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公開番号2025012187
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114843
出願日2023-07-13
発明の名称モータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02P 23/04 20060101AFI20250117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータ駆動装置においてガタ位相の推定方法を簡素化または省略しかつできるだけ時間遅れの少ないジャーク抑制対策とジャークの変化抑制対策とを両立する。
【解決手段】外乱トルクオブザーバ110aはモータトルクT_m(トルク信号Tr)とモータの速度検出値ω_{m_det}とに基づいて推定モータ加速トルク^T_mAと推定軸トルク^T_dmと推定外乱トルク^T_{d_dist}を出力する。ガタ詰め制御機能部202はバックラッシュが発生する際にトルク指令T_refを制限した制限トルクT_rLimを第1中間トルク指令T_ref1として出力しそれ以外の時はトルク指令T_refを第1中間トルク指令として出力する。振動抑制補償部112は推定モータ加速トルク^T_mAに基づいて振動抑制の補償トルクT_Fcompを生成し第1中間トルク指令T_ref1から補償トルクT_Fcompを減算した値に基づいてモータトルクT_m(トルク信号Tr)を生成する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
制御部と主回路部と備え、モータを駆動源とする車両システムを制御するモータ駆動装置であって、
前記制御部は、
軸トルクがトルク指令に追従し、かつ、共振成分を含まないように、モータトルクに相当するトルク信号を制御する振動抑制・ガタ詰め制御部を有し、
前記振動抑制・ガタ詰め制御部は、
前記トルク信号とモータの速度検出値とに基づいて、推定モータ加速トルクと推定軸トルクと推定外乱トルクとを出力する外乱トルクオブザーバと、
前記トルク指令に基づいて第０中間トルク指令を出力するフィルタと、
前記トルク指令の極性が変化してバックラッシュが発生する際に、前記トルク指令を制限した制限トルクを第１中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第０中間トルク指令を前記第１中間トルク指令として出力するガタ詰め制御機能部と、
前記推定モータ加速トルクに基づいて振動抑制の補償トルクを生成し、前記第１中間トルク指令から前記補償トルクを減算した値に基づいて前記トルク信号を生成する振動抑制補償部と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
続きを表示（約 3,900 文字）【請求項２】
制御部と主回路部と備え、モータを駆動源とする車両システムを制御するモータ駆動装置であって、
前記制御部は、
軸トルクがトルク指令に追従し、かつ、共振成分を含まないように、モータトルクに相当するトルク信号を制御する振動抑制・ガタ詰め制御部を有し、
前記振動抑制・ガタ詰め制御部は、
前記トルク信号とモータの速度検出値とに基づいて、推定モータ加速トルクと推定軸トルクと推定外乱トルクとを出力する外乱トルクオブザーバと、
前記トルク指令に基づいて第０中間トルク指令を出力するフィルタと、
前記トルク指令の極性が変化してバックラッシュが発生する際に、前記トルク指令を制限した制限トルクを第１中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第０中間トルク指令を前記第１中間トルク指令として出力するガタ詰め制御機能部と、
加速トルク補償期間は前記第１中間トルク指令に加速トルクを加算して第２中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第１中間トルク指令を前記第２中間トルク指令として出力するモータ加速トルク補正部と、
前記推定モータ加速トルクに基づいて振動抑制の補償トルクを生成し、前記第２中間トルク指令から前記補償トルクを減算した値に基づいて前記トルク信号を生成する振動抑制補償部と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
前記モータ加速トルク補正部は、
前記推定軸トルクまたは前記トルク信号の零クロスを検出する零クロス検出部と、
零クロスの検出から第２設定時間まで加速トルク補償期間を生成するトルク補正タイマ部と、
前記加速トルク補償期間に前記第１中間トルク指令をラッチし、前記加速トルク補償期間に、そのラッチ成分に前記加速トルクを加算して前記第２中間トルク指令として出力するトルク補正部と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ガタ詰め制御機能部は、
前記第０中間トルク指令を正側のトルク制限値、負側のトルク制限値内に制限して前記制限トルクを出力するトルク指令制限部と、
前記第０中間トルク指令が前記正側のトルク制限値または前記負側のトルク制限値を超過したことを検出した直後から第１設定時間だけガタ詰め制御信号を出力する制限期間発生部と、
を備え、
前記ガタ詰め制御信号の発生中は前記制限トルクを前記第１中間トルク指令として出力することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ガタ詰め制御機能部は、
前記第０中間トルク指令を正側のトルク制限値、負側のトルク制限値内に制限して前記制限トルクを出力するトルク指令制限部と、
前記第０中間トルク指令が前記正側のトルク制限値と前記負側のトルク制限値を超過したことを検出した直後から第１設定時間だけガタ詰め制御信号を出力する制限期間発生部と、
を備え、
前記ガタ詰め制御信号の発生中は前記制限トルクを前記第１中間トルク指令として出力することを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記トルク指令制限部は、
前記推定軸トルクまたは前記トルク信号の前回値に前記推定外乱トルクに基づいて算出された外乱トルク補償成分を加算する第１加算部と、
前記第１加算部の出力の絶対値を演算する絶対値関数部と、
前記絶対値関数部の出力に緩和ゲインを乗算する第１乗算部と、
前記第１乗算部の出力にトルク制限の下限値を加算する第２加算部と、
前記第２加算部の出力に－１を乗算する符号反転部と、
前記第２加算部の出力から前記外乱トルク補償成分を減算して前記正側のトルク制限値を出力する第１減算部と、
前記符号反転部の出力から前記外乱トルク補償成分を減算して前記負側のトルク制限値を出力する第２減算部と、
前記第０中間トルク指令が前記正側のトルク制限値または前記負側のトルク制限値を超過した場合、超過状態信号を出力する範囲比較部と、
前記第０中間トルク指令を前記正側のトルク制限値と前記負側のトルク制限値内に制限して前記制限トルクとして出力する飽和関数部と、を備えたことを特徴とする請求項４または５記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
状態信号を出力するトルク制限の動作条件判定部を備え、
前記制限期間発生部は、
超過状態信号の立ち上がり時にトリガ信号を生成し、それから前記第１設定時間が経過した後にリセット信号を出力するエッジ遅延部と、
前記トリガ信号と前記状態信号と反転信号の論理積を出力する論理積部と、
前記論理積部の出力と前記リセット信号により前記ガタ詰め制御信号を生成する第１ＳＲラッチと、
前記リセット信号を入力してから延長期間だけ遅延した信号を出力する遅延部と、
前記論理積部の出力と前記遅延部の出力を入力とする第２ＳＲラッチと、
前記第２ＳＲラッチの出力を１演算周期遅延させ再トリガ禁止信号として出力するバッファ２２３と、
前記再トリガ禁止信号を反転させ、前記反転信号として出力する論理反転部と、
を備えたことを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
状態信号を出力するトルク制限の動作条件判定部を備え、
前記制限期間発生部は、
超過状態信号の立ち上がり時にトリガ信号を生成し、それから前記第１設定時間が経過した後にリセット信号を出力するエッジ遅延部と、
前記トリガ信号と前記状態信号と反転信号の論理積を出力する論理積部と、
前記リセット信号と加速トルク補償期間前回値の論理和を出力する第１論理和部と、
前記論理積部の出力と前記第１論理和部の出力により前記ガタ詰め制御信号を生成する第１ＳＲラッチと、
前記第１論理和部の出力を入力してから延長期間だけ遅延した信号を出力する遅延部と、
前記論理積部の出力と前記遅延部の出力を入力とする第２ＳＲラッチと、
前記第２ＳＲラッチの出力を１演算周期遅延させ再トリガ禁止信号として出力するバッファと、
前記再トリガ禁止信号と前記加速トルク補償期間前回値の論理和を第２再トリガ禁止信号として出力する第２論理和部と、
前記第２再トリガ禁止信号を反転させ、前記反転信号として出力する論理反転部と、
を備えたことを特徴とする請求項５記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
制御部と主回路部と備え、モータを駆動源とする車両システムを制御するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
軸トルクがトルク指令に追従し、かつ、共振成分を含まないように、モータトルクに相当するトルク信号を制御する振動抑制・ガタ詰め制御部を有し、
前記振動抑制・ガタ詰め制御部は、
外乱トルクオブザーバが、前記トルク信号とモータの速度検出値とに基づいて、推定モータ加速トルクと推定軸トルクと推定外乱トルクとを出力し、
前記トルク指令に基づいて第0中間トルク指令を出力し、
ガタ詰め制御機能部が、前記トルク指令の極性が変化してバックラッシュが発生する際に、前記第０中間トルク指令を制限した制限トルクを第１中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第０中間トルク指令を前記第１中間トルク指令として出力し、
振動抑制補償部が、前記推定モータ加速トルクに基づいて振動抑制の補償トルクを生成し、前記第１中間トルク指令から前記補償トルクを減算した値に基づいて前記トルク信号を生成する、
ことを特徴とするモータ駆動装置の制御方法。
【請求項１０】
制御部と主回路部と備え、モータを駆動源とする車両システムを制御するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
軸トルクがトルク指令に追従し、かつ、共振成分を含まないように、モータトルクに相当するトルク信号を制御する振動抑制・ガタ詰め制御部を有し、
前記振動抑制・ガタ詰め制御部は、
外乱トルクオブザーバが、前記トルク信号とモータの速度検出値とに基づいて、推定モータ加速トルクと推定軸トルクと推定外乱トルクとを出力し、
ガタ詰め制御機能部が、前記トルク指令の極性が変化してバックラッシュが発生する際に、前記第０中間トルク指令を制限した制限トルクを第１中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第０中間トルク指令を前記第１中間トルク指令として出力し、
モータ加速トルク補正部が、加速トルク補償期間は前記第１中間トルク指令に加速トルクを加算して第２中間トルク指令として出力し、それ以外の時は前記第１中間トルク指令を前記第２中間トルク指令として出力し、
振動抑制補償部が、前記推定モータ加速トルクに基づいて振動抑制の補償トルクを生成し、前記第２中間トルク指令から前記補償トルクを減算した値に基づいて前記トルク信号を生成する、
ことを特徴とするモータ駆動装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機（モータ）を駆動源とする車両システムのモータ駆動装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
本願発明では特許文献１と同様に、例えば、図１のモータ駆動装置１により、図２の車両システムを制御するものである。図１のモータ２には固定子２ａと回転子２ｂ間に電磁気的なモータトルクＴ
ｍ
が発生しており、これが図２の伝達機構部３の軸トルクＴ
ｄ
となりタイヤ４や車体５を駆動する。モータ駆動装置１はこの軸トルクＴ
ｄ
がトルク指令Ｔ
ｒｅｆ
に追従するように、モータトルクＴ
ｍ
を制御する。
【０００３】
図１に示すモータ駆動装置１は電圧型インバータを利用した構成例であり、制御部６と主回路部７および電流検出器８などにより構成されている。制御部６は、「振動抑制・ガタ詰め制御部６ａ」、「トルク／電流変換部６ｂ」、「電流制御部６ｃ」、「電圧／ＰＷＭ変換部６ｄ」、「速度検出部６ｅ」などから構成されている。
【０００４】
制御部６の出力は主回路部７のスイッチング素子に与えるゲート信号Ｇ
６
であり、主回路部７の電圧型インバータによりＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）波形に変換した電圧をモータ２に供給する。主回路部７からモータ２へ出力された電流は電流検出器８により検出され電流検出値Ｉ
ｍ
として電流制御部６ｃに出力される。
【０００５】
「振動抑制・ガタ詰め制御部６ａ」では、トルク指令Ｔ
ｒｅｆ
に追従し、さらに軸共振も抑制できるトルク信号Ｔ
ｒ
を出力する。「トルク／電流変換部６ｂ」は、トルク信号Ｔ
ｒ
を電流指令値Ｉ
ｒ
に変換する。「電流制御部６ｃ」は、電流指令値Ｉ
ｒ
と電流検出値Ｉ
ｍ
に基づいて電圧指令値Ｖ
ｒ
を出力しモータ２の入力電流を制御する。「電圧／ＰＷＭ変換部６ｄ」は電圧指令値Ｖ
ｒ
に基づいてＰＷＭ制御を行い、ゲート信号Ｇ
６
を出力する。これにより、トルク信号Ｔ
ｒ
に相当するモータトルクＴ
ｍ
を発生させている。なお、位置検出器によりモータ２のモータ位相θ
ｍ
が検出され、「速度検出部６ｅ」により速度検出値ω
ｍ＿ｄｅｔ
が生成される。
【０００６】
以降では、電流制御には誤差が無く、トルク信号Ｔ
ｒ
と実機のモータトルクＴ
ｍ
とは等しいものとみなして、振動抑制・ガタ詰め制御部６ａの出力信号も「モータトルクＴ
ｍ
」に統一して表現し、中間の電流制御やインバータ部の動作説明は省略する。
【０００７】
図２は車両システムの模式図であり、各変数に「定格トルクと定格速度を基準とする正規化」を適用して表現している。正規化することにより、モータの慣性モーメントＪ
ｍ
は時定数ＴＪ
ｍ
に変換され、同様にタイヤ４や車体５などの慣性成分も時定数ＴＪ
ｗ
や時定数ＴＪ
Ｍ
になる。
【０００８】
一般的にはモータ定格トルクの表示には定常時の「機械的な軸トルクＴ
ｍＳ
」を使用するが、モータ速度が変化している場合には、慣性モーメントＪ
ｍ
（時定数ＴＪ
ｍ
）を加速させるトルク成分も必要になる。そのため、モータ２の加減速時には電磁気的なモータトルクＴ
ｍ
と機械的な軸トルクＴ
ｍｓ
とは一致しない。
【０００９】
以降で取り扱う振動抑制・ガタ詰め制御部６ａの出力であるトルク信号Ｔ
ｒ
はこのモータトルクＴ
ｍ
成分に相当している。また、（１）式に示すモータトルクＴ
ｍ
と軸トルクＴ
ｍｓ
の差分を「モータ加速トルクＴ
ｍＡ
」と定義すると、このモータ加速トルクＴ
ｍＡ
と「モータ速度ω
ｍ
」と「モータ加速度Ａ
ｍ
」とは（２）式のような関係になる。なお、ｓはラプラス演算子である。
【００１０】
TIFF
2025012187000002.tif
25
166
（【００１１】以降は省略されています）

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