JP2008141824A - Synchronous motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期電動機制御装置に係り、特に、同期電動機の入力電流を制御する技術に関する。 The present invention relates to a synchronous motor control device, and more particularly to a technique for controlling an input current of a synchronous motor.
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開2000−92884号公報(特許文献1)、特開2000−358400号公報(特許文献2)及び特開平10−191700号公報(特許文献3)に記載されたものがある。特開2000−92884号公報には、サーボモータの電流位相角を0°以外の一定値に制御し、リラクタンストルクを考慮し精度の良い定トルク及び定出力駆動特性を有する制御装置を得るために、逆突極性を有するDCブラシレスモータ駆動において、トルク分電流Iqから見た位相角が一定値となるようにモータ1次電流を制御し、また、q軸インダクタンスLqの変動を補償することで、精度の良い定トルク及び定出力駆動特性を有するようにトルク分電流指令値Iq*及び励磁電流指令値Id*を算出するとした技術が記載され、励磁電流指令値Id*をモータの基底速度ωbによる2つの制御範囲に分けて定めるとしている。また、特開2000−358400号公報には、入力されたトルク指令値Tq*と所定値Trefとの大小関係に応じてq軸電流指令値Iq*及びd軸電流指令値Id*の算出方式を切り換える、すなわちトルク指令値Tq*が所定値Trefよりも小さな場合には、q軸電流指令値Iq*を、Iq*=Kq1×Tq*により演算し(Kq1は係数)、d軸電流指令値Id*を、Id*=0として演算し、トルク指令値Tq*が所定値Trefよりも大きい場合には、Iq*=Kq1×Trefにより演算し、d軸電流指令値Id*を、Id*=Kd1×(Tq*−Tref)により演算する(Kd1は係数)ことで、出力トルクとトルク指令値との関係を線形化し、常に高精度のトルク制御を行えるようにするとした技術が記載され、特開平10−191700号公報には、回転子内に永久磁石を有する三相同期電動機において、定出力範囲を広くとれる特性を損なうことなく、低速回転領域においての高速応答を満たし、かつ出力トルクの低下を防ぐ制御方法を提供するために、トルク指令T*と速度フィードバック信号Nfbとに基づいてd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令Iq*を設定し、運転モード切替信号が与えられたとき、q軸電流指令Iq*をK1Iq*(K1≧1)に、d軸電流指令Id*を一定値に、それぞれ切り替えるとした技術が記載されている。 As conventional techniques related to the present invention, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9284 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-358400 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-191700 (Patent Document 3). There is what is described in. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-92984 discloses a control device that controls the current phase angle of a servo motor to a constant value other than 0 °, and takes into account reluctance torque and has high accuracy constant torque and constant output drive characteristics. In the DC brushless motor drive having the reverse saliency, the motor primary current is controlled so that the phase angle viewed from the torque current Iq becomes a constant value, and the fluctuation of the q-axis inductance Lq is compensated, describes a technique to calculate a torque current command value Iq * and the excitation current command value Id * to have a good constant torque and constant output drive characteristics precision, base speed of the excitation current command value Id * motor omega b The two control ranges are determined separately. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-358400 discloses a method of calculating the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command value Id * according to the magnitude relationship between the input torque command value Tq * and the predetermined value Tref. When the torque command value Tq * is smaller than the predetermined value Tref, the q-axis current command value Iq * is calculated by Iq * = Kq1 × Tq * (Kq1 is a coefficient), and the d-axis current command value Id * Is calculated as Id * = 0, and when the torque command value Tq * is larger than the predetermined value Tref, Iq * = Kq1 × Tref is calculated, and the d-axis current command value Id * is calculated as Id * = Kd1 × computed by (Tq * -Tref) (Kd1 coefficient) that is to linearize the relationship between the output torque and the torque command value, always technique wherein was to allow the torque control with high precision In JP-A-10-191700, in a three-phase synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, a high-speed response in a low-speed rotation region is satisfied without impairing characteristics that can widen a constant output range, and an output is provided. In order to provide a control method for preventing a decrease in torque, the d-axis current command value Id * and the q-axis current command Iq * are set based on the torque command T * and the speed feedback signal N fb, and the operation mode switching signal is A technique is described in which the q-axis current command Iq * is switched to K1Iq * (K1 ≧ 1) and the d-axis current command Id * is switched to a constant value when given.
例えば、上記特開2000−92884号公報では、一定の電流位相角をβとするとき、励磁電流指令値(d軸電流指令値)Id*を次の数1により演算している。
Id*=tan−1β×Iq* …(数1)
同一電流にて最大トルクを発生させる電流位相角βは、トルク式をβで編微分することにより、次の数2で与えられる。ただし、Фは永久磁石による鎖交磁束、Lqはq軸インダクタンス、Ldはd軸インダクタンス、Ia*は電流指令実行値である。
β=sin-1[〔-Фa+{Фa2+8(Lq-Ld)Ia*2}〕/4(Lq-Ld)Ia*]…(数2)
上記数2に示すように、βはIa*によって変化する。上記特開2000−92884号公報では、電流値Ia*においてモータが最大効率となる角度をβとし、励磁電流指令値Id*を演算している。このように様々な近似を用いたId*演算方法が考えられる。しかしながら、最近は、演算にマイコンを用いるのが一般的であり、マイコンの演算能力によって、得られる結果も異なる。このため、マイコンの能力を考慮する必要がある。
For example, in the above Japanese Patent Laid-Open No. 2000-92984, the excitation current command value (d-axis current command value) Id * is calculated by the following
Id * = tan −1 β × Iq * (Equation 1)
The current phase angle β for generating the maximum torque with the same current is given by the following equation 2 by differentiating the torque equation with β. Here, Ф is a flux linkage by a permanent magnet, Lq is a q-axis inductance, Ld is a d-axis inductance, and Ia * is a current command execution value.
β = sin -1 [[-Фa + {Фa 2 +8 (Lq -Ld) Ia * 2} ] / 4 (Lq-Ld) Ia *] ... ( Equation 2)
As shown in Equation 2 above, β varies with Ia * . In the above Japanese Patent Laid-Open No. 2000-92984, the excitation current command value Id * is calculated with β being the angle at which the motor has the maximum efficiency at the current value Ia * . Thus, Id * calculation methods using various approximations are conceivable. However, recently, it is common to use a microcomputer for calculation, and the results obtained differ depending on the calculation capability of the microcomputer. For this reason, it is necessary to consider the capability of the microcomputer.
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、同期電動機制御装置において、
従来よりも簡単に、理論値に近いd軸電流指令値Id*を算出できるようにし、制御の信頼性と制御精度とを改善できるようにすることである。
The problem of the present invention is that in the synchronous motor control device in view of the state of the prior art,
It is to make it possible to calculate the d-axis current command value Id * close to the theoretical value more easily than in the past, and to improve the control reliability and control accuracy.
上記課題点を解決するために、本発明の同期電動機制御装置では、トルク指令値T*に基づきq軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを演算する電流指令値変換器として、トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算して上記q軸電流指令値Iq*を演算し、これを基準のq軸電流値Iqbaseと比較し、該q軸電流指令値Iq*が基準のq軸電流値Iqbase以下の場合は、上記d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算し、一方、上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算する構成を備えたものとする。上記第1の1次関数は、上記q軸電流指令値Iq*に比例定数a1を乗じたものであり、上記第2の1次関数は、q軸電流指令値Iq*に比例定数a2を乗じさらに定数bを加算したものである。かかる構成とすることで、同期電動機に対し、同一電流値において理論値に近い最大トルクを出力させる。 In order to solve the above problems, the synchronous motor control device of the present invention is a current command value converter that calculates a q-axis current command value Iq * and a d-axis current command value Id * based on a torque command value T *. , is multiplied by a proportionality constant K TI to the torque command value T * is calculated the q-axis current command value Iq *, which is compared with a reference of the q-axis current value Iq base, the q-axis current command value Iq * is If the reference q-axis current value Iq base or less, the d-axis current command value Id * is calculated as a first linear function of the q-axis current command value Iq * . If the axis current command value Iq * exceeds the q-axis current value Iq base of the reference, a configuration that calculates the d-axis current command value Id * as the second primary function of the q-axis current command value Iq * Shall be. The first primary function is one obtained by multiplying the proportional constant a 1 on the q-axis current command value Iq *, the second primary function, the q-axis current command value Iq * to the proportionality constant a 2 And a constant b is added. With this configuration, the synchronous motor is caused to output a maximum torque close to the theoretical value at the same current value.
また、電流指令値変換器として、上記トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算して上記q軸電流指令値Iq*を演算し、これを基準のq軸電流値Iqbaseと比較し、該比較の結果、q軸電流指令値Iq*が基準のq軸電流値Iqbase以下の場合は、第1のd軸電流指令値Id* 1を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算し、一方、q軸電流指令値Iq*が基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、第2のd軸電流指令値Id* 2を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算し、さらに、交流変換される直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを演算し、当該同期電動機の電気角速度ωと比較し、該電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbase以上の場合に、該電気角速度ωに比例するd軸電流指令増加値Idωを演算し、上記第1のd軸電流指令値Id* 1または上記第2のd軸電流指令値Id* 2に上記d軸電流指令増加値Idωを加算して、該加算結果をd軸電流指令値Id*として出力する構成のものとする。かかる構成とすることで、同期電動機に対し、重負荷時、最大トルクまたはこれに近いトルクで高速回転させ、電圧飽和が生じる場合にも、安定したトルクを出力させる。 Further, as the current command value converter multiplies the proportional constant K TI to the torque command value T * is calculated the q-axis current command value Iq *, which is compared with a reference of the q-axis current value Iq base, As a result of the comparison, when the q-axis current command value Iq * is less than or equal to the reference q-axis current value Iq base , the first d-axis current command value Id * 1 is set to the first q-axis current command value Iq * . On the other hand, when the q-axis current command value Iq * exceeds the reference q-axis current value Iq base , the second d-axis current command value Id * 2 is calculated as the q-axis current command value Iq *. Is calculated from the DC voltage Vdc that is AC-converted, and a reference electrical angular velocity ω base is calculated and compared with the electrical angular velocity ω of the synchronous motor. D-axis current command increase value Id proportional to the electrical angular velocity ω when the electrical angular velocity ω base or more ω is calculated, the d-axis current command increase value Id ω is added to the first d-axis current command value Id * 1 or the second d-axis current command value Id * 2 , and the addition result is d The shaft current command value Id * is output. With this configuration, the synchronous motor is rotated at a high speed with a maximum torque or a torque close to the maximum torque under heavy load, and a stable torque is output even when voltage saturation occurs.
本発明によれば、同期電動機を安定した高トルクで運転可能な同期電動機制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the synchronous motor control apparatus which can drive a synchronous motor with the stable high torque can be provided.
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図1〜図3は、本発明の同期電動機制御装置の第1の実施例の説明図である。図1は、第1の実施例としての同期電動機制御装置の構成例図、図2は、図1の同期電動機制御装置を構成する電流指令値変換器の構成例図、図3は、図1の同期電動機制御装置におけるq軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*との関係の説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 are explanatory views of a first embodiment of the synchronous motor control device of the present invention. 1 is a configuration example diagram of a synchronous motor control device as a first embodiment, FIG. 2 is a configuration example diagram of a current command value converter constituting the synchronous motor control device of FIG. 1, and FIG. It is explanatory drawing of the relationship between the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command value Id * in the synchronous motor control apparatus.
図1において、1は同期電動機制御装置、100は同期電動機、11は、同期電動機100のロータ(図示なし)の回転位置を検出する位置検出器としてのエンコーダ、12は、上記エンコーダ11の出力から上記ロータの回転速度を演算する速度演算器、13は、上記速度演算器12から得られる上記ロータの現在の回転速度Nと、予め設定してある速度指令値N*とから、トルク指令値T*を演算し該トルク指令値T*に対応する信号(便宜上、トルク指令値T*という)を出力する速度制御演算器、14は、上記トルク指令値T*に基づき、q軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを演算し、q軸電流指令値Iq*、d軸電流指令値Id*のそれぞれに対応する信号(便宜上、q軸電流指令値Iq*、d軸電流指令値Id*という)を形成して出力する電流指令値変換器、15は、同期電動機100の入力電流値を検出する電流検出器、16は、該検出した入力電流値をq軸電流値Iq及びd軸電流値Idに変換する軸電流値変換器としてのU−V−W/d−q変換器、17aは、上記電流指令値変換器14から出力されたq軸電流指令値Iq*と、上記U−V−W/d−q変換器16から出力されたq軸電流値Iqと加え合わせ、該q軸電流指令値Iq*から該q軸電流値Iqを減算する加算部、17bは、電流指令値変換器14から出力されたd軸電流指令値Id*と、U−V−W/d−q変換器16から出力されたd軸電流値Idと加え合わせ、該d軸電流指令値Id*から該d軸電流値Idを減算する加算部、17cは、予め設定されている同期電動機100のロータの速度指令値N*に対応する信号(便宜上、速度指令値N*という)と、上記速度演算器12から出力された同ロータの現在速度Nに対応する信号(便宜上、現在速度Nという)とを加え合わせ、該速度指令値N*から該現在速度Nを減算し速度偏差情報を出力する加算部、18は、上記q軸電流指令値Iq*から上記q軸電流値Iqを減算した電流値偏差情報と、上記d軸電流指令値Id*から上記d軸電流値Idを減算した電流値偏差情報とに基づき、上記同期電動機100の入力電流値を演算し出力する電流制御演算器である。該電流制御演算器18から出力される制御された該入力電流は、同期電動機100の固定子コイル(図示なし)に入力され、該同期電動機100が駆動される。上記速度制御演算器13は、上記加算部17cから出力される速度偏差情報に基づいて上記トルク指令値T*を形成して出力する。上記電流検出器15及び上記U−V−W/d−q変換器16は、上記電流制御演算器18に対してフィードバック制御系を形成する。
In FIG. 1, 1 is a synchronous motor control device, 100 is a synchronous motor, 11 is an encoder as a position detector that detects the rotational position of a rotor (not shown) of the
なお、図1の構成では、U−V−W/d−q変換器16に3相の電流検出器15から検出した電流値を入力しているが、例えば,これを2相とし、U相、W相の電流を検出して、V相電流Ivを、U相電流IuとW相電流Iwとの差とし、Iv=Iu−Iwと演算してもよい。
以下の説明中で用いる図1の構成要素には、図1の場合と同じ符号を付して用いる。
In the configuration of FIG. 1, the current value detected from the three-phase
1 used in the following description are given the same reference numerals as in FIG.
図2は、図1の同期電動機制御装置1を構成する電流指令値変換器14の構成例図である。
図2において、141は、トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算し上記q軸電流指令値Iq*を演算して出力するq軸電流指令値演算器、142は、該出力されたq軸電流指令値Iq*のレベルを基準のq軸電流値Iqbaseのレベルと比較する比較部、143は、該比較部142での比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*のレベルが上記基準のq軸電流値Iqbaseのレベル以下の場合は、上記d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算する第1の1次関数演算器、143aは、上記q軸電流指令値Iq*に乗ずる比例定数a1を設定する比例定数設定部、144は、上記比較部142での比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合、上記d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算する第2の1次関数演算器、144aは、上記q軸電流指令値Iq*に乗ずる比例定数a2を設定する比例定数設定部、144bは、該q軸電流指令値Iq*と比例定数a2との積に加算される定数bを設定する定数設定部である。上記比較部142は、上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*のレベルが上記基準のq軸電流値Iqbaseのレベル以下の場合は、上記q軸電流指令値Iq*が上記第1の1次関数演算器143に入力されるようにし、一方、上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*のレベルが上記基準のq軸電流値Iqbaseのレベルを超える場合は、上記q軸電流指令値Iq*が上記第2の1次関数演算器144に入力されるようにする。q軸電流指令値Iq*が第1の1次関数演算器143に入力された場合には、該第1の1次関数演算器143において、該q軸電流指令値Iq*に比例定数a1が乗算され、積がd軸電流指令値Id*として出力される。また、q軸電流指令値Iq*が第2の1次関数演算器144に入力された場合には、該第2の1次関数演算器144において、該q軸電流指令値Iq*に比例定数a2が乗算され、さらに該積に定数bが加算されたものがd軸電流指令値Id*として出力される。
FIG. 2 is a configuration example diagram of the current
2, 141, by multiplying the proportionality constant K TI to the torque command value T * q-axis current command value calculator that calculates and outputs the q-axis current
電流指令値変換器14にて使用される上記比例定数a1、a2、基準のq軸電流値Iqbaseの演算・算出方法、及び、上記第1の1次関数演算器143、上記第2の1次関数演算器144の処理内容につき、以下に説明する。
同一電流に対して最大トルクが発生される時のd軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*の関係は、一般に、上記数1、数2と、下記数3、数4とから導かれる数5で示される。ただし、同期電動機100のq軸インダクタンスLq、d軸インダクタンスLdは、Lq>Ldであるとする。
Iq*=−Ia*×sinβ …(数3)
Id*=Ia*×cosβ …(数4)
Id*=Фa/{2(Lq-Ld)}
−〔Фa2/{4(Lq-Ld)2}+Iq*2〕1/2 …(数5)
同一電流において、最大トルクを発生させるためのq軸電流指令値Iq*は、厳密には上記数5から演算されるが、該演算処理に時間がかかるため、該数5を以下のように近似して、q軸電流指令値Iq*を算出する。すなわち、
数5において、
Фa/{2(Lq-Ld)}=A …(数6)
とし、上記数5と数6とから、O点(Iq*, Id*)=(0,0)、X点(Iq*, Id*)=(Iqbase, Idbase)=(A,(1−21/2)A)、Y点(Iq*, Id*)=(Iqmax, Idmax)=(Iqmax,A−(A2+Iqmax 2)1/2)とする。以下に示すようにIq*を2つの範囲に分けて、上記O点−X点間とX点−Y点間の直線を示す1次関数から算出する。
The proportional constants a 1 and a 2 used in the current
In general, the relationship between the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * when the maximum torque is generated for the same current is obtained from the
Iq * = − Ia * × sin β (Equation 3)
Id * = Ia * × cosβ (Expression 4)
Id * = Фa / {2 (Lq−Ld)}
-[Фa 2 / {4 (Lq−Ld) 2 } + Iq * 2 ] 1/2 (Expression 5)
Strictly speaking, the q-axis current command value Iq * for generating the maximum torque at the same current is calculated from the above equation 5. However, since the calculation process takes time, the equation 5 is approximated as follows. Then, the q-axis current command value Iq * is calculated. That is,
In Equation 5,
Фa / {2 (Lq−Ld)} = A (Expression 6)
From the above formulas 5 and 6, O point (Iq * , Id * ) = (0, 0), X point (Iq * , Id * ) = (Iq base , Id base ) = (A, (1 −2 1/2 ) A), Y point (Iq * , Id * ) = (Iq max , Id max ) = (Iq max , A− (A 2 + Iq max 2 ) 1/2 ). As shown below, Iq * is divided into two ranges and is calculated from a linear function indicating straight lines between the O point and the X point and between the X point and the Y point.
(1)0≦Iq*≦Iqbaseの範囲では、
Id*=(1−21/2)×Iq* …(数7)
となり、該数7の直線の傾きである(1−21/2)を比例定数a1として設定する。該数7が第1の1次関数演算器143で演算される。
(2)Iqbase≦Iq*≦Iqmaxの範囲では、
Id*=〔{Idmax-(1-21/2)×A}/(Iqmax-A) 〕×Iq*
+A×{ (1-21/2)×Iqmax-Idmax}}/( Iqmax-A) …(数8)
となり、数8の直線の傾きである〔{Idmax-(1-21/2)×A}/(Iqmax-A) 〕を比例定数a2として設定し、数8の直線のIq*軸との交点であるA×{ (1-21/2)×Iqmax-Idmax)}/( Iqmax-A)を定数bとして設定する。該数8が第2の1次関数演算器144で演算される。
上記Iqmaxは、上記数2より制御装置における最大電流値制限値Imaxの時のβmaxから、上記数3を用いて求める。
(1) In the range of 0 ≦ Iq * ≦ Iq base ,
Id * = (1-2 1/2 ) × Iq * (Expression 7)
Thus, (1-2 1/2 ), which is the slope of the straight line of Equation 7, is set as the proportionality constant a 1 . Equation 7 is calculated by the first
(2) In the range of Iq base ≦ Iq * ≦ Iq max ,
Id * = [{Id max − (1-2 1/2 ) × A} / (Iq max −A)] × Iq *
+ A × {(1-2 1/2) × Iq max -Id max}} / (Iq max -A) ... ( 8)
Then, [{Id max − (1-2 1/2 ) × A} / (Iq max −A)], which is the slope of the straight line of Formula 8, is set as the proportionality constant a 2 , and Iq * of the straight line of Formula 8 is set . A × {(1-2 1/2 ) × Iq max −Id max )} / (Iq max −A), which is the intersection with the axis, is set as a constant b. The number 8 is calculated by the second
The above Iq max is obtained by using the
図2において、トルク指令値T*が電流指令値変換器14に入力され、q軸電流指令値演算器141において比例定数KTIを乗じることでq軸電流指令値Iq*が算出される。該算出されたq軸電流指令値Iq*のレベルは、比較部142において、基準のq軸電流値Iqbaseのレベルと比較される。該比較の結果、q軸電流指令値Iq*のレベルが基準のq軸電流値Iqbaseのレベル以下の場合には、第1の1次関数演算器143において、該q軸電流指令値Iq*に比例定数a1が乗算され、これがd軸電流指令値Id*とされて出力される。また、上記比較の結果、q軸電流指令値Iq*のレベルが基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合には、第2の1次関数演算器144において、該q軸電流指令値Iq*に比例定数a2が乗算され、該積にさらに定数bが加算されたものがd軸電流指令値Id*として出力される。上記比例定数KTIは上記q軸電流指令値演算器141が、上記比例定数a1は上記比例定数設定部143aが、上記比例定数a2は上記比例定数設定部144aが、定数bは上記定数設定部144bが、それぞれ、同期電動機制御装置100の初期化処理のときに設定する。
以下の説明中で用いる図2の構成要素には、図2の場合と同じ符号を付して用いる。
2, the torque command value T * is inputted to the current
2 used in the following description are given the same reference numerals as in FIG.
図3は、図1の同期電動機制御装置100におけるq軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*との関係の説明図である。
図3中、実線は上記数7、数8による特性線、点線は理論値となる数5の場合から算出される特性線、一点鎖線は、q軸電流指令値Iq*の範囲に関係なく、一定の比例定数を該q軸電流指令値Iq*に乗じてd軸電流指令値Id*を算出したときの特性線である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command value Id * in the synchronous
In FIG. 3, the solid line is the characteristic line according to Equations 7 and 8, the dotted line is the characteristic line calculated from the case of Equation 5, which is the theoretical value, and the alternate long and short dash line is irrespective of the range of the q-axis current command value Iq * . This is a characteristic line when the d-axis current command value Id * is calculated by multiplying the q-axis current command value Iq * by a constant proportional constant.
図1の同期電動機制御装置100においては、図3において実線の特性線となり、q軸電流指令値Iq*が、0≦Iq*≦Iqbaseの範囲では、Id*=a1×Iq*=(1−21/2)×Iq*となり、Iqbase≦Iq*≦Iqmaxの範囲では、Id*=a2×Iq*+b=〔{Idmax-(1-21/2)×A}/(Iqmax-A) 〕×Iq*+A×{ (1-21/2)×Iqmax-Idmax)}/( Iqmax-A)となる。
In the synchronous
上記第1の実施例としての同期電動機制御装置1によれば、簡単に、理論値に近いd軸電流指令値Id*を算出することができ、制御の信頼性と制御精度とを改善できる。この結果、同期電動機100を安定した高トルクで運転することができる。
According to the synchronous
図4〜図5は、本発明の同期電動機制御装置の第2の実施例の説明図である。図4は、第2の実施例としての同期電動機制御装置の構成例図、図5は、図4の同期電動機制御装置を構成する電流指令値変換器の構成例図である。
本第2の実施例の同期電動機制御装置は、同期電動機が高速運転されたときまたは重負荷運転されたときに発生する電圧飽和の抑制を可能にする構成を有する。
4-5 is explanatory drawing of the 2nd Example of the synchronous motor control apparatus of this invention. FIG. 4 is a configuration example diagram of a synchronous motor control device as a second embodiment, and FIG. 5 is a configuration example diagram of a current command value converter constituting the synchronous motor control device of FIG.
The synchronous motor control device of the second embodiment has a configuration that enables suppression of voltage saturation that occurs when the synchronous motor is operated at high speed or when it is operated under heavy load.
図4において、1'は同期電動機制御装置、100は同期電動機、11は、同期電動機100のロータ(図示なし)の回転位置を検出する位置検出器としてのエンコーダ、12'は、エンコーダ11の出力から同期電動機100のロータの回転速度及び電気角速度ωを演算する速度演算器、13は、上記速度演算器12'から得られる上記ロータの現在の回転速度Nと、予め設定してある速度指令値N*とから、トルク指令値T*を演算し出力する速度制御演算器、14'は、上記トルク指令値T*に基づき、q軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを演算し出力する電流指令値変換器、15は、同期電動機100の入力電流値を検出する電流検出器、16は、該検出した入力電流値をq軸電流値Iq及びd軸電流値Idに変換する軸電流値変換器としてのU−V−W/d−q変換器、17aは、上記電流指令値変換器14'から出力されたq軸電流指令値Iq*と、上記U−V−W/d−q変換器16から出力されたq軸電流値Iqと加え合わせ、該q軸電流指令値Iq*から該q軸電流値Iqを減算する加算部、17bは、電流指令値変換器14'から出力されたd軸電流指令値Id*と、U−V−W/d−q変換器16から出力されたd軸電流値Idと加え合わせ、該d軸電流指令値Id*から該d軸電流値Idを減算する加算部、17cは、予め設定されている同期電動機100のロータの速度指令値N*と、上記速度演算器12から出力された同ロータの現在速度Nとを加え合わせ、該速度指令値N*から該現在速度Nを減算し速度偏差情報を出力する加算部、18'は、上記q軸電流指令値Iq*から上記q軸電流値Iqを減算した電流値偏差情報と、上記d軸電流指令値Id*から上記d軸電流値Idを減算した電流値偏差情報とに基づき、上記同期電動機100の入力電流値を演算し出力する電流制御演算器である。該電流制御演算器18'から出力される制御された該入力電流は、同期電動機100の固定子コイル(図示なし)に入力され、該同期電動機100が駆動される。上記速度制御演算器13は、上記加算部17cから出力される速度偏差情報に基づいて上記トルク指令値T*を形成して出力する。上記電流検出器15及び上記U−V−W/d−q変換器16は、上記電流制御演算器18'に対してフィードバック制御系を形成する。
In FIG. 4, 1 ′ is a synchronous motor control device, 100 is a synchronous motor, 11 is an encoder as a position detector that detects the rotational position of a rotor (not shown) of the
電流指令値変換器14'には、トルク指令値T*の他、電流制御演算器18'からの直流電圧Vdcと、速度演算器12'からの電気角速度ωが入力される。該電流制御演算器18'は、上記のように、q軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを形成して出力するが、d軸電流指令値Id*については、次のようにして形成し出力する。すなわち、q軸電流指令値Iq*が基準のq軸電流値Iqbase以下の場合は、第1のd軸電流指令値Id* 1を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算し、一方、q軸電流指令値Iq*が基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、第2のd軸電流指令値Id* 2を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算し、さらに、上記直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを演算し、上記速度演算器12'から入力される電気角速度ωと比較し、該電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbase以上の場合に、該電気角速度ωに比例するd軸電流指令増加値Idωを演算し、上記第1のd軸電流指令値Id* 1または上記第2のd軸電流指令値Id* 2に上記d軸電流指令増加値Idωを加算して、該加算結果をd軸電流指令値Id*として出力する。
In addition to the torque command value T * , the DC voltage Vdc from the
図5は、図4の同期電動機制御装置1'を構成する電流指令値変換器14'の構成例図である。
図5において、141は、トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算し上記q軸電流指令値Iq*を演算して出力するq軸電流指令値演算器、142は、該出力されたq軸電流指令値Iq*のレベルを基準のq軸電流値Iqbaseのレベルと比較する比較部、143'は、該比較部142での比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbase以下の場合、第1のd軸電流指令値Id* 1を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算する第1の1次関数演算器、143a'は、上記q軸電流指令値Iq*に乗ずる比例定数a1'を設定する比例定数設定部、144'は、上記比較部142での比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、第2のd軸電流指令値Id* 2を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算する第2の1次関数演算器、144a'は、上記q軸電流指令値Iq*に乗ずる比例定数a2'を設定する比例定数設定部、144b'は、該q軸電流指令値Iq*と比例定数a2'との積に加算される定数b'を設定する定数設定部、145は、交流変換される直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを演算し、当該同期電動機のロータの電気角速度ωと比較し、該比較の結果、該電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbaseを超える場合は、該電気角速度ωと該基準の電気角速度ωbaseとの差に比例するd軸電流指令増加値Idωを演算して出力し、上記比較の結果、上記電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbase以下の場合には、d軸電流指令増加値Idωをゼロレベルにする第3の1次関数演算器、145aは、電気角速度ωを絶対値|ω|に変換する絶対値変換部、145bは、直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを演算する基準角速度演算部、145cは、上記電気角速度ωの絶対値|ω|と上記基準の電気角速度ωbaseを比較し、該絶対値|ω|が該基準の電気角速度ωbaseを超える場合は、その差の信号(便宜上、角速度差という)を出力し、一方、該絶対値|ω|が該基準の電気角速度ωbase以下の場合には、出力信号をゼロにする角速度比較部、145dは、上記角速度差(|ω|−ωbase)に乗ずる比例定数Kωを設定する比例定数設定部である。比例定数設定部145dからは、Kω×(|ω|−ωbase)のd軸電流指令増加値Idωが出力される。146は、上記第1のd軸電流指令値Id* 1または上記第2のd軸電流指令値Id* 2に上記d軸電流指令増加値Idωを加算し、該加算結果をd軸電流指令値Id*として出力する加算部である。
FIG. 5 is a configuration example diagram of a current
5, 141, multiplies the proportional constant K TI to the torque command value T * q-axis current command value calculator that calculates and outputs the q-axis current
上記基準角速度演算部145bでは、変換係数Kfを用いて直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを下記数9により演算する。
ωbase=Kf×Vdc …(数9)
ここで、同期電動機100のq軸インダクタンスをLq、d軸インダクタンスをLd、永久磁石による鎖交磁束をΦ、q軸電流値の最大値をIqmax、d軸電流値の最大値をIdmax、電圧利用率をλとするとき、上記変換係数Kfは、
Kf=λ/{(Φa+Ld×Idmax)2+(Lq×Iqmax)2}1/2…(数10)
で表される値となる。該変換係数Kfは、基準角速度演算部145b内に設定される。上記数9から明らかなように、基準の電気角速度ωbaseは、上記直流電圧Vdcにより変化する。
In the reference
ω base = K f × Vdc (Equation 9)
Here, the q-axis inductance of the
K f = λ / {(Φa + Ld × Id max ) 2 + (Lq × Iq max ) 2 } 1/2 (Equation 10)
The value represented by The conversion coefficient K f is set to the reference angular
上記角速度比較部145cでは、同期電動機100のロータが、その電気角速度ωが、基準の電気角速度ωbase以下かまたは該基準の電気角速度ωbaseを超えるかを判断する。電気角速度ωが、基準の電気角速度ωbase以下の場合は、電圧飽和状態とならないため、第3の1次関数演算器145から出力されるd軸電流指令増加値Idωがゼロレベルとなるようにする。また、電気角速度ωが、基準の電気角速度ωbaseを超える場合は、電圧飽和状態を回避すべく、該第3の1次関数演算器145からは、角速度差(|ω|−ωbase)に比例したd軸電流指令増加値Idωが出力されるようにする。すなわち、
(1)0≦|ω|≦ωbaseの場合は、電圧飽和状態となっていないため、第3の1次関数演算器145から出力されるd軸電流指令増加値Idωは、
Idω=0 …(数11)
とされる。
(2)ωbase<|ω|≦ωmaxの場合は、電圧飽和状態を回避するために、第3の1次関数演算器145から出力されるd軸電流指令増加値Idωは、
Idω=Kω×(|ω|−ωbase) …(数12)
とされる。
In the angular
(1) In the case of 0 ≦ | ω | ≦ ω base , since the voltage is not saturated, the d-axis current command increase value Id ω output from the third
Id ω = 0 (Expression 11)
It is said.
(2) In the case of ω base <| ω | ≦ ω max , in order to avoid a voltage saturation state, the d-axis current command increase value Id ω output from the third
Id ω = K ω × (| ω | −ω base ) (Equation 12)
It is said.
上記数11、数12により演算されたd軸電流指令増加値Idωは、選択的に第3の1次関数演算器145から出力され、加算部146において、第1の1次関数演算器143'から出力された第1のd軸電流指令値Id* 1または第2の1次関数演算器144'から出力された第2のd軸電流指令値Id* 2に加算される。
The d-axis current command increase value Id ω calculated by the
上記第2の実施例としての同期電動機制御装置1'によっても、上記第1の実施例の同期電動機制御装置1と同様、簡単に、理論値に近いd軸電流指令値Id*を算出することができ、制御の信頼性と制御精度とを改善できる。この結果、同期電動機100を安定した高トルクで運転することができる。特に、本第2の実施例としての同期電動機制御装置1'の場合は、高速回転時にも電圧飽和状態を回避して安定した高トルク運転が可能となる。
Similarly to the synchronous
1、1'…同期電動機制御装置、
100…同期電動機、
11…エンコーダ、
12、12'…速度演算器、
13…速度制御演算器、
14、14'…電流指令値変換器、
15…電流検出器、
16…U−V−W/d−q変換器、
17a、17b、17c、146…加算部、
18、18'…電流制御演算器、
141…q軸電流指令値演算器、
142…比較部、
143、143'…第1の1次関数演算器、
143a、144a、143a'、144a'、145d…比例定数設定部、
144、144'…第2の1次関数演算器、
144b、144b'…定数設定部、
145…第3の1次関数演算器、
145a…絶対値変換部、
145b…基準角速度演算部、
145c…角速度比較部。
1, 1 '... synchronous motor control device,
100 ... Synchronous motor,
11: Encoder,
12, 12 '... speed calculator,
13 ... Speed control calculator,
14, 14 '... current command value converter,
15 ... current detector,
16 ... U-V-W / dq converter,
17a, 17b, 17c, 146 ... adder,
18, 18 '... current control arithmetic unit,
141... Q-axis current command value calculator,
142 ... comparison part,
143, 143 '... the first linear function calculator,
143a, 144a, 143a ', 144a', 145d ... proportional constant setting unit,
144, 144 '... a second linear function calculator,
144b, 144b '... constant setting unit,
145 ... third linear function calculator,
145a ... absolute value converter,
145b: Reference angular velocity calculation unit,
145c ... Angular velocity comparison unit.
Claims (7)
上記同期電動機のロータの回転位置を検出する位置検出器と、
上記位置検出器の出力から上記ロータの回転速度を演算する速度演算器と、
上記速度演算器から得られる上記ロータの現在の回転速度と、予め設定してある速度指令値とから、トルク指令値T*を演算する速度制御演算器と、
上記トルク指令値T*に基づき、q軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを演算する電流指令値変換器と、
上記同期電動機の入力電流値を検出する電流検出器と、
上記検出した入力電流値をq軸電流値Iq及びd軸電流値Idに変換する軸電流値変換器と、
上記q軸電流指令値Iq*から上記q軸電流値Iqを減算した電流値情報と、上記d軸電流指令値Id*から上記d軸電流値Idを減算した電流値情報とに基づき、上記同期電動機の入力電流値を演算し該入力電流を出力する電流制御演算器と、
を備えて成り、
上記電流指令値変換器が、
上記トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算して上記q軸電流指令値Iq*を演算するq軸電流指令値演算器と、
上記演算されたq軸電流指令値Iq*を基準のq軸電流値Iqbaseと比較する比較部と、
上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbase以下の場合は、上記d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算する第1の1次関数演算器と、
上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、上記d軸電流指令値Id*を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算する第2の1次関数演算器と、
を備えた構成であることを特徴とする同期電動機制御装置。 A synchronous motor control device for controlling an input current of a synchronous motor,
A position detector for detecting the rotational position of the rotor of the synchronous motor;
A speed calculator that calculates the rotational speed of the rotor from the output of the position detector;
A speed control calculator for calculating a torque command value T * from a current rotational speed of the rotor obtained from the speed calculator and a preset speed command value;
A current command value converter for calculating a q-axis current command value Iq * and a d-axis current command value Id * based on the torque command value T * ;
A current detector for detecting an input current value of the synchronous motor;
An axial current value converter for converting the detected input current value into a q-axis current value Iq and a d-axis current value Id;
Based on the current value information obtained by subtracting the q-axis current value Iq from the q-axis current command value Iq * and the current value information obtained by subtracting the d-axis current value Id from the d-axis current command value Id *. A current control calculator that calculates the input current value of the motor and outputs the input current;
Comprising
The current command value converter is
And the q-axis current command value calculator for calculating the q-axis current command value Iq * is multiplied by a proportionality constant K TI to the torque command value T *,
A comparison unit that compares the calculated q-axis current command value Iq * with a reference q-axis current value Iq base ;
Result of the comparison, if the q-axis current command value Iq * is less than or equal to the q-axis current value Iq base of the reference, the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * first of 1 A first linear function calculator that operates as a secondary function;
Result of the comparison, if the q-axis current command value Iq * exceeds the q-axis current value Iq base of the reference, the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * second of 1 A second linear function calculator that operates as a secondary function;
A synchronous motor control device characterized by comprising:
上記同期電動機のロータの回転位置を検出する位置検出器と、
上記位置検出器の出力から上記ロータの回転速度を演算する速度演算器と、
上記速度演算器から得られる上記ロータの現在の回転速度と、予め設定してある速度指令値とから、トルク指令値T*を演算する速度制御演算器と、
上記トルク指令値T*に基づき、q軸電流指令値Iq*とd軸電流指令値Id*とを演算する電流指令値変換器と、
上記同期電動機の入力電流値を検出する電流検出器と、
上記検出した入力電流値をq軸電流値Iq及びd軸電流値Idに変換する軸電流値変換器と、
上記q軸電流指令値Iq*から上記q軸電流値Iqを減算した電流値情報と、上記d軸電流指令値Id*から上記d軸電流値Idを減算した電流値情報とに基づき、上記同期電動機の入力電流値を演算し該入力電流を出力する電流制御演算器と、
を備えて成り、
上記電流指令値変換器が、
上記トルク指令値T*に比例定数KTIを乗算して上記q軸電流指令値Iq*を演算するq軸電流指令値演算器と、
上記演算されたq軸電流指令値Iq*を基準のq軸電流値Iqbaseと比較する比較部と、
上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbase以下の場合は、第1のd軸電流指令値Id* 1を該q軸電流指令値Iq*の第1の1次関数として演算する第1の1次関数演算器と、
上記比較の結果、上記q軸電流指令値Iq*が上記基準のq軸電流値Iqbaseを超える場合は、第2のd軸電流指令値Id* 2を該q軸電流指令値Iq*の第2の1次関数として演算する第2の1次関数演算器と、
交流変換される直流電圧Vdcから基準の電気角速度ωbaseを演算し、当該同期電動機の電気角速度ωと比較し、該比較の結果、該電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbaseを超える場合は、該電気角速度ωと該基準の電気角速度ωbaseとの差に比例するd軸電流指令増加値Idωを演算して出力し、上記比較の結果、上記電気角速度ωが該基準の電気角速度ωbase以下の場合には、d軸電流指令増加値Idωをゼロレベルにする第3の1次関数演算器と、
上記第1のd軸電流指令値Id* 1または上記第2のd軸電流指令値Id* 2に上記d軸電流指令増加値Idωを加算し、該加算結果をd軸電流指令値Id*として出力する加算部と、
を備えた構成であることを特徴とする同期電動機制御装置。 A synchronous motor control device for controlling an input current of a synchronous motor,
A position detector for detecting the rotational position of the rotor of the synchronous motor;
A speed calculator that calculates the rotational speed of the rotor from the output of the position detector;
A speed control calculator for calculating a torque command value T * from a current rotational speed of the rotor obtained from the speed calculator and a preset speed command value;
A current command value converter for calculating a q-axis current command value Iq * and a d-axis current command value Id * based on the torque command value T * ;
A current detector for detecting an input current value of the synchronous motor;
An axial current value converter for converting the detected input current value into a q-axis current value Iq and a d-axis current value Id;
Based on the current value information obtained by subtracting the q-axis current value Iq from the q-axis current command value Iq * and the current value information obtained by subtracting the d-axis current value Id from the d-axis current command value Id *. A current control calculator that calculates the input current value of the motor and outputs the input current;
Comprising
The current command value converter is
And the q-axis current command value calculator for calculating the q-axis current command value Iq * is multiplied by a proportionality constant K TI to the torque command value T *,
A comparison unit that compares the calculated q-axis current command value Iq * with a reference q-axis current value Iq base ;
As a result of the comparison, if the q-axis current command value Iq * is less than or equal to the reference q-axis current value Iq base , the first d-axis current command value Id * 1 is changed to the q-axis current command value Iq * . A first linear function calculator that operates as a linear function of 1;
Result of the comparison, if the q-axis current command value Iq * exceeds the q-axis current value Iq base of the reference, the second d-axis current command value Id * 2 of the q-axis current command value Iq * A second linear function calculator that operates as a linear function of 2;
When the reference electrical angular velocity ω base is calculated from the DC voltage Vdc to be converted into AC, and compared with the electrical angular velocity ω of the synchronous motor. As a result of the comparison, when the electrical angular velocity ω exceeds the reference electrical angular velocity ω base The d-axis current command increase value Id ω proportional to the difference between the electrical angular velocity ω and the reference electrical angular velocity ω base is calculated and output. As a result of the comparison, the electrical angular velocity ω is converted into the reference electrical angular velocity ω. In the case of base or less, a third linear function calculator that sets the d-axis current command increase value Id ω to zero level;
The d-axis current command increase value Id ω is added to the first d-axis current command value Id * 1 or the second d-axis current command value Id * 2 , and the addition result is used as the d-axis current command value Id *. An adder that outputs as
A synchronous motor control device characterized by comprising:
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