JP2004040861A

JP2004040861A - モータの駆動装置

Info

Publication number: JP2004040861A
Application number: JP2002191650A
Authority: JP
Inventors: Isao Morita; 森田　功; Keigo Onizuka; 鬼塚　圭吾; Yasuhiro Makino; 牧野　康弘
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】制御動作の安定性を保ちながら、制御の応答性の向上を図ること。
【解決手段】非干渉制御部４４によりｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊、及びロータの回転速度ωに基づいて、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊のそれぞれの干渉成分を除去するｄ軸、ｑ軸電圧指令補正値Ｖｄｏ、Ｖｑｏのそれぞれを演算し、電流制御部４０によりｄ軸、ｑ軸電圧指令補正値Ｖｄｏ、Ｖｑｏのそれぞれを用いてｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊のそれぞれの干渉成分を除去して、ｄ軸、ｑ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’、Ｖｑ^＊’のそれぞれを算出し、このｄ軸、ｑ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’、Ｖｑ^＊’を三相交流の座標系に変換してインバータ３１によりブラシレスＤＣモータ３０を駆動する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非干渉制御を行うモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータとして、例えば、永久磁石型同期電動機としてのブラシレスＤＣモータは、固定子巻線と永久磁石の回転子（ロータ）とを有してなり、インバータ等を用いてその駆動が制御される。また、ブラシレスＤＣモータの駆動装置においては、一般に、ロータの位置をホール素子等の位置検出素子や、固定子巻線に生ずる誘起電圧等を利用して検出し、これらの検出値に基づきブラシレスＤＣモータの速度等を制御している。
【０００３】
一方、ブラシレスＤＣモータの駆動装置には、インバータからブラシレスＤＣモータへ供給される三相交流電流の一部を、ロータの回転磁界直交座標系に変換して磁束電流（ｄ軸電流）Ｉｄとトルク電流（ｑ軸電流）Ｉｑとし、これら実測したｄ軸、ｑ軸電流実測値Ｉｄ、Ｉｑと、目標値であるｄ軸、ｑ軸電流指令値Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊との偏差に基づいて、比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を算出する電流制御部を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のモータの駆動装置では、実測したｄ軸、ｑ軸電流実測値Ｉｄ、Ｉｑには、ノイズが含まれており、応答性を上げるために電流制御部のゲインを上げると、ノイズの影響が大きくなり、動作が不安定となるため、電流制御部のゲインをあまり上げられず、応答性に限界がある。
【０００５】
そこで、実測したｄ軸、ｑ軸電流実測値Ｉｄ、Ｉｑに基づいて相互の干渉成分を除去する非干渉制御を行えば、応答性は向上するが、実測したｄ軸、ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに含まれているノイズの影響により非干渉制御の動作が不安定となってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、制御動作の安定性を保ちながら、制御の応答性の向上を図るモータの駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、モータの実測電流を回転磁界直交座標系のｄ−ｑ軸上におけるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換し、実測したｄ軸電流実測値と、このｄ軸電流実測値と比較するための目標値であるｄ軸電流指令値との偏差、及び実測したｑ軸電流実測値と、このｑ軸電流実測値と比較するための目標値であるｑ軸電流指令値との偏差が零になるように制御するモータの駆動装置において、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の相互干渉を除去する非干渉制御部を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記非干渉制御部は、前記ｄ軸電流実測値と前記ｄ軸電流指令値との偏差に基づいて演算されるｄ軸電圧指令値に含まれる前記ｑ軸電流の干渉成分を除去するｄ軸電圧指令補正値を、前記ｑ軸電流指令値及び前記モータにおけるロータの回転速度に基づいて演算するとともに、前記ｑ軸電流実測値と前記ｑ軸電流指令値との偏差に基づいて演算されるｑ軸電圧指令値に含まれる前記ｄ軸電流の干渉成分を除去するｑ軸電圧指令補正値を、前記ｄ軸電流指令値及び前記モータにおけるロータの回転速度に基づいて演算し、前記モータは、前記ｄ軸及びｑ軸電圧指令補正値を用いて干渉成分が除去されたｄ軸及びｑ軸電圧指令値に基づいて駆動制御されることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係るモータの駆動装置における一実施の形態を示すブロック図である。図２は、図１のブラシレスＤＣモータにより駆動される圧縮機を備えた空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【００１１】
図２に示すように、空気調和装置１０は、室外機１１及び室内機１２を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが、連結配管２４、２５を介して連結されている。
【００１２】
室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４に圧縮機１６が配設され、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８が室外冷媒配管１４を介してそれぞれ接続され、この四方弁１８に室外熱交換器１９が室外冷媒配管１４を介して接続されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。
【００１３】
一方、室内機１２は室内に設置され、室内冷媒配管１５に室内熱交換器２１が配設されると共に、室内冷媒配管１５において室内熱交換器２１近傍に電動膨張弁２２が配設されて構成される。上記室内熱交換器２１には、この室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３が隣接して配置されている。
【００１４】
室外機１１の四方弁１８が切り換えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁１８が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内機１２の室内熱交換器２１が室内を冷房する。また、四方弁１８が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内機１２の室内熱交換器２１が室内を暖房する。
【００１５】
上記圧縮機１６内に、図示しない固定子巻線及び永久磁石の回転子（ロータ）を備えた、図１に示す永久磁石型同期電動機としてのブラシレスＤＣモータ３０が内蔵される。このブラシレスＤＣモータ３０が、インバータ３１及び制御装置３４を備えたブラシレスＤＣモータ駆動装置５０により駆動される。
【００１６】
インバータ３１は、交流電源３２からの交流電力が整流回路３３により変換された直流電力を、任意の周波数と電圧の交流電力に変換してブラシレスＤＣモータ３０へ供給し、このブラシレスＤＣモータ３０の速度等を制御する。制御装置３４は、上記インバータ３１の図示しないスイッチング素子へ、パルス変調された正弦波の三相電圧指令Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を出力することによって、インバータ３１からブラシレスＤＣモータ３０へ、電圧がパルス幅変調を受けた擬似正弦波となる三相交流電力を供給する。
【００１７】
上記制御装置３４は、電流入力部３５、３相／２相座標変換部３６、速度制御部３８、電流制御部４０、２相／３相座標変換部４１、回転角センサとしてのレゾルバ４２、ロータ位置・速度検出部４３及び非干渉制御部４４を有して構成される。
【００１８】
レゾルバ４２は、ブラシレスＤＣモータ３０に設置されて、ロータ位置検出信号をロータ位置・速度検出部４３へ送信する。このレゾルバ４２は、例えば、ブラシレスＤＣモータ３０の図示しないロータの一回転につき信号パルスを２〜８回出力するものが使用される。
【００１９】
ロータ位置・速度検出部４３は、レゾルバ４２からのロータ位置検出信号に基づき、ブラシレスＤＣモータ３０におけるロータの位置θ及び回転速度ωを検出する。
【００２０】
電流入力部３５は、インバータ３１からブラシレスＤＣモータ３０へ供給される三相交流電流のうち、二相の交流電流Ｉｕ及びＩｖをＡ／Ｄ変換（ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　ｄｉｇｉｔａｌ変換）して測定する。本実施の形態において添字ｕ、ｖ、ｗは、ブラシレスＤＣモータ３０のｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ対応する。
【００２１】
３相／２相座標変換部３６は、ロータ位置・速度検出部４３により検出されたロータの位置θを参照して、電流入力部３５にて実測された交流電流Ｉｕ及びＩｖをブラシレスＤＣモータ３０におけるロータ上の回転磁界直交座標系（ｄ−ｑ軸座標系）のｄ−ｑ軸上における磁束電流（ｄ軸電流）成分及びトルク電流（ｑ軸電流）成分に変換し、実測値としてｄ軸電流実測値Ｉｄ及びｑ軸電流実測値Ｉｑを算出する。
【００２２】
速度制御部３８は、ロータ位置・速度検出部４３にて検出されたロータの回転速度ωとロータの目標回転速度ω^＊との偏差Δωに基づき、例えば１［ｍｓ］毎に比例積分制御（ＰＩ制御）を実行して、ｄ軸電流Ｉｄの目標値としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊、及びｑ軸電流Ｉｑの目標値としてのｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を生成する。尚、ロータの目標回転速度ω^＊は、図示しないマイクロコンピュータによって予め設定される。
【００２３】
各電流指令値Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊は、所定の時間間隔（例えば１［ｍｓ］）毎に生成される値であり、各電流実測値Ｉｄ、Ｉｑに近い値に設定される。つまり、各電流指令値Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊は、各電流実測値Ｉｄ、Ｉｑから大きく外れた値に設定されることはない。例えば、室内機１２（図２）の負荷が変動して、圧縮機１６（図２）におけるブラシレスＤＣモータ３０のロータの回転速度ω（回転数）を変更する場合、図示を省略したマイクロコンピュータが目標回転速度ω^＊を段階的に変更していき、偏差ΔＩｄ及びΔＩｑが所定の値を超えないように、各電流指令値Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊を変更していく制御を行う。
【００２４】
電流制御部４０は、実測したｄ軸電流実測値Ｉｄと速度制御部３８により生成された目標値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊との偏差ΔＩｄに基づき、ＰＩ制御を実行して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊を演算する。更に、実測したｑ軸電流実測値Ｉｑと速度制御部３８により生成された目標値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊との偏差ΔＩｑに基づき、ＰＩ制御を実行して、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を演算する。この、ＰＩ制御によって、偏差ΔＩｄ及びΔＩｑが、零になるように制御される。
【００２５】
尚、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊には、ｑ軸電流の干渉成分が含まれており、また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊には、ｄ軸電流の干渉成分が含まれているため、応答性を向上させるには、これら干渉成分を除去する必要がある。
【００２６】
本実施の形態において、非干渉制御部４４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊、及びロータ位置・速度検出部４３にて検出されたロータの回転速度ωに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの相互干渉を除去する非干渉制御を実行する。
【００２７】
具体的に、非干渉制御部４４は、電流制御部４０にて演算されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊に含まれるｑ軸電流Ｉｑの干渉成分を除去するｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏを、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊及びロータの回転速度ωに基づいて演算するとともに、電流制御部４０にて演算されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊に含まれるｄ軸電流Ｉｄの干渉成分を除去するｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏを、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びロータの回転速度ωに基づいて演算し、電流制御部４０に出力する。
【００２８】
例えば、ｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏは、ω×Ｌｑ×Ｉｑ^＊により算出され、ｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏは、−ω×（φａ＋Ｌｄ×Ｉｄ^＊）により算出される。尚、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ及び磁束φａは、予め決められた定数である。
【００２９】
次いで、電流制御部４０は、非干渉制御部４４により生成されたｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏを用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊を補正して、ｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’を算出し、このｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’を２相／３相座標変換部４１に出力する。更に、電流制御部４０は、非干渉制御部４４により生成されたｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏを用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を補正して、ｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ^＊’を算出し、このｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ^＊’を２相／３相座標変換部４１に出力する。
【００３０】
具体的に、電流制御部４０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊からｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏを減算することによりｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’を算出し、このｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’を２相／３相座標変換部４１に出力する。更に、電流制御部４０は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊からｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏを減算することによりｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ^＊’を算出し、このｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ^＊’を２相／３相座標変換部４１に出力する。これによって、干渉成分が除去される。
【００３１】
２相／３相座標変換部４１は、電流制御部４０にて算出されたｄ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’及びｑ軸補正電圧指令値Ｖｑ^＊’を三相交流の座標系に変換して、前述のパルス変調された正弦波の三相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を算出し、これらの三相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊がインバータ３１のスイッチング素子（不図示）へ出力されて、電圧がパルス幅変調を受けた擬似正弦波となる三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが、インバータ３１からブラシレスＤＣモータ３０へ出力される。
【００３２】
以上、本実施の形態によれば、非干渉制御部４４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊、及びブラシレスＤＣモータ３０におけるロータの回転速度ωに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊のそれぞれの干渉成分を除去するｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏ、ｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏのそれぞれを演算し、電流制御部４０は、ｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏ、ｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏのそれぞれを用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊のそれぞれの干渉成分を除去して、ｄ軸、ｑ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’、Ｖｑ^＊’のそれぞれを算出し、ブラシレスＤＣモータ３０は、ｄ軸、ｑ軸補正電圧指令値Ｖｄ^＊’、Ｖｑ^＊’に基づいて、駆動制御されることから、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に含まれるノイズ成分は極めて小さいため、非干渉制御部４４において、ｄ軸電流実測値Ｉｄ及びｑ軸電流実測値Ｉｑを用いてｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊のそれぞれの干渉成分を除去するｄ軸、ｑ軸電圧指令補正値を演算する場合に比べて、制御の動作が安定し、また、非干渉制御により干渉成分が除去されるので、応答性が向上する。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、ブラシレスＤＣモータ３０のロータの回転速度ωを変更する場合、偏差ΔＩｄ及びΔＩｑが所定の値を超えないように、各電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を変更していく制御を行うことから、各電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を各電流実測値Ｉｄ、Ｉｑに近い値に設定することができるため、非干渉制御部４４において算出されるｄ軸電圧指令補正値Ｖｄｏ及びｑ軸電圧指令補正値Ｖｑｏを、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊の干渉成分に近い値に設定することができるので、より制御の動作が安定し、より応答性が向上する。
【００３４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係るモータの駆動装置によれば、制御動作の安定性を保ちながら、制御の応答性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータの駆動装置における一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のブラシレスＤＣモータにより駆動される圧縮機を備えた空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
３０　ブラシレスＤＣモータ（モータ）
３６　３相／２相座標変換部
４０　電流制御部
４１　２相／３相座標変換部
４４　非干渉制御部
５０　ブラシレスＤＣモータ駆動装置（モータの駆動装置）
Ｉｄ　ｄ軸電流実測値
Ｉｑ　ｑ軸電流実測値
Ｉｄ^＊　ｄ軸電流指令値
Ｉｑ^＊　ｑ軸電流指令値
Ｖｄｏ　ｄ軸電圧指令補正値
Ｖｑｏ　ｑ軸電圧指令補正値
Ｖｄ^＊’　ｄ軸補正電圧指令値（干渉成分が除去されたｄ軸電圧指令値）
Ｖｑ^＊’　ｑ軸補正電圧指令値（干渉成分が除去されたｑ軸電圧指令値）

Claims

モータの実測電流を回転磁界直交座標系のｄ−ｑ軸上におけるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換し、実測したｄ軸電流実測値と、このｄ軸電流実測値と比較するための目標値であるｄ軸電流指令値との偏差、及び実測したｑ軸電流実測値と、このｑ軸電流実測値と比較するための目標値であるｑ軸電流指令値との偏差が零になるように制御するモータの駆動装置において、
前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の相互干渉を除去する非干渉制御部を備えたことを特徴とするモータの駆動装置。
前記非干渉制御部は、前記ｄ軸電流実測値と前記ｄ軸電流指令値との偏差に基づいて演算されるｄ軸電圧指令値に含まれる前記ｑ軸電流の干渉成分を除去するｄ軸電圧指令補正値を、前記ｑ軸電流指令値及び前記モータにおけるロータの回転速度に基づいて演算するとともに、前記ｑ軸電流実測値と前記ｑ軸電流指令値との偏差に基づいて演算されるｑ軸電圧指令値に含まれる前記ｄ軸電流の干渉成分を除去するｑ軸電圧指令補正値を、前記ｄ軸電流指令値及び前記モータにおけるロータの回転速度に基づいて演算し、
前記モータは、前記ｄ軸及びｑ軸電圧指令補正値を用いて干渉成分が除去されたｄ軸及びｑ軸電圧指令値に基づいて駆動制御されることを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動装置。