(57)【要約】【課題】高負荷時には高いトルク軸電流を維持して確実に起動でき、軽負荷時にはトルク軸電流を抑制して所望の時間内に同期運転モードから位置検出運転モードへと切り替えることができるモータ制御装置を提供する【解決手段】モータＭから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置１００であって、時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力する疑似速度出力部３と、前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部３から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する速度制御部２４と、を備えた。【選択図】図１
2015104291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度又は推定位相がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置であって、
時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力する疑似速度出力部と、
前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する速度制御部と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記疑似速度関数が、時間経過とともに傾きが大きくなる下向きに凸の関数である請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記疑似速度関数が、要求トルクと要求応答時間に基づいて設定される請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記疑似速度関数が、当該疑似速度関数から算出される疑似速度の上限値を同期運転モードにおける要求トルクと要求応答時間に基づいて設定される請求項１乃至３いずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定位相と、前記疑似速度出力部から出力される疑似速度の積分により算出される疑似位相の偏差の絶対値が予め定められた閾値よりも小さい状態が所定時間継続した場合に、前記同期運転モードから前記位置検出運転モードへと切り換える切替え部と、をさらに備え、
前記速度制御部が、前記位置検出運転モードでは指令速度と前記速度推定器から出力される推定速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成するように構成されている請求項１乃至４いずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度又は推定位相がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御方法であって、
時間の関数である疑似速度関数に基づいて疑似速度を算出する疑似速度算出ステップと、
前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する同期運転速度制御ステップと、を備えたことを特徴とするモータ制御方法。
【請求項７】
モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度又は推定位相がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置に用いられるモータ制御用プログラムであって、
時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力する疑似速度出力部と、
前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する速度制御部としての機能をコンピュータに発揮させるように構成されたモータ制御装置用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス制御によりモータを制御するものであり、推定速度がフィードバックされない同期運転モードから推定速度がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば洗濯機等では、製造コストの低減や内部スペースの確保を目的として、モータの角速度や位相を測定するためのセンサを使わない位置センサレスによるモータ制御が行われており、様々な制御手法が提案されている。このような位置センサレス制御では、モータが所定値以上の角速度で回転している場合には、例えばモータへの指令電圧やモータに流れている電流に基づいてモータの角速度を推定し、推定された値をフィードバックするクローズドループによる位置検出運転モードでの制御が行われる。一方、モータが停止している状態から起動する場合には角速度及び位相の推定精度が低いため、推定された角速度及び位相のフィードバックを行わないオープンループによる同期運転モードでの制御が行われる。
【０００３】
そして、特許文献１に示されるようにモータを起動させる場合には、まず同期運転モードによるモータ制御を行い、十分な精度で角速度や位相を推定できるようになったかどうかを判定し、条件が満たされた場合に位置検出運転モードへと切り換える制御方法が提案されている。
【０００４】
より具体的には、特許文献１に記載のモータ制御装置１００Ａでは、図１０に示すように同期運転モードになると速度フィードバックループが開放され、代わりに同期運転時トルク軸指令入力部３Ａが電流フィードバックループに対してインバータ周波数を一定勾配で上昇させるように指令を入力する。言い換えると、前記モータ制御装置１００Ａの同期運転モードでは、実際のモータの角速度が一定勾配で上昇していると仮定してモータ制御を行うように構成されている。
【０００５】
しかしながら、このような起動時の制御手法ではモータに高負荷が掛かっている場合にトルク軸電流を大きな値に維持することができず、徐々にトルク軸電流が減少して起動失敗に至る可能性がある。
【０００６】
また、モータへの負荷が軽い場合には、トルク軸電流を下げた方が角速度の推定値が正しい値に短時間で収束しやすいことが分かっているが、前記制御手法では軽負荷時にトルク軸電流が減少するのに時間がかかってしまい、起動電流が過多となったり、応答性能が低下したりする原因となっている。
【０００７】
加えて、前記制御手法では同期運転モードでは、速度制御器を用いずに電流制御ループのみで制御されているので、速度制御器が用いられる位置検出運転モードへの切替えには制御的な不連続点が存在することになり、脱調する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２１９６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、高負荷時には高いトルク軸電流を維持して確実に起動でき、軽負荷時にはトルク軸電流を抑制して所望の時間内に同期運転モードから位置検出運転モードへと切り替えることができるモータ制御装置、モータ制御方法、及び、モータ制御装置用プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明のモータ制御装置は、モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度又は推定位相がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置であって、時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力する疑似速度出力部と、前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する速度制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、前記疑似速度出力部が前記疑似速度関数によってモータの角速度が一定の勾配で上昇するような単純な状態を仮定したものではなく、より複雑な速度変化を仮定した疑似速度を出力することができる。したがって、前記速度制御部は、このような疑似速度と指令速度の速度偏差から高負荷時と低負荷時の双方に適した複雑な変化を示すトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する事が可能となる。
【００１２】
より具体的には、前記疑似速度出力部が、前記疑似速度関数によって時間経過に伴って速度勾配が大きくなるような指数関数的な変化をする疑似速度を出力させることができる。この場合、起動直後からのある一定期間では指令速度よりも疑似速度のほうが非常に小さく、速度偏差は正の値で十分に大きな状態となっているので、前記速度制御部はトルク指令又はトルク軸電流指令を十分に大きな値で出力する。したがって、起動直後からのある一定期間ではトルク軸電流が高い状態で維持されるので、高負荷時でも確実に起動できる。
【００１３】
一方、起動してからしばらく時間が経過すると、時間経過とともに指令速度に対して疑似速度が指数関数的に大きくなって、速度偏差は指数関数的に負の値で絶対値が大きくなるので、前記速度制御部は、トルク指令又はトルク軸電流指令の値を時間経過にともなって急速に小さな値を出力するようになる。したがって、軽負荷時にトルク軸電流を抑制して推定速度が十分な精度で推定できたものになるまでの時間を短縮し、早期に同期運転モードから位置検出運転モードへと切り替えることができるようになる。
【００１４】
加えて、本発明では同期運転モードでも前記速度制御部が速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を出力し、速度制御ループが閉じられた状態になるので同期運転モードから位置検出運転モードへ切り替えられる際の制御的な不連続点をなくし、脱調しにくくすることができる。
【００１５】
高負荷時にはトルク軸電流を高い値で維持しつづけることができ、軽負荷時には速やかにトルク軸電流の値が小さくなって同期運転モードから位置検出運転モードへと移行できるようにするのに適した疑似速度関数としては、記疑似速度関数が、時間経過とともに傾きが大きくなる下向きに凸の関数であるものが挙げられる。
【００１６】
単位時間当たりの速度勾配の上昇率をモータの起動に適した値とするには、前記疑似速度関数が、要求トルクと要求応答時間に基づいて設定されるものであればよい。
【００１７】
起動時にトルク軸電流が過大な値とならずに、スムーズに起動に成功できるようにするには、前記疑似速度関数が、当該疑似速度関数から算出される疑似速度の上限値を同期運転モードにおける要求トルクと要求応答時間に基づいて設定されるものであればよい。
【００１８】
同期運転モードから位置検出運転モードへと脱調することなく、スムーズに切り替えが行われるようにするには、モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定位相と、前記疑似速度出力部から出力される疑似速度の積分により算出される疑似位相の偏差の絶対値が予め定められた閾値よりも小さい状態が所定時間継続した場合に、前記同期運転モードから前記位置検出運転モードへと切り換える切替え部と、をさらに備え、前記速度制御部が、前記位置検出運転モードでは指令速度と前記速度推定器から出力される推定速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成するように構成されていればよい。
【００１９】
軽負荷時及び高負荷時の両方において適切なトルク軸電流を実現し、短時間で確実なモータの起動を実現できるようにするには、モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度又は推定位相がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御方法であって、時間の関数である疑似速度関数に基づいて疑似速度を算出する疑似速度算出ステップと、前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する同期運転速度制御ステップと、を備えたことを特徴とするモータ制御方法を用いればよい。
【００２０】
例えば従来のモータ制御装置のプログラムを書き換えることにより、軽負荷時及び高負荷時の両方においてモータの起動に適したトルク軸電流を実現できるようにするには、モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度又は推定位相がフィードバックされない同期運転モードから前記推定速度がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置に用いられるモータ制御用プログラムであって、時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力する疑似速度出力部と、前記同期運転モードでは指令速度と前記疑似速度出力部から出力される前記疑似速度から算出される速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する速度制御部としての機能をコンピュータに発揮させるように構成されたモータ制御装置用プログラムを用いればよい。なお、前記モータ制御装置用プログラムは、電子的に配信されるものであってもよいし、例えばＣＤ、ＤＶD、フラッシュメモリ等の記録媒体に記録された状態で配布されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明のモータ制御装置によれば、同期運転モードにおいて前記疑似速度出力部が、疑似速度関数に基づいて疑似速度を出力し、前記速度制御部が指令速度と疑似速度の速度偏差からトルク指令又はトルク時電流指令を生成するように構成されているので、高負荷時にはトルク軸電流を高い状態に維持して確実に起動できるようにし、軽負荷時には速やかにトルク軸電流を小さくして早期に同期運転モードから位置検出運転モードへと切り替えられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式的ブロック線図。
【図２】同実施形態における指令速度、疑似速度、速度偏差、トルク軸電流指令の時間変化を示す模式的グラフ。
【図３】同実施形態における運転モードの切替え条件の判定について示す模式的グラフ。
【図４】同実施形態における推定速度と疑似速度の関係を示す模式的グラフ。
【図５】ある設計例におけるトルク指令の時間変化を示す模式的グラフ。
【図６】同設計例における疑似位相、Ｕ相電流、δ軸電流の時間変化を示す模式的グラフ。
【図７】同実施形態における高負荷時及び軽負荷時における判定条件成立領域のイメージを示す模式的グラフ。
【図８】同実施形態と従来例の起動電流を比較する模式的グラフ。
【図９】同実施形態と従来例のモータコイル温度を比較する模式的グラフ。
【図１０】従来のモータ制御装置の構成を示す模式的ブロック線図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本実施形態のモータ制御装置１００は、例えば洗濯機のドラムを回転させるモータＭの角速度を所望の角速度となるように制御するものである。ドラム内の洗濯物の量によってモータＭにかかる負荷は変化するが、本実施形態のモータ制御装置１００は高負荷時、低負荷時のいずれであっても短時間で確実な起動ができるよう構成してある。
【００２５】
より具体的には、前記モータＭにはエンコーダ等の位相又は角速度を検出するためのセンサが設けられておらず、前記モータ制御装置１００は、前記モータＭから取得可能な電圧,電流等の情報から現在の位相や角速度を推定して制御に用いるように構成してある。そして、前記モータ制御装置１００は、起動時には最初に推定された位相及び角速度を用いずにモータＭの制御が行われる同期運転モードから所定の条件が満たされた場合に、推定された位相及び角速度をフィードバックしてモータＭの制御が行われる位置検出運転モードへと切り替えられるようにしてある。なお、同期運転モードでは指令速度は所定の値で一定値のものであるが、位置検出運転（センサレス運転）モードでは、時間経過とともに速度が変化する別の指令速度が入力されることになる。
【００２６】
すなわち、図１のブロック線図に示すように前記モータ制御装置１００は、電流制御ループ部１、速度制御ループ部２、疑似速度出力部３、切替え部４とを有するものであって、同期運転モードと位置検出運転モードとでその構成が切り換えられるように構成してある。なお、図１に示される各部は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータによりその機能が実現されるものである。すなわち、前記メモリに格納されているモータ制御装置用プログラムが実行され、コンピュータの各部が協業することにより前記モータ制御装置１００としての機能が発揮されるようにしてある。
【００２７】
各部について説明する。
前記電流制御ループ部１は、前記速度制御ループ部２から入力されるトルク指令又はトルク軸電流指令に基づいて前記モータＭに電流を印加するものである。すなわち、前記電流制御ループ部１は、ベクトル制御により前記モータＭの各相に流される電流を制御するものであり、前記モータＭの三相の電機子電流を取得し、電流のフィードバックループを形成するように構成してある。本時実施形態の電流制御ループ部１は、同期運転モード、位置検出運転モードのいずれのモードであってもその構成は変化しない。
【００２８】
前記速度制御ループ部２は、同期運転モードでは指令速度と疑似速度の速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成し、位置検出運転モードでは速度指令と推定速度との速度偏差に基づいてトルク指令又はトルク軸電流指令を生成するように構成してある。より具体的には、前記速度制御ループ部２は、位相／速度推定器２１と、使用位相切替え器２２と、使用速度切替え器２３と、速度制御部２４と、を備えている。
【００２９】
前記位相／速度推定器２１は、前記電流制御ループ部１から取得される電圧指令値と、電流応答値からモータＭの数学モデルに基づいて、モータＭの位相及び速度を推定算出するものである。この位相／速度推定器２１では、同期運転モード及び位置検出運転モードのいずれの運転モードであっても推定位相及び推定速度の算出は継続しており、前記モータＭの制御のために推定位相及び推定速度が使用されるのは位置検出運転モードの場合だけである。
【００３０】
前記使用位相切替え器２２は、前記電流制御ループ部１において使用されるモータＭの位相を運転モードに応じて切り替えるものである。より具体的には前記使用位相切替え器２２は、同期運転モードでは後述する疑似速度出力部３から出力される疑似速度を積分演算して求められる疑似位相が前記電流制御ループ部１で使用され、位置検出運転モードでは前記位相／速度推定器２１で算出される推定位相が前記電流制御ループ部１で使用されるように切り替えが行われる。
【００３１】
前記使用速度切替え器２３は、前記速度制御部２４で使用される速度を運転モードに応じて切り替えるものである。より具体的には前記使用速度切替え器２３は、同期運転モードでは後述する疑似速度出力部３から出力される疑似速度が前記速度制御部２４で使用され、位置検出運転モードでは前記位相／速度推定器２１で算出される推定速度が前記速度制御部２４で使用されるように切り替えが行われる。
【００３２】
前記速度制御部２４は、指令速度と前記使用速度切替え器２３から入力される推定速度又は疑似速度のいずれかとの速度偏差に基づいて、所定の速度フィードバック演算を行う速度制御器２４１と、前記速度制御器２４１から出力される速度制御量に基づいて、前記電流制御ループ部１に入力するべきトルク指令又はトルク軸電流指令を生成する電流指令生成器２４２とから構成してある。図１から明らかなように、この速度制御部２４は同期運転モード及び位置検出運転モードのいずれでも速度偏差からトルク指令又はトルク軸電流指令を出力するように構成してある。言い換えると運転モードによらず、前記速度制御部２４は常に制御のための出力を継続するように構成してある。
【００３３】
前記切替え部４は、前記使用位相切替え器２２及び前記使用速度切替え器２３の切替えタイミングを制御するものであって、所定の切替え条件が成立した場合に同期運転モードから位置検出運転モードへの切替えを行うものである。より具体的には、前記切替え部４は推定位相と疑似位相との偏差の絶対値が所定の閾値内にある状態が所定時間継続した場合に同期運転モードから位置検出運転モードへと切り替えるために、前記各切替え器２２、２３の切替えを実行するよう構成してある。
【００３４】
前記疑似速度出力部３は、時間の関数である疑似速度関数に基づいて算出される疑似速度を出力するものであり、疑似速度関数を生成する速度関数生成器３１と、前記速度関数生成器３１から出力される疑似速度が上限速度を超えていない場合は疑似速度をそのまま出力し、超えている場合にはその上限速度を出力するフィルタ部３２とから構成してある。この疑似速度出力部３から出力される疑似速度は同期運転モードにおいてモータＭを制御するために使用される速度であり、位置検出運転モードでは制御には使用されないものである。
【００３５】
以下では、前記速度制御部２４及び前記疑似速度出力部３の詳細について説明する。
【００３６】
前記疑似速度出力部３で使用される疑似速度関数は、時間経過とともに傾きが大きくなる下向きに凸の関数であって、具体的には時間をパラメータとするＮ次の増加関数として式１及び２のように定義してある。
【００３７】
【数１】
2015104291.tif 000003
【００３８】
【数２】
2015104291.tif 000004
ここで、ωdummy:疑似速度（疑似速度関数）、ωlimit:疑似速度の上限値、A0:初期速度、A1:速度係数、N:疑似速度勾配ゲインであり、２以上の数である。
なお、速度係数A1については、第１要求時間T１において必要とされる角速度ωdummy(T1)により式３のように決定することができる。
【００３９】
【数３】
2015104291.tif 000005
【００４０】
そして、前記速度制御部２４をＰＩ制御器として構成した場合には、以下の式４及び５のように表すことができる。
【００４１】
【数４】
2015104291.tif 000006
【００４２】
【数５】
2015104291.tif 000007
ここで、ωerr:速度偏差、ωref:指令速度、Kp:速度制御器比例ゲイン、Ki:速度制御器積分ゲイン、τ*:トルク指令である。
【００４３】
これらの式１乃至５に基づいて、同期運転モードにおいて速度制御部２４に入力される指令速度は式６のように表すことができる。
【００４４】
【数６】
2015104291.tif 000008
なお、本実施形態では同期運転モードにおける指令速度は時間経過に関係なく一定値を取るように設定している。
【００４５】
さらに、疑似速度が上限値に到達する時間であり、設計変数となる第２要求時間Ｔ２については式７のように表すことができる。
【００４６】
【数７】
2015104291.tif 000009
【００４７】
次にこのように構成されたモータ制御装置１００の動作について図２乃至６を参照しながら説明する。
【００４８】
モータＭの起動初期であり、同期運転モード中は前記速度制御部２４には一定値の指令速度と、前記疑似速度出力部３から出力される疑似速度との速度偏差が入力され、この速度偏差に基づいて前記速度制御部２４は前記電流制御ループ部１へ入力されるトルク軸電流指令を出力する。ここで、指令速度、疑似速度、速度偏差のそれぞれの時間変化は図２に示されるようになる。なお、疑似速度が最終的に一定値になっているのは、疑似速度の上限値ωlimitが設定してあるためである。図２（ａ）から分かるように指令速度は一定値であり、かつ、疑似速度は指数関数的に上昇するので起動後からしばらくの間は、速度偏差の大きさ正の値でそれほど変化しない。その後急激に速度偏差がゼロに近づいて負の値となった後は一定値で保たれる。
【００４９】
このような速度偏差が前記速度制御部２４に入力されるので、図２（ｂ）に示すようにトルク軸電流指令は変化する。より具体的には、起動開始から数秒間は指令速度が疑似速度よりも大きいため、トルク軸電流指令は増加するとともに最大値の近傍の値で電流値を所定時間維持される。また所定時間経過後は、指数関数的に速度偏差が正の値から負の値へと変化していくので、トルク軸電流指令もそれに合わせて小さい値に急速に減少していくことになる。
【００５０】
また、前記切替え部４は、推定位相と疑似位相との偏差を監視し続けており、本実施形態では位相偏差が連続１[msec]/0.5[rad]以下になれば同期運転モードから推定速度及び推定位相を用いた位置検出運転モードへと切替えを行う。なお、この判定基準については推定位相及び推定速度の推定精度等の性能によるので実験的に決めればよい。
【００５１】
上記のような判定基準を設定した上で、図２（ｂ）に示したようなトルク軸電流指令が与えられた場合の運転モードの切り替えについて図３を参照しながら説明する。図３（ａ）はドラム内に多量の洗濯物が投入されており、モータＭに高負荷がかかっている場合を示す。また図３（ｂ）にはドラム内にそれほど洗濯物が投入されておらず、モータＭに軽負荷しか掛かっていない場合を示す。なお、図４において、中央部の帯状の領域は前記切替え部４で運転モードを切り替えが許可される位相偏差の領域を示すものである。
【００５２】
図３（ａ）に示すように起動直後にはトルク軸電流が高い値に保たれているので、高負荷であっても起動に失敗することなく、短時間で同期運転モードから位置検出運転モードへと前記切替え部４はすぐに同期運転モードから位置検出運転モードへと切替えが行われる。一方、図３（ｂ）に示すように軽負荷時には図３（ａ）で示した切替えタイミングでは判定条件が満たされないため運転モードの切替えは行われない。しかしながら、トルク軸電流指令は所定時間を経過すると急激に減少するので、軽負荷時において推定位相と疑似位相の差が十分に小さくなるトルク軸電流まで短時間で到達することになる。したがって、図３（ｂ）に示すように軽負荷時であっても短時間で同期運転モードから位置検出運転モードへと速やかに移行することができる。
【００５３】
図３から分かるように、同じ指数関数状の疑似速度関数から生成される疑似速度と、一定値の指令速度の偏差である疑似速度偏差から高負荷時及び軽負荷時いずれであっても理想的なトルク軸電流指令を与えることができており、確実で速やかな同期運転モードから位置検出運転モードへの移行が実現できる。したがって、予め洗濯物の量を正確に測定し、モータＭへの負荷を把握し、負荷に合わせて起動時のトルク軸電流指令を変化させるといったことをしなくてもよい。
【００５４】
なお、推定速度と疑似速度との時間経過による変化は図４に示すようなものであり、所定時間を経過し、速度が所定値以上になると推定速度と疑似速度は略一致するので、上述したような推定位相と疑似位相との偏差である位相偏差も十分に小さくなり、運転モードを切り替えることができる。
【００５５】
次に疑似速度関数の設計例について説明する。以下では、N=2、第1要求時間T1=0.8[s]において必要とする指令トルク値としてτ(T1)=40[Nm]、A0=0.4607[rad/s]、ωlimit=2.618[rad/s]とした場合の設計例について説明する。ここで、疑似速度関数の初期速度A0については、前記位相／速度推定器２１で精度よく位置検出が可能である位置検出運転モードでの速度下限値に基づいて定めてある。より具体的には、初期速度A0は速度下限値に対して1.1~1.3倍に設定される値であり、本実施形態では速度下限値である0.4189[rad/s]の1.1倍に設定してある。
【００５６】
また、第1要求時間T1での疑似速度は、同期運転モードから位置検出運転モードへスムーズに切り替えられるように前記速度下限値の1.1~1.5倍に設定するのが好ましい。本実施形態では、前記速度下限値の1.5倍に設定してあるので、ωdummy(T1)=0.62535[rad/s]となる。
【００５７】
これらの値から、速度係数A1について式３によりA1=0.262に決定し、前記疑似速度出力部３で使用される疑似速度関数が決定する。また、式６に基づいて同期運転モードにおける指令速度ωrefも決定することができ、ωref=1.4956[rad/s]となる。
したがって、指令速度、疑似速度、指令速度と疑似速度の速度偏差との関係は図５に示すようなものとなる。
【００５８】
加えて、第２要求時間T2は疑似速度の上限値ωlimitを設定することで式７によって一意に決まり、さらに第２要求時間T2における指令トルクτ（T２）も式５から決定される。本実施形態ではT2=2.87[s]、τ（T２）＝25.03[Nm]となる。
なお、前記速度制御部２４から出力されるトルク指令と、トルク軸（δ軸）電流指令との間には、式８で示されるような関係がある。
【００５９】
【数８】
2015104291.tif 000010
ここで、Iδ＊:トルク軸電流指令、pf:モータＭ極対数、φ：誘起電圧定数である。
【００６０】
この式８に基づいて、前記速度制御部２４から出力されるトルク指令又はトルク軸電流指令にはリミットが設定してある。
【００６１】
このようなリミットは過電流防止のために設定してあり、図５の速度偏差から前記速度制御部２４により生成される図６に示す指令トルクの変化では図２（ｂ）とは異なり、最大値で一定となっている領域が存在する。図５のトルク軸指令の全体形状は、第1要求時間Ｔ１において必要とされるトルクτ１（Ｔ１）と、上限値ωlimitから一意に定まる第2要求時間Ｔ２及びその時点で必要とされるトルクτ２（Ｔ２）で決定されている。言い換えると、同期運転モードにおけるトルク指令は、第1要求時間Ｔ１とそこで必要とされるトルクτ１（Ｔ１）によって前半部分の形状を整形し、高負荷時における運転モードの切替えに適したものとすることができる。一方、上限値ωlimitを調節することで、トルク指令の後半部分における立下りタイミングやその立下り量を調節することができ、軽負荷時における切替えに適したものにすることができる。これは図６に示すトルク軸電流、Ｕ相電流、疑似位相の時間推移からも分かる。
【００６２】
最後に本実施形態のモータ制御装置１００による効果について従来例との比較を行いながら説明する。
【００６３】
本実実施形態のモータ制御装置１００では、図７に示すように従来例のようにモータＭが一定の加速度で速度を上昇させていると仮定するのではなく、前記疑似速度出力部３から時間経過とともに傾きが大きくなる下向きに凸の疑似速度関数として疑似速度を出力するように構成してある。さらに、本実施形態のモータ制御装置１００では、指数関数的に変化する疑似速度と、一定値の指令速度との速度偏差により前記速度制御部２４がトルク指令又はトルク軸電流指令を生成するように構成してあるので、起動直後の時間領域では従来例よりも高い電流値のトルク軸電流を実現して高負荷時においても同期運転モードから位置検出運転モードへと確実に切替えられる。
【００６４】
一方、起動後から所定時間経過後の領域では、従来例と比較して速度偏差が加速度的に大きくなるので、トルク軸電流が最大値を取った後は速やかに減少して軽負荷時における同期運転モードから位置検出運転モードへと移行するのに適した状態を作ることができる。
【００６５】
また、このような違いから図８に示すように本実施形態のモータ制御装置１００の起動電流は従来例と比較して平均で２６％低減することができる。
【００６６】
さらに、このように起動電流を低減できるので、本実施形態のモータ制御装置１００は、モータＭコイル温度も従来例と比べて低下させることができ、図９に示すように７５分間の洗濯においてモードコイル温度を約2℃低下させることができる。
【００６７】
その他の実施形態について説明する。
【００６８】
前記実施形態に示した疑似速度関数は一例であって、時間の２次式として表せるものに限られない。例えばより高次の時間の関数として定義してもよいし、指数関数等を用いても構わない。要するに時間経過ととともに傾きが大きくなるようなものであればよいし、加速度が一定勾配のものよりも起動がうまくいくものであればよい。
【００６９】
前記切替え部の判定条件は、推定位相と疑似位相の比較によるものであったが、例えば推定速度と疑似速度の比較によるものであっても構わない。また、推定速度、推定位相の算出は前記実施形態に限られるものではなく、既知の様々な手法を使用することができる。
【００７０】
本発明は前記モータ制御装置に限られるものではなく、前記実施形態で示したモータ制御方法、モータ制御装置用プログラムを含むものである。また、前記同期運転モード中にフィードバックされないのは推定速度又は推定位相のいずれか一方だけであってもよく、前記位置検出運転モードにおいてフィードバックされるのが推定速度又は推定位相の何れか一方だけであってもよい。
【００７１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００７２】
１００・・・モータ制御装置
１    ・・・電流制御ループ部
２    ・・・速度制御ループ部
２１  ・・・位相／速度推定部
２２  ・・・使用位相切替え器
２３  ・・・使用速度切替え器
２４  ・・・速度制御部
２４１・・・速度制御器
２４２・・・電流指令生成器
３    ・・・疑似速度出力部
３１  ・・・速度関数生成器
３２  ・・・フィルタ部
４    ・・・切替え部
【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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