(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する設定手段と、
前記同期モータに流れる電流を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された電流から、前記リラクタント電流及び前記マグネット電流の値を算出する電流値算出手段と、
前記設定手段によって設定された前記電流設定値と、前記計測手段によって計測された計測値との差分を算出する減算手段と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する変換手段と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する電圧値算出手段と、
前記変換手段によって算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する制限手段と、
を備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値を順次記憶する記憶手段を備え、
前記制限手段は、他方の前記電圧設定値を、一方の前記電圧設定値が閾値を超える前に記憶された前記電圧設定値と等しい値とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記変換手段は、前記リラクタント電流の差分と前記マグネット電流の差分の極性が異なる場合に、ゲインに基づいて前記リラクタント電圧の前記電圧設定値を算出する請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記変換手段は、前記リラクタント電流の差分と前記マグネット電流の差分の大きさに応じて前記ゲインを変える請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制限手段は、前記変換手段によって算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が閾値を超えた場合、前記リラクタント電圧の前記電圧設定値を、前記リラクタント電圧の所定時間前における前記電圧設定値に基づく値とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記値は、所定時間前における前記リラクタント電圧の前記電圧設定値に基づくとともに、前記マグネット電流の値に基づく請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する工程と、
前記同期モータに流れる電流を計測する工程と、
計測した前記同期モータの電流から、前記リラクタント電流及びマグネット電流の値を算出する工程と、
前記リラクタント電流とマグネット電流の電流設定値と、計測された前記同期モータに流れる電流の値との差分を算出する工程と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する工程と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する工程と、
算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する工程と、
を含む制御方法。
【請求項８】
前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値を順次記憶する記憶する工程をさらに含み、
他方の前記電圧設定値の増加を制限する前記工程では、他方の前記電圧設定値を、一方の前記電圧設定値が閾値を超える前に記憶された前記電圧設定値と等しい値とする請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
コンピュータに、
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する手順と、
前記同期モータの電流から、前記リラクタント電流及びマグネット電流の値を算出する手順と、
前記リラクタント電流とマグネット電流の電流設定値と、前記同期モータに流れる電流の値との差分を算出する手順と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する手順と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する手順と、
算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する手順と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、制御方法及びプログラム関し、更に詳しくは、ベクトル制御を用いてモータを制御するためのモータ制御装置，制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動にベクトル制御を用いることで、低速で回転するモータのトルク特性を向上させることができ、応答性に優れた駆動系を実現することができる。ベクトル制御は、従来、産業用の工作機械によく用いられてきたが、マイクロコンピュータの低価格化や、処理能力の向上にともない、安価な電気機械にも応用されるに至っている。
【０００３】
ベクトル制御の対象となるモータは、一般に、永久磁石が回転子となった回転界磁形の同期モータである。この種のモータでは、磁気飽和が起こるとインダクタンスが小さくなり、モータに過電流が流れることがある。そこで、モータに流れる電流を制限する技術が種々提案されている（例えば特許文献１乃至４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７５１９９１号公報
【特許文献２】特開平０８−０８００９７号公報
【特許文献３】特許第３７５７１９６号公報
【特許文献４】特開２００８−１８１３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至４に開示された技術を用いることで、モータに流れる電流を制限することができ、磁気飽和に起因する過電流の発生を抑制することができる。しかしながら、上記技術では、モータの出力が変動する場合に安定した制御ができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、磁気飽和を回避して、モータを安定的に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るモータ制御装置は、
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する設定手段と、
前記同期モータに流れる電流を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された電流から、前記リラクタント電流及び前記マグネット電流の値を算出する電流値算出手段と、
前記設定手段によって設定された前記電流設定値と、前記計測手段によって計測された計測値との差分を算出する減算手段と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する変換手段と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する電圧値算出手段と、
前記変換手段によって算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する制限手段と、
を備える。
【０００８】
本発明の第２の観点に係る制御方法は、
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する工程と、
前記同期モータに流れる電流を計測する工程と、
計測した前記同期モータの電流から、前記リラクタント電流及びマグネット電流の値を算出する工程と、
前記リラクタント電流とマグネット電流の電流設定値と、計測された前記同期モータに流れる電流の値との差分を算出する工程と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する工程と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する工程と、
算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する工程と、
を含む。
【０００９】
本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
同期モータへのトルク指令に基づいて、リラクタント電流及びマグネット電流の電流設定値を設定する手順と、
前記同期モータの電流から、前記リラクタント電流及びマグネット電流の値を算出する手順と、
前記リラクタント電流とマグネット電流の電流設定値と、前記同期モータに流れる電流の値との差分を算出する手順と、
前記差分を比例積分した結果を変換することによって、リラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値を算出する手順と、
前記リラクタント電圧及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値に基づいて、前記同期モータの固定子巻線に印加する電圧の値を算出する手順と、
算出された前記リラクタント電圧の前記電圧設定値、及び前記マグネット電圧の前記電圧設定値のうちの一方の前記電圧設定値が、前記同期モータの磁気飽和が起こるときの前記電圧設定値より小さい閾値を超えた場合に、他方の前記電圧設定値の増加を制限する手順と、
を実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、同期モータのリラクタント電圧及びマグネット電圧の電圧設定値のうちの一方の電圧設定値が閾値を超えた場合に、リラクタント電圧或いはマグネット電圧の増加が制限される。これにより、同期モータの磁気飽和が回避され、同期モータを安定的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モータシステムのブロック図である。
【図２】指数と角速度との関係を示す図である。
【図３】指数とｄ軸電流との関係を示す図である。
【図４】ＰＩ変換部のブロック図である。
【図５】Ｐゲイン回路のゲインとｄ軸電流との関係を示す図である。
【図６】Ｉゲイン回路のブロック図である。
【図７】制限部のブロック図である。
【図８】ｄ軸電圧とｑ軸電圧との関係を示す図である。
【図９】ｄ軸電圧とｑ軸電圧との関係を示す図である。
【図１０】飽和時リミッタ制御部のブロック図である。
【図１１】変形例に係るモータシステムのブロック図である。
【図１２】処理装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るモータシステム１００のブロック図である。モータシステム１００は、制御装置２００からの指示に基づいて、モータ９０を駆動するシステムである。このモータシステム１００は、モータ９０と、このモータ９０を駆動する駆動ユニット１０を有している。
【００１３】
モータ９０は、円筒状の回転子の外周に沿ってＮ極とＳ極とが交互に現れるように配置された永久磁石を有する回転界磁形のＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータである。このモータ９０の電気角は、モータ９０に取り付けられた電気角検出ユニット９１によって検出される。
【００１４】
電気角検出ユニット９１は、レゾルバ等のセンサからなり、連続的な電気角を検出するためのユニットである。この電気角検出ユニット９１は、回転子の電気角θｒを通常１２ビットの分解能で検出することができる。
【００１５】
駆動ユニット１０は、トルク／電流変換部１１、減算回路１２、ＰＩ変換部１３、制限部１４、加算回路１５、二相／三相変換部１６、変調回路１７、ＰＷＭ出力部１８、駆動部１９、角速度演算部２０、遅れ補償演算部２１、三相／二相変換部２２、及び非干渉制御部２３を有している。
【００１６】
トルク／電流変換部１１は、制御装置２００によって指示される出力トルクＴｒと、角速度演算部２０によって算出される角速度ωとから、出力トルクＴｒでモータ９０を駆動するために必要なリラクタント電流（ｄ軸電流）Ｉｄ、及びマグネット電流（ｑ軸電流）Ｉｑを算出する。そして、ｄ軸電流Ｉｄの値に応じた信号ｉｄ１と、ｑ軸電流Ｉｑの値に応じた信号ｉｑを、減算回路１２へ出力する。
【００１７】
具体的には、まずトルク／電流変換部１１は、指数ｉｄｒｅｆを算出する。この指数ｉｄｒｅｆの値は、図２に示されるように、角速度演算部２０から出力されたモータ９０の角速度ωの値がω１以上のときは、ωの増加に比例して小さくなる。そして、角速度ωの値がω２（＞ω１）以上のときは、−ｉｄｍａｘとなる。
【００１８】
なお、ｉｄｍａｘは、モータ９０の永久磁石の減磁が起きない範囲内の値に設定される。具体的には、ｉｄｍａｘは次式に基づいて設定される。ここで、βはａｒｃｔａｎ（Ｉｄ／Ｉｑ）、ｄｅｇは、後述する遅れ補償電気角である。θｌｉｍｉｔは、限界進み角である。ｋθは、通常は値が１の係数である。
【００１９】
ｉｄｍａｘ＝ｉｑ＊ｔａｎ［（θｌｉｍｉｔ−ｄｅｇ）／ｋθ］
θｌｉｍｉｔ≧ｋθ＊β＋ｄｅｇ
【００２０】
指数ｉｄｒｅｆには、ｄ軸電流とｑ軸電流の総和が上限値を超えないようにするために、リミッタが設定されている。本実施形態では、ｄ軸電流Ｉｄを優先的に制限する観点から、図３に示されるように、指数ｉｄｒｅｆの上限値を√（ｉｍａｘ２−ｉｑ２）に制限する。なお、ｉｍａｘは、例えば、モータ９０の電流の上限値である。
【００２１】
従って、例えば、０≧ｉｄｒｅｆ≧−√（ｉｍａｘ２−ｉｑｔ２）が成立するときは、指数ｉｄｒｅｆと等価な値の信号ｉｄが出力される。また、−√（ｉｍａｘ２−ｉｑ２）≧ｉｄｒｅｆが成立するときは、値が−√（ｉｍａｘ２−ｉｑ２）の信号ｉｄが出力される。
【００２２】
減算回路１２は、トルク／電流変換部１１からの信号ｉｄの値から、三相／二相変換部２２からの信号ｉｄｒの値を減算する。そして、信号ｉｄと信号ｉｄｒとの偏差ΔＩｄの値に応じた信号Δｉｄを出力する。また、減算回路１２は、トルク／電流変換部１１からの信号ｉｑの値から、三相／二相変換部２２から信号ｉｑｒの値を減算する。そして、信号ｉｑと信号ｉｑｒとの偏差ΔＩｑの値に応じた信号Δｉｑを出力する。
【００２３】
ＰＩ変換部１３は、信号Δｉｄを比例積分し、積分結果を電流・電圧変換することによって、ｄ軸電圧Ｖｄの目標増加量を示す信号ｖｄ１を出力する。また、信号Δｉｑを比例積分し、積分結果を電流・電圧変換することによって、ｑ軸電圧Ｖｑの目標増加量を示す信号ｖｑ１を出力する。図４は、ＰＩ変換部１３のブロック図である。図４に示されるように、ＰＩ変換部１３は、比例積分回路１３ａ，１３ｂ及び電流電圧変換部１３ｃを有している。
【００２４】
比例積分回路１３ａは、信号Δｉｄを比例積分する回路である。この比例積分回路１３ａは、Ｐゲイン回路３１、積分不感帯回路３２、Ｉゲイン回路３３を有している。
【００２５】
Ｐゲイン回路３１は、信号ΔｉｄにＰゲインを乗ずる。このＰゲインは、図５に示されるように、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ１以下のときはＰ２に維持され、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ１からΔｉ２までの間では、信号Δｉｄの絶対値が大きくなるに従って大きくなる。そして、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ２以上のときはＰ１に維持される。
【００２６】
このため、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ１以下のときには、信号ΔｉｄにＰ２を乗じることで求められる信号ＰΔｉｄが、Ｐゲイン回路３１から出力される。また、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ２以上のときには、信号ΔｉｄにＰ１を乗じることで求められる信号ＰΔｉｄが、Ｐゲイン回路３１から出力される。そして、信号Δｉｄの絶対値が、Δｉ１からΔｉ２までの間にあるときは、信号Δｉｄの絶対値に比例したゲインを乗じることで求められる信号ＰΔｉｄが、Ｐゲイン回路３１から出力される。
【００２７】
積分不感帯回路３２は、信号Δｉｄの値が零を含む所定の範囲にある場合には、Δｉｄの値を零に補正する。
【００２８】
Ｉゲイン回路３３は、積分不感帯回路３２から出力された信号Δｉｄに、Ｉゲインを乗ずる。図６は、Ｉゲイン回路３３のブロック図である。図６に示されるように、Ｉゲイン回路３３は、選択回路１４１、Ｋゲイン回路１４２、累算回路１４３、Ｉｎゲイン回路１４４、及びリミッタ回路１４５を有している。
【００２９】
選択回路１４１は、通常は図６に示される状態であり、Ｐゲイン回路３１の出力の極性と、累算回路１４３からの出力の極性とが異なる場合に動作する。このため、Ｐゲイン回路３１の出力の極性と、累算回路１４３の出力の極性とが等しい場合には、信号Δｉｄは、Ｋゲイン回路１４２を経由することなく、累算回路１４３へ入力される。一方、Ｐゲイン回路３１の出力の極性と、累算回路１４３からの出力の極性とが異なる場合には、信号Δｉｄは、Ｋゲイン回路１４２へ入力される。Ｋゲイン回路１４２に信号Δｉｄが入力されると、当該信号ΔｉｄにゲインＫを乗じて求められる信号が、累算回路１４３へ出力される。
【００３０】
累算回路１４３は、選択回路１４１から直接入力される信号Δｉｄ、或いはＫゲイン回路１４２を経由して入力される信号Δｉｄを積分する。そして、成分結果に応じた信号を出力する。
【００３１】
Ｉｎゲイン回路１４４は、累算回路１４３から出力される信号にゲインＩｎを乗じて出力する。
【００３２】
リミッタ回路１４５は、Ｉｎゲイン回路１４４から出力される出力信号の値が所定の閾値以上の場合には、Ｉｎゲイン回路１４４からの出力信号を、閾値と等価な値の信号として出力する。リミッタ回路１４５から出力される信号は、信号ＩΔｉｄとして出力される。
【００３３】
Ｐゲイン回路３１から出力された信号ＰΔｉｄと、Ｉゲイン回路３３から出力された信号ＩΔｉｄは、加算器３４によって加算されて電流電圧変換部１３ｃへ出力される。
【００３４】
比例積分回路１３ｂは、信号Δｉｑを比例積分する回路である。この比例積分回路１３ｂは、上述した比例積分回路１３ａと同様に、Ｐゲイン回路３１、積分不感帯回路３２、Ｉゲイン回路３３を有している。そして、Ｐゲイン回路３１から出力される信号ＰΔｉｑと、Ｉゲイン回路３３から出力される信号ＩΔｉｑとを加算して、電流電圧変換部１３ｃへ出力する。
【００３５】
電流電圧変換部１３ｃは、比例積分回路１３ａ及び比例積分回路１３ｂからの出力を、変換することによって、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑの目標増加量に応じた信号ｖｄ１と、ｑ軸電圧Ｖｑの目標増加量に応じた信号ｖｑ１とを生成し、出力する。
【００３６】
図１に戻り、制限部１４は、ＰＩ変換部１３から出力された信号ｖｄ１，ｖｑ１の増加を制限する。図７は、制限部１４のブロック図である。図７に示されるように、制限部１４は、ｖｄ限界値記憶部４１、ｖｑ限界値記憶部５１、比較部４２，５２、ｖｄリミッタ制御部４３，ｖｑリミッタ制御部５３、フラグ設定部６０、及び飽和時リミッタ制御部５５を有している。
【００３７】
比較部４２は、信号ｖｄ１の絶対値｜ｖｄ１｜と予め記憶した閾値ｋｖｄ１とを比較する。そして、絶対値｜ｖｄ１｜の値が、閾値ｋｖｄ１よりも大きい場合にハイレベルとなりそれ以外のときにローレベルとなる信号ｓｖｄを出力する。
【００３８】
比較部５２は、信号ｖｑ１の絶対値｜ｖｑ１｜と予め記憶した閾値ｋｖｑ１とを比較する。そして、絶対値｜ｖｑ１｜の値が、閾値ｋｖｑ１よりも大きい場合にハイレベルとなりそれ以外のときにローレベルとなる信号ｓｖｑを出力する。
【００３９】
ｖｄ限界値記憶部４１は、比較部５２から出力される信号ｓｖｑがローレベルのときに、ＰＩ変換部１３から出力される信号ｖｄ１の値を時系列的に記憶する。これにより、ｑ軸電圧Ｖｑの目標増加量が所定の値以下のときの信号ｖｄ１の値が順次記憶される。
【００４０】
ｖｑ限界値記憶部５１は、比較部４２から出力される信号ｓｖｄがローレベルのときに、ＰＩ変換部１３から出力される信号ｖｑ１の値を時系列的に記憶する。これにより、
ｄ軸電圧Ｖｄの目標増加量が所定の値以下のときの信号ｖｑ１の値が順次記憶される。
【００４１】
論理回路４４は、いずれかの入力がハイレベルとなったときにハイレベルとなる信号ｓ１を出力する回路である。この論理回路４４には、比較部４２からの信号ｓｖｄと、比較部５２からの信号ｓｖｑが入力される。そして、論理回路４４から出力される信号ｓ１は、信号ｓｖｄ或いは信号ｓｖｑのいずれかがハイレベルとなったときにハイレベルとなる。このため、論理回路４４から出力される信号ｓ１は、ｄ軸電圧Ｖｄの目標増加量が所定の値以上となったとき、或いはｑ軸電圧の目標増加量が所定の値以上となったときにハイレベルとなる。
【００４２】
論理回路５４は、すべての入力がローレベルとなったときにハイレベルとなる信号ｓ２を出力する回路である。この論理回路５４には、比較部４２からの信号ｓｖｄ及び比較部５２からの信号ｓｖｑの双方がローレベルのときにハイレベルとなる信号ｓ２を出力する。このため、論理回路５４から出力される信号ｓ２は、ｄ軸電圧Ｖｄの増加量が所定の値未満となるとともに、ｑ軸電圧Ｖｑの増加量が所定の値未満となったときにハイレベルとなる。
【００４３】
フラグ設定部６０は、論理回路４４から出力される信号ｓ１がハイレベルのときに、フラグをセットする。また、論理回路５４から出力される信号ｓ２がハイレベルのときにフラグをリセットする。つまり、フラグ設定部６０は、ｄ軸電圧の増加量又はｑ軸電圧の増加量が所定の値以上のときに、フラグをセットし、ｄ軸電圧の増加量及びｑ軸電圧の増加量の双方が所定の値未満のときに、フラグをリセットする。フラグ設定部６０は、フラグがセットされた場合に、ｖｄリミッタ制御部４３及びｖｑリミッタ制御部５３へ出力される信号ｓｄ，ｓｑをハイレベルにする。
【００４４】
ｖｄリミッタ制御部４３は、フラグ設定部６０から出力される信号ｓｄがハイレベルのときには、信号ｖｄ１の値を制限して出力する。以下、ｖｄリミッタ制御部４３の動作について説明する。
【００４５】
図８は、信号ｖｄ１と信号ｖｑ１との関係を示す図である。図８に示されるように、ｖｄリミッタ制御部４３は、信号ｖｑ１の値がａ２以上でａ１以下のときには、信号ｖｄ１の値が信号ｖｑ１の値と比例するように、信号ｖｄ１の値を制御する。これにより、信号ｖｑ１の値の増加に比例して、信号ｖｄ１の値も増加する。そして、信号ｖｑ１の値の減少に比例して、信号ｖｄ１の値も減少する。
【００４６】
一方、ｖｄリミッタ制御部４３は、信号ｖｑ１の値がａ１を上回るときには、信号ｖｑ１の値の大きさにかかわらず、信号ｖｄ１の値がｂ１となるように、信号ｖｄ１の値を制御する。これにより、信号ｖｑ１の値にかかわらず、信号ｖｄ１の値がｂ１と一定に維持される。また、信号ｖｑ１の値がａ２を下回るときには、信号ｖｑ１の値の大きさにかかわらず、信号ｖｄ１の値がｂ２となるように、信号ｖｄ１の値を制御する。これにより、信号ｖｑ１の値にかかわらず、信号ｖｄ１の値がｂ２と一定に維持される。
【００４７】
上述のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の大きさは、モータ９０に磁気飽和が起きない程度の大きさに設定される。ここでは、ａ１の値は、ｖｄ限界値記憶部４１に記憶された信号ｖｄ１の最大値と等価な値に設定される。また、ａ２の値は、ｖｄ限界値記憶部４１に記憶された信号ｖｄ１の最小値と等価な値に設定される。そして、ｂ１，ｂ２の値は、信号ｖｄ１の値がａ１，ａ２になるときの信号ｖｑ１の値に設定される。このため、信号ｖｄ１，ｖｑ１の値が増加したときには、信号ｖｄ１の値が制限され、モータ９０の磁気飽和が回避される。
【００４８】
ｖｑリミッタ制御部５３は、フラグ設定部６０から出力される信号ｓｑがハイレベルのときには、信号ｖｑ１の値を制限して出力する。以下、ｖｑリミッタ制御部５３の動作について説明する。
【００４９】
図９は、信号ｖｑ１と信号ｖｄ１との関係を示す図である。図９に示されるように、ｖｑリミッタ制御部５３は、信号ｖｄ１の値がｃ２以上でｃ１以下のときには、信号ｖｑ１の値が信号ｖｄ１の値と比例するように、信号ｖｑ１の値を制御する。これにより、信号ｖｄ１の値の増加に比例して、信号ｖｑ１の値も増加する。そして、信号ｖｄ１の値の減少に比例して、信号ｖｑ１の値も減少する。
【００５０】
一方、ｖｑリミッタ制御部５３は、信号ｖｄ１の値がｃ１を上回るときには、信号ｖｄ１の値の大きさにかかわらず、信号ｖｑ１の値がｄ１となるように、信号ｖｑ１の値を制御する。これにより、信号ｖｄ１の値にかかわらず、信号ｖｑ１の値がｄ１と一定に維持される。また、信号ｖｄ１の値がｃ２を下回るときには、信号ｖｄ１の値の大きさにかかわらず、信号ｖｑ１の値がｄ２となるように、信号ｖｑ１の値を制御する。これにより、信号ｖｄ１の値にかかわらず、信号ｖｑ１の値がｄ２と一定に維持される。
【００５１】
上述のｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２の大きさは、モータ９０に磁気飽和が起きない程度の大きさに設定される。ここでは、ｃ１の値は、ｖｑ限界値記憶部５１に記憶された信号ｖｑ１の最大値と等価な値に設定される。また、ｃ２の値は、ｖｑ限界値記憶部５１に記憶された信号ｖｑ１の最小値と等価な値に設定される。そして、ｄ１，ｄ２の値は、信号ｖｑ１の値がｃ１，ｃ２になるときの信号ｖｄ１の値に設定される。このため、信号ｖｄ１，ｖｑ１の値が増加したときには、信号ｖｑ１の値が制限され、モータ９０の磁気飽和が回避される。
【００５２】
飽和時リミッタ制御部５５は、信号ｖｄ１に時間的なヒステリシスをもたせるための回路である。図１０は、飽和時リミッタ制御部５５のブロック図である。図１０に示されるように、飽和時リミッタ制御部５５は、比較部６１，６３、ローパスフィルタ６２、論理回路６４、スルーレート制限部６５、スイッチ６６、演算部６７を有している。
【００５３】
比較部６１は、角速度演算部２０によって算出される角速度ωの絶対値｜ω｜と予め記憶した閾値ｋωとを比較する。そして、絶対値｜ω｜の値が、閾値ｋωよりも大きい場合にハイレベルとなる信号を出力する。
【００５４】
一方比較部６３は、ローパスフィルタ６２を通過した信号ｖｑの絶対値｜ｖｑ１｜と、ｋｖｑ２とを比較する。そして、絶対値｜ｖｑ１｜の値が、閾値ｋｖｑ２よりも大きい場合にハイレベルとなる信号を出力する。
【００５５】
論理回路６４は、比較部６１，６３から出力される信号双方がハイレベルになったときに、ハイレベルになる信号を出力する。
【００５６】
スイッチ６６は、入力される信号ｖｄ１を、スルーレート制限部６５を経由して出力するか、或いはスルーレート制限部６５を経由することなく直接出力するかを選択するためのスイッチである。
【００５７】
このスイッチ６６は、図１０に示されるように、通常は入力される信号ｖｄ１が、スルーレート制限部６５を経由することなく、飽和時リミッタ制御部５５から出力される状態になっている。そして、論理回路６４から出力される信号がハイレベルとなったときには、入力される信号ｖｄ１が、スルーレート制限部６５を経由して出力される状態になる。
【００５８】
これにより、飽和時リミッタ制御部５５に入力された信号ｖｄ１は、角速度ωの絶対値｜ω｜が閾値ｋωを上回り、マグネット電圧を示す信号ｖｑ１の絶対値｜ｖｑ１｜が閾値ｋｖｑ２を上回ったときに、スルーレート制限部６５を経由して、飽和時リミッタ制御部５５から出力される。
【００５９】
スルーレート制限部６５は、信号ｖｄ１の現在値ｖｄ１（ｔ）と、所定時間前の信号ｖｄ１の値ｖｄ１（ｔ−１）にαを加えた値ｖｄ１（ｔ−１）＋αと、所定時間前の信号ｖｄ１の値ｖｄ１（ｔ−１）からαを減じた値ｖｄ１（ｔ−１）−αの３つの値を比較する。そして、当該３つの値のうちの中央値を算出する。ここで、αは、演算部６７によって算出された信号ｉｑの値ｉｑ（ｔ）の変化量ｄｉｑ（ｔ）／ｄｔである。そして、算出した中央値と等価な値の信号ｖｄ１を出力する。
【００６０】
スルーレート制限部６５が上述の動作をすることにより、角速度ωの絶対値｜ω｜が閾値ｋωを上回り、マグネット電圧を示す信号ｖｑ１の絶対値｜ｖｑ１｜が閾値ｋｖｑ２を上回ったときには、信号ｖｄ１の増加量が±αの範囲に制限される。
【００６１】
なお、スルーレート制限部６５によって実行される演算は、３つの値（ｘ，ｙ，ｚ）のうちの中央値を出力する関数ＭＥＤ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いると、ＭＥＤ（ｖｄ１（ｔ−１）＋α，ｖｄ１（ｔ），ｖｄ１（ｔ−１）−α）と表すことができる。
【００６２】
図１に戻り、加算回路１５は、制限部１４からの信号ｖｄ１の値と、非干渉制御部２３からの信号ｖｄ２の値とを加算する。そして、加算結果としての信号ｖｄ３を出力する。また、制限部１５からの信号ｖｑ１の値と、非干渉制御部２３からの信号ｖｑ２の値とを加算する。そして、加算結果としての信号ｖｑ３を出力する。
【００６３】
二相／三相変換部１６は、加算回路１５からの信号ｖｄ３，ｖｑ３によって示されるｄ軸電圧Ｖｄ３，ｑ軸電圧Ｖｑ３について、逆パーク変換を示す次式（１）に示される演算を行って、電圧ｖα，ｖβを算出する。なお、θの値としては、電気角検出ユニット９１によって検出された電気角θｒが用いられる。
【００６４】
【数１】
0005923947.tif 000002
【００６５】
次に、二相／三相変換部１６は、逆クラーク変換を示す次式（２）に示される演算を行って、三相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出する。
【数２】
0005923947.tif 000003
【００６６】
二相／三相変換部１６は、三相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出すると、三相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの値にそれぞれ応じた信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１を出力する。
【００６７】
変調回路１７は、二相／三相変換部１６からの信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１に包絡線中心シフト変調を施す。具体的には、変調回路１７は、信号ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１の値を互いに比較する。そして、最大値と最小値を除いて、信号ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１の値のうちの中間値を特定する。そして、この中間値の１／２の値を補正値とする。例えば、ｖｕ＞ｖｖ＞ｖｗの関係が成立しているとすると、ｖｖが中間値となり、補正値ｓｈは、ｖｖ／２となる。
【００６８】
変調回路１７は、補正値を算出すると、信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１の値から、補正値ｓｈを減じることによって、信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１の値を補正する。例えば、信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１の値がそれぞれｖｕ，ｖｖ，ｖｗである場合には、信号ｖｕ１の値はｖｕ−ｓｈに補正される。また、信号ｖｖ１の値はｖｖ−ｓｈに補正される。そして、信号ｖｗ１の値はｖｗ−ｓｈに補正される。
【００６９】
ＰＷＭ出力部１８は、変調回路１７で補正された信号ｖｕ１，ｖｖ１，ｖｗ１に基づいて、駆動部を構成するスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ駆動信号ｐｗｍｕ，ｐｗｍｖ，ｐｗｍｗを出力する。
【００７０】
駆動部１９は、ブリッジ接続された６つのスイッチング素子を有している。駆動部１９は、ＰＷＭ駆動信号ｐｗｍｕ、ｐｗｍｖ、ｐｗｍｗに従って、スイッチング素子を駆動して、モータ９０に三相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を印加する。これにより、モータ９０は、印可された電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の周期に応じた速度で回転する。
【００７１】
また、駆動部１９は、モータ９０に三相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を印可したときに、モータ９０の３つの巻線に流れる励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを計測する。そして、励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値に応じた信号ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを出力する。励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの計測は、例えばＣＴ（Current Transformer）を用いて行うことができる。また、励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのベクトル和は零であるため、励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちのいずれか２つを計測することとしてもよい。
【００７２】
角速度演算部２０は、電気角θｒの変化から回転子の角速度ωを算出する。角速度演算部２０は、算出した角速度ωを示す情報を出力する。
【００７３】
遅れ補償演算部２１は、モータ９０の回転の遅れを補償して、モータ９０の応答性を向上させるために設けられている。一般に、モータの回転の遅れの要因としては、ソフトウエアの演算処理に要する時間、モータ９０の各相の電流の励磁電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの計測に要する時間、モータ９０の応答の遅れ等がある。
【００７４】
本来、これらの要因を分離し、それぞれ補償量を求めることが理想であるが、その場合、演算量が増大し、処理負担が大きくなってしまう。遅れ補償演算部２１は、無駄時間と一次遅れ系による遅延時間の和を、遅れ時間として算出する。次に、この遅れ時間と、モータ９０の角速度ωとから遅れ角ｄを算出する。そして、遅れ補償演算部２１は、電気角検出ユニット９１によって検出された電気角θｒに遅れ角ｄを加算することによって、電気角θｒを補正する。そして、補正された電気角θｒを示す情報を出力する。
【００７５】
三相／二相変換部２２は、モータ９０の角相の励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗについて、クラーク変換とパーク変換を示す次式（３）に示される演算を行って、ｄ軸電流Ｉｄｒと、ｑ軸電流Ｉｑｒとを算出する。三相／二相変換部２２は、ｄ軸電流Ｉｄｒ，ｑ軸電流Ｉｑｒを算出すると、ｄ軸電流Ｉｄｒ，ｑ軸電流Ｉｑｒの値にそれぞれ応じた信号ｉｄｒ，ｉｑｒを出力する。
【００７６】
【数３】
0005923947.tif 000004
【００７７】
非干渉制御部２３は、角速度ωと、信号ｉｄｒ，ｉｑｒに示されるｄ軸電流Ｉｄｒ，ｑ軸電流Ｉｑｒについて、次式（４）に示される演算を行い、補正値Ｖｄ２，Ｖｑ２を算出する。非干渉制御部２３は、補正値Ｖｄ２，Ｖｑ２を算出すると、補正値Ｖｄ２，Ｖｑ２の値にそれぞれ応じた信号ｖｄ２，ｖｑ２を出力する。なお、Ｒａはモータ９０を構成する角相の巻線の抵抗値である。また、Ｌｄは、ｄ軸のリアクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のリアクタンスである。
【００７８】
【数４】
0005923947.tif 000005
【００７９】
上述のように構成された駆動ユニット１０では、例えば車両に搭載されたＥＣＵなどの制御装置２００から出力トルクＴｒを示す情報が出力されると、トルク／電流変換部１１によって、出力トルクＴｒに応じたｄ軸電流Ｉｄを示す信号ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑを示す信号ｉｑが生成される。
【００８０】
次に、現在のｄ軸電流を示す信号ｉｄｒと、目標とするｄ軸電流を示す信号ｉｄとの差を示す信号Δｉｄが生成される。この信号Δｉｄは、ｄ軸電流の目標増加量を示す。そして、現在のｑ軸電流を示す信号ｉｑｒと、目標とするｑ軸電流を示す信号ｉｑとの差を示す信号Δｉｑが生成される。この信号Δｉｑは、ｑ軸電流の目標増加量を示す。
【００８１】
次に、ＰＩ変換部１３によって、信号Δｉｄが、リラクタント電圧（ｄ軸電圧）の目標増加量を示す信号ｖｄ１に変換される。そして、信号Δｉｑが、マグネット電圧（ｑ軸電圧）の目標増加量を示す信号ｖｑ１に変換される。
【００８２】
本実施形態では、図６を参照するとわかるように、Ｉゲイン回路３３は、Ｐゲイン回路３１の出力の極性と、累算回路１４３からの出力の極性とが異なる場合に動作する選択回路１４１を備えている。これにより、ｄ軸電流の増加量の極性とｑ軸電流の増加量の極性とが異なる場合には、Ｋゲイン回路１４２によって、Ｉゲイン回路３３のゲインがＫ倍になる。このため、Ｋゲイン回路１４２のゲインを適当に設定することで、モータ９０の出力が、残っている積分量により遅れることがなくなる。
【００８３】
また、本実施形態に係るＰＩ変換部１３のＰゲイン回路３１の特性は、図５に示されるように、信号Δｉｄの絶対値がΔｉ１からΔｉ２までの間では、信号Δｉｄの絶対値が大きくなるに従って大きくなる。このため、モータ９０の出力が急峻に変化することがなくなる。
【００８４】
図１に示されるように、ＰＩ変換部１３から出力される信号ｖｄ１、及び信号ｖｄ２は、制限部１４に入力される。本実施形態では、上述したように、制限部１４によって、ｄ軸電圧Ｖｄ或いはｑ軸電圧Ｖｑの目標増加量が所定の値以上となったときには、ｖｄリミッタ制御部４３或いはｖｑリミッタ制御部５３によって、信号ｖｄ１、及び信号ｖｄ２の増加が制限される。これにより、信号ｖｄ１、及び信号ｖｄ２に示されるリラクタント電圧の増加量及びマグネット電圧の増加量が制限され、モータ９０の出力が急峻に変化することがなくなる。
【００８５】
また、制限部１４は、飽和時リミッタ制御部５５を有している。この飽和時リミッタ制御部５５は、上述したように、絶対値｜ω｜が閾値ｋωを上回り、マグネット電圧を示す信号ｖｑ１の絶対値｜ｖｑ１｜が閾値ｋｖｑ２を上回ったときに、信号ｖｄ１をスルーレート制限部６５へ入力する。これにより、信号ｖｄ１の値は、±αの範囲に制限され、結果的に信号ｖｄ１に応じたリラクタント電圧の目標増加量が所定の範囲内に収束する。このため、モータ９０の出力が急峻に変化することがなくなる。
【００８６】
以上説明したように本実施形態では、制御装置２００から出力トルクＴｒを示す情報が出力されたときに、モータ９０の出力が急峻に変化することがなくなる。したがって、モータ９０を安定的に制御することが可能となる。
【００８７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、本実施形態では、モータシステム１００がハードウェアによって構成されている場合について説明した。これに限らず、モータシステム１００は、通常のコンピュータシステムを含んで構成されていてもよい。
【００８８】
図１１は、コンピュータシステムによって実現された駆動ユニット１０を有するモータシステム１００Ａのブロック図である。図１１に示されるように、本実施形態に係るモータシステム１００Ａは、第１の実施形態に係るトルク／電流変換部１１、減算回路１２、ＰＩ変換部１３、制限部１４、加算回路１５、二相／三相変換部１６、変調回路１７、ＰＷＭ出力部１８、角速度演算部２０、遅れ補償演算部２１、三相／二相変換部２２、及び非干渉制御部２３の機能を実行する処理装置３０を備えている。
【００８９】
図１２は、処理装置３０のブロック図である。処理装置３０は、パーソナルコンピュータ或いはマイクロコンピュータである。この処理装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０ａ、主記憶部３０ｂ、補助記憶部３０ｃ、表示部３０ｄ、入力部３０ｅ、インタフェース部３０ｆ、及び上記各部を相互に接続するシステムバス３０ｇを有している。
【００９０】
ＣＰＵ３０ａは、補助記憶部３０ｃに記憶されているプログラムに従って、第１の実施形態に係る駆動ユニット１０を構成する各部が行う処理と同等の処理を実行する。
【００９１】
主記憶部３０ｂは、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成され、ＣＰＵ３０ａの作業領域として用いられる。
【００９２】
補助記憶部３０ｃは、ＲＯＭ（Read Only Memory）、磁気ディスク、半導体メモリ等の不揮発性メモリを含んで構成されている。この補助記憶部３０ｃは、ＣＰＵ３０ａが実行するプログラム、及び各種パラメータなどを記憶している。また、ＣＰＵ３０ａによる処理結果などを含む情報を順次記憶する。
【００９３】
表示部３０ｄは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を有し、ＣＰＵ３０ａの処理結果等を表示する。
【００９４】
入力部３０ｅは、タッチパネルや操作スイッチからなるインタフェースを有している。オペレータの指示は、この入力部３０ｅを介して入力され、システムバス３０ｇを経由してＣＰＵ３０ａに通知される。
【００９５】
インタフェース部３０ｆは、制御装置２００、駆動部１９、及び電気角検出ユニット１９との通信インタフェースを備えている。制御装置２００、駆動部１９、及び電気角検出ユニット９１は、インタフェース部３０ｆを介してシステムバス３０ｇに接続される。
【００９６】
上述のように構成された処理装置３０は、上記実施形態に係るトルク／電流変換部１１、ＰＩ変換部１３、制限部１４等と同等の処理を実行する。
【００９７】
なお、補助記憶部３０ｃに記憶されているプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することとしてもよい。
【００９８】
また、プログラムは、全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報を通信ネットワークを介して送受信しながら、上述の処理を実行することとしてもよい。
【００９９】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のモータ制御装置、制御方法及びプログラムは、モータの制御に適している。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  駆動ユニット
１１  トルク／電流変換部
１２  減算回路
１３  ＰＩ変換部
１３ａ  比例積分回路
１３ｂ  比例積分回路
１３ｃ  電流電圧変換部
１４  制限部
１５  加算回路
１６  二相／三相変換部
１７  変調回路
１８  ＰＷＭ出力部
１９  駆動部
２０  角速度演算部
２１  遅れ補償演算部
２２  三相／二相変換部
２３  非干渉制御部
３０  処理装置
３０ａ  ＣＰＵ
３０ｂ  主記憶部
３０ｃ  補助記憶部
３０ｄ  表示部
３０ｅ  入力部
３０ｆ  インタフェース部
３０ｇ  システムバス
３１  Ｐゲイン回路
３２  積分不感帯回路
３３  Ｉゲイン回路
３４  加算器
４１  ｖｄ限界値記憶部
４２，５２  比較部
４３  ｖｄリミッタ制御部
４４，５４  論理回路
５１  ｖｑ限界値記憶部
５３  ｖｑリミッタ制御部
５５  飽和時リミッタ制御部
６０  フラグ設定部
６１，６３  比較部
６２  ローパスフィルタ
６４  論理回路
６５  スルーレート制限部
６６  スイッチ
６７  演算部
９０  モータ
９１  電気角検出ユニット
１００，１００Ａ  モータシステム
１４１  選択回路
１４２  Ｋゲイン回路
１４３  累算回路
１４４  Ｉｎゲイン回路
１４５  リミッタ回路
２００  制御装置
【図１】
0005923947.tif 000006
【図２】
0005923947.tif 000007
【図３】
0005923947.tif 000008
【図４】
0005923947.tif 000009
【図５】
0005923947.tif 000010
【図６】
0005923947.tif 000011
【図７】
0005923947.tif 000012
【図８】
0005923947.tif 000013
【図９】
0005923947.tif 000014
【図１０】
0005923947.tif 000015
【図１１】
0005923947.tif 000016
【図１２】
0005923947.tif 000017