センサレスベクトル制御のメリット・デメリットは?実務に使える専門書「ACドライブシステムのセンサレスベクトル制御」

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センサレスベクトル制御の専門書を探しているのであれば、

「AC ドライブシステムのセンサレスベクトル制御」

を読んで絶対に損はないです。

私は、モーター制御関係の業務を始めてまだ3ヶ月も経っていません。

早くモーター制御の専門家になるべく、モータ制御に関連する本を読み漁っています。とりわけ、BLDC(ブラシレスモータ)の分野。その勉強するために読んだ本の一冊が本書です。

さて、本書の著者は誰かと言うと、これがまた頼もしい面々です。

ある大学の先生が一人で書かれたというわけではありません。

30名以上の専門家の共著です。

「電気学会センサレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会」

というメンバーによって書かれたものです。

大学の教授だったり、名だたる企業の専門家が書かれているので、

モーター制御、特にセンサレスベクトル制御の最先端を行く方々が書かれた本です。

なので、内容は充実しています。濃いです。

それにしても、面白いですね。こういう専門委員会があるんですねー。

電気学会とかっていうのは聞いたことありますが、

モータ制御、その中でもセンサベクトル制御に特化した委員会って。

面白いですね。

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モータ制御を業務にしている人は読んで損はない「AC ドライブシステムのセンサレスベクトル制御」

本書を読めば、

センサレスベクトル制御の方法、メリットやデメリットも分かります。

でも、本書のタイトルを額面通りに受け取らない方が良いでしょう。

センサレスベクトル制御ではなく、

1章には一般的なモータドライブシステムの構成の解説もあります。それだけで、およそ70ページも説明が書いてあります。

2章以降から、センサベクトル制御について書いてあります。

3章は誘導モータについて。私は、実務で誘導モータを使っていないので、読み飛ばしました。

4章は、マイコンを使ったモータ制御の方法についても書いてあります。

なので、センサレスベクトル制御に限らず、120°通電とかホールセンサを使ったブラシレスモーターの制御に関わる人にとっても非常に役に立つ内容が書いてあります。

以下、本書から私がメモった箇所のアウトプットです。

センサレス制御のメリットとデメリットは?

まず、センサレス制御のメリット、デメリットは何か?

引用させてもらいます。

233ページ

メリット

  • センサ削減、ならびに繊細の配線の削減による低コスト化

  • センサの取付調整作業の排除

  • センサ排除による装置のコンパクト化

  • センサ排除による信頼性の向上

  • センサ取付困難な環境下でのモータ駆動が可能

ということで、コストメリット、小型化、故障リスクの低減、応用製品の拡大

などセンサレス化のメリットが挙げられます

その一方で、デメリットは何か?

  • モータ定数の合わせ込み作業

  • モータ定数への依存性が強くなりロバスト性劣化の懸念

  • 応答劣化の可能性(推定系と電流制御系、速度制御系の干渉の問題)

  • 起動シーケンスの複雑さ、速度に応じた方式切り替えによる切り換えショック

  • 停止、低速センサレスにおける電磁騒音の増大化

以上がセンサレス制御のメリットとデメリット。

デメリットを上回って、メリットの方が多ければ製品に使うのに適しているということ。

私も実際、センサレスのモータシステムの動作確認をしていますが、

確かに、モータの回転速度に応じてモードの切り替えが必要になってきます。

そのモードの切り替え時に、異常な動作をしないか?

スムーズな切り替えができるか?

がセンサレス化できるかのポイントと実感しています。

その辺がすごく難しそう。だって、使うモータによって特性が変わってくるんですから。モータが変わるたびに、一つ一つ合わせ込みが必要になってきます。

逆に言うと、この辺のノウハウを知ると、なかなか人に取って代わられることができない希少価値のある人間になれると思います。

「AC ドライブシステムのセンサレスベクトル制御」のその他のアウトプット

めっちゃ大事な箇所だけピンポイントでメモ書き。

ページ3。

センサレスベクトル制御手法は、電圧及び電流から座標変換に必要な情報Θの推定値を得る手法ということができる。

ページ33

一般論として、モータの速度起電力(逆起電力)は回転速度に比例し、トルクは電流に比例するので、

モータの回転速度は電圧、トルクは電流で制御することができる。

ページ113。いよいよベクトル制御の話です。

マグネットトルクは90°、リラクタンストルクは135°で最大となるため、

合成トルクは90°から135°の間で最大値を取る。

ここ重要ですね。 この話はIPMSMタイプのモーターの話ですね 

117ページ

弱め磁束 fluxing Weakening制御についての解説です。

負の方向にd軸電流を増加して電圧飽和を抑制し、高速域におけるPMSMの運転範囲を拡大する手法を、弱め磁束FW Flux Weakening制御と呼ぶ

先ほど、センサレス制御で、モードの切り替え時にモータがスムーズに動かない

といった話をしました。

それがこちらに書いてありました。145ページです

位置センサレス制御の切り替え運用についての話が書いてあります。

停止から、低速、中速、高速になるに従って制御の方法が変わるという話です。

加減速や負荷トルクの変化といった過渡現象の最中に切り替えが行われることから低速時位置センサレス制御による軸誤差推定値と、高速時位置センサレス制御による軸誤差推定値は必ずしも一致するとは限らず、

磁極位置推定値が不連続に切り替わる可能性がある。

この場合、切り返しの電流が跳ね上がり、

過電流やトルクリプルが発生することが想定される。

このように位置センサレス制御の切り替えは位置センサレス制御の安定性に大きく影響する。

このため、位置センサレス制御の設計において見逃すことができない重要な設計要素であり、

いかにスムーズに切り替えることができるかが各社各方式の差別化ポイントになっている

私も業務でセンサレス制御に関わっていて、上記の現実を目の当たりにしています。

センサレス制御の難しさ。それが、モータの速度によってモードの切り替えをスムーズにすること。

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まとめ

センサレスベクトル制御をおこなう人はもちろん、

ブラシレスDCモーターを制御する人は読んでおいて損がありません。

AC ドライブシステムのセンサレスベクトル制御」

本書を隅から隅まで全部読む必要はないかもしれません。

ただし、1章のモータ制御全般に関する話は必読です。

ベクトル制御に関わっていなくても、本書の1章を読むだけでも本書を手に取る価値ありです。

ベクトル制御に特化した内容は2章が中心です。

4章はマイコンで組み込みシステムの開発者向け。ソフトウェアでモータを制御する人が読んでおくと役に立つ内容でした。

マイコンの割り込み制御でどのようにモータを制御するのか?

各社各様、制御方法が違うことがよくわかります。

採用するモーターの違いや、製品の分野によって、モータの制御方法っていうのは細かく場合分けされます。そういうことが分かるだけでも読む価値のある本だと思います。

いやー、モータ制御って奥が深いですね。

だからこそ、1つでも分野に特化して極めれば、替えのきかない人材になれる可能性を秘めているのがモータ。ワクワクしてきますね。

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