JP2013150498A - Controller and control method of synchronous motor - Google Patents

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Kiyoshi Ishibashi
聖 石橋
Tokuo Kawamura
篤男 河村
Daisuke Maeda
大輔 前田
Hidefumi Shirahama
秀文 白濱
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide practical controller and control method of a synchronous motor capable of reducing torque ripple due to manufacturing variations of a synchronous motor and a load connected therewith or the environmental variations.SOLUTION: The controller of a synchronous motor which is supplied with a three-phase AC power from a power inverter circuit including an inverter includes dq-axis current calculation means for determining the dq-axis current of a synchronous motor, a q-axis current command generator for obtaining a q-axis current command value from the output of the dq-axis current calculation means, a voltage command value generator for giving a q-axis voltage command value by using the q-axis current command value, a conversion circuit obtaining a three-phase AC voltage command value for driving the inverter from the output of the voltage command value generator, and a torque ripple reduction controller obtaining a compensation signal for reducing torque ripple, by estimating the induction voltage harmonic and torque ripple of a synchronous motor. The q-axis voltage command value is corrected by the compensation signal.

Description

本発明は同期電動機の制御装置及び制御方法にかかり、特にトルクリプルによる振動を軽減することのできる同期電動機の制御装置及び制御方法に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for a synchronous motor, and more particularly to a control device and a control method for a synchronous motor that can reduce vibration caused by torque ripple.

広範囲の可変速制御や電力消費量節減に貢献できる電動機として、同期電動機が広く採用されている。例えば近年のエアコンや給湯器などのファンモータとして使用されている。これらの用途では、低騒音、低振動であることが求められており、この達成のために正弦波状の誘起電圧波形となるように設計がされている。   Synchronous motors are widely used as motors that can contribute to a wide range of variable speed control and power consumption. For example, it is used as a fan motor for recent air conditioners and water heaters. In these applications, low noise and low vibration are required, and in order to achieve this, it is designed to have a sinusoidal induced voltage waveform.

然しながら、同期電動機の製造バラツキなどに起因し、5次や7次の高調波成分が重畳してくる。また同期電動機に接続されるファンについても、ファンの製造バラツキなどに起因して負荷トルクが一定とならずにトルク振動の要因となっている。   However, the fifth-order and seventh-order harmonic components are superimposed due to manufacturing variations of the synchronous motor. Further, the fan connected to the synchronous motor also causes torque vibration because the load torque is not constant due to manufacturing variations of the fan.

これらのいわゆるトルクリプルの低減策について、従来から多くの検討がなされている。例えば非特許文献1、2では、同期電動機を家電製品向けなどの比較的小容量機器に適用するときの、トルクリプルの低減策も考慮した簡便なベクトル制御手法を紹介している。   Many studies have been made on these so-called torque ripple reduction measures. For example, Non-Patent Documents 1 and 2 introduce a simple vector control method that takes into account a reduction measure of torque ripple when the synchronous motor is applied to a relatively small capacity device such as a home appliance.

また非特許文献3には、電動機の誘起電圧定数の5次や7次の高調波成分を測定し,トルクリプルを打ち消すよう電流制御を行うことで低減化が図られているが、製造バラツキや温度などの動作環境上のバラツキが発生した場合に、トルクリプルが増幅され騒音、振動に繋がるという課題が提起されている。   In Non-Patent Document 3, the fifth-order and seventh-order harmonic components of the induced voltage constant of the motor are measured, and the current control is performed to cancel the torque ripple. When variations in the operating environment such as the above occur, there is a problem that the torque ripple is amplified and leads to noise and vibration.

「家電機器向け位置センサレス永久磁石同期モータの簡易ベクトル制御」電学論D、vol.124,no11,1133頁−1140頁、2004年“Simple vector control of a position sensorless permanent magnet synchronous motor for home appliances”, D. Vol. 124, no11, pages 1133 to 1140, 2004 「適応的な誘起電圧定数の調整を用いた永久磁石同期モータの位置センサレス簡易ベクトル制御」電学論D、vol.129,no4,406頁−414頁、2009年“Position sensorless simple vector control of permanent magnet synchronous motor using adaptive adjustment of induced voltage constant”, D. Vol. 129, no 4, pages 406-414, 2009 「誘起電圧が歪んでいるIPMSMのトルクリプル低減法に関する研究」横浜国立大学修士論文、2008年"Study on torque ripple reduction method for IPMSM with distorted induced voltage", Master's thesis, Yokohama National University, 2008

このように同期電動機を用いた場合のトルクリプル低減について種々の解析や提案がされている。   As described above, various analyzes and proposals have been made for reducing torque ripple when using a synchronous motor.

然しながら、同期電動機ばかりでなく同期電動機に駆動される負荷(例えばエアコンや給湯器などのファン)の挙動、製造上のばらつきも含めた形での検討までを行っているものは少ない。また同期電動機を家電製品向けなどの比較的小容量機器に適用するときには、簡便な装置構成を実現するために位置センサレスに対応できるものである必要が有る。   However, not only a synchronous motor but also few studies have been made in consideration of the behavior of a load driven by the synchronous motor (for example, a fan such as an air conditioner or a water heater) and manufacturing variations. In addition, when the synchronous motor is applied to a relatively small-capacity device such as for home appliances, it is necessary to be able to cope with a position sensorless in order to realize a simple device configuration.

以上のことから本発明においては、同期電動機および同期電動機に接続される負荷の製造ばらつきや環境上のばらつきに起因するトルクリプルを低減できる実用的な同期電動機の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。   From the above, the present invention provides a practical synchronous motor control device and control method capable of reducing torque ripple caused by manufacturing variations and environmental variations of the load connected to the synchronous motor and the synchronous motor. Objective.

本発明においては、インバータを含む電力変換回路から三相交流を供給される同期電動機の制御装置において、同期電動機のdq軸電流を求めるdq軸電流算出手段と、dq軸電流算出手段の出力からq軸電流指令値を得るq軸電流指令作成器と、q軸電流指令値を用いてq軸電圧指令値を与える電圧指令値作成器と、電圧指令値作成器の出力からインバータを駆動する為の三相交流電圧指令値を得る変換回路と、同期電動機の誘起電圧高調波とトルクリプルを推定し、トルクリプルを低減する為の補償信号を求めるトルクリプル低減制御器とを備え、補償信号によりq軸電圧指令値を修正することを特徴とする。   In the present invention, in a control apparatus for a synchronous motor that is supplied with a three-phase alternating current from a power conversion circuit including an inverter, a dq-axis current calculation means for obtaining a dq-axis current of the synchronous motor, and an output from the dq-axis current calculation means Q-axis current command generator for obtaining the axis current command value, voltage command value generator for giving q-axis voltage command value using the q-axis current command value, and driving the inverter from the output of the voltage command value generator A conversion circuit that obtains a three-phase AC voltage command value, and a torque ripple reduction controller that estimates the induced voltage harmonics and torque ripple of the synchronous motor and obtains a compensation signal for reducing the torque ripple. It is characterized by correcting the value.

また補償信号を、電圧指令値作成器から得られたq軸電圧指令値に加算することを特徴とする。   The compensation signal is added to the q-axis voltage command value obtained from the voltage command value generator.

また補償信号を、q軸電流指令作成器から得られたq軸電流指令値から減ずることを特徴とする。   The compensation signal is reduced from the q-axis current command value obtained from the q-axis current command generator.

また補償信号を、電圧指令値作成器から得られたq軸電圧指令値に加算し、補償信号を、q軸電流指令作成器から得られたq軸電流指令値から減ずることを特徴とする。   The compensation signal is added to the q-axis voltage command value obtained from the voltage command value creator, and the compensation signal is subtracted from the q-axis current command value obtained from the q-axis current command creator.

またdq軸電流算出手段は、同期電動機の交流電流を用いてdq軸電流を算出することを特徴とする。   The dq-axis current calculating means calculates the dq-axis current using the alternating current of the synchronous motor.

またdq軸電流算出手段は、電力変換回路のインバータに流れ込む直流電流を用いてdq軸電流を算出することを特徴とする。   The dq-axis current calculating means calculates the dq-axis current using a direct current flowing into the inverter of the power conversion circuit.

本発明においては、インバータを含む電力変換回路から三相交流を供給される同期電動機の制御方法において、同期電動機のq軸電流指令値を用いてq軸電圧指令値を得、q軸電圧指令値からインバータを駆動する為の三相交流電圧指令値を得るとともに、同期電動機の誘起電圧高調波とトルクリプルからトルクリプルを低減する為の補償信号を算出し、これによりq軸電圧指令値を修正することを特徴とする。   In the present invention, in a control method for a synchronous motor that is supplied with three-phase alternating current from a power conversion circuit including an inverter, a q-axis voltage command value is obtained using a q-axis current command value of the synchronous motor, and a q-axis voltage command value is obtained. A three-phase AC voltage command value for driving the inverter is obtained from the motor, and a compensation signal for reducing the torque ripple is calculated from the induced voltage harmonics and torque ripple of the synchronous motor, thereby correcting the q-axis voltage command value. It is characterized by.

本発明によれば、トルクリプルを低減できるので、同期電動機および同期電動機に接続される負荷の製造ばらつきや環境上のばらつきの影響を受けない実用的な同期電動機の制御装置及び制御方法を得ることができる。   According to the present invention, since torque ripple can be reduced, it is possible to obtain a practical synchronous motor control device and control method that are not affected by manufacturing variations of the synchronous motor and loads connected to the synchronous motor and environmental variations. it can.

本発明に係る位置センサレス簡易ベクトル制御装置の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the position sensorless simple vector control apparatus which concerns on this invention. 永久磁石同期電動機の位置センサレス簡易ベクトル制御装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the position sensorless simple vector control apparatus of a permanent-magnet synchronous motor. 電力変換装置6の典型的な回路構成を示した図。The figure which showed the typical circuit structure of the power converter device 6. FIG. α、β座標系と、d、q座標系の関係を静止して表示した図。The figure which displayed the relationship of (alpha) and (beta) coordinate system and d and q coordinate system stationary. 効果検証のために設定した各種係数の具体数値を示す図。The figure which shows the specific numerical value of the various coefficients set for effect verification. 図5の条件で計測したトルクリプルの実際の値と、推定値を示した図。The figure which showed the actual value and estimated value of the torque ripple measured on the conditions of FIG. 図2による制御のときの観測されたトルクリプルを示した図。The figure which showed the torque ripple observed at the time of control by FIG. 図1による制御のときの観測されたトルクリプルを示した図。The figure which showed the observed torque ripple at the time of control by FIG. 図2による制御のときのトルクリプルの発生次数別大きさを示した図。The figure which showed the magnitude | size according to the generation order of the torque ripple at the time of control by FIG. 図1による制御のときのトルクリプルの発生次数別大きさを示した図。The figure which showed the magnitude | size according to the generation order of the torque ripple at the time of control by FIG. 本発明実施前後の各部信号波形を対比して示した図。The figure which contrasted and showed each part signal waveform before and after implementation of this invention. 電動機制御装置をソフト的に実現するときのフローチャートを示す図。The figure which shows a flowchart when implement | achieving an electric motor control apparatus in software. 直流電流を直流電流検出器で検出するタイプの同期電動機を示す図。The figure which shows the synchronous motor of the type which detects a direct current with a direct current detector. 直流電流を利用する本発明の代案を示す図。The figure which shows the alternative of this invention using a direct current. 直流電流を利用する本発明の代案を示す図。The figure which shows the alternative of this invention using a direct current.

以下本発明の実施例について詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail below.

本発明は要するに、誘起電圧高調波の波形とトルクリプルの波形とが非常に近似しているという発見に基づいて成されたものである。このことから誘起電圧高調波とトルクリプルをそれぞれ理論式から推定し、推定値の比を既存の制御装置に反映させることでトルクリプルを低減させている。   In short, the present invention is based on the discovery that the waveform of the induced voltage harmonic and the waveform of the torque ripple are very close. From this, the induced voltage harmonic and the torque ripple are estimated from theoretical equations, respectively, and the torque ripple is reduced by reflecting the ratio of the estimated values in the existing control device.

このため以下の説明においては、まず従来装置における挙動を説明し、その後に本発明装置における挙動を説明する。さらにその後に位置センサレスの観点からの幾つかの実施例について説明する。   For this reason, in the following description, the behavior in the conventional apparatus will be described first, and then the behavior in the apparatus of the present invention will be described. Further, several embodiments from the viewpoint of position sensorless will be described later.

最初に従来装置における挙動を説明する。まず、同期電動機について説明する。この場合の同期電動機は、永久磁石同期電動機(PMSM:permanent magnet synchronous motor)である。   First, the behavior in the conventional apparatus will be described. First, the synchronous motor will be described. The synchronous motor in this case is a permanent magnet synchronous motor (PMSM).

トルクリプルに対する影響が大きいと考えられる5次、7次の磁束高調波を考慮した永久磁石同期電動機PMSMのdq軸方程式を(1)式に示している。   Equation (1) shows the dq axis equation of the permanent magnet synchronous motor PMSM in consideration of the fifth and seventh order magnetic flux harmonics that are considered to have a great influence on the torque ripple.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

但し、(1)式右辺の第1項において、vdはd軸電圧、vqはq軸電圧、Rは巻線抵抗、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、idはd軸電流、iqはq軸電流、ωは電気角速度を表している。   However, in the first term on the right side of equation (1), vd is a d-axis voltage, vq is a q-axis voltage, R is a winding resistance, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, id is a d-axis current, iq Represents a q-axis current, and ω represents an electrical angular velocity.

また(1)式右辺の第2項において、Kは誘起電圧定数である。Kに付した1,5,7の数値は、1次、5次、7次の次数を表している。同じくKに付した「s」と「c」は、sin成分とcos成分であることを意味している。従って「KE1s」は、誘起電圧1次サイン成分であることを表している。θは電圧、電流間の位相差である。なお以下特に説明しないが、各種記号に下付文字として付した記号や数値についても、以上の表記に従うものとする。 In the second term of (1) the right side, K E is the induced voltage constant. Figures 1, 5, and 7, which were subjected to K E represents 1, fifth, and seventh order of degree. "C" also were subjected to K E and "s" means that the sin component and cos component. Therefore, “K E1s ” represents an induced voltage primary sine component. θ is the phase difference between voltage and current. Although not specifically described below, symbols and numerical values attached as subscripts to various symbols shall follow the above notation.

またこの永久磁石同期電動機PMSMのトルクに関して、(2)式が成立している。但し、Teは主トルク、Pnは極対数である。   Further, regarding the torque of the permanent magnet synchronous motor PMSM, the formula (2) is established. However, Te is main torque and Pn is the number of pole pairs.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

なお(2)式において、電流id、iqに上付き文字のダッシュを付した記号i´d、i´qは、(3)(4)式で表される。式中のiα、iβは、三相交流を直交するα軸とβ軸成分からなる二相に変換した二軸電流を意味する。 Note (2) below, the current id, symbols marked with dash superscript iq i 'd, i' q is expressed by (3) (4). Iα and iβ in the equation mean a biaxial current obtained by converting a three-phase alternating current into a two-phase composed of orthogonal α-axis and β-axis components.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

Figure 2013150498
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次に、この永久磁石同期電動機PMSMの位置センサレス簡易ベクトル制御装置の従来における構成について説明する。図2は典型的な永久磁石同期電動機PMSMの位置センサレス簡易ベクトル制御装置の一例を示している。   Next, a conventional configuration of the position sensorless simple vector control device of the permanent magnet synchronous motor PMSM will be described. FIG. 2 shows an example of a position sensorless simple vector control device of a typical permanent magnet synchronous motor PMSM.

図2において8が永久磁石同期電動機PMSMであり、2が電動機制御装置を表している。また6は例えばコンバータとインバータで構成される電力変換回路であり、電力変換回路6と同期電動機8によりいわゆる電力主回路を構成する。電動機制御部4の出力により同期電動機8に与える三相電圧値Vu,Vv,Vwが、大きさ、周波数が可変の電圧に制御される。   In FIG. 2, 8 is a permanent magnet synchronous motor PMSM, and 2 is a motor control device. Reference numeral 6 denotes a power conversion circuit composed of, for example, a converter and an inverter. The power conversion circuit 6 and the synchronous motor 8 constitute a so-called power main circuit. The three-phase voltage values Vu, Vv, and Vw given to the synchronous motor 8 by the output of the motor control unit 4 are controlled to voltages whose magnitude and frequency are variable.

なお、図3は電力変換装置6の典型的な回路構成を示したものである。電力変換装置6はインバータ主回路3と、コンバータによる直流電源1と、ゲート駆動回路11で構成されている。このうちインバータ主回路3は、逆並列ダイオードDと並列接続された変換素子Tで構成された回路を2組直列接続してアームを構成する。かつ3組のアームが、コンバータによる直流電源1の正負端子間に並列接続されている。同期電動機8の3相は、3組のアームの接続点hに接続されている。ゲート駆動回路11は、同期電動機8に与える三相電圧値Vu,Vv,Vwの指令値Vu,Vv,Vwに応じて、インバータ主回路3の6組の変換回路Tの点弧位相を駆動する。 FIG. 3 shows a typical circuit configuration of the power converter 6. The power conversion device 6 includes an inverter main circuit 3, a DC power source 1 using a converter, and a gate drive circuit 11. Among them, the inverter main circuit 3 constitutes an arm by serially connecting two sets of circuits composed of conversion elements T connected in parallel with the antiparallel diode D. And three sets of arms are connected in parallel between the positive and negative terminals of the DC power source 1 by the converter. The three phases of the synchronous motor 8 are connected to the connection point h of the three sets of arms. The gate drive circuit 11 has six conversion circuits T of the inverter main circuit 3 according to the command values V * u, V * v, V * w of the three-phase voltage values Vu, Vv, Vw applied to the synchronous motor 8. Drive the ignition phase.

図2、図3に示すように、ここで使用する同期電動機8は、位置センサを備えていない形式のものであり、同期電動機8の制御のために電流検出器7a,7bから三相のうちの適宜の2相の電流iu,ivが電動機制御部4に入力されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the synchronous motor 8 used here is of a type that does not include a position sensor, and for controlling the synchronous motor 8, out of the three phases from the current detectors 7 a and 7 b. The appropriate two-phase currents iu and iv are input to the motor control unit 4.

図2に戻り、電動機制御部4は、同期電動機8の制御のために三相交流電流iu,iv以外に、インバータ角速度指令値ω1、d軸電流指令生成器49の出力であるd軸電流指令値idを入力する。そして最終的に、同期電動機8に対して電力主回路の三相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwを出力する。 Returning to FIG. 2, the motor control unit 4 controls the synchronous motor 8 in addition to the three-phase AC currents iu and iv, the inverter angular velocity command value ω * 1, and the d-axis current command generator 49 output d-axis. Input the current command value i * d. Finally, the three-phase AC voltage command values V * u, V * v, and V * w of the power main circuit are output to the synchronous motor 8.

電動機制御部4では、三相/dq変換回路41において、三相交流電流iu,ivからd軸電流とq軸電流の検出値idc,iqcを得る。この変換では、変換の過程で二軸成分(α、β軸)に変換するが、このときのα軸からみたdc軸角度θdcを基準位相として変換を行う。なお、この考え方については後述する。   In the motor control unit 4, the three-phase / dq conversion circuit 41 obtains the detected values idc and iqc of the d-axis current and the q-axis current from the three-phase alternating currents iu and iv. In this conversion, conversion into a biaxial component (α, β axis) is performed in the conversion process, and the conversion is performed using the dc axis angle θdc viewed from the α axis at this time as a reference phase. This concept will be described later.

次いでq軸電流指令生成器44において、q軸電流の検出値iqcを用いてq軸電流指令値iqを算出する。ここでq軸電流指令生成器44は例えば一次遅れ回路で構成され、(5)式の一次遅れ演算で導出される。なお、T1qは遅れ時定数である。 Next, the q-axis current command generator 44 calculates the q-axis current command value i * q using the detected value iqc of the q-axis current. Here, the q-axis current command generator 44 is composed of, for example, a first-order lag circuit, and is derived by a first-order lag calculation of equation (5). T1q is a delay time constant.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

電圧指令値作成器48は、入力したインバータ角速度指令値ω1、d軸電流指令生成器49の出力であるd軸電流指令値id、ならびに演算により求めたq軸電流指令値iqからdq軸電圧指令値Vdc,Vqcを(6)式により算出する。 The voltage command value generator 48 receives the input inverter angular velocity command value ω * 1, the d-axis current command value i * d which is the output of the d-axis current command generator 49, and the q-axis current command value i * obtained by calculation . dq-axis voltage command values V * dc and V * qc are calculated from q using equation (6).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

尚、(6)式の演算に使用する情報を表す記号は、既に説明済みのものである。唯一これら記号に上付き文字としてアスタリスク「*」を付した点で相違しているが、これは設定値である。   In addition, the symbol showing the information used for calculation of (6) Formula has already been demonstrated. The only difference is that these symbols are marked with an asterisk “*” as a superscript, but this is a set value.

また(6)式の演算にはd軸電流設定値idが使用されているが、ここで対象とするのは表面着磁永久磁石同期電動機(SPMSM:surfes permanent magnet synchronous motor)なので、(7)式のようにゼロとして取り扱う。 In addition, the d-axis current set value i * d is used in the calculation of the equation (6). Since the target is a surface-permanent permanent magnet synchronous motor (SPMSM), ( 7) Treat as zero as shown in the equation.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

電圧指令値作成器49で求められたdq軸電圧指令値Vdc,Vqcは、dq/三相変換回路50において電力主回路の三相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換される。このようにして、電動機制御部4の出力により同期電動機8に与える三相電圧値Vu,Vv,Vwは大きさ、周波数が可変の電圧に制御される。なお、dq/三相変換回路50での変換過程においても、α軸からみたdc軸角度θdcを基準位相として変換を行う。 The dq axis voltage command values V * dc and V * qc obtained by the voltage command value generator 49 are the three-phase AC voltage command values V * u, V * v, Converted to V * w. In this way, the three-phase voltage values Vu, Vv, Vw given to the synchronous motor 8 by the output of the motor control unit 4 are controlled to voltages whose magnitude and frequency are variable. In the conversion process in the dq / three-phase conversion circuit 50, the conversion is performed using the dc axis angle θdc viewed from the α axis as a reference phase.

このα軸からみたdc軸角度θdcは、以下の処理により求められる。まず、軸誤差演算器45において、軸誤差Δθを(8)式により演算する。この演算のために、三相/dq変換回路41で求めたd軸電流とq軸電流の検出値idc,iqcを使用する。また電圧指令値作成器49で求めたdq軸電圧指令値Vdc,Vqcを使用する。ここでは(8)式により軸誤差Δθを導出している。 The dc axis angle θdc viewed from the α axis is obtained by the following process. First, in the axis error calculator 45, the axis error Δθ is calculated by the equation (8). For this calculation, the detected values idc and iqc of the d-axis current and the q-axis current obtained by the three-phase / dq conversion circuit 41 are used. The dq axis voltage command values V * dc and V * qc obtained by the voltage command value generator 49 are used. Here, the axis error Δθ is derived from the equation (8).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

ここで、以後の説明に入る前に図4を用いて軸誤差Δθについて説明を加えておく。図4には、電力主回路の固定子巻線に流れる3相電流を二相変換した直交座標であるα、β座標系と、d、q座標系の関係を静止して表示している。この図でd、q、α、βとあるのは、d軸、q軸、α軸、β軸を示している。また、dc、qcは推定d軸、推定q軸であり、本来dの位置にあるべきd軸がdcの位置にずれて運転している状態を表している。このd軸(d)と推定d軸(dc)の成す角度が軸誤差Δθであり、本来はこの軸誤差Δθを零とすべきである。なお、α軸(α)と推定d軸(dc)の成す角度がα軸からみたdc軸角度θdcである。   Here, before entering the following description, the axis error Δθ will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the relationship between the α and β coordinate systems, which are orthogonal coordinates obtained by two-phase conversion of the three-phase current flowing in the stator winding of the power main circuit, and the d and q coordinate systems is displayed statically. In this figure, d, q, α, and β indicate the d-axis, q-axis, α-axis, and β-axis. In addition, dc and qc are an estimated d-axis and an estimated q-axis, respectively, and represent a state in which the d-axis that should originally be at the position d is shifted to the position dc. The angle formed by the d-axis (d) and the estimated d-axis (dc) is the axial error Δθ, and this axial error Δθ should be zero. The angle formed by the α axis (α) and the estimated d axis (dc) is the dc axis angle θdc viewed from the α axis.

PLL制御器46(phase lock loop)は発信器であり、この出力としては角周波数の調整値Δω1を与える。角周波数の調整値Δω1は、入力したインバータ角速度指令値(周波数指令値)ω1と加算回路ad1で加算されてインバータ周波数ω1を得る。 A PLL controller 46 (phase lock loop) is a transmitter, and an angular frequency adjustment value Δω1 is given as an output thereof. The adjustment value Δω1 of the angular frequency is added to the input inverter angular velocity command value (frequency command value) ω * 1 by the addition circuit ad1 to obtain the inverter frequency ω1.

dq/三相変換回路50あるいは三相/dq変換回路41において使用されるα軸からみたdc軸角度θdcは、積分器47においてインバータ周波数ω1を積分して求める。   The dc axis angle θdc viewed from the α axis used in the dq / three-phase conversion circuit 50 or the three-phase / dq conversion circuit 41 is obtained by integrating the inverter frequency ω1 in the integrator 47.

軸誤差演算器45、PLL制御器46、加算回路ad1、積分器47により構成されるこれらの回路は、要するに軸誤差Δθを零とするようにα軸からみたdc軸角度θdcを調整したものである。この回路により軸誤差Δθが正値の場合には仮想軸の速度(インバータ周波数ω1)を上げ、軸誤差Δθが負値の場合には仮想軸の速度(インバータ周波数ω1)を下げるように制御している。   These circuits constituted by the axis error calculator 45, the PLL controller 46, the adder ad1, and the integrator 47 are obtained by adjusting the dc axis angle θdc viewed from the α axis so that the axis error Δθ is zero. is there. This circuit controls to increase the speed of the virtual axis (inverter frequency ω1) when the axis error Δθ is positive, and to decrease the speed of the virtual axis (inverter frequency ω1) when the axis error Δθ is negative. ing.

これを実現するためにPLL制御器46では、(9)式により軸誤差Δθに比例する角周波数の調整値Δω1を算出している。なお、Kpsは比例ゲインである。   In order to realize this, the PLL controller 46 calculates an angular frequency adjustment value Δω1 proportional to the axis error Δθ by the equation (9). Kps is a proportional gain.

Figure 2013150498
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加算器ad1では(10)式を実行している。   The adder ad1 executes equation (10).

Figure 2013150498
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積分器47では(11)式を実行し、ベクトル制御に必要なdc軸位相θdcを求めている。   The integrator 47 executes equation (11) to obtain the dc axis phase θdc necessary for vector control.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

なお、(9)式の比例ゲインKpsは(12)式により定めている。   The proportional gain Kps in equation (9) is determined by equation (12).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

従来の永久磁石同期電動機PMSM、並びに電動機制御装置2は以上説明したように構成されている。この従来装置におけるトルクリプル低減対策は、前述した永久磁石同期電動機PMSMのトルク式である(2)式に着目し、q軸電流iqを制御することで主トルクTeを一定に制御している。具体的には、(13)式に示すようにq軸電流設定iqを、i*´qに修正することでトルクリプルを抑制している。この式の考え方は、磁束高調波成分により発生しているトルクリプルを、電流制御を行うことで磁束によるトルクリプル分を打ち消そうという考え方である。 The conventional permanent magnet synchronous motor PMSM and the motor control device 2 are configured as described above. As a countermeasure against torque ripple reduction in this conventional apparatus, the main torque Te is controlled to be constant by controlling the q-axis current iq by paying attention to the equation (2) which is the torque equation of the permanent magnet synchronous motor PMSM described above. Specifically, torque ripple is suppressed by correcting the q-axis current setting i * q to i * ′ q as shown in the equation (13). The idea of this equation is that the torque ripple generated by the magnetic flux harmonic component is controlled by current control to cancel the torque ripple caused by the magnetic flux.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

なお、(13)式中のi´d5,i´q5は(14)式、i´d7,i´q7は(15)式に表されている。 Incidentally, (13) i in the formula 'd5, i' q5 is (14), i 'd7, i' q7 is represented in (15).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

Figure 2013150498
Figure 2013150498

これに対し本発明でのトルクリプル低減は、誘起電圧高調波の波形とトルクリプルの波形とが非常に近似しているという発見に基づき成されている。このため、本発明での実施例の説明の前に、誘起電圧高調波の波形とトルクリプルの波形とが非常に近似していることを説明する。   On the other hand, the torque ripple reduction in the present invention is based on the discovery that the waveform of the induced voltage harmonic and the waveform of the torque ripple are very close. For this reason, before describing the embodiment of the present invention, it will be described that the waveform of the induced voltage harmonic and the waveform of the torque ripple are very approximate.

先に説明した永久磁石同期電動機PMSMのdq軸方程式(1)において、d
q軸の誘起電圧高調波成分ed6,eq6は、(16)式で求められる。
In the dq axis equation (1) of the permanent magnet synchronous motor PMSM described above, d
The q-axis induced voltage harmonic components ed6 and eq6 are obtained by the equation (16).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

また永久磁石同期電動機PMSMのトルク方程式(2)において、トルクリプル成分T6は(17)式で求められる。   Further, in the torque equation (2) of the permanent magnet synchronous motor PMSM, the torque ripple component T6 is obtained by the equation (17).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

なお、以下の説明を進めるに当り、dq軸電流id,iqと、二軸電流iα、iβの間では、(18)、(19)、(20)式が成立している。   In the following description, the equations (18), (19), and (20) are established between the dq axis currents id and iq and the biaxial currents iα and iβ.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

Figure 2013150498
Figure 2013150498

Figure 2013150498
Figure 2013150498

ここで通常は、q軸電流iqは、d軸電流idに対して非常に大きいことから(18)式は(21)式のように表すことができる。また、この結果を用いて(19)(20)式を整理すると、(22)式で表現できる。   Here, since the q-axis current iq is usually very large with respect to the d-axis current id, the equation (18) can be expressed as the equation (21). Further, by organizing the equations (19) and (20) using this result, it can be expressed by the equation (22).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

Figure 2013150498
Figure 2013150498

(22)式を(17)式に代入すると、トルクリプルの式は(23)式のように表すことができる。   By substituting equation (22) into equation (17), the torque ripple equation can be expressed as equation (23).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

(23)式を(16)式のq軸の誘起電圧高調波成分eq6の項と比較すると、非常に近い形をしている。7次cos成分を無視すれば位相が完全一致する。   When the equation (23) is compared with the term of the induced voltage harmonic component eq6 of the q axis in the equation (16), the shape is very close. If the seventh-order cosine component is ignored, the phases are completely matched.

このことから最初に述べたように、誘起電圧高調波の波形とトルクリプルの波形とが非常に近似していることが理解できる。従って、このq軸の誘起電圧高調波成分eq6を用いることで、以下の式により近似的にトルクリプル成分を得ることができる。またトルクリプル成分を打ち消す方向に制御してやることでトルクリプルが低減できる。   From this, it can be understood that the waveform of the induced voltage harmonic and the waveform of the torque ripple are very close as described above. Therefore, by using this q-axis induced voltage harmonic component eq6, a torque ripple component can be approximately obtained by the following equation. Further, torque ripple can be reduced by controlling the direction to cancel the torque ripple component.

トルクリプルT6は、q軸の誘起電圧高調波成分eq6を用いて(24)式で表される。   Torque ripple T6 is expressed by equation (24) using q-axis induced voltage harmonic component eq6.

Figure 2013150498
Figure 2013150498

q軸の誘起電圧高調波成分eq6は、(25)式で求めることができる。   The q-axis induced voltage harmonic component eq6 can be obtained by equation (25).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

また、電流補正値iq6Tは(25)式で求めることができる。   Further, the current correction value iq6T can be obtained by equation (25).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

以下、上記知見を反映した本発明に係る位置センサレス簡易ベクトル制御装置の構成について図1で説明する。但しこの例では交流電流を検知する例で示している。   Hereinafter, the configuration of the position sensorless simple vector control apparatus according to the present invention reflecting the above knowledge will be described with reference to FIG. However, this example shows an example in which an alternating current is detected.

図1の構成は基本的に図2の従来構成を踏襲したものであり、太線で示した回路部分が追加されている点で相違する。このうち、トルクリプル低減制御器42は、(25)式の電流補正値iq6Tを算出する。電流補正値iq6Tは、q軸の誘起電圧高調波成分eq6とトルクリプルが近似することから求めたものであり、これにより最終的にはq軸電圧指令値Vqcを修正する。 The configuration of FIG. 1 basically follows the conventional configuration of FIG. 2, and is different in that a circuit portion indicated by a thick line is added. Among these, the torque ripple reduction controller 42 calculates the current correction value iq6T of the equation (25). The current correction value iq6T is obtained from the approximation of the q-axis induced voltage harmonic component eq6 and the torque ripple, and finally corrects the q-axis voltage command value V * qc.

電流補正値iq6Tを算出するためにここで使用されるデータの多くは設定値として予め与えられた既値である。実際に時々刻々の演算に使用されるデータは、三相/dq変換回路41において求めたd軸電流とq軸電流の検出値idc,iqcと、電圧指令値作成器48からのq軸電圧指令値Vqcと、インバータ角速度指令値ω1である。 Most of the data used here for calculating the current correction value iq6T is an existing value given in advance as a set value. The data actually used for every moment is the d-axis current and q-axis current detection values idc and iqc obtained in the three-phase / dq conversion circuit 41, and the q-axis voltage command from the voltage command value generator 48. The value V * qc and the inverter angular velocity command value ω * 1.

本発明では、q軸の誘起電圧高調波成分eq6とトルクリプルが近似することから求めた電流補正値iq6Tをq軸電圧指令値Vqcに反映させるに当り、上流側から補正する第1の手法と、下流側で補正する第2の手法がある。さらには、図1に示すように第1の手法と第2の手法を併用する。 In the present invention, the first method of correcting the current correction value iq6T obtained from the approximation of the q-axis induced voltage harmonic component eq6 and the torque ripple to the q-axis voltage command value V * qc from the upstream side. And there is a second method of correcting on the downstream side. Furthermore, as shown in FIG. 1, the first method and the second method are used in combination.

具体的には上流での第1の手法は、電圧指令値作成器48に与えるq軸電流指令値iqに電流補正値iq6Tを加味するものである。減算回路sbでiqからiq6Tを差し引いてi*´qを求め、これを電圧指令値作成器48における(6)式の演算処理に用いる。 Specifically, the first method upstream is to add the current correction value iq6T to the q-axis current command value i * q given to the voltage command value generator 48. The subtracting circuit sb subtracts iq6T from i * q to obtain i * ′ q, which is used for the calculation processing of the equation (6) in the voltage command value generator 48.

但し、簡易センサレス電圧指令演算では、電流微分項を無視する近似を用いているため、上流からq軸電流指令値iqを補正するのみでは応答感度が低い。そこで下流側で補正する第2の手法が有効になる。 However, since the simple sensorless voltage command calculation uses an approximation that ignores the current differential term, the response sensitivity is low only by correcting the q-axis current command value i * q from the upstream. Therefore, the second method of correcting on the downstream side is effective.

第2の手法では、トルクリプル低減電圧補償器43において電流補正値iq6Tから電圧補正値ΔVqcを導出する。電圧補正値ΔVqcは、加算回路ad2においてq軸電圧指令値Vqcに加算されてV*´qcとして、dq/三相変換回路50での変換に使用される。トルクリプル低減電圧補償器43においては、比例微分機能を有するので応答性が改善される。 In the second method, the torque ripple reduction voltage compensator 43 derives the voltage correction value ΔV * qc from the current correction value iq6T. The voltage correction value ΔV * qc is added to the q-axis voltage command value V * qc in the adder circuit ad2 to be used as V * ′ qc for conversion in the dq / three-phase conversion circuit 50. Since the torque ripple reduction voltage compensator 43 has a proportional differential function, the response is improved.

第1の手法と第2の手法を併用する場合には、第2の手法による過渡応答性と、第1の手法による長期での安定性がともに達成できる。   When the first method and the second method are used in combination, both transient response by the second method and long-term stability by the first method can be achieved.

なお、電圧指令演算は(27)式により行われる。   The voltage command calculation is performed by equation (27).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

また、電流補正値は(28)式により求められる。   Further, the current correction value is obtained by the equation (28).

Figure 2013150498
Figure 2013150498

次に本発明の効果を具体的に検証した結果について説明する。まず図5は、設定した各種係数の具体数値を示す図である。図6は、この条件で計測したトルクリプルの実際の値Taと、推定値Tbを示した図である。この波形を見ると、推定値は振幅及び位相をほぼ性格に推定できていることが見て取れる。   Next, the results of concrete verification of the effects of the present invention will be described. First, FIG. 5 is a diagram showing specific numerical values of various set coefficients. FIG. 6 is a diagram showing the actual value Ta of the torque ripple measured under these conditions and the estimated value Tb. Looking at this waveform, it can be seen that the estimated value is able to estimate the amplitude and phase almost exactly.

図7は図2による制御のときの観測されたトルクリプル、図8は図1による制御のときの観測されたトルクリプルをそれぞれ示している。図7は、従来のトルクリプル低減制御を反映した結果であるが、それでも図8の結果と比較すると大きなトルクリプルが生じていることが判る。   FIG. 7 shows the observed torque ripple during the control according to FIG. 2, and FIG. 8 shows the observed torque ripple during the control according to FIG. FIG. 7 shows the result of reflecting the conventional torque ripple reduction control. However, it can be seen that a large torque ripple still occurs as compared with the result of FIG.

また、このトルクリプルの大きさを発生次数ごとに比較したものが図9、図10である。いずれも6次調波(定格周波数:56Hz)であるが、図9の従来に比して図10の本発明では50%の振幅に低減されていることがわかる。   FIG. 9 and FIG. 10 compare the magnitudes of the torque ripples for each generation order. Although both are 6th harmonics (rated frequency: 56 Hz), it can be seen that the present invention of FIG. 10 reduces the amplitude to 50% compared to the conventional case of FIG.

また図11は、本発明実施前後の各部信号波形を対比して示した図である。左側に本発明実施後、右側に実施前の信号波形を示している。なお左側の実施前で対応する信号波形が存在しない部分は空白としている。   FIG. 11 is a diagram showing the signal waveforms of the respective parts before and after implementation of the present invention. The left side shows the signal waveform after the present invention is implemented, and the right side is before the implementation. Note that the portion on the left side where the corresponding signal waveform does not exist is left blank.

まず、q軸電流指令生成器44からのq軸電流指令値iqは、いずれも同じであり、ほぼ一定値である。本発明実施後では、上流側対策として修正されたq軸電流指令値i*´qを用いるが、この値はトルクリプルを模擬している信号を含むために、周期的な変動成分を含む。この結果、実施後では電圧指令値作成器49で求められたq軸電圧指令値Vqc自身が周期的な変動成分を含む。 First, the q-axis current command values i * q from the q-axis current command generator 44 are the same and are substantially constant values. After implementation of the present invention, the q-axis current command value i * ′ q corrected as an upstream measure is used, but this value includes a signal simulating torque ripple, and thus includes a periodic fluctuation component. As a result, after execution, the q-axis voltage command value V * qc obtained by the voltage command value generator 49 itself includes a periodic fluctuation component.

次に電圧指令値作成器49で求められたq軸電圧指令値Vqcについて説明すると、これは、実施前は一定値とする。実施後は下流側対策として修正されたq軸電流指令値i*´qを用いる。これにより修正されたq軸電流指令値i*´qは、更に強調された周期的な変動成分を含む。 Next, the q-axis voltage command value V * qc obtained by the voltage command value generator 49 will be described. This is a constant value before implementation. After implementation, the q-axis current command value i * ′ q is used as a downstream countermeasure. The q-axis current command value i * ′ q thus corrected includes a further emphasized periodic fluctuation component.

これらの結果として、トルクTeの変動は大きく抑制されることになる。   As a result, the fluctuation of the torque Te is greatly suppressed.

図12は、図1の電動機制御装置をディジタル回路でソフト的に実現するときの処理フローチャートを示す図である。ここではまず処理ステップS101において、インバータ起動条件が成立していることを確認する。起動条件成立により処理ステップS102以降の処理に入る。   FIG. 12 is a diagram showing a processing flowchart when the motor control device of FIG. 1 is realized by software in a digital circuit. Here, first, in processing step S101, it is confirmed that the inverter starting condition is satisfied. The processing after processing step S102 is entered when the activation condition is satisfied.

処理ステップS102では、速度偏差Δωを算出する。処理ステップS103では、速度偏差Δωが所定の範囲内にあるときのみ、以後のトルクリプル低減処理に入り、それ以外の時にはトルクリプル低減処理を実行しない。この判断は、速度偏差Δωが所定の範囲外にあるときには同期電動機の運転が不安定であり、不用意に制御を行うことで脱調の恐れがあることによる。   In process step S102, a speed deviation Δω is calculated. In process step S103, only when the speed deviation Δω is within the predetermined range, the subsequent torque ripple reduction process is entered, and otherwise, the torque ripple reduction process is not executed. This determination is based on the fact that the operation of the synchronous motor is unstable when the speed deviation Δω is outside the predetermined range, and the step-out may occur due to careless control.

処理ステップS104以降がトルクリプル低減処理である。まず、処理ステップS104とS105が、トルクリプル制限処理器42内での処理に相当する。ここでは、最終的に(26)式の電流補正値iq6Tを算出する。このために、(24)式によりトルクリプルT6をq軸の誘起電圧高調波成分eq6を用いて算出する。q軸の誘起電圧高調波成分eq6は(25)式で表されている。   Processing step S104 and subsequent steps are torque ripple reduction processing. First, processing steps S104 and S105 correspond to processing in the torque ripple limiting processor 42. Here, the current correction value iq6T of the equation (26) is finally calculated. For this purpose, the torque ripple T6 is calculated by using the induced voltage harmonic component eq6 of the q axis by the equation (24). The q-axis induced voltage harmonic component eq6 is expressed by equation (25).

処理ステップS104では(24)(25)式によりトルクリプルT6を求める。ここで使用されるデータの多くは設定値として予め与えられた既値であり、実際に時々刻々の演算に使用されるデータは、三相/dq変換回路41において求めたd軸電流とq軸電流の検出値idc,iqcと、電圧指令値作成器48からのq軸電圧指令値Vqcと、インバータ角速度指令値ω1である。 In processing step S104, torque ripple T6 is obtained from equations (24) and (25). Most of the data used here is an existing value given in advance as a set value, and the data actually used for every moment is the d-axis current and q-axis obtained in the three-phase / dq conversion circuit 41. The detected current values idc and iqc, the q-axis voltage command value V * qc from the voltage command value generator 48, and the inverter angular velocity command value ω * 1.

処理ステップS105では(26)式により電流補正値iq6Tを求める。なお、以上の説明では(24)(25)(26)式を順次実行する例で説明したが、(28)式を直接実行する形で実現してもよい。   In processing step S105, a current correction value iq6T is obtained from equation (26). In the above description, the examples (24), (25), and (26) are sequentially executed. However, the expression (28) may be directly executed.

処理ステップS106は、減算器sbの処理に該当しており、iqから電流補正値iq6Tを減算処理する。この結果は、電圧指令値作成器48に反映されて、上流側の補償に利用される。 Processing step S106 corresponds to the processing of the subtractor sb, and subtracts the current correction value iq6T from i * q. This result is reflected in the voltage command value generator 48 and used for upstream compensation.

処理ステップS107と処理ステップS108は、下流側の補償に相当するものである。処理ステップS107は、トルクリプル低減電圧補償器43の処理、処理ステップS108は加算器ad2の処理に対応している。上記の一連の処理は、計算機内で毎制御周期に実行される。   Processing step S107 and processing step S108 correspond to downstream compensation. The processing step S107 corresponds to the processing of the torque ripple reduction voltage compensator 43, and the processing step S108 corresponds to the processing of the adder ad2. The series of processes described above is executed at every control cycle in the computer.

最後に位置センサレスの観点からの幾つかの実施例について説明する。位置センサレスとして、図1の実施例では交流電流を検出してdq軸電流を得、位相制御に利用するものであった。この本発明手法によれば、格別の外部情報を必要とせずに、従って格別の検出器を付加することなしに、従来から使用する内部情報のみでトルクリプルの低減が行える。   Finally, several embodiments from the viewpoint of position sensorless will be described. In the embodiment shown in FIG. 1, an AC current is detected to obtain a dq-axis current and is used for phase control. According to this technique of the present invention, torque ripple can be reduced only with internal information that has been used conventionally, without requiring special external information, and thus without adding a special detector.

このため、dq軸電流を再現でき、位相制御に利用できるものであれば、他の原理による位置センサレス手法が利用可能である。ここで紹介するのは図13に示す直流電流検出によるものである。コンバータ1からインバータ3に供給される直流電流を直流電流検出器61で検出するタイプの同期電動機である。   Therefore, as long as the dq-axis current can be reproduced and used for phase control, a position sensorless method based on another principle can be used. What is introduced here is the DC current detection shown in FIG. This is a synchronous motor of the type in which a direct current supplied from the converter 1 to the inverter 3 is detected by a direct current detector 61.

図14と、図15は直流電流からdq軸電流idc,iqcを再現する回路部分のみが図1の構成と相違する。図14では直流電流iと電圧指令値作成器48からのdq軸電圧vdc,vqcを用いてdq軸電流idc,iqcを推定する電流推定部を設けている。   14 and FIG. 15 differ from the configuration of FIG. 1 only in the circuit portion that reproduces the dq-axis currents idc and iqc from the direct current. In FIG. 14, a current estimation unit is provided that estimates the dq-axis currents idc and iqc using the DC current i and the dq-axis voltages vdc and vqc from the voltage command value generator 48.

図15では電流再現器42において、直流電流iから3相交流を再現する。その上で3相/dq変換器41でdq軸電流idc,iqcを得る。   In FIG. 15, the current reproducer 42 reproduces the three-phase alternating current from the direct current i. Then, the three-phase / dq converter 41 obtains dq axis currents idc and iqc.

図14、図15の手法は、いずれも当該技術分野においてよく知られた手法であり、本発明への適用に格別の変更、工夫を要するものではない。本発明が、かかる位置センサレス手法の同期電動機でも、格別の付加部品を必要とせずに実現可能であることを述べたものである。   The methods shown in FIGS. 14 and 15 are both well-known in the technical field and do not require any special change or contrivance for application to the present invention. It is stated that the present invention can be realized even with such a position sensorless synchronous motor without requiring any special additional parts.

本発明は、位置センサレス同期電動機に幅広く適用することができる。   The present invention can be widely applied to position sensorless synchronous motors.

1:コンバータによる直流電源
2:電動機制御装置
3:インバータ主回路
4:電動機制御部
6:電力変換回路
7a,7b:電流検出器
8:永久磁石同期電動機PMSM
11:ゲート駆動回路
41:三相/dq変換回路
42:トルクリプル低減制御器
43:トルクリプル低減電圧補償器
44:q軸電流指令生成器
45:軸誤差演算器
46:PLL制御器
47:積分器
48:電圧指令値作成器
49:d軸電流指令生成器
50:dq/三相変換回路
vd:d軸電圧
vq:q軸電圧
R:巻線抵抗
Ld:d軸インダクタンス
Lq:q軸インダクタンス
id:d軸電流
iq:q軸電流
ω:電気角速度
KE:誘起電圧定数
θ:位相差
Te:主トルク
Pn:極対数
iα、iβ:二相交流電流
Vu,Vv,Vw:三相交流電圧
iu,iv,iw:三相交流電流
D:逆並列ダイオード
T:変換素子
ω1:インバータ角速度指令値
u,Vv,Vw:三相交流電圧指令値
θdc:dc軸角度
ad1:加算回路
ed6:d軸の誘起電圧高調波成分
eq6:q軸の誘起電圧高調波成分
T6:トルクリプル成分
iq6T:電流補正値
sb:減算回路
1: DC power supply by converter 2: Motor controller 3: Inverter main circuit 4: Motor controller 6: Power conversion circuits 7a, 7b: Current detector 8: Permanent magnet synchronous motor PMSM
11: Gate drive circuit 41: Three-phase / dq conversion circuit 42: Torque ripple reduction controller 43: Torque ripple reduction voltage compensator 44: q-axis current command generator 45: Axis error calculator 46: PLL controller 47: integrator 48 : Voltage command value generator 49: d-axis current command generator 50: dq / three-phase converter circuit vd: d-axis voltage vq: q-axis voltage R: winding resistance Ld: d-axis inductance Lq: q-axis inductance id: d Axial current iq: q-axis current ω: electrical angular velocity KE: induced voltage constant θ: phase difference Te: main torque Pn: pole pair number iα, iβ: two-phase AC currents Vu, Vv, Vw: three-phase AC voltages iu, iv, iw: three-phase AC current D: antiparallel diode T: conversion element ω * 1: inverter angular velocity command value V * u, V * v, V * w: three-phase AC voltage command value θdc: dc axis angle ad1: addition circuit ed6: d axis Induced voltage harmonic component EQ6: Induction of q-axis voltage harmonic component T6: the torque ripple component Iq6T: current correction value sb: subtraction circuit

Claims (10)

インバータを含む電力変換回路から三相交流を供給される同期電動機の制御装置において、
同期電動機のdq軸電流を求めるdq軸電流算出手段と、該dq軸電流算出手段の出力からq軸電流指令値を得るq軸電流指令作成器と、q軸電流指令値を用いてq軸電圧指令値を与える電圧指令値作成器と、該電圧指令値作成器の出力から前記インバータを駆動する為の三相交流電圧指令値を得る変換回路と、前記同期電動機の誘起電圧高調波とトルクリプルを推定し、トルクリプルを低減する為の補償信号を求めるトルクリプル低減制御器とを備え、前記補償信号により前記q軸電圧指令値を修正することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for a synchronous motor to which three-phase alternating current is supplied from a power conversion circuit including an inverter,
Dq-axis current calculation means for obtaining the dq-axis current of the synchronous motor, a q-axis current command generator for obtaining a q-axis current command value from the output of the dq-axis current calculation means, and a q-axis voltage using the q-axis current command value A voltage command value generator for giving a command value, a conversion circuit for obtaining a three-phase AC voltage command value for driving the inverter from the output of the voltage command value generator, an induced voltage harmonic and a torque ripple of the synchronous motor A control apparatus for a synchronous motor, comprising: a torque ripple reduction controller for estimating and calculating a compensation signal for reducing torque ripple, and correcting the q-axis voltage command value by the compensation signal.
請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記補償信号を、前記電圧指令値作成器から得られたq軸電圧指令値に加算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1,
A control apparatus for a synchronous motor, wherein the compensation signal is added to a q-axis voltage command value obtained from the voltage command value generator.
請求項1または請求項2に記載の同期電動機の制御装置において、
前記補償信号を、前記q軸電流指令作成器から得られたq軸電流指令値から減ずることを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1 or 2,
A control apparatus for a synchronous motor, wherein the compensation signal is subtracted from a q-axis current command value obtained from the q-axis current command generator.
請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記補償信号を、前記電圧指令値作成器から得られたq軸電圧指令値に加算し、前記補償信号を、前記q軸電流指令作成器から得られたq軸電流指令値から減ずることを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to claim 1,
The compensation signal is added to the q-axis voltage command value obtained from the voltage command value creator, and the compensation signal is subtracted from the q-axis current command value obtained from the q-axis current command creator. A control device for a synchronous motor.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の同期電動機の制御装置において、
前記dq軸電流算出手段は、前記同期電動機の交流電流を用いてdq軸電流を算出することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 4,
The dq-axis current calculation means calculates a dq-axis current using an alternating current of the synchronous motor, and controls the synchronous motor.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の同期電動機の制御装置において、
前記dq軸電流算出手段は、前記電力変換回路のインバータに流れ込む直流電流を用いてdq軸電流を算出することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the synchronous motor control device according to any one of claims 1 to 4,
The dq axis current calculation means calculates a dq axis current using a direct current flowing into an inverter of the power conversion circuit.
インバータを含む電力変換回路から三相交流を供給される同期電動機の制御方法において、
同期電動機のq軸電流指令値を用いてq軸電圧指令値を得、該q軸電圧指令値から前記インバータを駆動する為の三相交流電圧指令値を得るとともに、前記同期電動機の誘起電圧高調波とトルクリプルからトルクリプルを低減する為の補償信号を算出し、これにより前記q軸電圧指令値を修正することを特徴とする同期電動機の制御方法。
In a control method of a synchronous motor supplied with a three-phase alternating current from a power conversion circuit including an inverter,
A q-axis voltage command value is obtained using the q-axis current command value of the synchronous motor, a three-phase AC voltage command value for driving the inverter is obtained from the q-axis voltage command value, and an induced voltage harmonic of the synchronous motor is obtained. A control method for a synchronous motor, wherein a compensation signal for reducing torque ripple is calculated from a wave and torque ripple, and thereby the q-axis voltage command value is corrected.
請求項7に記載の同期電動機の制御方法において、
前記補償信号を、前記q軸電圧指令値に加算することを特徴とする同期電動機の制御方法。
In the control method of the synchronous motor according to claim 7,
A method for controlling a synchronous motor, wherein the compensation signal is added to the q-axis voltage command value.
請求項7または請求項8に記載の同期電動機の制御方法において、
前記補償信号を、前記q軸電流指令値から減ずることを特徴とする同期電動機の制御方法。
In the control method of the synchronous motor according to claim 7 or 8,
A method for controlling a synchronous motor, wherein the compensation signal is subtracted from the q-axis current command value.
請求項7に記載の同期電動機の制御方法において、
前記補償信号を、前記q軸電圧指令値に加算し、前記補償信号をq軸電流指令値から減ずることを特徴とする同期電動機の制御方法。
In the control method of the synchronous motor according to claim 7,
A method for controlling a synchronous motor, wherein the compensation signal is added to the q-axis voltage command value, and the compensation signal is subtracted from the q-axis current command value.
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