JP6206767B2 - モータ制御装置及び発電機制御装置 - Google Patents
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Description
3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との第1内積、又は、(b)前記3相モータの永久磁石の推定された磁石磁束と前記モータ電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えたモータ制御装置を提供する。
3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との第1内積、又は、(b)前記3相モータの永久磁石の推定された磁石磁束と前記モータ電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えたモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、
(j)前記第1内積と、前記3相モータのインダクタンス及び前記モータ電流から特定された参照値との偏差がゼロに近づくように、
(k)前記第1内積と、前記指令トルクから特定された参照値との偏差がゼロに近づくように、
(l)前記第2内積と、与えられた参照値との偏差がゼロに近づくように、又は、
(m)前記第1内積又は前記第2内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差から特定された参照値と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行するモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、
(J)前記第1内積と、前記3相モータのインダクタンスと前記モータ電流の振幅の2乗との積と、の偏差がゼロに近づくように、
(K)前記第1内積と、定数と前記指令トルクの2乗との積と、の偏差がゼロに近づくように、
(L)前記第2内積がゼロに近づくように、又は、
(M)前記第1内積又は前記第2内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差を入力とする第2フィードバック制御の出力と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行するモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記3相モータのインダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いるモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記第1内積又は前記第2内積から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正するモータ制御装置を提供する。
弱め磁束制御用の制限電圧を振幅とする前記電圧ベクトルが前記3相モータに印加されるときに前記3相モータに印加されるべき磁束ベクトルの振幅を制限磁束と定義し、前記制限磁束から前記指令磁束を引いた値を第2補正量と定義したとき、
前記指令磁束特定部は、前記補正量が前記第2補正量よりも大きいときに、前記補正量に代えて前記第2補正量を用いるモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記制限磁束として、前記制限電圧を前記3相モータの回転数で割った値を用いるモータ制御装置を提供する。
3相モータの永久磁石の磁石磁束として与えられた指令磁束を参照し、前記3相モータのモータトルクが指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記磁石磁束を推定する磁束推定部と、
推定された前記磁石磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との内積を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えたモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、
(p)前記内積と、与えられた参照値との偏差がゼロに近づくように、又は、
(q)前記内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差から特定された参照値と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行するモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、
(P)前記内積がゼロに近づくように、又は、
(Q)前記内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差を入力とする第2フィードバック制御の出力と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行するモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記内積から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正するモータ制御装置を提供する。
弱め磁束制御用の制限電圧を振幅とする前記電圧ベクトルが前記3相モータに印加されるときに前記3相モータに印加されるべき磁束ベクトルの振幅を制限磁束と定義し、前記磁束ベクトルにおける前記磁石磁束の成分を制限磁石磁束と定義し、前記制限磁石磁束から前記指令磁束を引いた値を第2補正量と定義したとき、
前記指令磁束特定部は、前記補正量が前記第2補正量よりも大きいときに、前記補正量に代えて前記第2補正量を用いるモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記制限磁束として、前記制限電圧を前記3相モータの回転数で割った値を用い、前記磁束ベクトルにおける前記モータ電流に由来する成分として、前記3相モータのインダクタンスと前記モータ電流の振幅との積を用い、前記制限磁石磁束として、前記制限磁束の2乗から前記モータ電流に由来する前記成分の2乗を引いた値の平方根を用いるモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記3相モータのインダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いるモータ制御装置を提供する。
3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記3相モータの無効電力を特定し、前記無効電力を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部を備えたモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記3相モータを流れるモータ電流と前記電圧ベクトルを表す指令電圧とを用いて前記無効電力を特定するモータ制御装置を提供する。
当該モータ制御装置は、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部を備え、
前記指令磁束特定部は、推定した前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との内積に、前記3相モータの回転数を乗じることによって前記無効電力を特定するモータ制御装置を提供する。
前記指令磁束特定部は、前記無効電力から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正するモータ制御装置を提供する。
3相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、コンバータを用いて前記3相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相発電機を流れる発電機電流との第1内積、又は、(b)前記3相発電機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記発電機電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えた発電機制御装置を提供する。
3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記電機子鎖交磁束を推定するステップと、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との第1内積、又は、(b)前記3相モータの永久磁石の推定された磁石磁束と前記モータ電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正するステップと、
を含むモータ制御方法を提供する。
3相モータの永久磁石の磁石磁束として与えられた指令磁束を参照し、前記3相モータのモータトルクが指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記磁石磁束を推定するステップと、
推定された前記磁石磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との内積を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正するステップと、
を含むモータ制御方法を提供する。
3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記3相モータの無効電力を特定し、前記無効電力を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正するステップを含むモータ制御方法を提供する。
3相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、コンバータを用いて前記3相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御方法であって、
前記電機子鎖交磁束を推定するステップと、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相発電機を流れる発電機電流との第1内積、又は、(b)前記3相発電機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記発電機電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正するステップと、
を含む発電機制御方法を提供する。
3相モータ1は、回転子と、固定子とを有している。回転子は、永久磁石を備えている。固定子は、3相分の電機子巻線を有している。3相モータ1のU相に対応する電機子巻線をU相巻線と称することがある。3相モータ1のV相に対応する電機子巻線をV相巻線と称することがある。3相モータ1のW相に対応する電機子巻線をW相巻線と称することがある。3相モータ1は、磁気的突極性を有するモータであってもよく、磁気的突極性を有さないモータであってもよい。具体的に、3相モータ1は、永久磁石同期モータ、埋込磁石同期モータ等である。
インバータ2は、具体的にはPWM(Pulse Width Modulation)インバータである。より具体的には、インバータ2は、直流電源と変換回路とを有している。直流電源は、直流電圧を出力する。変換回路は、PWM制御によって、直流電圧を電圧ベクトル(3相交流電圧)に変換する。インバータ2は、電圧ベクトルを3相モータ1に印加する。
図3に示すように、モータ制御装置3は、電流センサ5、3相2相座標変換部22、磁束・トルク推定部23、減算部24、第1の磁束振幅指令演算部25、第2の磁束振幅指令演算部(加算部)31、磁束振幅指令補正量演算部32(以下、補正量演算部32と称することがある)、磁束指令演算部26、電圧指令演算部29及び2相3相座標変換部30を備えている。
以下、モータ制御装置3の動作の概要を説明する。電流センサ5によって、U相電流iu及びV相電流ivが検出される。U相電流iuは、3相電流iのU相成分である。V相電流ivは、3相電流iのV相成分である。3相2相座標変換部22によって、U相電流iu及びV相電流ivが、2相電流iαβに変換される。磁束・トルク推定部23によって、2相電流iαβと、指令2相電圧vαβ *とから、推定磁束ψαβと、推定磁束ψαβの位相θsと、推定トルクTとが求められる。つまり、磁束・トルク推定部23によって、モータトルク及び電機子鎖交磁束が推定される。補正量演算部32によって、2相電流iαβと推定磁束ψαβとから、磁束振幅指令補正量ΔψS(以下、補正量ΔψSと称することがある)が特定される。減算部24によって、推定トルクTと指令トルクT*との差(トルク誤差ΔT:T*−T)が求められる。第1の磁束振幅指令演算部25によって、指令トルクT*から、第1の指令磁束|ψS *|が特定される。第2の磁束振幅指令演算部31によって、第1の指令磁束|ψS *|と、補正量ΔψSとの和(第2の指令磁束|ψS **|=|ψS *|+ΔψS)が特定される。磁束指令演算部26によって、第2の指令磁束|ψS **|と、位相θsと、トルク誤差ΔTとから、指令磁束ベクトルψαβ *が特定される。電圧指令演算部29によって、指令磁束ベクトルψαβ *と、推定磁束ψαβと、2相電流iαβとから、指令2相電圧vαβ *が特定される。2相3相座標変換部30によって、指令2相電圧vαβ *が、指令3相電圧vuvw *に変換される。指令3相電圧vuvw *は、インバータ2に参照される。このような制御によって、3相モータ1は、電機子鎖交磁束の振幅及びモータトルクがそれぞれ第2の指令磁束|ψS **|及び指令トルクT*に追従するように制御される。
電流センサ5は、3相電流iを検出する。本実施形態では、電流センサ5は、U相電流iu及びV相電流ivを検出する。電流センサ5は、U相電流iu及びV相電流ivを出力する。
3相2相座標変換部22は、3相電流iを2相電流iαβに変換する。本実施形態では、3相2相座標変換部22は、U相電流iu及びV相電流ivを、α軸電流iα及びβ軸電流iβに変換する。α軸電流iα及びβ軸電流iβは、磁束・トルク推定部23、電圧指令演算部29及び補正量演算部32に与えられる。
磁束・トルク推定部23は、2相電流iαβと、指令2相電圧vαβ *とから、モータトルク及び電機子鎖交磁束を推定する。本実施形態では、磁束・トルク推定部23は、式(1−1)、(1−2)、(1−3)及び(1−4)を用いて、推定磁束ψαβ(推定磁束ψα,ψβ)、推定磁束ψαβの位相θs及び推定トルクTを求める。式(1−1)及び(1−2)におけるRaは、3相モータ1の1相当たりの巻線抵抗である。右辺の積分は、基準時刻(t=0)から現時点までの時間積分を表す。ψα|t=0は、t=0における推定磁束ψαの値(初期値)である。ψβ|t=0は、t=0における推定磁束ψβの値(初期値)である。式(1−4)におけるPnは、3相モータ1の極対数である。推定磁束ψαβは、電圧指令演算部29及び補正量演算部32に与えられる。位相θsは、磁束指令演算部26に与えられる。推定トルクTは、減算部24に与えられる。
減算部24は、推定トルクTと指令トルクT*との差(トルク誤差ΔT:T*−T)を求める。減算部24としては、公知の演算子を用いればよい。
第1の磁束振幅指令演算部25は、指令トルクT*から指令磁束としての第1の指令磁束|ψS *|を特定する。第1の指令磁束|ψS *|はスカラーである。本実施形態の第1の指令磁束|ψS *|は、モータ電流を最小とするためのものである。モータトルクを目標値としつつ、モータ電流の値に対するモータトルクの値の比率が最大となるように、3相モータを制御する制御は、最大トルク/電流(MTPA:Maximum Torque Per Ampere)制御として知られてる。本実施形態では、第1の磁束振幅指令演算部25は、テーブルを用いて指令トルクT*から第1の指令磁束|ψS *|を特定するように構成されている。第1の磁束振幅指令演算部25は、演算によって第1の指令磁束|ψS *|を特定するように構成されていてもよい。
上述のように指令トルクT*から第1の指令磁束|ψS *|を特定する場合、第1の指令磁束|ψS *|は磁束パラメータ|ψa0|に依存する。磁束パラメータ|ψa0|は定数であるが、実際のモータの永久磁石が作る磁石磁束ψa1は熱等によって磁束パラメータ|ψa0|からずれることがある。この場合には、第1の指令磁束|ψS *|が、モータ電流を最小とするための値からずれる。本実施形態では、この影響を緩和するために、第2の磁束振幅指令演算部31を設けている。すなわち、第2の磁束振幅指令演算部31は、第1の指令磁束|ψS *|を第2の指令磁束|ψS **|に修正する。本実施形態では、第2の磁束振幅指令演算部31は、第1の指令磁束|ψS *|と、補正量ΔψSとから、磁束指令演算部26に与えるべき第2の指令磁束|ψS **|を特定する加算部である。つまり、第2の指令磁束|ψS **|は、第1の指令磁束|ψS *|と補正量ΔψSとの和である。第2の指令磁束|ψS **|はスカラーである。補正量ΔψSは、補正量演算部32によって特定された補正量である。補正量演算部32及び補正量ΔψSの詳細については後述する。なお、補正量演算部32から補正係数KSが出力され、第2の磁束振幅指令演算部31において第1の指令磁束|ψS *|と補正係数KSとの積を特定し、その積を第2の指令磁束|ψS **|とする構成も採用されうる。
磁束指令演算部26は、第2の指令磁束|ψS **|と、位相θsと、トルク誤差ΔTとから、電機子鎖交磁束が追従するべき指令磁束ベクトルψαβ *を特定する。本実施形態における磁束指令演算部26は、図4に示すブロック図に従って、指令磁束ベクトルψαβ *を特定する。具体的に、磁束指令演算部26は、PI制御部38と、加算部36と、ベクトル生成部37とを有している。PI制御部38は、ΔTをゼロに収束させるための比例積分制御によって、位相補正量ΔθS *を特定する。加算部36は、位相θSと位相補正量ΔθS *との合計(θS *:θS+ΔθS *)を求める。ベクトル生成部37は、第2の指令磁束|ψS **|と合計θS *とから、指令磁束ベクトルψαβ *を特定する。具体的に、ベクトル生成部37は、式(1−11)及び(1−12)を用いて指令磁束ベクトルψαβ *を求める。指令磁束ベクトルψαβ *は、電圧指令演算部29に与えられる。
電圧指令演算部29は、指令磁束ベクトルψαβ *と推定磁束ψαβとの差と、2相電流iαβとから、指令2相電圧vαβ *(指令α軸電圧vα *及び指令β軸電圧vβ *)を特定する。本実施形態では、電圧指令演算部29は、式(1−13)を用いて、指令2相電圧vαβ *を求める。式(1−13)におけるTsは、制御周期(サンプリング周期)である。なお、3相モータ1が高速回転しているときは、巻線抵抗Raに基づく電圧降下が非常に小さい。このため、電圧指令演算部29は、式(1−13)の右辺第2項を無視して、指令磁束ベクトルψαβ *と推定磁束ψαβとの差から、指令2相電圧vαβ *を特定するように構成されていてもよい。指令2相電圧vαβ *は、2相3相座標変換部30に与えられる。
2相3相座標変換部30は、指令2相電圧vαβ *を、指令3相電圧vuvw *に変換する。その後、指令3相電圧vuvw *に対応する電圧ベクトルが、インバータ2によって生成され、3相モータ1に印加される。
補正量演算部32は、推定磁束ψαβと、2相電流iαβとから、第2の磁束振幅指令演算部(加算部)31に与えるべき補正量ΔψSを特定する。補正量ΔψSはスカラーである。本実施形態では、補正量演算部32は、第2の指令磁束|ψS **|が磁束指令演算部26に与えられたときに3相モータ1を流れる電流が、第2の指令磁束|ψS **|に代えて第1の指令磁束|ψS *|が磁束指令演算部26に与えられたときに3相モータ1を流れる電流を下回るように構成されている。補正量ΔψSは、推定磁束ψαβと、2相電流iαβとの内積を用いたフィードバック制御によって特定される。
本実施形態の効果について説明する。以下の説明では、3相モータ1が磁気的突極性を有しない永久磁石同期モータであり、3相モータ1のd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが同じであり、リラクタンストルクが発生しないものとする。
3相モータ1が磁気的突極性を有する場合、3相モータ1のd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが相違する。この場合にも、式(1−14)を用いた制御のような、インダクタンスLを用いた制御が可能である。また、この場合にも、式(1−16)を用いた制御のような、インダクタンスLに依存する定数Kを用いた制御が可能である。具体的には、インダクタンスLとして、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの間の値を用いればよい。また、磁気的突極性が大きくない場合は、L=Ldと取り扱っても差し支えがない。つまり、指令磁束特定部A及びBを、インダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いるように構成すればよい。
内積ではなく無効電力を用いたフィードバック制御を実行することによって3相モータ1を制御することもできる。すなわち、指令磁束特定部は、3相モータ1の無効電力を特定し、無効電力を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束を補正するように構成されていてもよい。なお、無効電力の次元には内積の次元が含まれている。すなわち、無効電力は内積を含む物理量である。このことから明らかであるように、内積を用いた制御の技術的意義と無効電力を用いた制御の技術的意義とは共通している。
モータ制御の方式には、RFVC DTC以外の方式もある。例えば、スイッチングテーブルを用いた直接トルク制御方式も知られている。この制御方式を採用する場合にも、上述の制御と同様の制御を実行できる。その制御について、図10を用いて説明する。なお、第2の変形例では、先に説明した実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
電圧センサ41は、3相電圧vuvw(vu,vv,vw)を検出する。
3相2相座標変換部42は、3相電圧vuvwを2相電圧vαβに変換する。
磁束・トルク推定部23bは、2相電流iαβと、2相電圧vαβとから、モータトルク及び電機子鎖交磁束を推定する。具体的に、磁束・トルク推定部23bは、推定磁束ψαβ、推定磁束ψαβの振幅|ψαβ|、推定磁束ψαβの位相θs及び推定トルクTを求める。指令2相電圧vαβ *に代えて2相電圧vαβを用いる点と、推定磁束ψαβの振幅|ψαβ|を生成及び出力する点とを除けば、磁束・トルク推定部23bは磁束・トルク推定部23と同様に動作する。
減算部43は、第2の指令磁束|ψS **|と推定磁束ψαβの振幅|ψαβ|との偏差Δψ=|ψS **|−|ψαβ|を求める。減算部43としては、公知の演算子を用いればよい。
磁束・トルク制御部44は、偏差Δψと、トルク誤差ΔTと、推定磁束ψαβの位相θsとから、スイッチング信号S1〜S6を生成する。スイッチングテーブルを用いた直接トルク制御方式は公知であるため、当業者であれば磁束・トルク制御部44を適切に構成できる。磁束・トルク制御部44の具体的な構成は、公知文献(星、他2名:「埋込型永久磁石同期電動機用直接トルク制御器へのトルク応答高速化磁束指令値入力法」、平成16年電気学会産業応用部門大会論文集、1−15、pp.I−183〜188等)等に記載されている。
以下、第2の実施形態のモータ制御装置203について、図11を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
磁束・トルク推定部50は、2相電流iαβと、指令2相電圧vαβ *とから、モータトルク及び磁石磁束を推定する。具体的に、磁束・トルク推定器50は、式(2−1)、(2−2)、(2−3)及び(2−4)を用いて、推定磁石磁束ψm(推定磁石磁束ψmα,ψmβ)、推定磁石磁束ψmの位相θs及び推定トルクTを求める。なお、推定磁石磁束ψmは、先に説明した推定磁石磁束ψa1と同じものを表す。
磁束振幅指令演算部31bは、第1の指令磁束|ψa0 *|を第2の指令磁束|ψm *|に修正する。第2の指令磁束|ψm *|はスカラーである。本実施形態では、磁束振幅指令演算部31bは、加算部である。つまり、第2の指令磁束|ψm *|は、第1の指令磁束|ψa0 *|と補正量ΔψSとの和である。補正量ΔψSは、補正量演算部51によって特定された補正量である。補正量演算部51及び補正量ΔψSの詳細については後述する。
磁束指令演算部26bは、第2の指令磁束|ψm *|と、位相θsと、トルク誤差ΔTとから、指令磁束ベクトルψm *を特定する。本実施形態における磁束指令演算部26bは、第2の指令磁束|ψS **|に代えて第2の指令磁束|ψm *|を用いる点以外は、磁束指令演算部26と同様にして、指令磁束ベクトルψm *を特定する。また、本実施形態の磁束指令演算部26bは、位相補正量ΔθS *を出力する。
電圧指令演算部29bは、指令磁束ベクトルψm *と推定磁石磁束ψmとの差と、2相電流iαβと、位相補正量ΔθS *とから、指令2相電圧vαβ *を特定する。本実施形態では、電圧指令演算部29bは、式(2−5a)及び式(2−5b)を用いて、指令2相電圧vαβ *を特定する。
補正量演算部51は、推定磁石磁束ψmと、2相電流iαβとから、磁束振幅指令演算部(加算部)31bに与えるべき補正量ΔψSを特定する。補正量ΔψSは、推定磁石磁束ψmと、2相電流iαβとの内積を用いたフィードバック制御によって特定される。
以下、第3の実施形態のモータ制御装置303について、図14を参照しながら説明する。なお、第3の実施形態では、第1及び第2の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
弱め磁束制御部52は、制限電圧Vomと指令2相電圧vαβ *の振幅|vαβ *|とから、内積指令r*を特定する。制限電圧Vomは、弱め磁束制御において3相モータ1に印加される電圧(電圧ベクトルの大きさ)の上限値を規定する。内積指令r*は、内積ψmαiα+ψmβiβが収束するべき値である。具体的に、弱め磁束制御部52は、式(3−1)を用いて内積指令r*を算出する。Cfw(s)は、制限電圧Vomと振幅|vαβ *|とを一致させるための制御部である。この制御部は、例えば、PI制御器である。
補正量演算部51bは、推定磁石磁束ψmと、2相電流iαβと、内積指令r*とから、補正量ΔψSを特定する。
なお、図3に示すモータ制御装置3に弱め磁束制御部52と同様の弱め磁束制御部を設け、補正量演算部32aの演算内容を変更することによって、本実施形態の弱め磁束制御と同様の弱め磁束制御を行うこともできる。具体的には、式(3−2)に従って内積指令r*を出力するように、弱め磁束制御部を新設すればよい。また、図5Aに示す内積指令演算部34aの出力の代わりに内積指令r*が用いられるように、補正量演算部32aの構成を変更すればよい。
また、式(3−3)に従って内積指令r*を出力するように弱め磁束制御部を新設し、内積指令演算部34bの出力の代わりに内積指令r*が用いられるように、図5Bに示す補正量演算部32bの構成を変更してもよい。
また、弱め磁束制御部52と同じく式(3−1)を用いた弱め磁束制御部を新設し、内積指令演算部34cの出力の代わりに内積指令r*が用いられるように、図5Cに示す補正量演算部32cの構成を変更してもよい。
図11に示すモータ制御装置203を、第3の実施形態とは別の態様の弱め磁束制御ができるように変更することもできる。具体的には、補正量Δψsが式(3−4)のΔψamaxを超える場合に、磁束振幅指令演算部31bにΔψsではなくΔψamaxを入力させる補正量制限部(図示省略)を設ければよい。制限磁石磁束ψamaxは式(3−5)で演算される。
図3に示すモータ制御装置3を、第1の変形例、第2の変形例及び第3の変形例とは別の態様の弱め磁束制御ができるように変更することもできる。具体的には、磁束振幅補正量Δψsが式(3−6)のΔψsmaxを超える場合に、第2の磁束振幅指令演算部31にΔψsではなくΔψsmaxを入力させる補正量制限部(図示省略)を設ければよい。制限磁束ψmaxは式(3−7)で演算される。
以下、第4の実施形態の発電機制御装置について説明する。図16に示す発電機制御装置403は、コンバータ(電圧変換回路)2b及び3相発電機1bに接続されうる。発電機制御装置403の構成要素は、モータ制御装置3の構成要素と同じである。
1b 3相発電機
1m 永久磁石
2 インバータ
2b コンバータ
3,103,203,303 モータ制御装置
4b 電圧出力部
5 電流センサ
22 3相2相座標変換部
23,23b,50 磁束・トルク推定部
24 減算部
25 第1の磁束振幅指令演算部
26,26b 磁束指令演算部
29,29b 電圧指令演算部
30 2相3相座標変換部
31,31b (第2の)磁束振幅指令演算部
32,32a,32b,32c,51,51b 磁束振幅指令補正量演算部
33 内積演算部
34a,34b,34c 内積指令演算部
35 制御部
36 加算部
37 ベクトル生成部
38 PI制御部
39 磁石磁束推定部
41 電圧センサ
42 3相2相座標変換部
43 減算部
44 磁束・トルク制御部
52 弱め磁束制御部
403 発電機制御装置
Claims (19)
- 3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との第1内積、又は、(b)前記3相モータの永久磁石の推定された磁石磁束と前記モータ電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えたモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、
(j)前記第1内積と、前記3相モータのインダクタンス及び前記モータ電流から特定された参照値との偏差がゼロに近づくように、
(k)前記第1内積と、前記指令トルクから特定された参照値との偏差がゼロに近づくように、
(l)前記第2内積と、与えられた参照値との偏差がゼロに近づくように、又は、
(m)前記第1内積又は前記第2内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差から特定された参照値と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行する、請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、
(J)前記第1内積と、前記3相モータのインダクタンスと前記モータ電流の振幅の2乗との積と、の偏差がゼロに近づくように、
(K)前記第1内積と、定数と前記指令トルクの2乗との積と、の偏差がゼロに近づくように、
(L)前記第2内積がゼロに近づくように、又は、
(M)前記第1内積又は前記第2内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差を入力とする第2フィードバック制御の出力と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行する、請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記3相モータのインダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記指令磁束特定部は、前記第1内積又は前記第2内積から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 弱め磁束制御用の制限電圧を振幅とする前記電圧ベクトルが前記3相モータに印加されるときに前記3相モータに印加されるべき磁束ベクトルの振幅を制限磁束と定義し、前記制限磁束から前記指令磁束を引いた値を第2補正量と定義したとき、
前記指令磁束特定部は、前記補正量が前記第2補正量よりも大きいときに、前記補正量に代えて前記第2補正量を用いる、請求項5に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記制限磁束として、前記制限電圧を前記3相モータの回転数で割った値を用いる、請求項6に記載のモータ制御装置。
- 3相モータの永久磁石の磁石磁束として与えられた指令磁束を参照し、前記3相モータのモータトルクが指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記磁石磁束を推定する磁束推定部と、
推定された前記磁石磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との内積を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えたモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、
(p)前記内積と、与えられた参照値との偏差がゼロに近づくように、又は、
(q)前記内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差から特定された参照値と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行する、請求項8に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、
(P)前記内積がゼロに近づくように、又は、
(Q)前記内積と、弱め磁束制御用の制限電圧と前記電圧ベクトルを表す指令電圧の振幅との偏差を入力とする第2フィードバック制御の出力と、の偏差がゼロに近づくように、前記フィードバック制御を実行する、請求項9に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記内積から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正する、請求項8〜10のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 弱め磁束制御用の制限電圧を振幅とする前記電圧ベクトルが前記3相モータに印加されるときに前記3相モータに印加されるべき磁束ベクトルの振幅を制限磁束と定義し、前記磁束ベクトルにおける前記磁石磁束の成分を制限磁石磁束と定義し、前記制限磁石磁束から前記指令磁束を引いた値を第2補正量と定義したとき、
前記指令磁束特定部は、前記補正量が前記第2補正量よりも大きいときに、前記補正量に代えて前記第2補正量を用いる、請求項11に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記制限磁束として、前記制限電圧を前記3相モータの回転数で割った値を用い、前記磁束ベクトルにおける前記モータ電流に由来する成分として、前記3相モータのインダクタンスと前記モータ電流の振幅との積を用い、前記制限磁石磁束として、前記制限磁束の2乗から前記モータ電流に由来する前記成分の2乗を引いた値の平方根を用いる、請求項12に記載のモータ制御装置。
- 前記指令磁束特定部は、前記3相モータのインダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いる、請求項8〜13のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 3相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、インバータを用いて前記3相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記3相モータの無効電力を特定し、前記無効電力を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部を備えたモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記3相モータを流れるモータ電流と前記電圧ベクトルを表す指令電圧とを用いて前記無効電力を特定する、請求項15に記載のモータ制御装置。
- 当該モータ制御装置は、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部を備え、
前記指令磁束特定部は、推定した前記電機子鎖交磁束と前記3相モータを流れるモータ電流との内積に、前記3相モータの回転数を乗じることによって前記無効電力を特定する、請求項15に記載のモータ制御装置。 - 前記指令磁束特定部は、前記無効電力から特定された補正量を前記指令磁束に加算することによって前記指令磁束を補正する、請求項15〜17のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 3相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ指令磁束及び指令トルクに追従するように、コンバータを用いて前記3相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
前記電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
(a)推定された前記電機子鎖交磁束と前記3相発電機を流れる発電機電流との第1内積、又は、(b)前記3相発電機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記発電機電流との第2内積、を用いたフィードバック制御を実行することによって前記指令磁束を補正する指令磁束特定部と、
を備えた発電機制御装置。
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