JP5648310B2 - Synchronous motor control device and synchronous motor control method - Google Patents

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Description

本発明は、同期モータの制御装置、及び同期モータの制御方法に関する。   The present invention relates to a synchronous motor control device and a synchronous motor control method.

ブラシレス同期モータを効率的に運転する駆動技術として、負荷や回転数に応じてモータ電圧とモータ電流との位相差を所定の角度に制御する技術がある。   As a driving technique for efficiently operating the brushless synchronous motor, there is a technique for controlling the phase difference between the motor voltage and the motor current to a predetermined angle in accordance with the load and the rotational speed.

特許文献1には、同期モータの制御装置において、同期モータに印加される電圧のベクトル位相と電流のベクトル位相とを求め、電圧のベクトル位相と電流のベクトル位相との位相差である力率をリアルタイムで演算することが記載されている。具体的には、制御装置は、3相信号源からR相、S相、T相の信号(3相信号)を受けて、R相、S相、T相の信号の大小関係から3相信号が区間「0」〜「5」のどの区間にあるかを判別する。そして、制御装置は、その判別結果から3相信号の換算位相値を算出し、この算出した換算位相値から電圧のベクトル位相と電流のベクトル位相とを求める。これにより、特許文献1によれば、簡易な構成で精度の高い同期モータの同期運転制御を実現することができるとされている。   In Patent Document 1, in a synchronous motor control device, a vector phase of a voltage and a vector phase of a current applied to the synchronous motor are obtained, and a power factor that is a phase difference between the voltage vector phase and the current vector phase is calculated. The calculation in real time is described. Specifically, the control device receives the R-phase, S-phase, and T-phase signals (three-phase signal) from the three-phase signal source, and determines the three-phase signal based on the magnitude relationship of the R-phase, S-phase, and T-phase signals. Is in the section “0” to “5”. Then, the control device calculates the converted phase value of the three-phase signal from the determination result, and obtains the vector phase of the voltage and the vector phase of the current from the calculated converted phase value. Thereby, according to patent document 1, it is supposed that the synchronous operation control of a synchronous motor with a simple structure and high precision can be implement | achieved.

特許文献2には、ブラシレスDCモータの駆動装置において、ブラシレスDCモータに印加される1相又は3相の電流を検出し、検出した電流の位相を演算し、その演算された位相と指令された電流位相との差(電流位相差)が0になるように制御することが記載されている。これにより、特許文献2によれば、電圧に対する電流の位相差を任意に制御することができるとされている。   In Patent Literature 2, in a brushless DC motor driving device, a one-phase or three-phase current applied to the brushless DC motor is detected, the phase of the detected current is calculated, and the calculated phase is commanded. It is described that control is performed such that the difference from the current phase (current phase difference) becomes zero. Thereby, according to patent document 2, it is supposed that the phase difference of the electric current with respect to a voltage can be controlled arbitrarily.

特開2008−199706号公報JP 2008-199706 A 特開平5−236789号公報JP-A-5-236789

特許文献1の制御装置では、同期モータに印加される電圧のベクトル位相と電流のベクトル位相との位相差の演算を3相(R相、S相、T相)の固定座標系上で行うので、位相差の演算処理が複雑になる。これにより、制御装置の構成も複雑になるので、制御装置の製造コストが高くなる。   In the control device of Patent Document 1, the calculation of the phase difference between the vector phase of the voltage applied to the synchronous motor and the vector phase of the current is performed on a three-phase (R phase, S phase, T phase) fixed coordinate system. The phase difference calculation process becomes complicated. This complicates the configuration of the control device, which increases the manufacturing cost of the control device.

特許文献2には、ブラシレスDCモータに印加される電流と電圧との位相差をどのようにして演算するのかについて記載がない。   Patent Document 2 does not describe how to calculate the phase difference between the current and voltage applied to the brushless DC motor.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を簡易な構成で求めて目標位相差に一致するように制御できる同期モータの制御装置、及び同期モータの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is a synchronous motor that can obtain a phase difference between a current vector and a voltage vector applied to the synchronous motor with a simple configuration and can control the phase difference to match a target phase difference. It is an object to provide a control device and a control method of a synchronous motor.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる同期モータの制御装置は、外部から指令回転速度を受けて、前記指令回転速度で動作するようにセンサレス同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、前記同期モータを駆動する駆動部と、前記駆動部により前記同期モータを駆動する際の固定座標系における電流ベクトルを回転座標系における電流ベクトルへ変換し、少なくとも前記変換された前記回転座標系における電流ベクトルを用いて、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を求める演算部と、前記演算部により求められた位相差が目標位相差に一致するように前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整するとともに、前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整した状態の前記固定座標系における電圧ベクトルの回転速度を推定する推定部と、前記固定座標系において前記推定部により推定された回転速度で電圧ベクトルを回転させたときに前記位相差と前記目標位相差とのずれが生じないように、前記回転座標系における電圧ベクトルの大きさを制御する制御部とを備え、前記駆動部は、前記制御部により制御された電圧ベクトルに対応した電圧で前記同期モータが動作するように、前記同期モータを駆動することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a synchronous motor control device according to the present invention receives a command rotational speed from the outside, and controls the sensorless synchronous motor to operate at the command rotational speed. A motor control device that converts a current vector in a fixed coordinate system to a current vector in a rotating coordinate system when driving the synchronous motor by the driving unit that drives the synchronous motor, and at least the conversion A phase difference between the current vector and the voltage vector applied to the synchronous motor using the current vector in the rotated coordinate system, and the phase difference obtained by the computation unit matches a target phase difference. Adjust the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system to adjust the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system. An estimation unit for estimating a rotation speed of the voltage vector in the fixed coordinate system in the state; and the phase difference and the target phase difference when the voltage vector is rotated at the rotation speed estimated by the estimation unit in the fixed coordinate system. A control unit that controls the magnitude of the voltage vector in the rotating coordinate system so that a deviation from the synchronous motor does not occur, and the driving unit is configured to use the synchronous motor with a voltage corresponding to the voltage vector controlled by the control unit. The synchronous motor is driven so as to operate.

また、本発明にかかる同期モータの制御装置は、上記の発明において、前記回転座標系は、互いに直交するδ軸とγ軸とからなり、前記演算部は、前記固定座標系における電流ベクトルを、前記制御部により制御された電圧ベクトルの方向が前記δ軸に一致するように定義された回転座標系における電流ベクトルへ変換することを特徴とする。   Further, in the synchronous motor control device according to the present invention, in the above invention, the rotational coordinate system includes a δ axis and a γ axis orthogonal to each other, and the calculation unit calculates a current vector in the fixed coordinate system, The voltage vector controlled by the control unit is converted into a current vector in a rotating coordinate system defined so as to coincide with the δ axis.

また、本発明にかかる同期モータの制御装置は、上記の発明において、前記演算部は、前記回転座標系における電流ベクトルの前記δ軸の成分をiδとし、前記γ軸の成分をiγとしたとき、tan(Δθ)=iγ/iδの式により、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差Δθを求めることを特徴とする。 Also, in the synchronous motor control device according to the present invention, in the above invention, the calculation unit sets the δ-axis component of the current vector in the rotating coordinate system to i δ and the γ-axis component to i γ . Then, the phase difference Δθ between the current vector and the voltage vector applied to the synchronous motor is obtained by the equation tan (Δθ) = i γ / i δ .

また、本発明にかかる同期モータの制御方法は、外部から指令回転速度を受けて、前記指令回転速度で動作するようにセンサレス同期モータを制御する同期モータの制御方法であって、前記駆動部により前記同期モータを駆動する際の固定座標系における電流ベクトルを回転座標系における電流ベクトルへ変換し、少なくとも前記回転座標系における前記変換された電流ベクトルを用いて、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を求め、前記求められた位相差が目標位相差に一致するように前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整するとともに、前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整した状態の前記固定座標系における電圧ベクトルの回転速度を推定し、前記固定座標系において前記推定された回転速度で電圧ベクトルを回転させたときに前記位相差と前記目標位相差とのずれが生じないように、前記回転座標系における電圧ベクトルの大きさを制御し、前記制御された電圧ベクトルに対応した電圧で前記同期モータが動作するように、前記同期モータを駆動することを特徴とする。   The synchronous motor control method according to the present invention is a synchronous motor control method for receiving a command rotational speed from the outside and controlling the sensorless synchronous motor so as to operate at the command rotational speed. Converting a current vector in a fixed coordinate system when driving the synchronous motor into a current vector in a rotating coordinate system, and using at least the converted current vector in the rotating coordinate system, a current vector applied to the synchronous motor And the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system so that the calculated phase difference matches the target phase difference, and the voltage vector on the rotating coordinate system is adjusted. The rotational speed of the voltage vector in the fixed coordinate system with the phase angle adjusted is estimated, and the estimated speed in the fixed coordinate system is estimated. The magnitude of the voltage vector in the rotating coordinate system is controlled so that a deviation between the phase difference and the target phase difference does not occur when the voltage vector is rotated at a different rotation speed. The synchronous motor is driven so that the synchronous motor operates at a corresponding voltage.

本発明にかかる同期モータの制御装置、及び同期モータの制御方法は、同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を簡易な構成で求めて目標位相差に一致するように制御できるという効果を奏する。   The synchronous motor control apparatus and synchronous motor control method according to the present invention can obtain a phase difference between a current vector and a voltage vector applied to the synchronous motor with a simple configuration and can control the phase difference to match a target phase difference. There is an effect.

図1は、実施の形態にかかる同期モータの制御装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a synchronous motor control device according to an embodiment. 図2は、γ−δ座標系における電圧ベクトルと電流ベクトルとを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a voltage vector and a current vector in the γ-δ coordinate system. 図3は、実施の形態における位相差検出器の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the phase difference detector in the embodiment. 図4は、γ−δ座標系とd−q座標系との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the γ-δ coordinate system and the dq coordinate system. 図5は、実施の形態における速度推定器の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the speed estimator in the embodiment. 図6は、実施の形態における電圧制御器の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the voltage controller in the embodiment. 図7は、実施の形態にかかる同期モータの制御方法を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating the synchronous motor control method according to the embodiment. 図8は、実施の形態の変形例にかかる同期モータの制御装置の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a synchronous motor control device according to a modification of the embodiment.

以下に、本発明にかかる同期モータの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a control apparatus for a synchronous motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

実施の形態にかかる同期モータの制御装置1について図1を用いて説明する。制御装置1は、外部から指令回転速度を受ける。制御装置1は、指令回転速度で動作するようにセンサレス同期モータ(以下、同期モータとする)Mを制御する。同期モータMは、例えば、ブラシレス永久磁石モータ及び負荷を含む。図1は、回転座標系において位相差を制御する制御装置1の構成を示すブロック図である。   A synchronous motor control device 1 according to an embodiment will be described with reference to FIG. The control device 1 receives a command rotational speed from the outside. The control device 1 controls a sensorless synchronous motor (hereinafter referred to as a synchronous motor) M so as to operate at a command rotational speed. The synchronous motor M includes, for example, a brushless permanent magnet motor and a load. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a control device 1 that controls a phase difference in a rotating coordinate system.

制御装置1は、駆動部10、検出部50、演算部20、推定部30、制御部40、及び積分器60を備える。   The control device 1 includes a drive unit 10, a detection unit 50, a calculation unit 20, an estimation unit 30, a control unit 40, and an integrator 60.

駆動部10は、3相の交流信号U、V、Wを同期モータMへ供給することにより、同期モータMを駆動する。駆動部10の内部構成は、後述する。   The drive unit 10 drives the synchronous motor M by supplying three-phase AC signals U, V, and W to the synchronous motor M. The internal configuration of the drive unit 10 will be described later.

検出部50は、少なくとも2相の電流の振幅を検出(ピックアップ)する。具体的には、検出部50は、電流センサ51、及び電流センサ52を含む。電流センサ51は、U相の電流iの振幅を検出し演算部20へ供給する。電流センサ52は、W相の電流iの振幅を検出し演算部20へ供給する。電流センサ51、及び電流センサ52は、それぞれ、電流値をAD変換してデジタルコンピュータで制御可能な信号として演算部20へ供給しても良い。 The detection unit 50 detects (picks up) the amplitude of at least two-phase currents. Specifically, the detection unit 50 includes a current sensor 51 and a current sensor 52. The current sensor 51 detects the amplitude of the U-phase current i U and supplies it to the computing unit 20. The current sensor 52 detects the amplitude of the W-phase current i W and supplies it to the computing unit 20. Each of the current sensor 51 and the current sensor 52 may AD-convert the current value and supply it to the arithmetic unit 20 as a signal that can be controlled by a digital computer.

演算部20は、駆動部10により同期モータMを駆動する際の固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。回転座標系(γ−δ座標系)は、互いに交差するδ軸とγ軸とを有する。そして、演算部20は、少なくとも変換された回転座標系における電流ベクトル(iγ,iδ)を用いて、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差を求める。 The arithmetic unit 20 converts the current vector (i U , i W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) when the driving unit 10 drives the synchronous motor M into the current vector (γ-δ coordinate system) in the rotational coordinate system (γ-δ coordinate system). i γ , i δ ). The rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) has a δ axis and a γ axis that intersect each other. Then, the calculation unit 20 obtains a phase difference between the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M by using at least the converted current vector (i γ , i δ ) in the rotating coordinate system.

具体的には、演算部20は、3相−2相変換器(UVW/γ−δ)21、及び位相差検出器22を含む。   Specifically, the calculation unit 20 includes a three-phase to two-phase converter (UVW / γ-δ) 21 and a phase difference detector 22.

3相−2相変換器21は、U相の電流iの振幅の検出値を電流センサ51から受け、W相の電流iの振幅の検出値を電流センサ52から受ける。また、3相−2相変換器21は、回転座標系の位相角θ(電圧ベクトルの位相角−π/2)を積分器60から受ける。3相−2相変換器21は、例えば、次の式(1)及び式(2)により、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。 The three-phase to two-phase converter 21 receives the detected value of the amplitude of the U-phase current i U from the current sensor 51 and receives the detected value of the amplitude of the W-phase current i W from the current sensor 52. Further, the three-phase to two-phase converter 21 receives the phase angle θ (voltage vector phase angle −π / 2) of the rotating coordinate system from the integrator 60. For example, the three-phase to two-phase converter 21 converts the current vector (i U , i W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) into the rotational coordinate system (γ− It is converted into a current vector (i γ , i δ ) in the δ coordinate system.

γ=(√2){i×cos(θ+30°)−i×sin(θ)}・・・(1)
δ=−(√2){i×sin(θ+30°)+i×cos(θ)}・・・(2)
3相−2相変換器21は、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i)を、制御部40により制御された電圧ベクトル(vγ,vδ)の方向がδ軸に一致する(すなわち、vγ=0となる)ように定義された回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトルへ変換してもよい。3相−2相変換器21は、変換した回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)を位相差検出器22へ出力する。
i γ = (√2) {i U × cos (θ + 30 °) −i W × sin (θ)} (1)
i δ = − (√2) {i U × sin (θ + 30 °) + i W × cos (θ)} (2)
The three-phase to two-phase converter 21 uses a current vector (i U , i W ) in a fixed coordinate system (UVW coordinate system) and a direction of a voltage vector (v γ , v δ ) controlled by the control unit 40 is δ. You may convert into the current vector in the rotation coordinate system (gamma-delta coordinate system) defined so that it might correspond to an axis | shaft (namely, it becomes v ( gamma ) = 0). The three-phase to two-phase converter 21 outputs the converted current vector (i γ , i δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) to the phase difference detector 22.

位相差検出器22は、回転座標系における電流ベクトル(iγ,iδ)を用いて、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθを求める。位相差検出器22は、例えば、3相−2相変換器21により固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i)がvγ=0となるように定義された回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換された場合、後述の式(11)により、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθを求める。位相差検出器22は、求めた位相差Δθを推定部30へ供給する。 The phase difference detector 22 obtains the phase difference Δθ between the current vector I applied to the synchronous motor M and the voltage vector V using the current vector (i γ , i δ ) in the rotating coordinate system. The phase difference detector 22 is, for example, a rotational coordinate defined by the three-phase to two-phase converter 21 so that the current vector (i U , i W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) becomes v γ = 0. When converted into a current vector (i γ , i δ ) in the system (γ-δ coordinate system), the phase difference between the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M is obtained by the following equation (11). Find Δθ. The phase difference detector 22 supplies the obtained phase difference Δθ to the estimation unit 30.

なお、検出部50は、3相(U相、V相、W相)の電流の振幅を検出(ピックアップ)して演算部20へ供給してもよい。この場合、検出部50は、V相の電流iの振幅を検出し演算部20へ供給する電流センサ(図示せず)をさらに含む。3相−2相変換器21は、例えば、式(1)及び(2)に電流iの振幅も考慮した因子をそれぞれ加えた式を用いて、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i,i)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。 Note that the detection unit 50 may detect (pick up) the amplitude of the current of three phases (U phase, V phase, W phase) and supply it to the calculation unit 20. In this case, the detection unit 50 detects the amplitude of the current i V of the V-phase further comprises a current sensor supplies (not shown) to the arithmetic unit 20. 3-phase to two-phase converter 21, for example, the current vector in the formula (1) and amplitude of the current i V in (2) be used by adding each considering factors wherein the fixed coordinate system (UVW coordinate system) (I U , i V , i W ) is converted into a current vector (i γ , i δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

推定部30は、演算部20により求められた位相差が目標位相差に一致するように回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整する。それとともに、推定部30は、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整した状態の固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度を推定する。 The estimation unit 30 adjusts the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) so that the phase difference obtained by the calculation unit 20 matches the target phase difference. . At the same time, the estimation unit 30 rotates the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) in a state where the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) is adjusted on the rotational coordinate system (γ-δ coordinate system). Estimate speed.

具体的には、推定部30は、目標位相差テーブル31、比較器32、及び速度推定器33を含む。   Specifically, the estimation unit 30 includes a target phase difference table 31, a comparator 32, and a speed estimator 33.

目標位相差テーブル31は、電流値(例えば、iまたはiγ,iδ)や回転速度(例えば、指令回転速度ω)を読み出し条件として、電圧と電流との目標位相差を提供するデータテーブルである。目標位相差は、同期モータMを適用する環境や動作特性、起動時など、製品や使用する同期モータMによって異なる。このため、目標位相差テーブル31には、予め最適値となる位相差を試験的に決定して記憶しておく。 The target phase difference table 31 is data that provides a target phase difference between voltage and current using a current value (for example, i U or i γ , i δ ) or a rotation speed (for example, a command rotation speed ω * ) as a read condition. It is a table. The target phase difference varies depending on the product and the synchronous motor M to be used, such as the environment in which the synchronous motor M is applied, operating characteristics, and startup. For this reason, the target phase difference table 31 preliminarily determines and stores a phase difference that is an optimum value.

比較器32は、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθを位相差検出器22から受ける。比較器32は、目標位相差テーブル31を参照して目標位相差Δθを取得する。比較器32は、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθと、目標位相差Δθとの比較した結果を、誤差Δθとする。比較器32は、例えば、後述の式(12)(又は式(13))により誤差Δθを求める。比較器32は、求めた誤差Δθを速度推定器33へ出力する。 The comparator 32 receives the phase difference Δθ between the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M from the phase difference detector 22. The comparator 32 refers to the target phase difference table 31 and acquires the target phase difference Δθ * . The comparator 32 sets an error Δθ d as a result of comparison between the phase difference Δθ between the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M and the target phase difference Δθ * . The comparator 32 obtains the error Δθ d by, for example, the following formula (12) (or formula (13)). The comparator 32 outputs the obtained error Δθ d to the speed estimator 33.

速度推定器33は、誤差Δθを比較器32から受ける。速度推定器33は、誤差Δθが0になるように、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整する。それとともに、速度推定器33は、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整したときの固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを瞬時的な値として推定する。速度推定器33は、推定した回転速度ωeを制御部40及び積分器60へそれぞれ出力する。 Speed estimator 33 receives error Δθ d from comparator 32. The speed estimator 33 adjusts the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) so that the error Δθ d becomes zero. At the same time, the speed estimator 33 calculates the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) when the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) is adjusted on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). The rotational speed ωe is estimated as an instantaneous value. The speed estimator 33 outputs the estimated rotational speed ωe to the control unit 40 and the integrator 60, respectively.

制御部40は、固定座標系(UVW座標系)において推定部30により推定された回転速度ωeで電圧ベクトルを回転させたときに位相差Δθと目標位相差Δθとのずれが生じないように、回転座標系(γ−δ座標系)における電圧ベクトル(vγ,vδ)の大きさを制御する。 The control unit 40 prevents the phase difference Δθ and the target phase difference Δθ * from shifting when the voltage vector is rotated at the rotation speed ωe estimated by the estimation unit 30 in the fixed coordinate system (UVW coordinate system). The magnitude of the voltage vector (v γ , v δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) is controlled.

具体的には、制御部40は、変換器41、指令入力部42、比較器43、及び電圧制御器44を含む。   Specifically, the control unit 40 includes a converter 41, a command input unit 42, a comparator 43, and a voltage controller 44.

変換器41は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを速度推定器33から受ける。変換器41は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを同期モータMにおけるロータの機械的な回転速度ωに変換する。すなわち、変換器41は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを極対数P/2(Pをモータの磁極数とする)で割る(極対数の逆数2/Pをかける)ことにより、同期モータMにおけるロータの機械的な回転速度ωを求める。変換器41は、求めた機械的な回転速度ωを比較器43へ出力する。 The converter 41 receives the rotation speed ωe of the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) from the speed estimator 33. Converter 41 converts the rotational speed ωe of the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) to the mechanical rotation speed omega m of the rotor in a synchronous motor M. That is, the converter 41 divides the rotational speed ωe of the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) by the pole pair number P / 2 (P is the number of magnetic poles of the motor) (multiply the reciprocal number 2 / P of the pole pair number). Thus, the mechanical rotational speed ω m of the rotor in the synchronous motor M is obtained. The converter 41 outputs the obtained mechanical rotation speed ω m to the comparator 43.

指令入力部42には、外部(例えば、ホスト装置)から指令回転速度ωが入力される。指令回転速度ωは、同期モータMの同期回転速度を指定するための値である。指令入力部42は、入力された指令回転速度ωを比較器43へ出力する。 Command rotation speed ω * is input to command input unit 42 from the outside (for example, a host device). The command rotational speed ω * is a value for designating the synchronous rotational speed of the synchronous motor M. The command input unit 42 outputs the input command rotational speed ω * to the comparator 43.

比較器43は、速度推定器33により推定された回転速度ωeに対応した機械的な回転速度ωを変換器41から受け、また、指令回転速度ωを指令入力部42から受ける。比較器43は、推定された回転速度ωeに対応した機械的な回転速度ωと、指令回転速度ωとを比較した結果を、速度差分Δωとする。 The comparator 43 receives a mechanical rotational speed ω m corresponding to the rotational speed ωe estimated by the speed estimator 33 from the converter 41 and receives a command rotational speed ω * from the command input unit 42. The comparator 43 compares the mechanical rotational speed ω m corresponding to the estimated rotational speed ωe with the command rotational speed ω * as a speed difference Δω.

電圧制御器44は、速度差分Δωを比較器43から受ける。電圧制御器44は、速度差分Δωが0になるように、回転座標系(γ−δ座標系)における電圧ベクトル(vγ,vδ)の大きさを制御する。電圧制御器44は、(電圧ベクトル(vγ,vδ)の方向がδ軸に一致するように回転座標系を再定義するために)vγを0にするとともに、速度差分Δωに応じて同期モータM内で発生するリラクタンストルクの余剰分を打ち消すようにvδの値を調整する。これにより、電圧制御器44は、電圧ベクトル(vγ,vδ)を生成して駆動部10へ供給する。 The voltage controller 44 receives the speed difference Δω from the comparator 43. The voltage controller 44 controls the magnitude of the voltage vector (v γ , v δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) so that the speed difference Δω becomes zero. The voltage controller 44 sets v γ to 0 (to redefine the rotating coordinate system so that the direction of the voltage vector (v γ , v δ ) coincides with the δ axis) and responds to the speed difference Δω. The value of v δ is adjusted so as to cancel the surplus reluctance torque generated in the synchronous motor M. Accordingly, the voltage controller 44 generates a voltage vector (v γ , v δ ) and supplies it to the drive unit 10.

積分器60は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを速度推定器33から受ける。積分器60は、電圧ベクトルの回転速度ωeを積分することにより、電圧ベクトルと共に回転する回転座標系の位相角θ(電圧ベクトルの位相角−π/2)を算出する。積分器60は、算出した位相角θを駆動部10及び演算部20へそれぞれ出力する。   The integrator 60 receives the rotation speed ωe of the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) from the speed estimator 33. The integrator 60 integrates the rotational speed ωe of the voltage vector, thereby calculating the phase angle θ (the phase angle of the voltage vector −π / 2) of the rotating coordinate system that rotates with the voltage vector. The integrator 60 outputs the calculated phase angle θ to the drive unit 10 and the calculation unit 20, respectively.

駆動部10は、制御部40により制御された電圧ベクトル(vγ,vδ)に対応した電圧で同期モータMが動作するように、同期モータMを駆動する。具体的には、駆動部10は、2相−3相変換器(γ−δ/UVW)11及びドライバ12を含む。 The drive unit 10 drives the synchronous motor M so that the synchronous motor M operates at a voltage corresponding to the voltage vector (v γ , v δ ) controlled by the control unit 40. Specifically, the drive unit 10 includes a two-phase to three-phase converter (γ-δ / UVW) 11 and a driver 12.

2相−3相変換器11は、回転座標系(γ−δ座標系)における電圧ベクトル(vγ,vδ)を電圧制御器44から受ける。2相−3相変換器11は、位相角θを積分器60から受ける。2相−3相変換器11は、例えば、次の式(3)〜式(5)により、回転座標系(γ−δ座標系)における電圧ベクトル(vγ,vδ)を固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(v,v,v)へ変換する。 The two-phase to three-phase converter 11 receives a voltage vector (v γ , v δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) from the voltage controller 44. The two-phase to three-phase converter 11 receives the phase angle θ from the integrator 60. For example, the two-phase to three-phase converter 11 converts the voltage vector (v γ , v δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) into a fixed coordinate system (equation (3) to equation (5)). Conversion into voltage vectors (v U , v v , v W ) in the UVW coordinate system.

=(√(2/3)){vγ×cos(θ)−vδ×sin(θ)}・・・(3)
=(√(1/2)×vγ+√(1/6)×vδ)×sin(θ)+(√(1/2)×vδ−√(1/6)×vγ)×cos(θ)・・・(4)
=(√(1/6)×vδ−√(1/2)×vγ)×sin(θ)−(√(1/6)×vγ+√(1/2)×vδ)×cos(θ)・・・(5)
2相−3相変換器11は、変換した回転座標系(γ−δ座標系)における固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(v,v,v)をドライバ12へ出力する。なお、上式(3)〜(5)は、3相復調の式であるが、2相−3相変換器11は、2相変調を行って、電圧利用率を上げても良い。
v U = (√ (2/3) ) {v γ × cos (θ) -v δ × sin (θ)} ··· (3)
v v = (√ (1/2) × v γ + √ (1/6) × v δ ) × sin (θ) + (√ (1/2) × v δ− √ (1/6) × v γ ) × cos (θ) (4)
v W = (√ (1/6) × v δ -√ (1/2) × v γ) × sin (θ) - (√ (1/6) × v γ + √ (1/2) × v δ ) × cos (θ) (5)
The two-phase to three-phase converter 11 outputs the voltage vector (v U , v v , v W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) in the converted rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) to the driver 12. . Although the above equations (3) to (5) are equations for three-phase demodulation, the two-phase to three-phase converter 11 may perform two-phase modulation to increase the voltage utilization rate.

ドライバ12は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(v,v,v)を2相−3相変換器11から受ける。ドライバ12は、UVW電圧信号である電圧ベクトル(v,v,v)をPWM(Pulse Width Modulation)変調してパルス列(U、V、W)を生成するなどの電力変換操作を行う。すなわち、ドライバ12は、生成した3相の交流信号U、V、Wを同期モータMへ供給することにより、同期モータMを駆動する。 The driver 12 receives a voltage vector (v U , v v , v W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) from the two-phase / three-phase converter 11. The driver 12 performs a power conversion operation such as generating a pulse train (U, V, W) by modulating a voltage vector (v U , v v , v W ) that is a UVW voltage signal by PWM (Pulse Width Modulation). That is, the driver 12 drives the synchronous motor M by supplying the generated three-phase AC signals U, V, and W to the synchronous motor M.

なお、誤差Δθが0になるように電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整するための速度推定器33における係数と、速度差分Δωが0になるように電圧ベクトル(vγ,vδ)の大きさを制御するための電圧制御器44における係数とは、互いに適切な値となるように予め決定されているものとする。すなわち、速度推定器33における係数と電圧制御器44における係数とは、速度推定器33による位相角の調整と電圧制御器44による電圧ベクトルの大きさの制御とがそれぞれ互いとの関係で収束するように、予め決定されているものとする。 The voltage vector so that the error [Delta] [theta] d becomes 0 (v γ, v δ) and the coefficient in the velocity estimator 33 for adjusting the phase angle of the voltage vector so that the speed difference Δω becomes 0 (v gamma , V δ ), the coefficient in the voltage controller 44 for controlling the magnitude is determined in advance so as to have mutually appropriate values. That is, the coefficient in the speed estimator 33 and the coefficient in the voltage controller 44 indicate that the adjustment of the phase angle by the speed estimator 33 and the control of the magnitude of the voltage vector by the voltage controller 44 converge in relation to each other. As described above, it is assumed that it is determined in advance.

次に、位相差検出器22における処理を、図2を用いて詳細に説明する。   Next, processing in the phase difference detector 22 will be described in detail with reference to FIG.

図2は、回転座標系(γ−δ座標系)上の電圧ベクトルV=(vγ,vδ)と電流ベクトルI=(iγ,iδ)とを示す。図2では、電圧ベクトルVの各成分を、ドライバ12による損失を無視して、電圧制御器44が出力している電圧vγ,vδで代用可とする。電流ベクトルIの各成分は、3相−2相変換器21から出力されるiγ,iδである。 FIG. 2 shows a voltage vector V = (v γ , v δ ) and a current vector I = (i γ , i δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). In FIG. 2, each component of the voltage vector V can be substituted with the voltages v γ and v δ output from the voltage controller 44 ignoring the loss caused by the driver 12. Each component of the current vector I is i γ and i δ output from the three-phase to two-phase converter 21.

電圧ベクトルVが回転座標系のδ軸と成す角をθ、電流ベクトルIが回転座標系のδ軸と成す角をθとすると、位相差検出器22により求められる、電圧ベクトルVと電流ベクトルIとの位相差Δθは、
Δθ=θ−θ・・・(6)
と表される。
If the angle formed by the voltage vector V with the δ axis of the rotating coordinate system is θ v , and the angle formed by the current vector I with the δ axis of the rotating coordinate system is θ i , the voltage vector V and current obtained by the phase difference detector 22 are obtained. The phase difference Δθ with the vector I is
Δθ = θ i −θ v (6)
It is expressed.

このとき、θ、θのtan値を、vγ、vδ、iγ、iδを用いてそれぞれ表すと
tan(θ)=vγ/vδ・・・(7)
tan(θ)=iγ/iδ・・・(8)
となる。
At this time, if the tan values of θ v and θ i are expressed using v γ , v δ , i γ and i δ , respectively, tan (θ v ) = v γ / v δ (7)
tan (θ i ) = i γ / i δ (8)
It becomes.

また、sin(Δθ)とcos(Δθ)とは、式(6)を代入して展開すると、
sin(Δθ)=sin(θ−θ)=sin(θ)×cos(θ)−cos(θ)sin(θ
cos(Δθ)=cos(θ−θ)=cos(θ)×cos(θ)+sin(θ)sin(θ
である。
Further, sin (Δθ) and cos (Δθ) are expanded by substituting Equation (6).
sin (Δθ) = sin (θ i −θ v ) = sin (θ i ) × cos (θ v ) −cos (θ i ) sin (θ v )
cos (Δθ) = cos (θ i −θ v ) = cos (θ i ) × cos (θ v ) + sin (θ i ) sin (θ v )
It is.

この2式の比をとってtan(Δθ)として整理すると、次の式(9)を得る。
sin(Δθ)/cos(Δθ)=tan(Δθ)={tan(θ)−tan(θ)}/{1+tan(θ)×tan(θ)}・・・(9)
When the ratio of these two formulas is taken and arranged as tan (Δθ), the following formula (9) is obtained.
sin (Δθ) / cos (Δθ) = tan (Δθ) = {tan (θ i ) −tan (θ v )} / {1 + tan (θ i ) × tan (θ v )} (9)

式(7)及び式(8)を式(9)に代入すると、
tan(Δθ)=(vδ×iγ−vγ×iδ)/(vδ×iδ+vγ×iγ)・・・(10)
となる。
Substituting Equation (7) and Equation (8) into Equation (9),
tan (Δθ) = (v δ × i γ −v γ × i δ ) / (v δ × i δ + v γ × i γ ) (10)
It becomes.

ここで、電圧ベクトル(vγ,vδ)の方向がδ軸に一致した回転座標系を再定義するために、電圧制御器44によりvγ=0とされているので、式(10)は
tan(Δθ)=iγ/iδ・・・(11)
に簡略化される。
Here, since the voltage controller 44 sets v γ = 0 in order to redefine the rotating coordinate system in which the direction of the voltage vector (v γ , v δ ) coincides with the δ axis, the equation (10) is tan (Δθ) = i γ / i δ (11)
To be simplified.

結局、位相差検出器22は、式(11)で求めた値のarctanを計算することにより、位相差Δθを求めて出力する。このとき、Δθが±π/2近傍ではtan(Δθ)の値が±∞に近づいて発散傾向となるので、式(11)の計算結果にリミッタを設けて発散を防止する。   Eventually, the phase difference detector 22 calculates and outputs the phase difference Δθ by calculating arctan of the value obtained by the equation (11). At this time, when Δθ is in the vicinity of ± π / 2, the value of tan (Δθ) approaches ± ∞ and tends to diverge. Therefore, a limiter is provided in the calculation result of Equation (11) to prevent divergence.

すなわち、図3に示すように、位相差検出器22は、位相差演算部22a及びリミッタ部22bを含む。位相差演算部22aは、回転座標系における電流ベクトル(iγ,iδ)を3相−2相変換器21から受ける。位相差演算部22aは、式(11)により、すなわち回転座標系における電流ベクトルの2成分の比(iγ/iδ)を取ることにより、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθを求めてリミッタ部22bへ供給する。リミッタ部22bは、供給された値が所定の範囲に収まっていれば、そのまま位相差Δθを出力する。これにより、比較器32は、次の式(12)を用いて、誤差Δθを求める。
Δθ=Δθ−Δθ・・・(12)
That is, as shown in FIG. 3, the phase difference detector 22 includes a phase difference calculation unit 22a and a limiter unit 22b. The phase difference calculation unit 22 a receives the current vector (i γ , i δ ) in the rotating coordinate system from the three-phase to two-phase converter 21. The phase difference calculation unit 22a obtains the current vector I and the voltage vector applied to the synchronous motor M by the equation (11), that is, by taking the ratio (i γ / i δ ) of the two components of the current vector in the rotating coordinate system. A phase difference Δθ with respect to V is obtained and supplied to the limiter unit 22b. If the supplied value is within a predetermined range, the limiter unit 22b outputs the phase difference Δθ as it is. Thereby, the comparator 32 calculates | requires error (DELTA) (theta) d using following Formula (12).
Δθ d = Δθ * −Δθ (12)

なお、次段の速度推定器33により位相差Δθと目標位相差Δθ*との誤差Δθが0になるように演算すればよいことを考慮して、位相差検出器22は、式(11)で求めたtan(Δθ)の値をそのまま出力してもよい。この場合、目標位相差テーブルに記憶された値もtan(Δθ*)として記憶させておけば良い。これにより、比較器32は、次の式(13)を用いて、誤差Δθを求める。
Δθ≡tan(Δθ)−tan(Δθ)・・・(13)
In consideration of the fact that the speed estimator 33 at the next stage may be calculated so that the error Δθ d between the phase difference Δθ and the target phase difference Δθ * is zero, the phase difference detector 22 is expressed by the equation (11). The value of tan (Δθ) obtained in step) may be output as it is. In this case, the value stored in the target phase difference table may be stored as tan (Δθ *). Thereby, the comparator 32 calculates | requires error (DELTA) (theta) d using following Formula (13).
Δθ d ≡tan (Δθ * ) − tan (Δθ) (13)

次に、速度推定器33による位相角の調整と電圧制御器44による電圧ベクトルの大きさの制御とについて、詳細に説明する。   Next, the adjustment of the phase angle by the speed estimator 33 and the control of the magnitude of the voltage vector by the voltage controller 44 will be described in detail.

同期モータMは、例えば、IPM(Interior Permanent Mgnet)モータである。この場合、同期モータMでは、磁石トルクとリラクタンストルクとを合成した総合トルク(力率)を最大とするように、印加される電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差Δθが目標位相差Δθに一致するように(すなわち誤差Δθが0になるように)制御する必要がある。この位相差の制御を行うには、同期モータMに印加される電圧ベクトルの位相角の調節に加えて、同期モータMに印加される電圧ベクトルの大きさの制御を行う必要がある。 The synchronous motor M is, for example, an IPM (Interior Permanent Mgnet) motor. In this case, in the synchronous motor M, the phase difference Δθ between the applied voltage vector and the current vector becomes the target phase difference Δθ * so as to maximize the total torque (power factor) obtained by combining the magnet torque and the reluctance torque. It is necessary to control so that they match (that is, the error Δθ d becomes zero). In order to control the phase difference, in addition to adjusting the phase angle of the voltage vector applied to the synchronous motor M, it is necessary to control the magnitude of the voltage vector applied to the synchronous motor M.

もし、誤差Δθがプラスであれば、電圧ベクトル(δ軸)が遅れているので回転速度を上げてやれば良く、誤差Δθがマイナスであれば、電圧ベクトル(δ軸)が進んでいるので回転速度を下げてやれば良い。Δθが0であれば、電圧ベクトル(δ軸)は指示通りの位相角をもって、同期速度で回転しているはずである。 If the error Δθ d is positive, the voltage vector (δ axis) is delayed, so it is sufficient to increase the rotation speed. If the error Δθ d is negative, the voltage vector (δ axis) is advanced. So you can reduce the rotation speed. If Δθ d is 0, the voltage vector (δ axis) should rotate at the synchronous speed with the phase angle as indicated.

しかし、電圧ベクトルの進角、遅角だけを補正しても、同期モータMに印加される電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差Δθを目標位相差Δθに一致するように維持することはできない。同時に電圧ベクトルの大きさも制御する必要がある。このことについて、図4を用いて詳細に説明する。 However, even if only the advance angle and delay angle of the voltage vector are corrected, the phase difference Δθ between the voltage vector applied to the synchronous motor M and the current vector cannot be maintained so as to match the target phase difference Δθ *. . At the same time, it is necessary to control the magnitude of the voltage vector. This will be described in detail with reference to FIG.

図4に示すように、例えばd−q回転座標系の軸とγ−δ回転座標系の軸とがずれた関係にある場合を考える。d−q回転座標系において、d軸は、同期モータM内のロータの主磁束方向を示し、q軸は、d軸に直交する軸を示している。   As shown in FIG. 4, for example, consider a case where the axes of the dq rotation coordinate system and the axes of the γ-δ rotation coordinate system are shifted. In the dq rotation coordinate system, the d-axis indicates the main magnetic flux direction of the rotor in the synchronous motor M, and the q-axis indicates an axis orthogonal to the d-axis.

γ−δ回転座標系上で電圧ベクトルVと電流ベクトルIとがΔθの位相差をもって回転していることが位相差検出器22により検出され、その位相差Δθが目標位相差Δθよりも小さいことが比較器32により分かった場合、速度推定器33は、誤差Δθが0になるように、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を進角する。これにより、電圧ベクトルの回転速度が上がり、次の通電で、電圧ベクトルがδ軸に対して進角する。ここで、新たな座標系としてγ’−δ’回転座標系を導入する。この回転座標系のδ’軸は電圧ベクトルの方向と一致するものとする。このように定義されたγ’−δ’回転座標系における電圧ベクトルが電圧制御器44から出力される。 The phase difference detector 22 detects that the voltage vector V and the current vector I are rotating with a phase difference of Δθ on the γ-δ rotating coordinate system, and the phase difference Δθ is smaller than the target phase difference Δθ *. If the comparator 32 finds out, the speed estimator 33 causes the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) so that the error Δθ d becomes zero. Advance. As a result, the rotation speed of the voltage vector is increased, and the voltage vector is advanced with respect to the δ axis by the next energization. Here, a γ′−δ ′ rotating coordinate system is introduced as a new coordinate system. It is assumed that the δ ′ axis of this rotating coordinate system coincides with the direction of the voltage vector. A voltage vector in the γ′-δ ′ rotating coordinate system defined in this way is output from the voltage controller 44.

このとき、q軸方向に発生している同期モータM内のロータの誘起電圧ベクトルEcは、δ軸、δ’軸の成分が、それぞれ、eδ、eδ’(eδ>eδ’)になる。電圧ベクトルが進角される前(δ軸)において、同期モータM内では、
δ−eδ
のトルクでロータが回転されている。
At this time, the induced voltage vector Ec of the rotor in the synchronous motor M generated in the q-axis direction has components of δ-axis and δ′-axis, e δ and e δ ′ (e δ > e δ ′), respectively. become. Before the voltage vector is advanced (δ axis), in the synchronous motor M,
v δ -e δ
The rotor is rotated with a torque of.

一方、電圧ベクトルが進角された状態(δ’軸)において、同期モータM内では、
δ−eδ’(>vδ−eδ
の増加したトルクでロータが回転されることになる。
On the other hand, in the state where the voltage vector is advanced (δ ′ axis), in the synchronous motor M,
v δ −e δ ′ (> v δ −e δ )
The rotor is rotated with the increased torque.

今は定常状態を考えているので負荷トルクは一定とすると、進角によるトルクの増加はロータを加速してしまう。ロータが加速されるということは、q軸が加速されて進角したδ’軸に追いつくように進角することを意味する。すなわち、q軸が加速され進角すると電流ベクトルも加速され進角してしまうので、このままでは、多くした位相差Δθがもとの位相差Δθに戻ってしまう。したがって、トルクを小さくする(トルクの余剰分を打ち消す)ために、適当な方法で電圧ベクトルの大きさ(vδ)を減少させる必要がある。 Since the steady state is considered now, assuming that the load torque is constant, the increase of the torque due to the advance angle accelerates the rotor. The acceleration of the rotor means that the q-axis is advanced so as to catch up with the δ′-axis that has been accelerated and advanced. That is, if the q axis is accelerated and advanced, the current vector is also accelerated and advanced, so that the increased phase difference Δθ * returns to the original phase difference Δθ. Therefore, in order to reduce the torque (cancel the surplus torque), it is necessary to reduce the voltage vector magnitude (v δ ) by an appropriate method.

一方、負荷トルクは一定の状態で、電圧ベクトルを遅角させる場合は、上記の逆になる。すなわち、遅角によるトルクの減少はロータを減速させてしまう。ロータが減速されるということは、q軸が減速されて(電圧ベクトルの方向と一致するように)遅角したδ’軸に追いつくように遅角することを意味する。すなわち、q軸が減速され遅角すると電流ベクトルも減速され遅角してしまうので、このままでは、少なくした位相差Δθがもとの位相差Δθに戻ってしまう。したがって、トルクを大きくする(トルクの不足分を補う)ために、適当な方法で電圧ベクトルの大きさを増加させる必要がある。 On the other hand, when the voltage vector is retarded while the load torque is constant, the above is reversed. That is, the torque reduction due to the retard angle decelerates the rotor. The fact that the rotor is decelerated means that the q-axis is decelerated so as to catch up with the delayed δ′-axis (to coincide with the direction of the voltage vector). That is, when the q axis is decelerated and retarded, the current vector is also decelerated and retarded, so that the reduced phase difference Δθ * returns to the original phase difference Δθ. Therefore, in order to increase the torque (make up for the shortage of torque), it is necessary to increase the magnitude of the voltage vector by an appropriate method.

また、負荷が増加した場合は、d−q回転座標系の軸とγ−δ回転座標系の軸とのずれが広がる方向なので、制御としては、電圧ベクトルVと電流ベクトルIとの位相差Δθを維持するため、電圧ベクトル(δ軸)を遅角させる方向に働く。電圧ベクトルの大きさは増加させる。逆に、負荷が減少した場合は、電圧ベクトルを進角して電圧ベクトルの大きさを減少させる。   Further, when the load increases, the direction of the difference between the axis of the dq rotation coordinate system and the axis of the γ-δ rotation coordinate system widens, so the phase difference Δθ between the voltage vector V and the current vector I is controlled. Therefore, the voltage vector (δ axis) is retarded. The magnitude of the voltage vector is increased. Conversely, when the load decreases, the voltage vector is advanced to reduce the magnitude of the voltage vector.

電圧ベクトルの進角または遅角させる調節は、速度推定器33(図1参照)により行われる。速度推定器33は、図5(a)に示すように、PI制御器33aを含む。PI制御器33aは、誤差Δθが0になるように、P制御及びI制御を行うことにより、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整する。 Adjustment to advance or retard the voltage vector is performed by a speed estimator 33 (see FIG. 1). The speed estimator 33 includes a PI controller 33a as shown in FIG. The PI controller 33a performs the P control and the I control so that the error Δθ d becomes zero, so that the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). Adjust.

また、PI制御器33aは、例えば、比較器32から受けた誤差Δθを用いて、
ωe=K×Δθ+K∫Δθdt・・・(14)
の式により、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを瞬時的な回転速度として推定することができる。式(14)において、K、Kは、それぞれ、制御装置1の動作が安定するように予め決められた係数である。
Also, the PI controller 33a uses, for example, the error Δθ d received from the comparator 32,
ωe = K p × Δθ d + K I ∫Δθ d dt (14)
From this equation, the rotational speed ωe of the voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) can be estimated as an instantaneous rotational speed. In Expression (14), K p and K I are coefficients that are determined in advance so that the operation of the control device 1 is stabilized.

なぜなら、図5(b)に示すように、PI制御器33aの出力を積分器60で積分すると回転座標系への変換角θとなり、それが3相−2相変換器21、位相差検出器22、及び比較器32を経由して誤差ΔθとしてPI制御器33aに帰還され逐次制御される。これにより、誤差Δθが0に収束すれば、検出された位相差Δθが目標位相差Δθに一致した状態における回転速度ωeが得られることになるからである。 This is because, as shown in FIG. 5 (b), when the output of the PI controller 33a is integrated by the integrator 60, a conversion angle θ to the rotating coordinate system is obtained, which is a three-phase to two-phase converter 21, a phase difference detector. 22, and comparator 32 is fed back to the PI controller 33a as an error [Delta] [theta] d via is sequentially controlled. Thereby, when the error Δθ d converges to 0, the rotational speed ωe in a state where the detected phase difference Δθ matches the target phase difference Δθ * can be obtained.

PI制御器33aにより推定された回転速度ωeを、積分器60は、次の式(15)で示すように時間積分する。
θ=∫ωedt・・・(15)
すなわち、積分器60により、回転座標系への変換角θを求めることができる。積分器60の出力が、次に出力する電圧ベクトルの推定位相角となる。
The integrator 60 time-integrates the rotational speed ωe estimated by the PI controller 33a as shown by the following equation (15).
θ = ∫ωedt (15)
That is, the integrator 60 can determine the conversion angle θ to the rotating coordinate system. The output of the integrator 60 becomes the estimated phase angle of the voltage vector to be output next.

一方、電圧ベクトルの大きさを減少または増加させる制御は、電圧制御器44(図1参照)により行われる。具体的には、速度推定器(104)により推定された回転速度ωeが変換器41により機械的な回転速度ωに変換されて比較器43へ出力され、比較器43は、機械的な回転速度ωと指令回転数ωと比較し、
Δω=ω−ω・・・(16)
による速度差分Δωを求めて電圧制御器44へ出力する。電圧制御器44は、出力された速度差分Δωに応じて、電圧ベクトルの大きさを制御する。
On the other hand, control for decreasing or increasing the magnitude of the voltage vector is performed by the voltage controller 44 (see FIG. 1). Specifically, the output speed estimator (104) rotational speed ωe estimated is converted by the transducer 41 to the mechanical rotation speed omega m by the comparator 43, comparator 43, mechanical rotary Compare the speed ω m with the command speed ω *
Δω = ω * −ω m (16)
Is obtained and output to the voltage controller 44. The voltage controller 44 controls the magnitude of the voltage vector according to the output speed difference Δω.

例えば、電圧制御器44は、速度差分Δωがプラスであれば、電圧ベクトル(δ軸)が進んでトルクの余剰分が生じているので、電圧ベクトルの大きさ(vδ)を減少させる。電圧制御器44は、速度差分Δωがマイナスであれば、電圧ベクトル(δ軸)が遅れてトルクの不足分が生じているので、電圧ベクトルの大きさ(vδ)を増加させる。すなわち、電圧制御器44は、速度差分Δωが進角に対するトルクの余剰分に比例すると考えて、速度差分Δωが0になる様に電圧ベクトルの大きさを制御する。言い換えると、電圧制御器44は、目標位相差に合った電圧ベクトルを生成するために、指令回転数を目標に、トルクを収束させる様に電圧ベクトルの大きさを制御する。 For example, if the speed difference Δω is positive, the voltage controller 44 advances the voltage vector (δ axis) to generate a surplus torque, and thus reduces the magnitude (v δ ) of the voltage vector. If the speed difference Δω is negative, the voltage controller 44 increases the voltage vector magnitude (v δ ) because the voltage vector (δ axis) is delayed and a torque shortage occurs. That is, the voltage controller 44 controls the magnitude of the voltage vector so that the speed difference Δω becomes 0, assuming that the speed difference Δω is proportional to the surplus torque with respect to the advance angle. In other words, in order to generate a voltage vector that matches the target phase difference, the voltage controller 44 controls the magnitude of the voltage vector so that the torque is converged with the command rotational speed as a target.

電圧制御器44は、図6に示すように、生成部44a及びPI制御器44bを含む。生成部44aは、電圧ベクトル(vγ,vδ)の方向がδ軸に一致した回転座標系を再定義するために、vγ=0を出力する。PI制御器44bは、速度差分Δωが0になるように、P制御及びI制御を行うことにより、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の大きさすなわちvδを決定して出力する。 As shown in FIG. 6, the voltage controller 44 includes a generation unit 44a and a PI controller 44b. The generation unit 44a outputs v γ = 0 in order to redefine the rotating coordinate system in which the direction of the voltage vector (v γ , v δ ) coincides with the δ axis. The PI controller 44b performs the P control and the I control so that the speed difference Δω becomes 0, whereby the magnitude of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). That is, v δ is determined and output.

次に、同期モータMの制御の流れについて、図7を用いて説明する。図7は、同期モータMの制御方法を示すフローチャートである。   Next, the control flow of the synchronous motor M will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a method for controlling the synchronous motor M.

ステップS1(第1のステップ)では、検出部50が、同期モータMに印加される少なくとも2相の電流の振幅を検出(ピックアップ)する。具体的には、電流センサ51は、U相の電流iの振幅を検出し演算部20へ出力する。電流センサ52は、W相の電流iの振幅を検出し演算部20へ出力する。そして、演算部20が、駆動部10により同期モータMを駆動する際の固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(i,i)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。 In step S1 (first step), the detection unit 50 detects (picks up) amplitudes of at least two-phase currents applied to the synchronous motor M. Specifically, the current sensor 51 detects the amplitude of the U-phase current i U and outputs it to the computing unit 20. The current sensor 52 detects the amplitude of the W-phase current i W and outputs it to the computing unit 20. Then, the calculation unit 20 uses the current vector (i U , i W ) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) when the driving unit 10 drives the synchronous motor M as the current in the rotational coordinate system (γ-δ coordinate system). Convert to vector (i γ , i δ ).

ステップS2(第2のステップ)では、演算部20が、少なくとも変換された回転座標系における電流ベクトル(iγ,iδ)を用いて、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差を求める。 In step S2 (second step), the calculation unit 20 uses the current vector (i γ , i δ ) in at least the converted rotational coordinate system to use the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M. Is obtained.

ステップS3(第3のステップ)では、推定部30が、同期モータMへ印加される電流ベクトルIと電圧ベクトルVとの位相差Δθと、目標位相差Δθとを比較する。そして、推定部30のフィードバック制御動作により、位相差Δθが目標位相差Δθより大きい(誤差Δθd<0)場合、処理がステップS4へ進み、位相差Δθが目標位相差Δθより小さい(誤差Δθd>0)場合、処理がステップS5へ進み、位相差Δθが目標位相差Δθに等しい(誤差Δθd=0)場合、処理がステップS6へ進む。 In step S3 (third step), the estimation unit 30 compares the phase difference Δθ between the current vector I and the voltage vector V applied to the synchronous motor M with the target phase difference Δθ * . If the phase difference Δθ is larger than the target phase difference Δθ * (error Δθd <0) by the feedback control operation of the estimation unit 30, the process proceeds to step S4, where the phase difference Δθ is smaller than the target phase difference Δθ * (error). If Δθd> 0), the process proceeds to step S5. If the phase difference Δθ is equal to the target phase difference Δθ * (error Δθd = 0), the process proceeds to step S6.

ステップS4(第3のステップ)では、推定部30が、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトルの位相角を遅角する。   In step S4 (third step), the estimation unit 30 retards the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

ステップS5(第3のステップ)では、推定部30が、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトルの位相角を進角する。   In step S5 (third step), the estimation unit 30 advances the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

なお、ステップS3〜S5における処理は、推定部30の(例えばPI制御器33aによる)フィードバック制御動作を概念的に示したものであり、推定部30(の例えばPI制御器33a)により自動的に行われる。   Note that the processing in steps S3 to S5 conceptually shows the feedback control operation (for example, by the PI controller 33a) of the estimation unit 30, and is automatically performed by the estimation unit 30 (for example, the PI controller 33a). Done.

ステップS6(第3のステップ)では、推定部30が、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトル(vγ,vδ)の位相角を調整した状態の固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルの回転速度ωeを推定する。制御部40は、推定部30により推定された電圧ベクトルの回転速度ωeを同期モータMにおけるロータの機械的な回転速度ωに変換する。 In step S6 (third step), the estimation unit 30 adjusts the phase angle of the voltage vector (v γ , v δ ) on the rotational coordinate system (γ-δ coordinate system) (UVW coordinates). The rotation speed ωe of the voltage vector in the system) is estimated. Control unit 40 converts the rotational speed ωe of the voltage vectors estimated by the estimation unit 30 to the mechanical rotation speed omega m of the rotor in a synchronous motor M.

ステップS7(第4のステップ)では、制御部40が、推定された回転速度ωeに対応した機械的な回転速度ωと、指令回転速度ωとを比較する。そして、制御部40のフィードバック制御動作により、回転速度ωが指令回転速度ωより大きい(速度差分Δω<0、すなわち電圧ベクトル(δ軸)が進んでいる)場合、処理がステップS8へ進み、回転速度ωが指令回転速度ωより小さい(速度差分Δω>0、すなわち電圧ベクトル(δ軸)が遅れている)場合、処理がステップS9へ進み、回転速度ωが指令回転速度ωに等しい(速度差分Δω=0)場合、処理がステップS10へ進む。 In step S7 (fourth step), the control unit 40 compares the mechanical rotational speed ω m corresponding to the estimated rotational speed ωe with the command rotational speed ω * . If the rotation speed ω m is greater than the command rotation speed ω * (speed difference Δω <0, that is, the voltage vector (δ axis) is advanced) by the feedback control operation of the control unit 40, the process proceeds to step S8. When the rotational speed ω m is smaller than the command rotational speed ω * (speed difference Δω> 0, that is, the voltage vector (δ axis) is delayed), the process proceeds to step S9, where the rotational speed ω m is the command rotational speed ω. If it is equal to * (speed difference Δω = 0), the process proceeds to step S10.

ステップS8(第4のステップ)では、制御部40が、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトルの大きさ(vδ)を減少させる。 In step S8 (fourth step), the control unit 40 decreases the magnitude (v δ ) of the voltage vector on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

ステップS9(第4のステップ)では、制御部40が、回転座標系(γ−δ座標系)上で電圧ベクトルの大きさ(vδ)を増加させる。 In step S9 (fourth step), the control unit 40 increases the magnitude (v δ ) of the voltage vector on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

なお、ステップS7〜S9における処理は、制御部40の(例えば、PI制御器44bによる)フィードバック制御動作を概念的に示したものであり、制御部40(の例えばPI制御器44b)により自動的に行われる。   Note that the processing in steps S7 to S9 conceptually shows the feedback control operation (for example, by the PI controller 44b) of the control unit 40, and is automatically performed by the control unit 40 (for example, the PI controller 44b). To be done.

ステップS10(第5のステップ)では、駆動部10が、制御部40により制御された電圧ベクトル(vγ,vδ)に対応した電圧で同期モータMが動作するように、同期モータMを駆動する。 In step S10 (fifth step), the driving unit 10 drives the synchronous motor M so that the synchronous motor M operates at a voltage corresponding to the voltage vector (v γ , v δ ) controlled by the control unit 40. To do.

ステップS1〜ステップS10の処理は、繰り返し行われる。すなわち、ステップS3〜ステップS5の処理を繰り返し行うことにより、推定部30は、ステップS2で求められた位相差が目標位相差に一致するように回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整する。ステップS7〜ステップS9の処理を繰り返し行うことにより、制御部40は、ステップS6で推定された回転速度が指令回転速度に対応した値になるように、回転座標系における電圧ベクトルの大きさを制御する。   Steps S1 to S10 are repeated. That is, by repeatedly performing the processing of step S3 to step S5, the estimation unit 30 adjusts the phase angle of the voltage vector on the rotating coordinate system so that the phase difference obtained in step S2 matches the target phase difference. . By repeatedly performing the processes in steps S7 to S9, the control unit 40 controls the magnitude of the voltage vector in the rotational coordinate system so that the rotational speed estimated in step S6 becomes a value corresponding to the command rotational speed. To do.

以上のように、実施の形態によれば、同期モータMに印加される電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差を、回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトルの2成分の比で求めることができる。すなわち、直流量(交流成分が実効的にキャンセルされた量)による位相制御が可能となるので、同期モータMに印加される電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差を簡易な処理で求めることができる。この結果、制御装置の構成を簡易なものとすることができる。すなわち、同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を簡易な構成で求めて目標位相差に一致するように制御できる。   As described above, according to the embodiment, the phase difference between the voltage vector and the current vector applied to the synchronous motor M is obtained by the ratio of the two components of the current vector in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). be able to. That is, since phase control can be performed using a direct current amount (amount in which the alternating current component is effectively canceled), the phase difference between the voltage vector and the current vector applied to the synchronous motor M can be obtained by simple processing. . As a result, the configuration of the control device can be simplified. That is, the phase difference between the current vector and the voltage vector applied to the synchronous motor can be obtained with a simple configuration and can be controlled to match the target phase difference.

また、回転座標系に変換することにより、もともと交流量である電圧ベクトルと電流ベクトルとのそれぞれを、直流量(交流成分が実効的にキャンセルされた量)として制御できるため、瞬時的かつ逐次的に位相を補正することが容易となる。すなわち、位相差を瞬時的に修正することが可能となり、より細かく位相調整が行える。   In addition, by converting to a rotating coordinate system, each of the voltage vector and current vector, which are originally AC quantities, can be controlled as a DC quantity (a quantity in which the AC component has been effectively canceled), so instantaneously and sequentially It becomes easy to correct the phase. That is, the phase difference can be instantaneously corrected, and the phase can be adjusted more finely.

さらに、回転座標系上では、電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差が電圧ベクトルと電流ベクトルとの各成分を用いて求められた値をとるtan関数で表すことができる(式(10)参照)。そして、電圧ベクトルの方向をδ軸と一致するように回転座標系を再定義して制御に用いることにより、式(10)は更に簡易な式(11)になり、γ軸電流とδ軸電流との比(式(7))により求まるので、複雑な計算を用いずに位相差を求めることが容易になる。   Further, on the rotating coordinate system, the phase difference between the voltage vector and the current vector can be expressed by a tan function that takes a value obtained by using each component of the voltage vector and the current vector (see Expression (10)). . Then, by redefining the rotational coordinate system so that the direction of the voltage vector coincides with the δ axis and using it for the control, the equation (10) becomes a simpler equation (11), and the γ axis current and the δ axis current Therefore, it is easy to obtain the phase difference without using a complicated calculation.

瞬時的な位相調整を行うために、目標位相差と検出位相差との誤差が0になる様にPI制御することにより、γ−δ軸の回転速度を推定して、その回転速度を積分してγ−δ軸の位相としてやれば、電圧ベクトルを最適な位置(電流と任意の位相差角をもって)で出力することができる。これにより、逐次的に位相補正が行える。   In order to perform instantaneous phase adjustment, PI control is performed so that the error between the target phase difference and the detected phase difference becomes zero, so that the rotational speed of the γ-δ axis is estimated and the rotational speed is integrated. If the phase of the γ-δ axis is used, the voltage vector can be output at an optimum position (with a current and an arbitrary phase difference angle). Thereby, phase correction can be performed sequentially.

また、瞬時的に位相調整した電圧ベクトルの大きさを決めるために、γ−δ軸の速度推定器の出力と同期指令回転数とが一致する様にδ軸の電圧値を補正してやることにより、任意の電圧−電流位相差をもって継続した同期運転を維持することができる。   In addition, in order to determine the magnitude of the voltage vector that is instantaneously phase-adjusted, by correcting the voltage value of the δ axis so that the output of the speed estimator of the γ-δ axis and the synchronous command rotational speed match, Continuous synchronous operation can be maintained with any voltage-current phase difference.

なお、図8で示す制御装置100の演算部120は、変換された回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトルと、制御部140により制御された回転座標系における電圧ベクトルとを用いて、同期モータMへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を求めてもよい。具体的には、制御部140の電圧制御器144は、回転座標系(γ−δ座標系)における電圧ベクトル(vγ,vδ)を演算部120の位相差検出器122にも出力する。このとき、電圧制御器144は、vγを0以外の値に制御してもよい。位相差検出器122は、式(10)により、同期モータMへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差Δθを求める。 8 uses the converted current vector in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) and the voltage vector in the rotating coordinate system controlled by control unit 140. The phase difference between the current vector applied to the synchronous motor M and the voltage vector may be obtained. Specifically, the voltage controller 144 of the control unit 140 also outputs the voltage vector (v γ , v δ ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) to the phase difference detector 122 of the calculation unit 120. At this time, the voltage controller 144 may control v γ to a value other than zero. The phase difference detector 122 obtains the phase difference Δθ between the current vector and the voltage vector applied to the synchronous motor M by Expression (10).

この場合であっても、回転座標系上では、電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差が電圧ベクトルと電流ベクトルとの各成分を用いて求められた値をとるtan関数で表すことができる(式(10)参照)ので、更に目標位相差をtan値として用意しておけば、arctanの計算を用いずに位相差の誤差成分を生成できる。すなわち、複雑な計算を用いずに位相差を求めることが可能となる。   Even in this case, on the rotating coordinate system, the phase difference between the voltage vector and the current vector can be expressed by a tan function that takes a value obtained by using each component of the voltage vector and the current vector (formula Therefore, if a target phase difference is prepared as a tan value, an error component of the phase difference can be generated without using arctan calculation. That is, the phase difference can be obtained without using complicated calculations.

以上のように、本発明にかかる同期モータの制御装置は、同期モータの制御に有用であり、特に、センサレス同期モータの制御に適している。   As described above, the synchronous motor control device according to the present invention is useful for controlling a synchronous motor, and is particularly suitable for controlling a sensorless synchronous motor.

1、100 制御装置
10 駆動部
20、120 演算部
30 推定部
40、140 制御部
50 検出部
60 積分器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Control apparatus 10 Drive part 20,120 Operation part 30 Estimation part 40,140 Control part 50 Detection part 60 Integrator

Claims (8)

外部から指令回転速度を受けて、前記指令回転速度で動作するようにセンサレス同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、
前記同期モータを駆動する駆動部と、
前記駆動部により前記同期モータを駆動する際の固定座標系における電流ベクトルを回転座標系における電流ベクトルへ変換し、少なくとも前記変換された前記回転座標系における電流ベクトルを用いて、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を求める演算部と、
前記演算部により求められた位相差が目標位相差に一致するように前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整するとともに、前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整した状態の前記固定座標系における電圧ベクトルの回転速度を推定する推定部と、
前記推定された回転速度に応じた回転速度及び前記指令回転速度の差分に応じて、前記固定座標系において前記推定部により推定された回転速度で電圧ベクトルを回転させたときに前記位相差と前記目標位相差とのずれが生じないように、前記回転座標系における電圧ベクトルの大きさを制御する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、前記制御部により制御された電圧ベクトルに対応した電圧で前記同期モータが動作するように、前記同期モータを駆動する
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 that receives a command rotational speed from outside and controls a sensorless synchronous motor to operate at the command rotational speed,
A drive unit for driving the synchronous motor;
A current vector in a fixed coordinate system when driving the synchronous motor by the drive unit is converted into a current vector in a rotating coordinate system, and applied to the synchronous motor using at least the converted current vector in the rotating coordinate system. An arithmetic unit for obtaining a phase difference between a current vector and a voltage vector to be
The phase angle of the voltage vector is adjusted on the rotating coordinate system so that the phase difference obtained by the calculation unit matches the target phase difference, and the phase angle of the voltage vector is adjusted on the rotating coordinate system. An estimation unit for estimating a rotation speed of a voltage vector in the fixed coordinate system;
When the voltage vector is rotated at the rotation speed estimated by the estimation unit in the fixed coordinate system according to the difference between the rotation speed according to the estimated rotation speed and the command rotation speed, the phase difference and the A control unit for controlling the magnitude of the voltage vector in the rotating coordinate system so that a deviation from the target phase difference does not occur;
With
The drive unit drives the synchronous motor so that the synchronous motor operates at a voltage corresponding to a voltage vector controlled by the control unit.
前記制御部は、前記推定された回転速度に応じた回転速度が前記指令回転速度より大きい場合、前記電圧ベクトルの大きさを減少させ、前記推定された回転速度に応じた回転速度が前記指令回転速度より小さい場合、前記電圧ベクトルの大きさを増加させる  When the rotation speed according to the estimated rotation speed is greater than the command rotation speed, the control unit decreases the magnitude of the voltage vector, and the rotation speed according to the estimated rotation speed is the command rotation. If smaller than speed, increase the magnitude of the voltage vector
ことを特徴とする請求項1に記載の同期モータの制御装置。The synchronous motor control device according to claim 1.
前記制御部は、前記指令回転速度から前記推定された回転速度に応じた回転速度を減算して前記差分を求め、前記差分がプラスである場合、前記差分に応じたトルクの余剰分を打ち消すように前記電圧ベクトルの大きさを減少させ、前記差分がマイナスである場合、前記差分に応じたトルクの不足分を補うように前記電圧ベクトルの大きさを増加させる  The controller obtains the difference by subtracting a rotational speed corresponding to the estimated rotational speed from the command rotational speed, and when the difference is positive, cancels a surplus of torque according to the difference. The magnitude of the voltage vector is decreased, and if the difference is negative, the magnitude of the voltage vector is increased so as to compensate for the torque shortage according to the difference.
ことを特徴とする請求項2に記載の同期モータの制御装置。The control apparatus for a synchronous motor according to claim 2.
前記推定部は、前記求められた位相差が前記目標位相差より小さい場合、推定すべき回転速度を上げ、前記求められた位相差が前記目標位相差より大きい場合、推定すべき回転速度を下げる  The estimation unit increases the rotation speed to be estimated when the calculated phase difference is smaller than the target phase difference, and decreases the rotation speed to be estimated when the calculated phase difference is larger than the target phase difference.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の同期モータの制御装置。The synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device is a synchronous motor control device.
前記推定部は、前記目標位相差に応じた値から前記求められた位相差に応じた値を減算して位相誤差を求め、前記位相誤差がプラスである場合、前記電圧ベクトルの位相角を進角するように、推定すべき回転速度を上げ、前記位相誤差がマイナスである場合、前記電圧ベクトルの位相角を遅角するように、推定すべき回転速度を下げる  The estimation unit obtains a phase error by subtracting a value corresponding to the obtained phase difference from a value corresponding to the target phase difference, and advances the phase angle of the voltage vector when the phase error is positive. If the phase error is negative, the rotational speed to be estimated is decreased so as to retard the phase angle of the voltage vector.
ことを特徴とする請求項4に記載の同期モータの制御装置。The synchronous motor control device according to claim 4, wherein
前記回転座標系は、互いに直交するδ軸とγ軸とからなり、
前記演算部は、前記固定座標系における電流ベクトルを、前記制御部により制御された電圧ベクトルの方向が前記δ軸に一致するように定義された回転座標系における電流ベクトルへ変換する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の同期モータの制御装置。
The rotating coordinate system is composed of a δ axis and a γ axis orthogonal to each other,
The arithmetic unit converts the current vector in the fixed coordinate system into a current vector in a rotating coordinate system defined so that a direction of a voltage vector controlled by the control unit coincides with the δ axis. The control apparatus of the synchronous motor of any one of Claim 1 to 5 .
前記演算部は、前記回転座標系における電流ベクトルの前記δ軸の成分をiδとし、前記γ軸の成分をiγとしたとき、
tan(Δθ)=iγ/iδ
の式により、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差Δθを求める
ことを特徴とする請求項に記載の同期モータの制御装置。
The arithmetic unit is configured such that the δ-axis component of the current vector in the rotating coordinate system is iδ, and the γ-axis component is iγ.
tan (Δθ) = i γ / i δ
The synchronous motor control device according to claim 6 , wherein a phase difference Δθ between a current vector and a voltage vector applied to the synchronous motor is obtained by the following equation.
外部から指令回転速度を受けて、前記指令回転速度で動作するようにセンサレス同期モータを制御する同期モータの制御方法であって、
前記駆動部により前記同期モータを駆動する際の固定座標系における電流ベクトルを回転座標系における電流ベクトルへ変換し、
少なくとも前記回転座標系における前記変換された電流ベクトルを用いて、前記同期モータへ印加される電流ベクトルと電圧ベクトルとの位相差を求め、
前記求められた位相差が目標位相差に一致するように前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整するとともに、前記回転座標系上で電圧ベクトルの位相角を調整した状態の前記固定座標系における電圧ベクトルの回転速度を推定し、
前記固定座標系において前記推定された回転速度で電圧ベクトルを回転させたときに前記位相差と前記目標位相差とのずれが生じないように、前記推定された回転速度に応じた回転速度及び前記指令回転速度の差分に応じて、前記回転座標系における電圧ベクトルの大きさを制御し、
前記制御された電圧ベクトルに対応した電圧で前記同期モータが動作するように、前記同期モータを駆動する
ことを特徴とする同期モータの制御方法。
A control method for a synchronous motor that receives a command rotational speed from outside and controls a sensorless synchronous motor to operate at the command rotational speed,
Converting a current vector in a fixed coordinate system when driving the synchronous motor by the drive unit into a current vector in a rotating coordinate system;
Using at least the converted current vector in the rotating coordinate system to determine a phase difference between a current vector and a voltage vector applied to the synchronous motor;
The fixed coordinates in a state where the phase angle of the voltage vector is adjusted on the rotating coordinate system and the phase angle of the voltage vector is adjusted on the rotating coordinate system so that the obtained phase difference matches the target phase difference. Estimate the rotational speed of the voltage vector in the system,
The rotational speed according to the estimated rotational speed and the rotational speed so as not to cause a deviation between the phase difference and the target phase difference when the voltage vector is rotated at the estimated rotational speed in the fixed coordinate system. According to the difference in the command rotational speed, the magnitude of the voltage vector in the rotating coordinate system is controlled,
A method for controlling a synchronous motor, wherein the synchronous motor is driven so that the synchronous motor operates at a voltage corresponding to the controlled voltage vector.
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