(57)【要約】【課題】予測電流と検出電流を用いた１キャリア周期当たり複数回の取り込み電流の移動平均による電流検出値を使ったＰＩ演算出力の振動およびモータの実電流の振動を減らした電流制御ができるモータ駆動装置。予測電流と検出電流を用いた１キャリア周期当たり複数回の取り込み電流の移動平均による電流検出値の演算誤差の低減と遅れ時間補償ができる電流検出方法。【解決手段】電流制御器１の比例項は、電流の取り込み点が３点の予測電流と、５点の検出電流を積算器１１，１２で積算し、加算器１４で加算し、割算器１６で割算することで移動平均値を求め、これを電流検出値とする。  電流制御器の積分項は、電流の取り込み点が５点の検出電流と３点の検出電流を積算器１２，１３で積算し、加算器１５で加算し、割算器１７で割算することで移動平均値を求め、これを電流検出値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象となる電流を１キャリア周期当たり複数回取り込み、この取り込んだ電流を移動平均することで電流検出値を求め、この電流検出値と電流指令値との偏差を電流制御器で比例積分演算して制御対象の電流制御を行うモータ駆動装置において、
前記電流制御器の比例項は、複数サンプリング点の予測電流と複数サンプリング点の検出電流との移動平均で前記電流検出値を求める演算手段を設け、
前記電流制御器の積分項は、複数サンプリング点の検出電流の移動平均で前記電流検出値を求める演算手段を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
電流検出値と電流指令値との偏差を電流制御器で比例積分演算して制御対象の電流制御を行い、制御対象となる電流を１キャリア周期当たり複数回取り込み、この取り込んだ電流を移動平均することで前記電流検出値を求める電流検出方法であって、
前記電流制御器の比例項は、複数サンプリング点の予測電流と複数サンプリング点の検出電流との移動平均で前記電流検出値を求め、
前記電流制御器の積分項は、複数サンプリング点の検出電流の移動平均で前記電流検出値を求めることを特徴とする電流検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予測電流と検出電流を用いた電流検出値の比例積分演算（以下、ＰＩ演算）によって電流制御を行うモータ駆動装置、および予測電流と検出電流を１キャリア周期当たり複数回取り込み、取り込んだ電流の移動平均によって電流検出値を得る電流検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータによるモータ駆動装置の制御回路は、一般に、図２に示すように、電流制御器１、ＰＷＭキャリア信号作成部２、コンパレータ３、インバータ主回路４、電流検出器５、およびＡ／Ｄ変換器６によって構成され、モータ（交流電動機）７を駆動する。電流制御器１は、図３に示すように、電流指令値と電流検出値との偏差を求め、ＰＩ演算によってその偏差が小さくなるような電圧指令値（ＰＩ演算出力）を生成する。
【０００３】
図２はモータ駆動装置の電流検出方式として、最も一般的な構成の回路であり、この回路はインバータのＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号に同期したＡ／Ｄ変換トリガ信号により、１キャリア周期あたり、１回もしくは２回だけ電流検出器５から出力される検出電流をＡ／Ｄ変換器６に取り込む方法である。この手法は簡単であるが、ＰＷＭ電圧パルスによる電流リプル成分や、ノイズに弱いという問題がある。
【０００４】
この図３の電流検出方式による問題点を改善する電流検出方式として、図４に示す多点同期電流検出方式がある。これは、１キャリア周期当たりに複数回の電流を制御回路に取り込み、この取り込んだ電流を移動平均して電流検出値とする手法である（例えば、特許文献１参照）。図４では、１キャリア周期あたり８点の電流ｉ(n)〜ｉ(n-7)を電流検出器５からＡ／Ｄ変換器６に取り込み、取り込んだ８点の電流ｉ(n)〜ｉ(n-7)をシフトレジスタ８でシフトし、前記８点の電流検出値（ｉ(n)〜ｉ(n-7)）を積算器９で積算し、割算器１０で１／８の割算を行うことで移動平均値を得る。この手法は、ＰＷＭ電圧パルスによる電流リプル成分やノイズの影響を大きく低減することができるが、移動平均を取るため、得られた電流検出値にはキャリアのおよそ半周期分の時間遅れが生じる。
【特許文献１】特開２００３−２１９６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電流検出値の時間遅れを抑制するために、予測電流と検出電流による電流検出値によって時間遅れを補償する多点同期電流検出回路（例えば、１キャリア周期当たり８点の電流取り込み）を用いたときの電流制御器は図５のようになる。３点の予測電流値と、５点の検出電流値を積算器９で積算し、割算器１０で１／８の割り算をして電流検出値を得、これと電流指令値との偏差をとって、電流制御器に入力している。前記電流検出値は、ＰＷＭ電圧パルスによる電流リプル成分やノイズによる影響が低減され、また時間遅れが小さくなる。
【０００６】
しかし、電流検出値の内、予測電流による成分には、演算誤差が含まれている。すなわち、予測電流の演算には、予測ＰＷＭパルスの演算に用いているモータ電圧指令に未来時のものを使用した場合には、モータ定数、電流および電圧のフィードバック制御を構成する必要があり、演算負荷の低いフィードフォワードな電流予測を行う意味がなくなってしまうので、現在時のものを使用することになり、電圧指令値が変化している制御状態では予測電流の演算に誤差が出る。
【０００７】
また、モータ電圧指令から予測電流ｉを求める演算は、モータの巻線抵抗による電圧降下は小さいと仮定し、モータに印加する電圧ｖと、巻線のインダクタンスＬのみをパラメータとして、ｉ＝（１／Ｌ）∫（ｖ）ｄｔで求まる。ここで、電圧ｖを構成する要素のうち、誘起起電力ｅ0が制御周期中一定であるとすると、予測電流ｉの変化は電圧ｖから誘起起電力ｅ0を減算した電圧によって決まり、次の制御周期までに変化する予測電流ｉはモータ巻線のインダクタンスＬの設計値と実測値との誤差、磁気飽和や温度による誤差などが含まれておらず、また巻線抵抗やその他配線など様々なパラメータは無視されるため、演算と実測に誤差が生じる。
【０００８】
さらに、電流変化成分を求めるために電圧ｖから減算する誘起起電力ｅ0は永久磁石の磁束φと角速度ωの乗算から求められることになり、ここでも誤差が生じると考えられる。
【０００９】
これら演算誤差をもつ電流検出値が電流制御器に入力された場合、電流検出値は「実電流値±演算誤差」となり、「電流指令と実電流値との偏差」と「電流指令と演算誤差との偏差」の成分を含むため、この電流検出値の演算誤差の大きさに比べて、電流指令値と移動平均による電流検出値との電流偏差が小さいときには、演算誤差による偏差の成分が比例項・積分項共に顕著になり、積分器の積算の誤差が大きく、定常偏差を積分器で上手く打ち消すことができず、誤差を大きく含んだ出力電流と実電流で制御を行うので、誤った指令値による変化で振動するなど不安定になる。
【００１０】
以上のことから、本発明の目的は、予測電流と検出電流を用いた１キャリア周期当たり複数回の取り込み電流の移動平均による電流検出値を使うことで、ＰＩ演算出力の振動およびモータの実電流の振動を減らした電流制御ができるモータ駆動装置、および予測電流と検出電流を用いた１キャリア周期当たり複数回の取り込み電流の移動平均による電流検出値の演算誤差の低減と遅れ時間補償ができる電流検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電流指令値と電流検出値の偏差を電流制御器でＰＩ演算して制御対象の電流制御を行う装置または方法において、電流制御器の比例項は予測電流と検出電流による遅れ補償をしたものを用い、電流制御器の積分項は検出電流のみで遅れ補償をしていないものとすることで、ＰＩ演算出力の振動およびモータの実電流の振動を減らした電流制御ができるモータ駆動装置、および予測電流と検出電流を用いた１キャリア周期当たり複数回の取り込み電流の移動平均による電流検出値の演算誤差の低減と遅れ時間補償した電流検出方法とするもので、以下の構成および方法を特徴とする。
【００１２】
（１）制御対象となる電流を１キャリア周期当たり複数回取り込み、この取り込んだ電流を移動平均することで電流検出値を求め、この電流検出値と電流指令値との偏差を電流制御器で比例積分演算して制御対象の電流制御を行うモータ駆動装置において、
前記電流制御器の比例項は、複数サンプリング点の予測電流と複数サンプリング点の検出電流との移動平均で前記電流検出値を求める演算手段を設け、
前記電流制御器の積分項は、複数サンプリング点の検出電流の移動平均で前記電流検出値を求める演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）電流検出値と電流指令値との偏差を電流制御器で比例積分演算して制御対象の電流制御を行い、制御対象となる電流を１キャリア周期当たり複数回取り込み、この取り込んだ電流を移動平均することで前記電流検出値を求める電流検出方法であって、
前記電流制御器の比例項は、複数サンプリング点の予測電流と複数サンプリング点の検出電流との移動平均で前記電流検出値を求め、
前記電流制御器の積分項は、複数サンプリング点の検出電流の移動平均で前記電流検出値を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり、本発明によれば、電流指令値と電流検出値の偏差からＰＩ（比例積分）演算を行う電流制御器のうち、比例項に入力する電流検出値は予測電流と検出電流による遅れ補償を行った電流制御出力を得、積分項に入力する電流検出値は検出電流のみで演算誤差を低減した電流制御出力を得るため、ＰＩ演算出力の振動およびモータの実電流の振動を減らした電流制御ができる。また、１キャリア周期当たりに複数回取り込んだ電流の移動平均により、電流検出値の演算誤差の低減と遅れ時間補償ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を示す電流制御器の構成図である。本実施形態では、多点電流検出回路により電流検出値を得る電流制御器で電流制御を行うモータ駆動装置において、比例項に入力する電流検出値は１キャリア周期当たりに複数回の電流を取り込み、この取り込み点（以下、複数サンプリング点）の予測電流と検出電流による遅れ補償をしたものを用い、積分項に入力する電流検出値は複数サンプリング点の検出電流による遅れ補償をしていないものを用いる。
【００１６】
多点電流検出回路は、電流の取り込み点が３点の予測電流と、５点の検出電流に加え、さらに３点の検出電流を保持しておき、比例項に入力する電流偏差を生成する電流検出値には３点の予測電流ｉ(n+1)〜ｉ(n+3)と５点の検出電流ｉ(n-4)〜ｉ(n)、計８点の電流検出値の移動平均を用いる。そして、積分項に入力する電流偏差を生成する電流検出値には８点の検出電流ｉ(n-7)〜ｉ(n)の移動平均を用いる。
【００１７】
これら移動平均の演算要素は、３点の予測電流ｉ(n+1)〜ｉ(n+3)の積算を行う積算部１１と、５点の検出電流ｉ(n-4)〜ｉ(n)の積算を行う積算部１２と、３点の検出電流ｉ(n-7)〜ｉ(n-5)の積算を行う積算部１３と、積算部１１と１２の積算結果を加算する加算部１４と、積算部１２と１３の積算結果を加算する加算部１５と、加算部１４の加算結果の１／８の割算を行って比例項に電流検出値として入力する割算部１６と、加算部１５の加算結果の１／８の割算を行って積分項に電流検出値として入力する割算部１７で構成する。
【００１８】
このように構成することで、積分項には時間遅れはあるが演算誤差のない電流検出値が入力され、積分項の出力にも演算誤差の影響が出なくなる。もともと、積分項の出力は時間遅れとなり、また時間遅れの影響が大きくなる電流偏差が大きい時には比例項の出力が大きく、比例項の出力が支配的となるため、積分項に誤差が混入しても出力にはほとんど反映されない。
【００１９】
ここで、定常状態に近い、つまり電流偏差の小さい場合には、比例項・積分項共に演算誤差による成分が現れ、従来の電流検出回路の構成では電圧指令値、並びに実電流値が振動したり、収束しなくなったりするなど影響を与えることになる。特に電流制御器のゲインが高いときにこの影響が顕著になる。
【００２０】
これに対し、本実施形態では、定常状態に近い、つまり定常偏差が小さい場合には、比例項のみでは定常偏差が小さくなるほど、定常偏差を小さくするための出力指令も比例して小さくなるので偏差を「０」にできない。この偏差を「０」に近づけるために、積分項で定常偏差を積分した出力指令を得る。
【００２１】
すなわち、本実施形態では、比例項は応答性が求められるので検出遅れは応答性を悪化させるため、比例項には遅れを補償した偏差が入力され、積分項は高速な応答性が求められていないため、積分項には遅れはあるけれども演算誤差がない偏差が入力される。
【００２２】
なお、本実施形態による電流制御器は、電動機の電流制御に限られるものでなく、予測電流による遅れ時間補償を行う多点同期電流検出回路により電流検出する方法、装置については汎用的に適用して、同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態を示す電流制御器の構成図。
【図２】モータ駆動装置の構成概要。
【図３】電流制御器の構成概要。
【図４】多点同期電流検出回路の構成例。
【図５】従来の電流制御器の構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１  電流制御器
７  モータ
９  積算器
１０  割算器
１１、１２，１３  積算器
１４，１５  加算器
１６，１７  割算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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