JP5615671B2 - モータ制御装置およびモータ制御システム - Google Patents
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前記設定値は、ステータ構造に起因する電流脈動の最大値と、前記三相交流モータの回転速度の加減速又は負荷変動によって発生する電流偏差の変動成分との何れか一方又は双方に基づいて設定されることを特徴とする。なお、( )内の記号、文字は、例示である。
<モータ制御装置2aの構成>
以下、図1を参照して、第1の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する。図1は、第1の実施形態のモータ制御装置2aの構成図である。図1に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置2aは、電力変換器3および三相交流モータ(三相同期電動機)4とともに、モータ制御システム1aを構成している。モータ制御装置2aは、電力変換器3を介して三相交流モータ4の回転を制御している。電力変換器3は、直流電源Eが接続されており、直流電源Eから供給される直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流モータ4を駆動する。
電流指令値演算部221は、二軸電流指令値演算部2211と二軸−三相変換部2212と三相−二軸変換部2213とを備えて構成される。電流指令値演算部221には、目標値(目標回転速度)Tおよび電流復元部23からの復元された三相の復元電流IREが入力される。目標値(目標回転速度)Tは、二軸電流指令値演算部2211に入力され、三相の復元電流IREは、三相−二軸変換部2213に入力される。そして、三相−二軸変換部2213に入力された三相の復元電流IREは、励磁軸(d軸)およびこれに直交するトルク軸(q軸)の二軸の電流に変換され、二軸電流指令値演算部2211および電圧指令値演算部222に入力電流Id、Iqとして出力される。二軸電流指令値演算部2211は、入力された目標値(目標回転速度)Tおよび二軸の入力電流Id、Iqを二軸電流指令値Id*、Iq*に演算して、二軸−三相変換部2212および電圧指令値演算部222に出力する。二軸−三相変換部2212は、二軸電流指令値演算部2211から入力された二軸電流指令値Id*、Iq*を三相電流指令値Iu*、Iv*、Iw*に変換して、電流復元部23に出力する。
偏差演算部231は、A/D変換部21から出力された測定電流値(出力値)Ioと電流指令値演算部221の二軸−三相変換部2212で変換された三相電流指令値I*(Iu*、Iv*、Iw*)とが入力され、測定電流値(出力値)Ioと三相指令電流値I*との偏差IDを演算し設定部232に出力する。
以下、本実施形態のモータ制御装置2aの動作につき説明する。なお、モータ制御装置2aにおける各部の構成および関連動作については、前記<モータ制御装置の構成>の項において既に説明したので省略する。ここでは、図2乃至図6を参照して、本実施形態のモータ制御装置2aの特徴である電流指令値I*および測定電流値(出力値)Ioを取得して復元電流IREの値を出力する電流復元部23の動作について主に説明する。
a)領域は、A/D変換部21への入力直前のフィルタ回路等による充電時間およびセットアップ時間(約6μs)であり、b)領域は、1データのA/D変換部21での電流検出時間を含むA/D変換時間(2.6μs)であり、c)領域は、A/D変換部21中でのレジスタ等の設定処理時間(約1μs)であることから、a)〜c)領域のトータル時間がデータ取得時間としての必要最低時間として、約10μsと見積もられる。
本実施形態の1シャント抵抗を用いた電流取得法では、前記したように、A/D変換部21における電流取得は1回測定に制限される。
そして、モータ制御は、電流指令値演算部221において、実際のモータ電流値がマイコン内部で算出する電流指令値I*となるように制御する。したがって、三相交流モータ4が正常に制御されて動作していれば、常識的な制御偏差値を含む値として、基本的に、「(電流指令値)≒(モータ電流正常値)」と考えて良い。
以下、電流指令値I*を(□)、モータ電流正常値(以下、正常値と記す。)を(○)および、測定電流値(出力値)Ioを(白抜き三角)と付記して説明する。
なお、規定幅データ(設定値)ISの値は、設定部232のバラツキやAD変換誤差によるバラツキ等を考慮して決定される。
図5(a)に示すように、データ取得を4つの時点(n−2、n−1、n、n+1:nは自然数)でそれぞれ1回行ったときのn時点目のデータ取得において、設定部232で、正常値(○)の測定電流値(出力値)Ioのデータ取得が行われたとき(偏差ID=0)は、取得した測定電流値(出力値)Ioを正常値(○)として、モータ電流の復元電流IREの値として使用する。この場合は、前記したように、正常値(○)と電流指令値I*とが等しいとみなす。
このような測定電流値(出力値)Ioが発生する要因は、軽微なノイズの発生、電流取得処理のバラツキ等が挙げられる。
このような測定電流値(出力値)Ioが発生する要因は、大きなノイズの発生が挙げられる。
本実施形態の電流復元部23における1シャント抵抗を用いた電流センサレス電流取得法におけるデータ処理について、図6のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第1の要点は、ステータ構造に起因する測定電流値(出力値)Ioの最大電流脈動の最大値に基づいて設定され、この電流脈動の最大値にA/D変換部21の測定誤差を加えた値を考慮して設定される。
第2の要点は、三相交流モータ4の回転速度の加速(増加)又は減速(減少)によって発生する電流偏差の変動成分に基づいて設定され、この変動成分にA/D変換部21の測定誤差を加えた値を考慮して設定される。
そして、第3の要点として、負荷の変動によって発生する電流偏差の変動成分に基づいて設定され、この変動成分にA/D変換部21の測定誤差を加えた値を考慮して設定される。
ここで、A/D変換部21の測定誤差としては、量子化誤差として±0.5LSB程度の誤差、フルスケール誤差として±5LSB程度の誤差、オフセット誤差として±5LSB程度の誤差、そして、非線形性誤差として±5LSB程度の誤差が挙げられる。
なお、LSBは、最下位ビット(Least Signification Bit)を意味する。
つぎに、図11を参照して本発明の第2の実施形態のモータ制御装置2bを有するモータ制御システム1bについて説明する。
また、三相の復元電流IREは、電圧指令値演算部222にも、三相の入力電流Iu、Iv、Iwとして出力される。
これに対し、従来の1シャント抵抗を用いた電流センサレス電流取得法では、電流取得は1回測定となるため、何らかの理由で電流ラインや電流取得回路にノイズが乗るような異常状態となった場合には、その異常値の電流取得が行われてしまうことになる。
このような測定電流値(出力値)が発生する要因は、軽微なノイズの発生、電流取得処理のバラツキ等が挙げられる。
このような測定電流値(出力値)が発生する要因は、大きなノイズの発生が挙げられる。
従来の1シャント抵抗を用いた電流センサレス電流取得法におけるデータ処理について、図13のフローチャートを参照して説明する。
図14乃至図15を参照して、従来の電流センサ付き電流取得法によるモータ制御装置の構成図およびデータ処理のフローを説明する。
この電流センサ付きモータ制御システムは、三相交流モータと、直流電源である電源(DC)と、この電源(DC)と直列接続されたシャント抵抗とを有する電力変換器と、この電力変換器を介して三相交流モータの回転速度をベクトル制御するベクトル制御部(モータ制御装置)と、電力変換器と三相交流モータとの間に接続された三相交流モータに流れるモータ相電流の少なくとも二相のモータ相電流を検知する電流センサ、たとえば、電流変換トランス(CT:Current Transformer)やホール素子等、とを備えて構成される。
先ず、データ処理が開始されると、電流センサは、A/D変換による電流取得を行う(ステップS31)。このとき電流取得回数は、複数回、例えば4回行う。そして、過電流信号を基にイレギュラ値の取得電流値の判別を行い、イレギュラ値の取得電流値を除去する(ステップS32)。次いで、イレギュラ値を除いた残りの取得電流値での平均化処理を行う(ステップS33)。そして、平均化処理を行った取得電流値を復元電流値とする(ステップS34)。復元電流値を用いてベクトル制御処理(ステップS35)を行い、電流取得処理を終了する。
2a、2b モータ制御装置
3 電力変換器
4 三相交流モータ
21 A/D変換部
22 ベクトル制御部
23 電流復元部
221 電流指令値演算部
2211 二軸電流指令値演算部
2212 二軸−三相変換部
2213 三相−二軸変換部
222 電圧指令値演算部
223 PWM信号生成部
224 単相三角波発生部
231 偏差演算部
232 設定部
233 A/D変換制御部
T 目標値(目標回転速度)
I*、Iu*、Iv*、Iw*、Id*、Iq* 電流指令値
Vu*、Vv*、Vw* 電圧指令値
Up、Vp、Wp PWM信号
iu、iv、iw モータ電流
Id、Iq、Iu、Iv、Iw、入力電流
IRE 復元電流
Io 測定電流値(出力値)
ID 偏差
IS 規定幅データ(設定値)
E 直流電源
r シャント抵抗
Claims (6)
- 直流電力を三相交流電力に変換する電力変換器の直流側電流を検出するA/D変換部と、
前記電力変換器を介して三相交流モータの回転速度をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記直流側電流の値を用いて前記三相交流モータに流れるモータ相電流を復元する電流復元部とを備え、
前記ベクトル制御部は、
目標値および前記電流復元部が復元した復元電流を用いて、励磁軸およびこれに直交するトルク軸に分解した二軸電流指令値を演算する二軸電流指令値演算部と、
前記二軸電流指令値を用いて、前記三相交流モータに印加する印加電圧を指令する三相電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記三相電圧指令値と単相三角波とを比較してPWM信号を生成し、PWMスイッチングパターンに従って、前記電力変換器をPWM制御するPWM信号生成部と、
前記二軸電流指令値を二軸−三相変換する二軸−三相変換部とを有し、
前記PWMスイッチングパターンは、前記単相三角波の周期を複数に分割した分割期間毎に、前記電力変換器のスイッチング状態を相毎に規定するものであり、
前記電流復元部は、
前記電力変換器の何れか一の特定相と他の二相とが互いに反転した反転状態である場合に、前記A/D変換部が出力する前記特定相の出力値と前記二軸−三相変換部が変換した前記特定相の三相電流指令値の大きさとの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差の大きさが設定値よりも大きいときに、前記特定相の三相電流指令値を前記復元電流の値として設定し、前記偏差の大きさが前記設定値以下のときに、前記特定相の出力値を前記復元電流の値として設定する設定部とを備え、
前記設定値は、ステータ構造に起因する電流脈動の最大値と、前記三相交流モータの回転速度の加減速又は負荷変動によって発生する電流偏差の変動成分との何れか一方又は双方に基づいて設定されることを特徴とするモータ制御装置。 - 直流電力を三相交流電力に変換する電力変換器の直流側電流を検出するA/D変換部と、
前記電力変換器を介して三相交流モータの回転速度をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記直流側電流の値を用いて前記三相交流モータに流れるモータ相電流を復元する電流復元部とを備え、
前記ベクトル制御部は、
目標値および前記電流復元部が復元した復元電流を用いて、前記モータ相電流の電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
前記電流指令値を用いて、前記三相交流モータに印加する印加電圧を指令する電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記電圧指令値と単相三角波とを比較してPWM信号を生成し、PWMスイッチングパターンに従って、前記電力変換器をPWM制御するPWM信号生成部とを有し、
前記PWMスイッチングパターンは、前記単相三角波の周期を複数に分割した分割期間毎に、前記電力変換器のスイッチング状態を相毎に規定するものであり、
前記電流復元部は、
前記電力変換器の何れか一の特定相と他の二相とが互いに反転した反転状態である場合に、前記A/D変換部が出力する前記特定相の出力値と前記特定相の三相電流指令値の大きさとの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差の大きさが設定値よりも大きいときに、前記特定相の三相電流指令値を前記復元電流の値として設定し、前記偏差の大きさが前記設定値以下のときに、前記特定相の出力値を前記復元電流の値として設定する設定部とを備え、
前記設定値は、ステータ構造に起因する電流脈動の最大値と、前記三相交流モータの回転速度の加減速又は負荷変動によって発生する電流偏差の変動成分との何れか一方又は双方に基づいて設定される
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記PWMスイッチングパターンに同期させて前記A/D変換部に出力させるA/D変換制御部をさらに備え、
前記A/D変換制御部は、前記A/D変換部に前記複数に分割された期間の内、隣接する2つの期間を用いて、2つの前記特定相の電流値を各1回検出させる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記設定値は、前記最大値又は前記電流偏差の変動成分に前記A/D変換部の測定誤差を加えた値に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のモータ制御装置。
- 三相交流モータと、直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記三相交流モータを、前記電力変換器を介してPWM制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、
前記モータ制御装置は、
前記電力変換器の直流側電流を検出するA/D変換部と、
前記三相交流モータの回転速度をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記直流側電流の値を用いて前記三相交流モータに流れるモータ相電流を復元する電流復元部とを備え、
前記ベクトル制御部は、
目標値および前記電流復元部が復元した復元電流を用いて、励磁軸およびこれに直交するトルク軸に分解した二軸電流指令値を演算する二軸電流指令値演算部と、
前記二軸電流指令値を用いて、前記三相交流モータに印加する印加電圧を指令する三相電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記三相電圧指令値と単相三角波とを比較してPWM信号を生成し、PWMスイッチングパターンに従って、前記電力変換器をPWM制御するPWM信号生成部と、
前記二軸電流指令値を二軸−三相変換する二軸−三相変換部とを有し、
前記PWMスイッチングパターンは、前記単相三角波の周期を複数に分割した分割期間毎に、前記電力変換器のスイッチング状態を相毎に規定するものであり、
前記電流復元部は、
前記電力変換器の何れか一の特定相と他の二相とが互いに反転した反転状態である場合に、前記A/D変換部が出力する前記特定相の出力値と前記二軸−三相変換部が変換した前記特定相の三相電流指令値の大きさとの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差の大きさが設定値よりも大きいときに、前記特定相の三相電流指令値を前記復元電流の値として設定し、前記偏差の大きさが前記設定値以下のときに、前記特定相の出力値を前記復元電流の値として設定する設定部とを備え、
前記設定値は、ステータ構造に起因する電流脈動の最大値と、前記三相交流モータの回転速度の加減速又は負荷変動によって発生する電流偏差の変動成分との何れか一方又は双方に基づいて設定されることを特徴とするモータ制御システム。 - 三相交流モータと、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換器と、前記三相交流モータを、前記電力変換器を介してPWM制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、
前記モータ制御装置は、
前記電力変換器の直流側電流を検出するA/D変換部と、
前記三相交流モータの回転速度をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記直流側電流の値を用いて前記三相交流モータに流れるモータ相電流を復元する電流復元部とを備え、
前記ベクトル制御部は、
目標値および前記電流復元部が復元した復元電流を用いて、励磁軸およびこれに直交するトルク軸に分解した二軸電流指令値を演算する二軸電流指令値演算部と、
前記二軸電流指令値を用いて、前記三相交流モータに印加する印加電圧を指令する三相電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記三相電圧指令値と単相三角波とを比較してPWM信号を生成し、PWMスイッチングパターンに従って、前記電力変換器をPWM制御するPWM信号生成部と、
前記二軸電流指令値を二軸−三相変換する二軸−三相変換部とを有し、
前記PWMスイッチングパターンは、前記単相三角波の周期を複数に分割した分割期間毎に、前記電力変換器のスイッチング状態を相毎に規定するものであり、
前記電流復元部は、
前記電力変換器の何れか一の特定相と他の二相とが互いに反転した反転状態である場合に、前記A/D変換部が出力する前記特定相の出力値と前記二軸−三相変換部が変換した前記特定相の三相電流指令値の大きさとの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差の大きさが設定値よりも大きいときに、前記特定相の三相電流指令値を前記復元電流の値として設定し、前記偏差の大きさが前記設定値以下のときに、前記特定相の出力値を前記復元電流の値として設定する設定部とを備え、
前記設定値は、ステータ構造に起因する電流脈動の最大値と、前記三相交流モータの回転速度の加減速又は負荷変動によって発生する電流偏差の変動成分との何れか一方又は双方に基づいて設定される
ことを特徴とするモータ制御システム。
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