JP2011050178A - モータ制御装置及び発電機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ制御装置は、直接トルク制御を採用する。即ち、モータの電機子巻線を鎖交する磁束を推定し、推定磁束とモータ電流からトルクを推定してトルクを直接制御する。推定トルクとトルク指令値との誤差(ΔT)をゼロに収束させるためのPI制御を実行し、PI制御に従う磁束ベクトルの位相(θS *)と推定磁束の位相(θS)との差(θDIF)から電圧飽和の発生有無を検出する。電圧飽和の発生時には、その差(θDIF)に応じて上記PI制御における積分ゲイン(γi・Ki)を可変設定する。
【選択図】図8
Description
本発明の第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態に係るモータ駆動システムの概略ブロック図である。図1のモータ駆動システムは、モータ1と、電圧変換回路2と、モータ制御装置3とを備える。図2は、モータ1の内部構成を表すブロック図である。
モータ電圧vのα軸成分及びβ軸成分を、夫々、α軸電圧及びβ軸電圧と呼ぶと共に記号vα及びvβにて表す。
モータ電流iのα軸成分及びβ軸成分を、夫々、α軸電流及びβ軸電流と呼ぶと共に記号iα及びiβにて表す。
三相の電機子巻線を鎖交する磁束を合成したものを電機子鎖交磁束と呼ぶと共に記号φにて表す。電機子鎖交磁束φのα軸成分及びβ軸成分を、夫々、α軸磁束及びβ軸磁束と呼ぶと共に記号φα及びφβにて表す。電機子鎖交磁束φは、永久磁石1mによる界磁磁束(後述のΦaに相当)とモータ電流iによる電機子反作用磁束との合成磁束に相当する。φは二次元量であるため、それを磁束ベクトルとも呼ぶ。
Raは、モータ1に設けられた電機子巻線の一相当たりの抵抗値を表し、
Pnは、モータ1の極対数を表し、
φα|t=0及びφβ|t=0は、夫々、時刻t=0におけるφα及びφβの値(即ち、φα及びφβの初期値)を表す。
尚、Ra、Pn、φα|t=0及びφβ|t=0を、モータ駆動システムの設計段階にて予め定めておくことができる。
φα、φβ、θS、T、T*、ΔT、ΔθS *、θS *、|φ*|、φα*、φβ*、vα*、vβ*は、夫々、φα[k]、φβ[k]、θS[k]、T[k]、T*[k]、ΔT[k]、ΔθS *[k]、θS *[k]、|φ*|[k]、φα*[k]、φβ*[k]、vα*[k]、vβ*[k]にて表される。k番目の制御周期以外についても同様である。従って例えば、(k+1)番目の制御周期において導出された指令値又は状態量は[k+1]を伴った記号にて表される。ΔθS *[k]は、ΔT[k]とk番目の制御周期よりも前の制御周期において導出されたΔT(ΔT[k−1]等)とに基づいて導出されたΔθS *であり、θS *[k]=θS[k]+ΔθS *[k]である。φα*[k]及びφβ*[k]はθS *[k]及び|φ*|[k]から導出され、vα*[k]及びvβ*[k]はφα*[k]及びφβ*[k]とφα[k]及びφβ[k]から導出される。
本発明の第2実施形態を説明する。第1実施形態で述べた技術は発電システムに対しても適用できる。第2実施形態では、第1実施形態で述べた技術が適用された発電システムを説明する。図10は、第2実施形態に係る発電システムの詳細ブロック図である。図10の発電システムは、発電機101、電圧変換回路102及び発電機制御装置103を備えると共に、電圧出力部104及び電流センサ10を備えている。
vは、発電機101におけるU相、V相及びW相の電機子巻線に加わるU相電圧vu、V相電圧vv及びW相電圧vwの合成電圧に相当する、発電機電圧を表し、
iは、発電機101におけるU相、V相及びW相の電機子巻線に流れるU相電流iu、V相電流iv及びW相電流iwの合成電流に相当する、発電機電流(発電機の電機子電流)を表し、
φは、発電機101におけるU相、V相及びW相の電機子巻線の鎖交磁束を合成したものを表す。そして例えば、第2実施形態において、発電機電圧vのα軸成分及びβ軸成分は、夫々vα及びvβにて表され、発電機電流iのα軸成分及びβ軸成分は、夫々iα及びiβにて表され、発電機101の電機子鎖交磁束φにおけるα軸成分及びβ軸成分は、夫々φα及びφβにて表される。
また、第2実施形態では、
d軸は、発電機101の回転子に設けられた永久磁石の磁束の方向を向く回転軸であり、
ωは、発電機101にとってのd軸の回転速度(電気角における角速度)を表す。
発電機制御装置103において、
電流検出部11は、電流センサ10の出力信号に基づいてU相電流iu及びV相電流ivの電流値を検出し、
3相/2相変換部32はiu及びivをiα及びiβに変換し、
磁束・トルク推定部33は、iα及びiβとvα*及びvβ*と基づいてφα及びφβを推定すると共に磁束ベクトルφの位相θS及び発電機101にて発生するトルクTを推定する。
上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈6を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
上述のモータ駆動システム及び発電システムでは、電流センサ10を用いてU相電流iu及びV相電流ivを直接検出するようにしているが、電圧変換回路2と電源4との間に流れる直流電流又は電圧変換回路102と電圧出力部104との間に流れる直流電流に基づいて、それらを検出するようにしてもよい。
上述の各種の指令値(φα*、φβ*など)や状態量(φα、φβなど)を含む、導出されるべき全ての値の導出手法は任意である。即ち、例えば、それらを、モータ制御装置又は発電機制御装置内での演算によって導出するようにしてもよいし、予め設定しておいたテーブルデータから導出するようにしてもよい。
モータ制御装置(又は発電機制御装置)の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア(プログラム)を用いて実現される。ソフトウェアを用いてモータ制御装置(又は発電機制御装置)を実現する場合、モータ制御装置(又は発電機制御装置)の各部の構成を示すブロック図は機能ブロック図を表すこととなる。勿論、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ハードウェアのみによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、モータ制御装置(又は発電機制御装置)を形成することも可能である。
モータ及び発電機の夫々は、回転機の一種である。故に、モータ制御装置及び発電機制御装置の夫々を、回転機制御装置と呼ぶこともできる。
本発明に係るモータ制御装置3及びモータ駆動システムは、モータを用いるあらゆる電気機器に好適である。上述のモータ制御装置3又はモータ駆動システムを、モータを用いるあらゆる電気機器に搭載することができ、これによって、電圧飽和時における制御性の向上(例えば、高速回転時における制御性の向上)を図ることができる。該電気機器には、例えば、電動車両(電動自動車、電動バイク、電動自転車など)、空気調和機(屋内用又は車載用の空気調和機など)、洗濯機、及び、圧縮機(冷蔵庫用圧縮機など)が含まれ、それらはモータの回転によって駆動する。
本明細書及び図面において下記の点に留意すべきである。上記の数と表記した墨付きかっこ内の式(式(A1)等)の記述又は図面において、所謂下付き文字として表現されているギリシャ文字は、電子出願ソフトの機能上、墨付きかっこ内の式以外において、下付き文字でない標準文字として表記されうる。このギリシャ文字における下付き文字と標準文字との相違は無視されるべきである。
2 電圧変換回路
3 モータ制御装置
33 磁束・トルク推定部
36 トルク演算部
38 磁束ベクトル生成部
39 電圧指令部
50 トルク制御部
51 PI制御部
52 遅延部
53 減算部
54 乗算部
55 積分器
101 発電機
102 電圧変換回路
103 発電機制御装置
104 電圧出力部
Claims (6)
- 電機子巻線を有するモータの発生トルクが前記発生トルクの目標値であるトルク指令値に追従するように、積分器を用いて前記発生トルクを制御するトルク制御部を備えたモータ制御装置において、
前記トルク制御部は、前記発生トルクを前記トルク指令値に追従させるために生成されるべき指令値であって且つ前記モータの印加電圧を指定する指令値である電圧指令値の大きさが所定の制限電圧値を超えていて、該大きさが前記制限電圧値以下に制限されるとき、前記電機子巻線の鎖交磁束の情報に基づき前記積分器のパラメータを調整する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記積分器は、前記発生トルクと前記トルク指令値との差分に応じた値の積分値を出力し、
前記トルク制御部は、前記積分器の出力を用いて、前記差分を低減するための積分制御を含む制御を実行し、
前記積分制御を含む制御と前記制限電圧値とに基づいて前記電圧指令値を生成する電圧指令値生成部、及び、前記電圧指令値と前記電機子巻線に流れる電機子電流とに基づいて前記鎖交磁束を推定する推定部を、当該モータ制御装置は更に備え、
前記鎖交磁束の情報は、前記推定部による前記鎖交磁束の推定結果に基づいて生成される
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記トルク制御部は、前記差分が低減するように、前記積分器を用いて所定座標系上における前記鎖交磁束の位相の目標である位相指令値を生成し、
前記電圧指令値生成部は、前記位相指令値に従った磁束を前記電機子巻線に鎖交させるために必要な前記電圧指令値を、前記電圧指令値の大きさが前記制限電圧値以下となる制限の下で生成し、
前記鎖交磁束の情報は、前記推定部によって推定された前記鎖交磁束である推定鎖交磁束の、前記所定座標系上における位相と、前記位相指令値と、の差を表す位相差情報である
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記トルク制御部は、前記差分に前記パラメータとしての積分ゲインを乗じて得た値の積分値に応じて前記位相指令値を生成し、前記位相差情報にて表される前記差が増大するに従って前記積分ゲインを減少させる
ことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 - 前記推定部は、前記電圧指令値と前記電機子電流に基づいて前記発生トルクをも推定し、前記トルク制御部では、前記発生トルクとして、推定された発生トルクが用いられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載のモータ制御装置。 - 電機子巻線を有する発電機の発生トルクが前記発生トルクの目標値であるトルク指令値に追従するように、積分器を用いて前記発生トルクを制御するトルク制御部を備えた発電機制御装置において、
前記トルク制御部は、前記発生トルクを前記トルク指令値に追従させるために生成されるべき指令値であって且つ前記発電機の出力電圧を指定する指令値である電圧指令値の大きさが所定の制限電圧値を超えていて、該大きさが前記制限電圧値以下に制限されるとき、前記電機子巻線の鎖交磁束の情報に基づき前記積分器のパラメータを調整する
ことを特徴とする発電機制御装置。
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