2017 年度実績報告書

異種的な計測多重化によるモータドライブシステムの耐故障性向上可能性の検討

研究課題

研究課題/領域番号	17H03216
研究機関	名古屋大学
研究代表者	道木慎二名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10273260)
研究分担者	舟洞佑記名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20633548)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	モータドライブ / 耐故障性 / センサレス制御 / パワーエレクトロニクス / 電気自動車
研究実績の概要	提案者は，日本が今なお世界に対して優位性を有するモータドライブシステム技術が今後も優位性を維持するためには耐障害性向上(Fault Tolerant, Fail Safe化)が不可欠であると考える．そこで本研究では，耐故障性向上において一般的な『時期回路・電気回路・センサ等に単に予備を設ける「同種（ホモジーニアス）的な多多相化・多重化」』に加え，システム制御における状態推定によるセンサレス制御の考え方を利用し，『「あるセンサによる測定値」を「他のセンサを組合わせることで得られる推定値」と相互に補完しあうことで，推定精度，故障検出，故障時の補完などを可能とする「異種（ヘテロジーニアス）的な多重化」』による，一層高度な耐故障性向上に挑んでいる．問題設定として，位置センサ・電流センサのいずれか一方が故障する場合を想定し，その際にも運転継続可能な制御系の構築，およびその際の制御性能や運転継続可能な条件などを明らかにすることを目的として，研究を進めている．初年度は，まず位置センサの故障を対象とした検討を行った．具体的には，様々な位置推定技術の調査を行い，並列して実装することで，故障時に相補的に機能する位置推定技術を選定した．また，位置センサ，各推定結果の利用法についても検討を行い，一般的ではあるがヒューリスティックな要素の強い「故障判定＋切替」ではなく，ロボットなどの自己位置推定で利用される「統合法」を採用することを決定し，位置センサの故障を想定したコンピュータシミュレーション上でその可能性を示した．また，同時に実機実験の実施に向けて，実験装置の計画，および機材の手配を実施した．
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由進捗状況が「やや遅れている」理由は，当初企業からの提供を想定していた高性能電力センサの提供が不可能になったことを踏まえ，制御アルゴリズム，実験装置の再検討を行う必要があったためである．利用できるセンサが減少したことで，位置・電流の各状態推定アルゴリズムの追加の検討，追加に伴う計算量の増加を踏まえた実験装置の見直しを行う必要に迫られたためである．具体的には，これまでに，位置センサのみの故障へ対応するアルゴリズムについての再検討を行い，シャント抵抗を利用する位置推定技術を新たに採用することした．改めてコンピュータシミュレーションを実施し，位置センサの故障時の継続的な駆動可能性を確認したものの，電流センサのみの故障，更には位置センサ・電流センサのいずれか一方の故障に対する対応については，結論を得るに至らず，引き続き検討が必要である．また，高性能電力センサが利用できないことに伴い，上記のように状態推定技術を追加採用することとなり，計算機負荷が増加した．結果，当初想定してきた制御器では，計算資源が不足する可能性が生じ，実験装置の再検討が必要となった．想定するアルゴリズムを見直し，そのうえで必要な計算器資源を再度見積もり直した．それを踏まえた制御器の再選定，それに伴う実験装置全体の再設計を行い，各機材の手配を実施した．このため，主たる機材の手配までは完了したが，実際の実験装置の構築は完了するに至らず，今後構築を行うこととなる．
今後の研究の推進方策	これまでの遅れてを取り戻すべく，今後は，まず電流センサの故障への対応について検討を行う．ただし，本件についても，高性能電力センサが利用できない影響を受けるため，電流推定のアルゴリズムの再検討を行う必要があり，具体的には，位置推定の際に導入を決定したシャント抵抗を利用するアルゴリズムを導入する予定である．まず，コンピュータシミュレーション上で電流センサの故障時の駆動継続の可能性を検証する．次いで位置センサまたは電流センサのいずれか一方の故障時における駆動継続の可能性についても検証する．この際，一言で故障といっても様々な故障がある．しかしすべての故障を想定することは不可能であるため，どのような故障を想定した検討を行うべきかについては，各識者から意見を伺うことで検討を行っていく．並行して，実機実験の構築を進める．2年目中に構築を完了し，最終年度での実機実験による検証に向けた予備的な準備を行う予定である．