JP5447315B2 - 交流電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電動機制御装置の電流検出時のオフセット誤差を補正する技術に関するものである。

交流電動機の駆動制御では、一般的に電流センサや位置検出器によりモータの駆動状態を検出しつつ検出電流を目標電流に追従させるベクトル制御が行われている。電流センサには、カレントトランスや高精度抵抗器といった電流から電圧への変換デバイス、電圧を増幅するオペアンプ、ＡＤ変換器といったアナログ回路が含まれている。アナログ回路は、その温度特性や過度特性によってオフセットを生じさせ、モータの電気角周期と同期したトルク変動（電気角１次成分）を引き起こしてしまうという問題があった。この問題を解決するための補正技術が従来から多くの提案がなされている（特許文献１〜６）。

特開２００６−１２１８６０号公報 特開２００６−１４９０４５号公報 特開平８−４７２８０号公報 特開昭６２−２３３０８４号公報 特開２００１−１８６７８４号公報 特表２０００−０１４８６６号公報

しかし、たとえば特許文献３〜６の技術では、オフセット補正値を学習できるタイミングが限られていた。すなわち、オフセット補正値は、電源投入時や通電開始直前、特殊な運転モード時といった特定の状態でのみ可能であった。一方、特許文献１、２の技術では、他の要因に起因するオフセット誤差を電流センサのオフセット誤差であると誤認した状態でオフセット補正値を誤って学習するという問題が本発明者によって見出された。本発明者は、他の要因としてモータの位置を検出する位置検出器の誤差に起因して発生する電圧のオフセット誤差を見出した。

本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、電流センサが有するオフセット誤差の補正性能を向上させる技術を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。

請求項１の発明は、多相交流電動機に多相交流電圧を印加して制御する交流電動機制御装置であって、
前記多相交流電動機に供給されている各相の電流を検出して各相の電流検出値を出力する電流センサと、
与えられた電流指令値と前記各相の電流検出値とに応じて、前記電流指令値に対して各相の電流を追従させるための各相の電圧指令値を生成する制御部と、
前記各相の電圧指令値に応じて各相の電圧を前記多相交流電動機に印加する電力増幅部と、
前記各相の電圧指令値の電圧オフセットを表す電圧オフセット値を決定し、前記各相の電圧オフセット値に応じて前記各相の電流検出値を操作して、前記電圧オフセット値を低減させる相電圧オフセット補正部と、
前記各相の電流検出値の電流オフセットを表す電流オフセット値を決定し、前記各相の電流オフセット値に応じて前記各相の電流検出値を補正して前記電流オフセットを低減させる相電流オフセット補正部と、
を備え、
前記交流電動機制御装置は、前記相電流オフセット補正部の作動よりも前記相電圧オフセット補正部を優先的に作動させることを特徴とする。

上記発明では、印加電圧の各相電圧のオフセット値を十分に小さくした状態（たとえばほぼゼロ）において、すなわち多相モータ（たとえば三相モータ）の各相電流のオフセットが理論的に消滅した状態において電流センサの検出誤差を検出することができる。換言すれば、多相モータの実電流にオフセットが発生しないように相電圧オフセットがゼロになるように補正した状態において、電流センサの検出値に含まれるオフセット値を求めて補正を行うことを特徴としている。

これにより、複数の誤差に起因する複合的な誤差が発生する状態においても、他の誤差要因の影響を受けることなく電流センサのオフセット誤差を検出することができるので、正確なオフセット補正が可能となる。他の誤差要因としては、たとえば三相モータの位置検出誤差が相電圧オフセットを介して電流センサの誤差として顕在化することが本発明者の試験と解析とによって見出された。

このように、本発明によれば、他の誤差要因の影響を排除して、電流センサを構成するアナログ回路の温度特性や過度特性に伴うオフセットの補正を実現することができる。その結果、電流センサのオフセットを正確に求めて補正することができ、モータの電気角周期と同期したトルク変動（電気角１次成分）を抑制できる。さらに、本発明は、モータを駆動させている状態であれば常時オフセット補正値学習が行えるという利点をも有している。

なお、電圧オフセット値や電流オフセット値の決定は、電圧オフセット値や電流オフセット値を定量的に算出するだけでなく、符号のみ決定する場合も含まれる。

請求項２の発明では、前記優先的な作動は、前記相電圧オフセット補正部を作動させて前記電圧オフセット値が予め設定された値より小さな値となってから、前記相電流オフセット補正部の動作を開始させることによって実現されていることを特徴とする。

上記発明では、各相電圧指令値のオフセット値が予め設定された値より小さな値となってから相電流オフセット補正器の動作が開始されるので、他の誤差要因の影響の排除の確認後に電流検出誤差が検出されることになる。これにより、他の誤差要因の影響を排除した状態でオフセットを補正することができる。

請求項３の発明では、前記優先的な作動は、前記相電圧オフセット補正部の時定数が、前記相電流オフセット補正部の時定数よりも小さく設定されることによって実現されていることを特徴とする。

上記発明では、相電圧オフセット補正器の時定数が相電流オフセット補正器の時定数よりも小さいので、相電圧オフセット補正が相電流オフセット補正に時間的に先行することになる。このような構成によっても、他の誤差要因の影響を排除した状態でオフセットを補正することができる。

請求項４の発明では、前記相電圧オフセット補正部は、前記各相の電圧オフセット値に応じて生成された電圧オフセット補正値を前記各相の電流検出値に加算することによって前記各相の電流検出値を操作することを特徴とする。

上記発明では、相電圧オフセット補正部の出力が電流検出値に加算されるので、その加算値を打ち消すように電流制御器が働くことになる。これにより、各相電圧指令値に含まれるオフセットを抑制することができる。電流検出値への加算は、相電流オフセットの補正前であっても良く補正後でも良い。

請求項５の発明では、前記交流電動機制御装置は、さらに静止座標系から回転座標系に座標系を変換する座標変換部を備え、
前記電流センサは、前記静止座標系における値として前記各相の電流検出値を出力し、
前記制御部は、前記回転座標系において、前記座標変換部によって変換された前記各相の電流検出値に応じて前記各相の電圧指令値を生成し、
前記相電圧オフセット補正部は、前記座標変換部によって前記回転座標系における値に変換された前記各相の電流検出値を操作することを特徴とする。

上記発明では、相電圧オフセット補正部は、座標変換部によって回転座標系における値に変換された各相の電流検出値を操作することを特徴としている。このように、各相の電流検出値の操作は、静止座標系と回転座標系のいずれの座標系において行われても良い。

請求項６の発明では、前記相電圧オフセット補正部は、前記各相の電圧指令値を電気角の整数倍周期で積分させることによって前記電圧オフセット値を決定することを特徴とする。

上記発明では、各相電圧指令値を電気角の整数倍周期で積分させることによって各相電圧指令値のオフセット値が算出されるので、高回転時においても複数周期のサンプリングデータを使用して積分回数を確保することができる。複数周期のサンプリングデータは、サンプリング周期と三相モータの回転周期が非同期なので、周期毎に位相がシフトした値として取得することができるからである。

請求項７の発明では、前記相電流オフセット補正部は、前記各相の電流検出値を電気角の整数倍周期で積分させることによって前記電流オフセット値を決定することを特徴とする。

上記発明では、各相電流検出値を電気角の整数倍周期で積分させることによって各相電流検出値のオフセット値が算出されるので、高回転時においても複数周期のサンプリングデータを使用して積分回数を確保することができる。請求項６の発明において、サンプリングの対象を各相電圧指令値から各相電流検出値に置き換えた発明である。

請求項８の発明では、前記相電圧オフセット補正部は、前記電圧オフセット値をモータ抵抗値で割ることで前記電圧オフセット値に相当する電流補正量を算出し、前記電流補正量を使用して前記電流検出値を操作することを特徴とする。

上記発明では、相電圧積分値をモータ抵抗値で割ることで相電圧オフセット値に相当する電流オフセット値を算出することができるので、電流オフセット値の算出に起因する演算の簡素化や演算時間の短縮化を実現することができる。本発明は、三相モータのインピーダンスの交流分であるインダクタンス成分が省略可能である点に着目して創作されたものである。

請求項９の発明では、前記交流電動機制御装置は、さらに、前記交流電動機の回転位置を検出して回転位置情報を出力する位置センサを備え、
前記相電圧オフセット補正部は、前記電圧指令値を積分する電圧積分器を有し、
前記電圧積分器は、前記回転位置情報の演算周期間の位置変化量を前記電圧指令値に乗じて積分することを特徴とする。

上記発明では、回転位置情報の演算周期間の位置変化量が電圧積分器の入力値に乗じられるので、演算周期間内において回転速度が変動しても、電圧指令値の積分値が影響を受けることなく正確に算出可能である。

請求項１０の発明では、前記交流電動機制御装置は、さらに、前記交流電動機の回転位置を検出して回転位置情報を出力する位置センサを備え、
前記相電流オフセット補正部は、前記電流検出値を積分する電流積分器を有し、
前記電流積分器は、前記回転位置情報の演算周期間の位置変化量を前記電流検出値に乗じて積分することを特徴とする。

上記発明では、回転位置情報の演算周期間の位置変化量が電流積分器の入力値に乗じられるので、演算周期間内において回転速度が変動しても、電圧指令値の積分値が影響を受けることなく正確に算出可能である。

なお、本発明は、交流電動機制御装置だけでなく、たとえば制御方法や制御機能を具現化するコンピュータプログラム、そのプログラムを格納するプログラム媒体あるいはプログラム製品といった形で具現化することもできる。

第１実施形態の動力制御装置の制御ブロック図。 動力制御装置１０のオフセット補正のルーチンを示すフローチャート。 オフセット補正の処理状態を示すタイムチャート。 第２実施形態におけるオフセット補正のルーチンを示すフローチャート。 オフセット補正の処理状態を示すタイムチャート。 第３実施形態において高速回転時の相電圧指令値のサンプリング状態を示すグラフ。 高速回転時における相電圧指令値のサンプリング位置のズレを示すグラフ。 サンプリング位置のズレを利用した積分回数の擬似的な増加方法を示すグラフ。 第４実施形態において相電圧指令値のオフセット値の算出のためにモータ位置で積分する方法を示すグラフ。 第１変形例の動力制御装置の制御ブロック図。 第２変形例の動力制御装置の制御ブロック図。 第３変形例の動力制御装置の制御ブロック図。

以下、本発明を具現化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、三相交流電動機の駆動制御装置について具体化しており、それを図１乃至図１２に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の動力制御装置１０の制御ブロック図である。第１実施形態は、三相モータ９０と、三相モータ９０に各相電圧指令値に応じた電圧を印加して制御する動力制御装置１０とを備える動力装置として構成されている。動力制御装置１０は、パワー増幅器１３と、電流制御器１１と、三相モータ９０の各相電流値を電流制御器１１にフィードバックするための電流センサ１５と、逆ｄｑ変換器１２と、ｄｑ変換器１８と、位置センサ１９と、相電流オフセット補正部１６と、相電圧オフセット補正部１７と、を備えている。パワー増幅器１３は、直流電力Ｖｄｃから三相交流を生成して三相モータ９０に供給するインバータである。電流制御器１１は、パワー増幅器１３に各相の電圧指令値を与える制御器である。電流センサ１５は、三相モータ９０の各相の電流値を電流制御器１１にフィードバックするために電流値を検出する。

なお、駆動制御装置は交流電動機制御装置とも呼ばれる。パワー増幅器１３は電力増幅部とも呼ばれる。三相モータ９０は多相交流電動機とも呼ばれる。ｄｑ変換器１８は座標変換部とも呼ばれる。電流制御器１１は制御部とも呼ばれる。

電流制御器１１は、直交二軸回転座標系であるｄｑ座標系においてＰＩ制御を実行する制御器である。電流制御器１１は、ｄｑ座標系における制御出力信号として電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を出力する。逆ｄｑ変換器１２は、ｄｑ座標系における電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に対して逆ｄｑ変換を実行して、三相静止座標系の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成し、パワー増幅器１３に与える。パワー増幅器１３は、三相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた三相交流電圧を三相モータ９０に印加する。

一方、電流センサ１５は、三相モータ９０の各相の電機子の電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を検出して電流制御器１１にフィードバックする。各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、ｄｑ変換器１８によってｄｑ座標系の電流値Ｉｄ，Ｉｑにｄｑ変換された後に電流制御器１１にフィードバックされる。各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、相電流オフセット補正部１６と相電圧オフセット補正部１７とによって電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を補正した値である。

ｄｑ変換器１８は、位置センサ１９によって検出された回転位置を表す回転位置情報θに基づいて、各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄｑ座標系における電流値Ｉｄ，Ｉｑにｄｑ変換する座標変換器である。逆ｄｑ変換器１２は、回転位置情報θ＋θeに基づいてｄｑ座標系における電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を三相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に逆ｄｑ変換する座標変換器である。回転位置情報θ＋θeは、三相モータ９０の実際の位置に位置センサ誤差θeが加算された値を表す情報である。

これにより、電流制御器１１は、三相静止座標系における正弦波電圧である電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を直交二軸回転座標系であるｄｑ座標系における直流電圧として扱うことができる。

電流制御器１１は、電流指令値としての目標値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と、フィードバック量としての電流値Ｉｄ，Ｉｑとの間の偏差δＩｄ＊，δＩｑ＊を小さくするための指令値として電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑを生成する。本実施形態では、各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１に対して、電流オフセット補正値Ｃｉと電圧オフセット補正値Ｃｖとが加算された値である。

相電流オフセット補正部１６は、電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１の各相からオフセットが抑制された中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２を生成する。中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の生成は、各相の電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１に個別に電流オフセット補正値Ｃｉを加算することによって行われる。

相電流オフセット補正部１６は、電流積分器２１と加減算部２２とを備えている。電流積分器２１は、中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相の積分演算を実行してオフセット値を算出する。オフセット値の算出は、たとえば特開平５‐２５２７８５号公報に開示されているように電気角１周期分を時間積分して電流オフセット値を算出してもよく、本発明者が考案した後述の方法で高精度の算出を行うようにしてもよい。オフセット値は、本実施形態では、正負の符号として生成される。

加減算部２２は、オフセット値の符号に応じて一定の補正量を加減算して電流オフセット補正値Ｃｉを増減させる。これにより、中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相のオフセットがゼロに収束するように電流オフセット補正値Ｃｉが操作されることになる。中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相のオフセットがほぼゼロに収束すると、電流オフセット補正値Ｃｉは、一定の値で安定することになる。なお、補正量は、一定の値でなくオフセット値の所定のゲインを乗じた値として加減算処理を行っても良い。

相電圧オフセット補正部１７は、中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相の値に対して個別に電圧オフセット補正値Ｃｖを加算し、これにより各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成する。電圧オフセット補正値Ｃｖは、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のオフセットを抑制するための補正値である。

相電圧オフセット補正部１７は、電圧積分器２４と加減算部２３とを備えている。電圧積分器２４は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の各相の積分演算を実行して電圧オフセット値を算出する。オフセット値の算出は、電流積分器２１と同一の方法で行われる。加減算部２３は、オフセット値の符号に応じて一定の補正量を加減算して電圧オフセット補正値Ｃｖを増減させる。

このように、電流制御器１１は、相電圧オフセット補正部１７が出力する電圧オフセット補正値Ｃｖが含まれている各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを使用してフィードバック制御を行うので、結果的に電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のオフセットを抑制するような制御を実行することになる。一方、相電流オフセット補正部１６は、電流オフセット補正値Ｃｉを操作して中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相のオフセットをゼロに収束させるように機能する。

図２は、動力制御装置１０のオフセット補正のルーチンを示すフローチャートである。図３は、オフセット補正の処理状態を示すタイムチャートである。チャートＧ１は、電流オフセット補正値Ｃｉの時間的な変化を示している。チャートＧ２は、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの時間的な変化を示している。チャートＧ３は、中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の各相のオフセット値である相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの時間的な変化を示している。本タイムチャートでは、動力制御装置１０は、時刻Ａにおいて相電圧オフセット補正部１７が相電圧オフセット補正を開始し、時刻Ｂにおいて相電流オフセット補正部１６が相電流オフセット補正を開始している。

ステップＳ１１では、相電圧オフセット補正器２７（図１参照）は、チャートＧ２に示されるように、時刻Ａにおいて相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの算出を開始する。相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃは、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の各相のオフセット値である。相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの算出開始時点では、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊がゼロ中心となっておらず各相でオフセットが生じているので、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃは正または負の値になっている。

ステップＳ１２では、相電圧オフセット補正部１７は、相電圧指令値のオフセット値補正処理を実行する。オフセット値補正処理は、前述のように相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの符号等に応じて各相の電圧オフセット補正値Ｃｖを増減することによって行われる。

これにより、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃは、時刻Ｔｘ１においてほぼゼロに収束し、電圧オフセット補正値Ｃｖもほぼ一定の値で安定することになる。一方、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃは、相電圧オフセット補正部１７による相電圧指令値のオフセット値補正処理の影響によって時刻Ｔｘ１までの間で変動している。

ステップＳ１３では、動力制御装置１０は、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったか否かを判断する。相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが所定値以上と判断された場合には、処理をステップＳ１１に戻す。一方、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが所定値より小さいと判断された場合には、処理をステップＳ１４に進める。これにより、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなった場合にのみ処理がステップＳ１４に進められることになる。この例では、時刻Ｂにおいて処理がステップＳ１４に進められている。

ステップＳ１４では、相電流オフセット補正器２６（図１参照）は、時刻Ｂにおいて相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの算出を開始する。相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの算出は、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの算出と同一の方法で行われる。ステップＳ１５では、相電流オフセット補正部１６は、相電流検出値のオフセット値補正処理を実行する。本オフセット値補正処理は、相電流オフセット補正器２６で生成された電流オフセット補正値Ｃｉを電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１に加算することによって行われる。電流オフセット補正値Ｃｉの生成は、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃを使用して電圧オフセット補正値Ｃｖの生成と同一の方法で行われる。

これにより、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃは、時刻Ｂにおいて変動を開始する。一方、電圧オフセット補正値Ｃｖは、電流オフセット補正値Ｃｉの操作の影響を受けてわずかに変動している。電流オフセット補正値Ｃｉの操作によって電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊にオフセットが発生しているからである。

相電圧オフセット補正部１７は、相電流オフセット補正部１６の作動開始後も作動を継続しているので、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃがほぼゼロに収束し、電圧オフセット補正値Ｃｖもほぼ一定の値で安定することになる。一方、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃは、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの収束後にゆっくりと収束している。この際には、電流オフセット補正値Ｃｉは、チャートＧ３に示されるように目標値Ｉｃに向かって収束している。

目標値Ｉｃは、電流センサ誤差Ｉｅと同一の大きさで符号が相違する値である。目標値Ｉｃは、電流センサ誤差Ｉｅ（図１参照）を相殺させたときの値なので、結果的にオフセット誤差としての電流センサ誤差Ｉｅと相違する符号で同一の大きさの電流値となる。

ステップＳ１６では、動力制御装置１０は、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったか否かを判断する。相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃが所定値以上と判断された場合には、処理をステップＳ１１に戻す。一方、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃが所定値より小さいと判断された場合には、処理を終了する。

このように、第１実施形態の動力制御装置１０のオフセット補正のルーチンによれば、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったことが確認された状態において（ステップＳ１３）、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃが所定値より小さくなるように補正を行うことができる。

なお、図２のフローチャートでは、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの算出は時刻Ｂにおいて開始されるが、チャートＧ３では、説明を分りやすくするために相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの算出が時刻Ａで開始されている。

従来の技術では、相電流検出値と相電圧指令値のいずれか一方のオフセット誤差を補正する方法が提案されていた（特許文献１乃至６）。本補正方法は、電流センサ１５のオフセット誤差だけを想定しているので、いずれか一方のオフセット誤差を補正すれば双方のオフセット誤差が解消するとともに相電流検出値の検出誤差の学習が可能であることを前提とするものであった。

しかし、本発明者は、このような前提が必ずしも成立しないことを突き止めた。具体的には、たとえば相電流検出値のオフセットが解消していても相電圧指令値にオフセットが残っていて、相電流オフセット補正部１６が誤った学習をしてしまう可能性があることを見出した。本発明者は、具体例として位置センサ１９と電流センサ１５の複合的な誤差が発生している場合に発生する誤った学習の発生のメカニズムを明らかにした。

本メカニズムは、位置センサ１９の検出誤差である位置センサ誤差θe（図１参照）が、ｄｑ変換器１８と逆ｄｑ変換器１２とにおいてオフセット誤差を含む誤差を相電圧指令値に発生させるという新たな知見として本発明者によって明らかにされた。本メカニズムによれば、位置センサ１９の検出誤差に起因するオフセット誤差を相電流検出値のオフセット誤差と誤認して学習することになる。

本発明者は、このような誤学習の問題を以下の二つのステップによる処理で極めて簡易に解決する方法を新規に創作した。
（１）第１ステップは、三相モータ９０に実際に流れる電流にオフセットが発生しないように、その根源となる相電圧オフセットがゼロになるように補正する。
（２）第２ステップは、三相モータ９０に実際に流れる電流にオフセットが発生しない状態であることを確認してから、電流センサ１５で発生するオフセット値を求めてその値を使用して補正する。

本方法では、三相モータ９０に実際に流れる電流にオフセットが発生しない状態を確保してから電流センサ１５で発生するオフセット値を求めることができるので、他のセンサから誤差の混入を防止して確実に電流センサ１５のオフセット誤差としての電流センサ誤差Ｉｅを取得することができることになる。最終的には、相電圧オフセット補正器２７は、電圧オフセット補正値Ｃｖの操作によって位置センサ１９の検出誤差に起因するオフセット誤差を抑制し、相電流オフセット補正器２６は、電流オフセット補正値Ｃｉの操作によって電流センサ１５のオフセット誤差を抑制することになる。

このように、第１実施形態の動力制御装置１０は、位置センサ１９の検出誤差に起因するオフセット誤差を排除して、電流センサ１５のオフセット誤差を正確に学習してオフセット補正を実現することができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態におけるオフセット補正のルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ２１では、相電圧オフセット補正器２７（図１参照）は、相電圧指令値のオフセット値を算出する。ステップＳ２２では、相電圧オフセット補正部１７は、相電圧指令値のオフセット値補正処理を実行する。ステップＳ２３では、相電流オフセット補正器２６は、相電流検出値のオフセット値を算出する。ステップＳ２４では、相電流オフセット補正部１６は、相電流検出値のオフセット値補正処理を実行する。

このように、第２実施形態では、電圧オフセット補正値Ｃｖが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったか否かを判断することなく、相電圧指令値のオフセット値補正処理と相電流検出値のオフセット値補正処理とが平行して実行されることになる。ただし、第２実施形態では、相電圧指令値のオフセット値補正処理（ステップＳ２２）は、相電流検出値のオフセット値補正処理（ステップＳ２４）よりも小さな時定数を有するように構成されているので、相電圧指令値のオフセット値補正処理が相電流検出値のオフセット値補正処理に優先して収束することになる。

図５は、オフセット補正の処理状態を示すタイムチャートである。チャートＧ１ａは、電流オフセット補正値Ｃｉの時間的な変化を示している。チャートＧ２ａは、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの時間的な変化を示している。チャートＧ３ａは、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの時間的な変化を示している。第２実施形態では、時刻Ａにおいて相電圧オフセット補正と相電流オフセット補正の双方が開始されている。

電流オフセット補正値Ｃｉは、時刻Ａの直後において目標値Ｉｃａの反対側に一時的に振れている。この振れは、相電圧指令値のオフセットに起因する誤った補正である。ただし、相電圧指令値のオフセット値補正処理は、相電流検出値のオフセット値補正処理よりも小さな時定数を有しているので急速に収束し、大きな時定数を有している相電流検出値のオフセット値補正処理によって電流オフセット補正値Ｃｉが目標値Ｉｃａに徐々に近づいていることが分る。具体的には、相電圧指令値のオフセット補正処理は、チャートＧ２ａから分るように時刻Ｔｘ２においてほぼ収束しているのに対して、相電流検出値のオフセット値補正処理は、チャートＧ３から分るように比較的にゆっくりと補正値が目標値Ｉｃａに収束していることが分る。

ステップＳ２５では、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったか否かが判断される。相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが所定値以上と判断された場合には、処理がステップＳ２１に戻される。一方、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃが所定値より小さいと判断された場合には、処理がステップＳ２６に進める。これにより、相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃが予め設定された閾値としての所定値より小さくなった場合にのみ処理がステップＳ２６に進められることになる。

ステップＳ２６では、電流オフセット補正値Ｃｉが予め設定された閾値としての所定値より小さくなったか否かが判断される。電流オフセット補正値Ｃｉが所定値以上と判断された場合には、処理をステップＳ２１に戻される。一方、電流オフセット補正値Ｃｉが所定値より小さいと判断された場合には、学習が完了して処理が終了することになる。

このように、第２実施形態のオフセット補正処理のルーチンでは、時定数の設定によって相電圧指令値のオフセット値補正処理が相電流検出値のオフセット値補正処理に優先して収束するように構成されているので、位置センサ１９の検出誤差に起因する相電圧指令値のオフセット誤差を排除することができる。これにより、電流センサ１５のオフセット誤差を正確に学習することができるので、正確且つ高い信頼性のオフセット補正を実現することができる。なお、時定数は、広い意味を有し、一次遅れ系の値としての時定数だけを想定するものではなく、広く過渡応答状態の長さとして規定されるものを含んでいる。

（第３実施形態）
図６乃至図８は、第３実施形態において相電圧指令値のオフセット値の算出のために電気角の複数周期毎に積分する方法を示すグラフである。本方法によれば、積分回数を擬似的に増加させて高速回転時の積分回数を充足させることができる。図６乃至図８では、６極対の三相モータ９０の相電圧指令値のサンプリングが一定の時間周期（２００μ秒）で行われている。

図６は、高速回転時における相電圧指令値のサンプリング状態を示すグラフである。高速回転時においては、たとえば８０００ｒｐｍでは、各電気角周期でのサンプリング数が６個あるいは７個と少なくなってしまう。この結果、積分誤差が過度に大きくなってしまうことが本発明者によって見出された。電気角周期は、３６０度の電気角を一周期としている。

図７は、高速回転時における相電圧指令値のサンプリング位置のズレを示すグラフである。電気角の第１周期（０°〜３６０°）では、第１周期内の７個のサンプリング位置Ｓ１〜Ｓ７においてサンプリングが行われている。電気角の第２周期（３６０°〜７２０°）では、第２周期内の６個のサンプリング位置Ｓ８等においてサンプリングが行われている。サンプリング位置のズレは、電気角の各周期におけるサンプリング位置のズレを意味し、具体的には、たとえばサンプリング位置Ｓ１〜Ｓ７のいずれともサンプリング位置Ｓ８が一致しないことを意味している。

図８は、サンプリング位置のズレを利用した積分回数の擬似的な増加方法を示すグラフである。図６の例では、第１周期（０°〜３６０°）、第２周期（３６０°〜７２０°）、第３周期（７２０°〜１０８０°）、および第４周期（１０８０°〜１４４０°）におけるサンプリングを１つの周期としての第１周期（０°〜３６０°）に重畳させた例が拡大ウィンドウＷに示されている。拡大ウィンドウＷのサンプリング状態から分るように、サンプリング位置の数が２６に増加している。

このように、第２実施形態では、高速回転時における相電圧指令値のサンプリング位置の減少に対して、複数周期のサンプリング位置を重畳させることによって擬似的に増加させることでサンプリング位置の減少に起因する積分誤差の増大を抑制している。本方法は、重畳対象となる各周期の回転数の変動が小さいことを前提としているが、高速回転時においては連続する周期における回転数の変動の割合が小さくなるので極めて実用的な方法である。なお、本方法は、電流検出値のサンプリングに適用することも可能である。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態において相電圧指令値のオフセット値の算出のためにモータ位置で積分する方法を示すグラフである。本方法によれば、回転数の変動の起因する積分誤差の発生を抑制することができる。オフセット値の算出は、相電圧指令値が正弦波であることを前提としているので、各周期の積分値がゼロになることを利用している。

回転数の変動の起因する積分誤差は、時間積分を使用する算出方法に起因して発生する。グラフＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、それぞれ一定の回転数で回転している場合の回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）と、相電圧指令値（Ｖ）と、積分値（Ｖ・ｓｅｃ）とを示している。グラフＴ１は、三相モータ９０が一定の回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）で回転していることを示している。グラフＴ２は、三相モータ９０の回転に応じて正弦波の相電圧指令値が出力されていることを示している。時間軸に対して、相電圧指令値の正弦波の形状が維持されているのは、三相モータ９０が一定の回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）で回転しているからである。

グラフＴ３は、相電圧指令値が正の値を有する時刻０から時刻ｔにおいて、相電圧指令値の積分値が増加し、相電圧指令値が負の値を有する時刻ｔから時刻２ｔにおいて、相電圧指令値の積分値が減少し、終値がゼロとなっている様子を示している。終値がゼロとなるのは、グラフＴ２において、正弦波の正の領域の面積と負の領域の面積とが等しいことを意味している。なお、三相モータ９０の回転角度は、この周期内において時刻ｔでは１８０°であり、時刻２ｔでは３６０°である。

このように、三相モータ９０が一定の回転数で回転している場合には、電圧指令値の正弦波の形状が維持されるので、正弦波の波形を有する相電圧指令値の時間積分によってオフセット値を算出することができる。

しかしながら、グラフＴ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａから分るように三相モータ９０の回転速度が変動すると、正弦波の波形が崩れるので正確なオフセット値の算出が困難となることが分る。グラフＴ１ａでは、三相モータ９０の回転速度が周期内において変動する様子を示している。具体的には、三相モータ９０の回転速度は、時刻ｔ〜時刻３ｔでは、時刻０〜時刻ｔの速度の半分となっている。これにより、三相モータ９０の回転角度は、この周期内において時刻ｔでは１８０°となっている点でグラフＴ１と同様であるが、時刻２ｔ、３ｔでは、それぞれ２７０°と３６０°となっている。

グラフＴ２ａは、相電圧指令値の正弦波の形状が崩れている様子を示している。相電圧指令値の正弦波は、時刻ｔ（１８０°）〜時刻３ｔ（３６０°）における速度低下によって時間軸上では、正弦波の負の領域の面積を拡大された状態となっている。これにより、グラフＴ３ａに示されるように、相電圧指令値がオフセットを有していないにもかかわらず、相電圧指令値の積分値の終値が負となっている。

３個のグラフＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、電気角１周期の積分値の算出において、時間積分ではなく、回転角度に基づく積分を使用した場合の回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）と、相電圧指令値（Ｖ）と、積分値（Ｖ・ｓｅｃ）とを示している。グラフＲ１は、三相モータ９０の回転速度が周期内において変動する様子を示している。グラフＴ２は、三相モータ９０の回転に応じて正弦波の相電圧指令値が出力されていることを示している。横軸に対して、相電圧指令値の正弦波の形状が維持されているのは、横軸が回転角度なので速度変動の影響を受けないからである。これにより、グラフＲ３に示されるように、三相モータ９０の回転速度が周期内において変動しているにもかかわらず、相電圧指令値の積分値の終値がゼロとなっている。

このように、第４実施形態のオフセット値の算出方法は、三相モータ９０の回転速度の変動に拘わらず、正確にオフセット値を算出することができる。本方法は、三相モータ９０の回転数の変動に起因するオフセット値の算出誤差が発生しやすい低速回転時において顕著な効果を奏する。

第３実施形態と第４実施形態のオフセット値の算出方法は、学習時の回転速度に応じて切り替えるようにしてもよい。さらに、第４実施形態のオフセット値の算出方法は、サンプリング位置を調整して、各周期でズレが発生するような位置（たとえば３６０°で割り切れない角度毎）でのサンプリングを実行することによって第３実施形態の方法と組み合わせることも可能である。これにより、たとえば高速回転時に処理時間の問題でサンプリング頻度を低下させる必要性が生じた場合にも対応することが可能である。なお、本方法は、電流検出値のサンプリングに適用することも可能である。

（他の実施形態）
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（１）上述の各実施形態では、相電圧オフセット補正部１７は、三相静止座標系の電圧指令値の電圧オフセット補正値Ｃｖを、三相静止座標系の各相電流のフィードバック値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに含めることによって相電圧のオフセット補正を行っている。しかし、このような構成に限られず、たとえば図１０の第１変形例の相電圧オフセット補正部１７ａのように三相静止座標系の電圧指令値の電圧オフセット補正値Ｃｖを、ｄｑ変換器２８で変換して回転座標系である直交二軸回転座標系であるｄｑ座標系においてフィードバック量に含めるようにしてもよい。

（２）上述の各実施形態では、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃや相電流検出値オフセット算出値Ｃｉｃの時間積分値を使用して符号を決定している。しかし、たとえばゼロクロス時のタイミングを検出すれば、正弦波の正側の時間と負側の時間を検出することができるので、その比較に基づいて正負のいずれ側にオフセットしているかを決定することもできる。

（３）上述の各実施形態では、相電流オフセット補正部１６は、オフセット補正後の中間フィードバック値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の値を積分することによって電流オフセット補正値Ｃｉを操作している。しかし、このような方法に限られず、たとえばオフセット補正前の電流検出値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１の値の積分値から、直接的に電流センサ誤差Ｉｅに相当する電流オフセット補正値を生成して補正するようにしてもよい。

（４）上述の各実施形態では、相電圧オフセット補正部１７は、相電圧指令値オフセット算出値Ｃｖｃの符号に応じて一定の補正量を加減算部２３で加減算することによって電圧オフセット補正値Ｃｖを操作している。しかし、このような構成に限られず、たとえば図１１の第２変形例の相電圧オフセット補正部１７ｂのように相電圧積分値をモータ抵抗値で割ることで相電圧オフセット値に相当する電流補正量を算出し、その値を加減算して電圧オフセット補正値Ｃｖを操作するようにしてもよい。

こうすれば、相電圧オフセット補正の収束時間を短くすることができるので、簡易に相電流オフセット補正に対して小さな時定数の制御系を構成することができる。なお、図１２の第３変形例のように第１変形例と第２変形例とを組み合わせた構成としても良い。

１０…動力制御装置、１１…電流制御器、１２…逆ｄｑ変換器、１３…パワー増幅器、１５…電流センサ、１６…相電流オフセット補正部、１７，１７ａ，１７ｂ…相電圧オフセット補正部、１８…ｄｑ変換器、１９…位置センサ、２１…電流積分器、２２…加減算部、２３…加減算部、２４…電圧積分器、２８…ｄｑ変換器、９０…三相モータ。

Claims (10)

1. 多相交流電動機に多相交流電圧を印加して制御する交流電動機制御装置であって、
   前記多相交流電動機に供給されている各相の電流を検出して各相の電流検出値を出力する電流センサと、
   与えられた電流指令値と前記各相の電流検出値とに応じて、前記電流指令値に対して各相の電流を追従させるための各相の電圧指令値を生成する制御部と、
   前記各相の電圧指令値に応じて各相の電圧を前記多相交流電動機に印加する電力増幅部と、
   前記各相の電圧指令値の電圧オフセットを表す電圧オフセット値を決定し、前記各相の電圧オフセット値に応じて前記各相の電流検出値を操作して、前記電圧オフセット値を低減させる相電圧オフセット補正部と、
   前記各相の電流検出値の電流オフセットを表す電流オフセット値を決定し、前記各相の電流オフセット値に応じて前記各相の電流検出値を補正して前記電流オフセットを低減させる相電流オフセット補正部と、
   を備え、
   前記交流電動機制御装置は、前記相電流オフセット補正部の作動よりも前記相電圧オフセット補正部を優先的に作動させることを特徴とする交流電動機制御装置。
2. 前記優先的な作動は、前記相電圧オフセット補正部を作動させて前記電圧オフセット値が予め設定された値より小さな値となってから前記相電流オフセット補正部の動作を開始させることによって実現されている請求項１に記載の交流電動機制御装置。
3. 前記優先的な作動は、前記相電圧オフセット補正部の時定数が、前記相電流オフセット補正部の時定数よりも小さく設定されることによって実現されている請求項１又は２に記載の交流電動機制御装置。
4. 前記相電圧オフセット補正部は、前記各相の電圧オフセット値に応じて生成された電圧オフセット補正値を前記各相の電流検出値に加算することによって前記各相の電流検出値を操作する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
5. 前記交流電動機制御装置は、さらに静止座標系から回転座標系に座標系を変換する座標変換部を備え、
   前記電流センサは、前記静止座標系における値として前記各相の電流検出値を出力し、
   前記制御部は、前記回転座標系において、前記座標変換部によって変換された前記各相の電流検出値に応じて前記各相の電圧指令値を生成し、
   前記相電圧オフセット補正部は、前記座標変換部によって前記回転座標系における値に変換された前記各相の電流検出値を操作する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
6. 前記相電圧オフセット補正部は、前記各相の電圧指令値を電気角の整数倍周期で積分させることによって前記電圧オフセット値を決定する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
7. 前記相電流オフセット補正部は、前記各相の電流検出値を電気角の整数倍周期で積分させることによって前記電流オフセット値を決定する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
8. 前記相電圧オフセット補正部は、前記電圧オフセット値をモータ抵抗値で割ることで前記電圧オフセット値に相当する電流補正量を算出し、前記電流補正量を使用して前記電流検出値を操作する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
9. 前記交流電動機制御装置は、さらに、前記交流電動機の回転位置を検出して回転位置情報を出力する位置センサを備え、
   前記相電圧オフセット補正部は、前記電圧指令値を積分する電圧積分器を有し、
   前記電圧積分器は、前記回転位置情報の演算周期間の位置変化量を前記電圧指令値に乗じて積分する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。
10. 前記交流電動機制御装置は、さらに、前記交流電動機の回転位置を検出して回転位置情報を出力する位置センサを備え、
    前記相電流オフセット補正部は、前記電流検出値を積分する電流積分器を有し、
    前記電流積分器は、前記回転位置情報の演算周期間の位置変化量を前記電流検出値に乗じて積分する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の交流電動機制御装置。

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