JP2006149032A - Operating method of motor model, motor simulation method, motor simulator and motor model operating program - Google Patents

Operating method of motor model, motor simulation method, motor simulator and motor model operating program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operating method of a motor model in which high speed real time simulation can be carried out while saving the computer resources, and to provide a motor simulation method and a motor simulator. <P>SOLUTION: A motor model is configured by using the motor model of an AC motor substantially including the inverse matrix of an inductance matrix L(θ) which is a predetermined function of the rotation angle θ as a variable. When this motor model is operated, a value obtained by operating a matrix λ(θ) equal to the inverse matrix of the inductance matrix L(θ) is employed as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L(θ). Consequently, operation process can be simplified sharply and, as a result, a motor model can be operated with high precision even in a limited operation time in case of high speed real time simulation. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、たとえば交流モータを用いた制御システムのシミュレーションに有効なモータモデルの演算方法、モータシミュレーション方法、モータシミュレーション装置及びモータモデル演算プログラムの改良に関する。   The present invention relates to an improvement of a motor model calculation method, a motor simulation method, a motor simulation apparatus, and a motor model calculation program, which are effective for simulation of a control system using an AC motor, for example.

交流モータを用いたモータ装置の制御アルゴリズムの開発、デバッグ、適合、検証などの諸作業に際して、仮想のモータとしてのモータモデルやそれを駆動する仮想のインバータとしてのインバータモデルを用いてモータやインバータの挙動をリアルタイムにシミュレーションすることが行われている。このリアルタイムシミュレーションに用いるモータモデルやインバータモデルはたとえば下記の特許文献1に記載されるような方程式を用いて定義される。方程式には、たとえば電圧と電流との関係を、静止座標系を用いて定義する方式と回転座標系(いわゆるdq軸)を用いて定義する方式とがある。
特開2004−236392号公報
In various tasks such as development, debugging, adaptation, and verification of control algorithms for motor devices using AC motors, motors and inverters are used by using a motor model as a virtual motor and an inverter model as a virtual inverter that drives the motor model. The behavior is simulated in real time. The motor model and the inverter model used for this real-time simulation are defined using equations as described in Patent Document 1 below, for example. The equations include, for example, a method for defining the relationship between voltage and current using a stationary coordinate system and a method for defining using a rotating coordinate system (so-called dq axis).
JP 2004-236392 A

しかしながら、静止座標系を用いた方程式により交流モータやインバータのシミュレーションを行う場合、演算が非常に複雑面倒となるため短いステップ期間で高精度のリアルタイムシミュレーションを行うのが困難であった。   However, when simulating an AC motor or an inverter using an equation using a stationary coordinate system, the calculation becomes very complicated and difficult to perform a high-precision real-time simulation in a short step period.

このため、従来では、静止座標系の演算に比べて演算処理が相対的に簡単な回転座標系を用いた方程式により交流モータやインバータのシミュレーションを行うのが通常であるが、回転座標系を用いると座標軸変換処理が必要となるため、演算精度が低下すると言う問題があった。また、回転座標系を用いた方程式の演算処理でも座標軸変換処理の必要性のため、限られた計算資源でモータシミュレーションを高速に実行することは容易ではなかった。   For this reason, conventionally, simulation of an AC motor or an inverter is usually performed using an equation that uses a rotating coordinate system that is relatively easy to calculate compared to a stationary coordinate system, but the rotating coordinate system is used. Since the coordinate axis conversion process is necessary, there is a problem that the calculation accuracy is lowered. Moreover, even in the arithmetic processing of equations using a rotating coordinate system, it is not easy to execute motor simulation at high speed with limited calculation resources because of the necessity of coordinate axis conversion processing.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、計算機資源を節約しつつ高速かつ高精度のリアルタイムシミュレーションが可能なモータモデルの演算方法、モータシミュレーション方法、モータシミュレーション装置及びモータモデル演算プログラムを提供することをその目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a motor model calculation method, a motor simulation method, a motor simulation apparatus, and a motor model calculation program capable of high-speed and high-precision real-time simulation while saving computer resources. Its purpose is to do.

なお、本発明のモータモデルの演算方法やシミュレーション方法は実質的には計算資源の演算処理技術すなわちコンピュータプログラムの形態で表現され、このプログラムを通常の計算資源にロードするのみで本発明の方法は実現される。したがって、本発明方法を実行するプログラムは本発明方法そのものをきわめて容易に実行可能な状態にて含むため、このようなプログラムの流通は本発明方法の実施又はそれを助長する行為に該当するものとして、本発明の方法に含まれることに留意されたい。   Note that the motor model calculation method and simulation method of the present invention are substantially expressed in the form of calculation resource calculation processing technology, that is, in the form of a computer program. Realized. Accordingly, since the program for executing the method of the present invention includes the method of the present invention in a state where it can be executed very easily, the distribution of such a program corresponds to the implementation of the method of the present invention or the act of promoting the method. Note that it is included in the method of the present invention.

第1発明のモータモデルの演算方法は、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを用いるモータモデルの演算方法であって、回転角θを変数とする所定の関数であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列を、回転角θを変数とする関数である行列λ(θ)に変換したモータモデルを構築し、この行列λ(θ)を演算してインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を演算し、この逆行列の値を前記モータモデルをなす方程式に代入して所望の変数の値を得ることを特徴としている。   The calculation method of the motor model of the first invention is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator on which each phase armature winding is wound. The equation is a motor model calculation method using a motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and is an inductance that is a predetermined function with the rotation angle θ as a variable. A motor model is constructed by converting an inverse matrix of the matrix L (θ) into a matrix λ (θ) that is a function having the rotation angle θ as a variable, and the matrix λ (θ) is calculated to calculate an inductance matrix L (θ). The value of the inverse matrix is calculated, and the value of this inverse matrix is substituted into the equation forming the motor model to obtain the value of the desired variable.

すなわち、この発明のモータモデルの演算方法は、モータモデルをなす方程式の電機子インダクタンスに関する部分を、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を用いて定義するためモータモデルを簡素に表現できるとともに、この逆行列を行列λ(θ)の形式に変換してから演算するため、演算処理を大幅に簡素化することができ、その結果として高速のリアルタイムシミュレーションのように限られた演算時間でもモータモデルを高精度に演算することができる。   That is, the motor model calculation method according to the present invention can simply represent the motor model because the part relating to the armature inductance of the equation forming the motor model is defined using the inverse matrix of the inductance matrix L (θ). Since the inverse matrix is converted to the matrix λ (θ) and then the calculation is performed, the calculation process can be greatly simplified. As a result, the motor model can be used even in a limited calculation time as in high-speed real-time simulation It is possible to calculate with high accuracy.

好適態様1において、前記インダクタンス行列L(θ)は、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列である。このようにすれば、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列、並びに、この逆行列に等しい行列λ(θ)を簡素に構成することができるので、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の高速演算が可能となる。   In the preferred embodiment 1, the inductance matrix L (θ) is a phase armature winding that indicates a relationship between a current magnetic flux ψs that is an armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. Matrix of line inductance. In this way, the inductance matrix L (θ) and its inverse matrix, and the matrix λ (θ) equal to this inverse matrix can be simply configured, so that the high speed of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) can be achieved. Calculation is possible.

好適態様2において、各相の電機子抵抗をRs、各相電機子電流をi、各相電機子電圧をUとする時、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列を用いて定義される前記モータモデルとして、下記の数13で示される方程式を用いるので、高速で高精度のモータモデルの演算が可能となる。   In the preferred embodiment 2, when the armature resistance of each phase is Rs, each phase armature current is i, and each phase armature voltage is U, the inductance matrix L (θ) and its inverse matrix are used. Since the equation shown in the following Equation 13 is used as the motor model, a high-speed and high-precision motor model can be calculated.

Figure 2006149032
好適態様3において、前記方程式(すなわちモータモデル)として、少なくとも電流磁束ψs、電機子抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)の逆行列、各相電機子電圧U及び界磁束ψrの間の数量関係を示す第1の方程式と、少なくとも各相電機子電流i、電流磁束ψs及びインダクタンス行列L(θ)の逆行列の間の数量関係を示す第2の方程式とを用いるので、モータモデルをインダクタンス行列L(θ)を用いずに定義することができる。その結果として、インダクタンス行列L(θ)に関する演算を省略することができるので、一層の高速高精度の演算が可能となる。
Figure 2006149032
In the preferred embodiment 3, as the equation (that is, the motor model), at least the current magnetic flux ψs, the armature resistance Rs, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), the phase armature voltage U, and the field flux ψr Since the first equation shown and the second equation showing the quantitative relationship among at least each phase armature current i, current magnetic flux ψs and the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) are used, the motor model is represented by the inductance matrix L It can be defined without using (θ). As a result, since the calculation related to the inductance matrix L (θ) can be omitted, it is possible to perform calculation with higher speed and higher accuracy.

好適態様4において、前記モータモデルとして下記の数15、数16で示される方程式を用いるので、インダクタンス行列L(θ)又はそれを変数とする関数を演算する必要が無く、モータモデルの高速高精度の演算が可能となる。   In the preferred embodiment 4, since the equations shown in the following equations 15 and 16 are used as the motor model, there is no need to calculate the inductance matrix L (θ) or a function using the equation as a variable, and the motor model can be operated at high speed and high accuracy. Can be calculated.

Figure 2006149032
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好適態様5において、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記逆行列λ(θ)を演算する。すなわち、この態様では、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlの関数として行列λ(θ)の各項を定義するので、インダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい行列λ(θ)の各項の演算処理が容易となる。このため、行列λ(θ)の演算を高速高精度に行うことができる。
Figure 2006149032
In the preferred embodiment 5, the inverse matrix λ (θ) is calculated based on the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll. That is, in this aspect, since each term of the matrix λ (θ) is defined as a function of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll, the inverse of the inductance matrix L (θ) is defined. Arithmetic processing of each term of the matrix λ (θ) equal to the matrix becomes easy. Therefore, the calculation of the matrix λ (θ) can be performed at high speed and high accuracy.

好適態様6において、d軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、   In the preferred embodiment 6, the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following formulas 37 and 38 to calculate the reciprocal inductance functions λas and λa,

Figure 2006149032
Figure 2006149032

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演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算する。このようにすれば、行列λ(θ)の各項を更に簡単に定義することができるので、行列λ(θ)の各項を一層高速高精度に演算することができる。
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, λ32 and λ33 are calculated. In this way, each term of the matrix λ (θ) can be more easily defined, so that each term of the matrix λ (θ) can be calculated with higher speed and accuracy.

Figure 2006149032
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第2発明のモータモデルの演算方法は、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを用い、所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算するモータモデルの演算方法であって、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと、回転角θを変数とする所定の関数と、各相電機子電圧Uとの間の数量関係を示す第1の方程式と、電流磁束ψsと前記所定の関数と各相電機子電流iとの間の数量関係を示す第2の方程式とにより前記モータモデルを構成することを特徴としている。
Figure 2006149032
The calculation method of the motor model of the second invention is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator on which each phase armature winding is wound. The equation uses a motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and substitutes numerical values into the predetermined variables to calculate the values of the other variables. Between the current flux ψs, which is the armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i, a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, and each phase armature voltage U. The motor model is configured by a first equation showing a quantity relationship and a second equation showing a quantity relationship between the current magnetic flux ψs, the predetermined function, and each phase armature current i. .

すなわち、この発明によれば、電流磁束ψsと各相電機子電圧Uとの間の数量関係を示す第1の方程式と、電流磁束ψsと各相電機子電流iとの間の数量関係を示す第2の方程式を用いてモータモデルを構築する。このようにすれば、これら両方程式がインダクタンス行列L(θ)を用いることなく定義できるために、インダクタンス行列L(θ)又はその関数の演算を省略することができ、その結果としてモータモデルを高速高精度に演算することができる。   That is, according to the present invention, the first equation showing the quantity relationship between the current magnetic flux ψs and each phase armature voltage U and the quantity relationship between the current magnetic flux ψs and each phase armature current i are shown. A motor model is constructed using the second equation. In this way, since these equations can be defined without using the inductance matrix L (θ), the calculation of the inductance matrix L (θ) or a function thereof can be omitted, and as a result, the motor model can be made faster. It is possible to calculate with high accuracy.

好適態様1において、前記第1の方程式に前記所定の関数及び各相電機子電圧Uの値を代入することにより電流磁束ψsを演算し、前記第2の方程式に電流磁束ψsと前記所定の関数の値を代入することにより各相電機子電流iを演算するので、各相電機子電流iを高速高精度に演算することができる。   In a preferred aspect 1, the current flux ψs is calculated by substituting the predetermined function and the value of each phase armature voltage U into the first equation, and the current flux ψs and the predetermined function are substituted into the second equation. Since each phase armature current i is calculated by substituting the value of, each phase armature current i can be calculated with high speed and high accuracy.

好適態様2において、前記所定の関数は、回転角θを変数とする所定の行列関数であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列として定義されるので、インダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい行列λ(θ)を演算することによりモータモデルの演算が可能となり、高速高精度の演算が可能となる。   In the preferred embodiment 2, the predetermined function is defined as an inverse matrix of the inductance matrix L (θ), which is a predetermined matrix function having the rotation angle θ as a variable, and is therefore equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ). By calculating the matrix λ (θ), the motor model can be calculated, and high-speed and high-precision calculation can be performed.

好適態様3において、前記インダクタンス行列L(θ)は、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列であり、インダクタンス行列L(θ)の逆行列は行列λ(θ)に等しいと定義され、前記行列λ(θ)の各項は、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlの関数値であるので、行列λ(θ)の各項を簡単な関数により定義でき、その結果としてインダクタンス行列L(θ)の逆行列を高速高精度の演算によりモータモデルの高速高精度の演算が可能となる。   In the preferred embodiment 3, the inductance matrix L (θ) is a phase armature winding that indicates a relationship between a current magnetic flux ψs that is an armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. It is a matrix of line inductance, and the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is defined to be equal to the matrix λ (θ), and each term of the matrix λ (θ) is the d-axis inductance Ld of the AC motor, AC Since it is a function value of the q-axis inductance Lq and leakage inductance Ll of the motor, each term of the matrix λ (θ) can be defined by a simple function, and as a result, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) can be expressed with high speed and high accuracy. The calculation enables high-speed and high-precision calculation of the motor model.

なお、上記各項記載のモータモデルの演算方法は、コンピュータにより実行するプログラムの形態をもつことができる。このプログラムが定義するモータモデルの演算方法は上記説明したように高速高精度の演算が可能な特徴をもつ。   The motor model calculation method described in each of the above items can have a form of a program executed by a computer. The calculation method of the motor model defined by this program has a feature that enables high-speed and high-precision calculation as described above.

第3発明は、上記モータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションするモータシミュレーション方法を特徴とする。このモータシミュレーション方法によれば、モータモデルの状態演算を上記説明したように高速高精度に実行できるため、高速高精度のモータシミュレーションが可能となる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a motor that simulates in real time the state of a virtual motor defined by the motor model by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method. Features a simulation method. According to this motor simulation method, the state calculation of the motor model can be executed with high speed and high accuracy as described above, so that high speed and high accuracy motor simulation is possible.

好適な態様1において、前記方程式の定数からなるとともに前記モータモデルにより規定される仮想モータの特性値を、外部指令や、演算した前記モータモデルの変数値である前記モータモデルの状態や、他のプログラムにて演算された所定のモータ状態のうちの少なくとも一つに応じて、変更する。特にこの変更は、本発明のモータモデルの演算中に行われる。他のプログラムにて演算された所定のモータ状態は、たとえば仮想モータの運転中すなわちモータモデルの演算中に変化する電機子温度とされ、上記仮想モータの特性値は電機子抵抗とされる。このようにすれば、仮想モータの運転中における電機子温度変化による電機子抵抗変化を、演算中のモータモデルに与えることができるので、より正確なモータモデルの演算が可能となる。また、たとえば上記電機子温度による電機子抵抗変化などを外部装置で求めてモータモデルに代入することにより、仮想モータ運転中の温度による電機子抵抗変化を、演算中のモータモデルに反映することができる。   In a preferred aspect 1, the characteristic value of the virtual motor, which is composed of the constants of the equation and defined by the motor model, is set to an external command, the state of the motor model which is a variable value of the calculated motor model, It changes according to at least one of the predetermined motor states calculated by the program. In particular, this change is made during the calculation of the motor model of the present invention. The predetermined motor state calculated by another program is, for example, an armature temperature that changes during operation of the virtual motor, that is, during calculation of the motor model, and the characteristic value of the virtual motor is an armature resistance. In this way, a change in armature resistance due to a change in armature temperature during operation of the virtual motor can be given to the motor model being calculated, so that a more accurate calculation of the motor model becomes possible. In addition, for example, by calculating the armature resistance change due to the above armature temperature with an external device and substituting it into the motor model, the armature resistance change due to the temperature during virtual motor operation can be reflected in the motor model being calculated. it can.

第4発明は、上記したモータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションする演算装置を有することを特徴とするモータシミュレーション装置を特徴とする。このモータシミュレーション装置によれば、モータモデルの状態演算を上記説明したように高速高精度に実行できるため、高速高精度のモータシミュレーションが可能となる。   According to a fourth aspect of the present invention, the state of the virtual motor defined by the motor model is simulated in real time by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method described above. A motor simulation apparatus characterized by having an arithmetic unit is characterized. According to this motor simulation apparatus, since the state calculation of the motor model can be executed at high speed and high accuracy as described above, high speed and high accuracy motor simulation is possible.

好適な態様1において、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含む静止座標系モータモデルを用い、この静止座標系モータモデルの所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算する静止座標系演算部と、
前記静止座標系演算部による演算された静止座標系状態上の前記変数の値からなる前記交流モータの状態を、dq回転座標系上の値に変換する座標系変換演算を行うdq回転座標系演算部とを備え、前記静止座標系演算部は、
外部からのモータ制御指令に基づいて前記静止座標系モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行して前記静止座標系モータモデルに相当する仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションし、前記dq回転座標系演算部は、外部から入力した回転座標系表示指令により、現在の前記モータ前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換して表示データとして外部に出力することを特徴としている。このようにすれば、外部にてのモータ状態をdq回転座標系上に確認しながら、モータシミュレーションは静止座標系モータモデルにより高速高精度に実行できる。
In a preferred aspect 1, it is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating a state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound, and the equation is Using a stationary coordinate system motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and substituting numerical values for the predetermined variables of the stationary coordinate system motor model, values of other variables A stationary coordinate system computing unit for computing
Dq rotation coordinate system calculation for performing coordinate system conversion calculation for converting the state of the AC motor consisting of the value of the variable on the stationary coordinate system state calculated by the stationary coordinate system calculation unit into a value on the dq rotation coordinate system A stationary coordinate system calculation unit,
Based on an external motor control command, a calculation step for calculating the state of the stationary coordinate system motor model is periodically executed to simulate the state of the virtual motor corresponding to the stationary coordinate system motor model in real time, and the dq The rotating coordinate system calculation unit converts the current state of the motor and the AC motor into a value on a dq rotating coordinate system and outputs it as display data to the outside in response to a rotating coordinate system display command input from the outside. Yes. In this way, the motor simulation can be executed at high speed and with high accuracy by the stationary coordinate system motor model while confirming the external motor state on the dq rotation coordinate system.

第5発明のモータモデル演算プログラムは、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを演算するモータモデル演算プログラムであって、回転角θを変数とする関数により構成されるとともに、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップとを有するをことを特徴としている。このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。   The motor model calculation program of the fifth invention is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator on which each phase armature winding is wound. The equation is a motor model calculation program for calculating a motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and is configured by a function having a rotation angle θ as a variable. A matrix λ (θ) that is a function equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) indicating the relationship between the current magnetic flux ψs that is the armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i And substituting the value of the matrix λ (θ) as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) included in the equation to obtain the value of a desired variable of the equation. It is characterized by a door. By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.

好適な態様1において、前記行列λ(θ)を演算するステップは、前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、   In a preferred aspect 1, the step of calculating the matrix λ (θ) includes the following reciprocal number λd, the reciprocal number λq of the d-axis inductance Ld, the reciprocal number λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal number λl of the leakage inductance Ll: Substituting into Equation 38, the reciprocal inductance functions λas and λa are calculated,

Figure 2006149032
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演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算するステップであることを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, A motor model calculation program characterized by being a step of calculating λ32 and λ33.

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このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。
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By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.

第6発明のモータモデル演算プログラムは、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを演算するモータモデル演算プログラムであって、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと、回転角θを変数とする所定の関数と、各相電機子電圧Uとの間の数量関係を示す第1の方程式に前記所定の関数及び各相電機子電圧Uの値を代入することにより電流磁束ψsを演算するステップと、電流磁束ψsと前記所定の関数と各相電機子電流iとの間の数量関係を示す第2の方程式に電流磁束ψsと前記所定の関数の値を代入することにより各相電機子電流iを演算するステップとを有することを特徴としている。このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。   The motor model calculation program of the sixth invention is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator on which each phase armature winding is wound. The equation is a motor model calculation program for calculating a motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and the armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i. The first equation showing the quantitative relationship between the current magnetic flux ψs, the predetermined function having the rotation angle θ as a variable, and each phase armature voltage U is expressed as follows. Substituting the value into a second equation indicating the quantity relationship between the current flux ψs, the current flux ψs, the predetermined function, and each phase armature current i is calculated. To assign the value of the function Ri is characterized by having a step of computing a phase armature current i. By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.

好適な態様1において、前記電流磁束ψsを演算するステップは、電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップとを有する。このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。   In a preferred aspect 1, the step of calculating the current magnetic flux ψs is a matrix λ (θ) that is a function equal to an inverse matrix of the inductance matrix L (θ) indicating the relationship between the current magnetic flux ψs and each phase armature current i. And substituting the value of the matrix λ (θ) as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) included in the equation to obtain the value of a desired variable of the equation. By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.

好適な態様2において、前記行列λ(θ)を演算するステップは、前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、   In a preferred aspect 2, the step of calculating the matrix λ (θ) includes the following reciprocal number λd, the reciprocal number λq of the d-axis inductance Ld, the reciprocal number λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal number λl of the leakage inductance Ll: Substituting into Equation 38, the reciprocal inductance functions λas and λa are calculated,

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算するステップであることを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, A motor model calculation program characterized by being a step of calculating λ32 and λ33.

Figure 2006149032
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このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。
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By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.

本発明のモータモデルの演算方法の好適な実施態様を以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を公知技術又はそれと同等の技術を組み合わせて実現してもよいことは当然である。以下の説明では、3相PM(磁石界磁)型交流モータを例として用いる。ただし、磁石により界磁束を発生することは、界磁コイルに界磁電流を流して界磁束を発生することと本質的に同等であるため、界磁コイル型交流モータにも応用できることは当然である。更に、回転子が発生する界磁束を実質的に固定子側から回転子側への交流電流供給によりなす誘導モータやリラクタンス(ヒステリシス)モータなどにおいても、下記の実施例と同様に界磁束を規定することにより下記のモータモデルを採用することができる。   A preferred embodiment of the motor model calculation method of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and it is natural that the technical idea of the present invention may be realized by combining known techniques or equivalent techniques. In the following description, a three-phase PM (magnet field) AC motor is used as an example. However, generating a field flux by a magnet is essentially equivalent to generating a field flux by passing a field current through a field coil, so it can be applied to a field coil type AC motor. is there. Furthermore, in the induction motor and the reluctance (hysteresis) motor that generate the field flux generated by the rotor by supplying the alternating current from the stator side to the rotor side, the field flux is defined in the same manner as in the following embodiments. By doing so, the following motor model can be adopted.

(第1モータモデル)
第1のモータモデル(電流と電圧との関係を示す方程式)を以下に説明する。3相交流モータモデルの各相の出力交流電圧Uと、各相電機子電流iと、各相電機子巻線と鎖交する磁束ψとの関係は、数1〜数4により定義される。
(First motor model)
The first motor model (equation indicating the relationship between current and voltage) will be described below. The relationship among the output AC voltage U of each phase of the three-phase AC motor model, each phase armature current i, and the magnetic flux ψ interlinking with each phase armature winding is defined by Equations 1 to 4.

Figure 2006149032
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ψは3相電機子巻線鎖交磁束、Rsは電機子巻線抵抗、Eは3×3の単位行列であり数5により示される。
Figure 2006149032
ψ is a three-phase armature winding interlinkage magnetic flux, Rs is an armature winding resistance, E is a 3 × 3 unit matrix, and is represented by Equation 5.

Figure 2006149032
UuはU相電機子電圧、UvはV相電機子電圧、UwはW相電機子電圧、IuはU相電機子電流、IvはV相電機子電流、IwはW相電機子電流、ψuはψのU相成分、ψvはψのV相成分、ψwはψのW相成分である。
Figure 2006149032
Uu is a U-phase armature voltage, Uv is a V-phase armature voltage, Uw is a W-phase armature voltage, Iu is a U-phase armature current, Iv is a V-phase armature current, Iw is a W-phase armature current, and ψu is A U-phase component of ψ, ψv is a V-phase component of ψ, and ψw is a W-phase component of ψ.

3相PM型同期モータモデルの場合、3相電機子巻線鎖交磁束ψは、3相電機子巻線電流iにより形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψsと、永久磁石により形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψrとを和であるため、数1を数6〜数7に変換することができる。以下、説明を簡単とするために、3相電機子巻線鎖交磁束ψsを電流磁束と呼び、3相電機子巻線鎖交磁束ψrを界磁束と呼ぶ場合もあるものとする。したがって、数5は数6〜数7の形式に変換することができる。   In the case of the three-phase PM type synchronous motor model, the three-phase armature winding linkage magnetic flux ψ is formed by the three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs formed by the three-phase armature winding current i and a permanent magnet. Since the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψr is the sum, Equation 1 can be converted into Equation 6 to Equation 7. Hereinafter, for the sake of simplicity, the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψs is sometimes referred to as a current magnetic flux, and the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψr is sometimes referred to as a field magnetic flux. Therefore, Equation 5 can be converted into Equation 6 to Equation 7.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
ただし、ψsuはψsのU相成分、ψsvはψsのV相成分、ψswはψsのW相成分、ψruはψrのU相成分、ψrvはψrのV相成分、ψrwはψrのW相成分である。ψru、ψrv、ψrwは次の数8〜数10により定義される。
Figure 2006149032
Where ψsu is the U phase component of ψs, ψsv is the V phase component of ψs, ψsw is the W phase component of ψs, ψru is the U phase component of ψr, ψrv is the V phase component of ψr, and ψrw is the W phase component of ψr. is there. ψru, ψrv, ψrw are defined by the following equations 8 to 10.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
ψmは永久磁石による電機子巻線鎖交磁束の最大値、θは回転子回転角である。3相電機子巻線電流iにより形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψsは数11により定義される。
Figure 2006149032
ψm is the maximum value of the armature winding interlinkage magnetic flux by the permanent magnet, and θ is the rotor rotation angle. The three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs formed by the three-phase armature winding current i is defined by Equation 11.

Figure 2006149032
L(θ)は、電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す行列関数、すなわち3相電機子巻線のインダクタンス行列である。インダクタンス行列L(θ)は、円筒形PMモータのインダクタンス行列は定数行列となるが、突極型又は逆突極型PMモータの場合、数12により定義される回転子回転角θの関数となる。以下の実施例では、演算処理が複雑な突極型又は逆突極型PMモータの場合を説明する。
Figure 2006149032
L (θ) is a matrix function indicating the relationship between the current magnetic flux ψs and each phase armature current i, that is, the inductance matrix of the three-phase armature winding. The inductance matrix L (θ) is a constant matrix for the cylindrical PM motor. In the case of a salient pole type or reverse salient pole type PM motor, the inductance matrix L (θ) is a function of the rotor rotation angle θ defined by Equation 12. . In the following embodiment, a case of a salient pole type or reverse salient pole type PM motor having a complicated calculation process will be described.

Figure 2006149032
ただし、Ll は各相の電機子巻線のリーケージインダクタンス成分、Laは各相の電機子巻線の直流インダクタンス成分、Lasは各相の電機子巻線の交流インダクタンス成分である。次に、数11を数6に代入することにより、数6を下記の数13に変換することができる。
Figure 2006149032
Here, Ll is a leakage inductance component of the armature winding of each phase, La is a DC inductance component of the armature winding of each phase, and Las is an AC inductance component of the armature winding of each phase. Next, by substituting Equation 11 into Equation 6, Equation 6 can be converted into Equation 13 below.

Figure 2006149032
したがって、数13は、インダクタンス行列L(θ)を用いたPMモータのモータモデルに相当する方程式となる。この数13で示されるモータモデルを用いると、3相電機子電流iをdq変換することなく直接導出することが可能となる。
Figure 2006149032
Therefore, Equation 13 is an equation corresponding to a motor model of the PM motor using the inductance matrix L (θ). By using the motor model shown by this equation 13, the three-phase armature current i can be directly derived without performing dq conversion.

すなわち、数13により示されるモータモデルを用いると、電機子巻線抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)、永久磁石により形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψr、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算することにより、3相電機子電流iと3相電機子電圧Uとの関係を定義することができる。したがって、数13の方程式をモータモデルとして用いることにより、モータモデルの演算を行うことができる。このモータモデルは、行列関数であるインダクタンス行列L(θ)と、このインダクタンス行列L(θ)の逆行列とを用いることにより、比較的簡単にモータモデルを記述するため、コンピュータ処理に適している。なお、インダクタンス行列L(θ)の逆行列は後述する行列λ(θ)を計算することに置換することにより、更に演算処理時間の短縮を実現することができる。   That is, when using the motor model represented by Equation 13, the armature winding resistance Rs, the inductance matrix L (θ), the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψr formed by a permanent magnet, and the inductance matrix L (θ) The relationship between the three-phase armature current i and the three-phase armature voltage U can be defined. Therefore, the motor model can be calculated by using the equation (13) as the motor model. This motor model is suitable for computer processing because the motor model is described relatively easily by using an inductance matrix L (θ) that is a matrix function and an inverse matrix of the inductance matrix L (θ). . It should be noted that by replacing the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) with calculation of a matrix λ (θ) described later, the calculation processing time can be further shortened.

(第2モータモデル)
第2のモータモデルを以下に説明する。このモータモデルは、後述するように、上記した数13を用いず、その代わりに、電流磁束ψsを用いて各相の出力交流電圧Uと各相電機子電流iとの関係を記述する方程式により定義される。たとえばこのモータモデルの演算では、あらかじめ演算した3相電機子巻線鎖交磁束ψsを用いて3相電流iを求めることができる。数11を変形すると、数14が得られる。
(Second motor model)
The second motor model will be described below. As will be described later, this motor model does not use Equation 13 described above, but instead uses an equation that describes the relationship between the output AC voltage U of each phase and the armature current i of each phase using the current magnetic flux ψs. Defined. For example, in the calculation of the motor model, the three-phase current i can be obtained by using the previously calculated three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs. When Expression 11 is transformed, Expression 14 is obtained.

Figure 2006149032
数14を数6に代入すると、数15、数16が得られる。数16は数14に等しい。
Figure 2006149032
By substituting Equation 14 into Equation 6, Equations 15 and 16 are obtained. Equation 16 is equal to Equation 14.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
数15を用いると、数13すなわち第1モータモデルで必要であったdL(θ)/dtを導出するための複雑な演算を省略できることがわかる。つまり、あらかじめ演算した3相電機子巻線鎖交磁束ψsを用いることによりインダクタンス行列L(θ)の微分処理を省略することができる。
Figure 2006149032
Using Equation 15, it can be seen that the complicated calculation for deriving dL (θ) / dt required in Equation 13, that is, the first motor model can be omitted. That is, the differentiation process of the inductance matrix L (θ) can be omitted by using the previously calculated three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs.

すなわち、数15、数16に示すこのモータモデルでは、電機子抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)の逆行列、3相電機子電圧(各相電機子電圧とも言う)U、磁石磁束ψrをそれぞれ演算して数15に代入することにより電流磁束ψsを演算し、更に、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算し、電流磁束ψsと逆行列とを数16に代入することにより3相電機子巻線電流(各相電機子電流とも言う)iを演算することができるわけである。したがって、この第2モータモデルの演算は、先に説明した第1モータモデルの演算に比べて大幅に演算ステップを省略することができるため、シミュレーションにおける各演算ステップの必要演算時間を短縮することができ、その結果として少ない計算資源により高速高精度のモータモデルのリアルタイムシミュレーションを実行できることができ、実用上大きな効果を発生することができる。更に、このモータモデル演算においても、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算を行列λ(θ)の演算に置換することにより、更なる演算時間の短縮を実現することができる。   That is, in this motor model shown in Equations 15 and 16, the armature resistance Rs, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), the three-phase armature voltage (also referred to as each phase armature voltage) U, and the magnet magnetic flux ψr are respectively represented. The current magnetic flux ψs is calculated by calculating and substituting into Equation 15, and further, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated, and the current magnetic flux ψs and the inverse matrix are substituting into Equation 16 to obtain the three-phase electric machine. It is possible to calculate the child winding current (also referred to as each phase armature current) i. Therefore, the calculation of the second motor model can greatly omit the calculation steps as compared with the calculation of the first motor model described above, so that the calculation time required for each calculation step in the simulation can be shortened. As a result, real-time simulation of a high-speed and high-accuracy motor model can be executed with a small amount of computing resources, and a great practical effect can be generated. Further, in this motor model calculation, the calculation time can be further reduced by replacing the calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) with the calculation of the matrix λ (θ).

(モータトルク計算式)
なお、モータモデル演算においては、モータトルクの演算が望まれるが、モータトルクは電流の関数値であり、たとえば数17をシミュレーションの各演算ステップごとに演算することにより算出することができる。したがって、モータトルクの演算が必要なモータモデルでは、下記の数17をモータモデルに追加すればよい。同様に、消費電力、無効電力その他の電気量や物理量もそれらを定義する方程式をモータモデルに追加することにより演算することができる。
(Motor torque calculation formula)
In the motor model calculation, calculation of the motor torque is desired, but the motor torque is a function value of the current, and can be calculated, for example, by calculating Equation 17 for each calculation step of the simulation. Therefore, in the motor model that requires the calculation of the motor torque, the following equation 17 may be added to the motor model. Similarly, power consumption, reactive power, and other electric and physical quantities can be calculated by adding equations defining them to the motor model.

Figure 2006149032
なお、pは極数である。
Figure 2006149032
Note that p is the number of poles.

(インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算方法)
上記第1、第2モータモデルの演算では、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算が必要となる。インダクタンス行列L(θ)の逆行列は、数18の記号により表示される。
(Calculation method of inverse matrix of inductance matrix L (θ))
In the calculation of the first and second motor models, calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is required. The inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is represented by the symbol of Equation 18.

Figure 2006149032
インダクタンス行列L(θ)の逆行列、数12から演算すること場合、演算処理が複雑となり、加減乗算にくらべて処理時間が長い除算も必要となるため、演算必要時間の増大によりシミュレーションの高速化高精度化の生涯となる。よく知られているように、シミュレーションの演算ステップの時間間隔の延長は演算精度の低下を招く。
Figure 2006149032
When computing from the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), Equation 12, the computation processing becomes complicated, and division requiring a longer processing time than addition / subtraction multiplication is required, so that the simulation speed is increased by increasing the computation time. It will be a life of high precision. As is well known, extending the time interval of the simulation calculation step causes a reduction in calculation accuracy.

そこでこの実施例では、次の演算方法によりインダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算する。数12で示されるインダクタンス行列L(θ)を数19〜数22に示される各行列関数L1、L2、L3の算術和の形式に書き直す。行列関数L1は数20により、行列関数L2は数21により、行列関数L1は数22により定義することができる。   Therefore, in this embodiment, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated by the following calculation method. The inductance matrix L (θ) expressed by Expression 12 is rewritten into the form of the arithmetic sum of the matrix functions L1, L2, and L3 expressed by Expression 19 to Expression 22. The matrix function L1 can be defined by Equation 20, the matrix function L2 by Equation 21, and the matrix function L1 by Equation 22.

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
次に、行列関数Lc(θ)を新設し、この行列関数Lc(θ)を数23〜数25により定義する。
Figure 2006149032
Next, a matrix function Lc (θ) is newly established, and this matrix function Lc (θ) is defined by Equations 23 to 25.

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
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Figure 2006149032
数23の各項を計算すると、数26〜数28が得られる。
Figure 2006149032
When each term of Expression 23 is calculated, Expressions 26 to 28 are obtained.

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
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Figure 2006149032
数26〜数28によりそれぞれ定義される各項の和に等しい行列関数Lc(θ)を整理すると、この行列関数Lc(θ)は数29となる。
Figure 2006149032
By arranging the matrix function Lc (θ) that is equal to the sum of the terms defined by Expressions 26 to 28, the matrix function Lc (θ) is expressed by Expression 29.

Figure 2006149032
ただし、Ldは電機子巻線のd軸インダクタンスであり、数30で定義される。Lqは電機子巻線のq軸インダクタンスであり、数31で定義される。
Figure 2006149032
Here, Ld is the d-axis inductance of the armature winding and is defined by Equation 30. Lq is the q-axis inductance of the armature winding and is defined by Equation 31.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
数29に示される行列関数Lc(θ)の逆行列は次の数32の形となる。
Figure 2006149032
The inverse matrix of the matrix function Lc (θ) shown in Expression 29 has the form of the following Expression 32.

Figure 2006149032
ただし、λd=1/Ld、λq=1/Lq、λl=1/Llである。すなわち、行列関数Lc(θ)の0でない各項は、電機子巻線のd軸インダクタンスLdの逆数λd、電機子巻線のq軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlとなる。
Figure 2006149032
However, λd = 1 / Ld, λq = 1 / Lq, and λl = 1 / Ll. That is, each non-zero term of the matrix function Lc (θ) is an inverse λd of the d-axis inductance Ld of the armature winding, an inverse λq of the q-axis inductance Lq of the armature winding, and an inverse λl of the leakage inductance Ll.

次に、数23からインダクタンス行列L(θ)の逆行列を求めると、次の数33となる。   Next, when the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is obtained from Equation 23, the following Equation 33 is obtained.

Figure 2006149032
ここで、変換行列Cは絶対変換行列であるので、次の数34、数35が成立する。
Figure 2006149032
Here, since the transformation matrix C is an absolute transformation matrix, the following equations 34 and 35 hold.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
従って、インダクタンス行列L(θ)の逆行列は対称行列であることがわかる。次に、3つの変数λ(θ)、λas、λaを数36〜数38により新たに定義する。数36は、インダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい行列λ(θ)である。
Figure 2006149032
Therefore, it can be seen that the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is a symmetric matrix. Next, three variables λ (θ), λas, and λa are newly defined by Equations 36 to 38. Equation 36 is a matrix λ (θ) equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ).

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
数36〜数38により定義される変数λ(θ)、λas、λaを用いて数35を整理すると、数36の行列関数λ(θ)の各項が次の数39〜数47が得られる。
Figure 2006149032
By rearranging the equation 35 using the variables λ (θ), λas, and λa defined by the equations 36 to 38, the following equations 39 to 47 are obtained for each term of the matrix function λ (θ) of the equation 36. .

Figure 2006149032
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結局、数37〜数38で算出したλas、λaを用いて数39〜数47を演算すること計算された行列関数λ(θ)を演算するだけで、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算することができることがわかる。つまり、上記した演算手順に従えば、このインダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算方式は、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を行列λ(θ)の演算に置換して行うことができるため、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を従来より格段に簡単に演算することが可能となったわけである。
Figure 2006149032
Eventually, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) can be obtained simply by calculating the calculated matrix function λ (θ) by calculating Mathematical Formula 39 to Mathematical Formula 47 using λas and λa calculated in Formulas 37 to 38. It turns out that it can calculate. That is, according to the calculation procedure described above, the calculation method of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) can be performed by replacing the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) with the calculation of the matrix λ (θ). Therefore, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) can be calculated much more easily than in the past.

実際に同一装置にて行った比較例において、この実施例によるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算に必要な時間は、驚くべきことに従来のそれの約1/7に短縮できることが実証された。   In a comparative example actually performed on the same apparatus, it was proved that the time required for the calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) according to this embodiment can be surprisingly shortened to about 1/7 that of the conventional one. It was done.

(dq回転座標系演算部)
次にこの実施例でオプション的に用いる座標系変換を行うためのdq回転座標系演算部を実質的に構成する方程式について以下に説明する。ただし、以下において、iは静止座標系表示の三相電機子電流、Uは静止座標系表示の三相電機子電圧、Idはd軸電機子電流、Iqはq軸電機子電流、Ioは零相電流、Udはd軸電機子電圧、Uqはq軸電機子電圧、Uoは零相電機子電圧である。数50はd軸基準の電機子電流位相角を示し、数51はd軸基準の電機子電圧位相角を示す。
(Dq rotating coordinate system calculation unit)
Next, equations that substantially constitute a dq rotating coordinate system calculation unit for performing coordinate system conversion that is optionally used in this embodiment will be described below. However, in the following, i is a three-phase armature current displayed in a stationary coordinate system, U is a three-phase armature voltage displayed in a stationary coordinate system, Id is a d-axis armature current, Iq is a q-axis armature current, and Io is zero. Phase current, Ud is a d-axis armature voltage, Uq is a q-axis armature voltage, and Uo is a zero-phase armature voltage. Equation 50 represents the d-axis reference armature current phase angle, and Equation 51 represents the d-axis reference armature voltage phase angle.

Figure 2006149032
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Figure 2006149032
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Figure 2006149032
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つまり、この実施例ではもともと静止座標系上の三相電機子電流i及び三相電機子電圧Uが演算済みであるので回転座標系のモータモデルを演算することなく単なる座標系演算処理のみでdq回転座標系上の現在のモータ状態を表示することができる。
Figure 2006149032
That is, in this embodiment, since the three-phase armature current i and the three-phase armature voltage U on the stationary coordinate system have already been calculated, the dq is simply calculated by the coordinate system calculation process without calculating the motor model of the rotating coordinate system. The current motor status on the rotating coordinate system can be displayed.

(3相インバータモデル)
次に、3相インバータモデルとして使用可能な回路方程式について以下に説明する。この3相インバータの回路図を図1に示す。図1の3相インバータの構成とそのPWM動作自体は周知であるため説明は省略する。T1〜T6は3相インバータを構成するスイッチング素子であり、IGBTに限定されるものではない。PWMuはU相上アームのスイッチング素子T1に印加されるPWM制御信号(PWM入力信号とも言う)、PWMvはV相上アームのスイッチング素子T2に印加されるPWM制御信号、PWMwはW相上アームのスイッチング素子T3に印加されるPWM制御信号である。デッドタイムを無視すると、同相の上アームのスイッチング素子に印加されるPWM制御信号と逆のパルス信号であるPWM制御信号が各相のハーフブリッジの下アームのスイッチング素子に印加される。線間電圧Uuv、Uvw、Uwuと相電圧Uu、Uv、Uwとは数54の関係をもち、各相のPWM制御信号と線間電圧とは数55の関係をもつ。
(Three-phase inverter model)
Next, circuit equations that can be used as a three-phase inverter model will be described below. A circuit diagram of this three-phase inverter is shown in FIG. Since the configuration of the three-phase inverter in FIG. 1 and its PWM operation are well known, description thereof will be omitted. T1 to T6 are switching elements constituting a three-phase inverter and are not limited to IGBTs. PWMu is a PWM control signal (also referred to as a PWM input signal) applied to the switching element T1 of the U-phase upper arm, PWMv is a PWM control signal applied to the switching element T2 of the V-phase upper arm, and PWMw is the W-phase upper arm. It is a PWM control signal applied to the switching element T3. If the dead time is ignored, a PWM control signal, which is a pulse signal opposite to the PWM control signal applied to the upper-arm switching element in the same phase, is applied to the lower-arm switching element of each phase half bridge. The line voltages Uuv, Uvw, Uwu and the phase voltages Uu, Uv, Uw have a relation of Expression 54, and the PWM control signal of each phase and the line voltage have a relation of Expression 55.

Figure 2006149032
Figure 2006149032

Figure 2006149032
数54、55から次の数56が得られる。Edは3相インバータに給電するバッテリ電圧である。したがって、数56は3相インバータクモデルであり、この回路方程式を用いて3相インバータのリアルタイムシミュレーシヨンが可能となる。
Figure 2006149032
From the formulas 54 and 55, the following formula 56 is obtained. Ed is a battery voltage that supplies power to the three-phase inverter. Therefore, Equation 56 is a three-phase inverter model, and real-time simulation of the three-phase inverter can be performed using this circuit equation.

Figure 2006149032
この3相インバータのモデルは、PWM制御信号と各相電機子電圧Uとの関係を行列関数を用いて定義するため、行列演算プロセッサを用いるなどして演算を高速処理することができるうえ、記述した静止座標系モータモデルの入力パラメータとしての各相電機子電圧Uを高速に出力することができるため、第1モータモデルや第2モータモデルのリアルタイムシミュレーションに用いると非常に好都合となる。
Figure 2006149032
In this three-phase inverter model, the relationship between the PWM control signal and each phase armature voltage U is defined using a matrix function, so that the computation can be performed at high speed by using a matrix arithmetic processor, etc. Since each phase armature voltage U as an input parameter of the stationary coordinate system motor model can be output at high speed, it is very convenient when used for real-time simulation of the first motor model and the second motor model.

(PWM制御信号の補正)
上記した3相インバータモデルと3相交流モータモデルとを用いて交流モータ制御アルゴリズムのシミュレーションの各ステップを一定時間ごとに演算する場合を図2のタイムチャートを参照して考える。
(PWM control signal correction)
A case where each step of the simulation of the AC motor control algorithm is calculated at regular intervals using the above-described three-phase inverter model and three-phase AC motor model will be considered with reference to the time chart of FIG.

図2において、tnはステップnのデータ読み込み時点、tn+1はステップn+のデータ読み込み時点、tn+2はステップn+2のデータ読み込み時点、tn+3はステップn+3のデータ読み込み時点とし、PWM制御信号が時間的に隣接する二つの時点t1と時点tn+1との間の時点txにてステップ変化したとする。しかし、このPWM制御信号のステップ変化は、時点n+1にならないと演算のために読み込まれることがないため、PWM制御信号が変化した時点txから直後の時点tn+1までの間、このPWM制御信号のステップ変化はシミュレーションに反映されず、その結果としてシミュレーション精度の低下が生じる。PWM制御信号が時点tn+2と時点tn+3との間の時点tyにてステップ変化した場合も同様の問題が生じる。   In FIG. 2, tn is the data read time of step n, tn + 1 is the data read time of step n +, tn + 2 is the data read time of step n + 2, tn + 3 is the data read time of step n + 3, and the PWM control signals are temporally adjacent. Assume that a step change occurs at a time point tx between two time points t1 and tn + 1. However, since the step change of the PWM control signal is not read for calculation unless the time point n + 1 is reached, the step of this PWM control signal is performed from the time point tx when the PWM control signal changes to the time point tn + 1 immediately after the change. The change is not reflected in the simulation, resulting in a decrease in simulation accuracy. A similar problem occurs when the PWM control signal changes step at time ty between time tn + 2 and time tn + 3.

そこでこの実施例では、今回のデータ読み込み時点tmとその直前の前回のデータ読み込み時点tm−1の間でPWM制御信号がステップ変化した場合、今回のPWM制御信号の値として平均値を用い、今回のデータ読み込み時点tmとその直前の前回のデータ読み込み時点tm−1の間でPWM制御信号が一致する場合には現在のPWM制御信号を用いればよい。なお、この平均値は、PWM制御信号が0から1に変化する場合には(TsーTc)/Tsとなり、PWM制御信号が1から0に変化する場合にはTc/Tsとなる。Tsはステップ間隔、Tcは前回のデータ読み込み時点tm−1からカウントしたPWM制御信号がステップ変化した時点tcまでの時間である。このPWM制御信号の補正は図3に示すフローチャートを処理することにより行うことができる。   Therefore, in this embodiment, when the PWM control signal changes stepwise between the current data read time tm and the previous data read time tm−1, the average value is used as the value of the current PWM control signal. The current PWM control signal may be used when the PWM control signal coincides between the data read time tm and the previous data read time tm−1 immediately before. This average value is (Ts−Tc) / Ts when the PWM control signal changes from 0 to 1, and becomes Tc / Ts when the PWM control signal changes from 1 to 0. Ts is the step interval, and Tc is the time from the previous data reading time tm-1 to the time tc when the PWM control signal counted changes stepwise. The correction of the PWM control signal can be performed by processing the flowchart shown in FIG.

更に考えると、ステップ間隔Tsが一定であれば、このPWM制御信号の平均値は、前回のデータ読み込み時点tm−1からカウントしたPWM制御信号がステップ変化した時点tcまでの時間Tcがわかれば直ちに算出することができ、しかも、PWM制御信号がステップ変化したかどうかもPWM制御信号がステップ変化した時点tcした時点で判別することができる。そこで、シミュレーションのためのステップ処理を行うメインルーチンとは独立に、それよりも短いステップ間隔でPWM制御信号のステップ変化の判別と上記時間Tcをカウントする処理とを行えば、今回の次回のデータ読み込み時点に達したら直ちにこのPWM制御信号の平均値をPWM制御信号として読み込むことができ、ステップ処理の時間延長を防止することができる。   Considering further, if the step interval Ts is constant, the average value of the PWM control signal is immediately determined if the time Tc from the previous data reading time tm-1 to the time tc when the PWM control signal counted from the step change is known. In addition, it is possible to determine whether the PWM control signal has undergone a step change at the time tc when the PWM control signal has undergone a step change. Therefore, independent of the main routine for performing the step processing for simulation, if the step change determination of the PWM control signal and the processing for counting the time Tc are performed at shorter step intervals, the next data of this time As soon as the read time is reached, the average value of the PWM control signal can be read as the PWM control signal, and the time extension of the step processing can be prevented.

(HILSシステムの構築)
上記説明したモータモデル及びインバーモデルを用いるモータ制御システムのHILS(ハードウエアインザループシミュレーション)システムを図4に図示する。100はホストPC、101は1乃至複数のコンピュータからなるターゲットPCsである。102はモータ制御用のモータコントローラ(実機)であるが、それと同等のシミュレーション動作を行う仮想モータコントローラプログラムを実装するコンピュータとしてもよい。
(Construction of HILS system)
FIG. 4 shows a HILS (hardware in the loop simulation) system of the motor control system using the motor model and the invar model described above. Reference numeral 100 denotes a host PC, and 101 denotes target PCs composed of one or more computers. Reference numeral 102 denotes a motor controller (actual machine) for motor control, but it may be a computer that implements a virtual motor controller program that performs a simulation operation equivalent to that.

ターゲットPCs101は、1乃至複数の3相PM型交流モータと、このモータを駆動する3相インバータとに相当する上記したモータモデルやインバータモデルをなすプログラムを格納しており、これらプログラムを演算することによりモデルとする交流モータやインバータの状態をシミュレーションする。   The target PCs 101 stores the above-described motor model corresponding to one or more three-phase PM type AC motors and a three-phase inverter that drives the motors, and programs that form the inverter models, and calculates these programs. This simulates the state of the AC motor and inverter modeled.

モータコントローラ102は、所定のモータ制御アルゴリズムを実行するためのモータ制御プログラムを格納するコンピュータ装置、又はそれと同等の機能をもつハードウエア装置により構成されている。モータコントローラ102は、ターゲットPCs101からモータ状態やインバータ状態を所定周期で読み込み、それに基づいて上記モータ制御アルゴリズムを実行し、その結果得られたモータやインバータへの指令をターゲットPCs101に所定周期で送信する。これにより、ターゲットPCs101により模擬されるこれら3組の交流モータ及びインバータはモータコントローラ102のモータ制御アルゴリズムに従って制御される。   The motor controller 102 is configured by a computer device that stores a motor control program for executing a predetermined motor control algorithm, or a hardware device having the same function. The motor controller 102 reads the motor state and the inverter state from the target PCs 101 at a predetermined cycle, executes the motor control algorithm based on the read state, and transmits a command to the motor and inverter obtained as a result to the target PCs 101 at a predetermined cycle. . Thereby, these three sets of AC motors and inverters simulated by the target PCs 101 are controlled according to the motor control algorithm of the motor controller 102.

ホストPC100は、上記したモータモデル及びインバータモデルやPWM制御信号生成アリゴリズムなどに種々の定数を導入するなどしてそれらの初期タイプを構築するのに用いられる。ホストPC100上に構築された上記初期モデルは、その後、ターゲットPCs101にダウンロードされる。また、ホストPC100は、ターゲットPCs101の運転中において、ターゲットPCs101に種々の指令を出力したり、ターゲットPCs101で座標軸変換されて得たdq回転座標系上のモータモデルの状態を受信してそれをモニターに表示したり、ターゲットPCs101上の初期モデルの一部を変更したりするデータ送信にも用いられる。更に説明すると、ホストPC100上に構築されてターゲットPCs101にダウンロードされる上記モデルは、HILSシステムと通常呼ばれている。このようなHILSシステムの構築はたとえばMathWorks社のMatlabs/Simulinkを用いて行うことができる。   The host PC 100 is used to construct these initial types by introducing various constants into the motor model, inverter model, PWM control signal generation algorithm, and the like described above. The initial model constructed on the host PC 100 is then downloaded to the target PCs 101. Further, the host PC 100 outputs various commands to the target PCs 101 during operation of the target PCs 101, and receives and monitors the state of the motor model on the dq rotational coordinate system obtained by coordinate axis conversion by the target PCs 101. Or data transmission for changing a part of the initial model on the target PCs 101. To explain further, the above model that is constructed on the host PC 100 and downloaded to the target PCs 101 is generally called a HILS system. Such a HILS system can be constructed using Matlabs / Simlink from MathWorks, for example.

この実施例では、ターゲットPCs101にて実行されるプログラムにより構成されてHILSシステムの主要部を構成するアリゴリズムは、モデル演算部とシステム設定部とに区分されており、好適にはターゲットPCs101にダウンロードされた後、演算ステップ処理に必要な時間を短縮するためにターゲットPCs101を構成する複数のコンピュータにより別々に実行される。   In this embodiment, the algorithm that is configured by a program executed on the target PCs 101 and forms the main part of the HILS system is divided into a model calculation unit and a system setting unit, and is preferably downloaded to the target PCs 101. After that, in order to shorten the time required for the calculation step process, it is executed separately by a plurality of computers constituting the target PCs 101.

モデル演算部は、PWM制御信号生成アルゴリズムを含み、このPWM制御信号生成アルゴリズムに基づいてPWM制御信号を計算する。モデル演算部は、インバータモデルをなすアルゴリズムを含み、このインバータモデルにPWM制御信号と電圧指令値とを入力してモータに出力すべき3相入力電圧を演算する。モデル演算部は、上述した第1モータモデル又は第2モータモデルのどちらかをなすアルゴリズムを含み、このモータモデルに3相入力電圧を入力して3相電機子電流、回転子角、モータトルクを演算し、出力する。モデル演算部は、上述したdq座標系演算部(座標系変換プログラム)をなすアルゴリズムを含み、このdq回転座標系演算部を定期的にあるいは外部よりの指令を受信した場合にのみ運転してdq座標系上の必要なデータを演算する。   The model calculation unit includes a PWM control signal generation algorithm, and calculates a PWM control signal based on the PWM control signal generation algorithm. The model calculation unit includes an algorithm forming an inverter model, and inputs a PWM control signal and a voltage command value to the inverter model to calculate a three-phase input voltage to be output to the motor. The model calculation unit includes an algorithm that constitutes either the first motor model or the second motor model described above, and inputs a three-phase input voltage to the motor model to obtain a three-phase armature current, a rotor angle, and a motor torque. Calculate and output. The model calculation unit includes an algorithm that forms the above-described dq coordinate system calculation unit (coordinate system conversion program), and the dq rotation coordinate system calculation unit is operated periodically or only when an external command is received. Calculate the necessary data on the coordinate system.

システム設定部は、上記モータモデルやインバータモデル以外の説明省略の各部温度や電圧などのモデル(アルゴリズム)をなすプログラムを有している。たとえば電流履歴に応じて電機子温度を演算し、電機子温度に基づいて電機子抵抗Rsを演算するプログラムを有する。このプログラムはモータモデルの演算すななわち仮想モータの運転と並行して定期的に演算され、得た電機子抵抗Rsの値をモータモデル中の電機子抵抗Rsに定期的に書き込む。これにより、モータモルの定数値としてのモータ特性値をモータモデル演算中に適切に変更することができる。この変更は外部から行ってもよい。   The system setting unit has a program that forms a model (algorithm) such as temperature and voltage of each part that is not described except for the motor model and the inverter model. For example, there is a program for calculating the armature temperature according to the current history and calculating the armature resistance Rs based on the armature temperature. This program is periodically calculated in parallel with the operation of the motor model, that is, the operation of the virtual motor, and the value of the obtained armature resistance Rs is periodically written to the armature resistance Rs in the motor model. Thereby, the motor characteristic value as a constant value of the motor mole can be appropriately changed during the motor model calculation. This change may be made from the outside.

このようにしてホストPC100上にSimulinkモデルが構築される。次に、このSimulinkモデルをホストPC100上にて非リアルタイムに実行してSimulinkモデルの基礎的な検証を行う。   In this way, a Simulink model is constructed on the host PC 100. Next, this simlink model is executed on the host PC 100 in non-real time to perform basic verification of the simlink model.

次に、上記構築されたモデル演算部とシステム設定部とをそれぞれターゲットPCs101で演算可能なモデル記述言語たとえばC言語形式に変換してターゲットPCs101にダウンロードする。ターゲットPCs101はこのダウンロードされたプログラムをコンパイルして実行ファイルを形成する。なお、ターゲットPCs101のオペレーションシステムにはリアルタイムに適したものたとえばQNXが選択される。   Next, the model calculation unit and the system setting unit constructed as described above are converted into a model description language that can be calculated by the target PCs 101, for example, C language format, and downloaded to the target PCs 101. The target PCs 101 compiles the downloaded program to form an executable file. For the operation system of the target PCs 101, a device suitable for real time, for example, QNX is selected.

次に、ホストPC100からターゲットPCs101へシミュレーション動作を指令し、このシミュレーション動作の実行中にホストPC100から回転速度、回転方向、トルク、電圧などの種々の変数を入力してモータ制御システムの動作検証やデバッグを行う。   Next, a simulation operation is instructed from the host PC 100 to the target PCs 101, and various variables such as a rotation speed, a rotation direction, a torque, and a voltage are input from the host PC 100 during the execution of the simulation operation. Debug.

このように構成されたモータ制御システムによれば、上述したモデルを用い、かつ、PWM制御信号の補正も行うため、小規模の計算資源にて高速、高精度のシミュレーションを実現することができる。   According to the motor control system configured as described above, since the above-described model is used and the PWM control signal is also corrected, high-speed and high-precision simulation can be realized with a small-scale calculation resource.

(モータモデルの演算処理)
ターゲットPCs101にダウンロードされたプログラムにより構成されるモデル演算部の主要動作である演算ステップを図5、図6を参照して更に説明する。なお、図5は、モータモデルの演算のためにモデル演算部により一定周期でなされる演算ステップの実行ルーチンの一例を示すフローチャートを示し、図6は、図5のモデル演算ルーチンを示すフローチャートを示す。なお、この演算ステップは所定短周期(たとえば10μsec)で繰り返される。また、システム設定部及びモータコントローラ102との交信は別プログラムで独立に実行されているものとする。
(Motor model calculation processing)
Calculation steps which are main operations of the model calculation unit configured by a program downloaded to the target PCs 101 will be further described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing an example of an execution routine of a calculation step performed at a constant cycle by the model calculation unit for calculating the motor model, and FIG. 6 is a flowchart showing the model calculation routine of FIG. . This calculation step is repeated at a predetermined short period (for example, 10 μsec). Further, it is assumed that communication with the system setting unit and the motor controller 102 is executed independently by another program.

図5において、まずシステム設定部201からモデル定数変更などの新指令が入力しているかどうかを判定し、入力していれば後述するモデル演算を中断してステップS202にてこの新指令を実行する。これによりインバータモデルやモータモデルの速やかなモデル修正が可能となる。   In FIG. 5, it is first determined whether or not a new command such as a model constant change has been input from the system setting unit 201. If it has been input, a model operation to be described later is interrupted and this new command is executed in step S202. . As a result, the inverter model and the motor model can be quickly corrected.

その後、モータコントローラ102からモータ状態の変更に関する新しい指令が入力しているかどうかを判定し、入力していれば後述するモデル演算を中断してステップS202にてこの新指令を実行する。   Thereafter, it is determined whether or not a new command related to the change of the motor state is input from the motor controller 102. If it is input, the model calculation described later is interrupted, and this new command is executed in step S202.

次に、前回演算した回転角θや図示しないPWM制御信号発生回路から入力したPWM制御信号を図3に示すルーチンに導入してPWM制御信号pwmをその振幅平均値を含んで確定する(S300)。なお、このステップ300のルーチンはこのモデル演算ルーチンS208とは別に実行し、このステップではそのルーチン実行結果だけ使用しても良い。   Next, the previously calculated rotation angle θ and the PWM control signal input from the PWM control signal generation circuit (not shown) are introduced into the routine shown in FIG. 3 to determine the PWM control signal pwm including its amplitude average value (S300). . The routine in step 300 may be executed separately from the model calculation routine S208, and only the routine execution result may be used in this step.

次に、既述のインバータモデル演算を行うインバータモデル演算サブルーチンを実行する(S302)。このサブルーチンの詳細は既述した通りであるため再度の説明を省略する。   Next, an inverter model calculation subroutine for performing the above-described inverter model calculation is executed (S302). Since the details of this subroutine are as described above, the description thereof will be omitted.

次に、モータモデル演算を行うステップS304、S306を実行する。まずステップS304では行列λ(θ)の値を演算し、次にこの行列λ(θ)の値、すなわちインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を、他のデータ値とともにモータモデルに相当する既述の方程式に代入して各相電機子電流iなどの所望の変数を演算する(S306)。今回のモータモデルの状態を示す演算値は、ステップS210によりモータコントローラ102やシステム設定部に出力される。システム設定部は、受信したモータモデルの今回の状態を必要に応じてホストPC100やモータコントローラ102に送信する。   Next, steps S304 and S306 for performing motor model calculation are executed. First, in step S304, the value of the matrix λ (θ) is calculated, and then the value of the matrix λ (θ), that is, the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is equivalent to the motor model together with other data values. A desired variable such as each phase armature current i is calculated by substituting into the above-described equation (S306). The calculated value indicating the state of the current motor model is output to the motor controller 102 and the system setting unit in step S210. The system setting unit transmits the current state of the received motor model to the host PC 100 or the motor controller 102 as necessary.

この実施例のインバータモデルに用いる3相インバータの回路図である。It is a circuit diagram of the three-phase inverter used for the inverter model of this Example. この実施例のPWM制御信号補正を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining PWM control signal correction of this example. この実施例のPWM制御信号補正を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the PWM control signal correction | amendment of this Example. この実施例で用いるHILSシステムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the HILS system used in this Example. モータモデルの演算のためにモデル演算部により一定周期でなされる演算ステップの実行ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the execution routine of the calculation step performed with a fixed period by a model calculating part for the calculation of a motor model. 図5のモデル演算ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the model calculation routine of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100 ホストPC
101 ターゲットPCs
102 モータコントローラ
100 host PC
101 Target PCs
102 Motor controller

Claims (20)

界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを用いるモータモデルの演算方法であって、
回転角θを変数とする所定の関数であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列を、回転角θを変数とする関数である行列λ(θ)に変換したモータモデルを構築し、
この行列λ(θ)を演算してインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を演算し、この逆行列の値を前記モータモデルをなす方程式に代入して所望の変数の値を得ることを特徴とするモータモデルの演算方法。
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation method using a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
A motor model is constructed by converting an inverse matrix of the inductance matrix L (θ), which is a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, into a matrix λ (θ), which is a function having the rotation angle θ as a variable,
By calculating this matrix λ (θ), the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated, and the value of this inverse matrix is substituted into the equation forming the motor model to obtain the value of the desired variable. A calculation method of a featured motor model.
請求項1記載のモータモデルの演算方法において、
前記インダクタンス行列L(θ)は、
各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列であることを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 1,
The inductance matrix L (θ) is
A motor model characterized by a matrix of inductances of each phase armature winding indicating a relationship between a current magnetic flux ψs that is an armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i Calculation method.
請求項2記載のモータモデルの演算方法において、
各相の電機子抵抗をRs、各相電機子電流をi、各相電機子電圧をUとする時、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列を用いて定義される前記モータモデルとして、下記の数13で示される方程式を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。
Figure 2006149032
The motor model calculation method according to claim 2,
When the armature resistance of each phase is Rs, each phase armature current is i, and each phase armature voltage is U, the motor model defined using the inductance matrix L (θ) and its inverse matrix is as follows. A method for calculating a motor model, characterized by using an equation expressed by the following equation (13).
Figure 2006149032
請求項2記載のモータモデルの演算方法において、
前記方程式として、
少なくとも電流磁束ψs、電機子抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)の逆行列、各相電機子電圧U及び界磁束ψrの間の数量関係を示す第1の方程式と、
少なくとも各相電機子電流i、電流磁束ψs及びインダクタンス行列L(θ)の逆行列の間の数量関係を示す第2の方程式と、
を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 2,
As the equation
A first equation showing a quantitative relationship among at least current flux ψs, armature resistance Rs, inverse matrix of inductance matrix L (θ), each phase armature voltage U and field flux ψr;
A second equation showing a quantitative relationship between at least each phase armature current i, current flux ψs and the inverse matrix of the inductance matrix L (θ);
A method for calculating a motor model, wherein
請求項4記載のモータモデルの演算方法において、
前記モータモデルとして下記の数15、数16で示される方程式を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The motor model calculation method according to claim 4,
An equation represented by the following equations (15) and (16) is used as the motor model.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
請求項2記載のモータモデルの演算方法において、
前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記行列λ(θ)を演算することによりインダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算することを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 2,
The inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated by calculating the matrix λ (θ) based on the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll. To calculate the motor model.
請求項6記載のモータモデルの演算方法において、
d軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
Figure 2006149032
Figure 2006149032
演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算することを特徴とするモータモデルの演算方法。
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The motor model calculation method according to claim 6,
Substituting the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll into the following equations 37 and 38, the inductance reciprocal functions λas and λa are calculated.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, A motor model calculation method, wherein λ32 and λ33 are calculated.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを用い、所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算するモータモデルの演算方法であって、
各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと、回転角θを変数とする所定の関数と、各相電機子電圧Uとの間の数量関係を示す第1の方程式と、
電流磁束ψsと前記所定の関数と各相電機子電流iとの間の数量関係を示す第2の方程式と、
により前記モータモデルを構成することを特徴とするモータモデルの演算方法。
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation method using a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable, substituting a numerical value for the predetermined variable, and calculating the value of the other variable,
A first relation indicating the quantity relationship between the current magnetic flux ψs, which is the armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i, a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, and each phase armature voltage U. The equation,
A second equation indicating a quantity relationship between the current flux ψs, the predetermined function, and each phase armature current i;
The motor model is constituted by: a motor model calculation method.
請求項8記載のモータモデルの演算方法において、
前記第1の方程式に前記所定の関数及び各相電機子電圧Uの値を代入することにより電流磁束ψsを演算し、
前記第2の方程式に電流磁束ψsと前記所定の関数の値を代入することにより各相電機子電流iを演算することを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 8, wherein:
The current flux ψs is calculated by substituting the predetermined function and the value of each phase armature voltage U into the first equation,
A method for calculating a motor model, wherein each phase armature current i is calculated by substituting the value of the magnetic flux ψs and the predetermined function into the second equation.
請求項9記載のモータモデルの演算方法において、
前記所定の関数は、
回転角θを変数とする所定の行列であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列であることを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 9,
The predetermined function is:
A method for calculating a motor model, which is an inverse matrix of an inductance matrix L (θ), which is a predetermined matrix having the rotation angle θ as a variable.
請求項10記載のモータモデルの演算方法において、
前記インダクタンス行列L(θ)は、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列であり、
前記逆行列は行列λ(θ)に等しく、
前記行列λ(θ)の各項は、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlの関数値であることを特徴とするモータモデルの演算方法。
The motor model calculation method according to claim 10,
The inductance matrix L (θ) is an inductance matrix of each phase armature winding indicating the relationship between the current magnetic flux ψs that is the armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. And
The inverse matrix is equal to the matrix λ (θ),
Each term of the matrix λ (θ) is a function value of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll.
請求項1記載のモータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションすることを特徴とするモータシミュレーション方法。   The state of the virtual motor defined by the motor model is simulated in real time by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method according to claim 1. A characteristic motor simulation method. 請求項12記載のモータシミュレーション方法において、
前記方程式の定数からなるとともに前記モータモデルにより規定される仮想モータの特性値を、外部指令と、前記モータモデルの状態と、他のプログラムにて演算された所定のモータ状態のうちの少なくとも一つに応じて変更することを特徴とするモータシミュレーション方法。
The motor simulation method according to claim 12, wherein
The characteristic value of the virtual motor that is composed of the constants of the equation and is defined by the motor model, at least one of an external command, the state of the motor model, and a predetermined motor state calculated by another program The motor simulation method characterized by changing according to.
請求項1乃至11のいずれか記載のモータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションする演算装置を有することを特徴とするモータシミュレーション装置。   The state of the virtual motor defined by the motor model is real-time by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method according to claim 1. A motor simulation device characterized by comprising an arithmetic device for simulation. 請求項14記載のモータシミュレーション装置において、
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含む静止座標系モータモデルを用い、この静止座標系モータモデルの所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算する静止座標系演算部と、
前記静止座標系演算部による演算された静止座標系状態上の前記変数の値からなる前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換する座標系変換演算を行うdq回転座標系演算部と、
を備え、
前記静止座標系演算部は、
外部からのモータ制御指令に基づいて前記静止座標系モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行して前記静止座標系モータモデルに相当する仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションし、
前記dq回転座標系演算部は、
外部から入力した回転座標系表示指令により、現在の前記モータ前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換して表示データとして外部に出力することを特徴とするモータシミュレーション装置。
The motor simulation device according to claim 14, wherein
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. a stationary coordinate system using a stationary coordinate system motor model including i and each phase armature voltage U as a variable, and substituting a numerical value for a predetermined variable of the stationary coordinate system motor model to calculate the value of the other variable An arithmetic unit;
Dq rotational coordinate system computing unit for performing coordinate system conversion computation for transforming the state of the AC motor consisting of the value of the variable on the stationary coordinate system computed by the stationary coordinate system computing unit into a value on the dq rotational coordinate system When,
With
The stationary coordinate system computing unit is
Based on an external motor control command, a calculation step for calculating the state of the stationary coordinate system motor model is periodically executed to simulate the state of the virtual motor corresponding to the stationary coordinate system motor model in real time,
The dq rotation coordinate system calculation unit is
A motor simulation apparatus, wherein a current state of the AC motor is converted into a value on a dq rotational coordinate system and output to the outside as display data in accordance with a rotational coordinate system display command inputted from outside.
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを演算するモータモデル演算プログラムであって、
回転角θを変数とする関数により構成されるとともに、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、
前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップと、
を有するをことを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation program for calculating a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
An inductance matrix L (θ) that is constituted by a function having the rotation angle θ as a variable and indicates a relationship between the current magnetic flux ψs that is an armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. ) Calculating a matrix λ (θ) that is a function equal to the inverse matrix of
Substituting the value of the matrix λ (θ) as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) included in the equation to obtain the value of the desired variable of the equation;
A motor model calculation program characterized by comprising:
請求項16記載のモータモデルの演算プログラムにおいて、
前記行列λ(θ)を演算するステップは、
前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
Figure 2006149032
Figure 2006149032
演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算するステップであることを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The motor model calculation program according to claim 16, wherein
The step of calculating the matrix λ (θ) includes:
Substituting the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll into the following formulas 37 and 38, the inductance reciprocal functions λas and λa are calculated.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, A motor model calculation program characterized by being a step of calculating λ32 and λ33.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを演算するモータモデル演算プログラムであって、
各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと、回転角θを変数とする所定の関数と、各相電機子電圧Uとの間の数量関係を示す第1の方程式に前記所定の関数及び各相電機子電圧Uの値を代入することにより電流磁束ψsを演算するステップと、
電流磁束ψsと前記所定の関数と各相電機子電流iとの間の数量関係を示す第2の方程式に電流磁束ψsと前記所定の関数の値を代入することにより各相電機子電流iを演算するステップと、
を有することを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation program for calculating a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
A first relation indicating a quantity relationship between a current magnetic flux ψs that is an armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i, a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, and each phase armature voltage U. Calculating the current flux ψs by substituting the value of the predetermined function and each phase armature voltage U into the equation;
By substituting the value of the current magnetic flux ψs and the predetermined function into the second equation indicating the quantity relationship between the current magnetic flux ψs and the predetermined function and each phase armature current i, the phase armature current i is A step of calculating;
A motor model calculation program characterized by comprising:
請求項18記載のモータモデル演算プログラムにおいて、
前記電流磁束ψsを演算するステップは、
電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、
前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップと、
を有するをことを特徴とするモータモデル演算プログラム。
The motor model calculation program according to claim 18,
The step of calculating the current flux ψs includes:
Calculating a matrix λ (θ) which is a function equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) indicating the relationship between the current magnetic flux ψs and each phase armature current i;
Substituting the value of the matrix λ (θ) as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) included in the equation to obtain the value of the desired variable of the equation;
A motor model calculation program characterized by comprising:
請求項19記載のモータモデルの演算プログラムにおいて、
前記行列λ(θ)を演算するステップは、
前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
Figure 2006149032
Figure 2006149032
演算したインダクタンス逆数関数λas、λaとリーケージインダクタンスLlの逆数λlとを下記の数39〜数44に代入して行列λ(θ)の各項λ11、λ12、λ13、λ21、λ22、λ23、λ31、λ32、λ33を演算するステップであることを特徴とするモータモデル演算プログラム。
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
In the motor model calculation program according to claim 19,
The step of calculating the matrix λ (θ) includes:
Substituting the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll into the following formulas 37 and 38, the inductance reciprocal functions λas and λa are calculated.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
The calculated inductance reciprocal functions λas and λa and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following Equations 39 to 44, and the terms λ11, λ12, λ13, λ21, λ22, λ23, λ31, A motor model calculation program characterized by being a step of calculating λ32 and λ33.
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
Figure 2006149032
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