JP2005269761A - Magnetic pole position error correcting method and drive apparatus of permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石電動機の磁極位置誤差補正に関するものである。 The present invention relates to correction of a magnetic pole position error of a permanent magnet motor.
一般に、永久磁石同期電動機を駆動するためには、永久磁石が作る磁束の向きである磁極位置を把握する必要があり、そのためのエンコーダが取り付けられていて、磁極位置を検出している。しかしながら、加工あるいは組み立て時に発生する誤差のために前記エンコーダが指示する磁極位置と真の磁極位置には多少の差が生じる。この差を検出して、前記エンコーダの指示する磁極位置を補正して真の磁極位置を求める方法あるいは装置が各種提案されている。例えば、特許文献1には、永久磁石電動機を外部から駆動して、所定速度で回転させたときに生じる誘起電圧の位相とエンコーダで検出される磁極位置の位相を比較して、前記エンコーダが指示する磁極位置と真の磁極位置の求める方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法は、無負荷誘起電圧の位相を求めるものなので、電動機の運転中に磁極位置を求めることができないという問題があった。
そこで、本発明は永久磁石電動機の運転中の電圧、電流、回転角速度からエンコーダの指示する磁極位置と真の磁極位置の差を推定して、磁極位置誤差補正する方法を提供することを目的とするものである。
However, since the method disclosed in Patent Document 1 obtains the phase of the no-load induced voltage, there is a problem that the magnetic pole position cannot be obtained during operation of the electric motor.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for correcting a magnetic pole position error by estimating the difference between the magnetic pole position indicated by the encoder and the true magnetic pole position from the voltage, current, and rotational angular velocity during operation of the permanent magnet motor. To do.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は磁極位置検出用のエンコーダを備えた永久磁石電動機の磁極位置誤差を補正する永久磁石電動機の磁極位置誤差補正方法において、前記永久磁石電動機を任意の状態で運転し、正方向回転と逆方向回転にてd軸電流、q軸電流およびd軸電圧を測定するステップと、前記回転速度および前記電圧、電流測定値に基いて、前記永久磁石電動機の磁極位置誤差を推定するステップと、前記永久磁石電動機の磁極位置誤差で前記エンコーダで検出した磁極位置を補正した値を真磁極位置情報として電流制御器、トルク制御器に取り込むステップを備えるものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a method for correcting a magnetic pole position error of a permanent magnet motor that corrects a magnetic pole position error of a permanent magnet motor provided with an encoder for detecting a magnetic pole position. And measuring the d-axis current, the q-axis current, and the d-axis voltage by forward rotation and reverse rotation, and based on the rotation speed, the voltage, and the current measurement value, the permanent magnet motor And estimating the magnetic pole position error of the permanent magnet motor and taking the value obtained by correcting the magnetic pole position detected by the encoder with the magnetic pole position error of the permanent magnet motor into the current controller and torque controller as true magnetic pole position information. is there.
また、請求項2の発明は以下の式を磁極位置誤差角の推定に用いるものである。
sinε = {(VdR−VdF)−R( idR - idF ) + ωLq ( iqR - iqF)}/{ 2・ωr・KE }
ただし、εは真磁極位置に対する前記エンコーダにて検出される磁極位置の誤差角(rad)、ωrは前記運転状態における回転角速度(rad/sec)、VdF、VdRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電圧(V)、idF、idRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電流(A)、iqF、iqRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転における軸電流(A)、ωは電気角速度(rad/sec)、Rは電機子巻線抵抗(Ω)、Lqはq軸インダクタンス(H)、KEは誘起電圧係数(V/(rad/sec))とする。
The invention of claim 2 uses the following formula for estimating the magnetic pole position error angle.
sinε = {(V dR −V dF ) −R (i dR −i dF ) + ωL q (i qR −i qF )} / {2 · ω r · K E }
Where ε is the error angle (rad) of the magnetic pole position detected by the encoder with respect to the true magnetic pole position, ω r is the rotational angular velocity (rad / sec) in the operating state, and V dF and V dR are forward rotation and The d-axis voltage (V), i dF , i dR in the reverse direction rotation are the d-axis current (A) in the forward direction and the reverse direction, respectively, i qF , i qR are the shaft currents in the forward direction and the reverse direction, respectively. (A), ω is electrical angular velocity (rad / sec), R is armature winding resistance (Ω), L q is q-axis inductance (H), K E is induced voltage coefficient (V / (rad / sec)) And
また、請求項3の発明は請求項1または請求項2に記載の永久磁石電動機の磁極位置誤差補正方法を実行する装置を永久磁石電動機のドライブ装置を組み込むものである。 According to a third aspect of the present invention, a device for executing the magnetic pole position error correction method for a permanent magnet motor according to the first or second aspect is incorporated with a drive device for the permanent magnet motor.
本発明によると、永久磁石電動機の運転中に計測する回転角速度、電圧および電流に基づいて、永久磁石電動機の磁極位置誤差角を推定するとともに、前記誤差を補正して、トルク制御、電流制御の精度を向上する効果がある。 According to the present invention, the magnetic pole position error angle of the permanent magnet motor is estimated based on the rotational angular velocity, voltage, and current measured during operation of the permanent magnet motor, and the error is corrected, and torque control and current control are performed. There is an effect of improving accuracy.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below.
図1は、本発明の実施例を示す磁極位置誤差推定方法のフローチャートである。以下、このフローをステップを追って説明する。
(ステップST1)正方向回転および逆方向回転における回転角速度、d軸電圧、d軸電流およびq軸電流を測定する。その電圧、電流は3相電流実測値からのd軸、q軸換算値あるいは指令値でも良い。
(ステップST2)モータパラメータである電機子巻線抵抗、q軸インダクタンス、誘起電圧係数を読込む。
(ステップST3)前述の回転角速度、d軸電圧、d軸電流、q軸電流、電機子巻線抵抗、q軸インダクタンスおよび誘起電圧係数を下記の式に代入して、磁極位置誤差を推定する。
FIG. 1 is a flowchart of a magnetic pole position error estimation method showing an embodiment of the present invention. Hereinafter, this flow will be described step by step.
(Step ST1) The rotational angular velocity, d-axis voltage, d-axis current, and q-axis current in forward rotation and reverse rotation are measured. The voltage and current may be d-axis, q-axis converted values or command values from three-phase current measured values.
(Step ST2) The armature winding resistance, q-axis inductance, and induced voltage coefficient which are motor parameters are read.
(Step ST3) The magnetic pole position error is estimated by substituting the aforementioned rotational angular velocity, d-axis voltage, d-axis current, q-axis current, armature winding resistance, q-axis inductance, and induced voltage coefficient into the following formula.
sinε = {(VdR−VdF)−R( idR - idF) + ωLq ( iqR - iqF )}/{ 2・ωr・KE} (式1) sin ε = {(V dR −V dF ) −R (i dR −i dF ) + ωL q (i qR −i qF )} / {2 · ω r · K E } (Formula 1)
ただし、εは真磁極位置に対する前記エンコーダにて検出される磁極位置の誤差角(rad)、ωrは前記運転状態における回転角速度(rad/sec)、VdF、VdRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電圧(V)、idF、idRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電流(A)、iqF、iqRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるq軸電流(A)、ωは電気角速度(rad/sec)、Rは電機子巻線抵抗(Ω)、Lqはq軸インダクタンス(H)、KEは誘起電圧係数(V/(rad/sec))
である。
Where ε is the error angle (rad) of the magnetic pole position detected by the encoder with respect to the true magnetic pole position, ω r is the rotational angular velocity (rad / sec) in the operating state, and V dF and V dR are forward rotation and The d-axis voltage (V), i dF , i dR in the reverse rotation is the d-axis current (A) in the forward rotation and the reverse rotation, respectively, and i qF , i qR are the q-axis in the forward rotation and the reverse rotation, respectively. Current (A), ω is electrical angular velocity (rad / sec), R is armature winding resistance (Ω), L q is q-axis inductance (H), K E is induced voltage coefficient (V / (rad / sec) )
It is.
なお、(式1)は次のようにして導かれる。
定常状態における磁極位置誤差εがある場合のdq軸電圧方程式は下記のように示される。
(Equation 1) is derived as follows.
The dq axis voltage equation when there is a magnetic pole position error ε in the steady state is shown as follows.
Vd=R・ id−ω・Lq・iq−ωr・KE・sinε (式2)
Vq=ω・Ld・id+R・iq+ωr・KE・cosε (式3)
V d = R ・ i d −ω ・ L q・ i q −ω r・ K E・ sinε (Formula 2)
V q = ω · L d · i d + R · i q + ω r · K E · cosε ( Equation 3)
正方向回転および逆方向回転におけるd軸電流idF、idRを(式2)に代入して、差をとると次式が得られる。 Substituting the d-axis currents i dF and i dR in forward rotation and reverse rotation into (Equation 2) and taking the difference, the following equation is obtained.
VdR−VdF=R(idR−idF)−ωLq(iqR−IqF)+2ωrKE sinε (式4) V dR -V dF = R (i dR -i dF) -ωL q (i qR -I qF) + 2ω r K E sinε ( Equation 4)
(式4)をsinεについて整理すると(式1)が得られる。 When (Equation 4) is rearranged for sin ε, (Equation 1) is obtained.
(ステップST4)機械的に予測される取付誤差により場合分けする。つまり、磁極位置誤差εがπ/18未満の場合は、ステップST5に進み、それ以外の場合はステップST6に進む。
(ステップST5)磁極位置誤差εがπ/18未満の場合はsinε≒εが成立するから、sinεを磁極位置誤差とする。
(ステップST6)磁極位置誤差εがπ/18を超える場合は、推定テーブル(三角関数テーブル)を参照して、sinεの値に対応するεの値を求め、その値を磁極位置誤差とする。
(ステップST7)磁極位置誤差補正角をデータ格納する。
(Step ST4) Cases are classified according to mechanically predicted mounting errors. That is, when the magnetic pole position error ε is less than π / 18, the process proceeds to step ST5, and otherwise, the process proceeds to step ST6.
(Step ST5) When the magnetic pole position error ε is less than π / 18, sin ε≈ε holds, so sin ε is set as the magnetic pole position error.
(Step ST6) When the magnetic pole position error ε exceeds π / 18, the value of ε corresponding to the value of sin ε is obtained with reference to the estimation table (trigonometric function table), and the value is set as the magnetic pole position error.
(Step ST7) The magnetic pole position error correction angle is stored as data.
図2は、本発明の実施例を示す磁極位置補正方法のフローチャートである。このフローは通常運転時にトルク制御、電流制御において磁極位置の補正をする手順である。以下、このフローをステップを追って説明する。
(ステップST8)磁極位置補正値を取込む。
(ステップST9)検出器からの磁極位置検出値を取込む。
(ステップST10)真磁極位置を検出器からの情報と補正値により求める。
(ステップST11)トルク制御器、電流制御器へ真磁極位置情報を出力する。
FIG. 2 is a flowchart of a magnetic pole position correction method showing an embodiment of the present invention. This flow is a procedure for correcting the magnetic pole position in torque control and current control during normal operation. Hereinafter, this flow will be described step by step.
(Step ST8) The magnetic pole position correction value is taken in.
(Step ST9) The magnetic pole position detection value from the detector is taken in.
(Step ST10) The true magnetic pole position is obtained from the information from the detector and the correction value.
(Step ST11) True magnetic pole position information is output to the torque controller and current controller.
図3は、本発明の磁極位置誤差補正方法を実行する装置を組み込んだ永久磁石電動機のドライブ装置の制御ブロック図である。図において、ブロック1は磁極位置誤差推定演算ブロックであり、図1のフローチャートで示した手順で、磁極位置誤差角を推定演算し、磁極位置誤差角を補正値として格納する制御ブロックである。このモードは磁極位置誤差推定演算モードとして実施する。ブロック2は、磁極位置補正ブロックであり、前記ブロック1で演算した補正値を通常運転時に逐次演算されているトルク制御器、電流制御器への補正値として加算する制御ブロックである。 FIG. 3 is a control block diagram of a drive device for a permanent magnet motor incorporating a device for executing the magnetic pole position error correction method of the present invention. In the figure, block 1 is a magnetic pole position error estimation calculation block, and is a control block that estimates and calculates a magnetic pole position error angle and stores the magnetic pole position error angle as a correction value in the procedure shown in the flowchart of FIG. This mode is implemented as a magnetic pole position error estimation calculation mode. Block 2 is a magnetic pole position correction block, and is a control block that adds the correction values calculated in block 1 as correction values to the torque controller and current controller that are sequentially calculated during normal operation.
本発明は、永久磁石電動機の磁極位置誤差を補正する方法および装置として有用である。 The present invention is useful as a method and apparatus for correcting a magnetic pole position error of a permanent magnet motor.
Claims (3)
sinε = {(VdR−VdF)−R( idR - idF ) + ωLq ( iqR - iqF)}/{ 2・ωr・KE }
ただし、εは真磁極位置に対する前記エンコーダにて検出される磁極位置の誤差角(rad)、ωrは前記運転状態における回転角速度(rad/sec)、VdF、VdRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電圧(V)、idF、idRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転におけるd軸電流(A)、iqF、iqRはそれぞれ正方向回転および逆方向回転における軸電流(A)、ωは電気角速度(rad/sec)、Rは電機子巻線抵抗(Ω)、Lqはq軸インダクタンス(H)、KEは誘起電圧係数(V/(rad/sec))とする。 The magnetic pole position error correction method for a permanent magnet motor according to claim 1, wherein the following formula is used for estimation of the magnetic pole position error angle.
sinε = {(V dR −V dF ) −R (i dR −i dF ) + ωL q (i qR −i qF )} / {2 · ω r · K E }
Where ε is the error angle (rad) of the magnetic pole position detected by the encoder with respect to the true magnetic pole position, ω r is the rotational angular velocity (rad / sec) in the operating state, and V dF and V dR are forward rotation and The d-axis voltage (V), i dF , i dR in the reverse direction rotation are the d-axis current (A) in the forward direction and the reverse direction, respectively, i qF , i qR are the shaft currents in the forward direction and the reverse direction, respectively. (A), ω is electrical angular velocity (rad / sec), R is armature winding resistance (Ω), L q is q-axis inductance (H), K E is induced voltage coefficient (V / (rad / sec)) And
A drive device for a permanent magnet motor incorporating a device for executing the magnetic pole position error correction method for a permanent magnet motor according to claim 1.
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