JP2002199797A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の運転中に変化する定数に依存するこ
となく、トルク制御精度を向上させることにある。 【解決手段】 演算トルクとトルク指令との差を比例積
分したものとトルク指令との和を補正後トルク指令とし
て出力するトルク指令調整器とを具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を高精度に
制御する電動機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術の一例として、永久磁石型同
期電動機のトルクを制御する電動機制御装置のブロック
線図を図３に示し、この図に基づいて説明する。電力変
換器４は、永久磁石型同期電動機１に電力を供給する。
電流検出器３は永久磁石型同期電動機１の一次電流を検
出し、静止座標上での電流ベクトルに変換してその電流
ベクトル成分ｉａ、ｉｂを出力する。位置検出器２は、
永久磁石型同期電動機１の回転子の永久磁石の方向を検
知する。

【０００３】トルク制御器８は、トルク指令Ｔｒと電流
ベクトル成分ｉａ、ｉｂと永久磁石の方向とを入力して
永久磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒ
に追従するような信号を電力変換器４に出力する。トル
ク制御器８は、ｄ軸電流指令生成器７とｑ軸電流指令生
成器６と電流制御器５とで構成される。ｄ軸電流指令生
成器７は、一次電流の永久磁石の方向と平行な電流成分
であるｄ軸電流ｉｄの指令となるｄ軸電流指令ｉｄｒを
出力する。

【０００４】ｑ軸電流指令生成器６は、一次電流の永久
磁石の方向と垂直な電流成分であるｑ軸電流ｉｑの指令
となるｑ軸電流指令ｉｑｒを、トルク指令Ｔｒとｄ軸電
流指令ｉｄｒより

【０００５】

【０００６】の計算式で演算して出力する。ここで、φ
は永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量であり、
Ｌｄはｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のイン
ダクタンスである。

【０００７】電流制御器５は、電流ベクトル成分ｉａ、
ｉｂを永久磁石の方向に基づいて回転座標変換してｉ
ｄ、ｉｑを演算し、ｉｄ、ｉｑをそれぞれそれらの指令
値のｉｄｒ、ｉｑｒに追従させるような信号を出力す
る。以上の制御構成により、永久磁石型同期電動機１の
出力トルクはトルク指令Ｔｒに制御されることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、永久
磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒに制
御されるためには（１）式が正確に演算される必要があ
る。よって永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量
φやｄ軸のインダクタンスＬｄやｑ軸のインダクタンス
Ｌｑが実際の値と一致しておく必要がある。しかし、φ
は永久磁石の温度によって変動したり、ＬｄやＬｑは磁
気飽和により電流の大きさによって変化するので、
（１）式で用いるφやＬｄやＬｑを永久磁石型同期電動
機１の実際値に一致させることは困難である。従って、
永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒ
通りに制御できなくなる。本発明は上述した点に鑑みて
創案されたもので、その目的とするところは、永久磁石
型同期電動機の制御装置にトルク制御器を補正する機能
を設けることで上記問題点を解決し、運転中に変化する
電動機の定数に依存することがない電動機の制御装置を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 １．請求項１において、トルク指令を入力して電動機の
電流指令を生成する電流指令生成器と、前記電流指令と
前記電動機の一次電流とを入力して前記電流指令と前記
一次電流とが一致するような信号を出力する電流制御器
とから構成されるトルク制御器で前記電動機の出力トル
クを前記トルク指令に追従させる電動機の制御装置に係
わり、前記電動機の一次電流を検出してベクトルに変換
して一次電流ベクトルとして出力する電流検出器と、前
記電動機の一次電圧を検出または推定してベクトルに変
換して一次電圧ベクトルとして出力する電圧検出器と、
前記一次電圧ベクトルと前記一次電流ベクトルとを入力
し、前記電動機の一次巻線抵抗Ｒを用いて前記電動機の
一次鎖交磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、前記一
次鎖交磁束ベクトルと前記一次電流ベクトルとから前記
電動機の出力トルクを演算するトルク演算器と、該トル
ク演算器の出力の演算トルクと前記トルク指令との差を
比例積分増幅し、該比例積分増幅したものと前記トルク
指令との和を補正後トルク指令として前記トルク指令の
変わりにトルク制御器に出力するものとから構成される
トルク指令調整器とを具備することを特徴とする電動機
の制御装置である。

【００１０】２．請求項２において、前記演算トルクと
前記トルク指令との差を比例積分増幅し、該比例積分増
幅したものと前記電流指令生成器の出力との和を補正後
電流指令として前記電流指令の変わりに電流制御器に出
力する電流指令調整器から構成されることを特徴とする
請求項１記載の電動機の制御装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】従来の技術で説明した場合と同様
に、永久磁石型同期電動機の出力トルクをトルク指令に
追従させる電動機制御装置の一実施例について説明す
る。図１は、本発明の請求項１記載の一実施例を示すブ
ロック線図であり、この図に基づいて説明するが、従来
の技術と同一部分は説明を省略する。電圧検出器９は、
永久磁石型同期電動機１の一次電圧を検出または推定し
て静止座標上での電圧ベクトルに変換し、その電圧ベク
トル成分ｖａ、ｖｂを出力する。磁束演算器１０は、電
流ベクトル成分ｉａ、ｉｂと電圧ベクトル成分ｖａ、ｖ
ｂとを入力して、永久磁石型同期電動機１の一次巻線抵
抗Ｒを用いて永久磁石型同期電動機１の一次鎖交磁束ベ
クトルの成分φａ、φｂを次式により演算する。

【００１２】

【００１３】トルク演算器１１は、一次鎖交磁束ベクト
ルの成分φａ、φｂと電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂとを
入力して、次式により永久磁石型同期電動機１の出力す
るトルクＴｃを演算する。

【００１４】

【００１５】（４）式で求められる演算トルクＴｃは、
φやＬｄやＬｑを用いずに演算しているため、永久磁石
型同期電動機１が実際に出力しているトルクと等しくな
る。トルク指令調整器１２は、トルク指令Ｔｒとトルク
演算器１１の出力である演算トルクＴｃとを入力し、ト
ルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補
正した補正後トルク指令Ｔｒ’を出力する。補正後トル
ク指令Ｔｒ’をトルク制御器８に入力することで、永久
磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒに正
確に追従することになる。

【００１６】トルク指令調整器１２は、減算器１３と比
例積分増幅器１４と加算器１５とで構成されている。減
算器１３は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を
出力する。減算器１３の出力するトルク誤差が０となる
ように、トルク誤差を比例積分増幅器１４に通し、加算
器１５で比例積分増幅器１４の出力とトルク指令Ｔｒと
の和を補正後トルク指令Ｔｒ’として出力する。

【００１７】図２は、本発明の請求項２記載の一実施例
を示すブロック線図であり、この図に基づいて説明する
が、従来の技術と図１で説明した同一部分は説明を省略
する。電流指令調整器１６は、トルク指令Ｔｒと演算ト
ルクＴｃとｑ軸電流指令ｉｑとを入力し、トルク指令Ｔ
ｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補正した補正
後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’を出力する。補正後ｑ軸電流指
令ｉｑｒ’を電流制御器５に入力することで、永久磁石
型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒと正確に
追従することになる。

【００１８】電流指令調整器１６は、減算器１７と比例
積分調整器１８と加算器１９とで構成されている。減算
器１７は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を出
力する。減算器１７の出力するトルク誤差が０となるよ
うに、トルク誤差を比例積分増幅器１８に通し、加算器
１９で比例積分増幅器１８の出力とｑ軸電流指令ｉｑｒ
との和を補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’として出力する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
転中に変化する電動機の定数に依存することなく電動機
の出力トルクを正確にトルク指令通りに追従させること
が出来ることから、電動機の速度やトルクの制御精度を
向上させることができ、実用上、極めて有用性の高いも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の実施例を永久磁石型同
期電動機に適用したブロック線図である。

【図２】本発明の請求項２記載の実施例を永久磁石型同
期電動機に適用したブロック線図である。

【図３】従来の技術の実施例を永久磁石型同期電動機の
トルク制御構成で表したブロック線図である。

【符号の説明】

１ 永久磁石型同期電動機 ２ 位置検出器 ３ 電流検出器 ４ 電力変換器 ５ 電流制御器 ６ ｑ軸電流指令生成器 ７ ｄ軸電流指令生成器 ８ トルク制御器 ９ 電圧検出器 １０ 磁束演算器 １１ トルク演算器 １２ トルク指令調整器 １３、１７ 減算器 １４、１８ 比例積分増幅器 １５、１９ 加算器 １６ 電流指令調整器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク指令を入力して電動機の電流指令
   を生成する電流指令生成器と、前記電流指令と前記電動
   機の一次電流とを入力して前記電流指令と前記一次電流
   とが一致するような信号を出力する電流制御器とから構
   成されるトルク制御器で前記電動機の出力トルクを前記
   トルク指令に追従させる電動機の制御装置において、前
   記電動機の一次電流を検出してベクトルに変換して一次
   電流ベクトルとして出力する電流検出器と、前記電動機
   の一次電圧を検出または推定してベクトルに変換して一
   次電圧ベクトルとして出力する電圧検出器と、前記一次
   電圧ベクトルと前記一次電流ベクトルとを入力し、前記
   電動機の一次巻線抵抗Ｒを用いて前記電動機の一次鎖交
   磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、前記一次鎖交磁
   束ベクトルと前記一次電流ベクトルとから前記電動機の
   出力トルクを演算するトルク演算器と、該トルク演算器
   の出力の演算トルクと前記トルク指令との差を比例積分
   増幅し、該比例積分増幅したものと前記トルク指令との
   和を補正後トルク指令として前記トルク指令の変わりに
   トルク制御器に出力するものとから構成されるトルク指
   令調整器とを具備することを特徴とする電動機の制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記演算トルクと前記トルク指令との差
   を比例積分増幅し、該比例積分増幅したものと前記電流
   指令生成器の出力との和を補正後電流指令として前記電
   流指令の変わりに電流制御器に出力する電流指令調整器
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の電動機
   の制御装置。