JP2910517B2 - 誘導モータ制御装置 - Google Patents
誘導モータ制御装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、回生制動を
行なう際の制御技術に関する。
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、回生制動を
行なう際の制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】車両の制動時に、負荷から誘導モータを
駆動して発電することにより、電力を電源に回収する回
生制動方式が知られている。従来の回生制動を行なう誘
導モータの制御装置としては、例えば、特開昭61−1
21783号公報に記載されているものがある。この制
御装置は、すべり周波数指令信号を発生する手段と、こ
れに基づいて誘導モータを駆動する電流指令値を演算す
る演算手段とを備えたものであり、誘導モータから負荷
を駆動する力行時と負荷から誘導モータを駆動する回生
時とで異なった目標値のすべり周波数指令信号を発生
し、力行時から回生時への移行を緩やかに行なうことに
より、移行時に急激なトルク変動が発生するのを防止す
るように構成したものである。例えば、磁束をφr、ト
ルク電流指令値をiT、出力トルクをTe、すべり周波数
をωse、電源周波数をω、モータ回転数(電気角)をω
re、k1およびk2を定数とすれば、 ωse=ω−ωre=k1・iT/φr Te=k2・φr・iT と表すことが出来る。上記の従来例においては、上式に
おいて、すべり周波数ωseの指令値を与えた場合に、磁
束φrを一定とし、トルク電流指令値iTを増減させるこ
とによって所望の回生トルクを発生させるようになって
いる。このように、従来例のトルク制御はすべり周波数
ωseを指定することによって行ない、定常時および過渡
時の効率(損失)とは無関係に設定されるようになって
いる。
駆動して発電することにより、電力を電源に回収する回
生制動方式が知られている。従来の回生制動を行なう誘
導モータの制御装置としては、例えば、特開昭61−1
21783号公報に記載されているものがある。この制
御装置は、すべり周波数指令信号を発生する手段と、こ
れに基づいて誘導モータを駆動する電流指令値を演算す
る演算手段とを備えたものであり、誘導モータから負荷
を駆動する力行時と負荷から誘導モータを駆動する回生
時とで異なった目標値のすべり周波数指令信号を発生
し、力行時から回生時への移行を緩やかに行なうことに
より、移行時に急激なトルク変動が発生するのを防止す
るように構成したものである。例えば、磁束をφr、ト
ルク電流指令値をiT、出力トルクをTe、すべり周波数
をωse、電源周波数をω、モータ回転数(電気角)をω
re、k1およびk2を定数とすれば、 ωse=ω−ωre=k1・iT/φr Te=k2・φr・iT と表すことが出来る。上記の従来例においては、上式に
おいて、すべり周波数ωseの指令値を与えた場合に、磁
束φrを一定とし、トルク電流指令値iTを増減させるこ
とによって所望の回生トルクを発生させるようになって
いる。このように、従来例のトルク制御はすべり周波数
ωseを指定することによって行ない、定常時および過渡
時の効率(損失)とは無関係に設定されるようになって
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の誘
導モータ制御方法においては、損失とは無関係に設定さ
れたすべり周波数指令信号に対応して定まるトルク電流
指令値に応じて誘導モータが駆動されるため、過渡時お
よび定常時の損失を考慮することなしに回生動作が行な
われ、効率が悪いという問題があった。本発明は、上記
のごとき従来技術の問題を解決するためになされたもの
であり、力行時から回生時への移行時に急激なトルク変
動を避けると共に、過渡損失を低減することの出来る誘
導モータ制御装置を提供することを目的とする。
導モータ制御方法においては、損失とは無関係に設定さ
れたすべり周波数指令信号に対応して定まるトルク電流
指令値に応じて誘導モータが駆動されるため、過渡時お
よび定常時の損失を考慮することなしに回生動作が行な
われ、効率が悪いという問題があった。本発明は、上記
のごとき従来技術の問題を解決するためになされたもの
であり、力行時から回生時への移行時に急激なトルク変
動を避けると共に、過渡損失を低減することの出来る誘
導モータ制御装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、誘導モータから負荷を駆動する力行時には運
転者の操作に対応したトルク指令値を発生し、負荷から
誘導モータを駆動して発電する回生時には力行時と逆符
号のトルク指令値を出力するトルク指令値発生部と、上
記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、上
記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶対
値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子磁
束を演算する定常損失最小磁束演算部と、上記定常損失
最小磁束を入力し、ローパス特性を有する伝達関数に基
づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算する
目標磁束演算部と、上記トルク指令値発生部からのトル
ク指令値を入力し、力行時と回生時とで異なるローパス
特性を有する所定の伝達関数に基づいて上記トルク指令
値から誘導モータの目標トルクを演算する目標トルク演
算部と、を備えている。また、上記トルク指令値発生部
は、例えば請求項2に記載のように、誘導モータから負
荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正のト
ルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動して発
電する回生時には力行時から回生時に切り換わるときの
状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生するもの
である。また、上記目標トルク演算部は、例えば請求項
3に記載のように、力行時にはローパス特性を有する所
定の伝達関数に基づいて目標トルクを演算し、回生時に
は上記トルク指令値に応じて予め設定された、力行時と
は異なった、ローパス特性を有する伝達関数で目標トル
クを演算するものである。また、上記目標磁束演算部
は、例えば請求項4に記載のように、力行時にはローパ
ス特性を有する所定の伝達関数を選択し、回生時には上
記トルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の、ロ
ーパス特性を有する伝達関数を選択し、それらに基づい
て目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算するもの
である。なお、上記のトルク指令値発生部、絶対値回路
部、定常損失最小磁束演算部、目標磁束演算部および目
標トルク演算部は、例えば、後記図1の実施例における
指令値発生部9、絶対値回路部10、定常損失最小磁束
演算部11、目標磁束演算部12および目標トルク演算
部15にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例え
ば後記図1または図2の実施例における励磁電流指令値
iφ'、トルク電流指令値iT'および電流の位相角θに
相当する。
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、誘導モータから負荷を駆動する力行時には運
転者の操作に対応したトルク指令値を発生し、負荷から
誘導モータを駆動して発電する回生時には力行時と逆符
号のトルク指令値を出力するトルク指令値発生部と、上
記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、上
記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶対
値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子磁
束を演算する定常損失最小磁束演算部と、上記定常損失
最小磁束を入力し、ローパス特性を有する伝達関数に基
づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算する
目標磁束演算部と、上記トルク指令値発生部からのトル
ク指令値を入力し、力行時と回生時とで異なるローパス
特性を有する所定の伝達関数に基づいて上記トルク指令
値から誘導モータの目標トルクを演算する目標トルク演
算部と、を備えている。また、上記トルク指令値発生部
は、例えば請求項2に記載のように、誘導モータから負
荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正のト
ルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動して発
電する回生時には力行時から回生時に切り換わるときの
状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生するもの
である。また、上記目標トルク演算部は、例えば請求項
3に記載のように、力行時にはローパス特性を有する所
定の伝達関数に基づいて目標トルクを演算し、回生時に
は上記トルク指令値に応じて予め設定された、力行時と
は異なった、ローパス特性を有する伝達関数で目標トル
クを演算するものである。また、上記目標磁束演算部
は、例えば請求項4に記載のように、力行時にはローパ
ス特性を有する所定の伝達関数を選択し、回生時には上
記トルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の、ロ
ーパス特性を有する伝達関数を選択し、それらに基づい
て目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算するもの
である。なお、上記のトルク指令値発生部、絶対値回路
部、定常損失最小磁束演算部、目標磁束演算部および目
標トルク演算部は、例えば、後記図1の実施例における
指令値発生部9、絶対値回路部10、定常損失最小磁束
演算部11、目標磁束演算部12および目標トルク演算
部15にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例え
ば後記図1または図2の実施例における励磁電流指令値
iφ'、トルク電流指令値iT'および電流の位相角θに
相当する。
【0005】
【作用】上記のごとく、本発明においては、定常損失最
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部とを
一般的なベクトル制御演算部に付加し、トルク応答性と
磁束応答性とを独立に可変できる制御系構成とすること
により、定常的にはすべり周波数を損失最小すべり周波
数ωse-optとし、過渡的には磁束応答をトルク応答に応
じた最適な値とするように制御することによって、過渡
損失を軽減するように構成している。さらに回生時には
力行時と逆符号のトルク指令値を出力するトルク指令値
発生部を設け、それによって回生時には負のトルクを得
るようにしている。トルクTeは、Te=k・φr・i
T(ただしkは定数)で与えられる。したがってトルク
を負の値にするには、磁束φrとトルク電流iTのいずれ
か一方の極性を反転させればよい。しかし、磁束φrは
励磁電流iφを変化させても直ぐには追従しないので好
ましくない。そのため、本発明においては、トルク電流
iTの符号を反転することによって負のトルクを発生さ
せている。上記の機能を実現するため、本発明において
は、絶対値回路部を設け、回生時にトルク指令値が負に
なった場合でも、定常損失最小磁束演算部には常に正の
値を与え、目標磁束は常に正の値になるようにしてい
る。そして目標トルク演算部には、トルク指令値がその
まま与えられるので、回生時にトルク指令値が負の値に
なれば、トルク電流指令値も負になり、負のトルクを得
ることが出来る。なお、上記の過渡損失を軽減する制御
は力行時、回生時を通じて同じである。また、目標トル
ク演算部における伝達関数を力行時と回生時とで異なっ
た値とすることにより、力行時から回生時への移行時に
急激なトルク変動が発生するのを防止することが出来
る。なお、上記伝達関数の切り換えは、トルク指令値の
値に応じて行なってもよいが、後記図1および図3の実
施例に示すごとく、切り換え用の回生指令信号を別に発
生させ、それを用いて伝達関数の時定数を切り換えるよ
うに構成してもよい。この回生指令信号もトルク指令値
と同様に回生時には移行時の運転状態に応じた大きさと
なる信号である。
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部とを
一般的なベクトル制御演算部に付加し、トルク応答性と
磁束応答性とを独立に可変できる制御系構成とすること
により、定常的にはすべり周波数を損失最小すべり周波
数ωse-optとし、過渡的には磁束応答をトルク応答に応
じた最適な値とするように制御することによって、過渡
損失を軽減するように構成している。さらに回生時には
力行時と逆符号のトルク指令値を出力するトルク指令値
発生部を設け、それによって回生時には負のトルクを得
るようにしている。トルクTeは、Te=k・φr・i
T(ただしkは定数)で与えられる。したがってトルク
を負の値にするには、磁束φrとトルク電流iTのいずれ
か一方の極性を反転させればよい。しかし、磁束φrは
励磁電流iφを変化させても直ぐには追従しないので好
ましくない。そのため、本発明においては、トルク電流
iTの符号を反転することによって負のトルクを発生さ
せている。上記の機能を実現するため、本発明において
は、絶対値回路部を設け、回生時にトルク指令値が負に
なった場合でも、定常損失最小磁束演算部には常に正の
値を与え、目標磁束は常に正の値になるようにしてい
る。そして目標トルク演算部には、トルク指令値がその
まま与えられるので、回生時にトルク指令値が負の値に
なれば、トルク電流指令値も負になり、負のトルクを得
ることが出来る。なお、上記の過渡損失を軽減する制御
は力行時、回生時を通じて同じである。また、目標トル
ク演算部における伝達関数を力行時と回生時とで異なっ
た値とすることにより、力行時から回生時への移行時に
急激なトルク変動が発生するのを防止することが出来
る。なお、上記伝達関数の切り換えは、トルク指令値の
値に応じて行なってもよいが、後記図1および図3の実
施例に示すごとく、切り換え用の回生指令信号を別に発
生させ、それを用いて伝達関数の時定数を切り換えるよ
うに構成してもよい。この回生指令信号もトルク指令値
と同様に回生時には移行時の運転状態に応じた大きさと
なる信号である。
【0006】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図1〜図3は、本発明の一実施例図であり、図1は図2
における高効率駆動制御演算部1の詳細を示すブロック
図、図2はシステム全体の構成を示すブロック図、図3
はトルク指令値発生部9の詳細を示すブロック図であ
る。まず、図2において、1は高効率駆動制御演算部
(詳細後述)であり、トルク指令値発生部9(詳細後
述)から与えられるトルク指令値Te'と回転速度センサ
5で検出したモータ回転速度N(rpm)とを入力し、励
磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値iT'および電流
の位相角θを演算して出力する。また、2は座標変換部
であり、モータの電源周波数で回転する座標系で演算さ
れた上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値
iT'および電流の位相角θを三相交流電流指令値iu'、
iv'、iw'に変換する。3は電流制御PWM(パルス幅
変調)インバータであり、誘導モータ4に流れる三相交
流電流iu、iv、iwをそれぞれの指令値に追従させ
る。5は誘導モータ4の回転速度を検出する回転速度セ
ンサ、6は電流制御PWMインバータ3に電力を供給す
る直流電源(誘導モータ駆動用電源)である。次に、図
2において、9はトルク指令値発生部、10は絶対値回
路部、11は定常損失最小磁束演算部、12は目標磁束
演算部、13は励磁電流演算部、14は時定数設定部、
15は目標トルク演算部、16はトルク電流演算部、1
7はすべり周波数演算部、18はモータ回転数演算部、
19は積分演算部である。なお、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17、モー
タ回転数演算部18および積分演算部19は、一般的な
ベクトル制御演算を行なう部分である。
図1〜図3は、本発明の一実施例図であり、図1は図2
における高効率駆動制御演算部1の詳細を示すブロック
図、図2はシステム全体の構成を示すブロック図、図3
はトルク指令値発生部9の詳細を示すブロック図であ
る。まず、図2において、1は高効率駆動制御演算部
(詳細後述)であり、トルク指令値発生部9(詳細後
述)から与えられるトルク指令値Te'と回転速度センサ
5で検出したモータ回転速度N(rpm)とを入力し、励
磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値iT'および電流
の位相角θを演算して出力する。また、2は座標変換部
であり、モータの電源周波数で回転する座標系で演算さ
れた上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令値
iT'および電流の位相角θを三相交流電流指令値iu'、
iv'、iw'に変換する。3は電流制御PWM(パルス幅
変調)インバータであり、誘導モータ4に流れる三相交
流電流iu、iv、iwをそれぞれの指令値に追従させ
る。5は誘導モータ4の回転速度を検出する回転速度セ
ンサ、6は電流制御PWMインバータ3に電力を供給す
る直流電源(誘導モータ駆動用電源)である。次に、図
2において、9はトルク指令値発生部、10は絶対値回
路部、11は定常損失最小磁束演算部、12は目標磁束
演算部、13は励磁電流演算部、14は時定数設定部、
15は目標トルク演算部、16はトルク電流演算部、1
7はすべり周波数演算部、18はモータ回転数演算部、
19は積分演算部である。なお、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17、モー
タ回転数演算部18および積分演算部19は、一般的な
ベクトル制御演算を行なう部分である。
【0007】次に作用を説明するが、最初に各演算部の
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図1において、トルク指令値
発生部9は、運転者によって操作されるアクセルペダル
の操作量に対応したトルク指令値Te'と回生指令信号C
sを出力する。なお、前記図2においては、上記のTe'
とCsを一括してTe'と表示している。上記のトルク指
令値Te'は力行時は正の値、回生時は負の値となる信号
であり、回生指令信号Csは力行時から回生時に切り換
わるときの運転状態に応じて異なった値となる。また、
絶対値回路部10は、上記のトルク指令値Te'の絶対値
を出力する。したがって絶対値回路部10から出力され
る値は、トルク指令値Te'の正負に関わりなく、すなわ
ち力行時か回生時かに関わりなく常に正の値である。定
常損失最小磁束演算部11は、絶対値回路部10から与
えられる常に正のトルク指令値Te'を入力し、そのトル
ク指令値Te'において定常状態での損失(銅損)を最小
とする磁束φr'を演算して出力する。また、時定数設定
部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回生指
令信号Csに応じて回生状態を判別し、それに応じた目
標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを
算出する。また、目標磁束演算部12は、上記の定常損
失最小磁束φr'を入力し、定常時においては上記の定常
損失最小磁束φr'に対応し、過渡時においては磁束応答
をトルク応答に応じた最適な値とする目標磁束φrと、
その一階微分値d/dt φrとを演算して出力する。そして
上記の目標磁束φrの演算においては、力行時には予め
定められた所定の伝達関数に基づいて演算を行ない、回
生時には伝達関数の時定数として時定数設定部14から
与えられる目標磁束応答時定数τφを用いて演算する。
また、目標トルク演算部15は、トルク指令値Te'を入
力し、所定の伝達関数(要求される応答性や許容される
電流容量等に応じて設定する)に基づいて目標トルクT
mを演算する。そして回生時には伝達関数の時定数とし
て時定数設定部14から与えられる目標トルク応答時定
数τTを用いて演算する。また、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17の部分
は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分である。ま
ず、励磁電流演算部13は、上記目標磁束演算部12か
ら与えれる目標磁束φrと一階微分値d/dt φrとに基づ
いて、励磁電流指令値iφ'を演算して出力する。ま
た、トルク電流演算部16は、目標トルク演算部15の
目標トルクTmと目標磁束演算部12の目標磁束φrとを
入力し、トルク電流指令値iT'を演算して出力する。ま
た、すべり周波数演算部17は、目標磁束演算部12の
目標磁束φrとトルク電流演算部16のトルク電流指令
値iT'とを入力し、すべり周波数ωseを演算して出力す
る。また、モータ回転数演算部18は、図2の回転速度
センサ5から与えられるモータ回転速度Nに当該誘導モ
ータ固有の極対数Pを乗算してモータ回転数(電気角)
ωreを演算する。すなわちωre=(π/30)N×Pで
ある。このモータ回転数ωreと上記のすべり周波数ωse
とを加算したものが電源周波数ωとなる。すなわち、ω
=ωse+ωreである。そして、積分演算部19は、上記
の電源周波数ωを積分した値を電流の位相角θとして出
力する。上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令
値iT'および電流の位相角θが電流指令値として図2の
座標変換部2に送られる。
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図1において、トルク指令値
発生部9は、運転者によって操作されるアクセルペダル
の操作量に対応したトルク指令値Te'と回生指令信号C
sを出力する。なお、前記図2においては、上記のTe'
とCsを一括してTe'と表示している。上記のトルク指
令値Te'は力行時は正の値、回生時は負の値となる信号
であり、回生指令信号Csは力行時から回生時に切り換
わるときの運転状態に応じて異なった値となる。また、
絶対値回路部10は、上記のトルク指令値Te'の絶対値
を出力する。したがって絶対値回路部10から出力され
る値は、トルク指令値Te'の正負に関わりなく、すなわ
ち力行時か回生時かに関わりなく常に正の値である。定
常損失最小磁束演算部11は、絶対値回路部10から与
えられる常に正のトルク指令値Te'を入力し、そのトル
ク指令値Te'において定常状態での損失(銅損)を最小
とする磁束φr'を演算して出力する。また、時定数設定
部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回生指
令信号Csに応じて回生状態を判別し、それに応じた目
標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを
算出する。また、目標磁束演算部12は、上記の定常損
失最小磁束φr'を入力し、定常時においては上記の定常
損失最小磁束φr'に対応し、過渡時においては磁束応答
をトルク応答に応じた最適な値とする目標磁束φrと、
その一階微分値d/dt φrとを演算して出力する。そして
上記の目標磁束φrの演算においては、力行時には予め
定められた所定の伝達関数に基づいて演算を行ない、回
生時には伝達関数の時定数として時定数設定部14から
与えられる目標磁束応答時定数τφを用いて演算する。
また、目標トルク演算部15は、トルク指令値Te'を入
力し、所定の伝達関数(要求される応答性や許容される
電流容量等に応じて設定する)に基づいて目標トルクT
mを演算する。そして回生時には伝達関数の時定数とし
て時定数設定部14から与えられる目標トルク応答時定
数τTを用いて演算する。また、励磁電流演算部13、
トルク電流演算部16、すべり周波数演算部17の部分
は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分である。ま
ず、励磁電流演算部13は、上記目標磁束演算部12か
ら与えれる目標磁束φrと一階微分値d/dt φrとに基づ
いて、励磁電流指令値iφ'を演算して出力する。ま
た、トルク電流演算部16は、目標トルク演算部15の
目標トルクTmと目標磁束演算部12の目標磁束φrとを
入力し、トルク電流指令値iT'を演算して出力する。ま
た、すべり周波数演算部17は、目標磁束演算部12の
目標磁束φrとトルク電流演算部16のトルク電流指令
値iT'とを入力し、すべり周波数ωseを演算して出力す
る。また、モータ回転数演算部18は、図2の回転速度
センサ5から与えられるモータ回転速度Nに当該誘導モ
ータ固有の極対数Pを乗算してモータ回転数(電気角)
ωreを演算する。すなわちωre=(π/30)N×Pで
ある。このモータ回転数ωreと上記のすべり周波数ωse
とを加算したものが電源周波数ωとなる。すなわち、ω
=ωse+ωreである。そして、積分演算部19は、上記
の電源周波数ωを積分した値を電流の位相角θとして出
力する。上記の励磁電流指令値iφ'、トルク電流指令
値iT'および電流の位相角θが電流指令値として図2の
座標変換部2に送られる。
【0008】次に、各演算部の詳細について説明する。
まず、励磁電流演算部13、トルク電流演算部16、す
べり周波数演算部17の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ωseを下記(数
1)式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Teを下記(数2)式の形に導くものである。
まず、励磁電流演算部13、トルク電流演算部16、す
べり周波数演算部17の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ωseを下記(数
1)式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Teを下記(数2)式の形に導くものである。
【0009】
【数1】
【0010】ただし、ω:電源周波数、ωre:モータ回
転数(電気角)、M:相互インダクタンス、Lr:回転
子自己インダクタンス、Rr:回転子抵抗、iT:トルク
電流、φr:回転子磁束
転数(電気角)、M:相互インダクタンス、Lr:回転
子自己インダクタンス、Rr:回転子抵抗、iT:トルク
電流、φr:回転子磁束
【0011】
【数2】
【0012】ただし、P:極対数 また、このとき回転子磁束φrと励磁電流iφとの関係
は下記(数3)式に示すようになる。
は下記(数3)式に示すようになる。
【0013】
【数3】
【0014】ただし、S:ラプラス演算子 したがって、励磁電流演算部13で行なわれる励磁電流
指令値iφ'の演算式は、上記(数3)式から下記(数
4)式に示すようになる。
指令値iφ'の演算式は、上記(数3)式から下記(数
4)式に示すようになる。
【0015】
【数4】
【0016】また、トルク電流演算部16で行なわれる
トルク電流指令値iT'の演算式は上記(数2)式から下
記(数5)式に示すようになる。
トルク電流指令値iT'の演算式は上記(数2)式から下
記(数5)式に示すようになる。
【0017】
【数5】
【0018】ただし、Te':トルク指令値 なお、すべり周波数演算部17におけるすべり周波数ω
seの演算式は、前記(数1)式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部18および積分演算部19に
おける演算は、前記のとおりである。
seの演算式は、前記(数1)式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部18および積分演算部19に
おける演算は、前記のとおりである。
【0019】次に、本実施例の特徴とするトルク指令値
発生部9、時定数設定部14、定常損失最小磁束演算部
11、目標磁束演算部12、目標トルク演算部15の部
分について説明する。図3は、トルク指令値発生部9の
一実施例のブロック図である。図3において、21はア
クセルセンサであり、運転者の操作するアクセルペダル
に連動したポテンショメータと電源から成る。また22
は負電圧を出力する可変基準電源であり、回生指令信号
Csに応じて異なった値の負電圧を出力する。また23
はアクセルセンサ21と連動するアイドルスイッチであ
り、アクセルペダルが開放状態(全く踏み込まれていな
い状態)の時には、可変基準電源22側に切り換わり、
それ以外の時にはアクセルセンサ21側に切り換わる。
また微分回路24はアクセルセンサ21の出力S1の微
分値を出力する。また負電圧比較器25は入力値が負の
所定値以上の場合に“1”を出力する。またスイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力が“1”のあいだオン
になる。また比較器27は入力値が正の所定値以上の場
合に“1”を出力する。またサンプルホールド回路28
は、スイッチ回路26がオンのあいだ微分回路24の出
力S3を保持して出力し、比較器27の出力S6によっ
てリセットされる。そしてこのサンプルホールド回路2
8の出力が回生指令信号Csとなる。また、アイドルス
イッチ23の出力がトルク指令値Te'となる。
発生部9、時定数設定部14、定常損失最小磁束演算部
11、目標磁束演算部12、目標トルク演算部15の部
分について説明する。図3は、トルク指令値発生部9の
一実施例のブロック図である。図3において、21はア
クセルセンサであり、運転者の操作するアクセルペダル
に連動したポテンショメータと電源から成る。また22
は負電圧を出力する可変基準電源であり、回生指令信号
Csに応じて異なった値の負電圧を出力する。また23
はアクセルセンサ21と連動するアイドルスイッチであ
り、アクセルペダルが開放状態(全く踏み込まれていな
い状態)の時には、可変基準電源22側に切り換わり、
それ以外の時にはアクセルセンサ21側に切り換わる。
また微分回路24はアクセルセンサ21の出力S1の微
分値を出力する。また負電圧比較器25は入力値が負の
所定値以上の場合に“1”を出力する。またスイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力が“1”のあいだオン
になる。また比較器27は入力値が正の所定値以上の場
合に“1”を出力する。またサンプルホールド回路28
は、スイッチ回路26がオンのあいだ微分回路24の出
力S3を保持して出力し、比較器27の出力S6によっ
てリセットされる。そしてこのサンプルホールド回路2
8の出力が回生指令信号Csとなる。また、アイドルス
イッチ23の出力がトルク指令値Te'となる。
【0020】図4は、図3の回路における信号波形の一
例図である。図4に示すごとく、アクセルセンサ21の
出力S1が図示のごとく変化した場合、微分回路24の
出力S3は、出力S1が増加しているときは正の信号、
減少しているときは負の信号となる。また、スイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力S4がある場合、すな
わち微分回路24の出力S3が負の場合にのみオンとな
る。サンプルホールド回路28はスイッチ回路26の出
力S5を保持し、比較器27の出力S6が与えられる
と、すなわち微分回路24の出力S3が正になるとリセ
ットされる。したがってサンプルホールド回路28から
出力される回生指令信号Csは、微分回路24の出力S
3が負の場合にのみ出力され、かつその負の大きさに対
応した大きさの値となる。この回生指令信号Csによっ
て可変基準電源22を切り換え、回生指令信号Csに応
じた負の電圧S2を出力させる。一方、アイドルスイッ
チ23の出力がトルク指令値Te'となるが、アクセルペ
ダルが踏み込まれている状態では、アクセルセンサ21
の出力S1がトルク指令値Te'として出力される。これ
はアクセルペダルの踏み込み量に対応した正の値であ
る。このとき回生指令信号Csは0である。そしてアク
セルペダルが開放状態になると、アイドルスイッチ23
が切り換えられて可変基準電源22の出力S2がトルク
指令値Te'となって出力される。この出力S2は回生指
令信号Csに応じた負の値である。すなわちトルク指令
値Te'は、力行時には正の値、回生時には負の値とな
り、かつその負の値は、力行時から回生時に切り換わる
ときの運転状態に応じた値となる。例えば、アクセルペ
ダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、ト
ルク指令値Te'は負の大きな値となる。これに対してア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、トルク指令値Te'は負の小さな値となる。なお、ア
クセルペダルを踏み込んでいた時間、車両の加速度、車
速、モータ回転数、トルク電流、励磁電流、フットブレ
ーキの使用状態等に応じて、トルク指令値Te'の値をさ
らに精密に設定するように構成してもよい。
例図である。図4に示すごとく、アクセルセンサ21の
出力S1が図示のごとく変化した場合、微分回路24の
出力S3は、出力S1が増加しているときは正の信号、
減少しているときは負の信号となる。また、スイッチ回
路26は負電圧比較器25の出力S4がある場合、すな
わち微分回路24の出力S3が負の場合にのみオンとな
る。サンプルホールド回路28はスイッチ回路26の出
力S5を保持し、比較器27の出力S6が与えられる
と、すなわち微分回路24の出力S3が正になるとリセ
ットされる。したがってサンプルホールド回路28から
出力される回生指令信号Csは、微分回路24の出力S
3が負の場合にのみ出力され、かつその負の大きさに対
応した大きさの値となる。この回生指令信号Csによっ
て可変基準電源22を切り換え、回生指令信号Csに応
じた負の電圧S2を出力させる。一方、アイドルスイッ
チ23の出力がトルク指令値Te'となるが、アクセルペ
ダルが踏み込まれている状態では、アクセルセンサ21
の出力S1がトルク指令値Te'として出力される。これ
はアクセルペダルの踏み込み量に対応した正の値であ
る。このとき回生指令信号Csは0である。そしてアク
セルペダルが開放状態になると、アイドルスイッチ23
が切り換えられて可変基準電源22の出力S2がトルク
指令値Te'となって出力される。この出力S2は回生指
令信号Csに応じた負の値である。すなわちトルク指令
値Te'は、力行時には正の値、回生時には負の値とな
り、かつその負の値は、力行時から回生時に切り換わる
ときの運転状態に応じた値となる。例えば、アクセルペ
ダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、ト
ルク指令値Te'は負の大きな値となる。これに対してア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、トルク指令値Te'は負の小さな値となる。なお、ア
クセルペダルを踏み込んでいた時間、車両の加速度、車
速、モータ回転数、トルク電流、励磁電流、フットブレ
ーキの使用状態等に応じて、トルク指令値Te'の値をさ
らに精密に設定するように構成してもよい。
【0021】次に、図1に戻って、時定数演算部14に
ついて説明する。時定数演算部14は、トルク指令値発
生部9から与えられる回生指令信号Csに応じて回生状
態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφと目
標トルク応答時定数τTとを算出する。すなわち、回生
指令信号Csが0の力行時には、予め定められた所定の
目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTを
出力する。この時の値は、速い応答性が得られるように
時定数を小さな値とする。一方、回生時には、回生指令
信号Csに応じて目標磁束応答時定数τφと目標トルク
応答時定数τTを変える。例えば、アクセルペダルを大
きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、回生指令信
号Csが大きくなるので、この場合には目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比較的小さな
値(力行時よりは大きな値)とする。これに対して、ア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、回生指令信号Csが小さいので、この場合には目標
磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比
較的大きな値とする。この算出した値によって定常損失
最小磁束演算部11の目標磁束応答時定数τφと目標ト
ルク演算部15の目標トルク応答時定数τTとを設定す
る。なお、上記のように、トルク指令値Te'の値も移行
時の状態に応じた値となるから、回生指令信号Csの代
わりにトルク指令値Te'自体を用いて目標磁束応答時定
数τφと目標トルク応答時定数τTを切り換えるように
構成することもできる。すなわち、トルク指令値Te'が
正の力行時には、予め定められた所定の目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTを出力し、回生時
にはトルク指令値Te'の負の値の大きさに応じて上記と
同様に目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数
τTの値を変えるように構成すればよい。
ついて説明する。時定数演算部14は、トルク指令値発
生部9から与えられる回生指令信号Csに応じて回生状
態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφと目
標トルク応答時定数τTとを算出する。すなわち、回生
指令信号Csが0の力行時には、予め定められた所定の
目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTを
出力する。この時の値は、速い応答性が得られるように
時定数を小さな値とする。一方、回生時には、回生指令
信号Csに応じて目標磁束応答時定数τφと目標トルク
応答時定数τTを変える。例えば、アクセルペダルを大
きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、回生指令信
号Csが大きくなるので、この場合には目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比較的小さな
値(力行時よりは大きな値)とする。これに対して、ア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、回生指令信号Csが小さいので、この場合には目標
磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τTとを比
較的大きな値とする。この算出した値によって定常損失
最小磁束演算部11の目標磁束応答時定数τφと目標ト
ルク演算部15の目標トルク応答時定数τTとを設定す
る。なお、上記のように、トルク指令値Te'の値も移行
時の状態に応じた値となるから、回生指令信号Csの代
わりにトルク指令値Te'自体を用いて目標磁束応答時定
数τφと目標トルク応答時定数τTを切り換えるように
構成することもできる。すなわち、トルク指令値Te'が
正の力行時には、予め定められた所定の目標磁束応答時
定数τφと目標トルク応答時定数τTを出力し、回生時
にはトルク指令値Te'の負の値の大きさに応じて上記と
同様に目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数
τTの値を変えるように構成すればよい。
【0022】次に、定常損失最小磁束演算部11、目標
磁束演算部12、目標トルク演算部15の部分について
説明する。通常のベクトル制御は、回転子磁束φrを一
定(励磁電流iφを一定)とし、トルク電流iTのみを
変化させることによって、出力トルクのトルク電流iT
に対する線形性と速応性を得るものである。しかし、こ
のような回転子磁束φr一定ベクトル制御は、負荷によ
らず一定の励磁電流iφを供給するため、一般的に軽負
荷において効率が悪化する。そのため、誘導モータの損
失として銅損を考え、これを最小とする条件を求める。
まず、図5に示すごときγ−δ座標モデル、すなわち誘
導モータのモデルとして良く知られた電源周波数で回転
するγ−δ座標モデルを用いることにする。図5におい
て、ベクトル制御が成立している場合、各軸の電流成分
と、回転子磁束φrとの間には、下記(数6)式が成立
することが知られている。ただし、各電流成分iγs、
iδs、iγr、iδrにおいて、添字γ、δは各軸成
分、rは回転子、sは固定子を表わす。
磁束演算部12、目標トルク演算部15の部分について
説明する。通常のベクトル制御は、回転子磁束φrを一
定(励磁電流iφを一定)とし、トルク電流iTのみを
変化させることによって、出力トルクのトルク電流iT
に対する線形性と速応性を得るものである。しかし、こ
のような回転子磁束φr一定ベクトル制御は、負荷によ
らず一定の励磁電流iφを供給するため、一般的に軽負
荷において効率が悪化する。そのため、誘導モータの損
失として銅損を考え、これを最小とする条件を求める。
まず、図5に示すごときγ−δ座標モデル、すなわち誘
導モータのモデルとして良く知られた電源周波数で回転
するγ−δ座標モデルを用いることにする。図5におい
て、ベクトル制御が成立している場合、各軸の電流成分
と、回転子磁束φrとの間には、下記(数6)式が成立
することが知られている。ただし、各電流成分iγs、
iδs、iγr、iδrにおいて、添字γ、δは各軸成
分、rは回転子、sは固定子を表わす。
【0023】
【数6】
【0024】一方、誘導モータの銅損Lcは、図5と上
記(数6)式から下記(数7)式に示すようになる。
記(数6)式から下記(数7)式に示すようになる。
【0025】
【数7】
【0026】ただし、Rs:固定子抵抗、K1、K2:モ
ータによって決まる定数 上記(数7)式において、定常状態を考えればφrの微
分項d/dt φrは0となるから、銅損Lcを最小とするす
べり周波数ωse-optは、dLc/dωse=0の条件か
ら、下記(数8)式で求めることができる。
ータによって決まる定数 上記(数7)式において、定常状態を考えればφrの微
分項d/dt φrは0となるから、銅損Lcを最小とするす
べり周波数ωse-optは、dLc/dωse=0の条件か
ら、下記(数8)式で求めることができる。
【0027】
【数8】
【0028】したがって、すべり周波数ωseを(数8)
式の値に保てば、銅損を最小とする駆動が可能となる。
具体的には前記(数1)式より、すべり周波数を損失最
小すべり周波数ωse-optに保つためには、トルク電流i
Tと磁束φrとの関係を下記(数9)式に示すようにすれ
ばよいことが判る。
式の値に保てば、銅損を最小とする駆動が可能となる。
具体的には前記(数1)式より、すべり周波数を損失最
小すべり周波数ωse-optに保つためには、トルク電流i
Tと磁束φrとの関係を下記(数9)式に示すようにすれ
ばよいことが判る。
【0029】
【数9】
【0030】次に、上記(数9)式を前記(数2)式に
代入してiTを消去すると、トルク指令値Te'と磁束φr
の関係は下記(数10)式で示すようになる。
代入してiTを消去すると、トルク指令値Te'と磁束φr
の関係は下記(数10)式で示すようになる。
【0031】
【数10】
【0032】したがって、トルク指令値Te'が入力され
た場合に、定常損失最小磁束φr'を(数10)式で導
き、トルク電流指令値iT'は(数9)式、励磁電流指令
値iφ'は(数4)式、すべり周波数ωseは(数1)式
でそれぞれ演算することにより、定常的に銅損を最小と
する駆動が可能となる。このとき、すべり周波数ωseは
損失最小すべり周波数ωse-optに一致し、かつ出力トル
クTeはトルク指令値Te'に追従することになる。とこ
ろが、トルク指令値Te'がステップ状に変化した場合に
は、(数10)式から、定常損失最小磁束φr'も同様に
ステップ状となる。そして(数4)式に示すように、励
磁電流指令値iφ'の演算にはdφr/dtが含まれてい
るため、ステップ状のトルク指令値変化が生じると、励
磁電流指令値iφ'は過渡的に大きな値となり、そのた
め過渡損失が増加する。以上の現象は、(数7)式で、
Lcがdφr/dtの関数となっていることからも判る。
また、本実施例では損失として銅損のみを考えている
が、前記の従来例(特開平2−23085号公報)に記
載のように、銅損と鉄損を考慮した場合においても同様
の問題が生じる。したがって、過渡損失についても考慮
した場合には、すべり周波数を損失最小すべり周波数ω
se-optに留めるのは効率の面からも得策とは言えない。
また、図2の電流制御PWMインバータ3に用いる半導
体スイッチング素子の電流容量から電流の上限値が決め
られている場合には、電流が大になる過渡時にはトルク
のレスポンスを遅くしなければならない。そのため、本
実施例においては、トルクのレスポンスを決定する目標
トルク演算部15と定常損失最小磁束演算部11と目標
磁束演算部12とを一般的なベクトル制御演算部13、
15、16に付加し、トルク応答性と磁束応答性を独立
に可変できる制御系構成とすることにより、定常的には
すべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optとし、過
渡的には磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とする
ように制御することによって、過渡損失を軽減する構成
としている。
た場合に、定常損失最小磁束φr'を(数10)式で導
き、トルク電流指令値iT'は(数9)式、励磁電流指令
値iφ'は(数4)式、すべり周波数ωseは(数1)式
でそれぞれ演算することにより、定常的に銅損を最小と
する駆動が可能となる。このとき、すべり周波数ωseは
損失最小すべり周波数ωse-optに一致し、かつ出力トル
クTeはトルク指令値Te'に追従することになる。とこ
ろが、トルク指令値Te'がステップ状に変化した場合に
は、(数10)式から、定常損失最小磁束φr'も同様に
ステップ状となる。そして(数4)式に示すように、励
磁電流指令値iφ'の演算にはdφr/dtが含まれてい
るため、ステップ状のトルク指令値変化が生じると、励
磁電流指令値iφ'は過渡的に大きな値となり、そのた
め過渡損失が増加する。以上の現象は、(数7)式で、
Lcがdφr/dtの関数となっていることからも判る。
また、本実施例では損失として銅損のみを考えている
が、前記の従来例(特開平2−23085号公報)に記
載のように、銅損と鉄損を考慮した場合においても同様
の問題が生じる。したがって、過渡損失についても考慮
した場合には、すべり周波数を損失最小すべり周波数ω
se-optに留めるのは効率の面からも得策とは言えない。
また、図2の電流制御PWMインバータ3に用いる半導
体スイッチング素子の電流容量から電流の上限値が決め
られている場合には、電流が大になる過渡時にはトルク
のレスポンスを遅くしなければならない。そのため、本
実施例においては、トルクのレスポンスを決定する目標
トルク演算部15と定常損失最小磁束演算部11と目標
磁束演算部12とを一般的なベクトル制御演算部13、
15、16に付加し、トルク応答性と磁束応答性を独立
に可変できる制御系構成とすることにより、定常的には
すべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optとし、過
渡的には磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とする
ように制御することによって、過渡損失を軽減する構成
としている。
【0033】まず、定常損失最小磁束演算部11の演算
内容は(数10)式であり、定常的に損失を最小とする
回転子磁束、すなわち定常損失最小磁束φr'を演算す
る。
内容は(数10)式であり、定常的に損失を最小とする
回転子磁束、すなわち定常損失最小磁束φr'を演算す
る。
【0034】また、目標磁束φrを演算する目標磁束演
算部12は、定常ゲインが1となるフィルタであり、本
実施例では下記(数11)式に示すごとき1次のローパ
スフィルタとする。
算部12は、定常ゲインが1となるフィルタであり、本
実施例では下記(数11)式に示すごとき1次のローパ
スフィルタとする。
【0035】
【数11】
【0036】ただし、τφ:目標磁束の時定数、S:ラ
プラス演算子 なお、上記の目標磁束の時定数τφは、前記のごとく、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じた可変の値である(詳細後述)。また、目
標トルクTmを演算する目標トルク演算部15は、本実
施例においては下記(数12)式に示すような伝達関数
とする。この伝達関数は、必要とされる応答性に応じて
設定され、かつ回生時には回生指令信号Csに応じて設
定される。
プラス演算子 なお、上記の目標磁束の時定数τφは、前記のごとく、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じた可変の値である(詳細後述)。また、目
標トルクTmを演算する目標トルク演算部15は、本実
施例においては下記(数12)式に示すような伝達関数
とする。この伝達関数は、必要とされる応答性に応じて
設定され、かつ回生時には回生指令信号Csに応じて設
定される。
【0037】
【数12】
【0038】ただし、τT:目標トルクの時定数 なお、上記の目標トルクの時定数τTは、前記のごと
く、回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて可変の値である(詳細後述)。
く、回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて可変の値である(詳細後述)。
【0039】図6は、図1に示す制御系において、トル
ク指令値Te'としてステップ状に変化する入力を加えた
場合における目標磁束の時定数τφに対する誘導モータ
の損失のピーク値および或る時間内での損失エネルギの
計算値を示す特性図である。図6から、各損失は最小値
を有する特性であり、時定数τφが或る値の場合に各損
失が最小値になることが判る。したがって、図1に示す
制御系において、トルク応答性を(数12)式で与えた
とき、図6から得られる過渡損失を最小とする目標磁束
の時定数τφを用いて磁束応答性を決めてやれば、過渡
時と定常時に共に損失の少ないモータ駆動が可能とな
る。すなわち、図6で損失が最小となるτφの値を(数
11)式で用いればよい。
ク指令値Te'としてステップ状に変化する入力を加えた
場合における目標磁束の時定数τφに対する誘導モータ
の損失のピーク値および或る時間内での損失エネルギの
計算値を示す特性図である。図6から、各損失は最小値
を有する特性であり、時定数τφが或る値の場合に各損
失が最小値になることが判る。したがって、図1に示す
制御系において、トルク応答性を(数12)式で与えた
とき、図6から得られる過渡損失を最小とする目標磁束
の時定数τφを用いて磁束応答性を決めてやれば、過渡
時と定常時に共に損失の少ないモータ駆動が可能とな
る。すなわち、図6で損失が最小となるτφの値を(数
11)式で用いればよい。
【0040】図7および図8は、速度制御シミュレーシ
ョン結果を示す特性図であり、図7は過渡時と定常時に
共にすべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optに保
つ方法を用いた場合、図8は本実施例による方法を用い
た場合の特性を示す。なお、トルクの応答性は両者同一
とした。図7と図8において、トルクTおよび回転速度
Nの特性(応答性)は両者同一になっているが、銅損L
cの特性は、過渡時においては本実施例の方が明らかに
減少しており、かつ定常時には従来と同様に銅損を最小
とするすべり周波数駆動となっている。したがって、本
実施例においては、同一の応答特性を保ちながら過渡時
における損失を減少させることが出来る。また、本実施
例においては、前記のごとく、目標トルク演算部15に
おける演算において、目標トルクの時定数τTの値が、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて変化する。そして前記図6の特性は、所
定の時定数τTに対応した特性であり、時定数τTが変化
すれば、損失最小となる目標磁束の時定数τφの値も変
化する。そのため、目標磁束演算部12の演算における
目標磁束の時定数τφも前記のように変化させている。
この場合の目標磁束の時定数τφは、そのときの目標ト
ルクの時定数τTに対応した図6の特性において損失最
小となる値である。
ョン結果を示す特性図であり、図7は過渡時と定常時に
共にすべり周波数を損失最小すべり周波数ωse-optに保
つ方法を用いた場合、図8は本実施例による方法を用い
た場合の特性を示す。なお、トルクの応答性は両者同一
とした。図7と図8において、トルクTおよび回転速度
Nの特性(応答性)は両者同一になっているが、銅損L
cの特性は、過渡時においては本実施例の方が明らかに
減少しており、かつ定常時には従来と同様に銅損を最小
とするすべり周波数駆動となっている。したがって、本
実施例においては、同一の応答特性を保ちながら過渡時
における損失を減少させることが出来る。また、本実施
例においては、前記のごとく、目標トルク演算部15に
おける演算において、目標トルクの時定数τTの値が、
回生時には回生指令信号Cs(またはトルク指令値
Te')に応じて変化する。そして前記図6の特性は、所
定の時定数τTに対応した特性であり、時定数τTが変化
すれば、損失最小となる目標磁束の時定数τφの値も変
化する。そのため、目標磁束演算部12の演算における
目標磁束の時定数τφも前記のように変化させている。
この場合の目標磁束の時定数τφは、そのときの目標ト
ルクの時定数τTに対応した図6の特性において損失最
小となる値である。
【0041】次に、図9は力行時から回生時に移行する
際の動作特性を示す特性図である。図9において、φr
は磁束、iTはトルク電流、iφは励磁電流、iTはトル
ク電流、Teはトルクである。前記のごとく本実施例に
おいては、励磁電流iφとトルク電流iTとの時定数を
可変にし、iφとiTの分配比を効率最大の点にするよ
うに制御する。この制御は力行時、回生時を通じて同じ
である。また、回生時に必要な負のトルクは、トルク電
流iTの極性を反転することによって行なっている。し
たがって図9に示すように、回生時にトルク電流iTが
負の値になり、それに伴ってトルクTeが負の値になっ
ている。トルクTeは、Te=k・φr・iT(ただしkは
定数)で与えられる。したがってトルクを負の値にする
には、磁束φrとトルク電流iTのいずれか一方の極性を
反転させればよい。しかし、磁束φrは励磁電流iφを
変化させても直ぐには追従しないので好ましくない。そ
のため、本実施例においては、トルク電流iTの符号を
反転することによって負のトルクを発生させている。上
記の機能を実現するため、本実施例においては、図1に
示すように、絶対値回路部10を設け、回生時にトルク
指令値Te'が負になった場合でも、定常損失最小磁束演
算部11には常に正の値を与え、目標磁束φrは常に正
の値になるようにしている。そして目標トルク演算部1
5には、トルク指令値Te'がそのまま与えられるので、
回生時にトルク指令値Te'が負の値になれば、トルク電
流指令値iT'は負になる。また、前記のごとく、時定数
演算部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回
生指令信号Cs(またはトルク指令値Te')に応じて回
生状態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφ
と目標トルク応答時定数τTとを算出する。例えば、ア
クセルペダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場
合は、回生指令信号Csが大きくなるので、この場合に
は目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τT
とを比較的小さな値(力行時よりは大きな値)とする。
そのため目標トルクTmは比較的速やかに変化する。一
方、目標磁束φrは常に正の値であり、これに向かって
磁束φが過渡損失最小で急激なトルク変化が起こらない
ように変化する。また、アクセルペダルを小さく踏み込
んだ状態から離した場合は、回生指令信号Csが小さい
ので、この場合には目標磁束応答時定数τφと目標トル
ク応答時定数τTとを比較的大きな値とする。そのため
目標トルクTmと目標磁束φrの変化はさらに緩やかにな
る。
際の動作特性を示す特性図である。図9において、φr
は磁束、iTはトルク電流、iφは励磁電流、iTはトル
ク電流、Teはトルクである。前記のごとく本実施例に
おいては、励磁電流iφとトルク電流iTとの時定数を
可変にし、iφとiTの分配比を効率最大の点にするよ
うに制御する。この制御は力行時、回生時を通じて同じ
である。また、回生時に必要な負のトルクは、トルク電
流iTの極性を反転することによって行なっている。し
たがって図9に示すように、回生時にトルク電流iTが
負の値になり、それに伴ってトルクTeが負の値になっ
ている。トルクTeは、Te=k・φr・iT(ただしkは
定数)で与えられる。したがってトルクを負の値にする
には、磁束φrとトルク電流iTのいずれか一方の極性を
反転させればよい。しかし、磁束φrは励磁電流iφを
変化させても直ぐには追従しないので好ましくない。そ
のため、本実施例においては、トルク電流iTの符号を
反転することによって負のトルクを発生させている。上
記の機能を実現するため、本実施例においては、図1に
示すように、絶対値回路部10を設け、回生時にトルク
指令値Te'が負になった場合でも、定常損失最小磁束演
算部11には常に正の値を与え、目標磁束φrは常に正
の値になるようにしている。そして目標トルク演算部1
5には、トルク指令値Te'がそのまま与えられるので、
回生時にトルク指令値Te'が負の値になれば、トルク電
流指令値iT'は負になる。また、前記のごとく、時定数
演算部14は、トルク指令値発生部9から与えられる回
生指令信号Cs(またはトルク指令値Te')に応じて回
生状態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τφ
と目標トルク応答時定数τTとを算出する。例えば、ア
クセルペダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場
合は、回生指令信号Csが大きくなるので、この場合に
は目標磁束応答時定数τφと目標トルク応答時定数τT
とを比較的小さな値(力行時よりは大きな値)とする。
そのため目標トルクTmは比較的速やかに変化する。一
方、目標磁束φrは常に正の値であり、これに向かって
磁束φが過渡損失最小で急激なトルク変化が起こらない
ように変化する。また、アクセルペダルを小さく踏み込
んだ状態から離した場合は、回生指令信号Csが小さい
ので、この場合には目標磁束応答時定数τφと目標トル
ク応答時定数τTとを比較的大きな値とする。そのため
目標トルクTmと目標磁束φrの変化はさらに緩やかにな
る。
【0042】なお、本実施例では、磁束応答性を(数1
1)式、トルク応答性を(数12)式で与えたが、必ず
しもこの伝達関数に限定することはない。たとえばトル
ク応答性をよく知られた2次振動系〔G(S)=ωn 2/
S2+2ζωnS+ωn 2〕で与えてもよく、同様に磁束応
答性を2次振動系で与えてもよい。ただし、微分演算す
ることなしに目標磁束の一階微分値を求めるためには、
分子、分母間の相対次数が1以上となることが必要であ
る。また、磁束応答性を2次振動系で与えた場合は、減
衰率ζと固有振動数ωnに関して図6の関係を求め、過
渡損失が最小となるζ、ωnを用いて磁束を演算すれば
よい。
1)式、トルク応答性を(数12)式で与えたが、必ず
しもこの伝達関数に限定することはない。たとえばトル
ク応答性をよく知られた2次振動系〔G(S)=ωn 2/
S2+2ζωnS+ωn 2〕で与えてもよく、同様に磁束応
答性を2次振動系で与えてもよい。ただし、微分演算す
ることなしに目標磁束の一階微分値を求めるためには、
分子、分母間の相対次数が1以上となることが必要であ
る。また、磁束応答性を2次振動系で与えた場合は、減
衰率ζと固有振動数ωnに関して図6の関係を求め、過
渡損失が最小となるζ、ωnを用いて磁束を演算すれば
よい。
【0043】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、トルク指令値から定常損失を最小とする定常損失
最小磁束を演算する手段と、トルク指令値から誘導モー
タの目標トルクを演算する手段と、上記定常損失最小磁
束から誘導モータのトルクを目標トルクに追従させ、か
つ過渡損失が最小となる磁束応答性を演算する手段と備
える構成としたことにより、従来のようにすべり周波数
を常に損失最小すべり周波数ωse-optに保つ方法と同じ
トルク応答性にする場合は過渡損失を軽減することが出
来る。逆に、電流容量が同じであればトルク応答性を速
くすることが出来る。また、定常時には従来方法と同様
に損失を最小とするモータ駆動制御が可能になる。さら
に、力行時から回生時への移行時においても過渡損失を
最小にしたまま急激なトルク変動を防止して円滑な回生
ブレーキを行なうことが出来ると共に、回生時のトルク
応答および磁束応答を移行時の走行状態に応じて設定す
るように構成しているので、走行状態に対応した回生ブ
レーキの応答性が得られる、等の効果が得られる。
れば、トルク指令値から定常損失を最小とする定常損失
最小磁束を演算する手段と、トルク指令値から誘導モー
タの目標トルクを演算する手段と、上記定常損失最小磁
束から誘導モータのトルクを目標トルクに追従させ、か
つ過渡損失が最小となる磁束応答性を演算する手段と備
える構成としたことにより、従来のようにすべり周波数
を常に損失最小すべり周波数ωse-optに保つ方法と同じ
トルク応答性にする場合は過渡損失を軽減することが出
来る。逆に、電流容量が同じであればトルク応答性を速
くすることが出来る。また、定常時には従来方法と同様
に損失を最小とするモータ駆動制御が可能になる。さら
に、力行時から回生時への移行時においても過渡損失を
最小にしたまま急激なトルク変動を防止して円滑な回生
ブレーキを行なうことが出来ると共に、回生時のトルク
応答および磁束応答を移行時の走行状態に応じて設定す
るように構成しているので、走行状態に対応した回生ブ
レーキの応答性が得られる、等の効果が得られる。
【図1】本発明の実施例における高効率駆動制御演算部
1の詳細を示すブロック図。
1の詳細を示すブロック図。
【図2】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図3】トルク指令値発生部9の詳細を示すブロック
図。
図。
【図4】トルク指令値発生部9における信号波形図。
【図5】誘導モータのγ−δ座標モデルを示す図。
【図6】トルク指令値Te'としてステップ状に変化する
入力を加えた場合における目標磁束の時定数τφに対す
る誘導モータの損失のピーク値および或る時間内での損
失エネルギの計算値を示す特性図。
入力を加えた場合における目標磁束の時定数τφに対す
る誘導モータの損失のピーク値および或る時間内での損
失エネルギの計算値を示す特性図。
【図7】従来例における速度制御シミュレーション結果
を示す特性図。
を示す特性図。
【図8】図1の実施例における速度制御シミュレーショ
ン結果を示す特性図。
ン結果を示す特性図。
【図9】力行時から回生時に移行する際の動作特性を示
す特性図。
す特性図。
1:高効率駆動制御演算部 4:誘導モータ 2:座標変換部 5:回転速度セン
サ 3:電流制御PWMインバータ 6:直流電源(バ
ッテリ) 9:トルク指令値発生部 10:絶対値回路部 15:目標トルク
演算部 11:定常損失最小磁束演算部 16:トルク電流
演算部 12:目標磁束演算部 17:すべり周波
数演算部 13:励磁電流演算部 18:モータ回転
数演算部 14:時定数設定部 19:積分演算部 21:アクセルセンサ 25:負電圧比較
器 22:可変基準電源 26:スイッチ回
路 23:アイドルスイッチ 27:比較器 24:微分回路 28:サンプルホ
ールド回路 Te':トルク指令値 Tm :目標トルク τφ :目標磁束応答の時定数 τT :目標トル
ク応答の時定数 φr':定常損失最小磁束 φr :目標磁束 N :モータ回転速度(rpm) ω :電源周波数 ωse:すべり周波数 ωre:モータ回転
数(電気角) iφ':励磁電流指令値 iT':トルク電
流指令値 θ :電流の位相角 iu'、iv'、iw':三相交流電流指令値 iu、iv、iw :三相交流電流
サ 3:電流制御PWMインバータ 6:直流電源(バ
ッテリ) 9:トルク指令値発生部 10:絶対値回路部 15:目標トルク
演算部 11:定常損失最小磁束演算部 16:トルク電流
演算部 12:目標磁束演算部 17:すべり周波
数演算部 13:励磁電流演算部 18:モータ回転
数演算部 14:時定数設定部 19:積分演算部 21:アクセルセンサ 25:負電圧比較
器 22:可変基準電源 26:スイッチ回
路 23:アイドルスイッチ 27:比較器 24:微分回路 28:サンプルホ
ールド回路 Te':トルク指令値 Tm :目標トルク τφ :目標磁束応答の時定数 τT :目標トル
ク応答の時定数 φr':定常損失最小磁束 φr :目標磁束 N :モータ回転速度(rpm) ω :電源周波数 ωse:すべり周波数 ωre:モータ回転
数(電気角) iφ':励磁電流指令値 iT':トルク電
流指令値 θ :電流の位相角 iu'、iv'、iw':三相交流電流指令値 iu、iv、iw :三相交流電流
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−23086(JP,A) 特開 昭58−186387(JP,A) 特開 昭59−169382(JP,A) 特開 昭57−142185(JP,A) 特開 昭59−14386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00
Claims (4)
- 【請求項1】トルク指令値と誘導モータの回転速度とに
応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
置において、 誘導モータから負荷を駆動する力行時には運転者の操作
に対応したトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータ
を駆動して発電する回生時には力行時と逆符号のトルク
指令値を出力するトルク指令値発生部と、 上記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、 上記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶
対値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子
磁束を演算する定常損失最小磁束演算部と、 上記定常損失最小磁束を入力し、ローパス特性を有する
伝達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一階微分
値を演算する目標磁束演算部と、 上記トルク指令値発生部からのトルク指令値を入力し、
力行時と回生時とで異なる、ローパス特性を有する伝達
関数に基づいて上記トルク指令値から誘導モータの目標
トルクを演算する目標トルク演算部と、 上記誘導モータの回路定数に基づき、上記目標磁束と上
記目標磁束の一階微分値と上記目標トルクと上記誘導モ
ータの回転速度とに応じて上記電流指令値を演算するベ
クトル制御演算部と、 上記誘導モータに流れる電流を上記電流指令値に追従さ
せるモータ駆動部と、 を備え、上記誘導モータの出力トルクを上記目標トルク
に対応した値とするように制御する誘導モータ制御装
置。 - 【請求項2】上記トルク指令値発生部は、誘導モータか
ら負荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正
のトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動し
て発電する回生時には力行時から回生時に切り換わると
きの状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生する
ものである、ことを特徴とする請求項1に記載の誘導モ
ータ制御装置。 - 【請求項3】上記目標トルク演算部は、力行時にはロー
パス特性を有する所定の伝達関数に基づいて目標トルク
を演算し、回生時には上記トルク指令値に応じて予め設
定された、力行時とは異なった、ローパス特性を有する
伝達関数で目標トルクを演算するものである、ことを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の誘導モータ制
御装置。 - 【請求項4】上記目標磁束演算部は、力行時にはローパ
ス特性を有する所定の伝達関数を選択し、回生時には上
記トルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の、ロ
ーパス特性を有する伝達関数を選択し、それらに基づい
て目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算するもの
である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
れかに記載の誘導モータ制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5206171A JP2910517B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 誘導モータ制御装置 |
US08/267,930 US5444351A (en) | 1993-07-06 | 1994-07-06 | System and method for controlling induction motor applicable to electric motor-driven vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5206171A JP2910517B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 誘導モータ制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0767397A JPH0767397A (ja) | 1995-03-10 |
JP2910517B2 true JP2910517B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16518986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5206171A Expired - Lifetime JP2910517B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-08-20 | 誘導モータ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2910517B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5309242B1 (ja) | 2012-04-13 | 2013-10-09 | ファナック株式会社 | 電源回生及び停電時の同期モータの停止を行うために同期モータを制御する同期モータ制御装置 |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP5206171A patent/JP2910517B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0767397A (ja) | 1995-03-10 |
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