JP5252372B2 - 同期電動機制御装置とその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期電動機の制御において、同期電動機を高効率で制御でき、かつトルク指令に対して出力トルクを高精度制御できる同期電動機制御装置とその制御方法に関する。

同期電動機制御装置は、同期電動機を駆動する上で、同期電動機の出力トルクの高精度化、高応答化（高速化）、高効率化、高出力化のような一般的な技術課題がある。
この一般的な技術課題を解決するために、従来の同期電動機制御装置とその制御方法は、「同期モータの駆動装置に関わり、特に同期モータの出力トルクの線形性を改善し、かつ効率の高い運転を可能にする駆動装置に関する」ものであって、「複雑な演算処理をすることなく安価なマイコンを用いて、同期モータの出力トルク及び速度制御系を線形化し、効率の高い制御を実現する方法及び装置を提供すること」を目的としており、「同期モータに直流電圧を交流または直流に変換して供給するインバータと、該インバータの出力電圧と周波数とを制御する制御装置と、前記同期モータの回転速度を検出もしくは推定する手段とを備えた同期モータの駆動装置において、前記制御装置が、前記回転速度を回転速度指令と一致させるようなトルク指令を出力する手段と、該トルク指令を入力とし電流振幅と電流位相とを演算して出力する手段とを備え」、更に「最大トルクと電流振幅及び最大トルクと電流位相の関係を、トルクをパラメータとした関数で数式化し、トルク指令の入力に対して、最大トルクが得られる電流振幅指令及び電流位相指令を演算し出力する、トルク・電流比最大制御手段を備え」、「上記トルクをパラメータとした関数が１次関数もしくは２次関数である」ものである（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３６００００号公報（第３−５頁、図１）

従来の同期電動機制御装置とその制御方法では、入力されるトルク指令に対して最適な電流振幅および電流位相を予めシミュレーションや実験で求める必要があるため、非常に手間がかかるという問題があった。また、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を１次関数または２次関数に近似して求めているため、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令それぞれに誤差が発生し、トルク指令と出力トルクに差が生じるというトルク制御精度の低下を引き起こす問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、各電流振幅に対して最適な電流位相とその時のトルクを通常運転前に自動的に算出し、算出した最適な電流位相に基づいてトルクに対するｄ軸電流指令データテーブルを作成するとこで、手間を削減できる。また、トルク指令に対してｄ軸電流指令データテーブルを用いてｄ軸電流指令を算出し、トルク指令とｄ軸電流指令から同期電動機のトルク式を用いてｑ軸電流指令を算出し直すことで、トルク指令と出力トルクが一致しトルクを高精度制御でき、かつ同期電動機を高効率で制御できる同期電動機制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一の観点による同期電動機制御装置は、トルク指令を入力し、前記トルク指令に基づいてｄ軸電流指令を演算するｄ軸電流指令演算部と、前記トルク指令と前記ｄ軸電流指令とに基づいてｑ軸電流指令を演算するｑ軸電流指令演算部とを備え、前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに基づいて同期電動機を駆動する同期電動機制御装置であって、前記ｄ軸電流指令演算部が、前記同期電動機制御装置の通常運転前の初期化時において、トルク指令に対してトルク効率が最大となるようなｄ軸電流指令のデータ群を備えた第１データテーブルを自動作成する、データテーブル自動演算処理手段と、前記データテーブル自動演算処理手段により自動作成された前記第１データテーブルを用いて、前記トルク指令の絶対値に対するテーブル内挿演算を行って前記ｄ軸電流指令を出力する第１テーブル内挿演算手段と、を備えており、前記同期電動機制御装置は、さらに、予め求められた、ｄ軸電流とｄ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とｑ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とマグネットによる鎖交磁束の関係、がテーブル化された第２データテーブルを保持するデータテーブル保持手段、及び、前記データテーブル保持手段に保持された前記第２データテーブルを用いたテーブル内挿演算により前記ｄ軸インダクタンス、前記ｑ軸インダクタンス、前記マグネットによる鎖交磁束を演算する、第２テーブル内挿演算手段を備えた、鎖交磁束・インダクタンス演算部を有し、前記ｑ軸電流指令演算部が、前記トルク指令および第１テーブル内挿演算手段から出力された前記ｄ軸電流指令と、前記鎖交磁束・インダクタンス演算部で演算された前記マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスとから、同期電動機の極数、マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、ｄ軸電流、ｑ軸電流の各パラメータを有する同期電動機のトルク式を適用して、前記ｑ軸電流指令を演算して出力することを特徴とする同期電動機制御装置が適用される。
また、本発明の他の観点による同期電動機制御装置の制御方法は、トルク指令を入力し、前記トルク指令に基づいてｄ軸電流指令を演算するｄ軸電流指令演算部と、前記トルク指令と前記ｄ軸電流指令とに基づいてｑ軸電流指令を演算するｑ軸電流指令演算部とを備え、前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに基づいて同期電動機を駆動する同期電動機制御装置の制御方法であって、前記ｄ軸電流指令演算部が、前記同期電動機制御装置の通常運転前の初期化時において、トルク指令に対してトルク効率が最大となるようなｄ軸電流指令のデータ群を備えた第１データテーブルを自動的に作成するデータテーブル作成処理手順と、前記データテーブル自動演算処理手順で自動作成された前記第１データテーブルを用いて、前記トルク指令の絶対値に対するテーブル内挿演算を行って前記ｄ軸電流指令を出力する第１テーブル内挿演算手順と、を実行し、通常運転時に、前記ｑ軸電流指令演算部が、予め求められたｄ軸電流とｄ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とｑ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とマグネットによる鎖交磁束の関係を表す第２データテーブルを用いた、テーブル内挿演算により算出された、前記ｄ軸インダクタンス、前記ｑ軸インダクタンス、前記マグネットによる鎖交磁束と、前記トルク指令および第１テーブル内挿演算手順で出力された前記ｄ軸電流指令と、から、同期電動機の極数、マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、ｄ軸電流、ｑ軸電流の各パラメータを有する同期電動機のトルク式を適用して、前記ｑ軸電流指令を演算して出力する手順、を実行することを特徴とする同期電動機制御装置の制御方法が適用される。

請求項１から４のいずれか１つに記載の発明によると、各電流振幅に対して最適な電流位相とその時のトルクを通常運転前に自動的に算出し、算出した最適な電流位相（トルク効率が最大）に基づいてトルクに対するｄ軸電流指令データテーブルを作成するため、非常に手間がかかるという問題は発生せず、また、トルク指令に対してｄ軸電流指令データテーブルを用いてｄ軸電流指令を算出し、トルク指令とｄ軸電流指令から同期電動機のトルク式を用いてｑ軸電流指令を算出し直すため、すなわち、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を１次関数または２次関数のような近似算出をしていないため、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊それぞれに誤差が発生し、トルク制御精度の低下を引き起こすという問題も発生せずトルクを高精度制御でき、かつ同期電動機を高効率で制御できる。

以下に、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の同期電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、１は制御対象である同期電動機（モータ）、２は位置検出器であるエンコーダ、３は絶対値演算部、４はｄ軸電流指令演算部、５はｑ軸電流指令演算部、６は電流制御部、７は２／３相変換部、８はＰＷＭ電力変換装置、９は電流検出部、１０は３／２相変換部、１１は電気角演算部、１２はマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部である。
本発明が従来技術と特に異なる部分は、絶対値演算部３とマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２とを備えた部分であり、更に、ｄ軸電流指令演算部４における演算方法と、ｑ軸電流指令演算部５における演算方法である。

絶対値演算部３は、上位からのトルク指令Ｔ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜を演算する。ｄ軸電流指令演算部４は、トルク指令Ｔ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜の入力に対して、後述するテーブル内挿演算によりｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を演算する。ｑ軸電流指令演算部５には、トルク指令Ｔ^＊、ｄ軸電流指令演算部４で演算されたＩｄ^＊、マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２で演算されたマグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑが入力され、後述する同期電動機のトルク式を用いてｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を演算する。電流制御部６には、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊および検出電流であるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑが入力され、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を演算する。２／３相変換部７は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を電気角θｅに基づいて２／３相変換を行い、Ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ^＊を出力し、ＰＷＭ電力変換装置８で電圧に変換され同期電動機に印加される。電流検出部９は、同期電動機１に流れるＵ相電流、Ｖ相電流（もしくはＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流）を検出する。検出された電流は３／２相変換部１０へ入力され、電気角θｅに基づいてｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換される。電気角演算部１１は、エンコーダ２で検出された位置情報から電気角θｅを演算する。マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２は、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を入力し、後述する演算方法でマグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑを演算する。

次に、ｄ軸電流指令演算部４におけるテーブル内挿演算によりｄ軸電流指令Ｉｄ^＊の演算方法ついて説明する。図２は、ｄ軸電流指令演算部４の内部構成を示す図である。図において、４１はＩｄ^＊テーブル内挿演算部である。
Ｉｄ^＊テーブル内挿演算部４１には、トルク指令に対してトルク効率が最大となるようなｄ軸電流指令のデータ群であるＩｄ^＊テーブルデータが設定されており、トルク指令絶対値｜Ｔ^＊｜からＩｄ^＊テーブルデータの内挿演算を行い、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を出力する。Ｉｄ^＊テーブルデータは、同期電動機制御装置やエンコーダなどのメモリに格納された同期電動機パラメータ（例えば、図１のエンコーダ内のメモリ）を用いて自動演算する。

ここで、Ｉｄ^＊テーブルデータの自動演算について説明する。図４は、Ｉｄ^＊テーブルデータ自動演算のフローチャートである。なお、この自動演算は、同期電動機制御装置の初期化時（通常動作前）に行うものである。

（Ｓ１０１）まず、ｊに１を代入し、（Ｓ１０２）処理へ進む。ここで、ｊは（Ｓ１０２）から（Ｓ１０７）のステップ処理を１回処理とした場合の処理回数であり、必要に応じて初期値１から１ずつ累積されるものである。
（Ｓ１０２）ｊがＮより大きい場合は、処理を終了する。ｊがＮ以下の場合は、（Ｓ１０３）処理へ進む。ここで、Ｎは最大電流の分割数であり、予め定められたＩｄ^＊テーブルデータにおけるデータ数で決定されるものである。

（Ｓ１０３）トルク指令およびｄ軸電流指令を保存するメモリＴｒｑ［ｊ］およびＩｄｒｅｆ［ｊ］をゼロクリアし、（Ｓ１０４）処理へ進む。
（Ｓ１０４）電流振幅Ｉ＝（最大電流×ｊ／Ｎ）を演算し、（Ｓ１０５）処理へ進む。

（Ｓ１０５）ｋに０を代入し、（Ｓ１０６）処理へ進む。ここで、ｋは（Ｓ１０６）から（Ｓ１１４）のステップ処理を１回処理とした場合の処理回数であり、必要に応じて初期値０から１ずつ累積されるものである。
（Ｓ１０６）電流位相θ＝（９０゜×ｋ／Ｍ）を演算し、（Ｓ１０７）処理へ進む。ここで、Ｍは電気角９０゜の分割数であり、予め定められたＩｄ^＊テーブルデータにおけるデータ数で決定されるものである。

（Ｓ１０７）演算した電流位相θが９０゜より大きい場合は、（Ｓ１０８）処理へ進む。演算した電流位相θが９０゜以下の場合は、（Ｓ１０９）処理へ進む。
（Ｓ１０８）ｊに１を足し（ｊを更新し）、（Ｓ１０２）処理へ進む。

（Ｓ１０９）演算した電流振幅Ｉおよび電流位相θより、ｄ軸電流Ｉｄ＝（−Ｉ×ｓｉｎθ）、ｑ軸電流Ｉｑ＝（Ｉ×ｃｏｓθ）を演算し、（Ｓ１１０）処理へ進む。
（Ｓ１１０）（Ｓ１０９）で演算したｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑから、マグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑを後述するそれぞれのテーブルデータからテーブル内挿演算により求め、（Ｓ１１１）処理へ進む。

（Ｓ１１１）（Ｓ１０９）および（Ｓ１１０）で演算したｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、マグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑから、同期電動機のトルク式である式（１）を用いてトルクを演算し、（Ｓ１１２）処理へ進む。なお、ここで用いる同期電動機のトルク式である式（１）は公知のものである。

ここで、ｐｏｌｅは同期電動機の極数、φＭｇはマグネットによる鎖交磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流である。
（Ｓ１１２）（Ｓ１１１）で演算したトルクが保存したメモリＴｒｑ［ｊ］より大きい場合は、（Ｓ１１４）処理へ進む。（Ｓ１１１）で演算したトルクが保存したメモリＴｒｑ［ｊ］以下の場合は、（Ｓ１１３）処理へ進む。

（Ｓ１１３）ｋに１を足し（ｋを更新し）、（Ｓ１０６）へ進む。
（Ｓ１１４）保存したメモリＴｒｑ［ｊ］に（Ｓ１１１）で演算したトルクを保存、また、保存したメモリＩｄｒｅｆ［ｊ］に（Ｓ１０９）で演算したｄ軸電流Ｉｄを保存し、（Ｓ１１３）処理へ進む。

このように、図４における一連のＩｄ＊ テーブルデータ自動演算の処理では、１分割（最大電流に対する予め定められた分割数毎）の電流振幅Ｉに対して、電流位相θを０°〜９０°まで１分割（電流位相９０度に対する予め定められた分割数毎）ずつ変化させて、変化の度に、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、マグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、トルクＴを演算して、演算されたトルクＴおよび演算されたｄ軸電流ＩｄをメモリＴｒｑ［ｊ］およびメモリＩｄｒｅｆ［ｊ］に保存する。また、電流位相θの変化が９０°より大きくなれば、電流振幅Ｉを１分割（最大電流に対する予め定められた分割数毎）ずつ変化させて、前述の電流位相θの変化およびそれに伴う演算とメモリ保存を行う。また、前述の電流位相θを１分割（電流位相９０度に対する予め定められた分割数毎）ずつ変化させる過程で、演算されたトルクＴがメモリＴｒｑ［ｊ］より小さければ、演算されたトルクＴおよび演算されたｄ軸電流ＩｄをメモリＴｒｑ［ｊ］およびメモリＩｄｒｅｆ［ｊ］に保存せずに、電流位相θを変化させる。また、電流振幅Ｉを１分割（最大電流に対する予め定められた分割数毎）ずつ変化させる過程で、電流振幅Ｉが最大電流より大きくなれば、一連の処理を終了する。最終的に、保存されたメモリＴｒｑ［ｊ］およびメモリＩｄｒｅｆ［ｊ］が、トルク指令Ｔ＊ に対するｄ軸電流指令Ｉｄ＊ のテーブルデータと成るのである。

ここで、Ｉｄ^＊テーブルデータ自動演算の処理における主となる処理の技術的意義を説明する。
（Ｓ１０４）処理は、最大電流に対してＮ分割されたｊ番目の電流振幅Ｉを算出するものであり、（Ｓ１０６）処理は、算出されたｊ番目の電流振幅Ｉ毎に、電流位相９０°に対してＭ分割されたｋ番目の電流位相θを算出するものであり、（Ｓ１０９）処理〜（Ｓ１１４）処理は、算出されたｋ番目の電流位相θ毎にトルクおよびｄ軸電流指令を算出するものである。すなわち、これらの処理では、ｊ番目の電流振幅Ｉ毎にトルク効率が最大となる電流位相θを探し出す処理であり、従来の同期電動機制御装置とその制御方法（特許文献１）における予めシミュレーションや実験で求める図４（トルク特性図）相当のトルク特性を、駆動する同期電動機に応じて通常運転前に自動的に算出するものである。
また、（Ｓ１１２）処理は、前回保存したメモリＴｒｑ［ｊ］と今回算出したトルクとを比較し、今回算出したトルクが小さい場合、電流位相θを更新（ｋ＝ｋ＋１）するものであり、すなわち、トルク効率が最大となる電流位相θを探し出す過程において、今回算出したトルクが前回保存したメモリＴｒｑ［ｊ］よりも小さい場合、その時点のトルク効率は最大でないと判断することができるため、（Ｓ１１４）処理では、常にトルク効率が最大となる電流位相θにおけるメモリＴｒｑ［ｊ］が保存されるのである。
また、（Ｓ１０７）処理は、トルク効率が最大となる電流位相θは、０°〜９０°の範囲内に必ず存在することが知られているため、ｋ番目の電流位相θが９０°を超えれば、順次電流振幅Ｉを増加させるものである。
また、（Ｓ１０２）処理は、最大電流を超える電流振幅Ｉでの演算は必要ないので、ｊ番目の電流振幅Ｉが最大電流を超えれば、一連の処理を終了するのである。
なお、最大電流の分割数であるＮ、電流位相電気角９０°の分割数であるＭは、必要に応じて適宜決定すれば良い。

図５は、Ｉｄ^＊テーブルデータ自動演算のフローチャート図４の処理手順で得られたＩｄ^＊テーブルデータを具体的に示した図である。図において、横軸はトルク指令Ｔ^＊、縦軸はｄ軸電流指令Ｉｄ^＊である。図４におけるＩｄ^＊テーブルデータ自動演算の一連の処理を同期電動機制御装置の初期化時（通常動作前）に行えば、入力されるトルク指令Ｔ^＊に対して最適な電流振幅および電流位相（各電流振幅に対するトルク効率が最大となる電流位相）を通常運転前に自動的に算出できると共に、トルク指令Ｔ^＊に対するｄ軸電流指令Ｉｄ^＊のテーブルデータである原点を含めた（Ｎ＋１）個のデータ群を容易に得ることができる。また、ｄ軸電流指令演算部４は、上位からのトルク指令Ｔ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜が入力されれば、容易にＩｄ^*テーブルデータ内挿演算ができ、最適なｄ軸電流指令Ｉｄ^*を出力することができるのである。

次に、マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２におけるテーブル内挿演算によりマグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑの演算方法について説明する。図３は、マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２の内部構成を示す図である。図において、１２１はＬｄテーブル内挿演算部、１２２はＬｑテーブル内挿演算部、１２３はφＭｇテーブル内挿演算部である。
Ｌｄテーブル内挿演算部１２１、Ｌｑテーブル内挿演算部１２２、φＭｇテーブル内挿演算部１２３には、それぞれ予め実験やシミュレーションなどで求めた、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸インダクタンスＬｄの関係、ｑ軸電流Ｉｑ とｑ軸インダクタンスＬｑの関係、ｑ軸電流Ｉｑとマグネットによる鎖交磁束φＭｇの関係がテーブル化されたものが備えられている。また、それぞれの入力に対して内挿演算を行い、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、マグネットによる鎖交磁束φＭｇを出力するものである。
図６はｄ軸電流Ｉｄとｄ軸インダクタンスＬｄの関係を示すテーブルデータ、図７はｑ軸電流Ｉｑとｑ軸インダクタンスＬｑの関係を示すテーブルデータ、図８はｑ軸電流Ｉｑとマグネットによる鎖交磁束φＭｇの関係を示すテーブルデータである。なお、図中のＸ、Ｙ、Ｚは正の整数である。
ここで、各テーブルデータは、それぞれ予め実験やシミュレーションなどで求める。各テーブルデータは電流０から最大電流までを何分割かしてデータを取れば十分である。（一方従来技術は、トルク指令に対する最適な電流振幅および電流位相を予め実験やシミュレーションで求める際、電流振幅を何分割かして、また電流位相も何分割かしてその両方を変化させてデータを取る必要があり、本発明に比べ、実験やシミュレーションに手間がかかる。）

次に、ｑ軸電流指令演算部５におけるｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の演算方法について説明する。ｑ軸電流指令演算部５では、同期電動機のトルク式である式（１）を変形した式（２）を用いて、トルク指令Ｔ^＊およびｄ軸電流指令Ｉｄ^＊と、マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２で演算したマグネットによる鎖交磁束φＭｇ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑからｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を演算する。

このように、本発明の同期電動機制御装置とその制御方法では、通常運転前に自動的に算出するのはＩｄ^＊テーブルデータのみであり、Ｉｑ^＊テーブルデータは算出しない。この理由は、テーブルデータ内挿演算の際にｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊に誤差が発生し、その誤差のためにトルク指令と出力トルクに差が出てしまうからである。本発明でもｄ軸電流指令Ｉｄ^＊に誤差が発生するが、ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊演算の際に、式（２）を用いてｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を演算し直しているため、トルク指令と出力トルクが一致し、トルク制御精度の低下を引き起こすという問題が発生しないのである。
以上、本発明の同期電動機制御装置とその制御方法では、各電流振幅に対して最適な電流位相とその時のトルクを通常運転前に自動的に算出し、算出した最適な電流位相（トルク効率が最大）に基づいてトルクに対するｄ軸電流指令データテーブルを作成するため、非常に手間がかかるという問題は発生せず、また、トルク指令に対してｄ軸電流指令データテーブルを用いてｄ軸電流指令を算出し、トルク指令とｄ軸電流指令から同期電動機のトルク式を用いてｑ軸電流指令を算出し直すため、すなわち、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を１次関数または２次関数のような近似算出をしていないため、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ^＊それぞれに誤差が発生し、トルク制御精度の低下を引き起こすという問題も発生せずトルクを高精度制御でき、かつ同期電動機を高効率で制御できる。
なお、本発明における同期電動機制御装置が駆動する同期電動機は、ＳＰＭＳＭ（表面磁石形同期電動機）、ＩＰＭＳＭ（埋め込み磁石形同期電動機）、ＳｙｎＲＭ（同期リラクタンスモータ）のいずれであっても良い。

本発明の同期電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明のｄ軸電流指令演算部４の内部構成を示す図である。 本発明のマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部１２の内部構成を示す図である。 本発明のＩｄ^＊テーブルデータ自動演算のフローチャートである。 本発明の図４の処理手順で得られたＩｄ^＊テーブルデータの一例である。 本発明のマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部におけるＬｄテーブルデータの一例である。 本発明の同期電動機制御方法で使用するマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部におけるＬｑテーブルデータの一例である。 本発明の同期電動機制御方法で使用するマグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部におけるφＭｇテーブルデータの一例である。

符号の説明

１ 同期電動機
２ エンコーダ
３ 絶対値演算部
４ ｄ軸電流指令演算部
５ ｑ軸電流指令演算部
６ 電流制御部
７ ２相／３相変換部
８ ＰＷＭ電力変換装置
９ 電流検出部
１０ ３相／２相変換部
１１ 電気角演算部
１２ マグネットによる鎖交磁束・インダクタンス演算部
４１ Ｉｄ^＊テーブル内挿演算部
１２１ Ｌｄテーブル内挿演算部
１２２ Ｌｑテーブル内挿演算部
１２３ φＭｇテーブル内挿演算部

Claims (4)

1. トルク指令を入力し、前記トルク指令に基づいてｄ軸電流指令を演算するｄ軸電流指令演算部と、
   前記トルク指令と前記ｄ軸電流指令とに基づいてｑ軸電流指令を演算するｑ軸電流指令演算部と
   を備え、
   前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに基づいて同期電動機を駆動する同期電動機制御装置であって、
   前記ｄ軸電流指令演算部が、
   前記同期電動機制御装置の通常運転前の初期化時において、トルク指令に対してトルク効率が最大となるようなｄ軸電流指令のデータ群を備えた第１データテーブルを自動作成する、データテーブル自動演算処理手段と、
   前記データテーブル自動演算処理手段により自動作成された前記第１データテーブルを用いて、前記トルク指令の絶対値に対するテーブル内挿演算を行って前記ｄ軸電流指令を出力する第１テーブル内挿演算手段と、
   を備えており、
   前記同期電動機制御装置は、さらに、
   予め求められた、ｄ軸電流とｄ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とｑ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とマグネットによる鎖交磁束の関係、がテーブル化された第２データテーブルを保持するデータテーブル保持手段、及び、前記データテーブル保持手段に保持された前記第２データテーブルを用いたテーブル内挿演算により前記ｄ軸インダクタンス、前記ｑ軸インダクタンス、前記マグネットによる鎖交磁束を演算する、第２テーブル内挿演算手段を備えた、鎖交磁束・インダクタンス演算部を有し、
   前記ｑ軸電流指令演算部が、
   前記トルク指令および第１テーブル内挿演算手段から出力された前記ｄ軸電流指令と、前記鎖交磁束・インダクタンス演算部で演算された前記マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスとから、同期電動機の極数、マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、ｄ軸電流、ｑ軸電流の各パラメータを有する同期電動機のトルク式を適用して、前記ｑ軸電流指令を演算して出力する
   ことを特徴とする同期電動機制御装置。
2. 前記通常運転前の初期化時に自動作成された前記第１データテーブルが、
   最大電流に対する予め定められた分割数Ｎ（Ｎは正の整数）の１分割毎の電流振幅に対して、電流位相９０度に対する予め定められた分割数Ｍ（Ｍは正の整数）の１分割ずつ電流位相を変化させて前記同期電動機のトルク式に代入し、トルク効率が最大となる電流振幅および電流位相における前記トルク指令および前記ｄ軸電流指令を保存したものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機制御装置。
3. トルク指令を入力し、前記トルク指令に基づいてｄ軸電流指令を演算するｄ軸電流指令演算部と、
   前記トルク指令と前記ｄ軸電流指令とに基づいてｑ軸電流指令を演算するｑ軸電流指令演算部と
   を備え、
   前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに基づいて同期電動機を駆動する同期電動機制御装置の制御方法であって、
   前記ｄ軸電流指令演算部が、
   前記同期電動機制御装置の通常運転前の初期化時において、トルク指令に対してトルク効率が最大となるようなｄ軸電流指令のデータ群を備えた第１データテーブルを自動的に作成するデータテーブル作成処理手順と、
   前記データテーブル自動演算処理手順で自動作成された前記第１データテーブルを用いて、前記トルク指令の絶対値に対するテーブル内挿演算を行って前記ｄ軸電流指令を出力する第１テーブル内挿演算手順と、
   を実行し、
   通常運転時に、前記ｑ軸電流指令演算部が、
   予め求められたｄ軸電流とｄ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とｑ軸インダクタンスの関係、ｑ軸電流とマグネットによる鎖交磁束の関係を表す第２データテーブルを用いた、テーブル内挿演算により算出された、前記ｄ軸インダクタンス、前記ｑ軸インダクタンス、前記マグネットによる鎖交磁束と、前記トルク指令および第１テーブル内挿演算手順で出力された前記ｄ軸電流指令と、から、同期電動機の極数、マグネットによる鎖交磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、ｄ軸電流、ｑ軸電流の各パラメータを有する同期電動機のトルク式を適用して、前記ｑ軸電流指令を演算して出力する手順、を実行する
   ことを特徴とする同期電動機制御装置の制御方法。
4. 前記データテーブル作成処理手順は、
   最大電流に対する予め定められた分割数Ｎ（Ｎは正の整数）の１分割毎の電流振幅に対して、電流位相９０度に対する予め定められた分割数Ｍ（Ｍは正の整数）の１分割ずつ電流位相を、トルク効率が最大となる電流位相となるまで変化させる電流位相変化処理をし、
   トルク効率が最大となる電流振幅および電流位相における前記トルク指令および前記ｄ軸電流指令を演算して保存する保存処理をし、
   前記電流振幅が前記最大電流を超えるまで、前記電流位相変化処理および前記保存処理を繰り返す、という手順で処理する
   ことを特徴とする請求項３に記載の同期電動機制御装置の制御方法。