JP5010827B2 - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明によるDCブラシレスモ−タ制御の概要構成図である。図2は図1の誘起電圧補償制御器のブロック図である。図3は図2のトルク偏差計算部のブロック図である。図4は図2の単相―dq座標変換部のブロック図である。図5は図2のフィルタ部のブロック図である。図6は図2の積分制御部のブロック図である。図7は図2のdq―単相逆変換部のブロック図である。図8は図1のトルク制御器の通電率補正パターン図である。図9は図1のトルク制御器のブロック図である。図10は一般的なシングルロータリ圧縮機の負荷トルク特性図である。図11はシングルロータリ圧縮機のガス圧縮トルク特性図である。図12は誘起電圧補償制御およびトルク制御の結果をモータ電流波形で示した図である。図13は誘起電圧補償制御に関するマイコン内部のデータをグラフ化した図である。
DCブラシレスモータ制御装置とシングルロータリ圧縮機3を組合せた概要構成図である。
PWM周波数を変化させることで磁極位置を推定するために必要となる時間を確保するPWM周波数選択器18を備えている。
数10μs周期で監視し、この磁極位置信号が転流後に「Hi」から「Lo」、または「Lo」から「Hi」に反転するタイミングを検出することで磁極位置を推定している。磁極位置信号の変化点を検出した磁極位置推定器11は位置検出信号を転流制御器12へ出力し、転流制御器12に対し次の転流動作の準備を指示する。転流制御器12は内部にタイマが備えられており、位置検出信号を受けた後、最適な転流タイミングを計算すると共に計算で得られた転流までの遅延時間を内部タイマで計測する。遅延時間の計測が完了するとドライブ信号発生器14に次のブロック番号を与えてドライブ信号の切替えを指示する。さらに切替え指示を出すと同時に速度制御器13へ転流したことを通知する転流信号を与える。速度制御器13は所定時間内における転流信号の数をカウントし平均回転数を測定している。そして図示していない室内機から得た指令回転数と平均回転数との偏差に基づき通電率Aを補正することで間接的にモータの印加電圧を補正し、モータの平均回転数を指令回転数に一致させる働きを行なっている。
一方、ブロック番号を受けたドライブ信号発生器14はブロック番号に応じたドライブ信号をインバータ回路2に出力し、内部にあるスイッチングトランジスタの通電パターンを更新することで転流動作を行なっている。なおインバータ回路2に与えるドライブ信号はインバータ回路2の出力する印加電圧を可変とするためにPWM信号を用いている。
次に求めた最小負荷トルクの発生機械角度(θmin)のSin値とCos値を計算し、各々をリミッタ選択部で選択されたリミッタ値に掛け合わせて、Sin成分リミッタ値とCos成分リミッタ値とする。不完全積分制御器内では先に説明した積分補償計算した後で計算結果とこのリミッタ値とを比較し、計算結果がこのリミッタ値を越えないよう制限を加える。
この式のKid1は直流電流平均値に対する基礎部演算乗数であり、またKspは平均回転数に対する演算乗数である。共に予め定められた所定の値を用いている。そして計算により求めた基礎部補正量目標値と予め定められた所定の制限値とを比較し基礎部補正量目標値が制限値を越えることがないよう制限する。また頂点部補正量目標値計算部では直流電流測定器17で測定した直流電流平均値を基に頂点部補正量目標値を計算する。次式にその内容を示す。
この式のKid2は直流電流平均値に対する頂点部演算乗数であり予め定められた所定の値を用いている。そして計算により求めた頂点部補正量目標値と予め定められた所定の制限値とを比較し頂点部補正量目標値が制限値を越えることがないよう制限する。なお上記の制限値は基礎部補正量計算用と頂点部補正量計算用を個別に備えている。
なおこの式においてθthはイナーシャ分の基本位相補正角度、Nbは基本位相補正角度を補正するための基準回転数定数、Kmは基本位相補正角度を補正するための演算乗数であり、夫々は予め定められた所定の値を用いている。平均回転数は速度制御器13から与えられた値を用いているまた「Nb−平均回転数」項については計算結果が「零」未満の場合は計算結果に再度「零」を代入し計算を進めている。そして誘起電圧補償制御器15で求めた最大負荷トルクの発生機械角度(θmax)に対しイナーシャ補正角度を差引くことで補正基準角度を求める。
最後に補正量合成部について説明する。補正量合成部では基礎部補正量基準値と頂点部補正量基準値と補正基準角度と基礎部および頂点部の補正範囲に基づき通電率補正パターンを計算する。なお基礎部および頂点部の補正範囲は予め定められた所定の値を用いている。次に具体的な計算の流れを説明する。先ず始めに補正基準角度を機械角度30度で除し、ブロック番号に対応した基準ブロックを求め、次に各部の補正量を左辺、中央、右辺の順番に計算する。左辺は基準ブロックを基準とした左側のブロックに対し補正量を計算する。各ブロックの補正量は次式で偏差Lを計算しておき、基礎部補正量基準値が左のブロックに進むにつれ偏差L分だけ減少するよう計算する。
中央は基準ブロックが含まれた中央のブロックに対し補正量を計算する。補正量の計算は基礎部と頂点部に分けて行なう。基礎部は基礎部補正量基準値を中央の補正ブロックの数だけ設定する。頂点部は予め定められた頂点部ブロック数を基に次式で偏差S1を計算し、頂点ブロックに向けて偏差S1を積み上げるよう補正量を増加させる。また頂点ブロックより右のブロックは次式で偏差S2を計算し、右のブロックに進むにつれ偏差S2分だけ減少するよう計算する。
(偏差S2)=(頂点部補正量基準値)÷(基礎部中央の補正範囲−頂点ブロック数)
最後に基礎部中央と頂点部中央の補正量を加算し合計値を補正量する。右辺は中央の最終ブロックから右側のブロックに対し補正量を計算する。各ブロックの補正量は次式で偏差Rを計算しておき、基礎部補正量基準値が右のブロックに進むにつれ偏差R分だけ減少するよう計算する。
ここまでの計算で求めた各ブロックの補正量は正規の補正基準角度に対し位相ずれが含まれている。その理由は基準ブロックを求める際に補正基準角度を機械角度30度で除し、補正基準角度をブロック番号に対応付けており、正規の補正基準角度を簡便な機械角度に変換し計算を進めているからである。よってこの位相ずれを30度で除した時の余り角度を用いて補正する。具体的には次の式により移動比率を求め、この移動比率を各ブロックの補正量と掛け合わせることで前位相のブロックへ移動すべき補正量を計算する。そして各ブロックの補正量から前位相のブロックへ移動すべき補正量を差引き、この分を前位相のブロックに加算することで位相ずれを補正する。
この位相ずれを補正した各ブロック毎の補正量がトルク制御器16の計算結果となり、そしてこの12ブロック分の通電率補正量が通電率Cとなる。
Claims (4)
- 交流を整流して直流を発生するコンバータと、このコンバータに接続されパルス幅変調された電力を出力するインバータと、このインバータに接続され周期的に負荷トルクが変動する負荷を回転駆動するブラシレスモータと、このブラシレスモータの無通電相から誘起電圧を検出しロータの回転位置を推定する位置推定手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、前記インバータが転流を行ってから次の転流を行うまでの転流所要時間を測定する手段と、1回転分の転流所要時間をフーリェ変換することでSin成分とCos成分に置換える手段と、このSin成分とCos成分を基に前記ブラシレスモータの負荷トルクが大きい機械角度で通電率を低くし、前記ブラシレスモータの負荷トルクが小さい機械角度で通電率を高くして誘起電圧の変化を補償する手段とを備えたブラシレスモータの制御装置。
- 請求項1において、前記Sin成分とCos成分から最大負荷トルクの発生している機械角度を推定する手段と、推定した機械角度を基にモータトルクを補正するトルク制御手段とを備えたブラシレスモータの制御装置。
- 請求項2において、前記トルク制御手段のモータトルク補正量を制限する手段を備えたブラシレスモータの制御装置。
- 請求項1において、前記パルス幅が所定値以下となった時にパルス幅変調周波数を低い周波数に切換える手段を備えたブラシレスモータの制御装置。
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