平成27年電気関係学会北陸支部連合大会, Vol

平成 27 年度電気関係学会北陸支部連合大会
多段 DFT によるゼロ相分を含んだ
電流センサオフセット誤差補償法の実機検証
五十嵐優貴・田村浩志・伊東淳一（長岡技術科学大学）
1. はじめに
id* +
近年，ハイブリッド電気自動車の低コスト化のため，
安価で低精度な電流センサの適用が検討されている。し
かし，オフセット誤差が検出電流に重畳するため，その
補償が必要である(1)。従来の補償方法では，ゼロ相分を
含まないオフセット誤差補償ができるが(1)，電流センサ
にゲインアンバランスが発生した場合ゼロ相の補償はで
きない。これに対し，著者らはゼロ相分を含みゲインア
ンバランスが発生しても補償できる方法を提案し (2)，シ
ミュレーションによりその有効性を確認している。
本論文では，定常状態でのモータ駆動時における提案
手法の有用性を実験的に明らかにする。
id *
vd*
 i * ACR v *
q
+ q
iq*
vu*
vv*
*
v
uvw w
-
MultistageDFT
*
v*uoff v*voff vwoff
+
ˆiuoffset
ids
dq
iqs
uvw
3
i0offset
+
+
ˆivoffset
+
ˆiwoffset
iucp- +
ivcp - +
iwcp
ius=Guerroriuture+iuoffset
ivs=Gverrorivtrue+ivoffset
iws=Gwerroriwtrue+iwoffset
+
PS
experiment condition
iuerr : 0.8 A(0.04 p.u.)
id : 0A
iverr : 0.4 A (0.02 p.u.)
iq : 2A(0.1 p.u.)
iwerr : -0.4 A(0.02 p.u.)
N : 750 rpm
U-phase current sensor gain:1.01
V-phase current sensor gain:0.98
W-phase current sensor gain:1.02
PMSM
motor parameters
Pn = 5.5 kW
Nn = 1500rpm
Vn = 400 Vrms
In = 20 Arms(1 p.u.)
Pairs of poles = 3
Load
Fig.1 Control block diagram of the proposed method
ここで，ius，ivs，iws はそれぞれ U，V，W 相電流センサ
検出値である。次に離散フーリエ変換(DFT)を用いて，
ゼロ相電流の直流成分 i0offset を(2)式より抽出する。
Compensation start
Compensation start
U-phase estimation value of
sensor offset iuoffset [p.u.]
U-phase estimation value of
sensor offset iuoffset [p.u.]
0.02 [p.u./div]
0.02 [p.u./div]
N 1
i0offset   i0 (n) N ...................................................... (2)
0.04 [p.u.]
Zero-phase component of
detected current i0off [p.u.]
0.005 [p.u./div]
0
ここで，N は 1 周期あたりのサンプリング数である。(2)
式より，抽出した i0offset を従来手法のオフセット誤差推定
値に加算することで，ゼロ相分を含んだオフセット誤差
の補償を可能にする。
Zero-phase component of
detected current i0off [p.u.]
0
0.01 [p.u./div]
0.01 [p.u./div]
3. 実験結果
図 2 に提案法適用前後の U 相オフセット誤差推定値，
検出電流のゼロ相分および電流センサのオフセット誤差
のゼロ相分の波形を示す。図 1 中に示した各相のオフセ
ット誤差(iuoffset，ivoffset，iwoffset)より(1)式にてゼロ相分を求
めると 0.013 p.u.である。一方，電流センサのオフセット
誤差のゼロ相分として約 0.014 p.u が出力されており，誤
差 8%で推定できることを確認した。また，実験結果よ
り，各相のオフセットは，U 相 1%，V 相 10%，W 相 20%
の誤差で推定できることを確認した。
図.3 にトルク計算値を示す。トルクリプルのピークが
0.9Nm 低減しており，トルクリプルが 60%低減したこと
を確認した。以上の結果より，提案補償法によってゼロ
相分を含んだ電流センサのオフセット誤差を推定し，ト
ルクリプルを低減できることを実験によって確認した。
今後は，速度指令およびトルク指令が過渡的に変化し
ている状況での誤差補償について特性を検証する予定で
ある。
ivs iws 
MultistageDFT
+
+
θe
図 1 に提案手法の制御ブロック図を示す。ゼロ相分に
は直流成分と交流成分が含まれている。交流成分はゲイ
ンアンバランスに起因するものなので直流成分を抽出す
る必要がある。初めに三相の電流センサの検出値からゼ
ロ相電流 i0 を(1)式より算出する。
i0  ius  ivs  i ws  3 .................................................... (1)
i
us
Detected Current
Offset Error
Estimation
2. 制御方法
n 0
Voltage
Source
Inverter
dq
0.014 [p.u.]
0
①
②
0.005 [p.u./div]
Zero-phase component of
current sensor’s offset error
i0offset [p.u.]
2 [s/div]
Zero-phase component of
current sensor’s offset error
i0offset [p.u.]
0
① ②
(a) U-phase estimation value, Zero-phase
component of detected current and
Zero-phase component of current sensor’s
offset error
100 [ms/div]
(b) Expanded waveforms of (a)
Fig.2 Operation waveforms of proposed method
Calculated torque[Nm]
4
Compensation start
3
2
0.6[Nmp-p]
1.5[Nmp-p]
1
0
4
8
12
Time[s]
16
20
Fig.3 Calculation result of torque
文献
(1)
(2)
西澤,長野,伊東 : 北陸支部連合大会，Vol. , No.A3-A54,pp. (2014)
H.Tamura et al.: EPE’13 ECCE Europe, pp.1-10, (2013)(仮)
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