モータ制御装置及びモータパラメータ推定方法
【課題】オンラインでのモータパラメータ同定を可能とするとともに、空間高調波によるモータパラメータ同定への影響を低減又は無くすことができるモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ同定方法を提供する。
【解決手段】モータパラメータ同定部９が、前記電動モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータＭに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成した。
【解決手段】モータパラメータ同定部９が、前記電動モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータＭに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置センサレスでモータを制御する場合に使用されるモータパラメータを推定するための構成を有したモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置センサレスで電動モータを制御する場合、電動モータの位相（回転角、ロータ位置）を推定するために前記電動モータの特性を表すモータパラメータを含む、モータ電圧方程式を用いることが多い。前記モータパラメータは、電動モータの回転速度制御等を行う前に事前に測定できるが、運転中の温度変化や電流値の変化により刻々と変化する事が分かっている。つまり、運転中にそれらのモータパラメータが変化してしまうことから、運転中におけるモータパラメータと事前に測定したモータパラメータとの間には誤差が生じていることになり、このモータパラメータを含むモータ電圧方程式により電動モータの位相を算出した場合にも同様に推定誤差が生じることになる。このような位相の推定誤差があると、想定通りに制御を行うことができなくなり、モータ効率の低下や、最大トルクの劣化等、モータ性能を低下させることになる。
【０００３】
このような位相推定誤差を低減するために、モータパラメータを同定する構成を備えたモータ制御装置が特許文献１に示されている。より具体的には、このモータ制御装置に設けられたモータパラメータ同定部は、通常の速度制御モードとは異なる駆動をさせるモータパラメータ測定モードによりモータパラメータの一つであるインダクタンスを同定するものである。あるいは、特許文献２に示される交流モータ用のモータ制御装置は、モータに対して通常印加される交流電流ではなく、直流電流を印加し、その際に流れる電流値に基づいてモータパラメータを同定するものである。すなわち、これらの特許文献に示されるモータ制御装置は、通常のモータ制御モードとは異なる特殊運転を行う、あるいは、特殊な電流を印加することによりモータパラメータを同定する、いわゆる、オフラインパラメータ同定を行うものであり、電動モータに対して速度制御等を行っている最中にモータパラメータを同定する、いわゆる、オンラインパラメータ同定を行うものではない。従って、事前にモータパラメータを同定するための準備期間を設けたり、定期的にモータパラメータを特定するための期間を設けたりする必要があり、モータの運用計画に制限がかかり、使い勝手が悪くなってしまう場合がある。
【０００４】
さらに、電動車やコンプレッサに代表されるような高効率のモータが必要とされるアプリケーションに対して適用されるモータとしては、集中巻きＩＰＭモータが用いられることが多いが、このＩＰＭモータ等の場合、構造的要因から空間高調波による誘起電圧歪みが大きく、モータパラメータ同定においても大きな誤差の要因となり得る。前述した特許文献に示されるモータ制御装置では、モータ電圧方程式における空間高調波による影響が生じる項については無視する、あるいは、空間高調波抑制技術によりその影響を無視できるようにしていることを前提とした上でモータパラメータの同定を行っている。
【０００５】
しかしながら、集中巻きＩＰＭモータ等をセンサレス制御で高精度に駆動し、ＩＰＭモータの有する効率、性能を最大限に引き出すことを目的とした場合、これまでの空間高調波抑制技術や同定技術の単なる組み合わせでは、十分なモータパラメータ同定精度を得て、さらなる制御の高性能化を進めることは難しくなりつつある。言い換えると、従来無視されていた空間高調波による影響を考慮したモータパラメータ同定を行う必要があることを本願発明者は鋭意検討の結果、技術課題として見出したのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８６１２９号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、モータが速度制御中等であってもオンラインでのモータパラメータ同定を可能とするとともに、空間高調波によるモータパラメータ同定への影響を低減又は無くすことができるモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ同定方法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】
【０００８】
すなわち、モータ制御装置は、制御対象となる電動モータに流れている電流値と、前記電動モータの特性を示すモータパラメータと、に基づいて、前記電動モータの制御回転軸の位相を推定する位相推定部と、前記電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部で使用されるモータパラメータを同定するモータパラメータ同定部と、前記位相推定部で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部と、を備え、前記モータパラメータ同定部が、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のモータパラメータ同定方法は、電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、モータパラメータを同定するモータパラメータ同定方法であって、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、電動モータを例えば速度制御している場合において、制御回転軸の位相が所定位相となった時の電流値、又は、電圧値が分かればよいので、特に特殊な運転を電動モータにさせることなく、オンラインでのモータパラメータ同定を行うことができる。さらに、本願発明者は鋭意検討の結果、制御回転軸が所定位相の場合、空間高調波の影響がモータパラメータに対して現れていないことがあること、または、ある所定位相と別の所定位相におけるモータパラメータに対する空間高調波の影響は、各影響を足し合わせるとキャンセルすることができ、真値に近いモータパラメータを同定できることを見出した。このような知見から本発明は、全ての位相における電圧値、電流値を用いてモータパラメータの同定を行うのではなく、制御回転軸が所定位相の場合の同定用電圧値、同定用電流値によりモータパラメータの同定を行うようにしているので、空間高調波の影響を受けることなく、高精度に同定を行うことができる。
【００１１】
従って、本発明はモータパラメータをオンラインで空間高調波の影響を受けずに精度よく同定することができるので、例えば、ＩＰＭモータのような空間高調波の影響を受けやすいモータであっても、高精度、高性能で運用する事が可能となる。
【００１２】
複数のモータパラメータの同定を行う場合に、他のモータパラメータを用いずに、電動モータからの同定用電圧値、又は、同定用電流値だけで同定できるパラメータの同定を行い、最初に同定されたパラメータを他のモータパラメータの同定において基礎とできるようにして同定精度を向上させるには、前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定するように構成すればよい。
【００１３】
複数のモータパラメータの同定精度を向上させるためには、前記モータパラメータ同定部が、前記同定用電圧値、前記同定用電流値、推定されたインダクタンスに基づいて、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束の順番で同定するように構成すればよい。
【００１４】
空間高調波の影響がモータパラメータ同定に表れない所定位相の具体例としては、前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められているものが挙げられる。
【００１５】
複数の同定用電圧、又は、同定用電流の組み合わせにより、空間高調波の影響をキャンセルして、モータパラメータの同定精度を向上させるには、前記所定位相が複数設定されており、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められているものであればよい。
【００１６】
様々な特定不能の外乱によるモータパラメータ同定誤差をキャンセルし、同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、前記モータパラメータを複数回同定するように構成されており、複数の同定結果に基づいて最終同定結果を出力するように構成されたものであればよい。
【００１７】
各モータパラメータに適したそれぞれ異なる所定位相においてモータパラメータを同定して同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、各モータパラメータをそれぞれ異なるタイミングで同定するように構成されたものであればよい。
【００１８】
モータパラメータを同定する際に使用される演算式に一貫性を持たせて、その同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、ｄ軸電圧方程式又はｑ軸電圧方程式のいずれかに基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されたものであればよい。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明のモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ同定方法によれば、速度制御中等にオンラインにおいてモータパラメータを同定することができるとともに、所定位相の時の同定用電圧値、同定用電流値に基づいて空間高調波の影響をうけないようにしてモータパラメータを同定し、同定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を模式的に示すブロック図。
【図２】同実施形態におけるあるモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【図３】同実施形態における別のモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【図４】同実施形態におけるさらに別のモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に本発明に係るモータ制御装置１００を示す。なお、同図では制御対象である電動モータＭも記載してある。
【００２３】
このモータ制御装置１００は、位置センサレスベクトル制御を利用して、ロータ（図示しない）の回転速度を予め与えられた設定速度に制御するものであり、物理的にはＣＰＵ、メモリ等を含む電気回路によって構成されている。そして、前記メモリに記憶されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、図１に示すように、出力座標変換部１、位相推定部２、位相誤差推定部３、速度推定部４、速度制御部５、電流制御部６、入力座標変換部７、速度−位置変換部８等としての機能を発揮する。なお、本実施形態では位相推定部２以外の各部が請求項での前記位相推定部２で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータＭに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部１０に相当する。さらに、前記位相推定部２で用いられる各種モータパラメータを同定するモータパラメータ同定部９としての機能も発揮するように本モータ制御装置１００は構成してある。また、制御対象であるモータＭは、電動車やコンプレッサに用いられる集中巻きＩＰＭモータであり、空間高調波による誘起電圧歪みの影響を受けやすいものである。
【００２４】
次に、各部の説明を兼ねて、ここでの位置センサレスベクトル制御の概要を説明する。
モータに流れる各相（３相）の電流は、出力座標変換部１（３相／２相変換部）で仮想の制御軸、すなわちｄ軸及びｑ軸にそれぞれ流れる２相の電流id及びiqに変換される。
【００２５】
そして、このｄ軸電流id及びｑ軸電流iqに基づいて、前記位置推定部２が、前記制御軸基準でのロータの推定位相θ_est（位置、回転角度）を後述するモータ電圧方程式により推定する。
【００２６】
さらに、位置誤差推定部３が、前記位相推定部２が推定した推定位相と実際のロータ位相との誤差である位相誤差Δθを推定算出する。ここで、本実施形態のモータＭは位置センサレスのため回転角度を測定するためのエンコーダ等は設けられていない。従って、実際のロータ位相はエンコーダ等により直接測定されたものではなく、例えば後述する目標回転速度ω_refにことにより算出される値である。その後、速度推定部４（速度推定オブザーバ）がＰＬＬ演算を施して前記位相誤差Δθを零にするようにロータの回転速度ω^を推定算出する。
【００２７】
そして、速度制御部５が、前記推定回転速度ω^と予め定めた設定回転速度ω_refとの偏差ω_errに基づいてｑ軸電流指令値Iq_refを算出し、さらに電流制御部６が、前記ｑ軸電流指令値Iq_refと前記ｑ軸電流Iqとの偏差Iq_errに基づいて、電動モータに付与すべきｑ軸電圧Vqを算出する。
【００２８】
一方、速度−角度変換部７は、前記推定速度ω^を時間積分することでロータの位置θ^を推定算出しており、前記入力座標変換部８（２相／３相変換部）が、前記ｑ軸電圧Vqと前記推定位置θ^から電動モータＭに付与する実際の各相電圧Vu、Vv、Vwを算出する。
【００２９】
以上が位置センサレスベクトル制御の概要であるが、この実施形態では、さらに前記モータパラメータ同定部９が、モータパラメータの同定を行い、逐次更新していくことにより温度変化等によるモータパラメータの変化を反映して、前記位相推定部２での推定精度を向上させるように構成してある。
【００３０】
以下では、前記位相推定部２及び前記モータパラメータ同定部９の構成及び動作について詳述する。
【００３１】
前記位相推定部２は、以下に示すモータ電圧方程式に基づいて推定位相θ_estを推定するように構成してある。
【００３２】
【数１】
ここで、Vd：ｄ軸電圧、Vq：ｑ軸電圧、id：ｄ軸電流、iq：ｑ軸電流、Ld：ｄ軸インダクタンス、Lq：ｑ軸インダクタンス、Ｒ：インピーダンス、φ：鎖交磁束、ΔＶ：電圧降下、ω：電気角速度、ｐ：微分演算子、Dd：電圧降下成分ｄ軸変換値、Dq：電圧降下成分ｑ軸変換値、Ｌ＊：インピーダンスによる空間高調波成分、φ＊：磁束による空間高調波成分である。これらの値のうち、前記モータパラメータ同定部での同定対象となるモータパラメータは、ｑ軸インダクタンスLq、電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲ、鎖交磁束φであり、最初はこれらの値は設計値等を初期値として使用している。
【００３３】
さらに、数１のモータ電圧方程式中のインピーダンスによる空間高調波成分、及び、磁束による空間高調波成分については以下のように記述される。
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００３４】
さらに、数１のモータ電圧方程式中の各軸への電圧降下成分変換値については以下のように記述される。
【数１３】
【数１４】
【００３５】
ここで、従来のモータパラメータを同定方法においては、数１のモータ電圧方程式における右辺第３項、第４項の空間高調波の影響を無視している、あるいは、空間高調波抑制技術により空間高調波自体がモータに作用しないようにした状態で同定できることを前提にしている。本実施形態では、数１の右辺第３項、第４項に対する空間高調波の影響が無視できない値であるとして取り扱っている。そして、特に空間高調波の主成分である３ｆ、６ｆ高調波外乱の影響をキャンセルすることで、前記モータパラメータ同定部９は、高精度の同定を行えるようにしてある。
【００３６】
前記モータパラメータ同定部９は、モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータＭに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部２で使用されるモータパラメータを同定するように構成してある。より具体的には、このモータパラメータ同定部９は、前記電動モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成してある。また、当該モータパラメータ同定部９は、出力座標変換部１から出力される電流値を取得するとともに、前記電流制御部６で前記モータＭに印加するように指令される電圧値についても取得するようにしてある。そして、前記位相推定部２で推定される位相が所定位相となる、又は、前記目標回転速度を時間積分して求められる位相が所定位相となった場合に、その時点での電圧値、電流値を用いて各モータパラメータの同定を行う。そして、前記モータパラメータ同定部９は、前記位相推定部２で位相推定のために用いられているモータパラメータを同定された値に逐次更新するようにしてある。
【００３７】
ここで、前記所定位相とは、モータパラメータを同定する際に空間高調波の影響項である第３項、第４項の値がゼロ、又は、複数の所定位相での電流値、電圧値の組み合わせにより空間高調波の影響をキャンセルできるように選ばれた位相である。例えば、前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定めてある。また、前記所定位相が複数設定してあり、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相を定めてある。
【００３８】
次にモータパラメータ同定部９によるモータパラメータの同定方法の具体的な根拠及び手順について説明していく。
【００３９】
前記モータパラメータ同定部は、最初にｑ軸インダクタンスLqを同定してから、電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲ、鎖交磁束φの順番で同定するように構成してある。
【００４０】
まず、前記モータパラメータ同定部９は、ｑ軸インダクタンスを下式数１５に示されるｑ軸電圧方程式により同定する。
【数１５】
【００４１】
前記モータパラメータ同定部９は、前記モータにパルス入力を行いid＝０であるとともに、前記制御軸位相が所定位相θ＝０であり、対応する正弦であるsinθ＝０の条件下で、ｑ軸インダクタンスの同定を行うように構成してある。この条件下では、上式数１５における右辺第２項は、id＝０であることからゼロに、sinθ＝０の場合、第４項は前述した式数５及び式数９から明らかなようにゼロとなるため、ｑ軸モータ電圧方程式は下式数１６のようになる。
【数１６】
【００４２】
パルス印加によるｑ軸インダクタンスLq同定は過渡項を使った手法のため、インピーダンスＲの誤差、及び鎖交磁束による空間高調波の影響φｈ２にはほとんど影響されない。このため、式数１６により所定位相θ＝０における同定用電圧値、同定用電流値に基づいて同定されたｑ軸インダクタンスLqはほとんど同定誤差を含まないと考えることができる。以降のモータパラメータ同定においては、この最初に同定されたｑ軸インダクタンスLqを用いられる。
【００４３】
次に前記モータパラメータ同定部９は、制御軸位相が所定位相θ＝π／１２と、θ＝５π／１２の２箇所における同定用電圧値、同定用電流値により下式数１７のｄ軸電圧方程式を用いて電圧降下ΔＶを同定する。
【数１７】
【００４４】
ここで、θ＝π／１２のとき、上式数１７の右辺括弧内の第３項は、前述した式数８及び式数６から明らかなように下式数１８のように変形できる。また、上式数１７の右辺括弧内の第４項は、前述した式数１０から明らかなように数１９のように変形できる。なお、下式では空間高調波の主成分が３ｆ、６ｆであること、及びその影響が最も大きいものだけを考慮する場合、式数８、式数６におけるｍについてｍ＝１を、式１０におけるｎについてはｎ＝１のみを考えればよい事を利用している。
【数１８】
【数１９】
【００４５】
ここで、Ｋ１、Ｋ２は第３項、第３項における、余弦、正弦の係数を代表させている。同じようにθ＝５π／１２のときの右辺括弧内第３項を算出し、θ＝π／１２の時の右辺括弧内第３項を足し合わせると、下式数２０のようにゼロとなる。また、第４項についても同様に２つの制御位相での総和は下式２１のようにゼロとなる。
【数２０】
【数２１】
【００４６】
つまり、２箇所の制御軸位相で同定した電圧位相ΔＶの平均値は、実質的に下式数２２に示すようになり、空間高調波の影響を受けず、かつ、ｄ軸電流id=0よりインピーダンスＲの誤差の影響を受けないことから、正確な電圧降下ΔＶを同定することができる。
【数２２】
【００４７】
なお、３ｆ空間高調波のｎ＝２成分を考慮する場合には、制御軸位相θを４箇所に増やして同定平均値を算出することで算出する事でそれらの影響も排除できる。
【００４８】
インピーダンスＲについても同定した電圧降下ΔＶを使い、電圧降下ΔＶを同定した際と同様の手法を用いて空間高調波成分をキャンセルしながら同定することができる。より具体的には、例えば制御軸位相が所定位相θ＝π／１２、５π／１２となった時の同定用電圧値、同定用電流値を用いてそれぞれインピーダンスＲの同定を行い、それらの平均値を取れば、実質的に下式数２３で同定した結果となり、空間高調波の影響をキャンセルすることができる。
【数２３】
【００４９】
前記モータパラメータ同定部９が、インピーダンスＲを同定した後は、次回以降id=0の運転条件の制約をかける必要はない。つまり、インピーダンスＲが真値である場合には、id=0の運転制約条件をかける必要が無く、新たに電圧降下ΔＶを同定する際にも下式数２４のようにｄ軸電流値idが含まれる式により同定を行っても精度よく同定を行うことができる。
【数２４】
【００５０】
前記モータパラメータ同定部９は、最後に鎖交磁束φを同定する。これまでに、ｑ軸インダクタンスLq、インピーダンスＲ、電圧降下ΔＶが同定されているので、これらの値を用いるとともに、制御軸位相が所定位相となった場合ときの同定用電圧値、同定用電流値を用いて、空間高調波の影響を排除するようにしてある。ｑ軸モータ電圧方程式より鎖交磁束φは下式数２５のように記述できる。
【数２５】
【００５１】
前記所定位相における値を足し合わせて、平均を取った場合、同定される鎖交磁束φは以下の式数２６のようになり、空間高調波の影響が無い式にすることができる。
【数２６】
【００５２】
このように本実施形態のモータ制御装置１００によれば、制御軸位相が空間高調波の影響をキャンセルすることができる所定位相となったときの同定用電圧値、同定用電流値に基づいて各モータパラメータを同定するように構成してあるので、各モータパラメータを精度よく同定することができる。しかも、通常の速度制御中等においてもｄ軸電流値がゼロである等のわずかな制約条件を付加するだけで、各モータパラメータの同定を精度良く行うことができ、オンライン同定に適したものとなっている。また、オンライン同定で精度よく各モータパラメータを同定することができるので、逐次、前記位相推定部で使用される各モータパラメータを更新することができる。従って、温度変化や流す電流値の変化等によりモータパラメータが変化したとしても、常に変化した後の値で位相推定を行うことができる。つまり、位相推定が正確であるため、ＩＰＭモータ等であっても常に位置センサレス制御で精度よく運転することができ、効率、トルク、性能を高い水準に保つことが可能となる。
【００５３】
最後に本実施形態のモータパラメータ同定部による鎖交磁束φ、電圧降下ΔＶ、ｑ軸インダクタンスＬｑの同定結果を図２、図３、図４のグラフで示す。ここで、点線の直線が理論値であり、点が前記モータパラメータ同定部により同定された結果を示すものである。どのモータパラメータに関しても理論値と、同定結果とは略一致しており、本実施形態のモータパラメータ同定部９によれば、空間高調波の影響をキャンセルして高精度での同定が可能となっていることが分かる。
【００５４】
その他の実施形態について説明する。
【００５５】
前記実施形態でのモータパラメータの同定順番は一例であり、その他の順番で同定を行っても構わない。また、所定位相については、前記実施形態で限定されるものではなく、空間高調波の影響項を足し合わせてゼロにしてキャンセルできるような位相であればよい。具体的には、複数の所定位相にそれぞれ対応する正弦、又は、余弦の総和がゼロとなるような組み合わせの位相であれば構わない。
【００５６】
また、モータ制御に特定のモータパラメータしか用いられていない場合には、前記実施形態のように全てのモータパラメータを同定するのではなく、必要なモータパラメータだけを同定するようにしても構わない。また、コンプレッサの起動時にはＶ／Ｆ制御が用いられ、その後センサレス制御に移行する事が多いが、例えば、Ｖ／Ｆ制御時に本発明により各モータパラメータを同定しておき、その後のセンサレス制御において同定されたパラメータを使用するようにしても構わない。
【００５７】
本発明において、モータ駆動制御に用いられるＰＷＭのキャリア周波数に関しては特に制約はないが、周波数が高いほど同定精度を向上させることができる。なぜなら、キャリア周波数が高ければ、高回転時における１サンプリングに対する位相θの変化を小さくすることができるからである。
【００５８】
本発明において各モータパラメータを同定するタイミングは特に限定されるものではないが、電圧方程式が過渡状態を無視した定常状態を記述したものであるので、過渡的な電流が流れていない状態で同定を行うようにすることが好ましい。過渡状態を含む状態でも、同定の実施回数を増やせば逐次最小二乗法等の統計的手法を用いて、各モータパラメータを真値に近い値で同定する事も可能である。
【００５９】
また、前記実施形態の電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲのように複数の所定位相において同定を行い、平均化することで、空間高調波の影響項をキャンセルする場合において、運転状態が大きく変化しないのであれば、各所定位相が電流一周期内にある必要は無い。特に高速回転の場合、ＣＰＵの演算処理にも影響することから、電流数周期に亘って、１つの同定処理を実施することも有効である。同様の観点から、ＣＰＵの処理負荷の大きさによっては、負荷軽減のために同定のために用いる所定位相の数を例えば４箇所から２箇所に減らす等しても構わない。逆にＣＰＵ負荷が小さい場合には、精度向上のために、所定位相の数を例えば２箇所から４箇所に増やして同定精度を向上させるようにしても構わない。
【００６０】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００６１】
１００・・・モータ制御装置
Ｍ ・・・電動モータ
２ ・・・位相推定部
９ ・・・モータパラメータ同定部
１０ ・・・モータ駆動制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置センサレスでモータを制御する場合に使用されるモータパラメータを推定するための構成を有したモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置センサレスで電動モータを制御する場合、電動モータの位相（回転角、ロータ位置）を推定するために前記電動モータの特性を表すモータパラメータを含む、モータ電圧方程式を用いることが多い。前記モータパラメータは、電動モータの回転速度制御等を行う前に事前に測定できるが、運転中の温度変化や電流値の変化により刻々と変化する事が分かっている。つまり、運転中にそれらのモータパラメータが変化してしまうことから、運転中におけるモータパラメータと事前に測定したモータパラメータとの間には誤差が生じていることになり、このモータパラメータを含むモータ電圧方程式により電動モータの位相を算出した場合にも同様に推定誤差が生じることになる。このような位相の推定誤差があると、想定通りに制御を行うことができなくなり、モータ効率の低下や、最大トルクの劣化等、モータ性能を低下させることになる。
【０００３】
このような位相推定誤差を低減するために、モータパラメータを同定する構成を備えたモータ制御装置が特許文献１に示されている。より具体的には、このモータ制御装置に設けられたモータパラメータ同定部は、通常の速度制御モードとは異なる駆動をさせるモータパラメータ測定モードによりモータパラメータの一つであるインダクタンスを同定するものである。あるいは、特許文献２に示される交流モータ用のモータ制御装置は、モータに対して通常印加される交流電流ではなく、直流電流を印加し、その際に流れる電流値に基づいてモータパラメータを同定するものである。すなわち、これらの特許文献に示されるモータ制御装置は、通常のモータ制御モードとは異なる特殊運転を行う、あるいは、特殊な電流を印加することによりモータパラメータを同定する、いわゆる、オフラインパラメータ同定を行うものであり、電動モータに対して速度制御等を行っている最中にモータパラメータを同定する、いわゆる、オンラインパラメータ同定を行うものではない。従って、事前にモータパラメータを同定するための準備期間を設けたり、定期的にモータパラメータを特定するための期間を設けたりする必要があり、モータの運用計画に制限がかかり、使い勝手が悪くなってしまう場合がある。
【０００４】
さらに、電動車やコンプレッサに代表されるような高効率のモータが必要とされるアプリケーションに対して適用されるモータとしては、集中巻きＩＰＭモータが用いられることが多いが、このＩＰＭモータ等の場合、構造的要因から空間高調波による誘起電圧歪みが大きく、モータパラメータ同定においても大きな誤差の要因となり得る。前述した特許文献に示されるモータ制御装置では、モータ電圧方程式における空間高調波による影響が生じる項については無視する、あるいは、空間高調波抑制技術によりその影響を無視できるようにしていることを前提とした上でモータパラメータの同定を行っている。
【０００５】
しかしながら、集中巻きＩＰＭモータ等をセンサレス制御で高精度に駆動し、ＩＰＭモータの有する効率、性能を最大限に引き出すことを目的とした場合、これまでの空間高調波抑制技術や同定技術の単なる組み合わせでは、十分なモータパラメータ同定精度を得て、さらなる制御の高性能化を進めることは難しくなりつつある。言い換えると、従来無視されていた空間高調波による影響を考慮したモータパラメータ同定を行う必要があることを本願発明者は鋭意検討の結果、技術課題として見出したのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８６１２９号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、モータが速度制御中等であってもオンラインでのモータパラメータ同定を可能とするとともに、空間高調波によるモータパラメータ同定への影響を低減又は無くすことができるモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ同定方法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】
【０００８】
すなわち、モータ制御装置は、制御対象となる電動モータに流れている電流値と、前記電動モータの特性を示すモータパラメータと、に基づいて、前記電動モータの制御回転軸の位相を推定する位相推定部と、前記電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部で使用されるモータパラメータを同定するモータパラメータ同定部と、前記位相推定部で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部と、を備え、前記モータパラメータ同定部が、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のモータパラメータ同定方法は、電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、モータパラメータを同定するモータパラメータ同定方法であって、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、電動モータを例えば速度制御している場合において、制御回転軸の位相が所定位相となった時の電流値、又は、電圧値が分かればよいので、特に特殊な運転を電動モータにさせることなく、オンラインでのモータパラメータ同定を行うことができる。さらに、本願発明者は鋭意検討の結果、制御回転軸が所定位相の場合、空間高調波の影響がモータパラメータに対して現れていないことがあること、または、ある所定位相と別の所定位相におけるモータパラメータに対する空間高調波の影響は、各影響を足し合わせるとキャンセルすることができ、真値に近いモータパラメータを同定できることを見出した。このような知見から本発明は、全ての位相における電圧値、電流値を用いてモータパラメータの同定を行うのではなく、制御回転軸が所定位相の場合の同定用電圧値、同定用電流値によりモータパラメータの同定を行うようにしているので、空間高調波の影響を受けることなく、高精度に同定を行うことができる。
【００１１】
従って、本発明はモータパラメータをオンラインで空間高調波の影響を受けずに精度よく同定することができるので、例えば、ＩＰＭモータのような空間高調波の影響を受けやすいモータであっても、高精度、高性能で運用する事が可能となる。
【００１２】
複数のモータパラメータの同定を行う場合に、他のモータパラメータを用いずに、電動モータからの同定用電圧値、又は、同定用電流値だけで同定できるパラメータの同定を行い、最初に同定されたパラメータを他のモータパラメータの同定において基礎とできるようにして同定精度を向上させるには、前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定するように構成すればよい。
【００１３】
複数のモータパラメータの同定精度を向上させるためには、前記モータパラメータ同定部が、前記同定用電圧値、前記同定用電流値、推定されたインダクタンスに基づいて、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束の順番で同定するように構成すればよい。
【００１４】
空間高調波の影響がモータパラメータ同定に表れない所定位相の具体例としては、前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められているものが挙げられる。
【００１５】
複数の同定用電圧、又は、同定用電流の組み合わせにより、空間高調波の影響をキャンセルして、モータパラメータの同定精度を向上させるには、前記所定位相が複数設定されており、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められているものであればよい。
【００１６】
様々な特定不能の外乱によるモータパラメータ同定誤差をキャンセルし、同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、前記モータパラメータを複数回同定するように構成されており、複数の同定結果に基づいて最終同定結果を出力するように構成されたものであればよい。
【００１７】
各モータパラメータに適したそれぞれ異なる所定位相においてモータパラメータを同定して同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、各モータパラメータをそれぞれ異なるタイミングで同定するように構成されたものであればよい。
【００１８】
モータパラメータを同定する際に使用される演算式に一貫性を持たせて、その同定精度を向上させるには、前記モータパラメータ同定部が、ｄ軸電圧方程式又はｑ軸電圧方程式のいずれかに基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されたものであればよい。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明のモータ制御装置及びそれに用いられるモータパラメータ同定方法によれば、速度制御中等にオンラインにおいてモータパラメータを同定することができるとともに、所定位相の時の同定用電圧値、同定用電流値に基づいて空間高調波の影響をうけないようにしてモータパラメータを同定し、同定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を模式的に示すブロック図。
【図２】同実施形態におけるあるモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【図３】同実施形態における別のモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【図４】同実施形態におけるさらに別のモータパラメータの同定結果を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に本発明に係るモータ制御装置１００を示す。なお、同図では制御対象である電動モータＭも記載してある。
【００２３】
このモータ制御装置１００は、位置センサレスベクトル制御を利用して、ロータ（図示しない）の回転速度を予め与えられた設定速度に制御するものであり、物理的にはＣＰＵ、メモリ等を含む電気回路によって構成されている。そして、前記メモリに記憶されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、図１に示すように、出力座標変換部１、位相推定部２、位相誤差推定部３、速度推定部４、速度制御部５、電流制御部６、入力座標変換部７、速度−位置変換部８等としての機能を発揮する。なお、本実施形態では位相推定部２以外の各部が請求項での前記位相推定部２で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータＭに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部１０に相当する。さらに、前記位相推定部２で用いられる各種モータパラメータを同定するモータパラメータ同定部９としての機能も発揮するように本モータ制御装置１００は構成してある。また、制御対象であるモータＭは、電動車やコンプレッサに用いられる集中巻きＩＰＭモータであり、空間高調波による誘起電圧歪みの影響を受けやすいものである。
【００２４】
次に、各部の説明を兼ねて、ここでの位置センサレスベクトル制御の概要を説明する。
モータに流れる各相（３相）の電流は、出力座標変換部１（３相／２相変換部）で仮想の制御軸、すなわちｄ軸及びｑ軸にそれぞれ流れる２相の電流id及びiqに変換される。
【００２５】
そして、このｄ軸電流id及びｑ軸電流iqに基づいて、前記位置推定部２が、前記制御軸基準でのロータの推定位相θ_est（位置、回転角度）を後述するモータ電圧方程式により推定する。
【００２６】
さらに、位置誤差推定部３が、前記位相推定部２が推定した推定位相と実際のロータ位相との誤差である位相誤差Δθを推定算出する。ここで、本実施形態のモータＭは位置センサレスのため回転角度を測定するためのエンコーダ等は設けられていない。従って、実際のロータ位相はエンコーダ等により直接測定されたものではなく、例えば後述する目標回転速度ω_refにことにより算出される値である。その後、速度推定部４（速度推定オブザーバ）がＰＬＬ演算を施して前記位相誤差Δθを零にするようにロータの回転速度ω^を推定算出する。
【００２７】
そして、速度制御部５が、前記推定回転速度ω^と予め定めた設定回転速度ω_refとの偏差ω_errに基づいてｑ軸電流指令値Iq_refを算出し、さらに電流制御部６が、前記ｑ軸電流指令値Iq_refと前記ｑ軸電流Iqとの偏差Iq_errに基づいて、電動モータに付与すべきｑ軸電圧Vqを算出する。
【００２８】
一方、速度−角度変換部７は、前記推定速度ω^を時間積分することでロータの位置θ^を推定算出しており、前記入力座標変換部８（２相／３相変換部）が、前記ｑ軸電圧Vqと前記推定位置θ^から電動モータＭに付与する実際の各相電圧Vu、Vv、Vwを算出する。
【００２９】
以上が位置センサレスベクトル制御の概要であるが、この実施形態では、さらに前記モータパラメータ同定部９が、モータパラメータの同定を行い、逐次更新していくことにより温度変化等によるモータパラメータの変化を反映して、前記位相推定部２での推定精度を向上させるように構成してある。
【００３０】
以下では、前記位相推定部２及び前記モータパラメータ同定部９の構成及び動作について詳述する。
【００３１】
前記位相推定部２は、以下に示すモータ電圧方程式に基づいて推定位相θ_estを推定するように構成してある。
【００３２】
【数１】
ここで、Vd：ｄ軸電圧、Vq：ｑ軸電圧、id：ｄ軸電流、iq：ｑ軸電流、Ld：ｄ軸インダクタンス、Lq：ｑ軸インダクタンス、Ｒ：インピーダンス、φ：鎖交磁束、ΔＶ：電圧降下、ω：電気角速度、ｐ：微分演算子、Dd：電圧降下成分ｄ軸変換値、Dq：電圧降下成分ｑ軸変換値、Ｌ＊：インピーダンスによる空間高調波成分、φ＊：磁束による空間高調波成分である。これらの値のうち、前記モータパラメータ同定部での同定対象となるモータパラメータは、ｑ軸インダクタンスLq、電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲ、鎖交磁束φであり、最初はこれらの値は設計値等を初期値として使用している。
【００３３】
さらに、数１のモータ電圧方程式中のインピーダンスによる空間高調波成分、及び、磁束による空間高調波成分については以下のように記述される。
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００３４】
さらに、数１のモータ電圧方程式中の各軸への電圧降下成分変換値については以下のように記述される。
【数１３】
【数１４】
【００３５】
ここで、従来のモータパラメータを同定方法においては、数１のモータ電圧方程式における右辺第３項、第４項の空間高調波の影響を無視している、あるいは、空間高調波抑制技術により空間高調波自体がモータに作用しないようにした状態で同定できることを前提にしている。本実施形態では、数１の右辺第３項、第４項に対する空間高調波の影響が無視できない値であるとして取り扱っている。そして、特に空間高調波の主成分である３ｆ、６ｆ高調波外乱の影響をキャンセルすることで、前記モータパラメータ同定部９は、高精度の同定を行えるようにしてある。
【００３６】
前記モータパラメータ同定部９は、モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータＭに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部２で使用されるモータパラメータを同定するように構成してある。より具体的には、このモータパラメータ同定部９は、前記電動モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成してある。また、当該モータパラメータ同定部９は、出力座標変換部１から出力される電流値を取得するとともに、前記電流制御部６で前記モータＭに印加するように指令される電圧値についても取得するようにしてある。そして、前記位相推定部２で推定される位相が所定位相となる、又は、前記目標回転速度を時間積分して求められる位相が所定位相となった場合に、その時点での電圧値、電流値を用いて各モータパラメータの同定を行う。そして、前記モータパラメータ同定部９は、前記位相推定部２で位相推定のために用いられているモータパラメータを同定された値に逐次更新するようにしてある。
【００３７】
ここで、前記所定位相とは、モータパラメータを同定する際に空間高調波の影響項である第３項、第４項の値がゼロ、又は、複数の所定位相での電流値、電圧値の組み合わせにより空間高調波の影響をキャンセルできるように選ばれた位相である。例えば、前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定めてある。また、前記所定位相が複数設定してあり、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相を定めてある。
【００３８】
次にモータパラメータ同定部９によるモータパラメータの同定方法の具体的な根拠及び手順について説明していく。
【００３９】
前記モータパラメータ同定部は、最初にｑ軸インダクタンスLqを同定してから、電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲ、鎖交磁束φの順番で同定するように構成してある。
【００４０】
まず、前記モータパラメータ同定部９は、ｑ軸インダクタンスを下式数１５に示されるｑ軸電圧方程式により同定する。
【数１５】
【００４１】
前記モータパラメータ同定部９は、前記モータにパルス入力を行いid＝０であるとともに、前記制御軸位相が所定位相θ＝０であり、対応する正弦であるsinθ＝０の条件下で、ｑ軸インダクタンスの同定を行うように構成してある。この条件下では、上式数１５における右辺第２項は、id＝０であることからゼロに、sinθ＝０の場合、第４項は前述した式数５及び式数９から明らかなようにゼロとなるため、ｑ軸モータ電圧方程式は下式数１６のようになる。
【数１６】
【００４２】
パルス印加によるｑ軸インダクタンスLq同定は過渡項を使った手法のため、インピーダンスＲの誤差、及び鎖交磁束による空間高調波の影響φｈ２にはほとんど影響されない。このため、式数１６により所定位相θ＝０における同定用電圧値、同定用電流値に基づいて同定されたｑ軸インダクタンスLqはほとんど同定誤差を含まないと考えることができる。以降のモータパラメータ同定においては、この最初に同定されたｑ軸インダクタンスLqを用いられる。
【００４３】
次に前記モータパラメータ同定部９は、制御軸位相が所定位相θ＝π／１２と、θ＝５π／１２の２箇所における同定用電圧値、同定用電流値により下式数１７のｄ軸電圧方程式を用いて電圧降下ΔＶを同定する。
【数１７】
【００４４】
ここで、θ＝π／１２のとき、上式数１７の右辺括弧内の第３項は、前述した式数８及び式数６から明らかなように下式数１８のように変形できる。また、上式数１７の右辺括弧内の第４項は、前述した式数１０から明らかなように数１９のように変形できる。なお、下式では空間高調波の主成分が３ｆ、６ｆであること、及びその影響が最も大きいものだけを考慮する場合、式数８、式数６におけるｍについてｍ＝１を、式１０におけるｎについてはｎ＝１のみを考えればよい事を利用している。
【数１８】
【数１９】
【００４５】
ここで、Ｋ１、Ｋ２は第３項、第３項における、余弦、正弦の係数を代表させている。同じようにθ＝５π／１２のときの右辺括弧内第３項を算出し、θ＝π／１２の時の右辺括弧内第３項を足し合わせると、下式数２０のようにゼロとなる。また、第４項についても同様に２つの制御位相での総和は下式２１のようにゼロとなる。
【数２０】
【数２１】
【００４６】
つまり、２箇所の制御軸位相で同定した電圧位相ΔＶの平均値は、実質的に下式数２２に示すようになり、空間高調波の影響を受けず、かつ、ｄ軸電流id=0よりインピーダンスＲの誤差の影響を受けないことから、正確な電圧降下ΔＶを同定することができる。
【数２２】
【００４７】
なお、３ｆ空間高調波のｎ＝２成分を考慮する場合には、制御軸位相θを４箇所に増やして同定平均値を算出することで算出する事でそれらの影響も排除できる。
【００４８】
インピーダンスＲについても同定した電圧降下ΔＶを使い、電圧降下ΔＶを同定した際と同様の手法を用いて空間高調波成分をキャンセルしながら同定することができる。より具体的には、例えば制御軸位相が所定位相θ＝π／１２、５π／１２となった時の同定用電圧値、同定用電流値を用いてそれぞれインピーダンスＲの同定を行い、それらの平均値を取れば、実質的に下式数２３で同定した結果となり、空間高調波の影響をキャンセルすることができる。
【数２３】
【００４９】
前記モータパラメータ同定部９が、インピーダンスＲを同定した後は、次回以降id=0の運転条件の制約をかける必要はない。つまり、インピーダンスＲが真値である場合には、id=0の運転制約条件をかける必要が無く、新たに電圧降下ΔＶを同定する際にも下式数２４のようにｄ軸電流値idが含まれる式により同定を行っても精度よく同定を行うことができる。
【数２４】
【００５０】
前記モータパラメータ同定部９は、最後に鎖交磁束φを同定する。これまでに、ｑ軸インダクタンスLq、インピーダンスＲ、電圧降下ΔＶが同定されているので、これらの値を用いるとともに、制御軸位相が所定位相となった場合ときの同定用電圧値、同定用電流値を用いて、空間高調波の影響を排除するようにしてある。ｑ軸モータ電圧方程式より鎖交磁束φは下式数２５のように記述できる。
【数２５】
【００５１】
前記所定位相における値を足し合わせて、平均を取った場合、同定される鎖交磁束φは以下の式数２６のようになり、空間高調波の影響が無い式にすることができる。
【数２６】
【００５２】
このように本実施形態のモータ制御装置１００によれば、制御軸位相が空間高調波の影響をキャンセルすることができる所定位相となったときの同定用電圧値、同定用電流値に基づいて各モータパラメータを同定するように構成してあるので、各モータパラメータを精度よく同定することができる。しかも、通常の速度制御中等においてもｄ軸電流値がゼロである等のわずかな制約条件を付加するだけで、各モータパラメータの同定を精度良く行うことができ、オンライン同定に適したものとなっている。また、オンライン同定で精度よく各モータパラメータを同定することができるので、逐次、前記位相推定部で使用される各モータパラメータを更新することができる。従って、温度変化や流す電流値の変化等によりモータパラメータが変化したとしても、常に変化した後の値で位相推定を行うことができる。つまり、位相推定が正確であるため、ＩＰＭモータ等であっても常に位置センサレス制御で精度よく運転することができ、効率、トルク、性能を高い水準に保つことが可能となる。
【００５３】
最後に本実施形態のモータパラメータ同定部による鎖交磁束φ、電圧降下ΔＶ、ｑ軸インダクタンスＬｑの同定結果を図２、図３、図４のグラフで示す。ここで、点線の直線が理論値であり、点が前記モータパラメータ同定部により同定された結果を示すものである。どのモータパラメータに関しても理論値と、同定結果とは略一致しており、本実施形態のモータパラメータ同定部９によれば、空間高調波の影響をキャンセルして高精度での同定が可能となっていることが分かる。
【００５４】
その他の実施形態について説明する。
【００５５】
前記実施形態でのモータパラメータの同定順番は一例であり、その他の順番で同定を行っても構わない。また、所定位相については、前記実施形態で限定されるものではなく、空間高調波の影響項を足し合わせてゼロにしてキャンセルできるような位相であればよい。具体的には、複数の所定位相にそれぞれ対応する正弦、又は、余弦の総和がゼロとなるような組み合わせの位相であれば構わない。
【００５６】
また、モータ制御に特定のモータパラメータしか用いられていない場合には、前記実施形態のように全てのモータパラメータを同定するのではなく、必要なモータパラメータだけを同定するようにしても構わない。また、コンプレッサの起動時にはＶ／Ｆ制御が用いられ、その後センサレス制御に移行する事が多いが、例えば、Ｖ／Ｆ制御時に本発明により各モータパラメータを同定しておき、その後のセンサレス制御において同定されたパラメータを使用するようにしても構わない。
【００５７】
本発明において、モータ駆動制御に用いられるＰＷＭのキャリア周波数に関しては特に制約はないが、周波数が高いほど同定精度を向上させることができる。なぜなら、キャリア周波数が高ければ、高回転時における１サンプリングに対する位相θの変化を小さくすることができるからである。
【００５８】
本発明において各モータパラメータを同定するタイミングは特に限定されるものではないが、電圧方程式が過渡状態を無視した定常状態を記述したものであるので、過渡的な電流が流れていない状態で同定を行うようにすることが好ましい。過渡状態を含む状態でも、同定の実施回数を増やせば逐次最小二乗法等の統計的手法を用いて、各モータパラメータを真値に近い値で同定する事も可能である。
【００５９】
また、前記実施形態の電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲのように複数の所定位相において同定を行い、平均化することで、空間高調波の影響項をキャンセルする場合において、運転状態が大きく変化しないのであれば、各所定位相が電流一周期内にある必要は無い。特に高速回転の場合、ＣＰＵの演算処理にも影響することから、電流数周期に亘って、１つの同定処理を実施することも有効である。同様の観点から、ＣＰＵの処理負荷の大きさによっては、負荷軽減のために同定のために用いる所定位相の数を例えば４箇所から２箇所に減らす等しても構わない。逆にＣＰＵ負荷が小さい場合には、精度向上のために、所定位相の数を例えば２箇所から４箇所に増やして同定精度を向上させるようにしても構わない。
【００６０】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００６１】
１００・・・モータ制御装置
Ｍ ・・・電動モータ
２ ・・・位相推定部
９ ・・・モータパラメータ同定部
１０ ・・・モータ駆動制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象となる電動モータに流れている電流値と、前記電動モータの特性を示すモータパラメータと、に基づいて、前記電動モータの制御回転軸の位相を推定する位相推定部と、
前記電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部で使用されるモータパラメータを同定するモータパラメータ同定部と、
前記位相推定部で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部と、を備え、
前記モータパラメータ同定部が、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定するように構成された請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータパラメータ同定部が、前記同定用電圧値、前記同定用電流値、推定されたインダクタンスに基づいて、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束の順番で同定するように構成された請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められている請求項１、２又は３記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記所定位相が複数設定されており、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められている請求項１、２、３又は４記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータパラメータ同定部が、前記モータパラメータを複数回同定するように構成されており、複数の同定結果に基づいて最終同定結果を出力するように構成された請求項１、２、３、４又は５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータパラメータ同定部が、各モータパラメータをそれぞれ異なるタイミングで同定するように構成された請求項１、２、３、４、５又は６記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータパラメータ同定部が、ｄ軸電圧方程式又はｑ軸電圧方程式のいずれかに基づいて前記モータパラメータを同定するように構成された請求項、１、２、３、４、５、６又は７記載のモータ制御装置。
【請求項９】
電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、モータパラメータを同定するモータパラメータ同定方法であって、
前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定することを特徴とするモータパラメータ同定方法。
【請求項１０】
前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定する請求項９記載のモータパラメータ同定方法。
【請求項１１】
前記所定位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められている請求項９又は１０記載のモータパラメータ同定方法。
【請求項１２】
前記所定位相が複数設定されており、各所定位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められている請求項９、１０又は１１記載のモータパラメータ同定方法。
【請求項１】
制御対象となる電動モータに流れている電流値と、前記電動モータの特性を示すモータパラメータと、に基づいて、前記電動モータの制御回転軸の位相を推定する位相推定部と、
前記電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、前記位相推定部で使用されるモータパラメータを同定するモータパラメータ同定部と、
前記位相推定部で推定された位相と、指令値とに基づいて前記電動モータに付与すべき制御電流値又は制御電圧値を付与するモータ駆動制御部と、を備え、
前記モータパラメータ同定部が、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定するように構成された請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータパラメータ同定部が、前記同定用電圧値、前記同定用電流値、推定されたインダクタンスに基づいて、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束の順番で同定するように構成された請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記所定位相の定数倍の位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められている請求項１、２又は３記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記所定位相が複数設定されており、各所定位相の定数倍の位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められている請求項１、２、３又は４記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータパラメータ同定部が、前記モータパラメータを複数回同定するように構成されており、複数の同定結果に基づいて最終同定結果を出力するように構成された請求項１、２、３、４又は５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータパラメータ同定部が、各モータパラメータをそれぞれ異なるタイミングで同定するように構成された請求項１、２、３、４、５又は６記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータパラメータ同定部が、ｄ軸電圧方程式又はｑ軸電圧方程式のいずれかに基づいて前記モータパラメータを同定するように構成された請求項、１、２、３、４、５、６又は７記載のモータ制御装置。
【請求項９】
電動モータに印加されている電圧値、又は、当該電動モータに流れる電流値に基づいて、モータパラメータを同定するモータパラメータ同定方法であって、
前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、前記電動モータの制御回転軸の位相が所定位相となった時に前記電動モータに流れている電流値である同定用電流値に基づいて前記モータパラメータを同定することを特徴とするモータパラメータ同定方法。
【請求項１０】
前記モータパラメータが、インダクタンス、インピーダンス、電圧降下、鎖交磁束を含むものであり、前記モータパラメータ同定部が最初にインダクタンスを同定する請求項９記載のモータパラメータ同定方法。
【請求項１１】
前記所定位相に対応する正弦、又は、余弦がゼロとなるように当該所定位相が定められている請求項９又は１０記載のモータパラメータ同定方法。
【請求項１２】
前記所定位相が複数設定されており、各所定位相に対応する正弦の和、又は、各所定位相に対応する余弦の和がゼロとなるように各所定位相が定められている請求項９、１０又は１１記載のモータパラメータ同定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０６４４５（Ｐ２０１３−１０６４４５Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９１７５（Ｐ２０１１−２４９１７５）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
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