Proposal for Feedback-type Flux-Weakening Control Method for Model Predictive Current Control System

Research Project

Project/Area Number	22K04079
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 21010:Power engineering-related
Research Institution	Chubu University
Principal Investigator	松本純中部大学, 工学部, 講師 (50736072)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	永久磁石同期モータ / モデル予測制御 / 高出力 / フィードバック制御 / 弱め磁束制御 / 電流制御 / フィードバック
Outline of Research at the Start	本研究ではモータに印加される瞬時空間電圧ベクトルの時系列パターンをフィードバックすることで、弱め磁束制御を実現する新たな電流指令値生成法を提案する。提案法は、同一の瞬時空間電圧ベクトルの選択期間の長さ、瞬時空間電圧ベクトルの切り替わりの頻度および電圧振幅が零となる瞬時空間電圧ベクトルの選択割合から、PI制御によって電流指令値を決定する。これにより、提案法はモータパラメータを用いることなく、また、過去の瞬時空間電圧ベクトルの時系列パターンを用いて弱め磁束制御を実現するためにロバスト性が高く、既存のモデル予測制御系にも容易に追加することが可能といった優位性を有する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究はモータドライブシステムにおける制御系設計の課題の一つである高出力化を実現する制御手法を新規提案するものである。近年、モータドライブシステムは電気自動車やハイブリッド自動車などに代表されるバッテリによって駆動される移動体向けの用途に適用されるに至った。この結果、高効率化に加えて高速応答や高出力駆動の要求が高まり、これを実現する制御系設計も重要な役割を担うに至った。高速応答および高出力駆動を両立する制御法の一つとして、モデル予測制御に基づく電流制御システムが提案されている。この手法はモータを駆動する際に用いられるインバータが出力可能な瞬時空間電圧ベクトルを陽に考慮するために、高速応答および高出力駆動を両立することを可能としている。ただし、本手法はモータへの印加電圧を決定する際に、既存のPI制御とは異なり、選択可能なパターンの中から最適なパターンを探索するといった方法を用いていることから、既存のモータ制御システムによる知見がそのまま利用できないといった課題がある。この中でも、本研究では高出力駆動を実現する際に必要となる電流指令値生成に着目した。一般的に用いられているモデル予測制御に基づく手法において、電流指令値生成はフィードフォワード制御によって決定されており、煩雑なファインチューニングを行わなければ、現実的には高出力駆動の実現が困難といった課題を抱えている。そこで、本研究ではモータへの印加電圧の時系列パターンからフィードバック制御にって電流指令値生成を可能とする新たな手法を提案した。本手法は既存のモデル予測制御に基づく手法に対して、拡張する形で適用可能である点に有用性を見出している。これまでに国内学会にて研究成果を発表している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 現在、理論的な検証を行い、概ね想定した結果を得ることができ、国内学会にて報告できたため、（２）と判断している。
Strategy for Future Research Activity	前述の通り、概ね想定通りの結果を得ることができたため、今後は実機実装を行い、国内学会および国際学会においても報告する予定である。