JP4760118B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電動機の制御装置に関し、インバータ回路におけるデッドタイムを補償する技術に関する。

従来のデッドタイムを補償する技術としては、下記特許文献１（特開昭６１−２３１８８９号公報）に記載されているものがある。この従来例には、三相電流値に基づいてデッドタイムの補償量を変化させる構成が記載されている。
また、下記特許文献２（特開平６−９８５９５公報）に記載の従来例においては、三相電流値の絶対値化後の平均値に基づいてデッドタイム補償量を変化させる構成が記載されている。

特開昭６１−２３１８８９号公報 特開平６−９８５９５号公報

特許文献１においては、三相電流値に対して最適なデッドタイム補償量を求める方法として、停止させた電動機に直流電流を流し、その際の電圧指令値と実電圧の差からデッドタイム補償量を求める方法が記載されている。しかし、停止させた電動機に小さな直流電流を流す場合、電圧は非常に小さい値となるので、計測誤差のため補償量が正しく求められないという問題があった。また、電圧指令値と実電圧を合わせる方法では、キャリア周波数が異なる場合はそれぞれのキャリア周波数について補償量を求める必要があった。さらに、ある程度正しく求まったとしても、電動機が回転している場合は補償の遅れ等の問題も追加され、キャリア周波数を切り替えた場合にｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値が変化するという問題がある。ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を変化させない補償量を求めることは、三相電流および三相電圧が交流となっているため難しい。ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値が変化すると、電流が変化してトルク変動が起こるという問題が生じる。
また、特許文献２においては、回転中の電流値が一つの値で表されるため、電動機が回転している際にキャリア周波数を切り替えた場合、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を変化させないための補償量を一つの値として求めるだけで良く、調整を簡単に行うことができる。しかしながら、三相電流値の絶対値化後の平均値は、三相電流値の実効値と同様に演算値を安定させるために長い時間のデータが必要であり、そのため演算量が多くなるという問題と、三相電流値が急変した場合には遅れを生じて電流制御に悪影響を与えるという問題があった。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、調整が容易で、全動作領域で精度の高いデッドタイム補償を行うことのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１においては、デッドタイム補償手段がｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑから数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）で求めた電流ベクトルの大きさｉ_ａに基づいてデッドタイムの補償量を設定するように構成している。

本発明によれば、従来のように三相相電流の実効値に基づて補償量を算出する場合に比べて、遅れの問題がなくなり制御が安定になる、という効果がある。また、電動機が回転している際にキャリア周波数を切り替えた場合に、電流を変化させず、その結果トルク変動を起こさないようにすることができる、という効果が得られる。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。この実施例は、デッドタイム補償を電流推定値に基づいて行う構成を示す。
図１において、電流マップ部１は、外部から与えられたトルク指令値Ｔ^＊［Ｎ・ｍ］と回転速度〔電動機７の回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］〕から、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊［Ａ］およびｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＊［Ａ］をマップ引きにより求める。

なお、トルク指令値Ｔ^＊は、電動機７の出力トルクを指示する信号であり、例えばアクセルペダルの踏み込み量などに応じて設定される。また、電動機７の回転子角速度ωは、レゾルバやエンコーダなどの位置検出器によって求めた電動機７の回転子位相（電気角）θ［ｒａｄ］を微分部９で微分することによって求める。

電流制御部２は、前記のｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＊と、後述するｄ軸電流値ｉ_ｄ［Ａ］およびｑ軸電流値ｉ_ｑ［Ａ］との偏差に応じて、下記（数１）式によってｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊［Ｖ］およびｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊［Ｖ］を演算する。

ただし、
ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指令値［Ｖ］ ｉ_ｄ：ｄ軸電流値［Ａ］
ｖ_ｑ ^＊：ｑ軸電圧指令値［Ｖ］ ｉ_ｑ：ｑ軸電流値［Ａ］
Ｋ_ｐｄ：ｄ軸比例ゲイン Ｋ_ｐｑ：ｑ軸比例ゲイン
Ｋ_ｉｄ：ｄ軸積分ゲイン Ｋ_ｉｑ：ｑ軸積分ゲイン
ｓ：ラプラス演算子
また、この際、必要に応じて非干渉制御を適用しても良い。
なお、以下の説明において、ｄ軸とｑ軸をまとめて表現する場合には、ｄ−ｑ軸電圧指令値やｄ−ｑ軸電流値のように略して表示する場合もある。

三相変換部３は、下記（数２）式に基づいた二相−三相変換を行って前記のｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊［Ｖ］およびｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊［Ｖ］を三相電圧指令値、つまりｕ相電圧指令値ｖ_ｕ ^＊［Ｖ］、ｖ相電圧指令値ｖ_ｖ ^＊［Ｖ］およびｗ相電圧指令値ｖ_ｗ ^＊［Ｖ］に変換する。なお、この際、電動機７の回転子位相θは遅れ補償した値を用いても良い。

ただし
ｖ_ｕ ^＊：ｕ相電圧指令値［Ｖ］ ｖ_ｖ ^＊：ｖ相電圧指令値［Ｖ］
ｖ_ｗ ^＊：ｗ相電圧指令値［Ｖ］ ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指令値［Ｖ］
ｖ_ｑ ^＊：ｄ軸電圧指令値［Ｖ］ θ：電動機７の回転子位相（電気角）［ｒａｄ］。

ＰＷＭ変換部４は、下記（数３）式に基づいたＰＷＭ変換を行って、前記の三相電圧指令値からｕ相パルス幅ｔ_ｕ［ｓ］、ｖ相パルス幅ｔ_ｖ［ｓ］およびＷ相パルス幅ｔ_ｗ［ｓ］を算出する。

ただし、
Ｔ_０：ＰＷＭキャリア周期［ｓ］ ｖ_ｄｃ：直流電圧［Ｖ］
ｔ_ｕ：ｕ相パルス幅［ｓ］（補償前） ｔ_ｖ：ｖ相パルス幅［ｓ］（補償前）
ｔ_ｗ：Ｗ相パルス幅［ｓ］（補償前）
なお、ＰＷＭキャリア周期Ｔ_０はＰＷＭ変換する際に用いるキャリア信号の周期であり、直流電圧ｖ_ｄｃは電動機７を駆動する直流電源の電圧である。

デッドタイム補償部５は、電動機７に流れる三相電流値（ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）に応じて決まる補償量を求め、ｕｖｗ各相のそれぞれのパルス幅に加えることにより、補償後のｕ相パルス幅ｔ_ｕ’［ｓ］、ｖ相パルス幅ｔ_ｖ’［ｓ］およびＷ相パルス幅ｔ_ｗ’［ｓ］を算出する。
ただし、この演算に用いる三相電流値としては、実電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗでもよいし、ｄ−ｑ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊を三相変換した三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊でも良いし、ｄ−ｑ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊に電流応答相当のフィルタをかけて求めたｄ−ｑ軸電流推定値を三相変換した三相電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾でも良い。なお、この詳細については後述する。

インバータ６は、上記のデッドタイム補償後のｕ相パルス幅ｔ_ｕ’、ｖ相パルス幅ｔ_ｖ’およびＷ相パルス幅ｔ_ｗ’を有するＰＷＭ信号に応じて動作し、図示しない直流電源の電力を三相交流の電圧（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）に変換して電動機７を駆動する。
ただし、ｖ_ｕ：ｕ相電圧値［Ｖ］、ｖ_ｖ：ｖ相電圧値［Ｖ］、ｖ_ｗ：ｗ相電圧値［Ｖ］であり、以下、これらを実電圧と記載する。
この際に電動機７のｕ、ｖ、ｗ各相に流れる電流ｉ_ｕ［Ａ］、ｉ_ｖ［Ａ］、ｉ_ｗ［Ａ］を図示しない電流センサによって検出する。また、図示しないレゾルバやエンコーダなどの位置検出器を用いて、電動機７の回転子位相（電気角）θ［ｒａｄ］を検出する。

ｄ−ｑ軸変換部８は、上記の検出した三相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗと回転子位相θから下記（数４）式に基づいて、三相電流値をｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑに変換する。

上記のｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑが前記（数１）式のｄ軸電流値ｉ_ｄ、ｑ軸電流値ｉ_ｑとして用いられる。
なお、上記の電流マップ部１、電流制御部２、三相変換部３、ＰＷＭ変換部４、デッドタイム補償部５、ｄ−ｑ軸変換部８、微分部９および後記電流制御相当フィルタ１０と三相変換部１１、１１’の部分は、ＣＰＵとメモリおよびそれらに付随する電子回路で構成することが出来る。

以下、本発明の要旨であるデッドタイム補償について説明する。
図１においては、デッドタイム補償部５で用いる三相電流推定値ｉ_ｕ＾［Ａ］、ｉ_ｖ＾［Ａ］、ｉ_ｗ＾［Ａ］を求めるため、電流制御相当フィルタ１０と三相変換部１１を設けている。
まず、電流制御相当フィルタ１０は、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊［Ａ］およびｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＊［Ａ］に電流制御部２における電流制御相当のフィルタをかけてｄ軸電流推定値ｉ_ｄ＾［Ａ］およびｑ軸電流推定値ｉ_ｑ＾［Ａ］を算出する。また、三相変換部１１では、上記のｄ軸−ｑ軸の電流推定値（ｉ_ｄ＾、ｉ_ｑ＾）を二相−三相変換して三相の電流推定値、つまり、ｕ相電流推定値ｉ_ｕ＾［Ａ］、ｖ相電流推定値ｉ_ｖ＾［Ａ］およびｗ相電流推定値ｉ_ｗ＾［Ａ］を算出する。また、電流制御相当フィルタ１０で求めたｄ軸電流推定値ｉ_ｄ＾、ｑ軸電流推定値ｉ_ｑ＾は、後述する電流ベクトルの大きさｉ_ａを求める際に、ｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑの代わりに用いることも出来る。
実施例１においては、上記の三相の電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾を用いてデッドタイム補償部５においてデッドタイム補償を行う（詳細後述）。

（実施例２）
図２は、本発明の実施例２の構成を示すブロック図であり、デッドタイム補償を電流目標値に基づいて行う場合のブロック図である。
図２において、三相変換部１１’では、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＊を二相−三相変換して三相電流目標値、つまりｕ相電流目標値ｉ_ｕ ^＊［Ａ］、ｖ相電流目標値ｉ_ｖ ^＊［Ａ］、ｗ相電流目標値ｉ_ｗ ^＊［Ａ］を算出し、これらの三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊を用いてデッドタイム補償部５においてデッドタイム補償を行う（詳細後述）。

図３は、本発明の実施例３の構成を示すブロック図であり、デッドタイム補償を実電流値に基づいて行う場合のブロック図である。
図３においては、検出した電動機７の三相電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを用いてデッドタイム補償部５においてデッドタイム補償を行う（詳細後述）。

以下、デッドタイム補償部５におけるデッドタイム補償について詳細に説明する。
（デッドタイム補償の実施例１）
図４、図５は、図１〜図３におけるデッドタイム補償部５の実施例１を示すブロック図である。
図４はＰＷＭ変換部４におけるキャリア周波数ｆ_ｃを変更しない場合の構成であり、図５はキャリア周波数ｆ_ｃを変更する場合の構成である。

図４、図５において、ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗはデッドタイム補償前のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅であり、ｔ_ｕ’、ｔ_ｖ’、ｔ_ｗ’はデッドタイム補償後のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅である。また、１２、１３は電流ベクトルｉ_ａとデッドタイムの補償量ａとの関係を記憶した補償量マップであり、キャリア周波数ｆ_ｃを変更しない図４では１枚のみ、キャリア周波数ｆ_ｃを変更する図５では、キャリア周波数ｆ_ｃに応じて複数枚設けられている。また、１４、１５、１６は、各相毎の極性設定部であり、各相の電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗと補償量ａとの大小関係に応じて正と負の何れかを選択する。また、電流ベクトルの大きさｉ_ａは、ｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑから数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）［Ａ］で求める。
上記のように、図４、図５においては、補償量ａは電流ベクトルの大きさｉ_ａに応じて設定し、三相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗは補償の極性を切り替えることにのみ用いる。

なお、上記図４、図５においては、三相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗとして示しているが、これらは実電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを用いてもよいし、三相電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾を用いてもよいし、三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊を用いてもよい。例えば、図１の場合には三相電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾を用い、図２の場合は三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊を用い、図３の場合は実電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを用いている。また、電流ベクトルｉ_ａの演算に用いるｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑは、実際のｄ−ｑ軸電流値ｉ_ｄ、ｉ_ｑでもよいし、ｄ−ｑ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊でもよいし、ｄ−ｑ軸電流推定値ｉ_ｄ＾、ｉ_ｑ＾でもよい。

また、補償量マップ１２、１３は、電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）と実電圧（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）を一致させる値に設定する方法で作成しても良いし、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法（実電圧とは等しくならない）でも良い。これらのマップは予め実験により得られた値をそのまま使用して作成しても良いし、マップに替えて近似した数式を用いても良い。

電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法は、制御対象である電動機７の定数に誤差が乗らないので、安定した動作ができるという効果がある。また、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法は、キャリア周波数を切り替えるシステムにおいては、構成が簡単になり、メモリ容量や演算負荷が減少するという効果がある。

また、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法の場合は、キャリア周波数を変更しなければ図４の構成で良いし、キャリア周波数を変更する場合は図５の構成となる。
キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法では、キャリア周波数を変更する場合でも図４の構成で良い。

また、電流ベクトルの大きさｉ_ａ、ｕ相電流値ｉ_ｕ、ｖ相電流値ｉ_ｖ、ｗ相電流値ｉ_ｗは実電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗでも、電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊でも、電流目標値から推定（電流目標値に電流応答相当のフィルタをかけて求める）した電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾でも、それらの組み合わせでも良いが、実電流値を用いない方が安定して動作する。また、電流制御が安定して動作する場合は、電流目標値を用いるより電流推定値を用いる方がより安定して動作する。

また、補償量マップ１２、１３の参照は、電流ベクトルの大きさｉ_ａの代わりにトルク指令値Ｔ^＊を用いても良いし、トルク指令値Ｔ^＊にフィルタをかけたトルク推定値Ｔ＾でも良い。
また、回転速度依存がある場合は、電動機７の回転子角速度ω（電気角）毎のマップとしても良い。
また、一例を図１２に示すように、電流が０から一定の区間は直線的に補償量が増加し、その後は一定値になる特性、つまり簡単な直線の組み合わせで近似すると、マップに替えて簡単な一次式をメモリに記憶させておき、その記憶した一次式を用いて補償量を求めることができ、メモリ容量および演算量を削減できる。

上記のように構成したことにより、デッドタイム補償の実施例１においては、電動機７が回転中であっても、調整が容易となり、また、電流実効値を用いる場合（従来例：特開平６−９８５９５号公報）に比べて演算による遅れが生じない、という効果が得られる。

（デッドタイム補償の実施例２）
図６、図７は、図１〜図３におけるデッドタイム補償部５の実施例２を示すブロック図である。図６、図７に示した回路は、三相電流に応じて基本的な補償量を設定し、その補償量を電流ベクトルの大きさに応じて補正した値を補償量とするように構成したものである。
図６はＰＷＭ変換部４におけるキャリア周波数ｆ_ｃを変更しない場合の構成であり、図７はキャリア周波数ｆ_ｃを変更する場合の構成である。

図６、図７において、ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗはデッドタイム補償前のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅であり、ｔ_ｕ’、ｔ_ｖ’、ｔ_ｗ’はデッドタイム補償後のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅である。また、１７〜１９および１７’〜１９’は各相の電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗと補償量との関係を記憶した補償量マップであり、２０および２０’は電流ベクトルの大きさｉ_ａによる補正量を記憶した補正量マップである。キャリア周波数ｆ_ｃを変更しない図６では各相電流ごとに１枚のみ、キャリア周波数ｆ_ｃを変更する図７では、キャリア周波数ｆ_ｃに応じて複数枚設けられている。また、２１〜２３は可変ゲイン乗算器であり、Ｋは調整ゲインである。可変ゲイン乗算器２１〜２３においては、マップ２０、２０’で読み出した補正値に応じて調整ゲインＫの値が変わり、補償量マップから送られた値にその調整ゲインＫを乗算した値を出力するようになっている。

上記のように、図６、図７の構成において、補償量マップ１７〜１９および１７’〜１９’を用いて各相の電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗから基本的な補償量を求め、その補償量を電流ベクトルの大きさｉ_ａに基づいて補正するように構成している。
なお、上記の電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗとしては、前記のように、実電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗでもよいし、三相電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾でもよいし、三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊でもよい。例えば、図１の場合には三相電流推定値ｉ_ｕ＾、ｉ_ｖ＾、ｉ_ｗ＾を用い、図２の場合は三相電流目標値ｉ_ｕ ^＊、ｉ_ｖ ^＊、ｉ_ｗ ^＊を用い、図３の場合は実電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを用いている。

また、電流ベクトルの大きさｉ_ａに基づいた補正値に回転速度依存がある場合は、マップ２０、２０’を回転速度毎に値が変わるようにしても良い。
また、各マップは、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法で作成しても良いし、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法（実電圧とは等しくならない）でも良い。これらのマップは予め実験により得られた値をそのまま使用して作成しても良いし、近似した数式を用いても良い。

電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法は、制御対象である電動機７の定数に誤差が乗らないので、安定した動作ができるという効果がある。また、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法は、キャリア周波数を切り替えるシステムにおいては、構成が簡単になり、メモリ容量や演算負荷が減少するという効果がある。

また、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法の場合は、キャリア周波数を変更しなければ図６の構成で良いし、キャリア周波数を変更する場合は図７の構成となる。
キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法では、キャリア周波数を変更する場合でも図６の構成で良い。

また、前記のように、電流ベクトルの大きさｉ_ａ、ｕ相電流値、ｖ相電流値、ｗ相電流値は、実電流値でも、電流目標値でも、電流目標値から推定した電流推定値でも、それらの組み合わせでも良いが、実電流値を用いない方が安定して動作する。

また、電流制御が安定して動作する場合は、電流目標値を用いるより電流推定値を用いる方がより安定して動作する。
マップの参照はｉ_ａの代わりにトルク指令値Ｔ^＊を用いても良いし、トルク指令値Ｔ^＊にフィルタをかけたトルク推定値Ｔ＾を用いても良い。

上記のように構成したことにより、三相電流を用いる構成では回転中の調整が難しいが、デッドタイム補償の実施例２においては、回転中でも調整が簡単になるという効果がある。

（デッドタイム補償の実施例３）
図８、図９は、図１〜図３におけるデッドタイム補償部５の実施例３を示すブロック図である。図８、図９に示した回路は、電動機が停止状態および低速回転時には三相電流を用いる構成を用い、中高速回転時にはデッドタイム補償の実施例１に記載した構成を用いるように切り替える構成である。
図８はＰＷＭ変換部４におけるキャリア周波数ｆ_ｃを変更しない場合の構成であり、図９はキャリア周波数ｆ_ｃを変更する場合の構成である。

図８、図９において、ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗはデッドタイム補償前のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅であり、ｔ_ｕ’、ｔ_ｖ’、ｔ_ｗ’はデッドタイム補償後のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅である。また、１２、１３および１４〜１６は図４、図５における同符号のものに、１７〜１９、１７’〜１９’および２０、２０’は図６、図７における同符号のものと同じである。

また、２４〜２６は切替器であり、電動機７の回転速度（回転子角速度ω）に応じて、停止状態時または低速回転時にはマップ１７〜１９、１７’〜１９’側に切り替えられ、中高速回転時には１４〜１６側に切り替えられる。
なお、切替器２４〜２６を切り替える回転速度については、三相電流を用いる構成（１７〜１９側）が中高速回転中の調整が難しく誤差を持ち、電流ベクトルの大きさを用いる構成（１４〜１６側）は停止・低速で原理的に多少の誤差を持つことから、それぞれの方法を生かす最も有利な回転速度を実験で求めて決定する。

また、各マップは、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法で作成しても良いし、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法（実電圧とは等しくならない）でも良い。これらのマップは予め実験により得られた値をそのまま使用して作成しても良いし、マップに替えて近似した数式を用いても良い。

電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法は、制御対象である電動機７の定数に誤差が乗らないので、安定した動作ができるという効果がある。また、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法は、キャリア周波数を切り替えるシステムにおいては、構成が簡単になり、メモリ容量や演算負荷が減少するという効果がある。

また、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法の場合は、キャリア周波数を変更しなければ図８の構成で良いし、キャリア周波数を変更する場合は図９の構成となる。
キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法では、キャリア周波数を変更する場合でも図８の構成で良い。

また、前記のように、電流ベクトルの大きさ、ｕ相電流値、ｖ相電流値、ｗ相電流値は実電流値でも、電流目標値でも、電流目標値から推定した電流推定値でも、それらの組み合わせでも良いが、実電流値を用いない方が安定して動作する。

電流制御が安定して動作する場合は、電流目標値を用いるより電流推定値を用いる方がより安定して動作する。
また、マップの参照はｉ_ａの代わりにトルク指令値Ｔ^＊でも良いし、トルク指令値Ｔ^＊にフィルタをかけたトルク推定値Ｔ＾でも良い。
また、回転速度依存がある場合は、電動機７の回転子角速度ω（電気角）毎のマップとしても良い。

また、三相電流を用いる構成（１７〜１９側）では、例えば一例を図１３に示すように、電流が０から一定の区間は直線的に補償量が増加し、その前および後は一定値に近似したり、電流ベクトルの大きさを用いる構成（１４〜１６側）では、図１２に示したように、電流が０から一定の区間は直線的に補償量が増加し、その後は一定値と近似すると、マップに替えて簡単な一次式をメモリに記憶させておき、その記憶した一次式を用いて補償量を求めることができ、メモリ容量および演算量を削減できる。つまり簡単な直線の組み合わせで近似するとメモリ容量および演算量を削減できる。

上記のように、デッドタイム補償の実施例３においては、三相電流を用いる構成では中高速回転中の調整が難しく誤差を持ち、電流ベクトルの大きさを用いる構成（実施例１）では停止・低速で原理的に多少の誤差を持つことから、この二つを組み合わせて、三相電流を用いる構成は停止状態・低速回転時に用い、電流ベクトルの大きさを用いる構成は、それ以外の場合（中高速回転時）に用いるようにしたことにより、全動作領域で精度の高いデッドタイム補償を行うことができる。

（デッドタイム補償の実施例４）
図１０、図１１は、図１〜図３におけるデッドタイム補償部５の実施例４を示すブロック図である。図１０、図１１に示した回路は、三相電流に基づいて基本的な補償量を設定し、電流ベクトルの大きさｉ_ａに応じて上記の補償量を補正した値を補償量とする構成（デッドタイム補償の実施例２）に、電動機７の回転速度（回転子角速度ω）に応じて補正値を切り替える構成を組み合わせたものである。
図１０はＰＷＭ変換部４におけるキャリア周波数ｆ_ｃを変更しない場合の構成であり、図１１はキャリア周波数ｆ_ｃを変更する場合の構成である。

図１０、図１１において、ｔ_ｕ、ｔ_ｖ、ｔ_ｗはデッドタイム補償前のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅であり、ｔ_ｕ’、ｔ_ｖ’、ｔ_ｗ’はデッドタイム補償後のｕ、ｖ、ｗ各相のパルス幅である。また、１７〜１９、１７’〜１９’、２０、２０’および２１〜２３は図６、図７における同符号のものと同じである。また、２７は切替器であり、電動機７の回転速度（回転子角速度ω）に応じて、停止状態時または低速回転時には可変ゲイン乗算器のゲインを１とする側に切り替えられ、中高速回転時にはマップ２０、２０’側に切り替えられる。
なお、切替器２７を切り替える回転速度については、三相電流のみを用いる構成（可変ゲイン乗算器のゲインを１とする側）が中高速回転中の調整が難しく誤差を持つことから、制御上許容できる誤差範囲を越える回転速度を実験で求めて決定する。

また、電流ベクトルの大きさｉ_ａによる補正値に回転速度依存がある場合は、マップ２０、２０’を回転速度毎に値が変わるようにしても良い。
また、各マップは、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法で作成しても良いし、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法（実電圧とは等しくならない）でも良い。これらのマップは予め実験により得られた値をそのまま使用して作成しても良いし、近似した数式を用いても良い。

電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法は、制御対象である電動機７の定数に誤差が乗らないので、安定した動作ができるという効果がある。また、キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法は、キャリア周波数を切り替えるシステムにおいては、構成が簡単になり、メモリ容量や演算負荷が減少するという効果がある。

また、電圧指令値と実電圧を一致させる補償量に設定する方法の場合は、キャリア周波数を変更しなければ図１０の構成で良いし、キャリア周波数を変更する場合は図１１の構成となる。
キャリア周波数を切り替えても電圧指令値と実電圧の関係が変わらないようにする方法では、キャリア周波数を変更する場合でも図１０の構成で良い。
なお、前記のように、電流ベクトルの大きさ、ｕ相電流値、ｖ相電流値、ｗ相電流値は、実電流値でも、電流目標値でも、電流目標値から推定した電流推定値でも、それらの組み合わせでも良いが、実電流値を用いない方が安定して動作する。

電流制御が安定して動作する場合は、電流目標値を用いるより電流推定値を用いる方がより安定して動作する。
また、マップの参照はｉ_ａの代わりにトルク指令値Ｔ^＊でも良いし、トルク指令値Ｔ^＊にフィルタをかけたトルク推定値Ｔ＾でも良い。

上記のように、三相電流を用いる構成では中高速回転中の調整が難しいが、デッドタイム補償の実施例４においては、調整が簡単になり、全動作領域で精度の高いデッドタイム補償を行うことができる。

ここで、本発明を適用する電動機の制御装置においてデッドタイム補償が必要な理由について説明する。
図１４は、インバータを構成するスイッチング素子の１相分（ｕ相を例示）を示した回路およびスイッチング波形を示す図である。
図１４において、Ｖdcは電源電圧、Ｖuはｕ相電圧、ｉuはｕ相電流、ＵＰは正側のスイッチング素子の駆動信号、ＵＮは負側のスイッチング素子の駆動信号、τはデッドタイムを示す。
図示のように、電動機を駆動するインバータは、各相ごとに２個のスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等）がカスケード接続（縦続接続）された回路で構成されている。

動作時には、２個のスイッチング素子の一方がオン、他方がオフになり、これを切り替えることによって電動機巻線に正（ｕ相電流ｉｕ＞０）または負（ｕ相電流ｉｕ＜０）の電流を流すようになっている。そして２個のスイッチング素子が同時にオンになることがないように、一方がオフになってから所定のデッドタイムτ後に他方がオンになるように制御される。
上記のごとき回路においては、波形図に示すように、負側のスイッチング素子の方がデッドタイムτ分だけオン時間が長くなるので、スイッチング素子自体は全く同じ動作波形をしているのに、電流の正負によって印加される実電圧の波形（図の最下段の波形）は異なってしまう。これを防止するのがデッドタイム補償であり、電流の方向を判断してスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号を変更（パルス幅を補正）するのが基本である。

本発明の実施例１の構成を示すブロック図。 本発明の実施例２の構成を示すブロック図。 本発明の実施例３の構成を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例１を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例１を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例２を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例２を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例３を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例３を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例４を示すブロック図。 デッドタイム補償部５の実施例４を示すブロック図。 補償量の近似特性の一例を示す図。 補償量の近似特性の他の一例を示す図。 インバータを構成するスイッチング素子の１相分の回路およびスイッチング波形を示す図。

符号の説明

１…電流マップ部 ２…電流制御部
３…三相変換部 ４…ＰＷＭ変換部
５…デッドタイム補償部 ６…インバータ
７…電動機 ８…ｄ−ｑ軸変換部
９…微分部 １０…電流制御相当フィルタ
１１、１１’…三相変換部 １２、１３…補償量マップ
１４、１５、１６…極性設定部 １７〜１９…補償量マップ
１７’〜１９’…補償量マップ ２０、２０’…補正量マップ
２１〜２３…可変ゲイン乗算器 ２４〜２６…切替器
２７…切替器

Claims (7)

1. トルク指令値に基づいたｄ−ｑ軸電流目標値と実電流値との偏差から求めたｄ−ｑ軸電圧指令値を三相変換して三相電圧指令値とし、該三相電圧指令値をＰＷＭ変換したＰＷＭ信号でインバータを制御することにより、電動機に三相交流電力を供給して駆動する電動機の制御装置において、
   前記ＰＷＭ変換を行うＰＷＭ変換手段と前記インバータとの間に、前記インバータを構成するスイッチング素子のデッドタイムを補償するデッドタイム補償手段を設け、
   該デッドタイム補償手段は、
   ｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑから数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）で求めた電流ベクトルの大きさｉａに基づいてデッドタイムの補償量の大きさを設定し、
   電動機の各相に流れる三相電流値に応じて前記補償量の正負の極性を切り替える
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
2. トルク指令値に基づいたｄ−ｑ軸電流目標値と実電流値との偏差から求めたｄ−ｑ軸電圧指令値を三相変換して三相電圧指令値とし、該三相電圧指令値をＰＷＭ変換したＰＷＭ信号でインバータを制御することにより、電動機に三相交流電力を供給して駆動する電動機の制御装置において、
   前記ＰＷＭ変換を行うＰＷＭ変換手段と前記インバータとの間に、前記インバータを構成するスイッチング素子のデッドタイムを補償するデッドタイム補償手段を設け、
   該デッドタイム補償手段は、
   ｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑから数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）で求めた電流ベクトルの大きさｉａに基づいてデッドタイムの補償量を設定し、
   電動機の各相に流れる三相電流値に基づいて基本的な補償量を設定し、その設定した補償量を前記電流ベクトルの大きさｉ _ａ に基づいて補正した値を補償量とする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. トルク指令値に基づいたｄ−ｑ軸電流目標値と実電流値との偏差から求めたｄ−ｑ軸電圧指令値を三相変換して三相電圧指令値とし、該三相電圧指令値をＰＷＭ変換したＰＷＭ信号でインバータを制御することにより、電動機に三相交流電力を供給して駆動する電動機の制御装置において、
   前記ＰＷＭ変換を行うＰＷＭ変換手段と前記インバータとの間に、前記インバータを構成するスイッチング素子のデッドタイムを補償するデッドタイム補償手段を設け、
   該デッドタイム補償手段は、
   ｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑから数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）で求めた電流ベクトルの大きさｉａに基づいてデッドタイムの補償量を設定し
   電動機の停止状態または低速回転領域においては、電動機の各相に流れる三相電流値に基づいて補償量を設定し、電動機の中高速回転領域においては前記電流ベクトルの大きさｉ _ａ に基づいて補償量を設定するように切り替える
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 前記デッドタイム補償手段は、電動機の各相に流れる三相電流値に基づいて基本的な補償量を設定し、その設定した補償量を前記電流ベクトルの大きさｉ _ａ に基づいて補正した値を補償量とし、前記電動機の停止状態または低速回転領域と中高速回転領域とで前記電流ベクトルの大きさｉ _ａ により補正する際の補正量を切り換えることを特徴とする請求項２記載の電動機の制御装置。
5. 前記補償量は、前記三相電圧指令値と前記インバータから出力される実電圧を一致させる値に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電動機の制御装置。
6. 前記電流ベクトルの大きさｉ_ａと補償量との関係を、直線の組み合わせによる簡単な一次式で近似してメモリに記憶しておき、前記一次式と電流ベクトルの大きさｉ_ａとに基づいて補償量を設定することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の電動機の制御装置。
7. 前記電流ベクトルの大きさｉ_ａとして、前記ｄ−ｑ軸電流目標値から推定したｄ−ｑ軸の電流推定値または前記ｄ−ｑ軸電流目標値をｄ−ｑ軸電流値ｉｄ、ｉｑとして用いて数式ｉ_ａ＝√（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）で求めた値を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の電動機の制御装置。
   

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