JP5359327B2 - モータ制御駆動装置 - Google Patents
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Description
この制御装置は、同期発電機の固定子に接続する順変換器と、該順変換器に接続しかつ電力系統に接続する逆変換器とを備え、同期発電機の可変周波数の発電電力を順変換器で直流電力に変換し、変換器で直流電力を固定周波数の交流電力に変換する制御装置であって、同期発電機固定子端子電圧を検出する電圧検出器と、固定子電流を検出する電流検出器と、電圧検出値と電流検出値とから同期発電機の回転子位置を推定する回転子位置推定手段とを備え、回転子位置推定手段により推定された回転子位置推定値に基づいて順変換器を制御する。
これにより、センサレス制御方式の永久磁石同期モータでは、ロータ位置推定値を補正する際に、ゼロクロス点検出装置が検出したゼロクロス点に基づいて推定したロータ位置推定値を補正することが出来る為、的確なベクトル制御及びあるいはV/F制御を実行することが出来る。また、ゼロクロス点検出装置は、簡単な方法でゼロクロス点を検出することが出来る為、ゼロクロス点の検出及びロータ位置推定値の補正における制御の負荷は、小さなものになる。
まず、モータ制御駆動装置Aの機能構成について、図1を参照して、説明する。図1は、本実施形態に係るモータ制御駆動装置Aの機能ブロック図である。
モータ制御駆動装置Aは、負荷である永久磁石同期モータBを回転駆動するものである。永久磁石同期モータBは、中央に回転軸が挿通されると共に当該回転軸を中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、当該ロータの周面に対向配置されると共にロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するステータとから構成され、ロータの回転状態(回転位置、回転速度、回転数等)を検出するセンサを具備しないセンサレスタイプの永久磁石同期モータであり、モータ制御駆動装置Aの制御の下、ロータを回転する。
なお、U相電圧検出部3a及びV相電圧検出部3bは、本実施形態における相電圧検出手段を構成し、またA/D変換部4は、本実施形態におけるA/D変換手段である。
直流電源1aは、1つあるいは複数のバッテリを直列接続したものであり、所定の直流電源電圧を昇圧回路1bへ出力する。
インバータ1cは、モータ制御部5から供給されるPWM(PulseWidth Modulation)信号に基づいて昇圧回路1bから供給された直流電圧をスイッチングすることにより、U相、V相及びW相からなる3相のモータ駆動電力を生成して永久磁石同期モータBへ供給する。
V相電流検出部2bは、V相駆動信号線に設けられており、インバータ1cからV相巻線へ流れるモータ駆動電流Ivを検出してモータ制御部5へ出力する。
V相電圧検出部3bは、V相駆動信号線に設けられており、インバータ1cからV相巻線へ流れるモータ駆動電圧Vvを検出してA/D変換部4へ出力する。
なお、ロータ位置/ロータ速度推定部5eは、本実施形態におけるロータ位置推定値補正手段であり、また線間電圧演算部5hは、本実施形態における線間電圧算出手段であり、さらにゼロクロス点演算部5iは、本実施形態におけるゼロクロス点検出手段である。
速度制御部5bは、一種のPID制御器であり、上記速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施すことによって、速度誤差Δωに対応するq軸電流操作量Iqsを算出し、当該q軸電流操作量Iqsを電流制御部5cへ出力する。
ゼロクロス点演算部5iは、線間電圧演算部5hから入力されるU−V間線間電圧Vuvのゼロクロス点Pz(セロになるタイミング)を検出し、当該ゼロクロス点Pzをロータ位置/ロータ速度推定部5eへ出力する。
モータ制御駆動装置Aでは、永久磁石同期モータBを回転制御する為に、インバータ1cから永久磁石同期モータBへ電力を供給すると、U相電圧検出部3a及びV相電圧検出部3bが、各々に対応するモータ駆動電圧Vu及びモータ駆動電圧Vvを検出し、このモータ駆動電圧Vu及びモータ駆動電圧VvをA/D変換部4へ出力する。
ゼロクロス点演算部5iは、以下のゼロクロス点検出用乗算値算出式に従って、U−V間線間電圧Vuvのサンプリングに応じた現在の電圧V(nΔt)とその直前のサンプリングの電圧V(nΔt−Δt)を乗算することによってゼロクロス点検出用乗算値Vzを算出する(ステップS2)。
<ゼロクロス点検出用乗算値算出式>:ゼロクロス点検出用乗算値Vz=現在の電圧V(nΔt)×直前の電圧V(nΔt−Δt)
U−V間線間電圧Vuvは、図3に示すように、交流の正弦波となる。そして、ゼロクロス点検出用乗算値Vzは、図3に示すように、U−V間線間電圧Vuvの波形に応じたほぼ0[V/Vpeak]以上の正弦波となる。これは、現在の電圧V(nΔt)がプラスである場合は、直前の電圧V(nΔt−Δt)もプラスである可能性が高く、また現在の電圧V(nΔt)がマイナスである場合は、直前の電圧V(nΔt−Δt)もマイナスである可能性が高い為に、現在の電圧V(nΔt)と直前の電圧V(nΔt−Δt)を乗算した値であるゼロクロス点検出用乗算値Vzがプラスになる可能性が高い為である。
上記ステップS4の動作について、図4を参照して、詳細に説明する。図4は、本実施形態に係るモータ制御駆動装置Aのロータ位置/ロータ速度推定部5eが補正したロータ位置推定値θeを示すグラフである。図4の(a)は、U−V間線間電圧Vuv、ゼロクロス点検出用乗算値Vz及びしきい値Lを示すグラフであり、図4の(b)は、図4の(a)のゼロクロス点Pzに応じてロータ位置/ロータ速度推定部5eが補正したロータ位置推定値θe及び正しいロータ位置Sを示すグラフである。なお、図4の(a)のグラフは、縦軸に電圧、横軸に時間を示し、また図4の(b)のグラフは、縦軸にロータ位置、横軸に時間を示す。ロータ位置/ロータ速度推定部5eでは、図4に示すように、ゼロクロス点Pzになる毎に、ロータ位置推定値θeの適正値である「0」度に補正する。なお、ロータ位置/ロータ速度推定部5eは、ゼロクロス点に応じた適正値を、予め記憶しておく。
(1)上記実施形態では、線間電圧演算部5hが、U−V間線間電圧Vuvを算出し、ゼロクロス点演算部5iが、当該U−V間線間電圧Vuvからゼロクロス点Pzを検出したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、ゼロクロス点演算部5iが、サンプリングに応じた現在の電圧V(nΔt)とその直前のサンプリングの電圧V(nΔt−Δt)を乗算することによってゼロクロス点検出用乗算値Vzを算出しているが、ゼロクロス点検出用乗算値Vzがしきい値Lより高い値の第2のしきい値を設け、ゼロクロス点検出用乗算値Vzが第2のしきい値以下になるとA/D変換部4のサンプリングレート(1秒間にサンプリングする回数)を高くする、すなわちA/D変換部4のサンプリングを行う間隔を短くするようにしてもよい。これにより、ゼロクロス点演算部5iは、ゼロクロス点検出用乗算値Vzによって、高精度のゼロクロス点を検出することが出来る。
例えば、ゼロクロス点演算部5iは、ゼロクロス点検出用乗算値Vzがしきい値L以下になった現在の電圧V(nΔt)のタイミングをゼロクロス点Pzとして検出してもよいし、また現在の電圧V(nΔt)と直前の電圧V(nΔt−Δt)との中間のタイミングをゼロクロス点として検出するようにしてもよい。
例えば、ゼロクロス点演算部5iは、U−V間線間電圧Vuvの1周期毎にゼロクロス点検出用乗算値Vzがしきい値L以下になる2回のタイミング(ロータ位置推定値θeが「0」度になるタイミングと「180」度になるタイミング)をゼロクロス点として検出し、ロータ位置/ロータ速度推定部5eへ出力する。そして、ロータ位置/ロータ速度推定部5eは、2種類のゼロクロス点に応じて、それぞれの適正値である「0」度または「180」度にロータ位置推定値θeを補正するようにしてもよい。
Claims (4)
- センサレス制御方式の永久磁石同期モータの各相巻線に電圧を供給することによって前記永久磁石同期モータを駆動するモータ制御駆動装置であって、
前記永久磁石同期モータへ供給する相電圧を検出する相電圧検出手段と、
所定のサンプリングレートでサンプリングすることによって相電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段によってサンプリングされた相電圧の値と、直前の相電圧の値とを乗算することによってゼロクロス点検出用乗算値を算出し、当該ゼロクロス点検出用乗算値が所定のしきい値以下になるタイミングを相電圧のゼロクロス点として検出するゼロクロス点検出手段と、
前記ゼロクロス点のタイミングで、前記永久磁石同期モータのロータ位置推定値をゼロクロス点に応じた適正値に補正するロータ位置推定値補正手段とを、
具備することを特徴とするモータ制御駆動装置。 - 前記ゼロクロス点検出用乗算値が、前記所定のしきい値より高い値に設定された第2のしきい値以下になると、前記A/D変換手段のサンプリングレートを高くすることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御駆動装置。
- 前記相電圧検出手段によって検出された後に前記A/D変換手段によってサンプリングされた2つ以上の相巻線の相電圧から線間電圧を算出する線間電圧算出手段を具備し、
前記ゼロクロス点検出手段は、前記線間電圧からゼロクロス点を検出することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御駆動装置。 - 前記相電圧検出手段は、2つ以上の相巻線の相電圧を検出し、
前記ゼロクロス点検出手段は、前記2つ以上の相巻線の相電圧のゼロクロス点を検出することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御駆動装置。
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