JP2001525659A - 永久磁石同期モータの制御方法 - Google Patents
永久磁石同期モータの制御方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H—ELECTRICITY
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
永久磁石同期モータの制御方法において、永久磁石同期モータの特性を記述する等価回路を形成し、この等価回路に基づいて計算を行なって、制御特性のベクトル表示を作成する。これは、使用する座標系の横軸が磁化を表わし、縦軸がトルクを表わし、また、使用するベクトルは、固定子電圧(Us)、電源電圧(e) および電流(I) である。電流は横軸から90度離れている。このベクトル表示において、等価回路に基づく推量によって修正ベクトル(dU)を形成し、この修正ベクトルを起電力ベクトルと加算し、結果に固定子電圧(Us)を得る。
Description
【０００１】 本発明は、請求項１の前段に記載の永久磁石同期モータの制御方法、および請
求項６の前段に記載の制御ループに関するものである。
求項６の前段に記載の制御ループに関するものである。
【０００２】 従来の交流モータの制御方法は、固定子座標から回転子座標に変換し、回転子
座標に戻すものである。本発明は、交流モータの解析の単純化に役立つ。すなわ
ち、回転子座標において、制御量を直流レベルで解釈する。実際の方法では、こ
れらの変換を行なうのにソフトウエアまたは電子回路のいずれかに余分な資源を
必要とする。モータトルクは磁束と電流のベクトル積として発生する。これは、
電流および電圧ができるだけ精密に同相であるか、または正確に逆相であるかで
なければならないことを意味する。モータインダクタンスまたは固定子抵抗など
の理想的でない特性のために、系が平衡点を中心に振動し、エレベータの乗客が
不快な感覚を経験することになる。典型的には、この振動周波数は低く、約２〜
５ヘルツである。
座標に戻すものである。本発明は、交流モータの解析の単純化に役立つ。すなわ
ち、回転子座標において、制御量を直流レベルで解釈する。実際の方法では、こ
れらの変換を行なうのにソフトウエアまたは電子回路のいずれかに余分な資源を
必要とする。モータトルクは磁束と電流のベクトル積として発生する。これは、
電流および電圧ができるだけ精密に同相であるか、または正確に逆相であるかで
なければならないことを意味する。モータインダクタンスまたは固定子抵抗など
の理想的でない特性のために、系が平衡点を中心に振動し、エレベータの乗客が
不快な感覚を経験することになる。典型的には、この振動周波数は低く、約２〜
５ヘルツである。
【０００３】 本発明の目的は、上述の問題を解消することである。本発明の具体的な目的は
、同期モータの新しいタイプの制御方法を開示することである。本方法はモータ
制御を単純化し、これまでより有利な実現方法を達成することができる。他の目
的は、エレベータの駆動に使用される永久磁石同期モータにとくに良好に適した
制御システムを達成することである。
、同期モータの新しいタイプの制御方法を開示することである。本方法はモータ
制御を単純化し、これまでより有利な実現方法を達成することができる。他の目
的は、エレベータの駆動に使用される永久磁石同期モータにとくに良好に適した
制御システムを達成することである。
【０００４】 本発明の特徴については、特許請求の範囲が参照される。
【０００５】 本発明の方法では、永久磁石同期モータの特性を記述する等価回路を形成する
。この等価回路に基づく計算によって、制御量のベクトル表示を作成し、この表
示によって、使用する座標系の横軸で磁化を表わし、縦軸でトルクを表わし、使
用するベクトルは、固定子電圧、電源電圧および電流であり、これは横軸から90
度離れている。したがって、電流の角度は+90oまたは-90oでよい。このベクトル
表示において、好ましくは等価回路に基づく推量によって修正ベクトルを作成す
る。この修正ベクトルを起電力に加えて、生じた結果は、固定子電圧、または所
要の固定子電圧についての電圧基準値となる。本方法によれば、電流帰還ループ
において必要な増幅率を有利に減少させることができる。たとえば、修正なしで
必要な増幅率は10〜30であるのに対し、修正後に必要な増幅率は１〜５である。
増幅率が低くなると、いくつかの利点が得られる。たとえば、系が干渉に左右さ
れ難くなる。
。この等価回路に基づく計算によって、制御量のベクトル表示を作成し、この表
示によって、使用する座標系の横軸で磁化を表わし、縦軸でトルクを表わし、使
用するベクトルは、固定子電圧、電源電圧および電流であり、これは横軸から90
度離れている。したがって、電流の角度は+90oまたは-90oでよい。このベクトル
表示において、好ましくは等価回路に基づく推量によって修正ベクトルを作成す
る。この修正ベクトルを起電力に加えて、生じた結果は、固定子電圧、または所
要の固定子電圧についての電圧基準値となる。本方法によれば、電流帰還ループ
において必要な増幅率を有利に減少させることができる。たとえば、修正なしで
必要な増幅率は10〜30であるのに対し、修正後に必要な増幅率は１〜５である。
増幅率が低くなると、いくつかの利点が得られる。たとえば、系が干渉に左右さ
れ難くなる。
【０００６】 本発明の好ましい実施例では、アナログ起電力予測器と電流帰還とを用いたア
ナログ計算部によってモータ電圧を算出する。
ナログ計算部によってモータ電圧を算出する。
【０００７】 本発明の好ましい実施例では、各モータ相を別々に制御する。
【０００８】 本発明の好ましい実施例では、修正ベクトルの計算は必要なトルクに依存する
。
。
【０００９】 本発明の好ましい実施例では、修正ベクトルの計算は演算増幅回路を用いて実
現する。
現する。
【００１０】 エレベータを駆動する永久磁石同期モータを本発明の方法および／または制御
ループを用いて制御すると、速度調整によって、エレベータ動作の制御性を向上
させ、走行中の乗り心地を改善することができる。ことに、速度調整に関係する
信号をアナログ形式で処理することは、何らかの偏差の修正に高速帰還を使用で
きる１つの要因である。
ループを用いて制御すると、速度調整によって、エレベータ動作の制御性を向上
させ、走行中の乗り心地を改善することができる。ことに、速度調整に関係する
信号をアナログ形式で処理することは、何らかの偏差の修正に高速帰還を使用で
きる１つの要因である。
【００１１】 以下に、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施例を挙げて本発明を説明
する。
する。
【００１２】 図１は、永久磁石同期モータの等価回路を示し、Usは固定子電圧、Lsはモータ
インダクタンス、Rsは固定子抵抗、ｅはモータ電源電圧、そしてＩは電流である
。本出願人による先願には、永久磁石同期モータを制御する駆動回路のパラメー
タの決定方法が記載されたものがあり、これを用いて等価回路の各値を設定する
ことができる。
インダクタンス、Rsは固定子抵抗、ｅはモータ電源電圧、そしてＩは電流である
。本出願人による先願には、永久磁石同期モータを制御する駆動回路のパラメー
タの決定方法が記載されたものがあり、これを用いて等価回路の各値を設定する
ことができる。
【００１３】 図２は、本発明の実施例を例示している。この制御装置は、モータから帰還信
号を受け、この信号は、回転子角αと、速度データに基づいて算出したトルク条
件Ｔとを表わすものである。本発明は、角度データ帰還なしに実現することもで
きたであろうが、その場合、モータは、起動時の振動が増し、それに応じて効率
が低下するであろう。等価回路に示すように、角度データαと所望の回転速度と
に基づいて装置１でモータの起電力を算出する。換言すれば、理想的な場合、装
置１は、モータの無負荷状態で必要なモータ入力電圧を出力する。
号を受け、この信号は、回転子角αと、速度データに基づいて算出したトルク条
件Ｔとを表わすものである。本発明は、角度データ帰還なしに実現することもで
きたであろうが、その場合、モータは、起動時の振動が増し、それに応じて効率
が低下するであろう。等価回路に示すように、角度データαと所望の回転速度と
に基づいて装置１でモータの起電力を算出する。換言すれば、理想的な場合、装
置１は、モータの無負荷状態で必要なモータ入力電圧を出力する。
【００１４】 必要な電流基準値はトルク条件Ｔに基づいて装置２で算出する。装置２は、装
置１と同じ角度データαを受け、したがって電流は確実に、加速中は入力電圧と
同相に、または制動中は正確に逆相になる。電流Ｉに基づいて、入力電圧に加え
るべき修正ベクトルを装置３で算出する。装置３の出力は電圧ベクトルdUであり
、これは次の式から複素形で得られる。 dU = I (Rs + jωL) 修正ベクトルdUおよび入力電圧ｅは、加算素子４で加算され、その出力から固
定子電圧または固定子電圧基準値が得られる。
置１と同じ角度データαを受け、したがって電流は確実に、加速中は入力電圧と
同相に、または制動中は正確に逆相になる。電流Ｉに基づいて、入力電圧に加え
るべき修正ベクトルを装置３で算出する。装置３の出力は電圧ベクトルdUであり
、これは次の式から複素形で得られる。 dU = I (Rs + jωL) 修正ベクトルdUおよび入力電圧ｅは、加算素子４で加算され、その出力から固
定子電圧または固定子電圧基準値が得られる。
【００１５】 図３は、本発明による制御ループを表わすブロック図を示し、１相についての
ものである。
ものである。
【００１６】 エンコーダまたはリゾルバを用いて、角度および／または速度帰還に必要な情
報をモータから得る。処理装置では、速度基準値を発生し、これに基づいてトル
ク基準値が出力される。PROM記憶装置に蓄積されたテーブルと多重化D/A 変換器
を用いて、回転起電力ベクトルｅを発生する。PROMは起電力基準値および電流基
準値に共通であり、位相の一致、または、必要に応じて制動中の完全逆相が達成
される。電流制御部とともに予測器を用いると、モータの状態変化を予測するこ
とができ、これによって電圧基準値の修正の応答性が迅速になり、これは修正ベ
クトルdUをベクトルｅに加算することによって行なわれる。
報をモータから得る。処理装置では、速度基準値を発生し、これに基づいてトル
ク基準値が出力される。PROM記憶装置に蓄積されたテーブルと多重化D/A 変換器
を用いて、回転起電力ベクトルｅを発生する。PROMは起電力基準値および電流基
準値に共通であり、位相の一致、または、必要に応じて制動中の完全逆相が達成
される。電流制御部とともに予測器を用いると、モータの状態変化を予測するこ
とができ、これによって電圧基準値の修正の応答性が迅速になり、これは修正ベ
クトルdUをベクトルｅに加算することによって行なわれる。
【００１７】 図４は、例示する実施例の詳細回路図を表わす。同図は個別の機能ブロックと
して、基準電流発生部５、修正ベクトル発生部６、加算素子７および理想モータ
モデル８を表わしている。電流基準値を発生するブロック５は、動作が図２にお
ける装置２に対応する。演算増幅器の非反転入力にはトルク基準値が入力され、
これは、加速中は正の値e1、また制動中は負の値e2をとり、低域通過フィルタR1
、C1から供給される。修正トルク基準値はスイッチSW1 によって選択される。反
転入力は、モデル８から得られる電圧基準値とともに負帰還も受ける。演算増幅
器A1は差動増幅器として機能し、その出力は修正ベクトル発生部６に供給される
。このモータモデルは、コンデンサC2ならびに抵抗R4およびR7の各パラメータに
適用されている。また、演算増幅器A2によって差動回路が形成されている。演算
増幅器A3の出力には、所望のベクトルが得られる。ブロック７の演算増幅器A4は
、アナログ加算回路として用いられ、これは、修正ベクトルとモータ電源電圧評
価値を互いに加算する。演算増幅器A5がモータ制御電圧の電力増幅器として機能
する。
して、基準電流発生部５、修正ベクトル発生部６、加算素子７および理想モータ
モデル８を表わしている。電流基準値を発生するブロック５は、動作が図２にお
ける装置２に対応する。演算増幅器の非反転入力にはトルク基準値が入力され、
これは、加速中は正の値e1、また制動中は負の値e2をとり、低域通過フィルタR1
、C1から供給される。修正トルク基準値はスイッチSW1 によって選択される。反
転入力は、モデル８から得られる電圧基準値とともに負帰還も受ける。演算増幅
器A1は差動増幅器として機能し、その出力は修正ベクトル発生部６に供給される
。このモータモデルは、コンデンサC2ならびに抵抗R4およびR7の各パラメータに
適用されている。また、演算増幅器A2によって差動回路が形成されている。演算
増幅器A3の出力には、所望のベクトルが得られる。ブロック７の演算増幅器A4は
、アナログ加算回路として用いられ、これは、修正ベクトルとモータ電源電圧評
価値を互いに加算する。演算増幅器A5がモータ制御電圧の電力増幅器として機能
する。
【００１８】 本発明は上述の実施例に限定されない。特許請求の範囲に記載の発明思想の範
囲内で多くの変形が可能である。
囲内で多くの変形が可能である。
【図１】 永久磁石同期モータの等価回路を示し、
【図２】 本発明の実施例を示し、
【図３】 本発明を実現する制御ループのブロック図であり、
【図４】 ある実施例の回路図の例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ
Claims (6)
- 【請求項１】 −永久磁石同期モータの特性を記述する等価回路を形成し、 −該等価回路に基づいて計算を行なって、制御特性のベクトル表示を作成し、
使用する座標系の横軸で磁化を表わし、縦軸でトルクを表わし、使用するベクト
ルは、固定子電圧(Us)、電源電圧(e) および電流(I) であり、該電流を前記横軸
から90度離しておく永久磁石同期モータの制御方法において、前記ベクトル表示
において、前記等価回路に基づく推量によって修正ベクトル(dU)を形成し、該修
正ベクトルを起電力ベクトルと加算し、結果に前記固定子電圧(Us)を得ることを
特徴とする永久磁石同期モータの制御方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記モータ電圧は、アナロ
グ起電力推定器と電流帰還とを用いたアナログ計算部によって算出することを特
徴とする永久磁石同期モータの制御方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法において、各モータ相を別々
に制御することを特徴とする永久磁石同期モータの制御方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、前記修
正ベクトルの算出は必要なトルクに依存することを特徴とする永久磁石同期モー
タの制御方法。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、前記修
正ベクトルの算出は演算増幅回路を用いて実現することを特徴とする永久磁石同
期モータの制御方法。 - 【請求項６】 制御ループにおいて、エンコーダまたはリゾルバもしくはそ
の等価物を用いて、角度情報および／または速度情報を永久磁石モータからの帰
還信号として得、該制御ループにおける処理装置に速度基準値を発生する手段が
含まれ、該速度基準値に基づいてトルク基準値を発生し、該制御ループは回転起
電力ベクトルｅを発生する手段を含み、該手段は好ましくは、PROM記憶装置に蓄
積されたテーブルおよび多重化D/A 変換器を含み、前記モータの条件の変化を予
測する予測器が電流制御部に関連して設けられ、該予測器で発生した修正値dUを
前記ベクトルｅに加えることによって該制御ループにおける電圧基準値を修正す
ることを特徴とする制御ループ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI974412A FI112735B (fi) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Menetelmä synkronisen kestomagneettimoottorin ohjaamiseksi |
| FI974412 | 1997-12-03 | ||
| PCT/FI1998/000941 WO1999029031A2 (en) | 1997-12-03 | 1998-12-02 | Method for controlling a permanent magnet synchronous motor |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001525659A true JP2001525659A (ja) | 2001-12-11 |
| JP2001525659A5 JP2001525659A5 (ja) | 2006-01-05 |
| JP4272352B2 JP4272352B2 (ja) | 2009-06-03 |
Family
ID=8550067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000523754A Expired - Fee Related JP4272352B2 (ja) | 1997-12-03 | 1998-12-02 | 永久磁石同期モータの制御方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6452357B1 (ja) |
| EP (1) | EP1038348A2 (ja) |
| JP (1) | JP4272352B2 (ja) |
| AU (1) | AU1437399A (ja) |
| FI (1) | FI112735B (ja) |
| WO (1) | WO1999029031A2 (ja) |
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| FR2820902B1 (fr) | 2001-02-14 | 2003-04-18 | Alstom | Procede et dispositif de commande et de regulation d'une machine electrique tournante a courant alternatif, en particulier synchrone |
| CN1244196C (zh) * | 2001-04-24 | 2006-03-01 | 三菱电机株式会社 | 同步电动机的控制装置 |
| US6670783B2 (en) * | 2001-10-31 | 2003-12-30 | Pelco | Method and apparatus for improved motor control through current/velocity correction |
| US6756757B2 (en) * | 2002-05-21 | 2004-06-29 | Emerson Electric Company | Control system and method for a rotating electromagnetic machine |
| KR100488528B1 (ko) * | 2003-05-16 | 2005-05-11 | 삼성전자주식회사 | 모터전원공급장치 |
| US7208908B2 (en) * | 2004-07-12 | 2007-04-24 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method to control torque and voltage of an AC machine |
| JP4449882B2 (ja) * | 2005-10-14 | 2010-04-14 | 株式会社デンソー | 車両用発電制御装置 |
| FI124592B (fi) * | 2013-06-20 | 2014-10-31 | Kone Corp | Menetelmä ja laitteisto hissin sähkömoottorin ohjaamiseksi |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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