(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのロータ回転位置を検出する位置検出器と、
前記モータを駆動するための電流値を検出する電流検出部と、
電流指令値の入力を受けて、前記検出された電流値を監視しつつ、モータに供給する電流値を制御する電流制御部と、を含むモータ制御装置において、
前記ロータ回転位置に基づいてモータの速度を検出し、当該速度が一定の場合に、回転角オフセットを変化させて、トルク指令値と回転角オフセットとの関係を複数回採取し、前記トルク指令値が最小となる前記回転角オフセットを演算して出力するオフセット設定部と、
前記トルク指令値の入力を受けて、当該トルク指令値と、前記回転角オフセットと、ロータ回転位置とに基づいて電流指令値を出力する電流指令演算部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記オフセット設定部は事前に、回転角オフセット推定値を所定の振幅及び周波数で変化させつつ、前記位置検出器で検出されたロータ回転位置に基づいて、前記回転角オフセットを算出して保持し、
動作時には、当該保持している回転角オフセットを出力することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを制御するためのモータ制御装置に係り、特に電流指令値の精度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータを運転制御するには、モータの状態を検出する各種の検出手段（位置検出手段や速度検出手段、あるいは電流検出手段等）を設けて、制御に応じた検出値（位置検出値や速度検出値、あるいは電流検出値等）を所定の周期毎にサンプリングして、モータの制御部（位置制御部や速度制御部あるいは電流制御部）にフィードバックして制御を行うのが一般的である。
【０００３】
そのようなフィードバック制御を行う一般的なモータの制御装置の一例を図８に示す。一般的なモータ制御装置は、図８に示すように、電流指令演算部３と、電流制御部４と、インバータ回路５と、電流検出器６と、モータ７と、位置検出器８とから構成されている。
【０００４】
ここで、電流指令演算部３は、位置検出器８で検出され、フィードバック入力された位置検出値θから、モータ７のロータの磁極位置を算出する。また、この電流指令演算部３は、トルク指令値Ｔ＊の入力を受けて、このトルク指令値Ｔ＊と、算出したロータの磁極位置とから電流指令値Ｉ＊を生成し、出力する。
【０００５】
電流制御部４は、電流指令値Ｉ＊の入力を受け、さらに電流検出器６から電流検出値Ｉの入力を受けて、電流制御値を演算して出力する。インバータ回路５は、電流制御部４から入力される電流制御部４の出力値（電流制御値）を元に駆動され、モータ７を運転制御する。
【０００６】
このように、電流指令値Ｉ＊は、トルク指令値Ｔ＊とモータのロータ磁極位置とから算出される。ここで、電流指令演算部３がモータ７のロータの磁極位置を算出する動作について説明する。モータ７のロータ磁極位置は、位置検出値θと回転角オフセットとに基づいて算出され、モータ７のロータ磁極位置と位置検出器８の出力をそれぞれＰｅ，Ｐｍとすると、例えば６極（極対数は３）のモータの場合、回転角オフセットが「０」であれば、Ｐｅ＝３Ｐｍの関係式が成立する。
【０００７】
つまり、モータの磁極位置の算出の際には、モータの極対数に応じたモータの磁極位置と位置検出手段の出力との関係式と、モータのロータの現実の磁極位置（電気角）と位置検出手段によって検出されたロータの回転位置（機械角）とのずれ量である回転角オフセットとを考慮することになるため、回転角オフセットが適正な値でないときには、算出されるモータの磁極位置が適正でなくなり、算出される電流指令値Ｉ＊も適正でなくなり、制御性に影響を与える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来のモータ制御装置では、位置検出手段により検出される位置検出値と回転角オフセットとから算出される位相と、制御上最適な位相との間にずれがなければ、制御上の問題はなくなるのであるが、現実的には位置検出器の取り付け位置は理論上の回転角オフセットに対しての誤差がさけられない。つまり、回転角オフセットを考慮して算出されるロータの磁極位置は通常、制御上最適な値ではなく、そのため高精度の制御を行うことができないという問題点があった。
【０００９】
また、図５に示すように、回転角オフセットとモータの出力トルクとの関係は、回転角オフセットが制御上最適な回転角オフセット値に設定されておらず、回転角オフセットと制御上最適な回転角オフセットの差が「０」でない場合には、モータの出力にも影響が現れる。つまり、回転角オフセットが異なるときには、同一の負荷に対して同一のトルク指令値であっても出力トルクが異なることになる。その結果、制御の追従性も異なることとなり、位置又は速度のフィードバック制御により、トルク指令値自体が異なる値になってしまうという問題点があった。
【００１０】
そこで、図６に示すように、演算部９を設け、この演算部９に図７に示すような特定のステップ状の電流指令値ｉ＊を出力させ、そのときに位置検出器８が検出した位置検出値に基づいて、モータ７の極対数に応じた処理を行い、回転角オフセットを予め算出しておくこともできる。この場合には、電流指令値ｉ＊に依存する特定の位置で停止する。尚、図７において、ｉｕ＊とｉｖ＊とｉｗ＊とは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流指令値を示し、ｉｕ＊＋ｉｖ＊＋ｉｗ＊＝０の関係式を満たす。しかし、この場合、モータ７が無負荷状態であれば、モータ７の停止位置から最適な回転角オフセットを算出できるが、モータ７を機械に設置して負荷状態にすると、電流指令値ｉ＊に基づくモータ７の出力トルクと負荷とがつり合った状態でモータ７が停止することになり、最適な回転角オフセットが算出できない。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、モータの回転状態に応じて回転角オフセットを所定のしきい値範囲で、所定の周波数にて変動させつつ、トルク指令値をサンプリングすることで、最適な回転角オフセットを算出し、それに基づいて制御上最適なモータ電流の通電位相を算出することで、効率が高く、精度の高い制御を行うことができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための請求項１記載の本発明は、モータ制御装置において、モータのロータ回転位置を検出する位置検出器と、前記モータを駆動するための電流値を検出する電流検出部と、電流指令値の入力を受けて、前記検出された電流値を監視しつつ、モータに供給する電流値を制御する電流制御部と、を含むモータ制御装置において、前記ロータ回転位置に基づいてモータの速度を検出し、当該速度が一定の場合に、回転角オフセットを変化させて、トルク指令値と回転角オフセットとの関係を複数回採取し、前記トルク指令値が最小となる前記回転角オフセットを演算して出力するオフセット設定部と、前記トルク指令値の入力を受けて、当該トルク指令値と、前記回転角オフセットと、ロータ回転位置とに基づいて電流指令値を出力する電流指令演算部と、を有することを特徴としている。
【００１３】
上記従来例の問題点を解決するための請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記オフセット設定部は事前に、回転角オフセット推定値を所定の振幅及び周波数で変化させつつ、前記位置検出器で検出されたロータ回転位置に基づいて、前記回転角オフセットを算出して保持し、動作時には、当該保持している回転角オフセットを出力することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。尚、従来のものと同様の構成をとるものについては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本発明に係るモータ制御回路は、図１に示すように、電流指令演算部１と、オフセット設定部２と、電流制御部４と、インバータ回路５と、電流検出器６と、モータ７と、位置検出器８とから構成されている。
【００１５】
オフセット設定部２は、位置検出器８が出力するロータ回転位置としての位置検出値θの直前測定値との差分Δθを生成して、モータ７の運転状態を把握し、後述する手段により、本発明における最適な回転角オフセットを演算する。このオフセット設定部２の具体的動作については後に詳しく説明する。電流指令演算部１は、外部から入力されるトルク指令値Ｔ＊と、位置検出器８が検出した位置検出値θと最適な回転角オフセットとから位相値を算出し、この位相値とモータ７の極対数に応じて電流指令値Ｉ＊を算出して出力する。
【００１６】
さらに、電流制御部４は電流指令演算部１から入力される電流指令値Ｉ＊と電流検出器６から入力される電流検出値Ｉとからインバータ回路を駆動する指令を算出し、インバータ回路５はその指令に基づいてモータ７を運転制御する。
【００１７】
ここで、オフセット設定部２の最適な回転角オフセットを演算する処理について図２を参照しつつ具体的に説明する。オフセット設定部２は、最適な回転角オフセットを演算する処理として、まず、位置検出値θの差分値Δθを演算し、これからモータ７の運転状態を検出して、この運転状態により回転角オフセットの変更が可能かどうかを調べる（Ｓ１）。この判断は具体的には、負荷変動が小さく、モータ７の出力トルクが変動しても問題がないかどうかを調べることに相当する。すなわち、例えばモータ７に切削用の工具を取り付けた工作機械の場合、切削中に出力トルクを変動させると、その影響が切削面に出てしまう。また、加減速時には負荷変動が大きくなるため、切削中や加減速時に回転角オフセットの変更をすることは不適当である。従って、工作機械では、処理Ｓ１は、早送り時で一定速度で運転されているときに、回転角オフセットの変更が可能であると判断される。尚、処理Ｓ１において、変更が可能でなければ（ＮＯならば）、処理Ｓ１を繰り返し実行する。
【００１８】
そして、オフセット設定部２は、処理Ｓ１にて、回転角オフセットの変更が可能であるときには（ＹＥＳならば）、位置検出器の取り付け位置から算出される回転角オフセット値Ａｔから予め設定された範囲内（±Ａ）で、予め設定された周波数ｆにて変化する推定回転角オフセット値（Ａ１，Ａ２，…Ａｎ）を、次の［数１］に基づいて順次設定する（Ｓ２）。
【００１９】
【数１】
Ａｎ＝Ａｔ＋Ａｓｉｎ（２πｆｔｎ）    （ｎ＝１，２，…）
【００２０】
そして、オフセット設定部２は、当該設定値を電流指令演算部１にこの推定回転角オフセット値を出力する（Ｓ３）。すると、電流指令演算部１がこの推定回転角オフセットを用いて算出したモータ７に対する通電位相Φとトルク指令値Ｔ＊とから電流指令値（Ｔ＊ｓｉｎΦ）を算出してモータ７を運転制御することになる。さらに、オフセット設定部２は、トルク指令値Ｔ＊が安定するまで待機し、その後トルク指令値Ｔ＊をｍ回（Ｔ＊１，…，Ｔ＊ｍ）だけサンプリングし、その結果算出されるトルク指令値Ｔｎと推定回転角オフセットＡｎを関連づけて記憶する（Ｓ４）。ここで、トルク指令値Ｔｎの算出方法としては、例えばサンプリングしたものを単に平均化してもよいし、最大値及び最小値を除いた後で平均化しても構わない。すなわち、例えば、次の［数２］（単に平均化する場合）及び［数３］（最大最小を除いて平均化する場合）を用いてトルク指令値Ｔｎを算出すればよい。
【００２１】
【数２】
Ｔｎ＝（Ｔ＊１＋…＋Ｔ＊ｍ）／ｍ
【００２２】
【数３】
Ｔｎ＝｛（Ｔ＊１＋…＋Ｔ＊ｍ）−ｍａｘ（Ｔ＊１，…，Ｔ＊ｍ）−ｍｉｎ（Ｔ＊１，…，Ｔ＊ｍ）｝／（ｍ−２）
【００２３】
尚、［数３］において、ｍａｘ（Ｔ＊１，…，Ｔ＊ｍ）及びｍｉｎ（Ｔ＊１，…，Ｔ＊ｍ）は、それぞれＴ＊１，…，Ｔ＊ｍのうち、最大のものと最小のものを表す。
【００２４】
このような［数２］及び［数３］を用いることで、トルク指令値Ｔ＊が一定であればその一定値を、ばらつきがあればその平均値をトルク指令値Ｔｎとして採用することでより正確な値を得ることができる。
【００２５】
オフセット設定部２は、さらに細かく最適な回転角オフセットを決定する必要があるかどうか（推定回転角オフセットを変更する必要があるかどうか）を調べ（Ｓ５）、回転角オフセットを変更する必要があれば（ＹＥＳならば）、処理Ｓ１に戻って処理を続ける。この場合、処理Ｓ２〜Ｓ４にて算出されたＴｎから、最適な回転角オフセットが所定の範囲（例えばＡｉ＜ＡｊであるＡｉ，Ａｊについて、Ａｉ〜Ａｊの間）内であることがわかれば、Ａｔ及びＡをそれぞれ（Ａｉ＋Ａｊ）／２、Ａｉ／２として処理Ｓ１からの処理を行なえばよい。
【００２６】
そして、オフセット設定部２は、処理Ｓ５において、推定回転角オフセットを変更する必要がなければ、処理Ｓ４で最終的に得られた回転角オフセットとトルク指令値との関係から最適な回転角オフセットを算出して、制御上最適なモータ電流の通電位相を用いてフィードバック制御を行う（Ｓ６）。ここで、例えば早送り時で一定速度で運転されているときに、図３に示すような関係が得られたときには、トルク指令値が最小となるときにモータの効率が最高になり、このときの回転角オフセットＡａを本発明における最適な回転角オフセットとして出力する。
【００２７】
ここで、最適な回転角オフセットを決定するために回転角オフセットを変化させると、トルク指令値Ｔ＊も変化することが考えられるが、回転角オフセットを図４に示すように位置検出器の取り付け位置から算出される回転角オフセット値Ａｔから所定の範囲内（±Ａ）で、所定の周波数にて変化させることで、回転角オフセットの変化が滑らかになり、回転角オフセットの変化に伴うトルク指令値Ｔ＊の変動を低く抑えることができる。その結果、トルク指令値Ｔ＊が安定するまでの時間が短縮され、最適な回転角オフセットの算出時間を短縮できる。
【００２８】
本実施の形態に係るモータ制御装置によれば、トルク指令値とモータの運転状態との入力を受けて、回転角オフセットを算出及び設定し、出力するオフセット設定部を備えているので、モータに応じた最適な回転角オフセットを算出でき、制御上最適なモータ電流の通電位相を算出できる。
【００２９】
このため、本実施の形態に係るモータ制御装置によれば、効率の高いモータ制御を実現できる。さらに、所定の周波数で回転角オフセットを変化させて最適な回転角オフセットを決定するので、他の外乱トルクによってトルク指令値の周波数変化分が生じても、ＦＦＴ等の手法を用いることで分離可能となり、より高精度に最適な回転角オフセットを算出できる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、トルク指令値とモータの運転状態との入力を受けて、回転角オフセットを算出及び設定し、出力するオフセット設定部を備えているので、モータに応じた最適な回転角オフセットを算出でき、制御上最適なモータ電流の通電位相を算出できる。
【００３１】
また、請求項２記載の発明によれば、所定の周波数で回転角オフセットを変化させて最適な回転角オフセットを決定するので、他の外乱トルクによってトルク指令値の周波数変化分が生じても、ＦＦＴ等の手法を用いることで分離可能となり、より高精度に最適な回転角オフセットを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の構成ブロック図である。
【図２】  オフセット設定部２の処理内容を表すフローチャート図である。
【図３】  回転角オフセットとトルク指令値の関係を表す説明図である。
【図４】  回転角オフセットの制御状態を表す説明図である。
【図５】  回転角オフセットとモータの出力トルクとの関係を表す説明図である。
【図６】  従来のモータ制御装置の一例を表す構成ブロック図である。
【図７】  電流指令値の状態を表す説明図である。
【図８】  従来のモータ制御装置の一例を表す構成ブロック図である。
【符号の説明】
１  電流指令演算部、２  オフセット設定部、３  電流指令演算部、４  電流制御部、５  インバータ回路、６  電流検出器、７  モータ、８  位置検出器、９  演算部。
【図１】
0003639487.tif 000002
【図２】
0003639487.tif 000003
【図３】
0003639487.tif 000004
【図４】
0003639487.tif 000005
【図５】
0003639487.tif 000006
【図６】
0003639487.tif 000007
【図７】
0003639487.tif 000008
【図８】
0003639487.tif 000009