JP2013240264A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置指令をもとに駆動指令を出力する制御部と、駆動指令をもとにバルブを駆動するDCモータと、DCモータのモータ軸回転角を検出する位置検出器と、位置指令およびモータ軸回転角から第一の電流指令を生成するPID制御器と、第一の電流指令の上限値および下限値を制限する第一の飽和器と、第一の飽和器の出力および推定電流から電圧指令を生成する電流制御器と、電圧指令を補正する電圧補正器と、電圧補正器の出力電圧を使用電圧範囲内に制限する第二の飽和器と、モータ軸回転角からDCモータの角速度を求めるフィルタと、角速度から推定誘起電圧を求める誘起電圧推定器と、推定誘起電圧と電圧指令との差分値から推定電流を求める電流推定器とを備える。
【選択図】図4
Description
図1は、本発明の実施の形態1によるモータ制御装置を示す構成図である。図1において、位置指令が入力された制御部10からは駆動指令が出力され、制御部10の出力である駆動指令をPWM処理部4によりPWM指令に変換する。インバータ3は、例えばHブリッジで構成され、PWM処理部4の出力であるPWM指令をもとにハイサイドアームおよびローサイドアームを適切なタイミングでスイッチングする。これにより、DCモータ2が目標値に追従するように駆動される。その結果、バルブ機構1のバルブ軸回転角を所定の位置に整定する。
本発明の実施の形態2によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図8は、制御部10の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態1における制御部10の詳細を示した図2と比べると、第二制御部12が第二制御部13に変更されている以外は同じである。
本発明の実施の形態3によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図10は、本発明の実施の形態3における第二制御部14の詳細を示すブロック図である。図10を本発明の実施の形態1における第二制御部12の詳細を示した図4と比べると、不感帯補正器37を新たに追加した構成である以外は、同じである。
本発明の実施の形態4によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図13は、第二制御部15の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態1における第二制御部12の構成として不感帯補正器37を新たに追加した構成を示した本発明の実施の形態3における第二制御部14の詳細を示した図10と比べると、DCモータ2の周囲温度の値が電流推定器43および誘起電圧推定器41に入力されている以外は、同じである。
本発明の実施の形態5によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図14は、第二制御部16の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態1における第二制御部12の詳細を示した図4と比べると、電流推定器33の出力である推定電流とフィルタ36の出力である機械角速度をもとに、DCモータ2の発生するトルクに抗する方向に作用する外乱を推定し、この推定外乱相当分の補償電流を生成する外乱推定器38を新たに追加し、補償電流を第一制御部11の出力である電流指令に加算する構成としていること以外は、同じである。
本発明の実施の形態1における第二制御部12を構成する電流推定器33の電流モデルは、ある所定環境温度での巻線抵抗とハーネス抵抗の和をRnorm、巻線インダクタンスをLnormとした一次遅れ要素を前提としている。そのため、電流センサを用いて、駆動中のDCモータ2の巻線に流れる実電流を直接検出する通常の電流フィードバック制御と比較して、非線形な外乱を抑圧できない場合がある。ここで、非線形な外乱とは、例えば、DCモータ2においては、モータ軸回転角への依存が顕著なコギングトルクや通電切換時に電流経路が不連続に変化することで生じる通電リプルを意味し、バルブ機構1においては、角速度の正負に応じて不連続に変化する軸受摩擦を意味する。コギングトルクは、一般的にロータ極数とスロット数との最小公倍数の整数倍で決まる周期を有する正弦波の重ね合わせで定められるため、通常はモータ角速度よりも速い周期で変動する外乱となる。また、通電リプルや軸受摩擦は不連続かつ急峻に変化する外乱となる。そのため、バルブを所定開度で保持しようとした場合、一定の制御周期で第一の制御部から出力される電流指令のタイミングが、外乱変化を抑制するタイミングに対して遅れる結果、バルブが所定開度に整定できずにその近傍で持続振動する課題が生じる場合がある。
本発明の実施の形態6によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図16は、第二制御部17の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態5における第二制御部16の詳細を示した図14と比べると、外乱推定器38、誘起電圧推定器31および電流推定器33が、外乱推定器39、誘起電圧推定器41および電流推定器43に変更されており、DCモータ2の周囲温度の値が外乱推定器39、誘起電圧推定器41および電流推定器43に入力されている以外は、同じである。
本発明の実施の形態7によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図18は、第二制御部18の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態5における第二制御部16の詳細を示した図14と比べると、不感帯補正器37を新たに追加した構成である以外は、同じである。
本発明の実施の形態8によるモータ制御装置の構成は、図1に示された本発明の実施の形態1によるモータ制御装置の構成と同じである。図19は、第二制御部19の詳細を示すブロック図であり、本発明の実施の形態6における第二制御部17の詳細を示した図16と比べると、不感帯補正器37を新たに追加した構成である以外は、同じである。
2 DCモータ
3 インバータ
4 PWM処理部
5 位置検出器
10 制御部
11 第一制御部
12、13、14、15、16、17、18、19 第二制御部
21 PID制御器
22 飽和器
23、26 比例器
24 積分器
25 微分器
31 誘起電圧推定器
32 電流制御器
33 電流推定器
34 飽和器
35 電圧補正器
36 フィルタ
37 不感帯補正器
38、39 外乱推定器
Claims (4)
- バルブを駆動するDCモータと、前記DCモータのモータ軸回転角を検出する位置検出器と、駆動指令を出力する制御部と、前記駆動指令をPWM指令に変換するPWM処理部と、前記PWM指令をもとに前記DCモータを駆動するインバータとを備え、前記制御部はインバータからの母線電圧、位置指令および前記モータ軸回転角を入力として駆動指令を出力し、前記制御部は、位置指令および前記モータ軸回転角から第二の電流指令を生成する第一制御部と、前記電流指令および前記モータ軸回転角から駆動指令を生成する第二制御部とを備え、前記第一制御部は、前記位置指令および前記モータ軸回転角から第一の電流指令を生成するPID制御器と、前記第一の電流指令の上限値および下限値を制限して第二の電流指令を出力する第一の飽和器とを備え、前記第二制御部は、前記第二の電流指令および推定電流から電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令を前記インバータの母線電圧をもとに補正する電圧補正器と、前記電圧補正器の出力電圧を使用電圧範囲内に制限する第二の飽和器と、前記モータ軸回転角から前記DCモータの角速度を求めるフィルタと、前記角速度から推定誘起電圧を求める誘起電圧推定器と、前記推定誘起電圧と前記電圧指令との差分値から前記推定電流を求める電流推定器とを備えるモータ制御装置。
- 前記誘起電圧推定器および前記電流推定器の内部パラメータが前記DCモータの周囲温度の関数であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記第二制御部は、前記第二の飽和器の出力である使用電圧範囲内に制限された電圧指令を補正して補正後電圧を出力する不感帯補正器を備え、前記不感帯補正器は、前記PWM処理部への入力に直流の電圧指令を与えたときのDCモータの巻線電流を計測して得られる電圧指令と巻線電流との関係から得られる電圧の不感帯をδ、前記第二の飽和器の出力である電圧指令をV’comp、係数をaおよび前記不感帯補正器の出力である補正後電圧をV’comp_cとしたとき、V’compを変数とした単調増加関数であるf(V’comp)およびf’(V’comp)を用いた以下の式、
によりV’comp_cを求め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。 - 前記第二制御部は、前記電流推定器の出力である推定電流と前記フィルタの出力である角速度から推定外乱相当分の補償電流を生成する外乱推定器を備え、前記推定外乱相当分の補償電流を第一制御部の出力である前記第二の電流指令に加算することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
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