JP2010130726A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流モータの電流フィードバック制御において、通常時には、同一の電流振幅に対して出力トルクが最大となるような電流位相の電流動作点611〜613の集合によって示される最大トルク制御ライン610と、トルク指令値に対応する等トルク線600との交点に対応させて、d軸,q軸の電流指令値が設定される。これに対して、モータ電流の乱れの発生が懸念される動作状態のときには、最大トルク制御ライン610上の各電流動作点から界磁角を大きくするように電流位相をずらした電流動作点621,622,623の集合として示される回避用制御ライン620と、トルク指令値に対応する等トルク線600との交点に対応させてd軸,q軸の電流指令値が設定される。
【選択図】図11
Description
(電動機制御の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。
電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラ
トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。
制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳細に説明する。
図3を参照して、概略的には、低回転数域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中回転数域A2では過変調PWM制御、高回転数域A3では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機M1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
図4は、本発明の実施の形態による交流電動機の制御装置による、基本的な制御構成である、正弦波PWM制御によるモータ制御構成を説明するブロック図である。図4を含めて、以下で説明されるブロック図に記載されたモータ制御のための各機能ブロックは、制御装置30による、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
トルク演算部420は、電力演算部410によって求められたモータ電力Pmtおよび回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θから算出される角速度ωを用いて、下記(2)式に従ってトルク推定値Tqを算出する。
PI演算部430へは、トルク指令値Trqcomに対するトルク偏差ΔTq(ΔTq=Trqcom−Tq)が入力される。PI演算部430は、トルク偏差ΔTqについて所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。具体的には、正トルク発生(Trqcom>0)時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生(Trqcom<0)時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。
(PWM制御における電流指令値の設定)
図4に示した正弦波PWM制御および図7に示した過変調PWM制御を含むPWM制御では、図8に示す処理手順に従って交流電動機制御が実行される。なお、以下に説明する各フローチャート中の各ステップでの制御処理についても、制御装置30による、所定プログラム(サブルーチン)の実行によるソフトウェア処理、および、専用の電子回路を構築したハードウェア処理のいずれかによって実現することができる。
制御装置30は、さらに、ステップS500では、ステップS400で演算した変調率に応じて、制御モードを決定する。具体的には、変調率≧0.78のときは、PWM制御から矩形波電圧制御への制御モード切換が指示される。また、変調率<0.78のときには、演算された変調率と、所定の判定値(たとえば、正弦波PWM制御を適用可能な変調率上限の理論値である0.61)との比較により、正弦波PWM制御および過変調PWM制御のいずれかが選択される。
Vq=R・Iq+L・(dIq/dt)+ω・Ld・Id+ω・Ψ ・・・(5)
図11から理解されるように、同一トルクに対する、最大トルク制御ライン610から
回避用制御ライン620への移動は、q軸電流の絶対値を減少させる一方で、d軸電流の絶対値を増大させる。
図12に示したように、回避用制御ライン620に従う電流指令値Idcom,Iqcomは、事前に作成したマップの参照によって生成することが可能である。しかしながら、最大トルク制御ライン610については一意に求められる一方で、回避用制御ライン620の設定は、変調率の低下と電流制御の安定性との兼ね合いを考慮した調整が必要となってくる。このため、回避用制御ライン620について、電流指令値Idcom,Iqcomの両方をマップ化すると、調整負荷が大きくなることが懸念される。
実施の形態1では、電流の乱れが発生しやすいような交流電動機M1の動作状態において、最大トルク制御ラインから回避用制御ラインへの切換を予防的に行なう制御構成について説明した。以下では、実際の制御状態に応じて、最大トルク制御ラインから回避用制御ラインへの切換を最小限に抑えるように考慮した制御構成について説明する。
図15は、本発明の実施の形態3による交流電動機制御での電流指令値の設定手順を説明するフローチャートである。実施の形態3による交流電動機制御においても、実施の形態1と共通である部分については、説明は繰り返さない。
Claims (8)
- インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部を備え、
前記パルス幅変調制御部は、
正弦波パルス幅変調方式に従って、前記電流検出器により検出されたモータ電流と、前記トルク指令値に対応する電流指令との偏差に応じて、前記制御指令を発生する正弦波変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、前記モータ電流および前記電流指令の電流偏差に応じて前記制御指令を発生する過変調制御部とを含み、
前記過変調制御部は、
前記トルク指令値に対応させて前記電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令と前記モータ電流との偏差に応じて、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令と搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する変調部と含み、
前記電流指令生成部は、同一電流振幅に対して前記交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第1の制御ラインと、前記第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、前記交流電動機の動作領域に応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成する、交流電動機の制御装置。 - 前記電流指令生成部は、前記交流電動機の電圧、トルクおよび回転数によって規定される動作領域のうちの、各電圧に応じた高出力の所定領域内で前記交流電動機が動作しているときには前記第2の制御ラインを選択する一方で、前記所定領域の外部で前記交流電動機が動作しているときには前記第1の制御ラインを選択する、請求項1記載の交流電動機の制御装置。
- 前記電流指令生成部は、前記交流電動機の温度が判定温度より高いときには前記第2の制御ラインを選択する一方で、前記交流電動機の温度が前記判定温度以下のときには前記前記第1の制御ラインを選択する、請求項2記載の交流電動機の制御装置。
- インバータによって印加電圧が制御される交流電動機の制御装置であって、
前記インバータおよび前記交流電動機の間を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるための交流電圧指令と搬送波との比較に基づくパルス幅変調制御によって、前記インバータの制御指令を発生するパルス幅変調制御部を備え、
前記パルス幅変調制御部は、
正弦波パルス幅変調方式に従って、前記電流検出器により検出されたモータ電流と、前記トルク指令値に対応する電流指令との偏差に応じて、前記制御指令を発生する正弦波変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅が大きい印加電圧を出力するための過変調パルス幅変調方式に従って、前記モータ電流および前記電流指令の電流偏差に応じて前記制御指令を発生する過変調制御部とを含み、
前記過変調制御部は、
前記トルク指令値に対応させて前記電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令と前記モータ電流との偏差に応じて、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令と搬送波との比較に基づいて、前記制御指令を発生する変調部と含み、
前記電流指令生成部は、同一電流振幅に対して前記交流電動機のトルクが最大となる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第1の制御ラインと、前記第1の制御ラインと比較して同一トルクに対する電流振幅が大きくなる電流位相に従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を設定するための第2の制御ラインとの一方を、前記電流偏差の大きさに応じて選択するとともに、選択した制御ラインに従って前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成する、交流電動機の制御装置。 - 前記電流指令生成部は、前記電流偏差が判定値より大きいときには前記第2の制御ラインを選択する一方で、前記電流偏差が前記判定値以下のときには前記前記第1制御ラインを選択する、請求項4記載の交流電動機の制御装置。
- 前記電流指令生成部は、前記電流偏差が判定値より大きいときに、前記トルク指令値よりも低い目標トルクに対応させて前記正弦波パルス幅変調方式が適用されるように前記電流指令を設定する退避処理を実行するとともに、当該退避処理の実行後において、前記目標トルクから本来の前記トルク指令値までトルクを徐々に増加させるように前記第2の制御ラインに従って前記電流指令を生成する復帰処理を実行する、請求項4記載の交流電動機の制御装置。
- 前記電流指令は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流指令生成部は、前記第1の制御ラインに従って前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップと、前記第2の制御ラインに従って、前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第2のマップとを選択的に参照することによって、前記トルク指令値に対応する前記電流指令を生成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の交流電動機の制御装置。 - 前記電流指令は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流指令生成部は、前記第1の制御ラインの選択時には、前記第1の制御ラインに従って前記トルク指令値ならびに前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組を予め対応付けた第1のマップの参照によって前記電流指令を生成する一方で、前記第2の制御ラインの選択時には、前記第1のマップの参照によって得られた前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の一方に調整係数を乗算することによって一方の電流指令値を生成するとともに、当該一方の電流指令値および前記トルク指令値に基づいて、当該トルク指令値を実現するための前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値の組合わせに従って他方の電流指令値を生成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の交流電動機の制御装置。
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