JP5758140B2

JP5758140B2 - モータ制御装置、モータ制御方法

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Publication number: JP5758140B2
Application number: JP2011021890A
Authority: JP
Inventors: 義樹加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: JP2012165493A

Description

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法に関する。

モータが有するロータの回転角度位置を検出する角度検出装置として、レゾルバと角度検出回路とを組み合わせて回転角度を検出する角度検出装置が用いられている。レゾルバは、ロータコイルとステータコイルとの位相差によりロータの回転角度を検出する回転検出装置である。レゾルバは、互いに直角に配置された２つのステータコイルに位相が９０度ずれた２相の正弦波信号（Ｅｓｉｎωｔ，Ｅｃｏｓωｔ（Ｅは正弦波の振幅、ωは角速度））を印加することで、回転磁界を生じる。この磁界中に、互いに直角に置かれた２つのロータコイルに、それぞれのコイルに位相差のある電圧（Ｅｓｉｎ（ωｔ＋θ），Ｅｃｏｓ（ωｔ＋θ））が発生する。このロータコイルの出力を用いて回転角度θを検出している。

しかしながら、このレゾルバの出力をそのまま角度検出情報として使用した場合、レゾルバによる誤差や検出された信号を処理する回路が有する誤差により、制御されるモータにトルク変動や速度変動が生じていた。
このため、特許文献１に記載の発明では、レゾルバが特定の角度における擬似位置信号を生成し、生成した擬似位置信号を用いて角度検出誤差、角度検出精度を算出し、算出した結果に基づいて角度検出値の誤差を補正している。

特許第３５９０６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、擬似位置信号を生成して、生成した擬似位置信号を用いて補正を行っているため、特定の角度以外の回転位置における検出誤差を減少できない場合があるという問題点があった。また、それ以外の角度は補間して補正する場合にも、基本波成分誤差，二次高調波成分誤差などに限られていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、レゾルバの検出角度に対応しない誤差に対しても検出精度が向上することが可能なモータ制御装置、モータ制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のモータ制御装置は、微分係数が不連続な点を有する角度検出信号を検出して出力する角度検出部と、前記検出された角度検出信号の不連続点を検出する不連続点検出部と、前記検出された不連続点近傍の角度検出信号を、前記不連続点以前のランプ波形の角度検出信号に置換して出力する置換部と、前記角度検出部の出力信号または前記置換された出力信号を、基準値と比較し直線近似により制御信号を算出する制御信号算出部と、を備え、前記置換部は、前記角度検出信号から現在の回転角度を検出し、前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較し、前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度が、前記現在の回転角度より小さい角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度加算して補正し、前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行い、または、前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較し、前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度が、前記現在の回転角度より大きな角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度減算して補正し、前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行うことを特徴としている。

本発明によれば、検出角度に対応しない誤差に対しても検出精度が向上することが可能な角度検出装置、角度検出方法を実現することができる。

第１実施形態のモータ制御装置を示す制御ブロック図である。同実施形態に係るレゾルバの概略構成を示す図である。同実施形態に係る時間に対する検出角度の変化を示す図である。同実施形態に係る角度補正部１３の概略構成を示す図である。同実施形態に係る記憶部１３２が記憶するサンプリング時刻を説明する図である。同実施形態に係る記憶部１３２が記憶するサンプリング時刻の検出角度を示す情報の一例を説明する図である。同実施形態に係る誤差が無く理想的な検出信号の例を説明する図である。同実施形態に係る誤差のある検出信号の例を説明する図である。同実施形態に係る検出角度の不連続点の置換をせず算出をした例を説明する図である。同実施形態に係る検出角度の不連続点の置換の方法を説明する図である。同実施形態に係る同実施形態に係る検出角度の不連続点の置換の別の方法を説明する図である。同実施形態に係る最小二乗法を行うときに用いるサンプル数ｎを説明する図である。同実施形態に係る検出角度の実測値と算出値の一例を示す図である。図１３を検出角度の差分実測値と算出値で表した図である。第２実施形態に係る検出角度の実測値と算出値の一例を示す図である。図１５を検出角度の差分実測値と算出値で表した図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

［第１実施形態］
モータ制御装置は、例えば産業車両や電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、船舶、飛行機、発電システム等において、電池セルから電力の供給を受けてモータを制御する装置である。

まず、モータ制御装置の概略動作について説明する。
電気モータを動力とする電気自動車や、内燃機関と電気モータを併用して動力とするハイブリッド自動車（以下、「電気自動車等」という）では、電力利用効率を高めるため、モータ制御装置が、３相の駆動電流を制御する際にパルス幅を変調させるパルス幅変調制御（ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御）を用いている。
電気自動車等では主に永久磁石同期モータが用いられ、そのモータには、回転に同期した３相電流が流される。その３相電流をＰＷＭ制御するために、キャリア信号と呼ばれる一定の周波数の電気パルスが用いられる。この場合、駆動電流は、キャリア信号のタイミングに合わせてパルス幅が変調された矩形波としてモータに供給され、モータのインダクタンスによって正弦波の３相電流となる。
そして、このようなモータ制御装置では、モータに流れる電流が、入力されたトルク指令のトルクになるようにフィードバックを用いたＰＩ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌ；比例積分）制御により制御している。また、ＰＩ制御では、モータへ供給する３相をｄ軸ｑ軸の２軸座標へと座標変換し、ｄ軸ｑ軸の２相にて制御する。

図１は、本実施形態のモータ制御装置を示す制御ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１０は、レゾルバ３０、角度検出部１２、角度補正部１３、速度計算部１４、電流指令部１６、３相／２相変換部１８、電流ＰＩ制御部２０、２相／３相変換部２２、デューティ計算部２４、電力変換部２６、電流検出器２８を備えている。また、モータ制御装置１０は、モータＭを制御する。

モータＭは、３相モータであり、電力変換部２６から出力される駆動電流により駆動される。モータＭには、レゾルバ３０が取り付けられている。
角度検出部１２は、レゾルバ３０が出力する検出信号に基づき、各瞬間におけるモータＭの回転角度をサンプリング時刻毎に検出し（以下、検出した回転角度を検出角度という）、検出した検出角度を角度補正部１３に出力する。なお、サンプリング周波数は、例えば、５［ＫＨｚ］である。
角度補正部１３は、後述するように、検出した検出角度を補正して角度測定信号θを算出する。角度補正部１３は、算出した角度測定信号θを、速度計算部１４、３相／２相変換部１８、および２相／３相変換部２２に出力する。
速度計算部１４は、角度補正部１３が出力する角度測定信号θから、モータＭの回転子の角速度ωを計算し、計算した角速度ωを電流指令部１６に出力する。

電流検出器２８は、モータＭに対する３相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、検出した３相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／２相変換部１８に出力する。
３相／２相変換部１８には、電流検出器２８が出力する３相の電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗが入力される。３相／２相変換部１８は、電流検出器２８が出力する３相の電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを、２相のｄ軸成分Ｉｄおよびｑ軸成分Ｉｑ（以下、検出電流という）に変換する。３相／２相変換部１８は、変換した検出電流ＩｄおよびＩｑを電流ＰＩ制御部２０に出力する。なお、ｄ軸成分の電流（ｄ軸電流）とは、d軸を磁束の向きに取った場合、流れている電流のうち、モータＭに磁束を発生させるのに使われている成分（励磁電流成分）である。また、ｑ軸成分の電流（ｑ軸電流）とは、流れている電流のうち負荷のトルクに対応した成分である。
なお、本明細書では、指令値や指令信号には「＊」を右上に付した変数によって表す。

電流指令部１６には、自動車の場合にはスロットルペダルの開度などに関連付けられたトルク指令と、速度計算部１４から出力される角速度ωとが入力される。トルク指令は、モータに発生させるトルクを指令するものである。電流指令部１６は、このトルク指令の値と角速度ωから、ｄ軸成分およびｑ軸成分を持つ２相の指令電流（以下、指令電流という）Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を生成する。電流指令部１６は、生成した指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を、電流ＰＩ制御部２０に出力する。電流指令部１６は、入力されたトルク指令と角速度ωに対応するｄ軸およびｑ軸の指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊を生成する。

電流ＰＩ制御部２０には、電流指令部１６が出力する指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊と、３相／２相変換部１８が出力する検出電流ＩｄおよびＩｑとが入力される。電流ＰＩ制御部２０は、制御変数である検出電流ＩｄおよびＩｑが、指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ＊に応じた値になるように、モータＭに流れる電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを制御する。
電流ＰＩ制御部２０は、入力された指令電流Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊から、それぞれ検出電流ＩｄおよびＩｑを減算して、偏差ΔＩｄおよびΔＩｑを算出する。電流ＰＩ制御部２０は、算出した偏差ΔＩｄおよびΔＩｑ用いて、次式（１）〜（２）により、ｄ軸の指令電圧Ｖｄ^＊、ｑ軸の指令電圧Ｖｑ^＊を算出する。電流ＰＩ制御部２０は、算出した指令電圧Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊を、２相／３相変換部２２に出力する。

Ｖｄ^＊＝Ｋｐ×ΔＩｄ＋Ｋｉ×∫（ΔＩｄ）ｄｔ・・・（１）

Ｖｑ^＊＝Ｋｐ×ΔＩｑ＋Ｋｉ×∫（ΔＩｑ）ｄｔ・・・（２）

なお、式（１）、（２）において、係数Ｋｐ、Ｋｉは、予め設定されている係数である。

２相／３相変換部２２には、電流ＰＩ制御部２０が出力する指令電圧Ｖｄ^＊および指令電圧Ｖｑ^＊と、角度補正部１３が出力する角度測定信号θとが入力される。２相／３相変換部２２は、入力された角度測定信号θを用いて、入力された指令電圧Ｖｄ^＊および指令電圧Ｖｑ^＊を座標変換し、３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を算出する。２相／３相変換部２２は、算出した３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊をデューティ計算部２４に出力する。

デューティ計算部２４には、２相／３相変換部２２が出力する３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊が入力される。デューティ計算部２４は、キャリア周波数ｆｃによって定まるタイミングで、３相の指令電圧Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊から、モータに与える駆動電流信号を表すデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを計算する。デューティ計算部２４は、計算したデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを電力変換部２６に出力する。

電力変換部２６には、デューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗから駆動電流を生成するためのスイッチングを行う例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子などの電力制御素子（パワー素子）が備えられている。電力変換部２６は、デューティ計算部２４が出力するデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに対応する３相の駆動電流を生成し、生成した３相の駆動電流をモータＭにそれぞれ供給する。

図２は、本実施形態に係るレゾルバの概略構成を示す図である。
図２に示すように、レゾルバ３０は、モータＭの貫通シャフトにマウントされ、ブラシレスモータのロータ磁界に合わせて調整されている。レゾルバ３０は、レゾルバ・ロータ３２、一次側コイル（ロータ）３４、一次側コイル３４と互いに９０度離れたふたつの二次側コイル（ステータ）３６とで構成されている。一次側に交流電圧を加えると二次側コイルにも電圧が発生する。二次側に出力される電圧の振幅は、θをロータ角度とするとｓｉｎθとｃｏｓθになる。
角度検出部１２は、これらの２次側コイル３６の位相に基づき、モータＭの検出角度を算出する。この算出された検出角度は、モータＭの回転基準角度（０度）から１回転（３６０度）の間、電気自動車などでは慣性が大きく、サンプリングタイムに比べて加速度が無視されるので、単調に且つほぼ線形に増加する値となる。したがって、モータＭの複数の回転にわたる算出値は、図３に示すように、のこぎりの歯状の波形となる。この算出値によりモータＭの検出角度を検出できる。図３は、本実施形態に係る時間に対する検出角度の変化を示す図である。図３において、横軸は時間、縦軸はモータＭの検出角度である。図３に示すように、検出角度信号は、周期ｔ_Ｌののこぎり波ｇ１０１である。検出角度は、０度〜３６０度である。また、時刻は、後述するようにサンプリング周波数に基づくサンプル時刻である。そして、図３に示すように、時刻０から時刻ｔ_Ｌに向けて、検出角度が０度から３６０度に増加し、時刻ｔ_Ｌのとき、検出角度が３６０度から０度になる。そして、時刻ｔ_Ｌは、レゾルバ３０による検出角度の周期である。
例えば、モータＭが８極の場合、レゾルバの検出周期は、４回／回転である。このため、モータＭの電機子が１０００［ｒｐｍ］で回転している場合、周期は、ｔ_Ｌ＝１５［ｍｓｅｃ］（１０００×４／６０＝６７［Ｈｚ］）である。

図４は、本実施形態に係る角度補正部１３の概略構成を示す図である。
図４に示すように、角度補正部１３は、不連続点検出部１３１、記憶部１３２、置換部１３３、制御信号算出部１３４を備えている。

不連続点検出部１３１は、角度検出部１２が出力する検出角度を示す情報をサンプリング時刻毎に記憶部１３２に記憶させる。不連続点検出部１３１は、現在の検出角度と、１つ前のサンプリング時刻の検出角度に基づき、後述するように、検出角度の不連続点を検出する。なお、検出角度の不連続点とは、図３において、時刻ｔ_Ｌのように、検出角度の値が急激に変化する点である。すなわち、のこぎり波（検出角度信号）ｇ１０１のように、時刻０〜ｔ_Ｌの期間、検出角度は傾きｍで増加し、サンプリングが時刻ｔ_Ｌを超えた時点で、検出角度が傾きｍの直線から外れ、０度近くに急激に減少する。このように、不連続点検出部１３１は、所定のサンプリング時刻の期間において、現在のサンプリング時刻の検出角度と１つ前のサンプリング時刻の検出角度との傾きを順次、比較して、傾きが不連続なサンプリング時刻を不連続点として検出する。すなわち、不連続点検出部１３１は、微分係数が不連続な点を検出する。そして、不連続点検出部１３１は、現在のサンプリング時刻の検出角度と、検出した不連続点を示す情報とを置換部１３３に出力する。

記憶部１３２は、図５と図６に示すように、サンプリング時刻ｔと、該サンプリング時刻の検出角度ｙを示す情報とが関連づけられて記憶されている。図５は、本実施形態に係る記憶部１３２が記憶するサンプリング時刻を説明する図である。図６は、本実施形態に係る記憶部１３２が記憶するサンプリング時刻の検出角度を示す情報の一例を説明する図である。

置換部１３３は、不連続点検出部１３１が出力する不連続点を示す情報に基づき、１つ前のサンプリング時刻から所定の個数ｎ（ｎは１以上の自然数）の検出角度を示す情報を記憶部１３２から読み出す。なお、所定の個数ｎとは、モータＭの極数、加速度などに応じた数である。ここでは例として、所定の個数ｎは１６とする。また、１つ前のサンプリング時刻とは、図５と図６において、現在時刻がｔ_ｎの場合、ｔ_ｎ−１であり、このため、１つ前のサンプリング時刻の検出角度はｙ_ｎ−１である。置換部１３３は、読み出した所定の個数の検出角度を示す情報が、現在のサンプリング時刻の検出角度と連続するように、後述するように、１つ前のサンプリング時刻から所定の個数ｎの検出角度を示す情報に対して置換を行う。置換部１３３は、現在のサンプリング時刻の検出角度と、置換した検出角度を示す情報とを制御信号算出部１３４に出力する。

制御信号算出部１３４は、後述するように、置換部１３３が出力する現在のサンプリング時刻の検出角度と、１つ前のサンプリング時刻から所定の個数ｎの検出角度とを用いて、例えば最小二乗法により、現在のサンプリング時刻の角度測定信号θを算出する。制御信号算出部１３４は、算出した角度測定信号θを速度計算部１４、３相／２相変換部１８、および２相／３相変換部２２に出力する。

図７は、誤差が無く理想的な検出角度による信号の例を説明する図であり、図８は、誤差のある検出角度による信号の例を説明する図である。図７と図８において、横軸は時間（サンプリング時刻）、縦軸は検出角度である。図７と図８において、符号（ｔ_ｎ、ｙ_ｎ）は、サンプリング時刻ｔ_ｎにおける検出角度ｙ_ｎの組み合わせである（以下、検出値という）。図７と図８において、曲線ｇ１０１は、誤差が無い場合の検出値（ｔ_ｎ−５、ｙ_ｎ−５）〜（ｔ_ｎ、ｙ_ｎ）を通る曲線である。
図７に示すように、検出角度に誤差がない、または、ほとんど誤差が無い場合、検出値（ｔ_ｎ−５、ｙ_ｎ−５）〜（ｔ_ｎ、ｙ_ｎ）は一次関数ｙ＝ａｔ＋ｂで表すことが出来る。
しかしながら、図８に示すように、実際に検出される検出角度は、各々誤差を有しているため、ばらつきを有し、検出値（ｔ_ｎ−５、ｙ_ｎ−５）〜（ｔ_ｎ、ｙ_ｎ）のうちいくつかが、曲線ｇ１０１から外れている。このため、この検出角度をそのまま角度測定信号θとして用いると検出誤差により、モータＭには、トルクの変動や速度変動が起きていた。
このため、本実施形態では、検出角度に対して例えば最小二乗法を行うことで角度測定信号θを補正して、検出誤差を抑える。

検出角度ｙ＝ａｔ＋ｂと置くと、検出値（ｔ_１、ｙ_１）〜（ｔ_ｎ、ｙ_ｎ）の直線近似の傾きａとｙ切片ｂは、次式（３）、（４）のように表される。

ここで、時刻（ｔ_１、ｔ_２、・・・、ｔ_ｎ）と、検出角度（ｙ_１、ｙ_２、・・・、ｙ_ｎ）とを、図５と図６のように現在時刻（ｔ_ｎ）を０とすることで、傾きａの算出は不要になる。
図５に示すように、時刻ｔ_１は（ｎー１）サンプリング前の時刻であり、時刻ｔ_２は（ｎー２）サンプリング前の時刻である。角度補正部１３は、このように、各時刻（ｔ_１、ｔ_２、・・・、ｔ_ｎ−１）に各サンプリング時刻を割り当て、時刻ｔ_ｎに現在時刻を割り当てる。また、図６に示すように、検出角度ｙ_１は（ｎー１）サンプリング前の検出角度であり、検出角度ｙ_２は（ｎー２）サンプリング前の検出角度である。このように、角度補正部１３は、各検出角度（ｙ_１、ｙ_２、・・・、ｙ_ｎ−１）に各サンプリング時刻の検出角度を割り当て、検出角度ｙ_ｎに現在時刻の検出角度を割り当てる。
このように現在時刻（ｔ_ｎ）を０と割り当てることで、ｔ＝０のため、角度補正部１３は、ｙ切片であるｂのみ算出すれば、現在の検出角度ｙ_ｏｕｔを次式（５）のように算出することができる。

また、サンプリング周波数やサンプリング数ｎが一定の場合、角度補正部１３は、時刻（ｔ_１、ｔ_２、・・・、ｔ_ｎ）に関する計算を事前に行うことで、計算量を削減できる。さらに、サンプリング周波数やサンプリング数ｎが変更となる場合、図５の時刻ｔ_１〜ｔ_ｎを更新することで対応することができる。

図３に示したように、レゾルバ３０の検出角度による検出信号はのこぎり波である。このため、この検出信号に、最小二乗法を適用した場合、図９に示すように、検出角度３６０度から０度への切り替わり時（例えば、サンプリング時刻ｔ＝１７〜１９の期間）、微分係数が不連続なため、曲線ｇ２０２のように補間されてしまう。図９は、本実施形態に係る角度検出信号に最小二乗法を適用した例を説明する図である。図９において、横軸はサンプリング、縦軸は検出角度である。また、曲線ｇ２０１は、サンプリングに対する検出された検出角度である。曲線ｇ２０２は、曲線ｇ２０１に対して、サンプリングに対する、最小二乗法を用いて検出角度を算出した計算角度である。

図９に示した曲線ｇ２０２のような誤動作を防ぐため、本実施形態では、微分係数の不連続点を検出し、現在の検出角度の大きさに基づき検出角度を補正する。
具体的な例を図９と図１０を用いて説明する。検出角度０度〜３６０度までの１周期を、図９に示すように、２４サンプリングとする。図９に示すように、１番目のサンプリング〜１９番目のサンプリングの期間を用いて説明する。また、最小二乗法を行うのに用いるサンプリング数ｎは、１６サンプルとする。
図１０は、本実施形態に係る検出角度の補正方法を説明する図である。図１０において、横軸は時間、縦軸は検出角度である。また、曲線ｇ３０１は、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１５〜ｔ_ｎ−１の期間のサンプリング時刻に対する検出角度であり、曲線ｇ３０２は、サンプリング時刻ｔ_ｎ以降のサンプリング時刻に対する検出角度である。また、曲線ｇ３０３は、曲線ｇ３０１を曲線ｇ３０２と連続するように補正した後のサンプリング時刻ｔ_ｎ−１５〜ｔ_ｎ−１の期間のサンプリング時刻に対する検出角度である。

図１０において、サンプリング時刻ｔ_ｎの検出角度は５度、１つ前のサンプリング時刻ｔ_ｎ−１の検出角度は３５０度である。この場合、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ−１５の検出角度ｙ_ｎ−１〜ｙ_ｎ−１５が、サンプリング時刻ｔ_ｎの検出角度ｙ_ｎと連続するために、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ−１５の検出角度ｙ_ｎ−１〜ｙ_ｎ−１５から３６０度を減算する。置換部１３３は、１つ前のサンプリングの検出角度ｙ_ｎ−１から１８０度を減算した値が、現在の検出角度より大きいか否かを判別する。そして、１つ前のサンプリングの検出角度ｙ_ｎ−１から１８０度を減算した値が、現在の検出角度より大きい場合、置換部１３３は、現在以外の検出角度データ（ｙ_１、ｙ_２、・・・、ｙ_ｎ−１）から３６０度を減算する。
これにより、曲線ｇ３０１は、曲線ｇ３０３に置き換えられ、サンプリング時刻ｔ_ｎ以降の曲線ｇ３０２と連続する。この結果、微分係数の不連続点がなくなり、制御信号算出部１３４が、検出された角度に対して最小二乗法を適用しても、適切な検出角度を得ることができる。

なお、上述した不連続点の検出と置き換えは、正弦波状ではない微分係数が不連続な点を有する信号波形、例えば、区間線形関数ではなく所定の区間が２次関数等で表されるのこぎり波状の信号においても同様の効果が得られる。すなわち、所定の個数ｎの検出角度に対して最小二乗法を行って補正した場合に、最小二乗法を行ったことにより、特定のサンプリング時刻において誤差が大きくなるような検出角度の信号に、本実施形態のモータ制御装置を用いることで、精度の良い角度検出を行うことができる。

図１１は、本実施形態に係る同実施形態に係る検出角度の別の補正方法を説明する図である。図１１において、横軸は時間、縦軸は検出角度である。図１１に示すように、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ−１５の期間、逆のこぎり波の波形は、サンプリング時刻の増加とともに減少する。また、曲線ｇ４０１は、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１５〜ｔ_ｎ−１の期間のサンプリング時刻に対する検出角度であり、曲線ｇ４０２は、サンプリング時刻ｔ_ｎ以降のサンプリング時刻に対する検出角度である。また、曲線ｇ４０３は、曲線ｇ４０１を曲線ｇ４０２と連続するように補正した後のサンプリング時刻ｔ_ｎ−１５〜ｔ_ｎ−１の期間のサンプリング時刻に対する検出角度である。

図１１において、サンプリング時刻ｔ_ｎの検出角度は３５０度、１つ前のサンプリング時刻ｔ_ｎ−１の検出角度は５度である。この場合、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ−１５の検出角度ｙ_ｎ−１〜ｙ_ｎ−１５が、サンプリング時刻ｔ_ｎの検出角度ｙ_ｎと連続するために、サンプリング時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ−１５の検出角度ｙ_ｎ−１〜ｙ_ｎ−１５に３６０度を加算する。置換部１３３は、１つ前のサンプリングの検出角度ｙ_ｎ−１から１８０度を加算した値が、現在の検出角度より大きいか否かを判別する。１つ前のサンプリングの検出角度に１８０度を加算した値が、現在の検出角度より小さい場合、置換部１３３は、現在以外の検出角度データ（ｙ_１、ｙ_２、・・・、ｙ_ｎ−１）に３６０度を加算する。
これにより、曲線ｇ４０１は、曲線ｇ４０３に置き換えられ、サンプリング時刻ｔ_ｎ以降の曲線ｇ４０２と連続する。この結果、微分係数の不連続点がなくなり、制御信号算出部１３４が、検出された角度に対して最小二乗法を適用しても、適切な検出角度を得ることができる。

図１２は、本実施形態に係る最小二乗法を行うときに用いるサンプル数ｎを説明する図である。図１２に示すように、制御信号算出部１３４が最小二乗法を行う場合、用いるサンプル数ｎが大きいほど計算量が多くなり、加速度による影響も大きくなるが、低周波の誤差抑圧は大きくなる。また、用いるサンプル数ｎが小さいほど計算量が少なくなり、加速度による影響も小さくなるが、低周波の誤差抑圧は小さくなる。このため、サンプル数ｎは、モータ制御装置を適用する車両等の用途に応じて、選択するようにしてもよい。

図１３は、本実施形態に係る検出角度の実測値と算出値の一例を示す図である。図１３において、横軸はサンプリング、縦軸は検出角度であり、曲線ｇ５０１はサンプリング対実測された検出角度、曲線ｇ５０２はサンプリング対算出された検出角度である。図１３の検出角度の信号は、例えば、高周波誤差の場合の一例である。
このように本実施形態のモータ制御装置１０を適用した場合、曲線ｇ５０１に対して曲線ｇ５０２の振幅、すなわち高周波ノイズ状の誤差による振幅が小さくなる。すなわち、検出角度の誤差が少なくなる。この結果、モータＭのトルク変動が減少する。さらに本実施形態のモータ制御装置１０を適用した場合、サンプリング時刻ｔが４０付近のように、検出角度３６０度から０度への切り替わりにおいても、精度良く検出角度を算出できる。

図１４は、図１３を検出角度の差分実測値と算出値で表した図である。図１４において、横軸はサンプリング、縦軸は検出角度の差分であり、曲線ｇ６０１はサンプリング対実測された検出角度の差分、曲線ｇ６０2はサンプリング対算出された検出角度の差分である。なお、図１４は、実測した試験データのうち、検出角度の誤差が大きな例である。また、検出角度の差分とは、実測された検出角度とその前回値との差（検出角度の差分）、算出された角度とその前回値との差（計算角度の差分）である。また、図１４に示す実測の検出角度は、高周波誤差の場合である。
図１４に示すように、曲線ｇ６０１の実測による検出角度の振幅は、約−４０［ｄｅｇ］〜＋４０［ｄｅｇ］程度である。これに対し、本実施形態のモータ制御装置１０では、曲線ｇ６０２のように、検出角度の振幅は、約＋５［ｄｅｇ］〜＋２０［ｄｅｇ］程度である。このように、本実施形態のモータ制御装置１０では、サンプリング毎の検出角度の変動を抑える効果がある。

以上のように、本実施形態では、角度検出部１２は、レゾルバ３０が出力する検出信号に基づき、モータＭの検出角度を検出する。そして、不連続点検出部１３１は、現在の検出角度と、１つ前のサンプリング時刻の検出角度に基づき、検出角度の微分係数の不連続点を検出する。置換部１３３は、検出された微分係数の不連続点に基づき、１つ目のサンプリングから所定の個数ｎの検出角度が、現在のサンプリング時刻の検出角度と連続するように、１つ前のサンプリング時刻から微分係数が不連続か否かを判別する。そして、置換部１３３は、１つ前のサンプリング時刻から所定の個数ｎの検出角度に対して３６０度加算するか減算するかの置換を行う。そして、制御信号算出部１３４は、角度測定信号θを、現在のサンプリング時刻の検出角度と、置換した所定の個数ｎの検出角度を用いて最小二乗法により算出する。
この結果、本実施形態のモータ制御装置は、レゾルバの回転角度によらず、どの検出角度においても、精度良くモータの検出角度を算出することができる。また、レゾルバによる誤差やレゾルバの検出信号を処理する回路の影響を防ぐこともできるので、モータ制御装置やレゾルバ毎に補正値を予め測定したりマップを作成する必要がなくなる。さらに、レゾルバの検出角度に対する誤差補正マップを用いる場合に比べても、精度良くモータの検出角度を算出することができる。また、本実施形態のモータ制御装置は、高周波に変動する検出誤差を抑えることができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、検出角度が高周波誤差で変動する誤差を抑える例を説明した。本実施形態では、角度に対応する正弦波状の誤差（基本波成分誤差や二次高調波成分誤差など）に、本実施形態のモータ制御装置を用いる場合について説明する。

図１５は、本実施形態に係る検出角度の実測値と算出値の一例を示す図である。図１５において、横軸はサンプリング、縦軸は検出角度であり、曲線ｇ７０１はサンプリング対実測された検出角度、曲線ｇ７０２はサンプリング対算出された検出角度である。また、符号ｇ７１０は、正弦波状の誤差である。正弦波状の誤差とは、サンプリング時刻３〜１０の期間、符号ｇ７１０のように、角度に対応して、検出角度の誤差が正弦波状に変動する基本波成分誤差や二次高調波成分誤差などの誤差をいう。
このように、曲線ｇ７０１の実測値の検出角度の誤差に対して、曲線ｇ７０２の算出値の検出角度の誤差が抑えられている。このように、角度に対応する正弦波状の誤差を有する場合においても、本実施形態のモータ制御装置１０を用いることで検出誤差を抑えることができる。なお、モータ制御装置１０の構成、検出角度の処理手順は第１実施形態と同じである。

図１６は、図１５を検出角度の差分実測値と算出値で表した図である。図１６において、横軸はサンプリング、縦軸は検出角度の差分であり、曲線ｇ８０１はサンプリング対実測された検出角度の差分、曲線ｇ８０２はサンプリング対算出された検出角度の差分である。なお、検出角度の差分とは、実測された検出角度とその前回値との差（検出角度の差分）、算出された角度とその前回値との差（計算角度の差分）である。図１６に示す実測の検出角度は、角度に対応する二次高調波成分誤差の場合である。
図１６に示すように、曲線ｇ８０１の実測による検出角度の振幅は、約＋１０［ｄｅｇ］〜＋５０［ｄｅｇ］程度である。これに対し、本実施形態のモータ制御装置１０では、曲線ｇ８０２のように、検出角度の振幅は、約＋２５［ｄｅｇ］〜＋３５［ｄｅｇ］程度である。このように、本実施形態のモータ制御装置１０では、角度に対応する正弦波状の誤差（基本波成分誤差や二次高調波成分誤差など）の場合でも、サンプリング毎の検出角度の変動を抑える効果がある。

以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、角度に対応する正弦波状の誤差を有する場合でも、レゾルバの回転角度によらず、どの検出角度においても、精度良くモータの検出角度を算出することができる。さらに、レゾルバの検出角度に対する誤差補正マップを用いる場合に比べても、精度良くモータの検出角度を算出することができる。また、本実施形態のモータ制御装置は、高周波の検出誤差を抑えることができる。

なお、本実施形態では、１次関数の最小二乗法により、検出角度を演算する例を説明した。例えば、モータＭの回転による加速度を考慮する場合、２次関数の最小二乗法を用いてもよい。また、サンプリングｎは、モータ制御装置１０の角度補正部１３の演算パワー、モータＭの加速度、検出角度に対する誤差信号の周波数（高周波ノイズ状の誤差）等に応じて、モータ制御装置１０の設計者が予め選択して設定してもよい。あるいは、検出角度に対する誤差信号の周波数（高周波ノイズ状の誤差）を、例えば制御信号算出部１３４が検出し、検出した検出角度に対する誤差信号の周波数（高周波ノイズ状の誤差）に応じて、サンプリングｎを選択するようにしてもよい。

また、本実施形態では、モータＭに取り付けられているレゾルバが検出した検出角度の信号に対する補正を例に説明したが、検出角度による検出信号に微分係数の不連続点があれば、モータＭの角度検出をレゾルバ以外で行ってもよい。

なお、実施形態の図４の各部の機能を実現するため、コンピュータシステムのＣＰＵに接続されたＲＯＭ、ＨＤＤも等に保存されているプログラムにより実行することも可能である。あるいは、ＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）やＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）や回路でハードウェアにより実現することも可能である。

１０・・・モータ制御装置Ｍ・・・モータ１２・・・角度検出部
１３・・・角度補正部
１４・・・速度計算部１６・・・電流指令部１８・・・３相／２相変換部
２０・・・電流ＰＩ制御部２２・・・２相／３相変換部２４・・・デューティ計算部
２６・・・電力変換部２８・・・電流検出器３０・・・レゾルバ
３２・・・レゾルバ・ロータ３４・・・一次側コイル（ロータ）
３６・・・二次側コイル（ステータ）
１３１・・・不連続点検出部１３２・・・記憶部
１３３・・・置換部１３４・・・制御信号算出部

Claims

微分係数が不連続な点を有する角度検出信号を検出して出力する角度検出部と、
前記検出された角度検出信号の不連続点を検出する不連続点検出部と、
前記検出された不連続点近傍の角度検出信号を、前記不連続点以前のランプ波形の角度検出信号に置換して出力する置換部と、
前記角度検出部の出力信号または前記置換された出力信号を、基準値と比較し直線近似により制御信号を算出する制御信号算出部と、
を備え、
前記置換部は、
前記角度検出信号から現在の回転角度を検出し、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較し、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度が、前記現在の回転角度より小さい角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度加算して補正し、
前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行い、
または、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較し、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度が、前記現在の回転角度より大きな角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度減算して補正し、
前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行う
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記置換部は、
前記角度検出信号に基づく角度検出値に基づき、前記角度検出部の出力信号に対して、ｎ周期（ｎは１以上の整数）の角度を加算して置換する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記角度検出部は、
前記角度検出値から算出された回転速度に応じて、前記角度検出を行うサンプリング間隔を可変する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
前記制御信号算出部は、
最小二乗法を用いて前記制御信号を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
微分係数が不連続な点を有する角度検出信号は、
のこぎり波状の波形である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
角度検出部が、微分係数が不連続な点を有する角度検出信号を検出して出力する角度検出工程と、
不連続点検出部が、前記検出された角度検出信号の不連続点を検出する不連続点検出工程と、
置換部が、前記検出された不連続点近傍の角度検出信号を、前記不連続点以前のランプ波形の角度検出信号に置換して出力する置換工程と、
制御信号算出部が、前記角度検出部の出力信号または前記置換された出力信号を、基準値と比較し直線近似により制御信号を算出する制御信号算出工程と、
を備え、
前記置換工程は、
前記角度検出信号から現在の回転角度を検出する工程と、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較する工程と、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度加算した検出角度が、前記現在の回転角度より小さい角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度加算して補正する工程と、
前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行う工程と、
または、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度と、前記現在の回転角度とを比較する工程と、
前記現在より１つ前のサンプリング時刻における回転角度に１８０度減算した検出角度が、前記現在の回転角度より大きな角度の場合、前記現在より１つ前から２以上の所定の個数のそれぞれについてサンプリング時刻における回転角度に対して３６０度減算して補正する工程と、
前記現在の回転角度と、前記補正した所定の個数の回転角度に対して近似補間を行う工程と、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。