JP2003189700A - 電動機制御装置、電動機の駆動方法、及び電動機制御用プログラム - Google Patents

電動機制御装置、電動機の駆動方法、及び電動機制御用プログラム

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JP2003189700A
JP2003189700A JP2001380701A JP2001380701A JP2003189700A JP 2003189700 A JP2003189700 A JP 2003189700A JP 2001380701 A JP2001380701 A JP 2001380701A JP 2001380701 A JP2001380701 A JP 2001380701A JP 2003189700 A JP2003189700 A JP 2003189700A
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stator
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Shinichi Kobayashi
真一 小林
Mitsugi Nakamura
貢 中村
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子の位置の誤差を適切に補正して、1パ
ルスモードの同期PWM制御による永久磁石電動機の制
御を最適化する。 【解決手段】 本発明による電動機制御装置は、回転子
と電機子とを含む永久磁石電動機(1)と、永久磁石電
動機(1)の回転子の位置(θ)を同定する位置同定手
段(5、14〜16、5’、17、18)と、回転子の
位置(θ)と外部から与えられるd軸電流指令値(i
)とに応答して、1パルスモードの同期PWM制御に
よって永久磁石電動機(1)の電機子に駆動電圧を供給
する電力供給部(2、8〜13)と、永久磁石電動機
(1)の固定子のd軸電流(i)を検出するd軸電流
検出手段(4〜4、7)とを備えている。位置同定
手段(5、14〜16、5’、17、18)は、d軸電
流指令値(i )とd軸電流と(i)の差(e
に基づいて、回転子の位置(θ)を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機制御装置に
関する。本発明は、特に、電動機の回転子の位置や、固
定子が生成する回転磁界の位置に応じて電動機に駆動電
圧を供給する電動機制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】同期電動機の一種である永久磁石電動機
(PM)を1パルスモードの同期PWM制御によって制
御する場合、検出器によって検出された回転子の位置が
同定され、同定された回転子の位置に応じて、固定され
た電機子に駆動電圧が供給される。1パルスモードの同
期PWM制御とは、半周期に単一の矩形パルスを生成す
る制御であり、電圧利用率が高い特長がある。1パルス
モードの同期PWM制御における回転子の位置の同定
は、ホール素子のような位置検出装置により行われるこ
とがある。また、電機子の電機子コイルに誘起される誘
起電圧が計測され、計測された誘起電圧から回転子の位
置の同定が行われることがある。
【0003】回転子の位置を用いて電動機の制御を行う
永久磁石型同期電動機の制御装置が、公開特許公報(特
開平9−47100)に開示されている。当該制御装置
では、測定された回転子の位置(角度)及び回転子の回
転速度から、異なる2つの方法で角度指令値が算出され
る。PWM(Pulse Width Modulation)制御のモードに
応じて、算出された角度指令値のいずれかが選択され
る。選択された角度指令値を用いて電動機の制御が行わ
れる。
【0004】永久磁石電動機を1パルスモードの同期P
WM制御により駆動する場合、回転子の位置を正確に同
定することが必要である。回転子の位置の同定が正確で
あるほど、電機子に供給される駆動電圧の位相をより適
切に定めることができる。
【0005】一方、誘導電動機(IM)を1パルスモー
ドの同期PWM制御により制御する場合、固定子が生成
する回転磁界の位置(角度)が同定され、同定された回
転磁界の位置(角度)に応じて、固定子に駆動電圧が供
給される。回転磁界の位置(角度)は、回転子の回転周
波数と、すべり周波数とから算出される。このとき、回
転子の回転周波数は、ホール素子のような位置検出器に
より検出されることがあり、また、電機子の電機子コイ
ルに誘起される誘起電圧が計測され、計測された誘起電
圧から回転子の回転周波数が算出されることがある。
【0006】誘導電動機を1パルスモードの同期PWM
制御により駆動する場合、回転磁界の位置を正確に同定
することが必要である。回転磁界の位置の同定が正確で
あるほど、固定子に供給される駆動電圧の位相をより適
切に定めることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、1パ
ルスモードの同期PWM制御による電動機の制御をより
最適にすることにある。
【0008】本発明の他の目的は、回転子の位置の誤差
を適切に補正して、1パルスモードの同期PWM制御に
よる永久磁石電動機の制御を最適化することにある。
【0009】本発明の更に他の目的は、回転磁界の位置
の誤差を適切に補正して、1パルスモードの同期PWM
制御による誘導電動機の制御を最適化することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されている。但
し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記
載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
【0011】本発明による電動機制御装置は、永久磁石
電動機(1)の回転子の位置(θ)を同定する位置同定
手段(5、14〜16、5’、17、18)と、位置
(θ)と外部から与えられるd軸電流指令値(i
とに応答して、1パルスモードの同期PWM制御により
永久磁石電動機(1)の電機子に駆動電圧を供給する電
力供給部(2、8〜13)と、永久磁石電動機(1)の
固定子のd軸電流(i)を検出するd軸電流検出手段
(4〜4、7)とを備えている。位置同定手段
(5、14〜16、5’、17、18)は、d軸電流指
令値(i )とd軸電流と(i)の差(e)に基
づいて、位置(θ)を補正する。位置(θ)がd軸電流
指令値(i )とd軸電流と(i)の差(e)に
基づいて補正されることにより、より正確に、回転子の
位置(θ)が算出される。
【0012】回転子の位置(θ)は、d軸電流指令値
(i )とd軸電流(i)との差(e)が0に近
づくように補正されることが好ましい。
【0013】位置同定手段(5、14〜16)は、永久
磁石電動機(1)の回転子の回転周波数(ω)を検出
する回転周波数検出器(5)と、d軸電流指令値(i
)とd軸電流(i)との差(e)に基づいて補正
値(Δω)を算出する補正値算出器(14)と、回転
周波数(ω)と補正値(Δω)とに基づいて永久磁
石電動機(1)の回転子の位置(θ)を算出する位置算
出器(16)とを含むことが好ましい。
【0014】本発明による電動機制御装置は、誘導電動
機(1’)の固定子が発生する回転磁界の位置(θ’)
を同定する位置同定手段(5、28〜31)と、回転磁
界の位置(θ’)と、外部から与えられるd軸電流指令
値(i )とに応答して、1パルスモードの同期PW
M制御により誘導電動機(1’)の固定子に駆動電圧を
供給する電力供給部(2、22〜27)と、誘導電動機
(1’)の固定子のd軸電流(i)を検出するd軸電
流検出手段(4〜4、21)とを備えている。位置
同定手段(5、28〜31)は、d軸電流指令値(i
)とd軸電流(i)との差(e)に基づいて、回
転磁界の位置(θ’)を補正する。
【0015】回転磁界の位置(θ’)は、d軸電流指令
値(i )とd軸電流(i)との差(e)が0に
近づくように補正されることが好ましい。
【0016】電力供給部(2、22〜27)は、外部か
ら与えられるq軸電流指令値(i )に応答して誘導
電動機(1’)の固定子に駆動電圧を供給し、位置同定
手段(5、28〜31)は、誘導電動機(1’)の回転
子の回転周波数(ω)を検出する回転周波数検出器
(5)と、d軸電流(i)とq軸電流指令値
(i )とに基づいて、誘導電動機(1’)のすべり
周波数(ω)を算出するすべり周波数演算器(28)
と、d軸電流指令値(i )とd軸電流(i)との
差(e)に基づいて補正値(Δω)を算出する補正
値算出器(29)と、回転周波数(ω)とすべり周波
数(ω)と補正値(Δω)に基づいて回転磁界の位
置(θ’)を算出する回転磁界位置算出器(31)とを
含むことが好ましい。
【0017】本発明による電動機の駆動方法は、永久磁
石電動機(1)の回転子の位置(θ)を同定するステッ
プと、回転子の位置(θ)と、d軸電流指令値
(i )とに応答して、1パルスモードの同期PWM
制御により永久磁石電動機(1)の電機子に駆動電圧を
供給するステップと、永久磁石電動機(1)の電機子の
d軸電流(i)を算出するステップと、d軸電流指令
値(i )とd軸電流(i)との差に基づいて、回
転子の位置(θ)を補正するステップとを備えている。
【0018】本発明による電動機の駆動方法は、誘導電
動機(1’)の固定子が発生する回転磁界の位置
(θ’)を同定するステップと、回転磁界の位置
(θ’)と、外部から与えられるd軸電流指令値(i
)とに応答して、1パルスモードの同期PWM制御に
より誘導電動機(1’)の固定子に駆動電圧を供給する
ステップと、誘導電動機(1’)の固定子のd軸電流
(i)を検出するステップと、d軸電流指令値(i
)とd軸電流(i)との差(e)に基づいて、回
転磁界の位置(θ’)を補正するステップとを備えてい
る。
【0019】本発明による電動機制御用プログラムは、
永久磁石電動機(1)の回転子の位置(θ)を同定する
ステップと、回転子の位置(θ)と、d軸電流指令値
(i )とに応答して永久磁石電動機(1)の電機子
に駆動電圧を供給する電力供給装置(2)を制御する制
御信号(Spu、Snu、Spv、Snv、Spw、S
nw)を1パルスモードの同期PWM制御により生成す
るステップと、永久磁石電動機(1)の電機子を流れる
電流(i、i、i)に基づいて、永久磁石電動機
(1)の電機子のd軸電流(i)を算出するステップ
と、d軸電流指令値(i )とd軸電流(i)との
差(e)に基づいて、回転子の位置(θ)を補正する
ステップとを電動機制御用コンピュータに実行させる。
【0020】本発明による電動機制御用プログラムは、
誘導電動機(1’)の固定子が発生する回転磁界の位置
(θ’)を同定するステップと、回転磁界の位置
(θ’)と、d軸電流指令値(I )とに応答して誘
導電動機(1’)の固定子に駆動電圧を供給する電力供
給装置(2)を制御する制御信号(Spu、Snu、S
pv、Snv、Spw、Snw)を1パルスモードの同
期PWM制御により生成するステップと、誘導電動機
(1’)の固定子を流れる電流(i、i、i)に
基づいて、誘導電動機(1’)の固定子のd軸電流(i
)を算出するステップと、d軸電流指令値(i
とd軸電流(i)との差(e)に基づいて、回転磁
界の位置(θ’)を補正するステップとを電動機制御用
コンピュータに実行させる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明による電動機制御装置の実施の形態を説明する。
【0022】(実施の第1形態)本発明による電動機制
御装置の実施の第1形態は、図1に示されているよう
に、永久磁石電動機1を駆動するための電動機制御装置
である。永久磁石電動機1の回転子には、界磁磁束を発
生する永久磁石が設けられている。永久磁石電動機1の
電機子には、回転磁界を生成するu相電機子コイル、v
相電機子コイル、及びw相電機子コイル(図示されな
い)が設けられている。永久磁石電動機1は、インバー
タ2に接続されている。インバータ2は、永久磁石電動
機1のu相電機子巻線、v相電機子巻線、及びw相電機
子巻線に、それぞれu相電圧v、v相電圧v、及び
w相電圧vを供給する。u相電圧v、v相電圧
、及びw相電圧vの供給は、それぞれ、u相電源
線3、v相電源線3、及びw相電源線3を介して
行われる。
【0023】インバータ2は、直流電圧源2と、スイ
ッチングトランジスタ22u、2 、22v
3v、22w、23wとを含む。直流電圧源2は、
電源線2に直流の電源電圧を供給する。スイッチング
トランジスタ22u、22v、2 がオンされると、
それぞれ、u相電源線3、v相電源線3、及びw相
電源線3が電源線2に接続され、u相電源線3
v相電源線3、及びw相電源線3は、電源電位にプ
ルアップされる。スイッチングトランジスタ23u、2
3v、23wがオンされると、それぞれ、u相電源線3
、v相電源線3、及びw相電源線3が接地された
接地線2に接続され、u相電源線3、v相電源線3
、及びw相電源線3は、接地電位にプルダウンされ
る。
【0024】u相電源線3、v相電源線3、及びw
相電源線3には、それぞれ、電流検出器4、4
及び4が設けられている。電流検出器4は、u相電
機子巻線を流れるu相電流iを測定し、電流検出器4
は、v相電機子巻線を流れるv相電流iを測定し、
電流検出器4は、w相電機子巻線を流れるw相電流i
を測定する。
【0025】永久磁石電動機1は、エンコーダ5に接続
されている。エンコーダ5は、永久磁石電動機1の回転
子の回転周波数ωを検出する。
【0026】電流検出器4、4、4、及びエンコ
ーダ5は、MPU(Micro Processing Unit)6に接続
されている。MPU6は、電流検出器4、4、4
がそれぞれ測定したu相電流i、v相電流i、及び
w相電流i、並びにエンコーダ5が測定する永久磁石
電動機1の回転周波数ωに基づいてインバータ2を制
御する制御演算を行い、インバータ2に含まれるスイッ
チングトランジスタ2 2u、23u、22v、23v
2w、23wそれぞれのオン/オフを指示するスイッ
チング指令信号Spu、Snu、pv、Snv、S
pv、Snvを出力する。インバータ2は、スイッチン
グ指令信号Spu、Snu、pv、S 、Spv
nvにより制御される。
【0027】図2は、MPU6が行う演算を等価的に表
すブロック図である。MPU6は、等価的に、3相−2
相変換器7、減算器8、PI制御器9、減算器10、P
I制御器11、2相−3相変換器12、同期1パルス演
算器13、PI制御器14、加算器15、及び位置算出
器16を含む。3相−2相変換器7、減算器8、9、P
I制御器9、10、2相−3相変換器11、同期1パル
ス演算器12、すべり周波数演算器13、PI制御器1
4、加算器15、及び位置算出器16の機能は、現実に
は、MPU6が制御用コンピュータプログラムを実行す
ることにより実現される。
【0028】3相−2相変換器7は、電流検出器4
、4がそれぞれ測定したu相電流i、v相電流
、及びw相電流iから、d軸電流i、及びq軸
電流iを算出する。d軸電流i、及びq軸電流i
の算出に必要な回転子の位置θは、位置算出器16から
与えられる。d軸電流i、及びq軸電流iの算出の
とき、u相電流i、v相電流i、及びw相電流i
の全てが測定される必要はなく、u相電流i、v相電
流i、及びw相電流iのうちの2つが測定され、他
の1つは、 i+i+i=0, …式(1) から算出されることも可能である。
【0029】d軸電流iと、外部から与えられるd軸
電流指令値(励磁電流指令値)i とからd軸電圧指
令値v が算出される。d軸電圧指令値v の算出
は、減算器8とPI制御器9により行われる。減算器8
は、d軸電流指令値i からd軸電流iを減じて制
御偏差eを算出し、制御偏差eをPI制御器9に供
給する。PI制御器9は、制御偏差eからd軸電圧指
令値v を算出する。即ち、MPU6は、下記式:
【数1】 …式(2) により、d軸電圧指令値v を算出する。ここで、I
、I、V は、それぞれ、d軸電流指令値i
、d軸電流i、及びd軸電圧指令値v のラプラ
ス変換であり、KPd、KIdは、それぞれ、PI制御
器9の比例ゲイン、積分ゲインである。算出されたd軸
電圧指令値v は、2相−3相変換器12に供給され
る。
【0030】同様に、q軸電流iと、外部から与えら
れるq軸電流指令値(トルク指令値)i とから、q
軸電圧指令値v が算出される。q軸電圧指令値v
の算出は、減算器10とPI制御器11により行われ
る。減算器10は、q軸電流指令値i からq軸電流
を減じて制御偏差eを算出し、制御偏差eをP
I制御器11に供給する。PI制御器11は、制御偏差
からq軸電圧指令値v を算出する。即ち、MP
U6は、下記式:
【数2】 …式(3) により、q軸電圧指令値v を算出する。ここで、I
、I、V は、それぞれ、q軸電流指令値i
、q軸電流i、及びq軸電圧指令値v のラプラ
ス変換であり、KPq、KIqは、それぞれ、PI制御
器11の比例ゲイン、積分ゲインである。算出されたq
軸電圧指令値v は、2相−3相変換器12に供給さ
れる。
【0031】2相−3相変換器12は、d軸電圧指令値
及びq軸電圧指令値v から、u相電圧指令値
、v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値v
を算出する。u相電圧指令値v 、v相電圧指令
値v 、及びw相電圧指令値v の算出に必要な回
転子の位置θは、位置算出器16から供給される。2相
−3相変換器12は、算出したu相電圧指令値v
v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値v を同
期1パルス演算器13に供給する。
【0032】同期1パルス演算器13は、u相電圧指令
値v 、v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値
から、インバータ2に含まれるスイッチングトラ
ンジスタ22u、22v、22w、23u、23v、及
び23uそれぞれのオン/オフを指示するスイッチング
指令信号Spu、Snu、pv、Snv、Spw、S
nwを出力する。スイッチング指令信号Spu、S
nu、pv、Snv、S pw、Snwの生成は、イン
バータ2が出力する出力電圧基本波(駆動電圧)の半周
期毎に、一つのパルスが含まれる1パルスモードの同期
PWMにより行われる。より詳細には、同期1パルス演
算器13は、u相電圧指令値v に基づいてu相電圧
線3に出力される矩形パルスの位相を定め、定められ
たその位相で矩形パルスが出力されるようにスイッチン
グトランジスタ22u、及び23uそれぞれのオン/オ
フを指示するスイッチング指令信号Spu、Snuを出
力する。同様に、同期1パルス演算器13は、v相電圧
指令値v に基づいてv相電圧線3に出力される矩
形パルスの位相を定め、定められたその位相で矩形パル
スが出力されるようにスイッチングトランジスタ
2v、及び23vそれぞれのオン/オフを指示するス
イッチング指令信号Spv、Snvを出力する。更に、
同期1パルス演算器13は、w相電圧指令値v に基
づいてw相電圧線3に出力される矩形パルスの位相を
定め、定められたその位相で矩形パルスが出力されるよ
うにスイッチングトランジスタ22w、及び23wそれ
ぞれのオン/オフを指示するスイッチング指令信号S
pw、Snwを出力する。
【0033】上述されているように、u相電流i、v
相電流i、及びw相電流iからのd軸電流i、及
びq軸電流iの算出、並びにd軸電圧指令値v
びq軸電圧指令値v からのu相電圧指令値v
v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値v の算
出には、永久磁石電動機1の回転子の位置θが必要であ
る。回転子の位置θの算出は、エンコーダ5、PI制御
器14、加算器15及び位置算出器16により行われ
る。
【0034】既述のように、エンコーダ5は、永久磁石
電動機1の回転子の回転周波数ωを算出し、加算器1
5に供給する。
【0035】一方、PI制御器14は、d軸電流指令値
からd軸電流iを減じて算出された制御偏差e
から補正値Δωを算出し、加算器15に供給する。
補正値Δωは、下記式:
【数3】 …式(4) により算出される。ここで、I 、I、ΔΩは、
それぞれ、d軸電流指令値i 、d軸電流i、及び
補正値Δωのラプラス変換であり、KPω、K
Iωは、それぞれ、PI制御器14の比例ゲイン、積分
ゲインである。d軸電流iは、フィードバック制御さ
れるから、式(4)により補正値Δωが定められるこ
とは、制御偏差eが0になるように、補正値Δω
定められることを意味する。
【0036】加算器15は、回転周波数ωと補正値Δ
ωとの和ω+Δωを位置算出器16に供給する。
【0037】位置算出器16は、和ω+Δωを積分
して、永久磁石電動機1の回転子の位置θを算出し、既
述の3相−2相変換器7と2相−3相変換器12とに供
給する。即ち、位置算出器16は、 θ=C∫(ω+Δω)dt, …式(5) により、回転子の位置θを算出する。回転周波数ω
積分∫ωdtは、回転子の位置の一次的な算出値に対
応し、補正値Δωの積分∫Δωdtは、回転子の位
置の補正項に対応する。
【0038】回転周波数ωと補正値Δωとの和を積
分して、回転子の位置θが算出されることにより、より
正確に回転子の位置が同定されている。一般には、回転
周波数ωの積分∫ωdtが回転子の位置とされる。
しかし、エンコーダ5の測定誤差、位置算出器16の積
分誤差などの要因により、積分∫ωdtにより算出さ
れた回転子の位置は、誤差を含むことがある。
【0039】このとき、算出された回転子の位置θと回
転子の位置の真値とに差があると、その差に応じてd軸
電流iが増減し、算出された回転子の位置θと回転子
の位置の真値との差は、制御偏差e(=i
)に現れる。そこで、制御偏差eに応じて補正値
Δωを定め、回転周波数ωと補正値Δωとの和を
積分して回転子の位置θを算出することにより、算出さ
れた回転子の位置θがより真値に近くなる。このように
して、回転子の位置θを算出することにより、存在し得
る様々な誤差発生要因を加味して回転子の位置θをより
正確に算出することができる。
【0040】なお、本実施の形態では、補正値Δω
算出にPI制御器14が使用されているが、PI制御器
14の代わりに他の制御器、例えば、PID制御器が使
用されることが可能である。但し、PI制御器14の代
わりに使用される制御器は、d軸電流iのd軸電流指
令値i からのずれ(オフセット)を防ぐ観点から、
積分要素を含む制御器であることが好ましい。
【0041】また、本実施の形態では、エンコーダ5に
より測定された回転周波数ωが回転子の位置θの算出
に使用されているが、永久磁石電動機1の電機子の電機
子コイルに誘起される誘起電圧が計測され、計測された
誘起電圧から回転周波数ωが算出されることも可能で
ある。
【0042】また、本実施の形態では、エンコーダ5に
より測定された回転周波数ωに基づいて、式(5)に
より回転子の位置θが算出されているが、図3に示され
ているように、ホール素子のような位置測定器5’によ
り、永久磁石電動機1の回転子の位置が測定され、回転
子の位置の測定値θが下記式により補正されて、回転
子の位置θが算出されることも可能である。
【0043】この場合、MPU6の動作は、図3に示さ
れたブロック図で示されているように変更される。即
ち、MPU6の動作は、図2のPI制御器14、加算器
15、及び位置算出器16が、PI制御器17、及び加
算器18に置換されたブロック図で示される動作に変更
される。PI制御器17は、制御偏差eから補正値Δ
θを算出し、加算器18に供給する。加算器18は、位
置測定器5’から、回転子の位置の測定値θを受け取
り、測定値θと補正値Δθとの和θ+Δθを回転子
の位置θとして3相−2相変換器7と2相−3相変換器
12とに供給する。即ち、回転子の位置θは、下記式
【数4】 …式(6) により算出される。ここで、I 、I、ΔΘは、そ
れぞれ、d軸電流指令値i 、d軸電流i、及び補
正値Δθのラプラス変換であり、KPθ、KIθは、そ
れぞれ、PI制御器17の比例ゲイン、積分ゲインであ
る。
【0044】上述の回転子の位置θの算出の過程におい
て、回転子の位置の測定値θが、位置測定器5’によ
って測定される代わりに、永久磁石電動機1の電機子の
電機子コイルに誘起される誘起電圧が計測され、計測さ
れた誘起電圧から測定値θが測定されることも可能で
ある。
【0045】(実施の第2形態)本発明による電動機制
御装置の実施の第2形態は、図4に示されているよう
に、誘導電動機1’を駆動する電動機制御装置である。
誘導電動機1’は、インバータ2により駆動される。こ
れに対応して、インバータ2を制御するMPU6は、実
施の第1形態と異なる制御演算を行う。実施の第1形態
と異なる制御演算を行うMPU6は、以下、MPU6’
と記載される。
【0046】誘導電動機1’の固定子には、回転磁界を
生成するu相固定子コイル、v相固定子コイル、及びw
相固定子コイル(図示されない)が設けられている。イ
ンバータ2は、誘導電動機1’のu相固定子巻線、v相
固定子巻線、及びw相固定子巻線に、それぞれu相電圧
、v相電圧v、及びw相電圧vを供給する。u
相電圧v、v相電圧v、及びw相電圧vの供給
は、それぞれ、u相電源線3、v相電源線3、及び
w相電源線3を介して行われる。実施の第1形態と同
様に、u相電源線3、v相電源線3、及びw相電源
線3には、それぞれ、u相電流i、v相電流i
及びw相電流iを測定する電流検出器4 、4、及
び4が設けられている。
【0047】誘導電動機1’は、エンコーダ5に接続さ
れている。エンコーダ5は、誘導電動機1’の回転子の
回転周波数ωを検出する。
【0048】MPU6’は、電流検出器4、4、4
がそれぞれ測定したu相電流i、v相電流i、及
びw相電流i、並びにエンコーダ5が測定する永久磁
石電動機1の回転周波数ωに基づいてインバータ2を
制御する制御演算を行い、インバータ2に含まれるスイ
ッチングトランジスタ22u、23u、22v
、22w、23wそれぞれのオン/オフを指示す
るスイッチング指令信号S 、Snu、pv、S
nv、Spv、Snvを出力する。
【0049】インバータ2は、MPU6’ から供給さ
れるスイッチング指令信号Spu、Snu、pv、S
nv、Spv、Snvにより制御されて動作する。イン
バータ2の構成及び動作は実施の第1形態で説明された
とおりであり、その説明は行われない。
【0050】実施の第2形態のMPU6’が行う制御演
算は、実施の第1形態におけるMPU6が行う制御演算
とほぼ同様であるが、誘導電動機1’の固定子が発生す
る回転磁界の位置θ’が算出され、算出された回転磁界
の位置θ’が誘導電動機1’の制御に使用される点で異
なる。
【0051】図5は、MPU6’が行う制御演算を等価
的に表す制御ブロック図である。MPU6’は、等価的
に、3相−2相変換器21、減算器22、PI制御器2
3、減算器24、PI制御器25、2相−3相変換器2
6、同期1パルス演算器27、すべり周波数演算器2
8、PI制御器29、加算器30、及び回転磁界位置算
出器31を含む。3相−2相変換器21、減算器22、
PI制御器23、減算器24、PI制御器25、2相−
3相変換器26、同期1パルス演算器27、すべり周波
数演算器28、PI制御器29、加算器30、及び回転
磁界位置算出器31の機能は、現実には、MPU6’が
制御用コンピュータプログラムを実行することにより実
現される。
【0052】3相−2相変換器21は、電流検出器
、4、4がそれぞれ測定したu相電流i、v
相電流i、及びw相電流iから、d軸電流i、及
びq軸電流iを算出する。d軸電流i、及びq軸電
流iの算出に必要な、回転磁界の位置θ’は、回転磁
界位置算出器31から供給される。d軸電流i、及び
q軸電流iの算出のとき、u相電流i、v相電流i
、及びw相電流iの全てが測定される必要はなく、
u相電流i、v相電流i、及びw相電流iのうち
の2つが測定され、他の1つは、 i+i+i=0, …式(7) から算出されることも可能である。
【0053】算出されたd軸電流i、及びq軸電流か
ら、実施の第1形態と同一の演算により、d軸電圧指令
値v とq軸電圧指令値v が算出される。d軸電
圧指令値v の算出は、減算器22とPI制御器23
とにより行われ、q軸電圧指令値v の算出は、減算
器24とPI制御器25とにより行われる。減算器22
とPI制御器23とは、上述の式(2)によりd軸電圧
指令値v を算出し、減算器24とPI制御器25と
は、上述の式(3)によりq軸電圧指令値v を算出
する。算出されたd軸電圧指令値v とq軸電圧指令
値v とは、2相−3相変換器26に供給される。
【0054】2相−3相変換器26は、d軸電圧指令値
及びq軸電圧指令値v から、u相電圧指令値
、v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値v
を算出する。u相電圧指令値v 、v相電圧指令
値v 、及びw相電圧指令値v の算出に必要な回
転磁束の位置θ’は、回転磁束位置算出器31から供給
される。2相−3相変換器26は、算出したu相電圧指
令値v 、v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令
値v を同期1パルス演算器27に供給する。
【0055】同期1パルス演算器27は、u相電圧指令
値v 、v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値
から、インバータ2に含まれるスイッチングトラ
ンジスタ22u、22v、22w、23u、23v、及
び23uそれぞれのオン/オフを指示するスイッチング
指令信号Spu、Snu、pv、Snv、Spv、S
nvを出力する。同期1パルス演算器27が行う演算
は、実施の第1形態の同期1パルス演算器13が行う演
算と同一であり、その詳細な説明は行われない。
【0056】上述されているように、u相電流i、v
相電流i、及びw相電流iからのd軸電流i、及
びq軸電流iの算出、並びにd軸電圧指令値v
びq軸電圧指令値v からのu相電圧指令値v
v相電圧指令値v 、及びw相電圧指令値v の算
出には、誘導電動機1’の固定子が発生する回転磁界の
位置θ’が使用される。回転磁界の位置θ’の算出は、
エンコーダ5、すべり周波数演算器28、PI制御器2
9、加算器30及び回転磁界位置算出器31により行わ
れる。
【0057】既述のように、エンコーダ5は、誘導電動
機1’の回転子の回転周波数ωを算出し、回転周波数
ωを加算器30に供給する。
【0058】一方、すべり周波数演算器28は、3相−
2相変換器21により算出されたd軸電流iと、外部
から供給されるq軸電流指令値i とからすべり周波
数ω を算出する。すべり周波数ωは、下記式:
【数5】 …式(8) により算出される。ここで、Rは、誘導電動機1’の
2次巻線(回転子巻線)の抵抗、Lは、誘導電動機
1’の2次巻線のインダクタンスである。すべり周波数
演算器28は、算出したすべり周波数ωを加算器30
に供給する。
【0059】更に、PI制御器29は、d軸電流指令値
からd軸電流iを減じて算出された制御偏差e
から補正値Δωを算出し、加算器30に供給する。
補正値Δωは、下記式:
【数6】 …式(9) により算出される。ここで、I 、I、ΔΩは、
それぞれ、d軸電流指令値i 、d軸電流i、及び
補正値Δωのラプラス変換であり、KPω’、
Iω’は、それぞれ、PI制御器29の比例ゲイン、
積分ゲインである。d軸電流iは、フィードバック制
御されるから、式(9)により補正値Δωが定められ
ることは、制御偏差eが0になるように、補正値Δω
が定められることを意味する。
【0060】加算器30は、回転周波数ωとすべり周
波数ωと補正値Δωとの和ω+ω+Δωを回
転磁界位置算出器31に供給する。
【0061】回転磁界位置算出器31は、和和ω+ω
+Δωを積分して、誘導電動機1’の回転磁界の位
置θ’を算出し、既述の3相−2相変換器21と2相−
3相変換器26とに供給する。即ち、回転磁界位置算出
器16は、 θ’=C’∫(ω+ω+Δω)dt, …式(10) により、回転磁界の位置θ’を算出する。但し、C’
は、積分定数である。回転周波数ωとすべり周波数ω
の和の積分∫(ω+ω)dtは、回転磁界の位置
の一次的な算出値に対応し、補正値Δωの積分∫Δω
dtは、回転磁界の位置の補正項に対応する。
【0062】回転周波数ωとすべり周波数ω補正値Δ
ωとの和を積分して、誘導電動機1’の回転磁界の位
置θ’が算出されることにより、より正確に回転磁界の
位置θ’が同定されている。一般には、回転周波数ω
とすべり周波数ωの和の積分∫(ω+ω)dtが
回転磁界の位置とされる。しかし、様々な要因により、
∫(ω+ω)dtにより算出された回転磁界の位置
は、誤差を含むことがある。特に、すべり周波数ω
算出に使用される2次巻線抵抗Rと、2次巻線インダ
クタンスLとは、誘導電動機1’が稼動するときの誘
導電動機1’の温度上昇などの要因により変動する。こ
の変動は、すべり周波数ωの誤差の原因となり、更に
は、算出された回転磁界の位置の誤差の原因になる。
【0063】このとき算出された回転磁界の位置θ’と
回転子の位置の真値とに差があると、その差に応じてd
軸電流iが増減し、算出された回転磁界の位置θ’と
回転子の位置の真値との差は、制御偏差e(=i
−i)に現れる。そこで、制御偏差eに応じて補正
値Δωを定め、回転周波数ωとすべり周波数ω
補正値Δωとの和を積分して回転磁界の位置θ’を算
出することにより、算出された回転磁界の位置θ’がよ
り真値に近くなる。このようにして、回転磁界の位置
θ’を算出することにより、存在し得る様々な誤差発生
要因を加味して回転磁界の位置θ’をより正確に算出す
ることができる。
【0064】なお、本実施の形態では、補正値Δω
算出にPI制御器29が使用されているが、PI制御器
29の代わりに他の制御器、例えば、PID制御器が使
用されることが可能である。但し、PI制御器29の代
わりに使用される制御器は、d軸電流iのd軸電流指
令値i からのずれ(オフセット)を防ぐ観点から、
積分要素を含む制御器であることが好ましい。
【0065】また、本実施の形態では、エンコーダ5に
より測定された回転周波数ωが回転磁束の位置θ’の
算出に使用されているが、誘導電動機1’の固定子の固
定子コイルに誘起される誘起電圧が計測され、計測され
た誘起電圧から回転周波数ω が算出されることも可能
である。
【0066】
【発明の効果】本発明により、1パルスモードの同期P
WM制御による電動機の制御が最適化される。
【0067】また、本発明により、回転子の位置の誤差
が適切に補正され、1パルスモードの同期PWM制御に
よる永久磁石電動機の制御が最適化される。
【0068】また、本発明により、回転磁界の位置の誤
差が適切に補正され、1パルスモードの同期PWM制御
による誘導電動機の適切な制御が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による電動機制御装置の実施の
第1形態を示す。
【図2】図2は、MPU6が行う演算を等価的に表すブ
ロック図である。
【図3】図3は、MPU6が行う演算の変形例を示すブ
ロック図である。
【図4】図4は、本発明による電動機制御装置の実施の
第2形態を示す。
【図5】図5は、MPU6’が行う演算を等価的に表す
ブロック図である。
【符号の説明】
1:永久磁石電動機 2:インバータ 2:直流電源 22u、22v、22w、23u、23v、23w:ス
イッチングトランジスタ 2:電源線 2:接地線 3:u相電源線 3:v相電源線 3:w相電源線 4〜4:電流検出器 5:エンコーダ 5’:位置測定器 6、6’:MPU 7、21:3相−2相変換器 8、10、22、24:減算器 9、11、14、17、23、25、29:PI制御器 12、26:2相−3相変換器 13、27:同期1パルス演算器 15、18:加算器 16:位置算出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H576 BB06 DD04 DD05 DD07 EE01 EE11 GG01 GG04 HA02 HB01 JJ03 JJ04 KK05 LL07 LL22

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石電動機の回転子の位置を同定す
    る位置同定手段と、 前記位置と、外部から与えられるd軸電流指令値とに応
    答して、1パルスモードの同期PWM(Pulse Width Mo
    dulation)制御によって前記永久磁石電動機の電機子に
    駆動電圧を供給する電力供給部と、 前記電機子のd軸電流を検出するd軸電流検出手段と、
    とを備え、 前記位置同定手段は、前記d軸電流指令値と前記d軸電
    流との差に基づいて、前記位置を補正する電動機制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電動機制御装置におい
    て、 前記位置は、前記差が0に近づくように補正される電動
    機制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電動機制御装置におい
    て、 前記位置同定手段は、 前記回転子の回転周波数を検出する回転周波数検出器
    と、 前記差に基づいて補正値を算出する補正値算出器と、 前記回転周波数と前記補正値とに基づいて前記位置を算
    出する位置算出器とを含む電動機制御装置。
  4. 【請求項4】 誘導電動機の固定子が発生する回転磁界
    の位置を同定する位置同定手段と、 前記位置と、外部から与えられるd軸電流指令値とに応
    答して、1パルスモードの同期PWM制御によって前記
    固定子に駆動電圧を供給する電力供給部と、 前記固定子のd軸電流を検出するd軸電流検出手段と、
    とを備え、 前記位置同定手段は、前記d軸電流指令値と前記d軸電
    流との差に基づいて、前記位置を補正する電動機制御装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の電動機制御装置におい
    て、 前記位置は、前記差が0に近づくように補正される電動
    機制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の電動機制御装置におい
    て、 前記電力供給部は、外部から与えられるq軸電流指令値
    に応答して前記固定子に駆動電圧を供給し、 前記位置同定手段は、 前記誘導電動機の回転子の回転周波数を検出する回転周
    波数検出器と、 前記d軸電流と前記q軸電流指令値とに基づいて、前記
    誘導電動機のすべり周波数を算出するすべり周波数演算
    器と、 前記差に基づいて補正値を算出する補正値算出器と、 前記回転周波数と前記すべり周波数と前記補正値に基づ
    いて前記位置を算出する回転磁界位置算出器とを含む電
    動機制御装置。
  7. 【請求項7】 永久磁石電動機の回転子の位置を検出す
    るステップと、 前記位置と、d軸電流指令値とに応答して、1パルスモ
    ードの同期PWM制御によって前記永久磁石電動機の電
    機子に駆動電圧を供給するステップと、 前記電機子のd軸電流を検出するステップと、 前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差に基づいて、
    前記位置を補正するステップとを備えた電動機の駆動方
    法。
  8. 【請求項8】 誘導電動機の固定子が発生する回転磁界
    の位置を同定するステップと、 前記位置と、外部から与えられるd軸電流指令値とに応
    答して1パルスモードの同期PWM制御によって前記固
    定子に駆動電圧を供給するステップと、 前記固定子のd軸電流を検出するステップと、 前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差に基づいて、
    前記位置を補正するステップとを備えた電動機の駆動方
    法。
  9. 【請求項9】 永久磁石電動機の回転子の位置を同定す
    るステップと、 前記位置と、d軸電流指令値とに応答して、前記永久磁
    石電動機の電機子に駆動電圧を供給する電力供給装置を
    制御する制御信号を1パルスモードの同期PWM制御に
    よって生成するステップと、 前記電機子を流れる電流に基づいて、前記電機子のd軸
    電流を算出するステップと、 前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差に基づいて、
    前記位置を補正するステップとを電動機制御用コンピュ
    ータに実行させる電動機制御用プログラム。
  10. 【請求項10】 誘導電動機の固定子が発生する回転磁
    界の位置を同定するステップと、 前記位置と、d軸電流指令値とに応答して前記誘導電動
    機の固定子に駆動電圧を供給する電力供給装置を制御す
    る制御信号を1パルスモードの同期PWM制御によって
    生成するステップと、 前記固定子を流れる電流に基づいて、前記固定子のd軸
    電流を算出するステップと、 前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差に基づいて、
    前記位置を補正するステップとを電動機制御用コンピュ
    ータに実行させる電動機制御用プログラム。
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