モータのセンサレスFOC制御では何の情報をどのように判断して制御するのか?

センサレスFOC制御(Field-Oriented Control、またはベクトル制御)は、モーターの回転位置や速度のセンサー(例えばホールセンサーやエンコーダ)を使用しないで、高精度な制御を行う技術です。センサレスFOC制御では以下の情報を主に利用し、その情報をもとにモーターの制御を行います。

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バックEMF(Electromotive Force)

これはモーターが回転することで発生する電圧であり、モータの回転位置や速度に関する情報を持っています。
モータの回転速度がある程度以上であれば、バックEMFが十分に大きくなり、それを測定して位置や速度情報を推定することが可能です。

モーターの電流情報

モーターに流れる電流を測定することで、モーターの状態や負荷に関する情報を得ることができます。
三相モータの場合、2相の電流を測定すれば、3つ目の電流は算出できます。
制御手順は以下の通りです:

バックEMFの観測

バックEMFはPWMオン時間のオフタイム中に観測されることが多いです。
この観測を基に、モータの現在位置や速度の推定を行います。

クラーク変換とパーク変換

三相の電流(または電圧)を直交座標系に変換するクラーク変換と、回転座標系に変換するパーク変換を使用して、電流や電圧をdq座標系に変換します。
これにより、モータの電磁気的な動作を線形化し、制御を簡単にします。

PI制御器の利用

dq座標系上の電流をPI制御器を使用して制御します。
目標とするd軸電流(通常は0)とq軸電流(トルク制御に使われる)との差を取り、PI制御でPWMの制御信号を生成します。

逆変換を用いたPWM生成

PI制御器の出力を元に、逆パーク変換と逆クラーク変換を行い、三相のPWM制御信号を生成します。

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まとめ

注意点として、低速領域や停止状態ではバックEMFが十分に観測できないため、他の方法(例えば電流ベースの推定や開始アルゴリズム)を使用してモータの位置や速度を推定する必要があります。

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