JP2004282849A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】dq軸相互干渉電圧成分を演算してd軸電圧指令及びq軸電圧指令に加算する非干渉制御器30を備えるモータ制御装置において、非干渉制御器30は、あらかじめ設定した配分比率によりd軸電流指令とd軸電流検出値とを重み平均した値からq軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりq軸電流指令とq軸電流検出値とを重み平均した値からd軸非干渉成分電圧を演算する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石モータやリラクタンスモータ、誘導電動機などの交流モータを制御するモータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の交流モータの出力トルクを高精度に制御するために、モータ回転磁束に同期して回転する直交座標dq軸上での電流フィードバック制御が行われるのが一般的である(特許文献1参照)。
【0003】
また、dq軸上での電流フィードバック制御においては、d軸電流制御系とq軸電流制御系との相互干渉による振動現象を防ぐためと、電流指令値急変に対する電流応答性能向上のために、非干渉化補償電圧を演算してdq軸電圧に加算することが行われる。
【0004】
かかる制御を行うモータ制御装置の一例を、図3を参照して説明する。
【0005】
図3において、モータ制御装置は、d軸電流制御器1と、q軸電流制御器2と、非干渉化補償電圧演算部34を有する非干渉制御器3で構成される。
【0006】
d軸電流制御器1は、d軸電流指令IdRefと、d軸電流Idとを入力としてd軸電圧指令VdPIを求めて出力する。
【0007】
q軸電流制御器2は、q軸電流指令IqRefと、q軸電流Iqとを入力としてq軸電圧指令VqPIを求めて出力する。
【0008】
非干渉化補償電圧演算部34においては、d軸電流IdRefと、q軸電流IqRefと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりd軸補償電圧VdFF、q軸補償電圧VqFFを求めて出力する。
【0009】
VdFF=−ω×Lq×IqRef
VqFF=ω×(Ld×IdRef+ΦPM)
(Ld:モータd軸インダクタンス、Lq:モータq軸インダクタンス、ΦPM:永久磁石磁束)
非干渉化補償電圧演算部34は、d軸、q軸電流指令とモータのd軸、q軸インダクタンスと永久磁石磁束とを基に予め印加する電圧を演算してdq軸電圧に加算して補償することにより、電流制御系の安定化を図っている。
【0010】
【特許文献1】
特公平3−1917号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
非干渉化補償電圧は、電流実際値を用いて演算することが原理的には望ましいが、電流フィードバック値に含まれるノイズ成分などに起因して、制御が不安定になる場合がある。これに対して、dq相互干渉による振動現象は、d軸電流制御器、q軸電流制御器の高速制御により抑制し、電流指令値急変に対する応答性の更なる向上のために、電流フィードバック値の代わりに電流指令値を用いて非干渉化補償電圧を演算し、該演算値を用いる場合がある。
【0012】
しかしながら、永久磁石モータなどの高性能化により近年、電気自動車、ハイブリッドカーなどに10000回転/分を越える高速回転モータが開発されてきている。モータ回転速度が高くなってdq軸回転角周波数ωが大きくなると、dq相互干渉による振動現象の振動周波数もωに比例して高くなるため、dq軸電流制御器の制御応答速度では抑制出来なくなってしまう場合がある。
【0013】
本発明の目的は、あらゆる速度帯域において安定な制御を実現するモータ制御装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、角周波数ωで回転する回転座標軸dq軸上で、d軸電流検出値がd軸電流指令値に追従するようにd軸電圧指令を演算するd軸電流制御器と、
前記回転座標軸dq軸上で、q軸電流検出値がq軸電流指令値に追従するようにq軸電圧指令を演算するq軸電流制御器と、
dq軸相互干渉電圧成分を演算してd軸電圧指令及びq軸電圧指令に加算する非干渉制御器とを備えるモータ制御装置において、
前記非干渉制御器は、あらかじめ設定した配分比率によりd軸電流指令とd軸電流検出値とを重み平均した値からq軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりq軸電流指令とq軸電流検出値とを重み平均した値からd軸非干渉成分電圧を演算することを特徴とする。
【0015】
また、上記課題を解決するために本発明は、出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフする1パルス波形を出力し、交流モータの回転子に対する前記1パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで電流制御を行う位相制御形のモータ制御装置において、
前記1パルス波形のオンオフ切替位相を決定するためのq軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりd軸電流指令とd軸電流検出値とを重み平均した値から演算し、d軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりq軸電流指令とq軸電流検出値とを重み平均した値から演算する非干渉化電圧補償器を備え、この非干渉化電圧補償器の結果値を取り入れて、前記1パルス波形のオンオフ切替位相を操作することを特徴とする。
【0016】
以上の構成の本発明によれば、非干渉化補償電圧の演算に電流フィードバック値と電流指令値とをあらかじめ設定した重み付けで加算平均した値を用いることにより、あらゆる速度帯域において安定な制御が実現される。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態:請求項1,2に対応)
本実施形態のモータ制御装置を、図1を参照して説明する。
【0018】
第1実施形態におけるモータ制御装置は、d軸電流制御器1と、q軸電流制御器2と、非干渉制御器30とで構成される。
【0019】
さらに非干渉制御器30は、重み係数設定部31と、重み係数乗算部d32と、重み係数乗算部q33と、非干渉化補償電圧演算部34とで構成される。
【0020】
d軸電流制御器1は、d軸電流指令IdRefと、d軸電流Idとを入力として次の演算によりd軸電圧指令VdPIを求めて出力する。
【0021】
VdPI=G(s)・(IdRef−Id)
(G(s)は制御ゲイン、sはラプラス演算子。比例・積分制御が考えられる)
q軸電流制御器2は、q軸電流指令IqRefと、q軸電流Iqとを入力として次の演算によりq軸電圧指令VqPIを求めて出力する。
【0022】
VqPI=G(s)・(IqRef−Iq)
(G(s)は制御ゲイン、sはラプラス演算子。比例・積分制御が考えられる)
重み係数設定部31は、回転角周波数ωを入力として、次の演算により重み係数COGを求めて出力する。
【0023】
COG=|ω|/ωMax
(ωMaxは、モータ最高回転時の電気角周波数)
重み係数乗算部d32は、d軸電流指令IdRefと、d軸電流Idと、重み係数設定部31から出力される重み係数COGを入力として次の演算により、非干渉d軸電流IdFFを求めて出力する。
【0024】
IdFF=COG×Id+(1−COG)×IdRef
重み係数乗算部q33は、q軸電流指令IqRefと、q軸電流Iqと、重み係数設定部31から出力される重み係数COGを入力として次の演算により、非干渉q軸電流IqFFを求めて出力する。
【0025】
IqFF=COG×Iq+(1−COG)×IqRef
非干渉化補償電圧演算部34においては、重み係数乗算部d32から出力される非干渉d軸電流IdFFと、重み係数乗算部q33から出力される非干渉q軸電流IqFFと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりd軸補償電圧VdFF、q軸補償電圧VqFFを求めて出力する。
【0026】
VdFF=−ω×Lq×IqFF
VqFF=ω×(Ld×IdFF+ΦPM)
(Ld:モータd軸インダクタンス、Lq:モータq軸インダクタンス、ΦPM:永久磁石磁束)
非干渉制御器3は最終的に、非干渉化補償電圧演算部34から出力されるd軸補償電圧VdFF、q軸補償電圧VqFFと、d軸電流制御器1から出力されるd軸電圧指令VdPIと、q軸電流制御器2から出力されるq軸電圧指令VqPIとを入力として、次の演算によりd軸電圧Vdと、q軸電圧Vqを求めて出力する。
【0027】
Vd=VdPI+VdFF
Vq=VqPI+VqFF
以上のように、本実施形態のモータ制御装置によれば、d軸電圧Vdは、d軸電流制御器1から出力されるd軸電圧指令VdPIに、非干渉化補償電圧演算部34から出力されるd軸補償電圧VdFFを加えた値となり、また、q軸電圧Vqは、q軸電流制御器2から出力されるq軸電圧指令VqPIに、非干渉化補償電圧演算部34から出力されるq軸補償電圧VqFFを加えた値となるので、低速から高速まですべての速度帯域において安定な電流制御系を構成することが可能になる。
【0028】
(第2実施形態:請求項3,4,5に対応)
本実施形態のモータ制御装置を、図2を参照して説明する。
【0029】
第2の実施形態におけるモータ制御装置は、d軸電流制御器1と、q軸電流制御器2と、重み係数設定部31と、重み係数乗算部d32と、重み係数乗算部q33と、非干渉化補償電圧演算部34と、q軸電流制御器4と、極座標変換部5と、電圧ベクトル演算部6とで構成される。
【0030】
d軸電流制御器1は、d軸電流指令IdRefと、d軸電流Idとを入力として次の演算によりd軸電圧指令VdPを求めて出力する。
【0031】
VdP=Kp・(IdRef−Id)
(Kpは比例ゲイン)
q軸電流制御器2は、q軸電流指令IqRefと、q軸電流Iqとを入力として次の演算によりq軸電圧指令VqPを求めて出力する。
【0032】
VqP=Kp・(IqRef−Iq)
(Kpは比例ゲイン)
重み係数設定部31は、回転角周波数ωを入力として、次の演算により重み係数COGを求めて出力する。
【0033】
COG=|ω|/ωMax
(ωMaxは、モータ最高回転時の電気角周波数)
重み係数乗算部d32は、d軸電流指令IdRefと、d軸電流Idと、重み係数設定部31から出力される重み係数COGを入力として次の演算により、非干渉d軸電流IdFFを求めて出力する。
【0034】
IdFF=COG×Id+(1−COG)×IdRef
重み係数乗算部q33は、q軸電流指令IqRefと、q軸電流Iqと、重み係数設定部31から出力される重み係数COGを入力として次の演算により、非干渉q軸電流IqFFを求めて出力する。
【0035】
IqFF=COG×Iq+(1−COG)×IqRef
非干渉化補償電圧演算部34においては、重み係数乗算部d32から出力される非干渉d軸電流IdFFと、重み係数乗算部q33から出力される非干渉q軸電流IqFFと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりd軸補償電圧VdFF、q軸補償電圧VqFFを求めて出力する。
【0036】
VdFF=−ω×Lq×IqFF
VqFF=ω×(Ld×IdFF+ΦPM)
(Ld:モータd軸インダクタンス、Lq:モータq軸インダクタンス、ΦPM:永久磁石磁束)
トルク電流制御部4は、q軸電流指令IqRefとq軸電流Iqを入力として、q軸電流がq軸電流指令に追従するように次の演算により電圧ベクトル位相補正値γ2を求めて出力する。
【0037】
γ2=G(s)×(IqRef−Iq)
(G(s)は制御ゲイン。sはラプラス演算子。比例積分制御が考えられる)
上記は、表面磁石型永久磁石モータの場合の例で、トルクに寄与する電流がq軸方向電流である場合の演算式であるが、リラクタンスモータなど種類の異なるモータにおいては、トルクに寄与する電流が必ずしもq軸電流とは限らず、この場合は、トルクに寄与する方向の電流が指令値に追従するように入力を変更しても良い。
【0038】
極座標変換部5においては、非干渉化補償電圧演算部34から出力されるd軸補償電圧VdFF、q軸補償電圧VqFFと、d軸電流制御器1から出力されるd軸電圧指令VdPと、q軸電流制御器2から出力されるq軸電圧指令VqPとから演算されるd軸電圧Vd′と、q軸電圧Vq′とを入力として、電圧ベクトル振幅V1と電圧ベクトル位相γを求めて出力する。
【0039】
Vd′=VdP+VdFF
Vq′=VqP+VqFF
V1=√6/π×Vdc
(Vdcはインバータ入力直流電圧)
γ=tan−1(Vq′/Vd′)
電圧ベクトル演算部6においては、極座標変換部5から出力される電圧ベクトル振幅V1と、電圧ベクトル位相γと、トルク電流制御部4から出力される電圧ベクトル位相補正値γ2を入力として、次の演算によりd軸電圧指令Vd、q軸電圧指令Vqを求めて出力する。
【0040】
Vd=V1×cos(γ+γ2)
Vq=V1×sin(γ+γ2)
以上の構成のモータ制御装置により、出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフするだけのいわゆる1パルス波形を出力し、モータ回転子に対する前記1パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで、電流制御を行う位相制御で高速回転運転を行っても、安定な電流制御系を構成することが可能になる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、非干渉化補償電圧の演算に電流フィードバック値と電流指令値とをあらかじめ設定した重み付けで加算平均した値を用いることにより、あらゆる速度帯域において安定な制御を実現することが可能なモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるモータ制御装置の第1実施形態の構成を示す図。
【図2】本発明によるモータ制御装置の第2実施形態の構成を示す図。
【図3】従来のモータ制御装置の構成を示す図。
【符号の説明】
1…d軸電流制御器、2…q軸電流制御器、3…非干渉制御器、31…重み係数設定部、32…重み係数乗算部d、33…重み係数乗算部q、34…非干渉化補償電圧演算部、4…q軸電流制御器、5…極座標変換部、6…電圧ベクトル演算部。
Claims (5)
- 角周波数ωで回転する回転座標軸dq軸上で、d軸電流検出値がd軸電流指令値に追従するようにd軸電圧指令を演算するd軸電流制御器と、前記回転座標軸dq軸上で、q軸電流検出値がq軸電流指令値に追従するようにq軸電圧指令を演算するq軸電流制御器と、
dq軸相互干渉電圧成分を演算してd軸電圧指令及びq軸電圧指令に加算する非干渉制御器とを備えるモータ制御装置において、
前記非干渉制御器は、あらかじめ設定した配分比率によりd軸電流指令とd軸電流検出値とを重み平均した値からq軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりq軸電流指令とq軸電流検出値とを重み平均した値からd軸非干渉成分電圧を演算することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1記載のモータ制御装置において、電流指令値と電流検出値との重み平均に用いる配分比率をモータ回転角周波数ωに依存して可変とすることを特徴とするモータ制御装置。
- 出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフする1パルス波形を出力し、交流モータの回転子に対する前記1パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで電流制御を行う位相制御形のモータ制御装置において、
前記1パルス波形のオンオフ切替位相を決定するためのq軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりd軸電流指令とd軸電流検出値とを重み平均した値から演算し、d軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりq軸電流指令とq軸電流検出値とを重み平均した値から演算する非干渉化電圧補償器を備え、この非干渉化電圧補償器の結果値を取り入れて、前記1パルス波形のオンオフ切替位相を操作することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項3記載のモータ制御装置において、モータトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、前記dq軸電圧指令から求められる電圧ベクトル位相を操作する電圧位相補正器を更に具備することを特徴とするモータ制御装置。
- 請求項3記載のモータ制御装置において、電流指令値と電流検出値との重み平均に用いる配分比率をモータ回転各周波数ωに依存して可変とすることを特徴とするモータ制御装置。
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