JP2013132200A - Motor controller - Google Patents

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Kenichi Kishimoto
憲一 岸本
Ryuta Sasaki
隆太 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller capable of achieving weak magnetic flux control with high precision and high response.SOLUTION: The motor controller includes: a feedback control calculation section 203 that calculates a driving value; a driving phase setting section 211 that sets a driving phase value; a motor drive section 209 that drives energization of a motor 210 on the basis of the driving value and the driving phase value, and a spark advance control section 213 that calculates a spark advance value on the basis of a difference value between the driving value and a predetermined output limit reference value and sets the spark advance value at the driving phase setting section 211. Weak magnetic flux control is performed based on the spark advance value set by the spark advance control section 213.

Description

本発明は、ブラシレスモータを主とするモータの回転位置、回転速度あるいは出力トルクを制御するモータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to a motor control device that controls the rotational position, rotational speed, or output torque of a motor, mainly a brushless motor.

電源電圧が限られた状況でモータの回転位置、回転速度あるいは出力トルクを制御する場合、特に高速回転の領域においてモータの誘起電圧が高くなるために飽和現象を生じ、回転速度を上げられない、あるいは出力トルクが低下する等の問題が一般に生じる。この状態を回避するために、従来、モータの駆動出力の飽和状態を検知し、モータを駆動する位相を操作することで、より高速回転までの駆動を可能にする弱め磁束処理が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   When controlling the rotational position, rotational speed or output torque of the motor in a situation where the power supply voltage is limited, a saturation phenomenon occurs because the induced voltage of the motor becomes high especially in the high-speed rotation region, and the rotational speed cannot be increased. Or, problems such as a decrease in output torque generally occur. In order to avoid this state, conventionally, a magnetic flux weakening process has been proposed that detects the saturation state of the drive output of the motor and operates the phase of driving the motor to enable driving up to higher speed rotation. (For example, refer to Patent Document 1).

図12は、特許文献1に記載された従来のモータ制御装置と同等の構成を示すブロック図である。図12において、位相補正部121とそれに対する入力信号以外は、後述の図1に示すモータ制御装置と全く同一であるので、詳細な説明は省略し、位相補正部121についてのみ説明する。フィードバック制御演算部203の出力する通電駆動値は、位相補正部121に入力され位相補正値が設定された後、その位相補正値が駆動位相設定部211に設定される。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration equivalent to the conventional motor control device described in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 12, since the phase correction unit 121 and the input signal to the phase correction unit 121 are exactly the same as those of the motor control device shown in FIG. 1 to be described later, detailed description is omitted and only the phase correction unit 121 will be described. The energization drive value output from the feedback control calculation unit 203 is input to the phase correction unit 121 and the phase correction value is set, and then the phase correction value is set in the drive phase setting unit 211.

位相補正部121の具体的構成を図13に示す。図13において、位相補正部121の出力する位相補正値は位相補正値格納部131に保存される。この位相補正値と通電駆動値は位相補正判定部133に入力され、弱め磁束制御を行うかどうかおよび位相を増加させるか減少させるかを判定し、第1の切り替え部136と第2の切り替え部137の操作を行う。また、位相補正加算値が、位相を増減する単位として記憶されている。符号反転部135は、位相補正加算値134の符号を反転した値を出力する。第1の切り替え部136では、位相補正加算値134の値と符号反転部135の値とを選択して出力する。第2の切り替え部137では、第1の切り替え部136で選択された値を加算部132にて加算するかどうかの選択を行う。第2の切り替え部137の出力値は、加算部132において位相補正値格納部131の値と加算されて更新された位相補正値として外部に出力されると同時に位相補正値格納部131に保存される。   A specific configuration of the phase correction unit 121 is shown in FIG. In FIG. 13, the phase correction value output from the phase correction unit 121 is stored in the phase correction value storage unit 131. The phase correction value and the energization drive value are input to the phase correction determination unit 133 to determine whether to perform the magnetic flux weakening control and whether to increase or decrease the phase, and the first switching unit 136 and the second switching unit. The operation of 137 is performed. Further, the phase correction addition value is stored as a unit for increasing or decreasing the phase. The sign inversion unit 135 outputs a value obtained by inverting the sign of the phase correction addition value 134. The first switching unit 136 selects and outputs the value of the phase correction addition value 134 and the value of the sign inverting unit 135. The second switching unit 137 selects whether or not the value selected by the first switching unit 136 is added by the adding unit 132. The output value of the second switching unit 137 is added to the value of the phase correction value storage unit 131 in the addition unit 132 and output to the outside as an updated phase correction value, and at the same time, stored in the phase correction value storage unit 131. The

図14は、従来のモータの回転数の変化を示す波形図である。   FIG. 14 is a waveform diagram showing changes in the rotational speed of a conventional motor.

図14(a)に指令回転数をステップ状に変化させた場合の波形図を示す。このような速度指令が図12に示すモータ制御装置に入力された場合のモータ210の回転数の応答波形図を図14(b)に示す。例えばモータ210においては回転数が3500[r/min]で飽和になるとすると、それ以上の回転数の領域では弱め磁束制御が必要であると位相補正判定部133にて判定される。そのため、回転数が3500[r/min]を超えた後一定期間の間は、位相補正値格納部131の値に位相補正加算値134の値が加算されて位相補正値の値は増加する。その結果、弱め磁束制御の効果が発揮され、図14(b)に示すように6000[r/min]の回転数までモータの回転数を上昇させることができる。   FIG. 14A shows a waveform diagram when the command rotational speed is changed stepwise. FIG. 14B shows a response waveform diagram of the rotation speed of the motor 210 when such a speed command is input to the motor control device shown in FIG. For example, if the rotation speed of the motor 210 is saturated at 3500 [r / min], the phase correction determination unit 133 determines that the flux-weakening control is necessary in the region of higher rotation speed. Therefore, for a certain period after the rotation speed exceeds 3500 [r / min], the value of the phase correction addition value 134 is added to the value of the phase correction value storage unit 131, and the value of the phase correction value increases. As a result, the effect of the magnetic flux weakening control is exhibited, and the rotational speed of the motor can be increased to a rotational speed of 6000 [r / min] as shown in FIG.

特開2004−180489号公報JP 2004-180489 A

しかしながら、上記従来の構成では、モータを駆動する位相の増減方向を判定した上で、1ステップずつ所定の大きさの位相値で増減を行う。このため、従来のような構成では、1ステップの位相値が大きければ調整精度が劣り、逆に1ステップの位相値を小さくすると調整精度は良いが最適な位相に調整されるまでに時間が掛かるため応答性が悪くなるという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, after the increase / decrease direction of the phase for driving the motor is determined, the increase / decrease is performed with a phase value of a predetermined magnitude step by step. For this reason, in the conventional configuration, if the phase value of one step is large, the adjustment accuracy is inferior. Conversely, if the phase value of one step is small, the adjustment accuracy is good, but it takes time to adjust to the optimum phase. Therefore, there was a problem that the responsiveness deteriorated.

本発明は、このような従来の課題を解決するために成されたものであり、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御を実現するモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a motor control device that realizes magnetic flux weakening control with high accuracy and good response.

このような目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、モータを駆動する駆動量を算出し、駆動値として出力するフィードバック制御演算部と、モータを駆動する位相を駆動位相値として出力する駆動位相設定部と、駆動値および駆動位相値に基づきモータを通電駆動するモータ駆動部と、駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づきモータの駆動位相を進める進角値を算出し、進角値を駆動位相設定部に設定する進角制御部とを備える。そして、本モータ制御装置は、進角制御部が設定した進角値に基づき、弱め磁束制御を行う構成である。   In order to achieve such an object, the motor control device of the present invention is a motor control device that performs feedback control of any of the speed, position, and torque of the motor. The motor control device calculates a drive amount for driving the motor and outputs a drive value as a feedback control calculation unit, a drive phase setting unit for outputting a phase for driving the motor as a drive phase value, a drive value and a drive phase A motor drive unit that energizes the motor based on the value, an advance value that advances the drive phase of the motor based on a difference value between the drive value and a predetermined output limit reference value, and the advance value is input to the drive phase setting unit. And an advance angle control unit to be set. And this motor control apparatus is the structure which performs a flux-weakening control based on the advance value which the advance angle control part set.

このような構成によって、モータの駆動出力が飽和した場合に、その飽和度に応じてモータの駆動位相を進める進角値を最適値に設定する処理が自動的に行われるため、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。   With such a configuration, when the motor drive output is saturated, the process of automatically setting the advance value that advances the motor drive phase according to the degree of saturation is automatically performed. Good magnetic flux weakening control can be realized.

また、本発明のモータ制御装置は、進角制御部が駆動値と出力制限基準値との差分値に対して比例積分演算を行い、比例積分演算に基づく値を進角値とする構成である。   In the motor control device of the present invention, the advance angle control unit performs a proportional integration operation on the difference value between the drive value and the output limit reference value, and a value based on the proportional integration operation is used as an advance value. .

このような構成によって、モータの駆動出力の限界において弱め磁束制御を滑らかに機能させることができ、弱め磁束制御をより高精度に行うことができる。   With such a configuration, the flux weakening control can function smoothly at the limit of the motor drive output, and the flux weakening control can be performed with higher accuracy.

また、本発明のモータ制御装置は、駆動値の上限を所定の制限値に制限するリミッタをさらに備える。そして、本モータ制御装置は、駆動値を進角制御部に供給するとともに、リミッタの出力値をモータ駆動部に供給し、駆動出力基準値をリミッタの制限値として設定する構成である。   The motor control device of the present invention further includes a limiter that limits the upper limit of the drive value to a predetermined limit value. The motor control device is configured to supply the drive value to the advance angle control unit, to supply the output value of the limiter to the motor drive unit, and to set the drive output reference value as the limit value of the limiter.

このような構成によって、モータの駆動出力の限界において弱め磁束制御を機能させることとなり、モータを駆動する効率および応答性を良好に保つことが可能となる。   With such a configuration, the flux-weakening control is made to function at the limit of the motor drive output, and the efficiency and responsiveness for driving the motor can be kept good.

さらに、本発明のモータ制御装置は、モータの回転数に応じてモータの出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブルをさらに備える。そして、本モータ制御装置は、モータの回転数に応じたオフセット位相テーブルの値と進角制御部の設定する進角値を加算し、駆動位相値として駆動位相設定部に設定する構成である。   Furthermore, the motor control device of the present invention further includes an offset phase table that records an offset value of the drive phase that maximizes the output torque of the motor according to the rotational speed of the motor. The motor control device is configured to add the value of the offset phase table corresponding to the number of rotations of the motor and the advance value set by the advance angle control unit, and set it as the drive phase value in the drive phase setting unit.

このような構成によって、どのような回転数の領域においても最適な位相で効率良くモータを駆動することが可能となる。   With such a configuration, the motor can be efficiently driven with an optimum phase in any rotational speed region.

また、本発明のモータ制御装置は、モータあるいはモータを駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限値との差分値に基づき、外部からの指令値を制限する指令制限部をさらに備える。   In addition, the motor control device of the present invention detects a current value flowing in the motor or a circuit that drives the motor, and limits a command value from the outside based on a difference value between the current value and a predetermined current limit value. A limiting unit is further provided.

このような構成によって、弱め磁束制御によってモータあるいはモータを駆動する回路に流れる電流が増大した場合においても、外部からの指令を自動的に低減し、過電流を回避する動作が可能となる。   With such a configuration, even when the current flowing through the motor or the circuit that drives the motor is increased by the magnetic flux weakening control, it is possible to automatically reduce an external command and avoid an overcurrent.

本発明のモータ制御装置は、マイコンなど比較的簡単な演算手段によって実現することができ、かつ比較的簡単な演算処理で高精度かつ応答性に優れた弱め磁束制御が実現可能となる。また、モータを駆動する効率も良好な特性を保つことができ、どのような回転数においても最適な位相でモータを駆動することが可能となる。さらに、モータに流れる電流が大きくなった場合でも、外部からの指令値を適切に低減することが可能であり、過電流を回避する動作が可能となる。このように、本発明のモータ制御装置は、高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御を実現するモータ制御装置を提供できる。   The motor control device according to the present invention can be realized by a relatively simple calculation means such as a microcomputer, and can realize weak flux control with high accuracy and excellent responsiveness by a relatively simple calculation process. In addition, the motor driving efficiency can be maintained with good characteristics, and the motor can be driven with an optimum phase at any rotational speed. Furthermore, even when the current flowing through the motor becomes large, the command value from the outside can be appropriately reduced, and an operation for avoiding overcurrent is possible. Thus, the motor control device of the present invention can provide a motor control device that realizes magnetic flux weakening control with high accuracy and good response.

本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のブロック図Block diagram of motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention 同、モータ制御装置の進角制御部のブロック図Same as above, block diagram of advance control unit of motor control device 同、モータ制御装置の動作例を示す図The figure which shows the operation example of a motor control apparatus similarly 同、モータ制御装置において指令回転数対進角値の特性図Same as above, characteristic diagram of command rotation speed vs. advance angle value in motor control device 同、モータ制御装置と比較例とのモータの回転数の変化を示した波形図Same as above, waveform diagram showing change in motor rotation speed between motor control device and comparative example 本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置のブロック図Block diagram of a motor control device in Embodiment 2 of the present invention 同、モータ制御装置におけるオフセット値と進角値の特性図Same as above, characteristics of offset value and advance value in motor controller 本発明の実施の形態3におけるモータ制御装置のブロック図Block diagram of motor control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention 同、モータ制御装置における指令制御部のブロック図Same as above, block diagram of command control unit in motor control device 本発明の実施の形態1における指令回転数対モータ電流を示す特性図Characteristic chart showing command rotational speed versus motor current in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態3における指令回転数対モータ電流を示す特性図The characteristic view which shows the command rotational speed versus motor current in Embodiment 3 of this invention 従来のモータ制御装置のブロック図Block diagram of a conventional motor control device 従来のモータ制御装置の位相補正部のブロック図Block diagram of phase correction unit of conventional motor control device 従来のモータ制御装置においてモータの回転数の変化を示した波形図Waveform diagram showing changes in motor speed in a conventional motor controller

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置200の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control device 200 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、モータ制御装置200は、モータ210を駆動制御する。モータ210は、例えば、鉄心等に巻線(図示せず)を巻回したステータと、回転軸を中心に磁極としての永久磁石(図示せず)を保持し、ステータに対向して回転自在に配置されたロータとを備えている。この巻線にモータ制御装置200から例えばU相、V相、W相とする3相の交流電力が印加されることで、モータ210が回転駆動され、ロータが回転動作する。また、モータ210には、ロータ位置を検出するためのホールセンサ212が設けられており、ホールセンサ212は、モータ210の磁極位置に従って変化する信号を出力する。ホールセンサ212から出力された信号は、速度検出部201および駆動位相設定部211に供給される。   In FIG. 1, the motor control device 200 drives and controls a motor 210. The motor 210 holds, for example, a stator in which a winding (not shown) is wound around an iron core and the like, and a permanent magnet (not shown) as a magnetic pole with a rotating shaft as a center, and can rotate freely facing the stator. And a disposed rotor. By applying three-phase AC power, for example, U-phase, V-phase, and W-phase, from the motor control device 200 to this winding, the motor 210 is driven to rotate, and the rotor rotates. Further, the motor 210 is provided with a hall sensor 212 for detecting the rotor position, and the hall sensor 212 outputs a signal that changes according to the magnetic pole position of the motor 210. A signal output from the hall sensor 212 is supplied to the speed detection unit 201 and the drive phase setting unit 211.

速度検出部201は、ホールセンサ212からの信号を元にモータ210の回転速度を検出する。一方、モータ制御装置200には、回転指令として、モータ210の回転速度を指令するための速度指令が外部より通知される。速度誤差検出部202は、速度検出部201の出力するモータ210の回転速度と外部から入力される速度指令との値の差を速度誤差として算出して出力する。この速度誤差がフィードバック制御演算部203に通知される。   The speed detection unit 201 detects the rotation speed of the motor 210 based on the signal from the hall sensor 212. On the other hand, the motor control device 200 is notified of a speed command for commanding the rotation speed of the motor 210 from the outside as a rotation command. The speed error detection unit 202 calculates and outputs a difference between values of the rotation speed of the motor 210 output from the speed detection unit 201 and a speed command input from the outside as a speed error. This speed error is notified to the feedback control calculation unit 203.

フィードバック制御演算部203は、入力した速度誤差に基づきモータの駆動量を算出し、モータの駆動出力として出力する。フィードバック制御演算部203は、比例ゲイン乗算部204、積分処理部205、積分ゲイン乗算部206、加算部207およびリミッタ208から構成される。フィードバック制御演算部203に入力された速度誤差は、比例ゲイン乗算部204において所定の比例ゲインと乗算され、その結果が出力される。一方、速度誤差は、積分処理部205にも入力され所定の周期で積分演算されて出力される。積分処理部205の出力は、積分ゲイン乗算部206に入力され、所定の積分ゲインと乗算され、その結果が出力される。比例ゲイン乗算部204と積分ゲイン乗算部206との各出力は、加算部207において加算され、この加算された値が駆動値としてリミッタ208および進角制御部213に出力される。また、このような構成により、入力された速度誤差に対して比例積分演算を行っており、この比例積分演算により駆動値が算出される。リミッタ208は、入力された駆動値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。すなわち、リミッタ208は、駆動値が制限値以下の場合には駆動値を駆動出力として出力し、駆動値が制限値を超えた場合には制限値を駆動出力として出力する。リミッタ208からこのように出力される駆動出力の値は、通電駆動値としてモータ駆動部209に供給される。   The feedback control calculation unit 203 calculates a motor drive amount based on the input speed error and outputs it as a motor drive output. The feedback control calculation unit 203 includes a proportional gain multiplication unit 204, an integration processing unit 205, an integration gain multiplication unit 206, an addition unit 207, and a limiter 208. The speed error input to the feedback control calculation unit 203 is multiplied by a predetermined proportional gain in the proportional gain multiplication unit 204, and the result is output. On the other hand, the speed error is also input to the integration processing unit 205, and is integrated and output at a predetermined cycle. The output of the integration processing unit 205 is input to the integration gain multiplication unit 206, multiplied by a predetermined integration gain, and the result is output. Outputs of the proportional gain multiplication unit 204 and the integral gain multiplication unit 206 are added by the addition unit 207, and the added value is output as a drive value to the limiter 208 and the advance angle control unit 213. In addition, with such a configuration, proportional integral calculation is performed on the input speed error, and a drive value is calculated by this proportional integral calculation. The limiter 208 limits and outputs a predetermined limit value as an upper limit value for the input drive value. That is, the limiter 208 outputs the drive value as a drive output when the drive value is less than or equal to the limit value, and outputs the limit value as a drive output when the drive value exceeds the limit value. The value of the drive output output from the limiter 208 in this way is supplied to the motor drive unit 209 as an energization drive value.

また、進角制御部213は、加算部207の出力する駆動値を入力し、この駆動値に基づき演算によって進角値を算出し、演算した結果の進角値を駆動位相設定部211に設定する。   Further, the advance angle control unit 213 receives the drive value output from the adder unit 207, calculates an advance value by calculation based on this drive value, and sets the calculated advance value in the drive phase setting unit 211. To do.

また、モータ駆動部209は、フィードバック制御演算部203から入力された通電駆動値に従ってモータ210を駆動する。このとき、駆動位相設定部211が、ホールセンサ212の出力信号および進角制御部213の出力する進角値に従って、モータ駆動部209の駆動位相を示す駆動位相値を生成し、この駆動位相値をモータ駆動部209に設定する。より具体的には、モータ駆動部209は、PWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)信号生成回路やインバータ回路を備えている。PWM信号生成回路は、フィードバック制御演算部203からの通電駆動値に応じた振幅の波形をパルス幅変調したパルス信号を生成する。例えば、モータ210を正弦波駆動する場合には、この波形は正弦波である。また、この波形の出力位相は駆動位相設定部211からの駆動位相値によって設定される。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有しており、PWM信号生成回路からのパルス信号によりこれらスイッチング素子がON/OFF制御されることで、直流電力を上記波形の交流電力に変換する。そして、インバータ回路からの交流電力がモータ210の巻線に印加され、巻線が通電駆動される。このようなモータ駆動部209の動作によって、通電駆動値に応じた通電量でモータ210の巻線を通電している。   The motor driving unit 209 drives the motor 210 according to the energization driving value input from the feedback control calculation unit 203. At this time, the drive phase setting unit 211 generates a drive phase value indicating the drive phase of the motor drive unit 209 according to the output signal of the hall sensor 212 and the advance value output from the advance angle control unit 213, and this drive phase value Is set in the motor drive unit 209. More specifically, the motor drive unit 209 includes a PWM (Pulse Width Modulation) signal generation circuit and an inverter circuit. The PWM signal generation circuit generates a pulse signal obtained by performing pulse width modulation on a waveform having an amplitude corresponding to the energization drive value from the feedback control calculation unit 203. For example, when the motor 210 is driven in a sine wave, this waveform is a sine wave. The output phase of this waveform is set by the drive phase value from the drive phase setting unit 211. The inverter circuit has a plurality of switching elements, and these switching elements are ON / OFF controlled by a pulse signal from the PWM signal generation circuit, thereby converting DC power into AC power having the above waveform. Then, AC power from the inverter circuit is applied to the winding of the motor 210, and the winding is energized. By such an operation of the motor drive unit 209, the winding of the motor 210 is energized with an energization amount corresponding to the energization drive value.

以上、本実施の形態では、速度誤差検出部202が、外部から指令された速度指令と速度検出部201により検出された回転速度との速度誤差を算出し、フィードバック制御演算部203が、この速度誤差に基づく通電駆動値をモータ駆動部209へと出力し、モータ駆動部209が、通電駆動値に応じてモータ210の巻線を通電駆動する。この構成によって、巻線への通電駆動量をフィードバック制御するメジャー制御ループが形成される。さらに、本実施の形態では、進角制御部213が、フィードバック制御演算部203で算出された駆動値に基づき進角値を算出し、モータ駆動部209が、この進角値に応じた位相でモータ210の巻線を通電駆動する構成を有している。この構成によって、巻線への通電の位相量をフィードバック制御するマイナー制御ループが形成される。本実施の形態では、このようなメジャー制御ループとマイナー制御ループとの構成により、モータ210の回転速度が速度指令に追従するようにフィードバック制御を行っている。   As described above, in the present embodiment, the speed error detection unit 202 calculates the speed error between the speed command commanded from the outside and the rotation speed detected by the speed detection unit 201, and the feedback control calculation unit 203 The energization drive value based on the error is output to the motor drive unit 209, and the motor drive unit 209 energizes and drives the windings of the motor 210 according to the energization drive value. With this configuration, a major control loop is formed for feedback control of the energization drive amount to the winding. Furthermore, in the present embodiment, the advance angle control unit 213 calculates an advance value based on the drive value calculated by the feedback control calculation unit 203, and the motor drive unit 209 has a phase corresponding to the advance value. The winding of the motor 210 is configured to be energized. With this configuration, a minor control loop is formed that feedback-controls the phase amount of energization to the winding. In the present embodiment, feedback control is performed so that the rotational speed of the motor 210 follows the speed command by such a configuration of the major control loop and the minor control loop.

次に、進角制御部213を含むマイナー制御ループの詳細な構成について説明する。   Next, a detailed configuration of the minor control loop including the advance angle control unit 213 will be described.

図2は、進角制御部213の詳細な構成を示すブロック図である。図2に示すように、進角制御部213は、飽和度検出部101と進角演算部102とを備えている。   FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the advance angle control unit 213. As shown in FIG. 2, the advance angle control unit 213 includes a saturation detection unit 101 and an advance angle calculation unit 102.

図2において、フィードバック制御演算部203で算出された駆動値が飽和度検出部101に供給される。飽和度検出部101には、出力制限基準値があらかじめ設定されている。飽和度検出部101は、駆動値と出力制限基準値との差分値を出力偏差値として算出して出力する。ここで、出力制限基準値がリミッタ208の制限値と等しい値となるように、出力制限基準値を設定している。また、本実施の形態では、このように算出した出力偏差値を、モータ駆動における飽和の度合い、すなわち飽和度を示す値として利用している。具体的には、駆動値が出力制限基準値と等しくなった段階で、飽和に達し、出力偏差値が0から大きくなるほど飽和度も大きくなるものとしている。言い換えると、駆動値がリミッタ208の制限値と等しくなった段階で飽和に達し、制限値に対して駆動値が大きくなるほど飽和度も大きくなる。   In FIG. 2, the drive value calculated by the feedback control calculation unit 203 is supplied to the saturation detection unit 101. In the saturation detection unit 101, an output limit reference value is set in advance. The saturation detection unit 101 calculates and outputs a difference value between the drive value and the output limit reference value as an output deviation value. Here, the output limit reference value is set so that the output limit reference value is equal to the limit value of the limiter 208. Further, in the present embodiment, the output deviation value calculated in this way is used as a value indicating the degree of saturation in motor driving, that is, the degree of saturation. Specifically, saturation is reached when the drive value becomes equal to the output limit reference value, and the saturation increases as the output deviation value increases from zero. In other words, saturation is reached when the drive value becomes equal to the limit value of the limiter 208, and the saturation level increases as the drive value increases with respect to the limit value.

飽和度検出部101の出力する出力偏差値は進角演算部102に入力され、進角演算部102は、入力された出力偏差値に基づき進角値を算出して出力する。進角演算部102は、比例ゲイン乗算部103、積分処理部104、積分ゲイン乗算部105、加算部106およびリミッタ107から構成される。進角演算部102に入力された出力偏差値は、比例ゲイン乗算部103において所定の比例ゲインと乗算され、その結果が出力される。一方、出力偏差値は、積分処理部104にも入力され所定の周期で積分演算されて出力される。積分処理部104の出力は、積分ゲイン乗算部105に入力され、所定の積分ゲインと乗算され、その結果が出力される。比例ゲイン乗算部103と積分ゲイン乗算部105との各出力は加算部106において加算され、この加算値がリミッタ107に出力される。また、このような構成により、入力された出力偏差値に対して比例積分演算を行っている。リミッタ107は、入力された加算値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。すなわち、リミッタ107は、加算値が制限値以下の場合には加算値を進角値として出力し、加算値が制限値を超えた場合には制限値を進角値として出力する。また、リミッタ107には、下限値も設定されており、本実施の形態では下限値を0とし、負の進角値は出力しない構成としている。   The output deviation value output from the saturation detection unit 101 is input to the advance angle calculation unit 102, and the advance angle calculation unit 102 calculates and outputs an advance value based on the input output deviation value. The advance angle calculation unit 102 includes a proportional gain multiplication unit 103, an integration processing unit 104, an integration gain multiplication unit 105, an addition unit 106, and a limiter 107. The output deviation value input to the advance angle calculation unit 102 is multiplied by a predetermined proportional gain in the proportional gain multiplication unit 103, and the result is output. On the other hand, the output deviation value is also input to the integration processing unit 104 and is integrated and output at a predetermined period. The output of the integration processing unit 104 is input to the integration gain multiplication unit 105, multiplied by a predetermined integration gain, and the result is output. Outputs of the proportional gain multiplication unit 103 and the integral gain multiplication unit 105 are added by the addition unit 106, and this addition value is output to the limiter 107. Further, with such a configuration, proportional-integral calculation is performed on the input output deviation value. The limiter 107 limits and outputs a predetermined limit value as an upper limit for the input addition value. That is, the limiter 107 outputs the added value as an advance value when the added value is less than or equal to the limit value, and outputs the limit value as the advanced value when the added value exceeds the limit value. The lower limit value is also set in the limiter 107, and in this embodiment, the lower limit value is set to 0 and a negative advance value is not output.

このように、進角制御部213は、モータ駆動における飽和度を、駆動値と駆動出力基準値との差分値として検出している。そして、進角制御部213は、この差分値である出力偏差値に基づきモータ210の駆動位相を進める進角値を算出し、算出した進角値を駆動位相設定部211に設定している。さらに、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、進角値に基づきモータ駆動における位相を制御することで弱め磁束制御を行っている。   In this manner, the advance angle control unit 213 detects the degree of saturation in the motor drive as a difference value between the drive value and the drive output reference value. The advance angle control unit 213 calculates an advance value that advances the drive phase of the motor 210 based on the output deviation value that is the difference value, and sets the calculated advance value in the drive phase setting unit 211. Further, although details will be described below, in the present embodiment, the flux-weakening control is performed by controlling the phase in the motor drive based on the advance value.

次に、以上のように構成されたモータ制御装置200について、以下その動作、作用を説明する。   Next, the operation | movement and effect | action are demonstrated below about the motor control apparatus 200 comprised as mentioned above.

図1に示されたモータ制御装置200は、外部から速度指令を受けて、その速度指令の回転速度とモータ210の回転速度とが一致するようなフィードバック制御を行う構成である。進角制御部213が無い状態でもモータ210の速度制御が可能であるが、駆動位相設定部211に設定される進角値は固定の値となる。これに対し、本実施の形態では、図2に示す進角制御部213を付加することで、モータ駆動における飽和度に応じた弱め磁束制御を可能としている。   The motor control device 200 shown in FIG. 1 is configured to receive a speed command from the outside and perform feedback control such that the rotational speed of the speed command matches the rotational speed of the motor 210. Although the speed control of the motor 210 can be performed without the advance angle control unit 213, the advance value set in the drive phase setting unit 211 is a fixed value. On the other hand, in the present embodiment, the advance angle control unit 213 shown in FIG. 2 is added to enable the magnetic flux weakening control corresponding to the degree of saturation in the motor drive.

図1に示すようにリミッタ208で制限される前の駆動値が進角制御部213の飽和度検出部101に入力され、進角演算部102の出力する進角値が駆動位相設定部211に入力される。これにより、駆動値が進角制御部213を経由し、駆動位相設定部211に入力されるマイナー制御ループが構成される。このように構成されたマイナー制御ループによって、駆動出力の飽和度に応じて進角値が自動的に最適値に設定される動作となる。   As shown in FIG. 1, the drive value before being limited by the limiter 208 is input to the saturation detection unit 101 of the advance angle control unit 213, and the advance value output from the advance angle calculation unit 102 is input to the drive phase setting unit 211. Entered. As a result, a minor control loop in which the drive value is input to the drive phase setting unit 211 via the advance angle control unit 213 is configured. With the minor control loop configured as described above, the advance value is automatically set to the optimum value in accordance with the saturation level of the drive output.

図3は、このように構成されたモータ制御装置200の動作例を示す図である。次に、図3を用いてこのように構成されたモータ制御装置200の動作について説明する。   FIG. 3 is a diagram illustrating an operation example of the motor control device 200 configured as described above. Next, the operation of the motor control device 200 configured as described above will be described with reference to FIG.

モータ駆動部209は、モータ210をPWM駆動しており、そのPWMデューティの上限を98[%]とする。すなわち、フィードバック制御演算部203の駆動値は、リミッタ208によって上限値が98[%]に制限される。この状態において速度制御の動作を行っている場合、速度指令としての指令回転数[r/min]に対し、通電駆動出値に対応する通電駆動出力[%]の値は、図3に示すように変化する。すなわち、指令回転数[r/min]が低速から高速に変化するに従い、通電駆動出力[%]の値が上昇し、3500[r/min]にて上限値の98[%]に達し、飽和となる。仮に、図1に示す進角制御部213を装備していなかった場合、すなわちメジャー制御ループのみで構成した場合には、モータ210の回転数上限は3500[r/min]となり、それ以上に回転数を上げることは不可能となる。これに対して、本実施の形態のように図1に示す進角制御部213を装備している場合、通電駆動出力が上限値98[%]を超えたとしても、進角制御部213には制限されていない駆動値が供給されるため、通電駆動出力の飽和が解消されるまで進角値を上昇させる。進角値が上昇した場合、モータ210の誘起電圧は低下することになるので、通電駆動出力の飽和度が低下する方向の動作となる。このように、進角値を上昇させる動作と通電駆動出力の飽和度が低下する動作とがバランスするため、駆動出力の飽和が解消される進角値に向かって自動的に収束する動作となる。   The motor drive unit 209 drives the motor 210 by PWM, and sets the upper limit of the PWM duty to 98 [%]. That is, the drive value of the feedback control calculation unit 203 is limited to an upper limit of 98 [%] by the limiter 208. When the speed control operation is performed in this state, the value of the energization drive output [%] corresponding to the energization drive output value with respect to the command rotational speed [r / min] as the speed command is as shown in FIG. To change. That is, as the command rotational speed [r / min] changes from low speed to high speed, the value of the energization drive output [%] increases, reaches the upper limit of 98 [%] at 3500 [r / min], and is saturated. It becomes. If the advance angle control unit 213 shown in FIG. 1 is not equipped, that is, if it is configured only by the major control loop, the upper limit of the rotation speed of the motor 210 is 3500 [r / min], and the rotation speed is further increased. It is impossible to increase the number. On the other hand, when the advance angle control unit 213 shown in FIG. 1 is equipped as in the present embodiment, even if the energization drive output exceeds the upper limit value 98 [%], the advance angle control unit 213 Since an unrestricted drive value is supplied, the advance value is increased until the saturation of the energization drive output is eliminated. When the advance angle value increases, the induced voltage of the motor 210 decreases, so that the operation in a direction in which the degree of saturation of the energization drive output decreases. As described above, since the operation for increasing the advance angle value and the operation for decreasing the saturation level of the energized drive output are balanced, the operation automatically converges toward the advance value at which the saturation of the drive output is eliminated. .

この場合、指令回転数が3500[r/min]を超えて上昇した場合においても、図3に示すように進角値[deg]が自動的に上昇することで、モータ210の回転数も指令回転数に追従して上昇する動作が得られる。進角値の上限値を40[deg]に制限した場合でも、6000[r/min]の回転数まで追従可能である。逆に、指令回転数が高速から低速に向かって低下した場合には、進角値[deg]は自動的に減少する動作となる。このように、どのような状態においても進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束するので、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。   In this case, even when the command rotational speed increases exceeding 3500 [r / min], the advance value [deg] automatically increases as shown in FIG. An operation that rises following the rotational speed is obtained. Even when the upper limit value of the advance angle value is limited to 40 [deg], it is possible to follow up to a rotational speed of 6000 [r / min]. Conversely, when the command rotational speed decreases from high speed to low speed, the advance value [deg] automatically decreases. In this way, since the advance value automatically converges toward the optimum value at the operating point in any state, the optimum motor control operation is always possible regardless of the change in the command rotational speed.

また、このような通電駆動出力の飽和度に応じて進角値を自動的に上昇させる動作は、電源電圧が変動した場合においても有効である。電源電圧が標準の電圧値からずれた場合の動作について図4を用いて説明する。   In addition, such an operation of automatically increasing the advance value in accordance with the degree of saturation of the energization drive output is effective even when the power supply voltage fluctuates. The operation when the power supply voltage deviates from the standard voltage value will be described with reference to FIG.

図4は、電源電圧が標準の電圧値より2[V]低い場合(−2Vで示す)、2[V]高い場合(+2Vで示す)、そして標準の電圧値の場合(0Vで示す)の3通りについて指令回転数[r/min]対進角値[deg]の特性を示したものである。この図から分かる通り、電源電圧が低い場合には、通電駆動出力が飽和して進角値が上昇を始める回転数が低くなる。図4では、電源電圧が2[V]低い場合、進角値が上昇を始める回転数が3000[r/min]となる例を示している。逆に、電源電圧が高い場合には、通電駆動出力の飽和して進角値が上昇を始める回転数が高くなる。図4では、電源電圧が2[V]高い場合、進角値が上昇を始める回転数が4000[r/min]となる例を示している。このように電源電圧が変動した場合においても、駆動出力の飽和度に応じて自動的に進角値が最適値に収束するので、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。   FIG. 4 shows a case where the power supply voltage is 2 [V] lower than the standard voltage value (indicated by −2 V), 2 [V] higher (indicated by +2 V), and a standard voltage value (indicated by 0 V). The characteristics of the command rotational speed [r / min] versus the advance angle value [deg] are shown for the three types. As can be seen from this figure, when the power supply voltage is low, the energization drive output is saturated and the rotational speed at which the advance value starts to increase is low. FIG. 4 shows an example in which when the power supply voltage is 2 [V] lower, the rotation speed at which the advance value starts to increase is 3000 [r / min]. On the other hand, when the power supply voltage is high, the rotation speed at which the advance angle value starts to increase due to saturation of the energization drive output increases. FIG. 4 shows an example in which when the power supply voltage is 2 [V] higher, the rotational speed at which the advance value starts to increase is 4000 [r / min]. Even when the power supply voltage fluctuates in this way, the advance value automatically converges to the optimum value according to the saturation level of the drive output, so that the optimum motor control operation can always be performed regardless of changes in the command rotational speed. It becomes possible.

なお、本実施の形態ではリミッタ208を備えた構成とし、これによってPWMデューティの上限を設定できるため、リミッタ208を配置することが好適であるが、リミッタ208を配置しない構成としてもよい。この場合、飽和度検出部101の出力制限基準値として、モータ駆動での飽和に達する駆動値に対応した出力制限基準値を設定すればよく、弱め磁束制御を行うことができる。   In the present embodiment, the limiter 208 is provided, and the upper limit of the PWM duty can be set by this. Therefore, the limiter 208 is preferably arranged, but the limiter 208 may not be arranged. In this case, an output limit reference value corresponding to a drive value that reaches saturation in motor drive may be set as the output limit reference value of the saturation detection unit 101, and flux weakening control can be performed.

次に、指令回転数がステップ状に変化した場合のモータ210の回転数の応答性について説明する。図5(a)〜(c)は、横軸の時刻に対する回転数の変化の一例を示したものである。図5(a)は、速度指令の指令回転数の変化を示したものであり、時刻100[msec]にて6000[r/min]に上昇し、時刻250[msec]にて1000[r/min]に戻っている。この指令回転数の変化に対し、比較例として、進角制御部213を装備しないモータの制御装置においては、前述の通り3500[r/min]で飽和状態になるため、図5(b)のような応答となる。これに対して、本実施の形態のように進角制御部213を装備したモータの制御装置においては、6000[r/min]でも回転可能であるため、図5(c)に示すように指令回転数に追従することが可能となる。しかも、本実施の形態では通電駆動出力の飽和度に応じた進角値の演算がなされるので、従来技術の説明における図14(b)のように大きな遅れを生じることなく、高速な応答性を示す。   Next, the response of the rotational speed of the motor 210 when the command rotational speed changes in a step shape will be described. FIGS. 5A to 5C show examples of changes in the rotational speed with respect to time on the horizontal axis. FIG. 5A shows the change in the command rotational speed of the speed command, which increases to 6000 [r / min] at time 100 [msec] and 1000 [r / min at time 250 [msec]. min]. As a comparative example, the motor control device that is not equipped with the advance angle control unit 213 becomes saturated at 3500 [r / min] as described above. The response is as follows. On the other hand, in the motor control device equipped with the advance angle control unit 213 as in the present embodiment, the motor can be rotated even at 6000 [r / min], so the command as shown in FIG. It is possible to follow the rotational speed. In addition, since the advance angle value is calculated according to the saturation level of the energization drive output in the present embodiment, high-speed response without causing a large delay as shown in FIG. 14B in the description of the prior art. Indicates.

前述のように、通電駆動出力の限界領域においてスムーズに弱め磁束制御を行うことができ、しかも、良好な応答特性が得られるのは、本願発明の構成のためであり、他の構成ではこのような良好な動作は実現できないこともある。   As described above, the flux-weakening control can be performed smoothly in the limit region of the energization drive output, and good response characteristics can be obtained because of the configuration of the present invention. A good operation may not be realized.

以上のように、本実施の形態においては、モータ210の速度、位置およびトルクのいずれかを制御するフィードバック制御演算部203、およびその出力である駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に従いモータの駆動位相を進める進角値を演算して設定する進角制御部213を備える。そして、このように算出した進角値に基づきモータ210の駆動出力の飽和度に応じた弱め磁束制御を行っている。このため、進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束し、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。このように、本実施の形態の構成によれば高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。   As described above, in the present embodiment, the feedback control calculation unit 203 that controls any of the speed, position, and torque of the motor 210, and the difference value between the drive value that is the output and the predetermined output restriction reference value. Is provided with an advance angle control unit 213 that calculates and sets an advance value that advances the drive phase of the motor. Based on the advance value calculated in this way, the flux weakening control is performed according to the saturation of the drive output of the motor 210. For this reason, the advance value automatically converges toward the optimum value at the operating point, and the optimum motor control operation is always possible regardless of the change in the command rotational speed. Thus, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to realize the flux-weakening control with high accuracy and good response.

また、本実施の形態では、モータ210の駆動出力の上限を制限するリミッタ208を備え、駆動値を進角制御部213に供給するとともに、リミッタ208の出力値をモータ駆動部209に供給している。そして、進角制御部213における所定の出力制限基準値としてリミッタ208の制限値を設定している。このような構成とすることで、応答性が良くかつ効率の良い弱め磁束制御が実現できる。   In this embodiment, a limiter 208 that limits the upper limit of the drive output of the motor 210 is provided, and the drive value is supplied to the advance angle control unit 213 and the output value of the limiter 208 is supplied to the motor drive unit 209. Yes. The limit value of the limiter 208 is set as a predetermined output limit reference value in the advance angle control unit 213. By adopting such a configuration, it is possible to realize weak flux control with good responsiveness and efficiency.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置600の構成を示すブロック図である。図1に示す実施の形態1との相違点は、モータ制御装置600がさらにオフセット位相テーブル601と加算部602とを備えている。モータ制御装置600の構成において、それ以外は図1と同一の構成であり、同一の構成要素の詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of motor control device 600 according to Embodiment 2 of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the motor control device 600 further includes an offset phase table 601 and an adding unit 602. The configuration of the motor control device 600 is otherwise the same as that shown in FIG. 1, and detailed description of the same components will be omitted.

一般にモータは巻線インダクタンスなどにより最もトルクが出る駆動位相が回転数によって変化し、回転数が高くなるにつれ進角値を大きくする必要がある。このため、本実施の形態では、実施の形態1と同様に進角値を利用して弱め磁束制御を行うとともに、進角値を利用して好適なトルクを得るような構成としている。   In general, the drive phase in which the torque is most generated by the winding inductance or the like varies depending on the rotational speed of the motor, and it is necessary to increase the advance value as the rotational speed increases. For this reason, in the present embodiment, the magnetic flux weakening control is performed using the advance value as in the first embodiment, and a suitable torque is obtained using the advance value.

図6において、オフセット位相テーブル601は、回転数に従って進角値のオフセット値を格納したテーブルである。オフセット位相テーブル601には、速度検出部201から回転速度が通知され、オフセット位相テーブル601は、回転速度に応じた進角値のオフセット値である出力値を出力する。オフセット位相テーブル601の出力値は、加算部602によって、進角制御部213の出力値と加算されて駆動位相設定部211に進角値として設定される。   In FIG. 6, an offset phase table 601 is a table that stores the offset value of the advance angle value according to the rotational speed. The rotation speed is notified from the speed detection unit 201 to the offset phase table 601, and the offset phase table 601 outputs an output value that is an offset value of an advance value according to the rotation speed. The output value of the offset phase table 601 is added to the output value of the advance angle control unit 213 by the adding unit 602 and set as the advance value in the drive phase setting unit 211.

図7は、オフセット値と駆動位相設定部211に設定される進角値との一例を示す図である。図7(a)は、進角値のオフセット値の一例を示し、図7(b)は、駆動位相設定部211に設定される進角値の一例を示している。ここで、図7(a)に示す進角値のオフセット値は、モータ210が最もトルクが出る駆動位相の値をオフセット値として格納したものであり、前述の駆動出力の飽和による弱め磁束のための進角値とは異なる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the offset value and the advance value set in the drive phase setting unit 211. FIG. 7A shows an example of the offset value of the advance angle value, and FIG. 7B shows an example of the advance value set in the drive phase setting unit 211. Here, the offset value of the advance value shown in FIG. 7 (a) is a value obtained by storing the value of the drive phase at which the motor 210 produces the maximum torque as the offset value. It is different from the advance value of.

このように構成されたモータ制御装置600において、実施の形態1と同様に速度制御の動作を行った場合、駆動位相設定部211に進角値として設定される値は、結果として図7(b)に示すような値となる。この場合、4000[r/min]以上の回転数において通電駆動出力が飽和し、弱め磁束制御の動作となるが、図3に示す進角値の変化と比較すると、4000[r/min]以下の回転数において進角値が若干大きい値となっている。このため、実施の形態1の構成と比較すると、本実施の形態の構成のほうが低速領域でのトルクが上昇しており効率が改善されていることが分かる。   In the motor control device 600 configured as described above, when the speed control operation is performed in the same manner as in the first embodiment, the value set as the advance value in the drive phase setting unit 211 results in FIG. ). In this case, the energization drive output is saturated at a rotational speed of 4000 [r / min] or more, and the magnetic flux weakening control operation is performed. However, when compared with the change in the advance value shown in FIG. 3, it is 4000 [r / min] or less. The advance value is slightly larger at the number of rotations. For this reason, when compared with the configuration of the first embodiment, it can be seen that the configuration of the present embodiment increases the torque in the low speed region and improves the efficiency.

以上のように、本実施の形態においては、モータ210の回転数に応じてモータ210の出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブル601をさらに備え、モータ210の回転数に応じたオフセット位相テーブル601の値と進角制御部213の設定する進角値とを加算して駆動位相として設定することで、実施の形態1と同様の動作が可能であるが、より優れた駆動の効率を得るという効果を発揮することができる。   As described above, the present embodiment further includes the offset phase table 601 that records the offset value of the drive phase that maximizes the output torque of the motor 210 according to the rotation speed of the motor 210. By adding the value of the offset phase table 601 corresponding to the number of rotations and the advance value set by the advance angle control unit 213 and setting it as the drive phase, the same operation as in the first embodiment is possible. The effect of obtaining more excellent driving efficiency can be exhibited.

(実施の形態3)
図8は本発明の実施の形態3におけるモータ制御装置800の構成を示すブロック図である。図1に示す実施の形態1との相違点は、モータ制御装置800がさらに電流検出部801、指令制御部802、減算部803および指令制限部804を備えている。モータ制御装置800の構成において、それ以外は図1と同一の構成であり、同一の構成要素の詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a motor control device 800 according to Embodiment 3 of the present invention. The difference from Embodiment 1 shown in FIG. 1 is that motor control device 800 further includes a current detection unit 801, a command control unit 802, a subtraction unit 803, and a command limiting unit 804. The configuration of the motor control device 800 is otherwise the same as that shown in FIG. 1, and detailed description of the same components will be omitted.

図8において、電流検出部801は、モータ210に流れる電流を検出して、検出した電流の電流値を指令制御部802に出力する。指令制御部802は、電流検出部801からの電流値が所定の制限値を超えないように指令制限値を出力する。指令制限値は、減算部803において速度指令の値との差分値が計算され、その差分値がリミッタである指令制限部804の制限値として設定される。速度指令の値は、指令制限部804を経由して速度誤差検出部202に入力されるが、この過程において上記の設定された制限値に制限される。すなわち、指令制限部804は、速度指令の値が制限値以下の場合には速度指令の値を出力し、速度指令の値が制限値を超えた場合には制限値を出力する。   In FIG. 8, the current detection unit 801 detects the current flowing through the motor 210 and outputs the detected current value to the command control unit 802. The command control unit 802 outputs a command limit value so that the current value from the current detection unit 801 does not exceed a predetermined limit value. The command limit value is calculated by the subtraction unit 803 as a difference value from the speed command value, and the difference value is set as a limit value of the command limit unit 804 that is a limiter. The value of the speed command is input to the speed error detecting unit 202 via the command limiting unit 804, and is limited to the set limit value in this process. That is, the command limiter 804 outputs the speed command value when the speed command value is less than or equal to the limit value, and outputs the limit value when the speed command value exceeds the limit value.

図9は、指令制御部802の具体的構成を示したブロック図である。指令制御部802は、過電流検出部901と指令制限演算部902とを備えている。過電流検出部901には、電流制限基準値があらかじめ設定されている。過電流検出部901において、入力された電流値と電流制限基準値との差分値が過電流偏差値として算出される。この過電流偏差値は指令制限演算部902に入力され、指令制限値を出力する。過電流偏差値は、指令制限演算部902内部において、比例ゲイン乗算部903により比例ゲインを乗算された値と積分処理部904を経由して積分ゲイン乗算部905により積分ゲインを乗算された値とが加算部906で加算される。すなわち、過電流偏差値に対して比例積分演算を行い、その結果が加算値として出力される。この加算値がリミッタ907を経由して指令制限値として出力される。リミッタ907は、リミッタ208などと同様の構成であり、入力された加算値に対して所定の制限値を上限値として制限して出力する。   FIG. 9 is a block diagram showing a specific configuration of the command control unit 802. The command control unit 802 includes an overcurrent detection unit 901 and a command limit calculation unit 902. The overcurrent detection unit 901 is preset with a current limit reference value. In the overcurrent detection unit 901, a difference value between the input current value and the current limit reference value is calculated as an overcurrent deviation value. This overcurrent deviation value is input to the command limit calculation unit 902, and the command limit value is output. The overcurrent deviation value is obtained by multiplying a value obtained by multiplying the proportional gain by the proportional gain multiplying unit 903 and a value multiplied by the integral gain by the integral gain multiplying unit 905 via the integral processing unit 904 in the command limit calculating unit 902. Are added by the adding unit 906. That is, proportional integral calculation is performed on the overcurrent deviation value, and the result is output as an added value. This added value is output as a command limit value via the limiter 907. The limiter 907 has the same configuration as that of the limiter 208 and the like. The limiter 907 limits and outputs a predetermined limit value as an upper limit value with respect to the input addition value.

このように構成されたモータ制御装置800においては、モータ210に流れる電流が所定の制限値、すなわち電流制限基準値を超えないように速度指令の値が制限される動作となる。   In the motor control apparatus 800 configured as described above, the speed command value is limited so that the current flowing through the motor 210 does not exceed a predetermined limit value, that is, the current limit reference value.

図10は、比較例として、電源電圧が変動した場合の指令回転数に対するモータ電流の値の一例を示す図である。また、図11は、本実施の形態において、電源電圧が変動した場合の指令回転数に対するモータ電流の値の一例を示す図である。図10および図11において、電源電圧が標準の電圧値より2[V]低い場合を−2Vで示し、2[V]高い場合を+2Vで示し、標準の電圧値の場合を0Vで示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the value of the motor current with respect to the command rotational speed when the power supply voltage fluctuates as a comparative example. FIG. 11 is a diagram showing an example of the value of the motor current with respect to the command rotational speed when the power supply voltage fluctuates in the present embodiment. 10 and 11, the case where the power supply voltage is 2 [V] lower than the standard voltage value is indicated by −2V, the case where it is 2 [V] higher is indicated by + 2V, and the case of the standard voltage value is indicated by 0V. .

特に、電源電圧が低い場合にはモータ電流の増加が顕著となり、高速回転領域においてはモータを駆動する回路の負荷が過大になる可能性がある。このような場合、例えば、電流制限基準値を1[A]に設定すると、指令回転数に対するモータ電流の値は、図11に示すように電流制限基準値である1[A]以下に制限される。モータ電流が制限された領域においてはモータの回転数が指令回転数に追従しなくなるが、過電流によってモータを駆動する回路が損傷することを回避することが可能であり、電流制限基準値を下回る領域においては実施の形態1と同様に弱め磁束制御の動作によって追従可能な回転数を引き上げることが可能である。   In particular, when the power supply voltage is low, the increase in motor current becomes significant, and the load on the circuit that drives the motor may become excessive in the high-speed rotation region. In such a case, for example, when the current limit reference value is set to 1 [A], the value of the motor current with respect to the command rotational speed is limited to 1 [A] or less, which is the current limit reference value, as shown in FIG. The In the area where the motor current is limited, the motor speed does not follow the command speed, but it is possible to avoid damage to the circuit that drives the motor due to overcurrent, which is below the current limit reference value. In the region, it is possible to increase the number of rotations that can be followed by the operation of flux-weakening control as in the first embodiment.

以上のように、本実施の形態においては、モータ210あるいはモータ210を駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限基準値との差分値に基づき、速度誤差検出部202へ入力される外部からの指令値である速度指令の値を制限する指令制限部804を備えることにより、実施の形態1と同様に弱め磁束制御の動作が可能であると同時に過電流によってモータ210を駆動する回路が損傷することを回避することが可能である。   As described above, in the present embodiment, the current value flowing in the motor 210 or the circuit that drives the motor 210 is detected, and the speed error detection unit is based on the difference value between the current value and the predetermined current limit reference value. By providing a command limiter 804 that limits the value of a speed command that is an external command value input to 202, a weak flux control operation can be performed in the same manner as in the first embodiment, and at the same time, the motor is caused by an overcurrent. It is possible to avoid damaging the circuitry that drives 210.

なお、実施の形態1〜3においては、モータの速度を制御する場合について説明したが、モータの回転位置あるいはモータの出力トルクをフィードバック制御にて制御する場合の構成においても前述と同様の進角制御部を付加することにより弱め磁束制御が可能であり、前述と同様の効果を得ることができる。   In the first to third embodiments, the case where the speed of the motor is controlled has been described. However, the same advance angle as described above also applies to the configuration in which the rotational position of the motor or the output torque of the motor is controlled by feedback control. By adding a control unit, it is possible to control the magnetic flux weakening, and the same effect as described above can be obtained.

以上のように、本発明のモータ制御装置は、モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置であって、駆動値を出力するフィードバック制御演算部、およびその駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づきモータの駆動位相を進める進角値を演算して設定する進角制御部を備える。そして、このように算出した進角値に基づきモータの駆動出力の飽和度に応じた弱め磁束制御を行っている。このため、進角値が動作点における最適値に向かって自動的に収束し、指令回転数の変化にかかわらず常に最適なモータの制御動作が可能となる。したがって、本発明によれば高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現できる。   As described above, the motor control device of the present invention is a motor control device that feedback-controls any of the speed, position, and torque of the motor, and includes a feedback control calculation unit that outputs a drive value, and the drive value and a predetermined value. An advance angle control unit that calculates and sets an advance value for advancing the motor drive phase based on a difference value from the output limit reference value. Based on the advance value calculated in this way, the flux weakening control is performed in accordance with the saturation level of the drive output of the motor. For this reason, the advance value automatically converges toward the optimum value at the operating point, and the optimum motor control operation is always possible regardless of the change in the command rotational speed. Therefore, according to the present invention, magnetic flux weakening control with high accuracy and good response can be realized.

また、本発明では、モータの駆動出力の上限を制限するリミッタを備え、駆動値を進角制御部に入力するとともに、リミッタの出力値をモータ駆動部に供給し、駆動出力基準値をリミッタの制限値として設定することで、応答性がよくかつ効率の良い弱め磁束制御を実現している。   The present invention also includes a limiter that limits the upper limit of the motor drive output, inputs the drive value to the advance angle control unit, supplies the output value of the limiter to the motor drive unit, and sets the drive output reference value to the limiter. By setting the limit value, the magnetic flux weakening control with good responsiveness and efficiency is realized.

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、比較的簡単な実現手段によって高精度かつ応答性の良い弱め磁束制御が実現可能となるので、特に高速回転、高速な応答が必要となる分野あるいは電源電圧変動が顕著な用途において適用範囲を広げることができる。   As described above, the motor control device according to the present invention can realize the magnetic flux weakening control with high accuracy and good responsiveness by a relatively simple realization means, and particularly requires a high speed rotation and a high speed response. Alternatively, the application range can be expanded in applications where power supply voltage fluctuations are significant.

101 飽和度検出部
102 進角演算部
103 比例ゲイン乗算部
104 積分処理部
105 積分ゲイン乗算部
106 加算部
107 リミッタ
121 位相補正部
131 位相補正値格納部
132 加算部
133 位相補正判定部
134 位相補正加算値
135 符号反転部
136 第1の切り替え部
137 第2の切り替え部
201 速度検出部
202 速度誤差検出部
203 フィードバック制御演算部
204 比例ゲイン乗算部
205 積分処理部
206 積分ゲイン乗算部
207 加算部
208 リミッタ
209 モータ駆動部
210 モータ
211 駆動位相設定部
212 ホールセンサ
213 進角制御部
601 オフセット位相テーブル
602 加算部
801 電流検出部
802 指令制御部
803 減算部
804 指令制限部
901 過電流検出部
902 指令制限演算部
903 比例ゲイン乗算部
904 積分処理部
905 積分ゲイン乗算部
906 加算部
907 リミッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Saturation degree detection part 102 Advance angle calculating part 103 Proportional gain multiplication part 104 Integration processing part 105 Integral gain multiplication part 106 Adder part 107 Limiter 121 Phase correction part 131 Phase correction value storage part 132 Addition part 133 Phase correction determination part 134 Phase correction Addition value 135 Sign inversion unit 136 First switching unit 137 Second switching unit 201 Speed detection unit 202 Speed error detection unit 203 Feedback control calculation unit 204 Proportional gain multiplication unit 205 Integration processing unit 206 Integration gain multiplication unit 207 Addition unit 208 Limiter 209 Motor drive section 210 Motor 211 Drive phase setting section 212 Hall sensor 213 Advance angle control section 601 Offset phase table 602 Addition section 801 Current detection section 802 Command control section 803 Subtraction section 804 Command limit section 901 Overcurrent detection Part 902 command limit calculation unit 903 proportional gain multiplication section 904 integration processing unit 905 integral gain multiplication unit 906 adding unit 907 limiter

Claims (5)

モータの速度、位置およびトルクのいずれかをフィードバック制御するモータ制御装置であって、
前記モータを駆動する駆動量を算出し、駆動値として出力するフィードバック制御演算部と、前記モータを駆動する位相を駆動位相値として出力する駆動位相設定部と、
前記駆動値および前記駆動位相値に基づき前記モータを通電駆動するモータ駆動部と、
前記駆動値と所定の出力制限基準値との差分値に基づき前記モータの駆動位相を進める進角値を算出し、前記進角値を駆動位相設定部に設定する進角制御部とを備え、
前記進角制御部が設定した前記進角値に基づき、弱め磁束制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device that performs feedback control of any of the speed, position, and torque of the motor,
Calculating a drive amount for driving the motor and outputting it as a drive value; a drive phase setting unit for outputting a phase for driving the motor as a drive phase value;
A motor drive unit for energizing and driving the motor based on the drive value and the drive phase value;
An advance angle controller that calculates an advance angle value that advances the drive phase of the motor based on a difference value between the drive value and a predetermined output restriction reference value, and sets the advance angle value in a drive phase setting unit;
A motor control device that performs flux-weakening control based on the advance value set by the advance controller.
前記進角制御部は、前記駆動値と前記出力制限基準値との前記差分値に対して比例積分演算を行い、前記比例積分演算に基づく値を前記進角値とすることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The advance angle control unit performs a proportional integration operation on the difference value between the drive value and the output restriction reference value, and sets a value based on the proportional integration operation as the advance value. Item 2. The motor control device according to Item 1. 前記駆動値の上限を所定の制限値に制限するリミッタをさらに備え、
前記駆動値を前記進角制御部に供給するとともに、前記リミッタの出力値を前記モータ駆動部に供給し、
前記出力制限基準値を前記リミッタの制限値として設定したことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
A limiter for limiting the upper limit of the drive value to a predetermined limit value;
While supplying the drive value to the advance angle control unit, supplying the output value of the limiter to the motor drive unit,
The motor control device according to claim 1, wherein the output limit reference value is set as a limit value of the limiter.
前記モータの回転数に応じて前記モータの出力トルクが最大になるような駆動位相のオフセット値を記録したオフセット位相テーブルをさらに備え、
前記モータの回転数に応じた前記オフセット位相テーブルの値と前記進角制御部の設定する前記進角値とを加算し、前記駆動位相値として前記駆動位相設定部に設定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
An offset phase table that records an offset value of the drive phase such that the output torque of the motor is maximized according to the rotational speed of the motor;
A value of the offset phase table corresponding to the number of rotations of the motor and the advance value set by the advance angle control unit are added and set as the drive phase value in the drive phase setting unit. The motor control apparatus of any one of Claim 1 to 3.
前記モータあるいは前記モータを駆動する回路に流れる電流値を検出し、その電流値と所定の電流制限基準値との差分値に基づき、外部からの指令値を制限する指令制限部をさらに備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The apparatus further includes a command limiter that detects a current value flowing through the motor or a circuit that drives the motor and limits a command value from the outside based on a difference value between the current value and a predetermined current limit reference value. The motor control device according to claim 1, wherein:
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