(57)【要約】【課題】外乱トルクに対してロバストに優れ、且つ高効率に同期モータの位置センサレス駆動が可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】位相差検出部１０５において電流電圧位相差ξが算出されると共に、位相差誤差算出部１０６において目標位相差ξ＊と位相差ξとの偏差が位相差誤差Δξとして算出され、さらにＬＰＦ１０７ｂにより位相差誤差Δξの低周波数成分が分離される。そして、第一のフィードバック制御ループＦＢ１において、ＬＰＦ１０７ｂにより分離された位相差誤差Δξの低周波数成分を外乱信号として用いて指令トルク指令トルクτ＊が補正されるので、外乱トルクに対してロバスト性に優れ且つ高効率に同期モータを位置センサレス駆動することができる。【選択図】  図３
2004343948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のモータコイルを備えた同期モータをスイッチング素子により構成されるインバータ回路によってセンサレス駆動制御するモータ制御装置において、
前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、
指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する前記位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出する位相差誤差算出手段と、
その位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を特定の周波数成分に分離する周波数成分分離手段と、
その周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の特定の周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御する第一のフィードバック制御ループと、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記周波数成分分離手段は、前記位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を低周波数成分と高周波数成分とに分離し、
前記第一のフィードバック制御ループは、前記周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の低周波数成分を外乱信号として用いると共に、
前記周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の高周波数成分を位相差制御量として用いてフィードバック制御する第二のフィードバック制御ループ、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成する電圧指令作成手段を備え、
前記第一のフィードバック制御ループは、前記指令トルクを前記外乱信号に基づいて補正し、
前記第二のフィードバック制御ループは、前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を前記位相差制御量に基づいて補正することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧振幅と予め決められた電圧振幅値又は計算により求められた電圧振幅値との差を算出する電圧振幅差算出手段を有し、前記指令回転数を前記電圧振幅差算出手段により算出された電圧振幅差に基づいて補正する第三のフィードバック制御ループを備えたことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
複数相のモータコイルを備えた同期モータをスイッチング素子により構成されるインバータ回路によってセンサレス駆動制御するモータ制御装置において、
指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成する電圧指令作成手段、
を備え、
前記電圧指令作成手段は、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、
指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する前記位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出する位相差誤差算出手段と、
その位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差に基づいて、前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を補正する電圧位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
複数相のうち少なくとも１つ以上の相電流の電流極性を検出する電流極性検出手段を備え、
前記位相差検出手段は、その電流極性検出手段により検出された電流極性と印加電圧とから前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相のモータコイルを備えた突極性を有する同期モータを、位置センサを用いることなく駆動制御するためのモータ制御装置に関するものであり、特に、外乱トルクに対してロバスト性を有し且つ高効率に位置センサレス駆動を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期モータを位置センサレス運転させる場合に、外乱トルクなどにより電流位相が理想状態からずれて、効率の悪化、さらには脱調が生じるといった問題があった。このような問題に対し、従来、モータ回転数、モータトルク、モータ電流、位相差から外乱を検出し、外乱量が所定値以上となった場合は通常の正弦波駆動から１２０度矩形波通電に切り替える旨の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４５４８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、外乱発生時に１２０度矩形波通電が行われることにより、運転効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、外乱トルクに対してロバスト性に優れ、且つ高効率に同期モータの位置センサレス駆動が可能なモータ制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータをスイッチング素子により構成されるインバータ回路によってセンサレス駆動制御するモータ制御装置において、前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する前記位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出する位相差誤差算出手段と、その位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を特定の周波数成分に分離する周波数成分分離手段と、その周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の特定の周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御する第一のフィードバック制御ループと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
従って、位相差検出手段が、モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出し、位相差誤差算出手段が、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出し、周波数成分分離手段が、位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を特定の周波数成分に分離し、第一のフィードバック制御ループが、周波数成分分離手段により分離された位相差誤差の特定の周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御する。よって、トルク外乱や電源電圧外乱等が生じた場合に現れる位相差誤差の特定の周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御することにより、外乱トルクに対してロバスト性に優れ且つ高効率に同期モータを位置センサレス駆動することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のモータ制御装置は、前記周波数成分分離手段が、前記位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を低周波数成分と高周波数成分とに分離し、前記第一のフィードバック制御ループは、前記周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の低周波数成分を外乱信号として用いると共に、前記周波数成分分離手段により分離された前記位相差誤差の高周波数成分を位相差制御量として用いてフィードバック制御する第二のフィードバック制御ループ、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
従って、周波数成分分離手段が、位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差を低周波数成分と高周波数成分とに分離し、第一のフィードバック制御ループが、周波数成分分離手段により分離された位相差誤差の低周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御し、第二のフィードバック制御ループが、周波数成分分離手段により分離された位相差誤差の高周波数成分を位相差制御量として用いてフィードバック制御する。すなわち、外乱トルクは位相差誤差の低周波数成分として現れるため、これを外乱信号として用いることにより外乱トルクの影響をなくす制御が行われると共に、位相差誤差の高周波数成分を位相差制御量として用いることにより位相差誤差をなくす制御が行われる。
【００１０】
また、請求項３に記載のモータ制御装置は、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成する電圧指令作成手段を備え、前記第一のフィードバック制御ループは、前記指令トルクを前記外乱信号に基づいて補正し、前記第二のフィードバック制御ループは、前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を前記位相差制御量に基づいて補正することを特徴とする。
【００１１】
従って、電圧指令作成手段が、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成し、第一のフィードバック制御ループが、指令トルクを外乱信号に基づいて補正し、第二のフィードバック制御ループが、電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を位相差制御量に基づいて補正する。よって、外乱トルクがモータに加わった場合に電流位相がずれて効率が悪化することなく、常に効率のよい理想的な電流位相でモータを同期運転させることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載のモータ制御装置は、前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧振幅と予め決められた電圧振幅値又は計算により求められた電圧振幅値との差を算出する電圧振幅差算出手段を有し、前記指令回転数を前記電圧振幅差算出手段により算出された電圧振幅差に基づいて補正する第三のフィードバック制御ループを備えたことを特徴とする。
【００１３】
従って、電圧振幅差算出手段が、電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧振幅と予め決められた電圧振幅値又は計算により求められた電圧振幅値との差を算出し、第三のフィードバック制御ループが、指令回転数を電圧振幅差算出手段により算出された電圧振幅差に基づいて補正する。すなわち、外乱トルクが加わて第二のフィードバック制御ループによって指令トルクが変更されて電圧振幅が電源電圧を上回った場合、電圧振幅をそれ以上加えることができないので電流位相がずれて効率が悪化し、最悪の場合脱調してモータが停止する事態が生じうるため、これを避けるために電圧振幅差に基づいて指令回転数を低減補正する。よって、最大出力運転が可能となり、効率のよい理想的な電流位相でモータを脱調させることなく同期運転させることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータをスイッチング素子により構成されるインバータ回路によってセンサレス駆動制御するモータ制御装置において、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成する電圧指令作成手段、を備え、前記電圧指令作成手段は、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成することを特徴とする。
【００１５】
従って、電圧指令作成手段が指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成するので、指令トルクや指令回転数が低い場合は印加電圧が低いため外乱に対しロバスト性が低いという問題があるが、電圧位相を所定量遅らせ、電圧振幅を増加させることによって、外乱に対するロバスト性を向上させ、脱調の発生を防止することができる。尚、理想的状態の電圧位相とは、運転効率が最大となる状態の電圧位相をいう。
【００１６】
また、請求項６に記載のモータ制御装置は、前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する前記位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出する位相差誤差算出手段と、その位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差に基づいて、前記電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を補正する電圧位相補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
従って、位相差検出手段が、モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出し、位相差誤差算出手段が、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する前記位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出し、電圧指令作成手段が、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成し、電圧位相補正手段が、位相差誤差算出手段によって算出された位相差誤差に基づいて、電圧指令作成手段により作成された印加電圧指令の電圧位相を補正し、電圧指令作成手段は、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成する。よって、指令トルクや指令回転数が低い場合は印加電圧が低いため外乱に対しロバスト性が低いという問題があるが、電圧位相を所定量遅らせ、電圧振幅を増加させることによって、外乱に対するロバスト性を向上させ、脱調の発生を防止することができる。
【００１８】
また、請求項７に記載のモータ制御装置は、複数相のうち少なくとも１つ以上の相電流の電流極性を検出する電流極性検出手段を備え、前記位相差検出手段が、その電流極性検出手段により検出された電流極性と印加電圧とから前記モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出することを特徴とする。
【００１９】
従って、電流極性検出手段により複数相のうち少なくとも１つ以上の相電流の電流極性を検出し、位相差検出手段が電流極性検出手段により検出された電流極性と印加電圧とからモータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出するので、電流極性検出手段を用いた安価な構成で位相差検出を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したモータ制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
本実施形態のモータ制御装置１は、図１に示すように、複数相（３相）のコイルからなるステータと鉄芯ロータとを備えた突極性を有する同期モータとしてのシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（以下、単にモータとも称する）２を駆動するために、インバータ回路３と、電流極性検出部４と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）５とから構成されている。
【００２２】
インバータ回路３は、図２の回路図に示すように、直流電源３０が接続されると共に、モータ２のＵ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｕｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（アーム下段）、Ｖ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｖｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｖｌ（アーム下段）、Ｗ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｗｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｗｌ（アーム下段）がそれぞれ接続されている。
【００２３】
電流極性検出部４は、具体的にはインバータ回路３の各相のアーム下段に接続されたセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌによって構成され、各相のアーム下段のゲート信号がＯＮの時に流れるアーム電流信号を検出する構成となっている。ここで、各相のモータ電流とアーム電流とは同一極性であり、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（３１ｖｌ、３１ｗｌ）において各相のアーム電流を分流して電流極性を検出することによって、各相のモータ電流の極性を検出することができる。尚、電流極性検出部５（すなわち、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ、３１ｖｌ、３１ｗｌ）が、本発明の電流極性検出手段を構成するものである。
【００２４】
マイコン５は、ＣＰＵ５ａ、ＲＯＭ５ｂ、ＲＡＭ５ｃによって構成され、ＣＰＵ５ａが、ＲＯＭ５ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、図３に示すモータ駆動制御を実行するように構成されている。
【００２５】
以下、図３の制御ブロック図を参照しつつ、本実施形態における制御の流れについて説明する。
【００２６】
マイコン４に指令回転数ω＊が与えられると、後述する第三のフィードバック制御ループＦＢ３によって補正された指令回転数ω＊＊と、後述する第一のフィードバック制御ループＦＢ１によって算出される負荷特性ω＊２に基づいて決定された指令トルクτ＊とが、マップ１０１に入力される。マップ１０１は、ＲＯＭ５ｂ上に記憶されたテーブルを参照することにより印加電圧位相φ＊、印加電圧振幅Ｖｍ＊、及び目標位相差ξ＊をそれぞれ出力する。印加電圧振幅Ｖｍ＊は、デューティ算出部１０２においてＰＷＭデューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙに変換される。印加電圧振幅Ｖｍ＊とＰＷＭデューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙとは比例関係にあり、例えば、印加電圧Ｖｍ＊が１２Ｖの時、ＰＷＭデューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＝１００％とする。
【００２７】
さらに、ＰＷＭ−ｄｕｔｙは、デューティ補正部１０３に入力され、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＜１００％の時は、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＊＝ＰＷＭ−ｄｕｔｙとされ（すなわち、そのままのデューティ値が用いられ）、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＞１００％の時は、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＊＝１００と補正されて、印加電圧出力部１０４に入力される。そして、印加電圧出力部１０４は、印加電圧位相φ＊と、デューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙ＊と、後述する第二のフィードバック制御ループＦＢ２より出力される推定位置Θｅｓｔとに基づいて印加電圧指令をインバータ回路３へ出力する。
【００２８】
一方、電流極性検出部４において検出された電流極性と、マップ１０１より出力される印加電圧位相φ＊とが位相差検出部１０５に入力され、位相差検出部１０５において電流電圧位相差ξが算出される。
【００２９】
次に、位相差誤差算出部１０６において目標位相差ξ＊と位相差ξとの偏差が位相差誤差Δξとして算出され、位相差誤差Δξに基づいて推定位置誤差Δθが算出される。そして、推定位置誤差Δθは、周波数成分分離部１０７を構成するＨＰＦ１０７ａとＬＰＦ１０７ｂとにより、それぞれ高周波数成分と低周波数成分とに分離され、高周波数成分は後述する第二のフィードバック制御ループＦＢ２において位相差制御量として用いられ、低周波数成分は後述する第一のフィードバック制御ループＦＢ１において外乱信号として用いられる。尚、ＨＰＦ１０７ａは、推定位置誤差Δθをそのままま高周波数成分として用い、ＬＰＦ１０７ｂは６０度毎に検出される６回の推定位置誤差Δθの移動平均を低周波数成分として用いるように構成してもよい。
【００３０】
そして、ＬＰＦ１０７ｂにより分離された推定位置誤差Δθの低周波数成分（外乱信号）を微分することにより回転数誤差Δωが求められ、さらにゲインＫ１として積分された結果と指令回転数ω＊との偏差が負荷特性ω＊２として算出され、この負荷特性ω＊２に基づいて指令トルクτ＊が算出される。このフィードバックの流れを第一のフィードバック制御ループＦＢ１と称する。すなわち、第一のフィードバック制御ループＦＢ１では、位相フィードバック時に６０度毎に検出される推定位置誤差Δθを外乱トルク量として検出し、推定位置誤差Δθがなくなるように指令トルクτ＊を増減させるようにフィードバック制御を行うものである。
【００３１】
一方、ＨＰＦ１０７ａにより分離された推定位置誤差Δθの高周波数成分（位相差制御量）にゲインＫθを乗じて得られた値と、指令回転数ω＊＊を積分して得られる位置θとの偏差が、推定位置Θｅｓｔとして算出され、印加電圧作成部１０４へ出力される。このフィードバックの流れを第二のフィードバック制御ループＦＢ２と称する。
【００３２】
また、超過デューティ算出部１０８においてＰＷＭデューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙの１００％超過分ΔＰＷＭ−ｄｕｔｙ＊を算出し、これをゲインＫ２として積分する。そして、積分値がガード１０９に入力され、積分値が負の場合は０を、正の場合は積分値をそれぞれ補正量として、指令回転数ω＊より補正量を減ずることにより指令回転数ω＊を補正する。このフィードバックの流れを第三のフィードバック制御ループＦＢ３と称する。すなわち、第三のフィードバック制御ループＦＢ３では、デューティ補正、すなわち回転数補正の必要の有無を、操作量としてのＰＷＭデューティ値ＰＷＭ−ｄｕｔｙが１００％を超過しているか否かにより検出し、ＰＷＭデューティ値の１００％超過分に応じて指令回転数ω＊を低減補正するものである。
【００３３】
尚、マップ１０１が、本発明の電圧指令作成手段として、位相差検出部１０５が位相差検出手段として、位相差誤差算出部１０６が位相差誤差算出手段として、周波数成分分離部１０７が周波数成分分離手段として、超過デューティ算出部１０８が電圧振幅差算出手段としてそれぞれ機能するものである。また、既に述べた通り、電圧振幅とＰＷＭデューティとは比例関係にあるため、ＰＷＭ−ｄｕｔｙの１００％超過分ΔＰＷＭ−ｄｕｔｙ＊が、本発明の電圧振幅差に相当するものとして算出されている。
【００３４】
次に、外乱発生時におけるモータ制御装置１の作用について、モータ制御装置１が車両に搭載された場合を例として、図４及び図５を参照しつつ説明する。尚、図４は、負荷特性の変化に対する回転数及びトルクの変化を表す図であり、図５は、外乱がある場合に推定位置誤差がなくなるようにトルク補正が行われる様子を表している。
【００３５】
ステップ▲１▼：車速による負荷軽減や、泥、埃による負荷増加があっても回転数が一定となるように、第一のフィードバック制御ループＦＢ１において外乱に応じたトルク補正が行われる（図４▲１▼及び図５参照）。
【００３６】
ステップ▲２▼：さらに負荷増加した場合や低電圧状態でも最大出力（Ｐｍａｘ）運転できるように、第三のフィードバック制御ループＦＢ３において外乱に応じた回転数補正が行われる（図４▲２▼参照）。この時、脱調を防止するために回転数を低下させてトルクを確保するよう制御するので、指令回転数は無視される。
【００３７】
ステップ▲３▼：さらに最大出力運転時、所定回転数以下となった場合は、故障と判断し、運転を停止させる（図４▲３▼参照）。
【００３８】
次に、本実施形態における効果を確認するために行った実験の結果について説明する。図６は、負荷トルク外乱を与えて実験を行った結果を表すグラフであり、第一のフィードバック制御ループＦＢ１によるトルク補正を行った実施例１、第一のフィードバック制御ループＦＢ１によるトルク補正に加えて第三のフィードバック制御ループＦＢ３による回転数補正を行った実施例２、及び、いずれの制御をも行わなかった比較例における負荷トルクと推定位置誤差との関係を表している（但し、各実施例、比較例とも、第二のフィードバック制御ループを行うこととする）。また、同図（ａ）は指令回転数を１４００ｒｐｍとした場合であり、同図（ｂ）は２０００ｒｐｍとした場合である。運転条件は、電源電圧１２ｖ、トルク指令０．２５Ｎｍとした。図６（ａ）より明らかなように、１４００ｒｐｍでは、実施例１、実施例２とも、通常の使用条件における負荷トルクにおいて推定位置誤差は正常範囲内（破線枠内）であり、脱調も発生しなかった。これに対し、比較例では、推定位置誤差が正常範囲を超え、脱調の発生も見られた。また、図６（ｂ）より明らかなように、２０００ｒｐｍの場合、実施例２では通常の使用条件における負荷トルクにおいて、推定位置誤差は正常範囲内（破線枠内）であり、脱調も発生しなかった。実施例１では負荷トルクが所定以上の場合に推定位置誤差が正常範囲を超え、脱調の発生が見られたが、負荷トルクが小さい場合は推定位置誤差は正常範囲内であり、脱調も発生しなかった。これに対し、比較例では推定位置誤差が正常範囲を超え、脱調の発生も見られた。
【００３９】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、電流検出部４及び位相差検出部１０５が、モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出し、位相差誤差算出部１０６が、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する位相差検出手段によって検出された電流電圧位相差の誤差を算出し、位相差誤差をＨＰＦ１０７ａ、ＬＰＦ１０７ｂによりそれぞれ高周波数成分と低周波数成分とに分離し、第一のフィードバック制御ループＦＢ１が、位相差誤差の低周波数成分（特定の周波数成分）を外乱信号として用いてフィードバック制御し、第二のフィードバック制御ループＦＢ２が、位相差誤差の高周波数成分を位相差制御量として用いてフィードバック制御する。よって、トルク外乱や電源電圧外乱等が生じた場合に現れる位相差誤差の低周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御することにより、外乱トルクに対してロバスト性に優れ且つ高効率に同期モータを位置センサレス駆動することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、マップ１０１が、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成し、第一のフィードバック制御ループＦＢ１が、指令トルクを外乱信号に基づいて補正し、第二のフィードバック制御ループＦＢ２が、マップ１０１により作成された印加電圧指令の電圧位相を位相差制御量に基づいて補正する。よって、外乱トルクがモータに加わった場合に電流位相がずれて効率が悪化することなく、常に効率のよい理想的な電流位相でモータを同期運転させることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、超過デューティ算出部１０８が、マップ１０１により作成された印加電圧指令の電圧振幅に基づくＰＷＭデューティと予め決められた電圧振幅値又は計算により求められた電圧振幅値（ＰＷＭデューティ１００％）との差を算出し、第三のフィードバック制御ループＦＢ３が、指令回転数を超過デューティ算出部１０８により算出された電圧振幅差（ＰＷＭデューティの１００％超過分）に基づいて補正する。すなわち、外乱トルクが加わって第一のフィードバック制御ループＦＢ１によって指令トルクが変更されて電圧振幅が電源電圧を上回った場合、電圧振幅をそれ以上加えることができないので電流位相がずれて効率が悪化し、最悪の場合脱調してモータが停止する事態が生じうるため、これを避けるために電圧振幅差に基づいて指令回転数を低減補正する。よって、最大出力運転が可能となり、効率のよい理想的な電流位相でモータを脱調させることなく同期運転させることができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、電流極性検出部４により複数相のうち少なくとも１つ以上の相電流の電流極性を検出し、位相差検出部１０５が、その検出された電流極性と印加電圧とからモータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出するので、センスＭＯＳＦＥＴ等の電流極性検出手段を用いた安価な構成で位相差検出を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。尚、本実施形態における全体のハードウェア構成及び制御ブロック構成は、第一の実施形態において示した図１〜３と同一であるので、これらについて詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、電圧指令作成手段としてのマップ１０１が、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に、理想的状態から所定量遅らせた印加電圧位相φ＊を作成することを特徴とする。
【００４５】
以下、本実施形態における作用について、図７〜８を参照しつつ説明する。図７は、回転数を一定として、指令トルクを高トルク、中トルク、所定の閾値以下である低トルクの３パターンに変化させた場合における電圧位相と出力トルクとの関係を表すグラフである。また、低トルクについては、本実施形態の制御を実施した実施例のグラフと、実施しない比較例のグラフとを示している（高トルク及び中トルクでは、実施例と比較例とは同一の制御）。高トルク時は電圧振幅が大きいので、外乱トルクに対応して出力トルクを大きく増加させることが可能であり、脱調は発生しにくい。同様に、中トルク時も電圧振幅が大きいので、外乱トルクに対応して出力トルクを大きく増加させることが可能であり、脱調は発生しにくい。ところが、低トルク時は、本実施形態の制御を実施しない比較例では運転効率が最大となる理想的状態となるように印加電圧位相が設定されているが、電圧振幅が小さいので、外乱トルクに対応するために出力トルクを少ししか増加させることしかできず、大きな外乱トルクが加わった場合には脱調が発生しやすい。これに対し、本実施形態における電圧位相を理想的状態から所定量遅らせる制御を実施した実施例では、電圧振幅が大きいので、外乱トルクに対応して出力トルクを大きく増加させることが可能であり、低トルク時に大きな外乱トルクが加わった場合にも、脱調の発生を防止することができる。
【００４６】
図８は、指令トルクを一定として、回転数を高回転、所定の閾値以下である低回転の２パターンに変化させた場合における電圧位相と出力トルクとの関係を表すグラフである。また、低回転については、本実施形態の制御を実施した実施例のグラフと、実施しない比較例のグラフとを示している（高回転では、実施例と比較例とは同一の制御）。高回転時は電圧振幅が大きいので、外乱トルクに対応して出力トルクを大きく増加させることが可能であり、脱調は発生しにくい。ところが、低回転時は、本実施形態の制御を実施しない比較例では運転効率が理想的状態となるように印加電圧位相が設定されているが、電圧振幅が小さいので、外乱トルクに対応するために出力トルクを少ししか増加させることしかできず、大きな外乱トルクが加わった場合には脱調が発生しやすい。これに対し、本実施形態における電圧位相を理想的状態から所定量遅らせる制御を実施した実施例では、電圧振幅が大きいので、外乱トルクに対応して出力トルクを大きく増加させることが可能であり、低回転時に大きな外乱トルクが加わった場合にも、脱調の発生を防止することができる。
【００４７】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、電流検出部４及び位相差検出部１０５が、モータコイルに流れる電流と電圧との位相差を検出し、位相差誤差算出部１０６が、指令回転数又は指令トルクに応じて予め決められた目標位相差に対する電流電圧位相差の誤差を算出し、マップ１０１が、指令回転数又は指令トルクに応じて印加電圧指令を作成し、第二のフィードバック制御ループＦＢ２において位相差誤差算出部１０６によって算出された位相差誤差に基づいて、マップ１０１により作成された印加電圧指令の電圧位相を補正し、マップ１０１は、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成する。よって、指令トルクや指令回転数が低い場合は印加電圧が低いため外乱に対しロバスト性が低いという問題があるが、電圧位相を理想的状態から所定量遅らせ、電圧振幅を増加させることによって、外乱に対するロバスト性を向上させ、脱調の発生を防止することができる。
【００４８】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４９】
例えば、前記実施形態では、本発明をシンクロナスリラクタンスモータの制御装置とした例を示したが、突極性を有する他の種類の同期モータの制御装置として構成することも可能である。例えば、永久磁石をロータ鉄心内に収納してなる内部磁石型永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）の制御装置に本発明を適用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のモータ制御装置によれば、トルク外乱や電源電圧外乱等が生じた場合に現れる位相差誤差の低周波数成分を外乱信号として用いてフィードバック制御することにより、外乱トルクに対してロバスト性に優れ且つ高効率に同期モータを位置センサレス駆動することができる。
【００５１】
また、本発明のモータ制御装置によれば、指令トルク又は指令回転数が所定の閾値以下の場合に理想的状態から所定量遅らせた電圧位相を作成し、電圧振幅を増加させることによって、外乱に対するロバスト性を向上させ、脱調の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ回路の回路図である。
【図３】モータ制御装置における制御ブロック図である。
【図４】外乱発生時における作用を説明するための図であり、負荷特性の変化に対する回転数及びトルクの変化を表している。
【図５】第一のフィードバック制御ループによるトルク補正を説明する図である。
【図６】負荷トルク外乱を与えて実験を行った結果を表すグラフである。
【図７】第二の実施形態において回転数を一定として指令トルクを変化させた場合における電圧位相と出力トルクとの関係を表すグラフである。
【図８】指令トルクを一定として回転数を変化させた場合における電圧位相と出力トルクとの関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、２…シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（同期モータ）、３…インバータ回路、４…電流極性検出部（電流極性検出手段、位相差検出手段）、５…マイクロコンピュータ、３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌ…センスＭＯＳＦＥＴ（電流極性検出手段）、１０１…マップ（電圧指令作成手段）、１０５…位相差検出部（位相差検出手段）、１０６…位相差誤差算出部（位相差誤差算出手段）、１０７…周波数成分分離部（周波数成分分離手段）、１０７ａ…ＨＰＦ（高周波数成分を分離するための周波数成分分離手段）、１０７ｂ…ＬＰＦ（低周波数成分を分離するための周波数成分分離手段）、１０８…超過デューティ算出部（電圧振幅差算出手段）、ＦＢ１…第一のフィードバック制御ループ、ＦＢ２…第二のフィードバック制御ループ（電圧位相補正手段）、ＦＢ３…第三のフィードバック制御ループ。
【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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