JP7585151B2 - 電動機駆動制御装置および該方法ならびに電動機駆動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機の駆動を制御する電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法に関する。そして、本発明は、前記電動機駆動制御装置を備える電動機駆動制御システムに関する。

電気エネルギを機械エネルギへ変換する電動機は、様々な用途に利用されており、一般に、軸を有し前記軸回りに回転する回転子（ロータ）と、前記回転子に対し相対的に静止し前記回転子と磁気的に相互作用する固定子（ステータ）とを備え、回転変化する磁界（回転磁界）によって前記回転子を回転させる。このような電動機では、回転すると、固定子の磁石と回転子の磁石との位置関係が変化するため、トルクが脈動することがある。このような脈動トルク（トルク脈動）を低減するために、例えば、特許文献１や特許文献２に制御装置が提案されている。

この特許文献１に開示された電動機の制御装置は、電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記巻線に印加される印加電圧及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線にインバータを介して電圧を印加する電圧印加部と、を備える。この電圧印加部は、前記重畳後のｄｑ軸の電圧指令に対して、磁極位置に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令を算出する座標変換部と、前記３相の電圧指令のそれぞれと、キャリア波の三角波とを比較することによって、３相各相の矩形パルス波に応じた制御信号を出力するＰＷＭ制御部とを備えている。

前記特許文献２に開示されたモータ制御装置は、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と接続され、前記交流電力を用いて駆動する交流モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令に基づいて前記電力変換器の動作を制御するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記電流指令に脈動を重畳して前記電流指令を補正する電流指令補正部と、を備え、前記電流指令補正部は、前記交流モータの回転数に基づいて前記脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させる。

特開２０２０－１７８４３９号公報 特開２０２０－１８８５５５号公報

ところで、前記特許文献１では、脈動を抑制するための前記重畳後の電圧指令を、フィードバック制御を介さずに直接ＰＷＭ制御部に入力している。このため、脈動抑制部におけるゲインの設定が適切でない場合、制御系が不安定となる虞がある。

一方、前記特許文献２では、電流指令補正部が出力する指令電流値に、電流制御部の周波数応答性を超える周波数が含まれている場合、その指令値に追従した電流制御ができない。つまり、電流制御部の周波数応答性を超える高周波の脈動は、前記特許文献２に開示されたモータ制御装置では抑制することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より適切に脈動トルクを抑制できる電動機駆動制御装置、電動機駆動制御方法および前記電動機駆動制御装置を備える電動機駆動制御システムを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる電動機駆動制御装置は、電動機を制御する装置であって、時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定する脈動トルク推定部と、前記脈動トルク推定部で推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成する補償値生成部と、前記補償値生成部で生成した補償値に基づく制御指令値で前記電動機を制御して駆動する駆動制御部とを備え、前記脈動トルクは、前記電動機の円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む。

このような電動機駆動制御装置は、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定し、この推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成するので、電動機自体に生じる第１および第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む脈動トルクをより適切に抑制できる。

他の一態様では、上述の電動機駆動制御装置において、前記駆動制御部は、前記電動機の駆動電流を制御する電流制御系および前記電動機の速度を制御する速度制御系を含み、前記補償値生成部は、前記脈動トルクの周波数、前記電流制御系が前記脈動トルクに追従できる前記電流制御系の第１周波数帯域および前記速度制御系が前記脈動トルクに追従できる前記速度制御系の第２周波数帯域に基づいて前記補償値を生成するか否かを決定し、前記補償値を生成すると決定した場合に前記補償値を生成する。好ましくは、上述の電動機駆動制御装置において、前記補償値生成部は、第１に、前記脈動トルクにおける第１脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合および前記脈動トルクにおける第２脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合のうちのいずれでもない場合では、前記補償値を生成しないように決定し、第２に、前記脈動トルクにおける第１脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合および前記脈動トルクにおける第２脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合のうちの少なくともいずれかである場合であって、かつ、前記脈動トルクにおける第１脈動トルクの周波数が第２周波数帯域を超えている場合および前記脈動トルクにおける第２脈動トルクの周波数が第２周波数帯域を超えている場合のうちのいずれでもない場合では、前記駆動制御部の入力側で用いる前記補償値を生成するように決定し、第３に、前記脈動トルクにおける第１脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合および前記脈動トルクにおける第２脈動トルクの周波数が第１周波数帯域を超えている場合のうちの少なくともいずれかである場合であって、かつ、前記脈動トルクにおける第１脈動トルクの周波数が第２周波数帯域を超えている場合および前記脈動トルクにおける第２脈動トルクの周波数が第２周波数帯域を超えている場合のうちの少なくともいずれかである場合では、前記駆動制御部の出力に用いる前記補償値を生成するように決定する。好ましくは、前記駆動制御部は、制御目標に応じたフィードバック制御で前記電動機を制御する装置であって、前記制御目標に基づくｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部と、前記電流指令生成部で生成したｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記電動機に給電された電流値に対応するｄ軸電流値およびｑ軸電流値との各偏差を生成する偏差生成部と、前記偏差生成部で生成した各偏差に基づくｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する電流制御部とを備え、前記補償値生成部が前記駆動制御部の入力側で用いる前記補償値を生成するように決定した場合、前記電流制御部の入力に前記補償値が用いられ、前記駆動制御部の出力に用いる前記補償値を生成するように決定した場合、前記電流制御部の出力に前記補償値が用いられる。好ましくは、前記電動機は、永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）であり、ｄ軸の制御目標は、定数０であり、前記補償値生成部が前記駆動制御部の入力側で用いる前記補償値を生成するように決定した場合、前記補償値がｑ軸電流のみに対して用いられ、前記駆動制御部の出力に用いる前記補償値を生成するように決定した場合、前記補償値がｑ軸電圧のみに対して用いられる。好ましくは、前記永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）は、表面型永久磁石式同期電動機（ＳＰＭＳＭ）を含む。

このような電動機駆動制御装置は、前記脈動トルクの周波数、前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域に基づいて前記補償値を生成するか否かを決定するので、適切に前記補償値を生成できる。

他の一態様では、上述の電動機駆動制御装置において、前記補償値生成部は、前記補償値に基づく制御指令値に対応する電圧値が前記電動機に給電する電源における所定の出力電圧値を超える場合には、前記補償値を生成しない。

このような電動機駆動制御装置は、電源の定格電圧値以内で電動機を制御するので、制御の不安定化を回避できる。

本発明の他の一態様にかかる電動機駆動制御方法は、電動機を制御する方法であって、時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定する脈動トルク推定工程と、前記脈動トルク推定工程で推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を求める補償値処理工程と、前記補償値処理工程で求めた補償値に基づく制御指令値で前記電動機を制御して駆動する駆動制御工程とを備え、前記脈動トルクは、前記電動機の円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む。

このような電動機駆動制御方法は、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定し、この推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成するので、電動機自体に生じる第１および第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む脈動トルクをより適切に抑制できる。

本発明の他の一態様にかかる電動機駆動制御システムは、電動機と、前記電動機を制御する電動機駆動制御部とを備え、前記電動機駆動制御部は、これら上述のいずれかの電動機駆動制御装置である。

これによれば、これら上述のいずれかの電動機駆動制御装置を備えた電動機駆動制御システムが提供できる。このような電動機駆動制御システムは、これら上述のいずれかの電動機駆動制御装置を備えるので、電動機自体に生じる第１および第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む脈動トルクをより適切に抑制できる。

本発明にかかる電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法は、より適切に脈動トルクを抑制できる。本発明によれば、前記電動機駆動制御装置を備える電動機駆動制御システムが提供できる。

実施形態における電動機駆動制御システムの構成を示すブロック図である。 前記電動機駆動制御システムにおけるインバータ回路の構成を示す回路図である。 電流制御系のブロック図である。 速度制御系のブロック図である。 前記電動機駆動制御システムにおける動作を示すフローチャートである。 変形形態における電動機駆動制御システムにおける動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態における電動機駆動制御システムは、電動機を、制御しつつ、駆動するシステムであり、例えば、電動機と、前記電動機を制御する電動機駆動制御部とを備える、この電動機駆動制御部は、時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定する脈動トルク推定部と、前記脈動トルク推定部で推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成する補償値生成部と、前記補償値生成部で生成した補償値に基づく制御指令値で前記電動機を制御して駆動する駆動制御部とを備える、ここで、前記脈動トルクは、前記電動機の円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む。以下、このような電動機駆動制御部とを備える電動機駆動制御システムについて、より具体的に説明する。

図１は、実施形態における電動機駆動制御システムの構成を示すブロック図である。図２は、前記電動機駆動制御システムにおけるインバータ回路の構成を示す回路図である。図３は、電流制御系のブロック図である。図４は、速度制御系のブロック図である。

実施形態における電動機駆動制御システムＳは、例えば、図１に示すように、電動機Ｍと、インバータ回路ＩＶと、ＰＷＭ変調器ＰＷと、２相３相変換部ＣＶ１と、駆動制御部ＤＣと、３相２相変換部ＣＶ２と、回転速度処理部ＲＳＣと、電流測定部ＣＳと、回転角度測定部ＶＳと、脈動トルク推定部ＰＴと、補償値生成部ＣＶとを備える。

電動機Ｍは、インバータ回路ＩＶに接続され、インバータ回路ＩＶの交流出力で駆動される電動機である。例えば、電動機Ｍは、インバータ回路ＩＶから出力されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流電力で駆動される同期電動機、より具体的には、本実施形態では表面型永久磁石式同期電動機（Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔｅｄ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ、ＳＰＭＳＭ）であり、その速度制御を対象としている。なお、電動機Ｍは、これに限定されるものではなく、例えば、例えば、誘導電動機（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ、ＩＭ）やＳＲモータ(Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ、ＳＲＭ）等の他の種類であってもよい。

ＰＷＭ変調器ＰＷは、変更可能なパスル幅で矩形波を出力する回路であり、インバータ回路ＩＶは、直流電力を交流電力に変換する回路であり、本実施形態では、ＰＷＭ変調器ＰＷおよびインバータ回路ＩＶにより、三相交流電力で電動機を駆動する、いわゆる３相ＰＷＭインバータモータドライバが構成される。これらＰＷＭ変調器ＰＷおよびインバータ回路ＩＶは、２相３相変換部ＣＶ１を介して駆動制御部ＤＣに接続され、駆動制御部ＤＣの制御に従って、直流電源Ｖｄｃからの直流電力を、所定の周波数の交流電力へ変換する。より具体的には、ＰＷＭ変調器ＰＷは、駆動制御部ＤＣの制御に従った周波数およびパルス幅の矩形波を制御信号（ＩＶ制御信号）としてインバータ回路ＩＶへ出力する回路である。インバータ回路ＩＶは、ＰＷＭ変調器ＰＷに接続され、ＰＷＭ変調器ＰＷからのＩＶ制御信号に従って、直流電源Ｖｄｃの直流電力を、所定の周波数の交流電力へ変換する回路である。インバータ回路ＩＶは、例えば、図２に示すように、直列に接続された２個のスイッチング素子Ｔｒを１組として、互いに並列に接続された３組Ｔｒ１、Ｔｒ４；Ｔｒ２、Ｔｒ５；Ｔｒ３、Ｔｒ６を備える。より具体的には、インバータ回路ＩＶは、６個の第１ないし第６スイッチングＴｒ１～Ｔｒ６を備える。これら第１ないし第６スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の、オンオフするスイッチ機能を持つ電力用半導体素子である。第１ないし第３スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ３の各一方端子（例えば各コレクタ端子）は、それぞれ、直流電源Ｖｄｃの一方端子に接続される。第１スイッチング素子Ｔｒ１の他方端子（例えばエミッタ端子）は、第４スイッチング素子Ｔｒ４の一方端子（例えば各コレクタ端子）に接続される。第２スイッチング素子Ｔｒ２の他方端子（例えばエミッタ端子）は、第５スイッチング素子Ｔｒ５の一方端子（例えば各コレクタ端子）に接続される。第３スイッチング素子Ｔｒ３の他方端子（例えばエミッタ端子）は、第６スイッチング素子Ｔｒ６の一方端子（例えば各コレクタ端子）に接続される。これら第４ないし第６スイッチング素子Ｔｒ４～Ｔｒ６の各他方端子（例えば各エミッタ端子）は、それぞれ、直流電源Ｖｄｃの他方端子に接続される。これら第１ないし第６スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６における、スイッチング素子ＴｒをオンオフするためのＩＶ制御信号が入力される各制御端子（例えばゲート端子）は、ＰＷＭ変調器ＰＷに接続される。これら第１ないし第６スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６それぞれにおいて、その一方端子と他方端子との各間それぞれには、他方端子にアノード端子を接続した各ダイオードＤ１～Ｄ６が接続される。そして、第１スイッチング素子Ｔｒ１と第４スイッチング素子Ｔｒ４とを接続する第１接続点は、例えばＵ相の交流電流を出力し、電動機ＭのＵ相を接続する入力端子に接続される。第２スイッチング素子Ｔｒ２と第５スイッチング素子Ｔｒ５とを接続する第２接続点は、例えばＶ相の交流電流を出力し、電動機ＭのＶ相を接続する入力端子に接続される。第３スイッチング素子Ｔｒ３と第６スイッチング素子Ｔｒ６とを接続する第３接続点は、例えばＷ相の交流電流を出力し、電動機ＭのＷ相を接続する入力端子に接続される。このような構成では、インバータ回路ＩＶは、いわゆる２レベル３相インバータ回路であり、各組の一方のスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３と他方のスイッチング素子Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６とは、互いに逆のスイッチング態様（一方がオンの場合には他方がオフで、一方がオフの場合には他方がオンである態様）となるように、ＰＷＭ変調器ＰＷからのＩＶ制御信号に従って制御され、直流電源Ｖｄｃの直流電力を変換してＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相の交流電流を電動機Ｍへ出力する。

電流測定部ＣＳは、３相２相変換部ＣＶ２に接続され、インバータ回路ＩＶから電動機Ｍへ流れる電流、本実施形態では、Ｕ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流それぞれを測定し、その各測定結果を３相２相変換部ＣＶ２へ出力する装置である。電流測定部ＣＳは、例えば交流電流計を備えて構成される。

回転角度測定部ＶＳは、２相３相変換部ＣＶ１、３相２相変換部ＣＶ２、回転速度処理部ＲＳＣおよび脈動トルク推定部ＰＴそれぞれに接続され、電動機Ｍにおける磁極位置を角度で測定し、その測定結果（回転角度、電気角（＝機械角／電動機Ｍの極対数））を２相３相変換部ＣＶ１、３相２相変換部ＣＶ２、回転速度処理部ＲＳＣおよび脈動トルク推定部ＰＴそれぞれに出力する装置である。回転角度測定部ＶＳは、例えば、ロータリエンコーダ（パルスジェネレータ）や、ホールＩＣ等を備えて構成される。なお、センサレスの場合には、回転角度測定部ＶＳは、電動機Ｍのモデルを用いて電流および電圧から電動機Ｍの回転角度を求めてもよい。

２相３相変換部ＣＶ１は、駆動制御部ＤＣに接続され、回転角度測定部ＶＳから入力された測定結果（回転角度）および駆動制御部ＤＣで生成された電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊から、この電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊に対応するＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流をインバータ回路ＩＶから出力するようにＰＷＭ変調器ＰＷを制御するための制御信号（ＰＷＭ制御信号）を求め、このＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調器ＰＷへ出力するものである。

３相２相変換部ＣＶ２は、駆動制御部ＤＣに接続され、電流測定部ＣＳから入力された測定結果（Ｕ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流）および回転角度測定部ＶＳから入力された測定結果（回転角度）から、いわゆるクラーク（Ｃｌａｒｋｅ）変換およびパーク（Ｐａｒｋ）変換によって、励磁電流（ｄ軸電流）ｉ_ｄおよびトルク分電流（ｑ軸電流）ｉ_ｑを求め、この求めたｄ軸電流ｉ_ｄおよびｑ軸電流ｉ_ｑを駆動制御部ＤＣへ出力するものである。

回転速度処理部ＲＳＣは、駆動制御部ＤＣに接続され、回転角度測定部ＶＳから入力された測定結果（回転角度）から、電動機Ｍの回転速度ω_ｍを求め、この求めた回転速度ω_ｍを駆動制御部ＤＣへ出力するものである。例えば、回転角度測定部ＶＳで測定された回転角度θ_ｅを時間微分して電動機Ｍの極対数ｐの逆数を乗じることによって回転速度ω_ｍが求められる。

駆動制御部ＤＣは、補償値生成部ＣＶで後述のように生成した補償値に基づく制御指令値で電動機Ｍを制御して駆動するものである。より具体的には、駆動制御部ＤＣは、制御目標に応じたフィードバック制御で電動機Ｍを制御する装置であって、前記制御目標に基づくｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部ＧＩｄ、ＧＩｑと、前記電流指令生成部ＧＩｄ、ＧＩｑで生成したｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と前記電動機Ｍに給電された電流値に対応するｄ軸電流値およびｑ軸電流値との各偏差を、前記ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値から前記ｄ軸電流値およびｑ軸電流値をそれぞれ減算することによって生成する偏差生成部ＳＭ２ｄ、ＳＭ２ｑと、前記偏差生成部ＳＭ２ｄ、ＳＭ２ｑで生成した各偏差に基づくｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を例えばいわゆるＰＩ制御で生成する電流制御部ＧＶｄ、ＧＶｑとを備える。本実施形態では、電動機Ｍは、永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）、より具体的には、表面型永久磁石式同期電動機（ＳＰＭＳＭ）であるので、トルクに寄与するのは、ｑ軸のみであり、ｄ軸の制御目標は、常に、定数０となり、ｄ軸の電流指令生成部ＧＩｄは、図１に示すように、省略される。したがって、このｄ軸の制御目標０は、ｄ軸の偏差生成部ＳＭ２ｄに入力される。ｑ軸の電流指令生成部ＧＩｑは、図１に示すように、制御目標ω_ｍ ^＊（ｋ）と回転速度処理部ＲＳＣで求めた電動機Ｍの回転速度ω_ｍとの偏差を、前記制御目標ω_ｍ ^＊（ｋ）から前記電動機Ｍの回転速度ω_ｍを減算することによって求める偏差生成部ＳＭ１ｑと、前記偏差生成部ＳＭ１ｑで求めた偏差に応じたｑ軸電流指令値を例えばＰＩ制御で生成する生成部ＰＩとを備える。

このような構成の駆動制御部ＤＣは、電動機Ｍの駆動電流を制御する電流制御系および前記電動機Ｍの速度を制御する速度制御系を含んでいる。

脈動トルク推定部ＰＴは、補償値生成部ＣＶに接続され、時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定するものである。前記脈動トルクは、例えば、前記電動機Ｍの円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含む。本実施形態では、次式１のように、第１および第２脈動トルクｐ_ｎ、Ｔ_ｃｏｇ、の両方を含むように脈動トルクＴ_ｄｉｓｔがモデル化されるが、例えば電動機駆動制御システムＳの仕様等に応じて、一方が省略されて脈動トルクＴ_ｄｉｓｔがモデル化されてもよい。

ここで、ｉ_ｄ（ｋ）は、ｋ番目の制御におけるｄ軸電流であり、ｉ_ｑ（ｋ）は、ｋ番目の制御におけるｑ軸電流であり、θ_ｅ（ｋ）は、ｋ番目の制御における電動機Ｍの回転角度である。φ_ｄｈ（θ_ｅ）は、ｄ軸上の鎖交磁束の高調波成分であり、φ_ｑｈ（θ_ｅ）は、ｑ軸上の鎖交磁束の高調波成分である。この式１の第１項は、前記第１脈動トルクｐ_ｎを表し、前記式１の第２項は、前記第２脈動トルクＴ_ｃｏｇを表している。この第１脈動トルクｐ_ｎは、例えば、電動機Ｍの円周方向における起磁力分布がサインカーブとなる理想状態からのズレによって生じる。

この第１脈動トルクｐ_ｎにおけるφ_ｄｈ（θ_ｅ）およびφ_ｑｈ（θ_ｅ）は、例えば、無負荷で前記電動機Ｍを駆動して得られた逆起電圧値ν_ｄ、ν_ｑを検出して次式２に用いることによって求められ、これによって第１脈動トルクｐ_ｎが求められる。Ψは、電動機Ｍにおける永久磁石の差交磁束である。あるいは、例えば、φ_ｄｈ（θ_ｅ）およびφ_ｑｈ（θ_ｅ）は、同様の駆動状態を模擬したシミュレーションによって、もしくは、いわゆるＦＥＭ解析から求められる。

この第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、例えば、同様に、無負荷で前記電動機Ｍを駆動して得られた推力値を検出することによって求められる。あるいは、例えば、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、同様の駆動状態を模擬したシミュレーションによって、もしくは、いわゆるＦＥＭ解析から求められる。

本実施形態では、電動機Ｍの回転角度θ_ｅ（ｋ）に依存して変化する脈動トルクＴ_ｄｉｓｔが上述の式１の脈動モデルによって推定され、この推定された脈動トルクＴ_ｄｉｓｔを打ち消す補償値を制御指令に加えることで、脈動トルクＴ_ｄｉｓｔが抑制される。ここで、回転角度測定部ＶＳにより検出した回転角度θ_ｅ（ｋ）から推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓｔは、現在での回転角度θ_ｅ（ｋ）で発生する脈動トルクＴ_ｄｉｓｔの推定値であり、実際には、補償値を生成するための処理時間が必要となるので、少なくとも１制御周期の前記処理時間が経過しているため、脈動トルクＴ_ｄｉｓｔの推定値と実際に発生する脈動トルクＴ_ｄｉｓｔとの間で前記処理時間の遅れが生じ、この遅れに起因する不整合がこれら両者間に生じる。特に、高速で回転している場合は、この不整合が制御に大きく影響し、脈動トルクＴ_ｄｉｓｔの抑制が難しくなる。脈動トルクＴ_ｄｉｓｔを抑制するためには、この遅れを補償する必要があり、本実施形態では、脈動トルクＴ_ｄｉｓｔの推定に用いる回転角度θ_ｅ（ｋ）の遅れが補償される。本実施形態では、前記遅れ（前記処理時間）が１制御周期Ｔ_ｓの時間とされ、１制御周期Ｔ_ｓの時間だけ経過した回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）が次式３によって推定され、この回転角度の推定値θ_ｅ（ｋ＋１）を、脈動トルクＴ_ｄｉｓｔの推定に用いることによって、前記遅れが補償される。なお、現在、ｋ番目の制御の場合、（ｋ＋１）、（ｋ＋２）、（ｋ＋３）、・・・は、予測値であることを表している。

したがって、本実施形態では、脈動トルク推定部ＰＴは、回転角度測定部ＶＳに接続され、回転角度測定部ＶＳで測定した電動機Ｍの回転角度θ_ｅ（ｋ）に基づいて、１制御周期Ｔ_ｓの時間だけ経過した回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）を上記式３によって推定する回転角度推定部ＤＡと、前記回転角度推定部ＤＡに接続され、前記回転角度推定部ＤＡで推定した１制御周期Ｔ_ｓ後の回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）に基づいて第１脈動トルクｐ_ｎを推定する、上記式１の第１項に相当する第１脈動トルク推定部ＰＮと、前記回転角度推定部ＤＡに接続され、前記回転角度推定部ＤＡで推定した１制御周期Ｔ_ｓ後の回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）に基づいて第２脈動トルクＴ_ｃｏｇを推定する、上記式１の第２項に相当する第２脈動トルク推定部ＴＣと、前記第１脈動トルク推定部ＰＮで推定した第１脈動トルクｐ_ｎと前記第２脈動トルク推定部ＴＣで推定した第２脈動トルクＴ_ｃｏｇとを加算する加算部ＳＭとを備える。

補償値生成部ＣＶは、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成するものである。

本実施形態では、脈動トルクＴ_ｄｉｓの周波数が低い場合には、駆動制御部ＤＣ自体で脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すことができるので、このような場合には、補償値生成部ＣＶは、前記補償値を生成しない。より具体的には、駆動制御部ＤＣにおける電流および速度の各制御系の制御指令値を入力とする各閉ループ伝達関数が求められ、これらの各遮断周波数（カットオフ周波数）に応じて補償値の生成の可否および前記補償値の入力箇所が決定される。すなわち、補償値生成部ＣＶは、脈動トルクの周波数、駆動制御部ＤＣの前記電流制御系が前記脈動トルクに追従できる前記電流制御系の第１周波数帯域および前記駆動制御部ＤＣの前記速度制御系が前記脈動トルクに追従できる前記速度制御系の第２周波数帯域に基づいて前記補償値を生成するか否かを決定し、前記補償値を生成すると決定した場合に前記補償値を生成する。

より詳しくは、前記電流制御系は、例えば、図３に示すように近似され、制御目標のｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊と電動機Ｍのｑ軸電流ｉ_ｑとの偏差を、前記制御目標のｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊から前記電動機Ｍのｑ軸電流ｉ_ｑを減算することによって求める減算器１１と、前記減算器１１で求めた偏差に基づいて電動機Ｍをフィードバック制御する制御器１２と、前記制御器１２によって制御される電動機Ｍの電気回路１３とを備える。制御器１２は、例えば、ｋ_Ｐｉ＋ｋ_Ｉｉ／ｓで表され、電動機Ｍの電気回路１３は、例えば、１／（Ｌｓ＋Ｒ）で表される。

この前記電流制御系における制御目標のｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊から実電流ｉ_ｑまでの閉ループ伝達関数Ｇ_ｉｑ（ｓ）は、次式４で表され、例えば、ｋ_Ｐｉ＝ω_ｃｆｉ×Ｌとし、ｋ_Ｉｉ＝ｋ_Ｐｉ×（Ｒ／Ｌ）とすると、次式５で表される。

ここで、Ｌは、電動機Ｍの巻線のインダクタンスであり、Ｒは、電動機Ｍの巻線の抵抗であり、ω_ｃｆｉは、前記電流制御系の遮断周波数である。ｓは、ラプラス変換の演算子である。上述のｋ_Ｐｉ＝ω_ｃｆｉ×Ｌとし、ｋ_Ｉｉ＝ｋ_Ｐｉ×（Ｒ／Ｌ）のゲイン設定は、一例であり、この他のゲイン設定でも、上記式４から遮断周波数は、求められ得る。

上記式５から、前記電流制御系は、遮断周波数ω_ｃｆｉの１次遅れとなる。このため、遮断周波数ω_ｃｆｉ以下の周波数（第１周波数帯域ＦＷ１；０＜ＦＷ１≦ω_ｃｆｉ）では、この電流制御系は、制御対象の時間変化に追従でき、脈動トルクを打ち消すことができる。

同様に、前記速度制御系は、例えば、図４に示すように近似され、制御目標の回転速度ω_ｍ ^＊と電動機Ｍの回転速度ω_ｍとの偏差を、前記制御目標の回転速度ω_ｍ ^＊から前記電動機Ｍの回転速度ω_ｍを減算することによって求める減算器２１と、前記減算器２１で求めた偏差に基づいて電動機Ｍをフィードバック制御する制御器２２と、前記制御器２２によって制御される電動機Ｍの電気回路２３とを備える。制御器２２は、例えば、ｋ_Ｐｓ＋ｋ_Ｉｓ／ｓで表され、電動機Ｍの電気回路２３は、例えば、１／Ｊｓで表される。Ｊは、電動機Ｍの慣性モーメントである。外乱トルクＴ_ｄは、制御器２２の出力に混入される（加算される）。ただし、前記速度制御系の周波数応答は、前記電流制御系よりも十分に小さいと仮定された。

この前記速度制御系における制御目標の回転速度ω_ｍ ^＊から実回転速度ω_ｍまでの閉ループ伝達関数Ｇ_ｉｓ（ｓ）は、次式６で表され、例えば、ｋ_Ｐｓ＝ω_ｃｆｓ×Ｊとすると、次式７で表される。さらに、外乱トルクＴ_ｄから実回転速度ω_ｍまでの伝達関数は、次式８で表される。

上記式８から、遮断周波数ω_ｃｆｓ以下の周波数（第２周波数帯域ＦＷ２；０＜ＦＷ２≦ω_ｃｆｓ）では、この速度制御系は、制御対象の時間変化に追従でき、外乱トルクＴ_ｄ、すなわち、本実施形態では脈動トルクを打ち消すことができる。

一方、第１および第２脈動トルクｐ_ｎ、Ｔ_ｃｏｇは、電動機Ｍの回転速度に依存した周期で発生する。第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇは、その主成分をｍ次とすると、次式９で表される。なお、集中巻きの表面型永久磁石式同期電動機（ＳＰＭＳＭ）は、ｍ＝６であることが一般に知られている。第２脈動トルクＴ_ｃｏｇが生じる回転角度の周期は、次式１０で表され、回転速度から、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇは、次式１１で表される。なお、ｎ_ｓは、電動機Ｍのスロット数であり、ｌｃｍ（Ａ、Ｂ）は、ＡｔｏＢとの最小公倍数を求める演算子である。

以上から、第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが前記電流制御系の遮断周波数ω_ｃｆｉ以下の場合（２πｆ_ｍａｇ≦ω_ｃｆｉ）では、第１脈動トルクｐ_ｎは、この電流制御系で追従でき、第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが前記電流制御系の遮断周波数ω_ｃｆｉを超える場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉ）では、第１脈動トルクｐ_ｎは、駆動制御部ＤＣの入力側、図１に示す例では、電流制御部ＧＶｑの入力に補償値を用いて打ち消せばよい。第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが前記電流制御系の遮断周波数ω_ｃｆｉ以下の場合（２πｆ_ｃｏｇ≦ω_ｃｆｉ）では、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、この電流制御系で追従でき、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが前記電流制御系の遮断周波数ω_ｃｆｉを超える場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉ）では、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、駆動制御部ＤＣの入力側、図１に示す例では、電流制御部ＧＶｑの入力に補償値を用いて打ち消せばよい。同様に、第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが前記速度制御系の遮断周波数ω_ｃｆｓ以下の場合（２πｆ_ｍａｇ≦ω_ｃｆｓ）では、第１脈動トルクｐ_ｎは、この速度制御系で追従でき、第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが前記速度制御系の遮断周波数ω_ｃｆｓを超える場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓ）では、第１脈動トルクｐ_ｎは、駆動制御部ＤＣの出力、図１に示す例では、電流制御部ＧＶｑの出力に補償値を用いて打ち消せばよい。第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが前記速度制御系の遮断周波数ω_ｃｆｓ以下の場合（２πｆ_ｃｏｇ≦ω_ｃｆｓ）では、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、この速度制御系で追従でき、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが前記速度制御系の遮断周波数ω_ｃｆｓを超える場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓ）では、第２脈動トルクＴ_ｃｏｇは、駆動制御部ＤＣの出力、図１に示す例では、電流制御部ＧＶｑの出力に補償値を用いて打ち消せばよい。

したがって、補償値生成部ＣＶは、より詳しくは、図１に示すように、第１可変増幅部ＶＡ１と、第２可変増幅部ＶＡ２と、第１減算部ＳＭ３と、第２減算部ＳＭ４と、ゲイン制御部ＧＣとを備える。

第１可変増幅部ＶＡ１は、入力側で脈動トルク推定部ＰＴの加算部ＳＭに接続され、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓをゲインＫ_ＴＩで増幅することによって、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すための、ｑ軸電流指令値の補償値を生成するものである。第１可変増幅部ＶＡ１は、出力側で第１減算部ＳＢ３に接続され、ｄ軸電流指令値の補償値を第１減算部ＳＢ３に出力する。

第２可変増幅部ＶＡ２は、入力側で脈動トルク推定部ＰＴの加算部ＳＭに接続され、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓをゲインＫ_ＩＶで増幅することによって、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すための、ｑ軸電圧指令値の補償値を生成するものである。第２可変増幅部ＶＡ２は、出力側で第２減算部ＳＢ４に接続され、ｑ軸電圧指令値の補償値を第２減算部ＳＢ４に出力する。

第１減算部ＳＢ３は、偏差生成部ＳＭ２ｑと電流制御部ＧＶｑとの間に介装され、偏差生成部ＳＭ２ｑで生成した偏差から、第１可変増幅部ＶＡ１で生成したｑ軸電流指令値の補償値を減算するものである。減算することによって、第１可変増幅部ＶＡ１で生成したｑ軸電流指令値の補償値が、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すように、偏差生成部ＳＭ２ｑで生成した偏差に取り入れられる。

第２減算部ＳＢ４は、電流制御部ＧＶｑと２相３相変換部ＣＶ１との間に介装され、電流制御部ＧＶｑで生成したｑ軸電圧指令値から、第２可変増幅部ＶＡ２で生成したｄ軸電圧指令値の補償値を減算するものである。減算することによって、第２可変増幅部ＶＡ２で生成したｑ軸電圧指令値の補償値が、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すように、電流制御部ＧＶｑで生成したｑ軸電圧指令値に取り入れられる。

このように電流制御部ＧＶｑの入力に補償値を入力しても補償しきれない脈動トルクに対し、本実施形態では、電流制御部ＧＶｑの出力に補償値が、直接、入力される。

ゲイン制御部ＧＣは、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２それぞれに接続され、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２の各ゲインＫ_ＴＩ、Ｋ_ＩＶを制御するものである。

より具体的には、ゲイン制御部ＧＣは、第１に、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉ）のうちのいずれでもない場合では、駆動制御部ＤＣが追従できるので、前記補償値（ｑ軸電流指令値の補償値およびｑ軸電圧指令値の補償値）を生成しないように決定する。すなわち、ゲイン制御部ＧＣは、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２の各ゲインＫ_ＴＩ、Ｋ_ＩＶを０に制御する（Ｋ_ＴＩ＝０、Ｋ_ＩＶ＝０）。

ゲイン制御部ＧＣは、第２に、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉ）のうちの少なくともいずれかである場合であって、かつ、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓ）のうちのいずれでもない場合、前記駆動制御部ＤＣの入力側、図１に示す例では電流制御部ＧＶｑの入力に用いる前記補償値（ｑ軸電流指令値の補償値）を生成するように決定する。すなわち、ゲイン制御部ＧＣは、第１可変増幅部ＶＡ１のゲインＫ_ＴＩを後述のような値に制御し、第２可変増幅部ＶＡ２のゲインＫ_ＩＶを０に制御する（Ｋ_ＴＩ≠０、Ｋ_ＩＶ＝０）。これによって電流制御部ＧＶｑの入力にｑ軸電流指令値の補償値が用いられ、第１減算部ＳＢ３によって、偏差生成部ＳＭ２ｑで生成した偏差から、第１可変増幅部ＶＡ１で生成したｑ軸電流指令値の補償値が減算される。

ゲイン制御部ＧＣは、第３に、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉ）のうちの少なくともいずれかである場合であって、かつ、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓ）のうちの少なくともいずれかである場合、前記駆動制御部ＤＣの出力、図１に示す例では電流制御部ＧＶｑの出力に用いる前記補償値（ｑ軸電圧指令値の補償値）を生成するように決定する。すなわち、ゲイン制御部ＧＣは、第１可変増幅部ＶＡ１のゲインＫ_ＴＩを０に制御し、第２可変増幅部ＶＡ２のゲインＫ_ＩＶを後述のような値に制御する（Ｋ_ＴＩ＝０、Ｋ_ＩＶ≠０）。これによって電流制御部ＧＶｑの出力にｑ軸電圧指令値の補償値が用いられ、第２減算部ＳＢ４によって、電流制御部ＧＶｑで生成したｑ軸電圧指令値から、第２可変増幅部ＶＡ２で生成したｑ軸電圧指令値の補償値が減算される。

ここで、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２の各ゲインＫ_ＴＩ、Ｋ_ＩＶは、例えば、チューニングによって、求められて設定されてよいが、次式１２、次式１３によって求められてもよい。前記ゲインＫ_ＴＩを求める式１２は、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消す電流を、脈動トルク推定部ＰＴで推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓおよび電動機Ｍの特性パラメータｐ、Ψに基づいて求めるように、設定されている。前記ゲインＫ_ＩＶを求める式１３は、前記ゲインＫ_ＴＩを電圧に変換するように、設定されている。ここで、ｋ_ＴＩ、ｋ_ＩＶは、電動機Ｍにおける設計値と実機の値との差異や前記ゲインＫ_ＴＩを電圧に変換する際に巻き線のインダクタンスＬを考慮していないため、これらに起因するズレを調整するための調整パラメータであり、予め適宜に設定される。

このような脈動トルク推定部ＰＴ、補償値生成部ＣＶ、駆動制御部ＤＣ、２相３相変換部ＣＶ１、３相２相変換部ＣＶ２および回転速度処理部ＲＳＣは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリおよびその周辺回路を備えて構成されるマイクロプロセッサで構成可能であり、脈動トルク推定部ＰＴ、補償値生成部ＣＶ、駆動制御部ＤＣ、２相３相変換部ＣＶ１、３相２相変換部ＣＶ２および回転速度処理部ＲＳＣは、所定のプログラムの実行により、前記ＣＰＵに機能的に構成される。このときに、脈動トルク推定部ＰＴにおける回転角度推定部ＤＡ、第１脈動トルク推定部ＰＮ、第２脈動トルク推定部ＴＣおよび加算部ＳＭ、補償値生成部ＣＶにおけるゲイン制御部ＧＣ、第１可変増幅部ＶＡ１、第２可変増幅部ＶＡ２、第１減算部ＳＢ３および第２減算部ＳＢ４、ならびに、駆動制御部ＤＣにおける電流指令生成部ＧＩｑ（偏差生成部ＳＭ１ｑ、生成部ＰＩ）、偏差生成部ＳＭ２ｄ、ＳＭ２ｑおよび電流制御部ＧＶｄ、ＧＶｑは、前記ＣＰＵに機能的に構成される。

次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、前記電動機駆動制御システムにおける動作を示すフローチャートである。

このような電動機駆動制御システムＳでは、電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。そして、例えば、プログラムの実行によって、前記ＣＰＵには、脈動トルク推定部ＰＴ、補償値生成部ＣＶ、駆動制御部ＤＣ、２相３相変換部ＣＶ１、３相２相変換部ＣＶ２および回転速度処理部ＲＳＣが機能的に構成され、脈動トルク推定部ＰＴには、る回転角度推定部ＤＡ、第１脈動トルク推定部ＰＮ、第２脈動トルク推定部ＴＣおよび加算部ＳＭが機能的に構成され、補償値生成部ＣＶには、ゲイン制御部ＧＣ、第１可変増幅部ＶＡ１、第２可変増幅部ＶＡ２、第１減算部ＳＢ３および第２減算部ＳＢ４が機能的に構成され、駆動制御部ＤＣには、電流指令生成部ＧＩｑ（偏差生成部ＳＭ１ｑ、生成部ＰＩ）、偏差生成部ＳＭ２ｄ、ＳＭ２ｑおよび電流制御部ＧＶｄ、ＧＶｑが機能的に構成される。

そして、脈動トルクを打ち消すための制御に関し、図５に示す処理Ｓ１ないし処理Ｓ８の各処理が、電動機Ｍの駆動が停止されるまで、所定の制御周期Ｔ_ｓごとに繰り返し実行される。

図５において、電動機駆動制御システムＳは、脈動トルク推定部ＰＴの回転角度推定部ＤＡによって、回転角度測定部ＶＳから、電動機Ｍの回転角度θ_ｅ（ｋ）を取得する（Ｓ１）。

次に、電動機駆動制御システムＳは、回転角度推定部ＤＡによって、１制御周期Ｔ_ｓの時間だけ経過した回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）（次の制御タイミングでの回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）を推定する（Ｓ２）。

電動機駆動制御システムＳは、脈動トルク推定部ＰＴの第１脈動トルク推定部ＰＮによって、前記処理Ｓ２で回転角度推定部ＤＡによって推定した１制御周期Ｔ_ｓ後の回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）に基づいて第１脈動トルクｐ_ｎを推定し、脈動トルク推定部ＰＴの第２脈動トルク推定部ＰＮによって、前記回転角度θ_ｅ（ｋ＋１）に基づいて第２脈動トルクｐ_ｃｏｇを推定し、脈動トルク推定部ＰＴの加算部ＳＭによって、これら第１および第２脈動トルクｐ_ｎ、Ｔ_ｃｏｇを加算し、これによって脈動トルクＴ_ｄｉｓ（＝ｐ_ｎ＋Ｔ_ｃｏｇ）を推定する（Ｓ３）。この推定した脈動トルクは、加算部ＳＭから、補償値生成部ＣＶにおける第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２それぞれへ出力される。

次に、電動機駆動制御システムＳは、補償値生成部ＣＶのゲイン制御部ＧＣによって、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉ）、および、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第１周波数帯域ＦＷ１を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉ）のうちのいずれかであるか否かを判定する（Ｓ４）。この判定の結果、前記各場合のうちのいずれでもない場合（Ｎｏ）では、電動機駆動制御システムＳは、次に、処理Ｓ５を実行した後に、今回の制御タイミングでの本処理を終了する。一方、前記判定の結果、前記各場合のうちの少なくともいずれかである場合（Ｙｅｓ、２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉの場合、２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉの場合、２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉかつ２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉの場合のうちのいずれかである場合）では、電動機駆動制御システムＳは、次に、処理Ｓ６を実行する。

この処理Ｓ５では、電動機駆動制御システムＳは、補償値生成部ＣＶのゲイン制御部ＧＣによって、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２の各ゲインＫ_ＴＩ、Ｋ_ＩＶを０に制御する（Ｋ_ＴＩ＝０、Ｋ_ＩＶ＝０）。したがって、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓは、駆動制御部ＤＣによって低減される。

前記処理Ｓ６では、電動機駆動制御システムＳは、ゲイン制御部ＧＣによって、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第１脈動トルクｐ_ｎの周波数ｆ_ｍａｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓ）および前記脈動トルクＴ_ｄｉｓにおける第２脈動トルクＴ_ｃｏｇの周波数ｆ_ｃｏｇが第２周波数帯域ＦＷ２を超えている場合（２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓ）のうちのいずれであるか否かを判定する。この判定の結果、前記各場合のうちのいずれでもない場合（Ｎｏ）では、電動機駆動制御システムＳは、次に、処理Ｓ７を実行した後に、今回の制御タイミングでの本処理を終了する。一方、前記判定の結果、前記各場合のうちの少なくともいずれかである場合（Ｙｅｓ、２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓの場合、２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓの場合、２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｓかつ２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｓの場合のうちのいずれかである場合）では、電動機駆動制御システムＳは、次に、処理Ｓ８を実行した後に、今回の制御タイミングでの本処理を終了する。

この処理Ｓ７では、電動機駆動制御システムＳは、ゲイン制御部ＧＣによって、第１可変増幅部ＶＡ１のゲインＫ_ＴＩを前記式１２によって求め、この求めたゲインＫ_ＴＩになるように第１可変増幅部ＶＡ１を制御し、第２可変増幅部ＶＡ２のゲインＫ_ＩＶを０に制御する（Ｋ_ＴＩ≠０、Ｋ_ＩＶ＝０）。この処理Ｓ７の実行によって電流制御部ＧＶｑの入力にｑ軸電流指令値の補償値が用いられ、第１減算部ＳＢ３によって、偏差生成部ＳＭ２ｑで生成した偏差から、第１可変増幅部ＶＡ１で生成したｑ軸電流指令値の補償値が減算され、これにより、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓがこのｑ軸電流指令値の補償値によって低減される。

前記処理Ｓ８では、電動機駆動制御システムＳは、ゲイン制御部ＧＣによって、第１可変増幅部ＶＡ１のゲインＫ_ＴＩを０に制御し、第２可変増幅部ＶＡ２のゲインＫ_ＩＶを前記式１３によって求め、後述のような値に制御する（Ｋ_ＴＩ＝０、Ｋ_ＩＶ≠０）。なお、このゲインＫ_ＩＶを前記式１３によって求めるために前記式１２によってゲインＫ_ＴＩが求められるが、第１可変増幅部ＶＡ１のゲインＫ_ＴＩは、上述の通り、０に制御される。この処理Ｓ８の実行によって電流制御部ＧＶｑの出力にｑ軸電圧指令値の補償値が用いられ、第２減算部ＳＢ４によって、電流制御部ＧＶｑで生成したｑ軸電圧指令値から、第２可変増幅部ＶＡ２で生成したｑ軸電圧指令値の補償値が減算され、これにより、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓがこのｑ軸電圧指令値の補償値によって低減される。

以上説明したように、本実施形態における電動機駆動制御システムＳ、電動機駆動制御装置およびこれに実装された電動機駆動制御方法は、次の制御タイミングで生じる脈動トルクＴ_ｄｉｓを推定し、この推定した脈動トルクＴ_ｄｉｓを打ち消すための補償値を生成するので、電動機Ｍ自体に生じる第１および第２脈動トルクｐ_ｎ、Ｔ_ｃｏｇのうちの少なくとも一方、上述では両方を含む脈動トルクＴ_ｄｉｓをより適切に抑制できる。このため、上記電動機駆動制御システムＳ、電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法は、低振動や低騒音を実現でき、目標速度や目標位置により精度良く追従できる。

上記電動機駆動制御システムＳ、電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法は、前記脈動トルクＴ_ｄｉｓ、上述では第１および第２脈動トルクｐ_ｎ、Ｔ_ｃｏｇの各周波数ｆ_ｍａｇ、ｆ_ｃｏｇ、第１周波数帯域ＦＷ１および第２周波数帯域ＦＷ２に基づいて前記補償値を生成するか否かを決定するので、適切に前記補償値を生成できる。

前記特許文献１は、低速時では、脈動の周波数が小さく、電流制御部のみで脈動を抑制ができる場合でも、電圧指令の基本値に電圧指令補正値を重電する構成であり、ゲインの設定が適切でない場合、電圧指令補正値が外乱となってしまう虞もある。しかしながら、上記電動機駆動制御システムＳ、電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法は、前記処理Ｓ４において、２πｆ_ｍａｇ＞ω_ｃｆｉおよび２πｆ_ｃｏｇ＞ω_ｃｆｉのうちのいずれでもない場合（Ｎｏ）には、処理Ｓ５が実行され、第１および第２可変増幅部ＶＡ１、ＶＡ２の各ゲインＫ_ＴＩ、Ｋ_ＩＶが０に制御されるので、前記補償値が生成されず、前記外乱となることが防止される。

なお、上述の実施形態では、電動機Ｍが表面型永久磁石式同期電動機（ＳＰＭＳＭ）であるので、トルクに寄与するｑ軸のみに対し、必要に応じて脈動トルクを打ち消すための補償値が導入されたが、電動機Ｍの種類に応じて、ｑ軸およびｄ軸に対し、脈動トルクを打ち消すための補償値が導入されてもよい。

また、上述の実施形態において、補償値生成部ＣＶは、前記補償値に基づく制御指令値に対応する電圧値が前記電動機に給電する電源における所定の出力電圧値を超える場合には、前記補償値を生成しないことが好ましい。前記所定の出力電圧値は、予め適宜に設定され、例えば、電源に接続する電動機ＭやインバータＩＶの仕様や運転条件等を考慮して設定される。このような電動機駆動制御システムＳ、電動機駆動制御装置および電動機駆動制御方法は、電源の定格電圧値以内で電動機Ｍを制御するので、制御の不安定化を回避できる。特に、前記特許文献１では、上述のように、前記重畳後の電圧指令を、フィードバック制御を介さずに直接ＰＷＭ制御部に入力しているため、前記重畳後の電圧指令に対応する電圧値が電源電圧を超えると、制御が困難となるが、この変形形態では、このような事態が回避できる。

図６は、変形形態における電動機駆動制御システムにおける動作を示すフローチャートである。このような変形形態における電動機駆動制御システムは、図６に示すように、図５を用いて上述した処理Ｓ８の実行前に、処理Ｓ１１を実行する。すなわち、変形形態における電動機駆動制御システムは、図５を用いて上述した処理Ｓ１ないし処理Ｓ７の各処理を実行し、処理Ｓ６での判定の結果、前記各場合のうちの少なくともいずれかである場合（Ｙｅｓ）では、電動機駆動制御システムＳは、次に、処理Ｓ１１を実行する。

この処理Ｓ１１では、電動機駆動制御システムＳは、補償値生成部ＣＶのゲイン制御部ＧＣによって、前記補償値に基づく制御指令値に対応する電圧値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊が電動機Ｍに給電する電源の定格電圧値Ｖｄｃを超えているか否かを判定する。より具体的には、ゲイン制御部ＧＣは、前記補償値に基づく制御指令値に対応する電圧値ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊がマージンａを考慮した定格電圧値Ｖｄｃのａ倍以下であるか否かを判定する（√（ｖ_ｄ ^＊＋ｖ_ｑ ^＊）≦ａ×Ｖｄｃ）。ａは、１未満で予め適宜に設定され、例えば、０．９＜ａ＜１の範囲のいずれかの値に設定される。この判定の結果、前記ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊がａ×Ｖｄｃ以下である場合（Ｙｅｓ）には、電動機駆動制御システムＳは、次に、図５を用いて上述した処理Ｓ８を実行した後に、今回の制御タイミングでの本処理を終了する。一方、前記判定の結果、前記ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊がａ×Ｖｄｃ以下ではない場合（Ｎｏ）には、電動機駆動制御システムＳは、何も実行せずに、今回の制御タイミングでの本処理を終了する。これにより、制御の不安定化が回避される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｓ 電動機駆動制御システム
Ｍ 電動機
ＩＶ インバータ回路
ＰＭ ＰＷＭ変調器
ＤＣ 駆動制御部
ＣＳ 電流測定部
ＶＳ 回転角度測定部
ＣＶ１ ２相３相変換部
ＣＶ２ ３相２相変換部
ＲＳＣ 回転速度処理部
ＰＴ 脈動トルク推定部
ＤＡ 回転角度推定部
ＰＮ 第１脈動トルク推定部
ＴＣ 第２脈動トルク推定部
ＳＭ 加算部
ＣＶ 補償値生成部
ＶＡ１ 第１可変増幅部
ＶＡ２ 第２可変増幅部
ＧＣ ゲイン制御部
ＳＢ３ 第１減算部
ＳＢ４ 第２減算部

Claims (4)

1. 電動機を制御する電動機駆動制御装置であって、
   時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定する脈動トルク推定部と、
   前記脈動トルク推定部で推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を生成する補償値生成部と、
   前記補償値生成部で生成した補償値に基づく制御指令値で前記電動機を制御して駆動する駆動制御部とを備え、
   前記脈動トルクは、前記電動機の円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含み、
   前記駆動制御部は、前記電動機の駆動電流を制御する電流制御系および前記電動機の速度を制御する速度制御系を含み、
   前記補償値生成部は、前記脈動トルクの周波数が、前記電流制御系の第１周波数特性における第１遮断周波数である第１周波数閾値以下である第１周波数帯域を超えている場合、および、前記脈動トルクの周波数が、前記速度制御系の第２周波数特性における第２遮断周波数である第２周波数閾値以下である第２周波数帯域を超えている場合、のうちの少なくともいずれかである場合に、前記補償値を生成する、
   電動機駆動制御装置。
2. 前記補償値生成部は、前記補償値に基づく制御指令値に対応する電圧値が前記電動機に給電する電源における所定の出力電圧値を超える場合には、前記補償値を生成しない、
   請求項１に記載の電動機駆動制御装置。
3. 電動機を制御する電動機駆動制御方法であって、
   時間経過に従ってトルクの大きさが増減する脈動トルクを表す脈動モデルを用いることによって、次の制御タイミングで生じる脈動トルクを推定する脈動トルク推定工程と、
   前記脈動トルク推定工程で推定した脈動トルクを打ち消すための補償値を求める補償値処理工程と、
   前記補償値処理工程で求めた補償値に基づく制御指令値で前記電動機を制御して駆動する駆動制御工程とを備え、
   前記脈動トルクは、前記電動機の円周方向における起磁力分布の空間高周波成分に起因する第１脈動トルク、および、コギングトルクである第２脈動トルクのうちの少なくとも一方を含み、
   前記補償値処理工程は、前記脈動トルクの周波数が、前記電動機の駆動電流を制御する電流制御系の第１周波数特性における第１遮断周波数に基づき予め設定された第１周波数閾値以下である第１周波数帯域を超えている場合、および、前記脈動トルクの周波数が、前記電動機の速度を制御する速度制御系の第２周波数特性における第２遮断周波数に基づき予め設定された第２周波数閾値以下である第２周波数帯域を超えている場合、のうちの少なくともいずれかである場合に、前記補償値を生成する、
   電動機駆動制御方法。
4. 電動機と、
   前記電動機を制御する電動機駆動制御部とを備え、
   前記電動機駆動制御部は、請求項１または請求項２に記載の電動機駆動制御装置である、
   電動機駆動制御システム。