JP4539065B2 - モータの制御方法及びモータの制御装置 - Google Patents

Description

この発明はモータを制御する技術に関し、特にモータの回転子の回転に伴って回転する座標系を導入し、モータに供給すべき電流を、回転子の磁極方向たるｄ軸及びこれと電気的に直交するｑ軸についての成分として捉える場合の当該電流の指令値を求める技術に関する。

従来から、モータに供給すべき電流を、上述のｄ軸成分（いわゆるｄ軸電流）及びｑ軸成分（いわゆるｑ軸電流）とに分けて、モータの駆動を制御する手法が知られている。この際、モータの回転子の位置を角度で示す位置角や、回転子の速度及びその指令値を用いて、ｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値がそれぞれ生成される。そして回転子の位置角の検出は、例えばモータに実際に供給される電流等によって推定される。

ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*とｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*との比に対応する位相角指令値β^*を決定する手法は例えば非特許文献１に、回転子の位置角の推定は例えば非特許文献２に、それぞれ紹介されている。

森本茂雄、弓削靖、武田洋次、平紗多賀男「ＰＭモータの機器定数と出力範囲」、電気学会論文誌Ｄ、１１０巻１１号、第１１７１乃至第１１７６頁（平成２年） 陳志謙、冨田睦雄、道木慎二、大熊繋「突極型ブラシレスＤＣモータのセンサレス位置推定法と安定性の検討」、平成１０年電気学会産業応用部門全国大会論文集、Ｎｏ．５９、１９９８年、第１７９乃至第１８２頁

以上のことから、回転子の位置角を正確に推定するためには正確に電流を検出する必要がある。しかしながら、従来の技術では、モータのトルクが小さい程、モータの回転を制御すべくモータに与えられる電流は小さく設定されていた。そのため、当該電流を測定する電流センサに誤差やばらつきがあることや、モータの諸元がその定格値に対してばらつくことに鑑みれば、回転子の位置角を正確に推定することは、モータのトルクが小さいほど困難である。位置角の推定誤差が大きくなればモータの回転制御が不安定となり安くなるという問題が生じる。

そこで本発明は、モータのトルクが小さい場合でも、位置角の推定誤差が小さく、以てモータの回転制御を安定とする技術を提供することを目的とする。

この発明にかかるモータの制御方法は、（ａ）モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成するステップと、（ｂ）前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新するステップと、（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流（ｉ_x）を供給するステップとを備える。

その第１の態様では、前記ステップ（ｂ）において、前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値が第１の制限値（ｉ_d0 ^*；√（Ｉ₀ ²−ｉ_q1 ^*2））よりも大きい場合に、前記第２の電流指令値をそのままにしつつ前記第１の電流指令値を減少させる更新を行って、前記第１の電流指令値を前記第１の制限値以下とする。

その第２の態様は第１の態様にかかるモータの制御方法であって、前記第１の制限値（ｉ_d0 ^*）は一定値である。

その第３の態様は第１の態様にかかるモータの制御方法であって、前記第１の制限値は前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）の二乗と第２の制限値（Ｉ₀ ²）との差の平方根に（−１）を乗じた値である。

その第４の態様では、前記ステップ（ｂ）において、前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値の二乗と前記第２の電流指令値の二乗との和が所定の最低値（Ｉ₀ ²）よりも小さい場合に、前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づいて定まる前記モータのトルク（τ）の変動を許容範囲に留めつつ、前記和が前記所定の最低値以上となる前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新する。

その第５及び第６の態様は第４の態様にかかるモータの制御方法であって、前記ステップ（ｂ）は（ｂ−１）前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求めるステップと、（ｂ−２）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）ステップと、（ｂ−３）前記ステップ（ｂ−２）の後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越える場合には前記第２の電流指令値を更新（ｉ_q(J+1) ^*）するステップとを有する。そして前記ステップ（ｂ−３）において求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記ステップ（ｂ−２）（ｂ−３）が繰り返して実行される。

上記第５の態様は、前記モータが前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が大きい場合の制御方法であり、前記ステップ（ｂ−３）においては、更新後の前記トルク（τ_(J+1)）が前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する。

上記第６の態様は、前記モータが前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が小さい場合の制御方法であり、前記ステップ（ｂ−３）においては、更新後の前記トルク（τ_(J+1)）が前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する。

この発明にかかるモータの制御装置は、モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成する速度制御部（１）と、前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新する電流制限部（２）と、前記電流制限部から得られた前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値、並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流（ｉ_x）を供給する電流制御部（３）とを備える。

その第１の態様では、前記電流制限部（２）において、前記速度制御部（１）から得られた前記第１の電流指令値が第１の制限値（ｉ_d0 ^*；√（Ｉ₀ ²−ｉ_q1 ^*2））よりも大きい場合に、前記第２の電流指令値をそのままにしつつ前記第１の電流指令値を減少させる更新を行って、前記第１の電流指令値を前記第１の制限値以下とする。

その第２の態様は第１の態様にかかるモータの制御装置であって、前記第１の制限値（ｉ_d0 ^*）は一定値である。

その第３の態様は第１の態様にかかるモータの制御装置であって、前記第１の制限値は前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）の二乗と第２の制限値（Ｉ₀ ²）との差の平方根に（−１）を乗じた値である。

その第４の態様では、前記電流制限部（２）において、前記速度制御部（１）から得られた前記第１の電流指令値の二乗と前記第２の電流指令値の二乗との和が所定の最低値（Ｉ₀ ²）よりも小さい場合に、前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づいて定まる前記モータのトルク（τ）の変動を許容範囲に留めつつ、前記和が前記所定の最低値以上となる前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新する。

その第５及び第６の態様は第４の態様にかかるモータの制御装置であって、前記電流制限部（２）は（ｉ）前記速度制御部（１）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求める第１のステップと、（ｉｉ）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）第２のステップと、（ｉｉｉ）前記第２のステップの後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越える場合には前記第２の電流指令値を更新（ｉ_q(J+1) ^*）する第３のステップとを有する。そして前記第３のステップにおいて求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記第２のステップ及び前記第３のステップが繰り返して実行される。

上記第５の態様は、前記モータが前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が大きい場合に関し、前記第３のステップにおいては、更新後の前記トルク（τ_(J+1)）が前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する。

上記第６の態様は、前記モータが前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が小さい場合に関し、前記第３のステップにおいては、更新後の前記トルク（τ_(J+1)）が前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する。

この発明にかかるモータの制御方法の第１及び第４の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第１及び第４の態様によれば、モータのトルクが小さくても、モータの回転を制御すべくモータに与えられる電流を大きくしておくことができ、よって回転子の位置の推定を正確に行い易くすることになる。これはモータの安定な回転制御を招来する。特にこの発明にかかるモータの制御方法の第３の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第３の態様ではトルクの変動を小さくすることができる。

この発明にかかるモータの制御方法の第３の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第３の態様によれば、モータの制御方法の第１の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第１の態様の効果が簡易に得られる。

この発明にかかるモータの制御方法の第３の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第３の態様によれば、第２の電流指令値が大きい場合でも、効率を顕著には低下させない。

この発明にかかるモータの制御方法の第５及び第６の態様、並びにこの発明にかかるモータの制御装置の第５及び第６の態様によれば、突極性あるモータにおいてトルクの変動を小さくすることができる。

図１は本発明にかかるモータの制御技術が適用可能な構成を例示するブロック図である。当該構成は、速度制御部１、電流制限部２、電流制御部３、位置検出部４、モータ５を備えており、モータ５を除いてはモータの制御装置として把握することができる。また当該構成においてモータの制御方法を実施することができる。

速度制御部１は、モータ５の回転子の回転速度（ここでは角速度）ωとその指令値ω^*とに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*と、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*とを生成する。

電流制限部２は、速度制御部１から得られたｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*（＜０）がある制限値（＜０）よりも大きい場合に（つまりｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の絶対値がある制限値の絶対値よりも小さい場合に）、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*をそのままにしつつｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を減少（つまりその絶対値を増大）させてこれを更新する。これによりｄ軸電流指令値は上記制限値以下とする。あるいはトルクの変動を所定の許容範囲に収めつつ、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の平方とｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の平方の和を増大させる。これらの手法の詳細は後述する。電流制限部２は、更新後のｄ軸電流指令値ｉ_de ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*を出力する。但し前者の手法においてはｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*は更新前の（即ち速度制御部１から得られた）ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*と一致する。

電流制御部３は、電流制限部２から得られたｄ軸電流指令値ｉ_de ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*並びに回転子の位置角θに基づいてモータ５の回転を制御する電流ｉ_xを供給する。

位置検出部４は、モータ５に供給された電流ｉ_xや電圧ｖ_xに基づいて位置角θを推定によって検出し、また回転角速度ωをも求める。

電流ｉ_x及び電圧ｖ_xは、例えばモータ５がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相についてのモータであれば、Ｕ相電流ｉ_u、Ｖ相電流ｉ_v、Ｗ相電流ｉ_wの総称及びＵ相電圧ｖ_u、Ｖ相電圧ｖ_v、Ｗ相電圧ｖ_wの総称に、それぞれ相当する。

ブラシレスＤＣモータの回路方程式は、ｄ軸及びｑ軸からなる回転座標系において式（１）で示される。

但しモータに与えられる電圧のｄ軸成分（いわゆるｄ軸電圧）ｖ_d及びｑ軸成分（いわゆるｑ軸電圧ｖ_q）、モータに与えられる電流のｄ軸成分（いわゆるｄ軸電流）ｉ_d及びｑ軸成分（いわゆるｑ軸電流ｉ_q）、ｄ軸方向のインダクタンス成分（いわゆるｄ軸インダクタンス）Ｌ_d、ｑ軸方向のインダクタンス成分（いわゆるｑ軸インダクタンス）Ｌ_q、電機子抵抗Ｒ、回転子の主磁束ψ_aを導入した。但し突極性がない場合には、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとが等しい。

図２はｄ軸及びｑ軸からなる回転座標系における上記諸量の関係を示すベクトル図である。ここでψ₀は電機子反作用に因る磁束と主磁束ψ_aとの合成磁束である。また、Ｉ_a，Ｖ_aはそれぞれ電流及び電圧の絶対値であり、β＝tan^-1（−ｉ_d／ｉ_q）である。

なおトルクτは式（２）で求められる。

第１の実施の形態．
式（２）から理解されるように、トルクτはｑ軸電流ｉ_qに大きく依存する。特に突極性がない場合には、ｑ軸電流ｉ_qと主磁束ψ_aのみで定まり、ｄ軸電流ｉ_dには依存しない。よって、効率は低下するものの、ｄ軸電流ｉ_dを増加させればトルクτを殆ど変動させることなく、電流の絶対値Ｉ_aを大きくすることができる。これはモータ５のトルクτが小さくても、モータ５の回転を制御すべくモータに与えられる電流を大きくすることができ、よって回転位置角θの推定を正確に行い易くすることになる。これはモータ５の安定な回転制御を招来する。

図３は本実施の形態における電流制限部２の動作を示すベクトル図である。速度制御部１から得られたｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*が制限値ｉ_d0 ^*よりも大きい（ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の絶対値が制限値ｉ_d0 ^*の絶対値よりも小さい）場合に、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*をそのままにしつつｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を減少させ（つまりｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の絶対値を増大させ）てこれを更新する。ここでは更新されたｄ軸電流指令値ｉ_de ^*は制限値ｉ_d0 ^*と等しくしているが、制限値ｉ_d0 ^*より小さく（つまりｄ軸電流指令値ｉ_de ^*の絶対値は制限値ｉ_d0 ^*の絶対値より大きく）てもよい。

制限値ｉ_d0 ^*は、回転位置角θが安定して推定されるように実験的に求めることができる。例えば電流センサのばらつきや負荷変動や最低駆動周波数により設定することができる。

当該制御により、位相角の指令値β^*が変動し、回転角速度ωが変動する可能性があるが、その変動は速度制御部１の動作によって解消することができる。

第２の実施の形態．
第１の実施の形態では、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に依らずにｄ軸電流指令値ｉ_de ^*を最低値ｉ_d0 ^*以上に設定するため、その制御を簡易に行うことができるものの、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*が大きい場合には効率の低下が顕著となる。そこで本実施の形態では、最低値ｉ_d0 ^*をｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の関数とする。具体的には更新後のｄ軸電流指令値ｉ_de ^*を式（３）で求める。ここでＩ₀ ²は定数である。

もちろん、式（３）の右辺の値よりも小さな値を採っても（つまりｄ軸電流指令値ｉ_de ^*の絶対値は（Ｉ₀ ²−ｉ_q1 ^*2）^1/2より大きくても）よい。

図４は本実施の形態における電流制限部２の動作を示すベクトル図である。式（３）に則れば、更新後の電流ベクトルは、半径｜Ｉ₀｜の円として表される最低電流値円上にその終点が載る。

このように本実施の形態では電流の絶対値Ｉ_aを｜Ｉ₀｜以上としつつｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を減少させて更新したｄ軸電流指令値ｉ_de ^*を得るので、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*が大きい場合にも効率の低下が顕著とならずに、モータ５のトルクτが小さくても、モータ５の回転を制御すべくモータに与えられる電流を大きくし、よって回転位置角θの推定を正確に行い易くする。

最低電流値円の半径｜Ｉ₀｜も、回転位置角θが安定して推定されるように実験的に求めることができる。例えば電流センサのばらつきや負荷変動や最低駆動周波数により設定することができる。また第１の実施の形態と同様に、当該制御において位相角の指令値β^*の変動によって回転角速度ωが変動する可能性があるが、その変動は速度制御部１の動作によって解消することができる。

第３の実施の形態．
第１の実施の形態において述べたように、式（２）に示されたように突極性がなければトルクτはｄ軸電流ｉ_dには依存しない。しかし突極性があればトルクτはｄ軸電流ｉ_dの影響を受ける。そこで突極性がある場合に、第１及び第２の実施の形態よりも更にトルクτの変動を小さくできる手法を説明する。

本実施の形態では、速度制御部１から得られたｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の二乗とｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の二乗との和が所定の最低値Ｉ₀ ²よりも小さい場合に、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*又は／及びｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を更新してｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*とｄ軸電流指令値ｉ_de ^*とを得る。ｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*の二乗とｄ軸電流指令値ｉ_de ^*の二乗との和は所定の最低値Ｉ₀ ²以上であり、かつｑ軸電流指令値ｉ_qe ^*とｄ軸電流指令値ｉ_de ^*に基づいて定まるトルクτの変動を許容範囲に留める。

所定の最低値Ｉ₀ ²の大きさは実験的に決めることができる。また回転角速度ωに依存して設定してもよい。例えば回転角速度ωの上昇に従って最低値Ｉ₀ ²を小さくしてもよい。モータ電圧は回転角速度ωの上昇に従って上昇するものの、センサーノイズなどの外乱は回転角速度ωに依存しないことが多いからである。

具体的には下記のステップを実行する。まずＬ_d＜Ｌ_q（逆突極性）の場合を例にとって説明する。図５はｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を更新する様子を示すグラフであり、横軸にはｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を、縦軸にはトルクτを、それぞれ採用している。なお逆突極性あるモータとしては、ブラシレスＤＣモータの内、埋め込み磁石型回転子を採用するものを例として挙げることができる。

第１のステップとして、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*及びｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を用い、式（２）に基づいてトルクτの基準値τ₁を求める。このとき、式（２）は傾きｋ₁（＝ψ_a＋（Ｌ_d−Ｌ_q）ｉ_d1 ^*）の直線として表され、基準値τ₁はｑ軸電流指令値がｉ_q1 ^*である場合の当該直線上の点のτ座標として表される。

第２のステップとして、ｑ軸電流指令値ｉ_qJ ^*（Ｊ＝１，２，３…）及び最低値Ｉ₀ ²を用いて式（４）に基づいてｄ軸電流指令値ｉ_d(J+1) ^*を求める。即ちｑ軸電流指令値ｉ_qJ ^*の二乗を最低値Ｉ₀ ²から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることによりｄ軸電流指令値ｉ_d(J+1) ^*を求める。

第３のステップとして、ｄ軸電流指令値ｉ_d(J+1) ^*とｑ軸電流指令値ｉ_qJ ^*とを用い、式（２）に基づいてトルクτ_(J+1)を求める。このとき式（２）は傾きｋ_J+1（＝ψ_a＋（Ｌ_d−Ｌ_q）ｉ_d(J+1) ^*）の直線として表され、トルクτ_(J+1)はｑ軸電流指令値がｉ_qJ ^*である場合の当該直線上の点のτ座標として表される。

第３のステップにおいては、更に、トルクτ_(J+1)が基準値τ₁に対して許容範囲ε₁（＞０）よりも大きい場合（τ₁＋ε₁＜τ_(J+1)）にはｑ軸電流指令値を小さく、逆にトルクτ_(J+1)が基準値τ₁に対して許容範囲ε₂（＞０）よりも小さい場合（τ_(J+1)＜τ₁−ε₂）にはｑ軸電流指令値を大きく、それぞれ更新してｑ軸電流指令値ｉ_q(J+1) ^*を求める。

そして第３のステップにおいてトルクτ_(J+1)が基準値τ₁に対して許容範囲ε₁以下であり、かつ許容範囲ε₂以上（τ₁−ε₂≦τ_(J+1)≦τ₁＋ε₁）となるまで、第２のステップと第３のステップとを繰り返す。

図５では、第２のステップを最初に実行したことで得られるトルクτ₂が基準値τ₁よりも許容範囲ε₁を越えて大きい場合が例示されている。この場合には、第３のステップによってｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*から、これよりも小さなｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*へと更新される。そして式（４）によってｄ軸電流指令値ｉ_d3 ^*が求められ、傾きｋ₃を有する直線においてｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*に対応するトルクτ₃が求められる。ここではトルクτ₃が基準値τ₁よりも小さい場合が例示されている。τ₃＜τ₁ーε₂であれば、ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*から、これよりも大きなｑ軸電流指令値ｉ_q3 ^*へと更新される。τ₁ーε₂≦τ₃であれば、ｉ_de ^*＝ｉ_d3 ^*，ｉ_qe ^*＝ｉ_q2 ^*となる。

Ｌ_d＞Ｌ_q（突極性）の場合はｑ軸電流指令値を更新する際の増減の方向が、逆突極性の場合とは反対になる。即ち、第３のステップにおいては、トルクτ_(J+1)が基準値τ₁に対して許容範囲ε₁（＞０）よりも大きい場合（τ₁＋ε₁＜τ_(J+1)）にはｑ軸電流指令値を大きく、逆にトルクτ_(J+1)が基準値τ₁に対して許容範囲ε₂（＞０）よりも小さい場合（τ_(J+1)＜τ₁−ε₂）にはｑ軸電流指令値を小さく、それぞれ更新してｑ軸電流指令値ｉ_q(J+1) ^*を求める。

図６は第１の実施の形態の効果を例示するグラフである。定格１００ｋｇ／ｃｍクラスのブラシレスＤＣモータを、−５乃至１５ｋｇ／ｃｍという小さな負荷で駆動する場合のシミュレーション結果である。横軸には時間を採り、縦軸には回転角速度ω、トルクτ、推定角度誤差θ_eを採っている。

同図（ａ）は電流センサや電圧センサ、モータ機器定数に誤差がない場合を、同図（ｂ）（ｃ）はいずれも電流センサや電圧センサ、モータ機器定数に数％程度の誤差が生じている場合を示す。また同図（ａ）（ｂ）はいずれもｄ軸電流指令値を更新しない場合を示し、同図（ｃ）は実施の形態１に従ってｄ軸電流指令値を更新した場合を示す。

誤差がない場合はｄ軸電流指令値を更新しなくても推定角度誤差θ_eがほぼ零となっている（同図（ａ））。しかし誤差がある場合にはｄ軸電流指令値を更新しなければトルクτが低い領域で推定角度誤差θ_eが大きく乱れ、−２０度程度にも達している（同図（ｂ））。一方、誤差があってもｄ軸電流指令値を更新した場合には、誤差を原因として推定角度誤差θ_eが零ではないものの、トルクτが低い領域でも推定角度誤差θ_eに乱れは殆どなく、数度程度の小さな値で安定している（同図（ｃ））。

図６（ｃ）に鑑みれば、第３の実施の形態において、推定角度誤差θ_eが大きく乱れている場合には、所定の最低値Ｉ₀ ²を増大させてもよい。例えば推定角度誤差θ_eに高周波成分（例えば回転角周波数の３倍以上の周波数成分）が検出された場合には、所定の最低値Ｉ₀ ²を増大させる。かかる制御のため、回転角θは位置検出部４から電流制御部３へ与えられるのみならず、電流制限部２にも与えられることが望ましい。かかる変形は図１において破線の矢印で示されている。

本発明にかかるモータの制御技術を例示するブロック図である。 ｄ軸−ｑ軸回転座標系における諸量の関係を示すベクトル図である。 本発明の第１の実施の形態における動作を示すベクトル図である。 本発明の第２の実施の形態における動作を示すベクトル図である。 本発明の第３の実施の形態における動作を示すグラフである。 本発明の実施例を示すグラフである。

符号の説明

１ 速度制御部
２ 電流制限部
３ 電流制御部
４ 位置検出部
１ モータ

Claims (12)

1. （ａ）モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成するステップと、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値が第１の制限値（ｉ_d0 ^*；√（Ｉ₀ ²−ｉ_q1 ^*2））よりも大きい場合に、前記第２の電流指令値をそのままにしつつ前記第１の電流指令値を減少させる更新を行って、前記第１の電流指令値を前記第１の制限値以下とするステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流（ｉ_x）を供給するステップと
   を備えるモータの制御方法。
2. 前記第１の制限値（ｉ_d0 ^*）は一定値である、請求項１記載のモータの制御方法。
3. 前記第１の制限値は前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）の二乗と第２の制限値（Ｉ₀ ²）との差の平方根に（−１）を乗じた値である、請求項１記載のモータの制御方法。
4. （ａ）モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成するステップと、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値の二乗と前記第２の電流指令値の二乗との和が所定の最低値（Ｉ₀ ²）よりも小さい場合に、前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づいて定まる前記モータのトルク（τ）の変動を許容範囲に留めつつ、前記和が前記所定の最低値以上となる前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新するステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流を供給するステップと
   を備えるモータの制御方法。
5. 前記モータは前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が大きく、
   前記ステップ（ｂ）は
   （ｂ−１）前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求めるステップと、
   （ｂ−２）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）ステップと、
   （ｂ−３）前記ステップ（ｂ−２）の後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）するステップと
   を有し、
   前記ステップ（ｂ−３）において求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記ステップ（ｂ−２）（ｂ−３）が繰り返して実行される、請求項４記載のモータの制御方法。
6. 前記モータは前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が小さく、
   前記ステップ（ｂ）は
   （ｂ−１）前記ステップ（ａ）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求めるステップと、
   （ｂ−２）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）ステップと、
   （ｂ−３）前記ステップ（ｂ−２）の後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）するステップと
   を有し、
   前記ステップ（ｂ−３）において求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記ステップ（ｂ−２）（ｂ−３）が繰り返して実行される、請求項４記載のモータの制御方法。
7. モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成する速度制御部（１）と、
   前記速度制御部から得られた前記第１の電流指令値が第１の制限値（ｉ_d0 ^*；√（Ｉ₀ ²−ｉ_q1 ^*2））よりも大きい場合に、前記第２の電流指令値をそのままにしつつ前記第１の電流指令値を減少させる更新を行って、前記第１の電流指令値を前記第１の制限値以下とする電流制限部（２）と、
   前記電流制限部から得られた前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値、並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流（ｉ_x）を供給する電流制御部（３）と
   を備えるモータの制御装置。
8. 前記第１の制限値（ｉ_d0 ^*）は一定値である、請求項７記載のモータの制御装置。
9. 前記第１の制限値は前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）の二乗と第２の制限値（Ｉ₀ ²）との差の平方根に（−１）を乗じた値である、請求項７記載のモータの制御装置。
10. モータ（５）の回転子の回転速度（ω）とその指令値（ω^*）とに基づいて、前記回転子の回転に伴って回転する座標系における前記回転子の磁極方向についての電流指令値である第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と、前記磁極方向と電気的に直交な方向についての電流指令値である第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とを生成する速度制御部（１）と、
    前記速度制御部から得られた前記第１の電流指令値の二乗と前記第２の電流指令値の二乗との和が所定の最低値（Ｉ₀ ²）よりも小さい場合に、前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値とに基づいて定まる前記モータのトルク（τ）の変動を許容範囲に留めつつ、前記和が前記所定の最低値以上となる前記第１の電流指令値又は／及び前記第２の電流指令値を更新する電流制限部（２）と、
    前記電流制限部から得られた前記第１の電流指令値及び前記第２の電流指令値、並びに前記回転子の位置（θ）に基づいて前記モータの回転を制御する電流を供給する電流制御部と
    を備えるモータの制御装置。
11. 前記モータは前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が大きく、
    前記電流制限部（２）は
    （ｉ）前記速度制御部（１）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求める第１のステップと、
    （ｉｉ）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）第２のステップと、
    （ｉｉｉ）前記第２のステップの後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する第３のステップと
    を有し、
    前記第３のステップにおいて求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記第２のステップ及び前記第３のステップが繰り返して実行される、請求項１０記載のモータの制御装置。
12. 前記モータは前記回転子のインダクタンスの前記磁極方向成分である第１のインダクタンス成分（Ｌ_d）よりも前記磁極方向と電気的に直交な方向の成分たる第２のインダクタンス成分（Ｌ_q）が小さく、
    前記電流制限部（２）は
    （ｉ）前記速度制御部（１）から得られた前記第１の電流指令値（ｉ_d1 ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_q1 ^*）とに基づいて前記トルクの基準値（τ₁）を求める第１のステップと、
    （ｉｉ）前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）の二乗を前記所定の最低値から差し引いた値の平方根に（−１）を乗じることにより、前記第１の電流指令値を更新する（ｉ_d(J+1) ^*）第２のステップと、
    （ｉｉｉ）前記第２のステップの後に前記第１の電流指令値（ｉ_d(J+1) ^*）と前記第２の電流指令値（ｉ_qJ ^*）とに基づいて更新後の前記トルク（τ_(J+1)）を求め、当該トルクが前記基準値に対する許容範囲を越えて大きい場合には前記第２の電流指令値を大きくして、当該トルクが前記許容範囲を越えて小さい場合には前記第２の電流指令値を小さくして、それぞれ更新（ｉ_q(J+1) ^*）する第３のステップと
    を有し、
    前記第３のステップにおいて求められた前記トルクが前記許容範囲内に収まる迄、前記第２のステップ及び前記第３のステップが繰り返して実行される、請求項１０記載のモータの制御装置。
    

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