JP5322534B2 - 制御装置およびモータ制御装置 - Google Patents
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(制御装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1における制御装置の構成を示す図であり、モータを制御対象として構成したモータ制御装置の汎用的な一構成例を示している。
つぎに、第1の制御系10の構成および動作について説明する。図1において、第1の制御系10は、位置制御器101、速度制御器102、電流振幅リミッタ103、di/dtリミッタ部104、飽和量F/B部105、微分器106、および加減算器115〜117を備えて構成される。
つぎに、第2の制御系12の構成および動作について説明する。図1において、第2の制御系12は、d軸電流制御器107a、q軸電流制御器107b、d軸電圧振幅リミッタ108a、q軸電圧振幅リミッタ108b、および座標変換器109a,109bを備えて構成される。
つぎに、di/dtリミッタ部104の構成および動作について図2を参照して説明する。図2は、図1に示すdi/dtリミッタ部104の細部構成を示す図である。図2において、di/dtリミッタ部104は、係数設定器120、電圧振幅リミッタ121、係数設定器122、前回値記憶部124a,124bおよび加減算器119,123,125を備えて構成される。なお、係数設定器120と係数設定器122とを区別する際に、係数設定器120を第1の演算器と呼称し、係数設定器122を第2の演算器と呼称する。
図4は、本発明の実施の形態2における制御装置の構成を示す図であり、図1に示す実施の形態1の構成と比較すると、第1の制御系10の構成が相違している。具体的に、実施の形態1では、電流振幅リミッタ103とdi/dtリミッタ部104とをそれぞれ独立して構成していたが、実施の形態2では、電流振幅リミッタ103を、di/dtリミッタ部104の内部に配置するように構成している。なお、その他の構成については、図1と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
図6は、本発明の実施の形態3における制御装置の構成を示す図であり、図1に示す実施の形態1の構成と比較すると、第1の制御系10の構成が相違している。具体的に、実施の形態2では、電流振幅リミッタ103を、di/dtリミッタ部104の内部に配置するように構成し、推定q軸電圧飽和量ΔV^qに電流振幅飽和量を含ませるようにしていたが、実施の形態3では、図1に示す第1の制御系10の構成において、電流振幅リミッタ103の前後の差分値を演算する加減算器118が設けられており、加減算器118の出力であるq軸電流振幅飽和量ΔIqが飽和量F/B部105に入力されるように構成されている。すなわち、実施の形態3では、推定q軸電圧飽和量ΔV^qとは独立にq軸電流振幅飽和量ΔIqが生成される構成となっている。なお、その他の構成については、図1と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
図7は、本発明の実施の形態4におけるdi/dtリミッタ部104の構成を示す図である。図3に示す実施の形態1の構成と比較すると、実施の形態4では、係数設定器120と電圧振幅リミッタ121との間に加減算器126が設けられるとともに、推定q軸電圧指令V^q*に変動を与える要素(詳細は後述)が加減算器126に入力されるように構成されている。なお、その他の構成については、図3と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
Vq=Raiq+sLqiq+ωreφ+ωreLdid …(1)
V^q*=Raiq+sLqiq+ωreφ+ωreLdid …(2)
図9は、本発明の実施の形態5における制御装置の構成を示す図である。実施の形態1では、図1に示すように、第1の制御系10の出力段にdi/dtリミッタ部104を配置していたが、実施の形態5では、di/dtリミッタ部104に代えて、q軸電流制御系モデル部201を配置するように構成している。なお、その他の構成については、図1と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
iq***=V^q**/(Ra+sLa) …(5)
なお、sは微分演算子である。
図12は、本発明の実施の形態6における制御装置の構成を示す図である。図9に示す実施の形態5の構成と比較すると、第1の制御系10の構成が相違している。具体的に、実施の形態5では、電流振幅リミッタ103とq軸電流制御系モデル部201とをそれぞれ独立して構成していたが、実施の形態6では、電流振幅リミッタ103をq軸電流制御系モデル部201(より詳細にはモータ電気回路モデル部204)の内部に配置するように構成している。なお、その他の構成については、図9と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
図14は、本発明の実施の形態7における制御装置の構成を示す図であり、図9に示す実施の形態5の構成と比較すると、第1の制御系10の構成が相違している。具体的に、実施の形態7では、図9に示す第1の制御系10の構成において、電流振幅リミッタ103の前後の差分値を演算する加減算器118が設けられており、加減算器118の出力であるq軸電流振幅飽和量ΔIqが飽和量F/B部105に入力されるように構成されている。すなわち、実施の形態7では、推定q軸電圧飽和量ΔV^qとは独立にq軸電流振幅飽和量ΔIqが生成される構成となっている。なお、その他の構成については、図9と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
Vinteraction=ωLdid+ωφ …(6)
このような詳細モータモデルを設けることにより、誘起電圧成分や干渉電圧成分に起因するワインドアップを抑制することができ、さらなる制御系の安定化が図れる。なお、図15では、モータ電気回路モデル部204の入力側に上記(6)式による制御系を設ける構成について示したが、モータ電気回路モデル部204の内部に、この種の制御系を設けるようにしてもよいことは無論である。
図16は、本発明の実施の形態8における制御装置の構成を示す図である。実施の形態5〜7では、q軸電流制御系モデル部201としてq軸座標上のモータ電気回路モデルを構成したが、実施の形態8では、第1の制御系10と第2の制御系12との間で、第1の制御系10の後段部に、dq座標系のモータモデルとして電流制御系モデル部307を設けるようにしている。なお、図14では、第2の制御系12に対するd軸電流指令id*として、外部からの指令信号が入力されるように構成されているが、図16では、電流制御系モデル部307が生成した指令信号であるd軸電流指令id***が入力されるように構成されている。その他の構成については、図14と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
図18は、本発明の実施の形態9における制御装置の構成を示す図である。実施の形態1〜8では、di/dtリミッタ部104、q軸電流制御系モデル部201、または電流制御系モデル部307が、q軸電流制御器107b(実施の形態8では、d軸電流制御器107aも含む)に直列接続される制御系について示した。一方、電圧飽和量のみを得るのであれば、これらの電流変化量制限部として機能する構成部は、必ずしも電流制御器に直列接続する必要はない。すなわち、図18に示すように、電流振幅リミッタ103の出力がq軸電流制御器107bの入力信号となるように構成するとともに、電流振幅リミッタ103の分岐出力を電流変化量制限部401を介して飽和量F/B部105に入力するように構成している。その他の構成については、図16と同一または同等であり、同一の符号を付して示すとともに、その説明を省略する。
上記実施の形態1〜9では、di/dtリミッタ部104およびq軸電流制御系モデル部201を電流変化量制限部としてF/Bループに用いたが、以下に詳述するように、より高速高精度な位置決め応答を行う為に用いることがあるフィードフォワード部(以下「F/F部」という)にもdi/dtリミッタ部104およびq軸電流制御系モデル部201を応用して加速度変化量制限部として用いることが可能であり、これによりF/F部の安定化も図ることができる。
つぎに第3の制御系の構成および動作について説明する。図19において、第3の制御系13は、モデル位置制御器101’、モデル速度制御器102’、モデル加速度振幅リミッタ103’、モデル加速度変化量制限部401’、モデル飽和量F/B部105’、モデル加速度制御器107’、加加速度振幅リミッタ108’、積分器501a〜501c、および加減算器115’〜118’、118b’を備えて構成される。なお、ここでモデルと冠するのはF/Bループと区別するためである。
実施の形態1〜9において、di/dtリミッタ部とq軸電流制御系モデル部は、上位の概念として同一であり、電流変化量制限部とすることができると述べたが、da/dtリミッタ部104’と加速度制御系モデル部201’においても、上位の概念として同一であり、モデル加速度変化量制限部401’とすることができる。
12 第2の制御系
13 第3の制御系
101 位置制御器
102 速度制御器
102’ モデル速度制御器
103,127,213 電流振幅リミッタ
103’ モデル加速度振幅リミッタ
104 di/dtリミッタ部
105 飽和量F/B部
106 微分器
107a d軸電流制御器
107b q軸電流制御器
107’ モデル加速度制御器
108a d軸電圧振幅リミッタ
108b q軸電圧振幅リミッタ
108’ モデル加加速度振幅制限部
109a,109b,309a〜309c 座標変換器
111a〜111c 電流検出器
112 モータ
114 上位コントローラ
115,115’,116,116’,117,117’,118,118’,118”,118a,118b,118b,119,119’,123,123’,125,125’,126,205,205’,206,211,212,314,315 加減算器
120,120’,122,122’ 係数設定器
121 電圧振幅リミッタ
121’ モデル加加速度振幅リミッタ
124a,124b,210 前回値記憶部
201 q軸電流制御系モデル部
202,202’ ゲイン設定器
203 電圧振幅リミッタ
203’ 加加速度振幅リミッタ
204 モータ電気回路モデル部
204’,501a〜501c 積分器
207,208,209 係数設定器
307 電流制御系モデル部
308 ゲイン設定器
310 三相リミッタ部
311 三相モータモデル部
401 電流変化量制限部
Claims (9)
- 1または複数の電流制御器および当該電流制御器のうちの少なくとも1つの電流制御器に対する電流指令の振幅成分を制限する電流振幅リミッタを備え、インダクタンス成分を含む制御対象を制御する制御装置において、
「電流指令もしくはその換算値」の変化率を求め、前記制御対象のインダクタンス成分に相当する値を乗算し、前記「電流指令もしくはその換算値の変化率」および「前記インダクタンス成分による推定過渡電圧」を演算する第1の演算器と、
前記第1の演算器の出力信号が「振幅制限前の推定電圧指令」として入力され、「当該振幅制限前の推定電圧指令」の振幅を所定幅に制限した信号を出力する電圧振幅リミッタと、
前記電圧振幅リミッタの出力信号が「振幅制限後の推定電圧指令」として入力され、前記第1の演算器が前記「電流指令もしくはその換算値」に対して行った処理の逆変換処理を行った信号を前記電流制御器に対する「修正電流指令もしくはその換算値」として出力する第2の演算器と、
を有する電流変化量制限部が前記電流制御器の入力側に設けられ、
前記電流変化量制限部は、前記電圧振幅リミッタに対する入力信号と、前記電圧振幅リミッタの出力信号との差分値を「推定電圧飽和量もしくはその換算値」として生成し、生成した「推定電圧飽和量もしくはその換算値」を位置制御器または速度制御器を含む上位の制御器に対する「入力指令もしくはそれらの換算値」にフィードバックすることを特徴とする制御装置。 - 前記電流変化量制限部は、入力された「電流指令もしくはその換算値」と、前記「修正電流指令もしくはその換算値」とを用いて、前記「電流指令もしくはその換算値の変化率」を生成することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記電流変化量制限部の入力側には、前記上位の制御器からの出力振幅を所定幅に抑えた電流指令を生成して当該電流変化量制限部に出力する電流振幅リミッタが設けられており、
前記電流変化量制限部は、前記電流振幅リミッタに対する入力信号と、前記電流振幅リミッタの出力信号との差分値を「電流振幅飽和量もしくはその換算値」として生成し、前記「推定電圧飽和量もしくはその換算値」に加え、前記「電流振幅飽和量もしくはその換算値」を前記上位の制御器に対する「入力指令もしくはそれらの換算値」にフィードバックすることを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - さらに「加速度またはその換算値を制御する制御器」が設けられる場合に、
前記「加速度またはその換算値を制御する制御器」への入力である「加速度またはその換算値」の変化率を求めることにより前記「加速度またはその換算値を制御する制御器」が出力するであろう「加加速度またはその換算値」の値を推定し、
前記「加速度またはその換算値の変化率」を加加速度振幅リミッタを用いて所定幅に制限し、
前記「加速度またはその換算値の変化率」を求めた際に行った処理の逆変換処理を行ったものを前記「加速度またはその換算値を制御する制御器」への修正入力とすることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記加加速度振幅リミッタ前後の差分値を推定加加速度飽和量とすることを特徴とする請求項4に記載の制御装置。
- 位置制御器または速度制御器を含む上位の制御器が構成されている場合に、
「前記推定加加速度飽和量もしくはその換算値」を当該上位の制御器に対する「入力指令もしくはそれらの換算値」にフィードバックすることを特徴とする請求項5に記載の制御装置。 - 前記加加速度振幅リミッタ前後の差分値から得た加加速度飽和量を「位置指令またはその換算値」にフィードバックすることを特徴とする請求項4に記載の制御装置。
- 電流制御器と、この電流制御器に対する電流指令の振幅成分を制限する電流振幅リミッタを備え、制御対象であるモータを制御するモータ制御装置において、
前記モータの電気回路を模擬し、「振幅制限後の推定電圧指令」に基づいて前記電流制御器に対する「修正電流指令もしくはその換算値」を生成して出力するモータ電気回路モデル部と、
入力すべき「電流指令もしくはその換算値と前記モータ電気回路モデル部の出力との偏差」に所定のゲインを付与するゲイン設定器と、
前記ゲイン設定器の出力信号が「振幅制限前の推定電圧指令」として入力され、「当該振幅制限前の推定電圧指令」の振幅を所定幅に制限した信号を出力する電圧振幅リミッタと、
を有する電流制御系モデル部が前記電流制御器の入力側に設けられ、
前記電流制御系モデル部は、前記電圧振幅リミッタに対する入力信号と、前記電圧振幅リミッタの出力信号との差分値を「推定電圧飽和量もしくはその換算値」として生成し、生成した「推定電圧飽和量もしくはその換算値」を位置制御器または速度制御器を含む上位の制御器に対する「入力指令もしくはそれらの換算値」にフィードバックすることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記電流制御系モデル部の入力側には、前記上位の制御器からの出力振幅を所定幅に抑えた電流指令を生成して当該電流制御系モデル部に出力する電流振幅リミッタ(103)が設けられており、
前記電流制御系モデル部は、前記電流振幅リミッタに対する入力信号(i q *)と、前記電流振幅リミッタの出力信号との差分値を「電流振幅飽和量もしくはその換算値」として生成し、前記「推定電圧飽和量もしくはその換算値」に加え、前記「電流振幅飽和量もしくはその換算値」を前記上位の制御器に対する「入力指令もしくはそれらの換算値」にフィードバックすることを特徴とする請求項8に記載のモータ制御装置。
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