JP5311864B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係るモータ駆動システムの全体的構成を説明しつつ、該モータ駆動システムに採用される1シャント電流検出方式を説明する。図1は、このモータ駆動システムの全体概略構成図である。
U、V及びW相の下アームが全てオンの通電パターン「LLL」と、
W相の上アームがオン且つU及びV相の下アームがオンの通電パターン「LLH」と、
V相の上アームがオン且つU及びW相の下アームがオンの通電パターン「LHL」と、
V及びW相の上アームがオン且つU相の下アームがオンの通電パターン「LHH」と、
U相の上アームがオン且つV及びW相の下アームがオンの通電パターン「HLL」と、
U及びW相の上アームがオン且つV相の下アームがオンの通電パターン「HLH」と、
U及びV相の上アームがオン且つW相の下アームがオンの通電パターン「HHL」と、
U、V及びW相の上アームが全てオンの通電パターン「HHH」と、
がある(上アーム及び下アームの符号(8u等)を省略して記載)。
vu>vv>vw、が成立する状態を第1モード、
vv>vu>vw、が成立する状態を第2モード、
vv>vw>vu、が成立する状態を第3モード、
vw>vv>vu、が成立する状態を第4モード、
vw>vu>vv、が成立する状態を第5モード、
vu>vw>vv、が成立する状態を第6モード、
と呼ぶ。図4及び図5に示した例は、第1モードに対応している。また、図6には、各モードにおいて検出される電流の相も示されている。
Tmin=Td+Trig+Tsmpl+(Tpower_on−Tpower_off) ・・・(A)
この保持に関する手法を詳説する前に、各種の状態量(状態変数)の説明及び定義等を行う。図8は、モータ1の解析モデル図である。図8には、U相、V相、W相の電機子巻線固定軸(以下、それらを、単に、U相軸、V相軸及びW相軸とも呼ぶ)が示されている。6aは、モータ1の回転子6に設けられた永久磁石である。永久磁石6aが作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石6aが作る磁束の方向をd軸にとり、d軸に対応する制御上の回転軸をγ軸とする。また、図示していないが、d軸から電気角で90度進んだ位相にq軸をとり、γ軸から電気角で90度進んだ位相にδ軸をとる。d軸とq軸を総称してdq軸と呼び、dq軸を座標軸とする座標をdq座標と呼ぶ。γ軸とδ軸を総称してγδ軸と呼び、γδ軸を座標軸とする座標をγδ座標と呼ぶ。
モータ電圧Vaのγ軸成分、δ軸成分、d軸成分及びq軸成分を、それぞれγ軸電圧vγ、δ軸電圧vδ、d軸電圧vd及びq軸電圧vqで表し、
モータ電流Iaのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電流iγ及びδ軸電流iδで表す。
γ軸電流iγ及びδ軸電流iδに対する指令値を、夫々、γ軸電流指令値iγ*及びδ軸電流指令値iδ*にて表す。iγ*及びiδ*は、夫々、iγ及びiδが追従すべき電流(電流値)を表す。
図1に示されるモータ駆動システムの第1実施例について説明する。図9は、第1実施例に係るモータ駆動システムの詳細ブロック図である。図9に示す如く、制御部3は、符号21〜28で参照される各部位を備えている。モータ駆動システムを構成する各部位は、必要に応じてモータ駆動システム内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。
保持期間設定部25による保持期間の設定手法について説明を加えておく。設定手法として、第1及び第2設定手法を例示する。保持期間設定部25は、第1又は第2設定手法を採用可能である。
第1実施例において、保持期間の設定手法として第1及び第2設定手法を例示したが、これらに代えて第3設定手法を利用することも可能である。第3設定手法を利用する実施例として第2実施例を例示する。第2実施例は、保持期間の設定手法が第1実施例と異なるだけであり、その他の点において第1及び第2実施例は同様である。従って、保持期間の設定手法にのみ着目して説明を行う。
11π/6≦(θ+ε+π/2)<0、又は、0≦(θ+ε+π/2)<π/6、が成立する場合、a軸はa1軸となり、
電圧ベクトル110が、符号122が付された範囲に位置する場合、即ち、
π/6≦(θ+ε+π/2)<π/2、が成立する場合、a軸はa2軸となり
電圧ベクトル110が、符号123が付された範囲に位置する場合、即ち、
π/2≦(θ+ε+π/2)<5π/6、が成立する場合、a軸はa3軸となり
電圧ベクトル110が、符号124が付された範囲に位置する場合、即ち、
5π/6≦(θ+ε+π/2)<7π/6、が成立する場合、a軸はa4軸となり
電圧ベクトル110が、符号125が付された範囲に位置する場合、即ち、
7π/6≦(θ+ε+π/2)<3π/2、が成立する場合、a軸はa5軸となり
電圧ベクトル110が、符号126が付された範囲に位置する場合、即ち、
3π/2≦(θ+ε+π/2)<11π/6、が成立する場合、a軸はa6軸となる。
例えば、電圧ベクトル110が図14に示す位置にある場合、a軸はa4軸となる。
第1又は第2実施例に係るモータ駆動システムでは、d軸とγ軸との間の軸誤差Δθをゼロに収束させるベクトル制御、即ち、γ軸をd軸に追従させるベクトル制御を実施しているが、γ軸をd軸と異なる軸に追従させるベクトル制御を実施するようにしてもよい。第1又は第2実施例に対するこの変形例を、第3実施例とする。例えば、上記非特許文献1及び特開2007−259686号公報に記載されているようなdm軸を定義し、γ軸をdm軸に追従させるベクトル制御を実施するようにしてもよい。
第1〜第3実施例に係るモータ駆動システムは、回転子位置を検出するための位置センサを用いない位置センサレスベクトル制御を行っている。しかしながら、第1〜第3実施例に記載された技術は、位置センサを設けた場合にも有益である。位置センサを設けたモータ駆動システムを本発明の第4実施例とする。第1〜第3実施例に記載した事項は、矛盾なき限り、第4実施例にも適用可能である。
上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈4を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
インバータ2にて3相変調を用いる場合を取り扱ったが、本発明は変調方式に依存しない。例えば、インバータ2にて2相変調を行う場合、通電パターンは、図3に示した3相変調のそれと異なってくる。2相変調では、最小相の下アームが常にオンとされるため、図4におけるタイミングT0−T1間及びT6−T7間に対応する通電パターンが存在しない。しかしながら、結局、タイミングT1−T2間及びT2−T3間に対応する通電パターンにて母線電流を検出するようにすれば、最大相及び最小相の電流を検出できることに変わりはない。
上述の各種の指令値(iγ*、iδ*、vγ*及びvδ*など)や状態量(iγ、iδなど)を含む、導出されるべき全ての値の導出手法は任意である。即ち、例えば、それらを、制御3内での演算によって導出するようにしてもよいし、予め設定しておいたテーブルデータから導出するようにしてもよい。
図1等に示される制御部3の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア(プログラム)を用いて実現される。ソフトウェアを用いて制御部3を実現する場合、制御部3の各部の構成を示すブロック図は機能ブロック図を表すこととなる。勿論、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ハードウェアのみによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、制御部3を形成することも可能である。
本明細書では、記述の簡略化上、記号(iγなど)のみの表記によって、その記号に対応する状態量などを表現している場合もある。即ち、本明細書では、例えば、「iγ」と「γ軸電流iγ」は同じものを指す。
2 インバータ
3 制御部
4 直流電源
5 電流センサ
6 回転子
7 固定子
7u、7v、7w 電機子巻線
21 モータ電流再現部
24 電流制御部
25 保持期間設定部
26 電圧指令値保持部
28 位置・速度推定器
51 位置センサ
52 位置検出部
Claims (11)
- 三相式のモータを駆動するインバータと直流電源との間に流れる電流から、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流に基づいて前記モータへの印加電圧の目標となる電圧指令値を作成して出力する電圧指令値作成手段と、
前記電圧指令値作成手段から出力された過去の前記電圧指令値を保持する電圧指令値保持手段と、
前記モータのU相、V相及びW相電圧の内の2相間電圧差から特定期間を設定する特定期間設定手段と、を備え、
前記特定期間外においては、前記電圧指令値作成手段から出力される前記電圧指令値に基づいて前記インバータを介して前記モータを制御する一方、前記特定期間内においては、前記電圧指令値保持手段に保持されている前記電圧指令値に基づいて前記インバータを介して前記モータを制御し、
前記特定期間設定手段は、前記モータ電流検出手段が、前記モータ電流を形成する3相電流の内、2相分の相電流を検出できない検出不能期間を、前記特定期間に含める
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記特定期間設定手段は、前記2相間電圧差が所定の閾値以下である期間を、前記検出不能期間として前記特定期間に含める
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記インバータは、直列接続された2つのスイッチング素子を三相分備えて、前記電圧指令値作成手段から出力される前記電圧指令値又は前記電圧指令値保持手段に保持されている前記電圧指令値に基づいて各スイッチング素子をスイッチング制御することにより前記モータを駆動し、
前記インバータと前記直流電源との間に流れる前記電流を被測定電流と呼んだ場合、
前記モータ電流検出手段は、前記被測定電流に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換することによって前記被測定電流を検出して、その被測定電流から前記モータ電流を検出し、
前記閾値は、各スイッチング素子がスイッチングした時に発生する前記被測定電流の振動の減衰時間に応じて、予め設定される
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記インバータと前記直流電源との間に流れる前記電流を被測定電流と呼んだ場合、
前記モータ電流検出手段は、前記被測定電流に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換することによって前記被測定電流を検出して、その被測定電流から前記モータ電流を検出し、
前記閾値は、前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換する時に必要となる時間に応じて、予め設定される
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記インバータは、直列接続された2つのスイッチング素子を三相分備えて、前記電圧指令値作成手段から出力される前記電圧指令値又は前記電圧指令値保持手段に保持されている前記電圧指令値に基づいて各スイッチング素子をスイッチング制御することにより前記モータを駆動し、
前記閾値は、各スイッチング素子のスイッチング遅れ時間に応じて、予め設定される
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令値保持手段は、前記特定期間前に前記電圧指令値作成手段から出力された前記電圧指令値を保持する
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令値は、前記モータの回転子の回転に伴って回転する回転座標上における2相の電圧指令値である
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載のモータ制御装置。 - 当該モータ制御装置は、前記特定期間内において、前記モータの回転子位置に応じて前記U相、V相及びW相電圧の夫々を変化させる
ことを特徴とする請求項1〜請求項7の何れかに記載のモータ制御装置。 - 当該モータ制御装置は、
前記モータの回転子位置を推定する推定手段と、
前記電圧指令値作成手段から出力される或いは前記電圧指令値保持手段に保持されている前記2相の電圧指令値を、推定された前記回転子位置に基づいて3相電圧指令値に変換する座標変換手段と、を更に備えて、
前記3相電圧指令値に従って前記モータを制御し、
前記推定手段は、
前記特定期間外では、前記モータ電流に基づいて前記回転子位置を推定し、
前記特定期間内では、前記モータ電流に基づく前記回転子位置の推定を停止し、その特定期間前に推定した前記回転子位置を基準にしつつ、前記特定期間前における前記回転子位置の変化状態に基づいて或いは前記特定期間前における前記モータの回転速度情報に基づいて前記特定期間内の前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。 - 当該モータ制御装置は、
位置センサを用いて前記モータの回転子位置を検出する位置検出手段と、
前記電圧指令値作成手段から出力される或いは前記電圧指令値保持手段に保持されている前記2相の電圧指令値を、検出された前記回転子位置に基づいて3相電圧指令値に変換する座標変換手段と、を更に備えて、
前記3相電圧指令値に従って前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。 - 三相式のモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御することにより前記モータを制御する請求項1〜請求項10の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。
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