JP2007236015A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 インバータ2の起動前に、制御器の応答が追従しないような高い速度ωで永久磁石モータ1が回転し、インバータ2の直流電圧Vdcよりも誘起電圧Edが高い状態であっても、永久磁石モータ1の電流Iu,Iw、インバータ2の直流入力電流Idc、又はインバータ2の直流入力電圧Vdcに基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定し、高速回転中の場合には、インバータ2の起動タイミングを制御又は電流制御器8のゲインを増加することにより、インバータ2を再起動する。
【選択図】 図1
Description
第1の発明によれば、インバータ起動前に、制御器の応答が追従しないような高い速度で永久磁石モータが回転し、インバータの直流電圧よりも誘起電圧が高い状態であっても、永久磁石モータの電流、インバータの直流入力電流、又はインバータの直流入力電圧に基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定し、高速回転中の場合には、インバータの起動タイミングを制御又は電流制御器のゲインを増加することにより、インバータを再起動する。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。このモータ制御装置は、レゾルバ等の回転子位置検出手段及び回転子速度検出手段を用いずに、制御対象の永久磁石式モータ1を制御するセンサレス制御を用いている。
dq軸電流指令演算部5では、通常上位の制御系で決定されるトルク指令を基に最小電流でトルクが最大となるようなd軸・q軸の電流指令Id*,Iq*に変換する。三相電流のうちU相とW相の電流であるIuとIwは電流センサで検出され、検出値Iu,Iwとして電流座標変換部6に送出される。
Vq*=G(s)・(Iq*−Iq)
G(s)は制御関数。sはラプラス演算子である。通常は高周波ノイズによる過敏な応答をさける制御器及びゲインとされる。逆に言うと、高周波の制御偏差には追従できないことになる。
Ed=Vd*−(R×Id−ω・Lq・Iq)
(2)ω<0の場合、
Ed=−(Vd*−(R×Id−ω・Lq・Iq))
(Rはモータ巻線抵抗、Lqはモータq軸同期インダクタンス)
しかる後、この誘起電圧推定値Edは磁極位置推定制御器12に送出される。磁極位置推定制御器12は、このd軸誘起電圧推定値Edがゼロになるように次式にて調整し、回転子の速度ωslを積分器13に出力する。
H(s)は制御関数。H(s)のsはラプラス演算子。ωslのslはセンサレス制御を表す添字。通常は高周波ノイズによる過敏な応答をさける制御器及びゲインとなっている。従って、高周波の制御偏差には追従できないことになる。
図4は本発明の第2の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図であり、図1と同種の部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
構成例1は、三相電流Iu,Iv,Iwの少なくとも一つの電流の大きさに基づいて、初期速度推定値ωsl0を演算する方式である。但し、ここでは、三相電流Iu,Iv,Iwの平均の大きさに基づく場合を例に挙げて述べる。図5はインバータ停止時における三相電流、誘起電圧、直流電圧と速度の関係を示す図であり、縦軸に電圧を示し、横軸に速度ωを示している。図示するように、誘起電圧Edが直流電圧Vdcを超えるA点を境にして、三相電流と速度ωの相関が発生する。従って、三相電流Iu,Iv,Iwの大きさ(振幅)に基づいて、初期速度推定値ωsl0を演算することができる。
構成例2は、インバータ停止中の三相電流の周波数fを求め、その周波数fに基づいて初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。図7は初期回転速度推定演算部20の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部20は、零クロス検出器26、積分器27、ピークホールダー28及び割り算器29から構成されている。
構成例3は、インバータ停止中に流れるインバータの電流ベクトルの位相変化(回転角度変化)に基づいて初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。図8は初期回転速度推定演算部20の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部20は、電流座標変換部30、逆正接器31、遅延器32、加減算器33及び乗算器34から構成されている。
構成例4は、インバータ停止中に流れる直流入力電流Idcに基づいて、初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。図9にインバータ停止時における直流入力電流Idc、誘起電圧Ed、直流電圧Vdcと永久磁石モータの速度ωとの関係を示す。この関係を図10に示すように、ルックアップテーブル25等の特性テーブルとして用意する。ここで、初期回転速度推定演算部20は、ルックアップテーブル25等の特性テーブルから構成される。
構成例5は、インバータ停止中に流れる直流電流のリプル成分の周波数(リップル周波数)に基づいて、初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。このリプルは三相機の場合回転電気周波数の6倍の成分となる。図11は初期回転速度推定演算部20の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部20は、ハイパスフィルタ(HPF)35、零クロス検出器26、積分器27、ピークホールダー28及び割り算器29から構成されている。
構成例6は、構成例5の直流電流に代えて、インバータ2に印加される直流電圧Vdcのリップル周波数に基づいて、構成例5と同様の作用により、初期速度推定値ωsl0を得る方式である。
構成例7は、構成例1及び構成例4のルックアップテーブル25を直流入力電圧Vdcの大きさに応じて準備することにより、より高精度に、初期速度推定値ωsl0を得る方式である。
構成例8は、予め設定した初期速度を初期速度推定値ωsl0として推定する方式である。図14(a)に一般的な電流制御器の一巡伝達特性ボード線図を示す。電流制御器は、直流成分に対してはハイゲインとなり良好な特性をもつが、高周波になるにつれてその特性が低下する。従って、高周波に対して制御器が追従しないためセンサレス制御を起動できないことになる。
図16は本発明の第3の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
本実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、前述した起動モード2の処理(起動タイミング又はゲインの制御)に代えて、回転子の回転速度の初期値(初期速度推定値)を推定演算するものである。具体的には、インバータ2とバッテリー3の間の直流電圧Vdcを可変とするための直流電圧可変回路40と、インバータ起動判定部14からの直流電圧指令に応じて直流電圧可変回路40を制御するための直流電圧制御部41とがマイコン内に実装されている。
φは誘起電圧定数。
図18は本発明の第4の実施形態に係るインバータ起動判定部の構成を示す模式図である。
本実施形態は、第1の実施形態の具体例であり、図2の起動モード2(ST4)において、インバータ起動判定部14が起動タイミングを制御するものである。
図19は本発明の第5の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
本実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、前述した起動モード2の処理(起動タイミング又はゲインの制御)に代えて、回転子の位置の初期値(初期位置推定値)を推定演算するものである。具体的には、インバータ起動判定部14に初期回転位置推定演算部60が実装されている。
図21は本発明の第6の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
本実施形態は、第2及び第5の実施形態を互いに組み合わせた例である。ここで、第2の実施形態は、構成例1〜8のいずれでもよい。第5の実施形態は、第4の実施形態と組み合わせた変形例でもよい。
Claims (16)
- 回転子を有する永久磁石モータを制御するインバータと、電流指令と前記永久磁石モータの電流との間の電流偏差にゲインを乗じることにより、前記インバータを制御するための電圧指令を算出する電流制御器とを備えたモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記低速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミング及び前記電流制御器のゲインの両者を制御せずに前記インバータを再起動する第1の再起動手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミングを制御又は前記電流制御器のゲインを増加することにより、前記インバータを再起動する第2の再起動手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記高速回転中と低速回転中との境界は、前記永久磁石モータの誘起電圧と前記インバータの直流入力電圧とが等しくなる回転速度であることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記回転速度判定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相電流のうちの少なくとも1つの相の電流が流れない場合又は前記直流入力電流が流れない場合に「低速回転中」と判定し、前記多相電流及び前記直流入力電流が流れた場合に「高速回転中」と判定することを特徴とするモータ制御装置。 - 回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第2の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、
前記第2の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも1つの相の交流電流に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、 前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の少なくとも一つの電流の大きさに基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる電流に対応する電流ベクトルの回転角度変化に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに供給される直流入力電流に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに供給される直流入力電流のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに印加される直流入力電圧のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項5又は請求項8に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、当該電流の大きさと前記インバータの直流入力電圧の大きさとに基づいて、前記初期回転速度を推定することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
予め設定した初期速度を前記回転子の速度として推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第2の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、
前記第2の再起動手段により再起動する場合、前記インバータの停止中に流れる多相交流電流又は直流入力電流を実質的にゼロにするように、前記直流入力電圧を制御する直流電圧制御手段と、
前記ゼロに制御したときの直流入力電圧に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、 前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで前記インバータを再起動する第2の再起動手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第2の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、
前記第2の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、 前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項4乃至請求項13のいずれか1項に記載のモータ制御装置において、
前記第2の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで、前記再起動を実行する手段と、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、
前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
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