JP2009296722A - Motor controller, motor control method, and air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置、モータ制御方法および当該モータ制御装置を用いたエアコンディショナに関する。 The present invention relates to a motor control device that controls a motor that drives a load whose torque varies periodically, a motor control method, and an air conditioner using the motor control device.
例えば冷蔵庫やエアコン等に使用される冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、減圧器および蒸発器等から構成され、この冷凍サイクルの冷却能力を可変にするために、能力可変式の圧縮機が用いられている。このような圧縮機に用いられるモータの回転速度の制御は、目標回転速度と、モータの実際の回転速度との差に応じた制御量を出力するようにフィードバック制御を行う。そして、従来のフィードバック制御では、モータの1回転中に印加電圧を複数回制御することにより、目標回転速度と実際の回転速度とを一致させるようにしている。 For example, a refrigeration cycle used for a refrigerator, an air conditioner, etc. is composed of a compressor, a condenser, a decompressor, an evaporator, etc., and a variable capacity compressor is used to vary the cooling capacity of the refrigeration cycle. It has been. In the control of the rotational speed of the motor used in such a compressor, feedback control is performed so as to output a control amount corresponding to the difference between the target rotational speed and the actual rotational speed of the motor. In the conventional feedback control, the applied voltage is controlled a plurality of times during one rotation of the motor, so that the target rotation speed and the actual rotation speed are matched.
しかしながら、圧縮機は、1回転中における負荷トルクの変動が大きいため、上記のように単純なフィードバック制御ではトルク変動を除去することが困難であり、圧縮機全体がモータの回転方向に振動し、これを搭載した冷蔵庫やエアコン等の振動および騒音の発生源となり、商品性を損なうという問題がある。
このような問題を解決するため、特許文献1には、モータをベクトル制御することで得られるq軸電流に、電流補正値として正弦波状の電流を加えることで負荷トルクの変動を補償する技術が開示されている。
In order to solve such a problem,
しかしながら、特許文献1の技術では、振動をある程度抑制することはできるが、電流が余分に流れる期間が生じるため、効率が低下するという問題があった。また、負荷トルクの変動態様は正弦波に対して完全に一致しないので、振動等を抑制するレベルに限界があった。
However, although the technique of
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償することができるモータ制御装置、モータ制御方法および当該モータ制御装置を用いたエアコンディショナを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a motor control device, a motor control method, and the motor control capable of compensating for torque fluctuation so as to more closely match the actual load torque fluctuation mode. An object is to provide an air conditioner using the apparatus.
上記目的を達成するため、本発明のモータ制御装置は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流に基づいて励磁成分電流であるd軸電流とトルク成分電流であるq軸電流とを求める電流演算手段と、前記モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令d軸電流および指令q軸電流を生成する速度制御手段と、前記d軸電流および前記q軸電流が前記指令d軸電流および前記指令q軸電流に一致するように制御する電流制御手段と、前記指令q軸電流を補正するために各回転角度に対応して準備された指令q軸電流補正値を記憶する記憶手段と、前記モータの回転角度に応じて前記記憶手段から前記指令q軸電流補正値を読み出し前記指令q軸電流を補正する補正手段とを備え、前記記憶手段に記憶される前記指令q軸電流補正値は、前記負荷のトルクと同じトルクを発生させる擬似負荷装置を接続し且つ前記補正手段による補正動作を停止させて前記モータを駆動した事前測定での前記モータの回転速度の変化と前記モータの慣性モーメントとに基づいて算出された値であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a motor control device according to the present invention is a motor control device that controls a motor that drives a load whose torque fluctuates periodically, and that detects current flowing in the winding of the motor. Means for calculating a d-axis current that is an excitation component current and a q-axis current that is a torque component current based on the detected current, and a rotation speed of the motor matches a command rotation speed given from outside Speed control means for generating a command d-axis current and a command q-axis current, and current control for controlling the d-axis current and the q-axis current to match the command d-axis current and the command q-axis current Means for storing the command q-axis current correction value prepared for each rotation angle in order to correct the command q-axis current, and the storage means according to the rotation angle of the motor. The command q-axis current correction value is read out and the command q-axis current is corrected, and the command q-axis current correction value stored in the storage means generates the same torque as the torque of the load. It is a value calculated on the basis of a change in rotational speed of the motor and a moment of inertia of the motor in advance measurement in which a pseudo load device is connected and the correction operation by the correction means is stopped to drive the motor. It is characterized by.
また、本発明のモータ制御方法は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、前記モータの巻線に流れる電流を検出し、前記検出した電流に基づいて励磁電流成分であるd軸電流とトルク成分電流であるq軸電流とを求め、前記モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令d軸電流および指令q軸電流を生成し、前記d軸電流および前記q軸電流が前記指令d軸電流および前記指令q軸電流に一致するように制御を行うものにおいて、前記負荷に替えて前記負荷のトルクと同じトルクを発生させる擬似負荷装置を接続し前記モータを駆動させる事前測定を行い、当該事前測定での前記モータの回転速度の変化と前記モータの慣性モーメントとに基づいて指令q軸電流補正値を算出し、前記負荷を駆動する際、各回転角度に対応して前記事前測定で算出された指令q軸電流補正値により前記指令q軸電流を補正することを特徴とする。 The motor control method of the present invention is a motor control method for controlling a motor that drives a load whose torque varies periodically, and detects a current flowing in the winding of the motor and based on the detected current. Thus, the d-axis current as the excitation current component and the q-axis current as the torque component current are obtained, and the command d-axis current and the command q-axis current are set so that the rotation speed of the motor matches the command rotation speed given from the outside. Generating and controlling so that the d-axis current and the q-axis current coincide with the command d-axis current and the command q-axis current, and generating the same torque as the torque of the load instead of the load Preliminary measurement for connecting the pseudo load device and driving the motor is performed, and the command q-axis current is determined based on the change in the rotational speed of the motor and the moment of inertia of the motor in the preliminary measurement. Calculating a positive value, when driving the load, and corrects the command q-axis current by the pre-command q-axis current correction value calculated by the measured corresponding to the rotation angle.
本発明によれば、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償してモータを制御することにより、負荷を駆動する際の騒音および振動を抑制するとともに駆動効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, noise and vibration when driving a load are suppressed and driving efficiency is improved by controlling the motor by compensating for torque fluctuation so as to more closely match the actual load torque fluctuation mode. It becomes possible.
以下、本発明をエアコンディショナのコンプレッサに組み込まれたモータを制御する装置に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図2は、エアコンディショナの冷凍サイクルの概略構成を示している。図2に示すように、エアコンディショナEのヒートポンプ1を構成するコンプレッサ2(負荷に相当)は、圧縮部3とモータ4とを同一の鉄製密閉容器5内に収容して構成され、モータ4のロータシャフトが圧縮部3に連結されている。コンプレッサ2、四方弁6、室内側熱交換器7、減圧装置8および室外側熱交換器9は、冷媒通路であるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。なお、コンプレッサ2は、例えばロータリ型のコンプレッサであり、モータ4は、例えば三相IPM(Interior Permanent Magnet)モータである。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an apparatus for controlling a motor incorporated in a compressor of an air conditioner will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a schematic configuration of the refrigeration cycle of the air conditioner. As shown in FIG. 2, the compressor 2 (corresponding to a load) constituting the
暖房時には、四方弁6は実線で示す状態となっている。このため、コンプレッサ2の圧縮部3で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室内側熱交換器7に供給されて凝縮し、その後、減圧装置8で減圧され、低温となって室外側熱交換器9に流れ、そこで蒸発してコンプレッサ2へと戻る。一方、冷房時には、四方弁6は破線で示す状態に切り替えられる。このため、コンプレッサ2の圧縮部3で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室外側熱交換器9に供給されて凝縮し、その後、減圧装置8で減圧され、低温となって室内側熱交換器7に流れ、そこで蒸発してコンプレッサ2へと戻る。室内側熱交換器7および室外側熱交換器9には、それぞれファン10および11により送風が行われるようになっている。この送風により、室内側熱交換器7および室外側熱交換器9と、室内空気および室外空気との熱交換が効率良く行われるように構成されている。
During heating, the four-
図1は、モータ4の回転をベクトル制御するモータ制御装置21の構成を機能ブロックにより示したものである。ベクトル制御では、電機子巻線に流れる電流を、界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整し、磁束と発生トルクとを制御する。電流制御には、モータ4の回転子とともに回転する座標系、いわゆるd−q座標系で表した電流値が用いられるが、d軸は回転子に取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、q軸はd軸に直交する方向である。q軸電流Iqは回転トルクを発生させる成分(トルク成分電流)であり、d軸電流Idは磁束を作る成分(励磁または磁化成分電流)である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a
モータ制御装置21は、電流制御部22、回転位置推定部23、速度制御部24、PWM形成部25、インバータ回路26、記憶部27およびq軸電流補正部28を備えている。電流制御部22は、減算器29d、29q、PID制御器30d、30q、dq/αβ座標変換器31、αβ/UVW座標変換器32、UVW/αβ座標変換器33およびαβ/dq座標変換器34を備えている。なお、本実施形態では、減算器29d、29qおよびPID制御器30d、30qにより電流制御手段35が構成され、UVW/αβ座標変換器33およびαβ/dq座標変換器34により電流演算手段36が構成される。
The
インバータ回路26は、スイッチング素子例えばIGBT26ap、26an、…を3相ブリッジの回路形態に接続してなる周知の電圧形インバータであって、各下アーム側スイッチング素子と負側の直流電源線との間にはシャント抵抗26rが設けられている。本実施形態では、各シャント抵抗26rの端子電圧に基づいて、モータ4の各相(U相、V相、W相)に流れる電流Iu、Iv、Iwが検出されるようになっている。すなわち、本実施形態では、各シャント抵抗26rが電流検出手段に相当する。なお、電流検出手段として、例えばインバータ回路26の出力端子とモータ4の端子との間にホールCTからなる電流検出器を設ける構成としてもよい。
The
上記した構成により検出される電流Iu、Iv、Iwは、UVW/αβ座標変換器33により2相電流Iα、Iβに変換される。これら2相電流Iα、Iβは、αβ/dq座標変換器34により、さらにd軸電流Id、q軸電流Iqに変換される。α、βは、モータ4の固定子に固定された2軸座標系の座標軸である。このαβ/dq座標変換器34における座標変換の計算には、後述する回転子の推定回転角度θe(α軸とd軸との位相差の推定値)が用いられる。
The currents Iu, Iv, Iw detected by the above configuration are converted into two-phase currents Iα, Iβ by the UVW / αβ coordinate converter 33. These two-phase currents Iα and Iβ are further converted into a d-axis current Id and a q-axis current Iq by an αβ /
減算器29dは、速度制御部24から与えられる指令d軸電流Idrefからd軸電流Idを減算してd軸電流偏差ΔIdを求める。減算器29qは、速度制御部24から与えられる指令q軸電流Iqrefからq軸電流Iqを減算するとともに、さらにq軸電流補正部28から与えられる指令q軸電流補正値を加算してq軸電流偏差ΔIqを求める。
The
PID制御器30d、30qは、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqに対するPID演算を実行し、d−q座標系で表された指令d軸電圧Vdおよび指令q軸電圧Vqを生成する。指令d軸電圧Vdおよび指令q軸電圧Vqは、dq/αβ座標変換器31によりα−β座標系で表した値に変換され、さらにαβ/UVW座標変換器32により固定子の各相指令電圧Vu、Vv、Vwに変換される。なお、dq/αβ座標変換器31における座標変換の計算にも、回転子の推定回転角度θeが用いられる。
The
各相指令電圧Vu、Vv、VwはPWM形成部25に入力される。PWM形成部25では、指令電圧に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。PWM形成部25で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路26を構成する各スイッチング素子26ap、26an、…のゲートに与えられ、それにより各相指令電圧Vu、Vv、Vwに一致するPWM変調された三相交流電圧が生成されてモータ4の電機子巻線に印加される。
The phase command voltages Vu, Vv, and Vw are input to the
上記構成において、減算器29d、29qおよびPID制御器30d、30qによるPID演算によってフィードバック制御が行われる。これにより、d軸電流Idおよびq軸電流Iqは、それぞれ指令d軸電流Idrefおよび指令q軸電流補正値が加算された指令q軸電流Iqrefに一致するように制御される。
In the above configuration, feedback control is performed by PID calculation by the
回転位置推定部23は、回転子の回転角度θ(回転位置)の推定値である推定回転角度θe(推定回転位置)および回転速度ωの推定値である推定回転速度ωeを推定するものであり、d軸電流Id、q軸電流Iqおよび指令d軸電圧Vdが入力されている。回転位置推定部23には、モータ4の回路定数である電機子巻線のd軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqおよび巻線抵抗値Rの各値が記憶されている。
The rotational position estimating unit 23 estimates an estimated rotational angle θe (estimated rotational position) that is an estimated value of the rotational angle θ (rotational position) of the rotor and an estimated rotational speed ωe that is an estimated value of the rotational speed ω. , D-axis current Id, q-axis current Iq, and command d-axis voltage Vd are input. The rotational position estimation unit 23 stores values of d-axis inductance Ld, q-axis inductance Lq, and winding resistance value R of the armature winding, which are circuit constants of the
回転位置推定部23は、これら入力値および回路定数を用いて、d軸方向の誘起電圧推定値Edを下記(1)式に基づいて計算する。
Ed=Vd−R・Id−Ld・p・Id+ωe・Lq・Iq …(1)
ここで、pは微分演算子である。回転位置推定部23において、この誘起電圧推定値Edに対するPID演算が実行されることにより、その結果が回転子の推定回転速度ωeとして出力される。この推定方法によれば、d軸方向の誘起電圧推定値Edはゼロに収束する。推定回転速度ωeが積分されることにより、その値が推定回転角度θeとして出力される。推定回転速度ωeは速度制御部24に与えられる。
Using these input values and circuit constants, the rotational position estimation unit 23 calculates an induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction based on the following equation (1).
Ed = Vd-R.Id-Ld.p.Id + .omega.e.Lq.Iq (1)
Here, p is a differential operator. The rotational position estimation unit 23 executes PID calculation on the induced voltage estimated value Ed, and the result is output as the estimated rotational speed ωe of the rotor. According to this estimation method, the induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction converges to zero. By integrating the estimated rotation speed ωe, the value is output as the estimated rotation angle θe. The estimated rotation speed ωe is given to the
速度制御部24(速度制御手段に相当)には、エアコンディショナの運転を制御する外部の制御装置(図示せず)から出力される指令回転速度ωrefが入力されている。減算器37qは、指令回転速度ωrefから回転位置推定部23で推定された推定回転速度ωeを減算して速度偏差Δωを求め、PID制御器38は、速度偏差Δωに対するPID演算を実行して指令q軸電流Iqrefを生成する。指令d軸電流Idrefは一定値(本実施形態ではゼロ)としている。指令d軸電流Idrefおよび指令q軸電流Iqrefは、電流制御部22に与えられ、前述したようにモータ4のd軸電流Idおよびq軸電流Iqがそれらの指令値に一致するように制御される。以上のような制御の結果、推定回転速度ωeが指令回転速度ωrefに一致するようになっている。
Command speed ωref output from an external control device (not shown) that controls the operation of the air conditioner is input to the speed control unit 24 (corresponding to speed control means). The subtractor 37q subtracts the estimated rotational speed ωe estimated by the rotational position estimating unit 23 from the command rotational speed ωref to obtain a speed deviation Δω, and the
記憶部27(記憶手段に相当)には、モータ4の回転角度と、各回転角度(例えば1度毎)に対応した指令q軸電流Iqrefを補正するための指令q軸電流補正値とを対応付けてテーブル化した補正データが記憶されている。この補正データは、後述する事前測定により算出される。q軸電流補正部28は、上記補正データに基づいて指令q軸電流Iqrefを補正する補正動作を実行する。ただし、後述する事前測定時には、この補正動作は停止される。
The storage unit 27 (corresponding to storage means) corresponds to the rotation angle of the
q軸電流補正部28は、回転角度補正部39、電流補正部40、調整部41から構成されている。回転角度補正部39は、回転位置推定部23により推定されたモータ4の推定回転角度θeを所定角度だけ進めた補正推定回転角度θe’を出力する。上記所定角度は、使用者による変更が可能となっている。電流補正部40は、記憶部27から上記補正推定回転角度θe’に応じた指令q軸電流補正値を読み出し、調整部41に出力する。調整部41は、与えられた指令q軸電流補正値に調整係数を乗じ、減算器29qに出力する。この調整係数は、例えば0.9〜1.1の間で変更可能となっている。これにより、使用者による指令q軸電流補正値の微調整が可能となっている。
The q-axis
続いて、指令q軸電流補正値を算出するための事前測定について図3および図4も参照して説明する。図3は、上記事前測定を行う場合の構成を機能ブロックにより示したものである。図3に示すように、この事前測定においては、モータ4およびモータ制御装置21に加えて、擬似負荷装置51、トルク変換器52、エンコーダ53および演算手段54が用いられる。事前測定時、モータ制御装置21は、前述したフィードバック制御を実行し、モータ4の駆動を制御する。ただし、この際、q軸電流補正部28による指令q軸電流Iqrefの補正動作は停止する。
Next, the prior measurement for calculating the command q-axis current correction value will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration for performing the prior measurement. As shown in FIG. 3, in this preliminary measurement, in addition to the
擬似負荷装置51は、モータ4により駆動されるコンプレッサ2の負荷トルクと同じトルク(同等のトルク)を発生するものであり、負荷モータ55、コンバータ56、電子負荷装置57、擬似負荷波形発生装置58およびエンコーダ59から構成されている。負荷モータ55は、例えば三相のブラシレスモータであり、その回転軸はトルク変換器52を介してモータ4の回転軸に連結されている。負荷モータ55の端子には、コンバータ56が接続されている。コンバータ56は、負荷モータ55から与えられる三相の交流電圧を直流電圧に変換して電子負荷装置57に印加する。電子負荷装置57は、擬似負荷波形発生装置58から与えられるデータに応じて、自身の等価的な抵抗値を変化させる。
The
図4は、コンプレッサ2の代表的な負荷トルクの変動パターンを示している。この図4に示す4つの変動パターンA〜Dは、例えばコンプレッサ2を低速で駆動した場合のものであり、エアコンディショナEの冷房運転時の2パターンおよび暖房運転時の2パターンを示す。擬似負荷波形発生装置58には、このような負荷トルクの変動パターンA〜Dが記憶されている。擬似負荷波形発生装置58は、記憶されているA〜Dの変動パターンの負荷トルクを擬似負荷装置51が発生するように、エンコーダ59から与えられる負荷モータ55の回転角度に応じて電子負荷装置57の抵抗値を設定する。
FIG. 4 shows a typical load torque variation pattern of the
このような構成により、モータ4が駆動されると、負荷モータ55が発電機として動作し、負荷モータ55から出力される電力がコンバータ56を介して電子負荷装置57において消費される。これにより、モータ4には、電子負荷装置57の抵抗値の変化に応じて変化する負荷トルクが付加される。すなわち、モータ4には、擬似的にコンプレッサ2の負荷トルクが付加される。従って、モータ制御装置21は、指令q軸電流Iqrefの補正動作を行わない点を除いて、モータ4によりコンプレッサ2を駆動する実運転時と同じ条件で運転を行う。
With this configuration, when the
このような運転を行うことにより、モータ4には、トルク変動に伴う回転速度変動が生じる。演算手段54は、この回転速度の変動に基づいて指令q軸電流補正値を以下のように求める。すなわち、エンコーダ53は、上記運転時のモータ4の回転速度ωを演算手段54に出力する。演算手段54は、入力されたモータ4の回転速度ω、モータ4の慣性モーメントJm_1および負荷モータ55の慣性モーメントJm_2に基づいて、モータ4が発生するトルクTと負荷トルクTLとのトルク偏差ΔTを演算する。このトルク偏差ΔTは、下記(2)式により表される。
ΔT=T−TL=(Jm_1+Jm_2)・dω/dt …(2)
By performing such an operation, the
ΔT = T−TL = (Jm_1 + Jm_2) · dω / dt (2)
上記(2)式において、負荷モータ55の慣性モーメントJm_2が用いられる理由は以下のとおりである。上記構成においては、擬似負荷装置51により発生されるトルクは、負荷モータ55の回転軸を介してモータ4に付加されている。このため、モータ4に付加されるトルクは、負荷モータ55の慣性モーメントJm_2の影響を受ける。そこで、本実施形態では、この影響を補償するために、モータ4の慣性モーメントJm_1に負荷モータ55の慣性モーメントJm_2を加えた値を用いてトルク偏差ΔTを算出している。
In the above equation (2), the reason why the moment of inertia Jm_2 of the
さて、モータ4が発生するトルクTと負荷トルクTLとが一致している場合(トルク偏差ΔTがゼロの場合)、回転速度ωは変動しない。このことから、指令q軸電流補正値は、トルク偏差ΔTをゼロにするために必要なq軸電流値、つまりトルク偏差ΔTと逆位相のトルクを発生するためのq軸電流値とする。従って、演算手段54では、トルク偏差ΔTに−1を乗じ、さらにモータ4のトルク定数KTで除すことで、指令q軸電流補正値を求める。
When the torque T generated by the
演算手段54は、エンコーダ53から与えられるモータ4の回転角度θの1度毎に、上記のようにして指令q軸電流補正値を演算する。この指令q軸電流補正値の演算は、図4に示した変動パターンA〜Dの負荷トルクを発生させた場合毎に行う。演算手段54は、この演算結果と各回転角度とを対応付けてテーブル化した補正データ(指令q軸電流補正値に相当)をモータ制御装置21の記憶部27に記憶させる。なお、演算手段54は、上記演算を行うものであればよく、例えばマイクロコンピュータにより構成してもよいし、パーソナルコンピュータなどを用いてもよい。
The calculating means 54 calculates the command q-axis current correction value as described above for each rotation angle θ of the
次に、このようにして得られた補正データを記憶部27に記憶させた状態のモータ制御装置21を用いてモータ4の制御を行う場合の動作について図5も参照して説明する。図5は、モータ制御装置21による制御の流れを示すフローチャートである。まず、モータ制御装置21は、モータ4を例えば強制転流により始動させる(ステップS1)。その後、エアコンディショナEの運転を制御する外部の制御装置から与えられる指令回転速度ωrefに基づいてモータ4の回転速度をフィードバック制御する(定常運転状態、ステップS2)。
Next, an operation when the
続くステップS3およびS4では、q軸電流補正部28において電流補正部40が、回転角度補正部39から与えられる補正推定回転角度θ’に応じて記憶部27から指令q軸電流補正値を読み出し、調整部41を介して減算器29qに出力する。この際、電流補正部40は、コンプレッサ2の駆動状態(運転状態)に最も近い種類の指令q軸電流補正値を読み出す。これにより、指令q軸電流Iqrefに指令q軸電流補正値が加算される。定常運転状態において、このようなステップS3、S4が繰り返し実行されることにより、コンプレッサ2の負荷トルクの変動によるモータ4の回転速度の変動が抑制される。
In subsequent steps S3 and S4, in the q-axis
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置21は、各回転角度に対応した指令q軸電流Iqrefを補正するための指令q軸電流補正値が記憶された記憶部27と、モータ4の回転角度に応じて記憶部27から指令q軸電流補正値を読み出して指令q軸電流Iqrefの補正を行うq軸電流補正部28とを備えた構成とした。また、記憶部27に記憶される指令q軸電流補正値は、上記補正動作を停止させた点を除いて実運転時と同じ制御条件で、コンプレッサ2と同じ負荷トルクを発生する擬似負荷装置51を接続してモータ4を駆動した事前測定でのモータ4の回転速度の変化とモータ4の慣性モーメントJm_1に基づいて算出した。
As described above, the
このような構成によれば、実運転時の制御における様々な要因(制御遅れなど)による回転速度変動も考慮した上でコンプレッサ2の負荷トルク変動に伴う回転速度変動を抑制できる。つまり、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償することができる。また、トルク変動を補償してモータ4を制御することにより、コンプレッサ2を駆動する際の騒音および振動を抑制するとともに駆動効率を向上させることが可能となる。
According to such a configuration, it is possible to suppress the rotational speed fluctuation accompanying the load torque fluctuation of the
上記事前測定では、モータ4と回転軸同士が連結された負荷モータ55を発電機として動作させ、その発生電力を抵抗値可変の電子負荷装置57で消費させることで、モータ4にコンプレッサ2と同じ負荷トルクTLを付加する構成とした。そして、このときにモータ4が発生するトルクTと負荷トルクTLとのトルク偏差ΔTを、モータ4の回転速度ω、モータ4の慣性モーメントJm_1および負荷モータ55の慣性モーメントJm_2に基づいて演算し、このトルク偏差ΔTから指令q軸電流補正値を求めるようにした。
In the pre-measurement, the
このように、コンプレッサ2の負荷トルクと同じ負荷トルクTLを、負荷モータ55の回転軸を介してモータ4に付加する構成であっても、負荷モータ55の慣性モーメントJm_2の影響を考慮した上で指令q軸電流補正値を演算するので、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償できる。なお、実運転時におけるコンプレッサ2の慣性モーメントについては、トルク変動の補償に影響がない程度に小さいと考えられるため、本実施形態では考慮していないが、この点についても考慮すれば、トルク変動補償の精度を一層向上させることができる。
Thus, even when the load torque TL same as the load torque of the
電流補正部40から与えられた指令q軸電流補正値に変更可能な調整係数を乗じ、減算器29qに出力する調整部41を設けた。これにより、例えばモータ制御装置21の検査工程において、実運転時と同条件でモータ4を駆動した状態で、モータ4の回転速度変動が最も小さくなる値に調整係数を設定すれば、事前測定において演算された指令q軸電流補正値が最適でない場合であっても、トルク変動補償の精度低下を防止できる。
An
モータ4の推定回転角度θeを所定角度だけ進めた補正推定回転角度θe’を電流補正部40に出力する回転角度補正部39を設けた。これにより、q軸電流補正部28の演算処理による遅れ、回転位置推定部23による速度推定の遅れなどを補償することができる。なお、回転角度補正部39を設ける構成に代えて、記憶部27に記憶される補正データ中の回転角度を所定角度だけ進める構成としてもよい。
A rotation
4つの変動パターンA〜Dの負荷トルクに対応する指令q軸電流補正値を記憶部27に記憶させておき、このうちコンプレッサ2の駆動状態に最も近い種類のものをq軸電流補正部28が読み出すようにした。このようにすれば、実運転時における負荷の様々な駆動条件を考慮したトルク変動補償を行うことが可能となる。
Command q-axis current correction values corresponding to the load torques of the four variation patterns A to D are stored in the
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
q軸電流補正部28における回転角度補正部39および調整部41は、トルク変動補償の精度に問題がない場合には設けなくてもよい。その場合、電流補正部40は、回転位置推定部23から出力される推定回転角度θeに応じて記憶部27から指令q軸電流補正値を読み出し、減算器29qに出力すればよい。
回転速度および回転角度の推定方法は、d軸方向の誘起電圧推定値Edをゼロに収束させる回転位置推定部23による推定方法に限られない。
The present invention is not limited to the embodiment described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The rotation
The estimation method of the rotation speed and the rotation angle is not limited to the estimation method by the rotation position estimation unit 23 that converges the induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction to zero.
事前測定において、擬似負荷波形発生装置58に記憶されている負荷トルクの変動パターンは、例えば3つ以下でもよいし、5つ以上でもよい。ただし、1つの変動パターンのみを記憶する場合には、コンプレッサ2の負荷トルクの最も代表的な変動パターンとすることが好ましい。
事前測定を行うための構成におけるエンコーダ53、59は、いずれか1つ設ければよい。その場合、1つのエンコーダの出力を演算手段54および擬似負荷波形発生装置58の両方に与えればよい。事前測定は、電子負荷装置57が接続された負荷モータ55をモータ4の回転軸に連結させて行うようにしたが、これに限らず、コンプレッサ2の負荷トルクと同じ負荷トルクを発生させる擬似負荷装置を接続して行う構成であればよい。また、事前測定に代えて、事前測定と同様の条件で行うシミュレーションを実施し、指令q軸電流補正値を演算してもよい。
In the preliminary measurement, the variation pattern of the load torque stored in the pseudo
Any one of the
コンプレッサ2は、ロータリ型のものに限らず、例えばレシプロ型のコンプレッサであってもよい。本発明は、エアコンディショナEのコンプレッサ2のモータ4を制御する構成に限ることなく、例えば冷蔵庫のコンプレッサのモータを制御する構成に適用してもよい。つまり、本発明は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御する構成であれば適用可能である。
The
図面中、1はヒートポンプ、2はコンプレッサ(負荷)、4はモータ、7は室内側熱交換器、8は減圧装置、9は室外側熱交換器、21はモータ制御装置、24は速度制御部(速度制御手段)、26rはシャント抵抗(電流検出手段)、27は記憶部(記憶手段)、28はq軸電流補正部(補正手段)、35は電流制御手段、36は電流演算手段、39は回転角度補正部(回転角度補正手段)、41は調整部(調整手段)、51は擬似負荷装置、55は負荷モータ、57は電子負荷装置、Eはエアコンディショナを示す。 In the drawings, 1 is a heat pump, 2 is a compressor (load), 4 is a motor, 7 is an indoor heat exchanger, 8 is a decompression device, 9 is an outdoor heat exchanger, 21 is a motor control device, and 24 is a speed control unit. (Speed control means), 26r is a shunt resistance (current detection means), 27 is a storage section (storage means), 28 is a q-axis current correction section (correction means), 35 is current control means, 36 is current calculation means, 39 Is a rotation angle correction unit (rotation angle correction means), 41 is an adjustment unit (adjustment means), 51 is a pseudo load device, 55 is a load motor, 57 is an electronic load device, and E is an air conditioner.
Claims (11)
前記モータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流に基づいて励磁成分電流であるd軸電流とトルク成分電流であるq軸電流とを求める電流演算手段と、
前記モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令d軸電流および指令q軸電流を生成する速度制御手段と、
前記d軸電流および前記q軸電流が前記指令d軸電流および前記指令q軸電流に一致するように制御する電流制御手段と、
前記指令q軸電流を補正するために各回転角度に対応して準備された指令q軸電流補正値を記憶する記憶手段と、
前記モータの回転角度に応じて前記記憶手段から前記指令q軸電流補正値を読み出し前記指令q軸電流を補正する補正手段とを備え、
前記記憶手段に記憶される前記指令q軸電流補正値は、前記負荷のトルクと同じトルクを発生させる擬似負荷装置を接続し且つ前記補正手段による補正動作を停止させて前記モータを駆動した事前測定での前記モータの回転速度の変化と前記モータの慣性モーメントとに基づいて算出された値であることを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device for controlling a motor that drives a load whose torque varies periodically,
Current detection means for detecting a current flowing in the winding of the motor;
Current calculation means for obtaining a d-axis current as an excitation component current and a q-axis current as a torque component current based on the detected current;
Speed control means for generating a command d-axis current and a command q-axis current so that the rotation speed of the motor matches a command rotation speed given from outside;
Current control means for controlling the d-axis current and the q-axis current to coincide with the command d-axis current and the command q-axis current;
Storage means for storing a command q-axis current correction value prepared corresponding to each rotation angle in order to correct the command q-axis current;
Correction means for reading out the command q-axis current correction value from the storage means according to the rotation angle of the motor and correcting the command q-axis current;
The command q-axis current correction value stored in the storage means is measured in advance by connecting a pseudo load device that generates the same torque as the load torque and stopping the correction operation by the correction means to drive the motor. A motor control device characterized in that the value is calculated based on a change in rotational speed of the motor and an inertia moment of the motor.
前記事前測定において得られる前記モータの回転速度の変化率に対し、−1と前記モータの慣性モーメントとを乗じ、さらに前記モータのトルク定数で除すことにより得られる値であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 The command q-axis current correction value stored in the storage means is
It is a value obtained by multiplying the rate of change of the rotational speed of the motor obtained in the prior measurement by -1 and the moment of inertia of the motor, and further dividing by the torque constant of the motor. The motor control device according to claim 1.
前記事前測定においては、前記モータの慣性モーメントに前記負荷モータの慣性モーメントを加えた値を用いて前記指令q軸電流補正値が算出されることを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 The pseudo load device is constituted by a load motor to which an electronic load device is attached,
3. The motor according to claim 1, wherein in the preliminary measurement, the command q-axis current correction value is calculated using a value obtained by adding an inertia moment of the load motor to an inertia moment of the motor. Control device.
前記補正手段は、前記記憶手段から前記負荷の駆動状態に最も近い種類の前記指令q軸電流補正値を読み出し前記指令q軸電流を補正することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のモータ制御装置。 The storage means stores a plurality of types of the command q-axis current correction values corresponding to the driving state of the load,
6. The correction unit according to claim 1, wherein the correction unit reads out the command q-axis current correction value of the type closest to the driving state of the load from the storage unit and corrects the command q-axis current. The motor control apparatus described.
前記コンプレッサを駆動するモータは、請求項1ないし6のいずれかに記載のモータ制御装置により制御されることを特徴とするエアコンディショナ。 A heat pump comprising a compressor, an outdoor heat exchanger, a decompressor, and an indoor heat exchanger connected by a refrigerant passage;
The motor which drives the said compressor is controlled by the motor control apparatus in any one of Claim 1 thru | or 6. The air conditioner characterized by the above-mentioned.
前記モータの巻線に流れる電流を検出し、前記検出した電流に基づいて励磁電流成分であるd軸電流とトルク成分電流であるq軸電流とを求め、前記モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令d軸電流および指令q軸電流を生成し、前記d軸電流および前記q軸電流が前記指令d軸電流および前記指令q軸電流に一致するように制御を行うものにおいて、
前記負荷に替えて前記負荷のトルクと同じトルクを発生させる擬似負荷装置を接続し前記モータを駆動させる事前測定を行い、当該事前測定での前記モータの回転速度の変化と前記モータの慣性モーメントとに基づいて指令q軸電流補正値を算出し、
前記負荷を駆動する際、各回転角度に対応して前記事前測定で算出された指令q軸電流補正値により前記指令q軸電流を補正することを特徴とするモータ制御方法。 A motor control method for controlling a motor that drives a load whose torque varies periodically,
The current flowing through the motor winding is detected, and the d-axis current as the excitation current component and the q-axis current as the torque component current are obtained based on the detected current, and the rotational speed of the motor is given from the outside. A command d-axis current and a command q-axis current are generated so as to match the command rotational speed, and control is performed so that the d-axis current and the q-axis current match the command d-axis current and the command q-axis current. In things,
In place of the load, a pseudo load device that generates the same torque as the torque of the load is connected to perform a preliminary measurement for driving the motor, and a change in the rotation speed of the motor and a moment of inertia of the motor in the preliminary measurement Command q-axis current correction value is calculated based on
When driving the load, the command q-axis current is corrected by the command q-axis current correction value calculated in the preliminary measurement corresponding to each rotation angle.
前記事前測定においては、前記モータの慣性モーメントに前記負荷モータの慣性モーメントを加えた値を用いて前記指令q軸電流補正値を算出することを特徴とする請求項8または9記載のモータ制御方法。 When the pseudo load device is constituted by a load motor to which an electronic load device is attached,
10. The motor control according to claim 8, wherein, in the preliminary measurement, the command q-axis current correction value is calculated using a value obtained by adding the inertia moment of the load motor to the inertia moment of the motor. Method.
前記負荷を駆動する際、前記負荷の駆動状態に最も近い種類の前記指令q軸電流補正値に基づいて前記指令q軸電流を補正することを特徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載のモータ制御方法。 In the preliminary measurement, a plurality of types of the command q-axis current correction values according to the driving state of the load are calculated,
11. When driving the load, the command q-axis current is corrected based on the command q-axis current correction value of the type closest to the driving state of the load. Motor control method.
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