(57)【要約】【課題】強制駆動制御からフィードバック制御への切り替え直後のモータの回転速度の低下を抑制することができ、ロータの位置検出が不能となるリスクを軽減することができるモータ制御装置を提供することである。【解決手段】強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後にフィードバック制御による電流指令を求めるに際して、積分パスにおける積分値の初期値を０より大きな所定値として、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後に、ＰＷＭ駆動手段へ与える電流指令の低下を抑制してデューティ比の落ち込みを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの巻線に生じる誘起電力によって当該モータのロータ位置を検出しモータの回転速度を得る速度検知手段と上記モータをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動手段とを備え、当該モータを強制駆動して起動する強制駆動制御を行い、当該モータの回転速度が所定の回転速度に達したのちに当該強制駆動制御から上記回転速度をフィードバックして当該モータを制御するフィードバック制御へ移行するモータ制御装置であって、上記回転速度をフィードバックするループに積分パスを備え、上記強制駆動制御から上記フィードバック制御へ移行する際の上記積分パスにおける積分値の初期値を０より大きな所定値に設定したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
上記所定値は、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わる際に想定されるモータの回転速度、モータとモータに連結されるロータ周りの等価慣性、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わる直前の電流指令および積分ゲインに基づいて求めることを特徴とする請求項１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】
整流子を持たない同期モータなどのブラシレスモータを駆動するには、モータのロータの位置を検出するセンサを設けることが一般的に行われる。しかしながら、モータを一定回転させる程度の制御で足りる場合、高価なセンサを用いるのは不経済であるなどの理由によって、モータの三相の巻線のうち通電休止区間における巻線の誘起電圧を検出することでロータの位置を検出することが行われる。
【０００３】
このようにロータの位置を検出すれば、モータの回転速度を把握することができるため、このようにして得たモータの回転速度をフィードバックしてモータの回転数を一定に制御することが可能である。
【０００４】
しかしながら、ロータの位置の検出は、巻線に生じる誘起電圧を検出することで行うため、ロータが静止している状態では位置検出が不能であるとともに、モータの回転数が所定の回転数になるまでは正確に位置を検出することができない。
【０００５】
そこで、このようなモータには、三相の巻線のうち二相の巻線に通電して回転磁界を発生させ、ロータを回転磁界に同期させる回転駆動するようにし、徐々にモータの回転速度を高くする強制駆動制御を行ってモータを起動させる必要がある。そして、モータの回転速度が所望する回転速度に達してロータの位置を正確に把握できるようになると、モータの回転速度をフィードバックして制御するフィードバック制御へ移行することが行われる（たとえば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５４２９５号公報
【特許文献１】特開２０１３−１３２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようにフィードバック制御に移行した後は、回転速度をフィードバックする制御が行われるのであるが、フィードバック制御では、比例積分制御が行われ、ロータ位置から求めたモータの回転速度と回転速度指令値の偏差を求め、この偏差に比例ゲインを乗じた値と前回制御時の偏差に今回制御時の偏差を加算して積分ゲインを乗じた値とを加算して電流指令値を求めるようになっている。
【０００８】
このようにして求められた電流指令値は、ＰＷＭ駆動を行うドライバへ入力されて処理され、モータの巻線へ電流指令値通りの電流が供給されることになるのであるが、強制駆動制御がモータの回転速度が回転速度指令値に一致するかほぼ同じとなる状態まで行われ、その後に、フィードバック制御へ切り替わる。したがって、強制駆動制御からフィードバック制御への切り替わった直後は、モータの回転速度と回転速度指令値の偏差が非常に小さく、電流指令値も非常に小さな値になることから、デューティ比が落ち込み、モータの回転速度が大幅に低下する問題が生じる。また、モータの回転速度が大幅に低下すると、ロータの位置検出ができなくなってしまう可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、強制駆動制御からフィードバック制御への切り替え直後のモータの回転速度の低下を抑制することができ、ロータの位置検出が不能となるリスクを軽減することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、モータの巻線に生じる誘起電力によって当該モータのロータ位置を検出しモータの回転速度を得る速度検知手段と上記モータをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動手段とを備え、当該モータを強制駆動して起動する強制駆動制御を行い、当該モータの回転速度が所定の回転速度に達したのちに当該強制駆動制御から上記回転速度をフィードバックして当該モータを制御するフィードバック制御へ移行するモータ制御装置において、上記回転速度をフィードバックするループに積分パスを備え、上記強制駆動制御から上記フィードバック制御へ移行する際の上記積分パスにおける積分値の初期値を０より大きな所定値に設定したことを特徴とする。
【００１１】
本発明のモータ制御装置によれば、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後にフィードバック制御による電流指令を求めるに際して、積分パスにおける積分値の初期値を０ではなく０より大きな所定値としたので、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後に、ＰＷＭ駆動手段へ与える電流指令の低下を抑制してデューティ比の落ち込みを抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明のモータ制御装置によれば、強制駆動制御からフィードバック制御への切り替え直後のモータの回転速度の低下を抑制することができ、ロータの位置検出が不能となるリスクを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図２】モータの巻線に１２０度通電制御で通電した際の各巻線の電圧変化を説明する図である。
【図３】フィードバック制御におけるフィードバックループを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。一実施の形態におけるにモータ制御装置１は、図１に示すように、モータＭの巻線に生じる誘起電力によって当該モータＭのロータ位置を検出する位置検出部３と位置検出部３で検出したロータ位置の情報からモータＭの回転速度を求める速度推定部４とでなる速度検知手段２と、インバータ回路６および電流指令の入力によってインバータ回路６を駆動するドライバ７とを備えて上記モータＭをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動手段５と、モータを強制駆動して起動すべくドライバ７へ与える強制駆動用電流指令を生成する強制駆動制御部８と、速度検知手段２で推定したモータＭの回転速度と上位のコントローラから出力される回転速度指令を受けてドライバ７へ与える電流指令を生成するフィードバック制御部９と、強制駆動制御部８で生成した強制駆動用電流指令とフィードバック制御部９で生成する電流指令のうち一方をドライバ７へ入力する制御切替部１０とを備えて構成されている。
【００１５】
以下、各部について詳細に説明する。モータＭは、詳しくは図示しないが、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相の巻線と、磁石が装着されるロータとを備えている。インバータ回路６は、モータＭのＵ，Ｖ，Ｗの三相の巻線に対応するよう三つのアームＡ１，Ａ２，Ａ３のそれぞれに二つずつスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を備えており、電源Ｅからの電力供給を受けるとともにドライバ７によるゲートへの印加の有無によってスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が開閉制御されるようになっている。ドライバ７は、入力される電流指令に応じて、巻線へ通電する電流量を電流指令通りに制御すべくデューティ比を決定するとともに、モータＭの巻線のうち二つの巻線を順に選択し、選択した巻線に電流を流すべく、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を開閉制御することができるようになっている。より詳細には、ドライバ７は、巻線に流れる電流を検知して、当該電流をフィードバックして、巻線に流れる電流を制御するようになっている。この実施の形態では、具体的には、各巻線には、図２に示すように、ロータの電気角にして１２０度の通電区間と６０度の通電休止区間が設定され、各巻線の通電区間を６０度ずつずらした１２０度通電制御を採用している。なお、通電されない通電休止区間にある巻線にあっても電圧が変化するのは、ロータの回転によって、通電されない巻線をロータ側の磁石の磁束が横切るので当該巻線に誘起電圧が生じるためである。
【００１６】
位置検出部３は、モータＭの三相各相の巻線の電圧を検出しており、ドライバ７によって選択されずに通電が休止される巻線の誘起電圧が基準電圧であるか否かを監視しており、誘起電圧が基準電圧になることを持ってロータの位置を検出するようになっている。上記したように通電休止区間にある巻線には、ロータの回転によって誘起電圧が生じ、図２に示すがごとく、ロータの位置に応じて当該巻線の当該誘起電圧は変化する。つまり、誘起電圧が基準電圧に一致する時点のロータの位置は決まった位置となることから、位置検出部３でモータＭの通電休止区間にある巻線の誘起電圧を監視し、誘起電圧と基準電圧を比較することでロータの位置を検出することができる。
【００１７】
速度推定部４は、上記のように位置検出部３が前回にロータの位置を検出してから次回にロータの位置を検出するまでに要した時間と、前回のロータ位置と今回のロータ位置との角度とからモータＭの回転速度を推定する。なお、回転速度は電気角速度、機械角速度などとして把握するようにしてもよく、フィードバック制御部９に入力される回転速度指令に対応させて、上記のいずれかを採用すればよい。
【００１８】
強制駆動制御部８は、モータＭをセンサレスで強制駆動しモータＭを起動させる強制駆動制御を行う。具体的には、モータＭの各巻線に上記した１２０度通電制御によって通電することによって回転磁界を作り、モータＭを強制的に回転駆動し、回転磁界の回転速度にモータＭの回転速度を同期させつつ、モータＭの回転数を徐々に高くする。したがって、強制駆動制御部８は、ある程度の時間をかけて電流指令を徐々に高くして、制御切替部１０を介してドライバ７へ当該電流指令を出力する。
【００１９】
制御切替部１０は、速度推定部４で推定したモータＭの回転速度を監視しており、速度推定部４で推定したモータＭの回転速度が所定回転速度に達しているか否かを判定し、モータＭの回転速度が所定回転速度に達したと判断すると、強制駆動制御部８が出力する電流指令をドライバ７へ入力する状態からフィードバック制御部９からの電流指令をドライバ７へ入力させる状態に切り替わる。制御切替部１０は、モータＭの起動時には、必ず強制駆動制御部８を選択して強制駆動制御部８からの電流指令のみをドライバ７へ入力させるようになっている。したがって、モータＭの起動時には、強制駆動制御部８の制御が優先されて、モータＭが起動されることになる。なお、この実施の形態では、上記した所定回転速度は、フィードバック制御部９にコントローラから出力される回転速度指令に一致させてあり、モータＭの回転速度の変動が極力少なくなるように配慮されている。モータＭを或る一定速度で回転駆動させることを考えた場合、上記位置検出部３における基準電圧を、当該或る一定速度で回転しているモータＭのロータ位置を正確に検出できるようにチューニングすることから、所定回転速度をコントローラから出力される回転速度指令に一致させることで、当該所定回転速度の近傍にてモータＭが回転する際のロータ位置の検出を精度よく行うことができ、後述するフィードバック制御部９によって良好な制御結果を得ることができる。
【００２０】
つづいて、フィードバック制御部９は、図３に示すように、モータＭの回転速度をフィードバックするループに積分パス１３を備えている。具体的には、フィードバック制御部９は、上位のコントローラから出力される回転速度指令と、速度推定部４からフィードバックされるモータＭの回転速度との偏差を求める偏差演算部１１と、偏差演算部１１で求めた偏差に比例ゲインＫｐを乗じる比例ゲイン乗算部１２ａを備えて比例制御値を求める比例パス１２と、偏差演算部１１で求めた偏差を積分する積分部１４と積分部１４で求めた積分値に積分ゲインＫｉを乗じる積分ゲイン乗算部１５とを備えて積分制御値を求める積分パス１３と、比例パス１２が出力する比例制御値と積分パス１３が出力する積分制御値を加算してドライバ７へ出力する電流指令を求める電流指令演算部１６とを備えている。
【００２１】
積分部１４は、具体的には、今回制御に使用する積分値をｆｎ、前回制御に使用した積分値をｆｎ−１、入力される偏差をεとすると、式ｆｎ＝ｆｎ−１＋εを演算することによって今回制御に使用する積分値ｆｎを求める。ここで、強制駆動制御部８による強制駆動制御からフィードバック制御部９によるフィードバック制御へ切り替わり、フィードバック制御部９が制御切り替わり後の第１回目に電流指令を求める場合、式ｆ１＝ｆ０＋εを演算することになる。ｆ０は、積分値の初期値であり、本発明では、この積分値の初期値ｆ０を０より大きな所定値βに設定している。
【００２２】
上記したように、制御切替部１０の判断基準であるモータＭの所定回転速度が回転速度指令に一致させてあって、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後のモータＭの回転速度がフィードバック制御部９へ入力される回転速度指令と差が小さい状態となる。強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後では、比例パス１２が出力する比例制御値は小さな値となる。しかしながら、積分パス１３では、積分値の初期値ｆ０が０より大きな所定値βであるため、偏差ε≒０であっても、積分制御値は、Ｋｉ・βに近い値として出力される。所定値βは、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後に、０より大きな値であれば、モータＭの回転速度の落ち込みを抑制することができるが、フィードバック制御部９が出力する電流指令がモータＭをコントローラから出力される回転速度指令に一致する回転速度で回転させることができるような値に設定されることが好ましい。つまり、強制駆動制御中のデューティ比に対するフィードバック制御へ切り替わった直後のデューティ比の落ち込みが少なくなるような値に所定値βを設定するとよい。所定値βは、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わる際に想定されるモータＭの回転速度、モータＭとモータＭに連結されるロータ周りの等価慣性、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わる直前の電流指令、積分ゲインＫｉに基づいて理論的、実験的に求めることができる。
【００２３】
本発明のモータ制御装置１によれば、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後にフィードバック制御による電流指令を求めるに際して、積分パス１３における積分値の初期値ｆ０を０ではなく０より大きな所定値βとしたので、強制駆動制御からフィードバック制御へ切り替わった直後に、ＰＷＭ駆動手段５へ与える電流指令の低下を抑制してデューティ比の落ち込みを抑制することで、モータＭの回転速度の急減を抑制することができる。また、本発明のモータ制御装置１によれば、モータＭの回転速度が大幅低下を抑制できるから、ロータの位置検出が不能となるリスクを軽減することができる。
【００２４】
なお、本発明のモータ制御装置１における速度推定部４、ドライバ７、強制駆動制御部８、フィードバック制御部９および制御切替部１０は、ＣＰＵがモータ制御装置１を実現するプログラムを処理することによって構成することができ、また、上記各部の詳細は適宜設計変更することができる。また、ＰＷＭ駆動手段５についても、上記構成は一例であって、適宜設計変更できることは当然である。
【００２５】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、モータの制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  モータ制御装置
２  速度検知手段
５  ＰＷＭ駆動手段
１３  積分パス
ｆ０  積分値の初期値
Ｍ  モータ
β  所定値
【図１】
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【図２】
2015002566.tif 000004
【図３】
2015002566.tif 000005