JP2013132200A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御を実現するモータ制御装置を提供する。
【解決手段】駆動値を算出するフィードバック制御演算部２０３と、駆動位相値を設定する駆動位相設定部２１１と、駆動値および駆動位相値に基づきモータ２１０を通電駆動するモータ駆動部２０９と、駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づき進角値を算出し、進角値を駆動位相設定部２１１に設定する進角制御部２１３とを備える。そして、進角制御部２１３が設定した進角値に基づき、弱め磁束制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを主とするモータの回転位置、回転速度あるいは出力トルクを制御するモータ制御装置に関するものである。

電源電圧が限られた状況でモータの回転位置、回転速度あるいは出力トルクを制御する場合、特に高速回転の領域においてモータの誘起電圧が高くなるために飽和現象を生じ、回転速度を上げられない、あるいは出力トルクが低下する等の問題が一般に生じる。この状態を回避するために、従来、モータの駆動出力の飽和状態を検知し、モータを駆動する位相を操作することで、より高速回転までの駆動を可能にする弱め磁束処理が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、特許文献１に記載された従来のモータ制御装置と同等の構成を示すブロック図である。図１２において、位相補正部１２１とそれに対する入力信号以外は、後述の図１に示すモータ制御装置と全く同一であるので、詳細な説明は省略し、位相補正部１２１についてのみ説明する。フィードバック制御演算部２０３の出力する通電駆動値は、位相補正部１２１に入力され位相補正値が設定された後、その位相補正値が駆動位相設定部２１１に設定される。

位相補正部１２１の具体的構成を図１３に示す。図１３において、位相補正部１２１の出力する位相補正値は位相補正値格納部１３１に保存される。この位相補正値と通電駆動値は位相補正判定部１３３に入力され、弱め磁束制御を行うかどうかおよび位相を増加させるか減少させるかを判定し、第１の切り替え部１３６と第２の切り替え部１３７の操作を行う。また、位相補正加算値が、位相を増減する単位として記憶されている。符号反転部１３５は、位相補正加算値１３４の符号を反転した値を出力する。第１の切り替え部１３６では、位相補正加算値１３４の値と符号反転部１３５の値とを選択して出力する。第２の切り替え部１３７では、第１の切り替え部１３６で選択された値を加算部１３２にて加算するかどうかの選択を行う。第２の切り替え部１３７の出力値は、加算部１３２において位相補正値格納部１３１の値と加算されて更新された位相補正値として外部に出力されると同時に位相補正値格納部１３１に保存される。

図１４は、従来のモータの回転数の変化を示す波形図である。

図１４（ａ）に指令回転数をステップ状に変化させた場合の波形図を示す。このような速度指令が図１２に示すモータ制御装置に入力された場合のモータ２１０の回転数の応答波形図を図１４（ｂ）に示す。例えばモータ２１０においては回転数が３５００［ｒ／ｍｉｎ］で飽和になるとすると、それ以上の回転数の領域では弱め磁束制御が必要であると位相補正判定部１３３にて判定される。そのため、回転数が３５００［ｒ／ｍｉｎ］を超えた後一定期間の間は、位相補正値格納部１３１の値に位相補正加算値１３４の値が加算されて位相補正値の値は増加する。その結果、弱め磁束制御の効果が発揮され、図１４（ｂ）に示すように６０００［ｒ／ｍｉｎ］の回転数までモータの回転数を上昇させることができる。

特開２００４−１８０４８９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、モータを駆動する位相の増減方向を判定した上で、１ステップずつ所定の大きさの位相値で増減を行う。このため、従来のような構成では、１ステップの位相値が大きければ調整精度が劣り、逆に１ステップの位相値を小さくすると調整精度は良いが最適な位相に調整されるまでに時間が掛かるため応答性が悪くなるという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題を解決するために成されたものであり、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御を実現するモータ制御装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、モータを駆動する駆動量を算出し、駆動値として出力するフィードバック制御演算部と、モータを駆動する位相を駆動位相値として出力する駆動位相設定部と、駆動値および駆動位相値に基づきモータを通電駆動するモータ駆動部と、駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づきモータの駆動位相を進める進角値を算出し、進角値を駆動位相設定部に設定する進角制御部とを備える。そして、本モータ制御装置は、進角制御部が設定した進角値に基づき、弱め磁束制御を行う構成である。

このような構成によって、モータの駆動出力が飽和した場合に、その飽和度に応じてモータの駆動位相を進める進角値を最適値に設定する処理が自動的に行われるため、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。

また、本発明のモータ制御装置は、進角制御部が駆動値と出力制限基準値との差分値に対して比例積分演算を行い、比例積分演算に基づく値を進角値とする構成である。

このような構成によって、モータの駆動出力の限界において弱め磁束制御を滑らかに機能させることができ、弱め磁束制御をより高精度に行うことができる。

また、本発明のモータ制御装置は、駆動値の上限を所定の制限値に制限するリミッタをさらに備える。そして、本モータ制御装置は、駆動値を進角制御部に供給するとともに、リミッタの出力値をモータ駆動部に供給し、駆動出力基準値をリミッタの制限値として設定する構成である。

このような構成によって、モータの駆動出力の限界において弱め磁束制御を機能させることとなり、モータを駆動する効率および応答性を良好に保つことが可能となる。

さらに、本発明のモータ制御装置は、モータの回転数に応じてモータの出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブルをさらに備える。そして、本モータ制御装置は、モータの回転数に応じたオフセット位相テーブルの値と進角制御部の設定する進角値を加算し、駆動位相値として駆動位相設定部に設定する構成である。

このような構成によって、どのような回転数の領域においても最適な位相で効率良くモータを駆動することが可能となる。

また、本発明のモータ制御装置は、モータあるいはモータを駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限値との差分値に基づき、外部からの指令値を制限する指令制限部をさらに備える。

このような構成によって、弱め磁束制御によってモータあるいはモータを駆動する回路に流れる電流が増大した場合においても、外部からの指令を自動的に低減し、過電流を回避する動作が可能となる。

本発明のモータ制御装置は、マイコンなど比較的簡単な演算手段によって実現することができ、かつ比較的簡単な演算処理で高精度かつ応答性に優れた弱め磁束制御が実現可能となる。また、モータを駆動する効率も良好な特性を保つことができ、どのような回転数においても最適な位相でモータを駆動することが可能となる。さらに、モータに流れる電流が大きくなった場合でも、外部からの指令値を適切に低減することが可能であり、過電流を回避する動作が可能となる。このように、本発明のモータ制御装置は、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御を実現するモータ制御装置を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のブロック図 同、モータ制御装置の進角制御部のブロック図 同、モータ制御装置の動作例を示す図 同、モータ制御装置において指令回転数対進角値の特性図 同、モータ制御装置と比較例とのモータの回転数の変化を示した波形図 本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置のブロック図 同、モータ制御装置におけるオフセット値と進角値の特性図 本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置のブロック図 同、モータ制御装置における指令制御部のブロック図 本発明の実施の形態１における指令回転数対モータ電流を示す特性図 本発明の実施の形態３における指令回転数対モータ電流を示す特性図 従来のモータ制御装置のブロック図 従来のモータ制御装置の位相補正部のブロック図 従来のモータ制御装置においてモータの回転数の変化を示した波形図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置２００の構成を示すブロック図である。

図１において、モータ制御装置２００は、モータ２１０を駆動制御する。モータ２１０は、例えば、鉄心等に巻線（図示せず）を巻回したステータと、回転軸を中心に磁極としての永久磁石（図示せず）を保持し、ステータに対向して回転自在に配置されたロータとを備えている。この巻線にモータ制御装置２００から例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相の交流電力が印加されることで、モータ２１０が回転駆動され、ロータが回転動作する。また、モータ２１０には、ロータ位置を検出するためのホールセンサ２１２が設けられており、ホールセンサ２１２は、モータ２１０の磁極位置に従って変化する信号を出力する。ホールセンサ２１２から出力された信号は、速度検出部２０１および駆動位相設定部２１１に供給される。

速度検出部２０１は、ホールセンサ２１２からの信号を元にモータ２１０の回転速度を検出する。一方、モータ制御装置２００には、回転指令として、モータ２１０の回転速度を指令するための速度指令が外部より通知される。速度誤差検出部２０２は、速度検出部２０１の出力するモータ２１０の回転速度と外部から入力される速度指令との値の差を速度誤差として算出して出力する。この速度誤差がフィードバック制御演算部２０３に通知される。

フィードバック制御演算部２０３は、入力した速度誤差に基づきモータの駆動量を算出し、モータの駆動出力として出力する。フィードバック制御演算部２０３は、比例ゲイン乗算部２０４、積分処理部２０５、積分ゲイン乗算部２０６、加算部２０７およびリミッタ２０８から構成される。フィードバック制御演算部２０３に入力された速度誤差は、比例ゲイン乗算部２０４において所定の比例ゲインと乗算され、その結果が出力される。一方、速度誤差は、積分処理部２０５にも入力され所定の周期で積分演算されて出力される。積分処理部２０５の出力は、積分ゲイン乗算部２０６に入力され、所定の積分ゲインと乗算され、その結果が出力される。比例ゲイン乗算部２０４と積分ゲイン乗算部２０６との各出力は、加算部２０７において加算され、この加算された値が駆動値としてリミッタ２０８および進角制御部２１３に出力される。また、このような構成により、入力された速度誤差に対して比例積分演算を行っており、この比例積分演算により駆動値が算出される。リミッタ２０８は、入力された駆動値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。すなわち、リミッタ２０８は、駆動値が制限値以下の場合には駆動値を駆動出力として出力し、駆動値が制限値を超えた場合には制限値を駆動出力として出力する。リミッタ２０８からこのように出力される駆動出力の値は、通電駆動値としてモータ駆動部２０９に供給される。

また、進角制御部２１３は、加算部２０７の出力する駆動値を入力し、この駆動値に基づき演算によって進角値を算出し、演算した結果の進角値を駆動位相設定部２１１に設定する。

また、モータ駆動部２０９は、フィードバック制御演算部２０３から入力された通電駆動値に従ってモータ２１０を駆動する。このとき、駆動位相設定部２１１が、ホールセンサ２１２の出力信号および進角制御部２１３の出力する進角値に従って、モータ駆動部２０９の駆動位相を示す駆動位相値を生成し、この駆動位相値をモータ駆動部２０９に設定する。より具体的には、モータ駆動部２０９は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）信号生成回路やインバータ回路を備えている。ＰＷＭ信号生成回路は、フィードバック制御演算部２０３からの通電駆動値に応じた振幅の波形をパルス幅変調したパルス信号を生成する。例えば、モータ２１０を正弦波駆動する場合には、この波形は正弦波である。また、この波形の出力位相は駆動位相設定部２１１からの駆動位相値によって設定される。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有しており、ＰＷＭ信号生成回路からのパルス信号によりこれらスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御されることで、直流電力を上記波形の交流電力に変換する。そして、インバータ回路からの交流電力がモータ２１０の巻線に印加され、巻線が通電駆動される。このようなモータ駆動部２０９の動作によって、通電駆動値に応じた通電量でモータ２１０の巻線を通電している。

以上、本実施の形態では、速度誤差検出部２０２が、外部から指令された速度指令と速度検出部２０１により検出された回転速度との速度誤差を算出し、フィードバック制御演算部２０３が、この速度誤差に基づく通電駆動値をモータ駆動部２０９へと出力し、モータ駆動部２０９が、通電駆動値に応じてモータ２１０の巻線を通電駆動する。この構成によって、巻線への通電駆動量をフィードバック制御するメジャー制御ループが形成される。さらに、本実施の形態では、進角制御部２１３が、フィードバック制御演算部２０３で算出された駆動値に基づき進角値を算出し、モータ駆動部２０９が、この進角値に応じた位相でモータ２１０の巻線を通電駆動する構成を有している。この構成によって、巻線への通電の位相量をフィードバック制御するマイナー制御ループが形成される。本実施の形態では、このようなメジャー制御ループとマイナー制御ループとの構成により、モータ２１０の回転速度が速度指令に追従するようにフィードバック制御を行っている。

次に、進角制御部２１３を含むマイナー制御ループの詳細な構成について説明する。

図２は、進角制御部２１３の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、進角制御部２１３は、飽和度検出部１０１と進角演算部１０２とを備えている。

図２において、フィードバック制御演算部２０３で算出された駆動値が飽和度検出部１０１に供給される。飽和度検出部１０１には、出力制限基準値があらかじめ設定されている。飽和度検出部１０１は、駆動値と出力制限基準値との差分値を出力偏差値として算出して出力する。ここで、出力制限基準値がリミッタ２０８の制限値と等しい値となるように、出力制限基準値を設定している。また、本実施の形態では、このように算出した出力偏差値を、モータ駆動における飽和の度合い、すなわち飽和度を示す値として利用している。具体的には、駆動値が出力制限基準値と等しくなった段階で、飽和に達し、出力偏差値が０から大きくなるほど飽和度も大きくなるものとしている。言い換えると、駆動値がリミッタ２０８の制限値と等しくなった段階で飽和に達し、制限値に対して駆動値が大きくなるほど飽和度も大きくなる。

飽和度検出部１０１の出力する出力偏差値は進角演算部１０２に入力され、進角演算部１０２は、入力された出力偏差値に基づき進角値を算出して出力する。進角演算部１０２は、比例ゲイン乗算部１０３、積分処理部１０４、積分ゲイン乗算部１０５、加算部１０６およびリミッタ１０７から構成される。進角演算部１０２に入力された出力偏差値は、比例ゲイン乗算部１０３において所定の比例ゲインと乗算され、その結果が出力される。一方、出力偏差値は、積分処理部１０４にも入力され所定の周期で積分演算されて出力される。積分処理部１０４の出力は、積分ゲイン乗算部１０５に入力され、所定の積分ゲインと乗算され、その結果が出力される。比例ゲイン乗算部１０３と積分ゲイン乗算部１０５との各出力は加算部１０６において加算され、この加算値がリミッタ１０７に出力される。また、このような構成により、入力された出力偏差値に対して比例積分演算を行っている。リミッタ１０７は、入力された加算値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。すなわち、リミッタ１０７は、加算値が制限値以下の場合には加算値を進角値として出力し、加算値が制限値を超えた場合には制限値を進角値として出力する。また、リミッタ１０７には、下限値も設定されており、本実施の形態では下限値を０とし、負の進角値は出力しない構成としている。

このように、進角制御部２１３は、モータ駆動における飽和度を、駆動値と駆動出力基準値との差分値として検出している。そして、進角制御部２１３は、この差分値である出力偏差値に基づきモータ２１０の駆動位相を進める進角値を算出し、算出した進角値を駆動位相設定部２１１に設定している。さらに、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、進角値に基づきモータ駆動における位相を制御することで弱め磁束制御を行っている。

次に、以上のように構成されたモータ制御装置２００について、以下その動作、作用を説明する。

図１に示されたモータ制御装置２００は、外部から速度指令を受けて、その速度指令の回転速度とモータ２１０の回転速度とが一致するようなフィードバック制御を行う構成である。進角制御部２１３が無い状態でもモータ２１０の速度制御が可能であるが、駆動位相設定部２１１に設定される進角値は固定の値となる。これに対し、本実施の形態では、図２に示す進角制御部２１３を付加することで、モータ駆動における飽和度に応じた弱め磁束制御を可能としている。

図１に示すようにリミッタ２０８で制限される前の駆動値が進角制御部２１３の飽和度検出部１０１に入力され、進角演算部１０２の出力する進角値が駆動位相設定部２１１に入力される。これにより、駆動値が進角制御部２１３を経由し、駆動位相設定部２１１に入力されるマイナー制御ループが構成される。このように構成されたマイナー制御ループによって、駆動出力の飽和度に応じて進角値が自動的に最適値に設定される動作となる。

図３は、このように構成されたモータ制御装置２００の動作例を示す図である。次に、図３を用いてこのように構成されたモータ制御装置２００の動作について説明する。

モータ駆動部２０９は、モータ２１０をＰＷＭ駆動しており、そのＰＷＭデューティの上限を９８［％］とする。すなわち、フィードバック制御演算部２０３の駆動値は、リミッタ２０８によって上限値が９８［％］に制限される。この状態において速度制御の動作を行っている場合、速度指令としての指令回転数［ｒ／ｍｉｎ］に対し、通電駆動出値に対応する通電駆動出力［％］の値は、図３に示すように変化する。すなわち、指令回転数［ｒ／ｍｉｎ］が低速から高速に変化するに従い、通電駆動出力［％］の値が上昇し、３５００［ｒ／ｍｉｎ］にて上限値の９８［％］に達し、飽和となる。仮に、図１に示す進角制御部２１３を装備していなかった場合、すなわちメジャー制御ループのみで構成した場合には、モータ２１０の回転数上限は３５００［ｒ／ｍｉｎ］となり、それ以上に回転数を上げることは不可能となる。これに対して、本実施の形態のように図１に示す進角制御部２１３を装備している場合、通電駆動出力が上限値９８［％］を超えたとしても、進角制御部２１３には制限されていない駆動値が供給されるため、通電駆動出力の飽和が解消されるまで進角値を上昇させる。進角値が上昇した場合、モータ２１０の誘起電圧は低下することになるので、通電駆動出力の飽和度が低下する方向の動作となる。このように、進角値を上昇させる動作と通電駆動出力の飽和度が低下する動作とがバランスするため、駆動出力の飽和が解消される進角値に向かって自動的に収束する動作となる。

この場合、指令回転数が３５００［ｒ／ｍｉｎ］を超えて上昇した場合においても、図３に示すように進角値［ｄｅｇ］が自動的に上昇することで、モータ２１０の回転数も指令回転数に追従して上昇する動作が得られる。進角値の上限値を４０［ｄｅｇ］に制限した場合でも、６０００［ｒ／ｍｉｎ］の回転数まで追従可能である。逆に、指令回転数が高速から低速に向かって低下した場合には、進角値［ｄｅｇ］は自動的に減少する動作となる。このように、どのような状態においても進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束するので、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。

また、このような通電駆動出力の飽和度に応じて進角値を自動的に上昇させる動作は、電源電圧が変動した場合においても有効である。電源電圧が標準の電圧値からずれた場合の動作について図４を用いて説明する。

図４は、電源電圧が標準の電圧値より２［Ｖ］低い場合（−２Ｖで示す）、２［Ｖ］高い場合（＋２Ｖで示す）、そして標準の電圧値の場合（０Ｖで示す）の３通りについて指令回転数［ｒ／ｍｉｎ］対進角値［ｄｅｇ］の特性を示したものである。この図から分かる通り、電源電圧が低い場合には、通電駆動出力が飽和して進角値が上昇を始める回転数が低くなる。図４では、電源電圧が２［Ｖ］低い場合、進角値が上昇を始める回転数が３０００［ｒ／ｍｉｎ］となる例を示している。逆に、電源電圧が高い場合には、通電駆動出力の飽和して進角値が上昇を始める回転数が高くなる。図４では、電源電圧が２［Ｖ］高い場合、進角値が上昇を始める回転数が４０００［ｒ／ｍｉｎ］となる例を示している。このように電源電圧が変動した場合においても、駆動出力の飽和度に応じて自動的に進角値が最適値に収束するので、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。

なお、本実施の形態ではリミッタ２０８を備えた構成とし、これによってＰＷＭデューティの上限を設定できるため、リミッタ２０８を配置することが好適であるが、リミッタ２０８を配置しない構成としてもよい。この場合、飽和度検出部１０１の出力制限基準値として、モータ駆動での飽和に達する駆動値に対応した出力制限基準値を設定すればよく、弱め磁束制御を行うことができる。

次に、指令回転数がステップ状に変化した場合のモータ２１０の回転数の応答性について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、横軸の時刻に対する回転数の変化の一例を示したものである。図５（ａ）は、速度指令の指令回転数の変化を示したものであり、時刻１００［ｍｓｅｃ］にて６０００［ｒ／ｍｉｎ］に上昇し、時刻２５０［ｍｓｅｃ］にて１０００［ｒ／ｍｉｎ］に戻っている。この指令回転数の変化に対し、比較例として、進角制御部２１３を装備しないモータの制御装置においては、前述の通り３５００［ｒ／ｍｉｎ］で飽和状態になるため、図５（ｂ）のような応答となる。これに対して、本実施の形態のように進角制御部２１３を装備したモータの制御装置においては、６０００［ｒ／ｍｉｎ］でも回転可能であるため、図５（ｃ）に示すように指令回転数に追従することが可能となる。しかも、本実施の形態では通電駆動出力の飽和度に応じた進角値の演算がなされるので、従来技術の説明における図１４（ｂ）のように大きな遅れを生じることなく、高速な応答性を示す。

前述のように、通電駆動出力の限界領域においてスムーズに弱め磁束制御を行うことができ、しかも、良好な応答特性が得られるのは、本願発明の構成のためであり、他の構成ではこのような良好な動作は実現できないこともある。

以上のように、本実施の形態においては、モータ２１０の速度、位置およびトルクのいずれかを制御するフィードバック制御演算部２０３、およびその出力である駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に従いモータの駆動位相を進める進角値を演算して設定する進角制御部２１３を備える。そして、このように算出した進角値に基づきモータ２１０の駆動出力の飽和度に応じた弱め磁束制御を行っている。このため、進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束し、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。このように、本実施の形態の構成によれば高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。

また、本実施の形態では、モータ２１０の駆動出力の上限を制限するリミッタ２０８を備え、駆動値を進角制御部２１３に供給するとともに、リミッタ２０８の出力値をモータ駆動部２０９に供給している。そして、進角制御部２１３における所定の出力制限基準値としてリミッタ２０８の制限値を設定している。このような構成とすることで、応答性が良くかつ効率の良い弱め磁束制御が実現できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置６００の構成を示すブロック図である。図１に示す実施の形態１との相違点は、モータ制御装置６００がさらにオフセット位相テーブル６０１と加算部６０２とを備えている。モータ制御装置６００の構成において、それ以外は図１と同一の構成であり、同一の構成要素の詳細な説明は省略する。

一般にモータは巻線インダクタンスなどにより最もトルクが出る駆動位相が回転数によって変化し、回転数が高くなるにつれ進角値を大きくする必要がある。このため、本実施の形態では、実施の形態１と同様に進角値を利用して弱め磁束制御を行うとともに、進角値を利用して好適なトルクを得るような構成としている。

図６において、オフセット位相テーブル６０１は、回転数に従って進角値のオフセット値を格納したテーブルである。オフセット位相テーブル６０１には、速度検出部２０１から回転速度が通知され、オフセット位相テーブル６０１は、回転速度に応じた進角値のオフセット値である出力値を出力する。オフセット位相テーブル６０１の出力値は、加算部６０２によって、進角制御部２１３の出力値と加算されて駆動位相設定部２１１に進角値として設定される。

図７は、オフセット値と駆動位相設定部２１１に設定される進角値との一例を示す図である。図７（ａ）は、進角値のオフセット値の一例を示し、図７（ｂ）は、駆動位相設定部２１１に設定される進角値の一例を示している。ここで、図７（ａ）に示す進角値のオフセット値は、モータ２１０が最もトルクが出る駆動位相の値をオフセット値として格納したものであり、前述の駆動出力の飽和による弱め磁束のための進角値とは異なる。

このように構成されたモータ制御装置６００において、実施の形態１と同様に速度制御の動作を行った場合、駆動位相設定部２１１に進角値として設定される値は、結果として図７（ｂ）に示すような値となる。この場合、４０００［ｒ／ｍｉｎ］以上の回転数において通電駆動出力が飽和し、弱め磁束制御の動作となるが、図３に示す進角値の変化と比較すると、４０００［ｒ／ｍｉｎ］以下の回転数において進角値が若干大きい値となっている。このため、実施の形態１の構成と比較すると、本実施の形態の構成のほうが低速領域でのトルクが上昇しており効率が改善されていることが分かる。

以上のように、本実施の形態においては、モータ２１０の回転数に応じてモータ２１０の出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブル６０１をさらに備え、モータ２１０の回転数に応じたオフセット位相テーブル６０１の値と進角制御部２１３の設定する進角値とを加算して駆動位相として設定することで、実施の形態１と同様の動作が可能であるが、より優れた駆動の効率を得るという効果を発揮することができる。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置８００の構成を示すブロック図である。図１に示す実施の形態１との相違点は、モータ制御装置８００がさらに電流検出部８０１、指令制御部８０２、減算部８０３および指令制限部８０４を備えている。モータ制御装置８００の構成において、それ以外は図１と同一の構成であり、同一の構成要素の詳細な説明は省略する。

図８において、電流検出部８０１は、モータ２１０に流れる電流を検出して、検出した電流の電流値を指令制御部８０２に出力する。指令制御部８０２は、電流検出部８０１からの電流値が所定の制限値を超えないように指令制限値を出力する。指令制限値は、減算部８０３において速度指令の値との差分値が計算され、その差分値がリミッタである指令制限部８０４の制限値として設定される。速度指令の値は、指令制限部８０４を経由して速度誤差検出部２０２に入力されるが、この過程において上記の設定された制限値に制限される。すなわち、指令制限部８０４は、速度指令の値が制限値以下の場合には速度指令の値を出力し、速度指令の値が制限値を超えた場合には制限値を出力する。

図９は、指令制御部８０２の具体的構成を示したブロック図である。指令制御部８０２は、過電流検出部９０１と指令制限演算部９０２とを備えている。過電流検出部９０１には、電流制限基準値があらかじめ設定されている。過電流検出部９０１において、入力された電流値と電流制限基準値との差分値が過電流偏差値として算出される。この過電流偏差値は指令制限演算部９０２に入力され、指令制限値を出力する。過電流偏差値は、指令制限演算部９０２内部において、比例ゲイン乗算部９０３により比例ゲインを乗算された値と積分処理部９０４を経由して積分ゲイン乗算部９０５により積分ゲインを乗算された値とが加算部９０６で加算される。すなわち、過電流偏差値に対して比例積分演算を行い、その結果が加算値として出力される。この加算値がリミッタ９０７を経由して指令制限値として出力される。リミッタ９０７は、リミッタ２０８などと同様の構成であり、入力された加算値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。

このように構成されたモータ制御装置８００においては、モータ２１０に流れる電流が所定の制限値、すなわち電流制限基準値を超えないように速度指令の値が制限される動作となる。

図１０は、比較例として、電源電圧が変動した場合の指令回転数に対するモータ電流の値の一例を示す図である。また、図１１は、本実施の形態において、電源電圧が変動した場合の指令回転数に対するモータ電流の値の一例を示す図である。図１０および図１１において、電源電圧が標準の電圧値より２［Ｖ］低い場合を−２Ｖで示し、２［Ｖ］高い場合を＋２Ｖで示し、標準の電圧値の場合を０Ｖで示している。

特に、電源電圧が低い場合にはモータ電流の増加が顕著となり、高速回転領域においてはモータを駆動する回路の負荷が過大になる可能性がある。このような場合、例えば、電流制限基準値を１［Ａ］に設定すると、指令回転数に対するモータ電流の値は、図１１に示すように電流制限基準値である１［Ａ］以下に制限される。モータ電流が制限された領域においてはモータの回転数が指令回転数に追従しなくなるが、過電流によってモータを駆動する回路が損傷することを回避することが可能であり、電流制限基準値を下回る領域においては実施の形態１と同様に弱め磁束制御の動作によって追従可能な回転数を引き上げることが可能である。

以上のように、本実施の形態においては、モータ２１０あるいはモータ２１０を駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限基準値との差分値に基づき、速度誤差検出部２０２へ入力される外部からの指令値である速度指令の値を制限する指令制限部８０４を備えることにより、実施の形態１と同様に弱め磁束制御の動作が可能であると同時に過電流によってモータ２１０を駆動する回路が損傷することを回避することが可能である。

なお、実施の形態１〜３においては、モータの速度を制御する場合について説明したが、モータの回転位置あるいはモータの出力トルクをフィードバック制御にて制御する場合の構成においても前述と同様の進角制御部を付加することにより弱め磁束制御が可能であり、前述と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明のモータ制御装置は、モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置であって、駆動値を出力するフィードバック制御演算部、およびその駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づきモータの駆動位相を進める進角値を演算して設定する進角制御部を備える。そして、このように算出した進角値に基づきモータの駆動出力の飽和度に応じた弱め磁束制御を行っている。このため、進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束し、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。したがって、本発明によれば高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。

また、本発明では、モータの駆動出力の上限を制限するリミッタを備え、駆動値を進角制御部に入力するとともに、リミッタの出力値をモータ駆動部に供給し、駆動出力基準値をリミッタの制限値として設定することで、応答性がよくかつ効率の良い弱め磁束制御を実現している。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、比較的簡単な実現手段によって高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現可能となるので、特に高速回転、高速な応答が必要となる分野あるいは電源電圧変動が顕著な用途において適用範囲を広げることができる。

１０１ 飽和度検出部
１０２ 進角演算部
１０３ 比例ゲイン乗算部
１０４ 積分処理部
１０５ 積分ゲイン乗算部
１０６ 加算部
１０７ リミッタ
１２１ 位相補正部
１３１ 位相補正値格納部
１３２ 加算部
１３３ 位相補正判定部
１３４ 位相補正加算値
１３５ 符号反転部
１３６ 第１の切り替え部
１３７ 第２の切り替え部
２０１ 速度検出部
２０２ 速度誤差検出部
２０３ フィードバック制御演算部
２０４ 比例ゲイン乗算部
２０５ 積分処理部
２０６ 積分ゲイン乗算部
２０７ 加算部
２０８ リミッタ
２０９ モータ駆動部
２１０ モータ
２１１ 駆動位相設定部
２１２ ホールセンサ
２１３ 進角制御部
６０１ オフセット位相テーブル
６０２ 加算部
８０１ 電流検出部
８０２ 指令制御部
８０３ 減算部
８０４ 指令制限部
９０１ 過電流検出部
９０２ 指令制限演算部
９０３ 比例ゲイン乗算部
９０４ 積分処理部
９０５ 積分ゲイン乗算部
９０６ 加算部
９０７ リミッタ

Claims (5)

1. モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置であって、
   前記モータを駆動する駆動量を算出し、駆動値として出力するフィードバック制御演算部と、前記モータを駆動する位相を駆動位相値として出力する駆動位相設定部と、
   前記駆動値および前記駆動位相値に基づき前記モータを通電駆動するモータ駆動部と、
   前記駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づき前記モータの駆動位相を進める進角値を算出し、前記進角値を駆動位相設定部に設定する進角制御部とを備え、
   前記進角制御部が設定した前記進角値に基づき、弱め磁束制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記進角制御部は、前記駆動値と前記出力制限基準値との前記差分値に対して比例積分演算を行い、前記比例積分演算に基づく値を前記進角値と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。
3. 前記駆動値の上限を所定の制限値に制限するリミッタをさらに備え、
   前記駆動値を前記進角制御部に供給するとともに、前記リミッタの出力値を前記モータ駆動部に供給し、
   前記出力制限基準値を前記リミッタの制限値として設定したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータの回転数に応じて前記モータの出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブルをさらに備え、
   前記モータの回転数に応じた前記オフセット位相テーブルの値と前記進角制御部の設定する前記進角値とを加算し、前記駆動位相値として前記駆動位相設定部に設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記モータあるいは前記モータを駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限基準値との差分値に基づき、外部からの指令値を制限する指令制限部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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