JP2022175151A - Power conversion device and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機(以下、モータ)の電流・回転数を高精度に制御するために、複数の位置・回転検出器(以下、エンコーダ)の出力を運転中に切り替える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter that switches the outputs of a plurality of position/rotation detectors (hereinafter referred to as encoders) during operation in order to control the current and rotation speed of an electric motor (hereinafter referred to as motor) with high accuracy.
モータを制御する電力変換装置として、特許文献1,2が開示されている。
特許文献1は、センサレス磁極位置検出手段とセンサで磁極位置を検出する手段を有しており、遷移区間では重みづけの回路を用いて切り替える手法を開示している(図15)。センサレス制御で低速・中速域を運転し、高速域ではセンサで検出した磁極位置で運転する方式である。特許文献1は、センサに安価なものを使用した上で精度良く運転することを目的としている。
特許文献2は、モータの制御対象の速度や角度を計測して制御に使用している(図16)。特許文献2は、モータの制御対象物を精度よく制御することを目的としている。
In
特許文献1は、センサレス磁極位置検出手段とセンサで磁極位置を検出する手段を有しており、遷移区間では重みづけの回路を用いている。しかしながら、センサレス制御は、低速域では磁極位置を正確に検出できないことで知られているため、精度が悪い。また、遷移区間においては、両方の位相情報が混在するため、位相情報の特性が一定ではなくなる。このため、制御精度が悪化する恐れがある。
また、特許文献2は、モータの制御対象の速度や角度を計測して制御に使用している。この場合には、制御対象物に対しては精度良く制御できるが、モータ自身のエンコーダ検出精度が悪いため軸ずれが発生する。そのため、過度な電流が発生し、モータの電流が定格(連続運転可能な電流)を超えて運転される恐れがあり、装置が故障停止する恐れがある。
Further, in
以上示したようなことから、電力変換装置において、停止時から高回転数までモータの電流・回転数を高精度に制御することが課題となる。 As described above, in the electric power conversion device, it becomes a problem to control the current and rotation speed of the motor with high accuracy from the time of stop to high rotation speed.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、モータを駆動する電力変換装置であって、第1位置・回転検出器と、前記第1位置・回転検出器よりもモータ1回転の分解能は高いが検出周期が遅い第2位置・回転検出器と、検出回転数が閾値より大きいときは前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を制御位相の前回値に加算した値を前記制御位相として出力し、前記検出回転数が前記閾値より小さいときは前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を前記制御位相の前回値に加算した値または前記第2エンコーダ検出位相を前記制御位相として出力するエンコーダ切替処理部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a power conversion device for driving a motor, comprising: a first position/rotation detector; A second position/rotation detector having a higher resolution per rotation of the motor but a slower detection cycle than the encoder, and a first encoder detecting rotation, which is the output of the first position/rotation detector when the detected rotation speed is greater than the threshold value. is output as the detected rotation speed, and the difference between the previous value and the current value of the first encoder detection phase, which is the output of the first position/rotation detector, is added to the previous value of the control phase as the control phase. When the detected rotational speed is smaller than the threshold, the second encoder detected rotational speed, which is the output of the second position/rotation detector, is output as the detected rotational speed, and the second position/rotation detector outputs the detected rotational speed. an encoder switching processing unit that outputs, as the control phase, a value obtained by adding the difference between the previous value and the current value of the second encoder detection phase, which is an output, to the previous value of the control phase, or the second encoder detection phase. It is characterized by
また、その一態様として、前記エンコーダ切替処理部は、前記検出回転数と前記閾値とを比較して前記検出回転数の方が大きいとき1をエンコーダ切替判定信号として出力し、前記検出回転数の方が小さいとき0を前記エンコーダ切替判定信号として出力する閾値比較部と、前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記エンコーダ切替判定信号が0のとき前記第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力する第1スイッチと、前記第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第1差分を出力する第1減算器と、前記第2エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第2差分を出力する第2減算器と、前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1差分を出力し、前記エンコーダ切替判定信号の出力が0のとき前記第2差分を出力する第2スイッチと、前記第2スイッチの出力に第1加算器の前回出力値を加算して前記制御位相として出力する前記第1加算器と、を備えたことを特徴とする。
Further, as one aspect thereof, the encoder switching processing unit compares the detected rotational speed with the threshold value,
また、その一態様として、前記第1位置・回転検出器は、モータ1回転ごとに1パルス出力されるZ相パルスを出力し、前記エンコーダ切替処理部は、前記Z相パルスが1、かつ、前記エンコーダ切替判定信号が1の場合は、前記第1エンコーダ検出位相を前記制御位相とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the first position/rotation detector outputs a Z-phase pulse that is output one pulse for each rotation of the motor, and the encoder switching processing unit outputs one Z-phase pulse, and When the encoder switching determination signal is 1, the first encoder detection phase is set as the control phase.
また、他の態様として、前記エンコーダ切替処理部は、前記検出回転数と前記閾値とを比較して前記検出回転数の方が大きいときは1をエンコーダ切替判定信号として出力し、前記検出回転数の方が小さいときは0を前記エンコーダ切替判定信号として出力する閾値比較部と、前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記エンコーダ切替判定信号が0のとき前記第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力する第1スイッチと、前記第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第1差分を出力する第1減算器と、前記第1差分に第4スイッチの前回出力値を加算する第2加算器と、前記第2位置・回転検出器の検出周期のとき前記第2エンコーダ検出位相を出力し、それ以外のとき前記第2加算器の出力を出力する前記第4スイッチと、前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第4スイッチの出力を前記制御位相として出力し、前記エンコーダ切替判定信号の出力が0のとき前記第2エンコーダ検出位相を前記制御位相として出力する第5スイッチと、を備えたことを特徴とする。
In another aspect, the encoder switching processing unit compares the detected rotational speed with the threshold value, and
また、その一態様として、前記エンコーダ切替処理部は、前記閾値にヒステリシスを持たせ、前記閾値は、前記エンコーダ切替判定信号をOFFからONに切替わる際には前記第1位置・回転検出器の回転数最小分解能に回転数検出精度を加算した値を設定し、前記エンコーダ切替判定信号をONからOFFに切替わる際には前記第1位置・回転検出器の回転数最小分解能を設定することを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the encoder switching processing unit provides the threshold with hysteresis, and the threshold is set to the value of the first position/rotation detector when the encoder switching determination signal is switched from OFF to ON. A value obtained by adding the rotation speed detection accuracy to the rotation speed minimum resolution is set, and when the encoder switching determination signal is switched from ON to OFF, the rotation speed minimum resolution of the first position/rotation detector is set. Characterized by
本発明によれば、電力変換装置において、停止時から高回転数までモータの電流・回転数を高精度に制御することが可能となる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, in a power conversion device, it is possible to control the current and rotation speed of a motor with high accuracy from the time of stop to the high rotation speed.
以下、本願発明における電力変換装置の実施形態1~3を図1~図14に基づいて詳述する。
[実施形態1]
本実施形態1の電力変換装置の一例を図1に示す。図1では、位置を主目的に制御する位置制御(以下、APR)を実施する構成となっている。APR1では、位相指令θ_cmdと制御位相θ_detを比較し誤差がなくなるように回転数指令ω_cmdを出力する。次に、ASR2は、回転数指令ω_cmdと検出回転数ω_detを比較し誤差がなくなるように速度制御(以下、ASR)を行い、トルク指令Trq_cmdを出力する。
[Embodiment 1]
An example of the power conversion device of
指令変換処理部3は、トルク指令Trq_cmdをトルク指令⇒電流指令変換処理を行い、d軸電流指令Id_cmdとq軸電流指令Iq_cmdに変換する。
The command
ACR4は、d軸電流指令Id_cmdとd軸電流検出Id_detを比較し、q軸電流指令Iq_cmdとq軸電流検出Iq_detを比較し、誤差がなくなるように電流制御(以下、ACR)を行い、d軸電圧指令Vd_cmd,q軸電圧指令Vq_cmdを出力する。
The
回転座標変換部5は、d軸電圧指令Vd_cmdとq軸電圧指令Vq_cmdを制御位相θ_detで座標変換し、α軸電圧指令Vα_cmdとβ軸電圧指令Vβ_cmdを出力する。
Rotational
二相三相変換部6は、α軸電圧指令Vα_cmdとβ軸電圧指令Vβ_cmdを二相三相変換し、U相電圧指令Vu_cmd,V相電圧指令Vv_cmd,W相電圧指令Vw_cmdを出力する。
The two-to-three-
零相変調部7は、U相電圧指令Vu_cmd,V相電圧指令Vv_cmd,W相電圧指令Vw_cmdを零相変調して零相変調後U相電圧指令Vu,零相変調後V相電圧指令Vv,零相変調後W相電圧指令Vwを出力する。
The zero-
キャリア比較部8は、零相変調後U相電圧指令Vu,零相変調後V相電圧指令Vv,零相変調後W相電圧指令Vwをキャリア比較し、U相PWM変調指令Pu,V相PWM変調指令Pv,W相PWM変調指令Pwを出力する。
A
ゲート信号生成部9は、U相PWM変調指令Pu,V相PWM変調指令Pv,W相PWM変調指令Pwに基づいてU相上アームゲート信号Gu,U相下アームゲート信号Gx,V相上アームゲート信号Gv,V相下アームゲート信号Gy,W相上アームゲート信号Gw,W相下アームゲート信号Gzを生成しインバータ10を駆動する。また、図1において、符号19は三相交流電源であり、符号20はコンバータである。
三相二相変換部11は、インバータU相出力電流Iu,インバータV相出力電流Iv,インバータW相出力電流Iwを三相二相変換してα軸電流検出Iα_det,β軸電流検出Iβ_detを出力する。
A three-phase to two-
回転座標変換部12は、α軸電流検出Iα_det,β軸電流検出Iβ_detを制御位相θ_detで座標変換してd軸電流検出Id_detとq軸電流検出Iq_detを出力する。
Rotational
座標変換して得られるd軸電流検出Id_detとq軸電流検出Iq_detはACR4で使用されるため、永久磁石同期電動機(以下、PM)13を高精度に制御しようと思うと検出精度が必要となる。このため、制御位相θ_detは非常に重要な信号である。
Since the d-axis current detection Id_det and the q-axis current detection Iq_det obtained by coordinate transformation are used in the
制御位相θ_detは、エンコーダより取得できる。図1では、第1エンコーダ14,第2エンコーダ15により、第1エンコーダ信号Encsig1と第2エンコーダ信号Encsig2を出力する。第1,第2エンコーダ処理部16,17は第1エンコーダ信号Encsig1,第2エンコーダ信号Encsig2に基づいて第1エンコーダ検出位相θenc1・第1エンコーダ検出回転数ωenc1(第1位置・回転検出器の信号)と第2エンコーダ検出位相θenc2・第2エンコーダ検出回転数ωenc2(第2位置・回転検出器の信号)を求める。
The control phase θ_det can be obtained from the encoder. In FIG. 1, the
エンコーダ切替処理部18は、求めた第1エンコーダ検出位相θenc1,第1エンコーダ検出回転数ωenc1と第2エンコーダ検出位相θenc2,第2エンコーダ検出回転数ωenc2のどちらの信号を使用するか選択し、制御位相θ_det・検出回転数ω_detとして出力する。
The encoder
第1エンコーダ14には、インクリメンタルエンコーダ(以下、INC)を適用する。このエンコーダは、出力信号がパルスである。分解能が低いが出力パルスに遅れが少ない特徴がある。
An incremental encoder (hereinafter, INC) is applied to the
第2エンコーダ15には、分解能が高いが、検出遅れがあるような物を適用する。図1の電力変換装置では、回転座標変換処理周期よりも速い周期で検出できないが高分解能のエンコーダとする。例えば、シリアル信号出力型のアブソリュートエンコーダ(以下、ABS)である。信号の形態がシリアル信号で伝送遅れがある。しかし、1回転に数10bitもの分解能があるため非常に分解能が高い特徴がある。第1エンコーダ14と第2エンコーダ15は入れ替わっても問題はない。
For the
図1では、エンコーダの情報から位相を検出し使用する制御として、PMのベクトル制御を対象に記載している。しかし、他の制御構成でもエンコーダの情報から位相を検出し使用する場合には適用が可能である。また、回転数もしくは電流を主目的に制御を実施しても構わない。 In FIG. 1, PM vector control is described as the control that detects and uses the phase from encoder information. However, other control configurations can also be applied when the phase is detected from encoder information and used. Also, the control may be performed mainly for the number of revolutions or the current.
INCの出力パルスの一例を図2に示す。3種類の信号があり、A相パルスとB相パルスは1回転に数百パルスが出力される。Z相パルスはモータ1回転に1回出力されるパルスである。A相パルスとB相パルスは90°位相差の信号である。ここで、360°はパルス1周期である。図2は一例であり、エンコーダの信号仕様によっては、図3・図4等様々な形態がある。 An example of the INC output pulse is shown in FIG. There are three types of signals, and hundreds of A-phase and B-phase pulses are output per rotation. A Z-phase pulse is a pulse that is output once per motor rotation. The A-phase pulse and the B-phase pulse are signals with a phase difference of 90°. Here, 360° is one pulse period. FIG. 2 is an example, and there are various forms such as FIG. 3 and FIG. 4 depending on the signal specifications of the encoder.
ABSの出力は図5となる。伝送にかかる時間は、1bitあたりの送信速度と信号長によって変化する。 The ABS output is shown in FIG. The time required for transmission varies depending on the transmission speed per bit and the signal length.
INCとABSの出力信号、検出位相の関係を図6に示す。INCの検出位相は、A相パルスの立ち上がりエッジ・立ち下がりエッジとB相パルスの立ち上がりエッジ・立ち下がりエッジで検出する(以下、4f方式とする)。Z相パルスが立ち上がっているときに、A相パルスの立ち下がりのタイミングで位相をリセットする。逆回転では、Z相パルスが立ち上がっているときにA相パルスの立ち上がりのタイミングで位相をリセットする。これを原点補正前の位相とする。 FIG. 6 shows the relationship between INC and ABS output signals and detection phases. The detection phase of INC is detected by the rising edge/falling edge of the A-phase pulse and the rising edge/falling edge of the B-phase pulse (hereinafter referred to as the 4f method). When the Z-phase pulse rises, the phase is reset at the fall timing of the A-phase pulse. In reverse rotation, the phase is reset at the rising edge of the A-phase pulse while the Z-phase pulse is rising. This is the phase before origin correction.
インバータで駆動するモータがPMの場合は、回転子の磁石が固定子のU相巻線と位相差がない状態になるときが検出位相を0とするようにエンコーダ原点位置を調整する必要がある。INCの場合には、Z相パルスの検出位相と磁石位置のずれを補正する。ABSの場合には、エンコーダ出力検出位相の0点と磁石位置のずれを補正する。この補正後の位相を原点補正後の位相とする。 If the inverter-driven motor is PM, the encoder origin position must be adjusted so that the detected phase is 0 when there is no phase difference between the rotor magnet and the stator U-phase winding. . In the case of INC, the deviation between the detection phase of the Z-phase pulse and the magnet position is corrected. In the case of ABS, the deviation between the 0 point of the encoder output detection phase and the magnet position is corrected. The phase after this correction is the phase after origin correction.
ABSの検出位相はABS内部検出位相がシリアル伝送で送られてくる。シリアル伝送のため伝送遅れが発生する。このシリアル伝送後の位相を原点補正する。原点補正された値に対して、シリアル伝送の遅れを補償した位相がABS補正後検出位相となる。 The ABS internal detection phase is sent by serial transmission. A transmission delay occurs due to serial transmission. The phase after this serial transmission is corrected for the origin. The phase obtained by compensating for the delay in serial transmission with respect to the origin-corrected value is the detected phase after ABS correction.
この各補正後位相をエンコーダ切替処理部18でエンコーダ切替処理を行い切り替える。
The encoder
検出周期を考慮した低速時のINCとABSの検出波形を図7に示す。図7の(1)はINC検出周期、(2)はABS検出周期である。ABSは先ほども述べた通り、シリアル伝送のため伝送遅れが発生する。伝送時間よりも速くは検出できないため、検出周期は伝送時間に制約されることとなる。INCの場合は、パルスを検出していく方式なので検出周期の制約はない。低速時は、INCのパルスが検出周期の間に入力されないため、INC検出位相の更新がABS検出位相より遅く分解能が低い。また、ABS検出位相は定期的に更新するので、INCより分解能が高いことがわかる。 FIG. 7 shows INC and ABS detection waveforms at low speeds, taking the detection cycle into consideration. (1) in FIG. 7 is the INC detection period, and (2) is the ABS detection period. As mentioned earlier, the ABS is serially transmitted, so transmission delays occur. Since it cannot be detected faster than the transmission time, the detection period is restricted by the transmission time. In the case of INC, there is no restriction on the detection cycle because the method is to detect pulses. When the speed is low, since the INC pulse is not input during the detection period, the INC detection phase is updated later than the ABS detection phase and the resolution is low. Also, since the ABS detection phase is periodically updated, it can be seen that the resolution is higher than that of INC.
次に、検出周期を考慮した高速時のINCとABSの検出波形を図8に示す。図8の(1)はINC検出周期、(2)はABS検出周期である。高速時は、INCのパルスが検出周期の間に入力されるため、INC検出位相の更新がABS検出位相より速く分解能が高くなる。また、ABS検出位相は定期的に更新されているが、INCより更新が遅いため分解能が低くなることがわかる。 Next, FIG. 8 shows INC and ABS detection waveforms at high speed in consideration of the detection cycle. (1) in FIG. 8 is an INC detection cycle, and (2) is an ABS detection cycle. At high speed, the INC pulse is input during the detection period, so the INC detection phase is updated faster than the ABS detection phase, resulting in higher resolution. Also, although the ABS detection phase is updated periodically, it can be seen that the resolution is low because the update is slower than the INC.
本実施形態1は、停止時から低回転数までは、高分解能だが検出遅れが大きいエンコーダ(ABS)を使用し、低回転数から高回転数では低分解能だが検出遅れが少ないエンコーダ(INC)で運転を行う。 In the first embodiment, an encoder (ABS) with high resolution but large detection delay is used from the time of stop to low rotation speed, and an encoder (INC) with low resolution but little detection delay is used from low rotation speed to high rotation speed. do the driving.
エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より大きいときは第1エンコーダ検出回転数ωenc1を検出回転数ω_detとして出力する。また、第1エンコーダ検出位相θenc1の前回値と今回値の差分を制御位相θ_detの前回値に加算した値を制御位相θ_detとして出力する。
The encoder
また、エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より小さいときは第2エンコーダ検出回転数ωenc2を検出回転数ω_detとして出力する。また、第2エンコーダ検出位相θenc2の前回値と今回値の差分を制御位相θ_detの前回値に加算した値を制御位相θ_detとして出力する。
Further, the encoder
本実施形態1におけるエンコーダ切替処理部18のブロック図を図9に示す。本実施形態1では、エンコーダ切替判定に検出回転数ω_detを使用する。閾値比較部21では、検出回転数ω_detと閾値とを比較しエンコーダ切替判定信号を出力する。検出回転数ω_detが閾値よりも大きいときエンコーダ切替判定信号は1となり、検出回転数ω_detが閾値よりも小さいときエンコーダ切替判定信号は0となる。また、閾値比較部21では、閾値にヒステリシスを設定する。これは、検出回転数ω_detが振動及び回転数検出精度分の誤差が発生した際に、0,1が高速に切り替えられてしまい安定して、エンコーダ切替を実施できなくなるのを防止するためである。
FIG. 9 shows a block diagram of the encoder
第1スイッチ22は、エンコーダ切替判定信号が1の場合は第1エンコーダ検出回転数ωenc1を出力し、0の場合は第2エンコーダ検出回転数ωenc2を出力する。第1スイッチ22の出力が検出回転数ω_detとなる。
The
次に、エンコーダ切替時の位相処理について説明する。バッファ23は、第1エンコーダ検出位相θenc1の前回値を出力する。バッファ24は、第2エンコーダ検出位相θenc2の前回値を出力する。第1減算器25は、第1エンコーダ検出位相θenc1の今回値と前回値の差分である第1差分Δθenc1を出力する。第2減算器26は、第2エンコーダ検出位相θenc2の今回値と前回値の差分である第2差分Δθenc2を出力する。
Next, phase processing at the time of encoder switching will be described. The
第2スイッチ27は、エンコーダ切替判定信号が1の場合は第1差分Δθenc1を出力し、0の場合は第2差分Δθenc2を出力する。第2スイッチ27の出力が位相差分Δθencとなる。切替判定で選択された位相差分Δθencを積分器に入力する。すなわち、バッファ29は、第1加算器28の前回出力値(制御位相θ_detの前回値)を出力する。加算器28は、位相差分Δθencに第1加算器28の前回出力値(制御位相θ_detの前回値)を加算して制御位相θ_detとして出力する。
The
本実施形態1の特徴をまとめると下記となる。
・各エンコーダで検出した位相の今回値と前回値の差分を取る処理。
・差分を取った位相を積分して制御位相θ_detとする処理。
The features of the first embodiment are summarized below.
- A process of obtaining the difference between the current value and the previous value of the phase detected by each encoder.
A process of integrating the phase obtained by taking the difference to obtain the control phase θ_det.
低速ではABSを使用し、高速ではINCを使用する。各エンコーダの検出時間に対する最小分解能は(1)式と(2)式となる。
ここで、エンコーダ切替判定のヒステリシスは下記A,Bを設定する。
A:(2)式の回転数
B:(2)式の回転数+回転数検出精度
エンコーダ切替の条件は下記とする。
1.0⇒(2)式の回転数+回転数検出精度以下はABSを使用する。
2.(2)式の回転数+回転数検出精度を超えた後にINCを使用する。
3.(2)式の回転数+回転数検出精度を超えた後は(2)式の回転数より少なくなるまではINCを使用する。
4.(2)式の回転数以下になるとABSを使用する。
5.4以降はABSを使用する。
Here, A and B below are set for the hysteresis of encoder switching determination.
A: Rotational speed in formula (2) B: Rotational speed in formula (2) + rotational speed detection accuracy Encoder switching conditions are as follows.
1.0 ⇒ ABS is used for rotation speed + rotation speed detection accuracy of formula (2) or less.
2. (2) The INC is used after exceeding the number of rotations + the detection accuracy of the number of rotations in the formula.
3. After exceeding (2) the number of rotations + the detection accuracy of the number of rotations, INC is used until the number of rotations becomes smaller than the number of rotations of the expression (2).
4. ABS is used when the number of rotations is less than that of formula (2).
5.4 and later use ABS.
図10に本実施形態1を採用した時の第1エンコーダ検出位相θenc1と第2エンコーダ検出位相θenc2と制御位相θ_detの波形を示す。ここで、第1エンコーダ検出位相θenc1はINC検出位相を第2エンコーダ検出位相θenc2はABS検出位相を示す。 FIG. 10 shows waveforms of the first encoder detection phase θenc1, the second encoder detection phase θenc2, and the control phase θ_det when the first embodiment is adopted. Here, the first encoder detection phase θenc1 indicates the INC detection phase, and the second encoder detection phase θenc2 indicates the ABS detection phase.
(2)式の回転数以下の場合は、ABS検出位相を使用する形となっていることがわかる。(2)式の回転数を超えてABS検出位相が更新された後は、INC検出位相が適用されていることがわかる。積分器の出力をフィードバックするため、INCの検出位相の絶対値とABS検出位相の絶対値にずれが生じていても、制御位相θ_detにはずれが生じずに、モータ実位相を追従していることがわかる。このように、本実施形態1で制御位相θ_detを算出することにより低速から高速まで精度よく位相を検出でき高精度にトルク精度を実現する。 It can be seen that the ABS detection phase is used when the rotational speed is equal to or less than the formula (2). It can be seen that the INC detection phase is applied after the ABS detection phase is updated beyond the number of revolutions of formula (2). Since the output of the integrator is fed back, even if there is a difference between the absolute value of the INC detection phase and the absolute value of the ABS detection phase, there is no difference in the control phase θ_det and the actual motor phase is followed. I understand. Thus, by calculating the control phase θ_det in the first embodiment, the phase can be detected with high accuracy from low speed to high speed, and torque accuracy can be achieved with high accuracy.
積分器を持たずに第1エンコーダ検出位相θenc1と第2エンコーダ検出位相θenc2を切り替える場合の第1エンコーダ検出位相θenc1と第2エンコーダ検出位相θenc2と制御位相θ_detの波形を図11に示す。この場合には、切り替えたときに制御位相θ_detがモータ実位相からずれることがわかる。また、ABS検出位相とINC検出位相の特性が混在する形となり位相に不連続性が発生する。よって、本実施形態1の方式を用いることで位相に不連続性がなくスムースに切り換えられることがわかる。また、モータ実位相をより精度良く検出できる。 FIG. 11 shows waveforms of the first encoder detection phase θenc1, the second encoder detection phase θenc2, and the control phase θ_det when the first encoder detection phase θenc1 and the second encoder detection phase θenc2 are switched without an integrator. In this case, it can be seen that the control phase θ_det deviates from the actual motor phase when switching. In addition, the characteristics of the ABS detection phase and the INC detection phase are mixed, resulting in phase discontinuity. Therefore, it can be seen that by using the method of the first embodiment, there is no phase discontinuity and smooth switching is possible. Also, the actual phase of the motor can be detected with higher accuracy.
以上示したように、本実施形態1によれば低速域では高分解能であるが検出遅れの大きいエンコーダを使用し、高速域では低分解能であるが検出遅れの小さいエンコーダを使用することにより、モータの電流と回転数を高精度に制御することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, an encoder with a high resolution but a large detection delay is used in the low speed range, and an encoder with a low resolution but a small detection delay is used in the high speed range. It is possible to control the current and rotation speed of the motor with high accuracy.
[実施形態2]
図12に本実施形態2におけるエンコーダ切替処理部18の構成図を示す。エンコーダ切替判定処理に関しては、実施形態1と同様である。
[Embodiment 2]
FIG. 12 shows a configuration diagram of the encoder
基本的には、エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より大きいときは第1エンコーダ検出回転数ωenc1を検出回転数ω_detとして出力する。また、第1エンコーダ検出位相θenc1の前回値と今回値の差分を制御位相θ_detの前回値に加算した値を制御位相θ_detとして出力する。
Basically, the encoder
また、エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より小さいときは第2エンコーダ検出回転数ωenc2を検出回転数ω_detとして出力する。また、第2エンコーダ検出位相θenc2の前回値と今回値の差分を制御位相θ_detの前回値に加算した値を制御位相θ_detとして出力する。
Further, the encoder
本実施形態2の特徴は、使用されているエンコーダがINCであり、エンコーダ信号としてモータ1回転ごとに1パルス出力されるZ相パルスを検出した場合には、INCの位相情報をそのまま使用する構成とすることにある。 A feature of the second embodiment is that the encoder used is an INC, and when a Z-phase pulse that is output one pulse per motor rotation is detected as an encoder signal, the phase information of the INC is used as it is. It is to be.
エンコーダ切替判定信号が1で位相差分Δθencとして第1差分Δθenc1が選択されており、かつZ相パルスを検出したZ相信号検出フラグがONとなった時に、制御位相θ_detとして、第1エンコーダ検出位相θenc1を選択する。 When the encoder switching determination signal is 1 and the first difference Δθenc1 is selected as the phase difference Δθenc, and the Z-phase signal detection flag that detects the Z-phase pulse is turned ON, the control phase θ_det is set to the first encoder detection phase. Select θenc1.
具体的に、AND素子30は、エンコーダ切替判定信号が1であり、Z相検出フラグが1(Z相パルスが1)のとき1を出力し、それ以外のとき0を出力する。第3スイッチ31はAND素子30の出力が1のとき第1エンコーダ検出位相θenc1を出力し、AND素子30の出力が0のとき加算器28の出力を出力する。第3スイッチ31の出力が制御位相θ_detとなる。その他の構成は実施形態1と同様である。
Specifically, the AND
例えば、永久磁石同期電動機(PMSM)の場合には、磁石の位置を検出できないと脱調する恐れがある。このため、検出位相も絶対位置を検出できていないといけない。位相差分Δθencを積分していく形にすると、離散化誤差などの影響で誤差がたまり続ける。このため、この誤差が磁石の位置との差異となり、回転し続けることにより脱調する恐れがある。この誤差により脱調などが発生し、運転が停止することを防止するためにZ相パルス検出時には、位相差分を使用せずに第1エンコーダ検出位相θenc1をそのまま制御位相θ_detに設定する。 For example, in the case of a permanent magnet synchronous motor (PMSM), there is a risk of stepping out if the position of the magnet cannot be detected. Therefore, the detection phase must also be able to detect the absolute position. If the phase difference .DELTA..theta.enc is integrated, errors continue to accumulate due to discretization errors and the like. For this reason, this error becomes a difference from the position of the magnet, and there is a risk of loss of synchronism due to continued rotation. In order to prevent the operation from stopping due to step-out due to this error, the first encoder detection phase θenc1 is set as the control phase θ_det without using the phase difference when detecting the Z-phase pulse.
以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同等の効果としつつ、PMSMなどの絶対値を検出できないといけないモータにも適用できる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and it can also be applied to motors such as PMSM, which must be able to detect absolute values.
[実施形態3]
図13に本実施形態3におけるエンコーダ切替処理部18の構成図を示す。エンコーダ切替判定処理に関しては、実施形態1と同様である。
[Embodiment 3]
FIG. 13 shows a configuration diagram of the encoder
基本的には、エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より大きいときは第1エンコーダ検出回転数ωenc1を検出回転数ω_detとして出力する。また、第1エンコーダ検出位相θenc1の前回値と今回値の差分を制御位相θ_detの前回値に加算した値を制御位相θ_detとして出力する。
Basically, the encoder
また、エンコーダ切替処理部18は、検出回転数ω_detが閾値より小さいときは第2エンコーダ検出回転数ωenc2を検出回転数ω_detとして出力する。また、第2エンコーダ検出位相θenc2を制御位相θ_detとして出力する。
Further, the encoder
本実施形態3の特徴は、エンコーダ切替判定後の位相処理にある。第2エンコーダ処理部17の検出周期では必ず第2エンコーダ検出位相θenc2を制御位相θ_detとして設定する。次の第2エンコーダ処理の検出周期が来るまでは、第1差分Δθenc1を加算して制御位相θ_detとする構成となっている。
A feature of the third embodiment resides in phase processing after determination of encoder switching. In the detection period of the second
具体的には、第2加算器32は、第1減算器25の出力にバッファ34の出力である第4スイッチ33の前回出力値(制御位相θ_detの前回値)を加算する。第4スイッチ33は、第2エンコーダ処理部17の検出周期ごとのパルス信号が1のとき第2エンコーダ検出位相θenc2を出力し、前記パルス信号が0のとき第2加算器32の出力を出力する。バッファ34は、第4スイッチ33の前回値を出力する。第5スイッチ35は、エンコーダ切替判定信号が1の場合は第4スイッチ33の出力を出力し、0の場合は第2エンコーダ検出位相θenc2を出力する。
Specifically, the
図14に本実施形態3における制御位相θ_detを示す。エンコーダ切替後の処理において、第2エンコーダ検出位相θenc2が更新されるタイミングでは、制御位相θ_detも第2エンコーダ検出位相θenc2を適用する。第2エンコーダ検出位相θenc2は検出遅れがあるが、位相の分解能が高いためモータ実位相を正確に検出できる。ABS検出タイミングでない位相更新タイミング時には第1エンコーダ検出位相θenc1を使用する。ABS検出の検出遅れが発生している間は、分解能が低いが遅れの少ない第1エンコーダ検出位相θenc1で補間する。 FIG. 14 shows the control phase θ_det in the third embodiment. In the processing after encoder switching, at the timing when the second encoder detection phase θenc2 is updated, the control phase θ_det also applies the second encoder detection phase θenc2. Although the second encoder detection phase θenc2 has a detection delay, the phase resolution is high, so the actual motor phase can be accurately detected. The first encoder detection phase θenc1 is used at the phase update timing which is not the ABS detection timing. While there is a detection delay in ABS detection, interpolation is performed with the first encoder detection phase θenc1 that has a low resolution but little delay.
これにより、制御位相θ_detとしては、検出遅れがなくかつ位相を精度よく検出することが可能となる。図13に示している通り、第2エンコーダ検出位相θenc2と第1エンコーダ検出位相θenc1を切り替えて第1エンコーダ検出位相θenc1で補間する際には、積分器があるため不連続性は発生することはない。 As a result, the control phase θ_det can be accurately detected without detection delay. As shown in FIG. 13, when switching between the second encoder detection phase θenc2 and the first encoder detection phase θenc1 and interpolating with the first encoder detection phase θenc1, discontinuity does not occur due to the presence of the integrator. do not have.
以上示したように、本実施形態3によれば、高分解能のエンコーダ信号を検出できている時には、高分解能のエンコーダ情報を使用し、検出できていない間で検出遅れの少ないエンコーダ情報が更新されている時には、低分解能のエンコーダ情報を使用することにより、高分解能で検出遅れが少ない位相情報を検出できる。このため、実施形態1よりも精度よく制御できることが可能となる。 As described above, according to the third embodiment, the high-resolution encoder information is used when the high-resolution encoder signal can be detected, and the encoder information with little detection delay is updated while the high-resolution encoder signal is not detected. By using low-resolution encoder information, high-resolution phase information with little detection delay can be detected. Therefore, it is possible to perform control with higher accuracy than in the first embodiment.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are, of course, covered by the claims.
14…第1エンコーダ(第1位相・回転検出器)
15…第2エンコーダ(第2位相・回転検出器)
16…第1エンコーダ処理部
17…第2エンコーダ処理部
18…エンコーダ切替処理部
21…閾値比較部
22…第1スイッチ
23,24,29,34…バッファ
25,26…第1,第2減算器
27…第2スイッチ
28…第1加算器
30…AND素子
31…第3スイッチ
32…第2加算器
33…第4スイッチ
35…第5スイッチ
14... First encoder (first phase/rotation detector)
15... Second encoder (second phase/rotation detector)
16 First
Claims (6)
第1位置・回転検出器と、
前記第1位置・回転検出器よりもモータ1回転の分解能は高いが検出周期が遅い第2位置・回転検出器と、
検出回転数が閾値より大きいときは前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を制御位相の前回値に加算した値を前記制御位相として出力し、前記検出回転数が前記閾値より小さいときは前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を前記制御位相の前回値に加算した値または前記第2エンコーダ検出位相を前記制御位相として出力するエンコーダ切替処理部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that drives a motor,
a first position and rotation detector;
a second position/rotation detector having a higher resolution per rotation of the motor than the first position/rotation detector but a slower detection period;
When the detected rotational speed is greater than the threshold value, the first encoder detected rotational speed, which is the output of the first position/rotation detector, is output as the detected rotational speed, and the first encoder output, which is the output of the first position/rotation detector, is output as the detected rotational speed. A value obtained by adding the difference between the previous value of the encoder detection phase and the current value to the previous value of the control phase is output as the control phase, and when the detected rotation speed is smaller than the threshold value, the output of the second position/rotation detector. is output as the detected rotation speed, and the difference between the previous value and the current value of the second encoder detection phase, which is the output of the second position/rotation detector, is used as the previous value of the control phase. an encoder switching processing unit that outputs the added value or the second encoder detection phase as the control phase;
A power conversion device comprising:
前記検出回転数と前記閾値とを比較して前記検出回転数の方が大きいとき1をエンコーダ切替判定信号として出力し、前記検出回転数の方が小さいとき0を前記エンコーダ切替判定信号として出力する閾値比較部と、
前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記エンコーダ切替判定信号が0のとき前記第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力する第1スイッチと、
前記第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第1差分を出力する第1減算器と、
前記第2エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第2差分を出力する第2減算器と、
前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1差分を出力し、前記エンコーダ切替判定信号の出力が0のとき前記第2差分を出力する第2スイッチと、
前記第2スイッチの出力に第1加算器の前回出力値を加算して前記制御位相として出力する前記第1加算器と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The encoder switching processing unit
The detected rotation speed is compared with the threshold value, and when the detected rotation speed is larger, 1 is output as an encoder switching determination signal, and when the detected rotation speed is smaller, 0 is output as the encoder switching determination signal. a threshold comparator;
When the encoder switching determination signal is 1, the first encoder detected rotation speed is output as the detection rotation speed, and when the encoder switching determination signal is 0, the second encoder detection rotation speed is output as the detection rotation speed. 1 switch;
a first subtractor that outputs a first difference that is the difference between the previous value and the current value of the first encoder detection phase;
a second subtractor that outputs a second difference that is the difference between the previous value and the current value of the second encoder detection phase;
a second switch that outputs the first difference when the encoder switching determination signal is 1 and outputs the second difference when the output of the encoder switching determination signal is 0;
the first adder for adding the previous output value of the first adder to the output of the second switch and outputting the result as the control phase;
The power converter according to claim 1, characterized by comprising:
前記エンコーダ切替処理部は、
前記Z相パルスが1、かつ、前記エンコーダ切替判定信号が1の場合は、前記第1エンコーダ検出位相を前記制御位相とすることを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 The first position/rotation detector outputs a Z-phase pulse that is output one pulse for each rotation of the motor,
The encoder switching processing unit
3. The power converter according to claim 2, wherein when said Z-phase pulse is 1 and said encoder switching determination signal is 1, said first encoder detection phase is set as said control phase.
前記検出回転数と前記閾値とを比較して前記検出回転数の方が大きいときは1をエンコーダ切替判定信号として出力し、前記検出回転数の方が小さいときは0を前記エンコーダ切替判定信号として出力する閾値比較部と、
前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記エンコーダ切替判定信号が0のとき前記第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力する第1スイッチと、
前記第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分である第1差分を出力する第1減算器と、
前記第1差分に第4スイッチの前回出力値を加算する第2加算器と、
前記第2位置・回転検出器の検出周期のとき前記第2エンコーダ検出位相を出力し、それ以外のとき前記第2加算器の出力を出力する前記第4スイッチと、
前記エンコーダ切替判定信号が1のとき前記第4スイッチの出力を前記制御位相として出力し、前記エンコーダ切替判定信号の出力が0のとき前記第2エンコーダ検出位相を前記制御位相として出力する第5スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The encoder switching processing unit
When the detected rotational speed is compared with the threshold value, 1 is output as the encoder switching determination signal when the detected rotational speed is larger, and 0 is output as the encoder switching determination signal when the detected rotational speed is smaller. a threshold comparator for output;
When the encoder switching determination signal is 1, the first encoder detected rotation speed is output as the detection rotation speed, and when the encoder switching determination signal is 0, the second encoder detection rotation speed is output as the detection rotation speed. 1 switch;
a first subtractor that outputs a first difference that is the difference between the previous value and the current value of the first encoder detection phase;
a second adder that adds the previous output value of the fourth switch to the first difference;
the fourth switch for outputting the second encoder detection phase during the detection period of the second position/rotation detector and for outputting the output of the second adder otherwise;
A fifth switch that outputs the output of the fourth switch as the control phase when the encoder switching determination signal is 1, and outputs the second encoder detection phase as the control phase when the output of the encoder switching determination signal is 0. When,
The power converter according to claim 1, characterized by comprising:
前記閾値にヒステリシスを持たせ、前記閾値は、前記エンコーダ切替判定信号をOFFからONに切替わる際には前記第1位置・回転検出器の回転数最小分解能に回転数検出精度を加算した値を設定し、前記エンコーダ切替判定信号をONからOFFに切替わる際には前記第1位置・回転検出器の回転数最小分解能を設定することを特徴とする請求項2~4のうち何れかに記載の電力変換装置。 The encoder switching processing unit
The threshold is provided with hysteresis, and the threshold is a value obtained by adding the rotation speed detection accuracy to the rotation speed minimum resolution of the first position/rotation detector when the encoder switching determination signal is switched from OFF to ON. 5. The minimum resolution of the rotation speed of the first position/rotation detector is set when the encoder switching determination signal is switched from ON to OFF. power converter.
エンコーダ切替処理部が、検出回転数が閾値より大きいときは前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第1位置・回転検出器の出力である第1エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を制御位相の前回値に加算した値を前記制御位相として出力し、前記検出回転数が前記閾値より小さいときは前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出回転数を前記検出回転数として出力し、前記第2位置・回転検出器の出力である第2エンコーダ検出位相の前回値と今回値の差分を前記制御位相の前回値に加算した値または前記第2エンコーダ検出位相を前記制御位相として出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。 A power converter for driving a motor, comprising a first position/rotation detector and a second position/rotation detector having a higher resolution per rotation of the motor than the first position/rotation detector but a slower detection period. A control method of
When the detected rotation speed is greater than the threshold value, the encoder switching processing unit outputs the first encoder detection rotation speed, which is the output of the first position/rotation detector, as the detection rotation speed, and outputs the detection rotation speed to the first position/rotation detector. A value obtained by adding the difference between the previous value and the current value of the first encoder detected phase, which is the output of , to the previous value of the control phase is output as the control phase, and when the detected rotation speed is smaller than the threshold value, the second position The second encoder detection rotation speed, which is the output of the rotation detector, is output as the detection rotation speed, and the difference between the previous value and the current value of the second encoder detection phase, which is the output of the second position/rotation detector, is calculated as the detection rotation speed. A control method for a power converter, wherein a value added to a previous value of a control phase or the second encoder detection phase is output as the control phase.
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