JP2006280140A

JP2006280140A - インバータ模擬装置及びモータシミュレータ

Info

Publication number: JP2006280140A
Application number: JP2005097992A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Hisai; 茂幸久井
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】モータ制御装置の改造を要することなく且つモータ制御モードにかかわらず、インバータの三相出力電圧を精度よく演算し得るインバータ模擬装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置からの信号に基づいて、モータに三相電力を供給するインバータを模擬するインバータ模擬装置が、前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出手段と、前記ゲート信号検出手段によって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出手段と、を備え、前記三相出力電圧算出手段は、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出するように構成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、インバータ模擬装置及びモータシミュレータに関する。

モータ制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０を、図１に示されるようにインバータ１２及びモータ１４に実際に接続するのでなく、図２に示されるようにインバータ及びモータを模擬するシミュレータ３０に接続することで、モータ制御装置１０の動作確認を行う手法が知られている。

図２において、ＥＣＵ１０は、シミュレータ３０に対し、インバータのブリッジ回路を駆動するゲート信号Ｇｕ、Ｇｖ及びＧｗを出力し、シミュレータ３０においては、インバータ模擬部３２が、当該ゲート信号に基づいて三相出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを演算し、その演算値を出力する。そして、モータ模擬部３４が、三相出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの演算値に基づいてモータの動作を模擬する。

ここで、シミュレータ３０がインバータによる三相出力電圧を演算する方法には、主に二つの方法がある。その第一の方法は、図３に示されるように、ゲート信号のキャリア周期毎のゲート信号ＯＮ時間から三相出力電圧を演算する方法である。すなわち、
三相出力電圧＝（ゲート信号ＯＮ時間／キャリア周期）＊インバータ印加電圧
なる演算式により、三相出力電圧が求められる。

この場合、図４に示されるように、ＥＣＵ１０は、シミュレータ３０に対し、キャリア周期を伝える信号（例えば、パルス）を出力しなければならない。しかし、この信号は、本来、実機への接続時には必要でないものであり、ＥＣＵ１０を改造して出力する必要がある。このようにＥＣＵ１０を改造して本来、不要な信号を出力させることは、容易なことではなく、また、コストの上昇を招く。

一方、ＥＣＵ１０がインバータを介してモータを制御するモード（方式）には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電流制御と矩形制御とがある。前述した第一の方法は、ＰＷＭ電流制御時には問題なく三相出力電圧を演算することができるが、矩形制御時には、そもそもキャリア周期に依存することのない制御方式であるため、三相出力電圧を演算することができない。

次に、第二の方法は、シミュレータの処理周期ごとに検出されるゲート信号状態（ＯＮ／ＯＦＦ）の組合せの各々が占める時間的割合から三相出力電圧を演算する方法である。この方法は、ＥＣＵ１０を改造することなしに三相出力電圧を演算することができ、矩形制御にも対応することができるという点において有利である。しかし、この方法は、ＰＷＭ電流制御に対しては、処理周期とキャリア周期とが同期していないことから、演算の精度が悪化し、図５に示されるように、演算された三相出力電圧に乱れが生ずるという問題を有する。

なお、本発明に関連する先行技術文献として、例えば、下記特許文献１は、三相誘導電動機をモデル化し、そのモデルを用いて、当該電動機の制御ソフトウェアを検証するシミュレーション手法を開示している。

特開２００２−３５４８８０号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ制御装置の改造を要することなく、かつ、モータ制御モードにかかわらず、インバータの三相出力電圧を精度よく演算することができるインバータ模擬装置及びモータシミュレータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、モータ制御装置からの信号に基づいて、モータに三相電力を供給するインバータを模擬するインバータ模擬装置であって、前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出手段と、前記ゲート信号検出手段によって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出手段と、を備え、前記三相出力電圧算出手段は、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするインバータ模擬装置が提供される。

一つの好適な態様では、前記ゲート信号検出手段によって検出されたゲート信号のエッジ情報に基づいて前記キャリア周期を算出するキャリア周期算出手段が備えられる。

一つの好適な態様では、前記三相出力電圧算出手段による三相出力電圧の算出は、前記モータ制御装置がＰＷＭ電流制御を行っている場合に行う。

一つの好適な態様では、前記モータ制御装置からの三種類のゲート信号が全てオン状態である時間及び／又は全てオフ状態である時間に基づいて、前記モータ制御装置がＰＷＭ電流制御を行っているか、矩形制御を行っているかを判別する制御方式判別手段が備えられる。

また、本発明によれば、モータ制御装置からの信号に基づいて、モータと当該モータに三相電力を供給するインバータとを模擬するモータシミュレータであって、前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出手段と、前記ゲート信号検出手段によって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出手段と、前記三相出力電圧算出手段によって算出された三相出力電圧に基づいてモータの動作を模擬するモータ模擬手段と、を備え、前記三相出力電圧算出手段は、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするモータシミュレータが提供される。

また、本発明によれば、モータ制御装置からの信号に基づいて、モータに三相電力を供給するインバータを模擬するインバータ模擬方法であって、前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出ステップと、前記ゲート信号検出ステップによって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出ステップと、を備え、前記三相出力電圧算出ステップは、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするインバータ模擬方法が提供される。

本発明によるインバータ模擬装置及びモータシミュレータにあっては、モータ制御装置の改造を要することなく、ＰＷＭ電流制御時においてインバータの三相出力電圧の演算精度を向上させることができるとともに、モータ制御モード（ＰＷＭ電流制御／矩形制御）にかかわらずインバータの三相出力電圧の演算精度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。最初に、本発明により、モータ制御装置を改造することなくＰＷＭ電流制御時において三相出力電圧の演算精度の向上を図る方法の原理について説明する。図６は、インバータのブリッジ回路を駆動するゲート信号の状態の組合せと三相出力電圧ベクトルとの関係を示す図である。

同図において、ゲート信号状態の組合せＣ１，Ｃ２，…，Ｃ８は、下記の三相インバータブリッジ回路のスイッチング状態に対応する。
Ｃ１・・・Ｕ相上段：ＯＮ、Ｖ相上段：ＯＮ、Ｗ相上段：ＯＮ
Ｃ２・・・Ｕ相上段：ＯＮ、Ｖ相上段：ＯＮ、Ｗ相上段：ＯＦＦ
Ｃ３・・・Ｕ相上段：ＯＮ、Ｖ相上段：ＯＦＦ、Ｗ相上段：ＯＮ
Ｃ４・・・Ｕ相上段：ＯＮ、Ｖ相上段：ＯＦＦ、Ｗ相上段：ＯＦＦ
Ｃ５・・・Ｕ相上段：ＯＦＦ、Ｖ相上段：ＯＮ、Ｗ相上段：ＯＮ
Ｃ６・・・Ｕ相上段：ＯＦＦ、Ｖ相上段：ＯＮ、Ｗ相上段：ＯＦＦ
Ｃ７・・・Ｕ相上段：ＯＦＦ、Ｖ相上段：ＯＦＦ、Ｗ相上段：ＯＮ
Ｃ８・・・Ｕ相上段：ＯＦＦ、Ｖ相上段：ＯＦＦ、Ｗ相上段：ＯＦＦ

ゲート信号状態の組合せＣ１，Ｃ２，…，Ｃ８の各々が占める時間的割合を、それぞれ、Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒ８とすれば、Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒ８＝１（＝１００％）となる。

ここで、モータ制御装置を改造することなく、キャリア周期を加味して、ＰＷＭ電流制御時における三相出力電圧の演算精度を上げるために、まず、例えば、Ｕ相上段のゲート信号Ｇｕの立上りエッジ間の周期をキャリア周期として計測する。なお、キャリア周期の計測対象は、Ｖ相又はＷ相でもよく、下段でもよく、立下りエッジでもよい。

次いで、計測されたキャリア周期とシミュレータの処理周期とに応じてゲート信号Ｇｕをフィルタリング処理すなわち平均化処理する。例えば、計測されたキャリア周期が８００μｓ（すなわち１．２５ｋＨｚ）で処理周期が１００μｓの場合には、１００μｓ／８００μｓ＝１／８であるため、計測されるゲート信号Ｇｕ（＝０又は１）を１／８フィルタリング処理する。

なお、処理周期とキャリア周期との関係が図９（Ａ）に示される。かかる処理周期におけるゲート信号の状態を検出するために、図９（Ｂ）に示されるように、所定のサンプリング周期でゲート信号の状態が検出される。

具体的には、Ｇｕ（ｉ）を今回のＧｕの計測値、Ｇｕ（ｉ−ｍ）をｍ回前のＧｕの計測値として、
｛Ｇｕ（ｉ）＋Ｇｕ（ｉ−１）＋…＋Ｇｕ（ｉ−７）｝／８
を求めれば、この値は、“ゲート信号ＯＮ時間／キャリア周期”に一致する。かくして、モータ制御装置を改造することなく、キャリア周期を加味して、ＰＷＭ電流制御時における三相出力電圧の演算精度を上げることができる。Ｖ相及びＷ相についても同様である。

次に、本発明により、モータ制御装置を改造することなくモータ制御モード（ＰＷＭ電流制御／矩形制御）にかかわらずインバータの三相出力電圧の演算精度の向上を図る方法の原理について説明する。まず、ゲート信号からＰＷＭ電流制御か矩形制御かを判別する。具体的には、上述したゲート信号状態の組合せＣ１及びＣ８が占める時間的割合Ｒ１及びＲ８、すなわち零電圧ベクトルの時間的発生割合が、０であれば矩形制御が行われていると判定し、０でなければＰＷＭ電流制御が行われていると判定することができる。

そして、ＰＷＭ電流制御時には、前述したキャリア周期の計測及びフィルタリング処理を経て三相出力電圧を算出すればよい。一方、矩形制御時には、ゲート信号状態の組合せＣ２，Ｃ３，…，Ｃ７の各々が占める時間的割合Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒ７に基づいて三相出力電圧を算出すればよい。具体的には、例えば、インバータの電源電圧をＥとすると、Ｕ相出力電圧Ｖｕは、
Ｖｕ＝（Ｅ／３）（Ｒ２＋Ｒ３＋２＊Ｒ４−２＊Ｒ５−Ｒ６−Ｒ７）
として演算することができる。なお、この演算式は、インバータの出力電圧ベクトルの合成によって求められる。

図７は、本発明によるモータシミュレータにおけるインバータ三相出力電圧の演算の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１０２では、ゲート信号Ｇｕ、Ｇｖ及びＧｗの状態の組合せのうち、上述のＣ１及びＣ８が占める時間的割合Ｒ１及びＲ８のいずれもが０か否かを判定し、０でなければＰＷＭ電流制御が行われていると判断してステップ１０４に進む一方、０であれば矩形制御が行われていると判断してステップ１０８に進む。

ステップ１０４では、例えば、Ｕ相上段のゲート信号Ｇｕの立上りエッジ間の周期を計測することによりキャリア周期を求め、そのキャリア周期と処理周期とから平均化処理のための１／ｎフィルタを決定する。例えば、前述のように、キャリア周期が８００μｓで処理周期が１００μｓの場合には１／８フィルタが採用される。

次いで、ステップ１０６では、ゲート信号の計測値Ｇｕ（ｉ）、Ｇｖ（ｉ）及びＧｗ（ｉ）と電源電圧Ｅとに基づいて、
Ｖｕ＝［｛Ｇｕ（ｉ）＋Ｇｕ（ｉ−１）＋…＋Ｇｕ（ｉ−ｎ＋１）｝／ｎ］＊Ｅ
Ｖｖ＝［｛Ｇｖ（ｉ）＋Ｇｖ（ｉ−１）＋…＋Ｇｖ（ｉ−ｎ＋１）｝／ｎ］＊Ｅ
Ｖｗ＝［｛Ｇｗ（ｉ）＋Ｇｗ（ｉ−１）＋…＋Ｇｗ（ｉ−ｎ＋１）｝／ｎ］＊Ｅ
なる演算を実行することにより、三相出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを求める。

一方、矩形制御に対応するステップ１０８では、ゲート信号状態の組合せＣ２，Ｃ３，…，Ｃ７の各々が占める時間的割合Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒ７（Ｒ２＋Ｒ３＋…＋Ｒ７＝１，Ｒ１＝Ｒ８＝０）を計測する。

次いで、ステップ１１０では、計測された時間的割合Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒ７と電源電圧Ｅとに基づいて、
Ｖｕ＝（Ｅ／３）（Ｒ２＋Ｒ３＋２＊Ｒ４−２＊Ｒ５−Ｒ６−Ｒ７）
Ｖｖ＝（Ｅ／３）（Ｒ２−２＊Ｒ３−Ｒ４＋Ｒ５＋２＊Ｒ６−Ｒ７）
Ｖｗ＝（Ｅ／３）（−２＊Ｒ２＋Ｒ３−Ｒ４＋Ｒ５−Ｒ６＋２＊Ｒ７）
なる演算を実行することにより、三相出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを求める。

かくして、モータ制御装置（ＥＣＵ）の改造を要することなく、かつ、モータ制御モードにかかわらず、インバータの三相出力電圧を精度よく演算することができる。

図８は、本発明に係るモータシミュレータによりＰＷＭ電流制御時における三相出力電圧を演算した結果を示すタイムチャートである。図５と本図とを比較してわかるように、本発明によれば、電圧演算結果に乱れが発生せず、演算精度が向上する。

モータ制御装置、インバータ及びモータの実際の接続構成を示す図である。モータ制御装置とインバータ及びモータを模擬するモータシミュレータとの接続構成を示す図である。ゲート信号を示す図である。モータ制御装置とモータシミュレータとの間の信号を示す図である。従来のモータシミュレータによる三相出力電圧の演算結果（ＰＷＭ電流制御時）を示すタイムチャートである。インバータのブリッジ回路を駆動するゲート信号の状態の組合せと三相出力電圧ベクトルとの関係を示す図である。本発明によるモータシミュレータにおけるインバータ三相出力電圧の演算の手順を示すフローチャートである。本発明に係るモータシミュレータによりＰＷＭ電流制御時における三相出力電圧を演算した結果を示すタイムチャートである。（Ａ）は、処理周期とキャリア周期との関係、（Ｂ）は、サンプリング周期と処理周期との関係、をそれぞれ示すタイムチャートである。

符号の説明

１０モータ制御装置（ＥＣＵ）
１２インバータ
１４モータ
３０モータシミュレータ
３２インバータ模擬部
３４モータ模擬部

Claims

モータ制御装置からの信号に基づいて、モータに三相電力を供給するインバータを模擬するインバータ模擬装置であって、
前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出手段と、
前記ゲート信号検出手段によって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出手段と、を備え、
前記三相出力電圧算出手段は、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするインバータ模擬装置。
前記ゲート信号検出手段によって検出されたゲート信号のエッジ情報に基づいて前記キャリア周期を算出するキャリア周期算出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のインバータ模擬装置。
前記三相出力電圧算出手段による三相出力電圧の算出は、前記モータ制御装置がＰＷＭ電流制御を行っている場合に行うことを特徴とする請求項１または２記載のインバータ模擬装置。
前記モータ制御装置からの三種類のゲート信号が全てオン状態である時間及び／又は全てオフ状態である時間に基づいて、前記モータ制御装置がＰＷＭ電流制御を行っているか、矩形制御を行っているかを判別する制御方式判別手段を備えることを特徴とする請求項３記載のインバータ模擬装置。
モータ制御装置からの信号に基づいて、モータと当該モータに三相電力を供給するインバータとを模擬するモータシミュレータであって、
前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出手段と、
前記ゲート信号検出手段によって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出手段と、
前記三相出力電圧算出手段によって算出された三相出力電圧に基づいてモータの動作を模擬するモータ模擬手段と、を備え、
前記三相出力電圧算出手段は、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするモータシミュレータ。
モータ制御装置からの信号に基づいて、モータに三相電力を供給するインバータを模擬するインバータ模擬方法であって、
前記モータ制御装置からのゲート信号の状態を検出するゲート信号検出ステップと、
前記ゲート信号検出ステップによって検出された所定の処理周期におけるゲート信号の状態と、ゲート信号のキャリア周期とに基づいて、三相出力電圧を算出する三相出力電圧算出ステップと、を備え、
前記三相出力電圧算出ステップは、前記キャリア周期が前記処理周期よりも長い場合には、複数の処理周期におけるゲート信号の状態に基づいて三相出力電圧を算出することを特徴とするインバータ模擬方法。