JP2023522513A - 車両用永久磁石同期モータのベクトル弱め磁束制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、Teはモータの電磁トルクであり、Pnはモータ磁極対数であり、
は回転子永久磁石体磁束であり、iqはq軸電流であり、idはd軸電流であり、Ldはd軸インダクタンスであり、Lqはq軸インダクタンスであり、IPMSM正常駆動過程において、Te>0,iq>0,id<0,Ld<Lqとなる。
ここで、Vdはモータのd軸電圧であり、Vqはモータのq軸電圧であり、Rsは固定子の抵抗であり、
はモータの電気角速度である。
モータの回転速度が上昇すると、モータ端電圧が上昇し、それがバス電圧で提供可能な交流電圧振幅を超えると、弱め界磁制御を行う必要があり、現在のバスで提供可能な最大交流電圧は電圧制限
であり、式は一般的に以下の通りであり、
1.モータは量産する時にプロセス、材料が不可避的にモータの不一致性を引き起こす。
2.モータの回転オフセット量に偏差が生じると、電流調整器が正常に動作する場合であっても、制御上磁場配向偏差を引き起こし、さらにモータにおける実際のdq電流が所望の電流指令と一致しないことを引き起こす。
3.環境温度の変化は永久磁石体磁気鎖に影響を与え、温度が低下すると、
が上昇し、標定して得られたdq電流指令が電圧制限を満たさなくなる。
の時、負方向のidを大きくし、出力電圧を低下させることができ、すなわち、このような解決手段は効果的である。しかし、
のとき、負方向のidを増加させ続けると、Vqが逆方向に増大して出力電圧がさらに上昇し、逆に電圧飽和現象がより深刻である。したがって、当該方法を使用する時に
を確保しなければならない。しかし、車両用モータ制御では、この制限を加えると、モータの高速領域でのリラクタンストルクが十分に利用されず、モータの性能を犠牲にする。上記解決手段において電圧飽和時にidを低下させる方法を採用して、弱め界磁場を深くしてモータを電圧飽和状態から退出させることができるが、当該方法は出力トルクのへの影響が大きく、idを補正するだけで、大きなid補正量を必要とし、dq電流の組み合わせが大きく変化して出力トルクに大きな影響を与えることになる。非特許文献(T.M. Jahns, “Flux Weakening Regime Operation of an Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive”, IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. IA-23, no. 4, pp. 55-63, 1987)は、弱め界磁領域でiqを低減する方法が提案されているが、単一の電流を調整するだけでは、同様に出力トルクに大きな影響を与えるという問題もある。電圧飽和の問題に有効に対処でき、しかもできるだけ出力トルクに影響を小さく与える良好な従来技術は、まだ一時的に発見されていない。
電流閉ループ調整モジュールの入力がdq電流指令であり、比例積分コントローラを経った後、dq電圧指令を出力し、
変調比偏差算出モジュールの入力が電流閉ループ調整モジュールから出力されたdq電圧指令であり、二乗和を根にして所望の変調比MIrefを得た後、所望の制御システムの最大変調比MImaxとの差をとり、さらにローパスフィルタを経った後、変調比偏差を出力し、
電流指令角度補償モジュールの入力が変調比偏差算出モジュールから出力された変調比偏差であり、比例積分補償器を経った後、補正角度を出力し、
電流角度事前設定モジュールは、電流角度を予め設定することに用いられ、
電流指令角度制限比較器は、電流指令角度補償モジュールから出力された補正角度の補償後の電流角度を、電流角度事前設定モジュールで予め設定された電流角度以上に制限することに用いられ、
電流所定ベクトル補正モジュールは、電流角度事前設定モジュールで予め設定された電流角度に基づいて、弱め磁束制御の後のdq電流指令を算出することに用いられる。
さらに、前記変調比偏差算出モジュールでは、MImaxとMIrefとの差△MI0は以下の通りであり、
さらに、前記電流指令角度制限比較器は、電流角度を以下のように制限することに用いられ、即ち、θ+△θ≧θpreとなり、
ここで、θは弱め磁束制御の前の電流角度である。
1、本発明の調整方向は、永久的に弱い磁気方向であり、繰り返し調整による不安定がない。
2、本発明は、dq電流を導入して同時に補正することにより、電圧飽和に抵抗する圧力をdq電流に分散させることができ、単軸電流調整の過剰による出力トルクの偏差の過大を回避する。
3、本発明は、駆動システムの安全を保証するとともに、弱め磁束制御リングが駆動システムの出力トルクに与える影響をできるだけ小さくする。
1、電流閉ループ調整モジュールについては、当該部分が本発明の依頼モジュールであり、その作用は、dq電流指令idref、iqrefとdq電流でフィードバックする偏差をそれぞれ比例積分PIコントローラを経ってdq電圧指令vdqrefを取得することである。
2、変調比偏差算出モジュールについては、図3に示すように、MIrefは、電流閉ループ調整モジュールから出力されたdq電圧指令の二乗和を根にして得られるものであり、
3、電流指令角度補償モジュールについては、図4に示すように、変調比偏差算出モジュールの出力△MIを入力とし、比例積分PI補償器を経った後、出力量が補正角度△θであり、
4、電流角度事前設定モジュールについては、図5に示すように、標準モータの配向に対して最大トルク電流比MTPA電流角度曲線描写制限を行い、dq電流曲線に基づきMTPA(1000rpm)に値を割り当て、電流角度をθpreに予め設定する。
5、電流指令角度制限比較器については、電流指令角度補償モジュールで補償された角度を電流角度事前設定モジュールの事前設定角度θpre以上に制限し、θ+△θ≧θpreとなり、ここで、θは弱め磁束前の電流ベクトルの角度である。
6、電流所定ベクトル補正モジュール(sin/cos)については、電流角度事前設定モジュールと合わせて、dq軸弱め磁束後の電流idref、iqrefを以下のように算出し、
Claims (5)
- 車両用永久磁石同期モータのベクトル弱め磁束制御方法であって、電流閉ループ調整モジュールと、変調比偏差算出モジュールと、電流指令角度補償モジュールと、電流角度事前設定モジュールと、電流指令角度制限比較器と、電流所定ベクトル補正モジュールとの処理を備え、
電流閉ループ調整モジュールの入力が電流所定ベクトル補正モジュールから出力されたdq電流指令であり、比例積分コントローラを経った後、dq電圧指令を出力し、
変調比偏差算出モジュールの入力が電流閉ループ調整モジュールから出力されたdq電圧指令であり、二乗和を根にして所望の変調比MIrefを得た後、所望の制御システムの最大変調比MImaxとの差をとり、さらにローパスフィルタを経った後、変調比偏差△MIを出力し、
電流指令角度補償モジュールの入力が変調比偏差算出モジュールから出力された変調比偏差であり、比例積分補償器後を経った後、補正角度△θを出力し、
電流角度事前設定モジュールは、電流角度θpreを予め設定することに用いられ、
電流指令角度制限比較器は、電流指令角度補償モジュールから出力された補正角度の補償後の電流角度を、電流角度事前設定モジュールで予め設定された電流角度以上に制限することに用いられ、即ち、θ+△θ≧θpreとなり、
ここで、θは弱め磁束制御の前の電流角度であり、
電流所定ベクトル補正モジュールは、電流角度事前設定モジュールで予め設定された電流角度に基づいて、弱め磁束制御の後のdq電流指令idref、iqrefを算出し、
ことを特徴とする車両用永久磁石同期モータのベクトル弱め磁束制御方法。 - 前記電流閉ループ調整モジュールでは、dq電流指令idref、iqrefとdq電流フィードバックの偏差をそれぞれ比例積分PIコントローラに入力して処理させて、dq電圧指令を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用永久磁石同期モータのベクトル弱め磁束制御方法。 - 前記電流角度事前設定モジュールは、モータの配向に対して最大トルク電流比MTPA電流角度曲線描写制限を行い、電流角度をθpreに予め設定する
ことを特徴とする請求項4に記載の車両用永久磁石同期モータのベクトル弱め磁束制御方法。
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