JP2005210813A - Brushless dc motor system and brushless dc motor drive method - Google Patents

Brushless dc motor system and brushless dc motor drive method Download PDF

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JP2005210813A JP2004013622A JP2004013622A JP2005210813A JP 2005210813 A JP2005210813 A JP 2005210813A JP 2004013622 A JP2004013622 A JP 2004013622A JP 2004013622 A JP2004013622 A JP 2004013622A JP 2005210813 A JP2005210813 A JP 2005210813A
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Tetsuo Kanie
徹雄 蟹江
Kenichi Aiba
謙一 相場
Hiroyuki Otake
宏之 大嶽
Yasumi Ito
耕巳 伊藤
Takamasa Watanabe
貴政 渡辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for suitably driving a brushless DC motor in a wide range of a speed zone. <P>SOLUTION: This brushless DC motor system includes the brushless DC motor 5, an inverter 3, current sensors 6u, 6v and 6w that detect armature currents of the brushless DC motor 5, and control device 8 that generates a PWM signal S<SB>PWM</SB>in response to the armature currents. The inverter 3 drives the brushless DC motor 5 in response to the PWM signal S<SB>PWM</SB>. The control device 8 selects one of control method groups including sensorless vector control and V/f control as a selection control method is response to a speed command ω<SP>*</SP>. The control device 8 selects the sensorless vector control as the selection control method when the speed command ω<SP>*</SP>is in a first speed region ω<SB>s2</SB>-ω<SB>s3</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は,ブラシレスDCモータシステム,及びブラシレスDCモータ駆動方法に関し,特に,ブラシレスDCモータの駆動アルゴリズムの改良に関する。   The present invention relates to a brushless DC motor system and a brushless DC motor driving method, and more particularly to improvement of a driving algorithm of a brushless DC motor.

界磁として永久磁石をロータに搭載したブラシレスDCモータは,数十kW以下の中小容量範囲で高効率を実現するモータとして広く使用される。ブラシレスDCモータでは,界磁として永久磁石が使用されため,界磁磁束を発生するための界磁電流は消費されない。このため,ブラシレスDCモータは,高効率を実現できる。   A brushless DC motor having a permanent magnet as a field magnet mounted on a rotor is widely used as a motor realizing high efficiency in a small and medium capacity range of several tens of kW or less. In the brushless DC motor, since a permanent magnet is used as a field, a field current for generating a field magnetic flux is not consumed. For this reason, the brushless DC motor can achieve high efficiency.

ブラシレスDCモータの駆動方法は,ブラシレスDCモータの特性に大きな影響を及ぼす。このため,ブラシレスDCモータの特性の向上のために,様々な駆動方法が提案されている。   The driving method of the brushless DC motor greatly affects the characteristics of the brushless DC motor. For this reason, various driving methods have been proposed in order to improve the characteristics of the brushless DC motor.

特許文献1は,モータを流れる電流からモータのロータの位置及び回転速度(回転数)を推定し,その推定結果を用いてベクトル制御を行う技術を開示している。当該技術では,ロータの位置及び回転速度は,モータモデルを用いて推定される。
特開平8−308286号公報
Patent Document 1 discloses a technique for estimating the position and rotation speed (rotation speed) of a rotor of a motor from a current flowing through the motor and performing vector control using the estimation result. In this technique, the position and rotational speed of the rotor are estimated using a motor model.
JP-A-8-308286

特許文献2は,ブラシレスDCモータを,低速域では矩形波を用いて駆動し,高速域では擬似正弦波を用いて駆動するPWM駆動方法を開示している。公知のそのPWM駆動方法では,高調波損失が大きい低速域では,矩形波を用いて駆動することによって高調波損失が低減される。一方,高速域では,擬似正弦波を用いて駆動することによって通電角が大きくされ,これにより電圧利用率が向上されている。これらの作用により,公知のその駆動方法では,駆動効率が向上されている。
特開2003−209988号公報(特に,段落〔0072〕〜〔0073〕参照)
Patent Document 2 discloses a PWM driving method in which a brushless DC motor is driven using a rectangular wave in a low speed range and is driven using a pseudo sine wave in a high speed range. In the known PWM driving method, the harmonic loss is reduced by driving with a rectangular wave in a low speed range where the harmonic loss is large. On the other hand, in the high speed range, the energization angle is increased by driving with a pseudo sine wave, thereby improving the voltage utilization rate. Due to these actions, the driving efficiency is improved in the known driving method.
JP 2003-209988 A (refer to paragraphs [0072] to [0073] in particular)

特許文献2は,更に,高速域で擬似正弦波を用いてブラシレスDCモータを駆動するときに,弱め界磁制御を行うことにより,駆動効率を一層に向上できることを開示している。弱め界磁制御とは,界磁を弱めるように電機子電流を制御することによって電機子に発生する誘起電圧を減少させ,もって高速域でのモータの運転を可能にする技術である。ブラシレスDCモータでは,電機子電流のd軸電流を負になるように制御することによって弱め界磁制御を行うことができる。   Patent Document 2 further discloses that drive efficiency can be further improved by performing field-weakening control when a brushless DC motor is driven using a pseudo sine wave in a high speed range. Field weakening control is a technique that reduces the induced voltage generated in the armature by controlling the armature current so as to weaken the field, thereby enabling the motor to operate at a high speed. In a brushless DC motor, field weakening control can be performed by controlling the d-axis current of the armature current to be negative.

高速域での弱め界磁制御の一つの問題は,理想的な波形を有する擬似正弦波の発生が困難であることに起因して,高速域でのブラシレスDCモータの運転の安定性が低下することにある。ブラシレスDCモータの電機子巻線に誘起される誘起電圧や,ブラシレスDCモータのステータに発生する回転磁界の強度を完全な正弦波にすることは実質的に困難であり,従って,理想的な波形を有する擬似正弦波の発生は困難である。理想的でない波形を有する擬似正弦波は,弱め界磁制御の有効性を低下させ,高速域でのブラシレスDCモータの運転の安定性を低下させる。   One problem with field-weakening control in the high speed range is that the stability of the operation of the brushless DC motor in the high speed range decreases due to the difficulty in generating a pseudo sine wave having an ideal waveform. is there. It is substantially difficult to make the induced voltage induced in the armature winding of the brushless DC motor and the strength of the rotating magnetic field generated in the stator of the brushless DC motor to be a perfect sine wave. It is difficult to generate a pseudo sine wave having A pseudo sine wave having a non-ideal waveform reduces the effectiveness of field weakening control and reduces the operational stability of the brushless DC motor at high speeds.

このような背景から,広範囲の速度域でブラシレスDCモータを好適に運転することを可能にするための技術の提供が望まれている。   From such a background, it is desired to provide a technique for enabling a brushless DC motor to be suitably operated in a wide speed range.

本発明の目的は,広範囲の速度域でブラシレスDCモータを好適に運転することを可能にするための技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for enabling a brushless DC motor to be suitably operated in a wide speed range.

以下に,上記の目的を達成するための手段を説明する。その手段に含まれる技術的事項には,[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために,[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号が付加されている。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。   The means for achieving the above object will be described below. In order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Best Mode for Carrying Out the Invention], the technical matters included in the means include [for carrying out the invention]. The number / symbol used in the best form] is added. However, the added numbers and symbols shall not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明によるブラシレスDCモータシステムは,界磁を具えたロータと電機子を具えたステータとを備えたブラシレスDCモータ(5)と,インバータ(3)と,インバータ(3)からブラシレスDCモータ(5)の電機子に供給される電機子電流を検出する電流センサ(6u,6v,6w)と,前記電機子電流に応答してPWM信号(SPWM)を生成する制御装置(8)とを含む。インバータ(3)は,PWM信号(SPWM)に応答して前記ブラシレスDCモータ(5)を駆動する。制御装置(8)は,ブラシレスDCモータ(5)の前記ロータの回転速度を指示する速度指令(ω)に応答して,センサレスベクトル制御とV/f制御とを含む制御方法群のうちの一つを選択制御方法として選択する。制御装置(8)は,速度指令(ω)が第1速度領域(ωs2−ωS3)にあるとき,センサレスベクトル制御を前記選択制御方法として選択し,且つ,速度指令(ω)が前記第1速度領域(ωs2−ωS3)から増加して第1閾値速度(ωS3)を超えたことに応答して,前記選択制御方法をセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替える。 A brushless DC motor system according to the present invention includes a brushless DC motor (5) having a rotor having a field and a stator having an armature, an inverter (3), and a brushless DC motor (5 ) Including a current sensor (6u, 6v, 6w) for detecting an armature current supplied to the armature, and a control device (8) for generating a PWM signal (S PWM ) in response to the armature current. . The inverter (3) drives the brushless DC motor (5) in response to the PWM signal (S PWM ). In response to a speed command (ω * ) for instructing the rotational speed of the rotor of the brushless DC motor (5), the control device (8) includes a sensorless vector control and a V / f control. One is selected as a selection control method. When the speed command (ω * ) is in the first speed range (ω s2 −ω S3 ), the control device (8) selects sensorless vector control as the selection control method, and the speed command (ω * ) is The selection control method is switched from sensorless vector control to V / f control in response to increasing from the first speed region (ω s2 −ω S3 ) and exceeding the first threshold speed (ω S3 ).

q軸電流とd軸電流とを独立に制御するセンサレスベクトル制御は,ブラシレスDCモータ(5)の出力トルクを大きくすることができる一方,擬似正弦波の波形が通常は理想的でないことに起因して,高速域でのブラシレスDCモータの運転の安定性に乏しい。一方,V/f制御は,高速でのブラシレスDCモータの運転に適している。そこで,速度指令(ω)が第1閾値速度(ωS3)を超えたことに応答して選択制御方法をセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えることにより,広範囲の速度域でブラシレスDCモータを好適に運転することが可能になる。 Sensorless vector control that independently controls the q-axis current and d-axis current can increase the output torque of the brushless DC motor (5), while the pseudo sine wave waveform is usually not ideal. Therefore, the stability of the operation of the brushless DC motor in the high speed range is poor. On the other hand, V / f control is suitable for operation of a brushless DC motor at high speed. Therefore, in response to the speed command (ω * ) exceeding the first threshold speed (ω S3 ), the selection control method is switched from sensorless vector control to V / f control, so that the brushless DC motor can be operated in a wide speed range. Can be suitably operated.

具体的には,制御装置(8)は,センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,
(a)前記電機子電流から前記ロータの推定速度と前記ロータの推定位置とを算出するステップと,
(b)前記速度指令と前記推定速度との差から,q軸電流指令値とd軸電流指令値とを生成するステップと,
(c)前記ロータの前記推定位置と前記電機子電流とから,前記電機子電流のq軸電流とd軸電流とを算出するステップと,
(d)前記q軸電流指令値と前記q軸電流との差,及び前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差から,インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧のq軸電圧とd軸電圧とを算出するステップと,
(e)前記q軸電圧と前記d軸電圧とから,前記PWM信号(SPWM)を生成するステップとを実行するようにプログラムされ,且つ,V/f制御が前記選択制御方法として選択されたとき,
(f)前記電機子電流から,γ軸電流とδ軸電流とを算出するステップと,
(g)前記ロータの速度指令と前記γ軸電流とから,インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧の周波数指令ω を生成するステップと,
(h)前記ブラシレスDCモータ(5)の逆起電圧係数Λ と,オフセット電圧Vofsqとを用いて表される下記式:
=Λ ・ω −Vofsq
により,前記周波数指令ω から,インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧のγ軸電圧vγを算出するステップと,
(i)前記δ軸電流から前記3相交流電圧のδ軸電圧を算出するステップと,
(j)前記(h)ステップで算出された前記γ軸電圧と前記(i)ステップで算出された前記δ軸電圧とから,前記PWM信号(SPWM)を生成するステップ
とを実行するようにプログラムされていることが好適である。
Specifically, the control device (8), when sensorless vector control is selected as the selection control method,
(A) calculating an estimated speed of the rotor and an estimated position of the rotor from the armature current;
(B) generating a q-axis current command value and a d-axis current command value from the difference between the speed command and the estimated speed;
(C) calculating a q-axis current and a d-axis current of the armature current from the estimated position of the rotor and the armature current;
(D) From the difference between the q-axis current command value and the q-axis current and the difference between the d-axis current command value and the d-axis current, the inverter (3) supplies the brushless DC motor (5). Calculating a q-axis voltage and a d-axis voltage of the three-phase AC voltage;
(E) It is programmed to execute the step of generating the PWM signal (S PWM ) from the q-axis voltage and the d-axis voltage, and V / f control is selected as the selection control method When,
(F) calculating a γ-axis current and a δ-axis current from the armature current;
(G) generating a frequency command ω f * of a three-phase AC voltage that the inverter (3) supplies to the brushless DC motor (5) from the rotor speed command and the γ-axis current;
(H) The following formula expressed using the back electromotive force coefficient Λ d * of the brushless DC motor (5) and the offset voltage V ofsq :
v q = Λ d * · ω f * −V ofsq ,
To calculate a γ-axis voltage v γ of the three-phase AC voltage that the inverter (3) supplies to the brushless DC motor (5) from the frequency command ω f * ,
(I) calculating a δ-axis voltage of the three-phase AC voltage from the δ-axis current;
(J) executing the step of generating the PWM signal (S PWM ) from the γ-axis voltage calculated in the step (h) and the δ-axis voltage calculated in the step (i). Preferably it is programmed.

センサレスベクトル制御の利点を生かすためには,制御装置(8)は,センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,前記推定速度と前記速度指令に応答して,弱め界磁制御が行われるように前記d軸電流指令値を生成し得るようにプログラムされていることが好適である。   In order to take advantage of the sensorless vector control, the control device (8) performs field weakening control in response to the estimated speed and the speed command when the sensorless vector control is selected as the selection control method. The d-axis current command value is preferably programmed so as to be generated.

V/f制御は,センサレスベクトル制御と比較して,その出力トルクの最大値が小さい。これは,ブラシレスDCモータ(5)の出力トルクが大きいときには,V/f制御を行うことが適切でないことを意味している。このため,前記選択制御方法のセンサレスベクトル制御からV/f制御への切り替えは,前記ブラシレスDCモータ(5)の出力トルクが所定の基準トルクよりも大きいときには行われないことが好適である。   The maximum value of the output torque of V / f control is smaller than that of sensorless vector control. This means that the V / f control is not appropriate when the output torque of the brushless DC motor (5) is large. For this reason, it is preferable that the switching from the sensorless vector control to the V / f control in the selection control method is not performed when the output torque of the brushless DC motor (5) is larger than a predetermined reference torque.

制御装置(8)は,ブラシレスDCモータ(5)の速度指令(ω)が第2速度領域(ω>ωs4)にあるとき,V/f制御を前記選択制御方法として選択し,且つ,速度指令(ω)が前記第2速度領域(ω>ωs4)から減少して第2閾値速度(ωs4)より小さくなったことに応答して,前記選択制御方法をV/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替え,前記第2閾値速度(ωs4)は,前記第1閾値速度(ωs3)よりも小さいことが好適である。選択制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられる速度指令よりも,V/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる速度指令を小さくすることにより,選択制御方法が,V/f制御とセンサレスベクトル制御との間でハンチングすることを防ぐことができる。 The control device (8) selects the V / f control as the selection control method when the speed command (ω * ) of the brushless DC motor (5) is in the second speed range (ω * > ω s4 ), and , In response to the speed command (ω * ) decreasing from the second speed range (ω * > ω s4 ) to be smaller than the second threshold speed (ω s4 ), the selection control method is changed to V / f It is preferable that the control is switched from control to sensorless vector control, and the second threshold speed (ω s4 ) is smaller than the first threshold speed (ω s3 ). By making the speed command for switching from V / f control to sensorless vector control smaller than the speed command for switching the sensorless vector control from sensorless vector control to V / f control, the selection control method can achieve V / f control and sensorless control. Hunting with the vector control can be prevented.

V/f制御からセンサレスベクトル制御への切り替えは,インバータ(3)がブラシレスDCモータ(5)を駆動するために用いる直流電圧(VDC)に応答して行われることが好適である。センサレスベクトル制御が実行可能なロータの回転速度は,直流電圧(VDC)に応じて変化する。ゆえに,直流電圧(VDC)に応答して選択制御方法を切り替えることにより,センサレスベクトル制御が対応していないロータの回転速度でセンサレスベクトル制御に選択制御方法が切り替えられることを防ぐことができる。 The switching from the V / f control to the sensorless vector control is preferably performed in response to a DC voltage (V DC ) used by the inverter (3) to drive the brushless DC motor (5). The rotational speed of the rotor capable of performing sensorless vector control changes according to the direct current voltage (V DC ). Therefore, by switching the selection control method in response to the direct current voltage (V DC ), it is possible to prevent the selection control method from being switched to the sensorless vector control at the rotational speed of the rotor that is not compatible with the sensorless vector control.

制御装置(8)は,ブラシレスDCモータ(5)の速度指令(ω)が第1速度領域よりも低い第3速度領域(ωs1−ωs2)にあるとき,無通電区間を有し,且つ,実質的に等しいパルス幅を有する等幅矩形パルスからなる波形を有する駆動電圧がインバータ(3)からブラシレスDCモータ(5)に供給されるようにPWM信号(SPWM)を生成することが好適である。上述のセンサレスベクトル制御は,トルク脈動が大きな負荷に対しては,低速度でのブラシレスDCモータ(5)には向かない。一方,無通電区間を有し,且つ,実質的に等しいパルス幅を有する等幅矩形パルスからなる波形を有する駆動電圧をブラシレスDCモータ(5)に供給する制御方法は,低速域におけるブラシレスDCモータ(5)の駆動に好適である。かかる制御方法を低速域に使用することにより,安定したブラシレスDCモータ(5)の駆動を実現できる。 When the speed command (ω * ) of the brushless DC motor (5) is in a third speed range (ω s1 −ω s2 ) lower than the first speed range, the control device (8) has a non-energized section, In addition, the PWM signal (S PWM ) may be generated so that a drive voltage having a waveform composed of equal-width rectangular pulses having substantially equal pulse widths is supplied from the inverter (3) to the brushless DC motor (5). Is preferred. The sensorless vector control described above is not suitable for a brushless DC motor (5) at a low speed for a load having a large torque pulsation. On the other hand, a control method for supplying a drive voltage having a waveform composed of equal-width rectangular pulses having a non-energized section and a substantially equal pulse width to the brushless DC motor (5) is a brushless DC motor in a low speed range. It is suitable for the drive of (5). By using such a control method in the low speed region, stable driving of the brushless DC motor (5) can be realized.

本発明のブラシレスDCモータ駆動方法は,インバータ(3)を用いてブラシレスDCモータ(5)を駆動するためのブラシレスDCモータ駆動方法である。当該ブラシレスDCモータ駆動方法は,
(A)インバータ(3)からブラシレスDCモータ(5)の電機子に供給される電機子電流を検出するステップと,
(B)ブラシレスDCモータ(5)の前記ロータの回転速度を指示する速度指令(ω)に応答して,センサレスベクトル制御とV/f制御とを含む制御方法群のうちの一つを選択制御方法として選択するステップと,
(C)前記選択制御方法に従って,且つ前記電機子電流に応答してPWM信号(SPWM)を生成するステップと,
(D)前記インバータ(3)に,PWM信号(SPWM)に応答して前記ブラシレスDCモータ(5)を駆動させるステップ
とを含む。
The brushless DC motor driving method of the present invention is a brushless DC motor driving method for driving the brushless DC motor (5) using the inverter (3). The brushless DC motor driving method is as follows:
(A) detecting an armature current supplied from the inverter (3) to the armature of the brushless DC motor (5);
(B) Select one of a group of control methods including sensorless vector control and V / f control in response to a speed command (ω * ) indicating the rotational speed of the rotor of the brushless DC motor (5). Selecting a control method;
(C) generating a PWM signal (S PWM ) according to the selection control method and in response to the armature current;
(D) causing the inverter (3) to drive the brushless DC motor (5) in response to a PWM signal (S PWM ).

当該ブラシレスDCモータ駆動方法では,センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,下記(E)乃至(I)ステップ:
(E)前記電機子電流から前記ロータの推定速度と前記ロータの推定位置とを算出するステップと,
(F)前記速度指令と前記推定速度との差から,q軸電流指令値とd軸電流指令値とを生成するステップと,
(G)前記ロータの前記推定位置と前記電機子電流とから,前記電機子電流のq軸電流とd軸電流とを算出するステップと,
(H)前記q軸電流指令値と前記q軸電流との差,及び前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差から,前記インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧のq軸電圧とd軸電圧とを算出するステップと,
(I)前記q軸電圧と前記d軸電圧とから,PWM信号(SPWM)を生成するステップ
が行われ,V/f制御が前記選択制御方法として選択されたとき,下記(J)乃至(N)ステップ:
(J)前記電機子電流から,γ軸電流とδ軸電流とを算出するステップと,
(K)前記ロータの速度指令と前記γ軸電流とから,前記インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧の周波数指令ω を生成するステップと,
(L)前記ブラシレスDCモータ(5)の逆起電圧係数Λ と,オフセット電圧Vofsqとを用いて表される下記式:
=Λ ・ω −Vofsq
により,前記周波数指令ω から,前記インバータ(3)が前記ブラシレスDCモータ(5)に供給する3相交流電圧のγ軸電圧vγを算出するステップと,
(M)前記δ軸電流から前記3相交流電圧のδ軸電圧を算出するステップと,
(N)前記(L)ステップで算出された前記γ軸電圧と前記(M)ステップで算出された前記δ軸電圧とから,PWM信号(SPWM)を生成するステップ
が行われることが好適である。
In the brushless DC motor driving method, when sensorless vector control is selected as the selection control method, the following steps (E) to (I):
(E) calculating an estimated speed of the rotor and an estimated position of the rotor from the armature current;
(F) generating a q-axis current command value and a d-axis current command value from the difference between the speed command and the estimated speed;
(G) calculating a q-axis current and a d-axis current of the armature current from the estimated position of the rotor and the armature current;
(H) From the difference between the q-axis current command value and the q-axis current and the difference between the d-axis current command value and the d-axis current, the inverter (3) supplies the brushless DC motor (5). Calculating a q-axis voltage and a d-axis voltage of the three-phase AC voltage to be
(I) When a step of generating a PWM signal (S PWM ) from the q-axis voltage and the d-axis voltage is performed and V / f control is selected as the selection control method, the following (J) to (J N) Step:
(J) calculating a γ-axis current and a δ-axis current from the armature current;
(K) generating a frequency command ω f * of a three-phase AC voltage supplied from the inverter (3) to the brushless DC motor (5) from the rotor speed command and the γ-axis current;
(L) The following formula expressed using the back electromotive force coefficient Λ d * of the brushless DC motor (5) and the offset voltage V ofsq :
v q = Λ d * · ω f * −V ofsq ,
To calculate a γ-axis voltage v γ of the three-phase AC voltage that the inverter (3) supplies to the brushless DC motor (5) from the frequency command ω f * ,
(M) calculating a δ-axis voltage of the three-phase AC voltage from the δ-axis current;
(N) It is preferable that a step of generating a PWM signal (S PWM ) is performed from the γ-axis voltage calculated in the (L) step and the δ-axis voltage calculated in the (M) step. is there.

本発明により,広範囲の速度域でブラシレスDCモータを好適に運転することを可能にするための技術が提供される。   The present invention provides a technique for enabling a brushless DC motor to be suitably operated in a wide speed range.

第1 システム全体の構成
本発明の実施の一形態では,図1に示されているように,ブラシレスDCモータシステムは,AC電源1と,AC−DCコンバータ2と,インバータ3と,ブラシレスDCモータ5とを備えている。AC電源3は,交流電圧VACをAC−DCコンバータ2に供給する。AC−DCコンバータ2は,交流電圧VACを直流電圧VDCに変換し,直流電圧VDCを電圧形のインバータ3に供給する。インバータ3は,u相電源線4u,v相電源線4v,及びw相電源線4wを介してブラシレスDCモータ5に接続されている。インバータ3は,直流電圧VDCから3相の駆動電圧を生成し,生成した3相の駆動電圧を,u相電源線4u,v相電源線4v,及びw相電源線4wを介してブラシレスDCモータ5のu相電機子巻線,v相電機子巻線,及びw相電機子巻線に供給する。ブラシレスDCモータ5の電機子巻線は,供給された3相の駆動電圧から回転磁界を生成する。
Configuration of First First System In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a brushless DC motor system includes an AC power source 1, an AC-DC converter 2, an inverter 3, and a brushless DC motor. And 5. AC power supply 3 supplies an AC voltage V AC to the AC-DC converter 2. AC-DC converter 2 converts an AC voltage V AC to a DC voltage V DC, supplies a DC voltage V DC to the inverter 3 of the voltage source. The inverter 3 is connected to the brushless DC motor 5 through a u-phase power supply line 4u, a v-phase power supply line 4v, and a w-phase power supply line 4w. The inverter 3 generates a three-phase drive voltage from the direct-current voltage VDC , and the generated three-phase drive voltage is brushless DC via the u-phase power supply line 4u, the v-phase power supply line 4v, and the w-phase power supply line 4w. The u-phase armature winding, the v-phase armature winding, and the w-phase armature winding of the motor 5 are supplied. The armature winding of the brushless DC motor 5 generates a rotating magnetic field from the supplied three-phase driving voltage.

ブラシレスDCモータ5のセンサレス制御を実現するために,u相電源線4u,v相電源線4v,及びw相電源線4wには,それぞれ,電流検出器6u,6v,6wが設けられる。電流検出器6uは,u相電機子コイルを流れるu相電流iを計測し,電流検出器6vは,v相電機子コイルを流れるv相電流iを計測し,電流検出器6wは,w相電機子コイルを流れるw相電流iを計測する。計測されたu相電流i,v相電流i,及びw相電流iは,後述されるように,疑似正弦波を出力するPWM制御(即ち,センサレスベクトル制御及びV/f制御)のために使用される。このとき,u相電流i,v相電流i,及びw相電流iのうちの2つのみが計測され,他の一は,
+i+i=0, …式(1)
から算出されることが可能である。u相電流i,v相電流i,及びw相電流iの2つのみが計測される場合,電流検出器6u,6v,6wのうち,計測されない電流に対応する1つは必要でなく,このような構成はコスト低減の点で好ましい。
In order to realize sensorless control of the brushless DC motor 5, current detectors 6u, 6v, and 6w are provided in the u-phase power supply line 4u, the v-phase power supply line 4v, and the w-phase power supply line 4w, respectively. The current detector 6u measures the u-phase current i u flowing through the u-phase armature coil, the current detector 6v measures the v-phase current i v flowing through the v-phase armature coil, and the current detector 6w measuring the w-phase current i w flowing through the w-phase armature coils. The measured u-phase current i u , v-phase current i v , and w-phase current i w are, as will be described later, PWM control (that is, sensorless vector control and V / f control) that outputs a pseudo sine wave. Used for. At this time, only two of the u-phase current i u , the v-phase current i v , and the w-phase current i w are measured, and the other is:
i u + i v + i w = 0,... (1)
Can be calculated from When only two of the u-phase current i u , the v-phase current i v , and the w-phase current i w are measured, one of the current detectors 6 u , 6 v, 6 w corresponding to the current that is not measured is necessary. Such a configuration is preferable in terms of cost reduction.

加えて,u相電源線4u,v相電源線4v,及びw相電源線4wは,電圧検出器7に接続される。電圧検出器7は,ブラシレスDCモータ5のロータからの磁気的相互作用によって電機子の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誘起されるu相誘起電圧vui,v相誘起電圧vvi,及びw相誘起電圧vwiを測定する。u相誘起電圧vui,v相誘起電圧vvi,及びw相誘起電圧vwiは,それぞれ,u相,v相,w相の無通電区間で測定される。後述されるように,u相誘起電圧vui,v相誘起電圧vvi,及びw相誘起電圧vwiは,等幅PWM制御のために使用される。 In addition, the u-phase power supply line 4u, the v-phase power supply line 4v, and the w-phase power supply line 4w are connected to the voltage detector 7. The voltage detector 7 is a u-phase induced in the u-phase armature winding, the v-phase armature winding, and the w-phase armature winding of the armature by the magnetic interaction from the rotor of the brushless DC motor 5. The induced voltage v ui , the v phase induced voltage v vi , and the w phase induced voltage v wi are measured. The u-phase induced voltage v ui , the v-phase induced voltage v vi , and the w-phase induced voltage v wi are measured in the non-energized sections of the u phase, the v phase, and the w phase, respectively. As will be described later, the u-phase induced voltage v ui , the v-phase induced voltage v vi , and the w-phase induced voltage v wi are used for equi-width PWM control.

電流検出器6u,6v,6w及び電圧検出器7は,MPU8に接続される。MPU8は,電流検出器6u,6v,6wが測定した電機子電流i,i,及びiと,電圧検出回路8が測定したu相誘起電圧vui,v相誘起電圧vvi,及びw相誘起電圧vwiとに応答して,インバータ3を制御するPWM信号SPWMを生成する。PWM信号SPWMは,ロータの速度がMPU8に与えられる速度指令ωに制御されるように生成される。インバータ3を構成するスイッチングトランジスタ(図示されない)は,PWM信号SPWMに応答してオンオフされ,これにより,3相の駆動電圧がブラシレスDCモータ5の電機子巻線に供給される。このようなMPU8の全ての動作は,制御用コンピュータプログラムに従って実行される。 The current detectors 6u, 6v, 6w and the voltage detector 7 are connected to the MPU 8. The MPU 8 includes the armature currents i u , i v , and i w measured by the current detectors 6 u , 6 v , 6 w , the u-phase induced voltage v ui , the v-phase induced voltage v vi , measured by the voltage detection circuit 8, and In response to the w-phase induced voltage v wi , the PWM signal S PWM for controlling the inverter 3 is generated. The PWM signal S PWM is generated such that the rotor speed is controlled by a speed command ω * given to the MPU 8. Switching transistors (not shown) constituting the inverter 3 are turned on / off in response to the PWM signal S PWM , whereby a three-phase drive voltage is supplied to the armature winding of the brushless DC motor 5. All the operations of the MPU 8 are executed according to the control computer program.

AC−DCコンバータ2からインバータ3に直流電圧VDCを供給する電源線には,直流電圧VDCを測定する電圧検出回路9が接続されている。電圧検出回路9は,測定された直流電圧VDCを通知する電圧通知信号をMPU8に供給する。 A voltage detection circuit 9 that measures the DC voltage V DC is connected to a power supply line that supplies the DC voltage V DC from the AC-DC converter 2 to the inverter 3. The voltage detection circuit 9 supplies a voltage notification signal for notifying the measured DC voltage VDC to the MPU 8.

第2 ブラシレスDCモータ5の駆動に使用される制御方法
図2に示されているように,MPU8は,ブラシレスDCモータ5の速度指令ωに応じて,オープンループ制御,等幅PWM制御,センサレスベクトル制御,V/f制御のうちから一の制御方法を選択し,その制御方法に従ってブラシレスDCモータ5を駆動するインバータ3を制御する。大まかには,ブラシレスDCモータ5の起動の初期にはオープンループ制御が使用され,低速領域では等幅PWM制御が使用され,中速領域ではセンサレスベクトル制御が使用され,高速領域ではV/f制御が使用される。本実施の形態では,制御方法を切り替えることによって広い速度領域の実現と,高いトルク出力との両立が図られている。
Control Method Used to Drive Second Brushless DC Motor 5 As shown in FIG. 2, the MPU 8 performs open loop control, equal width PWM control, sensorless according to the speed command ω * of the brushless DC motor 5. One control method is selected from vector control and V / f control, and the inverter 3 that drives the brushless DC motor 5 is controlled according to the control method. Roughly, open-loop control is used at the beginning of the startup of the brushless DC motor 5, uniform width PWM control is used in the low speed region, sensorless vector control is used in the medium speed region, and V / f control is used in the high speed region. Is used. In the present embodiment, switching between control methods achieves both a wide speed range and high torque output.

1.オープンループ制御
オープンループ制御とは,PWM信号SPWMを,MPU8の記憶装置(図示されない)に予め用意されたパターンに従って生成し,ブラシレスDCモータ5の電機子巻線に予め規定された波形を有する駆動電圧を供給する制御方法である。オープンループ制御の実行時には,電機子電流i,i,i,及び誘起電圧vui,vvi,vwiのフィードバックは行われない。オープンループ制御は,ロータの回転速度が0である,又は極めて低いためにセンサレス制御が行えないとき,即ち,ブラシレスDCモータ5が起動されるときに使用される。
1. Open-loop control Open-loop control generates a PWM signal S PWM in accordance with a pattern prepared in advance in a storage device (not shown) of the MPU 8 and has a predetermined waveform in the armature winding of the brushless DC motor 5 This is a control method for supplying a drive voltage. During the execution of the open loop control, the armature currents i u , i v , i w , and the induced voltages v ui , v vi , v wi are not fed back. The open loop control is used when the sensorless control cannot be performed because the rotational speed of the rotor is 0 or extremely low, that is, when the brushless DC motor 5 is started.

2.等幅PWM制御
等幅PWM制御とは,ブラシレスDCモータ5に,同一のパルス幅を有する複数の矩形パルスから構成される波形を有する駆動電圧を供給する制御である。図2Aは,ブラシレスDCモータ5に供給される3相駆動電圧の2相間の電圧波形を示している。ブラシレスDCモータ5に供給される3相駆動電圧の通電角は,典型的には,120°である。後述されるように,通電角が180°でない,即ち,駆動電圧が無通電区間を含むことは等幅PWM制御を実行する上で重要である。
2. Equal width PWM control The equal width PWM control is a control for supplying a driving voltage having a waveform composed of a plurality of rectangular pulses having the same pulse width to the brushless DC motor 5. FIG. 2A shows a voltage waveform between the two phases of the three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor 5. The conduction angle of the three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor 5 is typically 120 °. As will be described later, it is important to execute the equal width PWM control that the energization angle is not 180 °, that is, the drive voltage includes the non-energization section.

等幅PWM制御によってブラシレスDCモータ5を駆動するためには,MPU8は,ロータの位置及び回転速度を取得する必要がある。なぜなら,各相に供給される駆動電圧の位相を適切に制御するためには,ロータの位置が必要であり,ロータの回転速度を速度指令ωに制御するためには,ロータの回転速度にあわせて駆動電圧に含まれる矩形パルスの幅を適切に決定する必要があるからである。 In order to drive the brushless DC motor 5 by the equal width PWM control, the MPU 8 needs to acquire the position and rotation speed of the rotor. This is because the position of the rotor is necessary to properly control the phase of the drive voltage supplied to each phase, and in order to control the rotational speed of the rotor to the speed command ω * , the rotational speed of the rotor must be In addition, it is necessary to appropriately determine the width of the rectangular pulse included in the drive voltage.

適切な等幅PWM制御を行うために,MPU8は,ロータの位置及び回転速度を,無通電区間において各相の電機子巻線に誘起される誘起電圧vui,vvi,vwiから算出する。最も単純には,誘起電圧vui,vvi,vwiが基準電圧レベルを交差する時刻から,ロータの位置及び回転速度を算出する。算出されたロータの位置及び回転速度から,駆動電圧の位相,及びそれを構成する矩形パルスのパルス幅が決定される。 In order to perform appropriate equal width PWM control, the MPU 8 calculates the position and rotational speed of the rotor from the induced voltages v ui , v vi , and v wi induced in the armature winding of each phase in the non-energized section. . Most simply, the rotor position and rotational speed are calculated from the time at which the induced voltages v ui , v vi , and v wi cross the reference voltage level. From the calculated rotor position and rotational speed, the phase of the drive voltage and the pulse width of the rectangular pulse constituting it are determined.

等幅PWM制御が,センサレスベクトル制御及びV/f制御に対して有する優位性は,低速でブラシレスDCモータ5を運転したときの安定性である。ブラシレスDCモータ5のセンサレス制御の一つの問題は,ブラシレスDCモータ5が低速で運転されている場合には,位置及び回転速度を正確に推定するために充分な大きさの振幅を有する信号を得にくいことである。しかし,ブラシレスDCモータ5に供給される3相駆動電圧に無通電区間を設ける等幅PWM制御は,その無通電区間において誘起電圧vui,vvi,vwiを測定することにより,ブラシレスDCモータ5が低速で運転されていてもロータの位置及び回転速度を正確に測定することができる。これは,低速運転時におけるブラシレスDCモータ5の安定性を有効に向上する。 The advantage that the equal width PWM control has over the sensorless vector control and the V / f control is the stability when the brushless DC motor 5 is operated at a low speed. One problem with sensorless control of the brushless DC motor 5 is that when the brushless DC motor 5 is operated at a low speed, a signal having an amplitude large enough to accurately estimate the position and rotational speed is obtained. It is difficult. However, the equal width PWM control in which a non-energized section is provided in the three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor 5 is performed by measuring the induced voltages v ui , v vi , and v wi in the non-energized section. Even if 5 is operated at a low speed, the position and rotational speed of the rotor can be accurately measured. This effectively improves the stability of the brushless DC motor 5 during low speed operation.

3.センサレスベクトル制御
センサレスベクトル制御とは,ブラシレスDCモータ5の電機子電流からロータの位置と回転速度とを推定し,推定されたロータの位置と回転速度とに応答して,ブラシレスDCモータ5に供給される電機子電流のq軸電流とd軸電流とを制御する制御である。以下において,推定されたロータの位置と回転速度とは,それぞれ,推定位置θ,推定速度ωと呼ばれる。電圧形のインバータ3が使用される本実施の形態では,図2Bに示されているように,駆動電圧がPWM制御によって制御されることにより,概ね正弦波の形状を有する電流がブラシレスDCモータ5に供給される。
3. Sensorless vector control In sensorless vector control, the position and rotational speed of the rotor are estimated from the armature current of the brushless DC motor 5 and supplied to the brushless DC motor 5 in response to the estimated position and rotational speed of the rotor. The control is to control the q-axis current and the d-axis current of the armature current to be performed. In the following, the position and the rotational speed of the estimated rotor, respectively, the estimated position theta ~, called ~ estimated speed omega. In the present embodiment in which the voltage-type inverter 3 is used, as shown in FIG. 2B, the drive voltage is controlled by PWM control, so that a current having a substantially sinusoidal shape is generated by the brushless DC motor 5. To be supplied.

(1)センサレスベクトル制御の詳細
図3は,MPU8が行うセンサレスベクトル制御のブロック線図である。MPU8によるセンサレスベクトル制御は,A/D変換11,3相/2相変換12,速度/位置推定演算13,速度制御演算14,電流制御演算15,2相/3相変換16,A/D変換17及びPWM計算18で構成される。MPU8の内部では,図3に示されている演算が,システムクロックのクロックサイクル毎に行われる。
(1) Details of Sensorless Vector Control FIG. 3 is a block diagram of sensorless vector control performed by the MPU 8. Sensorless vector control by the MPU 8 includes A / D conversion 11, 3-phase / 2-phase conversion 12, speed / position estimation calculation 13, speed control calculation 14, current control calculation 15, 2-phase / 3-phase conversion 16, A / D conversion. 17 and PWM calculation 18. In the MPU 8, the operation shown in FIG. 3 is performed every clock cycle of the system clock.

A/D変換11では,電流計測器6u,6v,6wが出力する出力信号がA/D変換され,u相電流i,v相電流i,及びw相電流i(又はこれらのうちの2つ)がMPU8に取り込まれる。 In the A / D conversion 11, the output signals output from the current measuring devices 6u, 6v, 6w are A / D converted, and u-phase current i u , v-phase current i v , and w-phase current i w (or of these) Are taken into the MPU 8.

3相2相変換12では,MPU8は,A/D変換11によって取得されたu相電流i,v相電流i,及びw相電流i(又はこれらのうちの2つ)に対して,一つ前のクロックサイクルで算出されたロータの推定位置θを用いて3相2相変換が行われ,q軸電流及びd軸電流が算出される。 In the three-phase to two-phase conversion 12, the MPU 8 applies the u-phase current i u , the v-phase current i v , and the w-phase current i w (or two of them) acquired by the A / D conversion 11. , 3-phase 2-phase conversion using the estimated position theta ~ of the rotor calculated by the previous clock cycle is performed, q-axis current and d-axis current is calculated.

速度/位置推定演算13では,3相2相変換12で算出されたq軸電流及びd軸電流と,一つ前のクロックサイクルにおいて電流制御演算15で算出されたq軸電圧v及びd軸電圧vとから,現在のロータの推定位置θ及びロータの推定速度ω,並びに,次のクロックサイクルにおけるロータの推定位置θ23 が算出される。推定位置θ,θ23 ,及び推定速度ωは,ブラシレスDCモータ5のモータモデルを用いて算出される。推定位置θは,d−q座標系によって記述されることを強調しておく。これは,制御方法がセンサレスベクトル制御とV/f制御との間で切り替えられるときに考慮すべき事項の一つである。推定位置θ,θ23 ,及び推定速度ωの算出の手順については,後に詳細に説明される。 In the speed / position estimation calculation 13, the q-axis current and the d-axis current calculated by the three-phase / two-phase conversion 12, and the q-axis voltage v q and the d-axis calculated by the current control calculation 15 in the previous clock cycle. and a voltage v d, estimated position theta ~ and estimated speed omega ~ of the rotor current of the rotor, as well as the estimated position theta 23 ~ of the rotor in the next clock cycle is calculated. The estimated positions θ ~ , θ 23 ~ , and the estimated speed ω ~ are calculated using a motor model of the brushless DC motor 5. It is emphasized that the estimated position θ ~ is described by the dq coordinate system. This is one of the considerations when the control method is switched between sensorless vector control and V / f control. The procedure for calculating the estimated positions θ ˜ , θ 23 ˜ and the estimated speed ω ˜ will be described in detail later.

速度制御演算14では,速度指令ωとロータの推定速度ωとの偏差が算出され,該偏差が0に近づくように,q軸電流指令値i とd軸電流指令値i とが生成される。一般的には,d軸電流指令値i は0である。しかし,速度指令ωが高いために弱め界磁制御を行う必要がある場合には,d軸電流指令値i は負に設定される。 The speed control calculation 14, the calculated deviation between the estimated speed omega ~ speed command omega * and the rotor, so that the deviation approaches 0, q-axis current command value i q * and d-axis current command value i d * And are generated. Generally, the d-axis current command value i d * is zero. However, the d-axis current command value i d * is set to a negative value when field-weakening control is required because the speed command ω * is high.

電流制御演算15では,q軸電流指令値i とq軸電流との偏差,及びd軸電流指令値i とd軸電流iとの偏差が算出され,これらの偏差が0に近づくようにq軸電圧v及びd軸電圧vが決定される。q軸電圧v及びd軸電圧vの決定には,ロータの推定速度ωが使用される。 The current control operation 15, the deviation between the q-axis current command value i q * and the q-axis current, and d deviation between the axis current command value i d * and the d-axis current i d is calculated, these deviations 0 The q-axis voltage v q and the d-axis voltage v d are determined so as to approach each other. The determination of the q-axis voltage v q and d-axis voltage v d, the estimated speed of the rotor omega ~ is used.

2相/3相変換16では,決定されたq軸電圧v及びd軸電圧vに対して2相3相変換が行われ,ブラシレスDCモータ5に供給されるべき3相駆動電圧のu相電圧v,v相電圧v,及びw相電圧vが算出される。この2相3相変換では,次のクロックサイクルにおけるロータの推定位置θ23 が使用される。 In the two-phase / three-phase conversion 16, two-phase three-phase conversion is performed on the determined q-axis voltage v q and d-axis voltage v d , and u of the three-phase drive voltage to be supplied to the brushless DC motor 5. A phase voltage v u , a v phase voltage v v , and a w phase voltage v w are calculated. In the two-to-three phase conversion, estimated position theta 23 ~ of the rotor in the next clock cycle is used.

PWM計算17では,算出されたu相電圧v,v相電圧v,及びw相電圧vを有する3相駆動電圧がブラシレスDCモータ5に供給されるようにインバータ3を制御するPWM信号SPWMが生成される。PWM信号SPWMの生成には,AC−DCコンバータ2からインバータ3に供給される直流電圧VDCの大きさが参照される。電圧検出回路9が出力する電圧通知信号に対してA/D変換18が行われて直流電圧VDCが取得され,その直流電圧VDCを参照してPWM信号SPWMが生成される。インバータ3のスイッチングトランジスタは,生成されたPWM信号SPWMに応答してターンオン又はターンオフされる。 In the PWM calculation 17, a PWM signal for controlling the inverter 3 so that a three-phase drive voltage having the calculated u-phase voltage v u , v-phase voltage v v , and w-phase voltage v w is supplied to the brushless DC motor 5. S PWM is generated. For generation of the PWM signal S PWM , the magnitude of the DC voltage VDC supplied from the AC-DC converter 2 to the inverter 3 is referred to. DC voltage V DC is obtained A / D conversion 18 for the voltage notification signal output from the voltage detection circuit 9 is performed, PWM signal S PWM is generated by referring to the DC voltage V DC. A switching transistor of the inverter 3 are turned on or off in response to the generated PWM signal S PWM.

(2)推定位置θ,θ23 ,及び推定速度ωの算出
図4は,速度・位置推定演算13で行われる推定位置θ,θ23 ,及び推定速度ωの算出の手順を示すブロック線図である。速度・位置推定演算13の概略は,以下のとおりである;ブラシレスDCモータ5の特性を記述するモータモデル(即ち,ブラシレスDCモータ5に成立する電圧方程式)を用いてモデルq軸電流iqm ,モデルd軸電流iqm が算出される。更に,モデルq軸電流iqm とq軸電流iとの差,及びモデルd軸電流idm とd軸電流iとの差から,ロータの推定位置θ及びロータの推定速度ωを求められる。更に,ロータの推定位置θに対して推定速度ωに応じた補正が加えられることにより,次のクロックサイクルにおけるロータの推定位置θ23 が算出される。
(2) the estimated position theta ~, theta 23 ~, and the estimated velocity omega calculation Figure 4 - is the estimated position theta ~ carried out at a speed and position estimation calculation 13, theta 23 ~, and estimated speed omega-steps of calculating the FIG. The outline of the speed / position estimation calculation 13 is as follows; using a motor model describing the characteristics of the brushless DC motor 5 (that is, the voltage equation established for the brushless DC motor 5), the model q-axis current i qm ˜ , Model d-axis current i qm ˜ is calculated. Furthermore, the model difference between the q-axis current i qm ~ and q-axis current i q, and model from the difference between the d-axis current i dm ~ and d-axis current i d, the estimated position of the rotor theta ~ and estimated speed of the rotor ω Is asked for. Furthermore, by correction according to the estimated speed omega ~ for the estimated position theta ~ of the rotor is applied, the estimated positions theta 23 ~ of the rotor in the next clock cycle is calculated.

推定位置θ,θ23 ,及び推定速度ωの算出は,モータモデル演算21,q軸電流誤差演算22a,d軸電流誤差演算22b,起電力推定演算23a,速度誤差推定演算23b,LPF(low pass filter)演算24,速度推定演算25,位置推定演算26,2相/3相変換用補正演算27とから構成される。 The estimated positions θ ˜ , θ 23 ˜ and estimated speed ω ˜ are calculated by motor model calculation 21, q-axis current error calculation 22a, d-axis current error calculation 22b, electromotive force estimation calculation 23a, speed error estimation calculation 23b, LPF. A (low pass filter) calculation 24, a speed estimation calculation 25, a position estimation calculation 26, and a two-phase / three-phase conversion correction calculation 27 are configured.

モータモデル演算21では,3相/2相変換12によって算出されたq軸電流i及びd軸電流と,電流制御演算15によって算出されたq軸電圧v及びd軸電圧vとから,ブラシレスDCモータ5のモータモデルを用いてモデルq軸電流iqm ,及びモデルd軸電流iqm が算出される。モデルq軸電流iqm ,及びモデルd軸電流iqm の算出には,前回のクロックサイクルにおいて算出された推定速度起電力eと,ロータ推定速度ωとが使用される。推定速度起電力eとは,ブラシレスDCモータ5の電機子巻線に誘起されたと推定される速度起電力である。q軸電流iqm ,モデルd軸電流iqm の算出に使用される電圧方程式は,典型的には,下記のとおりである:

Figure 2005210813
ここで,θは回転子速度,Rは巻線抵抗,Lは,d軸インダクタンス,Lは,q軸インダクタンス,Kは,速度起電力係数である。 In the motor model calculation 21, from the q-axis current i q and the d-axis current calculated by the three-phase / two-phase conversion 12 and the q-axis voltage v q and the d-axis voltage v d calculated by the current control calculation 15, The model q-axis current i qm ˜ and the model d-axis current i qm ˜ are calculated using the motor model of the brushless DC motor 5. For calculating the model q-axis current i qm ˜ and the model d-axis current i qm ˜ , the estimated speed electromotive force e ˜ calculated in the previous clock cycle and the rotor estimated speed ω ˜ are used. Estimated speed electromotive force e and ~ a speed electromotive force that is estimated to have been induced in the armature winding of the brushless DC motor 5. The voltage equations used to calculate the q-axis current i qm ˜ and the model d-axis current i qm ˜ are typically as follows:
Figure 2005210813
Here, θ is the rotor speed, R is the winding resistance, L d is the d-axis inductance, L q is the q-axis inductance, and Ke is the speed electromotive force coefficient.

q軸電流誤差演算22aでは,モデルq軸電流iqm とq軸電流iとの誤差Δiが算出され,d軸電流誤差演算22bでは,モデルd軸電流iqm とd軸電流iとの誤差Δiが算出される。 In q-axis current error calculating 22a, Model q-axis current i qm ~ and error .DELTA.i q between the q-axis current i q is calculated, the d-axis current error calculating 22b, model d-axis current i qm ~ and d-axis current i error Δi d is calculated with d.

速度起電力推定演算23aでは,q軸電流誤差Δiから推定速度起電力eが算出され,速度誤差推定演算23bでは,d軸電流誤差Δiから推定速度誤差Δωが算出される。推定速度起電力をもとに計算した推定電流と実電流との誤差が,速度起電力の推定誤差に相当するので,その誤差電流の推定値へのフィードバックにより速度起電力の推定がなされる。速度についても同様である。 In estimated speed electromotive force calculation 23a, the estimated speed electromotive force e ~ from the q-axis current error .DELTA.i q is calculated, the speed error estimating arithmetic 23b, the estimated speed error [Delta] [omega ~ from d-axis current error .DELTA.i d is calculated. Since the error between the estimated current calculated based on the estimated speed electromotive force and the actual current corresponds to the estimation error of the speed electromotive force, the speed electromotive force is estimated by feedback to the estimated value of the error current. The same applies to the speed.

LPF演算24では,推定速度誤差Δωの低周波成分Δω が取り出される。 In LPF operation 24, the low-frequency component [Delta] [omega L ~ are taken out of the estimated speed error [Delta] [omega ~.

速度推定演算25では,推定速度起電力e,推定速度誤差Δω,及びその低周波成分Δω から,ロータの推定速度ωが算出される。詳細には,以下のようにして推定速度ωが算出される;速度起電力がロータの回転速度に概ね比例することを用いて,推定速度起電力eからロータの推定速度の1次近似値が算出される。算出された1次近似値が,推定速度誤差Δωと,その低周波成分Δω を用いて補正されてロータの推定速度ωが算出される。 In the speed estimation calculation 25, the estimated speed ω ˜ of the rotor is calculated from the estimated speed electromotive force e ˜ , the estimated speed error Δω ˜ , and its low frequency component Δω L ˜ . In particular, the estimated velocity omega-in the is calculated as follows: using the velocity electromotive force is approximately proportional to the rotational speed of the rotor, a first order approximation of the estimated velocity of the estimated speed electromotive force e rotors From A value is calculated. The calculated first-order approximation is, the estimated speed error [Delta] [omega ~, its is a low-frequency component [Delta] [omega L ~ correction used in the estimated speed omega ~ of the rotor is calculated.

位置推定演算26では,ロータの推定速度ωを積分することによって,ロータの推定位置θが算出される。 In the position estimation calculation 26, by integrating the estimated speed omega ~ of the rotor, the estimated position of the rotor theta ~ are calculated.

2相/3相変換用補正演算27では,ロータの推定位置θに対して推定速度ωに応じた補正が加えられることにより,次のクロックサイクルにおけるロータの推定位置θ23 が算出される。 In 2-phase / 3-phase conversion correction calculation 27, by correction according to the estimated speed omega ~ for the estimated position theta ~ of the rotor is applied, the estimated positions theta 23 ~ of the rotor in the next clock cycle is calculated The

以上の演算により,ロータの推定位置θ,推定速度ω及び次のクロックサイクルにおけるロータの推定位置θ23 が算出される。 By the above computations, the estimated position theta ~ of the rotor, the estimated position theta 23 ~ of the rotor in the estimated speed omega ~ and the next clock cycle is calculated.

(3)センサレスベクトル制御の得失
センサレスベクトル制御の利点は,図6に示されているように,同一モータ出力電流に対しては(即ち,スイッチング素子の容量がある値に定められた,あるインバータに対しては),その出力トルクが大きいことである。q軸電流iとd軸電流iとを独立して制御可能なセンサレスベクトル制御は,他の制御方法と比べて,より大きな出力トルクの出力が可能である。加えて,センサレスベクトル制御は,d軸電流iの制御によって弱め界磁制御を行うことができる。弱め界磁制御は,ブラシレスDCモータ5の高速運転を可能にする。
(3) Advantages and disadvantages of sensorless vector control As shown in FIG. 6, the advantage of sensorless vector control is that for the same motor output current (that is, a certain inverter whose switching element capacity is set to a certain value). The output torque is large. The sensorless vector control capable of independently controlling the q-axis current i q and the d-axis current i d can output a larger output torque than other control methods. In addition, the sensor-less vector control, it is possible to perform field weakening control by controlling the d-axis current i d. The field weakening control enables the brushless DC motor 5 to operate at high speed.

しかしながら,ブラシレスDCモータ5に供給される電圧の制限のために,弱め界磁制御をもってしてもブラシレスDCモータ5の回転速度に,ある上限が課せられることは避けがたい。後述のV/f制御は,ブラシレスDCモータ5の回転速度の上限を高くするために使用される。   However, due to the limitation of the voltage supplied to the brushless DC motor 5, it is inevitable that a certain upper limit is imposed on the rotational speed of the brushless DC motor 5 even with field weakening control. V / f control, which will be described later, is used to increase the upper limit of the rotational speed of the brushless DC motor 5.

4.V/f制御
V/f制御とは,ブラシレスDCモータ5の電機子電流から,ブラシレスDCモータ5に供給される3相交流電圧の角周波数指令ω を生成し,更に,ブラシレスDCモータ5に供給される3相交流電圧のγ軸電圧vγを,下記式:
γ=Λδ ×ω −Vofsγ, ・・・(1)
が成立するように生成する制御である。式(1)において,Λδ は,ブラシレスDCモータ5の逆起電圧係数であり,Vofsγは,オフセット電圧である。オフセット電圧Vofsγを無視すれば角周波数指令f(=ω /2π)とγ軸電圧vγとについて,vγ/fが一定値Λδ となる。当業者に知られているように,γ−δ座標系とは,電機子によって生成される回転磁束の方向にγ軸が,回転方向にγ軸に90°で直交する方向にδ軸が定められた座標系である。
4). V / f control V / f control generates an angular frequency command ω f * of a three-phase AC voltage to be supplied to the brushless DC motor 5 from the armature current of the brushless DC motor 5. The γ-axis voltage v γ of the three-phase AC voltage supplied to the
v γ = Λ δ * × ω f * -V ofsγ, ··· (1)
Is generated so that In Expression (1), Λ δ * is a counter electromotive voltage coefficient of the brushless DC motor 5, and V ofsγ is an offset voltage. If the offset voltage V ofsγ is ignored, v γ / f * becomes a constant value Λ δ * for the angular frequency command f * (= ω f * / 2π) and the γ-axis voltage v γ . As known to those skilled in the art, the γ-δ coordinate system defines the γ axis in the direction of the rotating magnetic flux generated by the armature and the δ axis in the direction perpendicular to the γ axis at 90 °. Coordinate system.

V/f制御は,図5に示されているように,A/D変換31,3相/2相変換32,角周波数/位置指令生成演算33,電圧指令生成演算34,2相/3相変換35,PWM計算36,及びA/D変換37からなる。V/f制御が行われている間,MPU8の内部では,図5に示されている演算がシステムクロックのクロックサイクル毎に行われる。   As shown in FIG. 5, the V / f control includes A / D conversion 31, 3-phase / 2-phase conversion 32, angular frequency / position command generation calculation 33, voltage command generation calculation 34, 2-phase / 3-phase. A conversion 35, a PWM calculation 36, and an A / D conversion 37 are included. While the V / f control is performed, the operation shown in FIG. 5 is performed every clock cycle of the system clock in the MPU 8.

A/D変換31では,電流計測器6u,6v,6wが出力する出力信号がA/D変換され,u相電流i,v相電流i,及びw相電流i(又はこれらのうちの2つ)がMPU8に取り込まれる。 In the A / D conversion 31, the output signals output from the current measuring devices 6u, 6v, 6w are A / D converted, and u-phase current i u , v-phase current i v , and w-phase current i w (or of these) Are taken into the MPU 8.

3相2相変換32では,MPU8は,A/D変換31によって取得されたu相電流i,v相電流i,及びw相電流i(又はこれらのうちの2つ)に対して,一つ前のクロックサイクルで算出されたロータの位置指令θを用いて3相2相変換が行われ,γ軸電流及びδ軸電流が算出される。位置指令θは,γ−δ座標系で記述される事に留意されたい。 In the three-phase / two-phase conversion 32, the MPU 8 performs the u-phase current i u , the v-phase current i v , and the w-phase current i w (or two of them) acquired by the A / D conversion 31. The three-phase / two-phase conversion is performed using the rotor position command θ * calculated in the previous clock cycle, and the γ-axis current and the δ-axis current are calculated. Note that the position command θ * is described in the γ-δ coordinate system.

角周波数/位置指令生成演算33では,速度指令ωとγ軸電流とから,ブラシレスDCモータ5に供給される3相交流電圧の角周波数指令ω とロータの位置指令θが算出される。 In the angular frequency / position command generation calculation 33, the angular frequency command ω f * of the three-phase AC voltage supplied to the brushless DC motor 5 and the rotor position command θ * are calculated from the speed command ω * and the γ-axis current. The

角周波数指令ω は,下記式:
ω =ω−kω×iγ, ・・・(2a)
を用いて算出される。kωは,正の定数である。式(2)によれば,γ軸電流iγが増えると,即ち,出力トルクが増えると角周波数指令ω は減少し,γ軸電流iγが減少すると,即ち,出力トルクが減少すると角周波数指令ω は増加する。式(2)を使用することにより,出力トルクが増大した場合には,角周波数指令ω を減少させることによって失速が防止され,出力トルクが減少した時には,角周波数指令ω を増加させることによってロータが加速しないように制御される。
一方,位置指令θは,速度指令ωを積分することによって算出される。即ち,
θ=∫ωdt. ・・・(2b)
The angular frequency command ω f * is given by the following formula:
ω f * = ω * −k ω × i γ , (2a)
Is calculated using is a positive constant. According to the equation (2), when the γ-axis current i γ increases, that is, when the output torque increases, the angular frequency command ω f * decreases, and when the γ-axis current i γ decreases, that is, when the output torque decreases. The angular frequency command ω f * increases. By using equation (2), when the output torque is increased it is prevented from stalling by reducing the angular frequency command omega f *, when the output torque is decreased, increasing the angular frequency command omega f * By doing so, the rotor is controlled not to accelerate.
On the other hand, the position command θ * is calculated by integrating the speed command ω * . That is,
θ * = ∫ω * dt. ... (2b)

電圧指令生成演算34では,下記式:
γ=Λδ ×ω −Vofsγ, ・・・(3a)
δ=−Kδ×iδ, ・・・(3b)
によってγ軸電圧vγ,及びδ軸電圧vδが算出される。既述の通り,Λδ は,ブラシレスDCモータ5の逆起電圧係数であり,Vofsγは,オフセット電圧である。Kは,正の定数である。式(3a)は,V/f制御の基本式である。
In the voltage command generation calculation 34, the following formula:
v γ = Λ δ * × ω f * -V ofsγ, ··· (3a)
v δ = −K δ × i δ , (3b)
Thus, the γ-axis voltage v γ and the δ-axis voltage v δ are calculated. As described above, Λ δ * is a counter electromotive voltage coefficient of the brushless DC motor 5, and V ofsγ is an offset voltage. K d is a positive constant. Expression (3a) is a basic expression for V / f control.

2相/3相変換35では,決定されたγ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδに対して2相3相変換が行われ,ブラシレスDCモータ5に供給されるべき3相駆動電圧のu相電圧v,v相電圧v,及びw相電圧vが算出される。この2相3相変換では,ロータの位置指令θが使用される。 In the two-phase / three-phase conversion 35, the two-phase / three-phase conversion is performed on the determined γ-axis voltage v γ and δ-axis voltage v δ and u of the three-phase drive voltage to be supplied to the brushless DC motor 5 is obtained. A phase voltage v u , a v phase voltage v v , and a w phase voltage v w are calculated. In this two-phase / three-phase conversion, the rotor position command θ * is used.

PWM計算36では,算出されたu相電圧v,v相電圧v,及びw相電圧vを有する3相駆動電圧がブラシレスDCモータ5に供給されるようにインバータ3を制御するPWM信号SPWMが生成される。PWM信号SPWMの生成には,AC−DCコンバータ2からインバータ3に供給される直流電圧VDCの大きさが参照される。電圧検出回路9が出力する電圧通知信号に対してA/D変換37が行われて直流電圧VDCが取得され,その直流電圧VDCを参照してPWM信号SPWMが生成される。インバータ3のスイッチングトランジスタは,生成されたPWM信号SPWMに応答してターンオン又はターンオフされる。 In the PWM calculation 36, a PWM signal that controls the inverter 3 so that the three-phase drive voltage having the calculated u-phase voltage v u , v-phase voltage v v , and w-phase voltage v w is supplied to the brushless DC motor 5. S PWM is generated. For generation of the PWM signal S PWM , the magnitude of the DC voltage VDC supplied from the AC-DC converter 2 to the inverter 3 is referred to. DC voltage V DC is obtained A / D conversion 37 for the voltage notification signal output from the voltage detection circuit 9 is performed, PWM signal S PWM is generated by referring to the DC voltage V DC. A switching transistor of the inverter 3 are turned on or off in response to the generated PWM signal S PWM.

図6を参照して,V/f制御の利点は,ブラシレスDCモータ5を高速に運転できることである。γ軸電流に応答して,即ち出力トルクに応答して角周波数指令ω が決定され,その角周波数指令ω から式(3a)によってγ軸電圧が決定されることにより,高速領域でのロータの回転速度が安定化される。加えて,モータモデルを用いたロータの推定位置θ及び推定速度ωを行わないV/f制御は,演算量が少なく,高速運転時の制御に適している。 Referring to FIG. 6, the advantage of V / f control is that brushless DC motor 5 can be operated at high speed. The angular frequency command ω f * is determined in response to the γ-axis current, that is, in response to the output torque, and the γ-axis voltage is determined from the angular frequency command ω f * according to the equation (3a), so that the high-speed region The rotational speed of the rotor at is stabilized. In addition, the rotor position estimate theta ~ and estimated speed omega ~ a V / f control is not performed using the motor model, the calculation amount is small, is suitable for the control during high speed operation.

第3 制御方法の切り替え
1.制御方法の切り替えの概略
上述されたオープンループ制御,等幅PWM制御,センサレスベクトル制御,及びV/f制御のそれぞれの利点を生かすために,制御方法は,速度指令ωに応じて切り替えられる。
Switching of the third control method Outline of switching of control method In order to take advantage of each of the above-described open loop control, equi-width PWM control, sensorless vector control, and V / f control, the control method is switched according to the speed command ω * .

図7Aは,好適な制御方法の切り替え方法を示す。ブラシレスDCモータ5が起動される場合,まず,小さな速度指令ωがMPU8に与えられ,その後,速度指令ωが増加される。速度指令ωの増加に伴い,ロータの回転速度も増加する。速度指令ωが回転速度ωs1を超えるまでは,オープンループ制御が行われる。 FIG. 7A shows a preferred control method switching method. When the brushless DC motor 5 is started, first, a small speed command ω * is given to the MPU 8, and then the speed command ω * is increased. As the speed command ω * increases, the rotational speed of the rotor also increases. The open loop control is performed until the speed command ω * exceeds the rotational speed ω s1 .

速度指令ωが増加されて回転速度ωs1を超えると,制御方法は,等幅PWM制御に切り替えられる。既述のように,等幅PWM制御は,トルク脈動が大きな負荷に対しては,低速でのセンサレス制御に向いている。 When the speed command ω * is increased and exceeds the rotational speed ω s1 , the control method is switched to the equal width PWM control. As described above, the equal width PWM control is suitable for sensorless control at a low speed for a load having a large torque pulsation.

速度指令ωが更に増加されて回転速度ωs2を超えると,制御方法は,等幅PWM制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる。ブラシレスDCモータ5の定常運転は,センサレスベクトル制御で行われる。センサレスベクトル制御の実行により,ブラシレスDCモータ5は,高い出力トルクで運転可能である。 When the speed command ω * is further increased and exceeds the rotational speed ω s2 , the control method is switched from the equal width PWM control to the sensorless vector control. The steady operation of the brushless DC motor 5 is performed by sensorless vector control. By executing the sensorless vector control, the brushless DC motor 5 can be operated with a high output torque.

速度指令ωが更に増加されて回転速度ωs3を超えると,制御方法は,センサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられる。既述のように,V/f制御は,ブラシレスDCモータ5の高速運転に向いている。 When the speed command ω * is further increased and exceeds the rotational speed ω s3 , the control method is switched from sensorless vector control to V / f control. As described above, the V / f control is suitable for high-speed operation of the brushless DC motor 5.

ブラシレスDCモータ5がV/f制御で運転されているときに,速度指令ωが減少して回転速度ωs4(<ωs3)よりも小さくなると,制御方法は,センサレスベクトル制御に戻される。制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられる回転速度ωs3よりも,V/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる回転速度ωs4の方が小さいことは,ハンチングを防ぐために有用である。回転速度ωs4が回転速度ωs3より小さいことにより,制御方法がセンサレスベクトル制御とV/f制御とで頻繁に切り替えられることが防がれる。 When the brushless DC motor 5 is operated under V / f control, if the speed command ω * decreases and becomes smaller than the rotational speed ω s4 (<ω s3 ), the control method is returned to sensorless vector control. It is useful for preventing hunting that the rotational speed ω s4 that is switched from V / f control to sensorless vector control is smaller than the rotational speed ω s3 that is switched from sensorless vector control to V / f control. . Since the rotational speed ω s4 is smaller than the rotational speed ω s3, it is possible to prevent the control method from being frequently switched between the sensorless vector control and the V / f control.

ブラシレスDCモータ5がセンサレスベクトル制御で運転されているときに速度指令ωが減少した場合,制御方法は,図7Aに示されているように,センサレスベクトル制御のまま維持されることが可能である。そうではなく,図7Bに示されているように,速度指令ωが減少して回転速度ωs5(<ωs2)よりも小さくなったときには,制御方法が等幅PWM制御に切り替えられることも可能である。速度指令ωが小さくなっても制御方法がセンサレスベクトル制御のまま維持されることは,制御方法の切り替えの回数を抑制するために有効である。一方,制御方法が,速度指令ωの減少に応答して等幅PWM制御に切り替えられることは,低速運転時における運転の安定性を向上するために有効である。制御方法が等幅PWM制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる回転速度ωs2よりも,センサレスベクトル制御から等幅PWM制御に切り替えられる回転速度ωs5の方が小さいことは,ハンチングを防ぐために有用である。 If the speed command ω * decreases when the brushless DC motor 5 is operated by sensorless vector control, the control method can be maintained as sensorless vector control as shown in FIG. 7A. is there. Instead, as shown in FIG. 7B, when the speed command ω * decreases and becomes smaller than the rotational speed ω s5 (<ω s2 ), the control method may be switched to the equal width PWM control. Is possible. Maintaining the control method as sensorless vector control even when the speed command ω * is small is effective for suppressing the number of switching of the control method. On the other hand, the fact that the control method is switched to the equal width PWM control in response to the decrease in the speed command ω * is effective in improving the stability of operation during low-speed operation. It is useful for preventing hunting that the rotational speed ω s5 at which the control method is switched from the sensorless vector control to the equal width PWM control is smaller than the rotational speed ω s2 at which the control method is switched from the constant width PWM control to the sensorless vector control. .

制御方法の切り替えをより好適に行うためには,センサレスベクトル制御とV/f制御との切り替えとの切り替えは,下記に記載された手順で行われることが好適である。   In order to more suitably switch the control method, the switching between the sensorless vector control and the V / f control is preferably performed according to the procedure described below.

2.センサレスベクトル制御からV/f制御への切り替え
制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられるときに満足されるべき要求の一つは,V/f制御で出力できないトルクが要求されている場合には,制御方法は,センサレスベクトル制御で維持されなくてはならないことである。V/f制御によって出力可能なトルクは,センサレスベクトル制御よりも小さい。ゆえに,V/f制御では要求されたトルクが出力できない場合には,V/f制御への切り替えを行わず,速度指令ωが低減されなくてはならない。
2. Switching from sensorless vector control to V / f control One of the requirements that must be satisfied when the control method is switched from sensorless vector control to V / f control requires torque that cannot be output by V / f control. In some cases, the control method must be maintained with sensorless vector control. Torque that can be output by V / f control is smaller than that of sensorless vector control. Therefore, when the required torque cannot be output in the V / f control, the speed command ω * must be reduced without switching to the V / f control.

逆に,要求されたトルクが大きくないのに,センサレスベクトル制御では所望の回転速度が得られない場合には,V/f制御への切り替えを行い,速度指令ωを増加することが好適である。 Conversely, if the required torque is not large but the desired rotational speed cannot be obtained with sensorless vector control, it is preferable to switch to V / f control and increase the speed command ω *. is there.

図8は,これらの要求を満足するために好ましい,制御方法のV/f制御への切り替えの処理を示すフローチャートである。センサレスベクトル制御が行われている間,MPU8は,速度指令ωが回転速度ωs3よりも大きいかを判断する(ステップS01)。 FIG. 8 is a flowchart showing a process of switching the control method to V / f control, which is preferable for satisfying these requirements. While the sensorless vector control is being performed, the MPU 8 determines whether the speed command ω * is greater than the rotational speed ω s3 (step S01).

速度指令ωが回転速度ωs3よりも大きい場合,MPU8は,要求されているトルクが,V/f制御で出力可能なトルクかを判断する(ステップS02)。より具体的には,MPU8は,q軸電流iから出力トルクTを求め,その出力トルクTが所定の基準トルクよりも大きいかを判断する。基準トルクは,V/f制御で出力可能な最大トルク,又はそれより少し小さいトルクに決定される。出力トルクが所定の基準トルクよりも大きい場合には,回転速度ωs3よりも増大されていた速度指令ωを減少させて回転速度ωs3に戻し(ステップS03),センサレスベクトル制御を継続する(ステップS04)。出力トルクTが所定の基準トルクよりも小さい場合には,MPU8は,制御方法をV/f制御に切り替える(ステップS05)。 When the speed command ω * is greater than the rotational speed ω s3 , the MPU 8 determines whether the requested torque is a torque that can be output by V / f control (step S02). More specifically, MPU 8 obtains the output torque T from the q-axis current i q, determines whether the output torque T is larger than a predetermined reference torque. The reference torque is determined as the maximum torque that can be output by the V / f control, or a torque slightly smaller than that. If the output torque is greater than the predetermined reference torque, the speed command ω * that has been increased from the rotational speed ω s3 is decreased and returned to the rotational speed ω s3 (step S03), and sensorless vector control is continued ( Step S04). When the output torque T is smaller than the predetermined reference torque, the MPU 8 switches the control method to V / f control (step S05).

ステップS01において,回転速度ωs3より速度指令ωが小さいと判断した場合,MPU8は,速度指令ωを既述の速度/位置推定演算13(図3参照)によって算出された推定速度ωと比較する(ステップS06)。具体的には,MPU8は,速度指令ωと推定速度ωとの差が所定の基準値ΔωTHよりも大きい状態が,所定の期間Δt以上継続したか否かを判断する。当該状態が期間Δt以上継続した場合,MPU8は,q軸電流iから求められるトルク指令値Tが所定の基準トルクよりも大きいかを判断する(ステップS07)。トルク指令値Tが所定の基準トルクよりも大きい場合には,速度指令ωと推定速度ωとの差は,過負荷に起因する。この場合,センサレスベクトル制御が継続される(ステップS04)。一方,トルク指令値Tが所定の基準トルクよりも小さい場合には,速度指令ωと推定速度ωとの差は,過負荷ではなく,速度指令ωが過小であることに起因する。この場合,速度指令ωが増加されるように再決定され(ステップS08),制御方法が,V/f制御に切り替えられる(ステップS05)。 If it is determined in step S01 that the speed command ω * is smaller than the rotational speed ω s3 , the MPU 8 determines the speed command ω * as the estimated speed ω ~ calculated by the speed / position estimation calculation 13 (see FIG. 3) described above. (Step S06). Specifically, MPU 8, the difference between the speed command omega * and the estimated speed omega and ~ is larger states than the predetermined reference value [Delta] [omega TH, it is determined whether or not continued for a predetermined period of time Δt or more. When the state continues for the period Δt or longer, the MPU 8 determines whether the torque command value T * obtained from the q-axis current i q is larger than a predetermined reference torque (step S07). If the torque command value T * is greater than a predetermined reference torque, the difference in the speed command omega * and the estimated speed omega and ~ is due to overload. In this case, sensorless vector control is continued (step S04). On the other hand, when the torque command value T * is smaller than a predetermined reference torque, the difference in the speed command omega * and the estimated speed omega and ~ is not overloaded, the speed command omega * is due to being too small . In this case, it is determined again so that the speed command ω * is increased (step S08), and the control method is switched to V / f control (step S05).

以上の処理によって制御方法がV/f制御に切り替えられる,又はセンサレスベクトル制御のままに維持されることによって,ブラシレスDCモータ5が出力すべきトルク,及び速度指令ωの適正さに応じて制御方法が切り替えられる。 The control method is switched to V / f control by the above processing, or is maintained in the sensorless vector control, so that control is performed according to the torque to be output from the brushless DC motor 5 and the appropriateness of the speed command ω *. The method is switched.

制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられるときに満足されるべきもう一つの要求は,センサレスベクトル制御において算出されるロータの推定位置θと,V/f制御において算出されるロータの位置指令θとの整合性を保つことである。既述の通り,推定位置θはd−q座標系で計算され,位置指令θは,γ−δ座標系で計算されるため,推定位置θと位置指令θとは,通常,一致しない。ゆえに,V/f制御への切り替えの後,推定位置θが,そのまま,V/f制御の初期の位置指令θとして使用されることは,ロータの回転の不安定化を招き望ましくない。 The method is another request to be satisfied when switched to V / f control from the sensor-less vector control, the rotor is calculated in the rotor of the estimated position theta ~ and, V / f control calculated in sensorless vector control This is to maintain consistency with the position command θ * . As described above, the estimated position theta ~ is calculated by d-q coordinate system, the position command theta * is to be calculated by the gamma-[delta] coordinate system, the estimated position theta ~ and position command theta * is usually It does not match. Therefore, it is not desirable that the estimated position θ ~ is used as it is as the initial position command θ * of the V / f control after switching to the V / f control because it causes the rotation of the rotor to become unstable.

センサレスベクトル制御において算出されるロータの推定位置θと,V/f制御において算出されるロータの位置指令θとの整合性とを保つために,推定位置θが補正され,補正された推定位置θが,V/f制御の位置指令θの初期値として使用される。V/f制御に切り替えられた直後の最初のクロックサイクルでは,γ軸電流及びδ軸電流は,その位置指令θの初期値を用いて算出される。最も単純には,下記式:
θini =θ+Δθ, ・・・(4)
を用いて推定位置θが補正されて位置指令の初期値θini が算出され得る。Δθは,一定の補正角である。より好ましくは,V/f制御の位置指令の初期値θini は,q軸電流iに応じて,
θini =θ+k・i, ・・・(5)
で算出される。kは定数である。このようにしてV/f制御の位置指令の初期値θini が決定されることは,制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられるときに,ロータの回転の安定性を向上する。
In order to maintain consistency between the estimated rotor position θ ~ calculated in sensorless vector control and the rotor position command θ * calculated in V / f control, the estimated position θ ~ was corrected and corrected. estimated position theta ~ is used as a position command theta * initial value of V / f control. In the first clock cycle immediately after switching to V / f control, the γ-axis current and the δ-axis current are calculated using the initial value of the position command θ * . Most simply, the following formula:
θ ini * = θ to + Δθ, (4)
Can be used to correct the estimated position θ to calculate the initial value θ ini * of the position command. Δθ is a constant correction angle. More preferably, the initial value θ ini * of the position command for V / f control is determined according to the q-axis current i q .
θ ini * = θ to + k q · i q , (5)
Is calculated by k q is a constant. The determination of the initial value θ ini * of the position command for V / f control in this way improves the stability of the rotor rotation when the control method is switched from sensorless vector control to V / f control. .

3.V/f制御からセンサレスベクトル制御への切り替え
制御方法がV/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられるときに満足されるべき要求の一つは,ロータの回転速度が,センサレスベクトル制御の弱め界磁制御によって達成可能な速度範囲にあることである。ここで重要なのは,弱め界磁制御が実現可能な速度範囲は,インバータ3からブラシレスDCモータ5に供給される3相駆動電圧の振幅,即ち,AC−DCコンバータ2からインバータ3に供給される直流電圧VDCに依存することである。ブラシレスDCモータ5に供給される3相駆動電圧,即ち,直流電圧VDCが高いほど,弱め界磁制御が実現可能な速度範囲は高い。従って,制御方法がセンサレスベクトル制御に切り替え可能なロータの回転速度は,直流電圧VDCが高いほど高い。ゆえに,V/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられるロータの運転指令ωの下限値は,直流電圧VDCが高いほど高くなるように決定されることが好適である。
3. Switching from V / f control to sensorless vector control One of the requirements to be satisfied when the control method is switched from V / f control to sensorless vector control is that the rotational speed of the rotor is controlled by field-weakening control of sensorless vector control. It is within the achievable speed range. What is important here is that the speed range in which the field-weakening control can be realized is the amplitude of the three-phase drive voltage supplied from the inverter 3 to the brushless DC motor 5, that is, the DC voltage V supplied from the AC-DC converter 2 to the inverter 3. It depends on DC . The higher the three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor 5, that is, the DC voltage VDC , the higher the speed range in which field-weakening control can be realized. Therefore, the rotational speed of the rotor that can be switched to the sensorless vector control as the control method is higher as the DC voltage VDC is higher. Therefore, it is preferable that the lower limit value of the rotor operation command ω * that is switched from the V / f control to the sensorless vector control is determined to be higher as the DC voltage VDC is higher.

図9は,上記のような要求を満足するための,制御方法のセンサレスベクトル制御への切り替えの処理の一例を示すフローチャートである。
速度指令ωが回転数ωs4 (1)以上である場合(ステップS11),無条件で,高速運転に適しているV/f制御が継続される(ステップS12)。回転速度ωs4 (1)は,制御方法がセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられる回転速度ωs3よりも小さいことに留意されたい。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of a process for switching the control method to sensorless vector control in order to satisfy the above requirements.
If the speed command ω * is equal to or greater than the rotational speed ω s4 (1) (step S11), V / f control suitable for high-speed operation is continued unconditionally (step S12). Note that the rotational speed ω s4 (1) is smaller than the rotational speed ω s3 at which the control method is switched from sensorless vector control to V / f control.

速度指令ωが回転速度ωs4 (1)よりも小さく,且つ,回転速度ωs4 (2)(>ωs4 (1))よりも大きい場合(ステップS11,13),MPU8は,インバータ3に供給される直流電圧VDCが,第1閾値電圧VTH (1)よりも小さいか否かを判断する(ステップS14)。直流電圧VDCが第1閾値電圧VTH (1)以上である場合には,MPU8は,制御方法をセンサレスベクトル制御に切り替える(ステップS15)。そうでない場合には,MPU8は,制御方法をV/f制御のままに維持する(ステップS12)。 When the speed command ω * is smaller than the rotational speed ω s4 (1) and larger than the rotational speed ω s4 (2) (> ω s4 (1) ) (steps S11 and 13), the MPU 8 It is determined whether or not the supplied DC voltage V DC is smaller than the first threshold voltage V TH (1) (step S14). If the DC voltage V DC is equal to or higher than the first threshold voltage V TH (1) , the MPU 8 switches the control method to sensorless vector control (step S15). Otherwise, the MPU 8 maintains the control method as V / f control (step S12).

一方,速度指令ωが回転速度ωs4 (2)以下であり,且つ,回転速度ωs4 (3)よりも大きい場合(ステップS11,S13,S16),MPU8は,インバータ3に供給される直流電圧VDCが,第2閾値電圧VTH (2)(<VTH (1))よりも小さいか否かを判断する(ステップS14)。直流電圧VDCが第2閾値電圧VTH (2)以上である場合には,MPU8は,制御方法をセンサレスベクトル制御に切り替える(ステップS15)。そうでない場合には,MPU8は,制御方法をV/f制御のままに維持する(ステップS12)。 On the other hand, when the speed command ω * is equal to or lower than the rotational speed ω s4 (2) and larger than the rotational speed ω s4 (3) (steps S11, S13, S16), the MPU 8 is connected to the inverter 3 by the direct current. It is determined whether or not the voltage V DC is smaller than the second threshold voltage V TH (2) (<V TH (1) ) (step S14). If the DC voltage V DC is equal to or higher than the second threshold voltage V TH (2) , the MPU 8 switches the control method to sensorless vector control (step S15). Otherwise, the MPU 8 maintains the control method as V / f control (step S12).

速度指令ωが回転速度ωs4 (3)以下の場合には(ステップS11,S13,S16),MPU8は,直流電圧VDCに無関係に制御方法をセンサレスベクトル制御に切り替える。 When the speed command ω * is equal to or less than the rotational speed ω s4 (3) (steps S11, S13, S16), the MPU 8 switches the control method to sensorless vector control regardless of the DC voltage VDC .

センサレスベクトル制御からV/f制御に切り替えられるときと同様に,制御方法がV/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられるときも,V/f制御において算出されるロータの位置指令θと,センサレスベクトル制御において算出されるロータの推定位置θとの整合性が保たれることが望ましい。この要求を満足するために,位置指令θが補正され,補正された推定指令θが,センサレスベクトル制御の推定位置θの初期値として使用される。センサレスベクトル制御に切り替えられた直後の最初のクロックサイクルでは,q軸電流及びd軸電流は,その推定位置θの初期値を用いて算出される。
最も単純には,下記式:
θini =θ−Δθ, ・・・(6)
を用いて位置指令θが補正されてセンサレスベクトル制御の推定位置の初期値θini が算出され得る。Δθは,一定の補正角である。より好ましくは,センサレスベクトル制御の推定位置θの初期値θini は,γ軸電流iγに応じて,
θini =θ−kγ・iγ, ・・・(7)
で算出される。このようにしてセンサレスベクトル制御の推定位置の初期値θini が決定されることは,制御方法がV/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられるときに,ロータの回転の安定性を向上する。
Similarly to when switching from sensorless vector control to V / f control, when the control method is switched from V / f control to sensorless vector control, the rotor position command θ * calculated in V / f control and the sensorless it is desirable that consistency with the estimated position theta ~ of the rotor is calculated in the vector control is maintained. To satisfy this requirement, the corrected position command theta *, * corrected estimated command theta is used as the estimated position theta initial value of ~ sensorless vector control. In the first clock cycle immediately after switched to sensorless vector control, q-axis current and d-axis current is calculated using the initial value of ~ theta its estimated position.
Most simply, the following formula:
θ ini = θ * −Δθ, (6)
The initial value theta ini ~ the estimated position of the sensor-less vector control position command theta * is corrected by using a can be calculated. Δθ is a constant correction angle. More preferably, the initial value theta ini ~ estimated position theta ~ sensorless vector control in accordance with the gamma-axis current i gamma,
θ ini = θ * −k γ · i γ , (7)
Is calculated by Thus the initial value theta ini ~ the estimated position of the sensor-less vector control is determined, when the control method is switched from V / f control in sensorless vector control, to improve the stability of the rotation of the rotor.

図1は,本発明による実施の一形態のブラシレスDCモータシステムを示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a brushless DC motor system according to an embodiment of the present invention. 図2Aは,等幅PWM制御が行われるときにブラシレスDCモータに供給される3相駆動電圧の波形を示す。FIG. 2A shows a waveform of a three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor when the equal width PWM control is performed. 図2Bは,センサレスベクトル制御及びV/f制御が行われるときにブラシレスDCモータに供給される3相駆動電圧の波形を示す。FIG. 2B shows a waveform of a three-phase drive voltage supplied to the brushless DC motor when sensorless vector control and V / f control are performed. 図3は,センサレスベクトル制御で行われる演算を示すブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram showing calculations performed in sensorless vector control. 図4は,速度・位置推定のために行われる演算を示すブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram showing calculations performed for speed / position estimation. 図5は,V/f制御で行われる演算を示すブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram showing a calculation performed in the V / f control. 図6は,等幅PWM制御,センサレスベクトル制御,及びV/f制御の出力トルクの,回転速度に対する依存性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the dependency of the output torque of the equal width PWM control, sensorless vector control, and V / f control on the rotation speed. 図7Aは,制御方法の切り替え方法を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing a control method switching method. 図7Bは,制御方法の他の切り替え方法を示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing another switching method of the control method. 図8は,制御方法をセンサレスベクトル制御からV/f制御に切り替える手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for switching the control method from sensorless vector control to V / f control. 図9は,制御方法をV/f制御からセンサレスベクトル制御に切り替える手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for switching the control method from V / f control to sensorless vector control.

符号の説明Explanation of symbols

1:AC電源
2:AC−DCコンバータ
3:インバータ
4u,4v,4w:u相電源線,v相電源線,w相電源線
5:ブラシレスDCモータ
6:電流センサ
7:電源検出回路
8:MPU
1: AC power supply 2: AC-DC converter 3: Inverter 4u, 4v, 4w: u-phase power supply line, v-phase power supply line, w-phase power supply line 5: brushless DC motor 6: current sensor 7: power supply detection circuit 8: MPU

Claims (9)

界磁を具えたロータと電機子を具えたステータとを備えたブラシレスDCモータと,
インバータと,
前記インバータから前記電機子に供給される電機子電流を検出する電流センサと,
前記ブラシレスDCモータの前記ロータの回転速度を指示する速度指令に応答して,センサレスベクトル制御とV/f制御とを含む制御方法群のうちの一つを選択制御方法として選択し,前記選択制御方法に従って,且つ前記電機子電流に応答してPWM信号を生成する制御装置
とを含み,
前記インバータは,前記PWM信号に応答して前記ブラシレスDCモータを駆動し,
前記制御装置は,前記速度指令が第1速度領域にあるとき,前記センサレスベクトル制御を前記選択制御方法として選択し,且つ,前記速度指令が前記第1速度領域から増加して第1閾値速度を超えたことに応答して,前記選択制御方法を前記センサレスベクトル制御から前記V/f制御に切り替える
ブラシレスDCモータシステム。
A brushless DC motor having a rotor with a field and a stator with an armature;
An inverter,
A current sensor for detecting an armature current supplied from the inverter to the armature;
In response to a speed command for instructing the rotational speed of the rotor of the brushless DC motor, one of control method groups including sensorless vector control and V / f control is selected as a selection control method, and the selection control is performed. And a controller for generating a PWM signal in response to the armature current in accordance with the method,
The inverter drives the brushless DC motor in response to the PWM signal;
The control device selects the sensorless vector control as the selection control method when the speed command is in the first speed range, and increases the first threshold speed by increasing the speed command from the first speed range. A brushless DC motor system which switches the selection control method from the sensorless vector control to the V / f control in response to exceeding.
請求項1に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記制御装置は,前記センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,
(a)前記電機子電流から前記ロータの推定速度と前記ロータの推定位置とを算出するステップと,
(b)前記速度指令と前記推定速度との差から,q軸電流指令値とd軸電流指令値とを生成するステップと,
(c)前記ロータの前記推定位置と前記電機子電流とから,前記電機子電流のq軸電流とd軸電流とを算出するステップと,
(d)前記q軸電流指令値と前記q軸電流との差,及び前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差から,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧のq軸電圧とd軸電圧とを算出するステップと,
(e)前記q軸電圧と前記d軸電圧とから,前記PWM信号を生成するステップとを実行するようにプログラムされ,
前記制御装置は,前記V/f制御が前記選択制御方法として選択されたとき,
(f)前記電機子電流から,γ軸電流とδ軸電流とを算出するステップと,
(g)前記ロータの速度指令と前記γ軸電流とから,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧の周波数指令ω を生成するステップと,
(h)前記ブラシレスDCモータの逆起電圧係数Λ と,オフセット電圧Vofsqとを用いて表される下記式:
=Λ ・ω −Vofsq
により,前記周波数指令ω から,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧のγ軸電圧vγを算出するステップと,
(i)前記δ軸電流から前記3相交流電圧のδ軸電圧を算出するステップと,
(j)前記(h)ステップで算出された前記γ軸電圧と前記(i)ステップで算出された前記δ軸電圧とから,前記PWM信号を生成するステップ
とを実行するようにプログラムされた
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 1,
The control device, when the sensorless vector control is selected as the selection control method,
(A) calculating an estimated speed of the rotor and an estimated position of the rotor from the armature current;
(B) generating a q-axis current command value and a d-axis current command value from the difference between the speed command and the estimated speed;
(C) calculating a q-axis current and a d-axis current of the armature current from the estimated position of the rotor and the armature current;
(D) From the difference between the q-axis current command value and the q-axis current, and the difference between the d-axis current command value and the d-axis current, a three-phase AC voltage supplied to the brushless DC motor by the inverter calculating a q-axis voltage and a d-axis voltage;
(E) programmed to execute the step of generating the PWM signal from the q-axis voltage and the d-axis voltage;
The control device, when the V / f control is selected as the selection control method,
(F) calculating a γ-axis current and a δ-axis current from the armature current;
(G) generating a frequency command ω f * of a three-phase AC voltage supplied from the inverter to the brushless DC motor from the rotor speed command and the γ-axis current;
(H) The following equation expressed using the back electromotive force coefficient Λ d * of the brushless DC motor and the offset voltage V ofsq :
v q = Λ d * · ω f * −V ofsq ,
To calculate a γ-axis voltage v γ of a three-phase AC voltage supplied from the inverter to the brushless DC motor from the frequency command ω f * ,
(I) calculating a δ-axis voltage of the three-phase AC voltage from the δ-axis current;
(J) Brushless programmed to execute the step of generating the PWM signal from the γ-axis voltage calculated in step (h) and the δ-axis voltage calculated in step (i) DC motor system.
請求項2に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記制御装置は,前記センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,前記推定速度と前記速度指令に応答して,弱め界磁制御が行われるように前記d軸電流指令値を生成し得るようにプログラムされた
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 2,
The control device may generate the d-axis current command value so that field weakening control is performed in response to the estimated speed and the speed command when the sensorless vector control is selected as the selection control method. Brushless DC motor system programmed into.
請求項3に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記選択制御方法の前記センサレスベクトル制御から前記V/f制御への切り替えは,前記ブラシレスDCモータの出力トルクが所定の基準トルクよりも大きいときには行われない
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 3,
The selection control method is not switched from the sensorless vector control to the V / f control when the output torque of the brushless DC motor is larger than a predetermined reference torque. Brushless DC motor system.
請求項1に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記制御装置は,前記ブラシレスDCモータの速度指令が第2速度領域にあるとき,前記V/f制御を前記選択制御方法として選択し,且つ,前記速度指令が前記第2速度領域から減少して第2閾値速度より小さくなったことに応答して,前記選択制御方法を前記V/f制御から前記センサレスベクトル制御に切り替え,
前記第2閾値速度は,前記第1閾値速度よりも小さい
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 1,
The control device selects the V / f control as the selection control method when the speed command of the brushless DC motor is in the second speed region, and the speed command decreases from the second speed region. In response to becoming smaller than the second threshold speed, the selection control method is switched from the V / f control to the sensorless vector control,
The brushless DC motor system, wherein the second threshold speed is smaller than the first threshold speed.
請求項5に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記インバータは,直流電圧を受け取り,受け取った前記直流電圧を用いて前記ブラシレスDCモータを駆動し,
前記V/f制御から前記センサレスベクトル制御への切り替えは,前記直流電圧に応答して行われる
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 5,
The inverter receives a DC voltage, drives the brushless DC motor using the received DC voltage,
Switching from the V / f control to the sensorless vector control is performed in response to the DC voltage brushless DC motor system.
請求項1に記載のブラシレスDCモータシステムにおいて,
前記制御装置は,前記ブラシレスDCモータの前記速度指令が前記第1速度領域よりも低い第3速度領域にあるとき,無通電区間を有し,且つ,実質的に等しいパルス幅を有する等幅矩形パルスからなる波形を有する駆動電圧が前記インバータから前記ブラシレスDCモータに供給されるように前記PWM信号を生成する
ブラシレスDCモータシステム。
The brushless DC motor system according to claim 1,
When the speed command of the brushless DC motor is in a third speed range lower than the first speed range, the control device has a non-energized section and has a substantially equal pulse width. A brushless DC motor system that generates the PWM signal so that a drive voltage having a waveform composed of pulses is supplied from the inverter to the brushless DC motor.
インバータを用いてブラシレスDCモータを駆動するためのブラシレスDCモータ駆動方法であって,
(A)前記インバータから前記ブラシレスDCモータの電機子に供給される電機子電流を検出するステップと,
(B)前記ブラシレスDCモータの前記ロータの回転速度を指示する速度指令に応答して,センサレスベクトル制御とV/f制御とを含む制御方法群のうちの一つを選択制御方法として選択するステップと,
(C)前記選択制御方法に従って,且つ前記電機子電流に応答してPWM信号を生成するステップと,
(D)前記インバータに,前記PWM信号に応答して前記ブラシレスDCモータを駆動させるステップ
とを含む
ブラシレスDCモータ駆動方法。
A brushless DC motor driving method for driving a brushless DC motor using an inverter,
(A) detecting an armature current supplied from the inverter to the armature of the brushless DC motor;
(B) A step of selecting one of a group of control methods including sensorless vector control and V / f control as a selection control method in response to a speed command instructing the rotation speed of the rotor of the brushless DC motor. When,
(C) generating a PWM signal according to the selection control method and in response to the armature current;
And (D) causing the inverter to drive the brushless DC motor in response to the PWM signal.
請求項8に記載のブラシレスDCモータ駆動方法において,
前記センサレスベクトル制御が前記選択制御方法として選択されたとき,下記(E)乃至(I)ステップ:
(E)前記電機子電流から前記ロータの推定速度と前記ロータの推定位置とを算出するステップと,
(F)前記速度指令と前記推定速度との差から,q軸電流指令値とd軸電流指令値とを生成するステップと,
(G)前記ロータの前記推定位置と前記電機子電流とから,前記電機子電流のq軸電流とd軸電流とを算出するステップと,
(H)前記q軸電流指令値と前記q軸電流との差,及び前記d軸電流指令値と前記d軸電流との差から,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧のq軸電圧とd軸電圧とを算出するステップと,
(I)前記q軸電圧と前記d軸電圧とから,前記PWM信号を生成するステップ
が行われ,
前記V/f制御が前記選択制御方法として選択されたとき,下記(J)乃至(N)ステップ:
(J)前記電機子電流から,γ軸電流とδ軸電流とを算出するステップと,
(K)前記ロータの速度指令と前記γ軸電流とから,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧の周波数指令ω を生成するステップと,
(L)前記ブラシレスDCモータの逆起電圧係数Λ と,オフセット電圧Vofsqとを用いて表される下記式:
=Λ ・ω −Vofsq
により,前記周波数指令ω から,前記インバータが前記ブラシレスDCモータに供給する3相交流電圧のγ軸電圧vγを算出するステップと,
(M)前記δ軸電流から前記3相交流電圧のδ軸電圧を算出するステップと,
(N)前記(L)ステップで算出された前記γ軸電圧と前記(M)ステップで算出された前記δ軸電圧とから,前記PWM信号を生成するステップ
が行われる
ブラシレスDCモータ駆動方法。
The brushless DC motor driving method according to claim 8,
When the sensorless vector control is selected as the selection control method, the following steps (E) to (I):
(E) calculating an estimated speed of the rotor and an estimated position of the rotor from the armature current;
(F) generating a q-axis current command value and a d-axis current command value from the difference between the speed command and the estimated speed;
(G) calculating a q-axis current and a d-axis current of the armature current from the estimated position of the rotor and the armature current;
(H) From the difference between the q-axis current command value and the q-axis current, and the difference between the d-axis current command value and the d-axis current, the inverter supplies a three-phase AC voltage to the brushless DC motor. calculating a q-axis voltage and a d-axis voltage;
(I) The step of generating the PWM signal from the q-axis voltage and the d-axis voltage is performed,
When the V / f control is selected as the selection control method, the following steps (J) to (N):
(J) calculating a γ-axis current and a δ-axis current from the armature current;
(K) generating a frequency command ω f * of a three-phase AC voltage supplied from the inverter to the brushless DC motor from the rotor speed command and the γ-axis current;
(L) The following formula expressed using the back electromotive force coefficient Λ d * of the brushless DC motor and the offset voltage V ofsq :
v q = Λ d * · ω f * −V ofsq ,
To calculate a γ-axis voltage v γ of a three-phase AC voltage supplied from the inverter to the brushless DC motor from the frequency command ω f * ,
(M) calculating a δ-axis voltage of the three-phase AC voltage from the δ-axis current;
(N) A brushless DC motor driving method in which a step of generating the PWM signal is performed from the γ-axis voltage calculated in the (L) step and the δ-axis voltage calculated in the (M) step.
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