(57)【要約】【課題】精度良くロータの回転速度を推定してモータの制御を行うモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータの巻線に生じる逆起電圧を決定する逆起電圧決定手段と、決定した逆起電圧からロータの回転位置を決定する位置決定手段と、単位時間当たりの回転位置の変化からロータの回転速度である第１速度を決定する速度決定手段と、第１速度に含まれる高調波成分に基づいて、第１速度を補正して第２速度を求める補正手段と、第２速度及び回転位置に基づきモータを駆動する駆動手段と、を備えており、補正手段は、高調波成分を抽出する抽出手段と、高調波成分によって生じる、第１速度の誤差を低減することによって第２速度を求める誤差低減手段と、を備えている。【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逆起電圧を決定する逆起電圧決定手段と、
決定した前記逆起電圧から前記モータのロータの回転位置を決定する位置決定手段と、
単位時間当たりの前記回転位置の変化から前記ロータの回転速度である第１速度を決定する速度決定手段と、
前記第１速度に含まれる高調波成分に基づいて、前記第１速度を補正して第２速度を求める補正手段と、
前記第２速度及び前記回転位置に基づき前記モータを駆動する駆動手段と、
を備えており、
前記補正手段は、前記高調波成分を抽出する抽出手段と、
前記高調波成分によって生じる、前記第１速度の誤差を低減することによって前記第２速度を求める誤差低減手段と、
を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記抽出手段は、前記第１速度の平均値を求め、前記第１速度から前記平均値を減ずることで前記高調波成分を抽出する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】
前記補正手段は、前記高調波成分の振幅を前記第１速度に応じて補正し、前記第１速度から補正後の前記高調波成分を減ずることで前記第２速度を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１速度及び前記高調波成分は、前記位置決定手段が決定する回転位置に関連付けられ、
前記補正手段は、前記回転位置に関連付けられた前記高調波成分に基づいて前記第１速度を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記位置決定手段が決定する回転位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
前記補正手段は、前記格納手段に格納された高調波成分に基づき前記第１速度を補正することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記格納手段には、前記抽出手段が抽出した同じ回転位置に対応する高調波成分の平均値が格納される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】
前記モータ制御装置は、上位装置から出力される速度指令値と前記補正手段によって補正された第２速度との速度偏差に基づいて前記モータを制御するフィードバック制御を行い、 
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記フィードバック制御の制御ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。 
【請求項８】
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記ロータの回転速度を大きくすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータは複数の負荷に駆動を伝達しており、
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、前記負荷の少なくとも１つに前記モータの駆動が伝達されないようにすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。 
【請求項１０】
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記モータに供給する駆動電流を大きくすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。 
【請求項１１】
モータの巻線に生じる逆起電圧を決定する逆起電圧決定手段と、
決定した前記逆起電圧から前記モータのロータの回転位置である第１位置を決定する位置決定手段と、
前記第１位置に含まれる高調波成分に基づいて、前記第１位置を補正して第２位置を求める補正手段と、
単位時間当たりの前記第２位置の変化から前記ロータの回転速度を決定する速度決定手段と、
前記第２位置及び前記回転速度に基づき前記モータを駆動する駆動手段と、
を備えており、
前記補正手段は、前記高調波成分を抽出する抽出手段と、
前記高調波成分によって生じる、前記第１位置の誤差を低減することによって前記第２位置を求める誤差低減手段と、
を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
前記抽出手段は、前記速度決定手段が決定する回転速度から求めた回転位置と前記第１位置との平均値を、前記第１位置から減ずることで前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１１に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記第１位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
前記格納手段には、前記抽出手段が抽出した同じ回転位置に対応する高調波成分の平均値が格納されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記第１位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
更に、前記モータ制御装置は、上位装置から出力される速度指令値と前記速度決定手段によって決定された前記ロータの回転速度との速度偏差に基づいて前記モータを制御するフィードバック制御を行い、
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記フィードバック制御の制御ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記第１位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記ロータの回転速度を大きくすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記第１位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
前記モータは複数の負荷に駆動を伝達しており、
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、前記負荷の少なくとも１つに前記モータの駆動が伝達されないようにすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。 
【請求項１７】
前記モータ制御装置は、前記抽出手段が抽出した高調波成分を、前記第１位置に関連付けて格納する格納手段をさらに備えており、
前記抽出手段が高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、前記モータに供給する駆動電流を大きくすることを特徴とする請求項１１又は１２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、モータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータ（以下、単にモータとも呼ぶ。）は、小型化や高効率化等の点で優れており、プリンタや複写機等の情報機器分野をはじめ、様々な分野において駆動部として使用されている。モータ制御としてベクトル制御を用いると、モータに発生するトルクをより精密に制御でき、モータの静音化、低振動化、高効率化が実現できる。ベクトル制御には、モータのロータについての回転位置情報が必要となる。そのため、一般的には、ホール素子やエンコーダなどの位置センサを使用するが、コストアップやサイズアップにつながる。
【０００３】
そこで、位置センサを用いることなく、モータに流れる電流からロータの回転位置を推定するセンサレス方式が提案されている。センサレス方式の１つとして、ロータの回転に伴ってモータの巻線に発生する逆起電圧を推定することによって、ロータの回転位置を推定する逆起電圧推定方式がある。モータの巻線に発生する逆起電圧は、ロータの永久磁石の着磁分布によって決まる。永久磁石の着磁分布は、モータの高効率化のため台形波着磁となっている場合が多い。台形波着磁のモータの巻線に発生する逆起電圧には、モータの回転周波数の整数倍の高調波成分が含まれることとなる。また、正弦波状に着磁する場合においても、製造上の誤差によって理想的な正弦波にはならず、逆起電圧には高調波成分が含まれることになる。逆起電圧推定方式では、通常、逆起電圧が正弦波状に変化すると仮定してロータの回転位置を推定するため、高調波成分による誤差が発生する。
【０００４】
このため、特許文献１は、ローパスフィルタにより高調波成分を除去し、これにより推定位置の誤差を低減する構成を開示している。また、特許文献２は、モータの逆起電圧データのテーブルを用意し、逆起電圧の高調波成分を考慮してモータに電圧を印加することで高調波を除去する構成を開示している。さらに、特許文献３は、ハイパスフィルタにより高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分から推定位置の補正量を求めることで、誤差を低減させる構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１７０５０５号公報
【特許文献２】特許第４１５４１４９号公報
【特許文献３】特許第４６３１６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成においては、ローパスフィルタによる位相遅れが発生し、ロータの回転位置及び回転速度の推定に遅れが生じる。この遅れにより、制御ループの応答性・安定性が低下してしまう。特許文献２の構成では位相遅れは生じないが、逆起電圧データを得るために、専用の装置を用いた事前測定が必要となり、生産性が低下する。特許文献３の構成において抽出する高調波成分には、逆起電圧歪みによる高調波成分と、速度変動や負荷変動によって生じる高調波成分が含まれるが、これらを区別することができず、算出した回転位置の補正量に誤差が含まれる。また、ハイパスフィルタによる位相ずれの影響を除去することも難しく、位相ずれによる誤差も生じる。
【０００７】
本発明は、精度良くロータの回転速度を推定してモータの制御を行うモータ制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によると、モータ制御装置は、モータの巻線に生じる逆起電圧を決定する逆起電圧決定手段と、決定した前記逆起電圧から前記モータのロータの回転位置を決定する位置決定手段と、単位時間当たりの前記回転位置の変化から前記ロータの回転速度である第１速度を決定する速度決定手段と、前記第１速度に含まれる高調波成分に基づいて、前記第１速度を補正して第２速度を求める補正手段と、前記第２速度及び前記回転位置に基づき前記モータを駆動する駆動手段と、を備えており、前記補正手段は、前記高調波成分を抽出する抽出手段と、前記高調波成分によって生じる、前記第１速度の誤差を低減することによって前記第２速度を求める誤差低減手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、精度良くロータの回転速度を推定してモータの制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態によるモータ制御装置の構成図。
【図２】一実施形態によるモータの構成図。
【図３】一実施形態による駆動電圧生成部の構成図。
【図４】一実施形態によるインバータとモータとの接続構成を示す図。
【図５】一実施形態による逆起電圧の説明図。
【図６】一実施形態による推定した逆起電圧、推定位置及び推定速度の説明図。
【図７】一実施形態による速度ＦＦ制御部の構成図。
【図８】一実施形態による高調波抽出部が抽出した誤差を示す図。
【図９】一実施形態による誤差低減効果を示す図。
【図１０】一実施形態による記憶部への記憶処理のフローチャート。
【図１１】一実施形態によるモータ制御処理のフローチャート。
【図１２】一実施形態によるモータ制御装置の構成図。
【図１３】一実施形態による位置ＦＦ制御部の構成図。
【図１４】一実施形態による誤差低減効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１２】
＜第一実施形態＞
以下では、８極１２スロットの３相ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置を用いて本実施形態について説明する。なお、本発明のモータ制御装置が制御するモータは８極１２スロットの３相ＤＣブラシレスモータに限定されず、例えば、２相ステッピングモータ等の他の種類のモータにも本発明を適用することができる。図２は、本実施形態のモータ１を示している。なお、図２はモータの回転軸に垂直な面における断面である。ロータ１１は、８極（４対）の永久磁石を備えている。ステータ１２は、３０°ごとの１２個の歯部（スロット）を有し、スロットには巻線Ｕ、Ｖ、Ｗが巻かれている。なお、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗは異なるスロットに配置されている。
【００１３】
図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の概略的な構成図である。電流検出部２はモータ１の各相の巻線に流れる電流を検出する。具体的には、電流検出抵抗２１がモータの各相の巻線と直列に接続されており、電流決定部２２は、電流検出抵抗２１の電圧値から、モータ１の各相の巻線に流れる電流を決定する。なお、３相の内の２相の電流を検出し、残りの１相については計算により求める構成であっても良い。
【００１４】
推定部３は、以下に説明する様に、決定（推定）したモータ１の磁極位置θ＿ｅｓｔ（以下、推定位置とも呼ぶ。）と、決定（推定）したモータ１の回転速度（以下、推定速度とも呼ぶ。）Ｖｅｌ＿ｏｕｔを出力する。まず、逆起電圧決定部３１は、駆動電圧生成部４から入力される駆動電圧指令値と電流検出部２から入力される各相の電流検出値から、モータ１に発生している逆起電圧を決定（推定）する。具体的には、逆起電圧決定部３１は、まず、各相の駆動電圧指令値と電流検出値を、以下の変換式により、αβ座標系における駆動電圧指令値及び電流検出値に変換する。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
ここで、Ｖα、Ｖβは静止座標系であるαβ座標系での駆動電圧指令値であり、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の駆動電圧指令値である。また、ｉα＿ｄｅｔ、ｉβ＿ｄｅｔはαβ座標系の電流検出値であり、ｉｕ＿ｄｅｔ、ｉｖ＿ｄｅｔ、ｉｗ＿ｄｅｔは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流検出値である。
【００１７】
そして、逆起電圧決定部３１は、αβ座標系における駆動電圧指令値及び電流検出値から、以下に示すモータの電圧電流方程式を用いて、αβ座標系での逆起電圧を決定する。
【００１８】
【数２】
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上式において、Ｖｂａｃｋα、Ｖｂａｃｋβは、それぞれ、α相及びβ相の推定した逆起電圧であり、Ｒはモータの抵抗値であり、Ｌはモータのインダクタンス値である。
【００１９】
位置推定部３２は、逆起電圧決定部３１が決定した逆起電圧から以下の式によりモータ１のロータの磁極位置θ＿ｅｓｔを決定（推定）する位置決定部として機能する。逆起電圧は、永久磁石を備えるロータ１１とステータ１２の位置関係によって決まるため、逆起電圧からモータの磁極位置を推定することができる。なお、位置推定部３２は、磁極位置θ＿ｅｓｔを所定時間ごとに推定する。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
速度決定部３４は、モータ１の推定位置θ＿ｅｓｔからモータ１の回転速度を決定（算出）する。具体的には、位置推定部３２によって所定時間ごとに推定された推定位置θ＿ｅｓｔの前記所定時間における変化量を求め、該変化量を前記所定時間で除算することで推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔを求める。つまり、速度決定部３４は、回転位置の単位時間当たりの変化からモータ１の回転速度を決定する。
【００２２】
速度ＦＦ（フィードフォワード）制御部３５は、速度決定部３４から入力される推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる逆起電圧の高調波成分による誤差を除去することで、誤差を低減した推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔを出力する。速度ＦＦ制御部３５での処理の詳細については後述する。
【００２３】
駆動電圧生成部４は、推定部３から入力される推定位置θ＿ｅｓｔ及び推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔに基づき、モータ１への駆動電圧指令値を生成する。まず、速度制御部４１は、速度ＦＦ制御部３５から入力される推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔと、ＣＰＵ１００から入力される速度指令値との差分である速度偏差を算出する。そして、算出した速度偏差に対してＰＩ制御を行ってモータ１に回転トルクを発生させるための電流の振幅指令値Ｉａｍｐを出力する。なお、速度指令値及び振幅指令値の正負は、モータ１の回転方向に対応する。また、ＣＰＵ１００は、速度指令値を出力する上位装置として機能する。
【００２４】
電流指令生成部４２は、速度制御部４１から入力される振幅指令値Ｉａｍｐと、位置推定部３２が出力する推定位置θ＿ｅｓｔとに基づき、以下の式により各相の電流指令値Ｉｕ＿ｏｒｄｅｒ、Ｉｖ＿ｏｒｄｅｒ、Ｉｗ＿ｏｒｄｅｒを出力する。
【００２５】
【数４】
2017055637.tif 000006
【００２６】
ｄｑ変換部４３は、以下の式により、各相の電流指令値を、静止座標系であるαβ座標系の電流指令値ｉα＿ｏｒｄｅｒ、ｉβ＿ｏｒｄｅｒに変換する。そして、ｄｑ変換部４３は、次に、以下の式によりαβ座標系の電流指令値から、回転座標系であるｄｑ座標系の電流指令値ｉｄ＿ｏｒｄｅｒ、ｉｑ＿ｏｒｄｅｒを求める。
【００２７】
【数５】
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【００２８】
ｄｑ変換部４４は、ｄｑ変換部４３と同様の機能を有し、電流検出部２から入力される各相の電流検出値ｉｕ＿ｄｅｔ、ｉｖ＿ｄｅｔ、ｉｗ＿ｄｅｔをｄｑ座標系の電流検出値ｉｄ＿ｄｅｔ、ｉｑ＿ｄｅｔに変換する。電流制御部４５は、ｄｑ変換部４３から入力される電流指令値ｉｄ＿ｏｒｄｅｒ、ｉｑ＿ｏｒｄｅｒとｄｑ変換部４４から入力される電流検出値ｉｄ＿ｄｅｔ、ｉｑ＿ｄｅｔとの差分である電流偏差を算出する。そして、算出された電流偏差に対してＰＩ制御を行って、ｄｑ座標系におけるモータの駆動電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを出力する。
【００２９】
ｄｑ逆変換部４６は、電流制御部４５から入力されるｄｑ座標系における駆動電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを、以下の式により各相の駆動電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。
【００３０】
【数６】
2017055637.tif 000008
【００３１】
なお、本実施形態における駆動電圧生成部４は、電流検出値を用いた電流フィードバック制御構成であるが本発明はこの構成に限定されない。例えば、図３（Ａ）に示すように、電流検出値を用いるのではなく、モータモデル演算部４７が電流指令値とモータ基本方程式から駆動電圧指令値を生成する構成であっても良い。あるいは、図３（Ｂ）に示すように速度制御部４１が駆動電圧振幅を算出し、電圧指令生成部４９が前記駆動電圧振幅と推定位置を用いて駆動電圧指令値を生成する構成であっても良い。
【００３２】
図１に戻り、ＰＷＭ信号生成部５は、駆動電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じたパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を出力する。インバータ６は、入力されるＰＷＭ信号によって駆動され、駆動電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じた交流電圧を各相の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに印加する。
【００３３】
図４は、インバータ６とモータ１との接続構成を示している。インバータ６は、６つのＦＥＴ６１１、６２１、６３１、６４１、６５１、６６１と６つのダイオード６１２、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２を備えている。各ＦＥＴは、ＰＷＭ信号生成部５からのＰＷＭ信号によって駆動される。ダイオード６１２、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２は、還流ダイオードである。インバータの出力は、各相に応じて設けられ、各相の電流検出抵抗２１１、２１２、２１３を介してモータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに接続されている。なお、図１の電流検出抵抗２１は、図４の電流検出抵抗２１１、２１２、２１３の総称である。
【００３４】
次に、速度ＦＦ制御部３５の詳細について説明する。前述したように速度ＦＦ制御部３５の役割は、速度決定部３４が決定（推定）する推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる逆起電圧の高調波成分による誤差を低減して、誤差を低減した回転速度を求めることである。まず、速度決定部３４から入力される推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる誤差について図５、６を用いて説明する。なお、図５は、モータ１に発生する逆起電圧の説明図であり、図６は、推定した逆起電圧、推定位置、推定速度に関する説明図である。
【００３５】
ロータ１１が回転すると、ステータ１２の各巻線の鎖交磁束が変化して、以下の式に示すファラデーの電磁誘導の法則による電圧が発生する。この電圧が逆起電圧Ｖｂａｃｋである。
【００３６】
【数７】
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なお、上式においてＮは、巻線の巻数であり、ｔは時間であり、φは巻線の鎖交磁束である。
【００３７】
一般的な産業用の小型モータでは、効率向上のためロータ１１の着磁は台形波着磁となっていることが多い。よって、ロータ１１が回転すると、巻線の鎖交磁束は台形波状に変化し、逆起電圧には、基本波成分に加えて高調波成分が含まれることになる。図５（Ａ）は、モータ１が４０ｒｐｓで回転した際に発生する逆起電圧を示している。図５（Ａ）に示す様に、逆起電圧は台形に近い形状になる。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す逆起電圧波形を周波数解析した結果を示している。図５（Ｂ）に示す様に、逆起電圧には、基本波成分と複数の高調波成分が含まれている。本例においてモータ１は、８極１２スロット構造であるため、基本波の周波数は、モータ回転速度の４倍の周波数、つまり、４０×４＝１６０Ｈｚとなる。高調波成分の主な周波数は、回転周波数の８次（４０×８＝３２０Ｈｚ）、２０次（４０×２０＝８００Ｈｚ）、２８次（４０×２８＝１１２０Ｈｚ）等である。
【００３８】
モータ１の巻線に発生する逆起電圧に高調波成分が含まれると、逆起電圧決定部３１が決定する逆起電圧にも高調波成分が含まれることになる。図６（Ａ）は、逆起電圧決定部３１が決定するα軸の逆起電圧を周波数解析した結果を示している。図６（Ａ）に示す様に、実際に発生している逆起電圧と同様に、８次、２０次、２８次の高調波成分が含まれている。なお、β軸についても同様である。
【００３９】
位置推定部３２は、逆起電圧が正弦波であることを前提として磁極の推定位置を推定している。したがって、決定した逆起電圧に高調波成分が含まれていると、磁極の推定位置にも誤差が生じる。図６（Ｂ）は、位置推定部３２が出力する推定位置の誤差、つまり、推定位置と実際の磁極位置との差を周波数解析した結果を示している。図６（Ｂ）に示す様に、推定位置には、８、１２、２４次の高調波の誤差が含まれている。
【００４０】
図６（Ｃ）は、速度決定部３４が求めた推定速度に含まれる誤差を周波数解析した結果を示している。図６（Ｃ）に示す様に、推定速度には、推定位置と同様に、８、１２、２４次の高調波の誤差が含まれている。このように、モータの巻線に発生する逆起電圧に高調波成分が含まれる場合、モータの磁極位置、回転速度の推定値には、逆起電圧に含まれる高調波成分による誤差が発生する。
【００４１】
モータの巻線に発生する逆起電圧に含まれる基本波成分及び高調波成分の振幅は回転速度に比例する。したがって、推定速度に含まれる高調波成分による誤差も、モータの回転速度に比例する。なお、回転速度に比例して基本波成分と高調波成分の振幅は共に大きくなるため、回転速度が変わっても基本波成分と高調波成分の振幅の比率は変わらない。よって、位置推定部３２が推定する磁極位置に含まれる誤差は、モータの回転速度によって変化しない。また、高周波成分の周波数はモータの回転速度に比例し、速度決定部３４は、推定位置の時間変化により回転速度を決定しているため、推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる誤差は回転速度に比例することとなる。
【００４２】
続いて、速度ＦＦ制御部３５における処理について説明する。図７は、速度ＦＦ制御部３５の構成図である。高調波抽出部３５１は、推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる逆起電圧の高調波成分による誤差を抽出する抽出部として機能する。具体的には、平均速度計算部３５２が推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔの平均速度を計算する。減算器３５３は、推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔから平均速度を減算することで、逆起電圧の高調波成分によって生じる、推定速度の誤差を抽出する。
【００４３】
逆起電圧の高調波成分による推定速度の誤差は、モータの回転位置に関連している。したがって、記憶部３５４は、高調波抽出部３５１から出力される、高調波成分によって生じる推定速度の誤差を推定位置と関連付けて記憶する。位置推定部３２から出力される推定位置には高調波成分による誤差が含まれている。同期信号生成部３５５は、位相ロックループ（ＰＬＬ）によって、入力される推定位置に含まれる誤差を低減し、誤差が低減された推定位置を出力する。ＰＬＬの影響により、位置信号には位相遅れが生じるが、この位相遅れは一定値であるため問題にはならない。なお、ＰＬＬの代わりにローパスフィルタを用いることもできる。
【００４４】
記憶部３５４は、高調波抽出部３５１から出力される、高調波成分によって生じる推定速度の誤差を、同期信号生成部３５５によって誤差が低減された推定位置と関連付けて記憶する。記憶部３５４は、高調波抽出部３５１から入力される誤差を同期信号生成部３５５から入力される位置信号に関連付けて記憶・格納する格納部である。図８（Ａ）は、推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔから平均速度を引いた誤差（実データ）と記憶部３５４が記憶した誤差（記憶データ）を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の拡大図である。
【００４５】
振幅調整部３５６は、記憶部３５４から入力される誤差を、入力される推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに基づいて調整する。すでに説明したように、推定速度に含まれる誤差は回転速度に比例する。そのため、入力される推定速度の平均値を記憶実行速度で割った値を、当該誤差に乗ずることによって、誤差の値を回転速度に応じた値に調整することができる。なお、記憶実行速度とは、高調波成分の記憶動作を開始するモータ１の回転速度のことである。なお、推定速度の平均値ではなく、目標速度等を使用しても良い。高調波除去部３５７は、速度決定部３４から入力される推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔから、振幅調整部３５６から入力される誤差を減じることで誤差を低減した推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔを出力する誤差低減部として機能する。なお、この減算は対応する推定位置に同期して行われる。つまり、ある位置での推定速度から減算する誤差は、当該位置での誤差である。この様に、速度ＦＦ制御部３５は、推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づき推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔを補正して補正後の推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔを出力する補正部として機能する。
【００４６】
図９は、速度ＦＦ制御部３５の効果を示している。図９において、０秒から０．１２５秒までの間は、速度ＦＦ制御部３５の動作を停止させており、０．１２５秒から０．２５秒までの間は、速度ＦＦ制御部３５を動作させている。図９から速度ＦＦ制御部３５により推定速度に含まれる逆起電圧の高調波による誤差を低減できていることが分かる。速度ＦＦ制御部３５の誤差の低減効果は、高調波成分の抽出精度によって決まる。高調波成分の抽出精度を高めるための条件について以下に説明する。
【００４７】
フィードバック制御における速度制御の制御ゲインが大きいと推定速度の誤差にモータが追従し、推定速度に含まれる高調波成分が見かけ上小さくなって誤差を正確に抽出できない。そのため、高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、フィードバック制御の制御ゲインを小さくして行うことが効果的である。また、モータ軸上の負荷変動が大きいと、高調波成分による誤差以外の周波数成分が推定速度に多く含まれる様になり誤差を正確に抽出できない。そのため、高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、モータ軸上の負荷変動を小さくすることが効果的である。例えば、モータが駆動を伝達する対象である負荷が複数ある場合には、クラッチ等により総ての負荷、或いは、少なくとも１つの負荷にモータの駆動が伝達されないようにする構成とすることができる。さらに、モータの回転速度が大きいと、トルクリップルの様な、回転速度に周波数が比例するトルク変動に対するモータの応答性が低くなり、高調波成分以外の誤差が少なくなって誤差の抽出精度が高くなる。よって、高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、モータの回転速度を大きくすることが効果的である。さらに、モータの駆動電流が大きいと、電流のＳＮ比が高くなるため、高調波による誤差の抽出精度が高くなる。よって、高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、モータの駆動電流を大きくすることが効果的である。つまり、高調波成分を抽出する際には、高調波成分を抽出しない場合よりも、モータのトルクを大きくして行うことが効果的である。さらに、複数回のデータを平均化すると、周期性のない誤差の影響を低減できる。したがって、ロータの複数回の回転に渡って高調波成分を抽出し、ロータの同じ回転位置での高調波成分の平均値に基づいて誤差を求め、該誤差を低減する構成とする。この結果、周期性のない誤差の影響を低減することができる。
【００４８】
続いて、モータ制御装置の動作フローについて説明する。図１０は、記憶部３５４が高調波成分による誤差を記憶する方法を示すフローチャートである。モータ制御装置は、ＣＰＵ１００から記憶動作が指令されると図１０の処理を開始する。なお、記憶動作が指令される前には、電流指令生成部４２から電流指令は出力されておらず、モータは停止している。
【００４９】
ＣＰＵ１００から記憶動作が指令されると、Ｓ１０１において、モータ制御装置は、制御ゲインやトルク等の上述した条件を、高調波成分を抽出するのに適した所定条件に設定する。Ｓ１０２で、電流指令生成部４２は、電流指令値の出力を行い、モータが回転する。Ｓ１０３において、モータの回転速度が記憶実行速度に到達すると、Ｓ１０４において、記憶部３５４は、高調波成分による誤差の記憶を開始する。なお、上述した様に、記憶部３５４は、同期信号生成部３５５が出力する位置信号に基づいて、高調波成分による誤差を記憶する。その後、Ｓ１０５において、モータが所定の回転数ｎだけ回転すると、Ｓ１０６において、記憶部３５４は記憶動作を終了する。なお、記憶動作に必要な回転数は、除去すべき高調波の周波数に応じて決めれば良く、少なくとも電気角１回転以上であれば良い。記憶動作の終了後、ＣＰＵ１００が、Ｓ１０７でモータ停止を指示すると、電流指令生成部４２はＳ１０８で電流指令値の出力を停止し、モータは停止する。
【００５０】
図１１は、記憶部３５４に記憶された高調波成分による誤差に基づいて、モータ制御装置が推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔに含まれる誤差を低減してモータを制御する方法を示すフローチャートである。モータの回転を開始する指令がＣＰＵ１００から出力されると、Ｓ２０１で、電流指令生成部４２は電流指令値を出力し、モータが回転する。Ｓ２０２において、高調波除去部３５７は、記憶部３５４から出力された高調波成分による誤差に基づき推定速度Ｖｅｌ＿ｅｓｔを補正して推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔを求める。そして、駆動電圧生成部４は、推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔに基づきモータを駆動するための電圧を生成する。その後、Ｓ２０３において、ＣＰＵ１００からモータ停止指令が出力されるまで速度制御が行われる。Ｓ２０３において、ＣＰＵ１００からモータ停止指令が出力されると、Ｓ２０４において、電流指令生成部４２は電流指令値の出力を停止し、モータが停止する。以上のように、高調波成分による誤差の低減を行うことで、モータの回転動作時の回転むらや、振動、騒音を低減することができる。
【００５１】
なお、記憶部３５４が高調波成分による誤差を記憶するタイミングは、工場での組み立て時やモータ制御装置の立ち上げ時にのみ行う構成であっても良い。また、記憶動作を電源投入の度に実施する構成であっても、モータの回転を開始する度に実施する構成であっても良い。
【００５２】
以上、速度ＦＦ制御部３５において推定速度に含まれる誤差を低減することで、回転むら、振動、騒音を低減したモータ制御を行うことができる。
【００５３】
＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。図１２は、本実施形態のモータ制御装置の構成図である。第一実施形態との相違点は推定部３の構成であり、以下、図１２の推定部３について説明する。図１２に示す本実施形態の推定部３において、逆起電圧決定部３１及び位置推定部３２は、図１の第一実施形態と同様であり、よって、位置推定部３２は、推定位置θ＿ｅｓｔを出力する。位置ＦＦ制御部７３は、推定位置θ＿ｅｓｔに含まれる高調波による誤差を低減して、誤差低減後の推定位置θ＿ｏｕｔを速度決定部３４に出力する。速度決定部３４での処理は、第一実施形態と同様である。しかしながら、本実施形態の速度決定部３４は、誤差が低減された推定位置θ＿ｏｕｔに基づき推定速度を求めるので、誤差が低減された推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔを出力する。なお、図１２に示す様に、推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔは、位置ＦＦ制御部７３にも入力される。
【００５４】
図１３は、本実施形態による位置ＦＦ制御部７３の構成図である。高調波抽出部７３１の基本波生成部７３２は、推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔから求めた回転位置と推定位置θ＿ｅｓｔとの平均値を、基本波として出力する。なお、推定速度Ｖｅｌ＿ｏｕｔの平均値を求め、この平均値から回転位置を求める構成とすることもできる。減算器７３３は、推定位置θ＿ｅｓｔから基本波生成部７３２が出力する平均値を減ずることで、推定位置θ＿ｅｓｔに含まれる高調波成分を抽出する。その後の、記憶部７３４、同期信号生成部７３５、高調波除去部７３６での処理は、第一実施形態と同様である。
【００５５】
図１４は、位置ＦＦ制御部７３の効果を示す図である。０秒から０．１２５秒においては位置ＦＦ制御部７３の動作を停止させており、０．１２５秒から０．２５秒は位置ＦＦ制御部７３を動作させている。図１４から位置ＦＦ制御部７３により推定位置に含まれる高調波による誤差を低減できることが分かる。本実施形態において、速度決定部３４は、誤差低減済みの推定位置から回転速度を決定し、よって、逆起電圧の高調波成分による誤差が低減された回転速度を求めることができる。
【００５６】
なお、上述した様に、推定位置に含まれる逆起電圧の高調波成分による誤差の振幅は、モータの回転速度によって変化しない。したがって、記憶部７３４が記憶する高調波成分による誤差は、任意の回転速度で一度だけ測定すれば良く、記憶部７３４が記憶した高調波成分による誤差により、任意の回転速度での推定位置の誤差を低減することができる。
【００５７】
以上、位置ＦＦ制御部７３により推定位置及び推定速度に含まれる誤差を低減することができる。誤差の少ない推定速度を用いることで、モータの回転むら、振動、騒音を低減することができる。また、誤差の少ない推定位置を用いることで、駆動電圧生成部４がモータを制御する際の電流指令の位相ずれなどによる効率低下も防止することができる。
【００５８】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５９】
３１：逆起電圧決定部、３２：位置推定部、３４：速度決定部、３５：速度ＦＦ制御部、４：駆動電圧生成部、３５１：高調波抽出部、３５６：振幅調整部、３５７：高調波除去部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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