(57)【要約】【課題】制御の高応答性を維持しつつ、トルク脈動やノイズ発生を防止すること。【解決手段】実施形態のモータ制御装置１００は、検出された三相電流を、三相同期モータ１１０の回転子の位相角を基準とするｄｑ座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する検出電流変換部１１２と、ｄ軸電流およびｑ軸電流を、ｄｑ座標軸から誤差角度だけ遅れた推定座標軸であるγδ座標軸上のγ軸電流およびδ軸電流のそれぞれに変換する座標軸変換部１１３と、γ軸電流およびδ軸電流を入力パラメータとしたγδ座標軸上の拡張誘起電圧方程式に対する、回転検出部１０７からの出力を用いた外乱オブザーバに基づいて、位相角の誤差角度を推定する誤差角度推定部１１４と、推定された誤差角度で位相角を補正する位相角補正部（偏差演算器）１１１と、補正後の位相角に基づいて、ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を、指令三相電圧に変換する電圧変換部１０４と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相モータに流れる三相電流を検出する電流検出部と、
前記三相モータの回転子が回転する位相角を検出する回転検出部と、
検出された三相電流を、前記三相モータの回転子の位相角を基準とするｄｑ座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する検出電流変換部と、
前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流を、前記ｄｑ座標軸から誤差角度だけ遅れた推定座標軸であるγδ座標軸上のγ軸電流およびδ軸電流のそれぞれに変換する座標軸変換部と、
前記γ軸電流および前記δ軸電流を入力パラメータとした前記三相モータにおける見かけ上の誘起電圧である拡張誘起電圧に関するγδ座標軸上の拡張誘起電圧方程式に対する、前記回転検出部からの出力を用いた外乱オブザーバに基づいて、前記位相角の誤差角度を推定する誤差角度推定部と、
推定された誤差角度で前記位相角を補正する位相角補正部と、
補正後の位相角に基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を、指令三相電圧に変換する電圧変換部と、
前記指令三相電圧に基づいて、実際の三相電圧を生成して前記三相モータに印加することにより、前記三相電流を前記三相モータに流す電力変換部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記検出電流変換部は、前記補正後の位相角を用いて、前記検出された三相電流を、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流に変換する、
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記外乱オブザーバは、前記拡張誘起電圧を推定するための微分方程式であり、
前記誤差角度推定部は、前記外乱オブザーバに基づいて、前記γδ座標上のγ軸拡張誘起電圧およびδ軸拡張誘起電圧を求め、前記γ軸拡張誘起電圧および前記δ軸拡張誘起電圧から前記誤差角度を推定する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記外乱オブザーバは、前記位相角に基づく前記回転子の角速度をパラメータとする、
請求項１〜３のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
外部からの指令トルクに基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を算出する電流指令部と、
前記ｄ軸電流と、前記ｑ軸電流と、前記指令ｄ軸電流と、前記指令ｑ軸電流とに基づいて、前記指令ｄ軸電圧および前記指令ｑ軸電圧を演算する電圧演算部と、
をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、三相同期モータ等のＡＣモータの制御装置にインバータを適用する技術が普及し、従来と比較して格段に制御性能が向上している。インバータを適用したモータ制御装置では、外部からの指令トルクに基づくとともに、ＡＣモータの電機子巻線に流れる各相の電流を検出してフィードバックすることで、印加する矩形波電圧の位相を制御したり、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により電圧実効値を制御したりして電流を制御する場合が多い。
【０００３】
このようなＡＣモータのトルク制御方法として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相固定座標系における電圧方程式を、回転子の磁石の位相角を基準とするｄｑ座標の二相回転座標系に変換して、ＡＣモータの電流制御を行うベクトル制御が知られている。このベクトル制御では、制御装置でＡＣモータの回転子の位相角を検出して角速度を演算し、ｄｑ座標軸上で制御演算を行って電流制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなベクトル制御では、ＡＣモータの回転子の位相角を、角度センサであるレゾルバ等で検出するが、レゾルバ等で検出される位相角にはレゾルバ回転１次、２次等の誤差角度が生じることがある。このような誤差角度により、位相角に対する適切な電流制御が困難となり、トルク脈動やノイズ発生の原因となる。
【０００６】
ここで、三相電流のオフセットをフィードバックしてＡＣモータの電流制御を行ってトルク脈動やノイズ発生を回避する手法では、三相一周回分の電流値をフィードバックする必要があり、高応答な制御を実現することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のモータ制御装置は、三相モータに流れる三相電流を検出する電流検出部と、前記三相モータの回転子が回転する位相角を検出する回転検出部と、検出された三相電流を、前記三相モータの回転子の位相角を基準とするｄｑ座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する検出電流変換部と、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流を、前記ｄｑ座標軸から誤差角度だけ遅れた推定座標軸であるγδ座標軸上のγ軸電流およびδ軸電流のそれぞれに変換する座標軸変換部と、前記γ軸電流および前記δ軸電流を入力パラメータとした前記三相モータにおける見かけ上の誘起電圧である拡張誘起電圧に関するγδ座標軸上の拡張誘起電圧方程式に対する、前記回転検出部からの出力を用いた外乱オブザーバに基づいて、前記位相角の誤差角度を推定する誤差角度推定部と、推定された誤差角度で前記位相角を補正する位相角補正部と、補正後の位相角に基づいて、前記ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を、指令三相電圧に変換する電圧変換部と、前記指令三相電圧に基づいて、実際の三相電圧を生成して前記三相モータに印加することにより、前記三相電流を前記三相モータに流す電力変換部と、を備えた。当該構成により、一例として、制御の高応答性を維持しつつ、トルク脈動やノイズ発生を防止することができる。
【０００８】
また、実施形態のモータ制御装置において、検出電流変換部は、補正後の位相角を用いて、検出された三相電流を、ｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する。当該構成により、一例として、ベクトル制御の精度を向上させることができる。
【０００９】
また、実施形態のモータ制御装置において、外乱オブザーバは、拡張誘起電圧を推定するための微分方程式であり、誤差角度推定部は、外乱オブザーバに基づいて、γδ座標上のγ軸拡張誘起電圧およびδ軸拡張誘起電圧を求め、γ軸拡張誘起電圧およびδ軸拡張誘起電圧から誤差角度を推定する。当該構成により、一例として、制御の高応答性を維持しつつ、トルク脈動やノイズ発生を防止することができる。
【００１０】
また、実施形態のモータ制御装置において、外乱オブザーバは、位相角に基づく回転子の角速度をパラメータとする。当該構成により、一例として、制御の高応答性を維持しつつ、トルク脈動やノイズ発生を防止することができる。
【００１１】
また、実施形態のモータ制御装置において、外部からの指令トルクに基づいて、ｄｑ座標軸上の指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を算出する電流指令部と、ｄ軸電流と、ｑ軸電流と、指令ｄ軸電流と、指令ｑ軸電流とに基づいて、指令ｄ軸電圧および指令ｑ軸電圧を演算する電圧演算部と、をさらに備えた。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態のモータ制御装置１００の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、ｄｑ座標軸とγδ座標軸との関係を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態のモータ制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態のモータ制御装置１００について説明する。図１は、実施形態のモータ制御装置１００の全体構成を示すブロック図である。モータ制御装置１００は、ソフトウェアで動作するコンピュータを含んで構成されており、制御対象は三相同期モータ１１０の三相電流ｉu、ｉv、ｉwであり、制御量は三相同期モータ１１０に印加する三相電圧ｖu、ｖv、ｖwである。ここで、本実施形態のモータ制御装置１００および三相同期モータ１１０は、一例として、ハイブリッド車両に搭載されるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
三相同期モータ１１０は、図略の回転子コアに磁石を埋め込み、固定子コア（不図示）に電機子巻線を巻回して構成した埋込磁石同期モータである。ただし、三相モータであればよく、これに限定されるものではない。モータ制御装置１００は、外部から受け取ったトルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑに等しいトルクを三相同期モータ１１０から出力すべく、制御演算を行って三相電圧ｖu、ｖv、ｖwを制御する。
【００１５】
図１に示すように、モータ制御装置１００は、２個の電流検出部１０８ａ、１０８ｂと、回転検出部１０７と、偏差演算器１１１と、検出電流変換部１１２と、座標軸変換部１１３と、誤差角度推定部１１４と、回転数演算部１１５と、電流指令部１０１と、電圧演算部１２０と、電圧変換部１０４と、電力変換部１３０とを主に備えている。
【００１６】
２個の電流検出部１０８ａ、１０８ｂは、三相同期モータ１１０の電機子巻線に接続された三相の入力線のうちのＶ相入力線およびＷ相入力線にそれぞれ設けられている。電流検出部１０８ａ、１０８ｂは、例えば周知の変流器や分路抵抗器などを用いて構成することができ、Ｖ相電流ｉvおよびＷ相電流ｉwを検出して、その検出信号を検出電流変換部１１２に出力する。なお、検出電流変換部１１２は、三相電流ｉu、ｉv、ｉwのベクトル和がゼロであることを利用して、三相目のＵ相電流ｉuを演算する。
【００１７】
回転検出部１０７は、三相同期モータ１１０の回転子が回転する位相角θを検出する角度センサである。本実施形態では、回転検出部１０７としてレゾルバを用いている。回転検出部１０７により検出された位相角θは、後述する偏差演算器１１１で補正され、補正後の位相角が回転数演算部１１５および電圧変換部１０４に送出される。
【００１８】
検出電流変換部１１２は、検出した三相電流ｉu、ｉv、ｉwを、後述する補正後の位相角を用いて、ｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqに変換する。検出電流変換部１１２は、位相角θを用いた公知の変換式により、三相電流ｉu、ｉv、ｉwからｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqを算出して、電圧演算部１２０に送出する。
【００１９】
ここで、ｄ軸電流ｉdは、三相同期モータ１１０の電機子巻線に流れる電流（電機子電流）のｄ軸成分であり、ｑ軸電流ｉqは、上記電機子電流のｑ軸成分である。また、ｄ軸電圧ｖdは、三相同期モータ１１０の電機子巻線に印加する電圧（電機子電圧）のｄ軸成分であり、ｑ軸電圧ｖqは、上記電機子電圧のｑ軸成分である。
【００２０】
ｄｑ座標軸上で、三相同期モータ１１０の見かけ上の誘起電圧である拡張誘起電圧に関する拡張誘起電圧方程式は、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqを入力パラメータとして、次の（１）式で表される。
【００２１】
【数１】
2014158336.tif 000003
【００２２】
（１）式の拡張誘起電圧方程式を、ｄｑ座標系からγδ座標系へ変換すると、（２）式に示すような、γ軸電流ｉγおよびδ軸電流ｉδを入力パラメータとした拡張誘起電圧方程式となる。
【００２３】
【数２】
2014158336.tif 000004
【００２４】
ここで、γδ座標軸は、ｄｑ座標軸から誤差角度だけ遅れた推定座標軸である。図２は、ｄｑ座標軸とγδ座標軸との関係を示す図である。図２に示すように、γδ座標軸は、ｄｑ座標軸から誤差角度だけ遅れた座標軸となっている。ここで、符号１０７ａは、三相同期モータ１１０の回転子である。
【００２５】
座標軸変換部１１３は、検出電流変換部１１２で変換されたｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqを、図２に示すようなγδ座標軸上のγ軸電流ｉγおよびδ軸電流ｉδのそれぞれに変換する。
【００２６】
ここで、γ軸電流ｉγは、三相同期モータ１１０の電機子巻線に流れる電流（電機子電流）のγ軸成分であり、δ軸電流ｉδは、上記電機子電流のδ軸成分である。また、γ軸電圧ｖγは、三相同期モータ１１０の電機子巻線に印加する電圧（電機子電圧）のγ軸成分であり、δ軸電圧ｖδは、上記電機子電圧のδ軸成分である。
【００２７】
図１に戻り、誤差角度推定部１１４は、（２）式で示されるγδ座標軸上の拡張誘起電圧方程式に対する外乱オブザーバに基づいて、位相角θの誤差角度を推定する。
【００２８】
誤差角度推定部１１４では、次の（３）式に示す外乱オブザーバが設定されている。
【００２９】
【数３】
2014158336.tif 000005
【００３０】
この外乱オブザーバは、拡張誘起電圧を推定するための微分方程式であり、回転検出部１０７からの出力である位相角θに基づく角速度ωをパラメータとして用いている。
【００３１】
誤差角度推定部１１４は、回転検出部１０７で検出された位相角θから回転子の角速度ωを求める。具体的には、誤差角度推定部１１４は、２回の検出で求めた位相角θの変化量を経過時間で除算して角速度  ωを算出する。そして、誤差角度推定部１１４は、γ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ、γ軸電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδを逐次入力し、（３）式の外乱オブザーバを公知の数値解析により解法することにより、γδ座標上のγ軸拡張誘起電圧（拡張誘起電圧のγ軸成分）およびδ軸拡張誘起電圧（拡張誘起電圧のδ軸成分）を推定する。そして、誤差角度推定部１１４は、γ軸拡張誘起電圧およびδ軸拡張誘起電圧から、次の（４）式を用いて誤差角度を推定する。
【００３２】
【数４】
2014158336.tif 000006
【００３３】
ここで、（１）〜（４）式の導出は、非特許文献“森本茂雄・河本啓助・武田洋次：「推定位置誤差情報を利用したＩＰＭＳＭ  の位置・速度センサレス制御」，電学論  Ｄ，Ｖｏｌ．１２２−Ｄ，Ｎｏ．５  ｐｐ．７２２−７２９（２００２）”に詳述されている。
【００３４】
偏差演算器１１１は、位相角補正部として機能し、（５）式で示されるように、回転検出部１０７で検出された位相角θから、誤差角度推定部１１４で推定された誤差角度を減算することにより、位相角θを補正する。
【００３５】
【数５】
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【００３６】
回転数演算部１１５は、回転検出部１０７で検出された位相角θから、三相同期モータ１１０の回転子の回転数を算出し、算出した回転数を、ハイブリッド車両のＥＣＵに送出する。
【００３７】
電流指令部１０１は、外部から受け取ったトルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑを指令ｄ軸電流Ｒｅｑ＿ｉdおよび指令ｑ軸電流Ｒｅｑ＿ｉqに変換して、電圧演算部１２０に指令する。この変換処理は、例えば、最大トルク／電流制御法を用いて行うことができるが、これに限定されない。
【００３８】
電圧演算部１２０は、検出電流変換部１１２から出力されるｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉq、電流指令部１０１から出力される指令ｄ軸電流Ｒｅｑ＿ｉdおよび指令ｑ軸電流Ｒｅｑ＿ｉqに基づいて、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖdおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖqを演算し、電圧変換部１０４に指令する。
【００３９】
具体的には、電圧演算部１２０は、図１に示すように、二つの偏差演算器１０２ａ，１０２ｂと２つの比例積分制御器（ＰＩ）１０３ａ，１０３ｂから構成される。偏差演算器１０２ａは、指令ｄ軸電流Ｒｅｑ＿ｉdからｄ軸電流ｉdを減算して偏差ｅ＿ｉdを算出し、偏差ｅ＿ｉdを比例積分制御器（ＰＩ）１０３ａに受け渡す。比例積分制御器（ＰＩ）１０３ａは、偏差ｅ＿ｉdに対して所定の比例定数を乗算した値と偏差ｅ＿ｉdを時間積分した値を加算して指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖdを求め、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖdを電圧変換部１０４に出力する。
【００４０】
また、偏差演算器１０２ｂは、指令ｄ軸電流Ｒｅｑ＿ｉqからｑ軸電流ｉqを減算して偏差ｅ＿ｉqを算出し、偏差ｅ＿ｉqを比例積分制御器（ＰＩ）１０３ｂに受け渡す。比例積分制御器（ＰＩ）１０３ｂは、偏差ｅ＿ｉqに対して所定の比例定数を乗算した値と偏差ｅ＿ｉqを時間積分した値を加算して指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖqを求め、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖqを電圧変換部１０４に出力する。
【００４１】
電圧変換部１０４は、補正後の位相角θを用いた公知の変換式により、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖdおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖqを指令三相電圧Ｒｅｑ＿ｖu、Ｒｅｑ＿ｖv、Ｒｅｑ＿ｖwに変換し、電力変換部１３０に指令する。
【００４２】
電力変換部１３０は、ＰＷＭ制御部１０５とインバータ１０６から構成される。ＰＷＭ制御部１０５は、指令三相電圧Ｒｅｑ＿ｖu、Ｒｅｑ＿ｖv、Ｒｅｑ＿ｖwから各相のデューティ比を決定してインバータ１０６に逐次出力する。インバータ１０６は、各相のデューティ比に基づき、実際の三相電圧ｖu、ｖv、ｖwを生成して三相同期モータ１１０の電機子巻線に印加する。これにより、三相同期モータ１１０の電機子巻線には三相電流ｉu、ｉv、ｉwが流れる。
【００４３】
次に、以上のように構成された本実施形態のモータ制御処理について説明する。図３は、本実施形態のモータ制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図３では、モータ制御の全体処理の中で、位相角θ、ｖ相電流およびｗ相電流の検出から、位相角θの補正までの処理について示している。
【００４４】
まず、レゾルバ等の回転検出部１０７は、三相同期モータ１１０の回転子の位相角θを検出する（ステップＳ１１）。そして、電流検出部１０８ａ、１０８ｂは、Ｖ相入力線およびＷ相入力線からそれぞれＶ相電流ｉvおよびＷ相電流ｉwを検出し（ステップＳ１２）、各検出信号を検出電流変換部１１２に出力する。
【００４５】
そして、検出電流変換部１１２は、三相電流ｉu、ｉv、ｉwのベクトル和がゼロであることを利用して、Ｕ相電流ｉuを算出する（ステップＳ１３）。次に、検出電流変換部１１２は、三相電流ｉu、ｉv、ｉwをｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqに変換する（ステップＳ１４）。検出電流変換部１１２は、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqを、偏差演算器１０２ａ，１０２ｂと座標軸変換部１１３に出力する。
【００４６】
座標軸変換部１１３は、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqを受け取り、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqをγδ座標軸上のγ軸電流ｉγおよびδ軸電流ｉδに変換する（ステップＳ１５）。
【００４７】
次に、誤差角度推定部１１４は、上述した（３）式の外乱オブザーバを公知の数値解析の手法により解法して、γ軸拡張誘起電圧の推定値とδ軸拡張誘起電圧の推定値を算出する（ステップＳ１６）。そして、誤差角度推定部１１４は、γ軸拡張誘起電圧の推定値とδ軸拡張誘起電圧の推定値とを用いて、上述した（４）式から誤差角度を算出する（ステップＳ１７）。
【００４８】
次に、偏差演算器１１１は、上述した（５）式により、回転検出部１０７で検出された位相角θから、誤差角度推定部１１４で推定された誤差角度を減算することにより、位相角θを補正する（ステップＳ１８）。補正後の位相角は、回転演算部１１５と検出電流変換部１１３と検出電流変換部１１２と電圧変換部１０４に出力される。検出電流変換部１１２では、三相電流ｉu、ｉv、ｉwを、補正後の位相角を用いて、ｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉqに変換する。電圧変換部１０４では、補正後の位相角を用いて、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖdおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖqを指令三相電圧Ｒｅｑ＿ｖu、Ｒｅｑ＿ｖv、Ｒｅｑ＿ｖwに変換する。このように、補正後の位相角は、三相固定座標系と二相回転座標系との間の変換に使用される。
【００４９】
このように本実施形態では、三相同期モータ１１０のｄｑ座標軸上の拡張誘起電圧方程式をγδ座標軸に変換した拡張誘起電圧方程式に対する、レゾルバ等の回転検出部１０７の出力をパラメータに用いた外乱オブザーバを設定し、当該外乱オブザーバにより、拡張誘起電圧を推定して位相角の誤差角度を推定しているので、高応答で位相角θの補正を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態では、補正後の位相角を、三相固定座標と二相回転座標との間の変換に利用しているので、ベクトル制御の精度を向上させることができる。このように本実施の形態では、ベクトル制御の精度が向上するため、制御の高応答性を維持しつつ、トルク脈動やノイズ発生を防止することが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、拡張誘起電圧を推定して位相角の誤差角度を推定して位相角θの補正を行っているので、レゾルバ等の誤差の影響が少ない角速度を算出することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  電流指令部
１０２ａ、１０２ｂ，１１１  偏差演算器
１０３ａ，１０３ｂ  比例積分制御器（ＰＩ）
１０４  電圧変換部
１０５  ＰＷＭ制御部
１０６  インバータ
１０７  回転検出部
１０８ａ、１０８ｂ  電流検出部
１１０  三相同期モータ
１１１  偏差演算器
１１２  検出電流変換部
１１３  座標軸変換部
１１４  誤差角度推定部
１１５  回転数演算部
１２０  電圧演算部
１３０  電力変換部
【図１】
2014158336.tif 000008
【図２】
2014158336.tif 000009
【図３】
2014158336.tif 000010