特許 5664895 電動機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5664895

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】電動機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20060101AFI20150115BHJP

   G01P 3/489 20060101ALN20150115BHJP

【ＦＩ】

   H02P5/00 R

   H02P5/00 G

   !G01P3/489 D

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2010-145979(P2010-145979)

(22)【出願日】2010年6月28日

(65)【公開番号】特開2012-10541(P2012-10541A)

(43)【公開日】2012年1月12日

【審査請求日】2013年6月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091281

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 雄一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 以久也

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０４５７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８５７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９８２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３４６８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２９／００

Ｇ０１Ｐ ３／４８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器により可変速駆動される電動機の制御装置であって、
電動機に取り付けられたエンコーダの出力パルスから電動機の回転速度を演算し、その速度検出値が速度指令に一致するように第１の制御周期に従って速度制御を行うことにより電動機の電流指令を生成する速度制御系と、
電動機の電流検出値が電流指令に一致するように第１の制御周期よりも短い第２の制御周期に従って電流制御を行うことにより電力変換器の出力電圧指令を生成する電流制御系と、
電力変換器の出力電圧位相を用いて前記出力電圧指令及び電流検出値を座標変換する手段と、
を備えた制御装置において、
前記出力パルスのエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出されたエッジに基づいて電動機の回転方向を検出する回転方向検出手段と、
第１の制御周期に同期した時間を計測する時間計測手段と、
前記エッジ検出手段の出力により前記時間計測手段の時間計測値を保持する時間記憶手段と、
第１の制御周期内の前記エッジの変化状態を検出しエッジ変化情報として保持するエッジ変化情報保持手段と、
第１の制御周期ごとに保持された回転方向、時間計測値、及び前記エッジ変化情報を用いて電動機の回転速度を演算する演算手段と、
前記出力パルスのエッジのうち少なくとも一つのエッジの数をカウントする計数手段と、
この計数手段によるカウント値を第２の制御周期ごとに保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された前記カウント値から前記出力電圧位相を演算する第１の位相演算手段と、
前記第１の制御周期により演算された速度検出値から前記出力電圧位相を演算する第２の位相演算手段と、
を有し、
電動機の回転速度が高い場合には前記第１の位相演算手段により、電動機の回転速度が低い場合には前記第２の位相演算手段により、前記出力電圧位相を演算することを特徴とする電動機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機を電力変換器により可変速駆動するための制御装置に関し、特に、電動機に取り付けたエンコーダの出力パルスを用いて電動機速度と電力変換器の出力電圧位相とを演算する機能を備えた制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電動機を可変速駆動する装置として、インバータが知られている。インバータの機能の中で、電動機速度を高精度に制御するために、電動機に取り付けたエンコーダの出力パルス信号に基づいて電動機速度を検出し、速度指令値との偏差をゼロにする速度調節機能を用いて制御を行うものがある。

【0003】

しかし、エンコーダの出力パルスは通常、１回転あたりのパルス数が決められており、パルスは回転速度によって粗密が発生する。パルスが粗となる低速領域では、検出精度が悪化して速度検出値に誤差が生じるため、速度制御性能を悪化させる原因となる。速度制御性能が悪化すると、例えばクレーンなどでは、速度制御誤差がトルクのリプルとなり、積荷に振動が伝わって問題になる、あるいは、速度制御誤差により自動運転中に積荷の停止位置に誤差が生じ、他の機器に影響を及ぼす、等の問題が生じる。
また、エンコーダの取り付け方により、出力パルスの位相誤差が発生し、この出力パルスに基づく検出方法では、速度検出値に位相誤差の影響が現れ、上述したようなトルクリプル等の問題を引き起こす。

【0004】

そこで、上述の問題を解決するため、特許文献１には、エンコーダの出力パルスの立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジを利用して速度を検出する方法が開示されている。以下、この従来技術について簡単に説明する。

【0005】

図６は、特許文献１に記載された従来技術の構成図である。
図６において、ラッチ信号作成部２１は、エンコーダから出力されるＡ相、Ｂ相という位相の異なった２種類のパルスからそれぞれの立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジを検出し、合計４種類のラッチ信号ＥＤ０〜ＥＤ３を作成する。角度計測カウンタ２２は、ラッチ信号（４Ｆ）と電動機の回転方向を示すＵＰ／ＤＯＷＮ信号とを用いてカウンタのＵＰ，ＤＯＷＮを行う。

【0006】

時間計測カウンタ２３は、速度演算周期に同期してゼロになるダウンカウンタである。４種類のラッチ信号ＥＤ０〜ＥＤ３のそれぞれに対応させて、角度計測カウンタ２２の値をラッチして保存する第１データラッチ２４−１〜２４−４と、時間計測カウンタ２３の値をラッチして保存する第２データラッチ２５−１〜２５−４とを設け、更に、速度演算周期ごとに入力データをラッチする角度データラッチ２７−１〜２７−４及び時間データラッチ２８−１〜２８−４を設ける。
ＣＰＵ３０では、速度演算周期ごとに角度計測値（データラッチ２７−１〜２７−４の値）と時間計測値（データラッチ２８−１〜２８−４の値）とを読み込み、後述するフローチャートに従って電動機の速度を検出する。

【0007】

なお、２６は、ラッチ信号ＥＤ０〜ＥＤ３からＡ相パルス、Ｂ相パルスのエッジ変化を検出して保持するエッジ保持部、２９は、エッジ保持部２６の出力信号ＦＩＬ０〜ＦＩＬ３から、エッジの変化が１回でもあれば「１」を、変化が１回もなければ「０」を設定して保持することによりエッジの変化情報を保持するエッジ変化情報保持部、３１はコントローラ、３２は第３データラッチを示す。

【0008】

図７は、上記従来技術による速度検出動作を示すフローチャートである。
速度演算周期ごとにエッジの変化の有無を図６のエッジ保持部２６により検出し、速度演算周期ごとにラッチしたエッジ変化情報保持部２９の出力値Ｆ０〜Ｆ３をＣＰＵ３０が読み込む。速度演算周期において一度でもエッジを検出していたら、カウント値の大小から最新のエッジを検索し、最新エッジに対応するデータラッチ２７−１〜２７−４の角度計測値とデータラッチ２８−１〜２８−４の時間計測値とを用いて、数式１に基づき速度ωを演算する。

【数1】

【0009】

ただし、θ_Ｎｅｗは今回のサンプルタイミングで読み込んだ角度計測値、θ_ＯＬＤは前回のサンプルタイミングで読み込んだ角度計測値、Ｔ_Ｓはサンプリング周期（制御周期）、Ｔ_Ｎｅｗは今回のサンプルタイミングで読み込んだ時間計測値、Ｔ_ＯＬＤは前回のサンプルタイミングで読み込んだ時間計測値である。
また、速度演算周期内にパルスが一度も存在しなかった場合は、Ｔ_ＯＬＤにサンプリング周期Ｔ_Ｓを加えて速度を推定する。

【0010】

この従来技術による速度検出方法には、以下のような問題がある。
（１）角度計測カウンタ２２によりエンコーダの出力パルスの数を計測しているので、速度演算周期ごとにパルスが多数存在するような高速域では、角度計測カウンタ２２がオーバーフローして速度を検出できないことがある。
（２）（１）の問題に対して、角度計測カウンタ２２のオーバーフローを防止するために、角度計測カウンタ２２の測定可能な範囲に余裕をもたせると記憶容量が大きくなり、制御装置のコストが増大する。
（３）電動機に取り付けられるエンコーダのパルス数は数百から数十万まで様々であるため、上記（１）や（２）に記載した角度計測カウンタ２２の制約から、エンコーダによっては使用できないものもある。すなわち、特許文献１による速度検出方法では汎用性に限界がある。

【0011】

上記の問題点を解決する従来技術として、特許文献２に係る速度検出装置が公知となっている。以下、この速度検出装置の構成及び動作を、図３〜図５を参照しつつ説明する。
図３は、特許文献２に係る速度検出装置の構成を示しており、エッジ検出手段としてのラッチ信号作成部２１は、エンコーダ（図示せず）から出力される位相の異なったＡ相パルス、Ｂ相パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを検出し、ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３を作成する。

【0012】

上記エンコーダは例えば電動機回転軸に連結されており、その回転速度に比例した数のＡ相パルス、Ｂ相パルスを出力する。これらの出力パルスはＡ相，Ｂ相の２相に限定されず、３相以上であっても良いが、ここでは、２相エンコーダから出力されるＡ相パルス、Ｂ相パルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの４種類のエッジを用いて速度を検出する場合について説明する。

【0013】

Ａ相パルス、Ｂ相パルスは、回転方向検出部３２にも入力されている。この回転方向検出部３２は、Ａ相パルス、Ｂ相パルス及びラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３から、電動機の回転方向（ＣＷ：正転，ＣＣＷ：逆転）を検出する。
回転方向検出部３２から出力される信号ＣＷ／ＣＣＷは、回転方向保持部３３に入力され、速度演算周期信号（サンプリング信号）ＳＭＰＬによりラッチされて回転方向検出信号ＣＷＤＥＴとして出力される。

【0014】

ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３は、時間記憶手段としてのデータラッチ２５−１〜２５−４に入力されていると共に、エッジ保持部２６にも入力されている。
データラッチ２５−１〜２５−４には、時間計測カウンタ２３から出力された時間計測値Ｔ_{ＤＥ０ＥＮ}〜Ｔ_{ＤＥ３ＥＮ}が入力されており、ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３によってこれらの時間計測値Ｔ_{ＤＥ０ＥＮ}〜Ｔ_{ＤＥ３ＥＮ}を記憶し、次段のデータラッチ２８−１〜２８−４に送られる。上記時間計測カウンタ２３は、速度演算周期に同期してゼロになるダウンカウンタである。
データラッチ２８−１〜２８−４では、速度演算周期信号ＳＭＰＬによりラッチした時間計測値Ｔ_{ＤＥ０ＥＮ}〜Ｔ_{ＤＥ３ＥＮ}を、時間計測値Ｔ_０ＥＮ〜Ｔ_３ＥＮとしてＣＰＵ３０に送出する。

【0015】

ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３は、Ｊ−Ｋフリップフロップ等からなるエッジ保持部２６に入力され、速度演算周期における各エッジの変化の有無が検出される。エッジ保持部２６では、各ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３について、エッジの変化が１回でもあれば「１」を設定して保持し、変化が１回もなければ「０」を設定して保持する。これらの保持データは、エッジ変化情報保持部２９に送られ、速度演算周期信号ＳＭＰＬによりラッチされてエッジ変化検出信号ＥＤＦ０〜ＥＤＦ３としてＣＰＵ３０に送出される。

【0016】

図４は、前記回転方向検出部３２の動作を示すタイミングチャートである。回転方向検出部３２は、ラッチ信号ＥＤ０，ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３が発生した際の、Ａ相パルス，Ｂ相パルスの状態から回転方向を検出する。
図４において、例えば時点（３）でＡ相パルスの立ち上がりエッジを信号ＥＤ０により検出したときに（ＥＤ０が「１」）、Ｂ相パルスが検出されない場合（Ｂ相パルスが「０」）は、正回転と判断して信号ＣＷ（＝「１」）を出力する。一方、時点（４）においてＢ相パルスの立ち下がりエッジを信号ＥＤ３により検出したときに（ＥＤ３が「１」）、Ａ相パルスが検出された場合（Ａ相パルスが「１」）には、逆回転と判断して信号ＣＣＷ（＝「０」）を出力する。
こうして得られた回転方向検出信号は、回転方向保持部３３において速度演算周期信号ＳＭＰＬによりラッチされ、回転方向検出信号ＣＷＤＥＴとしてＣＰＵ３０に送られる。
なお、図４において、Ｔ_ＣＨＮＧは回転方向が変化した時点を示している。

【0017】

ＣＰＵ３０では、速度演算周期ごとに、データラッチ２８−１〜２８−４からの時間計測値Ｔ_０ＥＮ〜Ｔ_３ＥＮと、回転方向保持部３３からの回転方向検出信号ＣＷＤＥＴと、エッジ変化情報保持部２９からのエッジ変化検出信号ＥＤＦ０〜ＥＤＦ３とを用いて、電動機の速度を検出する。

【0018】

図５は、速度検出動作を示すタイミングチャートである。ここでは、一例として、図５における時点（１）のサンプルタイミング（速度演算周期信号ＳＭＰＬのタイミング）で速度を検出するものとして説明する。
図５の時点（１）において、図示するサンプルタイミングによれば、最新のエッジは信号ＥＤ０によるＡ相パルスの立ち上がりエッジである。これは、エッジ変化検出信号ＥＤＦ０〜ＥＤＦ３から、ＥＤＦ０が「１」であり、その他のＥＤＦ１〜ＥＤＦ３が「０」であることから判断する。ここで、図５ではＥＤＦ０の値のみを図示し、ＥＤＦ１〜ＥＤＦ３を省略してある。

【0019】

なお、エッジ変化検出信号ＥＤＦ０〜ＥＤＦ３のうち複数が「１」になった場合は、対応する時間計測値が最小になるものを最新のエッジとみなす。これは、時間計測カウンタ２３が、サンプルタイミングでゼロとなるダウンカウンタであり、最新エッジに対応する時間計測値がゼロに近いからである。勿論、時間計測カウンタ２３としてアップカウンタを使用しても良く、その場合には、対応する時間計測値が最大になるものを最新のエッジとみなせば良い。

【0020】

このため、信号ＥＤ０によりラッチした時間計測値Ｔ_{ＤＥ０ＥＮ}＝Ｔ_０ＥＮ１が最新の時間計測値（今回値）であり、前回の信号ＥＤ０が発生した時の時間計測値Ｔ_{ＤＥ０ＥＮ}＝Ｔ_０ＥＮ０を前回値として使用する。このＴ_０ＥＮ０の値は、時点（１）でデータラッチ２８−１から読み込むことはできないが、前回のエッジ変化検出信号ＥＤＦ０が「１」であった時点（１）’でＣＰＵ３０内のメモリに保存しておくことにより使用可能である。
また、速度演算周期に対応する時間計測カウンタ２３の最大値をＴ_ｍａｘとし、前回値Ｔ_０ＥＮ０から今回値Ｔ_０ＥＮ１までの間にＥＤＦ０がゼロであったサンプリング回数をＮ_０として、これらをＣＰＵ３０のメモリに記憶しておき、数式２に基づいて速度ｎを演算する。

【数2】

【0021】

なお、数式２において、ＣＷ_ｓｉｇｎは回転方向を示し、正回転（ＣＷ）を「１」、逆回転（ＣＣＷ）を「−１」とする。また、Ｋはエンコーダの１回転あたりの出力パルス数に関係する定数である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0022】

【特許文献1】特開平６−１１８０９０号公報（段落［００２４］〜［００４３］、図２，図１４等）

【特許文献2】特開２００９−８５７１６号公報（段落［００１９］〜［００３３］、図１〜図３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0023】

上述した特許文献２に係る従来技術には、以下のような問題がある。
すなわち、電力変換器によって駆動される電動機の速度を検出する場合、エンコーダの出力パルスが密になる高速域では、電力変換器の出力電圧の位相を演算する際に速度検出値の演算周期の遅れから位相遅れが発生する。特に、永久磁石同期電動機等を駆動する場合には、永久磁石の磁束軸との誤差が発生し、トルク制御誤差となる。このようにトルク誤差が発生すると、電動機を流れる電流が増加して電動機の損失が増大し、効率が低下することもあり、好ましくない。

【0024】

以下、上述した位相遅れが発生する理由について詳しく説明する。
図８は、一般的な速度制御システムの構成図である。同図において、１０１，１０３は減算手段、１０２は速度制御手段、１０４は電流制御手段、１０５，１０７は座標変換手段、１０６は速度検出手段である。

【0025】

図示するように速度制御システムは、簡単に言うと、速度指令と検出検出値との偏差からトルク指令や電流指令を演算する速度制御系と、電流指令と電流検出値との偏差から電圧指令を演算する電流制御系と、電圧指令や電流検出値を座標変換する座標変換手段とから構成されている。
速度制御系と電流制御系とでは、対象とする電動機の時定数が異なるため（速度制御系では機械系の時定数となり、電流制御系の電気的な時定数に比べて数倍遅い）、制御周期を変えて演算している。このように制御周期を変える方法によれば、マイクロプロセッサなどの演算負荷を分散して制御装置のコストを低減できるため、広く用いられている。一般的に速度制御系の制御周期（前述した速度演算周期信号ＳＭＰＬに相当）は、電流制御系の制御周期の４〜１０倍に設計されている。

【0026】

ここで、座標変換手段１０５，１０７では、電流や電圧の位相を用いて座標変換を行う。この位相は、速度を積分して求めることになるが、前述したように速度制御系の制御周期により演算された速度検出値を積分すると、電流制御系の制御周期に対して時間が遅くなる。特に高速領域では、時間遅れに対して位相のずれが相対的に大きくなるので、永久磁石同期電動機等の磁束位置を正確に把握して制御する場合、位相にずれがあると制御軸と実際の磁束位置との間にずれが発生する。

【0027】

上記の問題に対処するため、図３の構成に、電流制御の制御周期でＡ相パルス、Ｂ相パルスのエッジを保持する機能を追加すると、それぞれのエッジに対して２倍の保持回路と記憶容量とが必要となり、制御装置のコストが増大する。
そこで本発明の解決課題は、特許文献２に係る従来技術に対して最小限の回路を追加することで、特に高速域における位相ずれを防止して高精度な速度制御を可能にした電動機の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0028】

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力変換器により可変速駆動される電動機の制御装置であって、
電動機に取り付けられたエンコーダの出力パルスから電動機の回転速度を演算し、その速度検出値が速度指令に一致するように第１の制御周期に従って速度制御を行うことにより電動機の電流指令を生成する速度制御系と、
電動機の電流検出値が電流指令に一致するように第１の制御周期よりも短い第２の制御周期に従って電流制御を行うことにより電力変換器の出力電圧指令を生成する電流制御系と、
電力変換器の出力電圧位相を用いて前記出力電圧指令及び電流検出値を座標変換する手段と、
を備えた制御装置において、
前記出力パルスのエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出されたエッジに基づいて電動機の回転方向を検出する回転方向検出手段と、
第１の制御周期に同期した時間を計測する時間計測手段と、
前記エッジ検出手段の出力により前記時間計測手段の時間計測値を保持する時間記憶手段と、
第１の制御周期内の前記エッジの変化状態を検出しエッジ変化情報として保持するエッジ変化情報保持手段と、
第１の制御周期ごとに保持された回転方向、時間計測値、及び前記エッジ変化情報を用いて電動機の回転速度を演算する演算手段と、
前記出力パルスのエッジのうち少なくとも一つのエッジの数をカウントする計数手段と、
この計数手段によるカウント値を第２の制御周期ごとに保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された前記カウント値から前記出力電圧位相を演算する第１の位相演算手段と、
前記第１の制御周期により演算された速度検出値から前記出力電圧位相を演算する第２の位相演算手段と、
を有し、
電動機の回転速度が高い場合には前記第１の位相演算手段により、電動機の回転速度が低い場合には前記第２の位相演算手段により、前記出力電圧位相を演算することを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、高速域で電動機を駆動する場合にも演算遅れによる位相ずれを防止することができ、低速から高速に至る広汎な速度範囲にわたって高精度な速度制御を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態に係る制御装置の主要部を示す構成図である。

【図2】位相の移動量を選択する機能の概念図である。

【図3】特許文献２に係る速度検出装置を示す構成図である。

【図4】図３における回転方向検出部の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】図３における速度検出動作を示すタイミングチャートである。

【図6】特許文献１に記載された従来技術を示す構成図である。

【図7】特許文献１に記載された従来技術による速度検出動作を示すフローチャートである。

【図8】一般的な速度制御システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態に係る制御装置の主要部としての速度検出装置を示すブロック図であり、図３と同一の構成要素には同一の番号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

【0033】

まず、本発明の実施形態は、Ａ相パルス、Ｂ相パルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのうち少なくとも一つのエッジ（図１の例では、Ａ相パルスの立ち上がりエッジに対応するラッチ信号ＥＤ０）をカウンタ４１によりカウントし、このカウント値を、速度制御系の制御周期（便宜的に第１の制御周期という）よりも短い周期（例えば電流制御系の制御周期であり、便宜的に第２の制御周期という）の速度演算周期信号（サンプリング信号）ＳＭＰＬ２によりラッチ４２に保持してＣＰＵ３０にデータを送ると共に、ＣＰＵ３０が前記カウント値から座標変換に用いる位相を演算することに特徴がある。

【0034】

ＣＰＵ内部では、ラッチ４２から入力されるカウント値をＮとして、数式３により、前回の制御周期における位相からの移動量Δθを求める。

【数3】

数式３において、Ｋ_ｅはエンコーダの１回転あたりのパルス数であり、ｐは電動機の極対数を示している。
この数式３によれば、例えば、極対数ｐが２の電動機を対象とした時にラッチ４２から入力されるカウント値Ｎが１０２４であり、電流制御系の制御周期の間でエッジを１回検出した場合は、移動量Δθが０．０１２２７〔ｒａｄ〕、すなわち０．０１２２７〔ｒａｄ〕だけ位相が進んだことを意味する。

【0035】

前回の制御周期における位相をθ_ｎとすると、今回のサンプリング時点における位相θ_ｎ＋１は、数式４によって求められる。

【数4】

ここで、θ_ｎ＋１は回転方向が正の場合はΔθを加算し、負の場合はΔθを減算して求める。

【0036】

なお、本実施形態で用いるカウンタ４１は、パルスのエッジ数をカウントするという点で、前述した特許文献１におけるエッジ数計測手段と同じ機能を持っている。しかし、電流制御系と速度制御系との制御周期の違いを前提とした数式４の位相演算方法（電流制御系における位相演算方法）について、特許文献１には何ら開示されていない。
また、本実施形態では、Ａ相パルス、Ｂ相パルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのうち少なくとも一つのエッジを検出すればいいので、特許文献２に係る従来技術に対してカウンタ４１及びラッチ４２を追加し、ＣＰＵ３０による演算内容を変更するだけで容易に実現可能である。

【0037】

次に、本実施形態において、特許文献２に比べて位相遅れを改善できる理由について述べる。
特許文献２では、電流制御系の位相について触れていないが、一般的には速度と角度との関係から、数式５により位相の移動量Δθを演算することができる。

【数5】

数式５では、数式２により速度制御系の制御周期で演算した速度検出値ｎを、電流制御系の制御周期Ｔ_Ｓにより積分してΔθを求めている。従って、速度制御系の制御周期で演算した速度検出値ｎが電流制御系の制御周期Ｔ_Ｓにおいて一定であるという前提で平均化して演算していることになる。
すなわち、電流制御系の制御周期で変化が起こったときに、数式３では次の電流制御系の制御周期で位相の変化を演算することができるが、数式５によれば、速度制御系の制御周期で速度検出値ｎの変化が起きてから、電流制御系の制御周期で平均化するため、制御周期の差による時間遅れが数式３に対して大きくなる。

【0038】

特に高速域では、電流制御系の制御周期の間にエンコーダの出力パルスから複数のエッジが検出されることになるため、相対的に時間遅れに伴う位相のずれが大きくなる。位相のずれが大きいと、実際のトルクに対して無駄な電流を流さなければならず、損失が増加する等の問題が発生する。

【0039】

そこで、本実施形態では、ＣＰＵ３０におけるソフトウェア処理を以下のように行う。なお、制御装置全体の構成としては図１と同様である。

【0040】

図２は、この実施形態における位相の移動量Δθの選択機能を示しており、前述したようにエッジカウント値Ｎを用いて数式３によりΔθを演算した結果をΔθ_Ａとし、速度検出値ｎを用いて数式５によりΔθを演算した結果をΔθ_Ｂとする。
高速領域では、カウント値Ｎが１以上になるため、数式４に代入するΔθを数式３とするために、切替手段５１にてΔθ_Ａを選択する。一方、低速領域では、Ｎが０となることもあり、数式３ではΔθがゼロになって位相の変化がないことになる。しかし、実際の速度はゼロではない場合もあるので、数式４に代入するΔθを数式５とするために、切替手段５１にてΔθ_Ｂを選択する。

【0041】

すなわち、この実施形態は速度範囲に応じて位相の移動量Δθを選択するものであり、数式３及び数式５は平均的には同じ値になるので、切替手段５１による切り替え時に大きな変動はなく、スムーズに切り替えることが可能である。
以上のように、本実施形態によれば、電動機の速度範囲に応じて電流制御系の制御周期を考慮しつつ位相を求めることで、位相ずれがなく低速域から高速域まで高精度な速度制御を行うことができる。

【符号の説明】

【0042】

２１：ラッチ信号作成部
２３：時間計測カウンタ
２５−１〜２５−４：データラッチ
２６：エッジ保持部
２８−１〜２８−４：データラッチ
２９：エッジ変化情報保持部
３０：ＣＰＵ
３１：コントローラ
３２：回転方向検出部
３３：回転方向保持部
４１：カウンタ
４２：ラッチ
５１：切替手段
１０１，１０３：減算手段
１０２：速度制御手段
１０４：電流制御手段
１０５，１０７：座標変換手段
１０６：速度検出手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】