正弦波、８０２：方形波、８０３：補償電圧、９０１：電流目標値、９０３：電流制御器、９０４：補償信号、９０６：モータ伝達関数、９０７：モータ電流、１６０１、１８０１：振幅計算器、１６０２、１８０２：可変ゲインアンプ、１９０１：データ同期受信回路、１９０２：データ同期送信回路、２００１、２００２：ルックアップテーブル
【図１】
2020191754.tif 000006
【図２】
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【図３】
2020191754.tif 000008
【図４】
2020191754.tif 000009
【図５】
2020191754.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
2020191754.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2020191754.tif 000015
【図１１】
2020191754.tif 000016
【図１２】
2020191754.tif 000017
【図１３】
2020191754.tif 000018
【図１４】
2020191754.tif 000019
【図１５】
2020191754.tif 000020
【図１６】
2020191754.tif 000021
【図１７】
2020191754.tif 000022
【図１８】
2020191754.tif 000023
【図１９】
2020191754.tif 000024
【図２０】
2020191754.tif 000025
【図２１】
2020191754.tif 000026