JP2018011468A - 電動機の制御装置および制御方法、電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1はこの発明による電動機の制御装置の全体構成の一例を示す図である。図1において、電流制御部1は、電流検出器3により検出された電動機4の電流iu、ivと、回転角検出器5により検出された電動機4の回転角θを入力して電圧指令値を計算し、電力変換器2に電圧指令値v*u,v*v,v*wを出力することで、電動機4の電流を制御するものである。
そしてd軸上の電流idおよびq軸上の電流iqがそれぞれd軸、q軸の電流検出値となる。
また機能ブロックで示された図1の電流制御部1の、d軸電流制御器12とq軸電流制御器13以外の部分も同様にして同一のコンピュータで構成し得る。
また各機能ブロックで示された部分は、それぞれの機能を実行するデジタル回路でも構成され得る。
なお、電流制御器23、減算器24、加算器26が電流制御部を構成する。また、目標応答補償器22、減算器25が目標応答補償部を構成する。
P(s):電動機モデル31
C1(s):電流制御器23
K:目標応答補償器22
C2(s):目標応答フィルタ21
とする。図4において、d軸またはq軸の電動機4のモデル31は、d軸とq軸の干渉項を無視する、又は非干渉制御が適用されたとすると、式(3)で表わされる。
Lm:電動機4のd軸インダクタンスまたはq軸インダクタンス値、
Rm:電動機4の巻線抵抗値、
s:ラプラス演算子
を示す。d軸q軸共に同じ制御系の構成でこの発明は実施できるため、以降では式(3)の電動機モデルを基に説明をする。式(3)に示した電動機4のモデルに対し、電流制御器23は次のようにPI制御を適用する。
ωc:d軸電流制御器12またはq軸電流制御器13の制御応答の設計値、
L:d軸電流制御器12またはq軸電流制御器13で設定する電動機4のd軸またはq軸インダクタンス値、
R:d軸電流制御器12またはq軸電流制御器13で設定する電動機4の巻線抵抗値
である。
Aは、電動機4のd軸またはq軸インダクタンスがd軸電流制御器12またはq軸電流制御器13で設定されているインダクタンスに比べ+50%の誤差がある場合、
Bは、電動機4のd軸またはq軸インダクタンスとd軸電流制御器12またはq軸電流制御器13で設定されているインダクタンスが一致している場合、
Cは、電動機4のd軸またはq軸インダクタンスがd軸電流制御器12またはq軸電流制御器13で設定されているインダクタンスに比べ−50%の誤差がある場合、
を示している。
なお、式(4)のd軸電流制御器12またはq軸電流制御器13の制御応答ωcの設計値は100Hzに設定されているとする。
Aの場合はインダクタンス誤差が+50%のため、制御応答ωAは100Hz×1/1.5=66Hzになっている。
Bの場合はインダクタンス誤差がないため、制御応答ωBは設計値通りの100Hzとなっている。
Cの場合はインダクタンス誤差が−50%のため、制御応答ωCは100Hz×1/0.5=200Hzになっている。
このように、電動機4のインダクタンスとd軸電流制御器12またはq軸電流制御器13に設定されるインダクタンスとに誤差がある場合には、設計値通りの制御応答を達成することができない。
なお、電流制御部1のd軸電流制御器12およびq軸電流制御器13がコンピュータで構成されている場合、インダクタンスの関数モデルはメモリに格納され、目標応答補償器22においてメモリから読み出しで演算を行う。
Aは、目標応答ゲインK=0のときの式(14)のゲイン線図、
Bは、式(13)の目標応答ゲインKを適用したときの式(14)のゲイン線図、
を示している。Aに比べBのゲインが小さくなっていることが分かる。電圧外乱wは低周波外乱として扱われるのが一般的であるから、目標応答ゲインKは電圧外乱を抑制する効果があることが分かる。よって、この発明では電圧外乱による応答の変化も補償することが可能である。
上記実施の形態1では、関数によりインダクタンス値を演算し、目標応答ゲインKを求める構成であった。この実施の形態2では、インダクタンスのテーブルデータにより目標応答ゲインKを求める。
図8は、この発明の実施の形態2による電動機の制御装置における電流値とインダクタンス値のテーブルデータの一例を示している。コンピュータによる電動機の解析や、電動機の特性計測試験等により得られたインダクタンス値を電流値と関連付けてテーブルデータとして、d軸電流制御器12およびq軸電流制御器13を構成するコンピュータのメモリに記憶しておく。そして、電動機のインダクタンス値Lmを計算し、電流制御器で設定されるLは既知であるから、電動機4のインダクタンスLmと電流制御器で設定されるLとの比ΔLを計算すれば、式(13)に示す目標応答ゲインKを計算でき、インダクタンス誤差の影響を小さくでき、制御応答を一定にすることが可能となる。
さらに、テーブルデータにより電動機のインダクタンス値を計算する構成ではなく、電動機4のインダクタンスLmと電流制御器で設定されるLとの比ΔLをデータテーブルで記憶しておき、電動機4のインダクタンスLmと電流制御器で設定されるLとの比ΔLを電流値を入力として直接計算するような構成でもよい。さらにまた、図8に示したテーブルデータに限らず、電動機インダクタンスLmが計算できる構成、または電動機4のインダクタンスLmと電流制御器で設定されるLとの比ΔLを計算できる構成であればテーブルデータの種類は限定されない。
図12は、上述のこの発明の実施の形態1、2による電動機の制御装置を適用したこの発明の実施の形態3による電動パワーステアリングの構成の一例を概略的に示す図である。図12において、運転者は、ハンドル1201を左右に回転させて操舵輪である例えば前輪1203の操舵を行う。トルク検出器1202は、ハンドル1201を含むステアリング系STの操舵トルクを検出し、検出トルクを制御装置1205に出力する。制御装置1205は、上記実施の形態1と2で述べた電動機の制御装置であり、トルク検出器1202で検出されたトルクをトルク指令として電動機4に印加する電圧を演算する。電動機4は、ギア1204を介してハンドル1201を含むステアリング系STに、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する。
11 電流指令演算器、12 d軸電流制御器、13 q軸電流制御器、
14 dq軸/3相変換器、15 3相/dq軸変換器、21 目標応答フィルタ、
22 目標応答補償器、23 電流制御器、24,25 減算器、26 加算器、
31 電動機モデル、1201 ハンドル、1202 トルク検出器、1203 前輪、
1204 ギア、1205 制御装置、ST ステアリング系。
Claims (9)
- 電動機の電流指令を演算し電流指令値として出力する電流指令演算器と、
前記電動機の電流を検出し電流検出値として出力する電流検出器と、
前記電流指令値に対して目標の応答速度で応答する目標応答電流を計算して目標応答電流値として出力する目標応答フィルタと、
前記目標応答電流値と前記電流検出値の差分に目標応答ゲインを乗じることで補償電流を計算して補償電流値として出力する目標応答補償部と、
前記補償電流値と、前記電流指令値と前記電流検出値との偏差と、の和に基づいて前記電動機への電圧指令を計算し、前記電動機を駆動制御する電力変換器のための電圧指令値として出力する電流制御部と、
を備え、
前記目標応答補償部は、前記電流検出値に応じて可変となる前記目標応答ゲインにより前記補償電流値を計算する、電動機の制御装置。 - 前記目標応答フィルタは、前記電流制御部と前記電動機とにパラメータ誤差がないときに構成される閉ループ伝達特性により前記目標応答電流値を計算する、請求項1に記載の電動機の制御装置。
- 前記目標応答補償部は、予め求められた前記電流検出値と前記電動機のインダクタンス値の関係を示す前記電動機のインダクタンスの関数モデルにより求めたインダクタンス値を用いて前記目標応答ゲインを計算する、請求項1または2に記載の電動機の制御装置。
- 前記インダクタンスの関数モデルは、前記電流検出値の関数式である、請求項3に記載の電動機の制御装置。
- 前記インダクタンスの関数モデルは、予め求められた前記電流検出値と前記電動機のインダクタンス値の関係を示すテーブルデータである、請求項3に記載の電動機の制御装置。
- 前記目標応答ゲインが、前記制御装置の開ループ伝達特性における伝達特性部分を所望の制御帯域で0に近づける値である、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電動機の制御装置。
- 前記目標応答ゲインが、前記電動機のインダクタンス値と前記電流制御部で設定されるインダクタンス値の比の関数であり、インダクタンス値の前記比が前記電流検出値の関数である、請求項1から6までのいずれか1項に記載の電動機の制御装置。
- ハンドルおよび操舵輪を含むステアリング系と、
前記ステアリング系のトルクを検出するトルク検出器と、
前記ステアリング系へアシストトルクを発生する電動機と、
前記電動機を制御する請求項1から7までのいずれか1項に記載の電動機の制御装置と、
を備え、
前記制御装置の電流指令演算器が、前記トルク検出器からの検出トルクを入力して電流指令値に変換する、電動パワーステアリング装置。 - 電動機の電流指令を演算し電流指令値として出力する工程と、
電流検出器により前記電動機の電流を検出し電流検出値として出力する工程と、
前記電流指令値に対して目標の応答速度で応答する目標応答電流を計算して目標応答電流値として出力する工程と、
前記目標応答電流値と前記電流検出値の差分に目標応答ゲインを乗じることで補償電流を計算して補償電流値として出力する工程と、
前記補償電流値と、前記電流指令値と前記電流検出値との偏差と、の和に基づいて前記電動機への電圧指令を計算し、前記電動機を駆動制御する電力変換器のための電圧指令値として出力する工程と、
を備え、
前記補償電流値を、前記電流検出値に応じて可変となる前記目標応答ゲインにより計算する、電動機の制御方法。
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