JP2006238631A - Ｉｄ／Ｉｑテーブルを使用したモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よくモータを制御するモータ制御方法及びモータ制御装置を提供する。
【解決手段】電流指令生成器と、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とを具備する。前記電流指令生成器は、トルク指令及び回転数入力を取得し、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に変換し、出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明はモーターの制御方法に関する。

バッテリ駆動車両等の作業用車両には、低電圧バッテリーで大電流を流すモータが使用されている。そのモータは、トルク電流指令Ｉｑ^＊と励磁電流指令Ｉｄ^＊とを用いたベクトル制御により制御される。通常、そのトルク電流指令Ｉｑ^＊と励磁電流指令Ｉｄ^＊とは、トルク指令Ｔ^＊からそのモーターの特性を表す基本式を用いて算出される。しかし低電圧大電流モータでは磁束の基本特性が線形とはならないため、その基本式を用いて得られたトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊は、そのモーターを最も効率よく作動させるトルク電流Ｉｄ及び励磁電流Ｉｑとは誤差を生じることとなる。

モータを効率よく作動させるトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊を取得する方法の提供が望まれていた。

上記と関連して、上位トルク指令値Ｔ^＊をテーブルルックアップにより出力トルク指定値Ｔ^＊’に変換する方法が開示されている。即ち、特許文献１には、ベクトル制御される誘導電動機のトルク制御方法において、
誘導電動機の電流指令をＴ形等価回路の１次電流入力として、その時の電動機回転数およびすべり周波数から励磁電流及び２次電流を算出して出力トルク推定値を得、上位トルク指令と該出力トルク推定値の関係を誘導電動機の複数の回転数について予め得ておき、
電動機回転数により前記関係を選択し、該関係を用いて上位トルク指令を出力トルク推定値に変換し、該出力トルク推定値によりトルク制御を行なうことを特徴とする、ベクトル制御される誘導電動機のトルク制御方法、
が開示されている。
特開平６−２９６３８７号 公報

本発明の課題は、効率よくモータを制御するようなトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊を取得するモータ制御方法及びモータ制御装置を提供することにある。

以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決する為の手段を説明する。これらの番号・符号は［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにする為に付加されている。但し、付加された番号・符号は［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御装置（１）は、
電流指令生成器（２）と、
回転数Ｎ、トルクＴ、トルク電流Ｉｑ、及び励磁電流Ｉｄの対応関係データが記述されたテーブル（１０）と、
備え、
その電流指令生成器（２）は、
トルク指令Ｔ^＊及び回転数入力Ｎを取得して、そのテーブル（１０）を参照してトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊を生成する。

本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御装置（１）において、
そのテーブル（１０）は、
予めモータ実機を測定して求めた対応関係データを記述している。

予めモータ実機を測定して求めたデータを使用することで、モータのトルクを出力するのに必要な消費電力が少ないトルク電流指令及び励磁電流指令を正確に求めることができる。

本発明に係るバッテリ駆動車両は、
そのバッテリ駆動車両用モータ制御装置（１）と、
バッテリ（２１）と
増幅器（７）と、
モータ（８）と
を備え、
そのバッテリ駆動車両用モータ制御装置（１）は、
そのトルク電流指令Ｉｑ^＊及びその励磁電流指令Ｉｄ^＊に基づいてそのバッテリ（２１）によりその増幅器（７）に電流を流してそのモータ（８）が駆動されるように制御する。

本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御方法は、
トルクＴ、回転数Ｎ、トルク電流Ｉｑ、及び励磁電流Ｉｄとの対応関係が記述されたテーブル（１０）を与えるテーブル提供ステップ（Ｓ１０）と、
その電流指令生成器（２）がトルク指令Ｔ^＊を取得するステップ（Ｓ２０）と、
その電流指令生成器（２）が回転数入力Ｎを取得するステップ（Ｓ３０）と、
その電流指令生成器（２）がそのトルク指令Ｔ^＊及びその回転数入力Ｎから、そのテーブル（１０）を参照してトルク電流指令Ｉｑ^＊を生成するトルク電流指令生成ステップ（Ｓ４０）と、
その電流指令生成器（２）がそのトルク指令Ｔ^＊及びその回転数入力Ｎから、そのテーブル（１０）を参照して励磁電流指令Ｉｄ^＊を生成する励磁電流指令生成ステップ（Ｓ５０）と、
を備える。

本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御方法において、
そのテーブル提供ステップ（Ｓ１０）は、
トルク、励磁電流、トルク電流、及び回転数の関係を、モータ実機を用いて測定するステップ
を備える。

本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御方法において、
そのテーブル提供ステップ（Ｓ１０）は、
複数の主要な回転数を与えるステップ（Ｓ１１）と、
その複数の主要な回転数毎に複数のトルクを設定するステップ（Ｓ１２）と、
その複数のトルクの各々について、そのトルクを出力し且つ消費電力が最も少なくなるトルク電流とそのトルクを出力し且つ消費電力が最も少なくなる励磁電流とを測定するステップ（Ｓ１３）と、
回転数、測定されたそのトルク電流、及び測定されたその励磁電流との関係をプロットするステップ（Ｓ１４）と、
プロットされたそのトルク電流、回転数、及びその励磁電流との関係をテーブル化するステップ（Ｓ１５）と
を更に備える。

本発明によれば、効率よくモータを制御するようにトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊を取得するモータ制御方法及びモータ制御装置が提供される。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（構成）
本発明の実施の形態におけるバッテリ駆動車両用５０の概略構成図を図１に示す。バッテリ駆動車両５０はバッテリ駆動車両用モータ制御装置１、増幅器７、バッテリ２１、モータ８を備えている。バッテリ駆動車両１は、電流指令生成器２、電流指令生成器２に備えられたテーブル１０、ｑ軸電流制御器３、ｄ軸電流制御器４、２相−３相変換器５、ＰＷＭ制御器６、電流検出器２２、位相演算器２４、及び３相−２相変換器９を備える。バッテリ駆動車両５０としてはフォークリフトが挙げられる。

電流指令生成器２は回転数入力Ｎ及びトルク指令Ｔ^＊を取得し、テーブル１０を参照することでトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊を生成し、ｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４に出力する機能を実現する。

ｑ軸電流制御器３は電流指令生成器２と接続している。ｑ軸電流制御器３は電流指令生成器２からトルク電流指令Ｉｑ^＊を取得する機能を実現する。また、ｑ軸電流制御器３は、３相−２相変換器９よりフィードバックされたトルク電流値Ｉｑを取得する機能を実現する。更にｑ軸電流制御器３は取得したトルク電流指令Ｉｑ^＊及びトルク電流Ｉｑとに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を生成し、２相−３相変換器５に出力する機能を実現する。

ｄ軸電流制御器４は電流指令生成器２と接続している。ｄ軸電流制御器４は電流指令生成器２から励磁電流指令Ｉｄ^＊を取得する機能を実現する。また、ｄ軸電流制御器３は、３相−２相変換器９よりフィードバックされた励磁電流値Ｉｄを取得する機能を実現する。更にｄ軸電流制御器３は取得したトルク電流指令Ｉｄ^＊及とトルク電流値Ｉｄとに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊を生成し、２相−３相変換器５に出力する機能を実現する。

２相−３相変換器５はｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器５と接続している。２相−３相変換器５は、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とを３相の指令電圧Ｖu^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換してＰＷＭ制御器６に出力する機能を実現する。

ＰＷＭ制御器６は２相−３相変換器５と接続している。ＰＷＭ制御器６は３相の指令電圧Ｖu^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基づいて増幅器７を制御する。

増幅器７はバッテリー２１と接続している。増幅器７とバッテリ２１により電流が流され、モータ８のトルクを出力する機能を実現する。モータ８はバッテリ駆動車両の駆動輪を駆動させる機能を実現する。増幅器７は例えばインバータである。モータ８はエンコーダ２３を備えている。エンコーダ２３は位相演算器２４にモータの回転数Ｎを入力する機能を実現する。モータ８としては、ＩＭモータが挙げられる。

位相演算器２４はエンコーダ２３から取得した回転数Ｎと、電流指令生成器から取得したトルク電流指令Ｉｑ^＊及び励磁電流指令Ｉｄ^＊とから、位相θを生成する。位相演算器２４は更に位相θを２相−３相変換器５及び３相−２相変換器９に出力する機能を実現する。

３相−２相変換器９は、電流検出器２２により検出された電流Ｉu、Iv、及びそれらから計算されるＩｗをトルク電流Ｉｑ及び励磁電流Ｉｄに変換し、それぞれｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４へ出力する機能を実現する。

テーブル１０は電流指令生成器２に備えられた記憶装置（図示せず）中に予め格納されている。図２(a)に示すように、テーブル１０は、回転数Ｎ、トルクＴ、及びトルク電流Ｉｑの対応関係を記述している。また、図２（b）に示すようにテーブル１０は回転数Ｎ、トルクＴ、及び励磁電流Ｉｄとの対応関係を記述している。

（テーブル提供方法）
続いて、テーブル１０の提供方法について詳述する。

図５はテーブル提供ステップ（Ｓ１０）のフローチャートを示している。まず、複数の主要な回転数が設定される（Ｓ１１）。続いて、その主要な回転数の各々について複数のトルクが設定される（Ｓ１２）。続いて、その複数の主要な回転数の各々について、モータ８がそのトルクを出力し且つ必要な消費電力が最も少ないトルク電流及び励磁電流が測定される。ここで、測定はモータ実機を用いて行なわれる。そのトルク電流値及び励磁電流値の測定は、公知の測定機器を用いて行なうことができる。測定を行なう際に、バッテリ電圧はモータ電流を流す際に必要なバッテリ電流による垂下特性を考慮し設定することが好ましい（Ｓ１３）。

続いて、回転数、トルク、及び測定されたそのトルク電流との関係がプロットされる。同様に、回転数、トルク、及び測定されたその励磁電流との関係がプロットされる。測定されたデータ間のデータは直線補間される。測定した回転数より大きい回転数におけるデータについては、その測定した回転数のうちで最大の回転数におけるデータを補間する（Ｓ１４）。これにより、図3（a）に示すような回転数、トルク、及びトルク電流の対応関係が記述されたグラフと、図３(b)に示すような回転数、トルク、及び励磁電流の対応関係が記述されたグラフとが提供される。

次に回転数、トルク及びトルク電流の対応関係が記述されたグラフと、回転数、トルク、及び励磁電流の対応関係が記述されたグラフとに基づいて、テーブル１０が提供される。提供されたテーブル１０は、電流指令生成器２に備えられた記憶装置に格納される。

（動作）
図４は本発明の実施の形態に係るバッテリ駆動車両用モータ制御方法のフローチャートを示している。本発明に係るバッテリ駆動車両用誘電モータ制御方法は、電流指令生成器２がトルク指令Ｔ^＊を取得するステップ（Ｓ２０）と、電流指令生成器２が回転数入力Ｎを取得するステップ（Ｓ３０）と、電流指令生成器２がそのトルク指令Ｔ^＊及びその回転数入力Ｎから、テーブル１０を参照してトルク電流指令Ｉｑ^＊を生成するトルク電流指令生成ステップ（Ｓ４０）と、電流指令生成器２がそのトルク指令Ｔ^＊及びその回転数入力Ｎから、そのテーブル１０を参照して励磁電流指令Ｉｄ^＊を生成する励磁電流指令生成ステップ（Ｓ５０）とを備える。以下に各ステップについて詳述する。

トルク指令データ取得（Ｓ２０）
まず、電流指令生成器２がトルク指令Ｔ^＊を取得する。

回転数データ取得（Ｓ３０）
続いて、電流指令生成器２は回転数入力Ｎを取得する。

トルク電流指令生成（Ｓ４０）
次に、電流指令生成器２は、テーブル１０を参照し、取得したトルク指令Ｔ^＊及び回転数入力Ｎに基づいて、トルク電流指令Ｉｑ^＊を生成する。この際、トルク指令Ｔ^＊の値の前後のトルク間と、回転数入力Ｎの値の前後の回転数間でデータの補間が行なわれる。

励磁電流指令生成（Ｓ５０）
同様に、電流指令生成器２は、テーブル１０を参照し、取得したトルク指令Ｔ^＊及び回転数入力Ｎに基づいて、励磁電流指令Ｉｄ^＊を生成する。この際、トルク指令Ｔ^＊の値の前後のトルク間と、回転数入力Ｎの値の前後の回転数間でデータの補間が行なわれる。

電流指令生成器２は、生成したトルク電流指令Ｉｑ^＊をｑ軸電流制御器３に出力する。電流指令生成器２は、生成したトルク電流指令Ｉｑ^＊をｄ軸電流制御器４に出力する。ｑ軸電流制御器３はフィードバックされたトルク電流値Ｉｑとトルク電流指令Ｉｑ^＊とに基づいて、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を生成し、２相−３相変換器５に出力する。ｄ軸電流制御器４はフィードバックされた励磁電流値Ｉｄと励磁電流指令Ｉｄ^＊とに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊を生成し、２相−３相変換器５に出力する。続いて、２相−３相変換器５は、取得したｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令とに基づいて３相の指令電圧Ｖu^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を生成し、ＰＷＭ制御器６に出力する。更に、ＰＷＭ制御器６は、取得した３相の指令電圧Ｖu^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基づいて所定の電圧がモータ８にかかるように増幅器７を制御する。モータ８に電圧がかかり電流が流れることで、モータ８が駆動しトルクが出力される。尚、ここで電流Ｉu、Ｉvの値は電流検出器２２により測定され、結果が３相−２相変換器９に出力される。３相−２相変換器９は、Ｉｕ、Ｉｖ、及びそれらから計算されるＩｗの３相の電流を２相の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換して、それぞれをｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４にフィードバックする。

本発明の実施の形態によれば、モータ８のトルクを出力するために必要且つ電力が少なくなるような励磁電流及びトルク電流を予めモータ実機を使って測定、テーブル化し、これに基づいて制御するのでモータ８のトルクを効率良く制御することができる。

本発明に係るバッテリ駆動車両用の概略構成図である。 (a)はトルクＴ、回転数Ｎ、及びトルク電流Ｉｑの対応関係を示したテーブル１０の概念図であり、(b)はトルクＴ、回転数Ｎ、及び励磁電流Ｉｄの対応関係を示したテーブル１０の概念図である。 (a)は回転数Ｎ、トルクＴ、及びトルク電流Ｉｑの対応関係が記述されたグラフであり、(b)は回転数Ｎ、トルクＴ、及び励磁電流Ｉｄの対応関係が記述されたグラフである。 本発明に係るバッテリ駆動車両用モータ制御方法の動作を示すフローチャートである。 テーブル提供ステップを示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ駆動車両用モータ制御装置
２ 電流指令生成器
３ ｑ軸電流制御器
４ ｄ軸電流制御器
５ ２相−３相変換器
６ ＰＷＭ制御器
７ 増幅器
８ モータ
９ ３相−２相変換器
１０ テーブル
２１ バッテリ
２２ 電流検出器
２３ エンコーダ
２４ 位相演算器
５０ バッテリ駆動車両

Claims (6)

1. 誘導機ベクトル制御を有するバッテリ駆動車両用モータの制御装置であって、
   電流指令生成器と、
   回転数、トルク、トルク電流、及び励磁電流の対応関係データが記述されたテーブルと、
   を具備し、
   前記電流指令生成器は、
   トルク指令及び回転数入力を取得し、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生成する
   バッテリ駆動車両用モータ制御装置。
2. 請求項１に記載されたバッテリ駆動車両用モータ制御装置であって、
   前記テーブルは、
   予めモータ実機を測定して求めた対応関係データが記述されている
   バッテリ駆動車両用モータ制御装置。
3. 請求項１又は２に記載されたバッテリ駆動車両用モータ制御装置と、
   バッテリーと
   増幅器と、
   モータと
   を備え、
   前記バッテリ駆動車両用モータ制御装置は、
   前記トルク電流指令及び前記励磁電流指令に基づいて前記バッテリーからの直流電流・電圧を前記増幅器を介して前記モータに交流電流を流して駆動されるように制御する
   バッテリー駆動車両。
4. 電流指令生成器を備えたバッテリ駆動車両用モータの制御方法であって、
   回転数、トルク、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与えるテーブル提供ステップと、
   前記電流指令生成器がトルク指令を取得するステップと、
   前記電流指令生成器が回転数入力を取得するステップと、
   前記電流指令生成器が前記トルク指令及び前記回転数入力から、前記テーブルを参照してトルク電流指令を生成するトルク電流指令生成ステップと、
   前記電流指令生成器が前記トルク指令及び前記回転数入力から、前記テーブルを参照して励磁電流指令を生成する励磁電流指令生成ステップと、
   を具備する
   バッテリ駆動車両用モータ制御方法。
5. 請求項４に記載されたバッテリ駆動車両用モータ制御方法であって、
   前記テーブル提供ステップは、
   トルク、励磁電流、トルク電流、及び回転数の関係を、モータ実機を用いて測定するステップ
   を備える
   バッテリ駆動車両用モータ制御方法。
6. 請求項４に記載されたバッテリ駆動車両用モータ制御方法であって、
   前記テーブル提供ステップは、
   複数の主要な回転数を与えるステップと、
   前記複数の主要な回転数毎に複数のトルクを設定するステップと、、
   前記複数のトルクの各々について、前記トルクを出力し且つ消費電力が最も少なくなるトルク電流と励磁電流とを測定するステップと、
   回転数、測定された前記トルク電流、及び前記励磁電流との関係をプロットするステップと、
   プロットされた前記トルク電流、回転数、及び前記励磁電流との関係をテーブル化するステップと
   を更に備えた
   バッテリ駆動車両用モータ制御方法。

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