JP2009278691A - 永久磁石形同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高周波電流指令値、リアクタンス推定値及び電機子抵抗推定値から電圧補償値演算器33により電圧降下を演算し、これを使って電圧指令値をフィードフォワード補償する。高周波電流・高周波電圧検出値から演算した有効電流・無効電流検出値が有効電流・無効電流推定値に一致するようにパラメータ推定手段36によりコンダクタンスとサセプタンスを推定し、これらの推定値からインピーダンス演算器37によりリアクタンス推定値と電機子抵抗推定値とを演算する。また、リアクタンス推定値を用いてインダクタンス演算器38により電動機80のインダクタンスを演算する。
【選択図】図1
Description
電動機のインダクタンスは、交番交流電流を電動機に流したときの電流と端子電圧との関係から測定することができ、例えば、特許文献1に記載された技術がある。
これにより、電動機の電流を指令値に制御することができると共に、電動機のインダクタンスは、前記電流検出値、端子電圧及び交番電流の角周波数から演算することが可能である。
この方法では、前述した特許文献1の実施形態5のような電流フィードバック制御を行っていないため、電動機の電気定数が不明な場合にも安定に電流制御を行えるという特徴がある。
このような観点に立って特許文献1を検討した場合、前述した実施形態5において、電流の応答を速くするためには、前記積分調節器を最適調整すればよいが、電動機の電気定数が未知の場合には、その実現は困難である。また、交流電流の正弦波成分、余弦波成分と交流電圧の正弦波成分、余弦波成分との間に線形性がないため、この点でも積分調節器の最適調整は困難である。
前記端子電圧を制御することにより、電動機の電流を、所定のベクトル方向に交番する高周波電流成分を含む電流指令値に制御する電流制御手段と、
電動機の電流検出値及び端子電圧から電動機のインダクタンスを測定するインダクタンス測定手段と、を備え、
前記電流制御手段は、
前記電流指令値と前記電流検出値との偏差を増幅して第1の電圧指令値を演算する手段と、
前記高周波電流成分、前記電動機のリアクタンス推定値及び電機子抵抗推定値から第2の電圧指令値を演算する手段と、
前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値との和から第3の電圧指令値を演算し、この第3の電圧指令値を前記端子電圧の指令値とする手段と、
を有し、
前記インダクタンス測定手段は、
前記電流検出値から前記高周波電流成分と同じ角周波数の高周波電流を検出する第1検出手段と、
前記第3の電圧指令値から前記高周波電流成分と同じ角周波数の高周波電圧を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により得た高周波電流検出値と前記第2検出手段により得た高周波電圧検出値とから、コンダクタンス及びサセプタンスを推定するパラメータ推定手段と、
前記パラメータ推定手段により得たコンダクタンス推定値及びサセプタンス推定値から前記リアクタンス推定値及び前記電機子抵抗推定値を演算するインピーダンス演算手段と、
前記リアクタンス推定値及び前記高周波電流成分の角周波数から電動機のインダクタンスを演算する手段と、
を有するものである。
前記パラメータ推定手段は、
前記高周波電流検出値と前記高周波電圧検出値とから前記高周波電圧検出値と同位相の電流である有効電流を検出する手段と、
前記高周波電圧検出値と前記コンダクタンス推定値とから有効電流を推定する有効電流推定手段と、
この有効電流推定手段により得た有効電流推定値と前記有効電流の検出値との偏差を増幅して前記コンダクタンス推定値を演算する手段と、
前記高周波電流検出値と前記高周波電圧検出値とから前記高周波電圧検出値と90度の位相差を持った電流である無効電流を検出する手段と、
前記高周波電圧検出値と前記サセプタンス推定値とから無効電流を推定する無効電流推定手段と、
この無効電流推定手段により得た無効電流推定値と前記無効電流の検出値との偏差を増幅して前記サセプタンス推定値を演算する手段と、
を備えたものである。
これにより、リアクタンス推定値及び電機子抵抗推定値は、最終的には真値に収束するので、高周波電流による電圧降下を正確に演算してこの電圧降下が補償された第3の電圧指令値に従って電動機を制御することにより、電動機の電気定数が不明な場合にも高周波電流を高精度に制御し、インダクタンスの測定精度を向上させることができる。また、電流を高応答に制御可能であるため、インダクタンスの測定時間を短縮することができる。
まず、PMSMは、回転子のd軸(回転子の磁極方向)とd軸から90度進んだq軸とに従って電流制御を行うことにより、高精度なトルク制御を実現可能である。しかしながら、磁極位置検出器を持たない場合にはd,q軸を直接検出できないので、d,q軸に対応して角速度(=速度演算値)ω1で回転する直交回転座標系のγ,δ軸を制御装置側に推定して制御演算を行っている。
このγ,δ軸の定義を図3に示す。図3において、ωrはd,q軸の回転角速度、θerrはd,q軸とγ,δ軸との角度誤差(位置演算誤差)である。
電流座標変換器14は、u相電流検出器11u、w相電流検出器11wによってそれぞれ検出した相電流検出値iu,iwを、γ,δ軸の角度θ1に基づいてγ,δ軸電流検出値iγ,iδに座標変換する。なお、上記角度θ1は、インダクタンス測定を開始する前に演算した磁極位置θ10とする。これにより、γ,δ軸をd,q軸に一致させることができる。
また、電圧補償値演算器33により、γ軸高周波電流振幅指令値Iγh *、位相θh、電動機80の電機子抵抗推定値Rγhest及びリアクタンス推定値Xγhestを用いて高周波電流による電圧降下(電圧補償値)を求め、これを第2のγ軸電圧指令値vγhFF *として設定する。具体的には、数式2の演算を行う。
加算器21により、第1のγ軸電圧指令値vγACR *と第2のγ軸電圧指令値vγhFF *とを加算してフィードフォワード補償を行い、第3のγ軸電圧指令値vγ *を演算する。一方、δ軸電圧指令値vδ *は零に制御する。
これらのγ,δ軸電圧指令値vγ *,vδ *は、電圧座標変換器15によって角度θ1(=θ10)に基づき相電圧指令値vu *,vv *,vw *に変換される。
PWM回路13は、相電圧指令値vu *,vv *,vw *と電圧検出器12により検出した電力変換器70の直流入力電圧Edcとから、電力変換器70の出力電圧を相電圧指令値vu *,vv *,vw *に制御するためのゲート信号を生成して電力変換器70に供給する。
上述した制御装置の演算処理により、γ軸電流iγをγ軸電流指令値iγ *に制御することができる。
第1検出手段としてのフーリエ級数演算器34は、γ軸電流iγと高周波電流指令値の位相θhとから、γ軸電流iγの角周波数ωhの余弦波成分Iγhaと正弦波成分Iγhbとを検出する。一方、第2検出手段としてのフーリエ級数演算器35は、γ軸電圧指令値vγ *と高周波電流指令値の位相θhとから、γ軸電圧指令値vγ *の角周波数ωhの余弦波成分Vγhaと正弦波成分Vγhbとを検出する。
図2に示すパラメータ推定手段は、高周波電圧振幅と電機子巻線のコンダクタンスとの積が、高周波電圧と同相の電流(以下、有効電流と定義する)の大きさに等しく、高周波電圧振幅と電機子巻線のサセプタンスとの積が、高周波電圧と90度位相がずれた電流(以下、無効電流と定義する)の大きさに等しいことを利用して上記コンダクタンス及びサセプタンスを真値に収束させるものである。
同様に、減算器104bにより、無効電流推定値Iγvarestと無効電流検出値Iγvardetとの偏差Iγbarerrを演算し、これをパラメータ推定器105bにより増幅してサセプタンス推定値Bγhestを演算する。具体的には、数式12を用いる。
従って、電圧補償値演算器33は、前述した数式2に基づき高周波電流による電圧降下を正確に演算して第2のγ軸電圧指令値vγhFF *を出力すると共に、このγ軸電圧指令値vγhFF *により補償した第3のγ軸電圧指令値vγ *を用いて電力変換器70を介し電動機80を制御することにより、電動機80の電気定数が未知である場合にも電流を高応答に制御することができる。
60 整流回路
70 電力変換器
80 永久磁石形同期電動機(PMSM)
11u u相電流検出器
11w w相電流検出器
12 電圧検出器
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
19 減算器
20 γ軸電流調節器
21 加算器
30 積分器
31 高周波電流指令演算器
32 加算器
33 電圧補償値演算器
34 フーリエ級数演算器
35 フーリエ級数演算器
36 パラメータ推定手段
37,38 インピーダンス演算器
101 振幅演算器
102 有効電流・無効電流検出器
103a,103b 乗算器
104a,104b 減算器
105a,105b パラメータ推定器
Claims (2)
- 永久磁石形同期電動機の端子電圧及び電流をベクトルとしてとらえ、
前記端子電圧を制御することにより、電動機の電流を、所定のベクトル方向に交番する高周波電流成分を含む電流指令値に制御する電流制御手段と、
電動機の電流検出値及び端子電圧から電動機のインダクタンスを測定するインダクタンス測定手段と、
を備え、
前記電流制御手段は、
前記電流指令値と前記電流検出値との偏差を増幅して第1の電圧指令値を演算する手段と、
前記高周波電流成分、前記電動機のリアクタンス推定値及び電機子抵抗推定値から第2の電圧指令値を演算する手段と、
前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値との和から第3の電圧指令値を演算し、この第3の電圧指令値を前記端子電圧の指令値とする手段と、
を有し、
前記インダクタンス測定手段は、
前記電流検出値から前記高周波電流成分と同じ角周波数の高周波電流を検出する第1検出手段と、
前記第3の電圧指令値から前記高周波電流成分と同じ角周波数の高周波電圧を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により得た高周波電流検出値と前記第2検出手段により得た高周波電圧検出値とから、コンダクタンス及びサセプタンスを推定するパラメータ推定手段と、
前記パラメータ推定手段により得たコンダクタンス推定値及びサセプタンス推定値から前記リアクタンス推定値及び前記電機子抵抗推定値を演算するインピーダンス演算手段と、
前記リアクタンス推定値及び前記高周波電流成分の角周波数から電動機のインダクタンスを演算する手段と、
を有することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載した制御装置において、
前記パラメータ推定手段は、
前記高周波電流検出値と前記高周波電圧検出値とから前記高周波電圧検出値と同位相の電流である有効電流を検出する手段と、
前記高周波電圧検出値と前記コンダクタンス推定値とから有効電流を推定する有効電流推定手段と、
この有効電流推定手段により得た有効電流推定値と前記有効電流の検出値との偏差を増幅して前記コンダクタンス推定値を演算する手段と、
前記高周波電流検出値と前記高周波電圧検出値とから前記高周波電圧検出値と90度の位相差を持った電流である無効電流を検出する手段と、
前記高周波電圧検出値と前記サセプタンス推定値とから無効電流を推定する無効電流推定手段と、
この無効電流推定手段により得た無効電流推定値と前記無効電流の検出値との偏差を増幅して前記サセプタンス推定値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
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