モータ制御装置
【課題】電源電流指令値に基づいてブラシレスモータを電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２は、ロータが電気角で３６０°回転する毎に、電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。そして、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって決定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差および所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流検出値Ｉｄとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とを演算する。この電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊に基づいてモータ１が駆動される。
【解決手段】ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２は、ロータが電気角で３６０°回転する毎に、電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。そして、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって決定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差および所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流検出値Ｉｄとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とを演算する。この電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊に基づいてモータ１が駆動される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの制御方式の１つとしてベクトル制御方式がある。ベクトル制御方式では、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電流値を、二相回転座標系における２相の電流に変換し、この２相の電流を用いてモータを制御する。二相回転座標系は、ロータの磁極方向に沿うｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とによって規定される座標系である。二相回転座標系における２相の電流は、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分とからなる。
【０００３】
また、ベクトル制御方式によってモータを制御するモータ制御装置として、ロータの回転角を検出するセンサを使用せずに、ロータの回転角および回転速度を推定するセンサレスベクトル制御方式のものが知られている。
図２は、センサレスベクトル制御を用いて電流制御でブラシレスモータを駆動する従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
この従来のモータ制御装置１００は、三相ブラシレスモータ１（以下、「モータ１」という）を駆動する。このモータ制御装置１００には、装置外部からシリアル信号などによってモータ１の電源電流指令値ＩＰ＊が入力される。電源電流指令値ＩＰ＊としては、例えばモータ１の仕様に示されている定格電源電流が用いられる。
モータ制御装置１００は、マイクロコンピュータ６１と、マイクロコンピュータ６１によって制御され、モータ１に電力を供給する駆動回路（三相インバータ回路）１２と、モータ１に流れるＵ相電流およびＶ相電流を検出するための電流センサ１３，１４とを備えている。
【０００５】
マイクロコンピュータ６１は、機能処理部として、電流偏差演算部７１と、ｑ軸電流制御部７２と、ｄ軸電流指令値設定部７３と、ｄ軸電流偏差演算部７４と、ｄ軸電流制御部７５と、座標変換部７６と、ＰＷＭ制御部７７と、相電流検出部７８と、座標変換部７９と、ｄ軸電流指令値設定部８０と、ｄ軸電流偏差演算部８１と、ロータ角度制御部８２と、ロータ角度演算部８３と、速度演算部８４とを含んでいる。
【０００６】
相電流検出部７８は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、電流センサ１３，１４の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を求める。座標変換部７９は、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータの回転角（ロータ角度θ）を用いて、相電流検出部７８によって求められた３相の相電流を、二相回転座標系における２相の電流（ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑ）に変換する。
【０００７】
電流偏差演算部７１は、電源電流指令値ＩＰ＊と座標変換部７９によって得られるｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差（ＩＰ＊−Ｉｑ）を演算する。ｑ軸電流制御部７２は、電流偏差演算部７１によって得られた偏差（ＩＰ＊−Ｉｑ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。
ｄ軸電流設定部７３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部７９によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ｄ軸電流制御部７５は、ｄ軸電流偏差演算部７４によって得られた偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出する。座標変換部７６は、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータ角度θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する。
【０００８】
ＰＷＭ制御部７７は、三相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊それぞれに対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。
座標変換部７６，７９において前記座標変換を行うためには、ロータの回転角（ロータ角度）が必要となる。ロータ角度は、ｄ軸電流指令値設定部８０、ｄ軸電流偏差演算部８１、ロータ角度制御部８２、ロータ角度演算部８３および速度演算部８４によって構成されるロータ角度推定手段によって推定される。
【０００９】
ｄ軸電流指令値設定部８０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部８１は、所定の演算周期Ｔｓ毎にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部７９によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ロータ角度制御部８２は、ｄ軸電流偏差演算部８１によって演算される偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に基づいて、補正角度Δθを演算する。
【００１０】
ロータ角度演算部８３は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ロータ回転角θを演算する。具体的には、ロータ角度演算部８３は、前回の演算周期においてロータ角度演算部８３によって演算されたロータ角度θｋ−１と、速度演算部８４によって演算されたロータの回転速度ωと、今回の演算周期においてロータ角度制御部８２によって演算された補正角度Δθｋと、演算周期Ｔｓとに基づいて、今回の演算周期でのロータ回転角θｋを演算する。
【００１１】
速度演算部８４は、例えば、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータ回転角θｋに基づいて、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘを計測し、３６０°／Ｔｘを演算することによりロータの回転速度ωを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開2009-136161号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述した従来のモータの制御装置では、電源電流指令値をｑ軸電流制御部７２に対する指令値としているために電流の安定領域が狭く、外乱に対するロバスト性が低い。また、電源電流とｑ軸電流との間にはリニアな相関がないため、誤動作が発生しやすい。
この発明の目的は、電源電流指令値に基づいてブラシレスモータを電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ステータとロータを有するブラシレスモータ（１）に対してベクトル制御を行なうモータ制御装置（１０）であって、前記ブラシレスモータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段（１６）と、前記ブラシレスモータに流れる相電流を検出する相電流検出手段（３１）と、前記相電流検出手段によって検出される相電流検出値を、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に変換する変換手段（３２）と、所定の電源電流指令値と前記電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流指令値演算手段（２１，２２）と、所定のｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段（２３，２４，２６，２７）と、前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する手段（２８，２９）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【００１５】
この発明では、所定の電源電流指令値と電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値が演算され、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値が演算されるので、電源電流指令値に基づいてブラシレスモータを電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記ロータが所定角度回転する毎に、前記ｑ軸電流指令値演算手段を動作させる動作タイミング制御手段（３８）を含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。この構成では、前記所定角度を電源電流検出手段によって電源電流を安定して検出できる角度に設定することができるので、安定した制御を行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、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ブロック図である。
【図２】図２は、センサレスベクトル制御を用いて電流制御でブラシレスモータを駆動する従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この実施形態では、電動ポンプに用いられるブラシレスモータをセンサレスベクトル制御方式で制御するモータ制御装置について説明する。
モータ制御装置１０は、三相ブラシレスモータ１（以下、「モータ１」という）を駆動する。モータ１は、界磁としてのロータ（図示せず）と、ロータに対向するステータ（図示せず）に配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線（図示せず）とを備えている。モータ制御装置１０には、装置外部からシリアル信号などによって電源電流指令値ＩＰ＊が入力される。電源電流指令値ＩＰ＊としては、例えばモータ１の仕様に示されている定格電源電流が用いられる。
【００１９】
モータ制御装置１０は、マイクロコンピュータ１１と、マイクロコンピュータ１１によって制御され、モータ１に電力を供給する駆動回路１２と、モータ１に流れるＵ相電流を検出するためのＵ相電流センサ１３と、モータ１に流れるＶ相電流を検出するためのＶ相電流センサ１４と、シャント抵抗１５と、モータ１に供給される電源電流を検出するための電源電流検出部１６とを備えている。
【００２０】
駆動回路１２は、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路１２では、モータ１のＵ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２ＵＨ，２ＵＬの直列回路と、モータ１のＶ相に対応した一対のＦＥＴ２ＶＨ，２ＶＬの直列回路と、モータ１のＷ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２ＷＨ，２ＷＬの直列回路とが、直流電源３と接地４との間に並列に接続されている。
【００２１】
モータ１のＵ相コイルは、Ｕ相に対応した一対のＦＥＴ２ＵＨ，２ＵＬの間の接続点に接続されている。モータ１のＶ相コイルは、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ２ＶＨ，２ＶＬの間の接続点に接続されている。モータ１のＷ相コイルは、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ２ＷＨ，２ＷＬの間の接続点に接続されている。
Ｕ相の界磁コイルと駆動回路１２とを接続するための接続線にＵ相電流センサ１３が設けられている。また、Ｖ相の界磁コイルと駆動回路１２とを接続するための接続線にＶ相電流センサ１４が設けられている。駆動回路１２の接地側と接地４との間にシャント抵抗１５が接続されている。電源電流検出部１６は、シャント抵抗１５の端子間電圧に基づいて、３相の界磁コイルに流れる電流の総和を電源電流ＩＰとして検出するものである。
【００２２】
マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することにより、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電源電流偏差演算部２１と、電源電流制御部２２と、ｑ軸電流偏差演算部２３と、ｑ軸電流制御部２４と、ｄ軸電流指令値設定部２５と、ｄ軸電流偏差演算部２６と、ｄ軸電流制御部２７と、座標変換部２８と、ＰＷＭ制御部２９と、相電流検出部３１と、座標変換部３２と、ｄ軸電流指令値設定部３３と、ｄ軸電流偏差演算部３４と、ロータ角度制御部（位相制御部）３５と、ロータ角度演算部３６と、速度演算部３７と、動作タイミング制御部３８とを含んでいる。
【００２３】
相電流検出部３１は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、Ｕ相電流センサ１３およびＶ相電流センサ１４の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を求める。座標変換部３２は、ロータ角度演算部３６によって演算されるロータの回転角度（以下、「ロータ角度θ」という）を用いて、相電流検出部３１によって求められた３相の相電流を、二相回転座標系における２相の電流に変換する。二相回転座標系は、ロータの磁極方向に沿うｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とによって規定される座標系である。二相回転座標系における２相の電流は、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分とからなる。座標変換部３２によって得られる２相の電流のうち、ｄ軸電流成分をｄ軸電流検出値Ｉｄといい、ｑ軸電流成分をｑ軸電流検出値Ｉｑということにする。
【００２４】
電源電流偏差演算部２１は、電源電流指令値ＩＰ＊と電源電流検出部１６によって検出された電源電流検出値ＩＰとの偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）を演算する。電源電流制御部２２は、電源電流偏差演算部２１によって演算された偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｑ軸電流（以下、「ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊」という）を演算する。
【００２５】
ｑ軸電流偏差演算部２３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と座標変換部３２によって得られるｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）を演算する。ｑ軸電流制御部２４は、ｑ軸電流偏差演算部２３によって得られた偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｑ軸電圧（以下、「ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊」という）を演算する。
【００２６】
ｄ軸電流指令値設定部２５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部２６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部３２によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ｄ軸電流制御部２７は、ｄ軸電流偏差演算部２６によって得られた偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｄ軸電圧（以下、「ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊」という）を演算する。
【００２７】
座標変換部２８は、ロータ角度演算部３６によって演算されるロータ角度θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する。
ＰＷＭ制御部２９は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊それぞれに対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。駆動回路１２内のＦＥＴ２がＰＷＭ制御部２９から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に相当する電圧がモータ１の各相のステータ巻線に印加されることになる。
【００２８】
座標変換部２８，３２において前記座標変換を行うためには、ロータの回転角（ロータ角度θ）が必要となる。そこで、マイクロコンピュータ１１は、ロータ角度θを回転角センサを用いることなく推定するロータ角度推定手段を備えている。ロータ角度推定手段は、ｄ軸電流指令値設定部３３、ｄ軸電流偏差演算部３４、ロータ角度制御部３５、ロータ角度演算部３６および速度演算部３７から構成される。
【００２９】
ｄ軸電流指令値設定部３３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部３４は、所定の演算周期Ｔｓ毎にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部３２によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ロータ角度制御部３５は、ｄ軸電流偏差演算部３４によって演算される偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、補正角度Δθを演算する。具体的には、ロータ角度制御部３５は、例えば次式（１）に基づいて、補正角度Δθを演算する。なお、ロータ角度制御部３５は、前記偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して、比例積分微分演算または比例演算を行なうことにより、補正角度Δθを演算するものであってもよい。
【００３０】
Δθ＝ＫＰ×Ａ＋ＫＩ×Ｂ …(1)
Ａ ：ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）
ＫＰ：比例ゲイン
Ｂ ：Ａの累積値
ＫＩ：積分ゲイン
ロータ角度演算部３６は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ロータ角度θを演算する。ロータ角度演算部３６は、前回の演算周期においてロータ角度演算部３６によって演算されたロータ回転角θｋ−１と、速度演算部３７によって演算されたロータの回転速度ωと、今回の演算周期においてロータ角度制御部３５によって演算された補正角度Δθｋと、演算周期Ｔｓとに基づいて、今回の演算周期でのロータ角度θｋを演算する。具体的には、ロータ角度演算部３６は、例えば次式(2)に基づいて、ロータ角度θｋを演算する。
【００３１】
θｋ＝θｋ−１＋ω・Ｔｓ＋Δθｋ …(2)
このように、ロータ角度演算部３６は、補正角度Δθｋを用いてロータ角度θｋを求めているので、ロータ角度θをロータの実際の回転角度に収束させることができる。
速度演算部３７は、この実施形態では、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘを計測し、３６０°／Ｔｘを演算することにより、ロータの回転速度ωを演算する。例えば、速度演算部３７は、演算周期Ｔｓ毎に、ロータ角度演算部３６によって演算されたロータ角度θｋと、その１回前にロータ角度演算部３６によって演算されたロータ角度θｋ−１とを比較し、θｋ＜θｋ−１であれば、ロータが３６０°回転したと判定する。そして、速度演算部３７は、ロータが３６０°回転する間に、ロータ角度演算部３６によってロータ角度θｋが演算された回数Ｋをカウントし、この回数Ｋと演算周期Ｔｓとの積（Ｋ・Ｔｓ）を、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘとして演算する。最後に、速度演算部３７は、３６０゜をＴｘで除算した値（３６０゜／Ｔｘ）を、ロータの回転速度ωとして演算する。したがって、ロータの回転速度ωは、ロータが電気角で３６０°回転する毎に更新される。
【００３２】
電源電流偏差演算部２１および電源電流制御部２２は、ｑ軸電流指令値演算手段を構成している。また、ｑ軸電流偏差演算部２３、ｑ軸電流制御部２４、ｄ軸電流偏差演算部２６およびｄ軸電流制御部２７は、電圧指令値演算手段を構成している。そして、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって演算されたｑ軸電流指令値が、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７に与えられる。
【００３３】
つまり、この実施形態では、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２および電源電流検出部１６を含む外側ループ（マスターループ）と、その内側の電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７、座標変換部２８，３２および相電流検出部３１を含む内側ループ（スレーブループ）とが組み合わされたカスケード制御によって、モータ１が制御される。
モータ１に流れるｑ軸電流は正弦波であるため、そのサンプリング周期が短いほど、波形生成の精度が上がる。そこで、この実施形態では、内側ループの制御周期（前記演算周期Ｔｓ）は、例えば５０μsecに設定される。したがって、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７および角度制御部３５は、５０μsec周期で動作する。
【００３４】
一方、電源電流の変化が安定するのは３相分の電流が揃った後となるため、電源電流の検出には電気角で３６０°の遅れが生じる。このため、電源電流を検出するサンプリング周期を、電気角の３６０°に同期させることによって、安定した制御が可能となる。そこで、この実施形態では、外側ループの制御周期Ｔｍは、動作タイミング制御部３８によって、電気角の３６０°に同期した周期となるように制御される。
【００３５】
具体的には、動作タイミング制御部３８は、速度演算部３７によって、ロータが電気角で３６０°回転されたことが検出される毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２（電源電流偏差演算部２１および電源電流制御部２２）に動作指令を与える。ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２に動作指令が与えられると、電源電流偏差演算部２１は、電源電流検出部１６から電源電流検出値ＩＰを取り込み、取り込んだ電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）を演算する。そして、電源電流制御部２２は、電源電流偏差演算部２１によって演算された偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。
【００３６】
なお、モータ１のロータに設けられた磁極対数をｍとし、ロータの回転速度がＲ［rpm]である場合のｑ軸電流指令値演算手段２１，２２の制御周期Ｔｍは、次式(3)で表される。
Ｔｍ＝１／｛（Ｒ／６０）・ｍ｝［sec］ …(3)
例えば、ｍ＝４とすると、Ｒ＝１０００［rpm]のときにはＴｍ＝１５．０[msec]となり、Ｒ＝２０００［rpm]のときにはＴｍ＝７．５[msec]となり、Ｒ＝３０００［rpm]のときにはＴｍ＝５．０[msec]となる。
【００３７】
このように、モータの回転速度が高い場合でも、内側ループの制御周期Ｔｓは例えば５０μsecに設定され、外側ループの制御周期Ｔｍよりも内側ループの制御周期Ｔｓが充分短くされている。
以上のような構成において、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２は、ロータが電気角で３６０°回転する毎に、電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。そして、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって決定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差および所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流検出値Ｉｄとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とを演算する。この電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊に基づいてモータ１が駆動される。これにより、モータ１に供給される電源電流（３相の界磁コイルに流れる電流の総和）が、電源電流指令値ＩＰ＊となるように制御される。
【００３８】
前記実施形態によれば、電源電流指令値ＩＰ＊と電源電流検出値ＩＰとの偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が演算され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑ＊との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が演算されるので、電源電流指令値に基づいてモータ１を電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。また、電源電流を安定して検出できる電気角の３６０°に同期して、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２を動作させているので、安定した制御が可能となる。
【００３９】
なお、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…ブラシレスモータ、１０…モータ制御装置、２１…電源電流偏差演算部、２２…電源電流制御部、２３…ｑ軸電流偏差演算部、２４…ｑ軸電流制御部、２５…ｄ軸電流指令値設定部、２６…ｄ軸電流偏差演算部、２７…ｄ軸電流制御部、３６…ロータ回転角度演算部、３７…速度演算部、３８…動作タイミング制御部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの制御方式の１つとしてベクトル制御方式がある。ベクトル制御方式では、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電流値を、二相回転座標系における２相の電流に変換し、この２相の電流を用いてモータを制御する。二相回転座標系は、ロータの磁極方向に沿うｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とによって規定される座標系である。二相回転座標系における２相の電流は、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分とからなる。
【０００３】
また、ベクトル制御方式によってモータを制御するモータ制御装置として、ロータの回転角を検出するセンサを使用せずに、ロータの回転角および回転速度を推定するセンサレスベクトル制御方式のものが知られている。
図２は、センサレスベクトル制御を用いて電流制御でブラシレスモータを駆動する従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
この従来のモータ制御装置１００は、三相ブラシレスモータ１（以下、「モータ１」という）を駆動する。このモータ制御装置１００には、装置外部からシリアル信号などによってモータ１の電源電流指令値ＩＰ＊が入力される。電源電流指令値ＩＰ＊としては、例えばモータ１の仕様に示されている定格電源電流が用いられる。
モータ制御装置１００は、マイクロコンピュータ６１と、マイクロコンピュータ６１によって制御され、モータ１に電力を供給する駆動回路（三相インバータ回路）１２と、モータ１に流れるＵ相電流およびＶ相電流を検出するための電流センサ１３，１４とを備えている。
【０００５】
マイクロコンピュータ６１は、機能処理部として、電流偏差演算部７１と、ｑ軸電流制御部７２と、ｄ軸電流指令値設定部７３と、ｄ軸電流偏差演算部７４と、ｄ軸電流制御部７５と、座標変換部７６と、ＰＷＭ制御部７７と、相電流検出部７８と、座標変換部７９と、ｄ軸電流指令値設定部８０と、ｄ軸電流偏差演算部８１と、ロータ角度制御部８２と、ロータ角度演算部８３と、速度演算部８４とを含んでいる。
【０００６】
相電流検出部７８は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、電流センサ１３，１４の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を求める。座標変換部７９は、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータの回転角（ロータ角度θ）を用いて、相電流検出部７８によって求められた３相の相電流を、二相回転座標系における２相の電流（ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑ）に変換する。
【０００７】
電流偏差演算部７１は、電源電流指令値ＩＰ＊と座標変換部７９によって得られるｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差（ＩＰ＊−Ｉｑ）を演算する。ｑ軸電流制御部７２は、電流偏差演算部７１によって得られた偏差（ＩＰ＊−Ｉｑ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。
ｄ軸電流設定部７３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部７９によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ｄ軸電流制御部７５は、ｄ軸電流偏差演算部７４によって得られた偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出する。座標変換部７６は、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータ角度θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する。
【０００８】
ＰＷＭ制御部７７は、三相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊それぞれに対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。
座標変換部７６，７９において前記座標変換を行うためには、ロータの回転角（ロータ角度）が必要となる。ロータ角度は、ｄ軸電流指令値設定部８０、ｄ軸電流偏差演算部８１、ロータ角度制御部８２、ロータ角度演算部８３および速度演算部８４によって構成されるロータ角度推定手段によって推定される。
【０００９】
ｄ軸電流指令値設定部８０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部８１は、所定の演算周期Ｔｓ毎にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部７９によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ロータ角度制御部８２は、ｄ軸電流偏差演算部８１によって演算される偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に基づいて、補正角度Δθを演算する。
【００１０】
ロータ角度演算部８３は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ロータ回転角θを演算する。具体的には、ロータ角度演算部８３は、前回の演算周期においてロータ角度演算部８３によって演算されたロータ角度θｋ−１と、速度演算部８４によって演算されたロータの回転速度ωと、今回の演算周期においてロータ角度制御部８２によって演算された補正角度Δθｋと、演算周期Ｔｓとに基づいて、今回の演算周期でのロータ回転角θｋを演算する。
【００１１】
速度演算部８４は、例えば、ロータ角度演算部８３によって演算されるロータ回転角θｋに基づいて、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘを計測し、３６０°／Ｔｘを演算することによりロータの回転速度ωを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開2009-136161号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述した従来のモータの制御装置では、電源電流指令値をｑ軸電流制御部７２に対する指令値としているために電流の安定領域が狭く、外乱に対するロバスト性が低い。また、電源電流とｑ軸電流との間にはリニアな相関がないため、誤動作が発生しやすい。
この発明の目的は、電源電流指令値に基づいてブラシレスモータを電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ステータとロータを有するブラシレスモータ（１）に対してベクトル制御を行なうモータ制御装置（１０）であって、前記ブラシレスモータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段（１６）と、前記ブラシレスモータに流れる相電流を検出する相電流検出手段（３１）と、前記相電流検出手段によって検出される相電流検出値を、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に変換する変換手段（３２）と、所定の電源電流指令値と前記電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流指令値演算手段（２１，２２）と、所定のｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段（２３，２４，２６，２７）と、前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する手段（２８，２９）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【００１５】
この発明では、所定の電源電流指令値と電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値が演算され、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値が演算されるので、電源電流指令値に基づいてブラシレスモータを電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記ロータが所定角度回転する毎に、前記ｑ軸電流指令値演算手段を動作させる動作タイミング制御手段（３８）を含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。この構成では、前記所定角度を電源電流検出手段によって電源電流を安定して検出できる角度に設定することができるので、安定した制御を行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、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ブロック図である。
【図２】図２は、センサレスベクトル制御を用いて電流制御でブラシレスモータを駆動する従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この実施形態では、電動ポンプに用いられるブラシレスモータをセンサレスベクトル制御方式で制御するモータ制御装置について説明する。
モータ制御装置１０は、三相ブラシレスモータ１（以下、「モータ１」という）を駆動する。モータ１は、界磁としてのロータ（図示せず）と、ロータに対向するステータ（図示せず）に配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線（図示せず）とを備えている。モータ制御装置１０には、装置外部からシリアル信号などによって電源電流指令値ＩＰ＊が入力される。電源電流指令値ＩＰ＊としては、例えばモータ１の仕様に示されている定格電源電流が用いられる。
【００１９】
モータ制御装置１０は、マイクロコンピュータ１１と、マイクロコンピュータ１１によって制御され、モータ１に電力を供給する駆動回路１２と、モータ１に流れるＵ相電流を検出するためのＵ相電流センサ１３と、モータ１に流れるＶ相電流を検出するためのＶ相電流センサ１４と、シャント抵抗１５と、モータ１に供給される電源電流を検出するための電源電流検出部１６とを備えている。
【００２０】
駆動回路１２は、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路１２では、モータ１のＵ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２ＵＨ，２ＵＬの直列回路と、モータ１のＶ相に対応した一対のＦＥＴ２ＶＨ，２ＶＬの直列回路と、モータ１のＷ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２ＷＨ，２ＷＬの直列回路とが、直流電源３と接地４との間に並列に接続されている。
【００２１】
モータ１のＵ相コイルは、Ｕ相に対応した一対のＦＥＴ２ＵＨ，２ＵＬの間の接続点に接続されている。モータ１のＶ相コイルは、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ２ＶＨ，２ＶＬの間の接続点に接続されている。モータ１のＷ相コイルは、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ２ＷＨ，２ＷＬの間の接続点に接続されている。
Ｕ相の界磁コイルと駆動回路１２とを接続するための接続線にＵ相電流センサ１３が設けられている。また、Ｖ相の界磁コイルと駆動回路１２とを接続するための接続線にＶ相電流センサ１４が設けられている。駆動回路１２の接地側と接地４との間にシャント抵抗１５が接続されている。電源電流検出部１６は、シャント抵抗１５の端子間電圧に基づいて、３相の界磁コイルに流れる電流の総和を電源電流ＩＰとして検出するものである。
【００２２】
マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することにより、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電源電流偏差演算部２１と、電源電流制御部２２と、ｑ軸電流偏差演算部２３と、ｑ軸電流制御部２４と、ｄ軸電流指令値設定部２５と、ｄ軸電流偏差演算部２６と、ｄ軸電流制御部２７と、座標変換部２８と、ＰＷＭ制御部２９と、相電流検出部３１と、座標変換部３２と、ｄ軸電流指令値設定部３３と、ｄ軸電流偏差演算部３４と、ロータ角度制御部（位相制御部）３５と、ロータ角度演算部３６と、速度演算部３７と、動作タイミング制御部３８とを含んでいる。
【００２３】
相電流検出部３１は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、Ｕ相電流センサ１３およびＶ相電流センサ１４の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を求める。座標変換部３２は、ロータ角度演算部３６によって演算されるロータの回転角度（以下、「ロータ角度θ」という）を用いて、相電流検出部３１によって求められた３相の相電流を、二相回転座標系における２相の電流に変換する。二相回転座標系は、ロータの磁極方向に沿うｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とによって規定される座標系である。二相回転座標系における２相の電流は、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分とからなる。座標変換部３２によって得られる２相の電流のうち、ｄ軸電流成分をｄ軸電流検出値Ｉｄといい、ｑ軸電流成分をｑ軸電流検出値Ｉｑということにする。
【００２４】
電源電流偏差演算部２１は、電源電流指令値ＩＰ＊と電源電流検出部１６によって検出された電源電流検出値ＩＰとの偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）を演算する。電源電流制御部２２は、電源電流偏差演算部２１によって演算された偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｑ軸電流（以下、「ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊」という）を演算する。
【００２５】
ｑ軸電流偏差演算部２３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と座標変換部３２によって得られるｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）を演算する。ｑ軸電流制御部２４は、ｑ軸電流偏差演算部２３によって得られた偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｑ軸電圧（以下、「ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊」という）を演算する。
【００２６】
ｄ軸電流指令値設定部２５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部２６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部３２によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ｄ軸電流制御部２７は、ｄ軸電流偏差演算部２６によって得られた偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、モータ１に供給すべきｄ軸電圧（以下、「ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊」という）を演算する。
【００２７】
座標変換部２８は、ロータ角度演算部３６によって演算されるロータ角度θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する。
ＰＷＭ制御部２９は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊それぞれに対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。駆動回路１２内のＦＥＴ２がＰＷＭ制御部２９から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に相当する電圧がモータ１の各相のステータ巻線に印加されることになる。
【００２８】
座標変換部２８，３２において前記座標変換を行うためには、ロータの回転角（ロータ角度θ）が必要となる。そこで、マイクロコンピュータ１１は、ロータ角度θを回転角センサを用いることなく推定するロータ角度推定手段を備えている。ロータ角度推定手段は、ｄ軸電流指令値設定部３３、ｄ軸電流偏差演算部３４、ロータ角度制御部３５、ロータ角度演算部３６および速度演算部３７から構成される。
【００２９】
ｄ軸電流指令値設定部３３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、たとえば零に設定される。ｄ軸電流偏差演算部３４は、所定の演算周期Ｔｓ毎にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と座標変換部３２によって得られるｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算する。ロータ角度制御部３５は、ｄ軸電流偏差演算部３４によって演算される偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、補正角度Δθを演算する。具体的には、ロータ角度制御部３５は、例えば次式（１）に基づいて、補正角度Δθを演算する。なお、ロータ角度制御部３５は、前記偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に対して、比例積分微分演算または比例演算を行なうことにより、補正角度Δθを演算するものであってもよい。
【００３０】
Δθ＝ＫＰ×Ａ＋ＫＩ×Ｂ …(1)
Ａ ：ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）
ＫＰ：比例ゲイン
Ｂ ：Ａの累積値
ＫＩ：積分ゲイン
ロータ角度演算部３６は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ロータ角度θを演算する。ロータ角度演算部３６は、前回の演算周期においてロータ角度演算部３６によって演算されたロータ回転角θｋ−１と、速度演算部３７によって演算されたロータの回転速度ωと、今回の演算周期においてロータ角度制御部３５によって演算された補正角度Δθｋと、演算周期Ｔｓとに基づいて、今回の演算周期でのロータ角度θｋを演算する。具体的には、ロータ角度演算部３６は、例えば次式(2)に基づいて、ロータ角度θｋを演算する。
【００３１】
θｋ＝θｋ−１＋ω・Ｔｓ＋Δθｋ …(2)
このように、ロータ角度演算部３６は、補正角度Δθｋを用いてロータ角度θｋを求めているので、ロータ角度θをロータの実際の回転角度に収束させることができる。
速度演算部３７は、この実施形態では、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘを計測し、３６０°／Ｔｘを演算することにより、ロータの回転速度ωを演算する。例えば、速度演算部３７は、演算周期Ｔｓ毎に、ロータ角度演算部３６によって演算されたロータ角度θｋと、その１回前にロータ角度演算部３６によって演算されたロータ角度θｋ−１とを比較し、θｋ＜θｋ−１であれば、ロータが３６０°回転したと判定する。そして、速度演算部３７は、ロータが３６０°回転する間に、ロータ角度演算部３６によってロータ角度θｋが演算された回数Ｋをカウントし、この回数Ｋと演算周期Ｔｓとの積（Ｋ・Ｔｓ）を、ロータが電気角で３６０°回転するのに要した時間Ｔｘとして演算する。最後に、速度演算部３７は、３６０゜をＴｘで除算した値（３６０゜／Ｔｘ）を、ロータの回転速度ωとして演算する。したがって、ロータの回転速度ωは、ロータが電気角で３６０°回転する毎に更新される。
【００３２】
電源電流偏差演算部２１および電源電流制御部２２は、ｑ軸電流指令値演算手段を構成している。また、ｑ軸電流偏差演算部２３、ｑ軸電流制御部２４、ｄ軸電流偏差演算部２６およびｄ軸電流制御部２７は、電圧指令値演算手段を構成している。そして、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって演算されたｑ軸電流指令値が、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７に与えられる。
【００３３】
つまり、この実施形態では、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２および電源電流検出部１６を含む外側ループ（マスターループ）と、その内側の電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７、座標変換部２８，３２および相電流検出部３１を含む内側ループ（スレーブループ）とが組み合わされたカスケード制御によって、モータ１が制御される。
モータ１に流れるｑ軸電流は正弦波であるため、そのサンプリング周期が短いほど、波形生成の精度が上がる。そこで、この実施形態では、内側ループの制御周期（前記演算周期Ｔｓ）は、例えば５０μsecに設定される。したがって、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７および角度制御部３５は、５０μsec周期で動作する。
【００３４】
一方、電源電流の変化が安定するのは３相分の電流が揃った後となるため、電源電流の検出には電気角で３６０°の遅れが生じる。このため、電源電流を検出するサンプリング周期を、電気角の３６０°に同期させることによって、安定した制御が可能となる。そこで、この実施形態では、外側ループの制御周期Ｔｍは、動作タイミング制御部３８によって、電気角の３６０°に同期した周期となるように制御される。
【００３５】
具体的には、動作タイミング制御部３８は、速度演算部３７によって、ロータが電気角で３６０°回転されたことが検出される毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２（電源電流偏差演算部２１および電源電流制御部２２）に動作指令を与える。ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２に動作指令が与えられると、電源電流偏差演算部２１は、電源電流検出部１６から電源電流検出値ＩＰを取り込み、取り込んだ電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）を演算する。そして、電源電流制御部２２は、電源電流偏差演算部２１によって演算された偏差（ＩＰ＊−ＩＰ）に対して比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。
【００３６】
なお、モータ１のロータに設けられた磁極対数をｍとし、ロータの回転速度がＲ［rpm]である場合のｑ軸電流指令値演算手段２１，２２の制御周期Ｔｍは、次式(3)で表される。
Ｔｍ＝１／｛（Ｒ／６０）・ｍ｝［sec］ …(3)
例えば、ｍ＝４とすると、Ｒ＝１０００［rpm]のときにはＴｍ＝１５．０[msec]となり、Ｒ＝２０００［rpm]のときにはＴｍ＝７．５[msec]となり、Ｒ＝３０００［rpm]のときにはＴｍ＝５．０[msec]となる。
【００３７】
このように、モータの回転速度が高い場合でも、内側ループの制御周期Ｔｓは例えば５０μsecに設定され、外側ループの制御周期Ｔｍよりも内側ループの制御周期Ｔｓが充分短くされている。
以上のような構成において、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２は、ロータが電気角で３６０°回転する毎に、電源電流検出値ＩＰと電源電流指令値ＩＰ＊との偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。そして、電圧指令値演算手段２３，２４，２６，２７は、所定の演算周期Ｔｓ毎に、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２によって決定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差および所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流検出値Ｉｄとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とを演算する。この電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊に基づいてモータ１が駆動される。これにより、モータ１に供給される電源電流（３相の界磁コイルに流れる電流の総和）が、電源電流指令値ＩＰ＊となるように制御される。
【００３８】
前記実施形態によれば、電源電流指令値ＩＰ＊と電源電流検出値ＩＰとの偏差に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が演算され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑ＊との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が演算されるので、電源電流指令値に基づいてモータ１を電流制御で駆動する場合に、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。また、電源電流を安定して検出できる電気角の３６０°に同期して、ｑ軸電流指令値演算手段２１，２２を動作させているので、安定した制御が可能となる。
【００３９】
なお、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…ブラシレスモータ、１０…モータ制御装置、２１…電源電流偏差演算部、２２…電源電流制御部、２３…ｑ軸電流偏差演算部、２４…ｑ軸電流制御部、２５…ｄ軸電流指令値設定部、２６…ｄ軸電流偏差演算部、２７…ｄ軸電流制御部、３６…ロータ回転角度演算部、３７…速度演算部、３８…動作タイミング制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータを有するブラシレスモータに対してベクトル制御を行なうモータ制御装置であって、
前記ブラシレスモータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、
前記ブラシレスモータに流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記相電流検出手段によって検出される相電流検出値を、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に変換する変換手段と、
所定の電源電流指令値と前記電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流指令値演算手段と、
所定のｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記ロータが前記所定角度回転する毎に、前記ｑ軸電流指令値演算手段を動作させる動作タイミング制御手段を含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１】
ステータとロータを有するブラシレスモータに対してベクトル制御を行なうモータ制御装置であって、
前記ブラシレスモータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、
前記ブラシレスモータに流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記相電流検出手段によって検出される相電流検出値を、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に変換する変換手段と、
所定の電源電流指令値と前記電源電流検出手段によって検出される電源電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流指令値演算手段と、
所定のｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流検出値との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
前記電圧指令値演算手段によって演算されたｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記ロータが前記所定角度回転する毎に、前記ｑ軸電流指令値演算手段を動作させる動作タイミング制御手段を含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−５６８５（Ｐ２０１３−５６８５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７５２４（Ｐ２０１１−１３７５２４）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]