JP3783641B2 - モーター制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモーターの制御装置に関し、特に、交流モーターに流れる高調波電流の制御効果を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御系と、モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御系とを備え、３相交流モーターの電流制御を行うモーター制御装置を提案している。この装置では、基本波電流制御器の出力である基本波電流制御電圧と高調波電流制御器の出力である高調波電流制御電圧とを加算して電流制御電圧を求め、インバーターなどの電力変換装置によって電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成し、モーターに印加して駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、インバーターで制御可能な交流電流の周波数には、インバーターのキャリア周波数などによって決まる限界がある。モーターの回転速度とともに高調波電流の周波数は基本波電流の周波数よりも早くインバーターの制御限界周波数に達するため、モーターの高速域では高調波電流制御による電流のうねりなどが発生し、モーターの制御性能が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、モーターの動作状態に応じて最適な高調波電流制御器の制御効果を得ることができるモーター制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御器と、モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御器と、前記基本波電流制御器の出力と前記高調波電流制御器の出力とを加算してモーター電流を制御するための電流制御電圧を算出し、前記電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成して前記モーターに印加する電力変換器とを備えたモーター制御装置であって、高調波電流制御系に前記モーターの動作状態に応じて前記高調波電流制御器の制御効果を変更する制御効果変更回路を備える。
（２） 請求項２のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更するようにしたものである。
（３） 請求項３のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の固定制御ゲインに乗じることを特徴とするモーター制御装置。
（４） 請求項４のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の出力に乗じるようにしたものである。
（５） 請求項５のモーター制御装置は、前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、前記制御効果変更回路によって、前記高調波リミッターの上限値と下限値を前記モーターの動作状態に応じて変更するようにしたものである。
（６） 請求項６のモーター制御装置は、前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波リミッターの出力に乗じるようにしたものである。
（７） 請求項７のモーター制御装置は、前記モーターの動作状態を回転速度としたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、モーターの動作状態に応じて最適な高調波電流制御器の制御効果を得ることができ、モーター電流制御の安定性を向上させることができる。例えば、モーターの高速域における高調波電流制御器の制御効果を変更することによって、モーターの高速域での高調波電流制御による電流のうねりなどの発生を防止することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を連続的に変更でき、モーター電流制御の安定性を確保することができる。
（３） 請求項３の発明によれば、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、どのような制御則を用いて構成した高調波電流制御系に対しても、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。
（５） 請求項５の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる上に、高調波電流制御器の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
（６） 請求項６の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。また、高調波電流制御器の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
（７） 請求項７の発明によれば、モーター速度に応じて抑制ゲインを変更することができ、高調波電流制御器の制御効果を連続的に変更することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
−−−発明の第１の実施の形態−−−
図１は第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御系と高調波電流制御系を備えている。基本波電流制御系は、モーター回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分を制御する回路である。一方、高調波電流制御系は、基本波電流制御系のみでモーター電流ｉu、ｉv、ｉwを制御した場合に発生する所定次数ｎ（ただし、ｎは整数）の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、ｄhｑh軸座標系という）、換言すればモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系において、モーター電流ｉu、ｉv、ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。
【０００８】
基本波電流制御系は、減算器１ａ、１ｂ、ｄｑ軸電流制御器（基本波電流制御器）２、非干渉制御器３、加算器４ａ、４ｂ、３相／ｄｑ変換器５およびｄｑ／３相変換器６から構成される。減算器１ａはｄ軸電流指令値ｉd＊から実際のｄ軸電流ｉdを減算し、減算器１ｂはｑ軸電流指令値ｉq＊から実際のｑ軸電流ｉqを減算する。ｄｑ軸電流制御器２は、ｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊とｄｑ軸実電流ｉd、ｉqとの偏差にそれぞれＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉd、ｉqをそれぞれ電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸電流制御電圧（基本波電流制御電圧）を演算する。
【０００９】
非干渉制御器３は、ｄｑ軸座標系に存在する速度起電力を補償するためのｄ軸補償電圧ｖd_cmpとｑ軸補償電圧ｖq_cmpを演算し、基本波電流制御系の応答性を改善する。加算器４ａは、ｄｑ軸電流制御器２から出力されるｄ軸電流制御電圧にｄ軸補償電圧ｖd_cmpを加算してｄ軸電流制御電圧ｖd＊を算出する。また、加算器４ｂは、ｄｑ軸電流制御器２から出力されるｑ軸電流制御電圧にｑ軸補償電圧ｖq_cmpを加算してｑ軸電流制御電圧ｖq＊を算出する。
【００１０】
３相／ｄｑ変換器５は、基本波電流に同期した電気的回転角度θeを用いてｄｑ軸電流制御電圧（基本波電流制御電圧）ｖd＊、ｖq＊を３相交流の基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ変換する。ｄｑ／３相変換器６は、基本波電流に同期した電気的回転角度θeを用いてモーター電流（３相交流電流）ｉu、ｉvをｄｑ軸実電流ｉd、ｉqへ変換する。
【００１１】
一方、高調波電流制御系は、減算器７ａ、７ｂ、ｄhｑh軸電流制御器（高調波電流制御器）８、３相／ｄhｑh変換器９、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）１０およびｄhｑh／ｄｑ変換器１１から構成される。減算器７ａはｄh軸電流指令値ｉdh＊から実際のｄh軸電流ｉdhを減算し、減算器７ｂはｑh軸電流指令値ｉqh＊から実際のｑh軸電流ｉqhを減算する。ｄhｑh軸電流制御器８は、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊とｄhｑh軸実電流ｉdh、ｉqhとの偏差にそれぞれＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉdh、ｉqhをそれぞれ電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸電流制御電圧（高調波電流制御電圧）ｖdh＊、ｖqh＊を演算する。
【００１２】
３相／ｄhｑh変換器９は、ｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系の回転角度θeh（＝ｎ・θe）と、基本波電流に同期した電気的回転角度θeとを加算した（θeh＋θe）を用いて高調波電流制御電圧ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'へ変換する。ハイパスフィルター１０は、ｄｑ軸電流ｉd、ｉqに含まれる基本波成分の周波数の整数ｎ倍の周波数の高調波成分を抽出する。ｄhｑh／ｄｑ変換器１１は、ｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系の回転角度θeh（＝ｎ・θe）を用いて、ｄｑ軸座標系における高調波電流をｄhｑh軸座標系の実電流ｉdh、ｉqhへ変換する。
【００１３】
加算器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、３相交流の基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を各相ごとに加算し、３相交流の電流制御電圧を生成する。電力変換器１３は、バッテリー（不図示）などの直流電源の電力をＩＧＢＴなどのスイッチング素子により交流電力に変換するインバーターを備え、３相交流の電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成してモーター１４に印加する。モーター１４は永久磁石同期式モーターである。なお、モーターの種類はこの実施の形態の永久磁石同期式モーターに限定されず、誘導式などのあらゆる種類の交流モーターを用いることができる。
【００１４】
電流センサー１５ａ、１５ｂは、モーター１４に流れるＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvを検出する。なお、Ｗ相交流電流ｉwはＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvによりｉw＝−ｉu−ｉvとして求められる。回転センサー１６はモーター１４の出力軸に連結され、モーター１４の回転に応じたパルス信号を出力する。位相速度演算器１７は、回転センサー１６からのパルス信号に基づいてモーター１４の回転速度ωを演算するとともに、３相交流座標系から見たｄｑ軸座標系（基本波電流座標系）の回転角度θeと、このｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系（高調波電流座標系）の回転角度θehを検出する。
【００１５】
ここで、上述したように、高調波電流の周波数はモーター１４の回転速度に比例して高くなるため、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えないようにする必要がある。そこで、この第１の実施の形態ではモーター１４の動作状態に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更し、常に最適な高調波電流制御の制御効果を得る。
【００１６】
図２は、図１に示すモーター制御装置のｄhｑh軸電流制御器（高調波電流制御器）８の詳細を示す。図において、Ｋpdh、Ｋpqhは予め設定された固定の比例ゲイン、Ｋidh、Ｋiqhは予め設定された固定の積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。上述したように、ｄhｑh軸電流制御器８は、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhの偏差にそれぞれＰＩ演算制御を施す。この第１の実施の形態では、高調波電流制御系の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhにそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じ、高調波電流制御系の制御ゲインを変更する。抑制ゲインＫcは０から１までの値をとる可変制御ゲインである。抑制ゲインＫcを０にすれば、高調波電流制御電圧ｖdh＊、ｖqh＊が０になり、高調波電流制御を停止して高調波電流を０にすることができる。一方、抑制ゲインＫcを１にすれば、従来のモーター制御装置における高調波電流制御と同様な制御効果が得られる。
【００１７】
図３はモーター回転速度ωに対する抑制ゲインＫcの設定例を示す。この例では、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるまでは、モーター回転速度ωと無関係に抑制ゲインＫcに１を設定し、従来の高調波電流制御と同様な制御効果を得る。高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるモーター回転速度ωに達したら、インバーターで制御可能な周波数を超えないようにモーター回転速度ωの増加に応じて抑制ゲインＫcを低減する。
【００１８】
図４はモーター回転速度ωに対する抑制ゲインＫcの他の設定例を示す。この例では、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるまでは、モーター回転速度ωと無関係に抑制ゲインＫcに１を設定し、従来の高調波電流制御と同様な制御効果を得る。高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるモーター回転速度ωに達したら、抑制ゲインＫcに０を設定する。
【００１９】
このように、第１の実施の形態によれば、モーターの回転速度に応じて高調波電流制御器８の制御効果を変更するようにしたので、モーターの高速域において高調波電流制御による電流のうねりなどが発生しないように、モーターの高速域での高調波電流制御器８の制御効果を変更することができ、モーター電流制御の安定性を向上させることができる。また、モーターの回転速度に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更するようにしたので、高調波電流制御の制御効果を連続的に変更でき、モーター電流制御の安定性を確保することができる。さらに、高調波電流制御器８の固定制御ゲインＫpdh、Ｋpqh、Ｋidh、Ｋiqhに対してモーターの回転速度に応じて変化する可変制御ゲインＫcを乗じるようにしたので、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更することができる。
【００２０】
なお、この一実施の形態ではモーター回転速度に応じて抑制ゲインＫcを変更する例を示すが、例えばモーター電流やモーター電圧などの、高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて抑制ゲインＫcを変更してもよい。また、ｄh軸高調波電流制御に用いる抑制ゲインとｑh軸高調波電流制御に用いる抑制ゲインとを異なる値としてもよい。
【００２１】
−−−発明の第２の実施の形態−−−
図５は第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１に示す制御ブロックおよび機器と同様な機能の制御ブロックおよび機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００２２】
上述した第１の実施の形態では、高調波電流制御系におけるＰＩ制御の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhにそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変える例を示した。しかし、電流制御はＰＩ制御に限定されず、種々の制御則を用いて電流制御器を構成することができる。例えば、ＰＩ電流制御だけでなく、フィードフォワード制御も組み込んだ高調波電流制御系を構成した場合に、第１の実施の形態のようにＰＩ制御の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhだけに抑制ゲイン（可変制御ゲイン）Ｋcを乗じただけでは、高調波電流制御を停止することができなくなる。
【００２３】
そこで、この第２の実施の形態では、ＰＩ制御の他にフィードフォワード制御が組み込まれたｄhｑh軸電流制御器８Ａの出力電圧、すなわち高調波電流制御電圧ｖdh0＊、ｖqh0＊にそれぞれ、乗算器２０ａ、２０ｂで抑制ゲイン（可変制御ゲイン）Ｋcを乗じる。なお、抑制ゲインＫcは０〜１までの値をとる可変制御ゲインであり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの、高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００２４】
このように、第２の実施の形態によれば、どのような制御則を用いて構成した高調波電流制御系に対しても、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。
【００２５】
なお、この第２の実施の形態では、ｄhｑh軸座標系における高調波電流制御電圧ｖdh0＊、ｖqh0＊に抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変える例を示したが、３相交流座標系や２相交流座標系における高調波電流制御電圧に抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変えるようにしてもよい。
【００２６】
また、上述した第１および第２の実施の形態のように、ｄhｑh軸電流制御器８、８Ａに積分制御が用いられていると、０＜Ｋc＜１の抑制ゲインＫcを乗じても定常状態では高調波電流制御の制御効果を変更できなくなるが、Ｋcを最終的に０にすることによって高調波電流制御を完全に停止することができる。
【００２７】
−−−発明の第３の実施の形態−−−
図６は、高調波電流制御電圧を制限するための高調波リミッターを備えたモーター制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図１および図５に示す制御ブロックおよび機器と同様な制御ブロックおよび機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００２８】
基本波リミッター２１は、電力変換器１３の出力電圧を電源電圧や出力制限に依存した上限値から下限値までの範囲に制限するためのリミット値Ｖmax、Ｖminを有し、３相交流の基本波電流制御電圧ｖu0＊、ｖv0＊、ｖw0＊にリミット処理を施して３相交流基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を出力する。減算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、基本波リミッター２１の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分を算出する。
【００２９】
ｄｑ／３相変換器２３は、基本波リミッター２１の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分をｄｑ軸座標系における超過分Δｖd、Δｖqに変換する。乗算器２４ａ、２４ｂはｄｑ軸座標系における超過分Δｖd、ΔｖqにそれぞれゲインＫad、Ｋaqを乗じ、減算器２５ａ、２５ｂはｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊からそれぞれ超過分Ｋad・Δｖd、Ｋaq・Δｖqを減じる。
【００３０】
つまり、基本波電流制御系において、３相交流基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊の上下限リミット値Ｖmax、Ｖminから超過分に応じてｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊を低減する。これにより、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和を防止でき、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３１】
高調波リミッター２６の上下限値は電力変換器１３の出力限界により定まる値とすることができるが、基本波電流制御を優先できる高調波リミッター２６として、上下限値を基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じて可変とすることができる。高調波リミッター２６は、リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを有し、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu0'、ｖv0'、ｖw0'にリミット処理を施し、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を出力する。減算器２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、高調波リミッター２６の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分を算出する。
【００３２】
ｄhｑh／３相変換器２８は、高調波リミッター２６の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分をｄhｑh軸座標系における超過分Δｖdh、Δｖqhに変換する。乗算器２９ａ、２９ｂはｄhｑh軸座標系における超過分Δｖdh、ΔｖqhにそれぞれゲインＫadh、Ｋaqhを乗じ、減算器３０ａ、３０ｂはｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊からそれぞれ超過分Ｋadh・Δｖdh、Ｋaqh・Δｖqhを減じる。
【００３３】
つまり、高調波電流制御系において、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'の上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minから超過分に応じてｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊を低減する。これにより、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和を防止でき、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３４】
図７は、高調波リミッター２６のリミット値の通常の設定方法を示す。Ｕ相を例に上げて説明すると、基本波リミッター２１を通過した基本波電流制御電圧ｖu＊をリミット値Ｖmax、Ｖminから差し引いた値（Ｖmax−ｖu＊）、（Ｖmin−ｖu＊）を高調波リミッター２６のリミット値Ｖu'max、Ｖu'minとする。なお、Ｖ相、Ｗ相についても同様な方法でリミット値Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを決定する。このようにして構成される高調波リミッター２６によって、基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を出力した場合の、電力変換器１３の余裕分を高調波電流制御に割り当てることができる。
【００３５】
図８は、第３の実施の形態の高調波リミッター２６のリミット値の設定方法を示す。この第３の実施の形態では、図８に示すように、基本波リミッター２１を通過した基本波電流制御電圧ｖu＊をリミット値Ｖmax、Ｖminから差し引いた値（Ｖmax−ｖu＊）、（Ｖmin−ｖu＊）にそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じた値を、高調波リミッター２６のリミット値Ｖu'max、Ｖu'minとする。なお、抑制ゲインＫcは０から１までの値をとる可変制御ゲインであり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００３６】
図８ではＵ相のみを示すが、Ｖ相およびＷ相についても同様な方法でリミット値Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを設定する。このように、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって、高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を制限することができ、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。その上、高調波電流制御器８の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
【００３７】
この第３の実施の形態によれば、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられていても、定常状態において高調波電流制御の制御効果を変更することができる。また、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられている場合でも、抑制ゲインＫcに０を設定することによって、最終的には高調波制御を完全に停止させることができる。
【００３８】
−−−発明の第４の実施の形態−−−
上述した第３の実施の形態では、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって高調波電流制御の制御効果を変更したり、あるいは高調波電流制御を停止する例を示したが、高調波リミッター２６の出力、すなわち高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'に抑制ゲインＫcを乗じるようにした第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態では、第３の実施の形態の図６に示すモーター制御装置の一部を、図９に示すような構成に変えたものであり、図６に示す制御ブロックおよび機器と同様なものに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００３９】
図９において、高調波リミッター２６Ａは、図８に示すような抑制ゲインＫcを乗じたリミット値を有するリミッターではなく、図７に示すような基本波リミッター２１のリミット値Ｖmax、Ｖminから基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を減じて求めたリミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを有するリミッターである。
【００４０】
乗算器３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、高調波リミッター２６Ａの出力に抑制ゲインＫcを乗して高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を生成し、加算器１２ａ、１２ｂ、１２ｃへ出力する。これにより、高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を制限することができ、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。また、高調波電流制御器８の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。なお、抑制ゲインＫcは０から１までの値をとり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００４１】
この第４の実施の形態によれば、高調波リミッター２６Ａの出力に抑制ゲインＫcを乗じることによって、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられていても、定常状態において高調波電流制御の制御効果を変更することができる。また、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられている場合でも、抑制ゲインＫcに０を設定することによって、最終的には高調波制御を完全に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図２】 図１に示すモーター制御装置のｄhｑh軸電流制御器の詳細を示す図である。
【図３】 モーター回転速度に対する抑制ゲインＫcの設定例を示す図である。
【図４】 モーター回転速度に対する抑制ゲインＫcの他の設定例を示す図である。
【図５】 第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図６】 第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図７】 高調波リミッターのリミット値の通常の設定方法を示す図である。
【図８】 第３の実施の形態の高調波リミッターのリミット値の他の設定方法を示す図である。
【図９】 第４の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 減算器
２ ｄｑ軸電流制御器
３ 非干渉制御器
４ａ、４ｂ 加算器
５ ３相／ｄｑ変換器
６ ｄｑ／３相変換器
７ａ、７ｂ 減算器
８、８Ａ ｄhｑh軸電流制御器
８ａ、８ｂ 加算器
９ ３相／ｄhｑh変換器
１０ ハイパスフィルター
１１ ｄhｑh／ｄｑ変換器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 加算器
１３ 電力変換器
１４ モーター
１５ａ、１５ｂ 電流センサー
１６ 回転センサー
１７ 位相速度演算器
２０ａ、２０ｂ 乗算器
２１ 基本波リミッター
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 減算器
２３ ｄｑ／３相変換器
２４ａ、２４ｂ 乗算器
２５ａ、２５ｂ 減算器
２６、２６Ａ 高調波リミッター
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 減算器
２８ ｄhｑh／３相変換器
２９ａ、２９ｂ 乗算器
３０ａ、３０ｂ 減算器
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 乗算器
【発明の属する技術分野】
本発明はモーターの制御装置に関し、特に、交流モーターに流れる高調波電流の制御効果を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御系と、モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御系とを備え、３相交流モーターの電流制御を行うモーター制御装置を提案している。この装置では、基本波電流制御器の出力である基本波電流制御電圧と高調波電流制御器の出力である高調波電流制御電圧とを加算して電流制御電圧を求め、インバーターなどの電力変換装置によって電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成し、モーターに印加して駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、インバーターで制御可能な交流電流の周波数には、インバーターのキャリア周波数などによって決まる限界がある。モーターの回転速度とともに高調波電流の周波数は基本波電流の周波数よりも早くインバーターの制御限界周波数に達するため、モーターの高速域では高調波電流制御による電流のうねりなどが発生し、モーターの制御性能が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、モーターの動作状態に応じて最適な高調波電流制御器の制御効果を得ることができるモーター制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御器と、モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御器と、前記基本波電流制御器の出力と前記高調波電流制御器の出力とを加算してモーター電流を制御するための電流制御電圧を算出し、前記電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成して前記モーターに印加する電力変換器とを備えたモーター制御装置であって、高調波電流制御系に前記モーターの動作状態に応じて前記高調波電流制御器の制御効果を変更する制御効果変更回路を備える。
（２） 請求項２のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更するようにしたものである。
（３） 請求項３のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の固定制御ゲインに乗じることを特徴とするモーター制御装置。
（４） 請求項４のモーター制御装置は、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の出力に乗じるようにしたものである。
（５） 請求項５のモーター制御装置は、前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、前記制御効果変更回路によって、前記高調波リミッターの上限値と下限値を前記モーターの動作状態に応じて変更するようにしたものである。
（６） 請求項６のモーター制御装置は、前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、前記制御効果変更回路によって、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波リミッターの出力に乗じるようにしたものである。
（７） 請求項７のモーター制御装置は、前記モーターの動作状態を回転速度としたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、モーターの動作状態に応じて最適な高調波電流制御器の制御効果を得ることができ、モーター電流制御の安定性を向上させることができる。例えば、モーターの高速域における高調波電流制御器の制御効果を変更することによって、モーターの高速域での高調波電流制御による電流のうねりなどの発生を防止することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を連続的に変更でき、モーター電流制御の安定性を確保することができる。
（３） 請求項３の発明によれば、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、どのような制御則を用いて構成した高調波電流制御系に対しても、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。
（５） 請求項５の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる上に、高調波電流制御器の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
（６） 請求項６の発明によれば、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。また、高調波電流制御器の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
（７） 請求項７の発明によれば、モーター速度に応じて抑制ゲインを変更することができ、高調波電流制御器の制御効果を連続的に変更することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
−−−発明の第１の実施の形態−−−
図１は第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモーター制御装置は、基本波電流制御系と高調波電流制御系を備えている。基本波電流制御系は、モーター回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分を制御する回路である。一方、高調波電流制御系は、基本波電流制御系のみでモーター電流ｉu、ｉv、ｉwを制御した場合に発生する所定次数ｎ（ただし、ｎは整数）の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、ｄhｑh軸座標系という）、換言すればモーター電流ｉu、ｉv、ｉwの基本波成分の周波数の整数ｎ倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系において、モーター電流ｉu、ｉv、ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。
【０００８】
基本波電流制御系は、減算器１ａ、１ｂ、ｄｑ軸電流制御器（基本波電流制御器）２、非干渉制御器３、加算器４ａ、４ｂ、３相／ｄｑ変換器５およびｄｑ／３相変換器６から構成される。減算器１ａはｄ軸電流指令値ｉd＊から実際のｄ軸電流ｉdを減算し、減算器１ｂはｑ軸電流指令値ｉq＊から実際のｑ軸電流ｉqを減算する。ｄｑ軸電流制御器２は、ｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊とｄｑ軸実電流ｉd、ｉqとの偏差にそれぞれＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉd、ｉqをそれぞれ電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄｑ軸電流制御電圧（基本波電流制御電圧）を演算する。
【０００９】
非干渉制御器３は、ｄｑ軸座標系に存在する速度起電力を補償するためのｄ軸補償電圧ｖd_cmpとｑ軸補償電圧ｖq_cmpを演算し、基本波電流制御系の応答性を改善する。加算器４ａは、ｄｑ軸電流制御器２から出力されるｄ軸電流制御電圧にｄ軸補償電圧ｖd_cmpを加算してｄ軸電流制御電圧ｖd＊を算出する。また、加算器４ｂは、ｄｑ軸電流制御器２から出力されるｑ軸電流制御電圧にｑ軸補償電圧ｖq_cmpを加算してｑ軸電流制御電圧ｖq＊を算出する。
【００１０】
３相／ｄｑ変換器５は、基本波電流に同期した電気的回転角度θeを用いてｄｑ軸電流制御電圧（基本波電流制御電圧）ｖd＊、ｖq＊を３相交流の基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊へ変換する。ｄｑ／３相変換器６は、基本波電流に同期した電気的回転角度θeを用いてモーター電流（３相交流電流）ｉu、ｉvをｄｑ軸実電流ｉd、ｉqへ変換する。
【００１１】
一方、高調波電流制御系は、減算器７ａ、７ｂ、ｄhｑh軸電流制御器（高調波電流制御器）８、３相／ｄhｑh変換器９、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）１０およびｄhｑh／ｄｑ変換器１１から構成される。減算器７ａはｄh軸電流指令値ｉdh＊から実際のｄh軸電流ｉdhを減算し、減算器７ｂはｑh軸電流指令値ｉqh＊から実際のｑh軸電流ｉqhを減算する。ｄhｑh軸電流制御器８は、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊とｄhｑh軸実電流ｉdh、ｉqhとの偏差にそれぞれＰＩ（比例積分）制御を施し、実電流ｉdh、ｉqhをそれぞれ電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊に一致させるためのｄhｑh軸電流制御電圧（高調波電流制御電圧）ｖdh＊、ｖqh＊を演算する。
【００１２】
３相／ｄhｑh変換器９は、ｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系の回転角度θeh（＝ｎ・θe）と、基本波電流に同期した電気的回転角度θeとを加算した（θeh＋θe）を用いて高調波電流制御電圧ｖdh＊、ｖqh＊を３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'へ変換する。ハイパスフィルター１０は、ｄｑ軸電流ｉd、ｉqに含まれる基本波成分の周波数の整数ｎ倍の周波数の高調波成分を抽出する。ｄhｑh／ｄｑ変換器１１は、ｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系の回転角度θeh（＝ｎ・θe）を用いて、ｄｑ軸座標系における高調波電流をｄhｑh軸座標系の実電流ｉdh、ｉqhへ変換する。
【００１３】
加算器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、３相交流の基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を各相ごとに加算し、３相交流の電流制御電圧を生成する。電力変換器１３は、バッテリー（不図示）などの直流電源の電力をＩＧＢＴなどのスイッチング素子により交流電力に変換するインバーターを備え、３相交流の電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成してモーター１４に印加する。モーター１４は永久磁石同期式モーターである。なお、モーターの種類はこの実施の形態の永久磁石同期式モーターに限定されず、誘導式などのあらゆる種類の交流モーターを用いることができる。
【００１４】
電流センサー１５ａ、１５ｂは、モーター１４に流れるＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvを検出する。なお、Ｗ相交流電流ｉwはＵ相交流電流ｉuとＶ相交流電流ｉvによりｉw＝−ｉu−ｉvとして求められる。回転センサー１６はモーター１４の出力軸に連結され、モーター１４の回転に応じたパルス信号を出力する。位相速度演算器１７は、回転センサー１６からのパルス信号に基づいてモーター１４の回転速度ωを演算するとともに、３相交流座標系から見たｄｑ軸座標系（基本波電流座標系）の回転角度θeと、このｄｑ軸座標系から見たｄhｑh軸座標系（高調波電流座標系）の回転角度θehを検出する。
【００１５】
ここで、上述したように、高調波電流の周波数はモーター１４の回転速度に比例して高くなるため、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えないようにする必要がある。そこで、この第１の実施の形態ではモーター１４の動作状態に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更し、常に最適な高調波電流制御の制御効果を得る。
【００１６】
図２は、図１に示すモーター制御装置のｄhｑh軸電流制御器（高調波電流制御器）８の詳細を示す。図において、Ｋpdh、Ｋpqhは予め設定された固定の比例ゲイン、Ｋidh、Ｋiqhは予め設定された固定の積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。上述したように、ｄhｑh軸電流制御器８は、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊と実電流ｉdh、ｉqhの偏差にそれぞれＰＩ演算制御を施す。この第１の実施の形態では、高調波電流制御系の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhにそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じ、高調波電流制御系の制御ゲインを変更する。抑制ゲインＫcは０から１までの値をとる可変制御ゲインである。抑制ゲインＫcを０にすれば、高調波電流制御電圧ｖdh＊、ｖqh＊が０になり、高調波電流制御を停止して高調波電流を０にすることができる。一方、抑制ゲインＫcを１にすれば、従来のモーター制御装置における高調波電流制御と同様な制御効果が得られる。
【００１７】
図３はモーター回転速度ωに対する抑制ゲインＫcの設定例を示す。この例では、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるまでは、モーター回転速度ωと無関係に抑制ゲインＫcに１を設定し、従来の高調波電流制御と同様な制御効果を得る。高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるモーター回転速度ωに達したら、インバーターで制御可能な周波数を超えないようにモーター回転速度ωの増加に応じて抑制ゲインＫcを低減する。
【００１８】
図４はモーター回転速度ωに対する抑制ゲインＫcの他の設定例を示す。この例では、高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるまでは、モーター回転速度ωと無関係に抑制ゲインＫcに１を設定し、従来の高調波電流制御と同様な制御効果を得る。高調波電流の周波数が電力変換器１３のインバーターで制御可能な周波数を超えるモーター回転速度ωに達したら、抑制ゲインＫcに０を設定する。
【００１９】
このように、第１の実施の形態によれば、モーターの回転速度に応じて高調波電流制御器８の制御効果を変更するようにしたので、モーターの高速域において高調波電流制御による電流のうねりなどが発生しないように、モーターの高速域での高調波電流制御器８の制御効果を変更することができ、モーター電流制御の安定性を向上させることができる。また、モーターの回転速度に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更するようにしたので、高調波電流制御の制御効果を連続的に変更でき、モーター電流制御の安定性を確保することができる。さらに、高調波電流制御器８の固定制御ゲインＫpdh、Ｋpqh、Ｋidh、Ｋiqhに対してモーターの回転速度に応じて変化する可変制御ゲインＫcを乗じるようにしたので、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更することができる。
【００２０】
なお、この一実施の形態ではモーター回転速度に応じて抑制ゲインＫcを変更する例を示すが、例えばモーター電流やモーター電圧などの、高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて抑制ゲインＫcを変更してもよい。また、ｄh軸高調波電流制御に用いる抑制ゲインとｑh軸高調波電流制御に用いる抑制ゲインとを異なる値としてもよい。
【００２１】
−−−発明の第２の実施の形態−−−
図５は第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。なお、図１に示す制御ブロックおよび機器と同様な機能の制御ブロックおよび機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００２２】
上述した第１の実施の形態では、高調波電流制御系におけるＰＩ制御の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhにそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変える例を示した。しかし、電流制御はＰＩ制御に限定されず、種々の制御則を用いて電流制御器を構成することができる。例えば、ＰＩ電流制御だけでなく、フィードフォワード制御も組み込んだ高調波電流制御系を構成した場合に、第１の実施の形態のようにＰＩ制御の比例ゲインＫpdh、Ｋpqhと積分ゲインＫidh、Ｋiqhだけに抑制ゲイン（可変制御ゲイン）Ｋcを乗じただけでは、高調波電流制御を停止することができなくなる。
【００２３】
そこで、この第２の実施の形態では、ＰＩ制御の他にフィードフォワード制御が組み込まれたｄhｑh軸電流制御器８Ａの出力電圧、すなわち高調波電流制御電圧ｖdh0＊、ｖqh0＊にそれぞれ、乗算器２０ａ、２０ｂで抑制ゲイン（可変制御ゲイン）Ｋcを乗じる。なお、抑制ゲインＫcは０〜１までの値をとる可変制御ゲインであり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの、高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００２４】
このように、第２の実施の形態によれば、どのような制御則を用いて構成した高調波電流制御系に対しても、簡単な構成で高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。
【００２５】
なお、この第２の実施の形態では、ｄhｑh軸座標系における高調波電流制御電圧ｖdh0＊、ｖqh0＊に抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変える例を示したが、３相交流座標系や２相交流座標系における高調波電流制御電圧に抑制ゲインＫcを乗じて高調波電流制御の制御効果を変えるようにしてもよい。
【００２６】
また、上述した第１および第２の実施の形態のように、ｄhｑh軸電流制御器８、８Ａに積分制御が用いられていると、０＜Ｋc＜１の抑制ゲインＫcを乗じても定常状態では高調波電流制御の制御効果を変更できなくなるが、Ｋcを最終的に０にすることによって高調波電流制御を完全に停止することができる。
【００２７】
−−−発明の第３の実施の形態−−−
図６は、高調波電流制御電圧を制限するための高調波リミッターを備えたモーター制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図１および図５に示す制御ブロックおよび機器と同様な制御ブロックおよび機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００２８】
基本波リミッター２１は、電力変換器１３の出力電圧を電源電圧や出力制限に依存した上限値から下限値までの範囲に制限するためのリミット値Ｖmax、Ｖminを有し、３相交流の基本波電流制御電圧ｖu0＊、ｖv0＊、ｖw0＊にリミット処理を施して３相交流基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を出力する。減算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、基本波リミッター２１の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分を算出する。
【００２９】
ｄｑ／３相変換器２３は、基本波リミッター２１の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分をｄｑ軸座標系における超過分Δｖd、Δｖqに変換する。乗算器２４ａ、２４ｂはｄｑ軸座標系における超過分Δｖd、ΔｖqにそれぞれゲインＫad、Ｋaqを乗じ、減算器２５ａ、２５ｂはｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊からそれぞれ超過分Ｋad・Δｖd、Ｋaq・Δｖqを減じる。
【００３０】
つまり、基本波電流制御系において、３相交流基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊の上下限リミット値Ｖmax、Ｖminから超過分に応じてｄｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊を低減する。これにより、出力電圧制限にともなう基本波電流制御出力の飽和を防止でき、基本波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３１】
高調波リミッター２６の上下限値は電力変換器１３の出力限界により定まる値とすることができるが、基本波電流制御を優先できる高調波リミッター２６として、上下限値を基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に応じて可変とすることができる。高調波リミッター２６は、リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを有し、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu0'、ｖv0'、ｖw0'にリミット処理を施し、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を出力する。減算器２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、高調波リミッター２６の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分を算出する。
【００３２】
ｄhｑh／３相変換器２８は、高調波リミッター２６の入出力の差すなわち上下限リミット値の超過分をｄhｑh軸座標系における超過分Δｖdh、Δｖqhに変換する。乗算器２９ａ、２９ｂはｄhｑh軸座標系における超過分Δｖdh、ΔｖqhにそれぞれゲインＫadh、Ｋaqhを乗じ、減算器３０ａ、３０ｂはｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊からそれぞれ超過分Ｋadh・Δｖdh、Ｋaqh・Δｖqhを減じる。
【００３３】
つまり、高調波電流制御系において、３相交流の高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'の上下限リミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minから超過分に応じてｄhｑh軸電流指令値ｉdh＊、ｉqh＊を低減する。これにより、出力電圧制限にともなう高調波電流制御出力の飽和を防止でき、高調波電流制御系の応答性を改善することができる。
【００３４】
図７は、高調波リミッター２６のリミット値の通常の設定方法を示す。Ｕ相を例に上げて説明すると、基本波リミッター２１を通過した基本波電流制御電圧ｖu＊をリミット値Ｖmax、Ｖminから差し引いた値（Ｖmax−ｖu＊）、（Ｖmin−ｖu＊）を高調波リミッター２６のリミット値Ｖu'max、Ｖu'minとする。なお、Ｖ相、Ｗ相についても同様な方法でリミット値Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを決定する。このようにして構成される高調波リミッター２６によって、基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を出力した場合の、電力変換器１３の余裕分を高調波電流制御に割り当てることができる。
【００３５】
図８は、第３の実施の形態の高調波リミッター２６のリミット値の設定方法を示す。この第３の実施の形態では、図８に示すように、基本波リミッター２１を通過した基本波電流制御電圧ｖu＊をリミット値Ｖmax、Ｖminから差し引いた値（Ｖmax−ｖu＊）、（Ｖmin−ｖu＊）にそれぞれ抑制ゲインＫcを乗じた値を、高調波リミッター２６のリミット値Ｖu'max、Ｖu'minとする。なお、抑制ゲインＫcは０から１までの値をとる可変制御ゲインであり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００３６】
図８ではＵ相のみを示すが、Ｖ相およびＷ相についても同様な方法でリミット値Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを設定する。このように、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって、高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を制限することができ、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。その上、高調波電流制御器８の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。
【００３７】
この第３の実施の形態によれば、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられていても、定常状態において高調波電流制御の制御効果を変更することができる。また、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられている場合でも、抑制ゲインＫcに０を設定することによって、最終的には高調波制御を完全に停止させることができる。
【００３８】
−−−発明の第４の実施の形態−−−
上述した第３の実施の形態では、高調波リミッター２６のリミット値に抑制ゲインＫcを乗じることによって高調波電流制御の制御効果を変更したり、あるいは高調波電流制御を停止する例を示したが、高調波リミッター２６の出力、すなわち高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'に抑制ゲインＫcを乗じるようにした第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態では、第３の実施の形態の図６に示すモーター制御装置の一部を、図９に示すような構成に変えたものであり、図６に示す制御ブロックおよび機器と同様なものに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００３９】
図９において、高調波リミッター２６Ａは、図８に示すような抑制ゲインＫcを乗じたリミット値を有するリミッターではなく、図７に示すような基本波リミッター２１のリミット値Ｖmax、Ｖminから基本波電流制御電圧ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を減じて求めたリミット値Ｖu'max、Ｖu'min、Ｖv'max、Ｖv'min、Ｖw'max、Ｖw'minを有するリミッターである。
【００４０】
乗算器３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、高調波リミッター２６Ａの出力に抑制ゲインＫcを乗して高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を生成し、加算器１２ａ、１２ｂ、１２ｃへ出力する。これにより、高調波電流制御電圧ｖu'、ｖv'、ｖw'を制限することができ、高調波電流制御の制御効果を変更したり、高調波電流制御を停止することができる。また、高調波電流制御器８の制御効果を制限した状態での定常運転が可能になる。なお、抑制ゲインＫcは０から１までの値をとり、図３や図４に示すようにモーターの回転速度に応じて設定してもよいし、例えばモーター電流やモーター電圧などの高調波電流制御の制御効果を変更したい状況、あるいは高調波電流制御を停止したい状況に応じて設定してもよい。
【００４１】
この第４の実施の形態によれば、高調波リミッター２６Ａの出力に抑制ゲインＫcを乗じることによって、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられていても、定常状態において高調波電流制御の制御効果を変更することができる。また、ｄhｑh軸電流制御器８に積分制御が用いられている場合でも、抑制ゲインＫcに０を設定することによって、最終的には高調波制御を完全に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図２】 図１に示すモーター制御装置のｄhｑh軸電流制御器の詳細を示す図である。
【図３】 モーター回転速度に対する抑制ゲインＫcの設定例を示す図である。
【図４】 モーター回転速度に対する抑制ゲインＫcの他の設定例を示す図である。
【図５】 第２の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図６】 第３の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【図７】 高調波リミッターのリミット値の通常の設定方法を示す図である。
【図８】 第３の実施の形態の高調波リミッターのリミット値の他の設定方法を示す図である。
【図９】 第４の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 減算器
２ ｄｑ軸電流制御器
３ 非干渉制御器
４ａ、４ｂ 加算器
５ ３相／ｄｑ変換器
６ ｄｑ／３相変換器
７ａ、７ｂ 減算器
８、８Ａ ｄhｑh軸電流制御器
８ａ、８ｂ 加算器
９ ３相／ｄhｑh変換器
１０ ハイパスフィルター
１１ ｄhｑh／ｄｑ変換器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 加算器
１３ 電力変換器
１４ モーター
１５ａ、１５ｂ 電流センサー
１６ 回転センサー
１７ 位相速度演算器
２０ａ、２０ｂ 乗算器
２１ 基本波リミッター
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 減算器
２３ ｄｑ／３相変換器
２４ａ、２４ｂ 乗算器
２５ａ、２５ｂ 減算器
２６、２６Ａ 高調波リミッター
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 減算器
２８ ｄhｑh／３相変換器
２９ａ、２９ｂ 乗算器
３０ａ、３０ｂ 減算器
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 乗算器
Claims (7)
- ３相交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系でモーター電流の基本波成分を制御する基本波電流制御器と、
モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄhｑh軸座標系でモーター電流の高調波成分を制御する高調波電流制御器と、
前記基本波電流制御器の出力と前記高調波電流制御器の出力とを加算してモーター電流を制御するための電流制御電圧を算出し、前記電流制御電圧に応じた３相交流電圧を生成して前記モーターに印加する電力変換器とを備えたモーター制御装置であって、
高調波電流制御系に前記モーターの動作状態に応じて前記高調波電流制御器の制御効果を変更する制御効果変更回路を備えることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項１に記載のモーター制御装置において、
前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて高調波電流制御系の制御ゲインを変更することを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項２に記載のモーター制御装置において、
前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の固定制御ゲインに乗じることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項２に記載のモーター制御装置において、
前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波電流制御器の出力に乗じることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項１に記載のモーター制御装置において、
前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、
前記制御効果変更回路は、前記高調波リミッターの上限値と下限値を前記モーターの動作状態に応じて変更することを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項１に記載のモーター制御装置において、
前記高調波電流制御器の出力を予め設定した上限値から下限値までの範囲に制限する高調波リミッターを備え、
前記制御効果変更回路は、前記モーターの動作状態に応じて変化する可変制御ゲインを前記高調波リミッターの出力に乗じることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項１〜６のいずれかの項に記載のモーター制御装置において、
前記モーターの動作状態は回転速度であることを特徴とするモーター制御装置。
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