JP2007082380A - Synchronous motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を回転子とする同期モータを制御する同期モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a synchronous motor control device that controls a synchronous motor having a permanent magnet as a rotor.
例えば、永久磁石を回転子とする同期モータ(SPMSM,IPMSM)を運転する場合、回転子の位置(磁極位置)に同期して固定子巻線への通電位相を制御するので、原則として、回転子の位置を検出する位置検出器が必要である。この位置検出器としては、ホール素子、エンコーダ、レゾルバなどを用いることができる。ところが、このような位置検出器を用いた場合、モータの小型化を図ることが困難になるとともに、モータを制御する制御装置との接続配線を行う必要が生じる。 For example, when operating a synchronous motor (SPMSM, IPMSM) using a permanent magnet as a rotor, the energization phase to the stator winding is controlled in synchronization with the position of the rotor (magnetic pole position). A position detector is needed to detect the position of the child. As this position detector, a Hall element, an encoder, a resolver, or the like can be used. However, when such a position detector is used, it is difficult to reduce the size of the motor, and it is necessary to perform connection wiring with a control device that controls the motor.
このため、近年では、回転子の磁極位置を検出する位置検出器を用いずに、モータの制御に必要な回転子の磁極位置や速度を求めるセンサレス制御装置が種々、提案されている。例えば、非特許文献1では、同期モータのモデルとして、以下の数式3に示す拡張誘起電圧モデルを用いる。 For this reason, in recent years, various sensorless control devices for obtaining the magnetic pole position and speed of the rotor necessary for controlling the motor without using a position detector for detecting the magnetic pole position of the rotor have been proposed. For example, in Non-Patent Document 1, an extended induced voltage model shown in the following Equation 3 is used as a model of a synchronous motor.
また、回転子の速度ωesは、拡張誘起電圧に関する同期モータのモデルから、速度の適応同定を行うことによって推定する。この速度の適応同定は、以下の数式4によって示される。 Further, the rotor speed ω es is estimated by performing adaptive identification of the speed from the model of the synchronous motor related to the expansion induced voltage. This adaptive identification of speed is given by Equation 4 below.
上述したように、適応同定によって回転子の速度を推定する場合、数式4に示したような複雑な演算を行う必要があるため、演算量が膨大となる問題がある。 As described above, when the rotor speed is estimated by adaptive identification, it is necessary to perform a complicated calculation as shown in Formula 4, which causes a problem that the calculation amount is enormous.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、速度の推定に必要な演算量を軽減することが可能な同期モータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a synchronous motor control device capable of reducing the amount of calculation required for speed estimation.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の同期モータ制御装置は、速度指令値と速度推定値との偏差に基づいて、同期モータへ出力する駆動信号を制御するものであって、
同期モータの固定子巻線に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
同期モータへの印加電圧の指令値及びモータ電流の検出値に基づいて、第1の回転子磁極位置を推定演算する第1の推定演算手段と、
下記の速度推定値算出手段によって算出されるモータ磁極の速度推定値を積分して第2の回転子磁極位置を推定演算する第2の推定演算手段と、
第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差に基づいて、当該偏差をゼロとするための回転子の速度を、速度推定値として算出する速度推定値算出手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a synchronous motor control device according to claim 1 controls a drive signal output to a synchronous motor based on a deviation between a speed command value and a speed estimation value,
Motor current detection means for detecting the motor current flowing in the stator winding of the synchronous motor;
First estimation calculation means for estimating and calculating the first rotor magnetic pole position based on the command value of the voltage applied to the synchronous motor and the detected value of the motor current;
Second estimation calculation means for estimating and calculating the second rotor magnetic pole position by integrating the speed estimation value of the motor magnetic pole calculated by the following speed estimation value calculation means;
Based on a deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position, a speed estimated value calculating means for calculating a speed of the rotor for setting the deviation to zero as a speed estimated value is provided. It is characterized by that.
上述した構成によれば、速度推定値として、単に、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差をゼロとするための回転子の速度を求めるだけで良い。従って、従来に比較して、速度推定値を求めるための演算量を大幅に低減することができる。 According to the above-described configuration, it is only necessary to obtain the rotor speed for making the deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position zero as the estimated speed value. Therefore, the amount of calculation for obtaining the speed estimated value can be significantly reduced as compared with the conventional case.
なお、第2の回転子磁極位置は、速度推定値を積分することによって求めているため、第1の回転子磁極位置とは、積分演算を行う周期分だけ時間的に異なる(遅れた)位置を示すことになる。換言すれば、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差は、上述した積分演算処理周期が経過する間の回転子磁極位置の変化量に相当する。従って、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差をゼロとするように、速度推定値を算出することにより、正確な回転子の速度を求めることができる。 Since the second rotor magnetic pole position is obtained by integrating the estimated speed value, the position is different (delayed) in time from the first rotor magnetic pole position by the period of the integration calculation. Will be shown. In other words, the deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position corresponds to the amount of change in the rotor magnetic pole position during the above-described integration calculation processing period. Accordingly, by calculating the estimated speed value so that the deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position is zero, the accurate rotor speed can be obtained.
請求項2に記載したように、速度推定値算出手段は、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差に所定のゲインを乗じることによって速度推定値を算出するように構成することができる。速度推定値は、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差の大小に応じて、増減される関係を有するためである。 According to a second aspect of the present invention, the speed estimated value calculating means calculates the speed estimated value by multiplying a deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position by a predetermined gain. Can be configured. This is because the estimated speed value has a relationship that increases or decreases depending on the deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position.
なお、第1の第1の推定演算手段は、請求項3に記載したように、α−β座標系における、前記の数式1によって示される誘起電圧モデルによって誘起電圧を演算し、この演算された誘起電圧から前記第1の回転子磁極位置を推定演算するようにしても良いし、請求項4に記載したように、α−β座標系における、前記の数式2によって示される、モータ電流の波高値の時間微分をゼロと仮定した近似誘起電圧モデルによって誘起電圧を演算し、この演算された誘起電圧から第1の回転子磁極位置を推定演算するようにしても良い。
In addition, as described in claim 3, the first first estimation calculation means calculates an induced voltage using an induced voltage model represented by Formula 1 in the α-β coordinate system, and this calculation is performed. The first rotor magnetic pole position may be estimated and calculated from the induced voltage, or, as described in claim 4, the wave of the motor current represented by
請求項3に記載の構成によれば、詳細なモータモデルを基に誘起電圧を演算するため、その誘起電圧から演算される磁極位置について、速度応答性や負荷変動応答性を良好に保つことができる。ただし、この場合、モータモデルには微分項が含まれるので、演算量が増加する。この点につき、請求項4に記載の構成を採用すれば、微分項を省略した近似モデルにより誘起電圧を演算できるので、第1の回転子磁極位置を求めるための演算量を低減することができる。 According to the configuration of the third aspect, since the induced voltage is calculated based on the detailed motor model, the speed responsiveness and the load fluctuation responsiveness can be kept good for the magnetic pole position calculated from the induced voltage. it can. However, in this case, the amount of calculation increases because the motor model includes a differential term. In this regard, if the configuration described in claim 4 is adopted, the induced voltage can be calculated using an approximate model in which the differential term is omitted, so the amount of calculation for obtaining the first rotor magnetic pole position can be reduced. .
以下、本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図1は、本実施形態による同期モータ8の制御装置の全体の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態における同期モータ8は、3相(U相、V相、W相)の固定子巻線、及び永久磁石からなる回転子を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the control device for the
図1において、制御器2は、偏差演算部1から速度指令ω*と速度推定値ωesとの偏差及び後述するαβ/dq変換部14からd軸電流値id、q軸電流値iqが入力され、それらの入力値に基づいて、速度推定値ωesが速度指令ω*に近づくように、d軸電圧指令値V* d、q軸電圧指令値V* qを算出して出力する。制御器2が出力したd軸電圧指令値V* d及びq軸電圧指令値V* qは、dq/αβ座標変換部3に出力される。ここで、公知のように、dq座標は、例えば、回転子のS極からN極に向かう方向をd軸とし、そのd軸に垂直なq軸によって定義される回転座標であり、αβ座標は、回転子の回転軸を原点として、相互に直交するα軸及びβ軸によって定義される静止座標である。
In FIG. 1, the
このdq回転座標からαβ静止座標への座標変換は、後述する積分器13から出力される回転子の第2の推定磁極位置θes2基づいて実行される。回転子の磁極位置が推定できれば、dq回転座標とαβ静止座標との相対的な位相関係が特定できるため、座標変換を行うことができる。この座標変換によって、dq/αβ座標変換部3からは、α軸電圧指令値V* α及びβ軸電圧指令値V* βが出力される。
The coordinate conversion from the dq rotation coordinate to the αβ static coordinate is executed based on the second estimated magnetic pole position θ es2 of the rotor output from the
dq/αβ座標変換部3からのα軸電圧指令値V* α及びβ軸電圧指令値V* βは、2相−3相変換部であるαβ/uvw変換部4及び磁極位置推定器10に与えられる。αβ/uvw変換部4は、αβ静止座標におけるα軸電圧指令値V* α及びβ軸電圧指令値V* βから、3相同期モータ8の各固定子巻線(U相、V相、W相)に出力すべきU相電圧指令値V* u、V相電圧指令値V* v、W相電圧指令値V* wを生成する。
The α-axis voltage command value V * α and β-axis voltage command value V * β from the dq / αβ coordinate conversion unit 3 are supplied to the αβ / uvw conversion unit 4 and the magnetic
PWM信号発生部5は、U相電圧指令値V* u、V相電圧指令値V* v、W相電圧指令値V* wに基づいて、電力変換器6におけるインバータの、各固定子巻線に対応するスイッチング素子を駆動するためのPWM信号を発生する。このPWM信号によって、インバータを構成する各スイッチング素子を駆動することにより、U相電圧指令値V* u、V相電圧指令値V* v及びW相電圧指令値V* wに相当する電圧を各固定子巻線に印加することができる。
The
電流センサ7は、各固定子巻線に流れる電流を検出する。電流センサ7によって検出された各固定子巻線の電流検出値は、uvw/αβ変換部9に入力され、αβ座標におけるα軸電流iαとβ軸電流iβに変換される。なお、電流センサ7は、3相すべての固定子巻線の電流を検出する必要はなく、2相の電流を検出して、残りの1相の電流は、その2相の電流から推定しても良い。 The current sensor 7 detects a current flowing through each stator winding. The detected current value of each stator winding detected by the current sensor 7 is input to the uvw / αβ converter 9 and converted into an α-axis current i α and a β-axis current i β in αβ coordinates. The current sensor 7 does not need to detect the currents of all the three-phase stator windings, but detects the two-phase currents, and the remaining one-phase current is estimated from the two-phase currents. Also good.
磁極位置推定器10は、dq/αβ座標変換部3から入力されるα軸及びβ軸の電圧指令値V* α、V* β及びuvw/αβ変換部9から入力されるα軸及びβ軸の電流検出値iα、iβに基づいて、回転子の磁極位置を推定するものである。この磁極位置推定器10として、例えば「拡張誘起電圧外乱オブザーバを用いたIPMSMの位置・速度センサレス制御」市川、陳、富田、道木、大熊、平成12年電気学会産業応用部門大会講演論文集に記載された外乱オブザーバを適用できる。ここで、この外乱オブザーバについて簡単に説明する。
The magnetic
同期モータの拡張誘起電圧モデルは、上述した数式3のように示される。この数式3において、拡張誘起電圧を外乱とみなした外乱オブザーバを構成することにより拡張誘起電圧を求めることが可能である。この場合、拡張誘起電圧eα、eβは、以下の数式5によって表される。
The extended induced voltage model of the synchronous motor is expressed as Equation 3 described above. In Equation 3, it is possible to obtain the extended induced voltage by configuring a disturbance observer that regards the extended induced voltage as a disturbance. In this case, the expansion induced voltages e α and e β are expressed by the following
補償器12は、入力された偏差に、所定のゲインを乗じて速度推定値ωesを算出するように構成されている。例えば、補償器11は、以下の数式9に示すように、偏差に所定のPIゲイン(Kp,Ki)を乗じることによって、速度推定値ωesを算出する。
The
αβ/dq座標変換部14は、積分器13から与えられる第2の推定磁極位置θes2に基づいて、uvw/αβ変換部9から入力されるα軸及びβ軸の電流検出値iα、iβを、d軸及びq軸電流値id、iqに変換して、制御器2に出力する。
The αβ / dq coordinate
ここで、本実施形態では、上述した偏差演算部11、補償器12及び積分器13からなるループにおいて、速度推定値ωesを積分することによって第2の推定磁極位置θes2を求めている。このため、第2の推定磁極位置θes2は、第1の推定磁極位置θes1に対して、積分演算を行う周期分だけ時間的に異なる(遅れた)位置を示すことになる。換言すれば、第1の推定磁極位置θes1と第2の推定磁極位置θes2との偏差は、上述した積分演算の処理周期が経過する間の回転子の磁極位置の変化量に相当する。従って、積分演算の処理周期の間に、第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差をゼロとする速度推定値を求めれば、正確な回転子の速度を求めることができる。
Here, in the present embodiment, the second estimated magnetic pole position θ es2 is obtained by integrating the speed estimated value ω es in the loop including the
上述したように、速度推定値ωesを求めるための演算は、偏差演算部11、補償器12及び積分器13からなるループにおいて実行される。このループにおける、第1の推定磁極位置θes1と第2の推定磁極位置θes2との偏差をゼロとするための回転子の速度を求めるための演算は、従来のような速度の適応同定を行うための演算に比較して簡便であるため、速度推定値ωesを求めるための演算量を大幅に低減することができる。
As described above, the calculation for obtaining the estimated speed value ω es is executed in a loop including the
なお、速度推定値ωesは、第1の推定磁極位置θes1と第2の推定磁極位置θes2との偏差の大小に応じて、増減される関係を有する。このため、その偏差に、補償器12において所定のゲインを乗じることにより、速度推定値ωesとすることができる。
Note that the estimated speed value ω es has a relationship that is increased or decreased according to the deviation between the first estimated magnetic pole position θ es1 and the second estimated magnetic pole position θ es2 . For this reason, the estimated value ω es can be obtained by multiplying the deviation by a predetermined gain in the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、種々変形して実施することができる。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention can be implemented in various deformation | transformation, without being restrict | limited to the embodiment mentioned above at all.
例えば、上述した実施形態では、第1の推定磁極位置θes1と第2の推定磁極位置θes2との偏差をゼロとするための回転子の速度を、速度推定値ωesとして求めた。しかしながら、第1の推定磁極位置θes1と第2の推定磁極位置θes2との偏差に所定のゲインを乗じた結果を、推定速度誤差Δωesと定義し、推定速度誤差Δωesと速度指令値ω*とを加算した結果を速度推定値ωesとしても良い。 For example, in the above-described embodiment, the rotor speed for making the deviation between the first estimated magnetic pole position θ es1 and the second estimated magnetic pole position θ es2 zero is obtained as the estimated speed value ωes. However, the first estimated magnetic pole position theta es1 results obtained by multiplying a predetermined gain a deviation between the second estimated magnetic pole position theta es2, is defined as the estimated speed error [Delta] [omega es, the estimated speed error [Delta] [omega es and the speed command value A result obtained by adding ω * may be used as the speed estimated value ω es .
また、上述した実施形態では、dq座標系からαβ座標系への座標変換を行ったが、αβ座標系への座標変換を行うことなく、dq座標系における電圧指令値及び電流検出値を用いて、第1の推定磁極位置es1を求めるようにしても良い。逆に、速度指令値ω*と速度推定値ωesとの偏差から、dq座標系における電圧指令値ではなく、αβ座標系における電圧指令値を直接算出するようにしても良い。 In the above-described embodiment, the coordinate conversion from the dq coordinate system to the αβ coordinate system is performed, but the voltage command value and the current detection value in the dq coordinate system are used without performing the coordinate conversion to the αβ coordinate system. The first estimated magnetic pole position es1 may be obtained. Conversely, the voltage command value in the αβ coordinate system may be directly calculated from the deviation between the speed command value ω * and the estimated speed value ω es instead of the voltage command value in the dq coordinate system.
2…制御器
3…dq/αβ座標変換部
4…αβ/uvw変換部
5…PWM信号発生部
6…電力変換器
7…電流センサ
8…同期モータ
9…uvw/αβ変換部
10…磁極位置推定器
11…偏差演算部
12…補償器
13…積分器
2 ... Controller 3 ... dq / αβ coordinate converter 4 ... αβ /
Claims (4)
前記同期モータの固定子巻線に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記同期モータへの印加電圧の指令値及び前記モータ電流の検出値に基づいて、第1の回転子磁極位置を推定演算する第1の推定演算手段と、
下記速度推定値算出手段によって算出されるモータ磁極の速度推定値を積分して第2の回転子磁極位置を推定演算する第2の推定演算手段と、
前記第1の回転子磁極位置と第2の回転子磁極位置との偏差に基づいて、当該偏差をゼロとするための回転子の速度を、前記速度推定値として算出する速度推定値算出手段とを備えることを特徴とする同期モータ制御装置。 In the synchronous motor control device that controls the drive signal output to the synchronous motor based on the deviation between the speed command value and the speed estimated value,
Motor current detecting means for detecting a motor current flowing in the stator winding of the synchronous motor;
First estimation calculation means for estimating and calculating a first rotor magnetic pole position based on a command value of a voltage applied to the synchronous motor and a detection value of the motor current;
Second estimation calculation means for estimating and calculating a second rotor magnetic pole position by integrating the speed estimation value of the motor magnetic pole calculated by the following speed estimation value calculation means;
Based on a deviation between the first rotor magnetic pole position and the second rotor magnetic pole position, speed estimated value calculating means for calculating the speed of the rotor for making the deviation zero as the speed estimated value; A synchronous motor control device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005270842A JP2007082380A (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Synchronous motor control device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009142073A (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Denso Corp | Controller and control system of rotating machine |
JP2010004699A (en) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Denso Corp | Controller for rotating machine, and control system for rotating machine |
JPWO2019049188A1 (en) * | 2017-09-05 | 2020-04-09 | 株式会社日立製作所 | Monitoring device and monitoring method for AC motor, and monitoring device and monitoring method for motor drive system |
-
2005
- 2005-09-16 JP JP2005270842A patent/JP2007082380A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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