JP6636216B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本願は、交流電動機を制御する制御装置に関し、特に交流電動機を駆動する電力変換器の出力電圧制御に関するものである。

交流電動機を駆動する電力変換器、特にＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いたインバータでは、２つのアームのスイッチング素子が、電圧指令に基づきスイッチング動作を行って交流電圧を生成し、交流負荷に出力する。この時、２つのアームのスイッチング素子の同時導通による短絡破壊防止を目的として、２つのアームのスイッチング素子を同時にオフ動作状態に制御する期間であるデッドタイム（Ｔｄ）を設けている。このデッドタイムによって、インバータの出力電圧には歪みが生じて、インバータで駆動される交流電動機にトルクリプルが発生し、交流電動機の制御精度が劣化する。

このため、従来から電力変換器の出力電流に基づいて演算した補償信号を電力変換器の電圧指令に加算して出力電圧歪を抑制する方法が知られている。
以下の従来の技術では、電力変換器の出力電圧指令値および出力電流値に基づいて出力電圧歪を推定し、この推定値に基づいて補償信号の振幅を調整する（例えば、特許文献１参照）。
また、負荷の誘起電圧に直交する方向を求め、推定した出力電圧誤差の上記誘起電圧に直交する方向の値と出力電流値とに基づいて出力電圧指令値を補正することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３５３６１１４号公報 特許第４４４８３５１号公報

電力変換器ではスイッチング素子の持つ寄生容量や配線中のインピーダンスの影響によりスイッチングに遅れ時間が発生する。このため、デッドタイムに起因して発生する出力電圧歪である電圧誤差も矩形波状から変形する。上記従来の手法では、電圧誤差の大きさを抑制するものであるが、電流の０クロス位相付近でスパイク状の電圧誤差が残ることがあった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、交流電動機の制御装置において、電力変換器の電圧指令を適切に生成する事により、電流の０クロス位相付近でのスパイク状の電圧誤差の発生を防止し、出力電圧誤差を高精度に抑制する事を目的とする。

本願に開示される交流電動機の制御装置は、交流電動機を駆動する電力変換器の電圧指令を生成して、上記交流電動機を制御し、上記交流電動機の各相の相電流を検出する電流検出部と、上記電力変換器の出力電圧誤差を補償する補正電圧を演算して上記電圧指令を補正する補正部と、上記検出相電流に基づいて上記出力電圧誤差の特徴量を抽出する電圧誤差特徴量抽出部と、抽出された上記出力電圧誤差の特徴量に基づいて、上記補正電圧のパラメータを調整する補正電圧調整部とを備える。そして、上記補正電圧調整部は、上記パラメータとして上記補正電圧の傾きに相当する第１パラメータである上記電力変換器内の寄生容量を調整する第１調整部を有し、上記補正部は、上記補正電圧調整部にて調整された上記パラメータを用いて上記補正電圧を演算するものである。

本願に開示される交流電動機の制御装置によれば、電力変換器の出力電圧誤差を補償する補正電圧の傾きに相当する上記電力変換器内の寄生容量を調整するため、電流の０クロス位相付近でのスパイク状の出力電圧誤差の発生を防止し、出力電圧誤差を高精度に抑制できる。

実施の形態１による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態１による交流電動機の制御装置のハードウェア構成を示す図である。 電力変換器の出力電圧誤差を説明する波形図である。 電力変換器の出力電流および誤差電圧の波形図である。 実施の形態１による電圧誤差特徴量抽出部を示す制御ブロック図である。 実施の形態１による補正電圧調整部を示す制御ブロック図である。 実施の形態１によるインバータのスイッチング動作を説明する図である。 実施の形態１によるインバータのスイッチング動作を説明する図である。 実施の形態１によるインバータの各部の波形図である。 図９の部分拡大図である。 実施の形態１による出力電圧誤差の電流ベクトルに直交する成分を示す波形図である。 実施の形態１による補正電圧調整部の動作を説明する図である。 実施の形態１による補正電圧調整部の動作を説明する図である。 実施の形態３による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３による交流電動機の制御装置におけるパラメータ調整モードでの動作を説明するブロック図である。 実施の形態３による交流電動機の制御装置における通常モードでの動作を説明するブロック図である。 実施の形態４による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態４による補正電圧調整部を示す制御ブロック図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１による交流電動機の制御装置を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、交流電動機１の制御装置１０は、スイッチング素子を有する電力変換器３であるＰＷＭインバータを制御することにより交流電動機１を駆動制御する。
制御装置１０は、電力変換器３と、相電流検出部としての相電流検出器４と、電圧誤差特徴量抽出部１００と、補正電圧演算部２００および加算器２１０から成る補正部２２０と、補正電圧調整部３００とを備える。また、交流電動機１には位相検出器２が備えられる。

なお、この場合、制御装置１０が電力変換器３を備えるものを示すが、電力変換器３は、制御装置１０の外部に配置して制御装置１０に制御されるものでも良い。また、相電流検出器４も制御装置１０の外部に配するものでも良く、その場合、制御装置１０内の電流検出部は、相電流検出器４からの電流信号に基づいて各相の相電流ｉｕｖｗを検出するものとする。

また、図１に示す制御装置１０は、例えば、図２に示すようなハードウェア構成にて実現できる。図２に示すように、制御装置１０は、電力変換器３と相電流検出器４とプロセッサ１２と記憶装置１３とを備える。そして、プロセッサ１２は、上位制御装置１１から三相電圧指令Ｖｕｖｗ＊を入力し、記憶装置１３に記憶されたプログラムを読み出して実行する。図１内の電圧誤差特徴量抽出部１００、補正部２２０および補正電圧調整部３００の機能は、プロセッサ１２上でプログラムが実行されることにより実現される。
なお、複数のプロセッサ１２および複数の記憶装置１３が連携して上記機能を実行してもよい。

上述したように、電力変換器３では、２つのアームのスイッチング素子を同時にオフ動作状態に制御する期間であるデッドタイムを設けてスイッチング制御され、このデッドタイムによって、出力電圧に外乱電圧が生じ、電圧指令に対する電圧誤差となる。
図３は、電力変換器３の出力電圧誤差を説明するＵ相の１周期分の波形図である。
デッドタイムに起因するＴｄ外乱電圧Ｐは、デッドタイム期間Ｔｄ、キャリア周波数ｆｃ、電力変換器３の直流電圧Ｖｄｃから決定され、（Ｔｄ・Ｖｄｃ）の微小面積を有して、Ｕ相電流ｉｕと逆極性に半周期にｆｃ回発生するパルス電圧である。

各相のＴｄ外乱電圧Ｐは、時間平均で考えれば、振幅がＶＴｄ＝Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃで、電力変換器３が出力する相電流［ｉ］の極性と逆極性である矩形波状の誤差電圧Ｑと等価であることがわかる。なお、記号［］は、［］内の量がベクトルであることを示す。
スイッチング動作が遅れなく理想的に行われると仮定すると、矩形波状の誤差電圧Ｑは、（−ｓｇｎ（［ｉ］）・ＶＴｄ）で表すことができる。この場合、誤差電圧Ｑと逆極性の補正電圧Ｒ、即ち、相電流と同じ極性をもち、振幅がＶＴｄである矩形波状の電圧を電力変換器３へ入力される電圧指令の各相に予め加算することで、Ｔｄ外乱電圧を補正することが可能となる。矩形波状の補正電圧Ｒは、（ｓｇｎ（［ｉ］）・ＶＴｄ）で表される。

しかしながら、実際にはスイッチング素子の持つ寄生容量や配線中のインピーダンスの影響でスイッチングのターンＯＮ／ＯＦＦ時間が発生する。これらの影響を受けた実際のＴｄ外乱電圧（誤差電圧）は、図４に示すように、矩形波状の角が取れて、電流が０を通過する０クロス位相を挟む微小な位相区間に傾きを持つような滑らかな台形波状のものとなる。

制御装置１０では、上位制御装置１１から与えられる各相の電圧指令Ｖｕｖｗ＊に対する出力電圧誤差（以下、電圧誤差または誤差電圧）を補償するための各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを、補正電圧演算部２００にて演算し、加算器２１０は、電圧指令Ｖｕｖｗ＊に補正電圧Ｖｕｖｗｃを加算し、補正後の電圧指令３ａが電力変換器３に出力される。電力変換器３は、補正後の電圧指令３ａに基づいて出力制御されて交流電動機１を駆動する。そして、交流電動機１に流れる各相の電流ｉｕｖｗが相電流検出器４にて検出される。この際、２相の電流を検出して残りの１相の電流を演算して求めても良い。

電圧誤差特徴量抽出部１００は、以下のように電圧誤差の特徴量Ｖｑｉを抽出する。まず、検出された相電流ｉｕｖｗと位相検出器２からの位相θｒｅとに基づいて、回転磁界上のｄｑ軸電流に変換後、電流ベクトル位相θｉを演算する。そして、電流ベクトル位相θｉを用いて、相電流ｉｕｖｗから電流ベクトルとその直交方向の電圧成分Ｖｄｑｉ（Ｖｄｉ，Ｖｑｉ）を演算する。演算された電流ベクトルの直交方向電圧成分Ｖｑｉが、電圧誤差の特徴量となる。さらに電圧誤差特徴量抽出部１００は、相電流ｉｕｖｗと電流ベクトル位相θｉとに基づいて、再現相電流ｉｕｖｗＲＰを演算する。

補正電圧調整部３００は、電圧誤差特徴量抽出部１００から電流ベクトル位相θｉと電圧誤差の特徴量Ｖｑｉとが入力されると共に、補正電圧演算部２００から補正電圧Ｖｕｖｗｃが入力される。そして、補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きに相当する第１パラメータとしての寄生容量Ｃと、第２パラメータとして補正電圧Ｖｕｖｗｃの振幅αとを、調整して出力する。
補正電圧演算部２００は、再現相電流ｉｕｖｗＲＰと振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算する。

次に、電圧誤差特徴量抽出部１００の動作の詳細について、図５に基づいて以下に説明する。なお、図５に示す構成は、一例でありこれに限るものでは無い。
図５に示すように、検出された相電流ｉｕｖｗは、座標変換器（三相−ｄｑ変換器）１０１により位相θｒｅに基づいて回転座標上のｄｑ軸電流ｉｄｑ（ｉｄ、ｉｑ）に変換される。
ｄｑ軸電流ｉｄｑはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０２にてフィルタ処理された後、電流ベクトル位相演算器１０３に入力される。電流ベクトル位相演算器１０３は、フィルタ処理されたｄｑ軸電流ｉｄｑの逆正接を求めて位相θｒｅに加えることで電流ベクトル位相θｉを求める。

また、ｄｑ軸電流ｉｄｑは、振幅演算器１０４にも入力されて、振幅演算器１０４は相電流の振幅ｉｎ（＝√（（２／３）・（ｉｄ^２＋ｉｑ^２）））を演算する。そして相電流演算器１０５は、振幅ｉｎおよび電流ベクトル位相θｉから、電流ベクトル位相θｉを基準とした再現相電流ｉｕｖｗＲＰ（ｉｕＲＰ、ｉｖＲＰ、ｉｗＲＰ）を、以下の式（１）により求める。

さらに、電流ベクトル位相θｉに基づきそれに同期した座標であるｄｑｉ座標へ変換する座標変換器（三相−ｄｑｉ変換器）１０６により、相電流ｉｕｖｗをｄｑｉ軸電流ｉｄｑｉ（ｉｄｉ、ｉｑｉ）に変換する。そして、交流電動機１の電圧方程式に従って電流から電圧を求めるモータ逆モデル演算器１０７は、以下の式（２）により、ｄｑｉ軸電流ｉｄｑｉからｄｑｉ軸電圧Ｖｄｑｉ（Ｖｄｉ、Ｖｑｉ）を求める。電流ベクトルの直交方向電圧成分Ｖｑｉが電圧誤差の特徴量となる。

但し、Ｒは交流電動機１の巻線抵抗、Ｌｄ、Ｌｑは交流電動機１のｄｑ軸インダクタンス、ｐは微分演算子を表す。微分演算に関してはローパスフィルタと組み合わせて擬似微分演算として実装するなど公知技術が多数存在し、それらを用いることができる。

次に、補正電圧調整部３００の動作の詳細について、図６に基づいて以下に説明する。なお、図６に示す構成は、一例でありこれに限るものでは無い。
図６に示すように、補正電圧調整部３００は、電流ベクトル位相θｉに基づきｄｑｉ座標へ変換する座標変換器（三相−ｄｑｉ変換器）３０１により、補正電圧Ｖｕｖｗｃをｄｑｉ軸電圧Ｖｄｑｉｃに変換して電流ベクトルの直交方向電圧成分Ｖｑｉｃを取得する。このｑｉ軸電圧Ｖｑｉｃと、同じく電流ベクトルの直交方向電圧成分である電圧誤差の特徴量Ｖｑｉとを乗算器３０２にて乗算して乗算結果３０２ａを得る。

乗算結果３０２ａは、第１調整部としての寄生容量調整器３０３および第２調整部としての振幅調整器３０４に入力される。寄生容量調整器３０３は補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きに相当する寄生容量Ｃを調整し、振幅調整器３０４は補正電圧Ｖｕｖｗｃの振幅αを調整する。寄生容量調整器３０３は乗算結果３０２ａに対して所定のゲインＫ１を乗じて所定の区間のみ積分調整を行うことで寄生容量Ｃを調整する。振幅調整器３０４は乗算結果３０２ａに対して所定のゲイン（−Ｋ２：Ｋ２＞０）を乗じて積分調整を行うことで振幅αを調整する。なお、振幅αおよび寄生容量Ｃの調整についての詳細は後述する。

上述したように、補正電圧演算部２００は、再現相電流ｉｕｖｗＲＰと振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算する。以下にその原理を説明する。
電力変換器３は三相のＰＷＭインバータにて構成されるものであり、図７〜図９を用いて１相分のインバータのスイッチング動作を説明する。図７は、寄生容量Ｃ１、Ｃ２（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ）を含む１相分のインバータ２０の回路図である。１相分のインバータ２０は、それぞれダイオードが逆並列接続された２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が直列接続されたレグが電圧Ｖｄｃの直流電源２１に並列接続されて構成される。２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点が交流出力端となり、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２には、寄生容量Ｃ１、Ｃ２が並列に存在する。

簡単のために電流ｉが正の場合を考える。寄生容量Ｃ１、Ｃ２を含むインバータ２０のモデルでは、例えば、スイッチング素子Ｓ２がＯＦＦすると共にスイッチング素子Ｓ１がＯＮするタイミングで、次のように動作する。即ち、図８に示すように、スイッチング素子Ｓ１がＯＮになっても寄生容量Ｃ１に充電が完了するまでは、電圧が電源電圧Ｖｄｃまで上がらず、スイッチング素子Ｓ２がＯＦＦしても寄生容量Ｃ２の放電が完了するまでは電圧が０にはならない。このときの出力電圧の挙動について図９を用いて説明する。
図９に示すように、正側のスイッチング素子Ｓ１への電圧指令であるＰ指令ＶＰと、負側のスイッチング素子Ｓ２への電圧指令であるＮ指令ＶＮとがデッドタイムＴｄを設けて与えられる。この場合、理想出力電圧Ｖｏｕｔ−ａのような出力電圧が理想的には得られるものである。しかし、出力電圧には、立ち上がりタイミングの遅れ時間Ｔｄｒと、立ち下りタイミングの遅れ時間Ｔｄｆとがある。さらに実際に電圧が立ち上がり始めてから寄生容量Ｃに充電完了するまでの電圧Ｖｒ（ｉ）と、電圧が立ち下り始めてから寄生容量Ｃが放電完了するまでの電圧Ｖｆ（ｉ）とがある。これらを考慮すると、実際の出力電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔ−ｂのような電圧波形となる。

出力電圧の立ち上がり時と立ち下がり時との遅れ時間Ｔｄｒ、Ｔｄｆは異なり、電圧Ｖｒ（ｉ）、電圧Ｖｆ（ｉ）も異なる。電圧Ｖｒ（ｉ）、電圧Ｖｆ（ｉ）は、それぞれ電流に依存して複雑に変化する場合も多く正確に定式化することは困難である。
このため、電圧Ｖｒ（ｉ）、電圧Ｖｆ（ｉ）を個別に考慮せず、Ｖｒ（ｉ）＋Ｖｆ（ｉ）の総量を考える。即ち、充放電電圧Ｖｐ（ｉ）＝Ｖｒ（ｉ）＋Ｖｆ（ｉ）とし、充電は一瞬で完了し、一定電流ｉ／２にて線形に放電される出力電圧モデル（出力電圧Ｖｏｕｔ−ｍｄ）を考える。
この時、Ｖｐ（ｉ）は、図１０に示す三角形の面積Ｓで表される。
放電時間ｔ１＝（Ｃ・Ｖｄｃ）／（［ｉ］／２）
であり、
Ｓ＝Ｖｄｃ・ｔ１・（１／２）＝（Ｃ・Ｖｄｃ^２）／［ｉ］
となる。

このような面積Ｓの三角形が、半周期でキャリア周波数ｆｃ回現れることから、Ｖｐ（ｉ）は以下の式（３）で表される。
Ｖｐ（ｉ）＝Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／［ｉ］ ・・・（３）

出力電圧の電圧誤差は、上記放電時間ｔ１がデッドタイムＴｄ以下の場合と、デッドタイムＴｄより長い場合との二つの状況に分けて考える。
まず、放電時間ｔ１がデッドタイムＴｄ以下、即ち、
（Ｃ・Ｖｄｃ）／（［ｉ］／２）≦Ｔｄ、の場合、
電圧誤差は、図３で示す誤差電圧Ｑと上記式（３）によるＶｐ（ｉ）とを加算したものとなる。そして、立ち上がり時と立ち下がり時との遅れ時間Ｔｄｒ、Ｔｄｆによる電圧誤差も存在するため、これらを適応的に調整するパラメータとして振幅αを導入すると、電圧誤差Ｖｕｖｗｅｒは、以下の式（４）で表される。
［Ｖｕｖｗｅｒ］
＝α（Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ・（−ｓｇｎ（［ｉ］））＋Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／［ｉ］）
・・・（４）

次に、放電時間ｔ１がデッドタイムＴｄより長い、即ち、
（Ｃ・Ｖｄｃ）／（［ｉ］／２）＞Ｔｄ、の場合、
Ｖｐ（ｉ）の三角形がデッドタイムＴｄ区間に収まりきれずに一部が欠けて台形状になるが、定式化することは難しい。このため、上記式（４）で示す電圧誤差と滑らかに切り替えられる電圧誤差Ｖｕｖｗｅｒを設定する。

そして、電圧誤差Ｖｕｖｗｅｒを補償するための補正電圧Ｖｕｖｗｃは、電圧誤差を極性反転して得るため、補正電圧Ｖｕｖｗｃは、以下の式（５）で求められる。
［Ｖｕｖｗｃ］
（｜［ｉ］｜≧ｉｔｈ）のとき
＝α（Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ・ｓｇｎ（［ｉ］）−Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／［ｉ］）
（｜［ｉ］｜＜ｉｔｈ）のとき
＝α（Ｔｄ^２・ｆｃ／４Ｃ）・［ｉ］）
但し、ｉｔｈ＝２Ｃ・Ｖｄｃ／Ｔｄ
・・・（５）

以上のように、補正電圧演算部２００は、再現相電流ｉｕｖｗＲＰである［ｉ］と、振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、上記式（５）を用いて各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算する。

次に、補正電圧調整部３００による振幅αおよび寄生容量Ｃの調整について図１１〜図１３に基づいて以下に説明する。
上述したように、実際のＴｄ外乱電圧は、矩形波状の角が取れて、電流が０を通過する０クロス位相を挟む微小な位相区間に傾きを持つような滑らかな台形波状のものとなる（図４参照）。交流電動機１に出力される電圧に補正しきれずに電圧誤差が残留するものとして、出力電圧を電流ベクトル位相θｉを基準としてそれに同期した方向と直交する方向とに回転座標変換を行えば、図１１に示すように、電流ベクトル直交方向（ｑｉ方向）の電圧成分Ｖｑｉは０ではなくノコギリ波状となる。このノコギリ波状のｑｉ軸電圧成分Ｖｑｉが０に近ければ、残留電圧誤差が殆ど無く、デッドタイムＴｄによる電圧誤差は精度良く補正されていると判断できる。

そこで、図１２、図１３に示すように、フーリエ解析の信号処理を適用して、対象信号として電圧誤差の特徴量であるｑｉ軸電圧Ｖｑｉ、基底信号として残留電圧誤差に同期した信号である補正電圧Ｖｕｖｗｃのｑｉ軸電圧Ｖｑｉｃを設定する。そして、ｑｉ軸電圧Ｖｑｉに含まれる残留電圧誤差成分を抽出して残留電圧誤差を打ち消す。
図１２に示すように、補正電圧Ｖｕｖｗｃのパラメータである振幅αの過不足は、Ｖｑｉの極性を含む振幅そのものに現れる。したがって乗算器３０２による乗算結果３０２ａを振幅調整器３０４にて積分すればαを求めることができる。このαを補正電圧演算部２００にフィードバックするループを構成し、振幅調整器３０４での積分調整ゲイン（−Ｋ２）は負であるため、残留電圧誤差を低減するようにαは調整される。残留電圧誤差が無くなるとαは変化しない。

また、寄生容量Ｃは補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きに関わるパラメータであり、その過不足は、図１３に示すように、Ｖｑｉにおける０クロス区間（０クロス点を挟む区間）での傾きに現れる。Ｖｑｉの０クロス点は、電気角一周期に６回現れる三相電流の０クロス点である。即ち、Ｖｑｉの０クロス区間の傾きは、電流０クロス位相を挟む位相区間におけるＶｑｉの０クロス区間の傾きである。

したがって乗算器３０２による乗算結果３０２ａを、寄生容量調整器３０３にて、電流０クロス位相を挟む所定の位相区間Ｔｉだけ積分すればＣを求めることができる。位相区間Ｔｉは、電流０クロス位相付近の傾きが反映される位相区間であり、図１３に示すように、Ｖｑｉの時間変化率のより急峻である位相区間である。この場合、ピークｔｏピークの位相区間の小さい方を位相区間Ｔｉとして選択する。そして、寄生容量調整器３０３を位相区間Ｔｉにおいて動作させればよい。

また、位相区間としてピークｔｏピーク区間の全てを選択しなくても良く、誤動作を防止するため、一方のピーク値の半分から他方のピーク値の半分までの位相区間、または、一方のピーク値の１／４から他方のピーク値の１／４までの位相区間などでも良い。そして選択された位相区間において寄生容量調整器３０３を動作させるよう設定する。
この積分結果にゲインＫ１を乗じて調整されたＣは、補正電圧演算部２００にフィードバックされる。残留電圧誤差を低減するように振幅αを調整しているため、寄生容量Ｃの調整では、適切な応答で動作するような調整となる。

このように、残留電圧誤差を打ち消すように補正電圧Ｖｕｖｗｃの振幅αを調整すると共に、補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾き調整を積分区間を区切った寄生容量Ｃの調整により行う。これにより、補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きは、電流０クロス位相を挟む微小な位相区間のＴｄ外乱電圧の傾きに一致するように調整される。
上述の通り、補正すべきＴｄ外乱電圧は図４に示すような滑らかな台形状の波形であり、生成すべき補正電圧もまた同様の形状となる。この実施の形態においては、補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きと振幅とを個別に調整することが可能である。このため、台形状波形をより正確に調整し、電流０クロス位相付近でのスパイク状の出力電圧誤差の発生を防止し、出力電圧誤差を高精度に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２による交流電動機の制御装置を説明する。
上記実施の形態１では、補正電圧演算部２００は、再現相電流ｉｕｖｗＲＰである［ｉ］と、振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、上記式（５）を用いて各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算したが、この実施の形態２では別の演算により補正電圧Ｖｕｖｗｃを求める。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。

上述したように、インバータの出力電圧には、立ち上がり時と立ち下がり時との遅れ時間Ｔｄｒ、Ｔｄｆと、さらに寄生容量Ｃに充放電完了するまでの電圧Ｖｒ（ｉ）、Ｖｆ（ｉ）とがある（図９参照）。この場合、出力電圧モデルとして出力電圧を、矩形波成分である、
（Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ＋（Ｔｄｒ−Ｔｄｆ）・ｆｃ・Ｖｄｃ）
＝（Ｔｄ＋Ｔｄｒ−Ｔｄｆ）・ｆｃ・Ｖｄｃ
と、残りの成分である上記式（３）で示すＶｐ（ｉ）とに分けて考える。

振幅αを、矩形波成分のみを調整するパラメータとして考えると、補正電圧Ｖｕｖｗｃは、以下の式（６）で与えることができる。
［Ｖｕｖｗｃ］
＝α・Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ・ｓｇｎ（［ｉ］）−Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／（［ｉ］＋ｉｘ）
・・・（６）
ここで、ｉｘは電流ｉが０のときに補正電圧Ｖｕｖｗｃを０とするような補正項で、以下のように定義される。
ｉｘ＝Ｃ・Ｖｄｃ／（α・Ｔｄ）

また補正電圧Ｖｕｖｗｃに以下の式（７）を用いることで、電流符号に応じて同じ絶対値で極性を変化させることができる。
［Ｖｕｖｗｃ］
（｜［ｉ］｜≧０）のとき
＝α・Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ・ｓｇｎ（［ｉ］）−Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／（［ｉ］＋ｉｘ）
（｜［ｉ］｜＜０）のとき
＝α・Ｔｄ・ｆｃ・Ｖｄｃ・ｓｇｎ（［ｉ］）−Ｃ・Ｖｄｃ^２・ｆｃ／（［ｉ］−ｉｘ）
但し、ｉｘ＝Ｃ・Ｖｄｃ／（α・Ｔｄ）
・・・（７）

この実施の形態では、上記実施の形態１に比べ、補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算する演算負荷が大きくなるが、振幅αを、矩形波成分のみを調整するパラメータとしたため、補正電圧Ｖｕｖｗｃを高精度に求めることができ、出力電圧誤差をさらに高精度に抑制できる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３による交流電動機の制御装置を説明する。図１４は、実施の形態３による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
制御装置１０Ａは、通常モードと、パラメータ調整モードとの２種の動作モードを備えて動作するもので、電力変換器３と、相電流検出器４と、電圧誤差特徴量抽出部１００と、補正電圧演算部２００および加算器２１０から成る補正部２２０と、補正電圧調整部３００Ａと、パラメータ取得用指令生成器４００と、指令切替器４１０と、パラメータ記憶部５００とを備える。さらに、制御装置１０Ａは、パラメータ調整モードとしての動作を行った後に通常モードへと移行するシーケンスを備えている。
補正電圧調整部３００Ａ、パラメータ取得用指令生成器４００、指令切替器４１０およびパラメータ記憶部５００以外の構成および動作は上記実施の形態１と同様である。

また、この実施の形態３におけるハードウェア構成も、図２で示したものと同様である。この場合、電圧誤差特徴量抽出部１００、補正部２２０、補正電圧調整部３００Ａ、パラメータ取得用指令生成器４００、指令切替器４１０およびパラメータ記憶部５００の機能は、記憶装置１３から読み出されたプログラムがプロセッサ１２上で実行されることにより実現される。

図１５は、パラメータ調整モードでの制御装置１０Ａの動作を説明するブロック図であり、図１６は、通常モードでの制御装置１０Ａの動作を説明するブロック図である。
パラメータ調整モードでは、指令切替器４１０がパラメータ取得用指令生成器４００からの出力である電圧指令Ｖｕｖｗ＊＊を選択する。パラメータ取得用指令生成器４００は、補正電圧Ｖｕｖｗｃのパラメータである振幅αと寄生容量Ｃとを決定するための交流電動機１の制御パターンを記憶し、その制御パターンを実現可能な電圧指令Ｖｕｖｗ＊＊を生成して出力する。
そして、図１５に示すように、電圧誤差特徴量抽出部１００、補正部２２０および補正電圧調整部３００Ａは、上記実施の形態１と同様の動作により、振幅αおよび寄生容量Ｃを調整して補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算して電圧指令Ｖｕｖｗ＊＊を補正する。その際、補正電圧調整部３００Ａが出力する振幅αおよび寄生容量Ｃは、パラメータ記憶部５００にも入力され記憶される。

その後、パラメータである振幅αおよび寄生容量Ｃが収束すると、パラメータ調整モードから通常モードへと移行する。通常モードでは、指令切替器４１０が、外部から与えられる電圧指令Ｖｕｖｗ＊を選択し、補正電圧調整部３００Ａおよびパラメータ取得用指令生成器４００は機能を停止する。
そして、図１６に示すように、パラメータ記憶部５００は、パラメータ調整モードにおいて調整により収束した振幅αおよび寄生容量Ｃを補正電圧演算部２００へ出力する。補正電圧演算部２００は、上記実施の形態１と同様に、再現相電流ｉｕｖｗＲＰと振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算し、補正電圧Ｖｕｖｗｃは電圧指令Ｖｕｖｗ＊に加算される。

以上のように、この実施の形態３では、制御装置１０Ａは、通常モードと、パラメータ調整モードとの２種の動作モードを備えて動作するように構成したため、通常モードではパラメータ調整の演算が不要になる。このため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、演算負荷が低減する。

なお、この実施の形態においても、上記実施の形態２を適用して補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算しても良く、同様の効果が得られる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４による交流電動機の制御装置を説明する。
図１７は、実施の形態４による交流電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図であり、図１８は、制御装置内の補正電圧調整部を示す制御ブロック図である。
この実施の形態による制御装置１０Ｂは、補正電圧調整部３００Ｂが補正電圧Ｖｕｖｗｃのパラメータとして寄生容量Ｃのみを調整する。補正電圧演算部２００は、補正電圧調整部３００Ｂから寄生容量Ｃを取得し、振幅αについては、予め設定された値である振幅設定値を用い、再現相電流ｉｕｖｗＲＰと振幅αと寄生容量Ｃとに基づいて、各相の補正電圧Ｖｕｖｗｃを演算する。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
また、この実施の形態４におけるハードウェア構成も、図２で示したものと同様である。

図１８に示すように、補正電圧調整部３００Ｂは、電圧誤差特徴量抽出部１００から電流ベクトル位相θｉと電圧誤差の特徴量Ｖｑｉとが入力されると共に、補正電圧演算部２００から補正電圧Ｖｕｖｗｃが入力される。座標変換器（三相−ｄｑｉ変換器）３０１により、補正電圧Ｖｕｖｗｃをｄｑｉ軸電圧Ｖｄｑｉｃに変換して電流ベクトルの直交方向電圧成分Ｖｑｉｃを取得する。このｑｉ軸電圧Ｖｑｉｃと、同じく電流ベクトルの直交方向電圧成分である電圧誤差の特徴量Ｖｑｉとを乗算器３０２にて乗算して乗算結果３０２ａを得る。
乗算結果３０２ａは、寄生容量調整器３０３に入力され、寄生容量調整器３０３は補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きに相当する寄生容量Ｃを調整する。寄生容量調整器３０３は、乗算結果３０２ａに対して電流０クロス位相を挟む所定の位相区間Ｔｉだけ積分し所定のゲインＫ１を乗じて寄生容量Ｃを調整する。
なお、寄生容量Ｃを調整する手法は、上記実施の形態１と同様である。

このように、残留電圧誤差を打ち消すように補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾き調整を寄生容量Ｃの調整により行う。これにより、補正電圧Ｖｕｖｗｃの傾きは、電流０クロス位相を挟む微小な位相区間のＴｄ外乱電圧の傾きに一致するように調整される。このため、電流０クロス位相付近でのスパイク状の出力電圧誤差の発生を防止し、出力電圧誤差を高精度に抑制できる。また、振幅αの調整演算をせずに振幅設定値を用いるため、演算負荷が低減できる。

なお、この実施の形態においても、上記実施の形態３を適用して、通常モードと、パラメータ調整モードとの２種の動作モードで動作させても良く、さらに演算負荷が低減できる。この場合、パラメータ調整モードにおいて寄生容量Ｃの調整を行い、調整後の寄生容量Ｃを通常モードにおいて用いる。振幅αは双方の動作モードで同じ振幅設定値を用いる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 交流電動機、３ 電力変換器、４ 相電流検出器、１０，１０Ａ，１０Ｂ 制御装置、１００ 電圧誤差特徴量抽出部、１０１ 座標変換器、１０２ ローパスフィルタ、１０５ 相電流演算器、２００ 補正電圧演算部、２２０ 補正部、３００，３００Ａ，３００Ｂ 補正電圧調整部、３０３ 寄生容量調整器、３０４ 振幅調整器、１００ パラメータ取得用指令生成器、４１０ 指令切替器、５００ パラメータ記憶部。

Claims (10)

1. 交流電動機を駆動する電力変換器の電圧指令を生成して、上記交流電動機を制御する制御装置において、
   上記交流電動機の各相の相電流を検出する電流検出部と、
   上記電力変換器の出力電圧誤差を補償する補正電圧を演算して上記電圧指令を補正する補正部と、
   上記検出相電流に基づいて上記出力電圧誤差の特徴量を抽出する電圧誤差特徴量抽出部と、
   抽出された上記出力電圧誤差の特徴量に基づいて、上記補正電圧のパラメータを調整する補正電圧調整部とを備え、
   上記補正電圧調整部は、上記パラメータとして上記補正電圧の傾きに相当する第１パラメータである上記電力変換器内の寄生容量を調整する第１調整部を有し、
   上記補正部は、上記補正電圧調整部にて調整された上記パラメータを用いて上記補正電圧を演算する、
   交流電動機の制御装置。
2. 上記第１調整部は、上記検出相電流の０クロス位相を挟む位相区間において上記第１パラメータを演算して調整する、
   請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
3. 上記位相区間は、上記特徴量のピークｔoピーク区間のうち、時間変化率のより急峻な位相区間である、
   請求項２に記載の交流電動機の制御装置。
4. 上記補正部は、上記電力変換器のスイッチングのデッドタイムに起因する外乱電圧を上記出力電圧誤差として、該出力電圧誤差を補償するように上記補正電圧を演算する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。
5. 上記電圧誤差特徴量抽出部は、
   上記検出相電流を上記交流電動機の回転磁界上のｄｑ軸電流に変換し、
   上記ｄｑ軸電流をフィルタ処理して電流ベクトルの位相を求め、
   上記電流ベクトル位相に基づいて上記検出相電流から上記電流ベクトルの直交方向電流成分を検出し、該直交方向電流成分に基づいて上記電流ベクトルの直交方向電圧成分を上記特徴量として演算する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。
6. 上記電圧誤差特徴量抽出部は、さらに上記電流ベクトル位相に基づいて上記ｄｑ軸電流から相電流を再現し、再現された該相電流に基づいて上記補正部が上記補正電圧を演算する、
   請求項５に記載の交流電動機の制御装置。
7. 上記補正電圧調整部は、さらに、上記パラメータとして上記補正電圧の振幅に相当する第２パラメータを調整する第２調整部を有し、
   上記補正部は、上記補正電圧調整部にて調整された上記第１、第２パラメータを用いて上記補正電圧を演算する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。
8. 上記補正部は、上記補正電圧調整部にて調整された上記第１パラメータと、上記補正電圧の振幅設定値とを用いて上記補正電圧を演算する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。
9. 上記パラメータを保持する記憶部を備えると共に、通常モードと、パラメータ調整モードとの２種の動作モードを備え、
   上記パラメータ調整モードでは、上記補正電圧調整部が上記パラメータを調整すると共に調整された上記パラメータを上記記憶部に保持させ、
   上記パラメータの調整が終了すると、上記パラメータ調整モードから上記通常モードに切り替え、
   上記通常モードでは、上記補正電圧調整部の動作を停止し、上記補正部は上記記憶部から上記パラメータを取得して上記補正電圧を演算する、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。
10. 上記電力変換器を備え、上記電力変換器は上記電圧指令に応じた電圧を上記交流電動機に出力して該交流電動機を駆動する、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の交流電動機の制御装置。

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