JP2005229717A - Current sensorless-control method and device of synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は通常インバータと称される電動機駆動装置から同期電動機へ出力する電圧、電流を検出する電圧センサ、電流センサを共に備えず、速度センサのみを用いて同期電動機の相電流の状態を推定して同期電動機への印加電圧を制御する同期電動機の電流センサレス制御方法および装置に関する。 The present invention does not include a voltage sensor or a current sensor for detecting a voltage or current output from a motor drive device, usually called an inverter, and estimates a phase current state of the synchronous motor using only a speed sensor. The present invention relates to a current sensorless control method and apparatus for a synchronous motor that controls the voltage applied to the synchronous motor.
従来の同期電動機の電流制御装置は、インバータの直流電圧の検出値または設定値と直流電流をフィルタ処理した直流電流とインバータの電力方程式に基づいてq軸電流推定値を求める第1手段と、インバータのスイッチングモードに基づいて直流電流をサンプリングして同期電動機に流れる交流電流推定値を求め、この交流電流推定値に基づいてq軸電流推定値を求める第2手段とを有し、同期電動機の速度に応じて第1または第2の手段を切替え、切替えられた手段から出力されるq軸電流推定値を用いて、磁極位置を制御している(例えば、特許文献1参照)。 A conventional current control device for a synchronous motor includes a first means for obtaining a q-axis current estimated value based on a detected value or set value of a DC voltage of an inverter, a DC current obtained by filtering the DC current, and an inverter power equation, and an inverter And a second means for obtaining an estimated value of the alternating current flowing in the synchronous motor by sampling the direct current based on the switching mode of the current, and obtaining a q-axis current estimated value based on the estimated value of the alternating current. Accordingly, the first or second means is switched, and the magnetic pole position is controlled using the q-axis current estimated value output from the switched means (see, for example, Patent Document 1).
図4において、制御対象の同期電動機105の回転数指令ωr*を与える回転数指令発生器101と、同期電動機に供給する交流電圧を演算してパルス幅変調波信号(PWM信号)に変換して出力する制御装置102と、このPWM信号により駆動されるインバータ103と、インバータ103に電力を供給する直流電源104と、インバータの直流電源I0を検出する電流検出器106を含んで構成される。インバータ103は、インバータの主回路部131と主回路へのゲート信号を発生するゲート・ドライバ132を含んでなり、インバータ103に電力を供給する直流電源104は、三相交流電源141と三相交流電流を整流するダイオード・ブリッジ142と、直流電源に含まれる脈動成分を抑制する平滑コンデンサ143とで構成される。制御装置102は、次に述べられるように構成されている。すなわち、回転数指令発生器101から出力される回転数指令ωr*は変換ゲイン107に入力され、ここにおいて同期電動機の極数Pを用いて同期電動機の電気角周波数指令ω1*に変換される。変換された電気角周波数指令ω1*は積分器108に入力され、ここにおいて制御装置内部の交流位相θdcが演算される。
In FIG. 4, a rotation
一方、電流検出器106により検出された直流電流I0は電流再現器109に入力される。電流再現器109はPWM発生器118で生成されたPWM信号に基づいて、同期電動機105に流れる交流電流Iu、Iv、Iwを推定により再現する。再現された三相交流Iuc,Ivc,Iwcの電流値はdq座標変換器110に入力され、ここにおいて制御装置内部の回転座標軸であるdc−qc軸上の成分に変換される。変換されたq軸電流推定値Iqc2はスイッチ113を介してIq*発生器114に入力される。Iq*発生器114は、入力されるq軸電流推定値Iqc2に基づいて同期電動機のq軸成分(トルク成分)のq軸電流指令値Iq*を発生し、電圧指令演算器116に出力する。Id*発生器115は、同期電動機のd軸成分のd軸電流指令値Id*を発生し、電圧指令演算器116に出力する。
On the other hand, the
電圧指令演算器116は、入力されるd軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*及び電気角周波数指令ω1*に基づいて、d軸電圧指令値Vdc*とq軸電圧指令値Vqc*を生成してdq逆変換機117に出力する。dq逆変換器117は、入力されるdc−qc軸上の電圧指令値Vdc*、Vqc*を、三相交流軸上の交流電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換してPWM発生器118に出力する。PWM発生器118は入力される交流電圧指令値vu*、vv*、vw*に基づいて、インバータ103を駆動するPWM信号を生成してゲート・ドライバ132に出力する。電流検出器106により検出された直流電流I0は、フィルタ111にも入力され、ここにおいて直流電流I0に含まれる高調波成分が削減される。フィルタ111から出力される直流電流値I0’はIqc推定器112に入力される。
Based on the input d-axis current command value Id *, q-axis current command value Iq *, and electrical angular frequency command ω1 *, the
Iqc推定器112は、同期電動機のトルク電流成分であるd軸電流推定値Iqc1を求め、スイッチ113を介してIq*発生器114に出力する。スイッチ113はIqc推定器112の出力Iqc1と、dq座標変換器110が出力するq軸電流成分Iqc2の信号を切り替えて、q軸電流推定値IqcとしてIq*発生器114に入力させる。
ω1補正器119は、同期電動機のd−q軸と制御軸dc−qc軸との軸位相差(軸位相差)に相当する状態量を演算して、同期電動機の駆動周波数指令ω1*の補正量Δω1を求め加算器120に出力する。加算器120は、変換ゲイン107から出力される電気角周波数指令ω1:にΔω1を加算してω1cを積分器108に出力する。積分器108からはω1cを積分した位相指令θdcがdq座標変換器110とdq逆変換器117に位相情報として出力される。また、切替信号発生器121は、回転数指令発生器101から出力される回転数指令ωr*に基づいて、スイッチ113への切り替え信号S1を発生する。
The
The ω1 corrector 119 calculates a state quantity corresponding to an axial phase difference (axial phase difference) between the dq axis and the control axis dc-qc axis of the synchronous motor, and corrects the driving frequency command ω1 * of the synchronous motor. The amount Δω1 is obtained and output to the
このように、従来の同期電動機駆動装置では、インバータの直流電圧の検出値または設定値と直流電流をフィルタ処理した直流電流とインバータの電力方程式に基づいてq軸電流推定値を求める第1手段と、インバータのスイッチングモードに基づいて直流電流をサンプリングして同期電動機に流れる交流電流推定値を求め、この交流電流推定値に基づいてq軸電流推定値を求める第2手段とを有し、同期電動機の速度に応じて第1または第2の手段を切替え、切替えられた手段から出力されるq軸電流推定値を用いて、磁極位置を制御するという手順がとられていた。
従来の同期電動機の電流制御装置の電流制御方法は、インバータを駆動するパルス幅変調(PWM)制御によるPWMパルスの平均パルス幅が狭い場合と、広い場合とに分けて、インバータに供給される直流電流の検出方法を個別に用意し、それらを使い分けるという手順をとっているので、パルス幅の切り替えが正確でないと電流を正しく推定できないという問題があった。また、パルス幅変調(PWM)制御を用いるインバータでしか適用できないという問題があった。 A conventional current control method for a current control device for a synchronous motor is divided into a case where the average pulse width of PWM pulses by pulse width modulation (PWM) control for driving the inverter is narrow and a case where the average pulse width is wide. Since the procedure for preparing current detection methods individually and using them separately is used, there is a problem that the current cannot be estimated correctly unless the pulse width is accurately switched. There is also a problem that it can be applied only to an inverter using pulse width modulation (PWM) control.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、パルス幅すなわち同期電動機の駆動速度による電流推定方法の切り替えを必要とすることなしに、パルス幅変調(PWM)制御を用いないインバータでも適用することができる同期電動機の電流センサレス制御方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an inverter that does not use pulse width modulation (PWM) control without requiring switching of a current estimation method based on a pulse width, that is, a driving speed of a synchronous motor. However, it is an object of the present invention to provide a current sensorless control method and apparatus for a synchronous motor that can be applied.
上記問題を解決するため請求項1記載の発明は、速度指令と速度フィードバック信号を入力し電流制御手段へ電流指令を出力する速度制御手段と、前記電流指令に基づいて電圧指令を出力する電流制御手段と、同期電動機の位置を検出する位置検出手段とを備え、同期電動機駆動装置から同期電動機へ出力する電圧、電流を検出する電圧センサ、電流センサを共に備えず、位置センサのみを用いて同期電動機の相電流の状態を推定して同期電動機への印加電圧を制御する同期電動機の電流センサレス制御方法において、前記同期電動機に印加するトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱とする外乱補償オブザーバで構成する電流推定手段を備え、前記電流推定手段は、電圧指令と位置センサからの位置信号、角速度信号とに基づいて電流推定値を求め、前記電流推定値を前記電流制御手段へ入力し前記電流推定値を用いて電圧指令を生成するものである。
また、請求項2記載の発明は、前記電流推定値を用いて、前記電流制御手段でトルク電流指令と前記電流推定値との偏差をPI補償し電圧指令を生成するものである。
また、請求項3記載の発明は、前記電流制御手段を(1)式で処理するものである。
ここで、iqはq軸電流、dqはトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差であるを外乱、ωeは角速度、Rは電機子巻線抵抗、tsはサンプリング時間、Lはインダクタンス、Jはイナーシャ、Ktはトルク定数、pは極対数、Kaq#FFは前記電流推定手段におけるq軸電流ループゲイン、k1、k2、k3はオブザーバゲインである。
In order to solve the above problem, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, a voltage command is generated by PI compensation for a deviation between the torque current command and the current estimated value by the current control means using the current estimated value.
According to a third aspect of the present invention, the current control means is processed by equation (1).
Here, iq is a q-axis current, dq is an error between the torque voltage value and the torque voltage command, ωe is an angular velocity, R is an armature winding resistance, ts is a sampling time, L is an inductance, J is an inertia , Kt is a torque constant, p is the number of pole pairs, Kaq # FF is a q-axis current loop gain in the current estimation means, and k1, k2, and k3 are observer gains.
また、請求項4記載の発明は、前記電流推定手段で求めた推定速度を速度フィードバック信号または誘起電圧補償としたものである。
また、速度指令と速度フィードバック信号を入力し電流制御手段へ電流指令を出力する速度制御手段と、前記電流指令に基づいて電圧指令を出力する電流制御手段と、同期電動機の位置を検出する位置検出手段とを備え、同期電動機駆動装置から同期電動機へ出力する電圧、電流を検出する電圧センサ、電流センサを共に備えず、位置センサのみを用いて同期電動機の相電流の状態を推定して同期電動機への印加電圧を制御する同期電動機の電流センサレス制御方法において、トルク電流指令と励磁電流指令を入力するステップ(20)と、トルク電流指令をトルク電流推定値との偏差、並びに励磁電流指令と励磁電流推定値との偏差を計算するステップ(21)と、トルク電流指令とトルク電流推定値との偏差を比例積分(PI)制御しトルク電圧指令、並びに励磁電流指令と励磁電流推定値との偏差を比例積分(PI)制御し励磁電圧指令を計算するステップ(22)と、前記トルク電圧指令、前記励磁電圧指令で前記同期電動機を駆動するステップ(23)と、トルク電流推定値を(1)式で計算するステップ(24)と、励磁電流推定値を(8)式で計算するステップ(25)とからなることを特徴とする同期電動機の電流センサレス制御方法。
また、請求項5記載の発明は、速度指令と速度フィードバック信号を入力し電流制御手段へ電流指令を出力する速度制御手段と、前記電流指令に基づいて電圧指令を出力する電流制御手段と、同期電動機の位置を検出する位置検出手段とを備え、同期電動機駆動装置から同期電動機へ出力する電圧、電流を検出する電圧センサ、電流センサを共に備えず、位置センサのみを用いて同期電動機の相電流の状態を推定して同期電動機への印加電圧を制御する同期電動機の電流センサレス制御装置において、
前記同期電動機に印加するトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱とする外乱補償オブザーバで構成する電流推定手段を備え、前記電流推定手段は、電圧指令と位置センサからの位置信号、角速度信号とに基づいて電流推定値を求め、前記電流推定値を前記電流制御手段へ入力し前記電流推定値を用いて電圧指令を生成するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the estimated speed obtained by the current estimating means is a speed feedback signal or induced voltage compensation.
In addition, a speed control unit that inputs a speed command and a speed feedback signal and outputs a current command to the current control unit, a current control unit that outputs a voltage command based on the current command, and a position detection that detects the position of the synchronous motor Means for estimating the phase current state of the synchronous motor by using only the position sensor without using the voltage sensor for detecting the voltage output from the synchronous motor driving device to the synchronous motor, the current sensor, and the current sensor. In the current sensorless control method of the synchronous motor for controlling the applied voltage to the motor, step (20) of inputting the torque current command and the excitation current command, the deviation between the torque current command and the estimated torque current value, and the excitation current command and the excitation current command A step (21) for calculating a deviation from the current estimated value, and a proportional integral (PI) control to control the deviation between the torque current command and the torque current estimated value; Step (22) for calculating the excitation voltage command by proportional integration (PI) control of the deviation between the excitation voltage command and the excitation current command and the estimated excitation current value, and the synchronous motor with the torque voltage command and the excitation voltage command. It comprises a driving step (23), a step (24) for calculating an estimated torque current value by equation (1), and a step (25) for calculating an estimated excitation current value by equation (8). Current sensorless control method for a synchronous motor.
According to a fifth aspect of the present invention, a speed control unit that inputs a speed command and a speed feedback signal and outputs a current command to the current control unit, a current control unit that outputs a voltage command based on the current command, a synchronization A position detection means for detecting the position of the electric motor, and the voltage output from the synchronous motor driving device to the synchronous motor, the voltage sensor for detecting the current, and the current sensor are not provided, and the phase current of the synchronous motor is obtained using only the position sensor. In the current sensorless control device for a synchronous motor that estimates the state of the synchronous motor and controls the voltage applied to the synchronous motor,
A current estimation unit configured by a disturbance compensation observer that makes an error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command a disturbance with respect to the torque voltage command; and the current estimation unit includes a voltage signal and a position signal from the position sensor. A current estimated value is obtained based on the angular velocity signal, the current estimated value is input to the current control means, and a voltage command is generated using the current estimated value.
請求項1に記載の発明によると、パルス幅すなわち同期電動機の駆動速度による電流推定方法の切り替えを必要としないとともに、パルス幅変調(PWM)制御を用いないインバータでも適用することができ、同期電動機のモデルに対して制御する場合の電圧指令を実際の電圧指令とすることで、同期電動機の振動を防ぐことができる。また、請求項2に記載の発明によると、パルス幅すなわち同期電動機の駆動速度による電流推定方法の切り替えを必要としないとともに、パルス幅変調(PWM)制御を用いないインバータでも適用することができ、同期電動機のモデルに対して制御する場合の電圧指令を実際の電圧指令とすることで、同期電動機の振動を防ぐことができる。
According to the first aspect of the present invention, it is not necessary to switch the current estimation method according to the pulse width, that is, the driving speed of the synchronous motor, and it can be applied to an inverter that does not use pulse width modulation (PWM) control. By making the voltage command in the case of controlling this model an actual voltage command, the vibration of the synchronous motor can be prevented. Further, according to the invention described in
以下、本発明の方法の具体的実施例に付いて、図に基づいて説明する. Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の方法を適用する同期電動機の電流制御装置の構成を示すブロック図である。図において、1は電流制御部であり、電流推定部2で推定した電流推定値(Iq#ff#fb)を用いて電圧指令(Vq#ff#ref)を生成するようになっている。2は電流推定部であり、同期電動機のモデルおよび電流速度方程式より生成された(1)式で構成される。電流推定部2は、電流制御部1から出力される電圧指令(Vq#ff#ref)、および角速度信号ωeを用いて電流推定値(Iq#ff#fb)を生成する。3は同期電動機であり、電流制御部1の電圧指令(Vq#ff#ref)を図示しない電力変換器へ入力して駆動するようになっている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a current control device for a synchronous motor to which the method of the present invention is applied. In the figure,
ここで、iqはq軸電流、dqはトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差であるを外乱、ωeは角速度、Rは電機子巻線抵抗、tsはサンプリング時間、Lはインダクタンス、Jはイナーシャ、Ktはトルク定数、pは極対数、Kaq#FFは前記電流推定手段におけるq軸電流ループゲイン、k1、k2、k3はオブザーバゲインである。なお、添え字のrefは指令値、ハット記号は推定値を表わしている。
同期電動機3をトルク電流指令(Iq#ref)のとおりに駆動する場合、図1の電流制御部1では、トルク電流指令(Iq#ref)と電流推定部2で生成された電流推定値(Iq#ff#fb)との偏差をPI補償して、電圧指令(Vq#ff#ref)を生成する。電流推定部2では前記電流制御部1で生成された電圧指令(Vq#ff#fb)およびエンコーダから生成した角速度信号を用いて、電流推定値(Iq#ff#fb)を生成する。電流推定部2は同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式より生成された(1)式で構成されている。
次に、電流制御部1を構成している(1)式の算出方法を説明する。
同期電動機に印加されるトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱dqとすると、同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式は(2)式である。
Here, iq is a q-axis current, dq is an error between the torque voltage value and the torque voltage command, ωe is an angular velocity, R is an armature winding resistance, ts is a sampling time, L is an inductance, J is an inertia , Kt is a torque constant, p is the number of pole pairs, Kaq # FF is a q-axis current loop gain in the current estimation means, and k1, k2, and k3 are observer gains. The subscript ref represents the command value, and the hat symbol represents the estimated value.
When the synchronous motor 3 is driven according to the torque current command (Iq # ref), the
Next, the calculation method of the equation (1) constituting the
Assuming that an error between the torque voltage value applied to the synchronous motor and the torque voltage command is a disturbance dq with respect to the torque voltage command, the voltage-current equation and the current-velocity equation of the synchronous motor are Equations (2).
ただし、Vd:励磁電圧、Iq:トルク電流、R:電機子巻線抵抗、Lq:q軸インダクタンス、ωe:角速度、kt:トルク定数、J:イナ−シャ、P:極対数、d/dt:微分演算子である。
前記同期電動機の電圧電流方程式および電流速度方程式を離散化すると(3)式となる。
Where Vd: excitation voltage, Iq: torque current, R: armature winding resistance, Lq: q-axis inductance, ωe: angular velocity, kt: torque constant, J: inertia, P: number of pole pairs, d / dt: It is a differential operator.
When the voltage-current equation and current-velocity equation of the synchronous motor are discretized, Equation (3) is obtained.
ここで、ts:サンプリング時間である。この(3)式を用いて、Iq外乱補償オブザーバ電流を計算すると(4)式となる。 Here, ts is the sampling time. When the Iq disturbance compensation observer current is calculated using this equation (3), equation (4) is obtained.
ここで、ωe(k)はエンコーダからの角速度信号とし、Vqは電流制御部1で生成された電圧指令Vq#ff#refとするとIq外乱補償オブザーバ電流が電流推定値Iq#ff#fbとなる。また、k3、k4、k5はオブザーバのゲインであり、(5)式、(6)式、(7)式で算出される。
Here, ωe (k) is an angular velocity signal from the encoder, and Vq is the voltage command Vq # ff # ref generated by the
ここで、αは外乱補償オブザーバの極である。
さらに、Id外乱補償オブザーバ電流は、以下の(8)式を用いて算出される。
Where α is the pole of the disturbance compensation observer.
Further, the Id disturbance compensation observer current is calculated using the following equation (8).
ここで、Ld:d軸インダクタンスである。
トルク電流指令(Iq#ref)と電流推定部2で生成された電流推定値(Iq#ff#fb)との偏差をPI補償すると(1)式となる。
このように、同期電動機に印加されるトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバを用いて構成される電流推定部で生成された電流推定値を用いて、電流制御部でトルク電流指令と電流推定値との偏差をPI補償することで、電圧指令を生成するという手順をとるので、前記電圧指令を用いて同期電動機を電流センサなしでトルク電流指令どおりに駆動することができる。また、
Here, Ld: d-axis inductance.
When the deviation between the torque current command (Iq # ref) and the estimated current value (Iq # ff # fb) generated by the
In this way, using the current estimation value generated by the current estimation unit configured using the disturbance compensation observer that configures the error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command as a disturbance to the torque voltage command. The current control unit takes the procedure of generating a voltage command by PI compensation for the deviation between the torque current command and the estimated current value. Therefore, the synchronous motor can be operated without a current sensor using the voltage command in accordance with the torque current command. Can be driven. Also,
を誘起電圧補償ωe×φの代わりに用いて、誘起電圧補償を行うことが可能である。また、この外乱補償オブザーバ推定速度を、トルク指令を生成する速度フィードバック信号の代わりに用いることもできる。 Can be used instead of the induced voltage compensation ωe × φ to perform the induced voltage compensation. The disturbance compensation observer estimated speed can also be used in place of a speed feedback signal for generating a torque command.
図2は本発明の方法を適用する同期電動機の速度制御装置の構成を示すブロック図である。図において、4は速度指令である。5は速度制御部であり、速度指令4と速度フィードバック信号13よりトルク電流指令(Iq#ref)と励磁電流指令(Id#ref)を生成するようになっている。7は位置検出部であり、エンコーダ8より位置を検出するようになっている。8はエンコーダである。9は二相/三相変換部であり、位置信号12と励磁電圧指令(Vd#ff#ref)18とトルク電流指令(Vq#ff#ref)19を用いてVu#ref、Vv#ref、Vw#refを生成するようになっている。10はデッドタイム補償部であり、電流制御部1に入力される励磁電流指令(Id#ref)とトルク電流指令(Iq#ref)をd−qおよび二相三相変換を行い、この交流電流の極性に基づいてデッドタイム補償を行う。11はPWM制御部であり、デッドタイム補償部10の出力Vu#out、Vv#out、Vw#outよりゲート信号を生成し、Vu、Vv、Vwを同期電動機3に印加して同期電動機3を駆動するようになっている。12は位置信号であり、位置検出部7の出力である。13は速度フィードバック信号であり、速度検出部6の出力である。14は角速度信号(ωe)であり、速度検出部6の出力である。15はエンコーダ信号である。16は励磁電流指令(Id#ref)である。17はトルク電流指令(Iq#ref)であり、速度制御部5の出力となっている。18は励磁電圧指令(Vd#ff#ref)であり、電流制御部1において、励磁電流指令と(8)式の
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a speed control apparatus for a synchronous motor to which the method of the present invention is applied. In the figure, 4 is a speed command. A speed control unit 5 generates a torque current command (Iq # ref) and an excitation current command (Id # ref) from the speed command 4 and the speed feedback signal 13. Reference numeral 7 denotes a position detection unit which detects a position from the encoder 8. Reference numeral 8 denotes an encoder. Reference numeral 9 denotes a two-phase / three-phase converter, which uses a position signal 12, an excitation voltage command (Vd # ff # ref) 18 and a torque current command (Vq # ff # ref) 19 to make Vu # ref, Vv # ref, Vw # ref is generated.
との偏差をPI補償して生成されるようになっている。19はトルク電圧指令(Vq#ff#ref)であり、電流制御部1においてトルク電流指令と(1)式の
Are generated by PI compensation. 19 is a torque voltage command (Vq # ff # ref), and the
との偏差をPI補償して生成されるようになっている。 Are generated by PI compensation.
このように、同期電動機に印加されるトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバを用いて構成される電流推定部で生成された電流推定値を用いて、電流制御部でトルク電流指令と電流推定値との偏差をPI補償することで、電圧指令を生成するという手順をとるので、前記電圧指令を用いて同期電動機を電流センサなしでトルク電流指令どおりに駆動することができる。また、 In this way, using the current estimation value generated by the current estimation unit configured using the disturbance compensation observer that configures the error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command as a disturbance to the torque voltage command. The current control unit takes the procedure of generating a voltage command by PI compensation for the deviation between the torque current command and the estimated current value. Therefore, the synchronous motor can be operated without a current sensor using the voltage command in accordance with the torque current command. Can be driven. Also,
を誘起電圧補償ωe×φの代わりに用いて、誘起電圧補償を行うことが可能である。また、トルク指令を生成する速度フィードバック信号の代わりに用いることもできる。 Can be used instead of the induced voltage compensation ωe × φ to perform the induced voltage compensation. It can also be used instead of a speed feedback signal for generating a torque command.
図3は、本発明の処理手順を各ステップ毎に示したフローチャートである。
図3は、電流制御部1および電流推定部2の処理手順を示したものであり、ステップ20〜25から構成される。
ステップ20でトルク電流指令および励磁電流指令を入力する。
ステップ21でトルク電流指令(Iq#ref)とトルク電流推定値との偏差、並びに励磁電流指令(Id#ref)と励磁電流推定値との偏差を計算する。
ステップ22でトルク電流偏差をPI制御しトルク電圧指令(Vq#ff#ref)、並びに励磁電流偏差をPI制御し励磁電圧指令(Vd#ff#ref)を計算する。
ステップ23でステップ22で生成されたトルク電圧指令(Vq#ff#ref)と励磁電圧指令(Vd#ff#ref)で同期電動機を駆動する。
ステップ24で(1)式を用いて、k+1ループ目のトルク電流推定値を計算する。
ステップ25で(8)式を用いて、k+1ループ目の励磁電流推定値を計算する。
このように、同期電動機に印加されるトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバを用いて構成される電流推定部で生成された電流推定値を用いて、電流制御部でトルク電流指令と電流推定値との偏差をPI補償することで、電圧指令を生成するという手順をとるので、前記電圧指令を用いて同期電動機を電流センサなしでトルク電流指令どおりに駆動することができる。
FIG. 3 is a flowchart showing the processing procedure of the present invention for each step.
FIG. 3 shows a processing procedure of the
In
In
In step 22, the torque current deviation is PI controlled to calculate the torque voltage command (Vq # ff # ref), and the excitation current deviation is PI controlled to calculate the excitation voltage command (Vd # ff # ref).
In
In
In
In this way, using the current estimation value generated by the current estimation unit configured using the disturbance compensation observer that configures the error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command as a disturbance to the torque voltage command. The current control unit takes the procedure of generating a voltage command by PI compensation for the deviation between the torque current command and the estimated current value. Therefore, the synchronous motor can be operated without a current sensor using the voltage command in accordance with the torque current command. Can be driven.
同期電動機に印加されるトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱として構成する外乱補償オブザーバを用いて構成される電流推定部で生成された電流推定値を用いて、電流制御部でトルク電流指令と電流推定値との偏差をPI補償することで、電圧指令を生成するという手順をとるので、前記電圧指令を用いて同期電動機を電流センサなしでトルク電流指令どおりに駆動することができる。また、 Using a current estimation value generated by a current estimation unit configured using a disturbance compensation observer that configures an error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command as a disturbance to the torque voltage command, a current control unit Therefore, the voltage command is generated by PI compensation for the deviation between the torque current command and the estimated current value. Therefore, the synchronous motor is driven according to the torque current command without a current sensor using the voltage command. Can do. Also,
を誘起電圧補償、速度フィードバック信号として用いることも可能であり、サーボシステムという用途にも適用できる。 Can be used as an induced voltage compensation and speed feedback signal, and can be applied to a servo system.
1 電流制御部
2 電流推定部
3 同期電動機
4 速度指令
5 速度制御部
6 速度検出部
7 位置検出部
8 エンコーダ
9 二相/三相変換部
10 デッドタイム補償部
11 PWM制御部
12 位置信号
13 速度フィードバック信号
14 角速度信号(ωe)
15 エンコーダ信号
16 励磁電流指令(Id_ref)
17 トルク電流指令(Iq_ref)
18 励磁電圧指令(Vd_ff_ref)
19 トルク電圧指令(Vq_ff_ref)
20 トルク電流指令および励磁電流指令を入力するステップ
21 トルク電流指令(Iq#ref)とトルク電流推定値の偏差および励磁電流指令(Id#ref)と励磁電流推定値の偏差を計算するステップ
22 トルク電圧指令(Vq#ff#ref)および励磁電圧指令(Vd#ff#ref)を生成するステップ
23 トルク電圧指令(Vq#ff#ref)と励磁電圧指令(Vd#ff#ref)で同期電動機を駆動するステップ
24 k+1ループ目のトルク電流推定値を生成するステップ
25 k+1ループ目の励磁電流推定値を生成するステップ
101 回転数指令(ωr*)発生器
102 制御装置
103 インバータ
104 直流電源
105 同期電動機
106 電流検出器
107 変換ゲイン
108 積分器
109 電流再現器
110 dq座標変換器
111 フィルタ
112 Iqc推定器
113 スイッチ
114 Iq*発生器
115 Id*発生器
116 電圧指令演算器
117 dq逆変換器
118 PWM発生器
119 ω1補正器
120 加算器
121 切替信号発生器
131 インバータの主回路部
132 ゲート・ドライバ
141 三相交流電源
142 ダイオード・ブリッジ
143 平滑コンデンサ
DESCRIPTION OF
15 Encoder signal 16 Excitation current command (Id_ref)
17 Torque current command (Iq_ref)
18 Excitation voltage command (Vd_ff_ref)
19 Torque voltage command (Vq_ff_ref)
20
Claims (6)
前記同期電動機に印加するトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱とする外乱補償オブザーバで構成する電流推定手段を備え、
前記電流推定手段は、電圧指令と位置センサからの位置信号、角速度信号とに基づいて
電流推定値を求め、
前記電流推定値を前記電流制御手段へ入力し前記電流推定値を用いて電圧指令を生成することを特徴とする同期電動機の電流センサレス制御方法。 Speed control means for inputting a speed command and a speed feedback signal and outputting a current command to the current control means, current control means for outputting a voltage command based on the current command, position detection means for detecting the position of the synchronous motor, The voltage output from the synchronous motor drive device to the synchronous motor, the voltage sensor for detecting the current, and the current sensor are not provided, and the phase current state of the synchronous motor is estimated by using only the position sensor. In a current sensorless control method of a synchronous motor for controlling an applied voltage,
Current estimation means comprising a disturbance compensation observer that makes an error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command a disturbance to the torque voltage command;
The current estimating means obtains an estimated current value based on a voltage command and a position signal from the position sensor, an angular velocity signal,
A current sensorless control method for a synchronous motor, wherein the estimated current value is input to the current control means and a voltage command is generated using the estimated current value.
ここで、iqはq軸電流、dqはトルク電圧値とトルク電圧指令との誤差であるを外乱、ωeは角速度、Rは電機子巻線抵抗、tsはサンプリング時間、Lはインダクタンス、Jはイナーシャ、Ktはトルク定数、pは極対数、Kaq#FFは前記電流推定手段におけるq軸電流ループゲイン、k1、k2、k3はオブザーバゲインである。
Here, iq is a q-axis current, dq is an error between the torque voltage value and the torque voltage command, ωe is an angular velocity, R is an armature winding resistance, ts is a sampling time, L is an inductance, J is an inertia , Kt is a torque constant, p is the number of pole pairs, Kaq # FF is a q-axis current loop gain in the current estimation means, and k1, k2, and k3 are observer gains.
トルク電流指令と励磁電流指令を入力するステップ(20)と、
トルク電流指令をトルク電流推定値との偏差、並びに励磁電流指令と励磁電流推定値との偏差を計算するステップ(21)と、
トルク電流指令とトルク電流推定値との偏差を比例積分(PI)制御しトルク電圧指令、並びに励磁電流指令と励磁電流推定値との偏差を比例積分(PI)制御し励磁電圧指令を計算するステップ(22)と、
前記トルク電圧指令、前記励磁電圧指令で前記同期電動機を駆動するステップ(23)と、
トルク電流推定値を(2)式で計算するステップ(24)と、
ここで、電機子巻線抵抗R、インダクタンスLq、サンプリング時間ts、トルク定数Kt、極対数P、イナーシャJ、オブザーバゲインk1、k2、k3、実速度と推定速度
で計算するステップ(25)とからなることを特徴とする同期電動機の電流センサレス制御方法。 Speed control means for inputting a speed command and a speed feedback signal and outputting a current command to the current control means, current control means for outputting a voltage command based on the current command, position detection means for detecting the position of the synchronous motor, The voltage output from the synchronous motor drive device to the synchronous motor, the voltage sensor for detecting the current, and the current sensor are not provided, and the phase current state of the synchronous motor is estimated by using only the position sensor. In a current sensorless control method of a synchronous motor for controlling an applied voltage,
A step (20) of inputting a torque current command and an excitation current command;
Calculating a deviation between the torque current command and the estimated torque current value, and a deviation between the excitation current command and the estimated excitation current value (21);
Step of calculating an excitation voltage command by proportional-integral (PI) control of the deviation between the torque current command and the estimated torque current value and proportional-integral (PI) control of a difference between the torque voltage command and the excitation current command and the estimated excitation current value (22)
Driving the synchronous motor with the torque voltage command and the excitation voltage command (23);
A step (24) of calculating an estimated torque current value by equation (2);
Here, armature winding resistance R, inductance Lq, sampling time ts, torque constant Kt, number of pole pairs P, inertia J, observer gains k1, k2, k3, actual speed and estimated speed
前記同期電動機に印加するトルク電圧とトルク電圧指令との誤差をトルク電圧指令に対する外乱とする外乱補償オブザーバで構成する電流推定手段を備え、前記電流推定手段は、電圧指令と位置センサからの位置信号、角速度信号とに基づいて電流推定値を求め、前記電流推定値を前記電流制御手段へ入力し前記電流推定値を用いて電圧指令を生成することを特徴とする同期電動機の電流センサレス制御装置。 Speed control means for inputting a speed command and a speed feedback signal and outputting a current command to the current control means, current control means for outputting a voltage command based on the current command, position detection means for detecting the position of the synchronous motor, The voltage output from the synchronous motor drive device to the synchronous motor, the voltage sensor for detecting the current, and the current sensor are not provided, and the phase current state of the synchronous motor is estimated by using only the position sensor. In the current sensorless control device of the synchronous motor that controls the applied voltage,
A current estimation unit configured by a disturbance compensation observer that makes an error between the torque voltage applied to the synchronous motor and the torque voltage command a disturbance with respect to the torque voltage command; and the current estimation unit includes a voltage signal and a position signal from the position sensor. A current sensorless control device for a synchronous motor, wherein an estimated current value is obtained based on an angular velocity signal, the estimated current value is input to the current control means, and a voltage command is generated using the estimated current value.
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