JP4735287B2 - Synchronous motor control device and control method using the synchronous motor control device - Google Patents

Synchronous motor control device and control method using the synchronous motor control device Download PDF

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Description

本発明は、同期モータの制御装置およびこの同期モータの制御装置を用いた制御方法に関する。   The present invention relates to a control device for a synchronous motor and a control method using the control device for the synchronous motor.

〔従来の技術〕
近年、同期モータの制御装置(以下、単に制御装置と呼ぶ)では、磁極位置を直接的に検出する位置センサによらずに磁極位置を推定するセンサレス制御方式が広まっている。そして、このセンサレス制御方式の1つに、いわゆる外乱注入方式がある。
[Conventional technology]
2. Description of the Related Art In recent years, sensorless control methods for estimating magnetic pole positions have been widespread in synchronous motor control devices (hereinafter simply referred to as control devices) instead of position sensors that directly detect magnetic pole positions. One of the sensorless control methods is a so-called disturbance injection method.

この外乱注入方式とは、同期モータの運転条件(例えば、要求される出力トルク)に応じて算出される駆動用の指令値に、磁極位置を推定するための推定用の指令値を高周波の外乱として加算して最終の指令値とし、この最終の指令値を用いて同期モータを制御するとともに磁極位置を推定するものである。   This disturbance injection method is a high-frequency disturbance in which a command value for estimation for estimating a magnetic pole position is added to a command value for driving calculated in accordance with an operation condition (for example, required output torque) of a synchronous motor. Are added to obtain the final command value, and the final command value is used to control the synchronous motor and estimate the magnetic pole position.

例えば、外乱注入方式の制御装置は、駆動用電圧の指令値を軸成分に変換して得られる駆動用電圧ベクトルに、推定用電圧の指令値からなる推定用電圧ベクトルを高周波の外乱として加算して最終の指令電圧ベクトルとし、この指令電圧ベクトルに基づき同期モータへ電圧を印加するためのPWM信号を合成し、所定のインバータに出力する。そして、この外乱注入方式の制御装置は、推定用電圧ベクトルの加算により生じる各種の変動に応じて磁極位置を推定する(例えば、特許文献1〜3参照)。   For example, a disturbance injection type control device adds an estimation voltage vector consisting of an estimation voltage command value as a high-frequency disturbance to a driving voltage vector obtained by converting a command value of a driving voltage into an axis component. Thus, a final command voltage vector is used, and a PWM signal for applying a voltage to the synchronous motor is synthesized based on the command voltage vector and is output to a predetermined inverter. Then, the disturbance injection control device estimates the magnetic pole position according to various fluctuations caused by the addition of the estimation voltage vector (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

例えば、特許文献1に記載の技術によれば、同期モータへの通電量を軸成分に変換して得られる電流ベクトルを、推定用電圧ベクトルに垂直なベクトル、および、推定用電圧ベクトルに平行なベクトルに分解し、これらの内のいずれか一方のベクトルに基づき磁極位置を推定する。また、特許文献2に記載の技術によれば、電流ベクトルの時間的変化量に基づき磁極位置を推定する。   For example, according to the technique described in Patent Document 1, a current vector obtained by converting the amount of current supplied to the synchronous motor into an axial component is converted into a vector perpendicular to the estimation voltage vector and parallel to the estimation voltage vector. The magnetic pole position is estimated based on one of these vectors. Further, according to the technique described in Patent Document 2, the magnetic pole position is estimated based on the temporal change amount of the current vector.

さらに、特許文献3に記載の技術によれば、1つの推定用電圧ベクトル(第1推定用電圧ベクトル)を駆動用電圧ベクトルに加算した第1指令電圧ベクトルに基づき発生する電流ベクトルの変化量(第1電流変化量ベクトル)と、第1推定用電圧ベクトルとは異なる推定用電圧ベクトルを駆動用電圧ベクトルに加算した第2指令電圧ベクトルに基づき発生する電流ベクトルの変化量(第2電流変化量ベクトル)とを算出し、第1電流変化量ベクトルの大きさと第2電流変化量ベクトルの大きさとが略一致するように磁極位置を推定する。   Furthermore, according to the technique described in Patent Document 3, the amount of change in the current vector generated based on the first command voltage vector obtained by adding one estimation voltage vector (first estimation voltage vector) to the driving voltage vector ( A first current change amount vector) and a change amount of a current vector (second current change amount) generated based on a second command voltage vector obtained by adding an estimation voltage vector different from the first estimation voltage vector to the drive voltage vector Vector) and the magnetic pole position is estimated so that the magnitude of the first current variation vector and the magnitude of the second current variation vector are substantially the same.

〔従来技術の不具合〕
しかし、これらの技術によれば、磁極位置を推定する過程で、三角関数および逆三角関数等を用いた数学的演算を高頻度で繰り返す必要があり、制御装置による処理負荷が極めて大きい。
特許第3312472号公報 特許第3454212号公報 特許第3578096号公報
[Problems with conventional technology]
However, according to these techniques, it is necessary to repeat mathematical operations using trigonometric functions and inverse trigonometric functions at a high frequency in the process of estimating the magnetic pole position, and the processing load on the control device is extremely large.
Japanese Patent No. 3312472 Japanese Patent No. 3454212 Japanese Patent No. 3578096

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、同期モータの制御装置において、磁極位置を推定する際の処理負荷を低減することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to reduce a processing load when estimating a magnetic pole position in a synchronous motor control device.

〔請求項1および請求項2の手段〕
請求項1に記載の制御装置は、突極性を有する同期モータの制御装置であって、同期モータの駆動用電圧ベクトルに、磁極位置を推定するための推定用電圧ベクトルを加算して指令電圧ベクトルとし、指令電圧ベクトルに基づき同期モータへの印加電圧を制御する。そして、この制御装置は、同期モータへの通電量の検出値に基づき、この検出値に相当する検出電流ベクトルを算出する検出電流ベクトル算出手段と、検出電流ベクトルの内で、推定用電圧ベクトルの加算により生じる部分を推定用電流ベクトルとして算出する推定用電流ベクトル算出手段と、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積に基づき、磁極位置を推定する磁極位置推定手段とを備える。
また、推定用電圧ベクトルは、推定された磁極位置と平行になるように、かつ、ベクトル方向が反転を繰り返すように算出され、磁極位置推定手段は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように磁極位置を推定する。
また、請求項2に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように磁極回転数を推定し、磁極回転数の推定値を用いて磁極位置を推定する。
[Means of Claims 1 and 2 ]
The control device according to claim 1 is a control device for a synchronous motor having saliency, wherein a command voltage vector is obtained by adding an estimation voltage vector for estimating a magnetic pole position to a drive motor voltage vector. The voltage applied to the synchronous motor is controlled based on the command voltage vector. Then, the control device includes a detection current vector calculation means for calculating a detection current vector corresponding to the detection value based on a detection value of the energization amount to the synchronous motor, and an estimation voltage vector of the detection current vector. An estimation current vector calculation unit that calculates a portion generated by the addition as an estimation current vector, and a magnetic pole position estimation unit that estimates a magnetic pole position based on an outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector.
Further, the estimation voltage vector is calculated so as to be parallel to the estimated magnetic pole position and the vector direction is repeatedly inverted, and the magnetic pole position estimation means calculates the estimation voltage vector and the estimation current vector. The magnetic pole position is estimated so that the outer product substantially matches zero.
According to the control device of the second aspect, the magnetic pole position estimation means estimates the magnetic pole rotation speed so that the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector substantially matches zero, and the magnetic pole rotation speed The magnetic pole position is estimated using the estimated value.

真の磁極位置に対する指令電圧ベクトルの方向(つまり、電圧を印加する方向:印加電圧の位相θv、以下、電圧位相θvとする)を求めることは、磁極位置を推定することに相当する。そして、本発明は、突極性を有する同期モータについて、磁極位置を推定するため、まず、電圧電流位相差(つまり、電圧ベクトルと電流ベクトルとの角度差:以下、位相差θviと呼ぶ)の正負と電圧位相θvの正負とが逆相関を示すことに着目する。   Obtaining the direction of the command voltage vector with respect to the true magnetic pole position (that is, the direction in which the voltage is applied: the applied voltage phase θv, hereinafter referred to as voltage phase θv) corresponds to estimating the magnetic pole position. In the present invention, in order to estimate the magnetic pole position for a synchronous motor having saliency, first, the positive / negative of the voltage / current phase difference (that is, the angle difference between the voltage vector and the current vector: hereinafter referred to as the phase difference θvi). Note that the positive and negative of the voltage phase θv shows an inverse correlation.

すなわち、本発明は、位相差θviがゼロであれば電圧位相θvはゼロになり、位相差θviが正の値であれば電圧位相θvは負の値になり、位相差θviが負の値であれば電圧位相θvは正の値になることに着目する。
この位相差θviの正負と電圧位相θvの正負との逆相関は、突極性を有する同期モータを外乱注入方式によりセンサレス制御する場合、以下のようにして導き出すことができる。
That is, according to the present invention, if the phase difference θvi is zero, the voltage phase θv is zero, if the phase difference θvi is a positive value, the voltage phase θv is a negative value, and the phase difference θvi is a negative value. Note that the voltage phase θv is a positive value if any.
The inverse correlation between the positive / negative of the phase difference θvi and the positive / negative of the voltage phase θv can be derived as follows when the synchronous motor having saliency is sensorlessly controlled by the disturbance injection method.

まず、外乱注入方式により同期モータを制御する場合の電圧方程式は、回転座標系のdq軸成分で表現した場合、下記の数式1のようになる。
〔数式1〕

Figure 0004735287
First, the voltage equation in the case of controlling the synchronous motor by the disturbance injection method is expressed by the following Equation 1 when expressed by the dq axis component of the rotating coordinate system.
[Formula 1]

Figure 0004735287

この数式1において、vdは駆動用電圧ベクトルのd軸成分、vqは駆動用電圧ベクトルのq軸成分、vhdは推定用電圧ベクトルのd軸成分、vhqは推定用電圧ベクトルのq軸成分、Rは電機子コイルの巻き線抵抗、pは微分演算子、ωは角速度(磁極回転数に相当する)、φaは磁石の鎖交磁束、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、idは駆動用電圧ベクトルに起因する電流ベクトル(駆動用電流ベクトルと呼ぶ)のd軸成分、iqは駆動用電流ベクトルのq軸成分、ihdは推定用電圧ベクトルに起因する電流ベクトル(推定用電流ベクトルと呼ぶ)のd軸成分、ihqは推定用電流ベクトルのq軸成分である。   In Equation 1, vd is the d-axis component of the drive voltage vector, vq is the q-axis component of the drive voltage vector, vhd is the d-axis component of the estimation voltage vector, vhq is the q-axis component of the estimation voltage vector, R Is the winding resistance of the armature coil, p is the differential operator, ω is the angular velocity (corresponding to the number of magnetic pole rotations), φa is the flux linkage of the magnet, Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, and id is the drive The d-axis component of the current vector resulting from the voltage vector for use (referred to as the drive current vector), iq the q-axis component of the drive current vector, and ihd the current vector resulting from the voltage vector for estimation (referred to as the estimation current vector) ) D-axis component, ihq is the q-axis component of the estimation current vector.

そして、数式1の中で、高周波のみを考慮して、推定用電圧ベクトルおよび推定用電流ベクトルに相当する部分のみを取り出し、微分演算子pをサンプリング周期Δtを用いて表現すると、下記の数式2のようになる。
〔数式2〕

Figure 0004735287
Then, in Equation 1, only the portion corresponding to the estimation voltage vector and the estimation current vector is taken into account only in consideration of the high frequency, and the differential operator p is expressed using the sampling period Δt, the following Equation 2 become that way.
[Formula 2]

Figure 0004735287

次に、電圧位相θvを用いて推定用電圧ベクトルのdq軸成分vhd、vhqを表すと、下記の数式3のようになる。なお、数式3でvaは、推定用電圧ベクトルの大きさである。
〔数式3〕

Figure 0004735287
Next, when the dq axis components vhd and vhq of the estimation voltage vector are expressed using the voltage phase θv, the following Equation 3 is obtained. In Equation 3, va is the magnitude of the estimation voltage vector.
[Formula 3]

Figure 0004735287

この数式3を数式2に当てはめて、推定用電流ベクトルのdq軸成分ihd、ihqについて解くと、下記の数式4のようになる。
〔数式4〕

Figure 0004735287
By applying Equation 3 to Equation 2 and solving for the dq-axis components ihd and ihq of the estimation current vector, Equation 4 below is obtained.
[Formula 4]

Figure 0004735287

また、電流位相θiは、推定用電流ベクトルのdq軸成分ihd、ihqを用いると、下記の数式5のようになる。
〔数式5〕

Figure 0004735287
Further, the current phase θi is expressed by Equation 5 below using the dq axis components ihd and ihq of the estimation current vector.
[Formula 5]

Figure 0004735287

よって、位相差θviは、下記の数式6のように変形できる。
〔数式6〕

Figure 0004735287
Therefore, the phase difference θvi can be transformed as shown in Equation 6 below.
[Formula 6]

Figure 0004735287

ここで、電圧位相θvが微小値であると仮定すると、数式6における最終式は下記の数式7のように変形できる。
〔数式7〕

Figure 0004735287
Here, assuming that the voltage phase θv is a minute value, the final expression in Expression 6 can be transformed as Expression 7 below.
[Formula 7]

Figure 0004735287

そして、同期モータが突極性を有する場合、d軸インダクタンスLdはq軸インダクタンスLqよりも小さいので、数式7における(Ld/Lq−1)は常に負の値となる。
以上により、突極性を有する同期モータの場合、位相差θviの正負と電圧位相θvの正負とは逆相関を示す。
When the synchronous motor has saliency, since the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq, (Ld / Lq−1) in Equation 7 is always a negative value.
As described above, in the case of a synchronous motor having saliency, the positive / negative of the phase difference θvi and the positive / negative of the voltage phase θv show an inverse correlation.

次に、本発明は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積(以下、外積V×Iとする)に着目する。そして、外積V×Iは、推定用電圧ベクトルの大きさと、推定用電流ベクトルの大きさと、位相差θviの正弦関数との積として定義されるので、外積V×Iの正負と位相差θviの正負とは順相関を示す。すなわち、外積V×Iがゼロであれば位相差θviはゼロになり、外積V×Iが正の値であれば位相差θviは正の値になり、外積V×Iが負の値であれば位相差θviは負の値になる。   Next, the present invention focuses on the outer product (hereinafter referred to as outer product V × I) of the estimation voltage vector and the estimation current vector. Since the outer product V × I is defined as the product of the magnitude of the estimation voltage vector, the magnitude of the estimation current vector, and the sine function of the phase difference θvi, the outer product V × I and the phase difference θvi Positive and negative indicate forward correlation. That is, if the outer product V × I is zero, the phase difference θvi is zero, if the outer product V × I is a positive value, the phase difference θvi is a positive value, and the outer product V × I is a negative value. For example, the phase difference θvi is a negative value.

したがって、外積V×Iの正負と位相差θviの正負とが順相関を示すことと、位相差θviの正負と電圧位相θvの正負とが逆相関を示すこととを併せると、外積V×Iの正負と電圧位相θvの正負とが逆相関を示すことがわかる。このため、外積V×Iの正負により電圧位相θvの正負を推定することができる。   Therefore, when the sign of the outer product V × I and the sign of the phase difference θvi indicate a forward correlation, and the sign of the phase difference θvi and the sign of the voltage phase θv indicate an inverse correlation, the outer product V × I It can be seen that the positive / negative sign of the voltage phase and the positive / negative sign of the voltage phase θv show an inverse correlation. For this reason, the sign of the voltage phase θv can be estimated from the sign of the outer product V × I.

また、外積V×Iは、上記の定義のように位相差θviを直接的に用いなくても、推定用電圧ベクトルおよび推定用電流ベクトルの各成分を用いて簡易な四則演算により算出することができる。例えば、推定用電圧ベクトルを静止座標系のαβ軸成分vhα、vhβで表し、推定用電流ベクトルもαβ軸成分ihα、ihβで表すと、外積V×Iは、下記の数式8により算出できる。
〔数式8〕

Figure 0004735287
Further, the outer product V × I can be calculated by simple four arithmetic operations using each component of the estimation voltage vector and the estimation current vector without directly using the phase difference θvi as defined above. it can. For example, if the estimation voltage vector is represented by αβ axis components vhα and vhβ of the stationary coordinate system, and the estimation current vector is also represented by αβ axis components ihα and ihβ, the outer product V × I can be calculated by the following Equation 8.
[Formula 8]

Figure 0004735287

以上により、簡易な四則演算により算出できる外積V×Iの正負に応じて、電圧位相θvの正負を推定することができる。このため、磁極位置の推定を行う際に、三角関数および逆三角関数等を用いる頻度を下げることができるので、制御装置による処理負荷を低減することができる。
なお、請求項1、2の手段では、注入される外乱が推定用電圧ベクトルであり、推定用電流ベクトルは、検出電流ベクトルに基づき算出されたものである。
また、推定用電圧ベクトルは、推定された磁極位置と平行になるように算出されるので、駆動用電圧ベクトルに推定用電圧ベクトルが加算されても、推定用電圧ベクトルに応じた出力トルクは発生しない。このため、駆動用電圧ベクトルに推定用電圧ベクトルを加算しても、駆動用電圧ベクトルのみに応じた出力トルクを得ることができる。
さらに、請求項1、2に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように推定を行なうものであり、ゼロに略一致させる対象を外積V×Iとしているので、収束計算を行う際に、電機子コイルの巻き線抵抗R、磁石の鎖交磁束φa、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqの影響を除くことができる。このため、収束計算を行う際に、温度等の同期モータの使用条件の影響を除くことができる。
As described above, the sign of the voltage phase θv can be estimated according to the sign of the outer product V × I that can be calculated by simple four arithmetic operations. For this reason, when estimating the magnetic pole position, the frequency of using the trigonometric function and the inverse trigonometric function can be lowered, so that the processing load on the control device can be reduced.
In the means of claims 1 and 2 , the injected disturbance is an estimation voltage vector, and the estimation current vector is calculated based on the detected current vector.
In addition, since the estimation voltage vector is calculated so as to be parallel to the estimated magnetic pole position, even if the estimation voltage vector is added to the driving voltage vector, output torque corresponding to the estimation voltage vector is generated. do not do. For this reason, even if the estimation voltage vector is added to the driving voltage vector, an output torque corresponding to only the driving voltage vector can be obtained.
Further, according to the control device of the first and second aspects, the magnetic pole position estimation means performs estimation so that the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is substantially equal to zero. Since the outer product V × I is the target to be substantially matched with the above, the influence of the winding resistance R of the armature coil, the linkage flux φa of the magnet, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq is excluded when performing the convergence calculation. be able to. For this reason, when the convergence calculation is performed, the influence of the use conditions of the synchronous motor such as temperature can be excluded.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積は、静止座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと静止座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出される。
この手段は、外積V×Iの算出方法の一形態を示すものである。
[Means of claim 3 ]
According to the control device of the third aspect , the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is obtained by calculating an estimation voltage vector composed of a stationary coordinate system component and an estimation current vector composed of a stationary coordinate system component. Is calculated using
This means shows one form of the calculation method of the outer product V × I.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積は、回転座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと回転座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出される。
この手段は、外積V×Iの算出方法の一形態を示すものである。
[Means of claim 4 ]
According to the control device of the fourth aspect , the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is obtained by calculating the estimation voltage vector composed of the rotational coordinate system components and the estimation current vector composed of the rotational coordinate system components. Is calculated using
This means shows one form of the calculation method of the outer product V × I.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、磁極位置の推定値を用いて算出される磁極回転数の推定値に応じて、磁極位置を推定する際に用いるパラメータを可変する。
この手段は、請求項に記載の磁極位置推定手段に関するものである。そして、この手段によれば、例えば、外積V×IにPI演算を施す場合の比例ゲイン、積分ゲイン等のパラメータを、外積V×Iがより早期にゼロに略一致する方に可変することができる。このため、より早期に磁極位置を推定することができる。
[Means of claim 5 ]
According to the control device of the fifth aspect , the magnetic pole position estimating means varies the parameter used when estimating the magnetic pole position according to the estimated value of the magnetic pole rotation number calculated using the estimated value of the magnetic pole position. To do.
This means relates to the magnetic pole position estimating means described in claim 1 . According to this means, for example, the parameters such as the proportional gain and the integral gain when the PI operation is performed on the outer product V × I can be changed to the direction in which the outer product V × I substantially coincides with zero earlier. it can. For this reason, the magnetic pole position can be estimated earlier.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、磁極回転数の推定値に応じて、磁極回転数を推定する際に用いるパラメータを可変する。
この手段は、請求項に記載の磁極位置推定手段に関するものである。そして、この手段によれば、請求項の手段と同様の効果を得ることができる。
[Means of claim 6 ]
According to the control device of the sixth aspect , the magnetic pole position estimating means varies the parameter used when estimating the magnetic pole rotation speed according to the estimated value of the magnetic pole rotation speed.
This means relates to the magnetic pole position estimating means described in claim 2 . According to this means, the same effect as that of the means of claim 5 can be obtained.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、通電量の指令値の正負と、磁極回転数の推定値の変化率の正負とが異なる場合に、磁極位置の推定値をπだけ変化させて修正する。
これにより、制御装置が磁極を回転させたい方向と、制御装置の指令に応じて磁極が回転しようとする方向とが逆である場合に、推定された磁極のNSを逆転させることができる。このため、同期モータの回転停止や逆回転を防止することができる。
[Means of Claim 7 ]
According to the control device of the seventh aspect , the magnetic pole position estimating means calculates the estimated value of the magnetic pole position when the positive / negative of the command value of the energization amount is different from the positive / negative of the rate of change of the estimated value of the magnetic pole rotation speed. Change by changing π.
As a result, the estimated NS of the magnetic pole can be reversed when the direction in which the control device wants to rotate the magnetic pole is opposite to the direction in which the magnetic pole tries to rotate in response to a command from the control device. For this reason, rotation stop and reverse rotation of the synchronous motor can be prevented.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置は、印加電圧が、電源電圧以下になるように駆動用電圧ベクトルを補正する電圧制限手段を備える。
これにより、確実に推定用電圧を印加することができるので、磁極位置を確実に推定することができる。このため、制御装置の信頼性を高めることができる。
[Means of Claim 8 ]
According to an eighth aspect of the present invention, the control device includes voltage limiting means for correcting the drive voltage vector so that the applied voltage is equal to or lower than the power supply voltage.
As a result, the estimation voltage can be reliably applied, so that the magnetic pole position can be reliably estimated. For this reason, the reliability of a control apparatus can be improved.

〔請求項の手段〕
請求項に記載の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、印加電圧の内で推定用電圧ベクトルに基づく部分の変動周期を、乱数に基づき決定する。
これにより、推定用電圧の周波数を分散することができるので、駆動用電圧の印加に伴う騒音を低減することができる。
[Means of Claim 9 ]
According to the control device of the ninth aspect , the magnetic pole position estimation means determines the fluctuation period of the portion of the applied voltage based on the estimation voltage vector based on the random number.
Thereby, since the frequency of the voltage for estimation can be disperse | distributed, the noise accompanying application of the voltage for drive can be reduced.

〔請求項10の手段〕
請求項10に記載の制御方法によれば、同期モータの起動後の所定時間で磁極位置を推定し、推定された磁極位置の正方向および負方向の両方向で磁気飽和に達するように印加電圧を与え、正方向で磁気飽和に達した時の通電量および負方向で磁気飽和に達した時の通電量に応じて磁極を判別する。
これにより、同期モータの起動から極めて短時間の内に、磁極位置を推定するとともにNS判別を行うことができる。このため、同期モータの起動後、極めて早期にセンサレス制御が可能になる。
[Means of Claim 10 ]
According to the control method of the tenth aspect , the magnetic pole position is estimated at a predetermined time after the start of the synchronous motor, and the applied voltage is set so as to reach magnetic saturation in both the positive direction and the negative direction of the estimated magnetic pole position. The magnetic poles are determined according to the energization amount when the magnetic saturation is reached in the positive direction and the energization amount when the magnetic saturation is reached in the negative direction.
Accordingly, it is possible to estimate the magnetic pole position and perform NS determination within an extremely short time after the start of the synchronous motor. For this reason, sensorless control can be performed very early after the synchronous motor is started.

〔請求項11の手段〕
請求項11に記載の制御装置は、通電量の大きさに対して目標値を設定し、通電量の大きさが目標値よりも小さいときに、通電量の大きさが目標値に略一致するように、d軸電流の指令値を増加させる無効電流増加手段を備える。
同期モータへの通電量の大きさが小さい場合、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差(インダクタンス差)が小さいので、磁極位置の推定が困難になり誤差が大きくなる。そこで、誤差の許容範囲を考慮して、通電量の大きさに対して目標値を設定する。そして、通電量の大きさが目標値よりも小さいときには、通電量の大きさを目標値まで増加させてインダクタンス差を大きくする。この際、d軸電流のみを増加させることで、出力トルクに影響を与えることなく、通電量の大きさを増加させることができる。
[Means of Claim 11 ]
The control device according to claim 11 sets a target value for the magnitude of the energization amount, and when the energization amount is smaller than the target value, the magnitude of the energization amount substantially matches the target value. Thus, the reactive current increasing means for increasing the command value of the d-axis current is provided.
When the amount of current supplied to the synchronous motor is small, the difference (inductance difference) between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld is small, so that the estimation of the magnetic pole position becomes difficult and the error increases. Therefore, the target value is set with respect to the magnitude of the energization amount in consideration of the allowable range of error. When the energization amount is smaller than the target value, the magnitude of the energization amount is increased to the target value to increase the inductance difference. At this time, by increasing only the d-axis current, the amount of energization can be increased without affecting the output torque.

〔請求項12の手段〕
請求項12に記載の制御装置によれば、同期モータは車両に搭載される車両用モータである。
[Means of Claim 12 ]
According to the control device of the twelfth aspect , the synchronous motor is a vehicle motor mounted on the vehicle.

最良の形態1の制御装置は、突極性を有する同期モータの制御装置であって、同期モータの駆動用電圧ベクトルに、磁極位置を推定するための推定用電圧ベクトルを加算して指令電圧ベクトルとし、指令電圧ベクトルに基づき同期モータへの印加電圧を制御する。そして、この制御装置は、同期モータへの通電量の検出値に基づき、この検出値に相当する検出電流ベクトルを算出する検出電流ベクトル算出手段と、検出電流ベクトルの内で、推定用電圧ベクトルの加算により生じる部分を推定用電流ベクトルとして算出する推定用電流ベクトル算出手段と、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積に基づき、磁極位置を推定する磁極位置推定手段とを備える。   The control device of the best mode 1 is a control device for a synchronous motor having saliency, and a command voltage vector is obtained by adding an estimation voltage vector for estimating a magnetic pole position to a drive voltage vector for the synchronous motor. The voltage applied to the synchronous motor is controlled based on the command voltage vector. Then, the control device includes a detection current vector calculation means for calculating a detection current vector corresponding to the detection value based on a detection value of the energization amount to the synchronous motor, and an estimation voltage vector of the detection current vector. An estimation current vector calculation unit that calculates a portion generated by the addition as an estimation current vector, and a magnetic pole position estimation unit that estimates a magnetic pole position based on an outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector.

推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積は、静止座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと静止座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出される。
また、推定用電圧ベクトルは、推定された磁極位置と平行になるように、かつ、ベクトル方向が反転を繰り返すように算出される。
The outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is calculated using an estimation voltage vector composed of a stationary coordinate system component and an estimation current vector composed of a stationary coordinate system component.
The estimation voltage vector is calculated so that it is parallel to the estimated magnetic pole position and the vector direction repeats reversal .

磁極位置推定手段は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように磁極位置を推定する。さらに、磁極位置推定手段は、磁極位置の推定値を用いて算出される磁極回転数の推定値に応じて、磁極位置を推定する際に用いるパラメータを可変する。   The magnetic pole position estimation means estimates the magnetic pole position so that the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector substantially matches zero. Further, the magnetic pole position estimation means varies a parameter used when estimating the magnetic pole position according to the estimated value of the magnetic pole rotation number calculated using the estimated value of the magnetic pole position.

また、磁極位置推定手段は、通電量の指令値の正負と、磁極回転数の推定値の変化率の正負とが異なる場合に、磁極位置の推定値をπだけ変化させて修正する。
さらに、この制御装置は、印加電圧が、電源電圧以下になるように駆動用電圧ベクトルを補正する電圧制限手段を備える。
The magnetic pole position estimating means corrects the estimated value of the magnetic pole position by π when the positive / negative sign of the command value of the energization amount is different from the positive / negative of the change rate of the estimated value of the magnetic pole rotation speed.
The control device further includes voltage limiting means for correcting the driving voltage vector so that the applied voltage is equal to or lower than the power supply voltage.

そして、この制御装置を用いた制御方法によれば、同期モータの起動後の所定時間で磁極位置を推定し、推定された磁極位置の正方向および負方向の両方向で磁気飽和に達するように印加電圧を与え、正方向で磁気飽和に達した時の通電量および負方向で磁気飽和に達した時の通電量に応じて磁極を判別する。
また、この制御装置により制御される同期モータは、車両に搭載される車両用モータである。
Then, according to the control method using this control device, the magnetic pole position is estimated at a predetermined time after the start of the synchronous motor, and is applied so as to reach magnetic saturation in both the positive and negative directions of the estimated magnetic pole position. A voltage is applied, and the magnetic pole is determined according to the energization amount when magnetic saturation is reached in the positive direction and the energization amount when magnetic saturation is reached in the negative direction.
The synchronous motor controlled by the control device is a vehicle motor mounted on the vehicle.

最良の形態2の制御装置によれば、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積は、回転座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと回転座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出される。
また、磁極位置推定手段は、印加電圧の内で推定用電圧ベクトルに基づく部分の変動周期を、乱数に基づき決定する。
According to the control device of the best mode 2, the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is obtained by calculating the estimation voltage vector composed of the rotational coordinate system components and the estimation current vector composed of the rotational coordinate system components. Is used to calculate.
Further, the magnetic pole position estimating means determines a fluctuation period of a portion based on the estimation voltage vector in the applied voltage based on a random number.

最良の形態3の制御装置によれば、磁極位置推定手段は、推定用電圧ベクトルと推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように磁極回転数を推定し、磁極回転数の推定値を用いて磁極位置を推定する。さらに、磁極位置推定手段は、磁極回転数の推定値に応じて、磁極回転数を推定する際に用いるパラメータを可変する。   According to the control device of the best mode 3, the magnetic pole position estimation means estimates the magnetic pole rotation speed so that the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector substantially matches zero, and the estimated value of the magnetic pole rotation speed Is used to estimate the magnetic pole position. Further, the magnetic pole position estimating means varies a parameter used when estimating the magnetic pole rotation speed according to the estimated value of the magnetic pole rotation speed.

最良の形態4の制御装置は、通電量の大きさに対して目標値を設定し、通電量の大きさが目標値よりも小さいときに、通電量の大きさが目標値に略一致するように、d軸電流の指令値を増加させる無効電流増加手段を備える。   The control device of the best mode 4 sets a target value with respect to the magnitude of the energization amount. When the magnitude of the energization amount is smaller than the target value, the magnitude of the energization amount substantially matches the target value. And a reactive current increasing means for increasing the command value of the d-axis current.

〔実施例1の構成〕
実施例1の制御装置1を、図1に基づいて説明する。
まず、制御装置1により制御される同期モータ2について説明する。同期モータ2は、ステータ(図示せず)に設けられ所定の電源(図示せず)から給電を受ける複数相(例えば、u相、v相、w相の3相)の電機子コイル(図示せず)と、ロータ(図示せず)に装着された磁石(図示せず)との相互作用により、ロータを回転駆動することで出力トルクを得るものである。すなわち、同期モータ2は、インバータ3から電機子コイルに交流の電圧の印加を受けることで、電機子コイルと磁石との間に相互作用を発生させ、ロータを回転駆動して出力トルクを得る。
[Configuration of Example 1]
The control apparatus 1 of Example 1 is demonstrated based on FIG.
First, the synchronous motor 2 controlled by the control device 1 will be described. The synchronous motor 2 is provided in a stator (not shown) and receives a plurality of phases (for example, three phases of u phase, v phase, and w phase) that receive power from a predetermined power source (not shown). 1) and a magnet (not shown) mounted on the rotor (not shown), and the rotor is rotationally driven to obtain output torque. That is, the synchronous motor 2 receives an AC voltage applied from the inverter 3 to the armature coil, thereby generating an interaction between the armature coil and the magnet and rotationally driving the rotor to obtain an output torque.

なお、同期モータ2は、回転座標系のdq軸成分の値で示されたd軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqに関し、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さい突極性を有する。また、同期モータ2は、例えば、車両に搭載される車両用モータであり、カーエアコンのコンプレッサ、ハイブリッドカーのモータジェネレータ等に適用される。   The synchronous motor 2 has a saliency that the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq with respect to the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq indicated by the value of the dq-axis component of the rotating coordinate system. The synchronous motor 2 is, for example, a vehicle motor mounted on a vehicle, and is applied to a compressor of a car air conditioner, a motor generator of a hybrid car, and the like.

インバータ3は、各相電機子コイルに対応した上下2段のトランジスタ(図示せず)、すなわち6個のトランジスタを含んで構成され、これらのトランジスタは、制御装置1からPWM信号の入力を受けて作動する。これにより、インバータ3は、所定の電源から供給される直流の電圧を交流の電圧に変換するとともに、電機子コイルごとに位相の異なる電圧を印加する。この結果、電機子コイルに交流の電流が通電されて電機子コイルと磁石との間に相互作用が発生し、ロータが回転駆動されて出力トルクが発生する。   The inverter 3 includes upper and lower two-stage transistors (not shown) corresponding to each phase armature coil, that is, six transistors. These transistors receive PWM signals from the control device 1. Operate. As a result, the inverter 3 converts a DC voltage supplied from a predetermined power source into an AC voltage, and applies a voltage having a different phase for each armature coil. As a result, an alternating current is passed through the armature coil, an interaction is generated between the armature coil and the magnet, and the rotor is driven to rotate to generate an output torque.

ここで、同期モータ2への通電量は、電流検出部4により検出される。電流検出部4は、インバータ3と各相電機子コイルとを接続する3つの配線の内の少なくとも2つの配線に装着された電流検出センサ(図示せず)により構成される。この電流検出センサは、例えば、CT型電流センサのように配線に対し非接触で通電量を検出するものである。そして、通電量の検出値iu、ivは、検出信号として制御装置1に出力される。   Here, the amount of energization to the synchronous motor 2 is detected by the current detection unit 4. The current detection unit 4 includes a current detection sensor (not shown) that is mounted on at least two of the three wires that connect the inverter 3 and each phase armature coil. This current detection sensor detects an energization amount in a non-contact manner with respect to the wiring, for example, like a CT type current sensor. The detected values iu and iv of the energization amount are output to the control device 1 as detection signals.

制御装置1は、周知構造のコンピュータであり、通電量の検出値iu、iv等の入力を受けるとともに、これらの検出値や各種の指令値等に基づき各相電機子コイルに電圧を印加するためのPWM信号を合成してインバータ3に出力する。   The control device 1 is a computer having a well-known structure, and receives input of detection values iu, iv and the like of energization amounts, and applies a voltage to each phase armature coil based on these detection values and various command values. Are combined and output to the inverter 3.

これにより、制御装置1は、電機子コイルへの給電を制御してロータを回転駆動するとともに、電機子コイルへの給電状態に応じてロータの回転位置(以下、磁極位置と呼ぶ)を推定し、この磁極位置の推定値に応じて電機子コイルへの給電を制御する。つまり、制御装置1は、磁極位置を検出する位置センサによらずに磁極位置を推定することで同期モータ2を制御するセンサレス制御方式を採用するものである。   Thus, the control device 1 controls the power supply to the armature coil to rotationally drive the rotor, and estimates the rotational position of the rotor (hereinafter referred to as the magnetic pole position) according to the power supply state to the armature coil. The power supply to the armature coil is controlled according to the estimated value of the magnetic pole position. That is, the control device 1 employs a sensorless control system that controls the synchronous motor 2 by estimating the magnetic pole position without using the position sensor that detects the magnetic pole position.

また、制御装置1は、同期モータ2の運転条件(例えば、要求される出力トルク)に応じて印加される駆動用電圧に、磁極位置を推定するための推定用電圧を外乱として加えて印加することで磁極位置を推定する外乱注入方式によりセンサレス制御を行うものである。
以下、制御装置1を、図1に示す制御ブロックフローを用いて説明する。
Further, the control device 1 applies the estimation voltage for estimating the magnetic pole position as a disturbance to the driving voltage applied according to the operation condition (for example, required output torque) of the synchronous motor 2 and applies it. Thus, sensorless control is performed by a disturbance injection method for estimating the magnetic pole position.
Hereinafter, the control device 1 will be described using the control block flow shown in FIG.

まず、制御装置1は、要求される出力トルクに応じて同期モータ2への通電量の指令値を算出する電流指令生成部8、電流の指令値に対する電流の検出値の偏差に応じて同期モータ2に印加すべき駆動用電圧の指令値を算出する電流制御部10、および、駆動用電圧の指令値を制限して補正する電圧制限部11の機能を具備する。   First, the control device 1 includes a current command generation unit 8 that calculates a command value of the energization amount to the synchronous motor 2 according to the required output torque, and a synchronous motor according to the deviation of the detected current value from the current command value. 2 includes a function of a current control unit 10 that calculates a command value of a driving voltage to be applied to 2 and a voltage limiting unit 11 that limits and corrects the command value of the driving voltage.

電流指令生成部8は、要求される出力トルク(トルク指令値τ*とする)に応じて、同期モータ2への通電量の指令値を回転座標系のdq軸成分id*、iq*からなる指令電流ベクトル(id*、iq*)として算出する。   The current command generation unit 8 includes a command value for the energization amount to the synchronous motor 2 in accordance with the required output torque (torque command value τ *) consisting of dq axis components id * and iq * of the rotating coordinate system. Calculated as a command current vector (id *, iq *).

電流制御部10は、指令電流ベクトル(id*、iq*)に対する検出電流ベクトル(id、iq)の偏差ベクトルに応じて、駆動用電圧の指令値を、回転座標系のdq軸成分vd*、vq*からなる駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)として算出する。   The current control unit 10 converts the command value of the driving voltage into the dq axis component vd *, dq axis component of the rotational coordinate system according to the deviation vector of the detected current vector (id, iq) with respect to the command current vector (id *, iq *). It is calculated as a driving voltage vector (vd *, vq *) consisting of vq *.

なお、検出電流ベクトル(id、iq)とは、電流検出部4で検出された通電量の検出値iu、ivを座標変換部14により静止座標系のαβ軸成分iα、iβに変換し、これにより得られる検出電流ベクトル(iα、iβ)を、さらに座標変換部15により回転座標系のdq軸成分id、iqに変換して得られるベクトルである。すなわち、座標変換部14、15は、制御装置1の機能として構成され、通電量の検出値iu、ivに基づき、検出値iu、ivに相当する検出電流ベクトル(iα、iβ)、(id、iq)を算出する検出電流ベクトル算出手段をなす。なお、座標変換部15におけるαβ軸成分iα、iβからdq軸成分id、iqへの変換には、後記する磁極位置の推定値θが用いられる。   The detected current vector (id, iq) is obtained by converting the detected values iu and iv of the energization amount detected by the current detection unit 4 into αβ axis components iα and iβ of the stationary coordinate system by the coordinate conversion unit 14. Is a vector obtained by further converting the detected current vector (iα, iβ) obtained by the above into the dq axis components id, iq of the rotating coordinate system by the coordinate conversion unit 15. That is, the coordinate conversion units 14 and 15 are configured as a function of the control device 1, and based on the detected values iu and iv of the energization amount, detected current vectors (iα, iβ), (id, The detection current vector calculation means for calculating iq) is provided. In addition, the estimated value θ of the magnetic pole position, which will be described later, is used for the conversion from the αβ-axis component iα, iβ to the dq-axis component id, iq in the coordinate conversion unit 15.

電圧制限部11は、後記する変調率監視部16からの入力に基づき、駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)の大きさを制限することで、駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)を補正する。なお、変調率監視部16からの入力は、PWM信号の変調率の指令値が100%を超える場合に行われるので、電圧制限部11による補正は、PWM信号の変調率の指令値が100%を超える場合に行われる。   The voltage limiting unit 11 limits the magnitude of the driving voltage vector (vd *, vq *) based on the input from the modulation factor monitoring unit 16 to be described later, thereby driving voltage vector (vd *, vq *). Correct. Since the input from the modulation rate monitoring unit 16 is performed when the command value of the modulation rate of the PWM signal exceeds 100%, the correction by the voltage limiting unit 11 is 100% of the command value of the modulation rate of the PWM signal. It is done when exceeding.

また、制御装置1は、駆動用電圧ベクトル(vα*、vβ*)に、後記する推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)を高周波の外乱として加算し、指令電圧ベクトル(vα*+vhα*、vβ*+vhβ*)とする外乱注入部17の機能を具備する。なお、駆動用電圧ベクトル(vα*、vβ*)は、駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)のdq軸成分vd*、vq*を、座標変換部19により静止座標系のαβ軸成分vα*、vβ*に変換して得られるベクトルである。そして、座標変換部19におけるdq軸成分vd*、vq*からαβ軸成分vα*、vβ*への変換には、後記する磁極位置の推定値θが用いられる。   Further, the control device 1 adds an estimation voltage vector (vhα *, vhβ *), which will be described later, to the driving voltage vector (vα *, vβ *) as a high-frequency disturbance, so that a command voltage vector (vα * + vhα *, (vβ * + vhβ *). The drive voltage vectors (vα *, vβ *) are the dq axis components vd *, vq * of the drive voltage vectors (vd *, vq *), and the αβ axis component vα of the stationary coordinate system by the coordinate conversion unit 19. *, A vector obtained by converting to vβ *. Then, in the conversion from the dq axis components vd * and vq * to the αβ axis components vα * and vβ * in the coordinate conversion unit 19, an estimated value θ of the magnetic pole position described later is used.

そして、制御装置1は、座標変換部20で、指令電圧ベクトル(vα*+vhα*、vβ*+vhβ*)を、3相の印加電圧の指令値vu*、vv*、vw*に変換し、さらに、変調率生成部22で、指令値vu*、vv*、vw*、および電源電圧の検出値Vdcに基づき、インバータ3に出力すべきPWM信号の変調率の指令値を算出する。そして、制御装置1は、PWM合成部23で、変調率の指令値に基づくPWM信号を合成しインバータ3に出力する。   Then, the control device 1 converts the command voltage vector (vα * + vhα *, vβ * + vhβ *) into the command values vu *, vv *, vw * of the three-phase applied voltage in the coordinate conversion unit 20, and The modulation factor generation unit 22 calculates a command value for the modulation factor of the PWM signal to be output to the inverter 3 based on the command values vu *, vv *, vw * and the detected value Vdc of the power supply voltage. Then, the control device 1 synthesizes a PWM signal based on the command value of the modulation factor in the PWM synthesizer 23 and outputs it to the inverter 3.

また、制御装置1は、変調率生成部22で算出された変調率の指令値が100%を超えたか否かを監視する変調率監視部16の機能を具備する。変調率監視部16は、変調率の指令値が100%を超えた場合に、電圧制限部11に100%からの超過量を出力する。そして、電圧制限部11は、この超過量に基づき駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)の大きさを制限することで、変調率の指令値が100%を超えないように駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)を補正する。   The control device 1 also includes a function of the modulation rate monitoring unit 16 that monitors whether or not the modulation rate command value calculated by the modulation rate generation unit 22 exceeds 100%. The modulation rate monitoring unit 16 outputs an excess amount from 100% to the voltage limiting unit 11 when the command value of the modulation rate exceeds 100%. Then, the voltage limiting unit 11 limits the magnitude of the driving voltage vector (vd *, vq *) based on the excess amount, so that the modulation rate command value does not exceed 100%. (Vd *, vq *) is corrected.

このように、電圧制限部11および変調率監視部16は、印加電圧が電源電圧の検出値Vdc以下になるように駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)を補正する電圧制限手段をなす。   As described above, the voltage limiting unit 11 and the modulation factor monitoring unit 16 constitute voltage limiting means for correcting the driving voltage vector (vd *, vq *) so that the applied voltage is equal to or lower than the detected value Vdc of the power supply voltage.

また、制御装置1は、磁極位置を推定する磁極位置推定部24の機能を具備する。
磁極位置推定部24は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)を算出する推定用電圧ベクトル算出部28、推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)を算出する推定用電流ベクトル算出部29、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)と推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)との外積V×Iを算出する外積算出部30、外積V×Iに基づき磁極位置の推定値θを算出する推定値算出部31等の機能により構成されている。
Further, the control device 1 has a function of the magnetic pole position estimation unit 24 that estimates the magnetic pole position.
The magnetic pole position estimation unit 24 includes an estimation voltage vector calculation unit 28 that calculates an estimation voltage vector (vhα *, vhβ *), an estimation current vector calculation unit 29 that calculates an estimation current vector (ihα, ihβ), and an estimation. Outer product calculation unit 30 for calculating outer product V × I of voltage vector (vhα *, vhβ *) for estimation and current vector for estimation (ihα, ihβ), and an estimated value θ of the magnetic pole position is calculated based on outer product V × I. It is comprised by the function of the estimated value calculation part 31 grade | etc.,.

ここで、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)とは、推定用電圧の指令値を静止座標系のαβ軸成分vhα*、vhβ*に変換しベクトルとして表したしたものである。また、推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)とは、検出電流ベクトル(iα、iβ)の内で、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)の加算により生じる部分を、αβ軸成分ihα、ihβによりベクトルとして表したしたものである。   Here, the estimation voltage vectors (vhα *, vhβ *) are expressed as vectors by converting the command value of the estimation voltage into αβ axis components vhα *, vhβ * of the stationary coordinate system. In addition, the estimation current vectors (ihα, ihβ) are portions of the detected current vectors (iα, iβ) that are generated by adding the estimation voltage vectors (vhα *, vhβ *), and αβ axis components ihα, ihβ. Is expressed as a vector.

つまり、磁極位置推定部24は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)と推定用電流ベクトル(ihα*、ihβ*)との外積V×Iに基づき磁極位置を推定する磁極位置推定手段をなす。   That is, the magnetic pole position estimation unit 24 includes magnetic pole position estimation means for estimating the magnetic pole position based on the outer product V × I of the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) and the estimation current vector (ihα *, ihβ *). Eggplant.

推定用電圧ベクトル算出部28は、推定用電圧が高周波をなすように、推定用電圧の指令値を算出するとともに、この推定用電圧の指令値を静止座標系のαβ軸成分vhα*、vhβ*に変換し推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)とする。   The estimation voltage vector calculation unit 28 calculates a command value for the estimation voltage so that the estimation voltage has a high frequency, and uses the command value for the estimation voltage as the αβ axis components vhα * and vhβ * of the stationary coordinate system. To be estimated voltage vectors (vhα *, vhβ *).

また、推定用電圧ベクトル算出部28は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)が、推定された磁極位置(つまり、推定値θの方向)と平行になるように算出される。この場合、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)のαβ軸成分vhα*、vhβ*を回転座標系のdq軸成分vhd*、vhq*に変換すると、q軸成分vhq*はゼロになる。よって、αβ軸成分vhα*、vhβ*の値は、磁極位置の推定値θと推定用電圧の指令値(d軸成分vhd*に相当する)とを用いて下記の数式9により求められる。
〔数式9〕

Figure 0004735287
Further, the estimation voltage vector calculation unit 28 calculates the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) so as to be parallel to the estimated magnetic pole position (that is, the direction of the estimated value θ). In this case, when the αβ-axis components vhα * and vhβ * of the estimation voltage vectors (vhα * and vhβ *) are converted into the dq-axis components vhd * and vhq * of the rotating coordinate system, the q-axis component vhq * becomes zero. Therefore, the values of the αβ-axis components vhα * and vhβ * are obtained by the following formula 9 using the estimated value θ of the magnetic pole position and the command value of the estimation voltage (corresponding to the d-axis component vhd *).
[Formula 9]

Figure 0004735287

なお、実施例1の推定用電圧ベクトル算出部28は、推定用電圧の指令値vhd*が所定の変動周期(例えば、1制御周期)で、正負に同一の絶対値だけ変化するように、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)を決定する。   Note that the estimation voltage vector calculation unit 28 according to the first embodiment performs estimation so that the estimation voltage command value vhd * changes only by the same absolute value in positive and negative directions in a predetermined fluctuation cycle (for example, one control cycle). The voltage vector (vhα *, vhβ *) is determined.

推定用電流ベクトル算出部29は、推定用電圧の指令値vhd*の変動周期(例えば、1制御周期)では、検出電流ベクトル(iα、iβ)の内で駆動用電圧ベクトル(vα*、vβ*)により生じる部分(つまり、駆動用電流ベクトル)が変動しないとみなす。そして、推定用電流ベクトル算出部29は、今回の制御処理で算出された検出電流ベクトル(iα、iβ)と、前回の制御処理で算出された検出電流ベクトル(iα、iβ)との差分ベクトルを算出し、この差分ベクトルを推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)とする。   The estimation current vector calculation unit 29 performs driving voltage vectors (vα *, vβ *) within the detected current vectors (iα, iβ) in the fluctuation cycle (for example, one control cycle) of the estimation voltage command value vhd *. ) (That is, the driving current vector) is assumed not to fluctuate. Then, the estimation current vector calculation unit 29 calculates a difference vector between the detected current vector (iα, iβ) calculated in the current control process and the detected current vector (iα, iβ) calculated in the previous control process. This difference vector is calculated as an estimation current vector (ihα, ihβ).

外積算出部30は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)と推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)とを用いて、下記の数式10により外積V×Iを算出する。
〔数式10〕

Figure 0004735287
The outer product calculation unit 30 uses the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) and the estimation current vector (ihα, ihβ) to calculate the outer product V × I using Equation 10 below.
[Formula 10]

Figure 0004735287

推定値算出部31は、外積V×Iがゼロに略一致するように磁極位置の推定値θを算出する。すなわち、推定値算出部31は、外積V×Iとゼロとの差分(つまり、外積V×I)に対し、比例ゲインKp、積分ゲインKiを用いてPI演算を施すことで、推定値θを算出する。なお、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiは、推定値θを微分して算出される磁極回転数の推定値ωに応じて可変される。   The estimated value calculation unit 31 calculates the estimated value θ of the magnetic pole position so that the outer product V × I substantially matches zero. That is, the estimated value calculation unit 31 performs PI calculation on the difference between the outer product V × I and zero (that is, the outer product V × I) using the proportional gain Kp and the integral gain Ki, thereby obtaining the estimated value θ. calculate. Note that the proportional gain Kp and the integral gain Ki are varied according to the estimated value ω of the magnetic pole rotation calculated by differentiating the estimated value θ.

また、推定値算出部31は、磁極回転数の推定値ωを積分した値で、推定値θを補正する。さらに、推定値算出部31は、補正後の推定値θを、通電量の指令値i*の正負と、磁極回転数の推定値ωの変化率の正負とが異なる場合に、磁極位置の推定値θをπだけ変化させて修正する。   Further, the estimated value calculation unit 31 corrects the estimated value θ with a value obtained by integrating the estimated value ω of the magnetic pole rotation number. Furthermore, the estimated value calculation unit 31 estimates the magnetic pole position when the corrected estimated value θ is different from the sign of the energization amount command value i * and the sign of the rate of change of the estimated value ω of the magnetic pole rotation speed. The value θ is corrected by changing it by π.

ここで、推定用電圧は、推定値θの方向に印加されるので、推定値θが真の磁極位置からずれている場合、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)も真の磁極位置からずれる。この結果、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)と推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)との間に位相差θviが発生し、外積V×Iが生じる。   Here, since the estimation voltage is applied in the direction of the estimation value θ, when the estimation value θ is deviated from the true magnetic pole position, the estimation voltage vectors (vhα *, vhβ *) are also derived from the true magnetic pole position. Shift. As a result, a phase difference θvi occurs between the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) and the estimation current vector (ihα, ihβ), and an outer product V × I is generated.

そして、この外積V×Iについては、上記の〔数式1〕〜〔数式8〕を用いた説明により、次のことがわかっている。すなわち、外積V×Iの正負は、電圧位相θvの正負と逆相関を有し、外積V×Iがゼロに略一致すれば、電圧位相θvはゼロに略一致することがわかっている。そして、電圧位相θvは、真の磁極位置に対する推定用電圧の印加方向のずれ量に相当するから、PI演算により外積V×Iがゼロに略一致するように、推定値θの算出を繰り返せば、推定値θを真の磁極位置に略一致させることができる。   And about this outer product VxI, the following is known from the description using said [Formula 1]-[Formula 8]. That is, it is known that the sign of the outer product V × I has an inverse correlation with the sign of the voltage phase θv, and if the outer product V × I substantially matches zero, the voltage phase θv substantially matches zero. Since the voltage phase θv corresponds to the amount of deviation in the direction in which the estimation voltage is applied to the true magnetic pole position, if the calculation of the estimated value θ is repeated so that the outer product V × I substantially matches zero by PI calculation. The estimated value θ can be made to substantially coincide with the true magnetic pole position.

そして、推定値算出部31で算出された推定値θは、座標変換部15において、αβ軸成分iα、iβをdq軸成分id、iqに変換する際に用いられ、また、座標変換部19において、dq軸成分vd*、vq*をαβ軸成分vα*、vβ*に変換する際に用いられる。また、この推定値θは、推定用電圧ベクトル算出部28において、αβ軸成分vhα*、vhβ*を算出する際にも用いられる。   The estimated value θ calculated by the estimated value calculating unit 31 is used when the coordinate converting unit 15 converts the αβ axis components iα and iβ into the dq axis components id and iq, and the coordinate converting unit 19 , Dq axis components vd *, vq * are used to convert αβ axis components vα *, vβ *. The estimated value θ is also used when the estimation voltage vector calculation unit 28 calculates the αβ-axis components vhα * and vhβ *.

以上のような制御ブロックフローにより、制御装置1は、同期モータ2の起動後の所定時間で磁極位置を推定する。これにより、制御装置1は、同期モータ2の起動後の所定時間で、磁極位置の推定値θを真の磁極位置に略一致させる。   With the control block flow as described above, the control device 1 estimates the magnetic pole position at a predetermined time after the synchronous motor 2 is started. Thus, the control device 1 substantially matches the estimated value θ of the magnetic pole position with the true magnetic pole position in a predetermined time after the synchronous motor 2 is started.

その後、制御装置1は、磁極のNS判別を行う。すなわち、制御装置1は、推定された磁極位置の正方向および負方向の両方向で磁気飽和に達するように印加電圧を与える。そして、制御装置1は、正方向で磁気飽和に達した時の通電量および負方向で磁気飽和に達した時の通電量に応じて、磁極のNS判別を行う。   Thereafter, the control device 1 performs NS determination of the magnetic pole. That is, the control device 1 gives an applied voltage so as to reach magnetic saturation in both the positive and negative directions of the estimated magnetic pole position. And the control apparatus 1 performs NS discrimination | determination of a magnetic pole according to the energization amount when magnetic saturation is reached in the positive direction and the energization amount when magnetic saturation is reached in the negative direction.

〔実施例1の効果〕
実施例1の磁極位置推定部24は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)と推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)との外積V×Iに基づき磁極位置を推定する。
ここで、電圧位相θv(真の磁極位置に対する推定用電圧の印加方向のずれ量)の正負は、上記の〔数式1〕〜〔数式8〕を用いた説明により、外積V×Iの正負から推定することができる。また、外積V×Iは、αβ軸成分vhα*、vhβ*、およびihα、ihβを用いて、簡易な四則演算により算出することができる。したがって、簡易な四則演算により算出できる外積V×Iを用いて、磁極位置を推定することができる。このため、磁極位置を推定する際に、三角関数および逆三角関数等を用いる頻度を下げることができるので、制御装置1の処理負荷を低減することができる。
[Effect of Example 1]
The magnetic pole position estimation unit 24 according to the first embodiment estimates the magnetic pole position based on the outer product V × I of the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) and the estimation current vector (ihα, ihβ).
Here, the sign of the voltage phase θv (the amount of deviation in the direction in which the estimation voltage is applied with respect to the true magnetic pole position) is determined from the sign of the outer product V × I according to the explanation using the above [Expression 1] to [Expression 8]. Can be estimated. The outer product V × I can be calculated by simple four arithmetic operations using the αβ-axis components vhα *, vhβ *, ihα, ihβ. Therefore, the magnetic pole position can be estimated using the outer product V × I that can be calculated by simple four arithmetic operations. For this reason, since the frequency which uses a trigonometric function, an inverse trigonometric function, etc. can be reduced when estimating a magnetic pole position, the processing load of the control apparatus 1 can be reduced.

また、推定用電圧ベクトル算出部28は、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)が、推定された磁極位置と平行になるように算出される。
これにより、駆動用電圧ベクトル(vα*、vβ*)に推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)が加算されても、推定用電圧ベクトル(vhα*、vhβ*)に応じた出力トルクは発生しない。このため、外乱としての推定用電圧を駆動用電圧に加えて印加しても、駆動用電圧のみに応じた出力トルク、つまり、同期モータ2の運転条件に応じた出力トルクを得ることができる。
The estimation voltage vector calculation unit 28 calculates the estimation voltage vectors (vhα *, vhβ *) so as to be parallel to the estimated magnetic pole position.
As a result, even if the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) is added to the driving voltage vector (vα *, vβ *), output torque corresponding to the estimation voltage vector (vhα *, vhβ *) is generated. do not do. For this reason, even if the estimation voltage as a disturbance is applied in addition to the driving voltage, an output torque corresponding only to the driving voltage, that is, an output torque corresponding to the operating condition of the synchronous motor 2 can be obtained.

また、磁極位置推定部24は、外積V×Iがゼロに略一致するように磁極位置を推定する。
これにより、PI演算による収束計算を行う際に、電機子コイルの巻き線抵抗R、磁石の鎖交磁束φa、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqの影響を除くことができる。このため、収束計算を行う際に、温度等の同期モータ2の使用条件の影響を除くことができる。
In addition, the magnetic pole position estimation unit 24 estimates the magnetic pole position so that the outer product V × I substantially matches zero.
Thereby, when performing the convergence calculation by PI calculation, the influence of the winding resistance R of the armature coil, the linkage flux φa of the magnet, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq can be eliminated. For this reason, when the convergence calculation is performed, the influence of the use conditions of the synchronous motor 2 such as temperature can be excluded.

また、磁極位置推定部24は、推定値θを微分して算出される磁極回転数の推定値ωに応じて、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを可変する。
これにより、外積V×Iがより早期にゼロに略一致する方に、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを可変することができる。このため、磁極位置の推定値θを、より早期に真の磁極位置に略一致させることができる。
The magnetic pole position estimation unit 24 varies the proportional gain Kp and the integral gain Ki in accordance with the estimated value ω of the magnetic pole rotation calculated by differentiating the estimated value θ.
Thereby, the proportional gain Kp and the integral gain Ki can be varied so that the outer product V × I substantially coincides with zero earlier. For this reason, the estimated value θ of the magnetic pole position can be substantially matched with the true magnetic pole position earlier.

また、磁極位置推定部24は、通電量の指令値i*の正負と、磁極回転数の推定値ωの変化率の正負とが異なる場合に、磁極位置の推定値θをπだけ変化させて修正する。
これにより、制御装置1が磁極を回転させたい方向と、制御装置1の指令に応じて磁極が回転しようとする方向とが逆である場合に、推定された磁極のNSを逆転させることができる。このため、同期モータ2の回転停止や逆回転を防止することができる。
The magnetic pole position estimating unit 24 changes the estimated value θ of the magnetic pole position by π when the sign of the energization amount command value i * is different from the sign of the rate of change of the estimated value ω of the magnetic pole rotation speed. Correct it.
As a result, when the direction in which the control device 1 wants to rotate the magnetic pole is opposite to the direction in which the magnetic pole tries to rotate in response to a command from the control device 1, the estimated NS of the magnetic pole can be reversed. . For this reason, the rotation stop and reverse rotation of the synchronous motor 2 can be prevented.

また、電圧制限部11および変調率監視部16は、印加電圧が電源電圧の検出値Vdc以下になるように駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)を補正する。
これにより、確実に推定用電圧を印加することができるので、磁極位置を確実に推定することができる。このため、制御装置1の信頼性を高めることができる。
Further, the voltage limiting unit 11 and the modulation rate monitoring unit 16 correct the driving voltage vector (vd *, vq *) so that the applied voltage is equal to or lower than the detected value Vdc of the power supply voltage.
As a result, the estimation voltage can be reliably applied, so that the magnetic pole position can be reliably estimated. For this reason, the reliability of the control apparatus 1 can be improved.

また、制御装置1は、同期モータ2の起動後の所定時間で磁極位置を推定した後、推定された磁極位置の正方向および負方向の両方向で磁気飽和に達するように印加電圧を与え、正方向で磁気飽和に達した時の通電量および負方向で磁気飽和に達した時の通電量に応じて、磁極を判別する。
これにより、同期モータ2の起動から極めて短時間の内に、磁極位置を推定するとともにNS判別を行うことができる。このため、同期モータ2の起動から極めて早期にセンサレス制御が可能になる。
Further, the controller 1 estimates the magnetic pole position at a predetermined time after the start of the synchronous motor 2, and then applies an applied voltage so as to reach magnetic saturation in both the positive and negative directions of the estimated magnetic pole position. The magnetic pole is discriminated according to the energization amount when the magnetic saturation is reached in the direction and the energization amount when the magnetic saturation is reached in the negative direction.
As a result, it is possible to estimate the magnetic pole position and perform NS determination within a very short time after the start of the synchronous motor 2. Therefore, sensorless control can be performed very early after the synchronous motor 2 is started.

実施例2の制御装置1を、図2を用いて説明する。なお、実施例1と同様の機能を有する部分は同一の符号を用い説明を省略する。   The control apparatus 1 of Example 2 is demonstrated using FIG. In addition, the part which has the same function as Example 1 uses the same code | symbol, and abbreviate | omits description.

実施例2の制御装置1によれば、外積算出部30は、推定用電圧ベクトル(vhd*、0)と、推定用電流ベクトル(ihd、ihq)とを用いて外積V×Iを算出する。ここで、推定用電圧ベクトル(vhd*、0)は、推定用電圧の指令値をdq軸成分vhd*、0に変換しベクトルとして表したものである。また、推定用電流ベクトル(ihd、ihq)は、検出電流ベクトル(id、iq)の内で、推定用電圧ベクトル(vhd*、0)の加算により生じる部分をdq軸成分ihd、ihqによりベクトルとして表したものである。   According to the control device 1 of the second embodiment, the outer product calculation unit 30 calculates the outer product V × I using the estimation voltage vector (vhd *, 0) and the estimation current vector (ihd, ihq). . Here, the estimation voltage vector (vhd *, 0) is obtained by converting the command value of the estimation voltage into a dq axis component vhd *, 0 and expressing it as a vector. Further, the estimation current vector (ihd, ihq) is obtained by adding a portion generated by addition of the estimation voltage vector (vhd *, 0) in the detected current vector (id, iq) as a vector by the dq axis components ihd, ihq. It is a representation.

なお、推定用電圧ベクトル(vhd*、0)のq軸成分がゼロであるのは、推定用電圧を推定された磁極位置と平行になるように印加するためである。
また、推定用電流ベクトル(ihd、ihq)の算出方法は実施例1の推定用電流ベクトル(ihα、ihβ)の算出方法と同様である。
Note that the q-axis component of the estimation voltage vector (vhd *, 0) is zero because the estimation voltage is applied in parallel with the estimated magnetic pole position.
Further, the calculation method of the estimation current vector (ihd, ihq) is the same as the calculation method of the estimation current vector (ihα, ihβ) of the first embodiment.

また、実施例2の外乱注入部17は、駆動用電圧ベクトル(vd*、vq*)に推定用電圧ベクトル(vhd*、0)を加算して、dq軸成分vd*+vhd*、vq*からなる指令電圧ベクトル(vd*+vhd*、vq*)を求める。そして、座標変換部19で、指令電圧ベクトル(vd*+vhd*、vq*)は、静止座標系のαβ軸成分vα*+vhα*、vβ*+vhβ*からなる指令電圧ベクトル(vα*+vhα*、vβ*+vhβ*)に変換される。   In addition, the disturbance injection unit 17 according to the second embodiment adds the estimation voltage vector (vhd *, 0) to the driving voltage vector (vd *, vq *) to obtain the dq axis components vd * + vhd *, vq *. A command voltage vector (vd * + vhd *, vq *) is obtained. Then, in the coordinate conversion unit 19, the command voltage vector (vd * + vhd *, vq *) is converted into a command voltage vector (vα * + vhα *, vβ) composed of αβ axis components vα * + vhα *, vβ * + vhβ * of the stationary coordinate system. * + Vhβ *).

また、実施例2の推定用電圧ベクトル算出部28は、印加電圧の内で推定用電圧ベクトル(vhd*、0)に基づく部分の変動周期を、乱数に基づき決定する。すなわち、推定用電圧ベクトル算出部28は、推定用電圧の指令値vhd*の変動周期を、乱数発生部32からの入力に基づき可変する。なお、乱数発生部32とは、乱数を発生させる機能である。これにより、推定用電圧の周波数を分散することができるので、駆動用電圧の印加に伴う騒音を低減することができる。   Further, the estimation voltage vector calculation unit 28 according to the second embodiment determines a fluctuation period of a portion based on the estimation voltage vector (vhd *, 0) in the applied voltage based on a random number. That is, the estimation voltage vector calculation unit 28 varies the fluctuation period of the command value vhd * for the estimation voltage based on the input from the random number generation unit 32. The random number generator 32 is a function for generating random numbers. Thereby, since the frequency of the voltage for estimation can be disperse | distributed, the noise accompanying application of the voltage for drive can be reduced.

実施例3の制御装置1を、図3を用いて説明する。なお、実施例1と同様の機能を有する部分は同一の符号を用い説明を省略する。   A control device 1 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the part which has the same function as Example 1 uses the same code | symbol, and abbreviate | omits description.

実施例3の制御装置1によれば、推定値算出部31は、外積V×Iがゼロに略一致するように磁極回転数の推定値ωを算出する。すなわち、推定値算出部31は、外積V×Iに対し、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを用いてPI演算を施すことで、推定値ωを算出する。そして、推定値算出部31は、推定値ωを積分して磁極位置の推定値θを算出する。また、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiは、PI演算により算出される磁極回転数の推定値ωに応じて可変される。   According to the control device 1 of the third embodiment, the estimated value calculation unit 31 calculates the estimated value ω of the magnetic pole rotation number so that the outer product V × I substantially matches zero. That is, the estimated value calculation unit 31 calculates the estimated value ω by performing PI calculation on the outer product V × I using the proportional gain Kp and the integral gain Ki. Then, the estimated value calculation unit 31 integrates the estimated value ω to calculate the estimated value θ of the magnetic pole position. Further, the proportional gain Kp and the integral gain Ki are varied according to the estimated value ω of the magnetic pole rotation number calculated by the PI calculation.

実施例4の制御装置1を、図4を用いて説明する。なお、実施例1と同様の機能を有する部分は同一の符号を用い説明を省略する。   A control device 1 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the part which has the same function as Example 1 uses the same code | symbol, and abbreviate | omits description.

実施例4の制御装置1は、検出された通電量の大きさ(つまり、検出電流ベクトル(id、iq)の大きさ)に対して目標値を設定し、通電量の大きさが目標値よりも小さいときに、通電量の大きさが目標値に略一致するように、d軸電流の指令値id*を増加させる無効電流増加部34(無効電流増加手段)の機能を備える。   The control device 1 according to the fourth embodiment sets a target value for the magnitude of the detected energization amount (that is, the magnitude of the detected current vector (id, iq)), and the magnitude of the energization amount is greater than the target value. Is also provided with a function of a reactive current increasing unit 34 (reactive current increasing means) that increases the command value id * of the d-axis current so that the magnitude of the energization amount substantially matches the target value.

同期モータ2への通電量の大きさが、例えば、図5に示すIaのように小さい場合、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差(インダクタンス差)が小さいので、磁極位置の推定が困難になり誤差が大きくなる。そこで、誤差の許容範囲を考慮して、通電量に対して目標値Ibを設定する。そして、通電量の大きさが目標値Ibよりも小さいときには、通電量の大きさを目標値Ibまで増加させてインダクタンス差を大きくする。この際、d軸電流の指令値id*のみを増加させることで、出力トルクに影響を与えることなく、通電量の大きさを増加させることができる。   When the energization amount to the synchronous motor 2 is small, for example, Ia shown in FIG. 5, the difference (inductance difference) between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld is small. It becomes difficult and error increases. Therefore, the target value Ib is set for the energization amount in consideration of the allowable range of error. When the energization amount is smaller than the target value Ib, the energization amount is increased to the target value Ib to increase the inductance difference. At this time, by increasing only the command value id * of the d-axis current, the amount of energization can be increased without affecting the output torque.

制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である(実施例1)。1 is a configuration diagram illustrating a control block flow of a control device (Example 1). FIG. 制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である(実施例2)。(Example 2) which is a block diagram which shows the control block flow of a control apparatus. 制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である(実施例3)。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a control block flow of a control device (third embodiment). 制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である(実施例4)。(Example 4) which is a block diagram which shows the control block flow of a control apparatus. 通電量の大きさとdq軸インダクタンスとの相関図である(実施例4)。(Example 4) which is a correlation diagram of the magnitude | size of energization amount and dq axis | shaft inductance.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御装置
2 同期モータ
11 電圧制限部(電圧制限手段)
14 座標変換部(検出電流ベクトル算出手段)
15 座標変換部(検出電流ベクトル算出手段)
16 変調率監視部(電圧制限手段)
24 磁極位置推定部(磁極位置推定手段)
34 無効電流増加部(無効電流増加手段)
(iα、iβ) 検出電流ベクトル
(id、iq) 検出電流ベクトル
(vα*、vβ*) 駆動用電圧ベクトル
(vd*、vq*) 駆動用電圧ベクトル
iu 通電量の検出値
iv 通電量の検出値
(vhα*、vhβ*) 推定用電圧ベクトル
(vhd*、0) 推定用電圧ベクトル
(vα*+vhα*、vβ*+vhβ*) 指令電圧ベクトル
(vd*+vhd*、vq*) 指令電圧ベクトル
Vdc 電源電圧の検出値(電源電圧)
V×I 外積
Kp 比例ゲイン(パラメータ)
Ki 積分ゲイン(パラメータ)
θ 磁極位置の推定値
ω 磁極回転数の推定値
Ld d軸インダクタンス
Lq q軸インダクタンス
θvi 位相差
θv 電圧位相(印加電圧の位相)
i* 通電量の指令値
Ib 通電量の大きさの目標値
V・I 内積
(iα*+ihα*、iβ*+ihβ*) 指令電流ベクトル
(id*+ihd*、iq*+ihq*) 指令電流ベクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 2 Synchronous motor 11 Voltage limiting part (voltage limiting means)
14 Coordinate converter (detected current vector calculation means)
15 Coordinate converter (detected current vector calculation means)
16 Modulation rate monitoring unit (voltage limiting means)
24 Magnetic pole position estimation unit (magnetic pole position estimation means)
34 Reactive current increasing part (Reactive current increasing means)
(Iα, iβ) Detected current vector (id, iq) Detected current vector (vα *, vβ *) Drive voltage vector (vd *, vq *) Drive voltage vector iu Energization amount detection value iv Energization amount detection value (Vhα *, vhβ *) Estimation voltage vector (vhd *, 0) Estimation voltage vector (vα * + vhα *, vβ * + vhβ *) Command voltage vector (vd * + vhd *, vq *) Command voltage vector Vdc Power supply voltage Detection value (power supply voltage)
V x I outer product Kp proportional gain (parameter)
Ki integral gain (parameter)
θ Estimated value of magnetic pole position ω Estimated value of magnetic pole rotation speed Ld d-axis inductance Lq q-axis inductance θvi phase difference θv voltage phase (phase of applied voltage)
i * command value Ib energization amount target value V · I inner product (iα * + ihα *, iβ * + ihβ *) command current vector (id * + ihd *, iq * + ihq *) command current vector

Claims (12)

突極性を有する同期モータの制御装置であって、
前記同期モータの駆動用電圧ベクトルに、磁極位置を推定するための推定用電圧ベクトルを加算して指令電圧ベクトルとし、この指令電圧ベクトルに基づき前記同期モータへの印加電圧を制御する同期モータの制御装置において、
前記同期モータへの通電量の検出値に基づき、この検出値に相当する検出電流ベクトルを算出する検出電流ベクトル算出手段と、
前記検出電流ベクトルの内で、前記推定用電圧ベクトルの加算により生じる部分を推定用電流ベクトルとして算出する推定用電流ベクトル算出手段と、
前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積に基づき、前記磁極位置を推定する磁極位置推定手段とを備え
前記推定用電圧ベクトルは、推定された磁極位置と平行になるように、かつ、ベクトル方向が反転を繰り返すように算出され、
前記磁極位置推定手段は、前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように前記磁極位置を推定することを特徴とする同期モータの制御装置。
A control device for a synchronous motor having saliency,
Control of the synchronous motor that controls the voltage applied to the synchronous motor based on the command voltage vector by adding the voltage vector for estimation for estimating the magnetic pole position to the voltage vector for driving the synchronous motor. In the device
Detection current vector calculation means for calculating a detection current vector corresponding to the detection value based on the detection value of the energization amount to the synchronous motor;
An estimation current vector calculation means for calculating a portion generated by addition of the estimation voltage vector in the detection current vector as an estimation current vector;
Magnetic pole position estimating means for estimating the magnetic pole position based on the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector ;
The estimation voltage vector is calculated so that it is parallel to the estimated magnetic pole position and the vector direction repeats reversal,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the magnetic pole position estimation means estimates the magnetic pole position so that an outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector substantially matches zero .
突極性を有する同期モータの制御装置であって、
前記同期モータの駆動用電圧ベクトルに、磁極位置を推定するための推定用電圧ベクトルを加算して指令電圧ベクトルとし、この指令電圧ベクトルに基づき前記同期モータへの印加電圧を制御する同期モータの制御装置において、
前記同期モータへの通電量の検出値に基づき、この検出値に相当する検出電流ベクトルを算出する検出電流ベクトル算出手段と、
前記検出電流ベクトルの内で、前記推定用電圧ベクトルの加算により生じる部分を推定用電流ベクトルとして算出する推定用電流ベクトル算出手段と、
前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積に基づき、前記磁極位置を推定する磁極位置推定手段とを備え、
前記推定用電圧ベクトルは、推定された磁極位置と平行になるように、かつ、ベクトル方向が反転を繰り返すように算出され、
前記磁極位置推定手段は、前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積がゼロに略一致するように磁極回転数を推定し、この磁極回転数の推定値を用いて前記磁極位置を推定することを特徴とする同期モータの制御装置。
A control device for a synchronous motor having saliency,
Control of the synchronous motor that controls the voltage applied to the synchronous motor based on the command voltage vector by adding the voltage vector for estimation for estimating the magnetic pole position to the voltage vector for driving the synchronous motor. In the device
Detection current vector calculation means for calculating a detection current vector corresponding to the detection value based on the detection value of the energization amount to the synchronous motor;
An estimation current vector calculation means for calculating a portion generated by addition of the estimation voltage vector in the detection current vector as an estimation current vector;
Magnetic pole position estimating means for estimating the magnetic pole position based on the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector;
The estimation voltage vector is calculated so that it is parallel to the estimated magnetic pole position and the vector direction repeats reversal,
The magnetic pole position estimating means estimates the magnetic pole rotation speed so that the outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector substantially matches zero, and uses the estimated value of the magnetic pole rotation speed to determine the magnetic pole position. A control apparatus for a synchronous motor characterized by estimating .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積は、静止座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと静止座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出されることを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
Cross product between the estimated current vector and the estimated voltage vector, and characterized in that is calculated using the estimated current vector and the estimated voltage vector consisting of components of the stationary coordinate system consisting of components of the stationary coordinate system Control device for synchronous motor.
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記推定用電圧ベクトルと前記推定用電流ベクトルとの外積は、回転座標系の成分からなる推定用電圧ベクトルと回転座標系の成分からなる推定用電流ベクトルとを用いて算出されることを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
An outer product of the estimation voltage vector and the estimation current vector is calculated using an estimation voltage vector composed of components of a rotating coordinate system and an estimation current vector composed of components of a rotating coordinate system. Control device for synchronous motor.
請求項に記載の同期モータの制御装置において、
前記磁極位置推定手段は、前記磁極位置の推定値を用いて算出される磁極回転数の推定値に応じて、前記磁極位置を推定する際に用いるパラメータを可変することを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 ,
The magnetic pole position estimating means varies a parameter used when estimating the magnetic pole position in accordance with an estimated value of the magnetic pole rotation number calculated using the estimated value of the magnetic pole position . Control device.
請求項に記載の同期モータの制御装置において、
前記磁極位置推定手段は、前記磁極回転数の推定値に応じて、前記磁極回転数を推定する際に用いるパラメータを可変することを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 2 ,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the magnetic pole position estimating means varies a parameter used when estimating the magnetic pole rotation speed in accordance with an estimated value of the magnetic pole rotation speed .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記磁極位置推定手段は、前記通電量の指令値の正負と、磁極回転数の推定値の変化率の正負とが異なる場合に、前記磁極位置の推定値をπだけ変化させて修正することを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
The magnetic pole position estimating means corrects the estimated value of the magnetic pole position by changing by π when the positive / negative of the command value of the energization amount is different from the positive / negative of the rate of change of the estimated value of the magnetic pole rotation number. A control device for a synchronous motor.
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記印加電圧が、電源電圧以下になるように前記駆動用電圧ベクトルを補正する電圧制限手段を備えることを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
A control apparatus for a synchronous motor , comprising voltage limiting means for correcting the driving voltage vector so that the applied voltage is equal to or lower than a power supply voltage .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記磁極位置推定手段は、前記印加電圧の内で前記推定用電圧ベクトルに基づく部分の変動周期を、乱数に基づき決定することを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the magnetic pole position estimation means determines a fluctuation period of a portion based on the estimation voltage vector in the applied voltage based on a random number .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置を用いた制御方法において、
前記同期モータの起動後の所定時間で前記磁極位置を推定し、
推定された磁極位置の正方向および負方向の両方向で磁気飽和に達するように印加電圧を与え、
正方向で磁気飽和に達した時の通電量および負方向で磁気飽和に達した時の通電量に応じて磁極を判別することを特徴とする制御方法
In the control method using the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
Estimating the magnetic pole position at a predetermined time after activation of the synchronous motor,
Apply applied voltage to reach magnetic saturation in both positive and negative direction of the estimated magnetic pole position,
A control method characterized by discriminating a magnetic pole according to an energization amount when magnetic saturation is reached in the positive direction and an energization amount when magnetic saturation is reached in the negative direction .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記通電量の大きさに対して目標値を設定し、前記通電量の大きさが前記目標値よりも小さいときに、前記通電量の大きさが前記目標値に略一致するように、d軸電流の指令値を増加させる無効電流増加手段を備えることを特徴とする同期モータの制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2 ,
A target value is set for the magnitude of the energization amount, and when the magnitude of the energization amount is smaller than the target value, the d-axis is set so that the magnitude of the energization amount substantially matches the target value. A synchronous motor control device comprising reactive current increasing means for increasing a current command value .
請求項1または請求項2に記載の同期モータの制御装置において、
前記同期モータは車両に搭載される車両用モータであることを特徴とする同期モータの制御装置。
Oite the control equipment of a synchronous motor according to claim 1 or claim 2,
The synchronous motor control apparatus, wherein the synchronous motor is a vehicle motor mounted on a vehicle .
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