JP2008011616A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最大トルク制御を実現する際における電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸をqm軸とし、そのqm軸に直交する回転軸をdm軸とする。モータ制御装置は、回転子の回転速度に応じて、低速用センサレス制御と高速用センサレス制御を切替えて実行する。低速用センサレス制御では、モータの磁気突極性を利用し、高周波の回転電圧注入等によってd−q軸を推定する。高速用センサレス制御では、回転子の回転によって生じる誘起電圧等に基づいてdm−qm軸を推定する。高速用センサレス制御の実行時において、γ(dm)軸電流はδ(qm)軸電流に関係なくゼロに維持される。
【選択図】図15
Description
第1に、軸誤差Δθをゼロに維持するための(回転子位置を推定するための)パラメータの調整が必要である。
第2に、γ軸電流指令値iγ*の算出式(2)で用いられるパラメータの調整も必要である。
第3に、複雑な計算を要するγ軸電流指令値iγ*の算出を逐次行う必要がある。
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ駆動システムのブロック構成図である。1は、永久磁石を回転子(不図示)に、電機子巻線を固定子(不図示)に設けた三相永久磁石同期モータ1(以下、単に「モータ1」と記す)である。モータ1は、埋込磁石形同期モータに代表される突極機(突極性を有するモータ)である。
上述してきた推定器20による回転子位置の推定手法は一例であって、様々な推定手法を採用することが可能である。回転子位置の推定(即ち、推定回転子位置θeの算出)を行うに際して、モータ1のq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータを用いる推定手法であれば、何れの推定手法も採用可能である。
次に、本発明の主たる目的の1つを実現するための、制御方式の切替えに関する実施形態として第2実施形態を説明する。上述した第1実施形態、本実施形態及び後述する他の実施形態の説明において、特に記述しない限り、同一の符号を付したものは同一のものであると共に同一の記号(θやωなど)を付したものは同一のものである。このため、同一の符号または記号を付したものについての重複する説明を省略する場合がある。
次に、上記の各式を利用した、具体的なモータ駆動システムの例を示す。図14は、図10のモータ制御装置3aの内部構成を詳細に表した、モータ駆動システムの構成ブロック図である。モータ制御装置3aは、電流検出器11、座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部44、速度制御部17、座標変換器18、減算器19、位置・速度推定器40(以下、単に「推定器40」という)、重畳電圧生成部41、加算器42及び43、を有して構成される。モータ制御装置3aを構成する各部位は、必要に応じてモータ制御装置3a内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。
図15における切替処理部203を、第1入力値と第2入力値とを切替える、単なるスイッチとして機能させることも可能である。切替処理部203をスイッチとして機能させる場合の実施形態を第3実施形態として説明する。第2実施形態にて説明した事項は、矛盾無き限り、全て本実施形態にも適用される。
また、モータ制御装置にて実行される制御及び推定処理を低速用制御及び低速用推定処理から高速用制御及び高速用推定処理に移行するべく、比例積分演算器204に与える値を第1軸誤差推定部201の出力値から第2軸誤差推定部202の出力値へと切替える際、以下のような処理(この処理を、以下、「切替スムージング処理α」という)を採用してもよい。その切替えのタイミングをT1と称する。例えば、速度情報によって表される回転速度が閾値速度VTHより小さい状態から閾値速度VTHより大きい状態に移行したタイミングがタイミングT1となる。
タイミングT1において、式(A1)のLmをLqに置換した式を用いて軸誤差を算出及び出力し、タイミングT2において、式(A1)そのものを用いて軸誤差を算出及び出力し、タイミングT1とT2の間において、式(A1)のLmを「LqとLmの間の値」に置換した式を用いて軸誤差を算出及び出力する。
また、滑らかな制御の切替えを実現するべく、図19の推定器40bを図21のように変形しても良い。図21は、この変形例に係る位置・速度推定器40c(以下、単に「推定器40c」と呼ぶ)の内部ブロック図である。推定器40cを、図14の推定器40として用いることができる。推定器40cを用いた処理を切替スムージング処理βと呼ぶ。
また、図18におけるiγ切替処理部223を、第1入力値と第2入力値とを切替える、単なるスイッチとして機能させることも可能である。iγ切替処理部223をスイッチとして機能させる場合の実施形態を第4実施形態として説明する。
第2(及び第3)実施形態では、図14の推定器40の第1構成例としての推定器40a(並びに40b及び40c)を説明した。第5実施形態では、図14の推定器40の第2構成例としての位置・速度推定器40d(以下、単に「推定器40d」と呼ぶ)を説明する。
更に、図14の推定器40の第3構成例としての位置・速度推定器40e(以下、単に「推定器40e」と呼ぶ)を、第6実施形態として説明する。
上述の第2〜第6実施形態に係るモータ制御装置では、低速回転時において、d−q軸に基づく制御を実行するようにしているが、d−q軸に基づく制御の代わりに速度指令に応じた軸に基づく制御を実行するようにしてもよい。低速回転時に、速度指令に応じた軸に基づく制御を実行する実施形態として第7実施形態を説明する。
(1)そして、電流ベクトルがq軸から遅れれば遅れるほど、正のd軸電流が増加する一方でq軸電流は低下するため、発生トルクは低下する。
(2)また、発生トルクが負荷トルクよりも大きい場合は、回転子の回転速度は増加して、q軸に対するδ軸の遅れは増加方向に向かうと共に発生トルクが低下する。
(3)逆に、発生トルクが負荷トルクよりも小さい場合は、回転子の回転速度は減少して、q軸に対するδ軸の遅れは減少方向に向かうと共に発生トルクが増加する。
このような動作によって、負荷トルクと発生トルクが釣り合うような位相差(q軸とδ軸との位相差)が生じた状態で、運転がなされる。
次に、図15等の第1軸誤差推定部201にて実施される軸誤差Δθの算出の手法について説明する。上述したように、高周波の重畳成分に基づく軸誤差Δθの推定手法(算出手法)については、古くから多数の手法が提案されており、どのような手法を用いてΔθを算出してもよい訳であるが、ここでは、本出願人が提案する一手法を例示する。
次に、図15等における第2軸誤差推定部202や図26における軸誤差推定部231にて実施される軸誤差Δθmの算出の手法について説明する。軸誤差Δθmの算出法として、様々な算出法を適用可能である。以下に、軸誤差Δθmの算出法として、第1、第2、第3、第4及び第5算出法を例示する。
まず、軸誤差Δθmの第1算出法について説明する。第1算出法では、モータ1に発生する誘起電圧Eexをqm軸上の誘起電圧ベクトルとdm軸上の誘起電圧ベクトルに分解して考える。そして、qm軸上の誘起電圧ベクトルである誘起電圧ベクトルEexm(≒Em;図12参照)用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
次に、軸誤差Δθmの第2算出法について説明する。第2算出法でも、上記の第1算出法と同様、誘起電圧ベクトルEexmを用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。但し、第2算出法では、誘起電圧ベクトルEexmのδ軸成分Eexmδを利用しない。具体的には、下記式(48)を用いて軸誤差Δθmを算出する。尚、式(48)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、sin-1(−Eexmγ/Eexm)≒(−Eexmγ/Eexm)の近似を用いている。
次に、軸誤差Δθmの第3算出法について説明する。第3算出法では、モータ1の電機子巻線を鎖交する鎖交磁束Φexを、qm軸上の鎖交磁束ベクトルとdm軸上の鎖交磁束ベクトルとに分解して考える。そして、dm軸上の鎖交磁束ベクトルである鎖交磁束ベクトルΦexm(≒Φm;図12参照)を用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
次に、軸誤差Δθmの第4算出法について説明する。第4算出法でも、上記の第3算出法と同様、鎖交磁束ベクトルΦexmを用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。但し、第4算出法では、鎖交磁束ベクトルΦexmのγ軸成分Φexmγを利用しない。具体的には、下記式(53)を用いて軸誤差Δθmを算出する。尚、式(53)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、sin-1(−Φexmδ/Φexm)≒(−Φexmδ/Φexm)の近似を用いている。
次に、軸誤差Δθmの第5算出法について説明する。第5算出法では、dm−qm軸上の電流(モータモデルの電流)とγ―δ軸上の電流との誤差電流を用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
各実施形態で説明した事項は、矛盾なき限り、他の実施形態にも適用可能である。また、上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
2 PWMインバータ
3、3a、3b モータ制御装置
16、44、47 磁束制御部
20、40、45 位置・速度推定器
ω* モータ速度指令値
ωe 推定モータ速度
θe 推定回転子位置
vγ* γ軸電圧指令値
vδ* δ軸電圧指令値
iγ* γ軸電流指令値
iδ* δ軸電流指令値
iγ γ軸電流
iδ δ軸電流
Claims (9)
- モータの回転子位置を推定する推定器と、推定された前記回転子位置に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記モータの回転子の回転に応じて回転する、互いに直交する2つの回転軸をx1軸及びy1軸とし、
前記x1軸と異なる回転軸をx2軸とし、前記x2軸に直交する回転軸をy2軸とした場合、
前記制御部は、前記モータに流れるモータ電流を前記x1軸に平行なx1軸成分と前記y1軸に平行なy1軸成分とに分解して、前記モータの制御を行う第1の制御と、前記モータ電流を前記x2軸に平行なx2軸成分と前記y2軸に平行なy2軸成分とに分解して、前記モータの制御を行う第2の制御と、を切替えて実行可能に形成されている
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記推定器は、前記制御部に前記第1の制御を実行させるための第1の推定処理と、前記制御部に前記第2の制御を実行させるための第2の推定処理と、を実行可能に形成され、前記回転子の回転速度を表す速度情報に応じて、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理と前記第2の推定処理とで切替える
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸とし、d軸から電気角で90度進んだ軸をq軸とし、最大トルク制御を実現する際における電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸またはその回転軸よりも位相が進んだ回転軸をqm軸とし、そのqm軸に直交する回転軸をdm軸とした場合、
前記x1軸及び前記y1軸は、それぞれ前記d軸及び前記q軸であるか、或いは、与えられた速度指令に基づく軸であり、
前記x2軸及び前記y2軸は、それぞれ前記dm軸及び前記qm軸である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記推定器は、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理と前記第2の推定処理とで切替える際、
前記速度情報に応じて、又は、切替え開始からの経過時間に応じて、双方の推定処理の推定結果を加味した推定処理を介しつつ実際に実行する推定処理を一方の推定処理から他方の推定処理へと移行する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記推定器は、
所定の固定軸を基準とした前記x1軸の位相を推定するための値を算出する第1推定処理部と、
前記モータのq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして所定の第1インダクタンスを用いて、前記固定軸を基準とした前記x2軸の位相を推定するための値を算出する第2推定処理部と、を備え、
前記第1推定処理部の算出値に基づいて推定される前記x1軸の位相は、前記第1の推定処理の実行時において推定されるべき前記回転子位置を表すとともに、前記第2推定処理部の算出値に基づいて推定される前記x2軸の位相は、前記第2の推定処理の実行時において推定されるべき前記回転子位置を表し、
前記第2推定処理部は、前記第1インダクタンスと異なる所定の第2インダクタンスを前記演算用パラメータとして用いることにより、前記x1軸の位相を推定するための値を算出可能であり、
前記推定器は、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理から前記第2の推定処理へと切替える際、一時的に前記第2推定処理部にて用いる前記演算用パラメータを前記第2インダクタンスとしてから前記第1インダクタンスに向かって変更して最終的に前記第1インダクタンスに収束させ、その変更の過程における前記第2推定処理部の算出値に基づいて切替えの際の前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記推定器は、
所定の固定軸を基準とした前記x1軸の位相を推定するための値を算出する第1推定処理部と、
前記固定軸を基準とした前記x2軸の位相を推定するための値を算出する第2推定処理部と、を備え、
前記第1推定処理部の算出値に基づいて推定される前記x1軸の位相は、前記第1の推定処理の実行時において推定されるべき前記回転子位置を表すとともに、前記第2推定処理部の算出値に基づいて推定される前記x2軸の位相は、前記第2の推定処理の実行時において推定されるべき前記回転子位置を表し、
前記第1推定処理部は、前記推定器が実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理から前記第2の推定処理へと切替える際、一時的に前記x2軸の位相を推定するための値を算出可能であり、
前記推定器は、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理から前記第2の推定処理へと切替える際、
その切替え前に、一時的に前記第1推定処理部の算出値を、前記x2軸の位相を推定するための、前記第2の推定処理部の算出値に向かわせて収束させ、
その収束後に、前記第1の推定処理から前記第2の推定処理への実際の切替えを実行する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸とし、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とした場合、
前記制御部は、実際に実行する制御を前記第1の制御と前記第2の制御とで切替える際、前記モータ電流のγ軸成分が追従すべきγ軸電流指令を、第1の制御用の電流指令と第2の制御用の電流指令とで切替える
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載のモータ制御装置。 - 前記制御部は、実際に実行する制御を前記第1の制御と前記第2の制御とで切替える際、一時的に前記第1及び前記第2の制御用の電流指令の双方に基づいて前記γ軸電流指令を算出する
ことを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。 - モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御することにより前記モータを制御する請求項1〜請求項8の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。
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