JP2002233199A - 永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents
永久磁石同期電動機の制御装置Info
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- JP2002233199A JP2002233199A JP2001028432A JP2001028432A JP2002233199A JP 2002233199 A JP2002233199 A JP 2002233199A JP 2001028432 A JP2001028432 A JP 2001028432A JP 2001028432 A JP2001028432 A JP 2001028432A JP 2002233199 A JP2002233199 A JP 2002233199A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、永久磁石同期電動機の駆動
範囲全般に渡って、正確なトルクを求め得ることであ
り、正確なトルクにより、精度の良いトルクフィードバ
ック制御を行わしめることである。 【解決手段】 電動機の低速域において良好にトルク推
定を行い得る低速用トルク推定部１２と、高速域におい
て良好にトルク推定を行い得る高速用トルク推定部１４
と、低速用トルク推定部１２および高速用トルク推定部
１４の演算結果（トルク推定値）を切り換える推定トル
ク切換部１６とを備え、この推定トルク切換部１６によ
って切り換えられた演算結果に基づいてフィードバック
制御を行う。
範囲全般に渡って、正確なトルクを求め得ることであ
り、正確なトルクにより、精度の良いトルクフィードバ
ック制御を行わしめることである。 【解決手段】 電動機の低速域において良好にトルク推
定を行い得る低速用トルク推定部１２と、高速域におい
て良好にトルク推定を行い得る高速用トルク推定部１４
と、低速用トルク推定部１２および高速用トルク推定部
１４の演算結果（トルク推定値）を切り換える推定トル
ク切換部１６とを備え、この推定トルク切換部１６によ
って切り換えられた演算結果に基づいてフィードバック
制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石同期電動
機のトルクフィードバック制御を行う制御装置に関す
る。
機のトルクフィードバック制御を行う制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】逆突極構造も含めた突極型永久磁石同期
電動機では、弱め界磁制御の際に、リラクタンストルク
の発生に起因して、トルク指令値と磁束（電圧）指令値
からトルク電流指令値と磁束電流指令値を演繹的に求め
ることが困難である。この問題を解決する一方法として
は、電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌：Trans.IEE of
Japan, Vol.119-D, No.10, Oct., 1999）に開示されて
いるように、電圧、電流および回転数から演算した電動
機の出力トルクをフィードバックし、トルク指令値との
偏差からトルク電流指令値を、制御演算結果として得ら
れる電圧の大きさと端子電圧指令値との偏差から磁束電
流指令値をそれぞれ決定し、非干渉化電流制御を行うト
ルクフィードバック制御方法が提案されている。
電動機では、弱め界磁制御の際に、リラクタンストルク
の発生に起因して、トルク指令値と磁束（電圧）指令値
からトルク電流指令値と磁束電流指令値を演繹的に求め
ることが困難である。この問題を解決する一方法として
は、電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌：Trans.IEE of
Japan, Vol.119-D, No.10, Oct., 1999）に開示されて
いるように、電圧、電流および回転数から演算した電動
機の出力トルクをフィードバックし、トルク指令値との
偏差からトルク電流指令値を、制御演算結果として得ら
れる電圧の大きさと端子電圧指令値との偏差から磁束電
流指令値をそれぞれ決定し、非干渉化電流制御を行うト
ルクフィードバック制御方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電動機
の出力トルクを正確に求めることが困難である点が、上
記問題を複雑にしている。即ち、トルク指令値に対して
必要以上の電流を流さないようにするためには、電圧、
電流、回転数といった種々の値に基づいて正確なトルク
を求める必要がある。ところが、電動機の回転数（速
度）や電流等に応じ、損失や主電動機定数が変動し、演
算誤差が生じ得、一の演算方法によって正確なトルクを
算出できる範囲には限界があった。従って、正確なトル
クが得られないために、トルクフィードバック制御の精
度が低下するといった事象が発生していた。
の出力トルクを正確に求めることが困難である点が、上
記問題を複雑にしている。即ち、トルク指令値に対して
必要以上の電流を流さないようにするためには、電圧、
電流、回転数といった種々の値に基づいて正確なトルク
を求める必要がある。ところが、電動機の回転数（速
度）や電流等に応じ、損失や主電動機定数が変動し、演
算誤差が生じ得、一の演算方法によって正確なトルクを
算出できる範囲には限界があった。従って、正確なトル
クが得られないために、トルクフィードバック制御の精
度が低下するといった事象が発生していた。
【０００４】また特に、電気鉄道車両の駆動装置として
永久磁石同期電動機を使用する場合には、速度範囲が幅
広いことから中高速域では弱め界磁制御を行うために、
この問題が顕著になっていた。
永久磁石同期電動機を使用する場合には、速度範囲が幅
広いことから中高速域では弱め界磁制御を行うために、
この問題が顕著になっていた。
【０００５】本発明の課題は、永久磁石同期電動機の駆
動範囲全般に渡って、正確なトルクを求め得ることであ
り、正確なトルクにより、精度の良いトルクフィードバ
ック制御を行わしめることである。
動範囲全般に渡って、正確なトルクを求め得ることであ
り、正確なトルクにより、精度の良いトルクフィードバ
ック制御を行わしめることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、トルクのフィードバック制
御を行う永久磁石同期電動機の制御装置であって、複数
種類の演算により前記トルクの値を複数求める演算手段
（例えば、図３の低速用トルク推定部１２および高速用
トルク推定部１４）と、前記複数種類の演算結果を切り
換える切換手段（例えば、図３の推定トルク切換部１
６）とを備え、前記切換手段によって切り換えられた演
算結果に基づいてフィードバック制御を行うことを特徴
とする。
め、請求項１記載の発明は、トルクのフィードバック制
御を行う永久磁石同期電動機の制御装置であって、複数
種類の演算により前記トルクの値を複数求める演算手段
（例えば、図３の低速用トルク推定部１２および高速用
トルク推定部１４）と、前記複数種類の演算結果を切り
換える切換手段（例えば、図３の推定トルク切換部１
６）とを備え、前記切換手段によって切り換えられた演
算結果に基づいてフィードバック制御を行うことを特徴
とする。
【０００７】この場合、切換手段による切り換えの基準
は、永久磁石同期電動機の速度（回転数）や、電流、電
圧の大きさといったものが考えられる。また、複数種類
の演算結果を切り換えることとしたが、トルクを求める
演算そのものを切り換えることとしてもよい。
は、永久磁石同期電動機の速度（回転数）や、電流、電
圧の大きさといったものが考えられる。また、複数種類
の演算結果を切り換えることとしたが、トルクを求める
演算そのものを切り換えることとしてもよい。
【０００８】この請求項１記載の発明によれば、永久磁
石同期電動機の適用状況（速度や電流等）に応じて最適
な演算結果を用いることが可能となるため、永久磁石同
期電動機の駆動範囲全般に渡って、正確なトルクを求め
ることが可能となる。また、正確なトルクを求め得るた
めに、精度の良いトルクフィードバック制御を行うこと
が可能となる。
石同期電動機の適用状況（速度や電流等）に応じて最適
な演算結果を用いることが可能となるため、永久磁石同
期電動機の駆動範囲全般に渡って、正確なトルクを求め
ることが可能となる。また、正確なトルクを求め得るた
めに、精度の良いトルクフィードバック制御を行うこと
が可能となる。
【０００９】また、請求項２記載の発明のように、請求
項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置における演算
手段による複数種類の演算には、前記永久磁石同期電動
機の電動機定数を用いて前記トルクの値を演算する第１
の演算（例えば、図３の低速用トルク推定部１２；
（１）式）と、前記永久磁石同期電動機の速度相当値を
用いて前記トルクの値を演算する第２の演算（例えば、
図３の高速用トルク推定部１４；（２）式）とが含まれ
るよう構成してもよい。
項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置における演算
手段による複数種類の演算には、前記永久磁石同期電動
機の電動機定数を用いて前記トルクの値を演算する第１
の演算（例えば、図３の低速用トルク推定部１２；
（１）式）と、前記永久磁石同期電動機の速度相当値を
用いて前記トルクの値を演算する第２の演算（例えば、
図３の高速用トルク推定部１４；（２）式）とが含まれ
るよう構成してもよい。
【００１０】ここで、電動機定数とは、インダクタンス
や抵抗値、永久磁石の磁束といった、電動機自体に係る
定数のことである。また、速度相当値とは、単位時間当
たりの電動機の回転数や、電動機を駆動するインバータ
の周波数といったものであり、本発明を電気自動車を含
む電気車等の自走式の乗物に適用する場合には、車両の
速度（結局は単位時間当たりの電動機の回転数となる
が）としてもよい。
や抵抗値、永久磁石の磁束といった、電動機自体に係る
定数のことである。また、速度相当値とは、単位時間当
たりの電動機の回転数や、電動機を駆動するインバータ
の周波数といったものであり、本発明を電気自動車を含
む電気車等の自走式の乗物に適用する場合には、車両の
速度（結局は単位時間当たりの電動機の回転数となる
が）としてもよい。
【００１１】また、図５に示すような磁束モデルを用い
て過渡的なトルクの推定をも可能とする演算や、オブザ
ーバを用いて過渡的なトルクの推定および定数変動の補
償を可能とする演算を含めることとしてもよい。
て過渡的なトルクの推定をも可能とする演算や、オブザ
ーバを用いて過渡的なトルクの推定および定数変動の補
償を可能とする演算を含めることとしてもよい。
【００１２】また、請求項３記載の発明のように、請求
項２記載の永久磁石同期電動機の制御装置の第２の演算
は、電力損失量を算出し、算出した電力損失量を考慮し
て、前記トルクの値を演算する（例えば、（４）式）こ
ととしてもよい。
項２記載の永久磁石同期電動機の制御装置の第２の演算
は、電力損失量を算出し、算出した電力損失量を考慮し
て、前記トルクの値を演算する（例えば、（４）式）こ
ととしてもよい。
【００１３】この場合、請求項４記載の発明のように、
電力損失量の演算は、前記永久磁石同期電動機の速度相
当値に基づいて行うようにしてもよい。また制御誤差を
低減させるため、鉄損や、銅損、機械損といった損失を
所与の抵抗値として纏め、この抵抗値に基づいて電力損
失量の演算を行うこととしてもよい。
電力損失量の演算は、前記永久磁石同期電動機の速度相
当値に基づいて行うようにしてもよい。また制御誤差を
低減させるため、鉄損や、銅損、機械損といった損失を
所与の抵抗値として纏め、この抵抗値に基づいて電力損
失量の演算を行うこととしてもよい。
【００１４】この請求項３または４記載の発明によれ
ば、トルクの値の演算には電力損失量が加味されるた
め、制御誤差を低減させることができる。また、請求項
４記載の発明によって、電力損失量を速度相当値に応じ
て相当量に変化することができ、一層の制御誤差の低減
を図ることができる。
ば、トルクの値の演算には電力損失量が加味されるた
め、制御誤差を低減させることができる。また、請求項
４記載の発明によって、電力損失量を速度相当値に応じ
て相当量に変化することができ、一層の制御誤差の低減
を図ることができる。
【００１５】また、請求項５記載の発明のように、請求
項１から４のいずれか記載の永久磁石同期電動機の制御
装置における切換手段は、前記永久磁石同期電動機の速
度相当値に応じて切り換えを行うように構成してもよ
い。
項１から４のいずれか記載の永久磁石同期電動機の制御
装置における切換手段は、前記永久磁石同期電動機の速
度相当値に応じて切り換えを行うように構成してもよ
い。
【００１６】この請求項５記載の発明によれば、永久磁
石同期電動機の速度（回転数）を基準とした最適な演算
結果を利用することが可能となるため、全速度域におけ
る正確な演算結果を得ることができる。
石同期電動機の速度（回転数）を基準とした最適な演算
結果を利用することが可能となるため、全速度域におけ
る正確な演算結果を得ることができる。
【００１７】また、請求項６記載の発明のように、請求
項１から５のいずれか記載の永久磁石同期電動機の制御
装置の切換手段は、前記複数種類の演算結果に、前記永
久磁石同期電動機の速度相当値に応じた所与の重み付け
（例えば、（３）式のＫsh）を加味することにより、前
記演算結果を徐々に切り換えることとしてもよい。
項１から５のいずれか記載の永久磁石同期電動機の制御
装置の切換手段は、前記複数種類の演算結果に、前記永
久磁石同期電動機の速度相当値に応じた所与の重み付け
（例えば、（３）式のＫsh）を加味することにより、前
記演算結果を徐々に切り換えることとしてもよい。
【００１８】この請求項６記載の発明によれば、演算切
り換え時の突変を予防し、演算切り換え時の推移を円滑
に行うことができる。
り換え時の突変を予防し、演算切り換え時の推移を円滑
に行うことができる。
【００１９】また、請求項７記載の発明のように、請求
項１から６のいずれか記載の永久磁石同期電動機を電気
車駆動用の電動機としてもよい。
項１から６のいずれか記載の永久磁石同期電動機を電気
車駆動用の電動機としてもよい。
【００２０】この請求項７記載の発明によれば、広範な
速度範囲であるために、トルクフィードバック制御の精
度低下が問題となっていた電気車に適用が可能であるた
め、当該電気車の分野における当該問題を払拭すること
ができる。
速度範囲であるために、トルクフィードバック制御の精
度低下が問題となっていた電気車に適用が可能であるた
め、当該電気車の分野における当該問題を払拭すること
ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。以下では、電気車に用いられ
る突極形永久磁石同期電動機（以下、単に電動機とい
う。）に対する、トルクフィードフォワード（以下、Ｆ
Ｆという。）制御及びトルクフィードバック（以下、Ｆ
Ｂという。）制御の併用制御に本発明を適用した場合を
例にとって説明するが、本発明の適用対象は、この制御
方式に限られるものではない。また、以下説明および図
においては、角周波数ωで回転する永久磁石界磁磁束の
方向をｄ軸、それと直交する方向をｑ軸とする。
の形態を詳細に説明する。以下では、電気車に用いられ
る突極形永久磁石同期電動機（以下、単に電動機とい
う。）に対する、トルクフィードフォワード（以下、Ｆ
Ｆという。）制御及びトルクフィードバック（以下、Ｆ
Ｂという。）制御の併用制御に本発明を適用した場合を
例にとって説明するが、本発明の適用対象は、この制御
方式に限られるものではない。また、以下説明および図
においては、角周波数ωで回転する永久磁石界磁磁束の
方向をｄ軸、それと直交する方向をｑ軸とする。
【００２２】図１は、電動機の制御装置が実行するトル
クＦＦ・ＦＢ併用制御における、トルクに係る制御ブロ
ック（以下、トルク演算部１という。）を示す図であ
る。このトルク演算部１は、トルク推定部１０と、ＰＩ
演算部２０と、フィードフォーワード演算部３０とを含
んで構成され、現在の電動機の状態、電動機の定数およ
び電動機に対する種々の指令値に基づいて、トルクに係
るｑ軸電流の指令値Ｉq *を算出・決定する機能部であ
る。
クＦＦ・ＦＢ併用制御における、トルクに係る制御ブロ
ック（以下、トルク演算部１という。）を示す図であ
る。このトルク演算部１は、トルク推定部１０と、ＰＩ
演算部２０と、フィードフォーワード演算部３０とを含
んで構成され、現在の電動機の状態、電動機の定数およ
び電動機に対する種々の指令値に基づいて、トルクに係
るｑ軸電流の指令値Ｉq *を算出・決定する機能部であ
る。
【００２３】トルク推定部１０は、電動機のｄ軸電流Ｉ
d、ｑ軸電流Ｉq、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖq、角周波数
ωに基づいて、現在の電動機のトルク（以下、このトル
クをトルク演算値ＴmCALと呼ぶ。）を演算・推定する。
ＰＩ演算部２０は、トルク演算値ＴmCALとトルクの目標
値であるトルク指令値Ｔm *との偏差をＰＩ制御によって
補償する機能部である。このトルク推定部１０およびＰ
Ｉ演算部２０により、トルクＦＢ制御のための制御値が
算出される。
d、ｑ軸電流Ｉq、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖq、角周波数
ωに基づいて、現在の電動機のトルク（以下、このトル
クをトルク演算値ＴmCALと呼ぶ。）を演算・推定する。
ＰＩ演算部２０は、トルク演算値ＴmCALとトルクの目標
値であるトルク指令値Ｔm *との偏差をＰＩ制御によって
補償する機能部である。このトルク推定部１０およびＰ
Ｉ演算部２０により、トルクＦＢ制御のための制御値が
算出される。
【００２４】ＰＩ演算部２０により算出された制御値に
は、さらに係数ＫTFBが乗算される。この係数ＫTFBによ
って、トルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切換が行われる。即
ち、係数ＫTFBは、角周波数ωの関数として、図２に示
すような関数として定義される。図２において、係数Ｋ
TFBは、ω≦ω0の場合にはＫTFB＝０、ω1≦ωの場合に
はＫTFB＝１、ω0＜ω＜ω1の場合にはＫTFBが０から１
へ直線的に変化する関数である。
は、さらに係数ＫTFBが乗算される。この係数ＫTFBによ
って、トルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切換が行われる。即
ち、係数ＫTFBは、角周波数ωの関数として、図２に示
すような関数として定義される。図２において、係数Ｋ
TFBは、ω≦ω0の場合にはＫTFB＝０、ω1≦ωの場合に
はＫTFB＝１、ω0＜ω＜ω1の場合にはＫTFBが０から１
へ直線的に変化する関数である。
【００２５】従って、角速度ωが閾値ω0以下（電動機
（即ち電気車）の速度が所定値以下）の場合にはＫTFB
が０のため、トルク推定部１０及びＰＩ演算部２０によ
る演算値は無効とされる。即ち、トルクＦＢ制御が行わ
れず、この間はトルクＦＦ制御が行われることとなる。
（即ち電気車）の速度が所定値以下）の場合にはＫTFB
が０のため、トルク推定部１０及びＰＩ演算部２０によ
る演算値は無効とされる。即ち、トルクＦＢ制御が行わ
れず、この間はトルクＦＦ制御が行われることとなる。
【００２６】一方、角速度ωが閾値ω1以上（電動機
（即ち電気車）の速度が所定値以上）の場合には、Ｋ
TFBが１となり、トルク推定部１０及びＰＩ演算部２０
による演算値のみ、即ちトルクＦＦ制御を行わずに、ト
ルクＦＢ制御のみが行われることとなる。
（即ち電気車）の速度が所定値以上）の場合には、Ｋ
TFBが１となり、トルク推定部１０及びＰＩ演算部２０
による演算値のみ、即ちトルクＦＦ制御を行わずに、ト
ルクＦＢ制御のみが行われることとなる。
【００２７】そして、角速度ωが閾値ω0〜ω1の間の場
合には、トルクＦＦ制御及びトルクＦＢ制御の併用制御
となる。
合には、トルクＦＦ制御及びトルクＦＢ制御の併用制御
となる。
【００２８】尚、図２および上記説明においては、角速
度ωがω0〜ω1間で推移するに従って係数ＫTFBが０〜
１へ変化することとして説明したが、角速度ωがω0の
時に、係数ＫTFBが０から１（或いは１から０）へステ
ップ状に変化することとし、角速度ωがω0未満の場合
にはＫTFB＝０、角速度ωがω0以上の場合にはＫTFB＝
１といった関数として、トルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切
換を行うこととしてもよい。
度ωがω0〜ω1間で推移するに従って係数ＫTFBが０〜
１へ変化することとして説明したが、角速度ωがω0の
時に、係数ＫTFBが０から１（或いは１から０）へステ
ップ状に変化することとし、角速度ωがω0未満の場合
にはＫTFB＝０、角速度ωがω0以上の場合にはＫTFB＝
１といった関数として、トルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切
換を行うこととしてもよい。
【００２９】フィードフォーワード演算部３０は、電動
機の界磁磁束の目標値である磁束指令値φ*に基づいて
ｑ軸電流のフィードフォーワード分を算出する機能部で
あり、このフィードフォーワード演算部３０によって算
出された補正値に、ＰＩ演算部２０の出力値に係数Ｋ
TFBが乗算された値が加算され、最終的なｑ軸電流の指
令値Ｉq *が決定される。
機の界磁磁束の目標値である磁束指令値φ*に基づいて
ｑ軸電流のフィードフォーワード分を算出する機能部で
あり、このフィードフォーワード演算部３０によって算
出された補正値に、ＰＩ演算部２０の出力値に係数Ｋ
TFBが乗算された値が加算され、最終的なｑ軸電流の指
令値Ｉq *が決定される。
【００３０】次に、トルク推定部１０について詳細に説
明する。図３は、トルク推定部１０内の機能ブロックを
示す図である。トルク推定部１０には、低速用トルク推
定部１２と、高速用トルク推定部１４と、推定トルク切
換部１６とから構成される。低速用トルク推定部１２が
行う演算は以下の式（１）に示すものである。 推定トルクＴm1＝ｐ｛φf＋（Ｌd−Ｌq）Ｉd｝Ｉq ・・・（１） ここで、ｐは電動機の極対数、φfは界磁磁束、Ｌdはｄ
軸インダクタンス、Ｌqはｑ軸インダクタンスであり、
これらの値は電動機固有の値であって既知である。
明する。図３は、トルク推定部１０内の機能ブロックを
示す図である。トルク推定部１０には、低速用トルク推
定部１２と、高速用トルク推定部１４と、推定トルク切
換部１６とから構成される。低速用トルク推定部１２が
行う演算は以下の式（１）に示すものである。 推定トルクＴm1＝ｐ｛φf＋（Ｌd−Ｌq）Ｉd｝Ｉq ・・・（１） ここで、ｐは電動機の極対数、φfは界磁磁束、Ｌdはｄ
軸インダクタンス、Ｌqはｑ軸インダクタンスであり、
これらの値は電動機固有の値であって既知である。
【００３１】また高速用トルク推定部１４が行う演算は
以下の式（２）に示すものである。 推定トルクＴm2＝ｐη（ＩdＶd＋ＩqＶq）／ω ・・・（２） ここで、ηは電動機効率であり、所与の値として予め設
定されるものである。
以下の式（２）に示すものである。 推定トルクＴm2＝ｐη（ＩdＶd＋ＩqＶq）／ω ・・・（２） ここで、ηは電動機効率であり、所与の値として予め設
定されるものである。
【００３２】尚、（１）式は永久磁石同期電動機の電圧
方程式から求まる式であり、（２）式は上述した電気学
会論文誌Ｄ（産業応用部門誌：Trans.IEE of Japan, Vo
l.119-D, No.10, Oct., 1999）に開示されているトルク
フィードバック制御方法の提案式である。両式ともトル
クの推定演算式であるが、あくまで推定演算であるが故
に制御誤差が生じる。詳細に説明すると、本来は電動機
の出力値を回転数で除算することによりトルクを求める
ことができる。しかし、電動機の出力値を正確に求め難
いため、（２）式においては、電動機の出力値を（入力
値×効率）で代用している。このため、特に低速域にお
いては、鉄損や機械損等を含む損失（ロス）によって、
（２）式で算出されるトルクの推定精度が落ちる。従っ
て、（２）式は低速域で推定精度が落ちることとなる。
また、（１）式は、上記論文誌において指摘されている
通り、磁気飽和の影響が低減されることによるインダク
タンス値変動のため、高速域での推定には不適である。
このことを換言すると、（１）式は低速域で、（２）式
は高速域で演算誤差が少ないこととなる。
方程式から求まる式であり、（２）式は上述した電気学
会論文誌Ｄ（産業応用部門誌：Trans.IEE of Japan, Vo
l.119-D, No.10, Oct., 1999）に開示されているトルク
フィードバック制御方法の提案式である。両式ともトル
クの推定演算式であるが、あくまで推定演算であるが故
に制御誤差が生じる。詳細に説明すると、本来は電動機
の出力値を回転数で除算することによりトルクを求める
ことができる。しかし、電動機の出力値を正確に求め難
いため、（２）式においては、電動機の出力値を（入力
値×効率）で代用している。このため、特に低速域にお
いては、鉄損や機械損等を含む損失（ロス）によって、
（２）式で算出されるトルクの推定精度が落ちる。従っ
て、（２）式は低速域で推定精度が落ちることとなる。
また、（１）式は、上記論文誌において指摘されている
通り、磁気飽和の影響が低減されることによるインダク
タンス値変動のため、高速域での推定には不適である。
このことを換言すると、（１）式は低速域で、（２）式
は高速域で演算誤差が少ないこととなる。
【００３３】推定トルク切換部１６は、推定トルクＴm1
及びＴm2と、角速度ωとに基づいて、最終的なトルク演
算値ＴmCALを決定する機能部である。推定トルク切換部
１６が行う演算は以下の式（３）に示すものである。 トルク演算値ＴmCAL＝｛Ｔm1×（１−Ｋsh）｝＋｛Ｔm2×Ｋsh｝ ・・・（３ ） ここで、係数Ｋshは図４に示す角速度ωの関数である。
即ち、図４に示す通り、角速度ωが閾値ωsh未満の場合
にはＫsh＝０、閾値ωsh以上の場合にはＫsh＝１となる
ステップ状の関数である。
及びＴm2と、角速度ωとに基づいて、最終的なトルク演
算値ＴmCALを決定する機能部である。推定トルク切換部
１６が行う演算は以下の式（３）に示すものである。 トルク演算値ＴmCAL＝｛Ｔm1×（１−Ｋsh）｝＋｛Ｔm2×Ｋsh｝ ・・・（３ ） ここで、係数Ｋshは図４に示す角速度ωの関数である。
即ち、図４に示す通り、角速度ωが閾値ωsh未満の場合
にはＫsh＝０、閾値ωsh以上の場合にはＫsh＝１となる
ステップ状の関数である。
【００３４】尚、係数Ｋshを定める関数はステップ状の
関数に限らず、一次関数として直線状に変化する関数で
あってもよいし、二次関数を用いた関数であってもよ
い。そのような場合には、係数Ｋshは、角速度ωの値に
応じて０〜１の間の値をとることとなる。
関数に限らず、一次関数として直線状に変化する関数で
あってもよいし、二次関数を用いた関数であってもよ
い。そのような場合には、係数Ｋshは、角速度ωの値に
応じて０〜１の間の値をとることとなる。
【００３５】上記のように、トルク推定部１０を構成す
ることにより、電気車の速度、即ち電動機の角速度が低
速域の場合には低速域に適したトルク推定を、高速域の
場合には高速域に適したトルク推定を行うことが可能と
なり、精度の良い電動機のトルク制御が可能となる。
ることにより、電気車の速度、即ち電動機の角速度が低
速域の場合には低速域に適したトルク推定を、高速域の
場合には高速域に適したトルク推定を行うことが可能と
なり、精度の良い電動機のトルク制御が可能となる。
【００３６】以上説明した本実施の形態においては、電
動機の角速度ωに応じたトルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切
換を行うこととして説明したが、トルクＦＢ制御のみを
行い、トルク推定のみを角速度ωに応じて切り換えるこ
ととしてもよい。
動機の角速度ωに応じたトルクＦＦ・ＦＢ併用制御の切
換を行うこととして説明したが、トルクＦＢ制御のみを
行い、トルク推定のみを角速度ωに応じて切り換えるこ
ととしてもよい。
【００３７】さらに、トルク推定部１０の高速用トルク
推定部１４が行う推定演算は以下の式（４）であっても
よい。 Ｔm2＝ｐη｛（ＩdＶd＋ＩqＶq）−Ｒ（Ｉd 2＋Ｉq 2）｝／ω ・・・（４） ここでＲは、制御誤差低減用の損失（配線抵抗や機械
損、鉄損等を含む）の推定抵抗であり、このＲに係る値
を減算することによって、より正確なトルク推定を行い
得る。尚、このＲの値は、角速度ωに応じて一義的に定
まる関数としてもよい。
推定部１４が行う推定演算は以下の式（４）であっても
よい。 Ｔm2＝ｐη｛（ＩdＶd＋ＩqＶq）−Ｒ（Ｉd 2＋Ｉq 2）｝／ω ・・・（４） ここでＲは、制御誤差低減用の損失（配線抵抗や機械
損、鉄損等を含む）の推定抵抗であり、このＲに係る値
を減算することによって、より正確なトルク推定を行い
得る。尚、このＲの値は、角速度ωに応じて一義的に定
まる関数としてもよい。
【００３８】また、トルク推定部１０内のトルク推定に
係る機能部としては、低速用トルク推定部１２と高速用
トルク推定部１４の２つとして図示・説明したが、他の
推定方式による機能部を具備することとし、推定トルク
切換部１６が複数の推定トルクを切り換えることとして
もよい。即ち、例えば、図５に示すように、磁束モデル
により演算される磁束および電動機の検出電流に基づい
て、推定トルクを演算する演算方法を、トルク推定部１
０内の機能部として加えることとしてもよい。この場合
には、過渡的なトルクの推定をも行うことが可能とな
る。尚、図５において、Ｔm3は推定トルク、φdはｄ軸
の界磁磁束、φqはｑ軸の界磁磁束、ｒmは電機子巻線抵
抗を示す。
係る機能部としては、低速用トルク推定部１２と高速用
トルク推定部１４の２つとして図示・説明したが、他の
推定方式による機能部を具備することとし、推定トルク
切換部１６が複数の推定トルクを切り換えることとして
もよい。即ち、例えば、図５に示すように、磁束モデル
により演算される磁束および電動機の検出電流に基づい
て、推定トルクを演算する演算方法を、トルク推定部１
０内の機能部として加えることとしてもよい。この場合
には、過渡的なトルクの推定をも行うことが可能とな
る。尚、図５において、Ｔm3は推定トルク、φdはｄ軸
の界磁磁束、φqはｑ軸の界磁磁束、ｒmは電機子巻線抵
抗を示す。
【００３９】また、オブザーバにより電流および磁束を
求め、それに基づいて推定トルクを演算する機能部をさ
らに加えることとしてもよい。この場合には、過渡的な
トルクの推定が可能な上、電動機の定数変動の補償をも
可能とすることができる。
求め、それに基づいて推定トルクを演算する機能部をさ
らに加えることとしてもよい。この場合には、過渡的な
トルクの推定が可能な上、電動機の定数変動の補償をも
可能とすることができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、永久磁石同期電動機の
適用状況（速度や電流等）に応じて最適な演算結果を用
いることが可能となるため、永久磁石同期電動機の駆動
範囲全般に渡って、正確なトルクを求めることが可能と
なる。また、正確なトルクを求め得るために、精度の良
いトルクフィードバック制御を行うことが可能となる。
適用状況（速度や電流等）に応じて最適な演算結果を用
いることが可能となるため、永久磁石同期電動機の駆動
範囲全般に渡って、正確なトルクを求めることが可能と
なる。また、正確なトルクを求め得るために、精度の良
いトルクフィードバック制御を行うことが可能となる。
【図１】トルク演算部の機能ブロック図。
【図２】角速度ωに対する係数ＫTFBの値の変化を表す
図。
図。
【図３】トルク推定部の機能ブロック図。
【図４】角速度ωに対する係数Ｋshの値の変化を表す
図。
図。
【図５】トルク推定部の他の例を示す図。
１ トルク演算部 １０ トルク推定部 １２ 低速用トルク推定部 １４ 高速用トルク推定部 １６ 推定トルク切換部 ２０ ＰＩ演算部 ３０ フィードフォーワード演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 孝一 東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 中澤 洋介 東京都港区芝浦１−１−１ 株式会社東芝 内 (72)発明者 高波 渉 東京都港区芝浦１−１−１ 株式会社東芝 内 Ｆターム(参考） 5H560 AA08 BB12 DA14 DC03 DC12 EB01 GG04 XA01 XA13 5H576 AA01 BB06 DD02 DD07 EE01 EE19 FF07 FF08 GG02 GG04 JJ04 JJ06 JJ24 LL01 LL22 LL24 LL28 LL38
Claims (7)
- 【請求項１】トルクのフィードバック制御を行う永久磁
石同期電動機の制御装置であって、 複数種類の演算により前記トルクの値を複数求める演算
手段と、 前記複数種類の演算結果を切り換える切換手段と、 を備え、前記切換手段によって切り換えられた演算結果
に基づいてフィードバック制御を行うことを特徴とする
永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項２】前記演算手段による複数種類の演算には、
前記永久磁石同期電動機の電動機定数を用いて前記トル
クの値を演算する第１の演算と、前記永久磁石同期電動
機の速度相当値を用いて前記トルクの値を演算する第２
の演算とが含まれることを特徴とする請求項１記載の永
久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項３】前記第２の演算は、電力損失量を算出し、
算出した電力損失量を考慮して、前記トルクの値を演算
する演算であることを特徴とする請求項２記載の永久磁
石同期電動機の制御装置。 - 【請求項４】前記電力損失量の演算は、前記永久磁石同
期電動機の速度相当値に基づいて行われることを特徴と
する請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項５】前記切換手段は、前記永久磁石同期電動機
の速度相当値に応じて切り換えを行うことを特徴とする
請求項１から４のいずれか記載の永久磁石同期電動機の
制御装置。 - 【請求項６】前記切換手段は、前記複数種類の演算結果
に、前記永久磁石同期電動機の速度相当値に応じた所与
の重み付けを加味することにより、前記演算結果を徐々
に切り換えることを特徴とする請求項１から５のいずれ
か記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項７】前記永久磁石同期電動機は電気車駆動用の
電動機であることを特徴とする請求項１から６のいずれ
か記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001028432A JP2002233199A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001028432A JP2002233199A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002233199A true JP2002233199A (ja) | 2002-08-16 |
Family
ID=18892936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001028432A Pending JP2002233199A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002233199A (ja) |
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-02-05 JP JP2001028432A patent/JP2002233199A/ja active Pending
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