JP4500155B2 - シミュレーション方法 - Google Patents
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Description
第1のモータモデル(電流と電圧との関係を示す方程式)を以下に説明する。3相交流モータモデルの各相の出力交流電圧Uと、各相電機子電流iと、各相電機子巻線と鎖交する磁束ψとの関係は、数1〜数4により定義される。
第2のモータモデルを以下に説明する。このモータモデルは、後述するように、上記した数13を用いず、その代わりに、電流磁束ψsを用いて各相の出力交流電圧Uと各相電機子電流iとの関係を記述する方程式により定義される。たとえばこのモータモデルの演算では、あらかじめ演算した3相電機子巻線鎖交磁束ψsを用いて3相電流iを求めることができる。数11を変形すると、数14が得られる。
なお、モータモデル演算においては、モータトルクの演算が望まれるが、モータトルクは電流の関数値であり、たとえば数17をシミュレーションの各演算ステップごとに演算することにより算出することができる。したがって、モータトルクの演算が必要なモータモデルでは、下記の数17をモータモデルに追加すればよい。同様に、消費電力、無効電力その他の電気量や物理量もそれらを定義する方程式をモータモデルに追加することにより演算することができる。
上記第1、第2モータモデルの演算では、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算が必要となる。インダクタンス行列L(θ)の逆行列は、数18の記号により表示される。
次にこの実施例でオプション的に用いる座標系変換を行うためのdq回転座標系演算部を実質的に構成する方程式について以下に説明する。ただし、以下において、iは静止座標系表示の三相電機子電流、Uは静止座標系表示の三相電機子電圧、Idはd軸電機子電流、Iqはq軸電機子電流、Ioは零相電流、Udはd軸電機子電圧、Uqはq軸電機子電圧、Uoは零相電機子電圧である。数50はd軸基準の電機子電流位相角を示し、数51はd軸基準の電機子電圧位相角を示す。
次に、3相インバータモデルとして使用可能な回路方程式について以下に説明する。この3相インバータの回路図を図1に示す。図1の3相インバータの構成とそのPWM動作自体は周知であるため説明は省略する。T1〜T6は3相インバータを構成するスイッチング素子であり、IGBTに限定されるものではない。PWMuはU相上アームのスイッチング素子T1に印加されるPWM制御信号(PWM入力信号とも言う)、PWMvはV相上アームのスイッチング素子T2に印加されるPWM制御信号、PWMwはW相上アームのスイッチング素子T3に印加されるPWM制御信号である。デッドタイムを無視すると、同相の上アームのスイッチング素子に印加されるPWM制御信号と逆のパルス信号であるPWM制御信号が各相のハーフブリッジの下アームのスイッチング素子に印加される。線間電圧Uuv、Uvw、Uwuと相電圧Uu、Uv、Uwとは数54の関係をもち、各相のPWM制御信号と線間電圧とは数55の関係をもつ。
上記した3相インバータモデルと3相交流モータモデルとを用いて交流モータ制御アルゴリズムのシミュレーションの各ステップを一定時間ごとに演算する場合を図2のタイムチャートを参照して考える。
上記説明したモータモデル及びインバーモデルを用いるモータ制御システムのHILS(ハードウエアインザループシミュレーション)システムを図4に図示する。100はホストPC、101は1乃至複数のコンピュータからなるターゲットPCsである。102はモータ制御用のモータコントローラ(実機)であるが、それと同等のシミュレーション動作を行う仮想モータコントローラプログラムを実装するコンピュータとしてもよい。
ターゲットPCs101にダウンロードされたプログラムにより構成されるモデル演算部の主要動作である演算ステップを図5、図6を参照して更に説明する。なお、図5は、モータモデルの演算のためにモデル演算部により一定周期でなされる演算ステップの実行ルーチンの一例を示すフローチャートを示し、図6は、図5のモデル演算ルーチンを示すフローチャートを示す。なお、この演算ステップは所定短周期(たとえば10μsec)で繰り返される。また、システム設定部及びモータコントローラ102との交信は別プログラムで独立に実行されているものとする。
101 ターゲットPCs
102 モータコントローラ
Claims (4)
- 周期Tsごとに読み込まれるパルス信号の状態を入力変数とする方程式により定義されて所定の対象の動作を模擬する対象モデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記対象モデルの状態をリアルタイムにシミュレーションするシミュレーション方法であって、
前記パルス信号の前回の読み込み時点から前記パルス信号の状態が変化した時点までの時間Tcと、変化後の前記パルス信号の状態とに基づいて、前記パルス信号の前回の読み込み時点から今回の読み込み時点までの期間における前記パルス信号の振幅平均値を算出し、
前記今回の読み込み時点における前記パルス信号の振幅として前記振幅平均値を採用し、
前記パルス信号の振幅の値として前記振幅平均値を代入して前記方程式を演算することにより前記方程式の所望の変数の値を求めることを特徴とするシミュレーション方法。 - 請求項1記載のシミュレーション方法において、
前記パルス信号が前記前回の読み込み時点にてレベル0であり、前記今回の読み込み時点にてレベル1である場合に前記振幅平均値として(TsーTc)/Tsを採用し、
前記パルス信号が前記前回の読み込み時点にてレベル1であり、前記今回の読み込み時点にてレベル0である場合に前記振幅平均値としてTc/Tsを採用することを特徴とするシミュレーション方法。 - 請求項1又は2記載のシミュレーション方法において、
前記パルス信号は、PWM制御信号であることを特徴とするシミュレーション方法。 - 周期Tsごとに読み込まれるパルス信号の状態を入力変数とする方程式により定義されて所定の対象の動作を模擬する対象モデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記対象モデルの状態をリアルタイムにシミュレーションするシミュレーションプログラムであって、
前記パルス信号の前回の読み込み時点から前記パルス信号の状態が変化した時点までの時間Tcと、変化後の前記パルス信号の状態とに基づいて、前記パルス信号の前回の読み込み時点から今回の読み込み時点までの期間における前記パルス信号の振幅平均値を算出するステップと、
前記今回の読み込み時点における前記パルス信号の振幅として採用した前記振幅平均値を前記パルス信号の振幅の値として代入して前記方程式を演算することにより前記方程式の所望の変数の値を求めるステップと、
を有することを特徴とするシミュレーションプログラム。
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