JP6557452B2 - 状態観測器を使用して同期電動装置の中の回転子の位置および速度を求める方法 - Google Patents
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Description
・電動装置制御への特定の信号の注入に基づくものであって、モータの電気測定結果から位置を求める(determine)ことができるように、電動装置の複数の端子に特定電圧を印加することを必要とする。例えば、仏国特許出願公開FR−2623033A1には、2つの非通電フェーズでのショートパルスの注入が記載されている。特定信号の注入は、その動作の間、モータの最適の制御を行えないという、電動装置制御に関する制約を含む。
・モータの入力に特定の信号を必要とせず、観測器(observer)とも称されるリアルタイム推定部によってその動作の数学的な記述のみに基づくが、ほぼ0または低いモータ速度の場合に精密な推定を行えないという欠点を有するもの。例えば、仏国特許FR−2781318B1は、電圧センサによって供給される信号から計算を通じて回転子の回転角度を推定する方法を開示している。米国特許出願公開US−2010−237817Aには、等価起電力モデルを使った観測器の使用が記載されている。
a)前記電動装置の前記複数のフェーズにおいて電圧uimpを印加すること、
b)前記電動装置の中を通るトータルの磁束χαβの状態モデルを作成すること、前記磁束χαβは前記回転子の位置の関数であり、
c)前記トータルの磁束χαβの前記状態モデルと、前記測定された電流imおよび電圧umと、によって、前記回転子の
の状態観測器を構築すること、および
d)前記
の状態観測器と前記印加された電圧uimpとによって、前記回転子の前記
を求めること。
前記複素平面における前記印加された電圧uimpは、
i)測定された電流imと電圧umとを変換することによって、コンコーディア参照フレーム(Concordia reference frame)における電圧uαβと電流iαβを求めることと、
ii)Rは前記電動装置の複数の巻線の抵抗としたとき、
i)
ii)jを複素数としたとき、x=iα+jiβ および u=uα+juβとすることによって、複素平面における前記状態表現を変換すること、
および
iii)
は、以下の複数のステージによって求めることが可能である:
i)ωc=2πfcとしたとき、
の前記状態観測器および前記印加された電圧uimpとから、
を求めること、および
ii)φは、推定された
のカットオフ周波数fcのローパスフィルタによって誘導されるフェーズシフトとしたとき、
と測定された電流xとによって、前記回転子の
を求めること。
を求め、そして、
求めた位置と速度に応じて前記同期装置のトルクを制御する。
以下の表記は、明細書において使われる:
u:電動装置のフェーズの端子間の電圧
i:電動装置のフェーズにおいて流れる電流
θ:固定子に対応する電動装置の回転子の回転角度に応じた回転子位置
ω:固定子に対応する電動装置の回転子の回転速度に応じた回転子速度
uimp:電動装置の印加(注入)された電圧
Uc:電動装置に印加された電圧uimpの振幅。10Vのオーダで選択可能
fc:電動装置に印加された電圧uimpの周波数。1kHzのオーダで選択可能。ωc=2πfcである
χ:電動装置を通るトータルの磁束
R:電動装置のコイルの抵抗。既知のパラメータ(製品データ)または実験的に得られている。
Ld:上記電動装置の直接インダクタンス(direct inductance)、既知の電動装置のパラメータ(製品データまたは実験で得られている)
Lq:上記電動装置の直角位相インダクタンス(quadrature inductance)、既知の電動装置のパラメータ(製品データまたは実験で得られている)
x:複素平面における電流の状態表現
φ:連続フィルタによって引き起こされたフェーズシフト、このフェーズシフトはフィルタの機能であり、既知である(入力信号の基本周波数に依存する)
k1,k2,g:管理される状態観測器を収束させるキャリブレーション変数
c1,c2,a1:状態観測器変数
我々はまた、
1)磁束(MOD(χ))の状態モデルを構築すること
2)電流および速度の状態観測器
を構築すること
3)フィルタリング(FIL)によって位置を推定すること
これらのステージの前に、電動装置のフェーズ中の電流iおよび電圧uが測定される。同期電動装置は、当該同期電動装置のフェーズへ供給される電力の電圧および電流の制御を通じて、トルク制御される。このモータの最適制御のために、フェーズ端子における電圧umおよびその中を循環している電流imを求めることが必要である。
測定された、またはむしろフィルタリングされた情報を用いて、トータルの磁束を再現することができる。それは電動装置を通る磁束であり、例えば、磁石の磁束に、突極同期電動装置に対する磁気電機子反応(例えば、回転子に起因する)に起因する磁束を加えたものである。
i)測定された電圧および電流を変換することによって、コンコーディア参照フレームにおける
を求めること。コンコーディア変換は、電気エンジニアリングの分野で、2フェーズモデルを用いて3フェーズシステムをモデル化するために用いられる数学的ツールである。
ii)コンコーディア参照フレームにおける磁束の状態表現は、以下のように記述される。
は、直接インダクタンスおよび直角位相インダクタンス
2)電流および速度の状態観測器
を構築すること
このステージでは、我々は、前のステージで求められた磁束状態モデルと、電圧および電流の測定値とを用いて、電流および速度についての状態観測器を構築する。自動化および情報理論において、状態観測器は、状態表現の形で表現されるモデルの拡張である。システムの状態が測定可能でない場合、観測器は、ダイナミックシステムのモデルから状態を再現することを認め、他の数量(im,um)の測定値が構成される。
i)
iii)学習されたモデルは、周期的なシステムであることを考慮すること。微分方程式の解は、以下のような形で表される。
このステージでは、我々は、回転速度と、測定された電流と、印加された電圧の状態観測器を用いて、回転子の位置を求める。
−上記の方法を用いて、上述のように、印加された電圧uimpを注入することによって、上記電動装置の回転子の位置θおよび速度ωを求めること、および
−上記同期装置のトルクを、位置θおよび求められた速度ωに従って制御すること。このステージは、回転子の位置および速度と、測定された電圧および電流とに加えて、対象の電動装置のトルクのベクトル制御の、従来の任意の方法を用いて実行することができる。電動装置の制御について、位置および速度を考慮することは、電動装置の挙動を正確に求めることを認め、これは、達成するための動作に適した制御を可能にする。
2 回転子位置および速度決定手段
3 トルク制御手段
4 電動装置
Claims (10)
- 突極同期電動装置(4)の回転子の位置θを求める方法であって、前記電動装置(4)の複数のフェーズの電流imと電圧umが測定される、方法において、
a)前記電動装置(4)の前記複数のフェーズにおいて電圧uimpを印加することと、
b)前記電動装置(4)の中を通るトータルの磁束χαβであって、前記回転子の位置の関数である磁束χαβの状態モデルを構築することと、
c)前記磁束χαβの状態モデルと、前記測定された電流imおよび電圧umによって、前記回転子の
d)前記
前記回転子の
i)ωc=2πfcであり、U c が前記印加された電圧u imp の振幅であり、
ii)φが、推定された電流
- 100rpmより低いか100rpmに実質的に等しい前記回転子の回転速度に適用される、請求項1に記載の方法。
- 前記印加された電圧uimpは、前記電動装置(4)の制御電圧よりも大きい振幅Ucと、前記電動装置(4)の制御周波数よりも大きい高周波数fcを有する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記振幅Ucは、実質的に10Vであり、前記周波数fcは、実質的に1kHzである、請求項3に記載の方法。
- 前記電流の前記状態観測器と前記回転子の速度の前記状態観測器を構築することは、
i)
ii)jが複素数であるとき、x=iα+jiβ および u=uα+juβとすることによって、複素平面における前記状態表現を変換することと、
iii)
- 同期電動装置(4)を制御するシステムにおいて、
請求項8に記載の方法を用いることに適したことを特徴とする、システム。 - 車両、特には、少なくとも1つの同期電動装置(4)を有するハイブリッドまたは電気モータ車両において、
請求項9に記載のシステムをさらに有することを特徴とする、車両。
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