JP2833426B2 - 誘導モータ制御装置 - Google Patents
誘導モータ制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、その高効率
駆動制御技術に関する。
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、その高効率
駆動制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の誘導モータの制御方法としては、
例えば、特開平２−２３０８５号公報に記載されている
ものがある。この制御方法は、従来のｄ−ｑ軸座標によ
る誘導モータモデルのｄ軸成分にのみＲMという鉄損抵
抗を新たに設けて、誘導モータの損失（銅損、鉄損）を
記述し、これらの損失が定常時に最小となるように誘導
モータを駆動するものである。具体的には、誘導モータ
のトルク制御方法として一般的に用いられているベクト
ル制御を用い、定常損失最小の条件から導出されたすべ
り周波数で制御するものである。鉄損抵抗ＲMはモータ
回転速度に応じて変化するので、モータ回転速度から鉄
損抵抗ＲMのテーブルマップを読み取り、損失最小条件
式を解けば、損失最小すべり周波数が得られる。ベクト
ル制御を用いた場合に、誘導モータの損失として銅損を
考えると、銅損Ｌcは下記（数１）式のようになる。
例えば、特開平２−２３０８５号公報に記載されている
ものがある。この制御方法は、従来のｄ−ｑ軸座標によ
る誘導モータモデルのｄ軸成分にのみＲMという鉄損抵
抗を新たに設けて、誘導モータの損失（銅損、鉄損）を
記述し、これらの損失が定常時に最小となるように誘導
モータを駆動するものである。具体的には、誘導モータ
のトルク制御方法として一般的に用いられているベクト
ル制御を用い、定常損失最小の条件から導出されたすべ
り周波数で制御するものである。鉄損抵抗ＲMはモータ
回転速度に応じて変化するので、モータ回転速度から鉄
損抵抗ＲMのテーブルマップを読み取り、損失最小条件
式を解けば、損失最小すべり周波数が得られる。ベクト
ル制御を用いた場合に、誘導モータの損失として銅損を
考えると、銅損Ｌcは下記（数１）式のようになる。
【０００３】
【数１】
【０００４】ただし、Ｔe：トルク、ωse：すべり周波
数、φr：回転子磁束、Ｐ：極対数、Ｍ：相互インダク
タンス、Ｌr：回転子自己インダクタンス、Ｒr：回転子
抵抗、Ｒs：固定子抵抗、Ｋ1、Ｋ2：モータによって決
まる定数であり、また、各電流成分ｉγs、ｉδs、ｉ
γr、ｉδrにおいて、添字γ、δは各軸成分、ｒは回転
子、ｓは固定子を表わす。よって、定常時を考えればd/
dt φr＝０となるので、銅損Ｌcを最小とするすべり周
波数ωoptは下記（数２）式のようになる。
数、φr：回転子磁束、Ｐ：極対数、Ｍ：相互インダク
タンス、Ｌr：回転子自己インダクタンス、Ｒr：回転子
抵抗、Ｒs：固定子抵抗、Ｋ1、Ｋ2：モータによって決
まる定数であり、また、各電流成分ｉγs、ｉδs、ｉ
γr、ｉδrにおいて、添字γ、δは各軸成分、ｒは回転
子、ｓは固定子を表わす。よって、定常時を考えればd/
dt φr＝０となるので、銅損Ｌcを最小とするすべり周
波数ωoptは下記（数２）式のようになる。
【０００５】
【数２】
【０００６】このすべり周波数（定常損失最小すべり周
波数ωopt）を保つようにすれば、高効率運転が可能と
なる。ところが、ベクトル制御では、すべり周波数ωse
とトルク電流ｉTおよび回転子磁束φrとの間に下記（数
３）式が成立していなければならない。
波数ωopt）を保つようにすれば、高効率運転が可能と
なる。ところが、ベクトル制御では、すべり周波数ωse
とトルク電流ｉTおよび回転子磁束φrとの間に下記（数
３）式が成立していなければならない。
【０００７】
【数３】
【０００８】（数３）式から判るように、すべり周波数
ωseを（数２）式のωoptに保つということは、トルク
電流ｉTと回転子磁束φrとの比を一定にすることを意味
している。また、ベクトル制御では、トルクＴeは下記
（数４）式で示される。
ωseを（数２）式のωoptに保つということは、トルク
電流ｉTと回転子磁束φrとの比を一定にすることを意味
している。また、ベクトル制御では、トルクＴeは下記
（数４）式で示される。
【０００９】
【数４】
【００１０】また、回転子磁束φrと励磁電流ｉφとの
関係は、下記（数５）式で与えられる。
関係は、下記（数５）式で与えられる。
【００１１】
【数５】
【００１２】したがって、（数３）式と（数４）式から
トルク電流ｉTを消去すると、トルク指令値Ｔe'に対し
て、定常損失を最小とする回転子磁束φr'は、下記（数
６）式で与えられる。
トルク電流ｉTを消去すると、トルク指令値Ｔe'に対し
て、定常損失を最小とする回転子磁束φr'は、下記（数
６）式で与えられる。
【００１３】
【数６】
【００１４】上記のφr'を前記（数４）式に代入する
と、この時のトルク電流ｉTは、下記（数７）式で示さ
れる。
と、この時のトルク電流ｉTは、下記（数７）式で示さ
れる。
【００１５】
【数７】
【００１６】一方、励磁電流ｉφは前記（数５）式でφ
r＝φr'として計算できるが、（数５）式にはd/dt φr
が含まれているため、トルク指令値Ｔe'が急激に変化し
た場合にはｉφの過渡電流が増加してしまう。
r＝φr'として計算できるが、（数５）式にはd/dt φr
が含まれているため、トルク指令値Ｔe'が急激に変化し
た場合にはｉφの過渡電流が増加してしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の誘
導モータ制御方法においては、損失最小条件をモータの
定常特性から導出し、過渡特性を考慮していないため、
モータトルクの過渡応答時の損失は最小とはならない。
そして、従来方法のように、すべり周波数をモータ回転
速度のみの関数にしてしまうと、トルク指令値がステッ
プ的に変化した場合には、回転子磁束をステップ的に変
化させる必要があり、そのためには過渡的に大電流を流
す必要がある。したがって、従来技術のように過渡特性
を考慮しないで損失最小条件を設定した場合には、モー
タの過渡損失の増加やモータ駆動装置の電流容量増加を
招くという問題がある。逆に、電流容量を増加させない
ように設定すれば、トルクレスポンスを遅くしなければ
ならない、という問題が生じる。本発明は、上記のごと
き従来技術の問題を解決するためになされたものであ
り、定常損失ばかりでなく過渡損失も低減することので
きる誘導モータ制御装置を提供することを目的とする。
導モータ制御方法においては、損失最小条件をモータの
定常特性から導出し、過渡特性を考慮していないため、
モータトルクの過渡応答時の損失は最小とはならない。
そして、従来方法のように、すべり周波数をモータ回転
速度のみの関数にしてしまうと、トルク指令値がステッ
プ的に変化した場合には、回転子磁束をステップ的に変
化させる必要があり、そのためには過渡的に大電流を流
す必要がある。したがって、従来技術のように過渡特性
を考慮しないで損失最小条件を設定した場合には、モー
タの過渡損失の増加やモータ駆動装置の電流容量増加を
招くという問題がある。逆に、電流容量を増加させない
ように設定すれば、トルクレスポンスを遅くしなければ
ならない、という問題が生じる。本発明は、上記のごと
き従来技術の問題を解決するためになされたものであ
り、定常損失ばかりでなく過渡損失も低減することので
きる誘導モータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、トルク指令値と、そのときの動作状態におい
て誘導モータの定常損失を最小にするすべり周波数ω
optとを入力し、与えられたトルク指令値において定常
損失を最小とする回転子磁束を演算する定常損失最小磁
束演算部と、上記トルク指令値を入力し、遮断周波数ω
Tのローパス特性を有する伝達関数に基づいて誘導モー
タの目標トルクを演算する目標トルク演算部と、上記目
標トルク伝達関数の遮断周波数ωTと上記定常損失を最
小にするすべり周波数ωoptとを入力し、目標磁束伝達
関数の遮断周波数ωφを演算する目標磁束遮断周波数演
算部と、上記定常損失最小磁束を入力し、上記目標磁束
遮断周波数演算部で設定された遮断周波数ωφのローパ
ス特性を有する伝達関数に基づいて目標磁束および目標
磁束の一階微分値を演算する目標磁束演算部と、を設け
ている。上記の目標磁束遮断周波数演算部は、例えば請
求項２に記載するごとく、目標トルク伝達関数の遮断周
波数ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωoptとか
ら、下記の式に基づいて目標磁束伝達関数の遮断周波数
ωφを演算するものである。 ωφ＝√(ωT・ωopt） また、上記の定常損失を最小にするすべり周波数ωopt
は、例えば請求項３に記載のごとく、少なくとも誘導モ
ータの温度を含む動作変数に基づいて設定される値であ
る。なお、上記の目標トルク伝達関数の遮断周波数ωT
は、例えば一定値でもよいし、または駆動用電源（車載
バッテリ）の充電状態等に応じて変化する値を与えるよ
うに構成してもよい。また、上記の定常損失最小磁束演
算部、目標磁束演算部、目標トルク演算部および目標磁
束遮断周波数演算部は、例えば、後記図１の実施例にお
ける定常損失最小磁束演算部１１、目標磁束演算部１
２、目標トルク演算部１４および目標磁束遮断周波数演
算部１９にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例
えば後記図１または図２の実施例における励磁電流指令
値ｉφ'、トルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θ
に相当する。
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、トルク指令値と、そのときの動作状態におい
て誘導モータの定常損失を最小にするすべり周波数ω
optとを入力し、与えられたトルク指令値において定常
損失を最小とする回転子磁束を演算する定常損失最小磁
束演算部と、上記トルク指令値を入力し、遮断周波数ω
Tのローパス特性を有する伝達関数に基づいて誘導モー
タの目標トルクを演算する目標トルク演算部と、上記目
標トルク伝達関数の遮断周波数ωTと上記定常損失を最
小にするすべり周波数ωoptとを入力し、目標磁束伝達
関数の遮断周波数ωφを演算する目標磁束遮断周波数演
算部と、上記定常損失最小磁束を入力し、上記目標磁束
遮断周波数演算部で設定された遮断周波数ωφのローパ
ス特性を有する伝達関数に基づいて目標磁束および目標
磁束の一階微分値を演算する目標磁束演算部と、を設け
ている。上記の目標磁束遮断周波数演算部は、例えば請
求項２に記載するごとく、目標トルク伝達関数の遮断周
波数ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωoptとか
ら、下記の式に基づいて目標磁束伝達関数の遮断周波数
ωφを演算するものである。 ωφ＝√(ωT・ωopt） また、上記の定常損失を最小にするすべり周波数ωopt
は、例えば請求項３に記載のごとく、少なくとも誘導モ
ータの温度を含む動作変数に基づいて設定される値であ
る。なお、上記の目標トルク伝達関数の遮断周波数ωT
は、例えば一定値でもよいし、または駆動用電源（車載
バッテリ）の充電状態等に応じて変化する値を与えるよ
うに構成してもよい。また、上記の定常損失最小磁束演
算部、目標磁束演算部、目標トルク演算部および目標磁
束遮断周波数演算部は、例えば、後記図１の実施例にお
ける定常損失最小磁束演算部１１、目標磁束演算部１
２、目標トルク演算部１４および目標磁束遮断周波数演
算部１９にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例
えば後記図１または図２の実施例における励磁電流指令
値ｉφ'、トルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θ
に相当する。
【００１９】
【作用】上記のごとく、本発明においては、定常損失最
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部と目
標磁束遮断周波数演算部とを一般的なベクトル制御演算
部に付加し、トルク応答性と磁束応答性とを独立に可変
できる制御系構成とし、かつ、目標トルク伝達関数の遮
断周波数ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωopt
とから目標磁束伝達関数の遮断周波数ωφを演算してい
るので、モータの動作状況や目標トルク応答の変化、あ
るいは変更があった場合にも、常に過渡時の損失を最小
とするように制御することが出来る。したがって、定常
時の高効率運転だけでなく、応答性を保ちながら、過渡
損失を軽減することが出来、モータの諸定数あるいは目
標トルク応答が変化した場合でも、目標磁束応答をリア
ルタイムで修正し、広い動作領域において過渡損失、定
常損失を最小にすることが出来る。また、請求項２に記
載のごとき簡単な式によって過渡損失を最小とする目標
磁束応答を演算できるので、構成が簡略になり、演算装
置のメモリを少なくすることが可能である。
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部と目
標磁束遮断周波数演算部とを一般的なベクトル制御演算
部に付加し、トルク応答性と磁束応答性とを独立に可変
できる制御系構成とし、かつ、目標トルク伝達関数の遮
断周波数ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωopt
とから目標磁束伝達関数の遮断周波数ωφを演算してい
るので、モータの動作状況や目標トルク応答の変化、あ
るいは変更があった場合にも、常に過渡時の損失を最小
とするように制御することが出来る。したがって、定常
時の高効率運転だけでなく、応答性を保ちながら、過渡
損失を軽減することが出来、モータの諸定数あるいは目
標トルク応答が変化した場合でも、目標磁束応答をリア
ルタイムで修正し、広い動作領域において過渡損失、定
常損失を最小にすることが出来る。また、請求項２に記
載のごとき簡単な式によって過渡損失を最小とする目標
磁束応答を演算できるので、構成が簡略になり、演算装
置のメモリを少なくすることが可能である。
【００２０】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施例図であり、図１は
図２における高効率駆動制御演算部１の詳細を示すブロ
ック図、図２はシステム全体の構成を示すブロック図で
ある。まず、図２において、１は高効率駆動制御演算部
（詳細後述）であり、例えば、アクセルペダル等の操作
量に対応したトルク指令値Ｔe'と回転速度センサ５で検
出したモータ回転速度Ｎ（rpm）とを入力し、励磁電流
指令値ｉφ'、トルク電流指令値ｉT'および電流の位相
角θを演算して出力する。なお、高効率駆動制御演算部
１には、定常損失最小すべり周波数ωoptと目標トルク
伝達関数の遮断周波数ωTも入力する（詳細後述）。ま
た、２は座標変換部であり、モータの電源周波数で回転
する座標系で演算された上記の励磁電流指令値ｉφ'、
トルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θを三相交流
電流指令値ｉu'、ｉv'、ｉw'に変換する。３は電流制御
ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータであり、誘導モータ
４に流れる三相交流電流ｉu、ｉv、ｉwをそれぞれの指
令値に追従させる。５は誘導モータ４の回転速度を検出
する回転速度センサ、６は電流制御ＰＷＭインバータ３
に電力を供給する直流電源（誘導モータ駆動用電源）で
ある。
図１および図２は、本発明の一実施例図であり、図１は
図２における高効率駆動制御演算部１の詳細を示すブロ
ック図、図２はシステム全体の構成を示すブロック図で
ある。まず、図２において、１は高効率駆動制御演算部
（詳細後述）であり、例えば、アクセルペダル等の操作
量に対応したトルク指令値Ｔe'と回転速度センサ５で検
出したモータ回転速度Ｎ（rpm）とを入力し、励磁電流
指令値ｉφ'、トルク電流指令値ｉT'および電流の位相
角θを演算して出力する。なお、高効率駆動制御演算部
１には、定常損失最小すべり周波数ωoptと目標トルク
伝達関数の遮断周波数ωTも入力する（詳細後述）。ま
た、２は座標変換部であり、モータの電源周波数で回転
する座標系で演算された上記の励磁電流指令値ｉφ'、
トルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θを三相交流
電流指令値ｉu'、ｉv'、ｉw'に変換する。３は電流制御
ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータであり、誘導モータ
４に流れる三相交流電流ｉu、ｉv、ｉwをそれぞれの指
令値に追従させる。５は誘導モータ４の回転速度を検出
する回転速度センサ、６は電流制御ＰＷＭインバータ３
に電力を供給する直流電源（誘導モータ駆動用電源）で
ある。
【００２１】次に、図１において、１１は定常損失最小
磁束演算部、１２は目標磁束演算部、１３は励磁電流演
算部、１４は目標トルク演算部、１５はトルク電流演算
部、１６はすべり周波数演算部、１７はモータ回転数演
算部、１８は積分演算部、１９は目標磁束遮断周波数演
算部である。なお、励磁電流演算部１３、トルク電流演
算部１５、すべり周波数演算部１６、モータ回転数演算
部１７および積分演算部１８は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分である。
磁束演算部、１２は目標磁束演算部、１３は励磁電流演
算部、１４は目標トルク演算部、１５はトルク電流演算
部、１６はすべり周波数演算部、１７はモータ回転数演
算部、１８は積分演算部、１９は目標磁束遮断周波数演
算部である。なお、励磁電流演算部１３、トルク電流演
算部１５、すべり周波数演算部１６、モータ回転数演算
部１７および積分演算部１８は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分である。
【００２２】次に作用を説明するが、最初に各演算部の
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図１において、目標磁束遮断
周波数演算部１９は、目標トルク伝達関数の遮断周波数
ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωoptとを入力
し、目標磁束伝達関数の遮断周波数ωφを演算する。上
記の定常損失最小すべり周波数ωoptは、例えば誘導モ
ータの温度に応じて予め設定されたマップから読み出さ
れた値である。また、上記の目標トルク伝達関数の遮断
周波数ωTは、一定値でもよいが、例えば駆動用電源
（車載バッテリ）の充電状態（残存容量）等に応じて可
変にしてもよい。また、定常損失最小磁束演算部１１
は、トルク指令値Ｔe'と定常損失最小すべり周波数ω
optとを入力し、そのトルク指令値Ｔe'において定常状
態での損失（銅損）を最小とする磁束φr'を演算して出
力する。なお、トルク指令値Ｔe'は、例えば運転者の操
作するアクセルペダルの操作量に対応した値（図示しな
いアクセルセンサ出力）である。また、目標磁束演算部
１２は、上記の定常損失最小磁束φr'を入力し、定常時
においては上記の定常損失最小磁束φr'に対応し、過渡
時においては磁束応答をトルク応答に応じた最適な値と
する目標磁束φrと、その一階微分値d/dt φrとを演算
して出力する。また、その演算の際の伝達関数の遮断周
波数ωφは、上記目標磁束遮断周波数演算部１９で設定
した値を用いる。また、目標トルク演算部１４は、トル
ク指令値Ｔe'を入力し、所定の伝達関数（要求される応
答性や許容される電流容量等に応じて設定する）に基づ
いて目標トルクＴmを演算する。なお、上記伝達関数の
遮断周波数は前記のωTである。また、励磁電流演算部
１３、トルク電流演算部１５、すべり周波数演算部１６
の部分は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分であ
る。まず、励磁電流演算部１３は、上記目標磁束演算部
１２から与えられる目標磁束φrと一階微分値d/dt φr
とに基づいて、励磁電流指令値ｉφ'を演算して出力す
る。また、トルク電流演算部１５は、目標トルク演算部
１４の目標トルクＴmと目標磁束演算部１２の目標磁束
φrとを入力し、トルク電流指令値ｉT'を演算して出力
する。また、すべり周波数演算部１６は、目標磁束演算
部１２の目標磁束φrとトルク電流演算部１５のトルク
電流指令値ｉT'とを入力し、すべり周波数ωseを演算し
て出力する。また、モータ回転数演算部１７は、図２の
回転速度センサ５から与えられるモータ回転速度Ｎに当
該誘導モータ固有の極対数Ｐを乗算してモータ回転数
（電気角）ωreを演算する。すなわちωre＝（π／３
０）Ｎ×Ｐである。このモータ回転数ωreと上記のすべ
り周波数ωseとを加算したものが電源周波数ωとなる。
すなわち、ω＝ωse＋ωreである。そして、積分演算部
１８は、上記の電源周波数ωを積分した値を電流の位相
角θとして出力する。上記の励磁電流指令値ｉφ'、ト
ルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θが電流指令値
として図２の座標変換部２に送られる。
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図１において、目標磁束遮断
周波数演算部１９は、目標トルク伝達関数の遮断周波数
ωTと定常損失を最小にするすべり周波数ωoptとを入力
し、目標磁束伝達関数の遮断周波数ωφを演算する。上
記の定常損失最小すべり周波数ωoptは、例えば誘導モ
ータの温度に応じて予め設定されたマップから読み出さ
れた値である。また、上記の目標トルク伝達関数の遮断
周波数ωTは、一定値でもよいが、例えば駆動用電源
（車載バッテリ）の充電状態（残存容量）等に応じて可
変にしてもよい。また、定常損失最小磁束演算部１１
は、トルク指令値Ｔe'と定常損失最小すべり周波数ω
optとを入力し、そのトルク指令値Ｔe'において定常状
態での損失（銅損）を最小とする磁束φr'を演算して出
力する。なお、トルク指令値Ｔe'は、例えば運転者の操
作するアクセルペダルの操作量に対応した値（図示しな
いアクセルセンサ出力）である。また、目標磁束演算部
１２は、上記の定常損失最小磁束φr'を入力し、定常時
においては上記の定常損失最小磁束φr'に対応し、過渡
時においては磁束応答をトルク応答に応じた最適な値と
する目標磁束φrと、その一階微分値d/dt φrとを演算
して出力する。また、その演算の際の伝達関数の遮断周
波数ωφは、上記目標磁束遮断周波数演算部１９で設定
した値を用いる。また、目標トルク演算部１４は、トル
ク指令値Ｔe'を入力し、所定の伝達関数（要求される応
答性や許容される電流容量等に応じて設定する）に基づ
いて目標トルクＴmを演算する。なお、上記伝達関数の
遮断周波数は前記のωTである。また、励磁電流演算部
１３、トルク電流演算部１５、すべり周波数演算部１６
の部分は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分であ
る。まず、励磁電流演算部１３は、上記目標磁束演算部
１２から与えられる目標磁束φrと一階微分値d/dt φr
とに基づいて、励磁電流指令値ｉφ'を演算して出力す
る。また、トルク電流演算部１５は、目標トルク演算部
１４の目標トルクＴmと目標磁束演算部１２の目標磁束
φrとを入力し、トルク電流指令値ｉT'を演算して出力
する。また、すべり周波数演算部１６は、目標磁束演算
部１２の目標磁束φrとトルク電流演算部１５のトルク
電流指令値ｉT'とを入力し、すべり周波数ωseを演算し
て出力する。また、モータ回転数演算部１７は、図２の
回転速度センサ５から与えられるモータ回転速度Ｎに当
該誘導モータ固有の極対数Ｐを乗算してモータ回転数
（電気角）ωreを演算する。すなわちωre＝（π／３
０）Ｎ×Ｐである。このモータ回転数ωreと上記のすべ
り周波数ωseとを加算したものが電源周波数ωとなる。
すなわち、ω＝ωse＋ωreである。そして、積分演算部
１８は、上記の電源周波数ωを積分した値を電流の位相
角θとして出力する。上記の励磁電流指令値ｉφ'、ト
ルク電流指令値ｉT'および電流の位相角θが電流指令値
として図２の座標変換部２に送られる。
【００２３】次に、各演算部の詳細について説明する。
まず、励磁電流演算部１３、トルク電流演算部１５、す
べり周波数演算部１６の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ωseを下記（数
８）式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Ｔeを下記（数９）式の形に導くものである。
まず、励磁電流演算部１３、トルク電流演算部１５、す
べり周波数演算部１６の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ωseを下記（数
８）式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Ｔeを下記（数９）式の形に導くものである。
【００２４】
【数８】
【００２５】ただし、ω：電源周波数、ωre：モータ回
転数（電気角）、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌr：回転
子自己インダクタンス、Ｒr：回転子抵抗、ｉT：トルク
電流、φr：回転子磁束
転数（電気角）、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌr：回転
子自己インダクタンス、Ｒr：回転子抵抗、ｉT：トルク
電流、φr：回転子磁束
【００２６】
【数９】
【００２７】ただし、Ｐ：極対数 また、このとき回転子磁束φrと励磁電流ｉφとの関係
は下記（数１０）式に示すようになる。
は下記（数１０）式に示すようになる。
【００２８】
【数１０】
【００２９】ただし、Ｓ：ラプラス演算子 したがって、励磁電流演算部１３で行なわれる励磁電流
指令値ｉφ'の演算式は、上記（数１０）式から下記
（数１１）式に示すようになる。
指令値ｉφ'の演算式は、上記（数１０）式から下記
（数１１）式に示すようになる。
【００３０】
【数１１】
【００３１】また、トルク電流演算部１５で行なわれる
トルク電流指令値ｉT'の演算式は上記（数９）式から下
記（数１２）式に示すようになる。
トルク電流指令値ｉT'の演算式は上記（数９）式から下
記（数１２）式に示すようになる。
【００３２】
【数１２】
【００３３】ただし、Ｔe'：トルク指令値 なお、すべり周波数演算部１６におけるすべり周波数ω
seの演算式は、前記（数８）式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部１７および積分演算部１８に
おける演算は、前記のとおりである。
seの演算式は、前記（数８）式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部１７および積分演算部１８に
おける演算は、前記のとおりである。
【００３４】次に、本実施例の特徴とする定常損失最小
磁束演算部１１、目標磁束演算部１２、目標トルク演算
部１４、目標磁束遮断周波数演算部１９の部分について
説明する。まず最初に、過渡損失を最小とする目標磁束
応答の演算式を導く。過渡トルク応答では、ピーク電流
を押さえる必要がある。従って、少ない電流で大きなト
ルクを出力する制御を行なう必要があるが、ベクトル制
御では、固定子電流はトルク電流ｉTと励磁電流ｉφと
のベクトル和となるため、ｉφ＝ｉTのときにトルク効
率が最大となる。すなわち、ベクトル制御では下記（数
１３）式が成立する。
磁束演算部１１、目標磁束演算部１２、目標トルク演算
部１４、目標磁束遮断周波数演算部１９の部分について
説明する。まず最初に、過渡損失を最小とする目標磁束
応答の演算式を導く。過渡トルク応答では、ピーク電流
を押さえる必要がある。従って、少ない電流で大きなト
ルクを出力する制御を行なう必要があるが、ベクトル制
御では、固定子電流はトルク電流ｉTと励磁電流ｉφと
のベクトル和となるため、ｉφ＝ｉTのときにトルク効
率が最大となる。すなわち、ベクトル制御では下記（数
１３）式が成立する。
【００３５】
【数１３】
【００３６】ただし、ｋは定数 すなわち、（ｉφ・ｉT）が一定であれば出力トルクＴe
は一定である。したがって、図３に示すようなトルク一
定ラインが存在する。なお、図３のベクトルＩ1および
Ｉ2が固定子電流の大きさを示す。トルク一定ラインを
トレースする固定子電流の中で、それが最小となるの
は、ｉφ＝ｉTのときである。従って本制御系の構成に
おいて、過渡時のピーク電流が最も大きくなるような、
ゼロ発進時（起動時、例えば車両が停車状態から発進す
る場合）のステップトルク応答を想定し、この時の過渡
時のｉφとｉTが等しくなるような、目標磁束応答を選
んでやることでピーク電流を最小化する。なお、図３に
おいては、ｉφ2＝ｉT2であり、このときの固定子電流
Ｉ2が同じトルクとした場合の最小値となる。上記のご
とき制御を行なうため、定常損失最小磁束演算部１１に
おける定常損失を最小とする回転子磁束φr'の演算式を
前記（数６）式で与え、目標磁束演算部１２における目
標磁束φrの演算式を下記（数１４）式で与える。
は一定である。したがって、図３に示すようなトルク一
定ラインが存在する。なお、図３のベクトルＩ1および
Ｉ2が固定子電流の大きさを示す。トルク一定ラインを
トレースする固定子電流の中で、それが最小となるの
は、ｉφ＝ｉTのときである。従って本制御系の構成に
おいて、過渡時のピーク電流が最も大きくなるような、
ゼロ発進時（起動時、例えば車両が停車状態から発進す
る場合）のステップトルク応答を想定し、この時の過渡
時のｉφとｉTが等しくなるような、目標磁束応答を選
んでやることでピーク電流を最小化する。なお、図３に
おいては、ｉφ2＝ｉT2であり、このときの固定子電流
Ｉ2が同じトルクとした場合の最小値となる。上記のご
とき制御を行なうため、定常損失最小磁束演算部１１に
おける定常損失を最小とする回転子磁束φr'の演算式を
前記（数６）式で与え、目標磁束演算部１２における目
標磁束φrの演算式を下記（数１４）式で与える。
【００３７】
【数１４】
【００３８】ただし、Ｓはラプラス演算子 また、目標トルク演算部１４における目標トルクＴmの
演算式を下記（数１５）式で与える。
演算式を下記（数１５）式で与える。
【００３９】
【数１５】
【００４０】上記のように設定した場合、ステップトル
ク入力に対して、過渡時のｉφとｉTを等しくするωφ
（目標磁束演算部１２における伝達関数の遮断周波数）
を求める。なお、ここではディジタルコンピュータで演
算することを想定している。サンプル周期をΔとおく
と、オイラー積分により、変数ｘ(Ｋ）の積分は下記
（数１６）式のようになる。
ク入力に対して、過渡時のｉφとｉTを等しくするωφ
（目標磁束演算部１２における伝達関数の遮断周波数）
を求める。なお、ここではディジタルコンピュータで演
算することを想定している。サンプル周期をΔとおく
と、オイラー積分により、変数ｘ(Ｋ）の積分は下記
（数１６）式のようになる。
【００４１】
【数１６】
【００４２】ただし、Ｋ＝０、１、２、３…… 上記の関係を応用して、過渡時（Ｋ＝１）におけるｉφ
(１）とｉT(１）とを等しくさせるωφを求める。トル
ク指令値Ｔe'に対する励磁電流ｉφの伝達関数は、下記
（数１７）式で与えられる。
(１）とｉT(１）とを等しくさせるωφを求める。トル
ク指令値Ｔe'に対する励磁電流ｉφの伝達関数は、下記
（数１７）式で与えられる。
【００４３】
【数１７】
【００４４】したがって、Ｋ＝１におけるｉφ(１）
は、下記（数１８）式で求められる。
は、下記（数１８）式で求められる。
【００４５】
【数１８】
【００４６】この場合には、ステップ入力を仮定してい
るので、φr'(０）＝φr'(１）であるから、（数１８）
式は下記（数１９）式となる。
るので、φr'(０）＝φr'(１）であるから、（数１８）
式は下記（数１９）式となる。
【００４７】
【数１９】
【００４８】一方、トルク指令値Ｔe'に対する目標磁束
φrは、下記（数２０）式で示される。
φrは、下記（数２０）式で示される。
【００４９】
【数２０】
【００５０】同様に、トルク指令値Ｔe'に対する目標ト
ルクＴmは、上記と同様の計算により、（数２１）式で
与えられる。
ルクＴmは、上記と同様の計算により、（数２１）式で
与えられる。
【００５１】
【数２１】
【００５２】したがって、Ｋ＝１におけるトルク電流ｉ
T(１）は、下記（数２２）式で示される。
T(１）は、下記（数２２）式で示される。
【００５３】
【数２２】
【００５４】（数２２）式が（数１９）式と等しいとお
いて、整理すると下記（数２３）式の関係が得られる。
いて、整理すると下記（数２３）式の関係が得られる。
【００５５】
【数２３】
【００５６】厳密には（数２３）式を解いてωφと
ωT、およびωoptとの関係を求めればよいが、通常Δは
非常に小さいため、Δ≒０とおくと、（数２３）式は下
記（数２４）式となる。
ωT、およびωoptとの関係を求めればよいが、通常Δは
非常に小さいため、Δ≒０とおくと、（数２３）式は下
記（数２４）式となる。
【００５７】
【数２４】
【００５８】したがって与えられたωTとωoptとから、
（数２４）式に基づいて目標磁束の伝達関数の遮断周波
数ωφを計算すればよい。目標磁束遮断周波数演算部１
９では上記の演算を行なう。なお、一般に、ベクトル制
御は回転子時定数τr＝Ｌr／Ｒr（ただし、Ｌrは回転子
自己インダクタンス、Ｒrは回転子抵抗）の変動がトル
ク制御性能に影響を与えるため、回転子抵抗Ｒrの温度
補正が行なわれる（参考文献“ニュードライブエレクト
ロニクス”pp２０６〜２０９，発行所 株式会社 電気書
院）。そして回転子抵抗Ｒrが変われば、前記（数２）
式に従って定常損失最小すべり周波数ωoptも変動する
ため、モータ温度に応じたωoptの値をマップ化してお
き、温度の変化に応じたωoptを読み出して目標磁束遮
断周波数演算部１９に与え、それによって（数２４）式
に基づいた遮断周波数ωφを計算し、その値で目標磁束
演算部１２の遮断周波数を設定すれば、モータの動作状
況によらない高効率制御が可能となる。また、目標トル
ク伝達関数の遮断周波数ωTと定常損失最小すべり周波
数ωoptとに応じた目標磁束伝達特性の遮断周波数ωφ
を予め演算しておき、ωφの値をマップ化しておいて読
み出すように構成してもよい。
（数２４）式に基づいて目標磁束の伝達関数の遮断周波
数ωφを計算すればよい。目標磁束遮断周波数演算部１
９では上記の演算を行なう。なお、一般に、ベクトル制
御は回転子時定数τr＝Ｌr／Ｒr（ただし、Ｌrは回転子
自己インダクタンス、Ｒrは回転子抵抗）の変動がトル
ク制御性能に影響を与えるため、回転子抵抗Ｒrの温度
補正が行なわれる（参考文献“ニュードライブエレクト
ロニクス”pp２０６〜２０９，発行所 株式会社 電気書
院）。そして回転子抵抗Ｒrが変われば、前記（数２）
式に従って定常損失最小すべり周波数ωoptも変動する
ため、モータ温度に応じたωoptの値をマップ化してお
き、温度の変化に応じたωoptを読み出して目標磁束遮
断周波数演算部１９に与え、それによって（数２４）式
に基づいた遮断周波数ωφを計算し、その値で目標磁束
演算部１２の遮断周波数を設定すれば、モータの動作状
況によらない高効率制御が可能となる。また、目標トル
ク伝達関数の遮断周波数ωTと定常損失最小すべり周波
数ωoptとに応じた目標磁束伝達特性の遮断周波数ωφ
を予め演算しておき、ωφの値をマップ化しておいて読
み出すように構成してもよい。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、過渡トルク応答時のピーク電流や過渡損失を減ら
し、かつ、定常時の高効率を達成することが出来る。ま
た、モータの動作状態の変化に応じて定常損失最小すべ
り周波数が変化しても、最適な磁束応答が得られ、過渡
損失を最小にすることが出来る。また、同様に、トルク
応答性を変化させる場合でも、過渡損失を最小となるよ
うな磁束応答が得られる。したがって、定常時の高効率
運転だけでなく、応答性を保ちながら、過渡損失を軽減
することが出来、モータの諸定数あるいは目標トルク応
答が変化した場合でも、目標磁束応答をリアルタイムで
修正し、広い動作領域において過渡損失、定常損失を最
小にすることが出来る。また、請求項２に記載のごとき
簡単な式によって過渡損失を最小とする目標磁束応答を
演算できるので、構成が簡略になり、演算装置のメモリ
を少なくすることが可能である、等の効果が得られる。
は、過渡トルク応答時のピーク電流や過渡損失を減ら
し、かつ、定常時の高効率を達成することが出来る。ま
た、モータの動作状態の変化に応じて定常損失最小すべ
り周波数が変化しても、最適な磁束応答が得られ、過渡
損失を最小にすることが出来る。また、同様に、トルク
応答性を変化させる場合でも、過渡損失を最小となるよ
うな磁束応答が得られる。したがって、定常時の高効率
運転だけでなく、応答性を保ちながら、過渡損失を軽減
することが出来、モータの諸定数あるいは目標トルク応
答が変化した場合でも、目標磁束応答をリアルタイムで
修正し、広い動作領域において過渡損失、定常損失を最
小にすることが出来る。また、請求項２に記載のごとき
簡単な式によって過渡損失を最小とする目標磁束応答を
演算できるので、構成が簡略になり、演算装置のメモリ
を少なくすることが可能である、等の効果が得られる。
【図１】図２における高効率駆動制御演算部１の詳細を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図３】誘導モータにおける励磁電流とトルク電流との
関係を示す特性図。
関係を示す特性図。
１：高効率駆動制御演算部 ４：誘導モータ ２：座標変換部 ５：回転速度セン
サ ３：電流制御ＰＷＭインバータ ６：直流電源 １１：定常損失最小磁束演算部 １５：トルク電流
演算部 １２：目標磁束演算部 １６：すべり周波
数演算部 １３：励磁電流演算部 １７：モータ回転
数演算部 １４：目標トルク演算部 １８：積分演算部 １９：目標磁束遮断周波数演算部 Ｔe'：トルク指令値 Ｔm ：目標トルク φr'：定常損失最小磁束 φr ：目標磁束 Ｎ ：モータ回転速度（rpm） ω ：電源周波数 ωse：すべり周波数 ωre：モータ回転
数（電気角) ｉφ'：励磁電流指令値 ｉT'：トルク電
流指令値 ωopt：定常損失最小すべり周波数 θ ：電流の位
相角 ωT ：目標トルク伝達特性の遮断周波数 ωφ ：目標磁束伝達特性の遮断周波数 ｉu'、ｉv'、ｉw'：三相交流電流指令値 ｉu、ｉv、ｉw ：三相交流電流
サ ３：電流制御ＰＷＭインバータ ６：直流電源 １１：定常損失最小磁束演算部 １５：トルク電流
演算部 １２：目標磁束演算部 １６：すべり周波
数演算部 １３：励磁電流演算部 １７：モータ回転
数演算部 １４：目標トルク演算部 １８：積分演算部 １９：目標磁束遮断周波数演算部 Ｔe'：トルク指令値 Ｔm ：目標トルク φr'：定常損失最小磁束 φr ：目標磁束 Ｎ ：モータ回転速度（rpm） ω ：電源周波数 ωse：すべり周波数 ωre：モータ回転
数（電気角) ｉφ'：励磁電流指令値 ｉT'：トルク電
流指令値 ωopt：定常損失最小すべり周波数 θ ：電流の位
相角 ωT ：目標トルク伝達特性の遮断周波数 ωφ ：目標磁束伝達特性の遮断周波数 ｉu'、ｉv'、ｉw'：三相交流電流指令値 ｉu、ｉv、ｉw ：三相交流電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北島 康彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 21/00 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632
Claims (3)
- 【請求項１】トルク指令値と誘導モータの回転速度とに
応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
置において、 トルク指令値と、そのときの動作状態において誘導モー
タの定常損失を最小にするすべり周波数ωoptとを入力
し、与えられたトルク指令値において定常損失を最小と
する回転子磁束を演算する定常損失最小磁束演算部と、 上記トルク指令値を入力し、遮断周波数ωTのローパス
特性を有する伝達関数に基づいて誘導モータの目標トル
クを演算する目標トルク演算部と、 上記目標トルク伝達関数の遮断周波数ωTと上記定常損
失を最小にするすべり周波数ωoptとを入力し、目標磁
束伝達関数の遮断周波数ωφを演算する目標磁束遮断周
波数演算部と、 上記定常損失最小磁束を入力し、上記目標磁束遮断周波
数演算部で設定された遮断周波数ωφのローパス特性を
有する伝達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一
階微分値を演算する目標磁束演算部と、 上記誘導モータの回路定数に基づき、上記目標磁束と上
記目標磁束の一階微分値と上記目標トルクと上記誘導モ
ータの回転速度とに応じて上記電流指令値を演算するベ
クトル制御演算部と、 上記誘導モータに流れる電流を上記電流指令値に追従さ
せるモータ駆動部と、 を備え、上記誘導モータの出力トルクを上記目標トルク
に対応した値とするように制御する誘導モータ制御装
置。 - 【請求項２】上記目標磁束遮断周波数演算部は、上記目
標トルク伝達関数の遮断周波数ωTと上記定常損失を最
小にするすべり周波数ωoptとから、下記の式に基づい
て上記目標磁束伝達関数の遮断周波数ωφを演算するも
のである、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導モー
タ制御装置。 ωφ＝√(ωT・ωopt） - 【請求項３】上記定常損失を最小にするすべり周波数ω
optは、少なくとも誘導モータの温度を含む動作変数に
基づいて設定される値である、ことを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の誘導モータ制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207418A JP2833426B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 誘導モータ制御装置 |
| US08/267,930 US5444351A (en) | 1993-07-06 | 1994-07-06 | System and method for controlling induction motor applicable to electric motor-driven vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207418A JP2833426B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 誘導モータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0767398A JPH0767398A (ja) | 1995-03-10 |
| JP2833426B2 true JP2833426B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=16539429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5207418A Expired - Fee Related JP2833426B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-08-23 | 誘導モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833426B2 (ja) |
-
1993
- 1993-08-23 JP JP5207418A patent/JP2833426B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0767398A (ja) | 1995-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |