JP2021180569A - モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保可能なモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を提供すること。【解決手段】モータの速度変動幅を検出し、前記速度変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える、モータ制御装置。例えば、前記同定部は、前記速度変動幅が前記設定範囲内になるまで前記モータのq軸電流値と前記モータのq軸電流の変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記速度変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。【選択図】図5
Description
本開示は、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法に関する。
モータの発生トルクからモータ速度への伝達関数の係数を最小二乗法により推定することで、モータのイナーシャと粘性係数を同定する同定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、モータ速度の変動のさせ方によっては、モータのイナーシャと粘性係数を同定する精度が低下する場合がある。
本開示は、モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保可能なモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を提供する。
本開示の一実施の形態に係るモータ制御装置は、
モータのq軸電流の変動幅である電流変動幅が設定範囲内になるまで前記モータの速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記電流変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える。
モータのq軸電流の変動幅である電流変動幅が設定範囲内になるまで前記モータの速度変動幅と速度変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記電流変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える。
本開示によれば、モータのイナーシャと粘性係数の同定精度を確保できる。
以下、図面を参照して、本開示の実施の形態に係るモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法について詳細に説明する。
図1は、本開示の実施の形態1に係るモータシステム1の構成例を示す図である。図1に示すモータシステム1は、モータ4のロータと同期して回転する直交回転座標軸であるdq軸上でモータ4を制御することで、高性能なトルク制御や速度制御を実現する。
d軸は、ロータの実際の磁極位置を表す実角度方向(ロータの磁石により発生する磁束の方向)に伸びる実軸であり、q軸は、d軸から電気角で90°進んだ方向に伸びる実軸である。d軸及びq軸は、合わせて、dq軸又はd,q軸と称することがある。dq軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸である。ロータの磁極位置θは、モータの基準コイル(例えば、U相コイル)の位置を基準に、d軸が進む角度で表される。d−q座標系は、基準コイルからθだけ進んでいる。なお、d軸及びq軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸であり、各種センサの有無にかかわらず、d軸及びq軸を用いることができる。
モータシステム1が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫、ポンプ等であるが、当該機器は、これらに限られない。モータシステム1は、モータ4と、モータ制御装置100とを少なくとも備える。
モータ4は、複数のコイルを有するモータである。モータ4は、例えば、U相コイルとV相コイルとW相コイルとを含む3相コイルを有する。モータ4の具体例として、3相のブラシレス直流モータ、ステッピングモータなどが挙げられる。モータ4は、少なくとも一つの永久磁石が配置されるロータと、ステータとを有する。モータ4は、ロータの磁石の角度位置(磁極位置)を検出する位置センサを使用しないセンサレス型のモータである。モータ4は、例えば、送風用のファンを回すファンモータである。なお、本開示の技術は、ロータの磁石の角度位置(磁極位置)を検出する位置センサが取り付けられたモータ4にも適用できる。モータ4は、ロータの磁石の角度位置(磁極位置)を検出する位置センサを使用しないモータ(センサレス型モータ)でも、位置センサを使用するモータ(センサ付きモータ)でもよい。
モータ制御装置100は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、3相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を3相のPWM信号を含む通電パターンに従いオンオフ(ON、OFF)制御することで、インバータ12を介してモータ4を駆動する。モータ制御装置100は、モータ4がステッピングモータの場合、例えば2相接続された複数のスイッチング素子を2相のPWM信号を含む通電パターンに従いオンオフ制御することで、インバータ12を介してモータ4を駆動する。
モータ制御装置100は、例えば、インバータ12、PWM回路13、電流検出部11、位置・速度検出部19、速度制御部20、電流制御部30、電流座標変換器14、電圧座標変換器15及び同定部40を備える。
インバータ12は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって3相交流に変換し、3相交流の駆動電流をモータ4に流すことによって、モータ4のロータを回転させる回路である。インバータ12は、PWM回路13によって生成される複数の通電パターン(より具体的には、3相のPWM信号)に基づいて、モータ4を駆動する。PWMとは、Pulse Width Modulation(パルス幅変調)を意味する。インバータ12は、モータ4がステッピングモータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって複数の交流に変換し、複数の駆動電流をモータ4に流すことによって、モータ4のロータを回転させる回路である。
電流検出部11は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、PWM回路13によって生成される複数の通電パターン(より具体的には、3相のPWM信号)に基づいて、モータ4に流れるU,V,W各相の相電流Iu,Iv,Iwを検出する。例えば、電流検出部11は、インバータ12の直流側に設けられる1つのシャント抵抗に発生する電圧に基づいて、各相の相電流Iu,Iv,Iwを検出する。電流検出部11は、インバータ12とモータ4との間に流れる電流を検出する電流センサによって、相電流Iu,Iv,Iwを検出してもよい。電流検出部11は、モータ4がステッピングモータの場合、PWM回路13によって生成される複数の通電パターンに基づいて、モータ4に流れる各相の相電流を検出する。
位置・速度検出部19は、電流座標変換器14により生成されたd軸電流検出値id及びq軸電流検出値iqと、電流制御部30により生成されたd軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *とに基づいて、ロータの磁極位置θ及び回転速度ωを検出する。位置・速度検出部19は、モータ4に位置センサが取り付けられている場合、当該位置センサの出力信号に基づいて、磁極位置θ及び回転速度ωを検出してもよい。磁極位置θは、モータ4のロータの磁極位置(電気角)を表し、回転速度ωは、モータ4のロータの電気角速度を表す。位置・速度検出部19により検出される回転速度ωの検出値を、速度検出値ωとも称する。
速度制御部20は、外部からの速度指令値ω*と位置・速度検出部19によって検出される速度検出値ωとの差が零に収束するように、d−q座標系におけるd軸電流指令値id *及びq軸電流指令値iq *を生成する。速度指令値ω*は、モータ4のロータの電気角速度で表される回転速度の指令値を表す。速度制御部20は、例えば、減算器16、速度調節器17及び電流指令演算部18を有する。
減算器16は、速度指令値ω*と速度検出値ωとの偏差を演算する。速度調節器17は、減算器16により演算された偏差を増幅することで、トルク指令値τ*を演算する。トルク指令値τ*は、モータ4のトルクTの指令値を表す。
電流指令演算部18は、トルク指令値τ*及び速度検出値ωに基づき、モータ4のd軸方向に流すd軸電流の指令値であるd軸電流指令値id *とモータ4のq軸方向に流すq軸電流の指令値であるq軸電流指令値iq *を演算する。モータ4に生じるトルクTは、q軸電流指令値iq *に比例して大きくなる。
電流制御部30は、d軸電流指令値id *とd軸電流検出値idとの差が零に収束するように、モータ4のd軸方向に生じるd軸電圧の指令値であるd軸電圧指令値vd *を生成する。電流制御部30は、q軸電流指令値iq *とq軸電流検出値iqとの差が零に収束するように、モータ4のq軸方向に生じるq軸電圧の指令値であるq軸電圧指令値vq *を生成する。モータ4がブラシレスモータ直流モータの場合、電圧座標変換器15は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、d軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を、U,V,W各相の相電圧指令vu*,vv*,vw*に変換する。電流座標変換器14は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部11により検出された3相の相電流Iu,Iv,Iwを、2相のd軸電流検出値id及びq軸電流検出値iqに変換する。モータ4がステッピングモータの場合、電圧座標変換器15は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、d軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を、各相の相電圧指令値に変換する。電流座標変換器14は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部11により検出された各相の相電流を、2相のd軸電流検出値id及びq軸電流検出値iqに変換する。
同定部40は、モータ4の機械的パラメータ(イナーシャ、粘性抵抗など)を同定する。同定部40により同定された機械的パラメータを含む機械系モデルを用いて、モータシステム1の速度制御系は構成される。
図2は、モータシステムの速度制御系における機械系モデルの一例を示す図である。図2に示すモータ速度系33は、モータ4の機械系モデル34を含む。機械系モデル34は、モータ4のトルクTを入力としモータ4の回転速度ωを出力とする伝達関数で表される。Jはモータ4のイナーシャ、Dはモータ4の粘性抵抗、sはラプラス演算子を表す。同定部40は、例えば、機械系モデル34を表す伝達関数の2つの係数を最小二乗法により推定することで、モータ4の機械的パラメータ(イナーシャJと粘性係数D)を同定する。なお、モータ4に機械的負荷が接続されている場合、同定部40は、その機械的負荷とモータ4を合わせた状態での機械的パラメータ(イナーシャJと粘性係数D)を同定する。
図3は、モータの機械的パラメータを最小二乗法により同定する同定部の一例を示す機能ブロック図である。同定部40は、例えば、周期信号生成部51、推定モデル53及び推定部54を有する。実モデル52は、図2に示す機械系モデル34に相当する。周期信号生成部51は、同定部40(図3参照)の内部にあってもよいし、モータ制御装置100(図1参照)の外部にあってもよい。
図3において、周期信号生成部51は、振幅と周波数とオフセットとが可変の周期信号を生成し、生成した周期信号を、q軸電流指令値iq *として出力する。周期信号の波形は、正弦波に限らず、疑似正弦波、三角波又は鋸波などの他の周期波形でもよい。速度制御部20は、入力された速度指令値ω*と、位置・速度検出部19によって検出される速度検出値ωとの差が零に収束するように電流指令値i*(d軸電流指令値id *及びq軸電流指令値iq *)を出力する。トルクTは電流値に比例することから、電流値にトルク係数を乗算すればトルクとなり、電流値の変化は結果としてトルクの変化となる。よって、電流値の指令はトルクの指令と等価となり、実際の同定においては、電流と速度が用いられてもよい。
推定モデル53は、モータ4に生じるトルクTの指令値であるトルク指令値τ*として周期信号生成部51から出力されて推定モデル53に入力される周期信号から、速度検出値ωの推定値である速度推定値ωmを出力する。推定モデル53は、実モデル52と同じ伝達関数で表される。Jmは、推定モデル53上のイナーシャ、Dmは、推定モデル53上の粘性抵抗を表す。
推定部54は、実モデル52から出力される速度検出値ω(位置・速度検出部19により実際に得られる速度検出値ω)と推定モデル53から出力される速度推定値ωmとの誤差の二乗和を最小とするような"イナーシャJ及び粘性抵抗D"を算出(同定)する。推定部54は、イナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の算出値を同定値としてメモリに保存する。推定部54により導出されるイナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値は、速度制御部20(図1)の制御ゲインの設定に利用される。なお、制御ゲインを設定するにあたり、必ずしもイナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値が速度制御部20に入力されなくてもよい。例えば、同定部40は、イナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値をユーザに提示し、ユーザから入力される情報に応じて、制御ゲインを設定してもよい。
ところが、周期信号生成部51により生成される周期信号の振幅が小さいと、速度検出値ω及び速度推定値ωmの振幅も小さくなるため、イナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値が動作時の本来の値と大きく異なる(同定精度が低下する)場合がある。電流値は、モータ4やモータ4に繋がる負荷により変化するので、周期信号の振幅(変動幅)を適切に設定することが難しい。
図4は、基準イナーシャに対するイナーシャ及び粘性抵抗の推定値(同定値)のばらつきの一例を示す図である。周期信号生成部51により生成される周期信号の振幅、周波数及びオフセットを固定した状態で推定部54が推定を繰り返すと、基準イナーシャが大きいとき、イナーシャ及び粘性抵抗の推定値(同定値)のばらつきが、図4に示すように大きくなることがある。
本開示の同定部40は、回転速度ωを適切な変動幅で変動させることで、イナーシャ及び粘性抵抗の同定精度を確保する機能を有する。以下、回転速度ωを適切な変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出する同定方法1〜4について、図5〜8を参照して説明する。
<同定方法1>
図5は、同定方法1を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
図5は、同定方法1を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
次に、同定部40は、q軸電流(Iq電流)の電流値と変動周波数の各々の初期値を設定し(ステップS11)、設定した各々の初期値からモータ4を回転させ、モータ4の速度変動幅を検出する(ステップS12)。同定部40は、モータ4の速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS13)。
q軸電流の電流値を、単に、q軸電流値と称する場合がある。q軸電流の電流値の初期値を設定するとは、q軸電流指令値iq *の初期値を設定することを表す。q軸電流の変動周波数とは、q軸電流が変動する周波数(q軸電流が変動する周期の逆数)を表す。
モータ4の速度変動幅とは、モータ4のロータの回転速度ωが上下に変動する上下幅を表す。後述の他の同定方法でも同様である。
同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲よりも小さいと判定した場合(ステップS13、NO)、速度変動幅の検出値が設定範囲内に上昇するまで、速度変動幅を検出しながら、q軸電流指令値iq *を漸増させる(ステップS14)。同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になったら(ステップS13、YES)、q軸電流指令値iq *を漸増させることを停止し、その停止した値にq軸電流指令値iq *を固定する。
一方、同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲よりも大きい又はモータ4の異常動作が検知されたと判定した場合(ステップS13、NO)、速度変動幅の検出値が設定範囲内に低下するまで、速度変動幅を検出しながら、q軸電流指令値iq *を漸減させる(ステップS14)。同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になったら(ステップS13、YES)、q軸電流指令値iq *を漸減させることを停止し、その停止した値にq軸電流指令値iq *を固定する。
また、同定部40は、ステップS13において、モータ4の速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定することに加えて、d軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲(零近傍範囲)よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部40は、d軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、d軸電流が零近傍範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *を減少させる。零近傍範囲と比較されるd軸電流は、例えば、d軸電流検出値idである。
同定部40は、ステップS13で固定されたq軸電流指令値iq *でモータ4の回転速度ωを変動させた状態で、モータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する(ステップS15)。同定部40は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値(同定値)をメモリに保存する(ステップS16)。
同定方法1では、同定部40は、モータ4の速度変動幅が設定範囲内になるまでq軸電流値を変化させ、速度変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法1によれば、ステップS13の設定範囲を、モータ4の回転速度ωを変動させたい適切な幅に設定することで、モータ4の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
同定部40は、例えば、速度検出値ωの変動幅が設定範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *を変化させてもよい。これにより、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
速度検出値ωの変動幅とは、速度検出値ωが上下に変動する上下幅を表す。後述の他の同定方法でも同様である。
<同定方法2>
図6は、同定方法2を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
図6は、同定方法2を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
次に、同定部40は、q軸電流(Iq電流)の電流値と変動周波数の各々の初期値を設定し(ステップS21)、設定した各々の初期値からモータ4を回転させ、モータ4の速度変動幅を検出する(ステップS22)。同定部40は、モータ4の速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS23)。
同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲よりも小さい又は大きいと判定した場合(ステップS23、NO)、速度変動幅の検出値が設定範囲内になるまで、速度変動幅を検出しながら、q軸電流指令値iq *の変動周波数を漸増又は漸減させる(ステップS24)。同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になったら(ステップS23、YES)、q軸電流指令値iq *の変動周波数を漸増又は漸減ことを停止し、その停止した値にq軸電流指令値iq *の変動周波数を固定する。
q軸電流指令値iq *の変動周波数とは、q軸電流指令値iq *が変動する周波数(q軸電流指令値iq *が変動する周期の逆数)を表す。後述の他の同定方法でも同様である。
また、同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲よりも大きい又はモータ4の異常動作が検知されたと判定した場合(ステップS23、NO)、q軸電流指令値iq *を減少させ、その状態で、上記と同様にq軸電流指令値iq *の変動周波数を漸増又は漸減させる(ステップS24)。同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になったら(ステップS23、YES)、q軸電流指令値iq *の変動周波数を漸増又は漸減ことを停止し、q軸電流指令値iq *及びq軸電流指令値iq *の変動周波数を固定する。
また、同定部40は、ステップS23において、モータ4の速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定することに加えて、d軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲(零近傍範囲)よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部40は、d軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、d軸電流が零近傍範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *を減少させる。零近傍範囲と比較されるd軸電流は、例えば、d軸電流検出値idである。
同定部40は、ステップS23で固定されたq軸電流指令値iq *及びq軸電流指令値iq *の変動周波数でモータ4の回転速度ωを変動させた状態で、モータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する(ステップS25)。同定部40は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値(同定値)をメモリに保存する(ステップS26)。
同定方法2では、同定部40は、モータ4の速度変動幅が設定範囲内になるまでq軸電流の変動周波数を変化させ、速度変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法2によれば、ステップS23の設定範囲を、モータ4の回転速度ωを変動させたい適切な幅に設定することで、モータ4の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
同定部40は、例えば、速度検出値ωの変動幅が設定範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *の変動周波数を変化させてもよい。これにより、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
<同定方法3>
図7は、同定方法3を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
図7は、同定方法3を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
次に、同定部40は、モータ4の定格値とq軸電流値とq軸電流の変動周波数との対応テーブルを予め記憶するメモリにアクセスする。対応テーブルには、モータ4の定格値に適した、q軸電流値とq軸電流の変動周波数との組み合わせが定義されている。定格値は、モータの特性を表す値(特性値)の一例である。定格値には、例えば、モータの容量、電圧又は電流などがある。
例えば、対応テーブルには、モータ4の定格値に適した、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との組み合わせが定義されてもよい。後述の他の同定方法でも同様である。なお、対応テーブルは、定格値とq軸電流値とq軸電流の変動周波数との対応関係を定義したテーブルに限られない。対応テーブルは、モータの特性値と、q軸電流値とq軸電流の変動周波数とのうちの一方又は両方との対応関係を定義したテーブルでもよい。モータの特性値は、定格値に限られず、モータの特定の性能を表す値(性能値)、モータの型番情報を表す値などでもよい。
図7のステップS31にて、同定部40は、モータ制御装置100に実際に接続されたモータ4の定格値に対応するq軸電流指令値iq *及びq軸電流指令値iq *の変動周波数を対応テーブルから選択し、選択したq軸電流指令値iq *及びq軸電流指令値iq *の変動周波数を各々の初期値として設定する。同定部40は、設定した各々の初期値からモータ4を回転させ、モータ4の速度変動幅を検出する(ステップS32)。同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS33)。
同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲よりも小さい又は大きいと判定した場合(ステップS33、NO)、速度変動幅の検出値が設定範囲内になるまで、速度変動幅を検出しながら、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数とのうちの一方又は両方を漸増又は漸減させる(ステップS34)。同定部40は、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数の両方を変化させる場合、一方を漸増させ他方を漸減させてもよい。また、同定部40は、上記の対応テーブルを利用して、q軸電流指令値iq *を漸増又は漸減させるのか、及び、q軸電流指令値iq *の変動周波数を漸増又は漸減させるのか、決定してもよい。
同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になったら(ステップS33、YES)、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数とのうちの一方又は両方を漸増又は漸減させることを停止し、その停止した各値にq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数を固定する。
同定部40は、ステップS33で固定されたq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数でモータ4の回転速度ωを変動させた状態で、モータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する(ステップS35)。同定部40は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗の算出値(同定値)をメモリに保存する(ステップS36)。
なお、同定部40は、速度変動幅の検出値が設定範囲内になるまでに所定の上限値よりも大きな速度変動幅又はモータ4の異常動作等の発生が検知された場合、q軸電流指令値iq *を減少させる、又はq軸電流指令値iq *の変動周波数を変化させてもよい。
同定方法3では、同定部40は、モータ4の速度変動幅が設定範囲内になるまでq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との少なくとも一方を変化させ、速度変動幅がその設定範囲内になった状態でモータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する。同定方法3によれば、ステップS33の設定範囲を、モータ4の回転速度ωを変動させたい適切な幅に設定することで、モータ4の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
同定部40は、例えば、速度検出値ωの変動幅が設定範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との少なくとも一方を変化させてもよい。これにより、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
また、同定部40は、ステップS33において、速度変動幅の検出値が設定範囲内にあるか否かを判定することに加えて、d軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲(零近傍範囲)よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部40は、d軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、d軸電流が零近傍範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との少なくとも一方を変化させてもよい。零近傍範囲と比較されるd軸電流は、例えば、d軸電流検出値idである。
<同定方法4>
図8は、同定方法4を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
図8は、同定方法4を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値id *を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する。
次に、同定部40は、モータ4の定格値とq軸電流値とq軸電流の変動周波数との対応テーブルを予め記憶するメモリにアクセスする。対応テーブルには、モータ4の定格値適した、q軸電流値とq軸電流の変動周波数との組み合わせが定義されている。定格値は、モータの特性を表す値(特性値)の一例である。定格値には、例えば、モータの容量、電圧又は電流などがある。
例えば、対応テーブルには、モータ4の定格値に適した、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との組み合わせが定義されてもよい。なお、対応テーブルは、定格値とq軸電流値とq軸電流の変動周波数との対応関係を定義したテーブルに限られない。対応テーブルは、モータの特性値と、q軸電流値とq軸電流の変動周波数とのうちの一方又は両方との対応関係を定義したテーブルでもよい。モータの特性値は、定格値に限られず、モータの特定の性能を表す値(性能値)、モータの型番情報を表す値などでもよい。
図9のステップS41にて、同定部40は、モータ制御装置100に実際に接続されたモータ4の定格値に対応するq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数を対応テーブルから選択し、選択したq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数を各々の初期値として設定する。同定部40は、設定した各々の初期値からモータ4を回転させ、その時の、モータ4の速度変動幅、q軸電圧(vq電圧)、d軸電流(id電流)などを観測する(ステップS42)。q軸電圧とは、例えば、q軸電圧指令値vq *である。d軸電流は、例えば、d軸電流検出値idである。
同定部40は、ステップS42で観測した少なくとも一つの値を用いて、適切なq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数を設定する(ステップS43)。例えば、同定部40は、ステップS42で観測した少なくとも一つの値を用いて、所定の算出式から算出又は所定の対応テーブルから選択して、適切なq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数を設定する。
また、同定部40は、ステップS43で設定したq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数でモータ4を回転させた時、d軸電流が零よりも僅かに大きい所定範囲(零近傍範囲)よりも大きいか否かを判定してもよい。同定部40は、d軸電流が零近傍範囲よりも大きいと判定した場合、d軸電流が零近傍範囲内になるまで、q軸電流指令値iq *を減少させ、q軸電流指令値iq *の変動周波数を変化させ、又はその両方を行う。零近傍範囲と比較されるd軸電流は、例えば、d軸電流検出値idである。
同定部40は、ステップS43で設定されたq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数でモータ4の回転速度ωを変動させた状態で、モータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する計算処理を実行する(ステップS44)。同定部40は、計算処理により得られたイナーシャ及び粘性抵抗のいずれかの算出値(同定値)の異常又はモータ4の異常動作等の発生があるか否かを判定する(ステップS45)。
同定部40は、いずれかの同定値の異常又はモータ4の異常動作等の発生が検知された場合(ステップS45、YES)、q軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数とのうちの一方又は両方を変更して(ステップS46)、同定を再度実行する(ステップS44)。ステップS44,S45,S46において、同定部40は、q軸電流指令値iq *を設定し、q軸電流指令値iq *の変動周波数を漸次変化させながら同定を連続して行ってもよいし、q軸電流指令値iq *の変動周波数を設定し、q軸電流指令値iq *を漸次変化させながら同定を連続して行なってもよい。同定部40は、このように同定を連続して行うことで得られた同定値のテーブルから選択した適切な値を、同定値としてもよい。
同定部40は、いずれかの同定値の異常及びモータ4の異常動作等の発生が検知されない場合(ステップS45、NO)、イナーシャ及び粘性抵抗の算出値を同定値として決定し、メモリに保存する(ステップS47)。
同定方法4では、同定部40は、モータ4の速度変動幅を検出し(ステップS42)、速度変動幅が設定範囲内になった状態で(ステップS43)、モータ4のイナーシャ及び粘性抵抗を同定する(ステップS44)。同定方法4によれば、モータ4の速度変動幅を適切な変動幅で変動させる適切なq軸電流指令値iq *とq軸電流指令値iq *の変動周波数との少なくとも一方をステップS43で設定することで、モータ4の回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させることができる。したがって、同定部40は、回転速度ωを適切な速度変動幅で変動させた状態でイナーシャ及び粘性抵抗を算出(同定)できる。その結果、その算出値の誤差が低減するので、同定精度を確保できる。
以上、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、本開示の技術は、イナーシャ及び粘性抵抗を最小二乗法により同定する方法以外の同定方法にも適用できる。
1 モータシステム
4 モータ
11電流検出部
12 インバータ
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 電流指令演算部
19 位置・速度検出部
20 速度制御部
30 電流制御部
33 モータ速度系
34 機械系モデル
40 同定部
51 周期信号生成部
52 実モデル
53 推定モデル
54 推定部
100 モータ制御装置
4 モータ
11電流検出部
12 インバータ
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 電流指令演算部
19 位置・速度検出部
20 速度制御部
30 電流制御部
33 モータ速度系
34 機械系モデル
40 同定部
51 周期信号生成部
52 実モデル
53 推定モデル
54 推定部
100 モータ制御装置
Claims (7)
- モータの速度変動幅を検出し、前記速度変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する同定部を備える、モータ制御装置。
- 前記同定部は、前記速度変動幅が前記設定範囲内になるまで前記モータのq軸電流値と前記モータのq軸電流の変動周波数との少なくとも一方を変化させ、前記速度変動幅が前記設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記モータの速度指令値と前記モータの速度検出値との差が零に収束するようにq軸電流指令値を生成し、前記q軸電流指令値と前記モータのq軸電流検出値との差が零に収束するように前記モータを制御する制御部を備え、
前記同定部は、前記速度検出値の変動幅が前記設定範囲内になるまで前記q軸電流指令値と前記q軸電流指令値の変動周波数の少なくとも一方を変化させる、請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記同定部は、前記モータの特性値と、前記q軸電流値と前記q軸電流の変動周波数とのうちの一方又は両方との対応テーブルを用いて、前記少なくとも一方の初期値を決定する、請求項2又は3に記載のモータ制御装置。
- 前記同定部は、前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を最小二乗法により同定する、請求項1から4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
前記モータと、を備える、モータシステム。 - モータを制御するモータ制御装置が行うモータ制御方法であって、
前記モータの速度変動幅を検出し、前記速度変動幅が設定範囲内になった状態で前記モータのイナーシャ及び粘性抵抗を同定する、モータ制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020085155A JP2021180569A (ja) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2020085155A JP2021180569A (ja) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法 |
Publications (1)
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JP2021180569A true JP2021180569A (ja) | 2021-11-18 |
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ID=78510663
Family Applications (1)
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JP2020085155A Pending JP2021180569A (ja) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2021180569A (ja) |
-
2020
- 2020-05-14 JP JP2020085155A patent/JP2021180569A/ja active Pending
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