JP5743364B2 - パルス幅変調ドライブに対する共通モード・ヒステリシス - Google Patents
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Description
本出願は、2011年3月30日出願の米国特許出願第13/075、453号の優先権を主張し、その内容を本明細書に取り込む。
図1および図2を参照すると、コントローラを備えた典型的な不連続パルス幅変調(DPWM)三相電気モータ制御システムが提供されている。
ゼロ・シーケンス計算器224は、測定した位相電流114(ia、ib、およびic)と位相制御電圧222(Va、Vb、Vc)を利用してゼロ・シーケンス信号V0230を決定する。ゼロ・シーケンス信号230が位相制御電圧222と結合されたときに、位相(以下では一般的に「クランプ位相」と称する。「クランプ」という言葉はこの説明の文脈でのみ理解されるべきであり、それが他の文脈で使用される場合の性質を暗示するものではないことに留意されたい)の1つが意図的に異常電圧値
図4を参照すると、より複雑な例には、その対応する位相電流414に約90度だけ先行する三相制御電圧422がある。単純に最大電流の位相を選択することによってクランプすべき位相を選択する前述の方法は、この場面では適切ではないかもしれない。特に、最大電流の位相に対応する位相制御電圧は位相電流が最大である期間において中間にある(即ち、最大の位相電流は、値が他の2つの位相制御電圧値の間にある対応する位相制御電圧をもつ)。したがって、中間の位相制御電圧をもつ位相をクランプする場合には、中間の位相制御電圧とクランプ最大値の間の位相制御電圧も同様にクランプする必要があり、位相間の関係を保存することができない。これは、デューティ・サイクル426を生成するとき、レベル関係が位相制御電圧422の間で保存されるという事実に起因するものである。
図4に示すような良く動作するシステムでは、どの位相をクランプすべきかを判定するには前述の電圧テストで十分である。しかし、図6を参照すると、雑音または他の高速な変動が位相制御電圧522に存在するときに問題が生じうる。例えば、サンプル電流に及ぼすスイッチング・ノイズの影響に起因する電圧振動525により、電圧テストの結果が高速に変化し、その結果、クランプされる位相が高速に変化するおそれがある。これらの不要な遷移により、インバータ側でスイッチング・ロスが生じうる。幾つかの例では、電圧振動525は共通モード電圧の急激な変化に寄与する検知電流信号の摂動により生じうる。かかる急激な変化により、閉ループ制御システムが振動的に反応するおそれがある。
図7を参照すると、ゼロ・シーケンス計算器724(図2のゼロ・シーケンス計算器224の別の例)が、図6に示す高速なスイッチングを抑制するように構成される。ゼロ・シーケンス計算器724は上述の(即ち、図5に関して説明した)電圧テストを用いてクランプ位相を決定する。次いで、ゼロ・シーケンス信号730を生成するゼロ・シーケンス計算器780にクランプ位相が渡される。次いで、ゼロ・シーケンス信号730における許容可能な変化率を制限するスルー・レート・リミッタ734にゼロ・シーケンス信号730が渡される。スルー・レート・リミッタ734は、ゼロ・シーケンス信号730の高速な遷移を抑制することによりスイッチング・ロスを低減させる。
前述の例には、単一の基本周波数と雑音により支配された電流信号と電圧信号が含まれていた。図12を参照すると、幾つかのより動的なモータ・ドライブの例(例えば、PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)を用いたアクティブ・サスペンション制御)が、雑音とDC成分をも含む複数の周波数を含む信号を含むことができる。図12の円領域で示したように、時々、複数の位相のうち2つがほぼ同一レベルの制御電圧を有することがある。
図14を参照すると、どの位相をクランプすべきかを判定する目的で、ヒステリシス・アルゴリズムが1組の例示的な位相制御電圧1322と位相電流1314に適用される。
図15を参照すると、幾つかの電圧動作領域1448、即ち、領域0から領域Nをその接続ヒステリシス帯1450とともに定義することができる。
Phase_Lo=VloまたはIloに対応する位相
Phase_Hi=VhiまたはIhiに対応する位相
Vline_Lo=|LPF(Vmid−Vlo)|=ローパス・フィルタされた、中間電圧と低電圧の絶対電圧差分
Vline_Hi=|LPF(Vhi−Vmid)|=ローパス・フィルタされた、中間電圧と高電圧の絶対電圧差分
Vline_Hyst_01=領域0から領域1への遷移でチェックされる電圧閾値
Vline_Hyst_10=領域1から領域0への遷移でチェックされる電圧閾値
Vline_Hyst_12=領域1から領域2への遷移でチェックされる電圧閾値
Vline_Hyst_21=領域2から領域1への遷移でチェックされる電圧閾値
Vline_Lo=|LPF(Vmid−Vlo)|
Vline_Hi=|LPF(Vhi−Vmid)|
ここで、LPFはローパス・フィルタリング操作を表す。
図19を参照すると、レベル1ソリューション1880(即ち、変化率制限)とレベル2ソリューション1882(即ち、ヒステリシス)の間の不要なスイッチングの低減を示す実験結果が示されている。特に、レベル1ソリューションのデューティ・サイクル1880において丸で囲った不要なスイッチング1884の事例が、レベル2ソリューションのデューティ・サイクル1882においては現れていない。
104 コントローラ
110 インバータ
112 モータ
116 検知フィードバック
220 多相制御信号ジェネレータ
224 ゼロ・シーケンス計算器
228 パルス幅変調器
Claims (20)
- 多相ドライブのパルス幅変調制御方法であって、
値がその他の位相制御電圧の間にある位相制御電圧の位相を候補位相の集合から排除し、位相制御電圧値が互いに近接する位相を判定するための近接基準に従って位相を排除するステップを含めて、複数の異常電源電圧の1つにクランプするのに適したものとして少なくとも1つの位相から成る集合を前記多相ドライブの複数の位相から特定するステップであって、複数の位相制御電圧が互いに近接する場合には、クランプに適した位相は、前記位相制御電圧に対応する位相をクランプの候補から排除した後に決定され、どの前記位相制御電圧も互いに近接しない場合には、中間電圧テストを適用することによって、クランプに適した位相が決定される、ステップと、
位相を前記候補位相の集合から選択するステップと、
選択された位相の位相制御電圧レベルと前記複数の異常電源電圧の1つに関連付けられた異常制御電圧レベルとの差分として第1のオフセット信号を決定するステップと、
位相ごとに前記第1のオフセット信号と位相制御電圧レベルとから成る組合せを生成して位相ごとに修正制御信号を決定することにより、前記多相ドライブの位相の各々に対して前記修正制御信号を決定するステップと、
を含み、
前記異常制御電圧は、前記選択された位相に対する制御電圧として適用された場合に、前記選択された位相の電圧の出力が前記位相に関連付けられた前記異常電源電圧になるようにし、前記異常電源電圧は、前記選択された位相に関連付けられた電源の最大電源電圧である、
方法。 - クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を特定するステップは、
前記複数の位相から最小絶対位相制御電圧レベルを有する第1の位相を特定するステップと、
前記複数の位相から中間絶対位相制御電圧レベルを有する第2の位相を特定するステップと、
前記複数の位相から最大絶対位相制御電圧レベルを有する第3の位相を特定するステップと、
前記第1の位相の制御信号レベルと前記第2の位相の制御信号レベルの差分を第1の差分として決定するステップと、
前記第3の位相の制御信号レベルと前記第2の位相の制御信号レベルの差分を第2の差分として決定するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の差分と前記第2の差分を決定する前に、前記第1の位相、前記第2の位相、および前記第3の位相の前記位相制御電圧にローパス・フィルタリング操作を適用するステップをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を近接基準に従って特定するステップは、前記第1の差分と前記第2の差分を複数のヒステリシス値と比較して制御領域を複数の制御領域から決定するステップをさらに含み、前記制御領域はクランプすべき位相を選択するためのものであり、前記制御領域の各々は、高電圧と中間電圧の差分および前記中間電圧と低電圧の差分に対する異なる閾値に関連付けられている、請求項2に記載の方法。
- クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を近接基準に従って特定するステップは、少なくとも幾つかの複数の制御領域に対して、単一の候補位相を前記第2の位相の位相制御電圧レベルから最も遠い位相制御電圧レベルの位相として特定し、その他の位相を前記少なくとも1つのドライブの位相から成る集合から排除するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を特定するステップは、複数の制御領域のうち少なくとも幾つかに対して、前記クランプに適した位相を前記第1の位相および前記第3の位相として特定し、前記第2の位相を排除するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 前記位相を候補位相の集合から選択するステップは、
前記候補位相の集合が1つの位相しか含まない場合には、単一の候補位相を選択するステップと、
前記候補位相の集合が複数の位相を含む場合には、前記候補位相の集合のうち最大の駆動電流を有する位相を前記候補位相の集合から選択するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 候補位相の集合のうち最大の駆動電流を有する位相を候補位相の集合から選択するステップは、
前記候補位相の集合に関連付けられた1組の駆動電流を互いと比較するステップと、
最大の駆動電流を有する候補位相を前記1組の駆動電流の比較に基づいて決定するステップと、
決定した候補位相を異常制御信号レベルの1つに設定するステップと、
を含む、請求項7に記載の方法。 - 複数のパルス幅変調制御信号の各パルス幅変調制御信号が複数の位相の修正制御信号のうち対応するものに従って決定される、請求項1に記載の方法。
- 位相ごとに前記第1のオフセット信号と前記位相制御電圧レベルの前記組合せを生成するステップは、位相ごとに、前記第1のオフセット信号の変化率を制限して第2のオフセット信号を生成し第2のオフセット信号を前記位相制御電圧レベルと結合するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 複数の制御信号を受信するための入力と、
複数の駆動電流を受信するための入力と、
複数の修正制御信号を提供するための出力と、
を備えた制御信号修正器を備える多相コントローラであって、
前記制御信号修正器は、
値がその他の位相制御電圧の間にある位相制御電圧の位相を候補位相の集合から排除し、位相制御電圧値が互いに近接する位相を判定するための近接基準に従って位相を排除することを含めて、複数の異常電源電圧の1つにクランプするのに適したものとして少なくとも1つの位相から成る集合をドライブの複数の位相から特定し、
位相を前記候補位相の集合から選択し、
選択された位相の位相制御電圧レベルと前記複数の異常電源電圧の1つに関連付けられた異常制御電圧レベルとの差分として第1のオフセット信号を決定し、
位相ごとに前記第1のオフセット信号と位相制御電圧レベルとから成る組合せを生成して位相ごとに修正制御信号を決定することにより、ドライブの位相ごと複数の修正制御信号を決定する
ように構成され、
複数の位相制御電圧が互いに近接する場合には、クランプに適した位相は、前記位相制御電圧に対応する位相をクランプの候補から排除した後に決定され、どの前記位相制御電圧も互いに近接しない場合には、中間電圧テストを適用することによって、クランプに適した位相が決定され、
前記異常制御電圧は、前記選択された位相に対する制御電圧として適用された場合に、前記選択された位相の電圧の出力が前記位相に関連付けられた前記異常電源電圧になるようにし、前記異常電源電圧は、前記選択された位相に関連付けられた電源の最大電源電圧である、
多相コントローラ。 - 前記複数の修正制御信号を受け取り複数のパルス幅変調制御信号の各パルス幅変調制御信号を前記複数の修正制御信号のうち対応するものに従って決定するように構成されたパルス幅変調器をさらに備える、請求項11に記載の多相コントローラ。
- フィードバック信号を受信するための入力と、
指令信号を受信するための入力と、
複数の駆動電流を受信するための入力と、
複数の制御信号を提供するための出力と、
を備えた制御信号ジェネレータをさらに備え、
前記制御信号ジェネレータは、前記フィードバック信号、前記指令信号、および前記複数の駆動電流のうち少なくとも1つに応答して前記複数の制御信号を決定するように構成された、請求項11に記載の多相コントローラ。 - 前記制御信号修正器は、
前記複数の位相から最小絶対制御信号レベルを有する第1の位相を特定することと、
前記複数の位相から中間絶対制御信号レベルを有する第2の位相を特定することと、
前記複数の位相から最大絶対制御信号レベルを有する第3の位相を特定することと
前記第1の位相の制御信号レベルと前記第2の位相の制御信号レベルの差分として第1の差分を決定することと、
前記第3の位相の制御信号レベルと前記第2の位相の制御信号レベルの差分として第2の差分を決定することと、
を含めて、クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を特定するように構成された、請求項11に記載の多相コントローラ。 - 前記制御信号修正器は、前記第1の差分と前記第2の差分を複数のヒステリシス値と比較して制御領域を複数の制御領域から決定することをさらに含めて、クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を近接基準に従って特定するように構成され、前記制御領域はクランプすべき位相を選択するためのものであり、前記制御領域の各々は、高電圧と中間電圧の差分および前記中間電圧と低電圧の差分に対する異なる閾値に関連付けられている、請求項14に記載の多相コントローラ。
- 前記制御信号修正器は、少なくとも幾つかの複数の制御領域に対して、単一の候補位相を前記第2の位相の制御電圧レベルから最も遠い制御電圧レベルの位相として特定し、その他の位相を少なくとも1つのドライブの位相から成る集合から排除することをさらに含めて、クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を近接基準に従って特定するように構成された、請求項15に記載の多相コントローラ。
- 前記制御信号修正器は、複数の制御領域のうち少なくとも幾つかに対して、前記クランプに適した位相を前記第1の位相および前記第3の位相として特定し、前記第2の位相を排除することをさらに含めて、クランプに適した少なくとも1つのドライブの位相から成る集合を近接基準に従って特定するように構成された、請求項15に記載の多相コントローラ。
- 前記制御信号修正器は、
前記候補位相の集合が1つの位相しか含まない場合には、単一の候補位相を選択することと、
前記候補位相の集合が複数の位相を含む場合には、前記候補位相の集合のうち最大の駆動電流を有する位相を候補位相の集合から選択することと、
を含めて、位相を前記候補位相の集合から選択するように構成された、請求項11に記載の多相コントローラ。 - 前記制御信号修正器は、
前記候補位相の集合に関連付けられた1組の駆動電流を互いと比較することと、
最大の駆動電流を有する候補位相を前記1組の駆動電流の比較に基づいて決定することと、
決定した候補位相を異常制御信号レベルの1つに設定することと、
を含めて、前記候補位相の集合のうち最大の駆動電流を有する位相を前記候補位相の集合から選択するように構成された、請求項18に記載の多相コントローラ。 - 位相ごとに前記第1のオフセット信号と前記位相制御電圧レベルの前記組合せを生成することは、位相ごとに、第1のオフセット信号の変化率を制限して第2のオフセット信号を生成し第2のオフセット信号を前記位相制御電圧レベルと結合することを含む、請求項11に記載の多相コントローラ。
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