(57)【要約】【課題】あらゆる速度帯域において安定な制御を実現することが可能なモータ制御装置の提供。【解決手段】ｄｑ軸相互干渉電圧成分を演算してｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令に加算する非干渉制御器３０を備えるモータ制御装置において、非干渉制御器３０は、あらかじめ設定した配分比率によりｄ軸電流指令とｄ軸電流検出値とを重み平均した値からｑ軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりｑ軸電流指令とｑ軸電流検出値とを重み平均した値からｄ軸非干渉成分電圧を演算する。【選択図】  図１
2004282849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角周波数ωで回転する回転座標軸ｄｑ軸上で、ｄ軸電流検出値がｄ軸電流指令値に追従するようにｄ軸電圧指令を演算するｄ軸電流制御器と、前記回転座標軸ｄｑ軸上で、ｑ軸電流検出値がｑ軸電流指令値に追従するようにｑ軸電圧指令を演算するｑ軸電流制御器と、
ｄｑ軸相互干渉電圧成分を演算してｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令に加算する非干渉制御器とを備えるモータ制御装置において、
前記非干渉制御器は、あらかじめ設定した配分比率によりｄ軸電流指令とｄ軸電流検出値とを重み平均した値からｑ軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりｑ軸電流指令とｑ軸電流検出値とを重み平均した値からｄ軸非干渉成分電圧を演算することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のモータ制御装置において、電流指令値と電流検出値との重み平均に用いる配分比率をモータ回転角周波数ωに依存して可変とすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフする１パルス波形を出力し、交流モータの回転子に対する前記１パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで電流制御を行う位相制御形のモータ制御装置において、
前記１パルス波形のオンオフ切替位相を決定するためのｑ軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりｄ軸電流指令とｄ軸電流検出値とを重み平均した値から演算し、ｄ軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりｑ軸電流指令とｑ軸電流検出値とを重み平均した値から演算する非干渉化電圧補償器を備え、この非干渉化電圧補償器の結果値を取り入れて、前記１パルス波形のオンオフ切替位相を操作することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のモータ制御装置において、モータトルク成分電流がトルク成分電流指令値に一致するように、前記ｄｑ軸電圧指令から求められる電圧ベクトル位相を操作する電圧位相補正器を更に具備することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項３記載のモータ制御装置において、電流指令値と電流検出値との重み平均に用いる配分比率をモータ回転各周波数ωに依存して可変とすることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石モータやリラクタンスモータ、誘導電動機などの交流モータを制御するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の交流モータの出力トルクを高精度に制御するために、モータ回転磁束に同期して回転する直交座標ｄｑ軸上での電流フィードバック制御が行われるのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００３】
また、ｄｑ軸上での電流フィードバック制御においては、ｄ軸電流制御系とｑ軸電流制御系との相互干渉による振動現象を防ぐためと、電流指令値急変に対する電流応答性能向上のために、非干渉化補償電圧を演算してｄｑ軸電圧に加算することが行われる。
【０００４】
かかる制御を行うモータ制御装置の一例を、図３を参照して説明する。
【０００５】
図３において、モータ制御装置は、ｄ軸電流制御器１と、ｑ軸電流制御器２と、非干渉化補償電圧演算部３４を有する非干渉制御器３で構成される。
【０００６】
ｄ軸電流制御器１は、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄとを入力としてｄ軸電圧指令ＶｄＰＩを求めて出力する。
【０００７】
ｑ軸電流制御器２は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、ｑ軸電流Ｉｑとを入力としてｑ軸電圧指令ＶｑＰＩを求めて出力する。
【０００８】
非干渉化補償電圧演算部３４においては、ｄ軸電流ＩｄＲｅｆと、ｑ軸電流ＩｑＲｅｆと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりｄ軸補償電圧ＶｄＦＦ、ｑ軸補償電圧ＶｑＦＦを求めて出力する。
【０００９】
ＶｄＦＦ＝−ω×Ｌｑ×ＩｑＲｅｆ
ＶｑＦＦ＝ω×（Ｌｄ×ＩｄＲｅｆ＋ΦＰＭ）
（Ｌｄ：モータｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：モータｑ軸インダクタンス、ΦＰＭ：永久磁石磁束）
非干渉化補償電圧演算部３４は、ｄ軸、ｑ軸電流指令とモータのｄ軸、ｑ軸インダクタンスと永久磁石磁束とを基に予め印加する電圧を演算してｄｑ軸電圧に加算して補償することにより、電流制御系の安定化を図っている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平３−１９１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
非干渉化補償電圧は、電流実際値を用いて演算することが原理的には望ましいが、電流フィードバック値に含まれるノイズ成分などに起因して、制御が不安定になる場合がある。これに対して、ｄｑ相互干渉による振動現象は、ｄ軸電流制御器、ｑ軸電流制御器の高速制御により抑制し、電流指令値急変に対する応答性の更なる向上のために、電流フィードバック値の代わりに電流指令値を用いて非干渉化補償電圧を演算し、該演算値を用いる場合がある。
【００１２】
しかしながら、永久磁石モータなどの高性能化により近年、電気自動車、ハイブリッドカーなどに１００００回転／分を越える高速回転モータが開発されてきている。モータ回転速度が高くなってｄｑ軸回転角周波数ωが大きくなると、ｄｑ相互干渉による振動現象の振動周波数もωに比例して高くなるため、ｄｑ軸電流制御器の制御応答速度では抑制出来なくなってしまう場合がある。
【００１３】
本発明の目的は、あらゆる速度帯域において安定な制御を実現するモータ制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、角周波数ωで回転する回転座標軸ｄｑ軸上で、ｄ軸電流検出値がｄ軸電流指令値に追従するようにｄ軸電圧指令を演算するｄ軸電流制御器と、
前記回転座標軸ｄｑ軸上で、ｑ軸電流検出値がｑ軸電流指令値に追従するようにｑ軸電圧指令を演算するｑ軸電流制御器と、
ｄｑ軸相互干渉電圧成分を演算してｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令に加算する非干渉制御器とを備えるモータ制御装置において、
前記非干渉制御器は、あらかじめ設定した配分比率によりｄ軸電流指令とｄ軸電流検出値とを重み平均した値からｑ軸非干渉成分電圧を演算し、あらかじめ設定した配分比率によりｑ軸電流指令とｑ軸電流検出値とを重み平均した値からｄ軸非干渉成分電圧を演算することを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決するために本発明は、出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフする１パルス波形を出力し、交流モータの回転子に対する前記１パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで電流制御を行う位相制御形のモータ制御装置において、
前記１パルス波形のオンオフ切替位相を決定するためのｑ軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりｄ軸電流指令とｄ軸電流検出値とを重み平均した値から演算し、ｄ軸電圧指令値を、あらかじめ設定した配分比率によりｑ軸電流指令とｑ軸電流検出値とを重み平均した値から演算する非干渉化電圧補償器を備え、この非干渉化電圧補償器の結果値を取り入れて、前記１パルス波形のオンオフ切替位相を操作することを特徴とする。
【００１６】
以上の構成の本発明によれば、非干渉化補償電圧の演算に電流フィードバック値と電流指令値とをあらかじめ設定した重み付けで加算平均した値を用いることにより、あらゆる速度帯域において安定な制御が実現される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態：請求項１，２に対応）
本実施形態のモータ制御装置を、図１を参照して説明する。
【００１８】
第１実施形態におけるモータ制御装置は、ｄ軸電流制御器１と、ｑ軸電流制御器２と、非干渉制御器３０とで構成される。
【００１９】
さらに非干渉制御器３０は、重み係数設定部３１と、重み係数乗算部ｄ３２と、重み係数乗算部ｑ３３と、非干渉化補償電圧演算部３４とで構成される。
【００２０】
ｄ軸電流制御器１は、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄとを入力として次の演算によりｄ軸電圧指令ＶｄＰＩを求めて出力する。
【００２１】
ＶｄＰＩ＝Ｇ（ｓ）・（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、ｓはラプラス演算子。比例・積分制御が考えられる）
ｑ軸電流制御器２は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、ｑ軸電流Ｉｑとを入力として次の演算によりｑ軸電圧指令ＶｑＰＩを求めて出力する。
【００２２】
ＶｑＰＩ＝Ｇ（ｓ）・（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、ｓはラプラス演算子。比例・積分制御が考えられる）
重み係数設定部３１は、回転角周波数ωを入力として、次の演算により重み係数ＣＯＧを求めて出力する。
【００２３】
ＣＯＧ＝｜ω｜／ωＭａｘ
（ωＭａｘは、モータ最高回転時の電気角周波数）
重み係数乗算部ｄ３２は、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄと、重み係数設定部３１から出力される重み係数ＣＯＧを入力として次の演算により、非干渉ｄ軸電流ＩｄＦＦを求めて出力する。
【００２４】
ＩｄＦＦ＝ＣＯＧ×Ｉｄ＋（１−ＣＯＧ）×ＩｄＲｅｆ
重み係数乗算部ｑ３３は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、ｑ軸電流Ｉｑと、重み係数設定部３１から出力される重み係数ＣＯＧを入力として次の演算により、非干渉ｑ軸電流ＩｑＦＦを求めて出力する。
【００２５】
ＩｑＦＦ＝ＣＯＧ×Ｉｑ＋（１−ＣＯＧ）×ＩｑＲｅｆ
非干渉化補償電圧演算部３４においては、重み係数乗算部ｄ３２から出力される非干渉ｄ軸電流ＩｄＦＦと、重み係数乗算部ｑ３３から出力される非干渉ｑ軸電流ＩｑＦＦと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりｄ軸補償電圧ＶｄＦＦ、ｑ軸補償電圧ＶｑＦＦを求めて出力する。
【００２６】
ＶｄＦＦ＝−ω×Ｌｑ×ＩｑＦＦ
ＶｑＦＦ＝ω×（Ｌｄ×ＩｄＦＦ＋ΦＰＭ）
（Ｌｄ：モータｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：モータｑ軸インダクタンス、ΦＰＭ：永久磁石磁束）
非干渉制御器３は最終的に、非干渉化補償電圧演算部３４から出力されるｄ軸補償電圧ＶｄＦＦ、ｑ軸補償電圧ＶｑＦＦと、ｄ軸電流制御器１から出力されるｄ軸電圧指令ＶｄＰＩと、ｑ軸電流制御器２から出力されるｑ軸電圧指令ＶｑＰＩとを入力として、次の演算によりｄ軸電圧Ｖｄと、ｑ軸電圧Ｖｑを求めて出力する。
【００２７】
Ｖｄ＝ＶｄＰＩ＋ＶｄＦＦ
Ｖｑ＝ＶｑＰＩ＋ＶｑＦＦ
以上のように、本実施形態のモータ制御装置によれば、ｄ軸電圧Ｖｄは、ｄ軸電流制御器１から出力されるｄ軸電圧指令ＶｄＰＩに、非干渉化補償電圧演算部３４から出力されるｄ軸補償電圧ＶｄＦＦを加えた値となり、また、ｑ軸電圧Ｖｑは、ｑ軸電流制御器２から出力されるｑ軸電圧指令ＶｑＰＩに、非干渉化補償電圧演算部３４から出力されるｑ軸補償電圧ＶｑＦＦを加えた値となるので、低速から高速まですべての速度帯域において安定な電流制御系を構成することが可能になる。
【００２８】
（第２実施形態：請求項３，４，５に対応）
本実施形態のモータ制御装置を、図２を参照して説明する。
【００２９】
第２の実施形態におけるモータ制御装置は、ｄ軸電流制御器１と、ｑ軸電流制御器２と、重み係数設定部３１と、重み係数乗算部ｄ３２と、重み係数乗算部ｑ３３と、非干渉化補償電圧演算部３４と、ｑ軸電流制御器４と、極座標変換部５と、電圧ベクトル演算部６とで構成される。
【００３０】
ｄ軸電流制御器１は、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄとを入力として次の演算によりｄ軸電圧指令ＶｄＰを求めて出力する。
【００３１】
ＶｄＰ＝Ｋｐ・（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ）
（Ｋｐは比例ゲイン）
ｑ軸電流制御器２は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、ｑ軸電流Ｉｑとを入力として次の演算によりｑ軸電圧指令ＶｑＰを求めて出力する。
【００３２】
ＶｑＰ＝Ｋｐ・（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｋｐは比例ゲイン）
重み係数設定部３１は、回転角周波数ωを入力として、次の演算により重み係数ＣＯＧを求めて出力する。
【００３３】
ＣＯＧ＝｜ω｜／ωＭａｘ
（ωＭａｘは、モータ最高回転時の電気角周波数）
重み係数乗算部ｄ３２は、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄと、重み係数設定部３１から出力される重み係数ＣＯＧを入力として次の演算により、非干渉ｄ軸電流ＩｄＦＦを求めて出力する。
【００３４】
ＩｄＦＦ＝ＣＯＧ×Ｉｄ＋（１−ＣＯＧ）×ＩｄＲｅｆ
重み係数乗算部ｑ３３は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、ｑ軸電流Ｉｑと、重み係数設定部３１から出力される重み係数ＣＯＧを入力として次の演算により、非干渉ｑ軸電流ＩｑＦＦを求めて出力する。
【００３５】
ＩｑＦＦ＝ＣＯＧ×Ｉｑ＋（１−ＣＯＧ）×ＩｑＲｅｆ
非干渉化補償電圧演算部３４においては、重み係数乗算部ｄ３２から出力される非干渉ｄ軸電流ＩｄＦＦと、重み係数乗算部ｑ３３から出力される非干渉ｑ軸電流ＩｑＦＦと、回転角周波数ωとを入力として次の演算によりｄ軸補償電圧ＶｄＦＦ、ｑ軸補償電圧ＶｑＦＦを求めて出力する。
【００３６】
ＶｄＦＦ＝−ω×Ｌｑ×ＩｑＦＦ
ＶｑＦＦ＝ω×（Ｌｄ×ＩｄＦＦ＋ΦＰＭ）
（Ｌｄ：モータｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：モータｑ軸インダクタンス、ΦＰＭ：永久磁石磁束）
トルク電流制御部４は、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとｑ軸電流Ｉｑを入力として、ｑ軸電流がｑ軸電流指令に追従するように次の演算により電圧ベクトル位相補正値γ２を求めて出力する。
【００３７】
γ２＝Ｇ（ｓ）×（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ）
（Ｇ（ｓ）は制御ゲイン。ｓはラプラス演算子。比例積分制御が考えられる）
上記は、表面磁石型永久磁石モータの場合の例で、トルクに寄与する電流がｑ軸方向電流である場合の演算式であるが、リラクタンスモータなど種類の異なるモータにおいては、トルクに寄与する電流が必ずしもｑ軸電流とは限らず、この場合は、トルクに寄与する方向の電流が指令値に追従するように入力を変更しても良い。
【００３８】
極座標変換部５においては、非干渉化補償電圧演算部３４から出力されるｄ軸補償電圧ＶｄＦＦ、ｑ軸補償電圧ＶｑＦＦと、ｄ軸電流制御器１から出力されるｄ軸電圧指令ＶｄＰと、ｑ軸電流制御器２から出力されるｑ軸電圧指令ＶｑＰとから演算されるｄ軸電圧Ｖｄ′と、ｑ軸電圧Ｖｑ′とを入力として、電圧ベクトル振幅Ｖ１と電圧ベクトル位相γを求めて出力する。
【００３９】
Ｖｄ′＝ＶｄＰ＋ＶｄＦＦ
Ｖｑ′＝ＶｑＰ＋ＶｑＦＦ
Ｖ１＝√６／π×Ｖｄｃ
（Ｖｄｃはインバータ入力直流電圧）
γ＝ｔａｎ−１（Ｖｑ′／Ｖｄ′）
電圧ベクトル演算部６においては、極座標変換部５から出力される電圧ベクトル振幅Ｖ１と、電圧ベクトル位相γと、トルク電流制御部４から出力される電圧ベクトル位相補正値γ２を入力として、次の演算によりｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電圧指令Ｖｑを求めて出力する。
【００４０】
Ｖｄ＝Ｖ１×ｃｏｓ（γ＋γ２）
Ｖｑ＝Ｖ１×ｓｉｎ（γ＋γ２）
以上の構成のモータ制御装置により、出力電圧をインバータ周波数に同期して一周期に一回オンオフするだけのいわゆる１パルス波形を出力し、モータ回転子に対する前記１パルス波形のオンオフ切替位相を操作することで、電流制御を行う位相制御で高速回転運転を行っても、安定な電流制御系を構成することが可能になる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、非干渉化補償電圧の演算に電流フィードバック値と電流指令値とをあらかじめ設定した重み付けで加算平均した値を用いることにより、あらゆる速度帯域において安定な制御を実現することが可能なモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモータ制御装置の第１実施形態の構成を示す図。
【図２】本発明によるモータ制御装置の第２実施形態の構成を示す図。
【図３】従来のモータ制御装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…ｄ軸電流制御器、２…ｑ軸電流制御器、３…非干渉制御器、３１…重み係数設定部、３２…重み係数乗算部ｄ、３３…重み係数乗算部ｑ、３４…非干渉化補償電圧演算部、４…ｑ軸電流制御器、５…極座標変換部、６…電圧ベクトル演算部。
【図１】
2004282849.tif 000003
【図２】
2004282849.tif 000004
【図３】
2004282849.tif 000005