JP2009207323A - モータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 周波数の異なる複数のキャリア信号に基づくPWM制御を行うモータの制御装置において、キャリア信号ごとに予め定められるタイミング遅延量にモータの回転速度を用いて角度補償信号を決める。角度補償信号によって補償したモータの回転角度を用いて比例積分制御を行うことにより、偏差の積分値の値を小さく保ち、キャリア信号の切り換えによって生じるトルクの変動を抑制する。角度補償信号は、好ましくは二つ計算され、2相/3相変換部および3相/2相変換部に対して異なる値が用いられる。さらに好ましくは、非干渉補償が実行される。
【選択図】 図1
Description
キャリア切換判定部32は、キャリア信号を異なる周波数のものと切り換えるための判定を行う。本発明においてキャリア周波数は、低速回転時にはスイッチング損失を低減すること、および、パワー素子の過熱を抑制することを目的として、また、高速回転時には、駆動電流を十分に滑らかな正弦波とすることを目的として、低速回転時には低い周波数、高速回転時には高い周波数とされる。キャリア信号の切り換えの段数に特段の制限はないが、一例として、低速用、中速用、高速用という3段階にすることができる。この場合の周波数の具体例を挙げるなら、例えば低速用は4kHz、中速用は7kHz、高速用は12kHzとすることができる。
2相/3相角度補償部34は、PWM出力タイミングと角度検出タイミングの時間差T23(第1のタイミング遅延量)に速度ωを乗じた値を計算し、2相/3相変換角度補償信号Δθ23を生成する。これは、2相/3相変換部22の出力となる、3相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*(PWM出力タイミングを定める電圧パルス)と、角度θの検出タイミングのずれにより、2相/3相変換の入力となる電圧指令信号Vd*および電圧指令信号Vq*が正しい値からずれるのを防ぐためである。このずれは、主に、角度検出してから電力変換までの遅延に基づくものであるため、このタイミングの遅延を適切に補償する。さらに、この遅延量である時間差T23はキャリア周波数により変化するため、キャリア周波数切換時にはT23も切り換えている。キャリア信号が切り換えられない場合には、時間差T23は一定に保たれる。2相/3相角度補償部34には、用いるキャリア周波数に対して与える時間差T23のテーブルが備えられている。2相/3相角度補償部34が出力する2相/3相変換角度補償信号Δθ23は、角度測定信号θに加算されて、2相/3相変換用補償済角度θ23として2相/3相変換部22に与えられる。
2相/3相変換部22は、2相/3相角度補償部34から受け付ける2相/3相変換用補償済角度θ23によって、電流PI制御部20から受け付ける電圧指令Vd*および電圧指令Vq*を座標変換し、3相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を計算する。この際、角度検出器12からの角度測定信号θをそのまま利用する代りに、2相/3相変換用補償済角度θ23を利用する。これ以外の2相/3相変換部22の動作は図4の従来のものと同様である。
3相/2相角度補償部36は、電流検出タイミングと角度検出タイミングの時間差T32(第2のタイミング遅延量)に速度ωを乗じた値、すなわち、3相/2相変換角度補償信号Δθ32を計算する。これは、3相/2相変換部への入力となる3相電流測定信号Iu、Iv、Iwの電流検出タイミングと、角度θの検出タイミングとの間のずれにより、3相/2相変換の出力である2相電流測定信号IdおよびIqが正しい値からずれるのを防ぐためである。このずれは、主に、角度検出してから電流測定のタイミングまでの遅延に基づくものである。ここで、この時間差T32はキャリア周波数により変化する。したがって、キャリア切換時には時間差T32も切り換える。キャリア信号が切り換えられない場合には、時間差T32は一定に保たれる。3相/2相角度補償部36には、用いるキャリア周波数に対して与える時間差T32のテーブルが備えられている。3相/2相角度補償部36が出力する3相/2相変換角度補償信号Δθ32は、角度測定信号θに加算されて、3相/2相変換用補償済角度θ32として3相/2相変換部18に与えられる。
3相/2相変換部18は、3相/2相角度補償部36から受け付ける3相/2相変換用補償済角度θ32によって、検出した3相電流Iu、Iv、Iwを座標変換し、2相電流測定信号IdおよびIqを計算する。つまり、図4の従来のものとは異なり、モータ角度測定信号θをそのまま利用する代りに、3相/2相変換用補償済角度θ32を利用する。
電流指令部16は、従来のものと同様である。すなわち、トルク指令などの指令信号と回転速度ωから2相電流指令信号Id*およびIq*を準備する。電流指令部16の出力であるd軸電流指令信号Id*およびq軸電流指令信号Iq*は、電流PI制御部20に加えて、非干渉補償部38にも入力される。
電流PI制御部20についても、従来のものと同様である。つまり、電流PI制御部20は、d軸およびq軸の2相電流指令信号Id*およびIq*と、電流測定信号IdおよびIqに基づいて、d軸およびq軸に対する電圧指令信号すなわち電圧指令信号Vd*およびVq*を生成する。
本実施の形態の非干渉補償部38は、d軸電流指令Id*、およびq軸電流指令Iq*と電気角速度ωe=Pn×ωから、以下の成分(非干渉補償電圧信号)を電流PI制御部20をバイパスするようにフィードフォワードして非干渉成分を補償する。ここで、Pnはモータの極対の数である。
Vdff=Ra×Id*−ω×Lq×Iq*
Vqff=Ra×Iq*+ω×Ld×Id*+ωe×φa
ここで、Ra、Ld、Lq、φaは以下に相当するパラメータ、
Ra:モータの電機子巻線1相あたりの抵抗、
Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、および、
Φa:モータの永久磁石による電機子鎖交磁束。
ここでは、積分値を可能な限り小さくする観点から、抵抗Raがあるものとした場合の式を明示しているが、この抵抗成分の寄与は省略も可能である。
16 電流指令部
18 3相/2相変換部
20 電流PI(比例積分)制御部
22 2相/3相変換部
24、124 デューティー計算部
26 電力変換部
M モータ
Claims (6)
- モータの駆動電流をPWM制御するための制御装置であって、
外部から与えられる指令信号に応じてトルク成分と励磁成分とを有する2相電流指令信号を生成する電流指令部と、
モータを駆動する3相電流の測定信号から変換された2相電流測定信号と前記2相電流指令信号との間において、それぞれの信号のトルク成分同士および励磁成分同士の偏差に関して比例積分制御を行って、トルク成分および励磁成分を有する2相電圧指令信号を生成する電流比例積分制御部と、
モータの各時点における回転角度信号から計算される回転速度に応じて、互いに周波数の異なる複数のキャリア信号のいずれを用いるかを判定し、キャリア切換信号またはキャリア指定信号を生成するキャリア切換判定部と、
前記キャリア切換判定部からの前記キャリア切換信号または前記キャリア指定信号に応じて、キャリア信号ごとに予め定められる第1のタイミング遅延量に前記回転速度を乗じて第1の角度補償信号Δθ23を生成する第1の角度補償部と、
第1の角度補償部からの前記第1の角度補償信号Δθ23によってモータの前記回転角度信号を補償して得られる第1の補償済角度信号θ23を位相信号として用いて、前記電流比例積分制御部からの前記2相電圧指令信号を変換して、PWM出力タイミングを与える3相電圧指令信号を生成する2相/3相変換部と、
前記モータの前記回転角度信号を受信するための角度信号入力部を有し、該角度信号入力部へ入力される角度信号を位相信号として用いて、前記3相電流の測定信号を変換して前記2相電流測定信号のトルク成分および励磁成分を生成する3相/2相変換部と、
前記キャリア切換判定部からの前記キャリア切換信号または前記キャリア指定信号と前記3相電圧指令信号と互いに周波数の異なる複数のキャリア信号とを受信し、該3相電圧指令信号に応じたモータの駆動電流をPWM制御するためのデューティー制御信号を、前記キャリア切換信号または前記キャリア指定信号によって選択した一のキャリア信号が与えるタイミングによって生成するデューティー計算部と
を備えてなるモータ制御装置。 - 前記キャリア切換判定部が生成する前記キャリア切換信号または前記キャリア指定信号に応じて、キャリア信号ごとに予め定められる第2のタイミング遅延量に前記回転速度を乗じて第2の角度補償信号Δθ32を生成する第2の相角度補償部をさらに備え、
前記3相/2相変換部は、該第2の角度補償部からの前記第2の角度補償信号Δθ32によって前記モータの前記回転角度を補償して得られる第2の補償済角度信号を前記角度信号入力部により受信して、該第2の補償済角度信号を位相信号として前期3相電流の測定信号を変換して前記2相電流測定信号のトルク成分および励磁成分を生成するものである、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記2相電流指令信号のトルク成分とモータのインダクタンスのトルク成分と該回転速度とを乗じた第1の電圧補償信号と、該2相電流指令信号の励磁成分とモータのインダクタンスの励磁成分との積に電機子鎖交磁束値を加えた和の値に前記回転速度を乗じて第2の電圧補償信号とを生成する非干渉補償部をさらに備え、
前記2相/3相変換部は、少なくとも該第1の電圧補償信号と第2の電圧補償信号によって励磁成分とトルク成分とのそれぞれが補償された前記2相電圧指令信号に応じて前記3相電圧指令信号を生成するものであり、これにより、前記電流比例積分制御部をバイパスするフィードフォワード制御を行う請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - モータの駆動電流を検出する電流検出部からの信号と該モータの回転角度を検出する角度検出部からの信号と互いに周波数の異なる複数のキャリア信号とを受信し、該モータをPWM制御によって駆動するための電力を供給する電力変換部にデューティー制御信号を送信する演算装置と、該演算装置に接続され、プログラム保存領域と予め定められる値を保存するパラメータ保存領域とを有する記憶装置とを含むコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、
前記演算装置を、請求項1に記載の電流比例積分制御部、電流指令部、キャリア切換判定部、第1の角度補償部、2相/3相変換部、3相/2相変換部、および、デューティー計算部として動作させ、これにより前記コンピュータを請求項1に記載のモータ制御装置として動作させるためのコンピュータプログラム。 - 前記演算装置をさらに請求項2に記載の3相/2相変換部および第2の角度補償部として動作させ、これにより前記コンピュータを請求項2に記載のモータ制御装置として動作させるための請求項4に記載のコンピュータプログラム。
- 前記演算装置をさらに請求項3に記載の非干渉補償部として動作させ、これにより前記コンピュータを請求項3に記載のモータ制御装置として動作させるための請求項4に記載のコンピュータプログラム。
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