(57)【要約】【課題】トルク推定値の精度を改善したモータ制御装置を得ること。【解決手段】実施の形態のモータ制御装置１０１は、電流指令値に基づき電圧指令値を出力する電流制御器１と、電圧指令値から電流推定値およびモータ速度推定値を算出する推定器演算部１０２と、を有するモータ制御装置において、推定器演算部は、高速サンプリングレートで動作してモータ速度推定値を算出する高速推定器演算部１０３と、低速サンプリングレートで動作して反力トルク推定値を算出する低速推定器演算部１０４と、を備え、高速推定器演算部は、電圧指令値とモータ速度推定値からトルク推定値と電流推定値を出力するモータ電気モデル２と、トルク推定値と反力トルク推定値に基づいてトルク偏差を出力する減算器３１と、トルク偏差からモータ速度推定値を出力する速度演算器３２を備え、低速推定器演算部は、モータ速度推定値から反力トルク推定値を出力する機械モデル４を備える。【選択図】図１
2014220938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流指令値に基づき電圧指令値を出力する電流制御器と、
前記電圧指令値から電流推定値およびモータ速度推定値を算出する推定器演算部と、
を有するモータ制御装置において、
前記推定器演算部は、高速サンプリングレートで動作してモータ速度推定値を算出する高速推定器演算部と、低速サンプリングレートで動作して反力トルク推定値を算出する低速推定器演算部と、を備え、
前記高速推定器演算部は、
前記電圧指令値と前記モータ速度推定値からトルク推定値と前記電流推定値を出力するモータ電気モデルと、
前記トルク推定値と前記反力トルク推定値に基づいてトルク偏差を出力する減算器と、
前記トルク偏差から前記モータ速度推定値を出力する速度演算器と、
を備え、
前記低速推定器演算部は、
前記モータ速度推定値から前記反力トルク推定値を出力する機械モデルと、
を備える
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
電流指令値に基づき電圧指令値を出力する電流制御器と、
前記電流指令値からモータ速度推定値およびモータ回転角推定値を算出する推定器演算部と、
を有するモータ制御装置において、
前記推定器演算部は、高速サンプリングレートで動作してモータ速度推定値を算出する高速推定器演算部と、低速サンプリングレートで動作して反力トルク推定値を算出する低速推定器演算部と、を備え、
前記高速推定器演算部には
前記電流指令値と前記モータ回転角推定値からトルク推定値を出力するモータ電気モデルと、
前記トルク推定値と前記反力トルク推定値に基づいてトルク偏差を出力する減算器と、
前記トルク偏差から前記モータ速度推定値を出力する速度演算器と、
前記モータ速度推定値から前記モータ回転角推定値を出力する回転角演算器と、
を備え、
前記低速推定器演算部は、
前記モータ速度推定値から前記反力トルク推定値を出力する機械モデルと、
を備える
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータ電気モデルは、トルク演算モデルとトルク高調波演算モデルを備え、
前記トルク演算モデルにより前記電流指令値からトルクを推定した値と、前記トルク高調波演算モデルにより前記電流指令値および前記モータ回転角推定値からモータ回転位置に応じて変化するトルク成分を求めた値と、の和を前記トルク推定値として計算する
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記高速推定器演算部は、前記反力トルク推定値から反力トルク補正推定値を出力する反力トルク補正器を備え、
前記減算器は、前記トルク推定値と前記反力トルク補正推定値からトルク偏差を出力する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記機械モデルは２慣性系モデルであり、前記モータ速度推定値から速度偏差および機械速度推定値を求め、速度偏差に基づいて前記反力トルク推定値を算出し、機械速度推定値から機械位置推定値を算出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
推定器はセンサなどで検出できない未知の状態変数を間接的な情報を利用して推定する技術として一般的に知られている。推定器は内部に数値モデルを持ち、制御対象の入出力応答等から未知の状態変数の時間応答数を推定する。モータ制御装置においては、推定器はモータ電気モデルと機械モデルから構成されることが多く、推定器によって電流やモータ速度などの推定値を求めるものが知られている。
【０００３】
多くの推定器は、同一時間周期で入力が更新されていくシングルサンプリングレートによって実現されているが、推定器に入力される制御量の測定がセンサ特性の相違などにより物理的制約がある場合などにおいては、入出力でサンプリングレートの異なるマルチレートが用いられる。特許文献１ではマルチレート磁束推定器と称し、サンプリングレートの異なる２つの入力に対し、同じくサンプリングレートの異なる２つの演算器を持つことで推定精度を高める技術が開示されている。
【０００４】
モータ制御装置においては、モータ電気モデルと機械モデルから構成される推定器を実装する場合、一般的にはモータ電気モデルの応答が速いため、高精度な演算を実現するために、高速サンプリングレートが必要となる。しかし、推定器を実装する上で、演算コストに制約がある場合など、機械モデルまで高速サンプリングレートにすることが困難な場合がある。そこで、モータの電気モデルを高速サンプリングレートで動作する高速演算部に、機械モデルを低速サンプリングレートで動作する低速演算部に分けるようにして、推定器をマルチレート化することが多い。
【０００５】
このように、モータ制御装置においては、モータ電気モデルと機械モデルから構成される推定器を持つことで、電流やモータ速度などの推定値を求めることが可能になる。また、推定器におけるモータ電気モデルと機械モデルをマルチレート化することにより、推定器を実装する上で、演算コストに制約がある場合などでも、高応答を必要とするモータ電気モデルの演算精度は落とすことなく、演算負荷を減らして最適化された推定器を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７１７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、モータ制御装置における従来の推定器では、モータ電気モデルを高速演算部に、機械モデルを低速演算部に配置するのが一般的であった。しかし、高速演算部にあるモータ電気モデルは、低速演算部にある機械モデルの出力であるモータ速度推定値を必要としており、速度推定値の演算が遅いことが、結果としてモータ電気モデルの演算精度を劣化させてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ電気モデルと機械モデルを有する推定器において、高速演算部と低速演算部における機能の分担を最適化することにより、演算精度を改善したモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電流指令値に基づき電圧指令値を出力する電流制御器と、前記電圧指令値から電流推定値およびモータ速度推定値を算出する推定器演算部と、を有するモータ制御装置において、前記推定器演算部は、高速サンプリングレートで動作してモータ速度推定値を算出する高速推定器演算部と、低速サンプリングレートで動作して反力トルク推定値を算出する低速推定器演算部と、を備え、前記高速推定器演算部は、前記電圧指令値と前記モータ速度推定値からトルク推定値と前記電流推定値を出力するモータ電気モデルと、前記トルク推定値と前記反力トルク推定値に基づいてトルク偏差を出力する減算器と、前記トルク偏差から前記モータ速度推定値を出力する速度演算器と、を備え、前記低速推定器演算部は、前記モータ速度推定値から前記反力トルク推定値を出力する機械モデルと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トルク推定値の精度を改善することができる。また演算負荷が減り、最適化されたマルチレート推定器を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の全体構成図を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるモータ電気モデルの詳細図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる機械モデルを２慣性系モデルとした時の詳細図である。
【図４】図４は、比較例にかかるモータ制御装置の全体構成図を示す図である。
【図５】図５は、比較例にかかる機械モデルを２慣性系モデルとした時の詳細図である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかるモータ制御装置の全体構成図を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかるモータ電気モデルの詳細図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるモータ制御装置の全体構成図を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかるモータ制御装置の全体構成図を示す別の図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３にかかる反力トルク補正器における補正方法について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるモータ制御装置１０１の全体構成図を示す図である。本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置１０１は、モータ電気モデル２と機械モデル４を含んだ推定器演算部１０２を有している。
【００１４】
モータ制御装置１０１は、電流制御器１および推定器演算部１０２を備える。推定器演算部１０２は、高速サンプリングレートで動作する高速推定器演算部１０３および低速サンプリングレートで動作する低速推定器演算部１０４を備える。高速推定器演算部１０３は、モータ電気モデル２、減算器３１、および速度演算器３２を備える。低速演算部１０４は、機械モデル４を備える。
【００１５】
電流制御器１には電流指令値と電流ＦＢ（フィードバック）値が入力される。電流制御器１は、電流指令値と電流ＦＢ値の偏差が０になるように、例えばＰＩ制御を行って電圧指令値を出力する。なお、電流ＦＢ値の代わりに電流推定値を使用し、いわゆるセンサレス制御のような構成にしても良い。電流制御器１から出力された電圧指令値は推定器演算部１０２への入力となる。電流制御器１から出力された電圧指令値は、モータ電気モデル２に入力される。
【００１６】
モータ電気モデル２は、電圧指令値及びモータ速度推定値を入力とし、電流推定値及びトルク推定値を出力とするものであり、高速推定器演算部１０３で処理される。
【００１７】
図２は、モータ電気モデル２の詳細図である。モータ電気モデル２は、モータ電圧方程式逆モデル２１とトルク演算モデル２２から構成されている。モータ電圧方程式逆モデル２１は、電圧指令値とモータ速度推定値から電流推定値を求めるものである。モータ電圧方程式逆モデル２１の入出力関係は、以下の式（１）で与えられる。なお、式（１）において電圧指令値と電流推定値は、ｄｑ座標軸で表現されている。
【００１８】
【数１】
2014220938.tif 000003
【００１９】
式（１）の左辺のｉｄ＿ｈａｔはｄ軸電流推定値を示し、ｉｑ＿ｈａｔはｑ軸電流推定値を示す。式（１）の右辺のＶｄ＿ｒｅｆはｄ軸電圧指令値を示し、Ｖｑ＿ｒｅｆはｑ軸電圧指令値を示し、ω＿ｈａｔはモータ速度推定値を示す。また、Ｒａは巻線抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、φａは磁束鎖交数である。なお、式（１）の右辺のｐは微分演算子を表わしている。
【００２０】
トルク演算モデル２２は、式（１）で得られる電流推定値からトルク推定値を求めるものであり、以下の式（２）で与えられる。
【００２１】
【数２】
2014220938.tif 000004
ここで、Ｔｍ＿ｈａｔはトルク推定値、Ｋｔはトルク定数、Ｐｍは極対数である。
【００２２】
図１の減算器３１は、トルク推定値から反力トルク推定値を差し引くことで、トルク偏差を計算するものである。速度演算器３２は、トルク偏差からモータ速度推定値を計算するものであり、モータとモータ軸に取り付けられた機械系の総慣性モーメントと積分器から構成されている。機械モデル４は、モータ速度推定値を入力とし、反力トルク推定値と機械位置推定値を出力するものである。
【００２３】
図３は、実施の形態１にかかる機械モデル４を２慣性系モデルとした時の詳細図である。機械モデル４は、反力トルク演算器３３、減算器３４、速度演算器３５、および位置演算器３６を備える。減算器３４は、機械モデル４に入力されたモータ速度推定値から機械速度推定値を差し引くことで速度偏差を計算するものである。反力トルク演算器３３は、速度偏差から反力トルク推定値を計算するものである。速度演算器３５は、反力トルク推定値から機械速度推定値を計算するものであり、負荷側機械系慣性モーメントと積分器から構成されている。位置演算器３６は、機械速度推定値から機械位置推定値を計算するものである。
【００２４】
ここで、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１の対比対象とする比較例にかかるモータ制御装置２０１について、図４および図５を用いて説明する。図４は、比較例にかかるモータ制御装置２０１の全体構成図を示す図である。図５は、比較例にかかる機械モデル３の詳細図である。
【００２５】
図４は、比較例にかかるマルチレート推定器を持つモータ制御装置２０１全体の構成図を示している。モータ制御装置２０１は、電流制御器１および推定器演算部１０２を備える。推定器演算部１０２は、高速サンプリングレートで動作する高速推定器演算部１０３および低速サンプリングレートで動作する低速推定器演算部１０４を備える。高速推定器演算部１０３は、モータ電気モデル２を備える。低速推定器演算部１０４は、機械モデル３を備える。すなわち、推定器演算部１０２は、モータの電気モデルを高速推定器演算部１０３に、モータの機械モデルを低速推定器演算部１０４に分けるようにして、マルチレート化されている。
【００２６】
図４で示したモータ制御装置２０１の電流制御器１には電流指令値と電流ＦＢ値が入力される。電流制御器１は、電流指令値と電流ＦＢ値の偏差が０になるように、例えばＰＩ制御を行って電圧指令値を出力する。なお、電流ＦＢ値の代わりに電流推定値を使用し、いわゆるセンサレス制御のような構成にしても良い。電流制御器１から出力された電圧指令値は推定器演算部１０２への入力となる。電流制御器１から出力された電圧指令値は、モータ電気モデル２に入力される。
【００２７】
図４のモータ電気モデル２は、本実施の形態の図２で示したモータ電気モデル２と同様に電圧指令値及びモータ速度推定値を入力し、電流推定値及びトルク推定値を出力するものであり、高速推定器演算部１０３で処理される。比較例にかかるモータ制御装置２０１の電流制御器１およびモータ電気モデル２の機能は、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１の電流制御器１およびモータ電気モデル２の機能と同様である。
【００２８】
図４においてモータ電気モデル２から出力されたトルク推定値は、機械モデル３に入力される。機械モデル３はトルク推定値を入力とし、モータ速度推定値及び機械位置推定値を出力するものであり、低速推定器演算部１０４で処理される。
【００２９】
図５は、比較例にかかる機械モデル３を２慣性系モデルとした時の詳細図である。機械モデル３に入力されたトルク推定値は、減算器３１で反力トルク推定値との差を取られてトルク偏差となる。トルク偏差から速度演算器３２によりモータ速度推定値が計算され、モータ速度推定値は機械モデル３の出力となる。モータ速度推定値は、減算器３４で機械速度推定値との差が取られて速度偏差となる。速度偏差から反力トルク演算器３３により反力トルク推定値が計算され、反力トルク推定値から速度演算器３５により機械速度推定値が計算される。機械速度推定値から位置演算器３６により機械位置推定値が計算される。機械位置推定値は、機械モデル３の出力となる。
【００３０】
以上に記したように、比較例にかかるモータ制御装置２０１において、モータ電気モデル２と機械モデル３から構成される推定器を持つことで、電流やモータ速度などの推定値を求めることが可能になる。また、推定器におけるモータ電気モデルと機械モデルをマルチレート化することにより、推定器を実装する上で、演算コストに制約がある場合などでも、高応答を必要とするモータ電気モデルの演算精度は落とすことなく、演算負荷を減らして最適化された推定器を実現できる。
【００３１】
本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１が、図４および図５で示す比較例にかかるモータ制御装置２０１と異なる部分は、図５の機械モデル３にある減算器３１と速度演算器３２を機械モデル３から分離し、図１の高速推定器演算部１０３に配置し直した部分である。なお比較例である図５では、機械モデル３を２慣性系モデルとしたが、機械モデル３から減算器３１と速度演算器３２を分離したように、モータ速度推定値を計算する演算器を分離できるモデル形状であれば、これ以外の機械モデルに対しても、本実施の形態で用いた分離技術を転用することは可能である。
【００３２】
比較例にかかる図４および図５では、高速推定器演算部１０３にあるモータ電気モデル２は、低速推定器演算部１０４の機械モデル３で処理されたモータ速度推定値を用いて、トルク推定値を計算している。モータ電気モデル２は、高速サンプリングレートで計算することにより高精度なトルク推定値を計算するものである。しかし、比較例にかかるモータ制御装置２０１では、低速サンプリングレートの低速推定器演算部１０４で処理されたモータ速度推定値をモータ電気モデル２における計算過程で使用することになっており、これはモータ電気モデル２で算出するトルク推定値の精度低下の要因となる。機械モデル３は、トルク推定値を元に機械位置推定値を計算するため、結果として機械位置推定値の精度も低下する。
【００３３】
しかし、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１においては、比較例にかかる機械モデル３から減算器３１と速度演算器３２を分離し、図１に示す高速推定器演算部１０３にその機能を取り込んで処理しているので、高速サンプリングレートで計算されたモータ速度推定値がモータ電気モデル２にフィードバックされることになり、トルク推定値の精度を改善することができる。これにより、機械位置推定値をはじめとしたトルク推定値から計算されるその他の推定値の精度も改善される。
【００３４】
モータ電気モデル２にフィードバックされるモータ速度推定値を高サンプリングレートで更新することでモータ電気モデル２の精度を高めることができるので、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１において、減算器３１、速度演算器３２を高速推定器演算部１０３に含めた。しかし、本来減算器３１および速度演算器３２は機械モデルであるので、減算器３１にフィードバックされる反力トルク推定値は必ずしも高サンプリングレートで更新される必要はなく、このような構成にしても精度上大きな問題にならない。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１においては、モータ電気モデル２と機械モデル４から構成される推定器演算部１０２を持ち、機械モデル４から減算器３１と速度演算器３２を分離し、これらを高速推定器演算部１０３で処理するようなマルチレート構成にしたので、モータ電気モデル２に高速サンプリングレートで計算されたモータ速度推定値が入力され、トルク推定値の精度を改善することができる。また演算負荷が減り、最適化されたマルチレート推定器を実現できる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態１では、モータ電圧方程式逆モデル２１を用いているためにモータ電気モデル２の演算に負荷が掛かっていたが、実施の形態２においては、モータ電気モデル２を別の簡易的なモデルであるモータ電気モデル５に変更することで、更なる演算の高速化を実現する。
【００３７】
図６は、実施の形態２にかかるモータ制御装置３０１の全体構成図である。モータ制御装置３０１は、電流制御器１および推定器演算部１０２を備える。推定器演算部１０２は、高速サンプリングレートで動作する高速推定器演算部１０３および低速サンプリングレートで動作する低速推定器演算部１０４を備える。高速推定器演算部１０３は、モータ電気モデル５、減算器３１、速度演算器３２、および回転角演算器３７を備える。低速演算部１０４は、実施の形態１と同様な機械モデル４を備える。
【００３８】
電流制御器１には電流指令値と電流ＦＢ値が入力される。電流制御器１は、電流指令値と電流ＦＢ値の偏差が０になるように、例えばＰＩ制御を行って電圧指令値を出力する。なお、電流ＦＢ値の代わりに電流推定値を使用し、いわゆるセンサレス制御のような構成にしても良い。
【００３９】
モータ電気モデル５は、電流指令値及びモータ回転角推定値を入力とし、トルク推定値を出力するものである。減算器３１は、トルク推定値から反力トルク推定値を差し引くことで、トルク偏差を計算するものである。速度演算器３２は、トルク偏差からモータ速度推定値を計算するものであり、モータとモータ軸に取り付けられた機械系の総慣性モーメントと積分器から構成されている。回転角演算器３７は、モータ速度推定値からモータ回転角推定値を計算するものである。機械モデル４は、モータ速度推定値を入力とし、反力トルク推定値と機械位置推定値を出力するものである。
【００４０】
図７は、モータ電気モデル５の詳細図である。モータ電気モデル５は、トルク演算モデル２２とトルク高調波演算モデル２３と加算器２４から構成されている。トルク演算モデル２２は、実施の形態１および比較例にかかる図２で示したものと等しく、電流推定値の代わりに電流指令値を入力に用いて、トルク推定値を求めるようにしている。トルク高調波演算モデル２３は、電流指令値とモータ回転角推定値を入力とするものであり、モータ回転位置に応じて変化するトルク成分をテーブル引きや数式で補償するものである。トルク演算モデル２２の出力とトルク高調波演算モデル２３の出力は加算器２４で和が取られて、トルク推定値として出力される。
【００４１】
本実施の形態が実施の形態１と異なる部分は、推定器演算部１０２の入力を電圧指令値から電流指令値に変更し、高速推定器演算部１０３に新たに回転角演算器３７を置くことで、モータ電気モデル２の構成をモータ電気モデル５の構成に変更した部分である。モータ電気モデル２が、入力を電圧指令値とモータ速度推定値、出力を電流推定値とトルク推定値としていたのに対し、モータ電気モデル５は、入力を電流指令値とモータ回転角推定値、出力をトルク推定値としている。また、モータ電気モデル２は、モータ電圧方程式逆モデル２１とトルク演算モデル２２から構成されているが、モータ電気モデル５は、トルク演算モデル２２とトルク高調波演算モデル２３と加算器２４から構成されており、より簡易的な演算で済むようになっている。
【００４２】
モータ電気モデル５は、電圧指令値の代わりに電流指令値を入力とし、トルク演算モデル２２からトルク推定値を生成することで、実施の形態１で演算の負荷要因となっているモータ電圧方程式逆モデル２１を排除し、演算負荷を低減することができる。しかし、そのままの構成では、トルク演算モデル２２から出力されるトルク推定値に、モータ回転位置に応じて変化するトルク成分が含まれなくなるため、新たに電流指令とモータ回転角推定値から上記成分を生成するトルク高調波演算モデル２３を追加し、トルク演算モデル２２とトルク高調波演算モデル２３の２つの出力を加算器２４で合わせた値をトルク推定値として出力する。これにより、精度を確保するようにした。なお、モータ電気モデル２からモータ電気モデル５に変更することで、入力がモータ速度推定値からモータ回転角推定値に変わるため、高速推定器演算部１０３に新たに回転角演算器３７を配置している。
【００４３】
ところで、本実施の形態では、実施の形態１における図１のモータ電気モデル２を図６で示したモータ電気モデル５に変更しているために、出力がトルク推定値のみとなり、電流推定値は出力されない。しかし、モータ電気モデル５自体の演算負荷は軽減されるため、電流推定値を必要としないシステムに対しては、演算処理をさらに高速化させるのに有用である。
【００４４】
なお、減算器３１と速度演算器３２と回転角演算器３７を高速推定器演算部１０３で処理しているので、高速サンプリングレートで計算されたモータ回転角推定値がモータ電気モデル５にフィードバックされることになり、トルク推定値の精度を改善することができる。これにより、機械位置推定値をはじめとしたトルク推定値から計算されるその他の推定値の精度も実施の形態１と同様に改善される。
【００４５】
モータ電気モデル５にフィードバックされるモータ速度推定値を高サンプリングレートで更新することでモータ電気モデル５の精度を高めることができるので、本実施の形態にかかるモータ制御装置１０１において、減算器３１、速度演算器３２及び回転角演算器３７を高速推定器演算部１０３に含めた。しかし、本来減算器３１および速度演算器３２及び回転角演算器３７は機械モデルであるので、減算器３１にフィードバックされる反力トルク推定値は必ずしも高サンプリングレートで更新される必要はなく、このような構成にしても精度上大きな問題にならない。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態にかかるモータ制御装置３０１においては、モータ電気モデル５と機械モデル４から構成される推定器演算部１０２を持ち、モータ電気モデル５を、モータ電気モデル２とは異なりモータ電圧方程式逆モデル２１を使わないものに変更し、機械モデル４から減算器３１と速度演算器３２と回転角演算器３７を分離し、これらを高速推定器演算部１０２で処理するようなマルチレート構成にしたので、モータ電気モデル５に高速サンプリングレートで計算されたモータ回転角推定値が入力され、トルク推定値の精度を改善することができる。また大幅に演算負荷が減り、最適化されたマルチレート推定器を実現できる。
【００４７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態１および実施の形態２では、低速推定器演算部１０４の図３に示した機械モデル４から出力される低速サンプリングレートで計算された反力トルク推定値を減算器３１にフィードバックしている。反力トルク推定値は、低サンプリングレートであっても大きな問題にならないことは既に説明しているが、あまりにも演算速度が遅い場合、反力トルク推定値から計算されるトルク偏差をはじめ、モータ速度推定値や機械位置推定値などフィードバック系全体の精度を落とす恐れがある。そこで実施の形態３では、反力トルク推定値を補正器に通し、補正を行った値をフィードバックすることで、更なる精度改善を実現する。
【００４８】
図８および図９は、それぞれ実施の形態３にかかるモータ制御装置４０１およびモータ制御装置５０１の全体構成図である。図８および図９は、それぞれ実施の形態１に係る図１のモータ制御装置１０１および実施の形態２に係る図６のモータ制御装置３０１について、反力トルク補正機５０を追加し、減算器３１を減算器５１に変更した構成となっている。反力トルク補正機５０は、反力トルク推定値を入力し反力トルク補正推定値を出力するものであり、減算器５１は、トルク推定値から反力トルク補正推定値を差し引くことでトルク偏差を計算するものである。
【００４９】
図１０は、反力トルク補正器５０における補正方法について示したものである。補正の条件として、低速サンプリングレートＴｓ＿ｌが高速サンプリングレートＴｓ＿ｈの整数倍であるとする。この条件を以下の式（３）に示す。
【数３】
2014220938.tif 000005
【００５０】
この時、補正すべきサンプル時間（以下補正サンプル時間）は、低速サンプリングレートの現サンプル時間Ｔｌ（ｍ）から次回のサンプル時間Ｔｌ（ｍ＋１）までの区間において、高速サンプリングレートＴｓ＿ｈ間隔で取った（ｎ＋１）個のサンプル時間のうち、低速サンプリングレートの現サンプル時間Ｔｌ（ｍ）と次回のサンプル時間Ｔｌ（ｍ＋１）を除いた（ｎ−１）個のサンプル時間である。
【００５１】
例として、図１０では低速サンプリングレートと高速サンプリングレートの整数比をｎ＝６としている。この時、補正サンプル時間は、Ｔｌ（ｍ）＋Ｔｓ＿ｈ、Ｔｌ（ｍ）＋２・Ｔｓ＿ｈ、Ｔｌ（ｍ）＋３・Ｔｓ＿ｈ、Ｔｌ（ｍ）＋４・Ｔｓ＿ｈ、Ｔｌ（ｍ）＋５・Ｔｓ＿ｈの５点になる。
【００５２】
反力トルク補正器５０における反力トルク推定値の補正値の計算は、低速サンプリングレートの前回のサンプル時間Ｔｌ（ｍ−１）から現サンプル時間Ｔｌ（ｍ）における反力トルク推定値の傾きを計算し、上記傾きを現サンプル時間から次回サンプル時間まで延伸した直線にして、各補正サンプル時間における値を補正値として用いる。図１０においては、補正を実施する前の反力トルク推定値は黒丸で示されており、低速サンプリングレートごとにしかその値が変化しない。しかし、補正を行った反力トルク推定値は白丸で示されており、高速サンプリングレートごとでその値が更新されるようになる。そのため、反力トルク推定値が過渡的に変化している場合においては、値の精度が改善されるようになる。
【００５３】
以上説明したように、低速推定器演算部１０４の機械モデル４から出力される低速サンプリングレートで計算された反力トルク推定値を反力トルク補正器５０に通し、補正を行った値をフィードバックすることで、反力トルク推定値が過渡的に変化している場合に、更なる精度改善が実現できる。
【００５４】
このように上記実施の形態においては、推定器演算部１０２を搭載したモータ制御装置に対して、提案した技術を適用した事例について説明を行ってきた。推定器演算部１０２は内部にモデルを持ち、既知のパラメータを入力とし未知のパラメータを推定するシステムである。同様に内部にモデルを持ち、制御対象の入出力から未知のパラメータを推定するシステムであるオブザーバに対しても、同じように上記実施の形態において提案した技術を適用することは可能である。
【００５５】
また、モータ電気モデルや機械モデルを実装し、かつリアルタイムで演算を行う装置に対しても、同様の技術を適用することが可能である。具体的には、モータ電気モデルや機械モデルを実装したリアルタイムシミュレータに適用することで、大幅に演算負荷が減り、最適化されたマルチレートシステムを構築でき、リアルタイムシミュレータの演算速度を高速化したり、計算精度を向上させたりすることが可能になる。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、モータ電気モデル２やモータ電気モデル５を永久磁石型モータとして説明しており、そのモータ電圧方程式を表わす式（１）やトルク推定式を表わす式（２）も永久磁石型モータに基づく数式になっている。しかし、本発明におけるモータ電気モデルは、永久磁石型モータのみに限定されるものではなく、誘導電動機やシンクロナスモータなど様々な回転機にも適用可能である。なおその場合は、それぞれの回転機に対応したモータ電圧方程式やトルク推定式を用いる。
【００５７】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、推定器を搭載したモータ制御装置に有用であり、特に、モータの電気モデルを高速サンプリングレートで動作する高速演算部に、機械モデルを低速サンプリングレートで動作する低速演算部に分けるようにして、推定器をマルチレート化したモータ制御装置に適している。
【符号の説明】
【００５９】
１  電流制御器、２  モータ電気モデル、３  機械モデル、４  機械モデル、５  モータ電気モデル、２１  モータ電圧方程式逆モデル、２２  トルク演算モデル、２３  トルク高調波演算モデル、２４  加算器、３１  減算器、３２  速度演算器、３３  反力トルク演算器、３４  減算器、３５  速度演算器、３６  位置演算器、３７  回転角演算器、５０  反力トルク補正器、５１  減算器、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１  モータ制御装置、１０２  推定器演算部、１０３  高速推定器演算部、１０４  低速推定器演算部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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