JP2009095135A - Controller of synchronous electric motor - Google Patents

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JP2009095135A JP2007263221A JP2007263221A JP2009095135A JP 2009095135 A JP2009095135 A JP 2009095135A JP 2007263221 A JP2007263221 A JP 2007263221A JP 2007263221 A JP2007263221 A JP 2007263221A JP 2009095135 A JP2009095135 A JP 2009095135A
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Hisae Kikuchi
寿江 菊地
Hidehiko Sugimoto
英彦 杉本
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Systems Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To drive a permanent magnet synchronous electric motor with variable speed by position sensorless vector control while responsiveness of speed estimation with respect to speed fluctuation is improved. <P>SOLUTION: An adaptive current observer 110 estimates armature current based on a model of an embedded permanent magnet synchronous electric motor 101. An inverse transfer function matrix calculation means 111 separates a deflection of current in γδ axes into a component proportional to an angle error and a component proportional to a speed error based on an inverse matrix of a transfer function to the deflection of a detected value of the γδ axes of armature current and an estimation value, and outputs an angle estimation error Δθ<SB>#</SB>and a speed estimation error Δω<SB>#</SB>. An angle/speed/primary resistance estimator 112 calculates a speed estimation value ω<SB>r#</SB>=ω<SB>1</SB>based on the angle estimation error Δθ<SB>#</SB>and the speed estimation error Δω<SB>#</SB>, which are outputted from the inverse transfer function matrix calculation means 111. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は同期電動機の制御装置に関し、特に、位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動する制御方法に適用して好適なものである。   The present invention relates to a control apparatus for a synchronous motor, and is particularly suitable for application to a control method for driving a permanent magnet synchronous motor at a variable speed by position sensorless vector control.

永久磁石同期電動機は、誘導電動機に比べて小型高効率であるという利点があり、エレベータなどの他、電気自動車や鉄道車両などの交通分野にも適用されている。特に、鉄道車両などの交通分野での電動機駆動装置は、極低速から弱め界磁運転範囲までの広い範囲で可変速運転とトルク制御が可能であることが要求される。また、鉄道車両の分野では、車輪の速度の変動に対して推定値が高速で追従することが要求される。このような永久磁石同期電動機の制御方法として、非特許文献1には、磁束を推定するオブザーバを用いることで、永久磁石同期電動機速度センサレスベクトル制御を実現する方法が開示されている。   Permanent magnet synchronous motors have the advantage of being smaller and more efficient than induction motors, and are applied to transportation fields such as electric vehicles and railway vehicles as well as elevators. In particular, an electric motor drive device in a transportation field such as a railway vehicle is required to be capable of variable speed operation and torque control in a wide range from a very low speed to a weak field operation range. Also, in the field of railway vehicles, it is required that the estimated value follows the fluctuation of the wheel speed at high speed. As such a permanent magnet synchronous motor control method, Non-Patent Document 1 discloses a method of realizing permanent magnet synchronous motor speed sensorless vector control by using an observer for estimating magnetic flux.

図4は、従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図4において、埋込形永久磁石同期電動機001には、埋込形永久磁石同期電動機001を可変速駆動する同期電動機の制御装置000が接続され、埋込形永久磁石同期電動機001の回転軸には負荷002が接続されている。
ここで、同期電動機の制御装置000には、電力変換装置004、回転二相/三相座標変換手段005、三相/回転二相座標変換手段006、電流制御手段007、電流指令値作成手段008、速度PID調節器009、電機子電流磁束オブザーバ010、角度誤差演算手段011、速度・角度演算手段012、減算器013、014、015が設けられ、同期電動機の制御装置000の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機001に供給されるUVW相電流iu、iv、iwを検出する電流検出手段003が設けられている。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional synchronous motor control device.
In FIG. 4, the embedded permanent magnet synchronous motor 001 is connected to a synchronous motor control device 000 that drives the embedded permanent magnet synchronous motor 001 at a variable speed, and is connected to the rotating shaft of the embedded permanent magnet synchronous motor 001. Is connected to a load 002.
Here, the synchronous motor control device 000 includes a power conversion device 004, a rotating two-phase / three-phase coordinate converting unit 005, a three-phase / rotating two-phase coordinate converting unit 006, a current control unit 007, and a current command value creating unit 008. , A speed PID adjuster 009, an armature current magnetic flux observer 010, an angle error calculating means 011, a speed / angle calculating means 012 and subtractors 013, 014, 015 are provided on the output side of the synchronous motor control device 000. Current detecting means 003 for detecting the UVW phase currents i u , i v , i w supplied to the embedded permanent magnet synchronous motor 001 is provided.

そして、減算器013は、同期電動機の制御装置000に与えられた速度指令値ω*と、速度・角度演算手段012から出力された速度推定値ωr#との偏差を算出することができる。
速度PID調節器009は、減算器013から出力された速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差がゼロになるように、速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差のPID演算を行うことにより、トルク指令値T*を算出することができる。
The subtractor 013 can calculate a deviation between the speed command value ω * given to the control device 000 for the synchronous motor and the estimated speed value ω r # output from the speed / angle calculation unit 012.
Speed PID controller 009, the deviation between the output velocity command value omega * and the speed estimated value omega r # subtractor 013 so that the zero velocity command value omega * and the speed estimated value omega r # and the The torque command value T * can be calculated by performing the PID calculation of the deviation.

電流指令値作成手段008は、速度PID調節器009から出力されたトルク指令値T*に基づいて、γδ軸の電流指令値iγ*、iδ*を算出することができる。なお、埋込形永久磁石同期電動機001の磁石の磁極に平行な方向と推定している軸をγ軸、γ軸に直交する方向をδ軸とした。
三相/回転二相座標変換手段006は、電流検出手段003にて検出されたUVW相電流iu、iv、iwの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、速度・角度演算手段012から出力された角度推定値θ#の回転座標変換を行うことで、γδ軸の電流検出値iγ、iδを算出することができる。
The current command value creating means 008 can calculate the current command values iγ * and iδ * of the γδ axis based on the torque command value T * output from the speed PID adjuster 009. The axis estimated as the direction parallel to the magnetic pole of the magnet of the embedded permanent magnet synchronous motor 001 was taken as the γ axis, and the direction perpendicular to the γ axis was taken as the δ axis.
The three-phase / rotation two-phase coordinate conversion unit 006 performs a speed / angle calculation after the two-phase conversion of the detected values of the UVW phase currents i u , i v , i w detected by the current detection unit 003 on the αβ axis. By performing rotational coordinate conversion of the estimated angle value θ # output from the means 012, current detection values iγ and iδ on the γδ axis can be calculated.

減算器014、015は、電流指令値作成手段008から出力された電流指令値iγ*、iδ*と、三相/回転二相座標変換手段006から出力された電流検出値iγ、iδとの偏差をそれぞれ算出することができる。
電流制御手段007は、減算器014、015からそれぞれ出力された電流指令値iγ*、iδ*と電流検出値iγ、iδとの偏差がゼロになるように、γδ軸の電圧指令値vγ*、vδ*を算出することができる。
The subtracters 014 and 015 deviate between the current command values iγ * and iδ * output from the current command value creation unit 008 and the detected current values iγ and iδ output from the three-phase / rotation two-phase coordinate conversion unit 006. Can be calculated respectively.
The current control unit 007 is configured to output a voltage command value vγ * on the γδ axis so that a deviation between the current command values iγ * and iδ * output from the subtracters 014 and 015 and the detected current values iγ and iδ becomes zero. vδ * can be calculated.

回転二相/三相座標変換手段005は、速度・角度演算手段012から出力された角度推定値θ#に基づいてγδ軸の電圧指令値vγ*、vδ*を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値vu *、vv *、vw *を算出することができる。
電力変換装置004は、回転二相/三相座標変換手段005から出力される電圧指令値vu *、vv *、vw *に基づいて埋込形永久磁石同期電動機001を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機001を可変速制御することができる。
The rotating two-phase / three-phase coordinate conversion unit 005 performs reverse rotation conversion of the voltage command values vγ * and vδ * of the γδ axis based on the estimated angle value θ # output from the speed / angle calculation unit 012 to obtain a fixed two-phase. The voltage command values v u * , v v * , and v w * can be calculated by performing the two-phase three-phase conversion after the conversion to the above value.
The power conversion device 004 drives the embedded permanent magnet synchronous motor 001 based on the voltage command values v u * , v v * , v w * output from the rotating two-phase / three-phase coordinate conversion means 005. The embedded permanent magnet synchronous motor 001 can be controlled at a variable speed.

電機子電流磁束オブザーバ010は、電流制御手段007から出力された電圧指令値vγ*、vδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値uγδに基づいて、埋込形永久磁石同期電動機001の電機子電流磁束(固定子巻き線に流れる電流によって発生する磁束)を推定し、その電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差を算出することができる。 The armature current magnetic flux observer 010 is based on the voltage command values vγ * and vδ * output from the current control means 007, and the value uγδ obtained by subtracting the voltage drop at the resistance. A child current magnetic flux (a magnetic flux generated by a current flowing through the stator winding) is estimated, and a deviation between the armature current estimated magnetic flux λγδ # and the apparent armature current magnetic flux λγδ * can be calculated.

角度誤差演算手段011は、電機子電流磁束オブザーバ010から出力された電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差に基づいて、磁極位置の角度誤差Δθを算出することができる。
速度・角度演算手段012は、角度誤差演算手段011から出力された角度誤差Δθに基づいて、速度推定値ωr#および角度推定値θ#を算出することができる。
The angle error calculation means 011 calculates the angle error Δθ of the magnetic pole position based on the deviation between the armature current estimated magnetic flux λγδ # output from the armature current magnetic flux observer 010 and the apparent armature current magnetic flux λγδ *. Can do.
The speed / angle calculating unit 012 can calculate the estimated speed value ω r # and the estimated angle value θ # based on the angular error Δθ output from the angular error calculating unit 011.

そして、速度指令値ω*が同期電動機の制御装置000に与えられると、その速度指令値ω*と、速度・角度演算手段012から出力された速度推定値ωr#との偏差が減算器013にて算出され、速度PID調節器009に出力される。そして、速度PID調節器009は、速度指令値ω*と速度推定値ωr#との偏差がゼロになるようにPID演算を行い、トルク指令値T*を電流指令値作成手段008にトルク指令値T*を出力する。そして、電流指令値作成手段008は、トルク指令値T*を速度PID調節器009から受け取ると、トルク指令値T*に基づいて電流指令値iγ*、iδ*を算出し、減算器014、015にそれぞれ出力する。 When the speed command value ω * is given to the synchronous motor control device 000, the difference between the speed command value ω * and the estimated speed value ω r # output from the speed / angle calculation means 012 is the subtractor 013. And output to the speed PID adjuster 009. Then, the speed PID adjuster 009 performs PID calculation so that the deviation between the speed command value ω * and the speed estimated value ω r # becomes zero, and sends the torque command value T * to the current command value creating means 008. Outputs the value T * . Then, the current command value preparing unit 008 receives the torque command value T * from the speed PID controller 009, a current command value i? * Based on the torque command value T *, calculates i? *, A subtracter 014,015 Respectively.

一方、電流検出手段003は、埋込形永久磁石同期電動機001に供給されるUVW相電流iu、iv、iwを検出し、その検出値を三相/回転二相座標変換手段006に出力する。そして、三相/回転二相座標変換手段006は、UVW相電流iu、iv、iwの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、速度・角度演算手段012から出力された角度推定値θ#の回転座標変換を行うことで、電流検出値iγ、iδを算出し、減算器014、015にそれぞれ出力する。 On the other hand, the current detection means 003 detects the UVW phase currents i u , i v , i w supplied to the embedded permanent magnet synchronous motor 001 and sends the detected values to the three-phase / rotation two-phase coordinate conversion means 006. Output. Then, the three-phase / rotation two-phase coordinate conversion means 006 converts the detected values of the UVW phase currents i u , i v , i w into the two-phase conversion of the αβ axis, and then outputs the angle output from the speed / angle calculation means 012 By performing rotational coordinate conversion of the estimated value θ # , current detection values iγ and iδ are calculated and output to the subtracters 014 and 015, respectively.

そして、減算器014、015は、電流指令値iγ*、iδ*と電流検出値iγ、iδとをそれぞれ受け取ると、電流指令値iγ*、iδ*と電流検出値iγ、iδとの偏差をそれぞれ算出し、電流制御手段007に出力する。そして、電流制御手段007は、電流指令値iγ*、iδ*と電流検出値iγ、iδとの偏差がゼロになるように電圧指令値vγ*、vδ*を算出し、回転二相/三相座標変換手段005に出力する。 Then, the subtracter 014,015, the current command value i? *, I? * And the current detection value i?, Receives the i?, Respectively, the current command value i? *, I? * And the current detection value i?, The deviation between the i?, Respectively Calculate and output to the current control means 007. Then, the current control unit 007, current command value i? *,? * And the current detection value i?, The voltage command value so that the deviation between the i? Is zero v? *, Calculates v? *, Rotating two-phase / three-phase It outputs to the coordinate conversion means 005.

そして、回転二相/三相座標変換手段005は、電圧指令値vγ*、vδ*を受け取ると、速度・角度演算手段012から出力された角度推定値θ#に基づいて電圧指令値vγ*、vδ*を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値vu *、vv *、vw *を算出し、電力変換装置004に出力する。そして、電力変換装置004は、電圧指令値vu *、vv *、vw *に基づいて埋込形永久磁石同期電動機001を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機001を可変速制御する。 The rotary two-phase / three-phase coordinate conversion unit 005, the voltage command values v? *, Receives the v? *, The voltage command value based on the output from the speed and angle calculating means 012 angle estimate theta # v? *, The voltage command values v u * , v v * , and v w * are calculated by performing two-phase three-phase conversion after reverse rotation conversion of vδ * and conversion to a fixed two-phase value, and the power conversion device 004 Output to. Then, the power conversion device 004 drives the embedded permanent magnet synchronous motor 001 based on the voltage command values v u * , v v * , v w * to change the embedded permanent magnet synchronous motor 001 to a variable speed. Control.

また、三相/回転二相座標変換手段006にて算出された電流検出値iγ、iδは電機子電流磁束オブザーバ010に出力されるとともに、電流制御手段007にて算出された電圧指令値vγ*、vδ*は電機子電流磁束オブザーバ010に出力される。そして、電機子電流磁束オブザーバ010は、電流制御手段007から出力された電圧指令値vγ*、vδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値uγδに基づいて、以下の(1)式の演算を行うことにより、埋込形永久磁石同期電動機001の電機子電流磁束を推定し、その電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差を角度誤差演算手段011に出力する。 In addition, the current detection values iγ and iδ calculated by the three-phase / rotation two-phase coordinate conversion unit 006 are output to the armature current magnetic flux observer 010 and the voltage command value vγ * calculated by the current control unit 007 . , Vδ * is output to the armature current magnetic flux observer 010. The armature current flux observer 010 calculates the following equation (1) based on the voltage command values vγ * and vδ * output from the current control means 007 and the value uγδ obtained by subtracting the voltage drop at the resistor. To estimate the armature current magnetic flux of the embedded permanent magnet synchronous motor 001 and output the deviation between the armature current estimated magnetic flux λγδ # and the apparent armature current magnetic flux λγδ * to the angle error calculating unit 011 To do.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、
uγδ:二軸のインバータ電圧から抵抗での電圧降下分を差し引いた値
p:微分演算子
λγδ#:二軸の電機子電流推定磁束
ω1:速度推定値(=ωr#)(一次周波数と等しい)
Φm:磁石磁束
(αI−Jω1):電機子電流磁束オブザーバ010のフィードバックゲイン
λγδ*:二軸のみかけの電機子電流磁束
である。なお、(1)式では、複素数表示を行列表示で表した。また、
However,
uγδ: value obtained by subtracting the voltage drop due to resistance from the biaxial inverter voltage p: differential operator λγδ # : biaxial armature current estimation magnetic flux ω 1 : speed estimated value (= ω r # ) (primary frequency and equal)
Φ m : Magnet magnetic flux (αI−Jω 1 ): Feedback gain λγδ * of armature current magnetic flux observer 010: Apparent armature current magnetic flux of two axes. In the expression (1), the complex number display is represented by a matrix display. Also,

Figure 2009095135
である。ただし、
d:d軸インダクタンス
q:q軸インダクタンス
S:電機子抵抗
である。
Figure 2009095135
It is. However,
L d : d-axis inductance L q : q-axis inductance R S : armature resistance.

(1)式において、電機子電流磁束オブザーバ010は、電流制御手段007から出力された電圧指令値vγ*、vδ*から抵抗での電圧降下分を差し引いた値uγδを入力とし、電機子電流推定磁束λγδ#を算出することができる。また、(2)式において、電機子電流磁束オブザーバ010は、みかけの電機子電流磁束λγδ*を算出し、電機子電流推定磁束λγδ#との偏差(λγδ#−λγδ*)を角度誤差演算手段011に出力することができる。 In equation (1), the armature current flux observer 010 receives as input the voltage command values vγ * and vδ * output from the current control means 007 and a value uγδ obtained by subtracting the voltage drop at the resistor. Magnetic flux λγδ # can be calculated. In the equation (2), the armature current flux observer 010 calculates an apparent armature current flux λγδ * and calculates a deviation (λγδ # −λγδ * ) from the armature current estimated flux λγδ # as an angular error calculating means. 011 can be output.

そして、角度誤差演算手段011は、電機子電流推定磁束λγδ#とみかけの電機子電流磁束λγδ*との偏差(λγδ#−λγδ*)を受け取ると、磁極位置の角度誤差Δθを算出し、速度・角度演算手段012に出力する。
ここで、埋込形永久磁石同期電動機001が定常状態にある場合(角度誤差Δθが小さい場合)、角度誤差演算手段011は、磁束推定誤差のγ軸成分を用いることにより、以下の(3)式にて角度誤差Δθを求めることができる。
Then, upon receiving the deviation (λγδ # −λγδ * ) between the armature current estimated magnetic flux λγδ # and the apparent armature current magnetic flux λγδ * , the angle error calculating means 011 calculates the angle error Δθ of the magnetic pole position, and the velocity Output to angle calculation means 012
Here, when the embedded permanent magnet synchronous motor 001 is in a steady state (when the angle error Δθ is small), the angle error calculation unit 011 uses the γ-axis component of the magnetic flux estimation error to obtain the following (3). The angle error Δθ can be obtained by the equation.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

また、埋込形永久磁石同期電動機001が始動状態にある場合(角度誤差Δθが大きい場合)、角度誤差演算手段011は、以下の(4)式にて角度誤差Δθを求めることができる。   Further, when the embedded permanent magnet synchronous motor 001 is in the starting state (when the angle error Δθ is large), the angle error calculation unit 011 can obtain the angle error Δθ by the following equation (4).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

そして、速度・角度演算手段012は、角度誤差Δθを受け取ると、速度推定値ωr#および角度推定値θ#を算出し、速度推定値ωr#を減算器013に出力するとともに、角度推定値θ#を回転二相/三相座標変換手段005および三相/回転二相座標変換手段006に出力することで、磁極位置を検出する位置センサを用いることなく、埋込形永久磁石同期電動機001を可変速駆動することができる。
ここで、速度・角度演算手段012は、以下の(5)式にて速度推定値ωr#=ω1を求めることができる。
Upon receiving the angle error Δθ, the speed / angle calculation means 012 calculates the speed estimated value ω r # and the angle estimated value θ # , outputs the speed estimated value ω r # to the subtractor 013, and also estimates the angle. By outputting the value θ # to the rotating two-phase / three-phase coordinate converting means 005 and the three-phase / rotating two-phase coordinate converting means 006, an embedded permanent magnet synchronous motor can be used without using a position sensor for detecting the magnetic pole position. 001 can be driven at a variable speed.
Here, the speed / angle calculating means 012 can obtain the speed estimated value ω r # = ω 1 by the following equation (5).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

また、速度・角度演算手段012は、以下の(6)式にて角度推定値θ#を求めることができる。 Further, the speed / angle calculating means 012 can obtain the estimated angle value θ # by the following equation (6).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

このように(3)式または(4)式にて得られた角度誤差Δθを用いて速度演算する場合、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#までの伝達関数では、速度誤差Δωを積分した値が比例積分演算される。
図5は、従来の同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
図5において、従来の同期電動機の制御装置000における回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数の構成では、減算器016およびブロックB11〜B13が設けられる。ここで、ブロックB11の伝達関数は1/s、ブロックB12の伝達関数(sKp+Ki)/sは、ブロックB13の伝達関数はβ/(s+β)である。ただし、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲイン、βは時定数である。
As described above, when the speed calculation is performed using the angle error Δθ obtained by the expression (3) or (4), the speed error is obtained in the transfer function from the true value ω r of the rotation speed to the estimated speed value ω r #. A value obtained by integrating Δω is calculated as a proportional integral.
FIG. 5 is a block diagram showing a transfer function from the true value of the rotational speed of the conventional synchronous motor to the estimated speed value.
In FIG. 5, in the configuration of the transfer function from the true value of the rotational speed to the estimated speed value in the conventional synchronous motor control device 000, a subtractor 016 and blocks B11 to B13 are provided. Here, the transfer function of the block B11 is 1 / s, the transfer function of the block B12 (sK p + K i ) / s, and the transfer function of the block B13 is β / (s + β). Here, K p is a proportional gain, K i is an integral gain, and β is a time constant.

そして、回転速度の真値ωrおよび速度推定値ωr#は減算器016に入力され、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#が減算器016にて減算されることで、速度誤差Δωが算出され、ブロックB11に入力される。そして、ブロックB11にて速度誤差Δωが積分されることで角度誤差Δθが算出され、ブロックB12にて比例積分演算された後、ブロックB13を介して速度推定値ωr#が出力される。
村上暁・梶野大樹・釜井健次・林洋一・福本哲哉:「適応オブザーバによる永久磁石同期電動機速度センサレスベクトル制御系の設計手法」,電気学会半導体電力変換研究会資料,SPC−02−85
The true value omega r and velocity estimates omega r # rotational speed is inputted to the subtracter 016, by the speed estimated value omega r # from the true value omega r of the rotational speed is subtracted by the subtractor 016, A speed error Δω is calculated and input to the block B11. Then, the angle error Δθ is calculated by integrating the speed error Δω in the block B11. After the proportional-integral calculation is performed in the block B12, the estimated speed value ω r # is output via the block B13.
Satoshi Murakami, Hiroki Kanno, Kenji Kamai, Yoichi Hayashi, Tetsuya Fukumoto: "Design method of permanent magnet synchronous motor speed sensorless vector control system using adaptive observer", IEEJ Semiconductor Power Conversion Study Group, SPC-02-85

しかしながら、図4の電機子電流磁束オブザーバ010を用いて速度推定値ωr#を算出する方法では、角度誤差Δθを比例積分演算して速度推定値ωr#を求めていることから、回転速度の真値ωrが変動した場合、速度推定値ωr#が追従するまでに時間がかかる。このため、鉄道車両の分野に適用した場合、車輪が空転すると、速度が急激に変化することがあり、このような車輪の空転を素早く検知することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ、位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動することが可能な同期電動機の制御装置を提供することである。
However, in the method of calculating the estimated speed value ω r # using the armature current magnetic flux observer 010 in FIG. 4, the angular error Δθ is proportionally integrated to obtain the estimated speed value ω r #. When the true value ω r of the motor fluctuates, it takes time until the speed estimated value ω r # follows. For this reason, when applied to the field of railway vehicles, there is a problem in that when the wheel slips, the speed may change abruptly, and the idling of such a wheel cannot be detected quickly.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a control apparatus for a synchronous motor that can drive a permanent magnet synchronous motor at a variable speed by position sensorless vector control while improving the responsiveness of speed estimation to speed fluctuation. is there.

上述した課題を解決するために、請求項1記載の同期電動機の制御装置によれば、同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から前記電機子電流の2軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、前記2軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離する逆伝達関数行列算出手段と、前記逆伝達関数行列算出手段にて分離された速度誤差に比例する成分を考慮することにより、前記同期電動機の回転速度を推定する速度推定器と、前記速度推定器にて推定された速度推定値を速度指令値にフィードバックすることで算出された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする。
また、請求項2記載の同期電動機の制御装置によれば、前記速度推定器は、前記逆伝達関数行列算出手段にて算出された角度推定誤差および速度推定誤差の双方を考慮して求めた値を比例積分演算することにより、前記同期電動機の回転速度を推定することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, according to the control apparatus for a synchronous motor according to claim 1, the armature current is estimated based on the current detection means for detecting the armature current of the synchronous motor and the model of the synchronous motor. Based on an adaptive current observer, and an inverse matrix of a transfer function from an angle estimation error of an axis deviation and a speed estimation error of an armature to a deviation between the detected value and the estimated value of the two axes of the armature current. Considering the inverse transfer function matrix calculation means for separating the current deviation of the current into a component proportional to the angle error and a component proportional to the speed error, and a component proportional to the speed error separated by the inverse transfer function matrix calculation means A speed estimator for estimating the rotational speed of the synchronous motor, and a voltage command value calculated by feeding back the speed estimated value estimated by the speed estimator to the speed command value. Characterized by comprising a power converter for variable speed control said synchronous motor.
Further, according to the control device for a synchronous motor according to claim 2, the speed estimator is a value obtained in consideration of both the angle estimation error and the speed estimation error calculated by the inverse transfer function matrix calculation means. The rotational speed of the synchronous motor is estimated by performing a proportional integral calculation.

以上説明したように、本発明によれば、軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から電機子電流の2軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列を用いることにより、角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とを分離して推定することができる。このため、角度誤差だけでなく、速度誤差の瞬時値も考慮しながら、同期電動機の回転速度を推定することができ、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動することが可能となることから、鉄道車両の車輪の空転を素早く検知することができる。   As described above, according to the present invention, the inverse matrix of the transfer function is used from the angle estimation error of the axis deviation and the speed estimation error of the armature to the deviation between the detected value and the estimated value of the two-axis armature current. Thus, the component proportional to the angular error and the component proportional to the speed error can be separated and estimated. For this reason, the rotational speed of the synchronous motor can be estimated while considering not only the angle error but also the instantaneous value of the speed error, and the position sensorless vector control is made permanent while improving the speed estimation responsiveness to the speed fluctuation. Since the magnet synchronous motor can be driven at a variable speed, idling of the wheel of the railway vehicle can be detected quickly.

以下、本発明の実施形態に係る同期電動機の制御装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、埋込形永久磁石同期電動機101には、埋込形永久磁石同期電動機101を可変速駆動する同期電動機の制御装置100が接続され、埋込形永久磁石同期電動機101の回転軸には負荷102が接続されている。
Hereinafter, a control apparatus for a synchronous motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a synchronous motor control device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a controller 100 for a synchronous motor that drives the embedded permanent magnet synchronous motor 101 at a variable speed is connected to the embedded permanent magnet synchronous motor 101. Is connected to a load 102.

ここで、同期電動機の制御装置100には、電力変換装置104、回転二相/三相座標変換手段105、三相/回転二相座標変換手段106、電流制御手段107、電流指令値作成手段108、速度PID調節器109、適応電流オブザーバ110、逆伝達関数行列算出手段111、角度・速度・一次抵抗推定器112、減算器113、114、115が設けられ、同期電動機の制御装置100の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機101に供給されるUVW相電流iu、iv、iwを検出する電流検出手段103が設けられている。 Here, the synchronous motor control device 100 includes a power conversion device 104, a rotating two-phase / three-phase coordinate converting means 105, a three-phase / rotating two-phase coordinate converting means 106, a current control means 107, and a current command value creating means 108. , A speed PID adjuster 109, an adaptive current observer 110, an inverse transfer function matrix calculating means 111, an angle / speed / primary resistance estimator 112, and subtractors 113, 114, 115 are provided on the output side of the synchronous motor control device 100 Are provided with current detection means 103 for detecting the UVW phase currents i u , i v , i w supplied to the embedded permanent magnet synchronous motor 101.

なお、電力変換装置104、回転二相/三相座標変換手段105、三相/回転二相座標変換手段106、電流制御手段107、電流指令値作成手段108、速度PID調節器109、減算器113、114、115は、図4の電力変換装置004、回転二相/三相座標変換手段005、三相/回転二相座標変換手段006、電流制御手段007、電流指令値作成手段008、速度PID調節器009、減算器013、014、015とそれぞれ同様の動作を行うことができる。   Note that the power converter 104, the rotating two-phase / three-phase coordinate converting means 105, the three-phase / rotating two-phase coordinate converting means 106, the current control means 107, the current command value creating means 108, the speed PID adjuster 109, and the subtractor 113. , 114, 115 are the power conversion device 004, rotating two-phase / three-phase coordinate converting means 005, three-phase / rotating two-phase coordinate converting means 006, current control means 007, current command value creating means 008, speed PID. The same operation as that of the adjuster 009 and the subtracters 013, 014, and 015 can be performed.

適応電流オブザーバ110は、埋込形永久磁石同期電動機101のモデルに基づいて電機子電流を推定することができる。
逆伝達関数行列算出手段111は、軸ずれの角度推定誤差Δθ#および電機子の速度推定誤差Δω#からγδ軸の電流検出値iγ、iδと電流推定値iγ#、iδ#との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、γδ軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離し、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を出力することができる。
The adaptive current observer 110 can estimate the armature current based on the model of the embedded permanent magnet synchronous motor 101.
The inverse transfer function matrix calculating means 111 calculates the deviation from the angle estimation error Δθ # of the axis deviation and the speed estimation error Δω # of the armature to the deviation between the current detection values iγ, iδ and the current estimation values iγ # , iδ # on the γδ axis. Based on the inverse matrix of the transfer function, the current deviation on the γδ axis is separated into a component proportional to the angle error and a component proportional to the speed error, and an angle estimation error Δθ # and a speed estimation error Δω # can be output. it can.

角度・速度・一次抵抗推定器112は、逆伝達関数行列算出手段111から出力された角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#に基づいて、速度推定値ωr#=ω1および角度推定値θ#を算出することができる。
そして、三相/回転二相座標変換手段106にて算出された電流検出値iγ、iδは適応電流オブザーバ110に出力されるとともに、電流制御手段107にて算出された電圧指令値vγ*、vδ*は適応電流オブザーバ110に出力される。
Angle, speed and stator resistance estimator 112 based on the inverse transfer function matrix calculating unit 111 is output from the position estimation error [Delta] [theta] # and speed estimation error [Delta] [omega #, velocity estimate ω r # = ω 1 and the angle estimate θ # can be calculated.
The detected current values iγ and iδ calculated by the three-phase / rotating two-phase coordinate conversion means 106 are output to the adaptive current observer 110 and the voltage command values vγ * and vδ calculated by the current control means 107 are output. * Is output to the adaptive current observer 110.

そして、適応電流オブザーバ110は、γδ軸の電流検出値iγ、iδおよびγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#に関する状態方程式を用いることにより、γδ軸の電流検出値iγ、iδとγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#との偏差(以下、電流誤差とも言う)をそれぞれ算出し、逆伝達関数行列算出手段111に出力する。
ここで、γδ軸の電流検出値iγ、iδおよびγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#に関する状態方程式は、以下の(7)式で表すことができる。なお、本実施形態では、低速以上の速度推定方法に適用されることを前提とし、電機子抵抗の誤差は無視することができる。
Then, the adaptive current observer 110 uses the state equations relating to the current detection values iγ, iδ on the γδ axis and the current estimation values iγ # , iδ # on the γδ axis, thereby detecting the current detection values iγ, iδ on the γδ axis and the γδ axis. Deviations (hereinafter also referred to as current errors) from the current estimated values iγ # and iδ # are calculated and output to the inverse transfer function matrix calculating unit 111.
Here, the equation of state regarding the current detection values iγ and iδ on the γδ axis and the current estimation values iγ # and iδ # on the γδ axis can be expressed by the following equation (7). In the present embodiment, it is assumed that the method is applied to a speed estimation method of a low speed or higher, and the error of the armature resistance can be ignored.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、
iγ#、iδ#:γδ軸の電流推定値
S#:電機子抵抗推定値
11、g12、g21、g22:適応電流オブザーバ110のフィードバックゲイン
である。また、適応電流オブザーバ110のフィードバックゲインは、以下の(8)式のように与えることができる。
However,
i γ # , i δ # : current estimated value R s # of the γδ axis: armature resistance estimated values g 11 , g 12 , g 21 , g 22 : feedback gain of the adaptive current observer 110. Further, the feedback gain of the adaptive current observer 110 can be given by the following equation (8).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、
c:の極を決める制御変数(正の値)
である。
そして、逆伝達関数行列算出手段111は、γδ軸の電流検出値iγ、iδとγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#との偏差を受け取ると、電機子電流のγδ軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を算出し、角度・速度・一次抵抗推定器112に出力する。
ここで、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#から、γδ軸の電流検出値iγ、iδとγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#との偏差までの伝達関数の逆行列は、以下の(9)式にて与えることができる。
However,
g c : Control variable that determines the pole of (positive value)
It is.
When the inverse transfer function matrix calculation means 111 receives the deviation between the detected current values iγ and iδ on the γδ axis and the estimated current values iγ # and iδ # on the γδ axis, the estimated value and the detected value on the γδ axis of the armature current are estimated. Based on the inverse matrix of the transfer function up to the deviation from the value, the angle estimation error Δθ # and the speed estimation error Δω # are calculated and output to the angle / speed / primary resistance estimator 112.
Here, the inverse matrix of the transfer function from the angle estimation error Δθ # and the speed estimation error Δω # to the deviation between the current detection values iγ, iδ of the γδ axis and the current estimation values iγ # , iδ # of the γδ axis is (9).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、係数B11〜B22は、以下の(10)式のように設定することができる。 However, the coefficients B 11 to B 22 can be set as in the following equation (10).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

以下、逆伝達関数行列算出手段111にて算出される伝達関数の逆行列を用いることで、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を同時に推定できる点について説明する。
まず、同期電動機の制御装置100のγδ軸が埋込形永久磁石同期電動機001のdq軸から角度誤差Δθを持つ場合、γδ軸から見た埋込形永久磁石同期電動機001の状態方程式は以下の(11)式にて与えることができる。
Hereinafter, the point that the angle estimation error Δθ # and the speed estimation error Δω # can be estimated simultaneously by using the inverse matrix of the transfer function calculated by the inverse transfer function matrix calculating unit 111 will be described.
First, when the γδ axis of the synchronous motor control device 100 has an angle error Δθ from the dq axis of the embedded permanent magnet synchronous motor 001, the state equation of the embedded permanent magnet synchronous motor 001 viewed from the γδ axis is as follows: It can be given by equation (11).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、Cは、dq軸の量をγδ軸に変換する回転座標変換行列であり、以下の(12)式にて与えることができる。Δθ>0の場合、埋込形永久磁石同期電動機001のdq軸に比べてγδ軸がΔθだけ遅れている。   However, C is a rotational coordinate transformation matrix for converting the amount of the dq axis into the γδ axis, and can be given by the following equation (12). When Δθ> 0, the γδ axis is delayed by Δθ compared to the dq axis of the embedded permanent magnet synchronous motor 001.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

そして、(11)式から(7)式を差し引くと、以下の(13)式にて誤差方程式を与えることができる。   When the equation (7) is subtracted from the equation (11), an error equation can be given by the following equation (13).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、F1(x)、F2(x)は、角度誤差Δθを変数とする三角関数を含む2×2の行列である。
ここで、F1(x)、F2(x)において、cosΔθ=cos2Δθ=1、sinΔθ=Δθ、sin2Δθ=2Δθと近似する。また、Δω=d/dtΔθとおき、適応電流オブザーバ110のフィードバックゲインとして(8)式の値を用いると、(13)式は、以下の(14)式のように書き直すことができる。
Note that F 1 (x) and F 2 (x) are 2 × 2 matrices including a trigonometric function with the angle error Δθ as a variable.
Here, in F 1 (x) and F 2 (x), they are approximated as cos Δθ = cos 2 Δθ = 1, sin Δθ = Δθ, and sin 2Δθ = 2Δθ. When Δω = d / dtΔθ and the value of the equation (8) is used as the feedback gain of the adaptive current observer 110, the equation (13) can be rewritten as the following equation (14).

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、係数B11〜B22は、(10)式のように設定することができる。この場合、適応電流オブザーバ110のフィードバックゲインの特性方程式は、以下の(15)式にて与えることができ、適応電流オブザーバ110は安定に動作する。 However, the coefficients B 11 to B 22 can be set as shown in Equation (10). In this case, the characteristic equation of the feedback gain of the adaptive current observer 110 can be given by the following equation (15), and the adaptive current observer 110 operates stably.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

そして、(14)式を用いることにより、以下の(16)式に示すように、γδ軸の電流検出値iγ、iδとγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#との偏差、角度誤差Δθおよび速度誤差Δω=ωr−ω1の関係を与えることができる。 Then, by using the equation (14), as shown in the following equation (16), the deviation between the detected current values iγ, iδ of the γδ axis and the estimated current values iγ # , iδ # of the γδ axis, the angle error Δθ And a relationship of speed error Δω = ω r −ω 1 can be given.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

そして、(16)式を(9)式に代入し、γδ軸の電流検出値iγ、iδとγδ軸の電流推定値iγ#、iδ#との偏差を消去した時の角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を求めると、以下の(17)式のように表すことができ、角度誤差Δθと速度誤差Δωから逆伝達関数までの出力は一次遅れ系で表すことができる。 Then, by substituting the equation (16) into the equation (9), the angle estimation error Δθ # when the deviation between the current detection values iγ, iδ of the γδ axis and the current estimation values iγ # , iδ # of the γδ axis is eliminated, and When the speed estimation error Δω # is obtained, it can be expressed by the following equation (17), and the output from the angle error Δθ and the speed error Δω to the inverse transfer function can be expressed by a first-order lag system.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

そして、角度・速度・一次抵抗推定器112は、角度推定誤差Δθ#および速度推定誤差Δω#を逆伝達関数行列算出手段111から受け取ると、以下の(18)、(19)式を用いることにより、速度推定値ωr#=ω1および角度推定値θ#を算出することができる。
そして、角度・速度・一次抵抗推定器112は、速度推定値ωr#=ω1および角度推定値θ#を算出すると、速度推定値ωr#を減算器113に出力し、角度推定値θ#を回転二相/三相座標変換手段105および三相/回転二相座標変換手段106に出力することができる。
When the angle / velocity / primary resistance estimator 112 receives the angle estimation error Δθ # and the velocity estimation error Δω # from the inverse transfer function matrix calculation means 111, the following equations (18) and (19) are used. The estimated speed value ω r # = ω 1 and the estimated angle value θ # can be calculated.
When the angle / speed / primary resistance estimator 112 calculates the speed estimated value ω r # = ω 1 and the angle estimated value θ # , the angle / speed / primary resistance estimator 112 outputs the speed estimated value ω r # to the subtractor 113, and the angle estimated value θ # Can be output to the rotating two-phase / three-phase coordinate converting means 105 and the three-phase / rotating two-phase coordinate converting means 106.

Figure 2009095135
Figure 2009095135

Figure 2009095135
Figure 2009095135

ただし、
Kθp:速度推定器の比例ゲイン
Kθi:速度推定器の積分ゲイン
α1、α2:制御変数
である。
これにより、逆伝達関数行列算出手段111は、軸ずれの角度推定誤差Δθ#および電機子の速度推定誤差Δω#からγδ軸の電流検出値iγ、iδと電流推定値iγ#、iδ#との偏差までの伝達関数の逆行列を用いることで、角度誤差Δθに比例する成分と速度誤差Δωに比例する成分とを分離して推定することができる。このため、角度誤差Δθだけでなく、速度誤差Δωの瞬時値も考慮しながら、永久磁石同期電動機101の回転速度を推定することができ、速度変動に対する速度推定の応答性を向上させつつ位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機101を可変速駆動することが可能となることから、鉄道車両の車輪の空転を素早く検知することができる。
However,
p : proportional gain of speed estimator Kθ i : integral gain α 1 and α 2 of speed estimator: control variables.
As a result, the inverse transfer function matrix calculation means 111 calculates the current detection values iγ and iδ of the γδ axis and the current estimation values iγ # and iδ # from the angle estimation error Δθ # of the axis deviation and the speed estimation error Δω # of the armature. By using the inverse matrix of the transfer function up to the deviation, the component proportional to the angle error Δθ and the component proportional to the speed error Δω can be separated and estimated. For this reason, the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor 101 can be estimated in consideration of not only the angular error Δθ but also the instantaneous value of the speed error Δω, and position sensorless while improving the responsiveness of the speed estimation to the speed fluctuation. Since the permanent magnet synchronous motor 101 can be driven at a variable speed by vector control, the idling of the wheel of the railway vehicle can be detected quickly.

図2は、本発明の一実施形態に係る同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。
図2において、図1の同期電動機の制御装置100における回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数の構成では、減算器116およびブロックB1〜B4が設けられる。なお、ブロックB1〜B4は図1の角度・速度・一次抵抗推定器112に設けることができる。ここで、ブロックB1の伝達関数はα1/s、ブロックB2の伝達関数は1/(s+gc)、ブロックB3の伝達関数gcα2は、ブロックB4の伝達関数は(sKp+Ki)/sである。
FIG. 2 is a block diagram showing a transfer function from the true value of the rotational speed of the synchronous motor according to the embodiment of the present invention to the estimated speed value.
2, in the configuration of the transfer function from the true value of the rotational speed to the estimated speed value in the synchronous motor control apparatus 100 of FIG. 1, a subtractor 116 and blocks B <b> 1 to B <b> 4 are provided. The blocks B1 to B4 can be provided in the angle / velocity / primary resistance estimator 112 of FIG. Here, the transfer function of the block B1 is α 1 / s, the transfer function of the block B2 is 1 / (s + g c ), the transfer function g c α 2 of the block B3 is (sK p + K i ). / S.

そして、回転速度の真値ωrおよび速度推定値ωr#は減算器116に入力され、回転速度の真値ωrから速度推定値ωr#が減算器116にて減算されることで、速度推定誤差Δω#が算出され、ブロックB1、B2に入力される。なお、ブロックB1、B2に入力される速度推定誤差Δω#は、図1の逆伝達関数行列算出手段111にて算出された値を用いることができる。そして、ブロックB1にて速度推定誤差Δω#が積分されることで角度推定誤差Δθ#が算出され、加算器117に入力されるとともに、速度推定誤差Δω#はブロックB2、B3を介して加算器117に入力され、ブロックB1、B3からそれぞれ出力された値が加算器117にて加算された後、ブロックB4にて比例積分演算され、速度推定値ωr#として出力される。そして、この速度推定値ωr#は減算器116にフィードバックされるとともに、図1の減算器113にフィードバックされる。 The true value omega r and velocity estimates omega r # rotational speed is inputted to the subtracter 116, by the speed estimated value omega r # from the true value omega r of the rotational speed is subtracted by the subtractor 116, A speed estimation error Δω # is calculated and input to blocks B1 and B2. As the speed estimation error Δω # input to the blocks B1 and B2, the value calculated by the inverse transfer function matrix calculating unit 111 in FIG. 1 can be used. Then, by integrating the speed estimation error Δω # in the block B1, an angle estimation error Δθ # is calculated and input to the adder 117, and the speed estimation error Δω # is added to the adder via the blocks B2 and B3. The values input to 117 and output from the blocks B1 and B3 are added by the adder 117, and then a proportional-integral calculation is performed in the block B4 to be output as a speed estimated value ωr # . The estimated speed value ω r # is fed back to the subtractor 116 and also fed back to the subtractor 113 in FIG.

図3は、本発明の一実施形態に係る速度推定系の応答を従来例の速度推定系の応答と比較して示す図である。なお、図3では、図2の構成における比例ゲインKpを10、積分ゲインKiを25とし、制御変数α1を3、制御変数α2を0.75として応答を求めた。また、図5の構成における時定数βを1000に設定し、比例積分演算で決まるカットオフ周波数に対して十分に高いカットオフ周波数にすることで、比例積分演算後の一次フィルタが速度推定性能に影響を与えないようにした。 FIG. 3 is a diagram showing a response of the speed estimation system according to the embodiment of the present invention in comparison with a response of the speed estimation system of the conventional example. In FIG. 3, the response is obtained by setting the proportional gain K p in the configuration of FIG. 2 to 10, the integral gain Ki to 25, the control variable α 1 to 3, and the control variable α 2 to 0.75. In addition, by setting the time constant β in the configuration of FIG. 5 to 1000 and setting the cut-off frequency sufficiently higher than the cut-off frequency determined by the proportional-integral calculation, the first-order filter after the proportional-integral calculation has improved speed estimation performance. The influence was not made.

図3において、図5の構成では、単に角度誤差Δθを比例積分演算して速度推定値ωr#を求めるため、速度がランプ状に変化すると、その速度変動に追従するのに時間がかかるのに対し、図2の構成では、角度誤差Δθだけでなく速度誤差Δωも考慮した値を比例積分演算して速度推定値ωr#を求めるため、速度がランプ状に変化した場合においても、その速度変動に早やかに追従することができる。 In FIG. 3, in the configuration of FIG. 5, since the angular error Δθ is simply proportionally integrated to obtain the speed estimated value ω r # , it takes time to follow the speed fluctuation when the speed changes in a ramp shape. On the other hand, in the configuration of FIG. 2, since the speed integral value ω r # is obtained by performing the proportional integration calculation on the value that considers not only the angle error Δθ but also the speed error Δω, even when the speed changes in a ramp shape, It is possible to quickly follow the speed fluctuation.

本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control apparatus of the synchronous motor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the transfer function from the true value of the rotational speed of the synchronous motor which concerns on one Embodiment of this invention to a speed estimated value. 本発明の一実施形態に係る速度推定系の応答を従来例の速度推定系の応答と比較して示す図である。It is a figure which compares the response of the speed estimation system which concerns on one Embodiment of this invention with the response of the speed estimation system of a prior art example. 従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control apparatus of the conventional synchronous motor. 従来の同期電動機の回転速度の真値から速度推定値までの伝達関数を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the transfer function from the true value of the rotational speed of the conventional synchronous motor to a speed estimated value.

符号の説明Explanation of symbols

100 同期電動機の制御装置
101 埋込形永久磁石同期電動機
102 負荷
103 電流検出手段
104 電力変換装置
105 回転二相/三相座標変換手段
1066 三相/回転二相座標変換手段
107 電流制御手段
108 電流指令値作成手段
109 速度PID調節器
110 適応電流オブザーバ
111 逆伝達関数行列算出手段
112 角度・速度・一次抵抗推定器
113、114、115 減算器
117 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Control apparatus of synchronous motor 101 Implantable permanent magnet synchronous motor 102 Load 103 Current detection means 104 Power converter 105 Rotation two phase / three phase coordinate conversion means 1066 Three phase / rotation two phase coordinate conversion means 107 Current control means 108 Current Command value creation means 109 Speed PID regulator 110 Adaptive current observer 111 Inverse transfer function matrix calculation means 112 Angle / speed / primary resistance estimator 113, 114, 115 Subtractor 117 Adder

Claims (2)

同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、
軸ずれの角度推定誤差および電機子の速度推定誤差から前記電機子電流の2軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、前記2軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と速度誤差に比例する成分とに分離する逆伝達関数行列算出手段と、
前記逆伝達関数行列算出手段にて分離された速度誤差に比例する成分を考慮することにより、前記同期電動機の回転速度を推定する速度推定器と、
前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
Current detection means for detecting the armature current of the synchronous motor;
An adaptive current observer for estimating an armature current based on the model of the synchronous motor;
Based on the inverse matrix of the transfer function from the angle estimation error of the axis deviation and the armature speed estimation error to the deviation between the detected value and the estimated value of the armature current, the deviation of the current of the two axes An inverse transfer function matrix calculating means for separating a component proportional to the error and a component proportional to the speed error;
A speed estimator for estimating the rotational speed of the synchronous motor by considering a component proportional to the speed error separated by the inverse transfer function matrix calculating means;
A control apparatus for a synchronous motor, comprising: a power converter that performs variable speed control of the synchronous motor.
前記速度推定器は、前記逆伝達関数行列算出手段にて算出された角度推定誤差および速度推定誤差の双方を考慮して求めた値を比例積分演算することにより、前記同期電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。   The speed estimator estimates the rotational speed of the synchronous motor by performing a proportional-integral operation on the values obtained in consideration of both the angle estimation error and the speed estimation error calculated by the inverse transfer function matrix calculation means. The control apparatus for a synchronous motor according to claim 1, wherein:
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