モータの制御方法および制御装置
【課題】より正確なオフセット値を推定することができるモータの制御方法および制御装置を提供する。
【解決手段】電流制御器2からの出力vd,vqを、dq/3相変換器3によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記モータ7に電圧を印加する。また、前記モータ7に流れる電流を電流検出器6により検出し、前記モータ7の位置を位置検出器8により検出し、位置・速度変換器9によって速度に変換する。さらに、モータ7に流れる電流を3相/dq変換器11によって3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器9から出力される速度情報と、前記電流制御器2の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器11から出力される電流との差分から、前記電流検出器6のオフセット値を推定する。
【解決手段】電流制御器2からの出力vd,vqを、dq/3相変換器3によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記モータ7に電圧を印加する。また、前記モータ7に流れる電流を電流検出器6により検出し、前記モータ7の位置を位置検出器8により検出し、位置・速度変換器9によって速度に変換する。さらに、モータ7に流れる電流を3相/dq変換器11によって3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器9から出力される速度情報と、前記電流制御器2の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器11から出力される電流との差分から、前記電流検出器6のオフセット値を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータの駆動電流を制御するモータの制御方法および制御装置に関し、特に、電流センサのオフセットを補正する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータの駆動電流値を電流検出器で検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックする制御装置が知られている。この種の装置では、電流検出器の検出値がオフセットしている場合には、その分モータの駆動電流が正側または負側にオフセットし、これによりロータ内に磁束変動による渦電流が生じ、発熱による永久磁石の減磁によるトルク低下や、トルク脈動による振動/騒音の増大といった問題が発生する場合がある。
このような駆動電流のオフセットを補正する技術として、例えば特開2001−298992号公報(特許文献1参照)に開示されるモータの制御装置がある。
【特許文献1】特開2001−298992号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、特許文献1の技術にあっては、モータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に応じた駆動電流をモータに供給する電流供給部とを備えたモータの制御装置において、モータの駆動電流の電流値を検出する電流検出部と、モータ駆動時において検出された電流値に基づいて前記駆動電流のオフセット量を算出するオフセット量算出部と、前記算出したオフセット量に基づいて前記駆動信号の補正を行う駆動信号補正部とを有し、モータの検出電流に基づいて駆動電流を補正するため、オフセット量の算出値が不正確であるという問題がある。
【0004】
本発明は、以上のような問題を解決し、より正確なオフセット値を推定することができるモータの制御方法および制御装置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】
【0005】
本発明は、上記課題を解決するため、モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1を、A/Dコンバータ(10)によってそれぞれiu+Δiu1とiv+Δiv1に該A/Dコンバータによるオフセット成分Δu2,Δv2を加算した値を離散値に変換したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を、3相/dq変換器(11)によって、3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流idsim,iqsimと、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定することにある。
また、本発明は、モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、前記位置検出器(8)から得られる前記モータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1と、A/Dコンバータ(10)のオフセット値Δu2, Δv2をそれぞれ加算したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を離散化する該A/Dコンバータ(10)と、離散化されたiuoff,ivoffを3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、この電流シミュレータ(12)からの推定電流idsim,iqsimと、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備えることにある。
【発明の効果】
【0006】
本発明のモータの制御方法および制御装置によれば、電流検出器のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態を示すモータの制御装置のブロック図である。図1の点線内部は中央処理装置CPUを構成している。
まず、図1の回路構成を説明すると、1は多相、例えば3相の交流電動機(以下モータと略称する。)7の速度を制御するための速度制御器である。2は速度制御器1からの信号(iqref)が入力され、励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器であり、その電流制御器2の出力はdq座標軸上の電圧指令vd,vqとなる。3は電流制御器2からの出力、電圧指令vd,vqを、dq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器である。4はモータ7を駆動するための交流電源である。5は交流電源4からの出力である電圧を、前記dq/3相変換器3から得られる電圧指示になるようにPWM制御を行い、前記モータ7に駆動電流を供給するためのインバータである。6はインバータ5とモータ7との間に接続された電流検出器であり、この電流検出器6は、モータ7に流れる3相電流のうちU,V相の電流を検出するためのものである。この電流検出器6からの出力には、電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)を乗じている。前記モータ7は、インバータ5からモータ7の各相(U相、V相、W相)に供給される駆動電流により制御される。
【0008】
8は前記モータ7に内蔵あるいは併設され、前記モータ7の回転子の位置を検出するエンコーダ等の位置検出器である。9は前記位置検出器8に接続され、この位置検出器8から得られるモータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器である。10は前記電流検出器6に接続され、この電流検出器6から得られる電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)の乗っている電流をCPUに取り込むためのA/Dコンバータ(アナログ/デジタル変換器)であり,CPUに取り込む際にA/Dコンバータ10自身のオフセット値が前記電流検出器の出力に乗ぜられる。11はA/Dコンバータの出力iuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器である。この3相/dq変換器11の出力側には、前記電流制御器2が接続されている。
12は前記位置速度変換器9と、前記電流制御器2の出力側に接続され、前記位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力vd、vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータであり,その出力はidsim,iqsimで表される。
【0009】
13は,前記3相/dq変換器11の出力側と電流シミュレータ12の出力側が接続され、3相/dq変換器11の出力である,前記A/Dコンバータ10の出力(iuoff,ivoff)をdq座標軸上に変換した電流(idoff,iqoff)と,電流シミュレータ12の出力である推定したdq座標軸上の電流(idsim,iqsim)をもとに,dq軸上のオフセット電流(iddet,iqdet)を推定する電流オフセット推定器である。14は電流オフセット推定器13の出力であるdq軸上のオフセット電流値(iddet,iqdet)をU,V各相のオフセット値に変換するdq/3相変換器である。
実施の形態では点線内についてはCPUを用いて行ったが,CPUを用いずに同じ構成を組み、実施することも可能である。
【0010】
次に、上記のモータの制御装置の作用を説明する。
電流検出器6より得られる電流は数1に示すように電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)が乗っており、電流検出器6より得られる電流をCPUに入力する場合には必ずA/Dコンバータ10(アナログ/デジタル変換器)を用いることになる。電流をA/Dコンバータ10で離散化する際に乗るオフセット(Δu2,Δv2)と,電流検出器6によるオフセット値(Δu1,Δv1)とあわせれば数1である。
【0011】
【数1】
【0012】
A/Dコンバータ10の出力は数2(iuoff,ivoff)であり,iu,ivは実際にモータ7に流れているU相分,V相分の電流である。Δu,Δvは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットである。
【0013】
【数2】
【0014】
このようにオフセットを含む電流を用いると、電流制御器2で用いるdq座標上の電流は、3相/dq変換器11によって数3の演算を行えば、idoff,iqoffのように電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットΔu,Δvを含む値となり、図2のセンサ電流波形のようになる。数3において、id,iqは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセット分を含まないdq座標軸上のセンサ電流である(図2参照)。θeはモータの電気角である。
【0015】
【数3】
【0016】
次に、電流シミュレータ12は、位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力であるdq座標上の電圧指令値vd,vqからモータの電気的パラメータである巻線抵抗、巻線インダクタンスを用いてdq座標上の電流であるidsimとiqsimを推定するものであり、図3のブロック図で表される。電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットがない場合には数4,数5,数6に示す差分方程式により、idsim,iqsimを推定する。数4〜数6において、Rnはモータ7の巻線抵抗のノミナル値、Lnはモータ7の巻線インダクタンスのノミナル値、ωreはモータ7の回転電気角速度、ΔVqはインバータの出力誤差補正値、φfnはモータの磁束鎖交数のノミナル値、Tcはサンプリング時間である。ここでΔVqは、図1のPWMインバータ5によるモータ7への印加電圧を補正するものである。
【0017】
前述の様に電流シミュレータ12は電流制御器2より出力される電圧指令vd,vqを用いる。電圧指令vd,vqは、実際にはdq/3相変換器3において3相電圧指令vu,vv,vwに変換され、PWMインバータ5に入力される。しかしながら、PWMインバータ5はIGBTやMOSFETなどのスイッチング素子により、デッドタイムやフォワードドロップ等により,3相電圧指令値に対して出力電圧誤差が発生する。この実際にかかる電圧をdq座標上の電圧値に変換しても,電流制御器2から出力される電圧指令値vd,vqとは誤差が生じる。これを補正するのが図3のΔVqであり,数7によって表される。数7において、VfdはIGBTのフォワードドロップ電圧、Tdはデッドタイム、ton,toffはそれぞれスイッチング素子のターンオン,ターンオフ時間を示す。
【0018】
【数4】
【0019】
【数5】
【0020】
【数6】
【0021】
【数7】
【0022】
電流検出器6にオフセットがある場合には、電流制御器2にオフセットを含んだ電流であるidoff,iqoffがフィードバックされるため、電流制御器2の出力vd,vqもオフセットを含めた形で出力され定常状態では数8、数9である。
【0023】
【数8】
【0024】
【数9】
【0025】
電流シミュレータ12にも数8が入力されるため、数4,数5のvd,vqに数8のvdoff,vqoffが入力されることになり電流シミュレータ12の出力は数10,数11となり図4で表される。
【0026】
【数10】
【0027】
【数11】
【0028】
次に電流オフセット推定器13では電流検出器6の出力をdq軸に変換した値(idoff,iqoff)と電流シミュレータ12の出力(idsim,iqsim)を用いて数12によりdq軸上のオフセットによる電流誤差分(iddet,iqdet)は推定され、それぞれd軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図5、q軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図6のようになる。
【0029】
【数12】
【0030】
オフセット推定器13の出力をもとにdq/3相変換器14において数13によって、U,V各相のオフセット電流(iudet,ivdet)は、オフセット推定のシミュレーション結果を表した図7のように推定することができる。
【0031】
【数13】
【0032】
(他の実施の形態1)
電気的パラメータのノミナル値Rn,Lnにパラメータ誤差を含む場合の電流検出器6のオフセット推定についての他の実施の形態について示す。
この場合でも、用いる図は、図1である。しかしながら、その実施手順が異なる。センサ電流と推定電流を表した図8は電気的パラメータに誤差があるとき(Ra=αRn,La=βLn)の検出電流id,iqと、電流シミュレータ12の出力(idsim´、iqsim´)であり、定常状態時に直流分のオフセットが乗っている。パラメータ誤差がある場合にはパラメータ誤差による影響は電流シミュレータ12の直流分に現れる。
【0033】
この状態で電流シミュレータ12の抵抗のノミナル値Rnを図9のようにidsim,の直流分がidと重なるように調節すると数14が成り立つ。
【0034】
【数14】
【0035】
数14が成立すれば、電流シミュレータ12の出力は数15,数16のようになる。
【0036】
【数15】
【0037】
【数16】
【0038】
(他の実施の形態2)
実際の巻線抵抗Ra,巻線インダクタンスLaに対して電流シミュレータ12で用いるノミナル値(カタログ値)Rn0,Ln0がそれぞれα倍、β倍の誤差を持っている場合。Ra=αRn0,La=βLn0となる。
【0039】
これを図10に示すフローチャートで説明すると、
ステップ1では、一定負荷を掛け、速度指令としてステップ状の指令を与える(S1)。
そして、ステップ2では、電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S2)。このときの波形は図8に示されている。
次に、ステップ3では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid(id=0)と同じように0になるように電流シミュレータ12のRnを調節しRn1とする。Ra=βRn1(S3)このときの波形は図9に示されている。
また、ステップ4では、Rn1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりβを算出する。β=iqsim´/iq、得られたβを用いて、La=βLn0よりLaを算出する(S4)。
次に、ステップ5では、電流シミュレータ12のRnをRn0に戻し、得られたLa=βLn0を用いて、電流シミュレータ12を構成し、再度電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S5)。この時の波形を図11に示す。
そして、ステップ6では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid=0と同じように0になるように電流シミュレータ12のLnを調節しLn1とする(S6)。Ln=αLn1となる。この時の波形を図12に示す。
最後に、ステップ7では、Ln1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりαを算出する。α=iqsim´/iq,Ra=αRnよりRaを同定する(S7)。
【0040】
本発明は、モータの速度情報ωとdq座標上の電圧指令のみに基づき推定した推定電流と、センサ電流との差分から電流センサのオフセット値を推定する方法とその装置である。
また、推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 電流センサのオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、電流センサとA/D コンバータ10の両方によりオフセット値の推定を行う方法とその装置である。
上記の実施の形態によれば、電流検出器6のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。
【0041】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜、変更して実施することができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図2】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、3相/dq変換器の出力電流を示す図である。
【図3】電流シミュレータのブロック図である。
【図4】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定電流を示す図である。
【図5】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、d軸の検出電流と推定電流との差分を示す図である。
【図6】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、q軸の検出電流と推定電流の差分を示す図である。
【図7】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定オフセットを示す図である。
【図8】パラメータ誤差時の検出電流および推定電流である。
【図9】図8よりidsimの直流成分をidに近づくように調整した状態を示す図である。
【図10】本発明の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図11】本発明の他の実施の形態による電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する波形図である。
【図12】本発明の他の実施の形態による電流シミュレータのLnを調節した波形図である。
【符号の説明】
【0043】
1 速度制御器
2 電流制御器
3 dq/3相変換器
4 交流電源
5 インバータ
6 電流検出器
7 電動機(モータ)
8 位置検出器
9 位置・速度変換器
10 A/Dコンバータ
11 3相/dq変換器
12 電流シミュレータ
13 オフセット推定器
14 dq/3相変換器
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータの駆動電流を制御するモータの制御方法および制御装置に関し、特に、電流センサのオフセットを補正する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータの駆動電流値を電流検出器で検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックする制御装置が知られている。この種の装置では、電流検出器の検出値がオフセットしている場合には、その分モータの駆動電流が正側または負側にオフセットし、これによりロータ内に磁束変動による渦電流が生じ、発熱による永久磁石の減磁によるトルク低下や、トルク脈動による振動/騒音の増大といった問題が発生する場合がある。
このような駆動電流のオフセットを補正する技術として、例えば特開2001−298992号公報(特許文献1参照)に開示されるモータの制御装置がある。
【特許文献1】特開2001−298992号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、特許文献1の技術にあっては、モータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に応じた駆動電流をモータに供給する電流供給部とを備えたモータの制御装置において、モータの駆動電流の電流値を検出する電流検出部と、モータ駆動時において検出された電流値に基づいて前記駆動電流のオフセット量を算出するオフセット量算出部と、前記算出したオフセット量に基づいて前記駆動信号の補正を行う駆動信号補正部とを有し、モータの検出電流に基づいて駆動電流を補正するため、オフセット量の算出値が不正確であるという問題がある。
【0004】
本発明は、以上のような問題を解決し、より正確なオフセット値を推定することができるモータの制御方法および制御装置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】
【0005】
本発明は、上記課題を解決するため、モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1を、A/Dコンバータ(10)によってそれぞれiu+Δiu1とiv+Δiv1に該A/Dコンバータによるオフセット成分Δu2,Δv2を加算した値を離散値に変換したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を、3相/dq変換器(11)によって、3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流idsim,iqsimと、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定することにある。
また、本発明は、モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、前記位置検出器(8)から得られる前記モータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1と、A/Dコンバータ(10)のオフセット値Δu2, Δv2をそれぞれ加算したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を離散化する該A/Dコンバータ(10)と、離散化されたiuoff,ivoffを3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、この電流シミュレータ(12)からの推定電流idsim,iqsimと、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備えることにある。
【発明の効果】
【0006】
本発明のモータの制御方法および制御装置によれば、電流検出器のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態を示すモータの制御装置のブロック図である。図1の点線内部は中央処理装置CPUを構成している。
まず、図1の回路構成を説明すると、1は多相、例えば3相の交流電動機(以下モータと略称する。)7の速度を制御するための速度制御器である。2は速度制御器1からの信号(iqref)が入力され、励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器であり、その電流制御器2の出力はdq座標軸上の電圧指令vd,vqとなる。3は電流制御器2からの出力、電圧指令vd,vqを、dq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器である。4はモータ7を駆動するための交流電源である。5は交流電源4からの出力である電圧を、前記dq/3相変換器3から得られる電圧指示になるようにPWM制御を行い、前記モータ7に駆動電流を供給するためのインバータである。6はインバータ5とモータ7との間に接続された電流検出器であり、この電流検出器6は、モータ7に流れる3相電流のうちU,V相の電流を検出するためのものである。この電流検出器6からの出力には、電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)を乗じている。前記モータ7は、インバータ5からモータ7の各相(U相、V相、W相)に供給される駆動電流により制御される。
【0008】
8は前記モータ7に内蔵あるいは併設され、前記モータ7の回転子の位置を検出するエンコーダ等の位置検出器である。9は前記位置検出器8に接続され、この位置検出器8から得られるモータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器である。10は前記電流検出器6に接続され、この電流検出器6から得られる電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)の乗っている電流をCPUに取り込むためのA/Dコンバータ(アナログ/デジタル変換器)であり,CPUに取り込む際にA/Dコンバータ10自身のオフセット値が前記電流検出器の出力に乗ぜられる。11はA/Dコンバータの出力iuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器である。この3相/dq変換器11の出力側には、前記電流制御器2が接続されている。
12は前記位置速度変換器9と、前記電流制御器2の出力側に接続され、前記位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力vd、vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータであり,その出力はidsim,iqsimで表される。
【0009】
13は,前記3相/dq変換器11の出力側と電流シミュレータ12の出力側が接続され、3相/dq変換器11の出力である,前記A/Dコンバータ10の出力(iuoff,ivoff)をdq座標軸上に変換した電流(idoff,iqoff)と,電流シミュレータ12の出力である推定したdq座標軸上の電流(idsim,iqsim)をもとに,dq軸上のオフセット電流(iddet,iqdet)を推定する電流オフセット推定器である。14は電流オフセット推定器13の出力であるdq軸上のオフセット電流値(iddet,iqdet)をU,V各相のオフセット値に変換するdq/3相変換器である。
実施の形態では点線内についてはCPUを用いて行ったが,CPUを用いずに同じ構成を組み、実施することも可能である。
【0010】
次に、上記のモータの制御装置の作用を説明する。
電流検出器6より得られる電流は数1に示すように電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)が乗っており、電流検出器6より得られる電流をCPUに入力する場合には必ずA/Dコンバータ10(アナログ/デジタル変換器)を用いることになる。電流をA/Dコンバータ10で離散化する際に乗るオフセット(Δu2,Δv2)と,電流検出器6によるオフセット値(Δu1,Δv1)とあわせれば数1である。
【0011】
【数1】
【0012】
A/Dコンバータ10の出力は数2(iuoff,ivoff)であり,iu,ivは実際にモータ7に流れているU相分,V相分の電流である。Δu,Δvは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットである。
【0013】
【数2】
【0014】
このようにオフセットを含む電流を用いると、電流制御器2で用いるdq座標上の電流は、3相/dq変換器11によって数3の演算を行えば、idoff,iqoffのように電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットΔu,Δvを含む値となり、図2のセンサ電流波形のようになる。数3において、id,iqは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセット分を含まないdq座標軸上のセンサ電流である(図2参照)。θeはモータの電気角である。
【0015】
【数3】
【0016】
次に、電流シミュレータ12は、位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力であるdq座標上の電圧指令値vd,vqからモータの電気的パラメータである巻線抵抗、巻線インダクタンスを用いてdq座標上の電流であるidsimとiqsimを推定するものであり、図3のブロック図で表される。電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットがない場合には数4,数5,数6に示す差分方程式により、idsim,iqsimを推定する。数4〜数6において、Rnはモータ7の巻線抵抗のノミナル値、Lnはモータ7の巻線インダクタンスのノミナル値、ωreはモータ7の回転電気角速度、ΔVqはインバータの出力誤差補正値、φfnはモータの磁束鎖交数のノミナル値、Tcはサンプリング時間である。ここでΔVqは、図1のPWMインバータ5によるモータ7への印加電圧を補正するものである。
【0017】
前述の様に電流シミュレータ12は電流制御器2より出力される電圧指令vd,vqを用いる。電圧指令vd,vqは、実際にはdq/3相変換器3において3相電圧指令vu,vv,vwに変換され、PWMインバータ5に入力される。しかしながら、PWMインバータ5はIGBTやMOSFETなどのスイッチング素子により、デッドタイムやフォワードドロップ等により,3相電圧指令値に対して出力電圧誤差が発生する。この実際にかかる電圧をdq座標上の電圧値に変換しても,電流制御器2から出力される電圧指令値vd,vqとは誤差が生じる。これを補正するのが図3のΔVqであり,数7によって表される。数7において、VfdはIGBTのフォワードドロップ電圧、Tdはデッドタイム、ton,toffはそれぞれスイッチング素子のターンオン,ターンオフ時間を示す。
【0018】
【数4】
【0019】
【数5】
【0020】
【数6】
【0021】
【数7】
【0022】
電流検出器6にオフセットがある場合には、電流制御器2にオフセットを含んだ電流であるidoff,iqoffがフィードバックされるため、電流制御器2の出力vd,vqもオフセットを含めた形で出力され定常状態では数8、数9である。
【0023】
【数8】
【0024】
【数9】
【0025】
電流シミュレータ12にも数8が入力されるため、数4,数5のvd,vqに数8のvdoff,vqoffが入力されることになり電流シミュレータ12の出力は数10,数11となり図4で表される。
【0026】
【数10】
【0027】
【数11】
【0028】
次に電流オフセット推定器13では電流検出器6の出力をdq軸に変換した値(idoff,iqoff)と電流シミュレータ12の出力(idsim,iqsim)を用いて数12によりdq軸上のオフセットによる電流誤差分(iddet,iqdet)は推定され、それぞれd軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図5、q軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図6のようになる。
【0029】
【数12】
【0030】
オフセット推定器13の出力をもとにdq/3相変換器14において数13によって、U,V各相のオフセット電流(iudet,ivdet)は、オフセット推定のシミュレーション結果を表した図7のように推定することができる。
【0031】
【数13】
【0032】
(他の実施の形態1)
電気的パラメータのノミナル値Rn,Lnにパラメータ誤差を含む場合の電流検出器6のオフセット推定についての他の実施の形態について示す。
この場合でも、用いる図は、図1である。しかしながら、その実施手順が異なる。センサ電流と推定電流を表した図8は電気的パラメータに誤差があるとき(Ra=αRn,La=βLn)の検出電流id,iqと、電流シミュレータ12の出力(idsim´、iqsim´)であり、定常状態時に直流分のオフセットが乗っている。パラメータ誤差がある場合にはパラメータ誤差による影響は電流シミュレータ12の直流分に現れる。
【0033】
この状態で電流シミュレータ12の抵抗のノミナル値Rnを図9のようにidsim,の直流分がidと重なるように調節すると数14が成り立つ。
【0034】
【数14】
【0035】
数14が成立すれば、電流シミュレータ12の出力は数15,数16のようになる。
【0036】
【数15】
【0037】
【数16】
【0038】
(他の実施の形態2)
実際の巻線抵抗Ra,巻線インダクタンスLaに対して電流シミュレータ12で用いるノミナル値(カタログ値)Rn0,Ln0がそれぞれα倍、β倍の誤差を持っている場合。Ra=αRn0,La=βLn0となる。
【0039】
これを図10に示すフローチャートで説明すると、
ステップ1では、一定負荷を掛け、速度指令としてステップ状の指令を与える(S1)。
そして、ステップ2では、電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S2)。このときの波形は図8に示されている。
次に、ステップ3では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid(id=0)と同じように0になるように電流シミュレータ12のRnを調節しRn1とする。Ra=βRn1(S3)このときの波形は図9に示されている。
また、ステップ4では、Rn1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりβを算出する。β=iqsim´/iq、得られたβを用いて、La=βLn0よりLaを算出する(S4)。
次に、ステップ5では、電流シミュレータ12のRnをRn0に戻し、得られたLa=βLn0を用いて、電流シミュレータ12を構成し、再度電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S5)。この時の波形を図11に示す。
そして、ステップ6では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid=0と同じように0になるように電流シミュレータ12のLnを調節しLn1とする(S6)。Ln=αLn1となる。この時の波形を図12に示す。
最後に、ステップ7では、Ln1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりαを算出する。α=iqsim´/iq,Ra=αRnよりRaを同定する(S7)。
【0040】
本発明は、モータの速度情報ωとdq座標上の電圧指令のみに基づき推定した推定電流と、センサ電流との差分から電流センサのオフセット値を推定する方法とその装置である。
また、推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 電流センサのオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、電流センサとA/D コンバータ10の両方によりオフセット値の推定を行う方法とその装置である。
上記の実施の形態によれば、電流検出器6のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。
【0041】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜、変更して実施することができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図2】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、3相/dq変換器の出力電流を示す図である。
【図3】電流シミュレータのブロック図である。
【図4】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定電流を示す図である。
【図5】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、d軸の検出電流と推定電流との差分を示す図である。
【図6】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、q軸の検出電流と推定電流の差分を示す図である。
【図7】本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定オフセットを示す図である。
【図8】パラメータ誤差時の検出電流および推定電流である。
【図9】図8よりidsimの直流成分をidに近づくように調整した状態を示す図である。
【図10】本発明の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図11】本発明の他の実施の形態による電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する波形図である。
【図12】本発明の他の実施の形態による電流シミュレータのLnを調節した波形図である。
【符号の説明】
【0043】
1 速度制御器
2 電流制御器
3 dq/3相変換器
4 交流電源
5 インバータ
6 電流検出器
7 電動機(モータ)
8 位置検出器
9 位置・速度変換器
10 A/Dコンバータ
11 3相/dq変換器
12 電流シミュレータ
13 オフセット推定器
14 dq/3相変換器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られるオフセットが乗っている電流iuoff,ivoffを、3相/dq変換器(11)によって3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定することを特徴とするモータの制御方法。
【請求項2】
前記推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、前記モータ(7)の抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて、前記オフセット値を推定することを特徴とする請求項1に記載のモータの制御方法。
【請求項3】
下式(数7)で表されるインバータの出力誤差補正値ΔVqを用いて、前記PWMインバータ(5)による前記モータ(7)への印加電圧を補正することを特徴とする請求項1または2に記載のモータの制御方法。
【数7】
【請求項4】
モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、
前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、
該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、
前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、
前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、
を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、
前記位置検出器(8)から得られる前記モータ(7)の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、
前記電流検出器(6)から得られるオフセットの乗っている電流(iuoff,ivoff)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、
前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、
この電流シミュレータ(12)からの推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備えることを特徴とするモータの制御装置。
【請求項5】
前記電流シミュレータ(12)の推定電流(idsim,iqsim)の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて前記電流オフセット推定器(13)でオフセット値を推定することを特徴とする請求項4に記載のモータの制御装置。
【請求項6】
下式(数7)で表されるインバータの出力誤差補正値ΔVqを用いて、前記PWMインバータ(5)によるモータ(7)への印加電圧を補正することを特徴とする請求項4または5に記載のモータの制御装置。
【数7】
【請求項1】
モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られるオフセットが乗っている電流iuoff,ivoffを、3相/dq変換器(11)によって3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定することを特徴とするモータの制御方法。
【請求項2】
前記推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、前記モータ(7)の抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて、前記オフセット値を推定することを特徴とする請求項1に記載のモータの制御方法。
【請求項3】
下式(数7)で表されるインバータの出力誤差補正値ΔVqを用いて、前記PWMインバータ(5)による前記モータ(7)への印加電圧を補正することを特徴とする請求項1または2に記載のモータの制御方法。
【数7】
【請求項4】
モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、
前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、
該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、
前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、
前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、
を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、
前記位置検出器(8)から得られる前記モータ(7)の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、
前記電流検出器(6)から得られるオフセットの乗っている電流(iuoff,ivoff)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、
前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、
この電流シミュレータ(12)からの推定電流(idsim,iqsim)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備えることを特徴とするモータの制御装置。
【請求項5】
前記電流シミュレータ(12)の推定電流(idsim,iqsim)の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて前記電流オフセット推定器(13)でオフセット値を推定することを特徴とする請求項4に記載のモータの制御装置。
【請求項6】
下式(数7)で表されるインバータの出力誤差補正値ΔVqを用いて、前記PWMインバータ(5)によるモータ(7)への印加電圧を補正することを特徴とする請求項4または5に記載のモータの制御装置。
【数7】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2010−28927(P2010−28927A)
【公開日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−185065(P2008−185065)
【出願日】平成20年7月16日(2008.7.16)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 平成20年1月26日 社団法人電気学会発行の「電気学会研究会資料」に発表
【出願人】(000103792)オリエンタルモーター株式会社 (150)
【出願人】(304021288)国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年7月16日(2008.7.16)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 平成20年1月26日 社団法人電気学会発行の「電気学会研究会資料」に発表
【出願人】(000103792)オリエンタルモーター株式会社 (150)
【出願人】(304021288)国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Fターム(参考)】
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