JP2002171799A - Vector control method and vector control device for ac motor - Google Patents
Vector control method and vector control device for ac motorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石形同期電
動機、回転子スロット開放形誘導電動機などの逆突極特
性を有する交流電動機のベクトル制御方法及び同装置に
関するものである。特に、ベクトル制御のためのベクト
ル回転器に必要な回転子位置の余弦・正弦情報の確保
に、回転子に装着される位置検出器に代わって位置推定
器を利用し、更には推定器駆動に必要な信号を、電動機
に印加した高周波電圧に応じ発生した高周波電流を少な
くとも利用して生成するようにしたベクトル制御方法及
び同装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vector control method and an apparatus for an AC motor having a reverse salient pole characteristic, such as a permanent magnet type synchronous motor and a rotor slot open type induction motor. In particular, a position estimator is used in place of the position detector attached to the rotor to secure cosine and sine information of the rotor position necessary for the vector rotator for vector control, and further, to drive the estimator. The present invention relates to a vector control method and an apparatus for generating a necessary signal by using at least a high-frequency current generated according to a high-frequency voltage applied to a motor.
【0002】[0002]
【従来技術】交流電動機をして高い制御性能を発揮せし
めるには、固定子電流の制御が不可欠であり、従来より
このための制御法としてベクトル制御方法が知られてい
る。ベクトル制御方法は、互いに直交するd軸とq軸と
で構成される回転dq座標系上で、トルク発生に寄与す
る固定子電流を電流ベクトルのd軸成分とq軸成分とし
て分割し制御する電流制御工程を有する。2. Description of the Related Art Stabilization of stator current is indispensable for an AC motor to exhibit high control performance, and a vector control method has conventionally been known as a control method for this purpose. The vector control method is a method of dividing and controlling a stator current contributing to torque generation as a d-axis component and a q-axis component of a current vector on a rotating dq coordinate system including a d-axis and a q-axis orthogonal to each other. It has a control step.
【0003】このときの回転dq座標系としては、回転
子磁束の位置すなわち位相(永久磁石形同期電動機にあ
っては回転子の逆突極位置そのもの)に空間的位相差ゼ
ロで同期した座標系を採用するのが一般的である。すな
わち、回転子磁束の位相をd軸に選定し、これと直交す
る軸をq軸に選定する回転dq座標系を採用するのが一
般的である。回転dq座標系を回転子磁束の位相と空間
的位相差の無い同期状態に構成維持するためには、一般
には回転子の位置を知る必要がある。これを正確に知る
ため、エンコーダに代表される位置検出器を回転子に装
着することが伝統的に行われている。The rotating dq coordinate system at this time is a coordinate system synchronized with the position of the rotor magnetic flux, that is, the phase (in the case of the permanent magnet type synchronous motor, the reverse salient pole position of the rotor itself) with zero spatial phase difference. Is generally adopted. That is, it is common to employ a rotating dq coordinate system in which the phase of the rotor magnetic flux is selected on the d-axis and the axis orthogonal to this is selected on the q-axis. In order to maintain the rotating dq coordinate system in a synchronized state having no spatial phase difference with the phase of the rotor magnetic flux, it is generally necessary to know the position of the rotor. In order to know this accurately, a position detector represented by an encoder is traditionally mounted on a rotor.
【0004】図18は、逆突極特性をもつ代表的交流電
動機である永久磁石形同期電動機に対し、回転子位置検
出器を利用したベクトル制御方法を装置化し、これに装
着した場合の代表的1例を概略的にブロック図で示した
ものである。1aは交流電動機(同期電動機)を、2は
回転子位置検出器を、3は電力変換器を、4は電流検出
器を、5a、5bは夫々3相2相変換器、2相3相変換
器を、6a、6bは共にベクトル回転器を、7は余弦正
弦信号発生器を、8は電流制御器を、9は指令変換器
を、10は速度制御器を、11は速度検出器を示してい
る。図18では、4から9までの諸機器がベクトル制御
装置を構成している。本図では、簡明性を確保すべく、
本発明と関係の深い2x1のベクトル信号を1本の太い
信号線で表現している。以下のブロック図表現もこれを
踏襲する。FIG. 18 shows a vector control method using a rotor position detector for a permanent magnet type synchronous motor, which is a typical AC motor having a reverse salient pole characteristic, and is mounted on the permanent magnet type synchronous motor. FIG. 1 is a block diagram schematically showing one example. 1a is an AC motor (synchronous motor), 2 is a rotor position detector, 3 is a power converter, 4 is a current detector, 5a and 5b are 3 phase 2 phase converters, 2 phase 3 phase conversion respectively. 6a and 6b are vector rotators, 7 is a cosine sine signal generator, 8 is a current controller, 9 is a command converter, 10 is a speed controller, and 11 is a speed detector. ing. In FIG. 18, various devices from 4 to 9 constitute a vector control device. In this figure, to ensure simplicity,
A 2x1 vector signal closely related to the present invention is represented by one thick signal line. The following block diagram representation follows this.
【0005】特に、2の回転子位置検出器は回転子位置
をU相巻線の中心に対する位置角度として検出し、7は
その余弦・正弦信号をベクトル回転器6a,6bへ向け
出力するもので、回転dq座標系のための回転信号を生
成する手段を構成している。なお、逆突極特性を有する
交流電動機においては、一般に、回転子逆突極の方向を
示す角度を、基準とすべき回転子位置に選定する。この
ため、当業者には周知のように、一般には回転子位置と
回転子の逆突極位置とは同義に捕らえてよい。本発明の
説明においても、回転子位置と回転子の逆突極位置を同
義で使用する。よって、永久磁石形同期電動機を扱った
図18の例では、回転子位置は回転子磁束の位相を意味
する。In particular, the rotor position detector 2 detects the rotor position as a position angle with respect to the center of the U-phase winding, and 7 outputs the cosine / sine signal to the vector rotators 6a and 6b. , Means for generating a rotation signal for the rotation dq coordinate system. In an AC motor having reverse salient pole characteristics, generally, an angle indicating the direction of the rotor reverse salient pole is selected as a reference rotor position. For this reason, as is well known to those skilled in the art, generally, the rotor position and the reverse salient pole position of the rotor may be considered synonymously. In the description of the present invention, the rotor position and the reverse salient pole position of the rotor are used synonymously. Therefore, in the example of FIG. 18 in which the permanent magnet synchronous motor is used, the rotor position means the phase of the rotor magnetic flux.
【0006】回転子位置と回転子速度とは互いに積分と
微分の関係にあり、当業者には周知のように、速度の情
報は、位置情報と同様、エンコーダ等の回転子位置検出
器から得ている。11はこうした速度検出手段を実現し
た速度検出器である。4、5a、5b、6a、6b、
7、8の5種の機器は固定子電流を回転dq座標系上で
d軸成分とq軸成分に分割し各々をd軸及びq軸の電流
指令値に追随するように制御する電流制御工程を実行す
る手段を構成している。The rotor position and the rotor speed have an integral and derivative relationship with each other. As is well known to those skilled in the art, the speed information is obtained from a rotor position detector such as an encoder, like the position information. ing. Reference numeral 11 denotes a speed detector which realizes such speed detecting means. 4, 5a, 5b, 6a, 6b,
A current control step of dividing the stator current into a d-axis component and a q-axis component on a rotating dq coordinate system and controlling each of them to follow d-axis and q-axis current command values; Is constituted.
【0007】電流検出器4で検出された3相電流は、3
相2相変換器5aで固定αβ座標系上の2相電流に変換
された後、ベクトル回転器6aで回転dq座標系の2相
電流id、iqに変換され、電流制御器8へ送られる。
電流制御器8は、変換電流id、iq αβ座標系の2相電圧指令値に変換し、2相3相変換器
5bへ送る。5bでは、2相信号を3相電圧指令値に変
換し、電力変換器3への指令値として出力する。電力変
換器3は、指令値に応じた電力を発生し、交流電動機1
aへ印加しこれを ている。The three-phase current detected by the current detector 4 is 3
After being converted into 2-phase currents on the fixed αβ coordinate system phase 2 phase converter 5a, is converted by the vector rotator 6a 2-phase currents i d of the rotating dq coordinate system, the i q, feeding the current controller 8 Can be
The current controller 8 converts the conversion currents id , iq It is converted into a two-phase voltage command value in the αβ coordinate system and sent to the two-phase three-phase converter 5b. In step 5b, the two-phase signal is converted into a three-phase voltage command value, which is output to the power converter 3 as a command value. The power converter 3 generates electric power according to the command value, and
and apply this to ing.
【0008】図18の本例では、速度制御系を構成した
例を示しているので、速度指令値と速度検出値を入力と
する速度制御器10の出力としてトルク指令値を得てい
る。当業者には周知のように、制御目的が発生トルクに
あり速度制御系を構成しない場合には、速度制御器1
0、速度検出器11は不要である。この場合には、トル
ク指令値が外部から直接印加される。FIG. 18 shows an example in which a speed control system is configured. Therefore, a torque command value is obtained as an output of the speed controller 10 which receives a speed command value and a speed detection value. As is well known to those skilled in the art, when the control purpose is generated torque and a speed control system is not configured, the speed controller 1
0, the speed detector 11 is unnecessary. In this case, the torque command value is directly applied from the outside.
【0009】図19は、逆突極特性をもつ交流電動機の
1種である回転子スロット開放形誘導電動機に対し、回
転子位置検出器を利用したベクトル制御方法を装置化
し、これに装着した場合の代表的1例を概略的にブロッ
ク図で示したものである。本例のベクトル制御と図18
を用いて説明した永久磁石形同期電動機に対するベクト
ル制御の大きな違いは、交流電動機を回転子スロット開
放形誘導電動機1bに変更し、磁束位相推定器12を導
入した点にあり、他の諸機器は図18の場合と同様であ
る。誘導電動機においては、回転子位置と回転子磁束の
位相との間に滑りが存在し、回転子位置と回転子磁束位
相とは同一ではない。回転子磁束の位相は回転子磁束の
角周波数と積分・微分の関係にあり、回転子磁束の角周
波数は回転子速度と滑り角周波数の和として定められ
る。また、滑り角周波数は回転dq座標系の2相電流i
d、iqより推定される。磁束位相推定器12は、この
関係を利用して得た回転子磁束位相の推定値を余弦正弦
信号発生器7へ向け出力している。FIG. 19 shows a case where a vector control method using a rotor position detector is applied to an open-slot type induction motor, which is a type of AC motor having reverse salient pole characteristics, and is mounted on the motor. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a typical example. Vector control of this example and FIG.
The major difference between the vector control and the permanent magnet type synchronous motor described using is that the AC motor is changed to the rotor open slot type induction motor 1b and the magnetic flux phase estimator 12 is introduced. This is the same as in the case of FIG. In an induction motor, slip exists between the rotor position and the phase of the rotor magnetic flux, and the rotor position and the rotor magnetic flux phase are not the same. The phase of the rotor magnetic flux has a relationship of integration and differentiation with the angular frequency of the rotor magnetic flux, and the angular frequency of the rotor magnetic flux is determined as the sum of the rotor speed and the slip angle frequency. Further, the slip angle frequency is a two-phase current i in the rotating dq coordinate system.
It is estimated from d and iq . The magnetic flux phase estimator 12 outputs the estimated value of the rotor magnetic flux phase obtained using this relationship to the cosine sine signal generator 7.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】交流電動機のための従
来のベクトル制御方法を実現するには、上記代表例で説
明したように、回転子位置を検出するための回転子位置
検出器が必要不可欠である。しかし、エンコーダ等の回
転子位置検出器の回転子装着は、以下のような課題を不
可避的に発生してきた。In order to realize a conventional vector control method for an AC motor, a rotor position detector for detecting a rotor position is indispensable as described in the representative example. It is. However, mounting a rotor of a rotor position detector such as an encoder has inevitably caused the following problems.
【0011】第1課題が、電動機システムの信頼性の低
下である。エンコーダ等の回転子位置検出器は、電動機
本体と比較するならば、その機械的頑健性は著しく低
い。すなわち、回転子位置検出器の装着により、電動機
システムとしての機械的信頼性を著しく低下させてい
る。回転子位置検出器の装着に起因する電動機システム
の頑健性低下は、機械的側面のみならず、回転子位置検
出器信号への電源ノイズの混入に見られる電気的側面、
更には回転子発熱に遠因する回転子位置検出器の温度上
昇に見られる熱的側面においても同様に発生している。
このように、エンコーダ等の回転子位置検出器を電動機
回転子に装着することにより、電動機システムの信頼性
を甚だしく低下させてきた。The first problem is a reduction in the reliability of the motor system. Rotor position detectors such as encoders have significantly lower mechanical robustness when compared to motor bodies. That is, the mounting of the rotor position detector significantly reduces the mechanical reliability of the motor system. Deterioration of the robustness of the motor system due to the mounting of the rotor position detector is not only the mechanical aspect, but also the electrical aspect seen in the incorporation of power supply noise into the rotor position detector signal,
Further, the same occurs on the thermal side seen in the rise in temperature of the rotor position detector due to the heat generated by the rotor.
As described above, by attaching the rotor position detector such as the encoder to the motor rotor, the reliability of the motor system has been significantly reduced.
【0012】第2課題が、電動機スペースの増大であ
る。電動機単体での容積にも依存するが、回転子位置検
出器を回転子に装着することにより、電動機の軸方向へ
の容積が数パーセントから数十パーセント増大する。A second problem is an increase in motor space. Although depending on the volume of the motor alone, mounting the rotor position detector on the rotor increases the volume of the motor in the axial direction by several percent to tens of percent.
【0013】第3課題が、回転子位置検出器動作用の電
源線、検出信号を受けるための信号線の配線と配線のた
めのスペースの確保である。当然のことながら、回転子
位置検出器を動作させ、これから回転子の位置情報を得
るには、このための配線が必要である。しかも、信号線
と言えども、上述の機械的・電気的・熱的信頼性の低下
を極力回避すべく、電動機本体を駆動するための電力線
並みに頑健につくることが一般に要求される。結果的に
は、電動機1機につき本来の電力線とほぼ同等なサイズ
の信号線の配線、更にはこのためのスペースが必要とな
る。A third problem is to secure a wiring for a power supply line for operating the rotor position detector and a signal line for receiving a detection signal and a space for the wiring. As a matter of course, wiring is necessary for operating the rotor position detector and obtaining the rotor position information therefrom. In addition, the signal line is generally required to be as robust as the power line for driving the motor body in order to avoid the above-mentioned reduction in mechanical, electrical, and thermal reliability as much as possible. As a result, wiring of a signal line having substantially the same size as an original power line per motor is required, and furthermore, a space for this is required.
【0014】第4課題が、各種コストの増大である。小
形電動機においては、製造時において既に回転子位置検
出器のコストが電動機本体より高くなることさえある。
回転子位置検出器に付随した配線のコストも、小形電動
機では無視できない。更には、信頼性の低下に対応する
ための保守コストの増大も必然的に発生する。こうした
各種コストは、電動機の使用個数に応じ、増大する。特
に保守コストは個数に応じて指数的に増大する特性をも
つ。The fourth problem is an increase in various costs. In small motors, the cost of the rotor position detector may already be higher than the motor itself at the time of manufacture.
The cost of wiring associated with the rotor position detector is not negligible for small motors. Further, an increase in maintenance cost to cope with the decrease in reliability inevitably occurs. These various costs increase with the number of motors used. In particular, the maintenance cost has a characteristic that increases exponentially according to the number.
【0015】上記の課題は回転子位置検出器に直接ある
いは間接的に起因したものであり、回転子位置検出器を
必要としない所謂センサレスベクトル制御方法が確立さ
れれば、必然的に解決される。事実、このための交流電
動機のセンサレスベクトル制御法に関し、特色ある幾つ
かの方法が既に報告されている。交流電動機のセンサレ
スベクトル制御法及び同装置に関する国内外の技術開発
の最新サーベイ結果が、文献(電気学会交流電動機駆動
方式の新技術調査専門委員会編、電気学会技術報告第7
60号、交流電動機駆動における最近の技術動向、平成
12年2月発刊)において、詳しく紹介されている。こ
れに説明されているように、交流電動機のセンサレスベ
クトル制御法は、回転子位置の推定を、トルク発生のた
めの電圧、電流の基本波成分を用いて行う方法と、トル
ク発生に寄与しない高周波電力を別途注入し電圧電流に
含まれる高周波成分を用いて行う方法とに大別される。
また、特に本発明が対象とする高周波電圧を印加する方
法に関しては、潜在的性能に期待は寄せられてはいるが
研究開発の歴史が浅く、必ずしも十分な性能が得られて
いない。特に、交流電動機は動作状態に応じて電動機の
特性が変動するため、換言するならば電動機の特性を表
現した電動機パラメータが変動するため、この変動に頑
健なセンサレスベクトル制御法および同装置の開発が求
められている。The above problem is directly or indirectly caused by the rotor position detector, and is inevitably solved if a so-called sensorless vector control method that does not require a rotor position detector is established. . In fact, several distinctive methods for sensorless vector control of an AC motor for this purpose have already been reported. The latest survey results of sensorless vector control method for AC motors and technology development in Japan and abroad related to the device are described in the literature (edited by the Technical Committee on New Technology Research for AC Motor Drive System of IEEJ, Technical Report No. 7 of IEEJ).
No. 60, a recent technical trend in AC motor driving, published in February 2000). As described therein, the sensorless vector control method of the AC motor includes a method of estimating the rotor position using a fundamental wave component of a voltage and a current for generating a torque, and a method of using a high frequency that does not contribute to the torque generation. The method is roughly divided into a method of separately injecting power and using a high-frequency component included in the voltage and current.
In particular, with respect to the method of applying a high-frequency voltage targeted by the present invention, although potential performance is expected, the history of research and development is short and sufficient performance has not always been obtained. In particular, since the characteristics of an AC motor fluctuate according to the operating state, in other words, the motor parameters expressing the characteristics of the motor fluctuate. It has been demanded.
【0016】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、その目的は、逆突極特性を有する交流電動機のため
のエンコーダ等の回転子位置検出器を必要としないベク
トル制御方法及び同装置として、回転子位置の余弦・正
弦値を電動機パラメータの変動に頑健な状態で、更には
精度良くあるいは効率良く推定できるベクトル制御方法
及び同装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above background, and has as its object to provide a vector control method and apparatus which do not require a rotor position detector such as an encoder for an AC motor having reverse salient pole characteristics. Another object of the present invention is to provide a vector control method and a vector control method capable of accurately or efficiently estimating the cosine and sine values of the rotor position in a state robust to variations in the motor parameters.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、トルク発生に寄与する固定子電
流を、ベクトル回転器によって指示された互いに直交す
るd軸とq軸で構成される回転dq座標系上で、電流ベ
クトルのd軸成分及びq軸成分として分割し制御する電
流制御工程と、回転する高周波電圧ベクトルとして扱い
得る高周波電圧を固定子電圧の少なくとも一部として印
加する工程とを有する交流電動機のベクトル制御方法で
あって、該高周波電圧ベクトルの印加に応じ発生した高
周波電流ベクトルを用い、同じく該高周波電圧ベクトル
の印加に応じ発生した高周波磁束ベクトルと同方向へ回
転する同相電流ベクトルと、該高周波磁束ベクトルとは
逆方向へ回転する鏡相電流ベクトルとを検出あるいは推
定し、該同相電流ベクトルと該鏡相電流ベクトルとの成
す角の中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を、該
交流電動機の回転子位置の余弦・正弦推定値として該ベ
クトル回転器の回転信号の生成に利用することを特徴と
する。In order to achieve the above-mentioned object, according to the first aspect of the present invention, a stator current contributing to torque generation is generated by a d-axis and a q-axis orthogonal to each other specified by a vector rotator. A current control step of dividing and controlling the d-axis component and the q-axis component of the current vector on the configured rotating dq coordinate system, and applying a high-frequency voltage that can be treated as a rotating high-frequency voltage vector as at least a part of the stator voltage Using a high-frequency current vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, and rotating in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector. And the mirror current vector rotating in the opposite direction to the high-frequency magnetic flux vector is detected or estimated. A cosine / sine value of an intermediate angle between the vector and the mirror phase current vector or an estimated value thereof is used as a cosine / sine estimated value of a rotor position of the AC motor for generating a rotation signal of the vector rotator. It is characterized by doing.
【0018】請求項2の発明は、請求項1記載の交流電
動機のベクトル制御方法であって、該同相電流ベクトル
あるいはこれと同相の推定値と該鏡相電流ベクトルある
いはこれと同相の推定値とを用いて、該中間角の2倍角
の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定し、該2倍角
余弦・正弦決定値から該中間角の余弦・正弦値あるいは
その推定値を決定するようにしたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided the vector control method for an AC motor according to the first aspect, wherein the in-phase current vector or the estimated value of the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or the estimated value of the in-phase current vector are calculated. Is used to determine the cosine / sine value of the double angle of the intermediate angle or its estimated value, and the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof is determined from the determined value of the double angle cosine / sine. It is characterized by the following.
【0019】請求項3の発明は、請求項1及び請求項2
記載の交流電動機のベクトル制御方法であって、該中間
角の余弦・正弦値の期待される大きさに応じて、該2倍
角余弦・正弦決定値から該中間角の余弦・正弦値あるい
はその推定値を決定する方法を変更するようにしたこと
を特徴とする。The third aspect of the present invention provides the first and second aspects.
The vector control method for an AC motor according to claim 1, wherein the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimation of the cosine / sine value of the intermediate angle is determined according to an expected magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle. The method of determining a value is changed.
【0020】請求項4の発明は、請求項1記載の交流電
動機のベクトル制御方法であって、ノルムを同一化し
た、該同相電流ベクトルあるいはこれと同相の推定値
と、該鏡相電流ベクトルあるいはこれと同相の推定値と
の2個のベクトルを生成し、2個の該同一ノルムベクト
ルのベクトル加算によって得た合成ベクトルに比例し
て、該中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定
するようにしたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vector control method for an AC motor according to the first aspect, wherein the in-phase current vector or an estimated value of the in-phase current vector and the mirror-phase current vector, Generate two vectors with the in-phase estimated value and determine the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof in proportion to the composite vector obtained by adding the two identical norm vectors. It is characterized by doing so.
【0021】請求項5の発明は、請求項1記載の交流電
動機のベクトル制御方法であって、ノルムを同一化し
た、該同相電流ベクトルあるいはこれと同相の推定値
と、該鏡相電流ベクトルあるいはこれと同相の推定値と
の2個のベクトルを生成し、2個の該同一ノルムベクト
ルのベクトル減算によって得た合成ベクトルをπ/2
(rad)回転させ、回転後の減算合成ベクトルに比例
して該中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定
するようにしたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vector control method for an AC motor according to the first aspect, wherein the in-phase current vector or the estimated value of the in-phase current vector and the mirror-phase current vector, Two vectors with this and the in-phase estimated value are generated, and a combined vector obtained by vector subtraction of the two same norm vectors is π / 2
(Rad) The method is characterized in that the cosine / sine value of the intermediate angle or its estimated value is determined in proportion to the subtracted composite vector after the rotation.
【0022】請求項6の発明は、請求項1、請求項2、
請求項3、請求項4及び請求項5記載の交流電動機のベ
クトル制御方法であって、該高周波電圧ベクトルを正弦
高周波電圧ベクトルとしたことを特徴とする。The invention according to claim 6 is based on claim 1, claim 2,
A vector control method for an AC motor according to claim 3, 4, or 5, wherein the high-frequency voltage vector is a sine high-frequency voltage vector.
【0023】請求項7の発明は、トルク発生に寄与する
固定子電流を、ベクトル回転器によって指示された互い
に直交するd軸とq軸で構成される回転dq座標系上
で、電流ベクトルのd軸成分及びq軸成分として分割し
制御する電流制御手段と、回転する高周波電圧ベクトル
として扱い得る高周波電圧を固定子電圧の少なくとも一
部として印加する高周波電圧印加手段とを有する交流電
動機のベクトル制御装置であって、該高周波電圧ベクト
ルの印加に応じ発生した固定子電流ベクトルを用い、同
じく該高周波電圧ベクトルの印加に応じ発生した高周波
磁束ベクトルと同方向へ回転する同相電流ベクトルと、
該高周波磁束ベクトルとは逆方向へ回転する鏡相電流ベ
クトルとを検出または推定する手段と、該ベクトル回転
器の回転信号の生成に利用し得る該交流電動機の回転子
位置の余弦・正弦推定値として、該同相電流ベクトルと
該鏡相電流ベクトルとの成す角の中間角の余弦・正弦値
あるいはその推定値を生成する手段とを有することを特
徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, a stator current contributing to torque generation is represented by a d-vector of a current vector on a rotating dq coordinate system composed of a d-axis and a q-axis which are orthogonal to each other and designated by a vector rotator. A vector control device for an AC motor having current control means for dividing and controlling an axis component and a q-axis component, and high-frequency voltage applying means for applying a high-frequency voltage that can be treated as a rotating high-frequency voltage vector as at least a part of the stator voltage Using a stator current vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, a common-mode current vector that rotates in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector also generated in response to the application of the high-frequency voltage vector,
Means for detecting or estimating a mirror phase current vector rotating in a direction opposite to the high-frequency magnetic flux vector, and a cosine / sine estimated value of a rotor position of the AC motor which can be used for generating a rotation signal of the vector rotator. Means for generating a cosine / sine value of an intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or an estimated value thereof.
【0024】次に本発明の作用について説明する。交流
電動機の固定子U相巻線の中心の方向を基軸すなわちα
軸とし、これに直交した副軸をβ軸とする固定αβ座標
系を考える。また、基軸から副軸の方向を正方向とす
る。回転子の逆突極位置(すなわち基準となるべき回転
子位置)がある瞬時にα軸に対して電気的角度θをなし
ているものとする。図1に、1例として、永久磁石形同
期電動機の回転子逆突極位置(N極位置)の様子を示し
た。固定αβ座標系上では、本発明が対象とする逆突極
特性を有する交流電動機の電気的特性は次の(1)、
(2)式で表現することができる。Next, the operation of the present invention will be described. The direction of the center of the stator U-phase winding of the AC motor is the base axis, that is, α.
Consider a fixed αβ coordinate system in which the axis is an axis and the sub-axis orthogonal to the axis is the β axis. The direction from the base axis to the sub-axis is defined as a positive direction. It is assumed that the reverse salient pole position of the rotor (that is, the rotor position to be a reference) instantaneously makes an electrical angle θ with respect to the α-axis. FIG. 1 shows, as an example, a state of a rotor reverse salient pole position (N pole position) of a permanent magnet type synchronous motor. On the fixed αβ coordinate system, the electric characteristics of the AC motor having the reverse salient pole characteristics targeted by the present invention are as follows (1):
It can be expressed by equation (2).
【数1】ν1=R1i1+sφ1 (1)Ν 1 = R 1 i 1 + sφ 1 (1)
【数2】φ1=φi+φm (2)## EQU2 ## φ 1 = φ i + φ m (2)
【0025】(1)、(2)式におけるR1は固定子の
巻線抵抗を、sは微分演算子d/dtを意味している。
また、ν1,i1,φ1はそれぞれ固定子電圧ベクト
ル、固定子電流ベクトル、固定子鎖交磁束(固定子磁
束)ベクトルである。φi、φmは固定子磁束ベクトル
φ1を構成する成分を示しており、φiは固定子電流に
より直接的に生成された磁束ベクトルを、φmは回転子
側から鎖交した回転子磁束ベクトルを各々意味してい
る。これらベクトルはすべて2x1ベクトルである。[0025] (1), the R 1 is the winding resistance of the stator in (2), s is meant differential operator d / dt.
Further, ν 1 , i 1 , φ 1 are a stator voltage vector, a stator current vector, and a stator linkage flux (stator flux) vector, respectively. φ i and φ m indicate components constituting the stator magnetic flux vector φ 1 , φ i indicates a magnetic flux vector directly generated by the stator current, and φ m indicates a rotor linked from the rotor side. Each means a magnetic flux vector. These vectors are all 2x1 vectors.
【0026】ベクトル制御の遂行に際しては、図18及
び図19を用いて説明したように、固定αβ座標系上の
信号をベクトル回転器6aを用いて回転dq座標系上の
信号へ、また、回転dq座標系上の信号をベクトル回転
器6bを用いて固定αβ座標系上の信号へ変換する必要
がある。このときのベクトル回転器6bの特性は、次の
(3)式で表現される。When performing the vector control, as described with reference to FIGS. 18 and 19, the signal on the fixed αβ coordinate system is converted into the signal on the rotation dq coordinate system using the vector rotator 6a, and It is necessary to convert the signal on the dq coordinate system into a signal on the fixed αβ coordinate system using the vector rotator 6b. The characteristics of the vector rotator 6b at this time are expressed by the following equation (3).
【数3】 ベクトル回転器6aの特性はこの転置行列として表現さ
れる。(3)式におけるθφは、固定αβ座標系上で評
価されだ回転子磁束の位相である。すなわち、(3)式
が明瞭に示しているように、ベクトル回転器には、固定
αβ座標系上で評価された回転子磁束位相の余弦・正弦
値が必要である。[Equation 3] The characteristics of the vector rotator 6a are expressed as this transposed matrix. Θ φ in the equation (3) is the phase of the rotor magnetic flux evaluated on the fixed αβ coordinate system. That is, as clearly shown by the equation (3), the vector rotator needs the cosine and sine of the rotor magnetic flux phase evaluated on the fixed αβ coordinate system.
【0027】同期電動機のための従来のベクトル制御法
では、図18を用いて説明したように、回転子磁束位相
θφと回転子位置θとは同一であるので、回転子磁束位
置の余弦・正弦値を得るために回転子に位置検出器を装
着し回転子位置θの余弦・正弦値を直接的に得てきた。
誘導電動機のための従来のベクトル制御法では、図19
を用いて説明したように、回転子磁束位相の余弦・正弦
値を得るために、回転子に位置検出器を装着し、近似微
分処理を通じ回転子速度を得てきた。本発明は、これに
代わって回転子位置検出器を用いることなく、回転子位
置の余弦・正弦推定値及び回転子速度の推定値を得よう
とするものである。In the conventional vector control method for a synchronous motor, the rotor magnetic flux phase θ φ and the rotor position θ are the same as described with reference to FIG. In order to obtain a sine value, a position detector is mounted on the rotor, and the cosine and sine value of the rotor position θ have been directly obtained.
In a conventional vector control method for an induction motor, FIG.
As described above, in order to obtain the cosine and sine value of the rotor magnetic flux phase, a position detector is mounted on the rotor, and the rotor speed has been obtained through an approximate differentiation process. Instead, the present invention seeks to obtain a cosine / sine estimate of the rotor position and an estimate of the rotor speed without using a rotor position detector.
【0028】本発明においては、交流電動機に対し、回
転する高周波電圧ベクトルとして扱い得る高周波電圧を
固定子電圧の少なくとも一部として印加する。高周波電
圧を印加する本発明においては、電動機の電圧、電流、
磁束の各ベクトルは、以下のように、トルク発生に寄与
し回転子の電気角速度と同等周波数である基本波成分
(低周波成分)と印加高周波電圧に起因する高周波成分
とに分離表現することができる。In the present invention, a high-frequency voltage that can be treated as a rotating high-frequency voltage vector is applied to the AC motor as at least a part of the stator voltage. In the present invention for applying a high-frequency voltage, the voltage, current,
Each vector of the magnetic flux can be expressed separately as a fundamental component (low frequency component) that contributes to torque generation and has the same frequency as the electrical angular velocity of the rotor and a high frequency component caused by the applied high frequency voltage, as follows. it can.
【数4】 (Equation 4)
【0029】(4)式各式における右辺第1項は回転子
の電気角速度と同等周波数の低周波成分を意味してお
り、これを脚符sで明示している。一方、各式右辺第2
項は高周波成分を意味しており、これを脚符hで明示し
ている。(4)式のすべての信号は2x1のベクトルで
ある。(4)式の最終式で明示しているように、回転子
と直接的に関係する回転子磁束ベクトルφmは、当然の
ことながら低周波側の信号である。これらの2種の成分
は、周波数が大きく異なっており、適切な特性のフィル
タを用い分離することができる。Equation (4) The first term on the right side of each equation means a low-frequency component having the same frequency as the electrical angular velocity of the rotor, and this is clearly indicated by a footnote s. On the other hand, each expression
The term means a high frequency component, which is clearly indicated by a footnote h. All signals in equation (4) are 2 × 1 vectors. As is clearly shown in the final expression of the expression (4), the rotor magnetic flux vector φ m directly related to the rotor is, of course, a signal on the low frequency side. These two components have greatly different frequencies, and can be separated using a filter having appropriate characteristics.
【0030】固定子の電圧、電流、磁束の各ベクトルの
高周波成分である高周波電圧ベクトルν1h、高周波電
流ベクトルi1h、高周波磁束ベクトルφ1hの間に
は、(1)、(2)式に(4)式の関係を用いた上で高
周波成分の取り出すことにより容易に理解されるよう
に、次の(5)式の関係が成立している。The high-frequency voltage vector ν 1h , the high-frequency current vector i 1h , and the high-frequency magnetic flux vector φ 1h , which are the high-frequency components of the stator voltage, current, and magnetic flux vectors, are expressed by the following equations (1) and (2). As is easily understood by extracting the high-frequency component using the relationship of the expression (4), the relationship of the following expression (5) holds.
【数5】ν1h=R1i1h+sφ1h (5) この際、高周波磁束ベクトルφ1hと高周波電流ベクト
ルi1hの間には、逆突極特性より、次の(6)式に示
した関係が成立している。Ν 1h = R 1 i 1h + sφ 1h (5) At this time, the following equation (6) is given between the high-frequency magnetic flux vector φ 1h and the high-frequency current vector i 1h from the inverse salient pole characteristic. Relationship is established.
【数6】 (6)式におけるQ(θ)は次の(7)式で定義された
2x2鏡行列を、(Equation 6) Q (θ) in the equation (6) is a 2 × 2 mirror matrix defined by the following equation (7):
【数7】 またLa、Lbはインダクタンスを示している。本発明
で対象とする交流電動機の突極特性は鏡行列Q(θ)に
より表現されている。特に逆突極性は、鏡行列と一体的
に存在するインダクタンスLbの負性Lb<0で表現さ
れている。(Equation 7) The L a, L b denotes the inductance. The salient pole characteristics of the AC motor targeted by the present invention are represented by a mirror matrix Q (θ). Particularly reverse saliency is expressed in negative L b <0 inductance L b present integrally with the mirror matrix.
【0031】本発明は、(5)、(6)式における高周
波電流ベクトルi1hを用い、高周波磁束ベクトルφ
1hと同一方向へ回転する同相電流ベクトルi
1haと、高周波磁束ベクトルとは逆方向へ回転する鏡
相電流ベクトルi1hbとを得、同相電流ベクトルと鏡
相電流ベクトルとの成す角の中間角の余弦・正弦値ある
いはその推定値を、回転子位置の推定値とするものであ
る。The present invention uses the high-frequency current vector i 1h in the equations (5) and (6) to obtain a high-frequency magnetic flux vector φ
Common- mode current vector i rotating in the same direction as 1h
1ha and a mirror-phase current vector i 1hb rotating in the opposite direction to the high-frequency magnetic flux vector, and calculating the cosine / sine value of the intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or its estimated value by rotation. This is an estimated value of the child position.
【0032】本発明では、同相電流ベクトルi1ha、
鏡相電流ベクトルi1hbは、各々(8)、(9)式の
ように定めている。In the present invention, the common-mode current vector i 1ha ,
The mirror phase current vector i 1hb is defined as in equations (8) and (9), respectively.
【数8】 (Equation 8)
【数9】 (8)、(9)式で定義した同相電流ベクトル
i1ha、鏡相電流ベクトルi1hbは、高周波電流ベ
クトルに対し次の(10)式の関係を満足している。(Equation 9) The in-phase current vector i 1ha and the mirror-phase current vector i 1hb defined by the expressions (8) and (9) satisfy the following expression (10) with respect to the high-frequency current vector.
【数10】i1h=i1ha+i1hb (10) 更には、これら3つの電流ベクトルは(6)式の関係を
満足している。I 1h = i 1ha + i 1hb (10) Further, these three current vectors satisfy the relationship of the expression (6).
【0033】次に、同相、鏡相の両電流ベクトルの成す
角の中間角をもって、回転子位置(すなわち、回転子の
逆突極位置)θの推定値とすることができることを説明
する。簡明な説明を図るべく、先ず、θの余弦・正弦値
により構成した単位ベクトルを(11)式のように定義
する。Next, it will be described that the intermediate value of the angles formed by the in-phase and mirror-phase current vectors can be used as the estimated value of the rotor position (that is, the position of the reverse salient pole of the rotor) θ. For the sake of simplicity, first, a unit vector constituted by the cosine and sine value of θ is defined as in equation (11).
【数11】 高周波磁束ベクトルφ1hは、その位相をθaとする
と、これを用いて次のように表現することができる。(Equation 11) RF magnetic flux vector phi 1h, when the phase and theta a, can be expressed as follows using the same.
【数12】 このとき、同相電流ベクトルi1haは(8)式より高
周波磁束ベクトルφ1hと同相であり、次の(13)式
のように評価することができる。(Equation 12) At this time, the in-phase current vector i 1ha is in phase with the high-frequency magnetic flux vector φ 1h from the equation (8), and can be evaluated as in the following equation (13).
【数13】 (Equation 13)
【0034】一方、鏡相電流ベクトルは、(9)、(1
2)式を考慮すると、(14)式のように再評価するこ
とができる。On the other hand, the mirror phase current vectors are (9), (1)
Considering equation (2), it can be re-evaluated as equation (14).
【数14】 (14)式においては、逆突極特性により、−Lb>0
の関係が成立している。[Equation 14] In (14), the reverse salient pole characteristic, -L b> 0
Is established.
【0035】(13)、(14)式は、回転子の逆突極
位置に対し、同相と鏡相との両電流ベクトルは互いに逆
相の状態にあることを明快に説明するものである。換言
するならば、両電流ベクトルの位相の中間値を、回転子
位置(すなわち、逆突極位置)θの推定値として扱い得
ることを示すものである。回転子位置θの推定値の余弦
・正弦値は、当然のことながら、回転子位置θの余弦・
正弦の推定値となる。本発明は、こうして得た余弦・正
弦の推定値を回転dq座標系を構成するために必要なベ
クトル回転器の回転信号の生成に利用しようとするもの
である。以上、(8)−(14)式を用いて説明した回
転子位置を示す単位ベクトル、高周波磁束ベクトル、高
周波電流ベクトル、同相電流ベクトル、鏡相電流ベクト
ルの関係を、より明快な理解の一助として、ベクトル図
の形で図2に明示した。Equations (13) and (14) clearly explain that the in-phase and mirror-phase current vectors are in opposite phases with respect to the opposite salient pole position of the rotor. In other words, it indicates that an intermediate value between the phases of the two current vectors can be treated as an estimated value of the rotor position (that is, the reverse salient pole position) θ. The cosine and sine of the estimated value of the rotor position θ are, of course,
This is the estimated value of the sine. The present invention intends to use the estimated values of the cosine and sine obtained in this way for generating a rotation signal of a vector rotator necessary for forming a rotation dq coordinate system. As described above, the relationships among the unit vector, the high-frequency magnetic flux vector, the high-frequency current vector, the in-phase current vector, and the mirror-phase current vector indicating the rotor position described with reference to the equations (8) to (14) are provided for a clearer understanding. , In the form of a vector diagram.
【0036】固定子電流ベクトルは、ベクトル制御方法
あるいはベクトル制御装置において従来より使用されて
いる電流検出器4と3相2相変換器5aにより難なく検
出できる。また、同相電流ベクトル、鏡相電流ベクトル
は、後述の実施形態例で具体的に説明するようにその周
波数的特性を活用することにより、固定子電流ベクトル
より検出することが、あるいは関連信号より推定するこ
とができる。回転子位置の推定には、上述の説明より既
に明白なように、同相、鏡相の両電流ベクトルの位相情
報のみが必要であり、この振幅情報は必要としない。回
転子位置推定における振幅情報への非依存性は、
(8)、(9)式と併せて考慮するならば、インダクタ
ンスすなわち電動機パラメータに依存することなく、換
言するならば電動機パラメータの変動に頑健な状態で回
転子位置が推定可能であることを意味している。The stator current vector can be detected without difficulty by the current detector 4 and the three-phase to two-phase converter 5a conventionally used in the vector control method or the vector control device. In addition, the in-phase current vector and the mirror-phase current vector can be detected from the stator current vector or estimated from the related signal by utilizing the frequency characteristics as specifically described in an embodiment described later. can do. As is clear from the above description, the estimation of the rotor position requires only the phase information of both the in-phase and mirror-phase current vectors, and does not need this amplitude information. Independence on amplitude information in rotor position estimation is
When considered in combination with the equations (8) and (9), it means that the rotor position can be estimated without depending on the inductance, that is, the motor parameter, in other words, in a state robust to the fluctuation of the motor parameter. are doing.
【0037】以上の説明より明白なように、請求項1あ
るいは請求項7の本発明によれば、固定子に装着される
回転子位置検出器を用いることなく、ベクトル制御ため
のベクトル回転器の回転信号生成に必要な回転子位置の
推定値を、ひいては回転子位置の余弦・正弦推定値、回
転子の速度推定値を得ることが出来ると言う作用が得ら
れる。しかも、電動機パラメータの変動に頑健な状態で
得ることができると言う作用が得られる。本作用は、印
加した高周波電圧ベクトルの角周波数が回転子の電気的
角速度に対し十分高ければ、すなわち関係諸信号が
(4)式に明示しているように周波数分離が可能な状態
にあれば、回転子の停止時あるいは停止時に準ずる極低
速時に限定されることなく、広い動作範囲で得られる。As is apparent from the above description, according to the present invention of claim 1 or claim 7, a vector rotator for vector control without using a rotor position detector mounted on a stator. An effect is obtained that an estimated value of the rotor position required for generating the rotation signal, and thus an estimated value of the cosine and sine of the rotor position and an estimated value of the rotor speed can be obtained. In addition, an effect is obtained that it can be obtained in a state that is robust to variations in the motor parameters. This operation is performed when the angular frequency of the applied high-frequency voltage vector is sufficiently high with respect to the electrical angular velocity of the rotor, that is, when the related signals are in a state where frequency separation is possible as specified in the equation (4). However, the present invention is not limited to when the rotor is stopped or when the rotor is stopped at an extremely low speed, but can be obtained in a wide operating range.
【0038】次に、本発明の請求項2の作用について説
明する。(8)−(14)式を活用し、回転子の逆突極
位置θに対し、同相ベクトルと鏡相ベクトルは互いに逆
相の状態にあることを説明した。この関係は、回転子の
逆突極位置θ、同相、鏡相電流ベクトルの各位相θa、
θbを用い、(15)式のように表現することができ
る。Next, the operation of the second aspect of the present invention will be described. Using the equations (8)-(14), it has been described that the in-phase vector and the mirror-phase vector are in opposite phases with respect to the reverse salient pole position θ of the rotor. This relationship is expressed by the rotor's reverse salient pole position θ, the in-phase and mirror phase current vector phases θ a ,
using theta b, it can be expressed as (15).
【数15】2θ=θa+θb (15)2θ = θ a + θ b (15)
【0039】ベクトル制御のためのベクトル回転器に必
要な回転信号は、(3)式を用いて説明したように、位
相そのものではなく位相の余弦・正弦値である。すなわ
ち、(15)式のみならず応用的には次の(16)式の
関係も重要である。The rotation signal required for the vector rotator for vector control is not the phase itself but the cosine and sine value of the phase, as described using the equation (3). That is, not only the expression (15) but also the relationship of the following expression (16) is important in application.
【数16】 (Equation 16)
【0040】(16)式の右辺は、同相及び鏡相電流ベ
クトルから直接算出することができる。例えば、簡単に
は次の(17)式によればよい。The right side of equation (16) can be calculated directly from the in-phase and mirror-phase current vectors. For example, the following equation (17) may be simply used.
【数17】 (17)式は、回転子逆突極位置の2倍角余弦・正弦値
は、正規化された同相、鏡相の両電流ベクトルにより、
換言すならば両ベクトルの位相情報のみで決定されるこ
とを明瞭に示しており、(16)式との整合性は明らか
である。なお、(17)式におけるJは次の(18)式
で定義された2x2交代行列である。[Equation 17] Equation (17) indicates that the double-angle cosine and sine value of the rotor reverse salient pole position is obtained by the normalized in-phase and mirror-phase current vectors.
In other words, it clearly shows that the determination is made only by the phase information of both vectors, and the consistency with the equation (16) is clear. Note that J in the expression (17) is a 2 × 2 alternation matrix defined by the following expression (18).
【数18】 (Equation 18)
【0041】一方、周知のように、2倍角に関しては、
次の(19)式の三角関数関係が一般的に成立する。On the other hand, as is well known, regarding the double angle,
The trigonometric function relation of the following equation (19) generally holds.
【数19】 これより、逆突極位置の2倍角の余弦・正弦値がわかれ
ば、(19)式の関係を用い逆突極位置の余弦・正弦値
を決定することができることが明らかである。[Equation 19] From this, it is clear that if the cosine / sine value of the double angle of the reverse salient pole position is known, the cosine / sine value of the reverse salient pole position can be determined using the relationship of equation (19).
【0042】請求項2の本発明は、請求項1のベクトル
制御方法であって、該同相電流ベクトルあるいはこの推
定値と該鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値とから該
中間角の2倍角の余弦・正弦値あるいはこの推定値を決
定し、決定した該2倍角の余弦・正弦決定値から該中間
角の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定するように
している。(17)−(19)式を用いた上記説明より
明白なように、本発明によれば、同相電流ベクトル、鏡
相電流ベクトルの各位相θa、θb算出することなく、
これらのベクトルからベクトル回転器の回転信号の生成
に必要な余弦・正弦の推定値を直接的に算定できると言
う作用が得られる。ベクトルからの位置の算定は非線形
関数の1種である三角関数の逆演算を必要とし、この種
の逆演算は、周知のように、位相によっては大きな誤差
を生じたり、大きな演算量を必要とすることがある。し
かし、請求項2の本発明によれば、この種の逆演算を必
要としないので、回転子位置の余弦・正弦の推定値を比
較的高い精度で、また比較的軽い計算量で決定できると
言う作用が得られる。換言するならば、請求項2の本発
明によれば、請求項1で説明した作用を比較的高い精度
で、かつ比較的軽い計算量で得ることができるようにな
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first aspect, wherein the cosine of a double angle of the intermediate angle is obtained from the in-phase current vector or the estimated value and the mirror current vector or the estimated value. The sine value or its estimated value is determined, and the cosine / sine value of the intermediate angle or its estimated value is determined from the determined cosine / sine value of the double angle. (17) - (19) As is apparent from the above description with reference to, according to the present invention, phase current vector, each phase theta a mirror-phase current vector, theta b without calculating,
From these vectors, the effect is obtained that the estimated values of the cosine and sine required for generating the rotation signal of the vector rotator can be directly calculated. The calculation of the position from the vector requires an inverse operation of a trigonometric function, which is a type of nonlinear function. As is well known, this type of inverse operation causes a large error depending on the phase or requires a large amount of operation. Sometimes. However, according to the second aspect of the present invention, since this kind of inverse operation is not required, the estimated value of the cosine / sine of the rotor position can be determined with relatively high accuracy and with a relatively light calculation amount. The effect described is obtained. In other words, according to the second aspect of the present invention, the operation described in the first aspect can be obtained with relatively high accuracy and with a relatively light calculation amount.
【0043】続いて、請求項3の本発明の作用について
説明する。回転子逆突極位置の2倍角の余弦・正弦値あ
るいはその推定値から、回転子逆突極位置の余弦・正弦
値あるいはその推定値を算定する際に、(19)式の第
1行の関係を利用する場合には、不可避的に平方根の解
法が必要となる。また、(19)式の第2行の関係を利
用する場合には、平方根の解法を必要としないが、除算
が必要となる。一般に、除算に要する演算量は、平方根
の解法に要する演算量に比較し小さいので、第2行を努
めて活用することが望ましい。しかし、除算は、分母の
絶対値が著しく小さい場合には大きな誤差を生じる特性
をもつので、実用的にはこれを可能な限り回避する必要
がある。以上の説明で理解されるように、たとえば、余
弦値の絶対値が大きくなる場合には、次の(20)式に
示した決定法が望ましい。Next, the operation of the present invention will be described. When calculating the cosine / sine value or the estimated value of the rotor reverse salient pole position from the cosine / sine value of the double angle of the rotor inverted salient pole position or the estimated value thereof, the first line of the equation (19) is used. In the case of using the relationship, a method of solving the square root is inevitably required. Further, when using the relationship in the second row of the equation (19), the division is required, although the solution of the square root is not required. In general, the amount of operation required for division is smaller than the amount of operation required for solving the square root, and therefore it is desirable to use the second row in an effort. However, division has a characteristic that causes a large error when the absolute value of the denominator is extremely small, so that it is practically necessary to avoid this as much as possible. As understood from the above description, for example, when the absolute value of the cosine value increases, the determination method shown in the following equation (20) is desirable.
【数20】 一方、正弦値の絶対値が大きくなる場合には、次の(2
1)式に示した決定法が望ましい。(Equation 20) On the other hand, when the absolute value of the sine value increases, the following (2)
The determination method shown in the expression 1) is desirable.
【数21】 (Equation 21)
【0044】請求項3の本発明は、請求項1及び請求項
2記載のベクトル制御方法であって、該中間角の余弦・
正弦の推定値の期待される大きさに応じて、該2倍角の
余弦・正弦の決定値から該中間角の余弦・正弦値あるい
はその推定値を決定する方法を変更するようにしてい
る。この結果、(20)、(21)式を用いた上記の説
明より明白なように、最も高い計算精度を維持した状態
で、更には、計算量を合理的に低減した状態で、ベクト
ル回転器の回転信号の生成に必要な余弦・正弦値あるい
はその推定値を決定できると言う作用が得られる。ひい
ては、請求項3の本発明によれば、請求項1及び請求項
2で説明した作用を、最も高い計算精度で、かつ合理的
に低減した計算量で、得ることができようになる。According to a third aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first or second aspect, wherein the cosine of the intermediate angle
According to the expected magnitude of the estimated value of the sine, the method of determining the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof from the determined value of the cosine / sine of the double angle is changed. As a result, as is clear from the above description using the equations (20) and (21), the vector rotator is maintained while maintaining the highest calculation accuracy and further reducing the calculation amount rationally. The effect of being able to determine the cosine and sine values required for the generation of the rotation signal or an estimated value thereof can be obtained. Consequently, according to the third aspect of the present invention, the effects described in the first and second aspects can be obtained with the highest calculation accuracy and with a reasonably reduced calculation amount.
【0045】続いて、請求項4の本発明の作用について
説明する。請求項4の本発明は、請求項1記載のベクト
ル制御方法であって、ノルムを同一化した、該同相電流
ベクトルあるいはこの推定値と同一方向をもつベクトル
と、該鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値と同一方向
をもつベクトルとの2個のベクトルを生成し、2個の該
同一ノルムベクトルのベクトル加算によって得た合成ベ
クトルに比例して、該中間角の余弦・正弦の推定値を各
々決定するようにしている。Next, the operation of the present invention according to claim 4 will be described. The present invention according to claim 4 is the vector control method according to claim 1, wherein the in-phase current vector or a vector having the same direction as the estimated value and the mirror-phase current vector or the estimated Generate two vectors with the value and a vector having the same direction, and determine the estimated values of the cosine and sine of the intermediate angle in proportion to the composite vector obtained by adding the two same norm vectors. I am trying to do it.
【0046】上記ベクトル合成の様子を図3に図示し
た。同図では、回転子の逆突極位置をその余弦・正弦値
を要素とした単位ベクトルu(θ)で、ノルムを同一化
した2個のベクトルをi1ha/‖i1ha‖とi
1hb/‖i1hb‖とで表現している。また、これら
のベクトル加算による合成ベクトルをζaで表現してい
る。合成ベクトルが回転子の逆突極と同一方向をもつこ
とは、同図より容易に理解されよう。加算合成ベクトル
ζaが逆突極位置を示す単位ベクトルと同一方向をもつ
ことは、厳密には、数式を用いて次のように説明するこ
とができる。FIG. 3 shows the state of the vector synthesis. In the drawing, the unit vector u a reverse salient pole position of the rotor and the cosine-sine value element (theta), the two vectors were identical the norm i 1ha / ‖i 1ha ‖ and i
1hb / { i 1hb } . Also, a composite vector obtained by adding these vectors is represented by aa . It can be easily understood from the figure that the resultant vector has the same direction as the reverse salient pole of the rotor. The additive synthesis vector zeta a has the same direction as the unit vector indicating the reverse salient pole position, strictly speaking, it can be described using equations, as follows.
【数22】 (22)式は、加算合成ベクトルζaが逆突極位置を示
す単位ベクトルu(θ)のスカラ倍になることすなわち
u(θ)に比例すること、ひいては図3による説明の正
当性を裏付けるものである。(Equation 22) The expression (22) supports that the sum vector ζa is a scalar multiple of the unit vector u (θ) indicating the reverse salient pole position, that is, is proportional to u (θ). Things.
【0047】回転子の逆突極位置の余弦・正弦値は、
(22)式より直ちに、以下の関係に従がい推定できる
ことが明らかである。The cosine / sine value of the reverse salient pole position of the rotor is
It is clear from equation (22) that the estimation can be made immediately according to the following relationship.
【数23】 すなわち、本発明の請求項4で明示したように、該中間
角の余弦・正弦値あるいはその推定値は、加算合成ベク
トル比例して決定すればよい。なお、本発明では、(2
3)式を用いて明示しているように、sgn関数が取り
うる+符号のみならず−符号をも含めて、2個のベクト
ルの「比例」関係を捕らえている。(Equation 23) That is, as specified in claim 4 of the present invention, the cosine and sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof may be determined in proportion to the additive composite vector. In the present invention, (2)
As is apparent from the expression 3), the "proportional" relationship between the two vectors is captured, including not only the plus sign that the sgn function can take, but also the minus sign.
【0048】請求項4の本発明によれば、(22)、
(23)式を用いた以上の説明より容易に理 となる特別な状況を除けば、極簡単な演算で、ベクトル
回転器の回転信号生成に必要な該中間角の余弦・正弦値
あるいはその推定値を決定できると言う作用が得られ
る。この結果、請求項4の本発明によれば、請求項1で
説明した作用を極簡単な演算で達成できるようになる。
なお、高周波磁束ベクトルと単位ベクトルとの内積絶対
値の僅少時の問題回避方法、及びsgn関数に依存する
符号の判定方法は請求項4の本発明に関連した実施形態
例に関連して後に具体的かつ詳しく説明する。According to the fourth aspect of the present invention, (22)
It is easier to understand from the above explanation using equation (23). Except for the special case, the effect of being able to determine the cosine and sine of the intermediate angle required for generating the rotation signal of the vector rotator or the estimated value thereof with extremely simple calculation is obtained. As a result, according to the fourth aspect of the present invention, the operation described in the first aspect can be achieved by a very simple operation.
The method of avoiding the problem when the absolute value of the inner product of the high-frequency magnetic flux vector and the unit vector is small, and the method of determining the sign depending on the sgn function will be described later in connection with the embodiment related to the present invention. It will be explained in detail and in detail.
【0049】続いて、請求項5の本発明の作用について
説明する。請求項5の本発明は、請求項1記載のベクト
ル制御方法であって、ノルムを同一化した、該同相電流
ベクトルあるいはこの推定値と同一方向をもつベクトル
と、該鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値と同一方向
をもつベクトルとの2個のベクトルを生成し、2個の該
同一ノルムベクトルのベクトル減算によって得た合成ベ
クトルをπ/2(rad)回転させ、回転後の減算合成
ベクトルに比例して、該中間角の余弦・正弦の推定値を
各々決定するようにしている。Next, the operation of the present invention will be described. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first aspect, wherein the in-phase current vector or the vector having the same direction as the estimated value, and the mirror-phase current vector or the estimated current value are used. Generates two vectors, a value and a vector having the same direction, and rotates a composite vector obtained by subtracting the two same norm vectors by π / 2 (rad), and is proportional to the subtracted composite vector after the rotation. Thus, the estimated values of the cosine and the sine of the intermediate angle are determined.
【0050】上記ベクトル合成の様子を図4に図示し
た。同図では、回転子の逆突極の方向を単位ベクトルu
(θ)で、ノルムを同一化した2個の電流ベクトルをi
1ha/‖i1ha‖とi1hb/‖i1hb‖とで表
現している。また、これらのベクトル減算による合成ベ
クトルをζsで表現している。減算合成ベクトルζsの
方向が回転子逆突極位置に対し垂直方向となることは、
同図より容易に理解されよう。これは、厳密には、数式
を用いて次のように説明することができる。FIG. 4 shows the state of the vector synthesis. In the figure, the direction of the reverse salient pole of the rotor is represented by a unit vector u.
In (θ), two current vectors having the same norm are represented by i
1ha / ‖i 1ha ‖ it is expressed in and i 1hb / ‖i 1hb ‖ capital. Also, it expresses the resultant vector of these vectors subtraction zeta s. The direction of the subtractive synthesis vector zeta s is the direction perpendicular to the rotor opposite salient pole position,
It can be easily understood from FIG. This can be strictly described as follows using mathematical expressions.
【数24】 (24)式は、減算合成ベクトルの方向は逆突極位置を
示す単位ベクトルu(θ)に対し垂直方向を向き、大き
さはそのスカラ倍になること、ひいては図4による説明
の正当性を裏付けるものである。(18)式で定義さ
れ、(24)式で使用された交代行列Jは、これに作用
するベクトルをπ/2(rad)回転させる働きをも
つ。(Equation 24) Equation (24) indicates that the direction of the subtraction composite vector points in the direction perpendicular to the unit vector u (θ) indicating the reverse salient pole position, and that the size is a scalar multiple thereof, and that the validity of the explanation with reference to FIG. This is a proof. The alternation matrix J defined by the equation (18) and used in the equation (24) has a function of rotating a vector acting on the matrix by π / 2 (rad).
【0051】回転子の逆突極位置の余弦・正弦値は、
(24)式より直ちに、以下の関係に従がい推定できる
ことが明らかである。The cosine and sine of the reverse salient pole position of the rotor are
It is clear from equation (24) that the estimation can be immediately made according to the following relationship.
【数25】 すなわち、本発明の請求項5で明示したように、減算合
成ベクトルζsを交代行列Jを用いてπ/2(rad)
回転させ、回転後の減算合成ベクトルに比例して該中間
角の余弦・正弦値あるいはその推定値を各々決定すれば
よい。なお、本発明では、(25)式を用いて明示して
いるように、sgn関数が取りうる+符号のみならず−
符号をも含めて、2個のベクトルの「比例」関係を捕ら
えている。(Equation 25) That is, as manifested in claim 5 of the present invention, the subtraction resultant vector zeta s using a skew-symmetric matrix J π / 2 (rad)
The rotation may be performed, and the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof may be determined in proportion to the subtracted composite vector after the rotation. In the present invention, not only + sign that the sgn function can take but also −
It captures the "proportional" relationship between the two vectors, including the sign.
【0052】請求項5の本発明によれば、(24)、
(25)式を用いた以上の説明より容易に理 値が僅少となる特別な状況を除けば、極簡単な演算で、
ベクトル回転器の回転信号生成に必要な該中間角の余弦
・正弦値あるいはその推定値を決定できると言う作用が
得られる。この結果、請求項5の本発明によれば、請求
項1で説明した作用を極簡単な演算で達成できるように
なる。なお、高周波磁束ベクトルと単位ベクトルとの交
代的内積の絶対値の僅少時の問題回避方法、及びsgn
関数に依存する符号の判定方法は請求項5の本発明に関
連した実施形態例に関連して後に具体的かつ詳しく説明
する。According to the fifth aspect of the present invention, (24)
It is easier to understand than the above explanation using equation (25). Except for special situations where the values are insignificant, very simple calculations
The effect is obtained that the cosine and sine values of the intermediate angle required for generating the rotation signal of the vector rotator or the estimated value thereof can be determined. As a result, according to the fifth aspect of the present invention, the operation described in the first aspect can be achieved by an extremely simple operation. A method for avoiding the problem when the absolute value of the alternating inner product of the high-frequency magnetic flux vector and the unit vector is small, and sgn
The method of determining the sign depending on the function will be described later specifically and in detail with reference to an embodiment related to the present invention.
【0053】次に、本発明の請求項6の作用について説
明する。印加した高周波電圧ベクトルの高周波性を考慮
するならば、高周波電圧ベクトル、高周波電流ベクト
ル、高周波磁束ベクトルの関係を示した(5)式におい
ては、右辺第2項が支配的となる。すなわち、(5)式
の関係は、信号の高周波性を考慮するならば、実質的に
次の(26)式あるいは(27)式で表現することがで
きる。Next, the operation of claim 6 of the present invention will be described. In consideration of the high-frequency property of the applied high-frequency voltage vector, the second term on the right side is dominant in the expression (5) showing the relationship between the high-frequency voltage vector, the high-frequency current vector, and the high-frequency magnetic flux vector. That is, the relationship of the expression (5) can be substantially expressed by the following expression (26) or (27) if the high frequency property of the signal is considered.
【数26】ν1h=sφ1h (26)Ν 1h = sφ 1h (26)
【数27】 [Equation 27]
【0054】(27)式が意味するように、高周波磁束
ベクトルφ1hは高周波電圧ベクトルν1hの積分値を
示すことになるので、印加した高周波電圧ベクトルが正
弦波形状であれば、高周波磁束ベクトルも正弦波形状と
なる。ひいては、(8)、(9)式で定義した同相電流
ベクトルi1ha、鏡相電流ベクトルi1hbも正弦波
形状となる。この結果、同相、鏡相の両電流ベクトルを
用いた位相の余弦・正弦値の検出あるいは推定が安定化
する。As the expression (27) means, the high-frequency magnetic flux vector φ 1h indicates the integral value of the high-frequency voltage vector ν 1h. Therefore, if the applied high-frequency voltage vector has a sine wave shape, the high-frequency magnetic flux vector φ 1h Also has a sine wave shape. Consequently , the in-phase current vector i 1ha and the mirror-phase current vector i 1hb defined by the equations (8) and (9) also have a sine wave shape. As a result, the detection or estimation of the cosine and sine values of the phase using both the in-phase and mirror-phase current vectors is stabilized.
【0055】以上の説明より明らかなように、請求項6
の本発明によれば、印加する高周波電圧ベクトルを正弦
高周波電圧ベクトルとするので、同相、鏡相の両電流ベ
クトルを用いた位相の余弦・正弦値の検出あるいは推定
が安定するようになると言う作用が得られる。この結
果、請求項6の本発明によれば、請求項1、請求項2、
請求項3、請求項4および請求項5で説明した作用を、
安定的に達成できるようになる。As is clear from the above description, claim 6
According to the present invention, since the applied high-frequency voltage vector is a sine high-frequency voltage vector, the detection or estimation of the cosine and sine values of the phase using both the in-phase and mirror-phase current vectors is stabilized. Is obtained. As a result, according to the present invention of claim 6, claim 1, claim 2,
The operation described in claim 3, claim 4, and claim 5,
It can be achieved stably.
【0056】以上、本発明によれば、その作用として、
回転子位置の余弦・正弦値が電動機パラメータの変動に
頑健な状態で推定できることを説明した。しかも、推定
の精度、計算量、安定性の面で優れた特性を有している
ことを明らかにした。この優れた特性は、回転子速度の
推定にも機承される。これは、回転子速度が回転子位置
と微分積分の関係にあり、回転子位置の余弦・正弦値u
(θ)から次の(28)式の関係に従がい算定できるこ
とから明らかである。As described above, according to the present invention,
It has been explained that the cosine and sine values of the rotor position can be estimated in a state that is robust to fluctuations of the motor parameters. In addition, it was revealed that it has excellent characteristics in terms of estimation accuracy, calculation amount, and stability. This superior characteristic is also accepted in rotor speed estimation. This is because the rotor speed is in a relationship between the rotor position and the differential integration, and the cosine / sine value u of the rotor position is
It is clear from (θ) that it can be calculated according to the relationship of the following equation (28).
【数28】 ここにω2mは回転子の機械角速度であり、Npは極対
数である。[Equation 28] Where ω 2m is the mechanical angular velocity of the rotor, and N p is the number of pole pairs.
【0057】[0057]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施形態を詳細に説明する。本発明のベクトル制御方法を
適用したベクトル制御装置と交流電動機(同期電動機)
の1実施形態例の基本的構造を図5に示す。本構造と図
18を用いて説明した従来制御法による構造との基本的
な違いは、回転子位置検出器2、余弦正弦信号発生器7
に代わってベクトル位置推定器13が、また速度検出器
11に代わって速度推定器14が新規に導入されている
点にある。更には、高周波電圧ベクトル印加のために高
周波電圧指令器15とこれに起因する高周波電流ベクト
ルi1hの電流制御器への混入を排除するための高周波
電流除去フィルタ16が、追加用意されている点にあ
る。他の機器に関しては、基本的には図18に示した従
来制御法に基づく装置と同一であり、その動作原理も従
来と同一である。例えば、図5の実施形態例における回
転子速度に同期した電流ベクトルi1s、電圧指令ベク
トルν1sの処理・発生手順は、図18を用いて説明し
た従来の装置における電流ベクトルi1、電圧指令ベク
トルν1の処理・発生手順と同一である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Vector controller and AC motor (synchronous motor) to which vector control method of the present invention is applied
FIG. 5 shows the basic structure of one embodiment of the present invention. The basic difference between this structure and the structure based on the conventional control method described with reference to FIG. 18 is that the rotor position detector 2 and the cosine sine signal generator 7
And a velocity estimator 14 instead of the velocity detector 11 are newly introduced. Further, a high-frequency voltage commander 15 for applying a high-frequency voltage vector and a high-frequency current removing filter 16 for eliminating the high-frequency current vector i 1h resulting from mixing into the current controller are additionally provided. It is in. The other devices are basically the same as the device based on the conventional control method shown in FIG. 18, and the operation principle is the same as the conventional device. For example, the processing and generation procedure of the current vector i 1s and the voltage command vector ν 1s synchronized with the rotor speed in the embodiment of FIG. 5 are the same as the current vector i 1 , voltage command is the same as the procedure of processing and generating vector [nu 1.
【0058】本発明の核心はベクトル位置推定器13に
ある。速度推定器14はベクトル位置推定器13の出力
である位置の余弦・正弦推定値から回転子の速度を推定
する推定器であり、当業者にとっては周知の従来の手法
を活用してよい。例えば(28)式に従った速度推定法
を微分処理を近似微分処理に置換した形で活用してよ
い。本実施形態例では、図18の従来法による装置との
対比のため速度制御の1例を示したが、当業者にとって
は明らかなように、トルク制御にも応用可能である。以
下では、まず、高周波電圧ベクトルの印加に関連して導
入した高周波電圧指令器15、高周波電流除去フィルタ
16の説明を行い、次に本発明の核心部分であるベクト
ル位置推定器13の詳細な説明を行う。The core of the present invention resides in the vector position estimator 13. The speed estimator 14 is an estimator for estimating the speed of the rotor from the cosine / sine estimated value of the position, which is the output of the vector position estimator 13, and may utilize a conventional method well known to those skilled in the art. For example, the speed estimation method according to the equation (28) may be used in a form in which the differential processing is replaced with an approximate differential processing. In the present embodiment, an example of speed control is shown for comparison with the device according to the conventional method of FIG. 18, but it is also applicable to torque control as apparent to those skilled in the art. In the following, first, the high-frequency voltage commander 15 and the high-frequency current removal filter 16 introduced in connection with the application of the high-frequency voltage vector will be described, and then the vector position estimator 13 which is the core of the present invention will be described in detail. I do.
【0059】図6は、高周波電圧ベクトル印加のための
高周波電圧指令器15の1実施形態例の内部構造を示し
たものである。先ず、高周波角周波数ωhを位相発生器
15aへ入力し、高周波電圧ベクトルの位相θhを決定
する。位相発生器15aの出力たる高周波位相θhは基
本的には高周波角周波数ωhの積分値であるが、位相発 周波位相は余弦正弦信号発生器15bへ入力され、15
bはその余弦・正弦値u(θh)を発生する。余弦・正
弦値は所要の電圧レベルを得るべくゲインKhで増 高周波電圧ベクトルν1hが電動機1aへ印加される。
この際、高周波電圧指令器15は、図6に明示している
ように、高周波角周波数ωh及び余弦・正弦値u
(θh)を同時に出力できるようにしている。FIG. 6 shows the internal structure of one embodiment of the high-frequency voltage commander 15 for applying a high-frequency voltage vector. First, a high-frequency angular frequency omega h input to the phase generator 15a, to determine the phase theta h of the high frequency voltage vector. Although output serving high frequency phase theta h of the phase generator 15a is basically the integral value of the high-frequency angular frequency omega h, phase onset The frequency phase is input to a cosine sine signal generator 15b.
b generates its cosine and sine value u (θ h ). Increasing the gain K h to the cosine-sine values achieve the required voltage level The high-frequency voltage vector ν 1h is applied to the electric motor 1a.
At this time, the high-frequency voltage command unit 15, as best seen in FIG. 6, the high-frequency angular frequency omega h and cosine-sine value u
(Θ h ) can be output simultaneously.
【0060】高周波電圧ベクトルの印加に応じて、高周
波電流ベクトルi1hが発生し、これが固定子電流ベク
トルi1に含まれることになる。ベクトル制御において
は、トルク発生に寄与する固定子電流ベクトルに対して
のみ電流制御する必要がある。すなわち、(4)式に示
した固定子電流ベクトルi1に含まれる基本波成分(低
周波成分)i1sに対してのみ電流制御する必要があ
る。高周波電流除去フィルタ16はこのために導入され
たものであり、その役割は、高周波電流ベクトルi1h
の電流制御器への混入を排除し、トルク発生に寄与する
固定子電流ベクトルi1sを抽出することにある。In response to the application of the high-frequency voltage vector, a high-frequency current vector i 1h is generated, and this is included in the stator current vector i 1 . In vector control, it is necessary to perform current control only on the stator current vector that contributes to torque generation. That is, it is necessary to control the current only for the fundamental wave component (low frequency component) i 1s included in the stator current vector i 1 shown in Expression (4). The high-frequency current elimination filter 16 has been introduced for this purpose, and its role is to play the high-frequency current vector i 1h
In the current controller is eliminated, and a stator current vector i 1s contributing to torque generation is extracted.
【0061】従って、高周波電流除去フィルタ16とし
ては、基本的には、高周波電流ベクトルi1hを排除で
きるフィルタ特性を有すればよい。例えば、バンドスト
ップフィルタ、またはローパスフィルタでこれを実現す
ることができる。高周波角周波数ωhをバンドストップ
の中心周波数とするバンドストップフィルタF(s)
は、例えば、次の(29)式に従がい実現することがで
きる。Therefore, the high-frequency current removing filter 16 basically needs to have a filter characteristic capable of eliminating the high-frequency current vector i 1h . For example, this can be achieved with a band-stop filter or a low-pass filter. Band-stop filter F to the high frequency angular frequency ω h and the center frequency of the band-stop (s)
Can be realized, for example, according to the following equation (29).
【数29】 また、ωhをカットオフ角周波数とするローパスフィル
タF(s)は、例えば、次の(30)式に従がい実現す
ることができる。(Equation 29) Further, the low-pass filter F (s) having ω h as a cutoff angular frequency can be realized, for example, according to the following equation (30).
【数30】 [Equation 30]
【0062】図5に示した実施形態例では、図が明白に
示しているように、ベクトル位置推定器は、3相2相変
換器5aより固定子電流ベクトルi1を、高周波電圧指
令器15より高周波電圧ベクトルの情報(高周波角周波
数ωh、余弦・正弦値u(θh))を入力として得てい
る。ベクトル位置推定器の出力は、後に詳しく説明する
ように同相電流ベクトルと鏡相電流ベクトルとの成す角
の中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値であり、同
期電動機を対象にした本実施形態例では、これは図に明
示しているように2個のベクトル回転器のための回転信
号そのものとして利用されている。[0062] In the example embodiment shown in FIG. 5, as figure clearly shows, the vector location estimator, the stator current vector i 1 from the three-phase to two-phase converter 5a, a high-frequency voltage command 15 More high-frequency voltage vector information (high-frequency angular frequency ω h , cosine / sine value u (θ h )) is obtained as an input. The output of the vector position estimator is a cosine / sine value of an intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or an estimated value thereof, as will be described in detail later. In the example, this is used as the rotation signal itself for the two vector rotators as clearly shown in the figure.
【0063】図7は、ベクトル位置推定器13の内部構
造を示したものである。ベクトル位置推定器13は、大
きくは、同相鏡相電流ベクトル生成器13aと余弦正弦
生成器13bの2つの機器から構成されている。同相鏡
相電流ベクトル生成器13aは、高周波電流ベクトル等
から、同相電流ベクトルと鏡相電流ベクトルとを検出ま
たは推定し出力している。すなわち、同相鏡相電流ベク
トル生成器13aは、高周波電圧ベクトルの印加に応じ
て発生した高周波磁束ベクトルと同方向へ回転する同相
電流ベクトルと、高周波磁束ベクトルとは逆方向へ回転
する鏡相電流ベクトルとを検出または推定する手段を実
現している。余弦正弦生成器13bは、同相電流ベクト
ルと鏡相電流ベクトルとの検出値または推定値を得て、
これらの成す角の中間角の余弦・正弦値を出力してい
る。すなわち、ベクトル回転器の回転信号の生成に利用
し得る交流電動機の回転子位置の推定値として、鏡相電
流ベクトルと同相電流ベクトルの成す角の中間角の余弦
・正弦値あるいはその推定値を生成する手段を実現して
いる。FIG. 7 shows the internal structure of the vector position estimator 13. The vector position estimator 13 is mainly composed of two devices: an in-phase mirror phase current vector generator 13a and a cosine sine generator 13b. The in-phase mirror-phase current vector generator 13a detects or estimates an in-phase current vector and a mirror-phase current vector from a high-frequency current vector and outputs the same. That is, the in-phase mirror-phase current vector generator 13a includes an in-phase current vector rotating in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, and a mirror-phase current vector rotating in the opposite direction to the high-frequency magnetic flux vector. Is realized. The cosine sine generator 13b obtains a detected value or an estimated value of the in-phase current vector and the mirror-phase current vector,
The cosine / sine value of the intermediate angle between these angles is output. That is, as the estimated value of the rotor position of the AC motor that can be used to generate the rotation signal of the vector rotator, the cosine / sine value of the intermediate angle between the mirror-phase current vector and the in-phase current vector or the estimated value thereof is generated. Means to do that.
【0064】図8(a)は、同相鏡相電流ベクトル生成
器13aの代表的な実施形態の1例を示したものであ
る。本例では、高周波電流ベクトルi1hを含んだ固定
子電流ベクトルi1と高周波電圧指令器15からの高周
波角周波数ωhとを入力信号として利用し、高周波電圧
ベクトルの余弦・正弦値u(θh)は利用していない。
同相鏡相電流ベクトル生成器13aは、可変特性多変数
フィルタの1種である2個のD因子フィルタF(D)1
3a−1、13a−2を主要素として構成されている。
符号反転した高周波角周波数−ωhを入力とする13a
−1が同相電流ベクトルi1haを、符号反転のない高
周波角周波数ωhを入力とする13a−2が鏡相電流ベ
クトルi1hbを検出し出力している。FIG. 8A shows an example of a typical embodiment of the in-phase mirror-phase current vector generator 13a. In this example, the stator current vector i 1 including the high-frequency current vector i 1h and the high-frequency angular frequency ω h from the high-frequency voltage commander 15 are used as input signals, and the cosine and sine value u (θ of the high-frequency voltage vector are used. h ) is not used.
The in-phase mirror phase current vector generator 13a includes two D-factor filters F (D) 1 which are a kind of variable characteristic multivariable filter.
3a-1 and 13a-2 are configured as main elements.
13a which receives the sign-inverted high-frequency angular frequency - [omega] h
13a-2 receives the in-phase current vector i 1ha and the high-frequency angular frequency ωh without sign inversion, and 13a-2 detects and outputs the mirror-phase current vector i 1hb .
【0065】ここで、本発明に利用したD因子フィルタ
について説明する。本フィルタに使用しているD因子
は,単位行列Iと交代行列Jを用いた次の(31)式で
定義される。Here, the D-factor filter used in the present invention will be described. The D factor used in this filter is defined by the following equation (31) using the unit matrix I and the alternation matrix J.
【数31】 例えば、3次のD因子フィルタF(D)は、D因子を用
い次の(32)−(34)式のように表現される。[Equation 31] For example, a third-order D-factor filter F (D) is expressed by the following equation (32)-(34) using a D-factor.
【数32】 F(D)=A−1(D)B(D) (32)F (D) = A −1 (D) B (D) (32)
【数33】 A(D)=D3+a2D2+a1D+a0I (33)A (D) = D 3 + a 2 D 2 + a 1 D + a 0 I (33)
【数34】 B(D)=b3D3+b2D2+b1D+b0I (34)B (D) = b 3 D 3 + b 2 D 2 + b 1 D + b 0 I (34)
【0066】上記のD因子フィルタは、2x1ベクトル
の各成分であるスカラ信号に対し周波数特性F(s+j
ωh)のフィルタと等価な働きをする。この等価関係を
図8(b)に示した。従って、F(s)をローパスの特
性をもつように設計し、この係数をD因子フィルタF
(D)に活用すれば、F(D)は−ωhを中心周波数と
するバンドパス特性を発揮することになる。しかも、極
性分離の特性を有している。この極性分離のバンドパス
特性により、同相電流ベクトルと鏡相電流ベクトルを分
離・検出することができる。D因子フィルタの実現の1
実施形態例として、3次フィルタを対象に、D因子の逆
因子D−1と逆因子を利用した具体的実現を図9
(a)、(b)に各々示した。The above-mentioned D-factor filter applies a frequency characteristic F (s + j) to a scalar signal which is each component of a 2 × 1 vector.
ω h ). This equivalent relationship is shown in FIG. Therefore, F (s) is designed to have a low-pass characteristic, and this coefficient is set to a D-factor filter F
If utilized for (D), F (D) will exhibit bandpass characteristics with -ω h as the center frequency. Moreover, it has the property of polarity separation. The in-phase current vector and the mirror-phase current vector can be separated and detected by the band pass characteristic of the polarity separation. Realization of D-factor filter 1
As an example of the embodiment, a specific realization using an inverse factor D- 1 and an inverse factor of a D factor for a third-order filter is shown in FIG.
(A) and (b) respectively.
【0067】同相鏡相電流ベクトル生成器13aは、D
因子フィルタに代わって、ベクトル回転器同伴フィルタ
を活用して構成することができる。ベクトル回転器同伴
フィルタの特性に関しては、文献(新中新二、三相信号
処理のためのベクトル回転器同伴フィルタの一般的特性
解析、電気学会論文誌D、Vol.120、No.7、
pp.947−948、平成12)に詳しく述べられて
いるので、特性の詳細説明は省略する。結論のみ紹介す
れば、ベクトル回転器同伴フィルタはD因子フィルタと
等価なフィルタ特性を発揮する。The in-phase mirror phase current vector generator 13a
Instead of the factor filter, the configuration can be made by utilizing the vector rotator accompanying filter. Regarding the characteristics of the vector rotator entrainment filter, refer to literatures (Analysis of general characteristics of vector rotator entrainment filter for three-phase signal processing, Shin-China-Shinji, Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 120, No. 7,
pp. 947-948, Heisei 12), detailed description of the characteristics will be omitted. Introducing only the conclusion, the vector rotator entrainment filter exhibits a filter characteristic equivalent to a D-factor filter.
【0068】図10は、同相鏡相電流ベクトル生成器1
3aの別の実施形態の1例として、ベクトル回転器同伴
フィルタを使用した例を示した。本実施形態例に使用し
たベクトル回転器の形式は(3)式に定義している通り
であるが、ベクトル回転器用の余弦・正弦信号として
は、高周波電圧指令器15から高周波電圧ベクトルと同
相の余弦正弦値u(θh)を直接得、これを使用してい
る。この場合には、高周波電圧指令器15から来ている
高周波角周波数ωhは使う必要はない。また、図10に
おけるフィルタF(sI)は(32)−(34)式にお
いてDをsIで置換したもの、すなわち通常のローパス
フィルタ2個をベクトル信号の各スカラ成分に作用する
ように並列に配したものである。FIG. 10 shows an in-phase mirror-phase current vector generator 1.
As an example of another embodiment of 3a, an example using a vector rotator entrainment filter has been shown. The format of the vector rotator used in the present embodiment is as defined in Expression (3). However, as the cosine and sine signals for the vector rotator, the high-frequency voltage The cosine sine value u (θ h ) is obtained directly and used. In this case, the high frequency angular frequency ω h coming from the high-frequency voltage command unit 15 does not need to use. The filter F (sI) in FIG. 10 is obtained by replacing D with sI in the equations (32) to (34), that is, two ordinary low-pass filters are arranged in parallel so as to act on each scalar component of the vector signal. It was done.
【0069】図10の実施形態例では、破線で囲ったベ
クトル回転器同伴フィルタがD因子フィルタと等価なフ
ィルタ特性を発揮する。図8(a)と図10との比較よ
り、2種の実施形態例の相互の関係は自明である。In the embodiment shown in FIG. 10, the vector rotator accompanying filter enclosed by a broken line exhibits a filter characteristic equivalent to a D-factor filter. From the comparison between FIG. 8A and FIG. 10, the mutual relationship between the two embodiments is obvious.
【0070】高周波電圧ベクトルν1hを、図6の実施
形態例に示したように、正弦高周波電圧ベクトルとする
場合には、(8)、(27)式の関係より、高周波磁束
ベクトルφ1hと同相電流ベクトルi1haとは高周波
電圧ベクトルν1hに対し回転方向に向け約π/2(r
ad)の位相遅れをもつ。本発明による回転子位置の推
定には、本発明の作用の説明で明らかにしたように、同
相、鏡相の両電流ベクトルの位相情報のみが必要であ
り、振幅情報を必要としない。むしろノルムを1とした
電流ベクトルの方が都合がよい。この点を考慮するなら
ば、ノルムを1に正規化した同相電流ベクトルを次の
(35)式の関係に従がい推定することができる。When the high-frequency voltage vector ν 1h is a sinusoidal high-frequency voltage vector as shown in the embodiment of FIG. 6, the high-frequency magnetic flux vector φ 1h and the high-frequency magnetic flux vector φ 1h are obtained from the relations of equations (8) and (27). about π / 2 (r toward the rotary direction with respect to the high frequency voltage vector [nu 1h of the common mode current vector i 1ha
ad). Estimation of the rotor position according to the present invention requires only phase information of both in-phase and mirror-phase current vectors and does not require amplitude information, as has been made clear in the description of the operation of the present invention. Rather, a current vector with a norm of 1 is more convenient. If this point is taken into consideration, the common-mode current vector whose norm has been normalized to 1 can be estimated according to the following equation (35).
【数35】 (Equation 35)
【0071】(35)式におけるi1ha/‖i1ha
‖は、ベクトル位置推定器13内部の余弦正弦生成器1
3bにおいてi1haに代わって使用されるべきもので
ある。(35)式の関係を利用した同相電流ベクトル推
定器13a−4を用いた、同相鏡相電流ベクトル生成器
13aの実施形態の1例を図11に示した。本実施形態
例では、固定子電流ベクトル、高周波電圧ベクトルの高
周波角周波数、同ベクトルの位相の正弦・余弦値が入力
され、同相電流ベクトルの推定値と鏡相電流ベクトルの
検出値が出力されている。高周波角周波数と同位相は、
高周波電圧指令器15からのものを利用すればよい。本
例では、鏡相電流ベクトルの検出にD因子フィルタを利
用したが、ベクトル回転器同伴フィルタを活用してもも
ちろんよい。In equation (35), i 1ha / 35i 1ha
、 Is the cosine sine generator 1 inside the vector position estimator 13
3b in place of i1ha . FIG. 11 shows an example of the embodiment of the in-phase mirror-phase current vector generator 13a using the in-phase current vector estimator 13a-4 using the relationship of the equation (35). In the present embodiment, the stator current vector, the high-frequency angular frequency of the high-frequency voltage vector, and the sine and cosine values of the phase of the same vector are input, and the estimated value of the in-phase current vector and the detected value of the mirror-phase current vector are output. I have. The same phase as the high-frequency angular frequency is
What is necessary is just to use the thing from the high frequency voltage commander 15. In this example, the D-factor filter is used for detecting the mirror phase current vector. However, a vector rotator accompanying filter may be used.
【0072】図12は、余弦正弦生成器13bの1実施
形態例を示したものである。同図における13b−1は
2倍角余弦正弦生成器であり、13b−2は中間角余弦
正弦生成器である。また、13b−3は、中間角余弦正
弦生成器での決定法選択に利用される選択信号を生成す
るための判定器である。FIG. 12 shows an embodiment of the cosine sine generator 13b. 13b-1 in the figure is a double-angle cosine sine generator, and 13b-2 is an intermediate-angle cosine sine generator. Reference numeral 13b-3 denotes a determiner for generating a selection signal used for selecting a determination method in the intermediate angle cosine sine generator.
【0073】2倍角余弦正弦生成器13b−1は、同相
電流ベクトル、鏡相電流ベクトルあるいはその推定値を
入力として受け取り、両ベクトルの中間角の2倍角の余
弦・正弦値あるいはその推定値を決定し、出力してい
る。このときの決定処理は、本発明の作用の説明で使用
した(17)式に忠実に従って遂行している。(17)
式が意味する、同相電流ベクトル、鏡相電流ベクトルの
正規化処理を含む本決定処理の内容は、当業者にとって
は十二分に明らかである。The double-angle cosine sine generator 13b-1 receives the in-phase current vector, the mirror-phase current vector or its estimated value as an input, and determines the cosine / sine value of the double angle of the intermediate angle of both vectors or its estimated value. And output. The determination process at this time is performed in accordance with the equation (17) used in the description of the operation of the present invention. (17)
The contents of the determination processing including the normalization processing of the in-phase current vector and the mirror-phase current vector, which are expressed by the expressions, are more than obvious to those skilled in the art.
【0074】中間角余弦正弦生成器13b−2は、2倍
角余弦正弦生成器13b−1によって出力された2倍角
の余弦正弦値あるいはその推定値を入力として受け取
り、これを用いて中間角の余弦・正弦値あるいはその推
定値を決定し出力している。The intermediate angle cosine sine generator 13b-2 receives as input the double angle cosine sine value output by the double angle cosine sine generator 13b-1 or its estimated value, and uses this to obtain the intermediate angle cosine.・ The sine value or its estimated value is determined and output.
【0075】本発明では、中間角の余弦・正弦値の期待
される大きさに応じて、2倍角の余弦・正弦値あるいは
その推定値から中間角の余弦・正弦値あるいはその推定
値を決定する方法を変更するようにしている。例えば、
中間角余弦正弦生成器13b−2には、下の(36)−
(39)式に示すような4種の決定方法が用意されてお
り、中間角の余弦・正弦値の期待される大きさに応じ
て、この4種の決定方法のいずれか1つが選定されるよ
うになっている。According to the present invention, the cosine / sine value of the intermediate angle or its estimated value is determined from the cosine / sine value of the double angle or its estimated value according to the expected magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle. I try to change the way. For example,
The intermediate angle cosine sine generator 13b-2 has the following (36)-
Four types of determination methods as shown in the equation (39) are prepared, and one of the four types of determination methods is selected according to the expected magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle. It has become.
【数36】 [Equation 36]
【数37】 (37)
【数38】 [Equation 38]
【数39】 (36)−(39)式においては、中間角の余弦・正弦
値の大きさは中間角の値そのものに直接的に依存して定
まると言う事実を考慮し、決定方法の選択条件を期待さ
れる中間角の値で各式最右翼に示している。[Equation 39] In the equations (36)-(39), considering the fact that the magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle is directly dependent on the value of the intermediate angle itself, the selection condition of the determination method is expected. The value of the intermediate angle is shown on the rightmost wing of each equation.
【0076】判定器13b−3は、中間角の余弦・正弦
値の期待される大きさを定め、上述の決定法を選択する
役割に担っている。本発明における各器の処理は、ディ
ジタル的に行うのが実際的である。具体的な実施形態例
として、図12には、ディジタル的処理を考慮し、1制
御周期前の中間角の余弦・正弦の決定値を利用して、現
時点の期待される大きさを決定する1例を例示してい
る。この簡明な説明を図るため、現時点をk時点とし、
1制御周期前を(k−1)時点とし、(k−1)時点で
の中間角の余弦・正弦の決定値をu(θ,k−1)と表
現することにする。図12におけるz−1は1制御周期
分の遅延素子であり、入力信号を1制御周期遅延させ出
力する働きをもつ。本素子以降の動作は以下の通りであ
る。先ず(k−1)時点での中間角の余弦・正弦決定値
を次の(40)式の関係に従がい処理し、k時点での判
定指標d1(k)、d2(k)を生成する。The determiner 13b-3 determines the expected magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle and plays a role in selecting the above-described determination method. It is practical that the processing of each device in the present invention is performed digitally. As a specific example of the embodiment, FIG. 12 shows a case in which digital processing is taken into consideration and the expected value at the present time is determined using the determined value of the cosine and sine of the intermediate angle one control cycle before. An example is illustrated. For the sake of simplicity, let the current time be k,
One control cycle before is the time (k-1), and the determined value of the cosine / sine of the intermediate angle at the time (k-1) is expressed as u (θ, k-1). In FIG. 12, z- 1 is a delay element for one control cycle, and has a function of delaying an input signal by one control cycle and outputting the delayed signal. The operation after this element is as follows. First, the cosine / sine determination value of the intermediate angle at the time point (k-1) is processed according to the following equation (40), and the determination indices d 1 (k) and d 2 (k) at the time point k are calculated. Generate.
【数40】 次に、この判定指標により、k時点での決定法として
(36)−(39)式の何れを採用すべきかを判定す
る。指標d1(k)、d2(k)による判定は、図13
に示した方法に従がい実施している。図13の方法は、
判定指標の正負符号のみで判定を行うものであり、第
1、2行の入力(判定指標の符号)に対し第3行が出力
(選定結果)となっている。このように、実施形態例を
用いて説明した本発明は合理的採用選定を簡単に行うこ
とができる有用性の高いものとなっている。なお、2倍
角の余弦・正弦決定値より、中間角の余弦・正弦値を正
しく決定するには、上に説明した判定器13b−3の繰
返性より理解されるように、逆突極位置(N極)の初期
推定値がS極と間違われることなく正しく認識されてい
ることが前提である。初期位置推定は電動機の駆動制御
前に実施することになるが、これに直接活用できる初期
位置推定の各種方法が該文献(電気学会技術報告第76
0号)等で既に詳しく説明されているので、これを活用
すればよい。(Equation 40) Next, using this determination index, it is determined which of equations (36)-(39) should be adopted as the determination method at the time point k. The judgment based on the indexes d 1 (k) and d 2 (k) is shown in FIG.
In accordance with the method described in The method of FIG.
The judgment is made only by the sign of the judgment index, and the third row is the output (selection result) in response to the input of the first and second rows (the sign of the judgment index). As described above, the present invention described with reference to the embodiment has high utility in which rational adoption can be easily performed. In order to correctly determine the cosine / sine value of the intermediate angle from the cosine / sine value of the double angle, as will be understood from the repeatability of the determiner 13b-3 described above, the position of the inverted salient pole It is assumed that the initial estimated value of (N pole) is correctly recognized without being mistaken for the S pole. The initial position estimation is performed before the drive control of the electric motor, and various methods of the initial position estimation that can be directly used for this are described in the literature (IEEJ Technical Report No. 76).
No. 0) has already been described in detail, and may be used.
【0077】図14は、余弦正弦生成器13bの第2実
施形態例である。本実施形態例では、同相、鏡相の両電
流ベクトルの情報が入力されると、先ず、両ベクトルの
ノルムを同一化するための処理を行う。具体的には、ノ
ルムが1となるように正規化処理を行う。次に、本発明
の作用の説明の際に示した(22)、(24)式の各々
第1式に従がい、加算合成ベクトルζa、減算合成ベク
トルζsを同時に生成する。減算合成ベクトルζsには
更にJを乗じ、ζaとJζsを判定正規化器13b−4
へ入力する。FIG. 14 shows a second embodiment of the cosine sine generator 13b. In the present embodiment, when information on both in-phase and mirror-phase current vectors is input, first, processing for equalizing norms of both vectors is performed. Specifically, normalization processing is performed so that the norm becomes 1. Next, according to the first expressions of the expressions (22) and (24) shown in the description of the operation of the present invention, an addition composite vector ζa and a subtraction composite vector ζs are simultaneously generated. Subtractive synthesis further multiplied by J in vector zeta s, the zeta a and Jzeta s decision normalizer 13b-4
Enter
【0078】減算合成ベクトルにJを乗じる処理を行う
のは、減算合成ベクトルをπ/2(rad)回転させ、
回転後の減算合成ベクトルに比例して同相電流ベクトル
と鏡相電流ベクトルの成す角の中間角の余弦・正弦値あ
るいはその推定値を決定するためである。加算合成ベク
トルの場合には、加算合成ベクトル自体に比例して中間
角の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定するように
しているので、Jを乗じる処理は必要ない。The processing of multiplying the subtracted combined vector by J is performed by rotating the subtracted combined vector by π / 2 (rad),
This is for determining a cosine / sine value of an intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or an estimated value thereof in proportion to the subtracted combined vector after rotation. In the case of the additive composite vector, the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof is determined in proportion to the additive composite vector itself, so that the process of multiplying by J is unnecessary.
【0079】判定正規化器13b−4では、次の(4
1)式に従がい、合成ベクトルζを選定する。In the decision normalizer 13b-4, the following (4)
1) According to the equation, a composite vector ζ is selected.
【数41】 (22)式及び(24)式が示しているように、加算合
成電流ベクトル、減算合成電流ベクトルが、高周波磁束
ベクトルと回転子逆突極位置との関係において、著しく
小さくなる場合がある。この場合には、本発明の作用の
説明に際して明らかにしたように、回転子位置を適切に
推定できない。(41)式に明示した選択処理はこの点
を考慮したものであり、加算合成ベクトルと減算合成ベ
クトルが同時小さくなることはないと言う両合成ベクト
ルの相互補完的特性を活用し、いずれか大きい合成電流
ベクトルを選択するようにしたものである。この選択処
理により、精度よく回転子位置を推定できるようにな
る。判定正規化器13b−4では、選択処理して得た合
成ベクトルζを更にノルムが1となるように正規化処理
し、次の(42)式で定義した正規化合成ベクトルζn
出力している。(Equation 41) As shown in Expressions (22) and (24), the added combined current vector and the subtracted combined current vector may be extremely small in the relationship between the high-frequency magnetic flux vector and the rotor reverse salient pole position. In this case, the rotor position cannot be properly estimated, as has been clarified in the description of the operation of the present invention. The selection process specified in the equation (41) takes this point into consideration, and utilizes the mutually complementary characteristic of both combined vectors that the addition combined vector and the subtraction combined vector are not reduced at the same time. In this case, a combined current vector is selected. With this selection process, the rotor position can be accurately estimated. In the decision normalizer 13b-4, the combined vector ζ obtained by the selection processing is further normalized so that the norm becomes 1, and the normalized combined vector n n defined by the following equation (42).
Output.
【数42】 (Equation 42)
【0080】本実施形態例は、本発明の作用の説明で使
用した(23)式及び(25)式の各第2式の関係を活
用するものである。以上に説明した処理において、(2
3)式及び(25)式の第2式における単位ベクトルの
生成が完了した。次にこの単位ベクトルに乗ずべき符号
を判定しなければならない。(23)式及び(25)式
が示すように、正負符号は、高周波磁束ベクトルと回転
子突極位置の相対的な位置関係で決まる。すなわち、回
転子突極の絶対的位置で決まるわけではない。本発明に
おいては、高周波磁束ベクトルは、回転子突極位置に対
し相対的に高速に回転する。従って、本発明において
は、符号の変化は高周波磁束ベクトルの変化、ひいては
これと直接的に関係している同相電流ベクトル、鏡相電
流ベクトルの変化と捕らえてよい。図14の実施形態例
における13b−5は、この観点より構成された符号判
定器である。This embodiment utilizes the relationship between the second expressions of the expressions (23) and (25) used in the description of the operation of the present invention. In the processing described above, (2
The generation of the unit vectors in the equations (3) and (2) is completed. Next, the code to be multiplied by the unit vector must be determined. As shown in Expressions (23) and (25), the sign is determined by the relative positional relationship between the high-frequency magnetic flux vector and the rotor salient pole position. That is, it is not determined by the absolute position of the rotor salient pole. In the present invention, the high-frequency magnetic flux vector rotates relatively fast with respect to the rotor salient pole position. Therefore, in the present invention, the change in the sign may be regarded as a change in the high-frequency magnetic flux vector, and further, a change in the common-mode current vector and the mirror-phase current vector directly related to the change. 13b-5 in the embodiment of FIG. 14 is a code determiner configured from this viewpoint.
【0081】図12を用いた実施形態例でも述べたよう
に、本発明における各器の処理は、ディジタル的に行う
のが実際的である。図14での符号判定器の処理は、実
際的的な実施形態例としてディジタル的処理を考慮し、
回転子位置の1制御周期前の余弦・正弦推定値を利用し
て現時点の符号を判定する1例を例示している。この簡
明な説明を図るため、現時点をk時点とし、1制御周期
前を(k−1)時点とし、(k−1)時点での回転子位
置の余弦・正弦推定値をu(θ,k−1)とし、k時点
での正規化合成ベクトルをζn(k)と表現することに
する。図14におけるz−1は1制御周期分の遅延素子
であり、入力信号を1制御周期遅延させ出力する働きを
もつ。符号判定器13b−5では、先ず1時点前のu
(θ,k−1)の符号は正しいものとしてu(θ,k−
1)と現時点のζn(k)との内積をとり、次にこの符
号を判定する。内積の符号は、sgn関数処理すること
により簡単に得られる。高周波磁束ベクトルの回転は、
回転子突極の回転に比し遥かに速いので、上記内積が負
となった場合には、これは高周波磁束ベクトルの回転に
よるものである。従って、内積の符号反転が発生した場
合には、現時点の合成ベクトルζn(k)の符号は誤り
であり、ζn(k)の符号を反転させる必要がある。ζ
n(k)の符号反転を図るには、ζn(k)に−1を乗
ずればい。符号反転用の−1はsgn関数処理の出力と
して得られているので、これを活用すればよい。図14
での符号判定器は、この処理工程をブロック図で表現し
たものである。As described in the embodiment with reference to FIG. 12, it is practical that the processing of each device in the present invention is performed digitally. The processing of the sign determinator in FIG. 14 considers digital processing as a practical embodiment,
An example is shown in which the current sign is determined using the estimated cosine / sine value of the rotor position one control cycle before. For the sake of simplicity, the current time is set to k, the control cycle before is set to (k-1), and the estimated cosine / sine value of the rotor position at (k-1) is u (θ, k −1), and the normalized composite vector at the time point k is expressed as ζ n (k). In FIG. 14, z- 1 is a delay element for one control cycle, and has a function of delaying an input signal by one control cycle and outputting the delayed signal. In the sign determination unit 13b-5, first, u
The sign of (θ, k-1) is assumed to be correct and u (θ, k-
The inner product of 1) and the current ζ n (k) is taken, and then the sign is determined. The sign of the inner product can be easily obtained by processing the sgn function. The rotation of the high-frequency magnetic flux vector is
If the inner product is negative, this is due to the rotation of the high-frequency magnetic flux vector, since it is much faster than the rotation of the rotor salient poles. Therefore, when the sign of the inner product is inverted, the sign of the composite vector n n (k) at the current time is an error, and the sign of ζ n (k) needs to be inverted. ζ
In order to invert the sign of n (k), ζn (k) should be multiplied by -1. Since -1 for sign inversion is obtained as an output of the sgn function processing, it may be used. FIG.
The sign determination unit in FIG. 2 expresses this processing step in a block diagram.
【0082】なお、上記に説明した繰返形の符号判定
は、初期の符号判定が正しく行われることが前提であ
る。初期符号判定は電動機の駆動制御前に実施すること
になるが、これに直接活用できる初期位置推定の各種方
法が該文献(電気学会技術報告第760号)等で既に詳
しく説明されているので、これを活用すればよい。The above-described sign determination of the repetitive form is based on the premise that the initial sign determination is correctly performed. Although the initial code determination is performed before the drive control of the motor, various methods of initial position estimation that can be directly used for this are already described in detail in the literature (IEEJ Technical Report No. 760) and the like. You can make use of this.
【0083】図15は、同期電動機を対象とした、しか
し図5に代わる本発明の他の1実施形態例である。同図
では、図の輻輳を避けるため、回転dq座標系上の検出
電流と電圧指令値を各々ベクトル信号線で集約表現して
いる。図15の実施形態例における図5に対する違い
は、回転子位置推定に関連したベクトル位置推定器1
3、高周波電圧指令器15及び高周波電流除去フィルタ
16が固定αβ座標系から回転dq座標系に移動してい
る点にある。ベクトル位置推定器13、高周波電圧指令
器15及び高周波電流除去フィルタ16の3機器の構成
法は、図5の実施形態例で示した場合と基本的に同一で
ある。ベクトル位置推定器13の内部要素である余弦正
弦生成器13bは、採用された座標系上における逆突極
位置の余弦正弦推定値を出力する。従って、図5は固定
αβ座標系上の逆突極位置の余弦正弦推定値を出力し、
図15では、回転dq座標系上での逆突極位置の余弦正
弦推定値を出力する。一方、ベクトル回転器6a、6b
は固定αβ座標系上で評価されの逆突極位置の余弦正弦
値を必要とするので、図15の実施形態例では座標変換
の処理が追加的に必要である。この追加的処理は、以下
に示すように、簡単に実施することができる。FIG. 15 shows another embodiment of the present invention which is directed to a synchronous motor, but is an alternative to FIG. In the figure, in order to avoid the congestion in the figure, the detected current and the voltage command value on the rotating dq coordinate system are collectively expressed by vector signal lines. The difference between the embodiment of FIG. 15 and FIG. 5 is that the vector position estimator 1 related to the rotor position estimation is different.
3. The point is that the high-frequency voltage commander 15 and the high-frequency current removal filter 16 are moving from the fixed αβ coordinate system to the rotating dq coordinate system. The configuration method of the three devices of the vector position estimator 13, the high-frequency voltage commander 15, and the high-frequency current removal filter 16 is basically the same as the case shown in the embodiment of FIG. The cosine sine generator 13b, which is an internal element of the vector position estimator 13, outputs a cosine sine estimated value of the inverted salient pole position on the adopted coordinate system. Therefore, FIG. 5 outputs a cosine sine estimated value of the reverse salient pole position on the fixed αβ coordinate system,
In FIG. 15, a cosine sine estimated value of the reverse salient pole position on the rotating dq coordinate system is output. On the other hand, the vector rotators 6a and 6b
Requires the cosine sine value of the inverted salient pole position evaluated on the fixed αβ coordinate system, so that the embodiment of FIG. 15 additionally requires a coordinate conversion process. This additional processing can be easily implemented as described below.
【0084】ベクトル位置推定器13の処理はすべてデ
ィジタル的に行うものとして、k時点での余弦正弦生成
器13bの出力を、図12、14の実施形態例で示した
ように、u(θ)とする。一方、k時点でのベクトル位
置推定器13の最終出力をu(θ(k))とする。u
(θ(k))はu(θ)の座標変換値として、次の(4
3)式の処理により得られる。Assuming that all the processes of the vector position estimator 13 are performed digitally, the output of the cosine sine generator 13b at the time point k is converted to u (θ) as shown in the embodiment of FIGS. And On the other hand, the final output of the vector position estimator 13 at the time point k is u (θ (k)). u
(Θ (k)) is represented by the following (4) as a coordinate conversion value of u (θ).
It is obtained by the processing of equation 3).
【数43】 u(θ(k))=R(θ(k−1))u(θ) (43) 図16に、(43)式の処理を含むベクトル位置推定器
13の構成例を示した。同図においては、(43)式で
明示した座標変換処理はベクトル回転器13cで実施し
ている。U (θ (k)) = R (θ (k−1)) u (θ) (43) FIG. 16 shows a configuration example of the vector position estimator 13 including the processing of the equation (43). Was. In the figure, the coordinate conversion process specified by the equation (43) is performed by the vector rotator 13c.
【0085】次に、本発明のベクトル制御方法に基づく
ベクトル制御装置を逆突極を有する誘導電動機へ適用し
た1実施形態例を示す。図17はその基本的構造であ
る。本構造と図19に示した従来制御法による構造との
基本的な違いは、回転子位置検出器2に代わってベクト
ル位置推定器13が、また速度検出器11に代わって速
度推定器14が新規に導入されている点にある。更に
は、高周波電圧ベクトル印加のために高周波電圧指令器
15とこれに起因する高周波電流ベクトルi1hの電流
制御器への混入を排除するための高周波電流除去フィル
タ16が、追加用意されている点にある。他の機器に関
しては、基本的には図19に示した従来制御法に基づく
装置と同一であり、その動作原理も従来と同一である。
例えば、図17の実施形態例における電流ベクトルi
1s、電圧指令ベクトルν1sの処理・発生手順は、ま
た、ベクトル回転器のための回転信号の発生手順は、図
19を用いて説明した従来の装置よる場合と同一であ
る。本発明に関連して新規導入された機器は、上述のよ
うに、ベクトル位置推定器13、速度推定器14、高周
波電圧指令器15、高周波電流除去フィルタ16であ
る。図17の実施形態例におけるこれらの新規導入機器
は、図17と図5の比較より当業者には容易に理解され
るように、図5の実施形態例の場合と同一である。従っ
て、新規導入機器の説明は、図5の場合と重複するの
で、これを省略する。Next, an embodiment in which the vector control device based on the vector control method of the present invention is applied to an induction motor having reverse salient poles will be described. FIG. 17 shows the basic structure. The basic difference between this structure and the structure according to the conventional control method shown in FIG. 19 is that a vector position estimator 13 replaces the rotor position detector 2 and a speed estimator 14 replaces the speed detector 11. It has been newly introduced. Further, a high-frequency voltage commander 15 for applying a high-frequency voltage vector and a high-frequency current removing filter 16 for eliminating the high-frequency current vector i 1h resulting from mixing into the current controller are additionally provided. It is in. The other devices are basically the same as the device based on the conventional control method shown in FIG. 19, and the operation principle is the same as the conventional device.
For example, the current vector i in the embodiment of FIG.
The processing and generation procedure of 1s and the voltage command vector ν 1s , and the generation procedure of the rotation signal for the vector rotator are the same as those of the conventional apparatus described with reference to FIG. The devices newly introduced in connection with the present invention are the vector position estimator 13, the speed estimator 14, the high-frequency voltage commander 15, and the high-frequency current removal filter 16, as described above. These newly introduced devices in the embodiment of FIG. 17 are the same as those in the embodiment of FIG. 5, as will be easily understood by those skilled in the art by comparing FIG. 17 with FIG. Therefore, the description of the newly introduced device is the same as that of FIG.
【0086】以上のように、本発明においては、図5を
用いて説明した同期電動機に対する実施形態例は、図1
7を用いて説明した誘導電動機に対する実施形態例に対
応する。また、本発明においては、図5を用いて説明し
た同期電動機に対する実施形態例は、図15を用いて説
明した同期電動機に対する実施形態例へ容易に展開され
た。当業者に容易に理解されるように、図15を用いて
説明した同期電動機に対する実施形態例に対応する誘導
電動機の実施形態例もこの対応性を活用することにより
簡単に得られる。具体的には、図17において新規導入
された諸機器を固定αβ座標系から回転dq座標系に移
動へ移動させればよい。この際の移動の要領は、対応性
より、図15の実施形態例の場合と同様である。As described above, in the present invention, the embodiment of the synchronous motor described with reference to FIG.
7 corresponds to the embodiment of the induction motor described with reference to FIG. Further, in the present invention, the embodiment of the synchronous motor described with reference to FIG. 5 is easily developed into the embodiment of the synchronous motor described with reference to FIG. As will be easily understood by those skilled in the art, an embodiment of the induction motor corresponding to the embodiment of the synchronous motor described with reference to FIG. 15 can be easily obtained by utilizing this correspondence. More specifically, the devices newly introduced in FIG. 17 may be moved from the fixed αβ coordinate system to the rotating dq coordinate system. The manner of movement at this time is the same as that of the embodiment in FIG.
【0087】以上、本発明によるベクトル位置推定器に
関し、各種の図を利用しつつ複数の実施形態例を用いて
具体的かつ詳しく説明した。説明本文で繰返し明言して
いるように本発明のベクトル位置推定器は、最近のディ
ジタル技術の著しい進歩を考えるとディジタル的に構成
することが好ましい。ディジタル構成はハードウェア的
構成とソフトウェア的構成があるが、当業者にとっては
既に自明のように本発明はいずれでも構成できる。The vector position estimator according to the present invention has been described in detail and in detail using a plurality of embodiments with reference to various drawings. As has been stated repeatedly in the description, the vector position estimator of the present invention is preferably constructed digitally given the recent significant advances in digital technology. The digital configuration includes a hardware configuration and a software configuration, but any one of the present invention can be configured as will be apparent to those skilled in the art.
【0088】[0088]
【発明の効果】以上の説明より明白なように、本発明は
以下の効果を奏する。特に、請求項1及び請求項7の本
発明は、高周波電圧ベクトルの印加に応じ発生した高周
波電流ベクトルを用い、高周波磁束ベクトルと同方向へ
回転する同相電流ベクトルと、高周波磁束ベクトルとは
逆方向へ回転する鏡相電流ベクトルとを検出あるいは推
定し、同相電流ベクトルと鏡相電流ベクトルとの成す角
の中間角の余弦・正弦あるいはその推定値をベクトル回
転器の回転信号の生成に利用するようにしている。この
結果、請求項1あるいは請求項7の本発明によれば、固
定子に装着される回転子位置検出器を用いることなく、
ベクトル制御ためのベクトル回転器の回転信号生成に必
要な回転子位置の推定値を、ひいては回転子位置の余弦
・正弦推定値、回転子の速度推定値を得ることが出来る
と言う作用が得られる。しかも、電動機パラメータの変
動に頑健な状態で得ることができると言う作用が得れら
れる。本作用は、印加した高周波電圧ベクトルの角周波
数が回転子の電気角速度に対し十分高ければ、回転子の
停止時あるいは停止時に準ずる極低速時に限定されるこ
となく、広い動作範囲で得られる。この作用の結果、交
流電動機のベクトル制御に不可欠なベクトル回転器をパ
ラメータ変動に頑健な状態で広い動作範囲で正常に動作
させることができ、ひいては、従来より固定子に装着さ
れてきた回転子位置検出器を用いることなく、交流電動
機をベクトル制御することができると言う効果が得られ
る。更には、交流電動機のベクトル制御に際し、回転子
に回転子位置検出器を装着することに起因して従来より
発生した、電動機システムの信頼性の低下、軸方向の容
積増大、配線問題、各種コストの増大と言った諸問題を
克服することができると言う効果が得られる。As is clear from the above description, the present invention has the following effects. In particular, the present invention of claims 1 and 7 uses a high-frequency current vector generated in response to the application of a high-frequency voltage vector, and uses a high-frequency current vector rotating in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector, and a direction opposite to the high-frequency magnetic flux vector. To detect or estimate the rotating mirror-phase current vector, and use the cosine and sine of the intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or the estimated value to generate the rotation signal of the vector rotator. I have to. As a result, according to the present invention of claim 1 or claim 7, without using the rotor position detector mounted on the stator,
An effect is obtained that an estimated value of the rotor position necessary for generating a rotation signal of the vector rotator for vector control, and consequently, an estimated value of the cosine and sine of the rotor position and an estimated value of the rotor speed can be obtained. . In addition, an effect is obtained that the motor parameters can be obtained in a state that is robust to the fluctuations. This effect can be obtained in a wide operation range without being limited to when the rotor is stopped or at an extremely low speed equivalent to when the rotor is stopped, if the angular frequency of the applied high-frequency voltage vector is sufficiently higher than the electrical angular velocity of the rotor. As a result of this operation, the vector rotator, which is indispensable for the vector control of the AC motor, can be normally operated in a wide operating range while being robust against parameter fluctuations. An effect is obtained that vector control of the AC motor can be performed without using a detector. Further, in the vector control of the AC motor, the reliability of the motor system is reduced, the volume in the axial direction is increased, wiring problems, and various costs are conventionally caused by mounting the rotor position detector on the rotor. The effect of being able to overcome various problems such as an increase in the number is obtained.
【0089】特に、請求項2の本発明は請求項1記載の
ベクトル制御方法であって、同相電流ベクトルあるいは
この推定値と鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値とか
ら中間角の2倍角の余弦・正弦値あるいはこの推定値を
決定し、決定した2倍角の余弦・正弦決定値から中間角
の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定するようにし
ているので、同相電流ベクトル、鏡相電流ベクトルの位
置を算出することなく、これらのベクトルそのものから
ベクトル回転器の回転信号の生成に必要な余弦・正弦の
推定値を直接的に算定できると言う作用が得られる。ま
た、回転子位置算定のための逆演算を必要としないの
で、回転子位置の余弦・正弦の推定値を比較的高い精度
で、また比較的軽い計算量で決定できると言う作用も得
られる。ひいては、請求項2の本発明によれば、請求項
1で説明した作用を合理的に確保できるようになる。こ
うした作用の結果、請求項1による効果を、比較的精度
よく、比較的軽い計算量で達成できるという効果が得ら
れる。In particular, a second aspect of the present invention is the vector control method according to the first aspect, wherein the cosine of the double angle of the intermediate angle is calculated from the in-phase current vector or the estimated value thereof and the mirror current vector or the estimated value. Since the sine value or its estimated value is determined, and the cosine / sine value of the intermediate angle or its estimated value is determined from the determined cosine / sine value of the double angle, the in-phase current vector and the mirror-phase current vector are determined. An effect is obtained in that the estimated values of the cosine and sine required for generating the rotation signal of the vector rotator can be directly calculated from these vectors themselves without calculating the position. In addition, since an inverse operation for calculating the rotor position is not required, an effect that the estimated value of the cosine / sine of the rotor position can be determined with relatively high accuracy and with a relatively small amount of calculation can be obtained. Further, according to the second aspect of the present invention, the operation described in the first aspect can be rationally secured. As a result of such an operation, the effect of claim 1 can be achieved with relatively high accuracy and a relatively small amount of calculation.
【0090】請求項3の本発明は、請求項1及び2記載
のベクトル制御方法であって、中間角の余弦・正弦の推
定値の期待される大きさに応じて、2倍角の余弦・正弦
の決定値から中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値
を決定する方法を変更するようにするものであり、計算
量を低減しつつ最も高い計算精度を維持した状態でベク
トル回転器の回転信号の生成に必要な余弦・正弦の推定
値を決定できると言う作用が得られる。この作用の結
果、請求項3の本発明によれば、請求項1及び請求項2
による効果を、計算量を低減しつつ最も高い計算精度を
維持した状態で達成できるという効果が得られる。According to a third aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first and second aspects, wherein the cosine / sine of the double angle is adjusted according to the expected magnitude of the estimated value of the cosine / sine of the intermediate angle. The method for determining the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value of the intermediate angle from the determined value is changed, and the rotation signal of the vector rotator is maintained while maintaining the highest calculation accuracy while reducing the calculation amount. Has the effect of being able to determine the estimated values of the cosine and sine required to generate. As a result of this operation, according to the present invention of claim 3, claims 1 and 2
Is obtained while maintaining the highest calculation accuracy while reducing the amount of calculation.
【0091】請求項4の本発明は、請求項1記載のベク
トル制御方法であって、ノルムを同一化した、同相電流
ベクトルあるいはこの推定値と同一方向をもつベクトル
と、鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値と同一方向を
もつベクトルとの2個のベクトルを生成し、2個の同一
ノルムベクトルのベクトル加算によって得た合成ベクト
ルに比例して、中間角の余弦・正弦値あるいはその推定
値を各々決定するようにしている。これにより、高周波
磁束ベクトルと突極位置の単位ベクトルとの内積の絶対
値が僅少となる特別な状況を除けば、極簡単な演算で、
ベクトル回転器の回転信号生成に必要な余弦・正弦の推
定値を決定できると言う作用が得られる。ひいては、請
求項1の効果を極簡単な演算で達成できると言う効果が
得られる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first aspect, wherein the norm is equalized, and the in-phase current vector or a vector having the same direction as the estimated value, the mirror-phase current vector or the Generate two vectors of the estimated value and the vector having the same direction, and calculate the cosine and sine of the intermediate angle or the estimated value in proportion to the composite vector obtained by adding the two identical norm vectors. I'm trying to decide. Thus, except for the special case where the absolute value of the inner product of the high-frequency magnetic flux vector and the unit vector of the salient pole position is small, the calculation is extremely simple,
The effect is obtained that the estimated values of the cosine and the sine required for generating the rotation signal of the vector rotator can be determined. As a result, the effect of claim 1 can be achieved by an extremely simple operation.
【0092】請求項5の本発明は、請求項1記載のベク
トル制御方法であって、ノルムを同一化した、同相電流
ベクトルあるいはこの推定値と同一方向をもつベクトル
と、鏡相電流ベクトルあるいはこの推定値と同一方向を
もつベクトルとの2個のベクトルを生成し、2個の同一
ノルムベクトルのベクトル減算によって得た合成ベクト
ルをπ/2(rad)回転させ、回転後の減算合成ベク
トルに比例して、中間角の余弦・正弦値あるいはその推
定値を各々決定するようにしている。これにより、高周
波磁束ベクトルと単位ベクトルとの交代的内積の絶対値
が僅少となる特別な状況を除けば、極簡単な演算で、ベ
クトル回転器の回転信号生成に必要な余弦・正弦の推定
値を決定できると言う作用が得られる。ひいては、請求
項1の効果を極簡単な演算で達成できると言う効果が得
られる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vector control method according to the first aspect, wherein the in-phase current vector having the same norm, the vector having the same direction as the estimated value, the mirror-phase current vector or the Generate two vectors, the estimated value and the vector having the same direction, rotate the combined vector obtained by subtracting the two identical norm vectors by π / 2 (rad), and proportional to the subtracted combined vector after the rotation. Then, the cosine and sine values of the intermediate angle or their estimated values are determined. Thus, except for a special case where the absolute value of the alternating dot product between the high-frequency magnetic flux vector and the unit vector is small, the estimated value of the cosine and sine required for generating the rotation signal of the vector rotator can be calculated with extremely simple calculation. Can be determined. As a result, the effect of claim 1 can be achieved by an extremely simple operation.
【0093】なお、請求項4及び請求項5の本発明によ
る場合、演算量低減の代償として、高周波磁束ベクトル
の回転子逆突極と同一成分あるいは垂直成分が僅少とな
る領域ではその使用が限定される。請求項4及び請求項
5の本発明による効果が失われないように、この領域回
避のための実際的方法を請求項4及び請求項5の形態実
施例に関連して具体的に提示説明した。In the case of the present invention according to claims 4 and 5, the use of the high-frequency magnetic flux vector is limited in a region where the same component as the rotor reverse salient pole or the vertical component is small as a compensation for the reduction in the amount of calculation. Is done. In order not to lose the effects of the present invention of claims 4 and 5, a practical method for avoiding this area has been specifically shown and described in connection with the embodiments of claims 4 and 5. .
【0094】請求項6の本発明によれば、印加する高周
波電圧ベクトルを正弦高周波電圧ベクトルとするので、
同相、鏡相の両電流ベクトルを用いた位相の余弦・正弦
値の検出あるいは推定が安定するようになると言う作用
が得られる。この結果、請求項6の本発明によれば、請
求項1、請求項2、請求項3、請求項4および請求項5
による効果を安定的に達成できると言う効果が得られ
る。According to the present invention, since the applied high-frequency voltage vector is a sine high-frequency voltage vector,
The effect is obtained that the detection or estimation of the cosine and sine values of the phase using both the in-phase and mirror-phase current vectors becomes stable. As a result, according to the present invention of claim 6, claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, and claim 5
The effect of being able to stably achieve the effect of the above is obtained.
【0095】[0095]
【図1】固定αβ座標系上での回転子逆突極位置(電気
角度)を示すベクトル図FIG. 1 is a vector diagram showing a rotor reverse salient pole position (electrical angle) on a fixed αβ coordinate system.
【図2】固定αβ座標系上での固定子の高周波磁束、高
周波電流、同相電流、鏡相電流、回転子逆突極位置の1
関係例を示すベクトル図FIG. 2 shows high-frequency magnetic flux, high-frequency current, in-phase current, mirror-phase current, and rotor reverse salient pole position 1 on a fixed αβ coordinate system.
Vector diagram showing a relationship example
【図3】固定αβ座標系上における、加算合成ベクトル
と回転子逆突極の方向との1関係例を示すベクトル図FIG. 3 is a vector diagram showing one example of a relationship between an additive combined vector and a direction of a rotor reverse salient pole on a fixed αβ coordinate system.
【図4】固定αβ座標系上における、減算合成ベクトル
と回転子逆突極の方向との1関係例を示すベクトル図FIG. 4 is a vector diagram showing an example of a relation between a subtraction combined vector and a direction of a rotor reverse salient pole on a fixed αβ coordinate system.
【図5】1実施形態例におけるベクトル制御装置の基本
構成を示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a vector control device according to the embodiment;
【図6】1実施形態例における高周波電圧指令器の基本
構成を示すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing a basic configuration of a high-frequency voltage commander according to the embodiment;
【図7】1実施形態例におけるベクトル位置推定器の概
略構成を示すブロック図FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vector position estimator according to the embodiment;
【図8】(a)1実施形態例における同相鏡相電流ベク
トル生成器の概略構成を示すブロック図と(b)D因子
フィルタの等価特性を示す図8A is a block diagram illustrating a schematic configuration of an in-phase mirror-phase current vector generator according to an embodiment, and FIG. 8B is a diagram illustrating equivalent characteristics of a D-factor filter.
【図9】(a)逆因子D−1の実現法を示すブロック図
と(b)D−1を用いたD因子フィルタ実現の1実施形
態例を示すブロック図FIGS. 9A and 9B are a block diagram showing a method for realizing an inverse factor D- 1 and a block diagram showing an embodiment of a D-factor filter using D- 1 . FIGS.
【図10】1実施形態例における同相鏡相電流ベクトル
生成器の概略構成を示すブロック図FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of an in-phase mirror-phase current vector generator according to the embodiment;
【図11】1実施形態例における同相鏡相電流ベクトル
生成器の概略構成を示すブロック図FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of an in-phase mirror-phase current vector generator according to the embodiment;
【図12】1実施形態例における余弦正弦生成器の概略
構成を示すブロック図FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a cosine sine generator according to the embodiment;
【図13】中間角余弦正弦生成器での決定法選択に利用
される判定指標と選択結果の1関係例FIG. 13 shows an example of a relation between a decision index used for selecting a decision method in the intermediate angle cosine sine generator and a selection result
【図14】1実施形態例における余弦正弦生成器の概略
構成を示すブロック図FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of a cosine sine generator according to the embodiment;
【図15】1実施形態例におけるベクトル制御装置の基
本構成を示すブロック図FIG. 15 is a block diagram showing a basic configuration of a vector control device according to the embodiment;
【図16】1実施形態例におけるベクトル位置推定器の
概略構成を示すブロック図FIG. 16 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vector position estimator according to the embodiment;
【図17】1実施形態例におけるベクトル制御装置の基
本構成を示すブロック図FIG. 17 is a block diagram showing a basic configuration of a vector control device according to the embodiment;
【図18】従来のベクトル制御装置の概略構成を示すブ
ロック図FIG. 18 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional vector control device.
【図19】従来のベクトル制御装置の概略構成を示すブ
ロック図FIG. 19 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional vector control device.
1a 交流電動機(同期電動機) 1b 交流電動機(誘導電動機) 2 回転子位置検出器 3 電力変換器 4 電流検出器 5a 3相2相変換器 5b 2相3相変換器 6a ベクトル回転器 6b ベクトル回転器 7 余弦正弦信号発生器 8 電流制御器 9 指令変換器 10 速度制御器 11 速度検出器 12 磁束位相推定器 13 ベクトル位置推定器 13a 同相鏡相電流ベクトル生成器 13a−1 D因子フィルタ 13a−2 D因子フィルタ 13a−3 ベクトル回転器同伴フィルタ 13a−4 同相電流ベクトル推定器 13b 余弦正弦生成器 13b−1 2倍角余弦正弦生成器 13b−2 中間角余弦正弦生成器 13b−3 判定器 13b−4 判定正規化器 13b−5 符号判定器 13c ベクトル回転器 14 速度推定器 15 高周波電圧指令器 15a 位相発生器 15b 余弦正弦信号発生器 16 高周波電流除去フィルタ 1a AC motor (synchronous motor) 1b AC motor (induction motor) 2 Rotor position detector 3 Power converter 4 Current detector 5a Three-phase two-phase converter 5b Two-phase three-phase converter 6a Vector rotator 6b Vector rotator 7 Cosine sine signal generator 8 Current controller 9 Command converter 10 Speed controller 11 Speed detector 12 Magnetic flux phase estimator 13 Vector position estimator 13a In-phase mirror phase current vector generator 13a-1 D-factor filter 13a-2 D Factor filter 13a-3 Vector rotator companion filter 13a-4 In-phase current vector estimator 13b Cosine sine generator 13b-1 Double angle cosine sine generator 13b-2 Intermediate angle cosine sine generator 13b-3 Judge 13b-4 Judgment Normalizer 13b-5 Sign determiner 13c Vector rotator 14 Speed estimator 15 High-frequency voltage commander 15 Phase generator 15b cosine and sine signal generator 16 frequency current removing filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H560 BB04 DA12 DB20 DC12 EB01 EC01 HA09 RR10 TT08 TT15 TT20 XA02 XA04 XA13 5H576 BB10 DD02 DD04 DD07 EE01 GG02 GG04 HB01 JJ03 JJ04 JJ20 JJ22 JJ23 JJ26 LL14 LL22 LL41 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference)
Claims (7)
トル回転器によって指示された互いに直交するd軸とq
軸で構成される回転dq座標系上で、電流ベクトルのd
軸成分及びq軸成分として分割し制御する電流制御工程
と、回転する高周波電圧ベクトルとして扱い得る高周波
電圧を固定子電圧の少なくとも一部として印加する高周
波電圧印加工程とを有する交流電動機のベクトル制御方
法であって、 該高周波電圧ベクトルの印加に応じ発生した高周波電流
ベクトルを用い、同じく該高周波電圧ベクトルの印加に
応じ発生した高周波磁束ベクトルと同方向へ回転する同
相電流ベクトルと、該高周波磁束ベクトルとは逆方向へ
回転する鏡相電流ベクトルとを検出あるいは推定し、該
同相電流ベクトルと該鏡相電流ベクトルとの成す角の中
間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を、該交流電動
機の回転子位置の余弦・正弦推定値として該ベクトル回
転器の回転信号の生成に利用することを特徴とする交流
電動機のベクトル制御方法。1. A stator current contributing to torque generation is represented by a d-axis and a q
On a rotating dq coordinate system composed of axes, the current vector d
A vector control method for an AC motor, comprising: a current control step of dividing and controlling an axis component and a q-axis component, and a high-frequency voltage applying step of applying a high-frequency voltage that can be treated as a rotating high-frequency voltage vector as at least a part of a stator voltage. And using a high-frequency current vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, an in-phase current vector rotating in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, and the high-frequency magnetic flux vector. Detects or estimates the mirror-phase current vector rotating in the opposite direction, and calculates the cosine / sine value of the intermediate angle between the in-phase current vector and the mirror-phase current vector or its estimated value, and calculates the rotation of the AC motor. AC motor characterized in that it is used as a cosine / sine estimated value of a child position for generating a rotation signal of the vector rotator. Machine vector control method.
推定値と該鏡相電流ベクトルあるいはこれと同相の推定
値とを用いて、該中間角の2倍角の余弦・正弦値あるい
はその推定値を決定し、該2倍角余弦・正弦決定値から
該中間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を決定する
ようにしたことを特徴とする請求項1記載の交流電動機
のベクトル制御方法。2. A cosine / sine value of twice the intermediate angle or an estimated value thereof is obtained by using the in-phase current vector or the estimated value of the in-phase current and the mirror current vector or the estimated value of the in-phase current vector. 2. The vector control method for an AC motor according to claim 1, wherein the cosine / sine value of the intermediate angle or an estimated value thereof is determined from the determined value of the double angle cosine / sine.
さに応じて、該2倍角余弦・正弦決定値から該中間角の
余弦・正弦値あるいはその推定値を決定する方法を変更
するようにしたことを特徴とする請求項1及び請求項2
記載の交流電動機のベクトル制御方法。3. A method for determining the cosine / sine value of the intermediate angle or the estimated value thereof from the double-valued cosine / sine value according to the expected magnitude of the cosine / sine value of the intermediate angle. 3. The method according to claim 1, wherein
A vector control method for the AC motor as described in the above.
あるいはこれと同相の推定値と、該鏡相電流ベクトルあ
るいはこれと同相の推定値との2個のベクトルを生成
し、2個の該同一ノルムベクトルのベクトル加算によっ
て得た合成ベクトルに比例して、該中間角の余弦・正弦
値あるいはその推定値を決定するようにしたことを特徴
とする請求項1記載の交流電動機のベクトル制御方法。And generating two vectors, i.e., the in-phase current vector or the in-phase estimated value thereof and the mirror-phase current vector or the in-phase estimated value having the same norm. 2. A vector control method for an AC motor according to claim 1, wherein the cosine / sine value of the intermediate angle or an estimated value thereof is determined in proportion to a composite vector obtained by vector addition of the same norm vector. .
あるいはこれと同相の推定値と、該鏡相電流ベクトルあ
るいはこれと同相の推定値との2個のベクトルを生成
し、2個の該同一ノルムベクトルのベクトル減算によっ
て得た合成ベクトルをπ/2(rad)回転させ、回転
後の減算合成ベクトルに比例して該中間角の余弦・正弦
値あるいはその推定値を決定するようにしたことを特徴
とする請求項1記載の交流電動機のベクトル制御方法。5. A method for generating two vectors, i.e., an in-phase current vector or an in-phase estimated value thereof and a mirror-phase current vector or an in-phase estimated value having the same norm. A composite vector obtained by vector subtraction of the same norm vector is rotated by π / 2 (rad), and a cosine / sine value of the intermediate angle or an estimated value thereof is determined in proportion to the subtracted composite vector after rotation. The vector control method for an AC motor according to claim 1, wherein:
クトルとしたことを特徴とする請求項1、請求項2、請
求項3、請求項4及び請求項5記載の交流電動機のベク
トル制御方法。6. A vector control method for an AC motor according to claim 1, wherein said high-frequency voltage vector is a sine high-frequency voltage vector.
トル回転器によって指示された互いに直交するd軸とq
軸で構成される回転dq座標系上で、電流ベクトルのd
軸成分及びq軸成分として分割し制御する電流制御手段
と、回転する高周波電圧ベクトルとして扱い得る高周波
電圧を固定子電圧の少なくとも一部として印加する高周
波電圧印加手段とを有する交流電動機のベクトル制御装
置であって、 該高周波電圧ベクトルの印加に応じ発生した固定子電流
ベクトルを用い、同じく該高周波電圧ベクトルの印加に
応じ発生した高周波磁束ベクトルと同方向へ回転する同
相電流ベクトルと、該高周波磁束ベクトルとは逆方向へ
回転する鏡相電流ベクトルとを検出または推定する手段
と、該ベクトル回転器の回転信号の生成に利用し得る該
交流電動機の回転子位置の余弦・正弦推定値として、該
同相電流ベクトルと該鏡相電流ベクトルとの成す角の中
間角の余弦・正弦値あるいはその推定値を生成する手段
とを有することを特徴とする交流電動機のベクトル制御
装置。7. A stator current contributing to torque generation is defined by d-axis and q-axis orthogonal to each other indicated by a vector rotator.
On a rotating dq coordinate system composed of axes, the current vector d
A vector control device for an AC motor having current control means for dividing and controlling an axis component and a q-axis component, and high-frequency voltage applying means for applying a high-frequency voltage that can be treated as a rotating high-frequency voltage vector as at least a part of the stator voltage A stator current vector generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, an in-phase current vector rotating in the same direction as the high-frequency magnetic flux vector also generated in response to the application of the high-frequency voltage vector, and the high-frequency magnetic flux vector Means for detecting or estimating a mirror phase current vector rotating in the opposite direction to the direction of rotation, and the cosine and sine estimated values of the rotor position of the AC motor that can be used for generating a rotation signal of the vector rotator. Means for generating a cosine / sine value of an intermediate angle between the current vector and the mirror phase current vector or an estimated value thereof. A vector control device for an AC motor, comprising:
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