JPWO2019123634A1 - 回転電機の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施の形態に従う回転電機の制御装置によって制御されるモータシステムの概略構成を示すブロック図である。
図2を参照して、制御装置100は、図2に示すように、ハードウェアとして、入力回路112、演算装置115、記憶装置116、及び、出力回路120を有する。演算装置115は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって構成することができる。
磁極位置検出部130は、回転角度センサ11の出力信号に基づいて、電気角での回転子の磁極位置(本例では永久磁石のN極の位置)に相当する回転電機10の回転角度(以下、「モータ回転角」とも称する)を算出する。磁極位置検出部130は、モータ回転角を時間微分することによって、電気角での回転角速度を算出することができる。
式(1)中の群間位相差Δθcoilは、第1群の巻線20a及び第2群の巻線20bの間の機械的な位相差に対して、極対数を乗算し、2で除算する電気角換算によって求めることができる。
図3を参照して、第1群電圧指令演算部140aは、第1群の巻線20aのdq軸電流Ida,Iqaが、第1群のdq軸電流指令Ida*、Iqa*に近づくように、第1群のdq軸電圧指令Vda,Vqaを変化させる。同様に、第2群電圧指令演算部140bは、第2群の巻線20bのdq軸電流Idb,Iqbが、第2群のdq軸電流指令Idb*,Iqb*に近づくように第2群のdq軸電圧指令Vdb,Vqbを変化させる。
Vqba=(Kpq+Kiq/s)・(Iqa*−Iqa) …(3)
式(2),(3)において、Kpdは、d軸比例ゲインであり、Kpqは、q軸比例ゲインであり、Kidは、d軸積分ゲインであり、Kiqは、q軸積分ゲインである。また、sは、ラプラス演算子である。
Vqbb=(Kpq+Kiq/s)・(Iqb*−Iqb) …(5)
式(4),(5)において、Kpd、Kpq、Kid、Kiq、及び、sは、式(2),(3)と同様である。
Vqa=Vqba−ω・(Lda・Iqa+Φ)+Mqb・s・Iqb−ω・Mdb・Idb …(7)
同様に、第2群非干渉化処理部145bは、式(8),(9)に示すような演算によって非干渉化処理を実行する。
Vqb=Vqbb−ω・(Ldb・Idb+Φ)+Mqa・s・Iqa−ω・Mda・Ida …(9)
式(6)〜(9)において、Lda及びLqaは、第1群に影響する第1群の同群d軸インダクタンス及び同群q軸インダクタンスである。Ldb及びLqbは、第2群に影響する第2群の同群d軸インダクタンス及び同群q軸インダクタンスである。Mda及びMqaは、第2群に影響する第1群の群間d軸インダクタンス及び群間q軸インダクタンスである。Mdb及びMqbは、第1群に影響する第2群の群間d軸インダクタンス及び群間q軸インダクタンスである。さらに、Φは、永久磁石による鎖交磁束であり、sは、ラプラス演算子であり、ωは、モータ回転角θaの微分によって算出できる角加速度である。
図4を参照して、第1群三角波生成部152aは、第1群の基準位相θrefaに従って、第1群用の同期PWM用三角波CWXaの位相θXa(以下、キャリア位相θXaとも称する)を変化させる。第1群の基準位相θrefaは、第1群の巻線20aを基準とするモータ回転角θaと、モータ回転角θaに対する第1群の電圧指令位相θvdqaとに応じて、式(10),(11)によって算出される。
θvdqa=tan-1(Vqa/Vda) …(11)
同様に、第2群三角波生成部152bは、第2群の基準位相θrefbに従って、第2群用の同期PWM用三角波CWXbの位相θXb(以下、キャリア位相θXbとも称する)を変化させる。第2群の基準位相θrefbは、第2群の巻線20bを基準とするモータ回転角θbと、モータ回転角θbに対する第2群の電圧指令位相θvdqbとに応じて、式(12),(13)によって算出される。
θvdqb=tan-1(Vqb/Vdb) …(13)
式(1)を用いて式(12)を変形すると、式(14)が得られるので、基準位相θrefa及びθrefbの間の位相差Δθref(Δθref=θrefa−θrefb)は、式(15)で示される。
Δθref=(θvdqa−θvdqb)−Δθcoil …(15)
第1群三角波生成部152aは、第1群の基準位相θrefaの1周期(0〜2π)内に、M個の三角波が発生されるように、第1群の基準位相θrefaと同期させてキャリア位相θXaを算出する。Mは、2以上の整数であるが、代表的には、3及び9等の、3・(2・i−1)で示される整数に設定される(i:予め設定された自然数)。本実施の形態では、M=3に設定されるものとする。
図5を参照して、第1群の基準位相θrefa及び第2群の基準位相θrefbは、第1群三角波生成部152a及び第2群三角波生成部152bによって、図4と同様に算出される。
実施の形態2では、本実施の形態に従う回転電機の制御装置による同期PWM及び非同期PWMの間のモード切換の制御処理について説明する。すなわち、実施の形態2では、実施の形態1で説明したモード切換がフローチャートを用いて説明される。
図10を参照して、制御装置100は、ステップS100により、回転角度センサ11の出力信号に基づいてモータ回転角を算出する。ステップS100の処理は、図1の磁極位置検出部130の機能により実現される。
式(1)中の群間位相差Δθcoilは、第1群の巻線20a及び第2群の巻線20bの間の機械的な位相差に対して、極対数を乗算し、2で除算する電気角換算によって求めることができる。
Claims (10)
- 機械的な角度差を有して固定子に巻回された第1群の巻線及び第2群の巻線を有する回転電機の制御装置であって、
前記第1群の巻線への印加電圧を制御する第1のインバータに対する第1群の電圧指令と、前記第2群の巻線への印加電圧を制御する第2のインバータに対する第2群の電圧指令とを生成する電圧指令演算部と、
前記第1のインバータでの第1のパルス幅変調制御に用いられる第1の搬送波と、前記第2のインバータでの第2のパルス幅変調制御に用いられる第2の搬送波とを生成する搬送波供給部と、
前記第1群の電圧指令と前記第1の搬送波との比較に基づく前記第1のパルス幅変調制御によって前記第1のインバータを制御するための第1群のPWM信号を生成するとともに、前記第2群の電圧指令と前記第2の搬送波との比較に基づく前記第2のパルス幅変調制御によって前記第2のインバータを制御するための第2群のPWM信号を生成するPWM制御部とを備え、
前記搬送波供給部は、
前記第1及び第2の搬送波の周波数が前記印加電圧の周波数の整数倍となるように変化する第1のモードと、前記第1及び第2の搬送波の周波数が一定である第2のモードとの一方の選択に従って、前記第1及び第2のパルス幅変調制御で用いられる前記第1及び第2の搬送波を切換える搬送波制御部を含み、
前記搬送波制御部は、前記第1及び第2のモード間でのモード切換が指示されると、前記第1及び第2の搬送波のうちの一方の搬送波について、前記第1のモードに従う搬送波位相と前記第2のモードに従う搬送波位相とが一致した第1のタイミングで前記モード切換を実行し、前記第1のタイミングよりも後において、前記第1及び第2の搬送波のうちの他方の搬送波について、前記第1のモードに従う搬送波位相と前記第2のモードに従う搬送波位相とが一致した第2のタイミングで前記モード切換を実行する、回転電機の制御装置。 - 前記搬送波制御部は、前記第1のタイミング及び前記第2のタイミングの間のモード遷移期間において、前記PWM制御部に対して、前記第1及び第2のモードのうちの前記モード切換の前に選択されていた一方のモードに従って前記他方の搬送波を供給する、請求項1記載の回転電機の制御装置。
- 前記搬送波制御部は、前記第1のタイミング及び前記第2のタイミングの間のモード遷移期間において、前記第1のモードに従う前記他方の搬送波及び前記第2のモードに従う前記他方の搬送波から生成された補間用搬送波を、前記PWM制御部に対して前記他方の搬送波として供給し、
前記補間用搬送波は、前記モード遷移期間において、前記搬送波位相が、前記第2のタイミングにおける前記モード切換の後の前記一方の搬送波の位相に向けて一定のレートで変化するように生成される、請求項1記載の回転電機の制御装置。 - 前記第1のタイミングは、前記一方の搬送波の山又は谷に対応して設定される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
- 前記第1のタイミングは、前記一方の搬送波の山及び谷の一方に対応して設定され、
前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングの次に到来する、前記他方の搬送波の山及び谷の他方に対応して設定される、請求項3に記載の回転電機の制御装置。 - 機械的な角度差を有して固定子に巻回された第1群の巻線及び第2群の巻線を有する回転電機の制御方法であって、
前記第1群の巻線への印加電圧を制御する第1のインバータに対する第1群の電圧指令と、前記第2群の巻線への印加電圧を制御する第2のインバータに対する第2群の電圧指令とを生成するステップと、
前記第1のインバータでの第1のパルス幅変調制御に用いられる第1の搬送波、及び、前記第2のインバータでの第2のパルス幅変調制御に用いられる第2の搬送波を供給するステップと、
前記第1群の電圧指令と前記第1の搬送波との比較に基づく前記第1のパルス幅変調制御によって前記第1のインバータを制御するための第1群のPWM信号を生成するとともに、前記第2群の電圧指令と前記第2の搬送波との比較に基づく前記第2のパルス幅変調制御によって前記第2のインバータを制御するための第2群のPWM信号を生成するステップとを備え、
前記第1及び第2の搬送波を供給するステップは、
前記第1及び第2の搬送波の周波数が前記印加電圧の周波数の整数倍となるように変化する第1のモードと、前記第1及び第2の搬送波の周波数が一定である第2のモードとの一方の選択に従って、前記第1及び第2のパルス幅変調制御に用いられる前記第1及び第2の搬送波を切換えるステップを含み、
前記第1及び第2の搬送波を切換えるステップは、
前記第1及び第2のモード間でのモード切換が指示されると、前記第1及び第2の搬送波のうちの一方の搬送波について、前記第1のモードに従う搬送波位相と前記第2のモードに従う搬送波位相とが一致した第1のタイミングで前記モード切換を実行するステップと、
前記第1のタイミングよりも後において、前記第1及び第2の搬送波のうちの他方の搬送波について、前記第1のモードに従う搬送波位相と前記第2のモードに従う搬送波位相とが一致した第2のタイミングで前記モード切換を実行するステップとを有する、回転電機の制御方法。 - 前記第1及び第2の搬送波を切換えるステップは、前記第1のタイミング及び前記第2のタイミングの間のモード遷移期間において、前記第1及び第2のモードのうちの前記モード切換の前に選択されていた一方のモードに従って、前記第1又は第2のパルス幅変調制御に用いられる前記他方の搬送波を供給するステップをさらに有する、請求項6記載の回転電機の制御方法。
- 前記第1及び第2の搬送波を切換えるステップは、
前記第1のタイミング及び前記第2のタイミングの間のモード遷移期間において、前記第1のモードに従う前記他方の搬送波及び前記第2のモードに従う前記他方の搬送波から生成された補間用搬送波を、前記第1又は第2のパルス幅変調制御に用いられる前記他方の搬送波として供給するステップをさらに有し、
前記補間用搬送波は、前記モード遷移期間において、前記搬送波位相が、前記第2のタイミングにおける前記モード切換の後の前記一方の搬送波の位相に向けて一定のレートで変化するように生成される、請求項6記載の回転電機の制御方法。 - 前記第1のタイミングは、前記一方の搬送波の山又は谷に対応して設定される、請求項6〜8のいずれか1項に記載の回転電機の制御方法。
- 前記第1のタイミングは、前記一方の搬送波の山及び谷の一方に対応して設定され、
前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングの次に到来する、前記他方の搬送波の山及び谷の他方に対応して設定される、請求項8に記載の回転電機の制御方法。
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