JP6108114B2 - 永久磁石形同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
図5において、φd,φqはd,q軸磁束、ω1は角周波数、id,iqはd,q軸電流、τは出力トルク、Rは巻線抵抗、φmは永久磁石磁束、Pnは極対数である。また、d,q軸磁束φd,φqからd,q軸電流id,iqを求める数式A,Bは、磁気飽和特性を考慮した磁束モデル(後述する数式5)を逆関数化したものであり、以下に示すとおりである。
前記電動機のd軸電流を時間軸に沿って変化させる第1の手段と、
前記第1の手段によりd軸電流を変化させた時の前記電動機のq軸電流、q軸電圧、回転子速度からd軸磁束を推定する第2の手段と、
前記第2の手段によるd軸磁束推定値のd軸電流による偏微分を演算する第3の手段と、
前記第1の手段により変化させたd軸電流をパラメータとした時の前記偏微分の最大値から、第1のパラメータとして、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値に相当するパラメータを求める第4の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸電流から、第2のパラメータとして、回転子永久磁石の等価磁化電流を求める第5の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸磁束推定値から、第3のパラメータとして、磁束オフセットを求める第6の手段と、
前記電動機の永久磁石磁束、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値、前記等価磁化電流、前記磁束オフセットから、第4のパラメータとして、d軸磁束におけるd軸電流反比例係数を求める第7の手段と、を備え、
前記第1〜第4のパラメータを用いて前記磁束モデルを構成するものである。
また、請求項2に記載した発明は、電力変換器により永久磁石形同期電動機に供給する電流及び電圧を、前記電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とからなるd,q直交回転座標上で制御するための制御装置であって、電動機鉄芯の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて構成される制御装置において、
前記電動機のd軸電流を時間軸に沿って変化させる第1の手段と、
前記第1の手段によりd軸電流を変化させた時の前記電動機のq軸電流、q軸電圧、回転子速度からd軸磁束を推定する第2の手段と、
前記第2の手段によるd軸磁束推定値のd軸電流による偏微分を演算する第3の手段と、
前記第1の手段により変化させたd軸電流をパラメータとした時の前記偏微分の最大値から、第1のパラメータとして、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値に相当するパラメータを求める第4の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸電流から、第2のパラメータとして、回転子永久磁石の等価磁化電流を求める第5の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸磁束推定値から、第3のパラメータとして、磁束オフセットを求める第6の手段と、
前記d軸電流、前記d軸磁束推定値、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値、前記等価磁化電流、前記磁束オフセットから、第4のパラメータとして、d軸磁束におけるd軸電流反比例係数を求める第7の手段と、を備え、
前記第1〜第4のパラメータを用いて前記磁束モデルを構成するものである。
これにより、電動機鉄芯の磁気飽和特性を考慮した磁束モデルのパラメータのオートチューニングが容易になる。
前記第2の手段は、前記q軸電流、前記q軸電圧からq軸誘起電圧演算値を算出する手段と、前記d軸磁束推定値と前記回転子速度とからq軸誘起電圧推定値を演算する手段と、前記q軸誘起電圧演算値と前記q軸誘起電圧推定値との偏差からq軸誘起電圧推定誤差を演算する手段と、前記q軸誘起電圧推定誤差と前記回転子速度から前記d軸磁束推定値を演算する手段と、を有するものである。
これにより、電動機のd軸磁束を高精度に推定することができ、磁束モデルのパラメータの測定精度が向上する。
電流指令設定部21は、図2の動作説明図に示すように、速度検出値ωrが所定値に到達した後、d軸電流指令値id *をid *[1],id *[2],・・・,id *[N]と順次変化させるように構成されている。
d軸電流調節器20aは、減算器19aにより演算したd軸電流指令値id *とd軸電流検出値idとの偏差が零になるようにd軸電圧指令値vd *を求め、q軸電流調節器20bは、減算器19bにより演算したq軸電流指令値iq *とq軸電流検出値iqとの偏差が零になるようにq軸電圧指令値vq *を求める。
座標変換器15は、d軸電圧指令値vd *及びq軸電圧指令値vq *を磁極位置検出値θrに基づいて相電圧指令値vu *,vv *,vw *に座標変換する。PWM回路13は、電力変換器70の出力電圧を制御するためのゲート信号を生成する。
以上の演算処理により、永久磁石形同期電動機80の回転子速度ωrを速度指令値ωr *に制御することができる。
図1における磁束推定部31は、q軸電圧指令値vq *,q軸電流検出値iq,速度検出値ωrから、d軸磁束推定値Ψdestを演算する。
図3における誘起電圧演算器31aは、数式1により、q軸誘起電圧演算値eqcalcを求める。
d軸磁束推定値Ψdestは、図1におけるローパスフィルタ30の出力(d軸電流検出値idのローパスフィルタ出力)idfと共に、パラメータ演算部32に入力される。
図4は、q軸電流iqが零の時のd軸電流idとd軸磁束Ψdとの関係を示しており、Ψmは無負荷時の永久磁石磁束である。この図4は、非特許文献1にも記載されている。
数式4により、d軸磁束Ψdのd軸電流idによる偏微分は数式5となる。
更に、数式4より、d軸電流idが−I0に等しく、q軸電流iqが零の時のd軸磁束Ψdは、数式8に示すように第4のパラメータφ0に等しくなる。
まず、図2に示すごとく、速度検出値ωrが所定値に到達した後、電流指令設定部21により、数式11の関係を満たすようにd軸電流指令値id *をid *[1],id *[2],・・・,id *[N]と変化させる。
以上に説明した演算処理により、磁束モデルのパラメータのうち、KLd,KSd,I0,φ0を演算することができる。
なお、他のパラメータKLq,KSq,KSdq,KSqdについては、既知の値として与えられるが、例えば、id−φd特性のグラフ、及び、iq−φq特性のグラフを用いて適宜決定する、あるいは別途演算により求めることができる。
このようにして、磁束モデルのパラメータのオートチューニングを実現することができる。
11w w相電流検出器
13 PWM回路
14 座標変換器
15 座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 比例ゲイン
19a 減算器
19b 減算器
20a d軸電流調節器
20b q軸電流調節器
21 電流指令設定部
30 ローパスフィルタ
31 磁束推定部
31a 誘起電圧演算器
31b 乗算器
31c 減算器
31d 推定器
32 パラメータ演算部
50 三相交流電源
60 整流回路
70 電力変換器
80 永久磁石形同期電動機
90 パルスジェネレータ
91 位置検出器
92 速度検出器
Claims (3)
- 電力変換器により永久磁石形同期電動機に供給する電流及び電圧を、前記電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とからなるd,q直交回転座標上で制御するための制御装置であって、電動機鉄芯の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて構成される制御装置において、
前記電動機のd軸電流を時間軸に沿って変化させる第1の手段と、
前記第1の手段によりd軸電流を変化させた時の前記電動機のq軸電流、q軸電圧、回転子速度からd軸磁束を推定する第2の手段と、
前記第2の手段によるd軸磁束推定値のd軸電流による偏微分を演算する第3の手段と、
前記第1の手段により変化させたd軸電流をパラメータとした時の前記偏微分の最大値から、第1のパラメータとして、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値に相当するパラメータを求める第4の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸電流から、第2のパラメータとして、回転子永久磁石の等価磁化電流を求める第5の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸磁束推定値から、第3のパラメータとして、磁束オフセットを求める第6の手段と、
前記電動機の永久磁石磁束、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値、前記等価磁化電流、前記磁束オフセットから、第4のパラメータとして、d軸磁束におけるd軸電流反比例係数を求める第7の手段と、を備え、
前記第1〜第4のパラメータを用いて前記磁束モデルを構成することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 - 電力変換器により永久磁石形同期電動機に供給する電流及び電圧を、前記電動機の回転子磁極方向に平行なd軸とこのd軸に直交するq軸とからなるd,q直交回転座標上で制御するための制御装置であって、電動機鉄芯の磁気飽和特性を少なくとも考慮した磁束モデルに基づいて構成される制御装置において、
前記電動機のd軸電流を時間軸に沿って変化させる第1の手段と、
前記第1の手段によりd軸電流を変化させた時の前記電動機のq軸電流、q軸電圧、回転子速度からd軸磁束を推定する第2の手段と、
前記第2の手段によるd軸磁束推定値のd軸電流による偏微分を演算する第3の手段と、
前記第1の手段により変化させたd軸電流をパラメータとした時の前記偏微分の最大値から、第1のパラメータとして、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値に相当するパラメータを求める第4の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸電流から、第2のパラメータとして、回転子永久磁石の等価磁化電流を求める第5の手段と、
前記偏微分が最大になる時のd軸磁束推定値から、第3のパラメータとして、磁束オフセットを求める第6の手段と、
前記d軸電流、前記d軸磁束推定値、前記d軸電流に対するd軸磁束の傾きの最大値、前記等価磁化電流、前記磁束オフセットから、第4のパラメータとして、d軸磁束におけるd軸電流反比例係数を求める第7の手段と、を備え、
前記第1〜第4のパラメータを用いて前記磁束モデルを構成することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 - 請求項1または2に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記第2の手段は、
前記q軸電流、前記q軸電圧からq軸誘起電圧演算値を算出する手段と、
前記d軸磁束推定値と前記回転子速度とからq軸誘起電圧推定値を演算する手段と、
前記q軸誘起電圧演算値と前記q軸誘起電圧推定値との偏差からq軸誘起電圧推定誤差を演算する手段と、
前記q軸誘起電圧推定誤差と前記回転子速度から前記d軸磁束推定値を演算する手段と、
を有することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
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