JP2007521787A - 永久磁石モータ駆動のための効率最適化制御 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】ＰＭＳＭ駆動システムにおいて効率を改善するために推定ロータ角度を修正する方法およびシステムが提供されている。モジュールが、実行命令とトルク命令とモータの推定速度とを監視して、それに応じて、推定ロータ角度を修正するための出力補正角度を生成する。出力補正角度は、推定ロータ角度に加算されてよい。出力補正角度は、実行命令とトルク命令と速度との所定の条件に対してのみ生成されてよい。特に、出力補正角度は、（１）実行命令がアサートされた場合、（２）トルク命令が所定のレベルよりも大きい場合、かつ、（３）速度の変化が所定の範囲内である場合に生成されてよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動に関し、特に、効率を高めるためにロータ角度の推定を改善したモータ駆動に関する。

ほとんどの低価格のモータ駆動システムは、エンコーダ（センサ）を利用しない制御技術を用いている。ロータ角度は、例えば、モータの型やモータの逆起電力の検知に基づいて推定される。モータの効率とアンペア容量当たりのトルクは、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）を制御する際に不適切なロータ角度が用いられると、大幅に低下する場合がある。ロータ角度の推定誤差は、推定量（角度）パラメータの誤差や、モータの逆起電力の検知における誤差によって起こりうる。

図２は、定格の電流および速度で動作する表面実装型の永久磁石モータについて、モータ出力対ロータ角度誤差を示すグラフである。図２からわかるように、出力は、ロータ角度誤差が０の時に最大となる。

背景技術において周知の最適化方法が、Ｆ．Ａｂｒａｈａｍｓｅｎ ｅｔ ａｌ．の「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｕｍ−Ｓｉｚｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅｓ」、ＩＥＥＥ／ＩＡＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｒｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．３７、Ｎｏ．６（２００１年１１／１２月）に記載されており、参照によって本明細書に組み込まれる。関連する論文「Ｅｎｅｒｇｙ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅｓ」、Ｉｎｓｔ． Ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａａｌｂｏｒｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（２０００年２月）において、Ｆ．Ａｂｒａｈａｍｓｅｎは、パルス幅変調電圧型インバータによるモータ駆動を含めて、可変速度で誘導モータを駆動するためのいくつかの手段を提供しており、参照によって本明細書に組み込まれる。

三相モータの駆動のためのインバータは、当該分野で周知である。通例、ＤＣバスが、切り替えられた電力をＡＣモータの異なる相に供給する。この種類のモータ制御では、例えば、電流フィードバックに基づいて、モータの高性能制御のために、ロータ角度を正確に推定することが望ましい。

背景技術におけるロータ角度推定方法が、本願の発明者によって２００２年１１月１２日に出願されたＮｏ．１０／２９４，２０１および２００３年４月２５日に出願されたＮｏ．６０／４６５，８９０に記載されており、両方とも、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、効率最適化制御アルゴリズムと、そのアルゴリズムを用いた制御システムに関し、ベクトル制御永久磁石ＡＣモータの駆動に適用されることで、モータの効率を改善することができる。効率最適化アルゴリズムおよびシステムは、トルク命令が、定常状態の条件下で最小値に到達するまで、（本明細書に記載する制御アルゴリズムを用いて）推定ロータ角度を連続的に修正する。

本発明の一態様によると、ＰＭＳＭ駆動システムにおいて効率を改善するために推定ロータ角度を修正する方法およびシステムは、実行命令とトルク命令と推定速度とを監視する工程と、それに応じて、推定ロータ角度を修正するための出力補正角度を生成する工程と、を備えてよい。出力補正角度は、推定ロータ角度に加算されてよい。出力補正角度は、実行命令とトルク命令と速度との所定の条件に対してのみ生成されてよい。特に、出力補正角度は、（１）実行命令がアサートされた場合、（２）トルク命令が所定のレベルよりも大きい場合、かつ、（３）速度の変化が所定の範囲内である場合に生成されてよい。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行う本発明の実施形態の説明から明らかになる。

図１は、ベクトル制御システム１０の効率制御アルゴリズムモジュール２０の配置を示すブロック図である。

図３は、より詳細に、効率最適化制御モジュールを示す図である。効率最適化ＯＮ／ＯＦＦ制御２５は、駆動実行命令と、推定モータ速度と、トルク命令とを監視する。（１）実行命令がアサートされた場合、（２）速度の変化（速度導関数）が、特定の範囲内にとどまる場合、かつ、（３）モータ電流（トルク命令）が、特定のレベルよりも大きい場合に、スイッチＳＷ１が作動される。出力補正角度（Ｄ＿Ａｎｇ）は、上述の３つの条件のいずれか１つでも満たされない場合には、放電されて（１０秒）、０になる。

トルク差分ブロック３０は、平均（１０ｒａｄ／ｓｅｃでフィルタリングされた）命令トルクにおける（現在および過去のサンプルとの間の）差分を算出する。検索制御ブロック３５は、Ｄ＿Ｔｒｑの符号に基づいてＳＷ２の状態を決定する。トルクの差分（Ｄ＿Ｔｒｑ）が、０以上である場合には、スイッチＳＷ２は、状態を切り替え、そうでない場合には、ＳＷ２は、以前の状態を維持する（すなわち、何もしない）。ゲインＫ１が、制御部の応答を調節するために用いられ、定数Ａが、最小トルクレベルを検索するための励磁試験信号を供給する。

出力対角度誤差の特性（図２）をオフラインで予測することができる。次いで、出力（トルク）対ロータ角度誤差に基づいて、Ｋ１およびＡを定式化することができる。

図４は、効率制御アルゴリズムのシミュレーション実行を示す図である。このシミュレーション実行では、コンプレッサの負荷を駆動する表面実装型の永久磁石モータを用いた。０．５ｒａｄの初期ロータ角度誤差を用いた。効率最適化制御を（時間＝１．８秒において）実行すると、角度誤差が補正され、アンペア当たりの駆動トルクが改善された（図４においてＴｅ^＊が低減された）。モータ電流の大きさは命令トルクレベルに比例するため、モータ電流も低減された。

定義：
Ｄ＿Ｔｒｑ−フィルタリングされた命令トルクの（現在および過去のサンプル間）の差分
Ｄ＿Ａｎｇ−効率最適化制御部の角度出力（Ｒａｄ．）
Ｔｅ^＊−トルク命令（Ｎ−Ｍ）
Ｔｅ−モータトルク（Ｎ−Ｍ）
負荷−コンプレッサ負荷
Ａｎｇ＿Ｅｒｒｏｒ−推定角度と実際のロータ角度との間の角度の差分（Ｒａｄ．）

本発明は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、多くの他の変更例および変形例、他の用途が存在することは、当業者にとって明らかなことである。したがって、本発明は、本明細書の具体的な開示によって限定されない。

本発明を用いたベクトル制御モータ駆動システムのブロック図。 ＰＭＳＭについて、モータ出力対ロータ角度誤差を示すグラフ。 効率最適化制御部の詳細なブロック図。 効率制御アルゴリズムのシミュレーション実行を示す一連のグラフ。

Claims (8)

1. ＰＭＳＭ駆動システムにおいて効率を改善するために推定ロータ角度を修正する方法であって、
   実行命令とトルク命令と推定速度とを監視する工程と、
   それに応じて、前記推定ロータ角度を修正するための出力補正角度を生成する工程と、を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記出力補正角度は、前記推定ロータ角度に加算される、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記出力補正角度は、前記実行命令と前記トルク命令と前記速度とに関する所定の条件下でのみ生成される、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記出力補正角度は、（１）前記実行命令がアサートされた場合、（２）前記トルク命令が所定のレベルよりも大きい場合、かつ、（３）前記速度の変化が所定の範囲内である場合に生成される、方法。
5. ＰＭＳＭ駆動システムにおいて効率を改善するために推定ロータ角度が修正されるモータ駆動システムであって、
   モータのロータ角度を推定するモジュールと、
   実行命令とトルク命令と前記モータの推定速度とを監視して、それに応じて、前記推定ロータ角度を修正するための出力補正角度を生成するモジュールと、を備える、システム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記出力補正角度は、前記推定ロータ角度に加算される、システム。
7. 請求項５に記載のシステムであって、前記出力補正角度は、前記実行命令と前記トルク命令と前記速度とに関する所定の条件下でのみ生成される、システム。
8. 請求項７に記載のシステムであって、前記出力補正角度は、（１）前記実行命令がアサートされた場合、（２）前記トルク命令が所定のレベルよりも大きい場合、かつ、（３）前記速度の変化が所定の範囲内である場合に生成される、システム。

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