JP5808199B2 - モータ制御装置及びモータ駆動システム - Google Patents
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Description
そこで、例えば、特許文献1には、制御方式を切り替える際のトルクショックを低減させるための技術が提案されている。特許文献1には、正弦波PWM制御方式を採用する第1のMG制御手段と矩形波電圧位相制御方式を採用する第2のMG制御手段とを切り替える際に、切替前のMG制御手段のPI制御器の制御状態変数のモニタ結果に基づいて切替後のMG制御手段のPI制御器の制御状態変数の初期値を演算して設定することにより、MG制御手段の切替時におけるトルク変動を防止する技術が開示されている。
本発明は、複数の制御手段と、複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、各前記制御手段に対応して設けられた複数のプリセット手段とを有し、各前記制御手段は、積分器を含むとともに、電流値をフィードバックして電圧指令値を設定するフィードバック制御手段と、電流指令値を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段によって設定された電圧補償値を用いて、前記フィードバック制御手段の電圧指令値を補正して出力する補正手段とを有し、各前記プリセット手段は、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による電圧補償値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値が自身に対応する前記制御手段の前記フィードバック制御手段によって生成されるために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置を提供する。
上記モータ制御装置において、各前記プリセット手段は、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている期間において、前記積分器の初期値の設定を周期的に行うこととしてもよい。
上記モータ制御装置は、少なくとも1つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による電圧補償値を、対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換電圧補償値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換電圧補償値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定することとしてもよい。
図2に示すように、モータ制御装置2は、正弦波PWM制御に基づく第1電圧指令値を生成する第1制御部(第1制御手段)11と、1パルス駆動制御に基づく第2電圧指令値を生成する第2制御部(第2制御手段)12とを備えている。第1制御部11が採用する正弦波PWM制御は、d−q座標系(第1座標系)を用いて制御を行う制御方式であり、第2制御部12が採用する1パルス駆動制御は、極座標系(第2座標系)を用いて制御を行う制御方式である。このように、モータ制御装置2は、異なる座標系を用いてモータ制御を行う複数の制御部を有している。
駆動信号生成部16は、正弦波PWM制御時には、極座標/3相変換部15からの3相交流電圧指令値に基づいて各相に対応するインバータ3のスイッチング素子を駆動する駆動信号Sを生成し、インバータ3に出力する。また、1パルス制御時には、位相角指令値δ*+δ0*+θeに基づいて、各相に対応するインバータ3のスイッチング素子を駆動する矩形波の駆動信号Sを生成し、インバータ3に出力する。
速度・位置推定部22は、3相/2相変換部21で算出されたq軸電流Iq及びd軸電流Idを用いて、現在の交流モータ4のロータの位置θe及び電気角速度ωeを算出する。
Vq0*=Ra×Iq*+ω×Ld×Id*+ωe×φa (2)
なお、ここでは、2相電流指令値Id*,Iq*から電圧補償値を得ることとしたが、これに代えて、3相/2相変換部21から出力される2相測定電流Id,Iqに基づいて電圧補償値を算出することとしてもよい。
電圧指令設定部31は、PI制御器(詳細は図5参照)を有するフィードバック制御部であり、第1制御部11の電流指令設定部23によって設定されるq軸電流指令値Iq*及びd軸電流指令値Id*と、3相/2相変換部21から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqとを入力情報として取得し、これらの情報から電圧振幅指令値Va*と電圧位相角指令値δ*を設定する。
第1プリセット部20は、切替部14によって第2制御部12が採用されている場合に、第2制御部12により設定された第2電圧指令値Va*+Va0*,δ*+δ0*を用いて、第1制御部11の電圧指令設定部24のPI制御器が備える積分器(第1積分器)で用いられる制御状態変数を算出し、これを初期値として積分器に設定する。
図4において、符号41は、電圧指令設定部24におけるd軸電圧指令値Vd*を生成するPI制御器、符号42は電圧指令設定部24におけるq軸電圧指令値Vq*を生成するPI制御器である。
PI制御器41は、比例器51と、積分器(第1積分器)52とを備えている。同様に、PI制御器42は、比例器53と、積分器(第1積分器)54とを備えている。
座標系変換部61は、第2制御部12によって設定された第2電圧指令値Va*+Va0*,δ*+δ0*をd−q座標系に変換して、第2電圧指令値Vd*+Vd0*,Vq*+Vq0*を得る。
図5において、符号71は、電圧指令設定部31における振幅指令値Va*を生成するPI制御器、符号72は電圧指令設定部31における電圧位相角指令値δ*を生成するPI制御器である。
PI制御器71は、比例器81と、積分器(第2積分器)82とを備えている。同様に、PI制御器72は、比例器83と、積分器(第2積分器)84とを備えている。
第2座標系変換部91は、第1制御部11の非干渉制御部25により算出されたd軸電圧補償値Vd0*及びq軸電圧補償値Vq0*を極座標系の電圧補償値Va0*及びδ0*に変換する。なお、この座標変換部91を設けることなく、第2制御部12が備える座標系変換部32の出力を流用することとしてもよい。
まず、交流モータ4の負荷が小さい場合には、切替部14により第1制御部11が選択され、第1制御部11によって設定された第1電圧指令値Va*+Va0*,δ*+δ0*に基づくインバータ3の制御が行われる。
また、このように、第1制御部11が採用されている場合には、第2プリセット部30による第2制御部12の積分器82,84のプリセットが周期的に行われる。
更に、本実施形態に係るモータ駆動システム1及びモータ制御装置2は、極座標を変換する機能や、フィードフォワード制御による電圧指令値の補償をリセットする機能を有しているので、第1制御部11と第2制御部12とが異なる座標系を用いて制御を行う場合や、フィードフォワード制御部を有している場合でも、各制御部の積分器への初期値を適切な値とすることができ、制御部の切替時におけるトルク変動を抑制することができる。
この場合、切替部14の後段において、3相/2相変換部を更に設け、第1電圧指令値Vd*+Vd0*,Vq*+Vq0*を3相/2相変換部によって3相交流電圧指令値に変換し、この3相交流電圧指令値を駆動信号生成部16に出力することとしてもよい。更に、この場合には、第2プリセット部30内、または、第2プリセット部30に第1電圧指令が入力される前に、第1電圧指令値Vd*+Vd0*,Vq*+Vq0*を極座標変換する座標系変換部(第2座標系変換手段)を設ける必要がある。
2 モータ制御装置
11 第1制御部
12 第2制御部
13 座標系変換部
14 切替部
20 第1プリセット部
21 3相/2相変換部
22 速度・位置推定部
23 電流指令設定部
24 電圧指令設定部
25 非干渉制御部
26 電圧指令補正部
30 第2プリセット部
31 電圧指令設定部
32 座標系変換部
33 電圧指令補正部
41,42,71,72 PI制御器
51,53,81,83 比例器
52,54,82,84 積分器
61 座標系変換部
62 減算器
63 第1演算部
91 座標系変換部
92 減算器
93 第2演算部
Claims (6)
- 複数の制御手段と、
複数の前記制御手段を切り替えて採用する切替手段と、
各前記制御手段に対応して設けられた複数のプリセット手段と
を有し、
各前記制御手段は、
積分器を含むとともに、電流値をフィードバックして電圧指令値を設定するフィードバック制御手段と、
電流指令値を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段によって設定された電圧補償値を用いて、前記フィードバック制御手段の電圧指令値を補正して出力する補正手段と
を有し、
各前記プリセット手段は、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている場合に、前記切替手段に採用されている制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による電圧補償値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値が自身に対応する前記制御手段の前記フィードバック制御手段によって生成されるために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定するモータ制御装置。 - 複数の前記制御手段の各々は、d−q座標軸を用いて前記電圧指令値を設定する制御手段および極座標系を用いて前記電圧指令値を設定する制御手段のいずれかである請求項1に記載のモータ制御装置。
- 各前記プリセット手段は、対応する制御手段ではない他の制御手段が前記切替手段によって採用されている期間において、前記積分器の初期値の設定を周期的に行う請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
- 少なくとも1つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値および前記フィードフォワード制御手段による電圧補償値を、対応する前記制御手段に応じた座標系に変換した座標変換電圧指令値および座標変換電圧補償値を取得し、前記座標変換電圧指令値から前記座標変換電圧補償値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ制御装置。 - 少なくとも1つの前記制御手段が他のいずれかの制御手段とは異なる座標系で表わされる電圧指令値を出力する場合において、
各前記プリセット手段は、前記切替手段に採用されている前記制御手段が、自身に対応する前記制御手段が用いる座標系とは異なる座標系の電圧指令値を出力している場合に、前記切替手段に採用されている前記制御手段の電圧指令値から前記フィードフォワード制御手段による電圧補償値を取り除いた電圧指令値を算出し、該電圧指令値を対応する前記制御手段に応じた座標系の電圧指令値に変換し、座標変換後の前記電圧指令値を生成するために必要となる前記積分器の制御状態変数を初期値として前記積分器に設定する請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ制御装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のモータ制御装置を具備するモータ駆動システム。
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