JP2013179753A - 電動モータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電動モータ10の制御装置は、電動モータ10の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段1と、電動モータの推定回転速度を算出する推定回転速度算出手段12と、目標回転速度と推定補正回転速度との回転速度差をなくすように電動モータ10の駆動指令信号を生成する駆動指令信号生成手段2〜8と、を備える。推定回転速度算出手段12は、電動モータ10の回転に関する誤差を算出する誤差算出手段14と、誤差を入力として推定回転速度を補正して推定補正回転速度を算出する推定補正回転速度算出手段16と、を有する。
【選択図】図1
Description
このようなコンプレッサのトルク変動は周期的であるため、その低減のため、外乱オブザーバや繰り返し制御などの手法が適用可能であるが、一般に振動周波数が高くなるにつれて振動の抑制は難しくなる。
ところが、この位置センサレスの制御は、速度推定特性の影響を受けるため、振動の抑制は困難となる。
この特許文献1に記載の電動モータの制御装置は、回転速度偏差を小さくするモータの第1指令電流を設定する第1指令電流設定部と、モータの負荷変動周波数に基づいてモータの第2指令電流を設定する第2指令電流設定部と、上記第1指令電流と第2指令電流とからモータの第3指令電流を設定する第3指令電流計算部と、少なくとも第3指令電流と実回転速度とからモータの駆動指令を生成するインバータ・スイッチング・パターン生成部を備えている。
このように目標回転速度と推定回転速度との速度差を入力としたピーク・フィルタを用いることでモータの振動周波数における周期的速度変動を抑制することが可能となり、回転速度の推定精度を向上させることができるようになった。
すなわち、上記特許文献1に記載の電動モータの制御装置にあっては、100Hz程度までの速度変動に対しては上記位置センサレス制御でも抑制効果があるものの、それ以上の振動周波数になると抑圧効果が小さくなってしまい、さらなる改善が必要であることが分かった。
電動モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
電動モータの推定回転速度を算出する推定回転速度算出手段と、
目標回転速度と推定補正回転速度との回転速度差をなくすように電動モータの駆動指令信号を生成する駆動指令信号生成手段と、
を備え、
推定回転速度算出手段が、
電動モータの回転に関する誤差を算出する誤差算出手段と、
誤差算出手段で算出した誤差を入力として推定回転速度を補正して推定補正回転速度を算出する推定補正回転速度算出手段と、
を有することを特徴とする。
請求項1に記載の電動モータの制御装置において、
回転に関する誤差が、角度誤差である、
ことを特徴とする。
請求項1又は請求項2に記載の電動モータの制御装置において、
推定補正回転速度算出手段に、第1ピーク・フィルタを用いた、
ことを特徴とする。
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の本発明による電動モータの制御装置は、
駆動指令信号生成手段が、目標回転速度設定手段と推定補正回転速度との回転差を入力とする第2ピーク・フィルタを有する、
ことを特徴とする。
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動モータの制御装置において、
前記目標回転速度設定手段と前記推定補正回転速度との回転速度差は、推定補正回転速度算出手段の出力に応じて決定された補正値を含む、
ことを特徴とする。
この実施例1の電動モータの制御装置は、車両用空調装置のコンプレッサを駆動する内部永久磁石同期モータ(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)の制御を位置センサレス制御で行う。
IPMSM10の出力軸は、空調装置用のベーン式コンプレッサCMPに接続され、これを駆動可能である。
実施例1の電動モータの制御装置は、さらに、3相/d,q変換部11と、回転速度推定部12と、積分器18と、を備えている。
なお、以下の説明で、信号の上側添え字の*は目標値であることを、また信号の下側添え字の_estは推定値であることを、それぞれ表す。
すなわち、車両の空調装置のエバポレータを通過した後の空気温度が所望の値となるように、検出した実際の空気温度と目標空気温度とを比較して、PI制御にて目標回転速度であるモータ指令回転速度ωm *を設定する。このモータ指令回転速度ωm *は、減算器2に入力する。
なお、目標回転速度設定部1は、本発明の目標回転速度設定手段に相当する。
伝達関数Kpkに上記回転速度差を掛けてフィルタ指令電流値を算出し、これをq軸電流指令値から減算するように、これを減算器6に入力する。
なお、ピーク・フィルタ3は、本発明の第2ピーク・フィルタに相当する。
このベクトル変換により、交流モータの瞬時制御および高精度の制御が可能となる。これらのd軸の指令電流id *およびq軸の指令電流iq *は、減算器6に入力する。
IPMSM10は、PWMインバータ9から供給された3相の電圧Vu、Vv、Vwに応じてその出力を発生し、負荷としてのコンプレッサCMPを回転駆動する。
位置センサレス制御にあっては、実際にはd-q軸は直接得られないため、本来のd-q軸に対して任意のγ-δ軸を設定し、この仮定した軸上で電流制御や速度制御を行う。
したがって、γ-δ軸とd-q軸との間には角度推定誤差θe_estが存在することとなるので、位置センサレス制御では、上記のように電圧や電流の情報を用いて角度推定誤差θe_estがすみやかにゼロに収束するような、上記磁束オブザーバ13〜速度演算部15で構成される推定アルゴリズムを構成する。
なお、角度誤差演算部14は、本発明の誤差算出手段に相当する。
なお、ピーク・フィルタ16は、本発明の第1ピーク・フィルタおよび推定補正回転速度算出手段に相当する。
ユーザーの希望による設定温度や車室の温度等から、IPMSM10の目標回転速度ωm *が目標回転速度部1で設定される。減算器2では、目標観点速度ωm *から回転速度推定部12の減算器17で得られた推定回転速度ωa_estを減算して回転速度差、すなわち偏差を算出し、ピーク・フィルタ3および速度PI制御部4に入力する。
一方、ピーク・フィルタ3では、速度偏差値の周期的変動分を小さくするためのq軸電流指令値の補正料を算出し、これを減算器6に入力する。
d/q/3相変換部8では、電流PI制御/非干渉制御部7から入力されたd軸、q軸指令電圧Vd *、Vq *を2相−3相変換して指令電圧値vu *、vv *、vw *に変換して、PWMインバータ9に入力する。
IPMSM10は、電圧Vu、Vv、Vwにより目標回転速度で回転して、コンプレッサCMPを駆動する。
この回転に関する誤差として、本実施例では角度誤差を用いる。
そして、角度誤差演算部14では、磁束オブザーバ13から入力されたモータ電流磁束推定誤差Δλγ、Δλδを基に、角度推定誤差演算を行って角度推定誤差θe_estを算出し、これを速度演算部15およびピーク・フィルタ16へ入力する。
一方、速度演算部15に並行に挿入されたピーク・フィルタ16は、角度誤差演算部14から入力された角度推定誤差θe_estを基に、振動周波数に合わせてゲインを調整した抑制信号を生成し、減算器17に入力する。
積分器18は回転位置推定部として機能し、モータ推定補正回転速度ωa_estを積分することで、推定角度θ_estを得、3相/d,q変換部11およびd,q/3相変換部8へ入力される。
まず、ピーク・フィルタ3もピーク・フィルタ16も有しない図1と同様のものにあっては、図2(a)に示すように横軸に時間[秒]、縦軸に回転速度[rpm]をそれぞれとると、真値(実線で示す)は目標値(一点鎖線で示す)に対し大きく離れてしまい、その振幅は130rpmとなってしまう。
一方、ピーク・フィルタ3のみを有しピーク・フィルタ16を有しない図1と同様のものにあっては、図2(b)に示すように、推定値が目標値に一致するものの、真値(振幅85rpm)は目標値からかなり大きくずれ、その振幅は85rpmになる。したがって、真値の精度が低く真値の変動を抑制することはまだ改善の余地があり、その対策には、ピーク・フィルタ3だけでなく、真値の精度を向上させることができる他の補正手段が必要である。
同図(a)、(b)から分かるように、回転同期振動を抑制したい周波数帯(100Hzより高い周波数帯)では、ゲインが低くなっているため、正しい推定が行えないことが分かる。
なお、同図(c)に示すように、300Hzでの振動では、真値(実線で示す)と推定値(破線で示す)との振幅差も大きい。
これらの図から分かるように、振動周波数150Hzにおいて、ゲインがほぼ0dB、位相はほぼ-360degになった。これは、この周波数は正確に推定できることを表している。
その結果、高い周波数帯での振動や騒音の発生を低減することができる。
実施例2の電動モータの制御装置では、実施例1のピーク・フィルタ3を有せず、位相進み補償機22が追加され、これに伴い減算器16が変更されている点が実施例1と異なる。
よって、ピーク・フィルタ16の信号から位相と振幅を調整することによって、実施例1のピーク・フィルタ3で算出していた信号に相当する信号を生成することが可能である。この生成手段は、位相進み補償器でなくてもよく、例えば、位相遅れ補償器や、入力信号を記憶して所定時間経過後、所定ゲインを掛けて出力する演算手段であってもよい。
その他の構成は実施例1と同様である。
これから分かるように、実施例2の電動モータの制御装置にあっては、真値(実線で示す)が推定値(波線で示す)に近づき、その振幅は14.95rpmと小さくなる。なお、目標値は一点鎖線で示す。
したがって、実施例2の電動モータの制御装置にあっても、周期的速度変動の影響を抑制して、騒音や振動を低減することができる。
1 目標回転速度設定部(目標回転速度設定手段)
2、6、17、19 減算器
3 ピーク・フィルタ(第2ピーク・フィルタ)
4 速度PI制御部(駆動指令信号生成手段)
5 電流ベクトル制御部(駆動指令信号生成手段)
7 電流PI制御/非干渉制御部(駆動指令信号生成手段)
8 d,q/3相変換部(駆動指令信号生成手段)
9 PWMインバータ
10 IPMSM
11 3相/d,q変換部
12 回転速度推定部
13 磁束オブザーバ
14 角度誤差演算部(誤差算出手段)
15 速度演算部
16 ピーク・フィルタ(推定補正回転速度算出手段、第1ピーク・フィルタ)
18 積分器
20 PI制御器
21 積分器
22 位相進み補償器
Claims (5)
- 電動モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
前記電動モータの推定回転速度を算出する推定回転速度算出手段と、
前記目標回転速度と前記推定補正回転速度との回転速度差をなくすように前記電動モータの駆動指令信号を生成する駆動指令信号生成手段と、
を備え、
前記推定回転速度算出手段が、
前記電動モータの回転に関する誤差を算出する誤差算出手段と、
該誤差算出手段で算出した前記誤差を入力として前記推定回転速度を補正して推定補正回転速度を算出する推定補正回転速度算出手段と、
を有することを特徴とする電動モータの制御装置。 - 請求項1に記載の電動モータの制御装置において、
前記回転に関する誤差は、角度誤差である、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の電動モータの制御装置において、
前記推定補正回転速度算出手段に、第1ピーク・フィルタを用いた、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の本発明による電動モータの制御装置は、
前記駆動指令信号生成手段は、前記目標回転速度設定手段と前記推定補正回転速度との回転差を入力とする第2ピーク・フィルタを有する、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動モータの制御装置において、
前記目標回転速度設定手段と前記推定補正回転速度との回転速度差は、前記推定補正回転速度算出手段の出力に応じて決定された補正値を含む、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。
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