(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気角センサを用いずに同期モータの運転を制御するモータ制御方法において制御ゲインを決定する決定方法であって、
（ａ）  制御ゲインを仮設定し、前記同期モータを定常運転する工程と、
（ｂ）  該同期モータの運転時における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無を評価項目として、該制御ゲインの妥当性を評価する工程と、
（ｃ）  前記制御ゲインの値を変更させつつ、前記工程（ａ）および工程（ｂ）を繰り返し実行して、前記評価項目を満足した値を制御ゲインとして選択する工程とを備える制御ゲインの決定方法。
【請求項２】
電気角センサを用いずに同期モータの運転を制御するモータ制御方法において制御ゲインを決定する決定方法であって、
（ａ）  制御ゲインを仮設定し、前記同期モータを定常運転する工程と、
（ｂ）  該同期モータの回転状態に所定の擾乱を付加する工程と、
（ｃ）  該擾乱を付加されてから該同期モータの回転状態と前記定常運転時の回転状態との偏差が所定の範囲内に収束するまでの経過時間、収束後の運転時における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無の４つを評価項目として、該制御ゲインの妥当性を評価する工程と、
（ｄ）  前記制御ゲインの値を変更させつつ、前記工程（ａ）〜工程（ｃ）を繰り返し実行して、前記４つの評価項目を満足した値を制御ゲインとして選択する工程とを備える制御ゲインの決定方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）は、更に、前記擾乱を付加されてから該同期モータの回転状態と前記定常運転時の回転状態との偏差が所定の範囲内に収束するまでの過渡期における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無をも評価項目として前記評価を行う工程である請求項２記載の制御ゲインの決定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３記載の制御ゲインの決定方法であって、前記同期モータの制御方法は、
（ｅ）  所定のタイミングで前記ロータの電気角をモデル値として推定する工程と、
（ｆ）  前記推定された電気角に基づいて前記同期モータのコイルに所定の電圧を印加する工程と、
（ｇ）  該電圧に応じて前記コイルに流れる電流を、前記ロータの磁束に沿う方向の磁化電流および該磁束に電気的に直交する方向のトルク電流として検出する工程と、
（ｈ）  前記同期モータのコイルについて電圧、電流、および該コイルのインダクタンスの関係を与える電圧方程式により求められる前記磁化電流のモデル値と前記検出された磁化電流の値との偏差を少なくとも含む単一のパラメータと所定の制御ゲインを用いた演算式により、前記電気角の真値を演算する工程とにより検出された電気角に基づいて行われる制御方法である場合における制御ゲインの決定方法。
【請求項５】
電気角センサを用いずに同期モータの運転を制御するモータ制御方法であって、
前記請求項１ないし請求項４記載の決定方法の少なくとも一つを用いて決定された制御ゲインにより該同期モータの運転を制御するモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期モータをセンサレスで制御する際の制御ゲインの決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、種々の交流モータが産業機械、鉄道車両などに使用されている。近年では、交流モータを動力源として使用するハイブリッド車両も提案されている。かかる交流モータのひとつとして、多相交流を巻線に流し、該巻線による磁界と永久磁石による磁界との相互作用によりロータを回転させる同期モータがある。同期モータにより所望の回転トルクを得るためには、ロータの位置、即ち電気角に応じて巻線に流す多相交流を制御する必要がある。
【０００３】
電気角の検出方法としては、ホール素子等のセンサを用いた方法が一般的である。但し、この方法では、センサの検出精度および故障に対する信頼性がモータを安定して運転する際の課題となる。これに対し、いわゆる突極型の同期モータについては、上述のセンサを用いずに、以下に示す演算に基づいてセンサレスで電気角を検出する方法が提案されている。かかる方法によれば、センサを使用しないため、故障に対する信頼性を向上することができる。
【０００４】
突極型の同期モータの電気角をセンサレスで検出する方法として、高速回転で運転している場合には、いわゆる電圧方程式における時間微分の項を、時間差分（変化量／時間）に置き換えて得られる次式（１）〜（３）を用いた方法が提案されている。
0003557967.tif 000002
【０００５】
ここで、Ｉｄ，Ｉｑはｄ軸、ｑ軸の電流、即ち磁化電流およびトルク電流、Ｌｄ，Ｌｑはｄ軸、ｑ軸方向のインダクタンス、Ｖｄ、Ｖｑは巻線に印加される電圧値を示している。それぞれの変数に付けられた（ｎ）等は、上記演算が周期的に繰り返し実行されていることを踏まえて付されており、（ｎ）は現タイミングにおける値であり、（ｎ−１）は前タイミングにおける値を意味している。Ｉｄｍ、Ｉｑｍは磁化電流およびトルク電流のそれぞれのモデル値、即ち推定した電気角が正しいと仮定した場合に電圧方程式に基づいて求められる電流の理論値を意味する。なお、この演算が実行される周期は、上式における時間ｔである。
【０００６】
その他の変数について、ωはモータの回転角速度である。ωはｒａｄ／ｓｅｃを単位としており、モータの回転数Ｎ（ｒｐｍ）および極対数Ｎｐとの間には、ω＝２π・Ｎｐ・Ｎ／６０なる関係がある。ｋｋ１は起電力Ｅ（ｎ）、Ｅ（ｎ−１）、ΔＩｑとを関係づけ、電気角の算出に用いられるゲインである。
【０００７】
こうして算出されたΔＩｄ，ΔＩｑ，Ｅ（ｎ）を用いて、前タイミングにおける電気角θ（ｎ−１）から次式（６）に基づいて現タイミングにおける電気角θ（ｎ）を求める。
θ（ｎ）＝θ（ｎ−１）＋ｔＥ（ｎ）／ｋｋ２＋ｓｇｎ・ｋｋ３・ΔＩｄ  ・・・（４）
但し、ｓｇｎはω＞０のとき「＋」であり、ω＜０のとき「−」であることを意味する。ここでは、モータが高速運転されていることを前提としているため、モータが回転していない場合、即ちω＝０である場合は考慮しない。また、ｋｋ２，ｋｋ３はｋｋ１と同じく電気角の算出に用いられるゲインである。かかる方法による制御を精度良く、安定して行うためには、制御ゲインｋｋ１，ｋｋ２，ｋｋ３をモータの定格、要求トルクや回転数の範囲などに応じて適切に設定する必要がある。
【０００８】
一般に制御ゲインの決定は、定常状態について所定の評価項目に基づく妥当性の評価と、過渡応答における安定性の評価とを踏まえてなされるのが通常であり、制御対象がモデル化されている場合には、制御ゲインを解析的にある程度絞り込んだ上で設定することが通常である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同期モータのセンサレス制御は、ごく最近になって本格的な研究が開始された分野であり、その挙動を適切に表現したモデル化が実現されていないため、解析的に制御ゲインを設定することができなかった。また、制御ゲインの妥当性をいかなる評価項目に基づいて評価すべきかについても十分な検討がなされておらず、ある程度の経験に基づき、試行錯誤的に制御ゲインを決定しているに過ぎなかった。このため従来は、制御ゲインの設定に多大な時間を要していた。また、実用に供しうる制御ゲインを決定するためには、経験や試行錯誤による方法では十分とは言えず、センサレス制御の実用化を図る上でも制御ゲインの決定方法の確立が要望されていた。本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、同期モータのセンサレス制御方法において、適切なゲインを設定する技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明では、第１の構成として、電気角センサを用いずに同期モータの運転を制御するモータ制御方法において制御ゲインを決定する決定方法において、
（ａ）  制御ゲインを仮設定し、前記同期モータを定常運転する工程と、
（ｂ）  該同期モータの運転時における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無を評価項目として、該制御ゲインの妥当性を評価する工程と、
（ｃ）  前記制御ゲインの値を変更させつつ、前記工程（ａ）および工程（ｂ）を繰り返し実行して、前記評価項目を満足した値を制御ゲインとして選択する工程とを備えるものとした。
【００１１】
かかる決定方法によれば、電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無の３つを評価項目として制御ゲインの妥当性を評価することにより、制御ゲインとして適切な値を比較的容易に設定することができる。同期モータの制御ゲインの妥当性を評価する項目としては、出力トルク、回転速度、コイルに流れる電流、印加電圧の変動など多数の項目が挙げられるが、これらのうち上記３つの評価項目を選択すれば、その他の評価項目については評価を行わなくても適切な制御ゲインを設定することができることを見いだした点に本発明の意義がある。特に、異音および振動の有無を評価項目として用いる点に技術的意義がある。即ち、異音および振動は、同期モータの運転状態に何らかの変動が生じることによって発生するものであるから、異音および振動の有無を検出するものとすれば、出力トルク、回転速度など種々の評価項目が適切であるか否かを総合的に判断することができるのである。また、異音および振動は、同期モータを何らかの装置に適用した場合に、その装置の運転状態が適切であるか否かの評価に最も影響を与える項目でもある。従って、異音および振動の有無を評価項目に加えることにより、何らかの装置に搭載した状態も含めて同期モータを適切に運転できる制御ゲインを容易に設定することが可能となる。
【００１２】
本発明は、第２の構成として、電気角センサを用いずに同期モータの運転を制御するモータ制御方法において制御ゲインを決定する決定方法において、
（ａ）  制御ゲインを仮設定し、前記同期モータを定常運転する工程と、
（ｂ）  該同期モータの回転状態に所定の擾乱を付加する工程と、
（ｃ）  該擾乱を付加されてから該同期モータの回転状態と前記定常運転時の回転状態との偏差が所定の範囲内に収束するまでの経過時間、収束後の運転時における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無の４つを評価項目として、該制御ゲインの妥当性を評価する工程と、
（ｄ）  前記制御ゲインの値を変更させつつ、前記工程（ａ）〜工程（ｃ）を繰り返し実行して、前記４つの評価項目を満足した値を制御ゲインとして選択する工程とを備えるものとした。
【００１３】
かかる方法によれば、意図的に加えた擾乱に対する応答性から、動的安定を保証する制御ゲインを設定することができる。動的安定性についても多数の評価項目が挙げられるが、その中から、上述の経過時間を適用すれば、適切な動的安定性を確保できることを見いだした点に本発明の意義がある。また、第２の構成では、擾乱を与えた後の過渡的応答のみならず、定常状態に遷移した後の運転状態についても第１の構成と同様の評価項目で評価するため、過渡期、定常状態の双方について適切な運転を実現可能な制御ゲインを設定することができる。
【００１４】
なお、第２の構成において、前記工程（ｃ）は、更に、前記擾乱を付加されてから該同期モータの回転状態と前記定常運転時の回転状態との偏差が所定の範囲内に収束するまでの過渡期における電気角の検出誤差、該検出誤差の変動、異音および振動の有無をも評価項目として前記評価を行う工程であるものとすることもできる。この場合は、過渡期についても上述の３つの評価項目で評価するため、過渡期においても同期モータの運転状態が極端に変動することを抑制できる。
【００１５】
上述した制御ゲインの決定方法において、前記同期モータの制御方法は、先に説明した式（１）〜（４）を適用するものとしてもよいが、
（ｅ）  所定のタイミングで前記ロータの電気角をモデル値として推定する工程と、
（ｆ）  前記推定された電気角に基づいて前記同期モータのコイルに所定の電圧を印加する工程と、
（ｇ）  該電圧に応じて前記コイルに流れる電流を、前記ロータの磁束に沿う方向の磁化電流および該磁束に電気的に直交する方向のトルク電流として検出する工程と、
（ｈ）  前記同期モータのコイルについて電圧、電流、および該コイルのインダクタンスの関係を与える電圧方程式により求められる前記磁化電流のモデル値と前記検出された磁化電流の値との偏差を少なくとも含む単一のパラメータと所定の制御ゲインを用いた演算式により、前記電気角の真値を演算する工程とにより検出された電気角に基づいて行われる制御方法とすることもできる。
【００１６】
上記工程（ｅ）〜（ｈ）によるモータ制御方法は、先に説明した式（１）〜（４）を簡素化した式を用いた制御方法である。本発明者により案出された制御方法であり、先に説明した式（１）〜（４）よりも処理が簡素化されるとともに、制御ゲインの設定値次第で電気角を精度良く安定して検出可能であることが実験により確認されている方法である。上記工程（ｅ）〜（ｈ）では、制御の精度および安定性確保のために制御ゲインの設定の重要性が高いため、本発明を有効に活用することができる。
【００１７】
工程（ｅ）〜（ｈ）によるモータ制御方法として、例えば、ｄ軸電流の偏差ΔＩｄを上記単一のパラメータとして用いる場合には、次式（５）〜（８）を適用すればよい。
θ＝θ（ｎ−１）＋Ｋｐ・ΔＩｄ＋Ｋｉ・Σ（ΔＩｄ）  …（５）；
ここで、
ΔＩｄ＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄｍ  …（６）；
Ｉｄｍ＝Ｉｄ（ｎ−１）＋ｔ（Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ（ｎ−１）＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ（ｎ−１））／Ｌｄ  …（７）；
ω＝（Ｋｐ・ΔＩｄ＋Ｋｉ・Σ（ΔＩｄ））／ｔ  …（８）；
【００１８】
また、磁化電流の偏差ΔＩｄとトルク電流の偏差ΔＩｑとの多項式をパラメータとする場合には、次式（９）〜（１５）を適用すればよい。
θ＝θ（ｎ−１）＋Ｋｐ・ＰＭ＋Ｋｉ・ΣＰＭ  …（９）；
ここで、
ＰＭ＝α・ΔＩｄ＋β・ΔＩｑ  …（１０）；
ΔＩｄ＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄｍ  …（１１）；
Ｉｄｍ＝Ｉｄ（ｎ−１）＋ｔ（Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ（ｎ−１）＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ（ｎ−１））／Ｌｄ  …（１２）；
ΔＩｑ＝Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑｍ  …（１３）；
Ｉｑｍ＝Ｉｑ（ｎ−１）＋ｔ（Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ（ｎ−１）−ω・Ｌｄ・Ｉｄ（ｎ−１）−Ｅ（ｎ−１））／Ｌｑ  …（１４）；
ω＝（Ｋｐ・ＰＭ＋Ｋｉ・ΣＰＭ）／ｔ  …（１５）；
【００１９】
これらの式における変数の意味は次の通りである。
θ（ｎ−１）  は前タイミングにおける電気角の値；
Ｉｄ（ｎ）は現タイミングにおける磁化電流の値；
Ｉｄｍは磁化電流のモデル値；
Ｉｄ（ｎ−１）は前タイミングにおける磁化電流の値；
Ｉｑ（ｎ）は現タイミングにおけるトルク電流の値；
Ｉｑｍはトルク電流のモデル値；
Ｉｑ（ｎ−１）は前タイミングにおけるトルク電流の値；
Ｌｄは磁化電流の方向のインダクタンス；
Ｌｑはトルク電流の方向のインダクタンス；
Ｒはコイルの抵抗値；
Ｅはコイルに生じる起電力；
Ｖｄは磁化電流方向の電圧値；
Ｖｑはトルク電流方向の電圧値；
ｔは演算の実行周期；
Ｋｐ，Ｋｉは制御ゲイン；
α、βは任意の実数；
【００２０】
なお、本発明は、上述した制御ゲインの決定方法として実現する場合の他、これらの方法によって決定された制御ゲインを用いて同期モータの運転をセンサレス制御するモータ制御方法として構成することもできるし、モータ制御装置として構成することもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、実施例に基づき、以下の順序で説明する。最初に、制御ゲインの設定対象となるモータ制御装置の構成およびその制御処理について説明し、その後、制御ゲインの設定方法について説明する。
Ａ．装置の構成：
Ｂ．モータ制御処理：
Ｃ．制御ゲインの設定方法（定常運転）：
Ｄ．制御ゲインの設定方法（過渡応答）：
Ｅ．制御ゲインの設定例：
【００２２】
Ａ．装置の構成：
図１は制御ゲインの設定対象となるモータ制御装置１０の概略構成を示す説明図である。制御対象となるモータ４０は、ロータに永久磁石を貼付した突極型の三相同期モータである。モータ制御装置１０は、トランジスタインバータ１３０をスイッチングして、電源としてのバッテリ１３２からモータ４０のＵ，Ｖ，Ｗ相に流れる電流を制御することで、その運転を制御する。本実施例ではモータ４０について、ロータの電気角を検出するセンサを設けず、センサレスで電気角を算出して制御するものとしている。
【００２３】
かかる制御を実現するために、モータ制御装置１０は、制御ユニット１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖを検出する電流センサ１０２、１０３、検出された電流の高周波ノイズを除去するフィルタ１０６、１０７、検出した電流値をディジタルデータに変換する２個のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１１２、１１３を備える。Ｗ相について電流センサ、フィルタ、ＡＤＣを備えないのは、三相交流の場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の総和は常に値０に保たれているため、Ｗ相の電流については検出しなくても、Ｕ，Ｖ相の電流値から算出可能だからである。
【００２４】
制御ユニット１００の内部には、図示するように、算術論理演算を行うＣＰＵ１２０、このＣＰＵ１２０が行う処理や必要なデータを予め記憶したＲＯＭ１２２、処理に必要なデータ等を一時的に読み書きするＲＡＭ１２４、計時を行うクロック１２６等が設けられており、バスにより相互に接続されている。このバスには、入力ポート１１６や出力ポート１１８も接続されており、ＣＰＵ１２０は、これらのポート１１６を介して、三相同期モータ４０のＵ，Ｖの各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを読み込むことができる。また、制御ユニット１００には、トルク指令が別途入力可能となっている。
【００２５】
制御ユニット１００の出力ポート１１８からは、トランジスタインバータ１３０のＵ，Ｖ，Ｗ相について設けられた各トランジスタをいわゆるＰＷＭ制御するための制御出力Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが出力される。この制御出力に応じて各トランジスタがオン・オフされると、同期モータ４０のＵ，Ｖ，Ｗ相のコイルには擬似正弦波の交流が流れ回転磁界を生じ、その作用によってモータ４０が回転する。
【００２６】
Ｂ．モータ制御処理：
次に、本実施例におけるモータ制御処理について説明する。図２は三相同期モータ４０の等価回路である。三相同期モータ４０は、図示する通り、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相コイルと、永久磁石を有するロータで表される。この等価回路において永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸と呼び、ｄ軸に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。電気角はＵ相コイルを貫く軸とｄ軸との角度θとなる。
【００２７】
モータ４０の運転をベクトル制御する場合、要求されたトルクによってｄ軸方向、ｑ軸方向に流すべき電流値がそれぞれ決まる。かかる電流を実現するためには、各相に流れる電流を電気角に応じて変化させる必要がある。ところが、モータ４０をセンサレスで制御する場合、電気角θは制御ユニット１００にとっては未知数である。従って、制御ユニット１００は、従前の電気角とモータ４０の回転速度から現時点での電気角θｃを推定して電圧を印加し、その電圧に応じて各相に流れる電流値を用いた演算によって電気角の誤差Δθを補正して真値θを検出している。本実施例では、先に示した式（９）〜（１５）を用いて電気角の検出を行うものとした。かかる処理は、以下に示すフローチャートに従って実現される。
【００２８】
図３はモータ制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット１００のＣＰＵ１２０が繰り返し実行する処理である。この処理では、まず電気角検出処理を行ってモータ４０の電気角を検出し（ステップＳ１０〜Ｓ１８）、その後、要求トルクを出力するための電流を検出された電気角に応じて流す電流制御処理を行う（ステップＳ２０）。
【００２９】
電気角検出処理は、以下の手順で行われる。この処理が開始された時点では、これまでに行ってきた制御に基づいてＣＰＵ１２０は電気角をあるモデル値θｃに推定している（図２参照）。また、モータ４０の各コイルには、これまでに行ってきた制御により、要求トルクに応じた電流が流れている。この状態で、ＣＰＵ１２０はｄ軸の電流Ｉｄ、ｑ軸の電流Ｉｑを検出する（ステップＳ１０）。これらの電流は、図１に示した電流センサ１０２，１０３により検出されるＵ相、Ｖ相の電流値を２相／３相変換することにより得られる。
【００３０】
こうして検出された電流値Ｉｄ，Ｉｑを用いて、ＣＰＵ１２０は先に示した式（１１）〜（１４）により、ΔＩｄ、ΔＩｑを算出する（ステップＳ１２）。次にＣＰＵ１２０は、ΔＩｄ、ΔＩｑの補正を行う（ステップＳ１４）。本実施例では、要求トルクと補正量との関係がＲＯＭ１２２にテーブルとして記憶されており、ＣＰＵ１２０は要求トルクに基づいてこのテーブルを参照してΔＩｄ、ΔＩｑの補正量を求めている。この補正は、要求トルクが大きくなった場合にモータ４０のコイルに磁束飽和が生じ、電流の偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが（１１）〜（１４）式からずれるのを補償するための補正である。補正量は電気角が誤差０のときにΔＩｄ，ΔＩｑが値０となるように、要求トルクに応じて実験的に設定される。
【００３１】
こうして求められたΔＩｄ、ΔＩｑを用いて、先に示した式（９）（１０）により電気角θ（ｎ）を求め（ステップＳ１６）、式（１５）によりωを算出する（ステップＳ１８）。こうして算出された電気角θ（ｎ）および角速度ωは、次のタイミングにおける制御処理において用いられる。これらの処理を繰り返し実行することによって、本実施例では、モータ４０の運転をセンサレスで制御している。
【００３２】
ここで、電気角を算出する式（９）（１０）を改めて示せば、次の通りである。
θ＝θ（ｎ−１）＋Ｋｐ・ＰＭ＋Ｋｉ・ΣＰＭ；
ＰＭ＝α・ΔＩｄ＋β・ΔＩｑ；
つまり、ΔＩｄ、ΔＩｑの多項式を一つのパラメータとする比例積分制御によって電気角θを算出していることになる。なお、α、βは任意の実数であり、本実施例ではα＝β＝１とした。Ｋｐ，Ｋｉは制御ゲインである。モータ４０の適切な運転を実現するために、本実施例では、以下の方法により制御ゲインＫｐ，Ｋｉを設定した。
【００３３】
Ｃ．制御ゲインの設定方法（定常運転）：
図４は制御ゲインの設定工程を示す工程図である。モータ４０を定常的に運転するために適切なゲインを設定する工程を示した。まず、制御ゲインＫｐ，Ｋｉに初期ゲインを設定する（ステップＳ１００）。初期ゲインは、任意の値でよく、従来の制御処理において用いられている値がある場合には、その値を適用すればよい。
【００３４】
Ｋｐ，Ｋｉの初期ゲインを設定すると、図３の制御処理によってモータ４０を一応、回転させることができるようになるから、この状態で定常運転を行わせる（ステップＳ１０２）。定常運転する際のモータ４０の回転数およびトルクは任意に設定可能であるが、モータ４０を実用する際の代表的な値に設定しておくことが好ましい。
【００３５】
次に、モータ４０の運転状態を以下に示す３つの評価項目で評価する。第１に電気角の検出誤差が所定の閾値Ｅｌｉｍよりも大きいか否かである（ステップＳ１０４）。図３の処理によって算出された電気角と、センサなどを用いて実測された電気角との検出誤差をモニターしておき、この誤差がＥｌｉｍよりも大きいか否かを判定するのである。Ｅｌｉｍの値は、モータ４０の定常運転時に許容される誤差範囲に相当し、任意に設定可能である。Ｅｌｉｍの値を小さくするほどモータ４０は滑らかに運転されることになる。
【００３６】
第２の評価項目は、電気角の検出値の振れがあるか否かである（ステップＳ１０６）。算出された電気角と実際の値との誤差が所定範囲内に収まっている場合でも、その範囲内での周期的な変動を繰り返すことがある。かかる周期的な変動が検出される場合には、検出値の振れがあることになる。
【００３７】
第３の評価項目は、異音および震動の有無である（ステップＳ１０８）。モータ４０の運転中にある程度の音および振動が生じるのは当然であるから、ここでは看過し得ないほどの音および振動が発生しているか否かを判断することになる。異音および振動のいずれか一方が生じていれば、「ＹＥＳ」と判断される。なお、第１および第２の評価項目については、定量的な判断が可能であるが、第３の評価項目は、音や振動を測定して定量的に判断してもよいが、制御ゲインの設定を行う者の感覚によって判断するものとして差し支えない。
【００３８】
上述の３つの評価項目のうち少なくとも一つが「ＹＥＳ」と判断される場合には、モータ４０の運転状態が不適切であることになる。従って、かかる場合には、制御ゲインＫｐ，Ｋｉの値を変更し（ステップＳ１１２）、再度、定常運転（ステップＳ１０２）と、その評価（ステップＳ１０４〜Ｓ１０８）を行う。こうして、３つの評価項目が全て「ＮＯ」と判断されるとき、モータ４０の定常運転には不適切な状態がないことになるため、そのときのＫｐ，Ｋｉの値を制御ゲインとして設定することができる（ステップＳ１１０）。なお、３つの評価項目（ステップＳ１０４〜Ｓ１０８）は、いかなる順序で評価しても構わない。
【００３９】
Ｄ．制御ゲインの設定方法（過渡応答）：
図４の工程により定常状態を対象として制御ゲインＫｐ，Ｋｉの値を複数設定した後、本実施例では、以下に示す工程で過渡応答における制御ゲインＫｐ，Ｋｉの評価を行って、最終的な値を設定した。
【００４０】
図５は過渡応答を考慮した制御ゲインの設定工程を示す工程図である。この工程では、図４の工程と同じく、まず、制御ゲインＫｐ，Ｋｉの初期値を設定し、モータ４０の定常運転を開始する（ステップＳ２００、２０２）。モータ４０の運転が定常的になったところで、擾乱として、算出された電気角に所定の誤差を強制的に与える（ステップＳ２０４）。誤差の値は任意に設定可能である。
【００４１】
擾乱が与えられた後のモータ４０の運転状態を以下に示す４つの評価項目で評価する。第１に擾乱が与えられてから、電気角の検出誤差が所定範囲内に収まるまでの復帰時間に基づく評価である。この復帰時間が所定の限界値ｔｌｉｍよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２０６）。限界値ｔｌｉｍは、モータ４０を適用する装置に要求される応答性に応じて任意に設定することができる。
【００４２】
その他の３つの評価項目は、定常状態の場合（図４）と同じである。即ち、電気角の検出誤差が所定の範囲Ｅｌｉｍよりも大きいか否か（ステップＳ２０８）、電気角の検出値に振れがあるか否か（ステップＳ２１０）、そして異音および振動があるか否か（ステップＳ２１２）である。本実施例では、これらの３つの評価項目については、復帰時間が経過してモータ４０の運転が定常状態に復帰した段階で評価するものとしたが、定常状態に復帰するまでの過渡期をも含めて評価してもよい。
【００４３】
上述の４つの評価項目のうち少なくとも一つが「ＹＥＳ」と判断される場合には、モータ４０の過渡応答が不適切であることになる。従って、かかる場合には、制御ゲインＫｐ，Ｋｉの値を変更し（ステップＳ２１６）、再度、定常運転および誤差発生（ステップＳ２０２，Ｓ２０４）と、その評価（ステップＳ２０６〜Ｓ２１２）を行う。こうして、４つの評価項目が全て「ＮＯ」と判断されるとき、モータ４０の過渡応答には不適切な状態がないことになるため、そのときのＫｐ，Ｋｉの値を制御ゲインとして設定することができる（ステップＳ２１４）。なお、４つの評価項目（ステップＳ２０６〜Ｓ２１２）は、いかなる順序で評価しても構わない。
【００４４】
Ｅ．制御ゲインの設定例：
図４および図５で示した工程に従って、制御ゲインを設定した具体例を示す。図６は制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第１の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。ここでは、モータ４０を要求トルク０Ｎｍ、回転数１０００ｒｐｍで運転し、初期制御ゲインとしてＫｐ＝２５００，Ｋｉ＝３０を設定した場合を例示した。図中の実線はセンサによって検出された電気角の値を示し、破線が制御ユニット１００で算出された電気角の値を示している。モータ４０はほぼ定常的に回転しているため、電気角は−π〜πの範囲で周期的に変化する。図示する通り、ある時刻ｔ１において、電気角の算出値に強制的に誤差ｅｒｒを付加すると、その後、誤差は急速に減少し、復帰時間ｔｒｃｖ経過した時点で一旦ほぼ誤差０にまで収束する。
【００４５】
但し、この時点では復帰時間ｔｒｃｖが所定の限界値ｔｌｉｍよりも長かったため、制御ゲインＫｐ，Ｋｉを変更した。図７は制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第２の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。制御ゲインＫｐ＝２５００，Ｋｉ＝９０の場合を例示した。図６の場合と同様、時刻ｔ１において強制的に誤差ｅｒｒを与えると、復帰時間ｔｒｃｖ経過後に一旦ほぼ誤差０に収束する。図６との比較から明らかな通り、復帰時間が短くなっていることが分かる。しかしながら、図７では、復帰時間経過後の電気角の検出誤差、即ち、破線と実線とのずれが残存しており、検出誤差の値、および検出値の振れの評価が不適切と判断される。
【００４６】
図８は制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第３の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。制御ゲインＫｐ＝５０００，Ｋｉ＝９０の場合を例示した。図７に比較して復帰時間が更に短くなっていることが分かる。また、復帰後の電気角の検出誤差も図７の場合より低減していることが分かる。但し、復帰時間経過直後に若干大きな検出誤差が生じているため、検出誤差の値が不適切と判断される。
【００４７】
図９は制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第４の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。制御ゲインＫｐ＝５０００，Ｋｉ＝３０の場合を例示した。復帰時間は、図８の場合とほぼ同等であることが分かる。また、検出誤差は、復帰後のいずれの時刻においても非常に小さいことが分かる。従って、制御ゲインＫＰ＝５０００，Ｋｉ＝３０の組み合わせを用いれば、定常状態および過渡応答の双方の運転を適切に実行できることが分かる。こうしてモータ４０を制御する際の制御ゲインＫｐ，Ｋｉを決定できる。
【００４８】
なお、ここでは、過渡応答についてのみ電気角の変化の様子を例示し、制御ゲインを決定する様子を例示した。第１段階として定常状態を対象として複数の制御ゲインを設定しておき、第２段階として過渡応答を見る方法を採ることも可能である。
【００４９】
図１０は定常状態、過渡応答の制御をそれぞれ適切に実現できる制御ゲインの範囲を示す説明図である。ここでは、モータ４０を要求トルク０Ｎｍ、回転数１０ｒｐｍで回転させた場合の結果を例示した。第１段階、即ち定常状態を対象として図４に示した評価項目に基づき設定された制御ゲインＫｐ、Ｋｉは、図中にハッチングおよび塗りつぶしで示した領域に相当する。第２段階では、第１段階で適切な値として選択されたこれらの組み合わせを対象として、図５に示した評価項目に従い過渡応答を評価した。その結果、適切と判断された値は、図中に塗りつぶしで示された領域に相当する。塗りつぶした領域から制御ゲインを選択すれば、定常状態および過渡応答の双方を満足する制御を実現することができる。本実施例では、Ｋｐ＝４２５０，Ｋｉ＝８０を選択した。
【００５０】
以上で説明した方法によれば、制御ゲインを比較的容易に設定することができる。図１０に示した通り、定常状態では所望の運転状態が実現されるが、過渡応答が不適切となる制御ゲインの組み合わせは、多数存在する。Ｋｐ＝８０００，Ｋｉ＝５など、ハッチングを付した組み合わせがこれに該当する。しかも、定常状態で所望の運転を実現可能な制御ゲインの組み合わせ（図中のハッチングを付した組み合わせ）も、散在している。つまり、センサレス制御は、制御ゲインを徐々に変化させていった場合に、徐々に運転状態が良くなっていくという性質のものではなく、その変化に一定の傾向が現れにくいことが分かる。従って、制御ゲインを設定する際には、それぞれの組み合わせによって実現される運転状態を適切に評価する必要が生じる。本実施例の設定方法によれば、図４および図５で示した３つないし４つの評価項目によって、運転状態を適切に評価することができるため、所望の運転状態を実現可能な制御ゲインを比較的容易に設定することができる。
【００５１】
上述の実施例では、先に示した式（９）〜（１５）を用いてセンサレス制御を行う場合を例にとって、制御ゲインの設定方法を示した。本発明の設定方法は、いかなる演算式を用いてモータのセンサレス制御を行うかに依らず適用可能である。例えば、実施例では、ΔＩｄ＋ΔＩｑを一つのパラメータとして扱い、その比例積分式で電気角を算出していたが、パラメータは、α・ΔＩｄ＋β・ΔＩｑ（α、βは実数）の形で任意に設定可能であるし、ΔＩｄのみをパラメータとして扱ってもよい。本発明は、このように単一のパラメータを用いて比例積分式で電気角を算出する場合のみならず、電圧方程式に忠実な演算方法、即ち、先に示した式（１）〜（４）を用いた制御に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御ゲインの設定対象となるモータ制御装置１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】三相同期モータ４０の等価回路を示す説明図である。
【図３】モータ制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図４】制御ゲインの設定工程を示す工程図である。
【図５】過渡応答を考慮した制御ゲインの設定工程を示す工程図である。
【図６】制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第１の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。
【図７】制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第２の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。
【図８】制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第３の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。
【図９】制御ゲインＫｐ，Ｋｉの第４の組み合わせに対する電気角の検出結果を示すグラフである。
【図１０】定常状態、過渡応答の制御をそれぞれ適切に実現できる制御ゲインの範囲を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…モータ制御装置
４０…三相同期モータ
４０…同期モータ
１００…制御ユニット
１０２，１０３…電流センサ
１０６，１０７…フィルタ
１１２、１１３…ＡＤＣ
１１６…入力ポート
１１８…出力ポート
１２０…ＣＰＵ
１２２…ＲＯＭ１２４…ＲＡＭ
１２６…クロック
１３０…トランジスタインバータ
１３２…バッテリ
【図１】
0003557967.tif 000003
【図２】
0003557967.tif 000004
【図３】
0003557967.tif 000005
【図４】
0003557967.tif 000006
【図５】
0003557967.tif 000007
【図６】
0003557967.tif 000008
【図７】
0003557967.tif 000009
【図８】
0003557967.tif 000010
【図９】
0003557967.tif 000011
【図１０】
0003557967.tif 000012