JP2008043058A - Synchronous motor control unit and control method thereof - Google Patents

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JP2008043058A JP2006214411A JP2006214411A JP2008043058A JP 2008043058 A JP2008043058 A JP 2008043058A JP 2006214411 A JP2006214411 A JP 2006214411A JP 2006214411 A JP2006214411 A JP 2006214411A JP 2008043058 A JP2008043058 A JP 2008043058A
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Shinya Morimoto
進也 森本
Akira Kumagai
彰 熊谷
Mamoru Takagi
護 高木
Kozo Ide
耕三 井手
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous motor control unit for enabling precise positioning and the suppression of vibration in stop even if noise is mixed into a current detection section and voltage output resolution is low, and to provide a method of controlling the synchronous motor control unit. <P>SOLUTION: The synchronous motor control unit comprises: a position detection section 11 for detecting a rotation position; a current detection section 1 for detecting current; a coordinates conversion section 2 for converting the current to a d-axis current in a magnetic flux direction and a q-axis current orthogonally crossing magnetic flux by an electric angle phase with a magnetic pole position obtained from the rotation position as a reference; a dq-axis current control section for controlling the d- and q-axis currents based on a torque command given to a synchronous motor; and a rotational speed detection section 12 for detecting the rotational speed of the synchronous motor. In the synchronous motor control unit, there are an offset angle addition section 15 for adding an offset angle to the electric angle phase and an offset angle adjustment section 14 for adjusting the offset angle according to the rotational speed, the torque command, or the rotation position. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、低トルク・低速度および停止時に電流検出精度や電圧出力分解能が低い場合でもノイズ等によるトルク変動を抑えて精密な制御を可能とする同期モータ制御装置とその制御方法に関する。   The present invention relates to a synchronous motor control device and a control method thereof capable of precise control by suppressing torque fluctuation due to noise or the like even when current detection accuracy or voltage output resolution is low at low torque / low speed and when stopped.

従来の同期モータ制御装置を図に基づいて説明する。図2は同期モータの磁極位置を基準としたdq座標系を示す。dq座標系上ではトルクTはq軸電流Iqとトルク定数Ktにより式(1)のように表せる。
T=Kt×Iq (1)
図3に従来の制御ブロック図を示す。同期モータの電流を電流検出器1により検出し、A/D変換器を通して読み込む。読み込んだ電流検出値は座標変換器2によりdq座標系における電流、つまりd軸電流Idとq軸電流Iqに変換される。速度制御器3により得られるトルク指令T*から、q軸電流指令Iq* を T*/Kt により求め、前記q軸電流Iqとの差分をとりPI制御器4aによりq軸制御指令を決定する。d軸電流指令は0として、前記d軸電流Idとの差分をとり前記q軸と同様にPI制御器4bによりd軸制御指令を求める。フィードフォーワード補償器5は誘起電圧や同期モータのインピーダンスを補償する電圧をd軸、q軸個別に求め、それぞれのd軸制御指令、q軸制御指令に加算し、dq軸電圧指令を求める。前記dq軸電圧指令を2相3相変換器6により相電圧指令に変換し、PWM制御器7によりインバータ回路8を制御して電圧を同期モータへ出力する。尚、永久磁石内蔵型同期モータの場合は、リラクタンストルクを有効に利用するため、トルク指令とモータ特性に応じてd軸電流指令を決定している。
このような同期モータの制御を用いて精密機器を駆動する際、応答性を確保するため制御ゲインを高くする必要があるが、制御ゲインが高い場合はエンコーダの離散化誤差、電流検出分解能、電圧指令分解能などの影響で停止時に微小な振動が発生する。この振動を抑制するため、従来は位置制御および速度制御のゲインを停止時のみ下げるようにして調整していた。
A conventional synchronous motor control device will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a dq coordinate system based on the magnetic pole position of the synchronous motor. On the dq coordinate system, the torque T can be expressed as shown in Equation (1) by the q-axis current Iq and the torque constant Kt.
T = Kt × Iq (1)
FIG. 3 shows a conventional control block diagram. The current of the synchronous motor is detected by the current detector 1 and read through the A / D converter. The read current detection value is converted by the coordinate converter 2 into a current in the dq coordinate system, that is, a d-axis current Id and a q-axis current Iq. The q-axis current command Iq * is obtained from T * / Kt from the torque command T * obtained by the speed controller 3, and the difference from the q-axis current Iq is taken to determine the q-axis control command by the PI controller 4a. The d-axis current command is set to 0, the difference from the d-axis current Id is taken, and the d-axis control command is obtained by the PI controller 4b similarly to the q-axis. The feedforward compensator 5 obtains the induced voltage and the voltage for compensating the impedance of the synchronous motor separately for the d-axis and the q-axis and adds them to the respective d-axis control command and q-axis control command to obtain the dq-axis voltage command. The dq axis voltage command is converted into a phase voltage command by the two-phase / three-phase converter 6, and the inverter circuit 8 is controlled by the PWM controller 7 to output the voltage to the synchronous motor. In the case of a synchronous motor with a built-in permanent magnet, the d-axis current command is determined according to the torque command and the motor characteristics in order to effectively use the reluctance torque.
When driving precision equipment using such synchronous motor control, it is necessary to increase the control gain to ensure responsiveness. If the control gain is high, the discretization error of the encoder, current detection resolution, voltage Small vibrations occur when stopping due to the command resolution. In order to suppress this vibration, conventionally, the gain of position control and speed control has been adjusted so as to decrease only at the time of stopping.

図4において、モータの相電流を複数の増幅手段をもつ電流増幅器125へ取り込み、増幅された複数の電流ベクトル125a、125bを電流切替器126により外部セレクト信号Xに基づいて選択して1つの電流ベクトルを選択し、電流指令も前記外部セレクト信号に基づいて変換するようにすることで、必要な電流精度を外部セレクト信号により選択できるようにしている。
また、電流の検出分解能に起因するトルク脈動の低減やトルク制御の精密性を上げるため、増幅率の異なる複数の電流増幅器を備え、必要な電流検出分解能に応じて増幅器を切り替えるものもある(例えば、特許文献1参照)。また、同期モータの方程式を元にトルク指令に従って電流を流す位相と振幅を変化させて等価的に精密なトルク制御を行うものもある(例えば、特許文献2参照)。
In FIG. 4, the phase current of the motor is taken into a current amplifier 125 having a plurality of amplifying means, and a plurality of amplified current vectors 125a and 125b are selected on the basis of the external select signal X by the current switch 126 and one current is selected. By selecting a vector and converting the current command based on the external select signal, the required current accuracy can be selected by the external select signal.
In addition, in order to reduce torque pulsation due to current detection resolution and increase the precision of torque control, there are some which have a plurality of current amplifiers with different amplification factors and switch the amplifiers according to the required current detection resolution (for example, , See Patent Document 1). In addition, there is a type in which equivalently precise torque control is performed by changing the phase and amplitude of flowing current according to a torque command based on the equation of the synchronous motor (for example, see Patent Document 2).

図5において、電流演算部はエンコーダにより検出した位相θAとトルク指令により、電流を指令する位相と振幅を変化させて3相の電流指令を作成する際に、振幅と位相を変化させることにより精度が必要な場合は位相を最適値よりずらして振幅を増加させて電流を増やすことにより、電流分解能を上げるのと等価な特性を持たせている。
特開平10−17222号公報(図1) 特開平4−161085号公報(頁2〜4、第1図)
In FIG. 5, the current calculation unit changes the amplitude and phase when generating a three-phase current command by changing the phase and amplitude for commanding the current based on the phase θA detected by the encoder and the torque command. Is necessary, the phase is shifted from the optimum value and the amplitude is increased to increase the current, thereby giving a characteristic equivalent to increasing the current resolution.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-17222 (FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 4-161085 (pages 2 to 4, FIG. 1)

従来のモータ制御装置は、電流検出や電圧出力の分解能が固定であり、制御精度はこれら分解能に依存しているため、高精度な制御のためには高価な高分解能センサや高分解能出力を必要としていた。また、制御ゲインを切り替える方法は、応答を抑えることにより停止時の振動を減らすが、センサ情報などに含まれる誤差やノイズなどの外乱が入ると振動を抑制できないという問題点があった。
特許文献1の複数の増幅器を切り替える方法では、増幅器や切り替え部が必要となるため、コスト高になるという問題があった。
特許文献2の電流指令の位相と振幅を調整する方法では、電流検出分解能を等価的に増やすことができるが、停止時の振動を目的としているものではなく電流検出信号や位相情報に外乱が入ると振動を抑制できない。また電流指令を操作するために演算が複雑になるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電流検出部へノイズが混入したり、電圧出力分解能が低くても、高精度な位置決めが可能で停止時の振動を抑制できる同期モータ制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。
Conventional motor control devices have fixed current detection and voltage output resolutions, and control accuracy depends on these resolutions, so expensive high-resolution sensors and high-resolution outputs are required for high-precision control. I was trying. Further, the method of switching the control gain reduces the vibration at the time of stopping by suppressing the response, but there is a problem that the vibration cannot be suppressed when disturbance such as an error or noise included in the sensor information or the like enters.
In the method of switching a plurality of amplifiers disclosed in Patent Document 1, an amplifier and a switching unit are required, which increases the cost.
In the method of adjusting the phase and amplitude of the current command in Patent Document 2, the current detection resolution can be increased equivalently, but it is not intended for vibration at the time of stop, and disturbance is introduced into the current detection signal and phase information. And vibration cannot be suppressed. In addition, there is a problem in that the calculation becomes complicated in order to operate the current command.
The present invention has been made in view of such a problem, and even if noise is mixed in the current detection unit or the voltage output resolution is low, the synchronization can be performed with high accuracy and the vibration at the time of stopping can be suppressed. It is an object to provide a motor control device and a control method thereof.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、同期モータの回転位置を検出する位置検出部と、前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記回転位置から求められる磁極位置を基準とした電気角位相により前記電流を磁束方向のd軸電流と磁束と直交するq軸電流とに変換する座標変換部と、前記同期モータに与えるトルク指令に基づいて前記d軸電流および前記q軸電流を制御するdq軸電流制御部と、前記同期モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、を備えた同期モータ制御装置において、前記電気角位相にオフセット角度を加算するオフセット角度加算部と、前記回転速度または前記トルク指令または前記回転位置に応じて前記オフセット角度を調整するオフセット角度調整部と、を備えたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a position detector that detects a rotational position of the synchronous motor, a current detector that detects a current flowing through the synchronous motor, and an electrical angle based on a magnetic pole position obtained from the rotational position. A coordinate conversion unit that converts the current into a d-axis current in the direction of magnetic flux and a q-axis current orthogonal to the magnetic flux according to the phase, and controls the d-axis current and the q-axis current based on a torque command given to the synchronous motor. In a synchronous motor control device comprising: a dq axis current control unit; and a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the synchronous motor, an offset angle addition unit that adds an offset angle to the electrical angle phase; and the rotation speed Alternatively, an offset angle adjusting unit that adjusts the offset angle according to the torque command or the rotational position is provided.

請求項2の記載の発明は、請求項1の記載の同期モータ制御装置において、前記オフセット角度調整部は、前記回転速度が設定した停止レベルよりも高いか、または前記トルク指令が設定したトルク切替レベルよりも大きいときに前記オフセット角度を0とし、前記回転速度が前記停止レベルよりも低くかつ前記トルク指令が前記トルク切替レベルよりも小さいときに前記オフセット角度を大きくなるように調整することを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the synchronous motor control device according to the first aspect, wherein the offset angle adjustment unit is configured such that the rotation speed is higher than a set stop level or a torque switching set by the torque command. The offset angle is set to 0 when larger than a level, and is adjusted so that the offset angle becomes larger when the rotational speed is lower than the stop level and the torque command is smaller than the torque switching level. It is what.

請求項3に記載の発明は、請求項1の記載の同期モータ制御装置において、前記オフセット角度調整部に、同期モータの位置制御を行う際に位置指令の変化がなくなり、前記位置指令と前記回転位置との偏差が設定した偏差レベルよりも小さくなったときに前記オフセット角度を大きくするように調整することを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the first aspect, when the position control of the synchronous motor is performed in the offset angle adjustment unit, the position command and the rotation are eliminated. The offset angle is adjusted to be increased when the deviation from the position becomes smaller than a set deviation level.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3記載の同期モータ制御装置において、前記トルク指令に前記オフセット角度から求めたトルク補正値を乗じることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4記載の同期モータ制御装置において、前記トルク補正値は前記オフセット角度をΔθとすると1/cosΔθにより計算することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the first to third aspects, the torque command is multiplied by a torque correction value obtained from the offset angle.
According to a fifth aspect of the present invention, in the synchronous motor control device according to the fourth aspect, the torque correction value is calculated by 1 / cos Δθ where the offset angle is Δθ.

請求項6に記載の発明は、同期モータの回転位置を検出する位置検出部と、前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記回転位置から求められる磁極位置を基準とした電気角位相により前記電流を磁束方向のd軸電流と磁束と直交するq軸電流とに変換する座標変換部と、前記同期モータに与えるトルク指令に基づいて前記d軸電流および前記q軸電流を制御するdq軸電流制御部と、前記同期モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、を備えた同期モータの制御方法において、前記回転位置から電気角位相を求めるステップと、前記電気角位相にオフセット角度を加算するステップと、前記回転速度応じて前記オフセット角度を調整するステップと、前記オフセット角度に応じてトルク補正値をもとめるステップと、前記トルク補正値をトルク指令に乗算するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項6記載の同期モータの制御方法において、前記回転速度に応じて前記オフセット角度を調整するステップの代わりに、前記トルク指令または前記回転位置に応じて前記オフセット角度を調整するステップを備えることを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a position detection unit that detects a rotational position of the synchronous motor, a current detection unit that detects a current flowing through the synchronous motor, and an electrical angle based on a magnetic pole position obtained from the rotational position. A coordinate conversion unit that converts the current into a d-axis current in the direction of magnetic flux and a q-axis current orthogonal to the magnetic flux according to the phase, and controls the d-axis current and the q-axis current based on a torque command given to the synchronous motor. In a synchronous motor control method comprising a dq-axis current controller and a rotational speed detector for detecting a rotational speed of the synchronous motor, a step of obtaining an electrical angle phase from the rotational position, and an offset to the electrical angle phase Adding an angle; adjusting the offset angle according to the rotational speed; obtaining a torque correction value according to the offset angle; A step of multiplying the serial torque correction value to the torque command, is characterized in that comprises a.
According to a seventh aspect of the present invention, in the synchronous motor control method according to the sixth aspect of the invention, instead of the step of adjusting the offset angle according to the rotational speed, the offset according to the torque command or the rotational position. A step of adjusting the angle is provided.

請求項1に記載の発明によると、電流検出値を座標変換する際に、電流の座標変換位相に対するオフセット角度を加算することにより、発生トルクを抑制し、結果的に同じトルクを発生させるための電流を増加させ、制御指令に対するS/N比を上げることができる。
請求項2に記載の発明によると、モータの回転速度が停止のレベルになりトルク指令が低い場合にのみオフセット角度を加算するようにすることができ、通常運転時の効率を最大にしながら、低回転時に高精度なトルクや速度の制御ができるようになる。
請求項3に記載の発明によると、位置制御時の位置決め動作の際にのみオフセット角度を加算することができ、モータが回転するときの効率を最大にしながら、高精度な位置決めと停止時の振動抑制ができる。
請求項4および5に記載の発明によると、トルク指令を補正する機能を追加することにより、トルク制御を高精度化することができる。
請求項6および7に記載の発明によると、電流検出部へイズが混入したり、電圧出力分解能が低くても、高精度な位置決めが可能で、停止時の振動を抑制できる同期モータの制御方法を提供できる。
According to the first aspect of the present invention, when the current detection value is subjected to coordinate conversion, the generated torque is suppressed by adding the offset angle with respect to the coordinate conversion phase of the current, and as a result, the same torque is generated. It is possible to increase the current and increase the S / N ratio with respect to the control command.
According to the second aspect of the present invention, the offset angle can be added only when the rotational speed of the motor is at the stop level and the torque command is low, and the efficiency during normal operation is maximized while being low. High-precision torque and speed can be controlled during rotation.
According to the third aspect of the present invention, the offset angle can be added only during the positioning operation during the position control, and the high-precision positioning and the vibration during the stop are performed while maximizing the efficiency when the motor rotates. Can be suppressed.
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the torque control can be made highly accurate by adding a function for correcting the torque command.
According to the inventions described in claims 6 and 7, a method for controlling a synchronous motor capable of high-accuracy positioning and suppressing vibration at the time of stopping even if noise is mixed in the current detection unit or the voltage output resolution is low. Can provide.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の同期モータ制御装置の制御ブロック図である。図1は位置制御を行う場合の実施例を示している。図において、位置制御部11はエンコーダ10から取り込んだ位置と位置指令とを比較して速度指令を求める。速度制御部3は前記位置から微分部12を通して得られた回転速度と前記速度指令とを入力し、トルク指令T*を演算する。電流指令演算部13はトルク指令からq軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*を演算する。ここで、前記電流指令演算部13では、前記q軸電流指令Iq*およびd軸電流指令Id*を次のようにして求める。トルクと電流の関係は、磁束をφ、極対数をpn、dq軸に変換したインダクタンスをLd、Lqとすると、式(2)のようになる。   FIG. 1 is a control block diagram of the synchronous motor control device of the present invention. FIG. 1 shows an embodiment in which position control is performed. In the figure, the position controller 11 compares the position fetched from the encoder 10 with a position command to obtain a speed command. The speed control unit 3 inputs the rotational speed obtained from the position through the differentiating unit 12 and the speed command, and calculates a torque command T *. The current command calculation unit 13 calculates a q-axis current command Iq * and a d-axis current command Id * from the torque command. Here, the current command calculation unit 13 obtains the q-axis current command Iq * and the d-axis current command Id * as follows. The relationship between torque and current is given by equation (2) where φ is the magnetic flux, pn is the number of pole pairs, and Ld is the inductance converted to the dq axis.


表面磁石型同期モータ(SPMM)の場合は、Ld=Lqであるので式(2)は式(3)になる。

In the case of a surface magnet type synchronous motor (SPMM), since Ld = Lq, equation (2) becomes equation (3).


つまり電流指令は次のようにして求めればよい。

That is, the current command may be obtained as follows.

Iq* = T*/(pn・φ) (4)
Id* = 0
埋込磁石型同期モータ(IPMM)では、高効率化のためにリラクタンストルクを利用するため、d軸電流は0とはならない。最大効率を得るためのd軸電流Id*は式(5)のようになる。
Iq * = T * / (pn · φ) (4)
Id * = 0
In the embedded magnet type synchronous motor (IPMM), since the reluctance torque is used for high efficiency, the d-axis current does not become zero. The d-axis current Id * for obtaining the maximum efficiency is as shown in Expression (5).


式(2)と式(5)の連立方程式を解くことにより、前記Id*、Iq*を求める。実際の演算では、計算量を減らすために、式(2)式(5)を簡略化あるいはあらかじめ計算してテーブル化しておいたものを使用する場合もある。また、高速回転の領域において、電圧が飽和しないように弱め界磁制御などを適用してd軸電流指令を更に操作する場合もある。
電流制御部は、同期モータの電流を電流検出部1により検出し、A/D変換部を通して読み込み、座標変換部2によりdq座標系における電流、つまりd軸電流Idとq軸電流Iqに変換される。前記d軸電流指令Id*および前記q軸電流指令Iq*は、それぞれ前記d軸電流Idと前記q軸電流Iqと差分をとりそれぞれPI制御部4a、4bに入力し、d軸制御指令、q軸制御指令を決定する。フィードフォーワード補償部5は式(6)に示すモータの方程式に従い、誘起電圧や同期モータのインピーダンスを補償する電圧をd軸、q軸個別に求め、それぞれのd軸制御指令、q軸制御指令に加算し、dq軸電圧指令Vd,Vqを求める。

The Id * and Iq * are obtained by solving the simultaneous equations of the equations (2) and (5). In actual calculations, in order to reduce the amount of calculation, there are cases where the formulas (2) and (5) are simplified or previously calculated and tabulated. In addition, in the high-speed rotation region, the d-axis current command may be further manipulated by applying field weakening control or the like so that the voltage is not saturated.
The current control unit detects the current of the synchronous motor by the current detection unit 1, reads it through the A / D conversion unit, and converts it into the current in the dq coordinate system, that is, the d-axis current Id and the q-axis current Iq by the coordinate conversion unit 2. The The d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq * take the difference from the d-axis current Id and the q-axis current Iq, respectively, and input them to the PI control units 4a and 4b, respectively, Determine the axis control command. The feedforward compensation unit 5 obtains voltages for compensating the induced voltage and the impedance of the synchronous motor separately for the d-axis and the q-axis according to the motor equation shown in the equation (6), and the respective d-axis control command and q-axis control command. To obtain dq axis voltage commands Vd and Vq.


ここで、vd, vqはそれぞれd軸電圧、q軸電圧、Rは巻線抵抗、ωは電気角周波数、pは微分演算子である。電気角周波数は回転速度にモータの極数を乗じて求められる。求められた前記dq軸電圧指令は2相3相変換部6により相電圧指令に変換され、PWM制御部7によりインバータ回路8を駆動して電圧を同期モータへ出力する。オフセット角度調整部14はトルク指令、回転速度または位置指令によりオフセット角度を演算する。位置検出部9はエンコーダ10から取り込んだ位置からモータの磁極位置を計算する。前記磁極位置に前記オフセット角度を加算部15により加算し、前記座標変換部2に入力する。

Here, vd and vq are a d-axis voltage and a q-axis voltage, R is a winding resistance, ω is an electrical angular frequency, and p is a differential operator. The electrical angular frequency is obtained by multiplying the rotational speed by the number of poles of the motor. The obtained dq-axis voltage command is converted into a phase voltage command by the two-phase / three-phase converter 6, and the inverter 8 is driven by the PWM controller 7 to output the voltage to the synchronous motor. The offset angle adjustment unit 14 calculates an offset angle based on a torque command, a rotation speed, or a position command. The position detector 9 calculates the magnetic pole position of the motor from the position fetched from the encoder 10. The offset angle is added to the magnetic pole position by the adder 15 and input to the coordinate converter 2.

本発明が従来技術と異なる部分は、モータの状況応じてオフセット角度を演算するオフセット角度演算部とエンコーダから検出した位相に対して前記オフセット角度を加算するオフセット角度加算部とを備えた部分である。オフセット角度を加算することによりトルクおよび電流は次のようになる。つまり、前記オフセット角度をΔθとすると、同期モータに実際に流れるd軸電流Idmおよびq軸電流Iqmと前記座標変換後のd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの関係は、式(7)のようになる。   The present invention is different from the prior art in that it includes an offset angle calculation unit that calculates an offset angle according to the state of the motor and an offset angle addition unit that adds the offset angle to the phase detected from the encoder. . By adding the offset angle, the torque and current are as follows. That is, assuming that the offset angle is Δθ, the relationship between the d-axis current Idm and q-axis current Iqm actually flowing through the synchronous motor and the d-axis current Id and q-axis current Iq after the coordinate conversion is expressed by the equation (7). It becomes like this.


電流制御は指令と検出値を一致させるように制御する。表面磁石型同期モータを例にすると、式(4)よりIdが0となるように制御されるので、電流指令と電流検出値が一致すると式(7)より次のようになる。

In the current control, the command and the detected value are controlled to coincide with each other. Taking a surface magnet type synchronous motor as an example, control is performed so that Id becomes 0 according to Equation (4). Therefore, when the current command and the current detection value match, the following is obtained from Equation (7).


この場合q軸電流指令Iq*により同期モータに発生するトルクTは式(3)より、

In this case, the torque T generated in the synchronous motor by the q-axis current command Iq * is calculated from the equation (3):


となり、指令よりも実際に発生するトルクがcosΔθの分だけ小さくなる。この時、速度制御部3は不足したトルク分を補うように動作しトルク指令T*が大きく補正される。これは、同じトルクを発生するために必要な電流が大きくなることを意味する。

Thus, the actually generated torque is smaller than the command by the amount of cos Δθ. At this time, the speed control unit 3 operates to compensate for the insufficient torque, and the torque command T * is greatly corrected. This means that the current required to generate the same torque is increased.

ここで電流を大きくした場合の効果について説明する。3相モータを制御する場合、モータ内部で3相が短絡されているため、3相のうち2相を検出するのが一般的となっている。U相電流iuとV相電流iuを検出する場合、前記座標変換部は以下のようになる。   Here, the effect when the current is increased will be described. When controlling a three-phase motor, since three phases are short-circuited inside the motor, it is common to detect two of the three phases. When the U-phase current iu and the V-phase current iu are detected, the coordinate conversion unit is as follows.


式(10)では大きさは保存されるため、電流検出に誤差があればそれがそのままId、Iqの誤差となる。電流検出値が1%の誤差を持つとすると、Id、Iqにも1%の誤差が含まれることになる。停止時に電流制御を行うと電流検出誤差によるトルクが発生してモータが回転する。モータが回転することにより位置制御部11および速度制御部3によりトルク指令を発生させる。これは電流検出ばかりでなく、電圧出力分解能が低い場合も同様である。このような状況で、オフセット角度を操作することにより発生トルクはトルク指令よりも小さくなるためトルク指令が大きくなり電流値も大きくなる。前記オフセット角度Δθが60度とすると、同じトルクを発生させるトルク指令は2倍となり、電流は2倍の電流を流すことになる。この時、電流誤差成分が1%であるとすると、2倍の電流を流すためトルクに対する電流誤差の影響は相対的に半分の0.5%となる。つまり、電流検出誤差の影響が半分になる。また、ゲインは等価的に半分になり外乱に対する応答性が下がるため振動を抑制することができる。

In Expression (10), since the magnitude is stored, if there is an error in current detection, it becomes an error of Id and Iq as it is. If the current detection value has an error of 1%, Id and Iq also include an error of 1%. When current control is performed at the time of stop, torque due to current detection error is generated and the motor rotates. As the motor rotates, a torque command is generated by the position control unit 11 and the speed control unit 3. This applies not only to current detection, but also when the voltage output resolution is low. In such a situation, by operating the offset angle, the generated torque becomes smaller than the torque command, so the torque command increases and the current value also increases. When the offset angle Δθ is 60 degrees, the torque command for generating the same torque is doubled, and the current flows twice as much. At this time, assuming that the current error component is 1%, the current error has a relatively half effect of 0.5% because twice the current flows. That is, the influence of the current detection error is halved. Further, the gain is equivalently halved and the response to the disturbance is lowered, so that vibration can be suppressed.

図6は前記オフセット調整部の実施例2を示すブロック図である。図において、回転速度とトルク指令を入力し、それぞれ停止レベルおよびトルク切替レベル設定値と比較する。前記停止レベルから前記回転速度の絶対値を減じた停止判定値が負の場合は0、前記停止判定値が正になると前記停止判定値に比例して大きくなるような係数KSを求める。また、前記トルク切替レベルから前記トルク指令の絶対値を減じたトルク判定値が負の場合は0、前記トルク判定値が正の場合は前記トルク判定値に比例して大きくなるような係数KTを求める。前記係数KSと前記KTを乗じることによりオフセット角度に対する係数を求め、設定したオフセット角度基準値に乗じることによりオフセット角度を求める。これにより、速度が低くトルク指令が低い間のみオフセット角度を加算することにより、トルク指令が大きい場合や回転速度が大きいときには高効率で運転し、低速度・低トルクの領域では実施例1で説明したように外乱に対する応答を下げ振動を抑制することができる。   FIG. 6 is a block diagram showing Example 2 of the offset adjusting unit. In the figure, a rotational speed and a torque command are input and compared with a stop level and a torque switching level set value, respectively. A coefficient KS is obtained that is 0 when the stop determination value obtained by subtracting the absolute value of the rotational speed from the stop level is negative, and increases in proportion to the stop determination value when the stop determination value becomes positive. Further, a coefficient KT is set such that 0 is obtained when the torque judgment value obtained by subtracting the absolute value of the torque command from the torque switching level is negative, and is increased in proportion to the torque judgment value when the torque judgment value is positive. Ask. A coefficient for the offset angle is obtained by multiplying the coefficient KS and the KT, and an offset angle is obtained by multiplying the set offset angle reference value. As a result, the offset angle is added only while the speed is low and the torque command is low, so that when the torque command is large or the rotational speed is large, the operation is performed with high efficiency. In the low speed / low torque region, the first embodiment will be described. As described above, the response to the disturbance can be lowered to suppress the vibration.

図7は前記オフセット調整の実施例3を示す図である。図において、位置指令と回転位置とを入力し、位置指令の前回値との差分が0となったときに動作する位置指令停止判定スイッチ71と前記位置指令と前記回転位置との差分値を計算する減算部と前記差分値が設定した位置決めレベルよりも小さくなったときに動作する位置決め判定スイッチ72とから構成され、オフセット角度設定値を前記位置指令停止判定スイッチ71と前記位置決め判定スイッチ72とが閉じたときにオフセット角度を出力するようになっている。また図6では、オフセット角度が急激に変化するのを防止するための一次遅れフィルタ73を追加している。これにより、位置制御を行う際に位置決め時のみ高精度なトルク制御を可能とし、位置が変化している間は高効率な運転が可能となる。
尚、位置決め時のオーバーシュートなどがある場合には、一定時間経過後にスイッチを動作させるようなディレイ回路を設けることで、位置決めが安定した後にオフセット角度を出力するようにして、安定化を図ることもできる。
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the offset adjusting unit . In the figure, a position command and a rotational position are input, and a position command stop determination switch 71 that operates when the difference between the previous value of the position command becomes 0 and a difference value between the position command and the rotational position are calculated. And a positioning determination switch 72 that operates when the difference value becomes lower than a set positioning level. The position command stop determination switch 71 and the positioning determination switch 72 indicate the offset angle setting value. The offset angle is output when closed. In FIG. 6, a first-order lag filter 73 is added to prevent the offset angle from changing suddenly. Thereby, when performing position control, highly accurate torque control is possible only during positioning, and high-efficiency operation is possible while the position is changing.
If there is an overshoot at the time of positioning, a delay circuit that operates the switch after a lapse of a certain time is provided to stabilize the positioning so that the offset angle is output after the positioning is stabilized. You can also.

図8に実施例4を示す制御ブロック図を示す。実施例1から実施例3においては、トルク指令とモータの発生トルクに誤差が発生する。このためトルク制御時には指令と実際のトルクとを一致させることができない。これを防止するため、トルク指令から電流指令を計算する際にオフセット角度に応じて変化させるゲインをトルク指令に乗じるトルク指令補正部81を追加する。オフセット角度によるトルクの変化は式(9)に示すようにcosΔθ倍となるため、係数として(1/cosΔθ)を乗じることによりトルク指令と実トルクを一致させることができる。これを実施例1から実施例3と併用することにより、回転数が低回転・低トルクあるいは停止時にトルクを高精度に制御し、それ以外の領域では高効率な運転が可能となる。   FIG. 8 is a control block diagram showing the fourth embodiment. In the first to third embodiments, an error occurs between the torque command and the generated torque of the motor. For this reason, the command and the actual torque cannot be matched during torque control. In order to prevent this, a torque command correction unit 81 is added that multiplies the torque command by a gain that changes according to the offset angle when calculating the current command from the torque command. Since the torque change due to the offset angle is cos Δθ times as shown in equation (9), the torque command and the actual torque can be matched by multiplying by (1 / cos Δθ) as a coefficient. By using this together with the first to third embodiments, the rotation speed is low and low, or the torque is controlled with high accuracy when stopped, and highly efficient operation is possible in other regions.

図9は本発明の同期モータ制御方法のフローチャートである。図9において、ステップST1で回転位置から電気角位相を求め、ステップST2で電気角位相にオフセット角度を加算し、ステップST3で回転速度の応じてオフセット角度を調整し、ステップST4でオフセット角度に応じてトルク補正値をもとめ、ステップST5でトルク補正値をトルク指令に乗算する。 FIG. 9 is a flowchart of the synchronous motor control method of the present invention. In FIG. 9, the electrical angle phase is obtained from the rotational position at step ST1, the offset angle is added to the electrical angle phase at step ST2, the offset angle is adjusted according to the rotational speed at step ST3, and the offset angle is determined at step ST4. In step ST5, the torque correction value is multiplied by the torque command.

以上のように、電流検出精度や電圧出力精度が悪い場合であっても、停止時や低速・低トルク時に電流制御を高精度化することが可能となるため、高精度が必要な用途だけでなく、一般的な用途でも低コストの電流検出手段や電圧出力手段を使うことができ、制御装置のコストを下げることも可能となる。   As described above, even when the current detection accuracy and voltage output accuracy are poor, it is possible to improve the current control at the time of stopping, low speed and low torque, so only for applications that require high accuracy. In addition, low-cost current detection means and voltage output means can be used in general applications, and the cost of the control device can be reduced.

本発明の第1実施例を示すモータ制御装置の制御ブロック図1 is a control block diagram of a motor control device showing a first embodiment of the present invention. 同期モータの座標系を示す図Diagram showing coordinate system of synchronous motor 従来の同期モータの制御ブロック図Conventional synchronous motor control block diagram 従来の特許文献1の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional patent document 1 従来の特許文献2の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional patent document 2 本発明の実施例2を示すオフセット調整手段のブロック図The block diagram of the offset adjustment means which shows Example 2 of this invention 本発明の実施例3を示すオフセット調整手段のブロック図The block diagram of the offset adjustment means which shows Example 3 of this invention 本発明の実施例4を示す制御ブロック図Control block diagram showing Embodiment 4 of the present invention 本発明の同期モータ制御方法のフローチャートFlowchart of synchronous motor control method of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 電流検出部
2 座標変換部
3 速度制御部
4a PI制御部(q軸)
4b PI制御部(d軸)
5 フィードフォーワード補償部
6 2相3相変換部
7 PWM制御部
8 インバータ回路
9 位置検出手段部
10 エンコーダ
11 位置制御部
12 微分部
13 電流指令演算部
14 オフセット角度調整部
15 オフセット角度加算器部
25 電流増幅部
25a、25b 電流ベクトル
26 電流切替部
71 位置指令停止判定スイッチ
72 位置決め判定スイッチ
73 一次遅れフィルタ
81 トルク指令補正部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current detection part 2 Coordinate conversion part 3 Speed control part 4a PI control part (q axis)
4b PI controller (d-axis)
5 Feedforward Compensation Unit 6 Two-phase Three-phase Conversion Unit 7 PWM Control Unit 8 Inverter Circuit 9 Position Detection Unit 10 Encoder 11 Position Control Unit 12 Differentiation Unit 13 Current Command Calculation Unit 14 Offset Angle Adjustment Unit 15 Offset Angle Adder Unit 25 Current amplifiers 25a and 25b Current vector 26 Current switching unit 71 Position command stop determination switch 72 Positioning determination switch 73 Primary delay filter 81 Torque command correction unit

Claims (7)

同期モータの回転位置を検出する位置検出部と、前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記回転位置から求められる磁極位置を基準とした電気角位相により前記電流を磁束方向のd軸電流と磁束と直交するq軸電流とに変換する座標変換部と、前記同期モータに与えるトルク指令に基づいて前記d軸電流および前記q軸電流を制御するdq軸電流制御部と、前記同期モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、を備えた同期モータ制御装置において、
前記電気角位相にオフセット角度を加算するオフセット角度加算部と、前記回転速度または前記トルク指令または前記回転位置に応じて前記オフセット角度を調整するオフセット角度調整部と、を備えたことを特徴とする同期モータ制御装置。
A position detection unit for detecting the rotational position of the synchronous motor, a current detection unit for detecting a current flowing through the synchronous motor, and an electric angle phase based on a magnetic pole position obtained from the rotational position, the current in the direction of magnetic flux. A coordinate conversion unit that converts an axial current and a q-axis current orthogonal to the magnetic flux; a dq-axis current control unit that controls the d-axis current and the q-axis current based on a torque command applied to the synchronous motor; In a synchronous motor control device comprising a rotation speed detection unit for detecting the rotation speed of the motor,
An offset angle addition unit that adds an offset angle to the electrical angle phase, and an offset angle adjustment unit that adjusts the offset angle in accordance with the rotation speed, the torque command, or the rotation position. Synchronous motor control device.
前記オフセット角度調整部は、前記回転速度が設定した停止レベルよりも高いか、または前記トルク指令が設定したトルク切替レベルよりも大きいときに前記オフセット角度を0とし、前記回転速度が前記停止レベルよりも低くかつ前記トルク指令が前記トルク切替レベルよりも小さいときに前記オフセット角度を大きくなるように調整することを特徴とする請求項1記載の同期モータ制御装置。   The offset angle adjustment unit sets the offset angle to 0 when the rotation speed is higher than the set stop level or greater than the torque switching level set by the torque command, and the rotation speed is lower than the stop level. 2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the offset angle is adjusted to be larger when the torque command is lower than the torque switching level. 前記オフセット角度調整部は、前記同期モータの位置制御を行う際に位置指令の変化がなくなり、前記位置指令と前記回転位置との偏差が設定した偏差レベルよりも小さくなったときに前記オフセット角度を大きくするように調整することを特徴とする請求項1記載の同期モータ制御装置。   The offset angle adjustment unit adjusts the offset angle when the position command does not change when the position control of the synchronous motor is performed and the deviation between the position command and the rotational position becomes smaller than a set deviation level. 2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the synchronous motor control device is adjusted so as to increase. 前記トルク指令に前記オフセット角度から求めたトルク補正値を乗じることを特徴とする請求項1乃至3記載の同期モータ制御装置。   4. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the torque command is multiplied by a torque correction value obtained from the offset angle. 前記トルク補正値は前記オフセット角度をΔθとすると
1/cosΔθ
により計算することを特徴とする請求項4記載の同期モータ制御装置。
The torque correction value is 1 / cos Δθ where the offset angle is Δθ.
5. The synchronous motor control device according to claim 4, wherein the calculation is performed by the following equation.
同期モータの回転位置を検出する位置検出部と、前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記回転位置から求められる磁極位置を基準とした電気角位相により前記電流を磁束方向のd軸電流と磁束と直交するq軸電流とに変換する座標変換部と、前記同期モータに与えるトルク指令に基づいて前記d軸電流および前記q軸電流を制御するdq軸電流制御部と、前記同期モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、を備えた同期モータ制御方法において、
前記回転位置から電気角位相を求めるステップと、
前記電気角位相にオフセット角度を加算するステップと、
前記回転速度応じて前記オフセット角度を調整するステップと、
前記オフセット角度に応じてトルク補正値をもとめるステップと、
前記トルク補正値をトルク指令に乗算するステップと、
を備えたことと特徴とする同期モータ制御方法。
A position detection unit for detecting the rotational position of the synchronous motor, a current detection unit for detecting a current flowing through the synchronous motor, and an electric angle phase based on a magnetic pole position obtained from the rotational position, the current in the direction of magnetic flux. A coordinate conversion unit that converts an axial current and a q-axis current orthogonal to the magnetic flux; a dq-axis current control unit that controls the d-axis current and the q-axis current based on a torque command applied to the synchronous motor; In a synchronous motor control method comprising a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of a motor,
Obtaining an electrical angle phase from the rotational position;
Adding an offset angle to the electrical angle phase;
Adjusting the offset angle according to the rotational speed;
Obtaining a torque correction value according to the offset angle;
Multiplying the torque command by the torque correction value;
A synchronous motor control method characterized by comprising:
前記回転速度に応じて前記オフセット角度を調整するステップの代わりに、前記トルク指令または前記回転位置に応じて前記オフセット角度を調整するステップを備えることを特徴とする請求項6記載の同期モータ制御方法。   The synchronous motor control method according to claim 6, further comprising a step of adjusting the offset angle according to the torque command or the rotational position instead of the step of adjusting the offset angle according to the rotational speed. .
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