JP4961292B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
U、V及びW相の下アームが全てオンの通電パターン「LLL」と、
W相の上アームがオン且つU及びV相の下アームがオンの通電パターン「LLH」と、
V相の上アームがオン且つU及びW相の下アームがオンの通電パターン「LHL」と、
V及びW相の上アームがオン且つU相の下アームがオンの通電パターン「LHH」と、
U相の上アームがオン且つV及びW相の下アームがオンの通電パターン「HLL」と、
U及びW相の上アームがオン且つV相の下アームがオンの通電パターン「HLH」と、
U及びV相の上アームがオン且つW相の下アームがオンの通電パターン「HHL」と、
U、V及びW相の上アームが全てオンの通電パターン「HHH」と、
がある(上アーム及び下アームの符号(8u等)を省略して記載)。
vu>vv>vw、が成立する状態を第1モード、
vv>vu>vw、が成立する状態を第2モード、
vv>vw>vu、が成立する状態を第3モード、
vw>vv>vu、が成立する状態を第4モード、
vw>vu>vv、が成立する状態を第5モード、
vu>vw>vv、が成立する状態を第6モード、
と呼ぶ。図4及び図5に示した例は、第1モードに対応している。また、図6には、各モードにおいて検出される電流の相も示されている。
モータ電圧Vaのα軸成分及びβ軸成分を、夫々、α軸電圧vα及びβ軸電圧vβで表し、
モータ電圧Iaのα軸成分及びβ軸成分を、夫々、α軸電流iα及びβ軸電流iβで表す。
モータ電圧VaのU相軸成分、V相軸成分及びW相軸成分は、夫々、夫々、U相電圧vu、V相電圧vv及びW相電圧vwで表され、
モータ電流IaのU相軸成分、V相軸成分及びW相軸成分は、夫々、夫々、U相電流iu、V相電流iv及びW相電流iwで表される。
電圧ベクトルの補正手法について説明する。図8に、U相軸、V相軸及びW相軸並びにα軸及びβ軸と、電圧ベクトルと、の関係を表す空間ベクトル図を示す。符号110が付されたベクトルが、電圧ベクトルである。β軸から反時計回り方向に見た電圧ベクトル110の位相をθβにて表し、α軸から反時計回り方向に見た電圧ベクトル110の位相をθαにて表す。図8に示される角度量(nπ/3)については後述する。
11π/6≦θα<0、又は、0≦θα<π/6、が成立する場合、a軸はa1軸となり、
電圧ベクトル110が、符号122が付された範囲に位置する場合、即ち、
π/6≦θα<π/2、が成立する場合、a軸はa2軸となり
電圧ベクトル110が、符号123が付された範囲に位置する場合、即ち、
π/2≦θα<5π/6、が成立する場合、a軸はa3軸となり
電圧ベクトル110が、符号124が付された範囲に位置する場合、即ち、
5π/6≦θα<7π/6、が成立する場合、a軸はa4軸となり
電圧ベクトル110が、符号125が付された範囲に位置する場合、即ち、
7π/6≦θα<3π/2、が成立する場合、a軸はa5軸となり
電圧ベクトル110が、符号126が付された範囲に位置する場合、即ち、
3π/2≦θα<11π/6、が成立する場合、a軸はa6軸となる。
例えば、電圧ベクトル110が図9に示す位置にある場合、a軸はa4軸となる。
まず、第1実施例について説明する。図14は、第1実施例に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。図14に示すモータ駆動システムでは、いわゆる直接トルク制御(Direct torque Control)が実施される。埋込磁石型モータなどを用いる場合、磁石磁束やインダクタンス分布に高調波が存在することが多い。つまり例えば、U相電機子巻線を鎖交する永久磁石の磁束は、回転子の位相変化に対して理想的には正弦波の波形を描くが、実際には該波形には高調波が含まれ、これに起因して永久磁石の回転によって生じる誘起電圧も歪む。同様に、電機子巻線のd軸インダクタンスやq軸インダクタンスも高調波を含む。このような高調波はトルクリプルの原因となることが知られている。
Raは、電機子巻線(7u、7v及び7w)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。
また、後述の式などにも現れる状態量の定義もここで行う。
Ld、Lqは、夫々d軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのd軸成分)、q軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのq軸成分)を表し、
Φaは、モータ1の回転子6に設けられた永久磁石による電機子鎖交磁束を表す。
id及びiqは、夫々、モータ電圧Iaのd軸成分及びq軸成分であるd軸電流及びq軸電流を表す。
d軸は、回転子6の永久磁石のN極の向きに定められた軸であり、q軸はd軸からπ/2だけ進んだ軸である。d軸及びq軸に関する説明は、後述の第2実施例にても行う。尚、Ra、Ld、Lq、Φa、PN、φα|t=0及びφβ|t=0は、モータ駆動システムの設計段階にて予め定められる。
モータ駆動システム内における計算は、実施には、離散化された各状態量の瞬時値に基づいて行われる。そこで、符号21〜30にて参照される各部位の入力値及び出力値が離散化周期TSにて離散化された場合を考えて、それらの動作についての説明を加える。
次に、第2実施例について説明する。第1実施例で定義した記号等は、第2実施例でも適用される。図18は、第2実施例に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。図18のモータ駆動システムでは、鎖交磁束の推定値から回転子位置を推定することによってベクトル制御を実行する。
インバータ2からモータ1に供給される全体のモータ電流Iaのd軸成分及びq軸成分を、夫々、d軸電流id及びq軸電流iqで表す。
d軸電流id及びq軸電流iqに対する指令値を、夫々、d軸電流指令値id *及びq軸電流指令値iq *にて表す。id *及びiq *は、夫々、id及びiqが追従すべき電流(目標電流値)を表す。
インバータ2にて3相変調を用いる場合を取り扱ったが、本発明は変調方式に依存しない。例えば、インバータ2にて2相変調を行う場合、通電パターンは、図3に示した3相変調のそれと異なってくる。2相変調では、最小相の下アームが常にオンとされるため、図4におけるタイミングT0−T1間及びT6−T7間に対応する通電パターンが存在しない。しかしながら、結局、タイミングT1−T2間及びT2−T3間に対応する通電パターンにて母線電流を検出するようにすれば、最大相及び最小相の電流を検出できることに変わりはない。
本実施形態に係るモータ駆動システムにおいて、上述の各種の指令値(φα*、vd *等)やその他の状態量(φα、φexα等)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、制御部3(図1参照)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。
また、制御部3(図1参照)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制御部3を実現する場合、制御部3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制御部3を構成しても構わない。
例えば以下のように考えることができる。制御部3は、モータ制御装置として機能する。モータ制御装置内に、図1等の電流センサ5が含まれていると考えても構わない。電流センサ5の出力信号に基づいてモータ電流を検出するモータ電流検出手段は、図14の電流検出部21又は図18の電流検出部61を含む。また例えば、図16の補正前電圧計算部41と座標回転部42、又は、図21の補正前電圧計算部81と座標回転部82は、電圧指令ベクトル作成手段として機能する。また例えば、図16の成分補正部43又は図21の成分補正部83は、電圧指令ベクトル補正手段として機能する。
尚、本明細書では、記述の簡略化上、記号(iαなど)のみの表記によって、その記号に対応する状態量(状態変数)などを表現している場合もある。即ち、本明細書では、例えば、「iα」と「α軸電流iα」は同じものを指す。
2 インバータ
3 制御部
4 直流電源
5 電流センサ
6 回転子
7 固定子
7u、7v、7w 電機子巻線
21、61 電流検出部
Claims (9)
- 三相式のモータを駆動するインバータと直流電源との間に流れる電流に基づいて前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータの電機子巻線の鎖交磁束に基づいて前記モータへの印加電圧が追従すべき電圧のベクトルを表す電圧指令ベクトルを作成する電圧指令ベクトル作成手段と、
作成された前記電圧指令ベクトルを補正する電圧指令ベクトル補正手段と、
前記モータ電流と補正後の電圧指令ベクトルに基づいて前記鎖交磁束を推定する磁束推定手段と、を備え、
前記補正後の電圧指令ベクトルに従って前記インバータを介して前記モータを制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記電圧指令ベクトル作成手段によって作成された前記電圧指令ベクトルは、回転座標上の電圧指令ベクトルであり、
前記電圧指令ベクトル補正手段は、その回転座標上の電圧指令ベクトルを三相の固定座標上の三相電圧指令値に変換する過程において、前記回転座標上の電圧指令ベクトルを補正し、
当該モータ制御装置は、補正後の電圧指令ベクトルに対応する前記三相電圧指令値を前記インバータに供給することにより、前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令ベクトル作成手段によって作成された前記電圧指令ベクトルは、所定の固定軸を基準とした前記電圧指令ベクトルの位相に応じて電気角60度ごとにステップ的に回転するab座標上の二相の電圧指令ベクトルである
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令ベクトル補正手段は、前記ab座標上の二相の電圧指令ベクトルを形成する座標軸成分の大きさに基づいて補正の要否を判断し、補正が必要な場合、前記座標軸成分を補正することによって、前記ab座標上の二相の電圧指令ベクトルを補正する
ことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令ベクトル補正手段による補正後のab座標上の二相の電圧指令ベクトルを、固定されたα及びβ軸を座標軸とするαβ座標上の電圧指令ベクトルに変換する座標変換手段を更に備え、
前記磁束推定手段は、前記モータ電流と前記αβ座標上の電圧指令ベクトルに基づいて前記鎖交磁束を推定する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令ベクトル補正手段による補正後のab座標上の二相の電圧指令ベクトルを、固定されたα及びβ軸を座標軸とするαβ座標上の電圧指令ベクトルに変換する座標変換手段を更に備え、
前記磁束推定手段は、前記モータ電流の、前記αβ座標上の座標軸成分と、前記αβ座標上の電圧指令ベクトルと、に基づいて、
前記鎖交磁束の、前記αβ座標上の座標軸成分を推定する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ電流と推定された前記鎖交磁束に基づいて前記モータが発生するトルクを推定するトルク推定手段を更に備え、
推定された前記トルクに基づいて前記モータに対する直接トルク制御を実行する
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載のモータ制御装置。 - 推定された前記鎖交磁束に基づいて前記モータの回転子位置を推定する回転子位置推定手段を更に備え、
推定された前記回転子位置に基づいて前記モータに対するベクトル制御を実行する
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載のモータ制御装置。 - 三相式のモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御することにより前記モータを制御する請求項1〜請求項8の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。
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