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2020 Fiscal Year Research-status Report

家電モータ制御で無効電力をゼロにしたスマートハウスによる低電力社会の実現

Research Project

Project/Area Number 19K21967
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

大石 潔  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 和田 安弘  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70293248)
横倉 勇希  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70622364)
宮崎 敏昌  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (90321413)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords電力工学 / 制御工学 / 電気機器 / パワーエレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、電力ネットワークの末端の住宅・オフィスにあるエアコンと冷蔵庫のモータ制御だけで無効電力ゼロを安全かつ低コストで達成することを目的とする。エアコンの場合、国内最低価格帯の2万円台への変更で無効電力ゼロの住宅を構成できる。これにより、電力ネットワーク末端をすべて無効電力ゼロの住宅・オフィスで形成して、低電力社会を実現する。そのためには、電解コンデンサレス単相三相インバータ(単相全波整流回路と小容量フィルムコンデンサと最小数の電力用半導体素子で構成された究極の低コストインバータ)1台で、系統電源の瞬時電流とモータ駆動の瞬時電圧の両者を同時に予測制御するという超難
解な課題になる。
この課題に対して、本研究では、電源高調波規制適合型電解コンデンサレスインバータによる埋込磁石型同期電動機(IPMSM)の駆動技術を開発する。4mH程度の系統リアクトルを付加した電解コンデンサレス単相3相インバータの瞬時電源電力制御でIPMSMの駆動を行うことで、高力率を達成させ、最も厳しいIEC61000-3-2ClassAの電源高調波規制をクリアさせることを目的にする。この目的を達成するために、2020年度は電源高調波規制を満足させる系統電源電流予測制御と無効電力ゼロを達成する瞬時電力制御系を開発して、模擬実験装置でその有効性を確認する。さらに、瞬時電力正弦波追従制御と入力電圧追従モータ瞬時電圧制御を併用し安定したモータトルク制御を実現して、模擬実験装置でその有効性を確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度は、当初の計画を次の様に順調に進めることができた。本研究は3グループの研究体制で実施し、3年間で完遂することになっている。パワーエレクトロニクスグループは、電源高調波規制を満足させる系統電源電流予測制御と無効電力ゼロを達成する瞬時電力制御系を開発することになっている。モータドライブグループは、瞬時電力正弦波追従制御と入力電圧追従モータ瞬時電圧制御を併用し安定したモータトルク制御を実現することになっている。実機試験検証グループは実機試験することになっている。本研究のロードマップにおいて、上記の進捗は順調に予定どおりに進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、モータの予測電流制御を系統側とモータ側の両者において構成し、電源高調波規制を常に満足させた上、無効電力ゼロを達成する瞬時電源電力制御を、学術的にも工業的にも新しく確立する。学術的には、インバータからモータまでの従来の数式モデルに加え、インバータから電源までの数式モデルを新しく構築し、この拡張モデルに基づいた系統電源電流予測制御と瞬時電源電力制御を、1台のモータ駆動インバータで達成する新しい制御法を構築する。工業的には、広範囲なモータ駆動速度に対して、無効電力ゼロ・電源高調波規制適合・安定したモータトルク制御の3つの条件を兼ね備えた新しい制御法を確立する。

Causes of Carryover

コロナウィルスの関係で、旅費を執行する機会は無かったとともに、部品を扱う会社が提供できなくなったのと、既存の実験装置の改良して実験ができるようになったので、次年度使用額を生じた。。次年度の予算執行は、物品購入に大きなズレを生じることはない。研究計画に大きな計画にずれは生じていない。

  • Research Products

    (26 results)

All 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results)

  • [Journal Article] High-Robust Force Control for Environmental Stiffness Variation Based on Duality of Two-Inertia System2021

    • Author(s)
      Kawai Yusuke、Yokokura Yuki、Ohishi Kiyoshi、Miyazaki Toshimasa
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: 68 Pages: 850~860

    • DOI

      10.1109/TIE.2020.3009591

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vibration Suppression Control Using Resonance Frequency Damping Disturbance Observer for Robot Servo System2021

    • Author(s)
      Yabuki Akinori、Ohishi Kiyoshi、Miyazaki Toshimasa、Yokokura Yuki、Kanmachi Toshiyuki、Ando Itaru
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 10 Pages: 36~44

    • DOI

      10.1541/ieejjia.20003474

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Robust Estimation Method for Stator Temperature Based on Voltage Disturbance Observer Autotuning Resistance for SPMSM2020

    • Author(s)
      Iwata Hiroki、Ohishi Kiyoshi、Yokokura Yuki、Okada Yuji、Ide Yuji、Kuraishi Daigo、Takahashi Akihiko
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 9 Pages: 341~350

    • DOI

      10.1541/ieejjia.9.341

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quick Force Balance Control Based on Equilibrium Point Movement of Tie-bar Temperature Controllers for Injection Molding Machine2020

    • Author(s)
      Matsui Yuki、Yokokura Yuki、Ohishi Kiyoshi、Hotta Daigo、Morita Hiroshi
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 9 Pages: 597~604

    • DOI

      10.1541/ieejjia.9.597

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Quick Torsion Torque Control Based on Model Error Compensator and Disturbance Observer with Torsion Torque Sensor2021

    • Author(s)
      Yusuke Kawai, Sora Nagao, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration, SII2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wideband Backforward-Drivability Motor Drive Based on Fast Current Control of Geared SPMSM2021

    • Author(s)
      Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Mechatronics ICM2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position Control Based on Robust Load-side Acceleration Control Using Instantaneous State Onserver2021

    • Author(s)
      Taiga Shinozaki, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High Efficient Motor Drive System by Voltage-Integral-based Reference Tracking Modulation with Voltage Prediction2021

    • Author(s)
      Yuto Kobayashi, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura, Tenjiro Hiwatari, Sota Sano, Akira Satake
    • Organizer
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep Learning Based Singular Spectrum Analysis for Realization of Wideband Force Sensing2021

    • Author(s)
      Thao Tran Phuong, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Mechatronics ICM2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stable Torsion Torque Control for Two-Inertia Systems with Backlash Based on Duality of Nonlinear Friction and Backlash2021

    • Author(s)
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クラッチを有する二慣性系の非線形モデル予測制御に基づくねじれトルク制御法2021

    • Author(s)
      井脇 隆議, 滝 智洋, 大石 潔, 横倉 勇希, 川合 勇輔
    • Organizer
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [Presentation] 誘導電動機の位置センサレス駆動システムのための電解コンデンサレスインバータの電源電流高調波抑制制御 ー第二報ー2021

    • Author(s)
      品川 大成, 大石 潔, 阿部 晃大, 横倉 勇希, 井上 達貴
    • Organizer
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [Presentation] スイッチング損失低減のためのLUTに基づく直接仮想磁束制御2021

    • Author(s)
      小林 勇斗, 大石 潔, 横倉 勇希, 樋渡 天次郎, 佐野 壮太, 佐竹 彰
    • Organizer
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [Presentation] Fine Torsion Torque Control for Geared Motors by a State-Reference-Dependent Variable-Order Friction Observer2020

    • Author(s)
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      The 29th IEEE International Symposium on Industrial Electronics ISIE2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhancement of Performance on Sensor-less Force Sensation Using Singular Spectrum Analysis Based Force Observers2020

    • Author(s)
      Thao Tran Phuong, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura
    • Organizer
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics AIM2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Switching Controller-less Approach and Contact Controls Based on Force Impulse Regulator2020

    • Author(s)
      Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics AIM2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Harmonics Reduction Control of Source Current of Electrolytic Capacitorless Inverter for Position-Sensorless Drive System of Induction Motors2020

    • Author(s)
      Taisei Shinagawa, Kiyoshi Ohishi, Kodai Abe, Yuki Yokokura, Tatsuki Inoue
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems ICEMS2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドリフトフリー瞬時状態オブザーバを用いた2 慣性系の高精度力制御2020

    • Author(s)
      篠﨑 泰雅, 川合 勇輔, 横倉 勇希, 大石 潔, 宮﨑 敏昌
    • Organizer
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [Presentation] 動力学補償計算に基づく状態オブザーバによるロボットモーション制御2020

    • Author(s)
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • Organizer
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [Presentation] 慣性モーメントのリアルタイム代入FDTD動力学補償器を用いた産業用ロボットの位置制御法の提案2020

    • Author(s)
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • Organizer
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] A switched torsion disturbance observer for improving the performance of torsion torque control in a two inertia system with backlash2020

    • Author(s)
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • Organizer
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [Presentation] 動力学外乱トルク入力型FDTDオブザーバを用いたロボット関節の状態推定2020

    • Author(s)
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • Organizer
      令和2年電気学会東京支部新潟支所研究発表会
  • [Presentation] クラッチを有する二慣性系サーボシステムのための特性評価2020

    • Author(s)
      井脇 隆議, 大石 潔, 横倉 勇希, 滝 智洋
    • Organizer
      令和2年電気学会東京支部新潟支所研究発表会
  • [Presentation] 動力学外乱トルク入力型FDTDオブザーバを用いた産業用ロボットの位置制御2020

    • Author(s)
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • Organizer
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] クラッチを有する二慣性系の非線形モデル予測制御に基づく駆動力制御法2020

    • Author(s)
      井脇 隆議, 滝 智洋, 大石 潔, 横倉 勇希, 川合 勇輔, 山口 晃, 波多野 崇
    • Organizer
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] クラッチを有する二慣性共振系の制約条件付きモデル予測制御に基づくハイブリッド自動車のスムーズな加速制御法2020

    • Author(s)
      滝 智洋, 井脇 隆議, 大石 潔, 横倉 勇希, 山口 晃, 波多野 崇
    • Organizer
      電気学会 メカトロニクス制御研究会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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