JP2013192431A - 交流電動機の制御装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ベクトル制御される交流電動機において、リラクタンストルクを有効に活用することで交流電動機の高効率と高応答性を実現することを目的とする。
【解決手段】本発明による交流電動機の制御装置及び方法は、交流電動機(8)の回転数毎に上位トルク指令値に基づく電流指令値(iq*,id*)のデータをテーブル(10)に非線形テーブルデータとして求めておき、前記電流指令発生器(2)が前記テーブル(10)のうちのトルク−電流特性テーブルを参照して前記電流指令値(iq*,id*)を出力し、前記電流指令値(iq*,id*)と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル(10)のうちの電流制御ゲイン−電流特性テーブルを参照して可変させる構成と方法である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明による交流電動機の制御装置及び方法は、交流電動機(8)の回転数毎に上位トルク指令値に基づく電流指令値(iq*,id*)のデータをテーブル(10)に非線形テーブルデータとして求めておき、前記電流指令発生器(2)が前記テーブル(10)のうちのトルク−電流特性テーブルを参照して前記電流指令値(iq*,id*)を出力し、前記電流指令値(iq*,id*)と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル(10)のうちの電流制御ゲイン−電流特性テーブルを参照して可変させる構成と方法である。
【選択図】図１
Description
本発明は、交流電動機の制御装置及び方法に関し、特に、ベクトル制御される交流電動機において、リラクタンストルクを有効に活用することで交流電動機の高効率と高応答性を実現するための新規な改良に関する。
従来、用いられていたこの種のモータの制御装置としては、例えば、図６及び図７で示される特許文献１及び２の構成を挙げることができる。
図６において、速度指令値ω＊に従って三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗにより、モータ１１５のモータ速度である実回転数ωと速度指令値ω＊が一致するように制御するシステムである。サーボモータ制御システム１００は、減算器１０１，１０４，１０６，１０８，１１０、ＰＩ制御器１０２，１０５，１０９、電流指令演算部１０３、非干渉制御器１０７、ｄｑ／３φ変換器１１７、電力変換器１１１、カウンタ１１２、３φ／ｄｑ変換器１１３、電流検出器１１４、サーボモータ１１５、及び速度検出器１１６を備えている。
さらに、前記モータ１１５に接続された電圧変換器３の出力は、実電圧Ｖとして電流指令演算部２にフィードバックされている。
図６において、速度指令値ω＊に従って三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗにより、モータ１１５のモータ速度である実回転数ωと速度指令値ω＊が一致するように制御するシステムである。サーボモータ制御システム１００は、減算器１０１，１０４，１０６，１０８，１１０、ＰＩ制御器１０２，１０５，１０９、電流指令演算部１０３、非干渉制御器１０７、ｄｑ／３φ変換器１１７、電力変換器１１１、カウンタ１１２、３φ／ｄｑ変換器１１３、電流検出器１１４、サーボモータ１１５、及び速度検出器１１６を備えている。
さらに、前記モータ１１５に接続された電圧変換器３の出力は、実電圧Ｖとして電流指令演算部２にフィードバックされている。
以下、サーボモータ制御システム１００の動作について説明する。
減算器１０１は、速度指令値ω＊と、サーボモータ１１５乃速度を検出する速度検出器１１６からの実回転数ωとの偏差を出力し、ＰＩ制御器１０２は、当該偏差を入力してＰＩ演算を施し、トルク指令値τ＊を出力する。電流指令演算部１０３は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、及び、３φ／ｄｑ変換器１１３からのトルク分電流フィードバックＩｑを入力し、電流指令演算を施し、トルク分電流指令値Ｉｑ＊及び励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。
減算器１０１は、速度指令値ω＊と、サーボモータ１１５乃速度を検出する速度検出器１１６からの実回転数ωとの偏差を出力し、ＰＩ制御器１０２は、当該偏差を入力してＰＩ演算を施し、トルク指令値τ＊を出力する。電流指令演算部１０３は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、及び、３φ／ｄｑ変換器１１３からのトルク分電流フィードバックＩｑを入力し、電流指令演算を施し、トルク分電流指令値Ｉｑ＊及び励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。
ｄｑ／３φ変換器１１７は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及び、カウンタからの角度θを入力し、ｄｑ／３φ変換を行い、三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を出力する。ここで、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、減算器１０４及びＰＩ制御器１０５を介した信号と非干渉制御器１０７からのフィードフォワード補償電圧Ｖｑｙとの偏差である。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、減算器１０８及びＰＩ制御器１０９を介した信号と非干渉制御器１０７からのフィードフォワード補償電圧Ｖｄｙとの偏差である。また、角度θは、実回転数ωを入力したカウンタ１１２からの出力信号である。
電力変換器１１１は、三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を入力し、電力変換を行い増幅し、サーボモータ１１５に三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを供給する。電流検出器１１４は、サーボモータ１１５に供給される三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗにおける三相交流電流値ｉｕ，ｉｖを検出する。３φ／ｄｑ変換器１１３は、三相交流電流値ｉｕ，ｉｖを入力し、３φ／ｄｑ変換を行い、励磁電流フィードバックＩｄを減算器１０８に出力し、トルク分電流フィードバックＩｑを減算器１０４及び電流指令演算部１０３に出力する。
前記モータ１１５に接続された電圧変換器３は、サーボモータ１１５に供給される三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを入力し、３φ／ｄｑ電圧変換を行い、励磁電圧フィードバック及びトルク分電圧フィードバックを生成し、実電圧Ｖ（励磁電圧フィードバック）を電流指令演算部２に出力する。電流指令演算部２は、トルク指令値τ＊、モータ速度である実回転数ω、及び実電圧Ｖを入力し、ｄ軸インダクタンスＸｄ及びｑ軸インダクタンスＸｑを用いて、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算することにより、モータ制御を実現する。以下に説明する第１の実施例では、ｄ軸インダクタンスＸｄ及びｑ軸インダクタンスＸｑとして、予め設定された固定の値を用いる。第２の実施例では、ｄ軸インダクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸インダクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定してテーブルに格納し、ｄ軸インダクタンスＸｄ及びｑ軸インダクタンスＸｑとして、前記テーブルの値を用いる。第３の実施例では、ｄ軸インダクタンスＸｄ及びｑ軸インダクタンスＸｑとして、第２の実施例と同様にテーブルの値を用い、さらに、スキャン遅れがないように励磁電流指令値Ｉｄ＊を演算する。すなわち、インダクタンスをｄｑ軸電流に対してテーブルを参照することで導出し、モータの制御を行なっている。
また、特許文献２に示される他の従来構成のモータの制御方法の場合、図７で示されるように、バッテリ駆動車両５０はバッテリ駆動車両用モータ制御装置１、増幅器７、バッテリ２１、モータ８を備えている。バッテリ駆動車両１は、電流指令生成器２、電流指令生成器２に備えられたテーブル１０、ｑ軸電流制御器３、ｄ軸電流制御器４、二相―三相変換器５、ＰＭＷ制御器６、電流検出器２２、位相演算器２４、及び三相―二相変換器９を備える。バッテリ駆動車両５０としてはフォークリフトが挙げられる。
電流指令生成器２は回転数入力Ｎ及びトルク指令Ｔ＊を取得し、テーブル１０を参照することでトルク電流指令Ｉｑ＊及び励磁電流指令Ｉｄ＊を生成し、ｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４に出力する機能を実現する。
ｑ軸電流制御器３は電流指令生成器２と接続している。ｑ軸電流制御器３は電流指令生成器２からトルク電流指令Ｉｑ＊を取得する機能を実現する。また、ｑ軸電流制御器３は、三相―二相変換器９よりフィードバックされたトルク電流値Ｉｑを取得する機能を実現する。更にｑ軸電流制御器３は取得したトルク電流指令Ｉｑ＊及びトルク電流Ｉｑとに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成し、二相―三相変換器５に出力する機能を実現する。
ｄ軸電流制御器４は電流指令生成器２と接続している。ｄ軸電流制御器４は電流指令生成器２から励磁電流指令Ｉｄ＊を取得する機能を実現する。また、ｄ軸電流制御器３は、三相―二相変換器９よりフィードバックされた励磁電流値Ｉｄを取得する機能を実現する。更にｄ軸電流制御器３は取得したトルク電流指令Ｉｄ＊及びトルク電流値Ｉｄとに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を生成し、二相―三相変換器５に出力する機能を実現する。
二相―三相変換器５はｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４と接続している。二相―三相変換器５は、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とを三相の指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換してＰＷＭ制御器６に出力する機能を実現する。
ＰＷＭ制御器６は二相―三相変換器５と接続している。ＰＷＭ制御器６は三相の指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて増幅器７を制御する。
増幅器７はバッテリ２１と接続している。増幅器７とバッテリ２１により電流が流され、モータ８のトルクを出力する機能を実現する。モータ８はバッテリ駆動車両の駆動輪を駆動させる機能を実現する。増幅器７は例えばインバータである。モータ８はエンコーダ２３を備えている。エンコーダ２３は位相演算器２４にモータの回転数Ｎを入力する機能を実現する。モータ８としては、ＩＭモータが挙げられる。
位相演算器２４はエンコーダ２３から取得した回転数Ｎと、電流指令生成器から取得したトルク電流指令Ｉｑ＊及び励磁電流指令Ｉｄ＊とから、位相θを生成する。位相演算器２４は更に位相θを二相―三相変換器５及び三相―二相変換器９に出力する機能を実現する。
三相―二相変換器９は、電流検出器２２により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖ、及びそれらから計算されるＩｗをトルク電流Ｉｑ及び励磁電流Ｉｄに変換し、それぞれｑ軸電流制御器３及びｄ軸電流制御器４へ出力する機能を実現する。
テーブル１０は電流指令生成器２に備えられた記憶装置(図示せず)中に予め格納されている。図８に示すように、テーブル１０は、回転数Ｎ、トルクＴ、及びトルク電流Ｉｑの対応関係を記述している。
すなわち、回転数、トルク電流及び励磁電流との対応関係が記述されたテーブルを有し、前記テーブルを参照してトルク電流指令及び励磁電流指令を出力するように制御されている。
すなわち、回転数、トルク電流及び励磁電流との対応関係が記述されたテーブルを有し、前記テーブルを参照してトルク電流指令及び励磁電流指令を出力するように制御されている。
従来のモータの制御装置は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の特に、特許文献２では、事前に得た電流とトルク、あるいは電流とインダクタンスの関係をテーブル化させることで高効率となる最適な指令値を得ようとしている。この方法は、インダクタンスが回転数、電流に基づいて変化することを考慮して最適な指令値を短時間に抽出するためのものである。しかし、制御パラメータ（比例定数、積分定数）の最適値決定にもインダクタンスは係数として関与しており、制御則のパラメータ調整も必要となる。すなわち、回転速度に応じて制御指令値を最適なものに可変しても制御パラメータも同時に変化してしまうため応答が遅くなったり、最悪の場合発振など不安定な状態を引き起こすことが問題となる。このような問題は、磁石による発生トルクが無く、インダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいて、より顕著となる。
すなわち、前述の特に、特許文献２では、事前に得た電流とトルク、あるいは電流とインダクタンスの関係をテーブル化させることで高効率となる最適な指令値を得ようとしている。この方法は、インダクタンスが回転数、電流に基づいて変化することを考慮して最適な指令値を短時間に抽出するためのものである。しかし、制御パラメータ（比例定数、積分定数）の最適値決定にもインダクタンスは係数として関与しており、制御則のパラメータ調整も必要となる。すなわち、回転速度に応じて制御指令値を最適なものに可変しても制御パラメータも同時に変化してしまうため応答が遅くなったり、最悪の場合発振など不安定な状態を引き起こすことが問題となる。このような問題は、磁石による発生トルクが無く、インダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいて、より顕著となる。
本発明は電流制御のパラメータゲインを指令電流に応じたテーブルを活用して可変することで、周知の高応答でロバストなサーボ制御を実現することを目的としている。また、前述のテーブル作成方法に、周知の学習（ニューラルネットワーク等）手法による近似を用いていることも特徴である。
本発明による交流電動機の制御装置は、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させる構成であり、また、前記三相駆動部は、二相−三相交換器と、前記二相−三相変換器に接続されたＰＷＭインバータとからなる構成である。
また、本発明による交流電動機の制御方法は、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御方法において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させる方法であり、また、前記三相駆動部は、二相−三相交換器と、前記二相−三相変換器に接続されたＰＷＭインバータとからなる方法である。
また、本発明による交流電動機の制御方法は、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御方法において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させる方法であり、また、前記三相駆動部は、二相−三相交換器と、前記二相−三相変換器に接続されたＰＷＭインバータとからなる方法である。
本発明による交流電動機の制御装置及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置及び方法において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることにより、交流電動機の制御効率に重要な電流に対する非線形なトルク特性と、制御系の応答性、安定性に起因する制御パラメータ条件を回転数毎にテーブル化したことにより、高応答、高効率出安定な運用を実現する効果がある。特に、磁石の発生トルクが無くインダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいてその効果が大きい。
すなわち、速度指令値が速度制御器を介して電流指令発生器に入力され、前記電流指令発生器から得られた電流指令値が電流制御器を介して三相駆動部に送られ、前記三相駆動部からの三相駆動信号によりベクトル制御される交流電動機のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機に接続された速度・位置信号処理器からの実回転数が前記速度制御器の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置及び方法において、前記交流電動機の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値のデータを予めテーブルに非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器が前記テーブルのうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値を出力し、前記電流指令値と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブルのうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることにより、交流電動機の制御効率に重要な電流に対する非線形なトルク特性と、制御系の応答性、安定性に起因する制御パラメータ条件を回転数毎にテーブル化したことにより、高応答、高効率出安定な運用を実現する効果がある。特に、磁石の発生トルクが無くインダクタンスの変化で生成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータにおいてその効果が大きい。
本発明は、ベクトル制御される交流電動機において、リラクタンストルクを有効に活用することで交流電動機の高効率と高応答性を実現するようにした交流電動機の制御装置及び方法を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明による交流電動機の制御装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、図７の特許文献２の構成と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。
図１において、符号１で示されるものはモータ制御装置であり、このモータ制御装置１の速度制御器３０には、速度指令値ωｍ ＊が第１減算器３１を介して入力され、この速度制御器３０からのトルク指令値τ＊が入力される電流指令発生器２内には各種非線形のデータテーブルを格納したテーブル１０が設けられており、この電流指令発生器２には前記速度指令値ωｍ ＊が直接入力されている。
尚、図７の特許文献２の構成と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。
図１において、符号１で示されるものはモータ制御装置であり、このモータ制御装置１の速度制御器３０には、速度指令値ωｍ ＊が第１減算器３１を介して入力され、この速度制御器３０からのトルク指令値τ＊が入力される電流指令発生器２内には各種非線形のデータテーブルを格納したテーブル１０が設けられており、この電流指令発生器２には前記速度指令値ωｍ ＊が直接入力されている。
前記電流指令発生器２からの第１、第２電流指令値ｉｑ＊及びｉｄ＊は、第２、第３減算器３２,３３を介して可変形の第１、第２電流制御器３,４に入力され、前記各電流制御器３及び４には前記速度指令値ωｍ ＊が各々直接入力されている。
前記第１電流制御器３からのｑ軸の第１電圧指令Ｖｑ＊は加算器３４を経て電圧指令値Ｖｑとして二相−三相変換器５に入力され、前記第２電流制御器４からのｄ軸の第２電圧指令Ｖｄ＊は第４減算器３５を経て電圧指令値Ｖｄとして前記二相−三相変換器５に入力されている。
前記第１電流制御器３からのｑ軸の第１電圧指令Ｖｑ＊は加算器３４を経て電圧指令値Ｖｑとして二相−三相変換器５に入力され、前記第２電流制御器４からのｄ軸の第２電圧指令Ｖｄ＊は第４減算器３５を経て電圧指令値Ｖｄとして前記二相−三相変換器５に入力されている。
前記二相−三相変換器５からの三相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊及びＶｗ＊は周知のＰＷＭインバータ６に入力された後、三相の駆動信号Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗとしてベクトル制御形の交流電動機８に印加されて交流電動機８が駆動される。
尚、前記交流電動機８は、磁石のトルクが無く、コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータが最も好適である。尚、前記二相−三相変換器５とＰＷＭインバータ６とによって三相駆動部４５を構成している。
尚、前記交流電動機８は、磁石のトルクが無く、コイルのインダクタンスの変化で成されるリラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータが最も好適である。尚、前記二相−三相変換器５とＰＷＭインバータ６とによって三相駆動部４５を構成している。
前記交流電動機８に設けられたエンコーダ等の回転検出器２３からの回転検出信号２３ａは、速度・位置信号処理器４０に入力され、速度信号である実回転数ωｍは、前記第１減算器３１に入力されるフィードバック制御される一方、同時に前記電流指令発生器２に入力されている。
前記速度・位置信号処理器４０からの角度信号θｒは位相演算器２４に入力され、この位相演算器２４からの位相信号２４ａ，２４ｂは前記二相−三相変換器５及び三相−二相変換器９に入力されている。前記三相−二相変換器９には、前記交流電動機８のＵ相とＶ相に設けられた一対の電流検出器ＣＴからの検出電流ｉｕ及びｉｖが入力され、この三相−二相変換器９からのｑ軸の検出電流値ｉｑ及びｄ軸の検出電流値ｉｄが第２、第３減算器３２,３３に入力されると共に、非干渉化制御器４１に入力されている。
前記非干渉化制御器４１からの一対の出力４１ａ，４１ｂは、前記加算器３４及び第４減算器３５に入力され、前記速度・位置信号処理器４０からの位置信号ωｒは前記非干渉化制御器４１に入力されている。
前記電流指令発生器２に設けられた非線形テーブルデータを格納するためのテーブル１０は図２から図５で示されている。まず、実験により求めた図２で示すトルクと軸電流のデータをもとに、周知の学習手段であるニューラルネットワーク等による多次元近似よりテーブルデータ（トルク−電流特性テーブル）を作成する。
次に、高効率の一例として、ｄｑ軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、図４に示すように、各設定速度（回転数）毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値ωｍ ＊とトルクτ＊から決定される電流指令値ｉｄ＊及びｉｑ＊が各電流制御器３及び４に入力される。
次に、高効率の一例として、ｄｑ軸電流の合成値が最小となる条件のトルクを求めて、図４に示すように、各設定速度（回転数）毎の非線形データテーブルを作成し、このテーブルを用いて指令速度すなわち速度指令値ωｍ ＊とトルクτ＊から決定される電流指令値ｉｄ＊及びｉｑ＊が各電流制御器３及び４に入力される。
また、電流制御パラメータ可変ゲイン処理用の非線形データテーブルは、実験で求めた図３の電流制御ゲインと軸電流のデータを用いて、前述と同様に、前記学習による多次元近似よりテーブルデータを作成する。
次に、図５に示される各設定速度（回転数）毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値ｉｄ＊及びｉｑ＊と速度指令値ωｍ ＊より、逐次前記電流制御器３及び４内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができる。
次に、図５に示される各設定速度（回転数）毎の非線形データテーブルを作成し、上位で求めた各電流指令値ｉｄ＊及びｉｑ＊と速度指令値ωｍ ＊より、逐次前記電流制御器３及び４内で用いている制御パラメータゲインである比例や積分ゲインを可変とすることができる。
すなわち、本発明においては、実験より求めた図２のトルク−電流特性の非線形データテーブルを電流指令発生器２に取り込み、実験により求めた電流制御に用いるためのインダクタンス−電流特性の非線データテーブルを電流制御パラメータゲインを可変する処理に用いるものである。
従って、前記電流指令発生器２からの各電流指令値ｉｑ＊及びｉｄ＊に対して図５に示す前記非線形データテーブルを用いることにより、高い効率の電流指令値ｉｑ＊，ｉｄ＊を得ることができる。
また、電流制御パラメータゲインの可変処理に対しては、印加された電流に対して変化するインダクタンス値より求められる電流制御パラメータゲインを、事前に取得した前述の非線形データテーブルに応じて逐次可変することで本発明で求めている高応答性及び周知のロバスト性を確保することができるものである。
従って、前記電流指令発生器２からの各電流指令値ｉｑ＊及びｉｄ＊に対して図５に示す前記非線形データテーブルを用いることにより、高い効率の電流指令値ｉｑ＊，ｉｄ＊を得ることができる。
また、電流制御パラメータゲインの可変処理に対しては、印加された電流に対して変化するインダクタンス値より求められる電流制御パラメータゲインを、事前に取得した前述の非線形データテーブルに応じて逐次可変することで本発明で求めている高応答性及び周知のロバスト性を確保することができるものである。
従って、本発明による交流電動機の制御装置及び方法の要旨とするところは、以下の通りである。
すなわち、速度指令値ωｍ ＊が速度制御器３０を介して電流指令発生器２に入力され、前記電流指令発生器２から得られた電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊が電流制御器３，４を介して三相駆動部４５に送られ、前記三相駆動部４５からの三相駆動信号Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗによりベクトル制御される交流電動機８のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機８に接続された速度・位置信号処理器４０からの実回転数ωｍが前記速度制御器３０の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置において、前記交流電動機８の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊のデータを予めテーブル１０に非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器２が前記テーブル１０のうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊を出力し、前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル１０のうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることであり、また、前記三相駆動部４５は、二相−三相交換器５と、前記二相−三相変換器５に接続されたＰＷＭインバータ６とからなることである。
すなわち、速度指令値ωｍ ＊が速度制御器３０を介して電流指令発生器２に入力され、前記電流指令発生器２から得られた電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊が電流制御器３，４を介して三相駆動部４５に送られ、前記三相駆動部４５からの三相駆動信号Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗによりベクトル制御される交流電動機８のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機８に接続された速度・位置信号処理器４０からの実回転数ωｍが前記速度制御器３０の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置において、前記交流電動機８の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊のデータを予めテーブル１０に非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器２が前記テーブル１０のうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊を出力し、前記電流指令値ｉｑ＊,ｉｄ＊と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル１０のうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることであり、また、前記三相駆動部４５は、二相−三相交換器５と、前記二相−三相変換器５に接続されたＰＷＭインバータ６とからなることである。
本発明による交流電動機の制御装置及び方法は、制御効率に重要な電流に対する非線形なトルク特性と、制御系の応答性、安定性に起因する制御パラメータ条件を回転数毎にテーブル化して制御することにより、特に、リラクタンスモータの制御に最適である。
１ モータ制御装置
２ 電流指令発生器
３，４ 第１、第２電流制御器
５ 二相−三相変換器
６ ＰＷＭインバータ
８ 交流電動機
９ 三相−二相変換器
１０ テーブル
２３ 回転検出器
２３ａ 回転検出信号
３０ 速度制御器
３１ 第１減算器
３２ 第２減算器
３３ 第３減算器
３４ 加算器
３５ 第４減算器
４０ 速度・位置信号処理器
４１ 非干渉化制御器
４１ａ，４１ｂ 出力信号
４５ 三相駆動部
ωｍ 実回転数
ωｍ ＊ 速度指令値
τ＊ トルク指令値
ｉｑ＊，ｉｄ＊ 第１、第２電流指令値
Ｖｑ，Ｖｄ 第１、第２電圧指令
Ｖｑ，Ｖｄ 第１、第２電圧指令値
Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊ 電圧指令
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ 駆動信号
θｒ 角度信号
２４ａ，２４ｂ 位相信号
ＣＴ 電流検出器
ｉｕ，ｉｖ 検出電流値
ｉｑ，ｉｄ 検出電流値
２ 電流指令発生器
３，４ 第１、第２電流制御器
５ 二相−三相変換器
６ ＰＷＭインバータ
８ 交流電動機
９ 三相−二相変換器
１０ テーブル
２３ 回転検出器
２３ａ 回転検出信号
３０ 速度制御器
３１ 第１減算器
３２ 第２減算器
３３ 第３減算器
３４ 加算器
３５ 第４減算器
４０ 速度・位置信号処理器
４１ 非干渉化制御器
４１ａ，４１ｂ 出力信号
４５ 三相駆動部
ωｍ 実回転数
ωｍ ＊ 速度指令値
τ＊ トルク指令値
ｉｑ＊，ｉｄ＊ 第１、第２電流指令値
Ｖｑ，Ｖｄ 第１、第２電圧指令
Ｖｑ，Ｖｄ 第１、第２電圧指令値
Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊ 電圧指令
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ 駆動信号
θｒ 角度信号
２４ａ，２４ｂ 位相信号
ＣＴ 電流検出器
ｉｕ，ｉｖ 検出電流値
ｉｑ，ｉｄ 検出電流値
Claims (4)
- 速度指令値(ωm *)が速度制御器(30)を介して電流指令発生器(2)に入力され、前記電流指令発生器(2)から得られた電流指令値(iq*,id*)が電流制御器(3,4)を介して三相駆動部(45)に送られ、前記三相駆動部(45)からの三相駆動信号(Vu,Vv,Vw)によりベクトル制御される交流電動機(8)のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機(8)に接続された速度・位置信号処理器(40)からの実回転数(ωm)が前記速度制御器(30)の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御装置において、
前記交流電動機(8)の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値(iq*,id*)のデータを予めテーブル(10)に非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器(2)が前記テーブル(10)のうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値(iq*,id*)を出力し、前記電流指令値(iq*,id*)と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル(10)のうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることを特徴とする交流電動機の制御装置。 - 前記三相駆動部(45)は、二相−三相交換器(5)と、前記二相−三相変換器(5)に接続されたＰＷＭインバータ(6)とからなることを特徴とする請求項１記載の交流電動機の制御装置。
- 速度指令値(ωm *)が速度制御器(30)を介して電流指令発生器(2)に入力され、前記電流指令発生器(2)から得られた電流指令値(iq*,id*)が電流制御器(3,4)を介して三相駆動部(45)に送られ、前記三相駆動部(45)からの三相駆動信号(Vu,Vv,Vw)によりベクトル制御される交流電動機(8)のトルク制御を行なうと共に、前記交流電動機(8)に接続された速度・位置信号処理器(40)からの実回転数(ωm)が前記速度制御器(30)の前段にフィードバックされるようにした交流電動機の制御方法において、
前記交流電動機(8)の回転数毎に上位トルク指令値に基づく前記電流指令値(iq*,id*)のデータを予めテーブル(10)に非線形データテーブルとして求めておき、前記電流指令発生器(2)が前記テーブル(10)のうちのトルク―電流テーブルを参照して前記電流指令値(iq*,id*)を出力し、前記電流指令値(iq*,id*)と電流制御に用いるインダクタンス値とに基づいて導出される電流制御パラメータゲインを前記テーブル(10)のうちの電流制御ゲイン―電流特性テーブルを参照して可変させることを特徴とする交流電動機の制御方法。 - 前記三相駆動部(45)は、二相−三相交換器(5)と、前記二相−三相変換器(5)に接続されたＰＷＭインバータ(6)とからなることを特徴とする請求項３記載の交流電動機の制御方法。
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| JP2012058865A JP5579766B2 (ja) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 交流電動機の制御装置及び方法 |
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| JP2019068599A (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 日産自動車株式会社 | モータの制御方法、及び、モータの制御装置 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003070280A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Hitachi Ltd | モータ制御装置 |
| JP2005198490A (ja) * | 2003-12-30 | 2005-07-21 | Hyundai Motor Co Ltd | 永久磁石同期モータの制御システム及び制御方法 |
| JP2006238631A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｉｄ／Ｉｑテーブルを使用したモータの制御方法 |
-
2012
- 2012-03-15 JP JP2012058865A patent/JP5579766B2/ja active Active
Patent Citations (3)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019068599A (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 日産自動車株式会社 | モータの制御方法、及び、モータの制御装置 |
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