JP2010206946A - Sensorless controller of synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期電動機のセンサレス制御装置に関し、特に、低速域での同期制御を行う場合のセンサレス制御装置に関するものである。 The present invention relates to a sensorless control device for a synchronous motor, and more particularly to a sensorless control device for performing synchronous control in a low speed region.
低速域での同期制御を行う場合のセンサレス制御装置は、サーボコントローラからのd軸電流指令に基づき同期制御を行い、q軸については、サーボコントローラからの速度指令とそれから得られる位置指令とに応じた電圧指令のみを印加し、電流制御は行わないように構成される。そのため、従来では、センサレス制御装置に与えるd軸電流指令は、停止時においても、機械現物に見合った始動トルクが得られるような固定値(例えば、定格電流程度の値)としていた(例えば、非特許文献1参照)。 The sensorless control device when performing synchronous control in the low speed range performs synchronous control based on the d-axis current command from the servo controller, and according to the speed command from the servo controller and the position command obtained from it for the q-axis Only a voltage command is applied, and current control is not performed. For this reason, conventionally, the d-axis current command given to the sensorless control device has a fixed value (for example, a value of about the rated current) so that a starting torque commensurate with the actual machine can be obtained even when stopped (for example, a non-current value). Patent Document 1).
しかし、固定値のd軸電流指令を与える従来のセンサレス制御装置では、軽負荷時には無駄な電力消費があり、高負荷時には脱調して回転しないことが起こるという問題があった。 However, the conventional sensorless control device that gives a fixed-value d-axis current command has a problem in that wasteful power consumption occurs at light loads, and the motor does not step out and rotate at high loads.
また、停止時に外乱負荷により回転させられてしまうのを防止するためには、位置制御を採用するか、常に無駄なd軸電流指令を与え続けるかをしなければならなかった。 Further, in order to prevent rotation due to a disturbance load at the time of stopping, it has been necessary to adopt position control or to always give a useless d-axis current command.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外乱トルクに対するロバスト性の向上と省電力化とが図れる同期電動機のセンサレス制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a sensorless control device for a synchronous motor capable of improving robustness against disturbance torque and saving power.
上述した目的を達成するために、本発明は、d軸電流指令による電流制御によって同期制御を行い、q軸については、速度指令とそれに基づく位置指令とに応じた電圧指令のみを印加して電流制御は行わないようにした同期電動機のセンサレス制御装置において、検出されたq軸電流の変化量の増減に応じて増減する前記d軸電流指令を演算生成するd軸電流指令演算部を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention performs synchronous control by current control based on a d-axis current command, and applies only a voltage command corresponding to a speed command and a position command based on the current command to the q-axis. In a sensorless control device for a synchronous motor that is not controlled, a d-axis current command calculation unit that calculates and generates the d-axis current command that increases or decreases in accordance with an increase or decrease in the detected change amount of the q-axis current is provided. It is characterized by.
本発明によれば、外乱トルクの印加による軸ずれに起因して発生するq軸電流の変化量を用いて、回転子を元に戻すトルクを発生するように、d軸電流指令を演算生成できるので、予め高いd軸電流指令を与えていなくとも、脱調を回避することが可能となり、外乱トルクに対するロバスト性を高めることができ、同時に省電力化が図れるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to calculate and generate a d-axis current command so as to generate a torque for returning the rotor to the original by using a change amount of the q-axis current that is generated due to the axis deviation caused by the application of disturbance torque. Therefore, even if a high d-axis current command is not given in advance, step-out can be avoided, robustness against disturbance torque can be improved, and power saving can be achieved at the same time.
以下に、本発明にかかる同期電動機のセンサレス制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a sensorless control device for a synchronous motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
図1は、本発明の一実施の形態による同期電動機のセンサレス制御装置の構成を示すブロック図である。図1において、同期電動機50は、永久磁石同期電動機である。本実施の形態では、同期電動機50に非突極の表面磁石同期電動機を用いている。
Embodiment.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sensorless control device for a synchronous motor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
この同期電動機50を低速域で同期制御するセンサレス制御装置は、一般に、速度指令発生部1と、速度演算部2と、位相演算部3と、d軸電流制御部4と、誘起電圧補償部5と、非干渉化制御部6と、加算器7,8と、3相2相座標変換部9と、2相3相座標変換部10と、電力変換器11と、電流検出器12,13とを備えている。
In general, a sensorless control device that synchronously controls the
本実施の形態によるセンサレス制御装置は、上記の構成に、d軸電流指令演算部14と加算器15とを追加したものである。なお、加算器15は、d軸電流指令演算部14の出力回路であるが、理解を容易にするため、抜き出して示してある。
The sensorless control device according to the present embodiment is obtained by adding a d-axis current command calculation unit 14 and an
つまり、d軸電流指令id0*は、図示しないサーボコントローラから入力されるが、一般には、直接d軸電流制御部4に入力される。それに対して、本実施の形態では、加算器15にて、d軸電流指令id0*にd軸電流指令演算部14が後述するようにして演算したd軸電流指令id1*が加算されたd軸電流指令ida*としてd軸電流制御部4に入力される構成となる。この場合のd軸電流指令id1*は、調整用のd軸電流指令となる。
That is, the d-axis current command id0 * is input from a servo controller (not shown), but is generally input directly to the d-axis current control unit 4. In contrast, in the present embodiment, the
ここで、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*は、一般には、前記したように定格電流程度等の固定値であるが、本実施の形態で言うd軸電流指令id0*は、一般に用いる固体値よりも低い値でよい。具体的には、サーボコントローラから停止指令が出力されている停止時の保持トルクとして必要なごく小さな値でよい。このような低値の設定は、手動で行える。 Here, the d-axis current command id0 * from the servo controller is generally a fixed value such as a rated current as described above. However, the d-axis current command id0 * referred to in the present embodiment is a commonly used solid. A value lower than the value may be used. Specifically, it may be a very small value required as a holding torque at the time of stop when a stop command is output from the servo controller. Such a low value can be set manually.
但し、本発明では、理論的には、d軸電流指令演算部14は、d軸電流制御部4が行う電流制御に必要なd軸電流指令を決定できるので、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*は、ゼロでよい。したがって、本発明の原理的構成は、図1において加算器15が無く、d軸電流指令演算部14が出力する前記調整用のd軸電流指令id1*が調整用ではない本発明によるd軸電流指令ida*としてd軸電流制御部4に入力される構成となる。
However, in the present invention, theoretically, the d-axis current command calculation unit 14 can determine the d-axis current command necessary for the current control performed by the d-axis current control unit 4. id0 * may be zero. Therefore, the principle configuration of the present invention is the d-axis current according to the present invention in which there is no
しかし、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*をゼロにした場合、実際の適用では、弱い外乱トルクの印加により3相2相変換部9からのq軸電流iqaに変化成分が現れても、変化量が小さいので、その弱い外乱トルクによる変化成分がd軸電流指令演算部14内のフィルタで除去されてしまうことが考えられる。そうすると、外乱トルクの印加が検出不可能となり、その弱い外乱トルクで同期電動機50の回転子磁石が回転させられてしまうことが起こる。そのような事態を回避するには、従来と同様に予め或る大きさのd軸電流指令の供給が必要となる。そこで、本実施の形態では、図1に示すように、加算器15を設け、前記した内容のd軸電流指令id0*をサーボコントローラから入力するようにしてある。
However, when the d-axis current command id0 * from the servo controller to zero, in practical applications, even appear q-axis current iqa to change component from the three-to-two phase converter 9 by the application of weak disturbance torque, Since the amount of change is small, it is conceivable that the change component due to the weak disturbance torque is removed by the filter in the d-axis current command calculation unit 14. Then, it becomes impossible to detect the application of disturbance torque, and the rotor magnet of the
まず、一般的な構成での各部の動作について簡単に説明する。d軸電流制御部4では、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*と3相2相座標変換部9からの検出されたd軸電流idaとに基づいて同期電動機50のd軸に印加するd軸電圧vd*を生成する。このd軸電圧vd*は、加算器8にて、非干渉化制御部6が出力するd軸干渉電圧vdo*が加算されてd軸電圧vda*となり、2相3相座標変換部10に入力される。
First, the operation of each part in a general configuration will be briefly described. The d-axis current control unit 4 applies d to the d-axis of the
また、速度指令発生部1は、サーボコントローラからの速度指令ωrに従い、同期電動機50の回転速度を指定する速度指令ωr*を発生する。速度演算部2は、速度指令発生部1が発生した機械的速度である速度指令ωr*に、対極数P/2(Pは全極数)を乗算して電気角で表される電気的な速度指令ωre*を演算する。この速度指令ωre*は、位相演算部3と誘起電圧補償部5と非干渉化制御部6とに入力される。
Further, the
位相演算部3は、速度指令ωre*を積分してモータ軸(dq)上の位相θre*を演算する。この位相θre*は、位置指令として3相2相座標変換部9と2相3相座標変換部10とに入力される。
The phase calculating unit 3 integrates the speed command? Re * and calculates the phase [theta] re * on the motor shaft (dq). This phase θre * is input to the three-phase two-phase coordinate conversion unit 9 and the two-phase three-phase
誘起電圧補償部5は、同期電動機50が速度指令ωre*で回転するときに発生する誘起電圧vq*を算出する。この誘起電圧vq*は、速度指令ωre*に対するq軸電圧を補償する電圧であり、加算器7にて、非干渉化制御部6が出力するq軸干渉電圧vqo*が加算されてq軸電圧vqa*となり、2相3相座標変換部10に入力される。ここで、誘起電圧vq*は、同期電動機50が非突極の表面磁石電動機である場合、磁束密度Φaを用いて、次の式(1)で表される。
vq*=ωre*×Φa …(1)
The induced
vq * = ωre * × Φa (1)
2相3相座標変換部10は、d軸とそれに直交するq軸との制御2相の電圧(d軸電圧vda*、q軸電圧vqa*)を、位置指令である位相θre*に基づき同期電動機50に印加する3相(UVW)の電圧指令(vua*、vva*、vwa*)に変換する。電力変換器11は、いわゆるインバータであって、2相3相座標変換部10からの3相電圧指令(vua*、vva*、vwa*)に基づき生成したパルス幅変調された駆動パルス信号によりスイッチング素子をオン・オフ動作させ、速度指令ωre*に対応した周波数の3相交流電圧を生成し、同期電動機50に供給する。図示例では、電流検出器12,13にてこのときのU相とV相の駆動電流iua、ivaが検出され、3相2相座標変換部9に入力される。
The two-phase three-phase coordinate
3相2相座標変換部9は、電流検出器12,13から入力される2相の駆動電流(iua、iva)から、残り1相(今の例では、W相の駆動電流iwa)を算出して3相の駆動電流を生成し、それを、位置指令である位相θre*に基づきd軸とq軸の制御2相の電流(d軸電流ida、q軸電流iqa)に変換する。変換されたd軸電流ida、q軸電流iqaは、非干渉化制御部6に入力され、また、変換されたd軸電流idaは、d軸電流制御部4に入力される。d軸電流制御部4については前述した。
The three-phase two-phase coordinate conversion unit 9 calculates the remaining one phase (in this example, the W-phase drive current iwa) from the two-phase drive currents (iua, iva) input from the
非干渉化制御部6は、干渉項である速度指令ωre*と、検出されたd軸電流idaおよびq軸電流iqaとを用いて、干渉に対してd軸電圧、q軸電圧を補償するd軸干渉電圧vdo*、q軸干渉電圧vqo*を演算生成する。生成されたd軸干渉電圧vdo*は加算器8に入力され、q軸干渉電圧vqo*は加算器7に入力されることは前述した。ここで、d軸干渉電圧vdo*、q軸干渉電圧vqo*は、同期電動機50が非突極の表面磁石電動機である場合、次の式(2)(3)で表される。なお、式(2)(3)において、Laはd軸、q軸のインダクタンス成分である。
vdo*=−ωre*・La・iqa …(2)
vqo*=ωre*・La・iqa …(3)
The
vdo * = − ωre * · La · iqa (2)
vqo * = ωre * · La · iqa (3)
以上のように、低速域での同期制御を行う場合のセンサレス制御装置は、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*に基づき同期制御を行い、q軸については、サーボコントローラからの速度指令ωrから生成された速度指令ωre*と、それから得られる位置指令である位相θre*とに応じた電圧指令(vqa*)のみを印加し、電流制御は行わないように構成されている。 As described above, the sensorless control device when performing synchronous control in the low speed region performs synchronous control based on the d-axis current command id0 * from the servo controller, and for the q-axis, from the speed command ωr from the servo controller. Only the voltage command (vqa * ) corresponding to the generated speed command ωre * and the phase θre * which is a position command obtained from the generated velocity command ωre * is applied, and current control is not performed.
さて、図2は、図1に示す同期電動機のモータ軸であるd軸、q軸と制御軸であるd*軸、q*軸とが一致している場合に、d*軸を速度指令ωre*に従って回転させる状態を説明する図である。図3は、図2において、速度指令ωre*と回転子速度ωreとに位相誤差θerrがある場合の回転状態を説明する図である。 Now, FIG. 2, d-axis is a motor shaft of the synchronous motor shown in FIG. 1, if d * axis and q-axis and the control axis, and the q * axes are matched, d * axis velocity command to ωre It is a figure explaining the state rotated according to * . FIG. 3 is a diagram for explaining a rotation state when there is a phase error θerr between the speed command ωre * and the rotor speed ωre in FIG.
図2に示すように、制御軸のd*軸を速度指令ωre*に従って回転させることで、回転子磁石21を速度指令ωre*の方向へ回転させるときに、摩擦などの外乱トルクにより制御軸のd*軸とモータ軸のd軸とにずれが生じた場合は、図3に示すように、速度指令ωre*と回転子速度ωreとに位相誤差θerrが生ずる。
As shown in FIG. 2, the d * axis of the control shaft is rotated according to the speed command? Re *, when rotating the
上記のように、q軸電流制御は行わず、誘起電圧補償部5が電気角の速度指令ωre*に応じて算出したq軸電圧vq*と、非干渉化制御部6が検出q軸電流iqaを用いて算出したq軸干渉電圧vqo*とを加算器7にて加算したq軸電圧vqa*を2相3相座標変換部9に与えて同期電動機50に印加する場合、モータ軸のq軸への実際の印加電圧vqa*と理論値として求まる印加電圧vqaとに上記位相誤差θerrに応じた電圧誤差が発生し、3相2相座標変換部9から出力されるq軸電流iqaにその電圧誤差に応じた大きさの変化成分が現れる。
As described above, the q-axis current control is not performed, and the induced
以下、非突極の表面磁石電動機の場合を例に挙げて具体的に説明する。非突極の表面磁石電動機の場合、d軸電圧vdaとq軸電圧vqaとの関係は、次の式(4)に示す電圧方程式で表される。なお、式(4)において、Raは巻線抵抗、pは微分記号である。 Hereinafter, the case of a surface magnet motor having a non-salient pole will be described in detail. In the case of a non-saliency surface magnet motor, the relationship between the d-axis voltage vda and the q-axis voltage vqa is expressed by the voltage equation shown in the following equation (4). In Equation (4), Ra is a winding resistance and p is a differential symbol.
上記式(4)から、印加するq軸電圧vqa*と理論値として求まる印加電圧vqaとは、次の式(5)(6)として表される。そして、q軸に発生する電圧誤差vqeは、式(5)(6)から、式(7)として表される。
vqa*=ωre*・La・ida+(Ra+pLa)iqa+ωre*・Φa…(5)
vqa=ωre・La・ida・cosθerr
+(Ra+pLa)iqa・cosθerr+ωre・Φa・cosθerr …(6)
vqe=vqa*−vqa
=(ωre*−ωre・cosθerr)(La・ida+Φa) …(7)
From the above equation (4), the applied q-axis voltage vqa * and the applied voltage vqa obtained as a theoretical value are expressed as the following equations (5) and (6). The voltage error vqe generated on the q axis is expressed as Expression (7) from Expressions (5) and (6).
vqa * = ωre * · La · ida + (Ra + pLa) iqa + ωre * · Φa (5)
vqa = ωre · La · ida · cosθerr
+ (Ra + pLa) iqa · cos θerr + ωre · Φa · cos θerr (6)
vqe = vqa * -vqa
= (Ωre * −ωre · cos θerr) (La · ida + Φa) (7)
ここで、q軸に着目すると、速度指令(ωre*)−回転子速度(ωre)×cosθerr=0の場合は、電圧誤差(vqe)は発生せず、q軸電流(iqa)は検出されないが、速度指令(ωre*)−回転子速度(ωre)×cosθerr≠0の場合は、電圧誤差(vqe)は、vqe≠0となり、q軸電流(iqa)が検出される。そして、停止時は、ωre*=0の場合であり、外乱トルクにより回転子磁石21が回転させられて電圧誤差(vqe)が発生した場合には、同様にq軸電流(iqa)が検出される。
Here, focusing on the q-axis, when speed command (ωre * ) − rotor speed (ωre) × cos θerr = 0, no voltage error (vqe) occurs and q-axis current (iqa) is not detected. When the speed command (ωre * ) − rotor speed (ωre) × cos θerr ≠ 0, the voltage error (vqe) becomes
従来では、3相2相座標変換部9が変換出力するq軸電流iqaの変化を監視してd軸電流制御にフィードバックする手段がなかったので、外乱トルクにより回転子磁石21が回転させられても、それを検出して修正することができなかった。
Conventionally, there is no means for monitoring the change in the q-axis current iqa output by the three-phase / two-phase coordinate conversion unit 9 and feeding it back to the d-axis current control, so the
そこで、本実施の形態では、図1に示すように、上記の手段として、加算器15を含むd軸電流指令演算部14を設けてある。d軸電流指令演算部14は、従来干渉化制御にのみ使用していた3相2相座標変換部9が変換出力する検出q軸電流iqaを取り込み、そのq軸電流iqaの変化量を監視し、サーボコントローラからのd軸電流指令ido*を増減調整するd軸電流指令id1*を演算し、加算器15からd軸電流指令ido*を自動的に増減調整したd軸電流指令ida*がd軸電流制御部4へ出力されるように構成される。これによって、d軸電流制御部4は、外乱トルクに対するロバスト性を高めた適切なd軸電圧vd*を生成できるようになる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a d-axis current command calculation unit 14 including an
d軸電流指令演算部14は、例えば、図4、図7〜図9、図11、図12に示すように種々の態様で構成することができる。以下、図番の順に、加算器15を含むd軸電流指令演算部14の構成と動作について説明する。
The d-axis current command calculation unit 14 can be configured in various modes as shown in FIGS. 4, 7 to 9, 11, and 12, for example. Hereinafter, the configuration and operation of the d-axis current command calculation unit 14 including the
(d軸電流指令演算部14の構成例(その1))
図4は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その1)を示すブロック図である。図1に示すd軸電流指令演算部14は、図4に示すように、検出されたq軸電流iqaが入力されるバンドパスフィルタ31と、バンドパスフィルタ31の出力を入力とする絶対値回路(ABS)32と、絶対値回路32の出力を入力とする時定数可変フィルタ33と、時定数可変フィルタ33の出力を入力とする出力ゲイン乗算器34とで構成することができる。出力ゲイン乗算器34の出力は、加算器15の一方の入力端に入力される。加算器15の他方の入力端には、サーボコントローラからのd軸電流指令1d0*が入力される。
(Configuration example of d-axis current command calculation unit 14 (part 1))
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example (part 1) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. As shown in FIG. 4, the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 1 includes a band-
バンドパスフィルタ31は、検出されたq軸電流iqaが並列に入力される互いに時定数が異なる2つのローパスフィルタ35,36と、2つのローパスフィルタ35,36の各出力が入力される加減算器37とで構成され、加減算器37から絶対値回路32に、q軸電流iqaに含まれるノイズ成分や定常偏差成分が除去され、正負に変化する変化成分のみとなったq軸電流iqaが出力される。
The band-
絶対値回路32は、バンドパスフィルタ31から入力する正負に変化するq軸電流iqaの変化成分を絶対値化して極性を正極側に揃えた絶対値化q軸電流iqbを生成し、それを時定数可変フィルタ33に出力する。
The
時定数可変フィルタ33は、加減算器39と、可変ゲイン部40と、乗算器41と、積分器42とを備えている。加減算器39は、絶対値回路32からの絶対値化q軸電流iqbから、積分器42の現在の積分値である当該時定数可変フィルタ33の状態量iqfを減算して偏差iqeを求め、それを可変ゲイン部40と乗算器41の一方の入力端とに出力する。乗算器41の他方の入力端には可変ゲイン部40の出力Goutが入力される。乗算器41の出力は積分器42に入力される。
The time constant
可変ゲイン部40は、入力される偏差iqeの大きさに応じて出力Goutのゲインを可変にする回路である。図5は、図4に示す可変ゲイン部の構成と動作を説明する可変ゲイン特性の一例を示す図である。可変ゲイン部40は、例えば、図5に示すように、偏差iqeが大きい場合は、大きな値のゲインで出力Goutを出力し、偏差iqeが小さい場合は、小さい値のゲインで出力Goutを出力する。
The
図5に示す可変ゲイン部40での偏差iqeと出力Goutとの関係は、次の式(8)(9)で表される。但し、図5において、G0は、偏差閾値iq0時のゲイン値、例えば1[rad/sec]である。また、G1は、偏差閾値iq1時のゲイン値、例えば4000[rad/sec]である。
iqe<iq0の場合 Gout=G0 …(8)
iqe≧iq0の場合 Gout={(G1−G0)/(iqe1−iqe0)}
×(iqe−iqe0)+G0 …(9)
The relationship between the deviation iq and the output Gout in the
When iq <iq0 Gout = G0 (8)
When iq ≧ iq0 Gout = {(G1-G0) / (iq1-iq0)}
× (iq−iq0) + G0 (9)
この時定数可変フィルタ33では、加減算器39が出力する偏差iqeと可変ゲイン部40の出力Goutとが乗算器41にて乗算されて積分器42に入力され、状態量iqfに積算されるので、可変ゲイン部40の上記した動作により、状態量iqfに積算される値は可変となり、状態量iqfが増加する場合と減少する場合とで時定数が異なることになる。
In the time constant
出力ゲイン乗算器34は、このように偏差iqeに応じて異なる時定数で増減変化する状態量iqfに出力ゲインKqを乗算してd軸電流指令id1*を生成する。加算器15は、出力ゲイン乗算器34が生成したd軸電流指令id1*とサーボコントローラからのd軸電流指令id0*とを加算してd軸電流制御部4へのd軸電流指令ida*とする。
The
次に、図6を参照して図4に示すd軸電流指令演算部の動作について説明する。なお、図6は、図4、図7、図8に示すd軸電流指令演算部の動作を説明する波形図である。図6では、外乱トルクと、検出されたq軸電流iqaと、絶対値化q軸電流iqbと、演算生成したd軸電流指令id1*との関係が示されている。 Next, the operation of the d-axis current command calculation unit shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the d-axis current command calculation unit shown in FIGS. 4, 7, and 8. In Figure 6, the disturbance torque, and the detected q-axis current iqa, the absolute value q-axis current Iqb, calculating the resulting d-axis current command id1 * relationship with are shown.
図6において、外乱トルクが印加されると、図3に示すように、回転子磁石21がd*軸から離れる方向に回転させられて誘起電圧が変化し、電圧誤差が発生し、3相2相変換部9から大きく変化するq軸電流iqaが図4に示すd軸電流指令演算部14に入力される。
In FIG. 6, when a disturbance torque is applied, the
d軸電流指令演算部14では、このようなq軸電流iqaの大きな変化成分がバンドパスフィルタ31にて抽出される。図示例では、最初に検出されたq軸電流iqaは、正極性であるので、絶対値回路32からそのまま絶対値化q軸電流iqbとして時定数可変フィルタ33へ出力される。
In the d-axis current command calculation unit 14, such a large change component of the q-axis current iqa is extracted by the
時定数可変フィルタ33では、入力される絶対値化q軸電流iqbの上昇変化に応答してd軸電流指令id1*を小さな時定数で急峻に上昇させる。このように上昇変化するd軸電流指令id1*が加算器15にてサーボコントローラからのd軸電流指令id0*と加算されてd軸電流制御部4に入力され、対応するd軸電圧vd*が生成され、同期電動機50に印加される。
In the time constant
このd軸電流指令id1*により回転子磁石21をd*軸方向へ戻すトルクが発生し、d軸電流指令id1*が或る大きさまで上昇すると、回転子磁石21をd*軸方向へ戻すトルクが外乱トルクに打ち勝って、回転子速度はd*軸方向に変化する。d*軸に対する回転子速度の変化が小さくなるにつれて電圧誤差が解消されていき、q軸電流iqa、絶対値化q軸電流iqbが小さくなるので、時定数可変フィルタ33では、絶対値化q軸電流iqbの下降変化に応答してd軸電流指令id1*を大きな時定数で下降させる。このように下降変化するd軸電流指令id1*がサーボコントローラからのq軸電流指令iq0*に加算される。
This d-axis current command id1 * generates a torque for returning the
その過程で外乱トルクが消滅すると、d軸電流指令id1*により発生しているd*軸方向へ戻すトルクによって回転子速度は、d*軸方向へと変化するので、再度、誘起電圧の変化が起こり、2つ目のq軸電流iqaが発生する。この場合の誘起電圧の極性は、外乱トルクの印加時とは逆向きであるので、発生する2つ目のq軸電流iqaは、今の例では負極性である。この負極性のq軸電流iqaが、絶対値回路32にて、正極性の絶対値化q軸電流iqbとなり、時定数可変フィルタ33に入力される。
When the disturbance torque in the process is eliminated, the rotor speed by the torque back to d * axial direction that is generated by the d-axis current command id1 *, since changes to d * axial direction, again, the change of the induced voltage Occurs, and a second q-axis current iqa is generated. Since the polarity of the induced voltage in this case is opposite to that when the disturbance torque is applied, the generated second q-axis current iqa is negative in this example. This negative q-axis current iqa becomes a positive absolute q-axis current iqb in the
時定数可変フィルタ33では、上記と同様に、d軸電流指令id1*を小さい時定数で急峻に上昇させる。そして、d*軸に対する回転子速度の変化が無くなり、2つ目のq軸電流iqaが小さくなり、絶対値化q軸電流iqbが下降すると、時定数可変フィルタ33では、再びd軸電流指令id1*を大きな時定数で緩やかに下降させ、0にする。
In the time constant
このように、図4に示すd軸電流指令演算部14では、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を外乱トルクに応じて増減調整するd軸電流指令id1*を自動的に決定し、実行することができるので、外乱トルクによる軸ずれを解消することができ、外乱に対するロバスト性を高めることができる。 Thus, the d-axis current command calculating unit 14 shown in FIG. 4, the d-axis current command id0 * from the servo controller automatically determines the increase or decrease adjustment to d-axis current command id1 * according to the disturbance torque, running Therefore, it is possible to eliminate the axis deviation due to the disturbance torque, and to improve the robustness against the disturbance.
そして、従来では、外乱トルクによる軸ずれを防止するため、図6に示す例で言えば、d軸電流指令id1*のピーク値を固定的に常時供給していた。それに対して、本実施の形態では、図6に示すように、外乱トルクが印加されていない場合は、d軸電流指令id1*はゼロであり、外乱トルクが印加されている場合でもd軸電流指令id1*は大きな値に固定されず増減するので、従来よりも消費電力の低減が図れる。 Conventionally, in order to prevent an axis deviation due to disturbance torque, in the example shown in FIG. 6, the peak value of the d-axis current command id1 * is always supplied in a fixed manner. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the d-axis current command id1 * is zero when the disturbance torque is not applied, and the d-axis current is even when the disturbance torque is applied. Since the command id1 * is not fixed to a large value and increases or decreases, the power consumption can be reduced as compared with the conventional case.
一方、図6による動作説明から、本発明では、従来必要であったd軸電流指令id0*を原理的に不要にすることができることも理解できる。 On the other hand, it can be understood from the explanation of the operation shown in FIG. 6 that the d-axis current command id0 * , which has been conventionally required, can be made unnecessary in the present invention.
(d軸電流指令演算部14の構成例(その2))
図7は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その2)を示すブロック図である。図7では、図4に示した構成において、バンドパスフィルタ31に代えて、ローパスフィルタ43が設けられている。
(Configuration example of d-axis current command calculation unit 14 (part 2))
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example (No. 2) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. 1. In FIG. 7, in the configuration shown in FIG. 4, a low-
すなわち、図7に示すd軸電流指令演算部14では、ローパスフィルタ43にて、検出されたq軸電流iqaからノイズ成分を除外してq軸電流iqaの変化成分を抽出し、それを絶対値回路32にて絶対値化して絶対値化q軸電流iqbとする。以降は図4にて説明したように、時定数可変フィルタ33にて、絶対値化q軸電流iqbと状態量iqfとの偏差iqeに応じて状態量iqfを異なる時定数で増減変化するように生成し、出力ゲイン乗算器34にてその状態量iqfに出力ゲインKqを乗算したd軸電流指令id1*を生成し、加算器15にてd軸電流指令id1*とサーボコントローラからのd軸電流指令id0*とを加算してd軸電流制御部4で用いるd軸電流指令id0*を出力する。
That is, in the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 7, the low-
この構成によっても外乱時に、図6にて説明したのと同様の動作が行われ、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を自動的に増減調整して、軸ずれを解消することができ、ロバスト性が向上する。また、同様に、省電力化が図れる。 Even with this configuration, during a disturbance, the same operation as described in FIG. 6 is performed, and the axis deviation can be eliminated by automatically increasing / decreasing the d-axis current command id0 * from the servo controller. Robustness is improved. Similarly, power saving can be achieved.
(d軸電流指令演算部14の構成例(その3))
図8は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その3)を示すブロック図である。図8では、図4に示した構成おいて、バンドパスフィルタ31が削除されている。
(Example of configuration of d-axis current command calculation unit 14 (part 3))
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example (No. 3) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. 1. In FIG. 8, the
すなわち、図8に示すd軸電流指令演算部14では、検出されたq軸電流iqaは、直接絶対値回路32に入力され、絶対値化q軸電流iqbとなる。以降の時定数可変フィルタ33と出力ゲイン乗算器34と加算器15では、図4にて説明した動作が行われる。この構成によっても外乱時に、図6にて説明したのと同様の動作が行われ、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を自動的に増減調整して軸ずれを解消することができ、ロバスト性が向上する。また、同様に、省電力化が図れる。
That is, in the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 8, the detected q-axis current iqa is directly input to the
(d軸電流指令演算部14の構成例(その4))
図9は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その4)を示すブロック図である。図9では、図4に示した構成おいて、時定数可変フィルタ33に代えて、時定数固定フィルタ45が設けられている。時定数固定フィルタ45は、図4に示す時定数可変フィルタ33において、可変ゲイン部40と乗算器41に代えて、加減算器39と積分器42との間に積分ゲイン乗算器46が設けられている。
(Example of configuration of d-axis current command calculation unit 14 (part 4))
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example (No. 4) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. 1. In FIG. 9, in the configuration shown in FIG. 4, a time constant fixed
すなわち、図9に示すd軸電流指令演算部14では、バンドパスフィルタ31にて、検出されたq軸電流iqaからノイズ成分、定常偏差を除外してq軸電流iqaの変化成分を抽出し、それを絶対値回路32にて絶対値化して絶対値化q軸電流iqbとする。時定数固定フィルタ45では、加減算器39にて、絶対値化q軸電流iqbと状態量iqfとの偏差iqeが求められ、その偏差iqeに積分ゲイン乗算器46にて積分ゲインKiが乗算された偏差が積分器42に入力されて状態量iqfに積算されることで、偏差iqeに応じて同じ時定数で増減変化する状態量iqfが生成される。そして、出力ゲイン乗算器34にてその状態量iqfに出力ゲインKqを乗算したd軸電流指令id1*が生成され、加算器15にてd軸電流指令id1*とサーボコントローラからのd軸電流指令id0*とが加算されてd軸電流制御部4で用いるd軸電流指令id0*が出力される。
That is, in the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 9, the band-
次に、図10を参照して、動作について説明する。なお、図10は、図9、図11、図12に示すd軸電流指令演算部の動作を説明する波形図である。図10では、図6と同様に、外乱トルクと、検出されたq軸電流iqaと、絶対値化q軸電流iqbと、演算生成したd軸電流指令id1*との関係が示されている。 Next, the operation will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of the d-axis current command calculation unit shown in FIGS. 9, 11, and 12. In Figure 10, similarly to FIG. 6, the disturbance torque, and the detected q-axis current iqa, the absolute value q-axis current Iqb, calculating the resulting d-axis current command id1 * relationship with are shown.
図10において、外乱トルクが印加されると、図3に示すように回転子磁石21がd*軸から離れる方向に回転させられて誘起電圧が変化し、電圧誤差が発生し、3相2相変換器6から大きく変化するq軸電流iqaが図9に示すd軸電流指令演算部14に入力される。
In FIG. 10, when a disturbance torque is applied, the
d軸電流指令演算部14では、このようなq軸電流iqaの大きな変化成分がバンドパスフィルタ31にて抽出される。図示例では、検出されたq軸電流iqaは、正極性であるので、絶対値回路32からそのまま絶対値化q軸電流iqbとして時定数可変フィルタ33へ出力される。
In the d-axis current command calculation unit 14, such a large change component of the q-axis current iqa is extracted by the
時定数可変フィルタ33では、絶対値化q軸電流iqbの上昇変化に応答してd軸電流指令id1*を上昇させる。このように上昇変化するd軸電流指令id1*が加算器15にてサーボコントローラからのd軸電流指令id0*と加算されてd軸電流制御部4に入力され、対応するd軸電圧vd*が生成され、同期電動機50に印加される。
In the time constant
このd軸電流指令id1*により回転子磁石21をd*軸方向へ戻すトルクが発生し、d軸電流指令id1*が或る大きさまで上昇すると、回転子磁石21をd*軸方向へ戻すトルクが外乱トルクに打ち勝って、回転子速度はd*軸方向に変化する。d*軸に対する回転子速度の変化が小さくなるにつれて電圧誤差が解消されていき、q軸電流iqa、絶対値化q軸電流iqbが小さくなるので、時定数固定フィルタ45では、絶対値化q軸電流iqbの下降変化に応答してd軸電流指令id1*を上昇時と同じ大きさの時定数で下降させる。このように下降変化するd軸電流指令id1*がサーボコントローラからのd軸電流指令id0*に加算される。
This d-axis current command id1 * generates a torque for returning the
外乱トルクの印加中にd軸電流指令id1*が下降すると、再度、誘起電圧の変化が起こり、q軸電流iqaが発生する。この場合の誘起電圧の極性は、外乱トルクの印加時とは逆向きであるので、発生するq軸電流iqaは、今の例では負極性である。この負極性のq軸電流iqaが、絶対値回路32にて、正極性の絶対値化q軸電流iqbとなり、時定数固定フィルタ45に入力される。
When the d-axis current command id1 * is lowered during the disturbance torque application, the induced voltage is changed again, and the q-axis current iqa is generated. Since the polarity of the induced voltage in this case is opposite to that when the disturbance torque is applied, the generated q-axis current iqa is negative in this example. This negative q-axis current iqa becomes a positive absolute q-axis current iqb in the
時定数固定フィルタ45では、上記と同様に、d軸電流指令id1*を前回と同じ大きさの時定数で上昇させる。以上の動作が外乱トルクの消滅まで繰り返される。そして、外乱トルクの消滅した後、d*軸に対する回転子速度の変化が無くなると、時定数固定フィルタ45では、再びd軸電流指令id1*を上昇時と同じ大きさの時定数で下降させ、0にする。
In the time constant fixed
このように、図9に示す軸電流指令演算部14では、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を外乱トルクに応じて増減調整するd軸電流指令id1*を自動的に決定し、実行することができるので、外乱トルクによる軸ずれを解消することができ、外乱トルクに対するロバスト性を高めることができる。また、同様に、省電力化が図れる。 Thus, the axial current calculation unit 14 illustrated in FIG. 9, the d-axis current command id0 * from the servo controller automatically determines the increase or decrease adjustment to d-axis current command id1 * according to the disturbance torque, execute Therefore, the shaft misalignment due to the disturbance torque can be eliminated, and the robustness against the disturbance torque can be improved. Similarly, power saving can be achieved.
(d軸電流指令演算部14の構成例(その5))
図11は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その5)を示すブロック図である。図11では、図9に示した構成において、バンドパスフィルタ31に代えて、ローパスフィルタ43が設けられている。
(Example of configuration of d-axis current command calculation unit 14 (part 5))
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example (No. 5) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. 1. In FIG. 11, in the configuration shown in FIG. 9, a
すなわち、図11に示すd軸電流指令演算部14では、ローパスフィルタ43にて、検出されたq軸電流iqaからノイズ成分を除外してq軸電流iqaの変化成分を抽出し、それを絶対値回路32にて絶対値化して絶対値化q軸電流iqbとする。以降は図9にて説明したように、時定数固定フィルタ45にて、絶対値化q軸電流iqbと状態量iqfとの偏差iqeに応じて状態量iqfを同じ時定数で変化するように生成され、出力ゲイン乗算器34にてその状態量iqfに出力ゲインKqを乗算したd軸電流指令id1*が生成し、加算器15にてd軸電流指令id1*とサーボコントローラからのd軸電流指令id0*とが加算されてd軸電流制御部4で用いるd軸電流指令ida*が出力される。
That is, in the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 11, the low-
この構成によっても外乱時に、図6にて説明したのと同様の動作が行われ、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を自動的に増減調整して、軸ずれを解消することができ、外乱トルクに対するロバスト性が向上する。また、同様に、省電力化が図れる。 Even with this configuration, during a disturbance, the same operation as described in FIG. 6 is performed, and the axis deviation can be eliminated by automatically increasing / decreasing the d-axis current command id0 * from the servo controller. Robustness against disturbance torque is improved. Similarly, power saving can be achieved.
(d軸電流指令演算部14の構成例(その6))
図12は、図1に示すd軸電流指令演算部の構成例(その6)を示すブロック図である。図12では、図9に示した構成おいて、バンドパスフィルタ31が削除されている。
(Example of configuration of d-axis current command calculation unit 14 (6))
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example (No. 6) of the d-axis current command calculation unit illustrated in FIG. 1. In FIG. 12, the
すなわち、図12に示すd軸電流指令演算部14では、検出されたq軸電流iqaは、直接絶対値回路32に入力され、絶対値化q軸電流iqbとなる。以降の時定数固定フィルタ45と出力ゲイン乗算器34と加算器15では、図9にて説明した動作が行われる。この構成によっても外乱時に、図10にて説明したのと同様の動作が行われ、サーボコントローラからのd軸電流指令id0*を自動的に増減調整して、軸ずれを解消することができ、外乱トルクに対するロバスト性が向上する。また、同様に、省電力化が図れる。
That is, in the d-axis current command calculation unit 14 shown in FIG. 12, the detected q-axis current iqa is directly input to the
以上のように、本実施の形態によれば、外乱トルクが印加されたときに生ずる軸ずれに起因して発生するq軸電流の変化量を用いて、d軸電流指令id0*を自動的に増減調整するd軸電流指令id1*を決定できるd軸電流指令演算部を設けたので、予め高いd軸電流指令id0*を与えていなくても脱調を回避することが可能となり、外乱に対するロバスト性を高めることができ、また、省電力化が可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the d-axis current command id0 * is automatically set using the change amount of the q-axis current generated due to the axis deviation caused when the disturbance torque is applied. Since a d-axis current command calculation unit that can determine the d-axis current command id1 * to be increased or decreased is provided, step-out can be avoided even if a high d-axis current command id0 * is not given in advance, and robust against disturbance Performance can be improved, and power saving can be achieved.
また、停止時においてもd軸電流指令id0*を与え続ける必要がなくなり、トルクが必要なときにのみ自動的に必要なd軸電流を流すことが可能になるので、電力消費を低く抑えて、発熱の少ない制御が可能となる。 In addition, it is not necessary to continue to provide the d-axis current command id0 * even when stopped, and it becomes possible to automatically flow the necessary d-axis current only when torque is required, so that power consumption is kept low, Control with less heat generation is possible.
加えて、d軸電流指令演算部では、決定するd軸電流指令id1*を、増加時と減少時とで異なる時定数で変化するように生成できる時定数可変フィルタを用いる場合、急峻な外乱負荷に対するd軸電流指令id1*の作成が可能となる。 In addition, in the d-axis current command calculation unit, when using a time constant variable filter that can generate the d-axis current command id1 * to be determined so as to change with different time constants at the time of increase and decrease, a steep disturbance load is used. D-axis current command id1 * can be created.
以上のように、本発明にかかる同期電動機のセンサレス制御装置は、外乱トルクに対するロバスト性の向上と省電力化とが図れるセンサレス制御装置として有用であり、特に、低速域でのセンサレス制御装置に適している。 As described above, the sensorless control device for a synchronous motor according to the present invention is useful as a sensorless control device capable of improving robustness against disturbance torque and saving power, and is particularly suitable for a sensorless control device in a low speed region. ing.
1 速度指令発生部
2 速度演算部
3 位相演算部
4 d軸電流制御部
5 誘起電圧補償部
6 非干渉化制御部
7,8 加算器
9 3相2相座標変換部
10 2相3相座標変換部
11 電力変換器
12,13 電流検出器
14 d軸電流指令演算部
15 加算器
21 回転子磁石
31 バンドパスフィルタ
32 絶対値回路
33 時定数可変フィルタ
34 出力ゲイン乗算器
35,36 ローパスフィルタ
37,39 加減算器
40 可変ゲイン部
41 乗算器
42 積分器
43 ローパスフィルタ
45 時定数固定フィルタ
46 積分ゲイン乗算器
50 同期電動機
DESCRIPTION OF
Claims (5)
検出されたq軸電流の変化量の増減に応じて増減する前記d軸電流指令を演算生成するd軸電流指令演算部、
を備えたことを特徴とする同期電動機のセンサレス制御装置。 A sensorless control device for a synchronous motor that performs synchronous control by current control using a d-axis current command and applies only a voltage command corresponding to a speed command and a position command based on the speed command and does not perform current control for the q-axis. In
A d-axis current command calculation unit that calculates and generates the d-axis current command that increases or decreases according to an increase or decrease in the detected change amount of the q-axis current;
A sensorless control device for a synchronous motor, comprising:
検出されたq軸電流の変化量に基づき前記d軸電流指令を増減調整する調整用のd軸電流指令を演算生成するd軸電流指令演算部、
を備えたことを特徴とする同期電動機のセンサレス制御装置。 A sensorless control device for a synchronous motor that performs synchronous control by current control using a d-axis current command and applies only a voltage command corresponding to a speed command and a position command based on the speed command and does not perform current control for the q-axis. In
A d-axis current command calculation unit for calculating and generating an adjustment d-axis current command for increasing or decreasing the d-axis current command based on the detected change amount of the q-axis current;
A sensorless control device for a synchronous motor, comprising:
前記検出されたq軸電流の変化方向極性を一方の極性に揃える絶対値回路と、
前記絶対値回路が出力する一方の極性で変化する電流信号をその増加変化率と減少変化率とに応じて所定の時定数をもって増加し減少する電流信号へ変換するフィルタと、
前記フィルタが出力する電流信号に出力ゲインを乗算して前記d軸電流指令または前記調整用のd軸電流指令を出力する出力ゲイン乗算器と、
を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の同期電動機のセンサレス制御装置。 The d-axis current command calculation unit is
An absolute value circuit that aligns the detected direction change polarity of the q-axis current with one polarity; and
A filter that converts a current signal that changes in one polarity output by the absolute value circuit into a current signal that increases and decreases with a predetermined time constant according to the rate of increase and decrease, and
An output gain multiplier that multiplies the current signal output by the filter by an output gain to output the d-axis current command or the adjustment d-axis current command;
The sensorless control device for a synchronous motor according to claim 1, comprising:
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