(57)【要約】【課題】電流応答を高速化できるモータの電流制御装置を提供する。【解決手段】電流制御器１３に、電流制御系の遅れに相当する遅れを有する伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を含める。また電流制御器１３を電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３に入力して得た遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を積分する電流積分器１３２を含んで構成された積分制御系と、電流指令に比例した指令を出力する比例制御系と、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算したものに電流比例ゲインを乗じて電圧指令として出力する乗算手段１３４とから構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象であるモータのモータ電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器が検出した前記モータ電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、
前記電圧指令に基づいて前記モータに前記モータ電流を供給する駆動手段とを備えたモータの電流制御装置において、
前記電流制御器が、
電流制御系の遅れに相当する伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィルタと、
前記電流指令を前記電流制御側遅れ補償ローパスフィルタに入力して得た遅延電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差を積分する電流積分器を含んで構成された積分制御系と、
前記電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差に比例した指令を出力する比例制御系と、
前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段と、
前記加算手段の出力に電流比例ゲインを乗じて前記電圧指令を得る乗算手段とから構成されていることを特徴とするモータの電流制御装置。
【請求項２】
制御対象であるモータのモータ電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器が検出した前記モータ電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、
前記電圧指令に基づいて前記モータに前記モータ電流を供給する駆動手段とを備えたモータの電流制御装置において、
前記電流制御器が、
電流制御系の遅れに相当する伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィルタと、
前記電流指令を前記電流制御側遅れ補償ローパスフィルタに入力して得た遅延電流指令と前記電流との電流偏差を積分する電流積分器を含み制御系中の演算値に電流比例ゲインを乗じて出力する積分制御系と、
前記電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差に電流比例ゲインを乗じた指令を出力する比例制御系と、
前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段とから構成されていることを特徴とするモータの電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの１次電流を制御する電流制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータの電流制御装置としては、図５に示すような制御装置がある。この装置では、ｄｑ軸それぞれの電流指令と電流検出器Ｄで検出した電流フィードバックとの電流偏差を減算手段ＳＢａ，ＳＢｂで算出し、それぞれの電流偏差を電流制御器４ａ，４ｂに通してｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を得る。そしてそれぞれの電圧指令を、座標変換器１５ａでｄｑ変換した後に、２相３相変換し、変換された指令に基づいてＰＷＭインバータ１７によりモータＭを駆動する。なお、電流フィードバックは、電流検出器Ｄで検出された３相電流を座標変換器１５ｂにおいてｄｑ変換される。座標変換器１５ｂは、エンコーダＥの回転位置に応じた信号を発生する信号発生手段１８により、３相２相変換及びｄｑ変換を実行する。
【０００３】
通常、この装置における電流制御器４ａ，４ｂはＰＩ制御器で構成されている。例えば電流制御器４ａは、図６に示すように電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を減算手段ＳＢａで算出し、この電流偏差に乗算器１９１で積分ゲインを乗算し、この乗算された値を電流積分器１９３で積分演算する積分制御系（Ｉ系）と、減算手段ＳＢａで算出した電流偏差を定数倍する比例制御系（Ｐ系）とから構成されている。電流制御器４ａは更に積分制御系と比例制御系の出力とを加算手段ＡＤａで加算し、加算値に乗算手段１９５で比例ゲインを乗算して電圧指令を出力する。このように、電流制御器をＰＩ制御で構成することにより、電流の過渡偏差のみならず、定常偏差も抑制できる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６６０７５号公報［図２］
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、制御系の応答は有限であり、電流指令を出力してもモータ電流が応答するには時間がかかる。電流指令が出力されてモータには電流が流れ始めるが、電流制御器４ａから電圧指令が出力されてからモータ電流が応答するまでの間、電流積分器１９３は積算を行ってしまう。このため、従来の電流制御装置では、電流積分器１９３の溜り量の分、電流の応答が遅くなり、オーバーシュートが発生したりしていた。
【０００６】
一方、特開平８−６６０７５号公報［特許文献１］に示される制御装置では、電流フィードバックの遅れを電流指令の変化量と、モータインダクタンスとモータ抵抗から算出し、この遅れを電流偏差部に加算することにより補償を行っている。しかし、電流指令の変化量などの微分成分は、指令応答を振動的にし易く、滑らかな制御の実現にはあまり好ましくない。また、モータインダクタンスやモータ抵抗などの定数が必要であり、さらにモータインダクタンスは、モータに流す電流の大きさにより値が変わり、モータ抵抗は温度により値が変化してしまう。従って、モータ電流の大きさや、モータ温度を考慮した補償が必要になってくる。
【０００７】
本発明の目的は、モータパラメータを追加することなく電流制御系の電流応答を高速化することができ、オーバーシュートが少ない電流制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御対象であるモータを流れるモータ電流を検出する電流検出器と、電流検出器が検出したモータ電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、電圧指令に基づいてモータにモータ電流を供給する駆動手段とを備えたモータの電流制御装置を改良の対象とする。
【０００９】
本発明においては、電流制御器を、電流制御系の遅れに相当する遅れまたは伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィルタと、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタに入力して得た遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を積分する電流積分器を含んで構成された積分制御系と、電流指令と電流フィードバックとの電流偏差に比例した指令を出力する比例制御系と、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算する加算手段と、この加算手段の出力に電流比例ゲインを乗じて電圧指令を得る乗算手段とから構成する。
【００１０】
なお比例制御系において電流比例ゲインを電流偏差に乗算し、積分制御系において制御中の演算値に電流比例ゲインを乗じるようにしてもよい。
【００１１】
本発明のように電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを用いれば、電流制御系の遅れに相当する遅れを持った電流指令と実際に遅れている電流フィードバックとの電流偏差はゼロに近いものとなる。そのため電流積分器の溜まり量をほぼゼロにできる。その結果オーバーシュートを低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、図５に示した従来の装置の電流制御器４ａまたは電流制御器４ｂに代えて使用される電流制御器１３の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の電流制御器１３は、電流制御系の遅れに相当する伝達関数（１／（１＋ＳＴｃ））を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を備えている。また電流制御器１３は、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３に入力して得た遅延電流指令とモータ電流（電流フィードバック）との電流偏差を減算手段ＳＢ２で求め、この電流偏差に積分ゲイン（１／Ｔｖｉ）を乗算する乗算手段１３１と、乗算手段１３１の出力を積分する電流積分器１３２を含んで構成された積分制御系と、電流指令と電流フィードバックとの電流偏差に比例した指令を出力する比例制御系とを含んでいる。そして電流制御器１３は、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算手段ＡＤ１で加算したものに電流比例ゲインＫＩＰを乗じて電圧指令として出力する乗算手段１３４を更に備えている。この電流制御器１３は、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３に入力して得た遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を減算手段ＳＢ２で求め、この電流偏差に電流積分ゲイン（１／Ｔｖｉ）を乗算する乗算手段１３１と、乗算手段１３１の出力を積分する電流積分器１３２を含んで構成された積分制御系と、電流指令に比例した指令を出力する比例制御系とを含んでいる。そして電流制御器１３は、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算手段ＡＤ１で加算したものに電流比例ゲインＫＩＰを乗じて電圧指令として出力する乗算手段１３４を更に備えている。この例では、遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を減算手段ＳＢ２でとり、電流積分器１３２の出力と比例制御系の出力とを加算手段ＡＤ１で加算する。そして加算手段ＡＤ１の出力に、乗算手段１３４で電流比例ゲインＫＩＰを乗算して電圧指令を得る。
【００１４】
電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３には、電流制御系の遅れに相当する伝達関数を設定し、遅延電流指令と電流フィードバックとがほぼ同時に立ち上がるようにし、電流指令変化時の電流積分器１３２の溜り量を低減する。このように電流制御器１３を構成することにより、電流フィードバックに含まれるリップルの抑制と、電流指令変化時の電流積分器１３２内の溜り量の低減とを同時に達成することができる。
【００１５】
なお、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３は、電流制御系の遅れを模擬する伝達関数であれば、どのようなものでもよく、本実施の形態の伝達関数に限定されるものではない。また、制御系の遅れが大きい場合は、１サンプルもしくは、数サンプル遅れとローパスフィルタとを組み合わせてもよい。
【００１６】
図２は、電流制御器の変形例を示すブロック図である。電流制御器１３´と図１の電流制御器１３を対比すると、図２の電流制御器１３´では電流比例ゲインＫＩＰの乗算手段１３４´が比例制御系の内部にある点（加算手段ＡＤ１の前に挿入されている点）と、積分制御系において電流比例ゲインＫＩＰを演算値に乗算するために、乗算手段１３１´の伝達関数を変更している点で前者の電流制御器１３とは構成が相違する。このようにしても図１の電流制御器１３と同様の作用効果を得ることができる。
【００１７】
図３（Ａ）乃至（Ｃ）及び図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、この制御系における電流応答をシミュレーションした結果であり、それぞれ電流指令、電流フィードバック及び積分器出力である。全て同じ電流のスケールであり、同一電流値を基準として１に規格化した値を示している。各図の横軸は全て時間で０．００１ｍ秒単位になっている。図３は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を入れた場合であり、図４は電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を挿入しない場合のシミュレーションの結果である。図３と図４のいずれにおいても、電流指令の立ち上がりに対して、電流フィードバックの立ち上がりは、０．００１ｍ秒の１／５程度遅れている。図３に示すように、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を挿入した場合には、電流積分器１３２の出力電流の立ち上がりが、電流フィードバックの立ち上がりと同じ程度に遅れることにより、これらの差が加算手段ＡＤ１で消去されて積分器出力は電流フィードバックの立ち上がりの時間に小さなピークを示し、それ以外ではほぼ０に近い一定値を保っている。この場合、積分器出力の小さなピ−クの高さは大変小さなもので、ほとんど無視できる程度にとどまっている。しかしながら電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を入れない場合は、図４に示すように電流フィードバックの立ち上がりの時間における加算手段ＡＤ１での電流フィードバックと電流積分器１３２の出力との打ち消しあいが十分ではなく、電流フィードバックの立ち上がり点で電流積分器出力が示すピークは電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を入れた場合に比べて高いものになっている。
【００１８】
この結果、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を入れない場合には、電流のオーバーシュートが大きくなるが、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ１３３を挿入した場合には、モータ回転中の電流積分器１３２の溜り量を０に近い値にすることでオーバーシュートを小さくできることが分かる。
【００１９】
なお、本発明は、直流モータの制御にも当然にして適用可能である。その場合は、図５の従来例に示したようなｄｑ軸電流制御系と、座標変換器が不要になる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを用いているので、電流制御系の遅れに相当する遅れを持った遅延電流指令と実際に遅れている電流フィードバックとの電流偏差をゼロに近いものとすることができ、電流積分器の溜まり量をほぼゼロにして、電流応答を高速化できる。そのため本発明の電流制御装置の適用により、簡単な構成で、電流応答を高速化できて、オーバーシュートを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で用いる電流制御器の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明で用いる他の電流制御器の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを入れた場合のモータの動作波形のシミュレーションを示す図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを入れない場合のモータの動作波形のシミュレーションを示す図である。
【図５】従来のモータの電流制御装置の構成を示す図である。
【図６】従来の電流制御器の構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｅ  エンコーダ
Ｍ  モータ
Ｄ  電流検出器
４ａ，４ｂ，１３，１３´  電流制御器
ＡＤ１  加算手段
ＳＢ１  減算手段
１３１，１３４，１３１´，１３４´  乗算手段
１３２  電流積分器
ＫＩＰ  電流比例ゲイン
１３３  電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ
【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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