研究テーマ / Research topic
モデル予測制御を用いた二重三相モータ駆動システムにおけるコンデンサ電流低減法の検討
モデル予測制御を用いた二重三相モータ駆動システムにおけるコンデンサ電流低減法の検討
Research Theme
Capacitor Current Reduction Method in Dual Three-phase Motor Drive System using Model Predictive Control
キーワード / Key words
二重三相同期モータ，小型化，コンデンサ電流，モデル予測制御
dual three-phase synchronous motor, miniaturization, capacitor current, model predictive control
| 目次 | Contents | ||
| 研究背景 | Background |
研究背景
インバータと巻線の組からなる”系統”が2つある二重三相モータは，構造的な特徴から低圧大容量化，トルクリプル低減，耐故障性に優れるといった利点があります。そのためパワーステアリングやエレベータなどの耐故障性が要求される製品や，今後，航空機や船舶などの分野への適用が期待されています。
二重三相モータの2台のインバータで駆動するという特徴は大きな利点となりますが，反面，モータ駆動システム全体の大型化につながります。そのため二重三相モータは小型化が強く要求されます。
小型化の阻害要因の一つに，電力変換器内部のフィルタ回路平滑用コンデンサが挙げられます。このフィルタ回路はインバータからの高調波を電源へ影響させないために，必要不可欠なものですが，平滑用のコンデンサが大型であり，電力変換器の半分をコンデンサが占めることもあります。
研究目的
コンデンサの体積はコンデンサに流れる電流の実効値に比例します。そこで私の研究では，”制御”の力でコンデンサ電流の低減を目指します。これにより二重三相モータ駆動システムの小型化に貢献できると考えています。
コンデンサ電流のシミュレーション波形を示します。コンデンサ電流は制御周期の中で充電と放電を繰り返します。そのため従来の制御周期ごとに割り込みをかけて，そのサンプリング点ごとの値を管理する制御法では，コンデンサ電流を大幅に低減することは困難です。
現在の取り組み
現在，モデル予測制御(MPC)を用いてコンデンサ電流低減を目指しています。道木研究室では，モータの高性能駆動のためにMPCの検討を行ってきました[1][2][3]。本研究では，今まで培ってきたMPCの知見をコンデンサ電流低減に適用することで，低減性能の向上を目指します。
[1]門田,道木,大熊,“永久磁石同期モータの電流制御系に対するモデル予測制御の適用”,電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌),2011 年 131 巻 4 号 p. 860-869
[2]嶋岡,道木,“モデル予測制御に基づくPMSM電流制御系の定常電流制御性能改善のための探索空間設計“,電気学会論文誌D(産業応用部門誌), 2020 年 140 巻 6 号 p. 468-479
[3]嶋岡,道木,”PMSM電流制御系構築のためのモデル予測制御の設計法”,電気学会論文誌D(産業応用部門誌), 2020 年 140 巻 11 号 p. 793-806