JP5579766B2 - 交流電動機の制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
図6において、速度指令値ω*に従って三相交流電圧U,V,Wにより、モータ115のモータ速度である実回転数ωと速度指令値ω*が一致するように制御するシステムである。サーボモータ制御システム100は、減算器101,104,106,108,110、PI制御器102,105,109、電流指令演算部103、非干渉制御器107、dq/3φ変換器117、電力変換器111、カウンタ112、3φ/dq変換器113、電流検出器114、サーボモータ115、及び速度検出器116を備えている。
さらに、前記モータ115に接続された電圧変換器103Aの出力は、実電圧Vとして電流指令演算部103にフィードバックされている。
減算器101は、速度指令値ω*と、サーボモータ115乃速度を検出する速度検出器116からの実回転数ωとの偏差を出力し、PI制御器102は、当該偏差を入力してPI演算を施し、トルク指令値τ*を出力する。電流指令演算部103は、トルク指令値τ*、実回転数ω、及び、3φ/dq変換器113からのトルク分電流フィードバックIqを入力し、電流指令演算を施し、トルク分電流指令値Iq*及び励磁電流指令値Id*を出力する。
すなわち、回転数、トルク電流及び励磁電流との対応関係が記述されたテーブルを有し、前記テーブルを参照してトルク電流指令及び励磁電流指令を出力するように制御されている。
すなわち、前述の特に、特許文献2では、事前に得た電流とトルク、あるいは電流とインダクタンスの関係をテーブル化させることで高効率となる最適な指令値を得ようとしている。この方法は、インダクタンスが回転数、電流に基づいて変化することを考慮して最適な指令値を短時間に抽出するためのものである。しかし、制御パラメータ(比例定数、積分定数)の最適値決定にもインダクタンスは係数として関与しており、制御則のパラメータ調整も必要となる。すなわち、回転速度に応じて制御指令値を最適なものに可変しても制御パラメータも同時に変化してしまうため応答が遅くなったり、最悪の場合発振など不安定な状態を引き起こすことが問題となる。このような問題は、磁石による発生トルクが無く、インダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいて、より顕著となる。
すなわち、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置及び方法において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることにより、交流電動機の制御効率に重要な電流に対する非線形なトルク特性と、制御系の応答性、安定性に起因する制御パラメータ条件を回転数毎にテーブル化したことにより、高応答、高効率出安定な運用を実現する効果がある。特に、磁石の発生トルクが無くインダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいてその効果が大きい。
尚、図7の特許文献2の構成と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。
図1において、符号1で示されるものはモータ制御装置であり、このモータ制御装置1の速度制御器30には、速度指令値ωm *が第1減算器31を介して入力され、この速度制御器30からのトルク指令値τ*が入力される電流指令発生器2内には各種非線形のデータテーブルを格納したテーブル10が設けられており、この電流指令発生器2には前記速度指令値ωm *が直接入力されている。
前記第1電流制御器3からのq軸の第1電圧指令Vq*は加算器34を経て電圧指令値Vqとして二相−三相変換器5に入力され、前記第2電流制御器4からのd軸の第2電圧指令Vd*は第4減算器35を経て電圧指令値Vdとして前記二相−三相変換器5に入力されている。
尚、前記交流電動機8は、磁石のトルクが無く、三相コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータが最も好適である。尚、前記二相−三相変換器5とPWMインバータ6とによって三相駆動部45を構成している。
次に、高効率の一例として、dq軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、図4に示すように、各設定速度(回転数)毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値ωm *とトルクτ*から決定される電流指令値id*及びiq*が各電流制御器3及び4に入力される。
次に、図5に示される各設定速度(回転数)毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値id*及びiq*と速度指令値ωm *より、逐次前記電流制御器3及び4内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができる。
従って、前記電流指令発生器2からの各電流指令値iq*及びid*に対して図5に示す前記非線形データテーブルを用いることにより、高い効率の電流指令値iq*,id*を得ることができる。
また、電流制御パラメータゲインの可変処理に対しては、印加された電流に対して変化するインダクタンス値より求められる電流制御パラメータゲインを、事前に取得した前述の非線形データテーブルに応じて逐次可変することで本発明で求めている高応答性及び周知のロバスト性を確保することができるものである。
すなわち、速度指令値ωm *が第1減算器31及び速度制御器30を介して電流指令発生器2に入力され、前記電流指令発生器2から得られた第1、第2電流指令値iq*,id*が第1、第2電流制御器3,4及び加算器34及び第4減算器35を介して第1二相−三相交換器5と、前記第1二相−三相変換器5に接続されたPWMインバータ6とからなる三相駆動部45に送られ、前記三相駆動部45からの三相駆動信号Vu,Vv,Vwによりベクトル制御される磁石のトルクがなく、三相コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータからなる交流電動機8のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機8に接続された速度・位置信号処理器40からの実回転数ωmが前記速度制御器30の前段の前記第1減算器31にフィードバックされ、前記交流電動機のU相とV相に設けられた一対の電流検出器からの検出電流が前記二相−三相変換器に接続された三相−二相変換器に入力され、前記三相−二相変換器からの検出電流値が入力され出力信号を前記加算器及び第4減算器に入力するための非干渉化制御器を有するようにした交流電動機の制御装置において、前記電流指令発生器2に設けられた非線形テーブルデータを格納するためのテーブル10に、実験により求めたトルクと軸電流のデータをもとに、多次元近似によりトルク−電流特性テーブルからなるテーブルデータを格納し、次に、d,q軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値ω m * とトルクτ * から決定される電流指令値id * 及びiq * が各電流制御器3及び4に入力され、電流制御パラメータ可変ゲイン処理用の非線形データテーブルは、実験で求めた電流制御ゲインと軸電流のデータを用いて、前記多次元近似よりテーブルデータを作成し、次に、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値id * 及びiq * と速度指令値ω m * より、逐次前記電流制御器3及び4内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができるようにした構成と方法である。
2 電流指令発生器
3,4 第1、第2電流制御器
5 二相−三相変換器
6 PWMインバータ
8 交流電動機
9 三相−二相変換器
10 テーブル
23 回転検出器
23a 回転検出信号
30 速度制御器
31 第1減算器
32 第2減算器
33 第3減算器
34 加算器
35 第4減算器
40 速度・位置信号処理器
41 非干渉化制御器
41a,41b 出力信号
45 三相駆動部
ωm 実回転数
ωm * 速度指令値
τ* トルク指令値
iq*,id* 第1、第2電流指令値
Vq,Vd 第1、第2電圧指令
Vq,Vd 第1、第2電圧指令値
Vu*,Vv*,Vw* 電圧指令
Vu,Vv,Vw 駆動信号
θr 角度信号
24a,24b 位相信号
CT 電流検出器
iu,iv 検出電流値
iq,id 検出電流値
Claims (2)
- 速度指令値(ωm *)が第1減算器(31)及び速度制御器(30)を介して電流指令発生器(2)に入力され、前記電流指令発生器(2)から得られた第1、第2電流指令値(iq*,id*)が第1、第2電流制御器(3,4)及び加算器(34)及び第4減算器(35)を介して第1二相−三相交換器(5)と、前記第1二相−三相変換器(5)に接続されたPWMインバータ(6)とからなる三相駆動部(45)に送られ、前記三相駆動部(45)からの三相駆動信号(Vu,Vv,Vw)によりベクトル制御される磁石のトルクがなく、三相コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータからなる交流電動機(8)のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機(8)に接続された速度・位置信号処理器(40)からの実回転数(ωm)が前記速度制御器(30)の前段の前記第1減算器(31)にフィードバックされ、前記交流電動機(8)のU相とV相に設けられた一対の電流検出器(CT)からの検出電流(iu,iv)が前記二相−三相変換器(5)に接続された三相−二相変換器(9)に入力され、前記三相−二相変換器(9)からの検出電流値(iq,id)が入力され出力信号(41a,41b)を前記加算器(34)及び第4減算器(35)に入力するための非干渉化制御器(41)を有するようにした交流電動機の制御装置において、
前記電流指令発生器(2)に設けられた非線形テーブルデータを格納するためのテーブル(10)に、実験により求めたトルクと軸電流のデータをもとに、多次元近似によりトルク−電流特性テーブルからなるテーブルデータを格納し、次に、(d,q)軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値(ω m * )とトルク(τ * )から決定される電流指令値(id * 及びiq * )各電流制御器(3)及び4に入力され、電流制御パラメータ可変ゲイン処理用の非線形データテーブルは、実験で求めた電流制御ゲインと軸電流のデータを用いて、前記多次元近似よりテーブルデータを作成し、
次に、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値(id * )及び(iq * )と速度指令値(ω m * )より、逐次前記電流制御器(3)及び(4)内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができるようにしたことを特徴とする交流電動機の制御装置。 - 速度指令値(ωm *)が第1減算器(31)及び速度制御器(30)を介して電流指令発生器(2)に入力され、前記電流指令発生器(2)から得られた第1、第2電流指令値(iq*,id*)が第1、第2電流制御器(3,4)及び加算器(34)及び第4減算器(35)を介して第1二相−三相交換器(5)と、前記第1二相−三相変換器(5)に接続されたPWMインバータ(6)とからなる三相駆動部(45)に送られ、前記三相駆動部(45)からの三相駆動信号(Vu,Vv,Vw)によりベクトル制御される磁石のトルクがなく、三相コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータからなる交流電動機(8)のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機(8)に接続された速度・位置信号処理器(40)からの実回転数(ωm)が前記速度制御器(30)の前段の前記第1減算器(31)にフィードバックされ、前記交流電動機(8)のU相とV相に設けられた一対の電流検出器(CT)からの検出電流(iu,iv)が前記二相−三相変換器(5)に接続された三相−二相変換器(9)に入力され、前記三相−二相変換器(9)からの検出電流値(iq,id)が入力され出力信号(41a,41b)を前記加算器(34)及び第4減算器(35)に入力するための非干渉化制御器(41)を有するようにした交流電動機の制御方法において、
前記電流指令発生器(2)に設けられた非線形テーブルデータを格納するためのテーブル(10)に、実験により求めたトルクと軸電流のデータをもとに、多次元近似によりトルク−電流特性テーブルからなるテーブルデータを格納し、次に、(d,q)軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値(ω m * )とトルク(τ * )から決定される電流指令値(id * )及び(iq * )が各電流制御器(3)及び(4)に入力され、電流制御パラメータ可変ゲイン処理用の非線形データテーブルは、実験で求めた電流制御ゲインと軸電流のデータを用いて、前記多次元近似よりテーブルデータを作成し、
次に、各設定回転数毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値(id * )及び(iq * )と速度指令値(ω m * )より、逐次前記電流制御器3及び4内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができるようにしたことを特徴とする交流電動機の制御方法。
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