JP2016197986A - Control device for permanent magnet type synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石形同期電動機の制御装置に関し、詳しくは、回転子の磁極位置検出器を用いずに回転速度及び磁極位置を推定して永久磁石形同期電動機を運転する、いわゆる位置センサレス制御技術に関するものである。 The present invention relates to a control device for a permanent magnet type synchronous motor, and more specifically, so-called position sensorless control for operating a permanent magnet type synchronous motor by estimating a rotational speed and a magnetic pole position without using a magnetic pole position detector of a rotor. It is about technology.
永久磁石形同期電動機(以下、PMSMともいう)の制御装置をコストダウンするための技術として、磁極位置検出器を用いずに同期電動機を運転する、位置センサレス制御が実用化されている。位置センサレス制御は、PMSMの端子電圧及び電流の情報から回転子の速度及び磁極位置を推定し、これらに基づいて電流制御を行うことで所望のトルク制御や速度制御を実現するものである。 As a technique for reducing the cost of a control device for a permanent magnet type synchronous motor (hereinafter also referred to as PMSM), position sensorless control in which the synchronous motor is operated without using a magnetic pole position detector has been put into practical use. In the position sensorless control, the rotor speed and the magnetic pole position are estimated from the PMSM terminal voltage and current information, and current control is performed based on these values to realize desired torque control and speed control.
例えば、非特許文献1では、図16に示すように、PMSM(例えば、IPMSM:埋め込み磁石構造の永久磁石形同期電動機)104の端子電圧及び電流に基づき、速度・位置推定器200内の位置誤差推定器201が回転子のN極方向に対して直交方向に発生する拡張誘起電圧を演算し、その演算値から検出した磁極位置推定誤差Δθを利用してPI調節器202及び積分器203により速度ωM及び磁極位置θMをそれぞれ演算してPMSM104の制御に用いている。
なお、図16において、101は、速度指令値ω*と速度推定値ωMとから制御上の座標系(γ−δ直交回転座標系)の電流指令値iγ *,iδ *を演算する速度制御器、102は、電流指令値iγ *,iδ *から電圧指令値vγ *,vδ *を演算し、かつ電圧指令値vγ *,vδ *を位置推定値θMに基づき座標変換して三相の電圧指令値vu *,vv *,vw *を演算する電流制御器である。また、103はPWMインバータ、105はPMSM104により駆動される負荷、106は電流検出器、107は電流座標変換器である。
For example, in
In FIG. 16, 101 calculates the current command values i γ * and i δ * of the control coordinate system (γ-δ orthogonal rotation coordinate system) from the speed command value ω * and the estimated speed value ω M. The
非特許文献1に開示されている技術は、速度推定値ωMが実速度ωに一致する(速度推定誤差が零である)と近似した上でPMSM104を制御するものであるが、実際には速度推定誤差を無視できないため、この速度推定誤差が外乱となって制御の安定性が低下するという問題があった。
The technique disclosed in Non-Patent
これに対し、特許文献1には、速度推定誤差による制御の安定性低下を防止する制御装置が開示されている。
図17は、特許文献1に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。まず、主回路において、1は三相交流電源、2は整流回路、3はインバータ等の電力変換器、4はPMSM、5u,5wは電流検出器、6は直流電圧検出用の電圧検出器である。
On the other hand,
FIG. 17 is a block diagram showing a control device according to
電力変換器3の半導体スイッチング素子を制御する制御装置は、減算器21,24a,24b,34、速度調節器22、電流指令演算器23、γ軸電流調節器25a、δ軸電流調節器25b、電圧座標変換器26,29、PWM回路27、電流座標変換器28,30、q軸インダクタンス設定器31、速度・位置推定器32、及び角度差設定器33により構成されている。
The control devices that control the semiconductor switching elements of the
この従来技術では、PMSM4の回転子に同期した直交回転座標系において、回転子のN極方向をd軸、d軸から90°進み方向をq軸、d軸に対応する制御上の第1,第2の推定軸をγ1軸,γ2軸、これらの軸からそれぞれ90°進み方向をδ1軸,δ2軸と定義する。
そして、電流指令演算器23がトルク指令値τ*からγ1,δ1軸電流指令値iγ1 *,iδ1 *を演算すると共に、電流指令値iγ1 *,iδ1 *に電流検出値iγ1,iδ1がそれぞれ一致するようにγ軸,δ軸電流調節器25a,25bがγ1,δ1軸電圧指令値vγ1 *,vδ1 *を演算し、電圧座標変換器26及びPWM回路27を介して電力変換器3の半導体スイッチング素子を制御している。
In this prior art, in the orthogonal rotation coordinate system synchronized with the rotor of PMSM4, the first and second control points corresponding to the d-axis for the N-pole direction of the rotor, the q-axis for the 90 ° advance direction from the d-axis, and the d-axis. The second estimated axis is defined as γ 1 axis and γ 2 axis, and the directions advanced by 90 ° from these axes are defined as δ 1 axis and δ 2 axis, respectively.
Then, the
また、q軸インダクタンス設定器31は、制御上のγ2軸の角度に含まれる速度推定誤差による外乱を除去するために、所定の評価関数がほぼ零となるように制御上のq軸インダクタンスLq’を設定し、磁束オブザーバ等を有する速度・位置推定器32は、q軸インダクタンス設定値Lq’と、γ2,δ2軸の電流検出値iγ2,iδ2及び電圧指令値vγ2 *,vδ2 *とに基づいて、速度推定値ω1及びγ2軸の角度推定値θγδ2を演算する。
なお、角度差設定器33及び減算器34は、実際のd軸と制御上のγ2軸との間の角度差によるトルク制御誤差を低減するためのものであり、d軸とγ2軸との間に定常的に発生する角度差設定値θerr0を角度推定値θγδ2から減算して補正後のγ2軸の角度θγδ1を求め、この角度θγδ1を電圧座標変換器26及び電流座標変換器28における座標変換に用いることにより、d軸に一致したγ2軸上で電流制御を行っている。
Further, the q-axis
The angle difference setter 33 and the
特許文献1に記載された従来技術によれば、速度推定誤差を除去してトルク制御精度を劣化させることなく、PMSMを安定して制御することが可能である。
しかしながら、この従来技術では、電圧座標変換器29及び電流座標変換器30において、電圧、電流を三相量から二相量へそれぞれ変換するための演算処理が煩雑であるため、演算負荷の軽減や演算時間の短縮等の点で改善の余地があった。
According to the prior art described in
However, in this prior art, in the
そこで、本発明の解決課題は、演算処理を従来よりも簡略化し、トルク制御精度を低下させることなくPMSMを安定して制御することができる永久磁石形同期電動機の制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a control device for a permanent magnet type synchronous motor that can control the PMSM stably without reducing the torque control accuracy by simplifying the arithmetic processing. .
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、回転子の磁極位置検出器を用いずに回転速度及び磁極位置を推定して電力変換器により永久磁石形同期電動機を運転する永久磁石形同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記γ1軸から所定の角度差を持つ推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正電圧から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、及び、前記速度推定値から前記補正電圧を演算する手段と、
前記δ2軸電流から前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、を備えたものである。
In order to solve the above problems, the invention according to
The N-pole direction of the rotor of the synchronous motor is the d-axis, the axis in the 90 ° advance direction from the d-axis is the q-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ 1 axis, and the γ 1 axis is 90 The estimated axis in the advance direction is defined as δ 1 axis, the estimated axis having a predetermined angle difference from the γ 1 axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the 90 ° advance direction from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis. In addition, in the control device in which the current and voltage of the synchronous motor are regarded as vectors in an orthogonal rotation coordinate system having the γ 1 axis, the δ 1 axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis, and used for calculation. ,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction voltage, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, and means for calculating the correction voltage from the velocity estimation value,
Means for calculating an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis from the δ 2 axis current;
Means for converting the current of the γ 1 axis and the current of the δ 1 axis into the γ 2 axis current and the δ 2 axis current using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
Means for converting the voltage of the γ 1 axis and the voltage of the δ 1 axis into the γ 2 axis voltage and the δ 2 axis voltage using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis. It is a thing.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、 前記位置推定誤差を演算する手段は、前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張誘起電圧を演算する手段と、前記拡張誘起電圧の演算値、前記補正電圧の演算値から補正拡張誘起電圧を演算する手段と、前記補正拡張誘起電圧の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、を備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to the first aspect, the means for calculating the position estimation error includes the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, and the γ 2- axis. voltage, means for calculating the extended electromotive force wherein [delta] 2-axis voltage, and from the speed estimated value, calculated value of the extended induced voltage, means for calculating a correction extended induced voltage from the operational value of the correction voltage, the correction Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the extended induced voltage.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記補正電圧を演算する手段、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段は、前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差であって、前記速度推定値と前記同期電動機の実速度との誤差を除去するように、前記補正電圧、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to the first or second aspect, the means for calculating the correction voltage and the angle difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis are calculated. The means for calculating is a speed estimation error included in the calculated value of the position estimation error, and the correction voltage and the γ so as to remove an error between the speed estimation value and the actual speed of the synchronous motor. wherein the uniaxial is for calculating the angular difference between the gamma 2 axes.
請求項4に係る発明は、回転子の磁極位置検出器を用いずに回転速度及び磁極位置を推定して電力変換器により永久磁石形同期電動機を運転する永久磁石形同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記γ1軸から所定の角度差を持つ推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正磁束から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、及び、前記速度推定値から前記補正磁束を演算する手段と、
前記δ2軸電流から前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
を備えたものである。
The invention according to
The N-pole direction of the rotor of the synchronous motor is the d-axis, the axis in the 90 ° advance direction from the d-axis is the q-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ 1 axis, and the γ 1 axis is 90 The estimated axis in the advance direction is defined as δ 1 axis, the estimated axis having a predetermined angle difference from the γ 1 axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the 90 ° advance direction from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis. In addition, in the control device in which the current and voltage of the synchronous motor are regarded as vectors in an orthogonal rotation coordinate system having the γ 1 axis, the δ 1 axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis, and used for calculation. ,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction magnetic flux, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, and means for calculating the correction magnetic flux from the speed estimated value,
Means for calculating an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis from the δ 2 axis current;
Means for converting the current of the γ 1 axis and the current of the δ 1 axis into the γ 2 axis current and the δ 2 axis current using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
Means for converting the voltage of the γ 1 axis and the voltage of the δ 1 axis into the γ 2 axis voltage and the δ 2 axis voltage using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
It is equipped with.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記位置推定誤差を演算する手段は、前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張磁束を演算する手段と、前記拡張磁束の演算値、前記補正磁束の演算値から補正拡張磁束を演算する手段と、前記補正拡張磁束の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、を備えたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to the fourth aspect, the means for calculating the position estimation error includes the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, and the γ 2- axis. Means for calculating an expansion magnetic flux from the voltage, the δ 2- axis voltage, and the speed estimation value; a means for calculating a correction expansion magnetic flux from the calculation value of the expansion magnetic flux; and a calculation value of the correction magnetic flux; Means for calculating the position estimation error from the calculated value.
請求項6に係る発明は、請求項4または5に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記補正磁束を演算する手段、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段は、前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差であって、前記速度推定値と前記同期電動機の実速度との誤差を除去するように、前記補正磁束、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算するものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to the fourth or fifth aspect, the means for calculating the correction magnetic flux and the angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis are calculated. The means for calculating is a speed estimation error included in the calculated value of the position estimation error, and the correction magnetic flux and the γ so as to remove an error between the speed estimation value and the actual speed of the synchronous motor wherein the uniaxial is for calculating the angular difference between the gamma 2 axes.
請求項7に係る発明は、回転子の磁極位置検出器を用いずに回転速度及び磁極位置を推定して電力変換器により永久磁石形同期電動機を運転する永久磁石形同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸から所定の角度差を持った軸をdm軸、前記dm軸から90°進み方向の軸をqm軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記dm軸に対応する制御上の推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正電圧から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
トルク指令値から、qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記qm軸電流、前記d軸と前記dm軸との角度差、及び、前記速度推定値から、前記補正電圧を演算する手段と、を備えたものである。
The invention according to claim 7 is a control device for a permanent magnet type synchronous motor that operates a permanent magnet type synchronous motor by a power converter by estimating a rotation speed and a magnetic pole position without using a magnetic pole position detector of a rotor. And
D axis N pole direction of the rotor of the synchronous motor, the q axis 90 ° leading direction of the axis from the d-axis, the axis having a predetermined angle difference from the d-axis d m-axis, from the d m-axis q m-axis in the axial direction advances 90 °, the gamma 1 axis estimated axis for control corresponding to the d-axis, the [delta] 1 axis estimated axis for 90 ° leading direction from gamma 1-axis, corresponding to the d m-axis The control estimated axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the direction advanced by 90 ° from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis, and the current and voltage of the synchronous motor are defined as the γ 1 axis and the δ In a control device that is used as a vector in an orthogonal rotation coordinate system having one axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction voltage, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
From the torque command value, q m-axis current, and, means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis,
Means for conversion using the angular difference between the d m-axis and the d-axis current of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis current the gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current,
Use of an angle difference between the d m-axis and the d-axis voltage of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis voltage the gamma 2-axis voltage of, and means for converting the [delta] 2-axis voltage,
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the q m-axis current, angular difference between the d-axis and the d m-axis, and comprises from the speed estimated value, and means for calculating the correction voltage, the It is a thing.
請求項8に係る発明は、請求項7に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記位置推定誤差を演算する手段は、前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張誘起電圧を演算する手段と、前記拡張誘起電圧の演算値、前記補正電圧の演算値から補正拡張誘起電圧を演算する手段と、前記補正拡張誘起電圧の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、を備えたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to the seventh aspect, the means for calculating the position estimation error includes the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, and the γ 2- axis. voltage, means for calculating the extended electromotive force wherein [delta] 2-axis voltage, and from the speed estimated value, calculated value of the extended induced voltage, means for calculating a correction extended induced voltage from the operational value of the correction voltage, the correction Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the extended induced voltage.
請求項9に係る発明は、請求項8に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記補正拡張誘起電圧の演算値をローパスフィルタに通した出力から前記位置推定誤差を演算する手段を備えたものである。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to the eighth aspect, further comprising means for calculating the position estimation error from an output obtained by passing the calculated value of the corrected expansion induced voltage through a low-pass filter. It is a thing.
請求項10に係る発明は、回転子の磁極位置検出器を用いずに回転速度及び磁極位置を推定して電力変換器により永久磁石形同期電動機を運転する永久磁石形同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸から所定の角度差を持った軸をdm軸、前記dm軸から90°進み方向の軸をqm軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記dm軸に対応する制御上の推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正磁束から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
トルク指令値から前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記qm軸電流、前記d軸と前記dm軸との角度差、及び、前記速度推定値から、前記補正磁束を演算する手段と、を備えたものである。
The invention according to
D axis N pole direction of the rotor of the synchronous motor, the q axis 90 ° leading direction of the axis from the d-axis, the axis having a predetermined angle difference from the d-axis d m-axis, from the d m-axis q m-axis in the axial direction advances 90 °, the gamma 1 axis estimated axis for control corresponding to the d-axis, the [delta] 1 axis estimated axis for 90 ° leading direction from gamma 1-axis, corresponding to the d m-axis The control estimated axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the direction advanced by 90 ° from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis, and the current and voltage of the synchronous motor are defined as the γ 1 axis and the δ In a control device that is used as a vector in an orthogonal rotation coordinate system having one axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction magnetic flux, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
Wherein q m-axis current from the torque command value, and, means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis,
Means for conversion using the angular difference between the d m-axis and the d-axis current of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis current the gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current,
Use of an angle difference between the d m-axis and the d-axis voltage of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis voltage the gamma 2-axis voltage of, and means for converting the [delta] 2-axis voltage,
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the q m-axis current, angular difference between the d-axis and the d m-axis, and, from the speed estimated value, and means for calculating the correction magnetic flux It is a thing.
請求項11に係る発明は、請求項10に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記位置推定誤差を演算する手段は、前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び、前記速度推定値から拡張磁束を演算する手段と、前記拡張磁束の演算値と前記補正磁束の演算値とから、補正拡張磁束を演算する手段と、前記補正拡張磁束の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、を備えたものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to the tenth aspect, the means for calculating the position estimation error includes the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, and the γ 2- axis. Means for calculating an extended magnetic flux from the voltage, the δ 2- axis voltage, and the speed estimated value; means for calculating a corrected extended magnetic flux from the calculated value of the extended magnetic flux and the calculated value of the correction magnetic flux; and the correction Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the expanded magnetic flux.
請求項12に係る発明は、請求項11に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記補正拡張磁束の演算値をローパスフィルタに通した出力から前記位置推定誤差を演算する手段を備えたものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the controller for a permanent magnet type synchronous motor according to the eleventh aspect, the position estimation error is calculated from an output obtained by passing the calculated value of the corrected extended magnetic flux through a low-pass filter. Is.
請求項13に係る発明は、請求項7〜12の何れか1項に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差成分が零になるように、前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段を備えたものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the controller for a permanent magnet synchronous motor according to any one of the seventh to twelfth aspects, the speed estimation error component included in the calculated value of the position estimation error is zero. in the q m-axis current, and those provided with means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis.
請求項14に係る発明は、請求項7〜13の何れか1項に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記qm軸を、同一トルクにおける電流振幅が最小となる条件を満たす電流ベクトルの方向の軸と定義し、前記トルク指令値に基づいて、前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段を備えたものである。 Invention provides a controller for a permanent magnet synchronous motor as set forth in any one of claims 7 to 13, satisfying the current the q m-axis, current amplitude is minimized in the same torque according to claim 14 it is defined as the direction of the axis of the vector, based on the torque command value, the q m-axis current, and those provided with means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis.
本発明によれば、PMSMの速度・位置推定系において電圧、電流の座標変換に伴う演算処理を簡略化すると共に、速度推定誤差を除去してトルク制御精度を劣化させることなくPMSMを安定して制御可能な制御装置を実現することができる。 According to the present invention, in the PMSM speed / position estimation system, the calculation process accompanying the voltage / current coordinate conversion is simplified, and the PMSM can be stabilized without removing the speed estimation error and degrading the torque control accuracy. A controllable control device can be realized.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
PMSMは、前述したように回転子に同期した直交回転座標のd−q軸上で電流、電圧を制御することにより、高性能なトルク制御、速度制御が実現可能である。しかしながら、磁極位置検出器を用いずにPMSMを運転するセンサレス制御の場合、d−q軸の位置を直接検出することはできない。このため、制御装置では、以下に説明するように、制御軸としてd−q軸の推定軸、すなわちγ−δ軸を仮想し、電圧、電流等をγ−δ軸上のベクトルとして取り扱うことにより、種々の演算を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As described above, the PMSM can realize high-performance torque control and speed control by controlling current and voltage on the dq axes of orthogonal rotation coordinates synchronized with the rotor. However, in the case of sensorless control that operates the PMSM without using the magnetic pole position detector, the position of the dq axis cannot be directly detected. For this reason, as described below, the control device assumes the d-q axis estimation axis, that is, the γ-δ axis as a control axis, and treats voltage, current, etc. as vectors on the γ-δ axis. Various operations are performed.
図1は、本実施形態における座標軸の定義を示している。
図示するように、三相のPMSMの回転子のN極方向のd軸に対応する推定軸をγ1軸、γ1軸から90°進み方向をδ1軸、γ1軸から角度差θ0を持つ推定軸をγ2軸、γ2軸から90°進み方向をδ2軸と定義する。
FIG. 1 shows the definition of coordinate axes in the present embodiment.
As shown in the figure, the estimated axis corresponding to the d-axis in the N-pole direction of the rotor of the three-phase PMSM is γ 1 axis, the direction advanced by 90 ° from γ 1 axis is δ 1 axis, and the angular difference θ 0 is from γ 1 axis. gamma 2 axis axis estimated with a 90 ° leading direction from the gamma 2-axis is defined as [delta] 2 axis.
すなわち、図1において、
θr:d軸の角度(磁極位置)[u相巻線基準]
θγ1:γ1軸の角度(位置推定値)[u相巻線基準]
θγ2:γ2軸の角度[u相巻線基準]
θ0:γ1軸とγ2軸との角度差
θγ1err:γ1軸とd軸との角度差(位置推定誤差)
θγ2err:γ2軸とd軸との角度差
ωr:回転子の角速度
ω1:γ1軸及びγ2軸の速度推定値
である。
また、速度推定値ω1と回転子の角速度(実速度)ωrとの差を、速度推定誤差ωerrと定義する。
That is, in FIG.
θ r : d-axis angle (magnetic pole position) [u-phase winding reference]
θ γ1 : γ 1 axis angle (position estimate) [u-phase winding reference]
θ γ2 : γ 2- axis angle [u-phase winding reference]
θ 0 : Angular difference between γ 1 axis and γ 2 axis θ γ1 err : Angular difference between γ 1 axis and d axis (position estimation error)
θ γ2err : Angular difference between γ 2 axis and d axis ω r : Angular velocity of rotor ω 1 : Speed estimated value of γ 1 axis and γ 2 axis.
The difference between the estimated speed value ω 1 and the angular velocity (actual speed) ω r of the rotor is defined as a speed estimation error ω err .
次に、上述したように、位置推定値θγ1と磁極位置θrとの差を位置推定誤差θγ1errとして数式1により定義し、γ2軸の角度θγ2と磁極位置θrとの差を角度差θγ2errとして数式2により定義する。
また、速度推定誤差ωerrを数式3により定義する。
Further, the speed estimation error ω err is defined by
以上を前提として、本発明の第1実施形態に係る制御装置を図2に基づいて説明する。
図2において、主回路及び制御装置の一部のブロックには図17と共通する符号を付してあり、始めに、これらの共通部分の構成とPMSMの速度制御、電流制御、及び電圧制御について説明する。
まず、図2の主回路において、1は三相交流電源、2は整流回路、3はインバータ等の電力変換器、4はPMSM、5u,5wは電流検出器である。
Based on the above, the control device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
2, some blocks of the main circuit and the control device are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 17. First, the configuration of these common parts and the speed control, current control, and voltage control of PMSM. explain.
First, in the main circuit of FIG. 2, 1 is a three-phase AC power source, 2 is a rectifier circuit, 3 is a power converter such as an inverter, 4 is a PMSM, 5u, and 5w are current detectors.
一方、電力変換器3を制御するための制御装置において、減算器21により求めた速度指令値ωr *と速度推定値ω1との偏差が速度調節器22に入力され、速度調節器22は、上記偏差を零にするようなトルク指令値τ*を演算する。電流指令演算器23は、トルク指令値τ*に応じたトルクを発生させるためのγ軸電流指令値iγ *及びδ軸電流指令値iδ *を演算する。
On the other hand, in the control device for controlling the
γ軸電流調節器25aは、減算器24aにより求めたγ軸電流指令値iγ *とγ1軸電流検出値iγ1との偏差を零にするようなγ1軸電圧指令値vγ1 *を演算し、δ軸電流調節器25bは、減算器24bにより求めたδ軸電流指令値iδ *とδ1軸電流検出値iδ1との偏差を零にするようなδ1軸電圧指令値vδ1 *を演算する。ここで、γ1軸電流検出値iγ1及びδ1軸電流検出値iδ1は、電流座標変換器28によりPMSM4の各相電流を座標変換して求められる。
電圧座標変換器26は、γ1軸電圧指令値vγ1 *及びδ1軸電圧指令値vδ1 *をγ1軸の角度θγ1に基づいて座標変換することにより、相電圧指令値vu *,vv *,vw *を演算してPWM回路27に出力する。
The γ-axis
The voltage coordinate
PWM回路27は、相電圧指令値vu *,vv *,vw *及び直流電圧検出値(整流回路2の出力電圧)Edcに基づいてPWM演算を行うことによりゲート信号を生成し、これらのゲート信号を電力変換器3に与える。電力変換器3は、上記ゲート信号に従って内部の半導体スイッチング素子をオン・オフ制御し、PMSM4の端子電圧を相電圧指令値vu *,vv *,vw *に制御する。
The
次いで、制御装置における速度・位置推定系について説明する。
γ軸電流調節器25aの出力であるγ1軸電圧指令値vγ1 *とδ軸電流調節器25bの出力であるδ1軸電圧指令値vδ1 *とが電圧座標変換器9に入力され、この電圧座標変換器9において、角度差演算器12から送られたsinθ0,cosθ0に基づいてγ2軸電圧指令値vγ2 *、δ2軸電圧指令値vδ2 *にそれぞれ座標変換される。前述したように、上記θ0は、γ1軸とγ2軸との角度差である。
また、電流座標変換器28の出力であるγ1軸電流検出値iγ1、δ1軸電流検出値iδ1が電流座標変換器10に入力され、この電流座標変換器10において、上記sinθ0,cosθ0に基づいてγ2軸電流検出値iγ2、δ2軸電流検出値iδ2にそれぞれ座標変換される。
Next, a speed / position estimation system in the control device will be described.
The γ 1- axis voltage command value v γ1 * that is the output of the γ-axis
Also, the γ 1- axis current detection value i γ1 and the δ 1- axis current detection value i δ1 which are the outputs of the current coordinate
γ2軸電圧指令値vγ2 *、δ2軸電圧指令値vδ2 *、γ2軸電流検出値iγ2、δ2軸電流検出値iδ2、及び速度推定値ω1は、拡張誘起電圧演算器11Eに入力される。この拡張誘起電圧演算器11Eは、下記の数式4によりγ2軸拡張誘起電圧演算値eexγ2est及びδ2軸拡張誘起電圧演算値eexδ2estを得る。拡張誘起電圧は、PMSM4の永久磁石とインダクタンスとに分離した位置情報を一つに集約する作用を果たすものであり、拡張誘起電圧ベクトルの方向は図1のq軸に一致する。
なお、以下の説明において、物理量の記号に付した「est」の添字は演算値を示しているが、例えば、「γ2軸拡張誘起電圧演算値eexγ2est」は、「γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est」というように「演算値」を省略して呼称するものとする。 In the following description, the subscript “est” attached to the symbol of the physical quantity indicates the calculated value. For example, “γ 2- axis expansion induced voltage calculated value e exγ2est ” is “γ 2- axis expanded induced voltage”. “e exγ2est ” is used as an abbreviation for “calculated value”.
拡張誘起電圧の演算に当たっては、γ2軸電圧指令値vγ2 *、δ2軸電圧指令値vδ2 *の代わりにγ2軸電圧検出値vγ2、δ2軸電圧検出値vδ2を用いても良い。この場合、γ2軸電圧検出値vγ2、δ2軸電圧検出値vδ2は、図示されていない電圧検出回路により検出したPMSM4の相電圧または線間電圧と、位置推定値θγ1とからγ1軸電圧検出値vγ1、δ1軸電圧検出値vδ1を求め、これらのγ1軸電圧検出値vγ1、δ1軸電圧検出値vδ1と、δ1軸とδ2軸との角度差θ0とを用いて求めることができる。
In operation of the extended induced voltage, gamma 2-axis voltage value v γ2 *, δ 2-axis voltage value v .delta.2 * instead the gamma 2-axis voltage detection value v .gamma.2, using [delta] 2-axis voltage detection value v .delta.2 Also good. In this case, the γ 2- axis voltage detection value v γ2 and the δ 2- axis voltage detection value v δ2 are obtained from the phase voltage or line voltage of the
また、補正係数演算器13は、電流座標変換器10が演算したδ2軸電流検出値iδ2を用いて、数式5により補正係数Kを演算する。この補正係数Kの導出については、後述する。
角度差演算器12は、δ2軸電流検出値iδ2及び補正係数Kを用いて、数式6または数式7によりsinθ0を演算する。なお、sinθ0の導出については、後述する。
同時に、角度差演算器12は、数式8によりcosθ0を演算する。
At the same time, the
補正電圧演算器14Eは、補正係数K、速度推定値ω1、γ2軸電流検出値iγ2、δ2軸電流検出値iδ2を用いて、数式9により、γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est及びδ2軸拡張誘起電圧eexδ2estを補正するための補正電圧eexγ2c,eexδ2cをそれぞれ演算する。
減算器15a,15bは、数式10に示すように、γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estから各軸の補正電圧eexγ2c,eexδ2cをそれぞれ減算することにより、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estを得る。
位置推定誤差演算器16は、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estから、数式11に示す位置推定誤差θγ1errestを得る。位置推定誤差θγ1errestの導出原理については、後述する。
速度推定器17はPI調節器からなり、数式12により位置推定誤差(−θγ1errest)を比例・積分演算して速度推定値ω1を求める。
以上のような演算により、位置推定誤差θγ1errestが零になるように速度推定値ω1及び位置推定値θγ1が演算され、γ1軸とd軸とを一致させることができる。 Through the above calculation, the speed estimation value ω 1 and the position estimation value θ γ1 are calculated so that the position estimation error θ γ1 errest becomes zero, and the γ 1 axis and the d axis can be matched.
次に、位置推定誤差θγ1errestを数式11により導出する原理について説明する。
図3は、各座標軸、数式4により演算した拡張誘起電圧ベクトル、及び、数式10により演算した補正拡張誘起電圧ベクトルの関係を示している。
Next, the principle of deriving the position estimation error θ γ1 errest using Equation 11 will be described.
FIG. 3 shows the relationship between each coordinate axis, the extended induced voltage vector calculated by
拡張誘起電圧ベクトルは、後述する数式16からも明らかなように、q軸方向に発生する。図3におけるγ1軸とγ2軸との角度差θ0は、拡張誘起電圧ベクトルと補正拡張誘起電圧ベクトルとの角度差に等しくなるように演算する。
ここで、補正拡張誘起電圧の角度δcexestを、数式13により定義する。
Here, the angle δ cest of the corrected expansion induced voltage is defined by
d軸とγ2軸との角度差θγ2errestは、角度差θ0と角度δcexestとを用いて数式14により表すことができる。
また、上記の角度差θγ2errestは、位置推定誤差θγ1errestと角度差θ0とを用いて、数式15により表すことができる。
次に、補正係数K及び角度差θ0の導出について説明する。
まず、演算式を導出するために、回転子の磁極位置θrから位置推定値θγ1までの伝達特性のブロック図を導出することとする。
拡張誘起電圧を含むd−q軸電圧方程式は、数式16により表すことができる。ここで、数式16の右辺第2項を拡張誘起電圧と定義する。
First, in order to derive an arithmetic expression, a block diagram of a transfer characteristic from the rotor magnetic pole position θ r to the position estimation value θ γ1 is derived.
The dq axis voltage equation including the extended induced voltage can be expressed by
数式16を、d軸とγ2軸との角度差θγ2errを用いて座標変換すると、数式17により表すことができる。
数式4、数式9、数式10、数式17から、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estは、数式18により表すことができる。
数式11、数式18より、位置推定誤差θγ1errestについて、定常状態における動作点近傍で線形近似すると、数式20〜数式24が得られる。なお、定常状態での動作点は、数式19の条件とする。
数式11、数式20により、磁極位置θrから位置推定値θγ1までの伝達特性のブロック図は図4のようになる。また、図4を、数式3を用いて変形すると、図5が得られる。これらの図において、前述したように、Δは動作点近傍の値を示す。
図5から、位置推定誤差Δθγ1errestには速度推定誤差Δωerrが含まれることが明らかであり、速度推定誤差Δωerrの係数(B+C)は、補正係数Kを用いて数式25により表すことができる。
From FIG. 5, it is clear that the position estimation error Δθ γ1 errest includes the speed estimation error Δω err , and the coefficient (B + C) of the speed estimation error Δω err can be expressed by Equation 25 using the correction coefficient K. .
定常状態では、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2estが零になることから、数式18、数式19、数式24を用いて、数式26が得られる。
数式25、数式26から、数式27が得られる。
数式27に示す(B+C)を零に制御することは、図5における速度推定誤差Δωerrの係数(B+C)を零に制御することに他ならないから、これにより、位置推定誤差Δθγ1errestには速度推定誤差Δωerrが含まれなくなり、結果的に速度・位置推定を安定に行うことが可能になる。
Controlling (B + C) shown in
ここで、同一トルクにおけるPMSM4の電流振幅を最小にする「最大トルク/電流制御」によって電流制御する場合について考察する。この場合、d軸電流、q軸電流は数式28に示す関係となる。
位置推定誤差θγ1errが零のとき、d軸電流id、q軸電流iqは、γ1軸電流iγ1、δ1軸電流iδ1とそれぞれ等しくなり、数式27、数式28、及び、γ1軸電流iγ1、δ1軸電流iδ1とγ2軸電流iγ2、δ2軸電流iδ2との関係から、数式29が得られる。
数式29から、iγ2を零に制御すれば、(B+C)を零にすることができる。このため、数式24〜数式26を用いて、B+C=0、iγ2=0の条件で角度差θ0について整理すると、sinθ0の演算式を前述した数式6または数式7のように導出することが可能である。
また、位置推定誤差θγ1errが零のときにd軸電流id、q軸電流iqはγ1軸電流iγ1、δ1軸電流iδ1とそれぞれ等しいため、数式28、及び、γ1軸電流iγ1、δ1軸電流iδ1とγ2軸電流iδ2、δ2軸電流iδ2との関係から、sinθ0を、数式30によりδ2軸電流iδ2の関数として演算しても良い。
Further, d-axis current i d When the position estimation error theta Ganma1err is zero, q-axis current i q is gamma 1-axis current i .gamma.1, for equal respectively [delta] 1 axis current i .delta.1, and
一方、補正係数Kは、前述した数式6、数式24、数式25に基づいて、数式5のように導出することができる。また、数式24、数式26、及び、iγ2=0という条件から、補正係数Kを数式31によって演算しても良い。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。この第2実施形態は、第1実施形態における位置推定誤差θγ1errestを、補正拡張磁束に基づいて演算するものである。
図6において、図2(第1実施形態)との相違点は拡張磁束演算器11M及び補正磁束演算器14Mのみであり、その他の構成及び機能は図2と同一であるため同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a block diagram showing a control device according to the second embodiment of the present invention together with a main circuit. In the second embodiment, the position estimation error θ γ1 errest in the first embodiment is calculated based on the corrected expanded magnetic flux.
6 differs from FIG. 2 (first embodiment) only in the expanded
図6の拡張磁束演算器11Mは、まず、前述した数式4によりγ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estを演算する。次に、以下の数式32により、γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estから、γ2軸拡張磁束Ψexγ2est、δ2軸拡張磁束Ψexδ2estを演算して出力する。
また、図6の補正磁束演算器14Mは、数式33によりγ2軸補正磁束Ψexγ2c、δ2軸補正磁束Ψexδ2cを演算する。
そして、減算器15a,15bにより、数式34に従ってγ2軸補正拡張磁束cΨexγ2est、δ2軸補正拡張磁束cΨexδ2estを演算する。
位置推定誤差演算器16は、γ2軸補正拡張磁束cΨexγ2est、δ2軸補正拡張磁束cΨexδ2estを用いて、数式35により位置推定誤差θγ1errestを演算する。
この第2実施形態は、位置推定誤差θγ1errestの演算に当たり、第1実施形態のように拡張誘起電圧を用いるのではなく拡張磁束を用いる点が第1実施形態と異なるだけであり、磁極位置θrから位置推定値θγ1までの伝達特性のブロック図は前記同様に図4、図5によって表わされる。このため、数式27における(B+C)を零に制御すれば、位置推定誤差には速度推定誤差が含まれなくなり、第1実施形態と同様に安定した速度・位置推定を行うことができる。
This second embodiment differs from the first embodiment only in that an extended magnetic flux is used instead of an extended induced voltage as in the first embodiment in calculating the position estimation error θ γ1 errest. The block diagram of the transfer characteristic from r to the estimated position value θ γ1 is represented by FIGS. 4 and 5 as described above. Therefore, if (B + C) in
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図7〜図9は、本発明の第3〜第8実施形態における座標軸の定義を示している。
図7に示すように、トルク/電流が最大となる電流ベクトルの方向の軸をqm軸、qm軸から90°遅れ方向の軸をdm軸、d軸とdm軸との角度差をθ0と定義する。また、図8に示すように、三相のPMSMの回転子のN極方向のd軸に対応する推定軸をγ1軸、γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸と定義し、図9に示すように、dm,qm軸の推定軸をγ2,δ2軸と定義する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
7 to 9 show the definition of coordinate axes in the third to eighth embodiments of the present invention.
As shown in FIG. 7, the angular difference of the direction of the axis of the current vector torque / current becomes maximum q m-axis, d m-axis to the axis of 90 ° lagging direction from q m-axis, the d-axis and d m-axis Is defined as θ 0 . Further, as shown in FIG. 8, the three-phase N-pole direction of the gamma 1 axis estimated axis corresponding to the d-axis of the rotor of the PMSM, the estimated axis for 90 ° leading direction from gamma 1-axis and [delta] 1 axis defined As shown in FIG. 9, the estimated axes of the d m and q m axes are defined as γ 2 and δ 2 axes.
なお、図7〜図9において、
θr:d軸の角度(磁極位置)[u相巻線基準]
θγ1:γ1軸の角度(位置推定値)[u相巻線基準]
θγ2:γ2軸の角度[u相巻線基準]
θ0:d軸とdm軸との角度差(=γ1軸とγ2軸との角度差)
θγ1err:γ1軸とd軸との角度差(位置推定誤差)
θγ2err:γ2軸とd軸との角度差
ωr:回転子の角速度(実速度)
ω1:γ1軸及びγ2軸の速度推定値
である。
7 to 9,
θ r : d-axis angle (magnetic pole position) [u-phase winding reference]
θ γ1 : γ 1 axis angle (position estimate) [u-phase winding reference]
θ γ2 : γ 2- axis angle [u-phase winding reference]
theta 0: (angle difference between = gamma 1 axis and gamma 2-axis) d-axis and an angular difference between d m-axis
θ γ1err : Angular difference between γ 1 axis and d axis (position estimation error)
θ γ2err : Angular difference between γ 2 axis and d axis ω r : Angular speed (actual speed) of rotor
ω 1 : Speed estimation value of γ 1 axis and γ 2 axis.
ここで、前述したように、速度推定値ω1と回転子の角速度ωrとの差を速度推定誤差ωerrと定義する。また、位置推定誤差θγ1errは数式1により、角度差θγ2errは数式2により、速度推定誤差ωerrは数式3により、それぞれ定義する。
Here, as described above, the difference between the estimated speed value ω 1 and the angular speed ω r of the rotor is defined as a speed estimation error ω err . Further, the position estimation error θ γ1err is defined by
以上を前提として、本発明の第3実施形態に係る制御装置を図10に基づいて説明する。
図10において、図2と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、以下では図2と異なる部分を中心に説明する。
すなわち、図10では、図2の角度差演算器12に代えて電流指令値ベクトル演算器29が設けられている。この電流指令値ベクトル演算器29は、トルク指令値τ*に基づいて、テーブルによりqm軸電流iqm、及び、d軸とdm軸との角度差(γ1軸とγ2軸との角度差に等しい)θ0の正弦値sinθ0を演算すると共に、前述した数式8により余弦値cosθ0を演算する。
Based on the above, a control device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
10, parts that are the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. In the following, parts different from those in FIG.
That is, in FIG. 10, a current command
電流指令値ベクトル演算器29が演算したiqm,sinθ0は補正係数演算器13に入力され、また、sinθ0,cosθ0は電圧座標変換器9及び電流座標変換器10に入力されている。
補正係数演算器13は、iqm,sinθ0を用いて、数式36により補正係数Kを演算する。この補正係数Kの導出については、後述する。
The
この実施形態における補正電圧演算器14E、拡張誘起電圧演算器11E、減算器15a,15b、位置推定誤差演算器16、速度推定器17、積分器18等の動作は図2と同様である。
すなわち、補正電圧演算器14Eは、前述した数式9により各軸の補正電圧eexγ2c,eexδ2cを演算し、減算器15a,15bは、数式10によりγ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estをそれぞれ演算する。
位置推定誤差演算器16は、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estから、数式13により補正拡張誘起電圧の角度δcexestを演算する。補正拡張誘起電圧のベクトルの方向は、図9に示すようにqm軸方向に発生するように演算する。従って、位置推定誤差θγ1errestは、数式11,数式13により、−θγ1errest=δcexestとなる。
Operations of the
That is, the
The position
速度推定器17は数式12により速度推定値ω1を求め、積分器18は速度推定値ω1を積分して位置推定値θγ1を求める。
以上の動作により、位置推定誤差θγ1errestが零になるように速度推定値ω1及び位置推定値θγ1が演算され、γ1軸とd軸、γ2軸とdm軸をそれぞれ一致させることができる。
The
By the above operation, the position estimation error theta Ganma1errest speed estimated value omega 1 and the position estimate to be zero theta .gamma.1 is calculated, gamma 1-axis and the d-axis, to match gamma 2 axis and d m-axis, respectively Can do.
次に、補正係数Kの導出について説明する。
図7,図9に示したqm軸を、前述した「最大トルク/電流制御」を行った時の電流ベクトルの方向と定義すると、最大トルク/電流制御を行い、位置制御誤差θγ1errが零の場合には、数式37が成り立つ。
7, the q m-axis shown in FIG. 9, when defining the direction of the current vector when performing the "maximum torque / current control" as described above, performs the maximum torque / current control, the position control error theta Ganma1err is zero In the case of, the mathematical formula 37 is established.
また、最大トルク/電流制御時には、電流ベクトルはqm軸と一致するため、idm=0となり、d軸とdm軸との角度差θ0を用いて、d,q軸電流とqm軸電流との関係は、数式38となる。
数式38を用いて数式28を変形すると、数式39が得られる。
位置推定誤差θγ1errestが零の時に最大トルク/電流制御を行う場合には、数式37の関係が成り立つため、数式37,39,40より、(B+C)を零にすることができる。
前述の図5に示したように、(B+C)を零に制御することは速度推定誤差Δωerrの係数(B+C)を零に制御することに他ならないため、位置推定誤差Δθγ1errestには速度推定誤差Δωerrが含まれなくなり、結果的に速度・位置推定を安定に行うことができる。
When the maximum torque / current control is performed when the position estimation error θ γ1 errest is zero, since the relationship of Equation 37 is established, (B + C) can be made zero according to Equations 37, 39, and 40.
As shown in FIG. 5 described above, controlling (B + C) to zero is nothing but controlling the coefficient (B + C) of the speed estimation error Δω err to zero. Therefore, the position estimation error Δθ γ1 errest has a speed estimation. The error Δω err is not included, and as a result, speed / position estimation can be performed stably.
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図11は、本発明の第4実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。この第4実施形態は、第3実施形態における位置推定誤差θγ1errestの演算において、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est及びδ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estを、ローパスフィルタ31a,31bを介して位置推定誤差演算器16に入力するようにしたものである。図11における他の構成及び機能は図10と同一であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。
第4実施形態によれば、ローパスフィルタ31a,31bを通過したγ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est及びδ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estを用いて位置推定誤差θγ1errestを演算することにより、位置推定誤差θγ1errestの振動を低減して安定性を向上させることができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a block diagram showing a control device according to a fourth embodiment of the present invention together with a main circuit. In the fourth embodiment, in the calculation of the position estimation error θ γ1 errest in the third embodiment, the γ 2- axis corrected extended induced voltage ce exγ2est and the δ 2- axis corrected extended induced voltage ce exδ2est are passed through the low-
According to the fourth embodiment, the position estimation error θ γ1 errest is calculated by using the γ 2- axis corrected extended induced voltage ce exγ2est and the δ 2- axis corrected extended induced voltage ce exδ2est that have passed through the low-
次いで、本発明の第5実施形態について説明する。
図12は、本発明の第5実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。この第5実施形態は、図10の第3実施形態に第2の補正係数演算器32及び第2の補正電圧演算器33Eを付加したもので、補正電圧演算器33Eから出力される第2のγ2軸補正電圧eexγ2c2、δ2軸補正電圧eexδ2c2を減算器15a,15bの出力からそれぞれ減算してγ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estを得ると共に、各軸の補正拡張誘起電圧ceexγ2est,ceexδ2estを位置推定誤差演算器16に入力するものである。
なお、各軸の補正拡張誘起電圧ceexγ2est,ceexδ2estを、図11の第4実施形態のようにローパスフィルタ31a,31bを介して位置推定誤差演算器16に入力しても良い。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a block diagram showing a control device according to a fifth embodiment of the present invention together with a main circuit. In the fifth embodiment, a second
The corrected extended induced voltages ce exγ2est and ce exδ2est of each axis may be input to the position
前述した第3実施形態では、電流制御として最大トルク/電流制御を行う場合について説明したが、最大トルク/電流制御を行わない場合にはdm軸電流が零とならないため、補正拡張誘起電圧のγ2軸成分が零にならず、位置推定誤差を正確に演算することができない。
このため、第5実施形態では、第2のγ2軸補正電圧eexγ2c2、δ2軸補正電圧eexδ2c2を追加して各軸の補正拡張誘起電圧を得ることにより、電流制御として最大トルク/電流制御を行わない場合にも補正拡張誘起電圧のγ2軸成分を零にし、位置推定誤差を正確に演算可能としたものである。
In the third embodiment described above, the case where the maximum torque / current control is performed as the current control has been described. However, since the dm- axis current does not become zero when the maximum torque / current control is not performed, The γ 2- axis component does not become zero, and the position estimation error cannot be calculated accurately.
For this reason, in the fifth embodiment, the second γ 2- axis correction voltage e exγ2c2 and δ 2- axis correction voltage e exδ2c2 are added to obtain the corrected expansion induced voltage of each axis, whereby the maximum torque / current is controlled as current control. Even when the control is not performed, the γ 2- axis component of the corrected expansion induced voltage is set to zero so that the position estimation error can be accurately calculated.
図12において、図10(第3実施形態)との相違点は、第2の補正係数演算器32及び第2の補正電圧演算器33Eの有無のみであり、その他の構成及び機能については図10と同一であるため同一符号を付して説明を省略する。
以下、第2の補正係数演算器32及び第2の補正電圧演算器33Eについて説明する。
補正係数演算器32は、d軸とdm軸との角度差θ0の正弦値sinθ0及び余弦値cosθ0を用いて、第2の補正係数K2を数式41により演算する。なお、この補正係数K2の導出については、後述する。
Hereinafter, the second
第2の補正電圧演算器33Eは、第2の補正係数K2、速度推定値ω1、γ2軸電流検出値iγ2、δ2軸電流検出値iδ2を用いて、数式42により第2のγ2軸補正電圧eexγ2c2及びδ2軸補正電圧eexδ2c2をそれぞれ演算する。
減算器15a,15bは、数式43に示すように、γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estから各軸の補正電圧eexγ2c,eexδ2c、及び、第2の補正電圧eexγ2c2,eexδ2c2をそれぞれ減算し、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estを得る。
次に、第2の補正係数K2の導出について説明する。
数式4、数式9、数式17、数式42、数式43から、第2の補正電圧eexγ2c2,eexδ2c2を追加して補正した場合のγ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2est、δ2軸補正拡張誘起電圧ceexδ2estは、数式44により表すことができる。
From
定常状態におけるγ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2estは、数式19、数式24、数式44を用いて、数式45により表すことができる。
電流制御として最大トルク/電流制御を行わない場合、数式24、数式36、数式45から、γ2軸補正拡張誘起電圧ceexγ2estが零になるように、補正係数K2を数式41により演算する。
この第5実施形態のように第2の補正電圧eexγ2c2,eexδ2c2を追加的に用いて各軸の拡張誘起電圧を補正することで、最大トルク/電流制御を行わない場合でも、定常状態で位置推定誤差を正確に演算することができる。
When not the maximum torque / current control as the current control, Equation 24, Equation 36, from Equation 45, as gamma 2-axis correction extended induced voltage ce Exganma2est becomes zero, calculates the correction factor K 2 using Equation 41.
Even if the maximum torque / current control is not performed by correcting the expansion induced voltage of each axis by additionally using the second correction voltages e exγ2c2 and e exδ2c2 as in the fifth embodiment, The position estimation error can be calculated accurately.
次に、本発明の第6実施形態について説明する。
図13は、本発明の第6実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。この第6実施形態は、第3実施形態における位置推定誤差θγ1errestを補正拡張磁束に基づいて演算するものである。
図13において、図10(第3実施形態)との相違点は、拡張磁束演算器11M及び補正磁束演算器14Mのみであり、その他の構成及び機能は図10と同一であるため同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 13 is a block diagram showing a control device according to a sixth embodiment of the present invention together with a main circuit. In the sixth embodiment, the position estimation error θ γ1 errest in the third embodiment is calculated based on the corrected expanded magnetic flux.
13 is different from FIG. 10 (third embodiment) only in the expanded
図13における拡張磁束演算器11Mは、図6(第2実施形態)と同様に、前述の数式4によりγ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estを演算する。次に、前述の数式32により、γ2軸拡張誘起電圧eexγ2est、δ2軸拡張誘起電圧eexδ2estからγ2軸拡張磁束Ψexγ2est、δ2軸拡張磁束Ψexδ2estを演算する。
The extended
また、図13における補正磁束演算器14Mは、前述の数式33により、γ2軸補正磁束Ψexγ2c、δ2軸補正磁束Ψexδ2cを演算する。なお、数式33において用いる補正係数Kは、前記同様に補正係数演算器13によって求められる。
そして、減算器15a,15bにより、前述の数式34に従ってγ2軸補正拡張磁束cΨexγ2est、δ2軸補正拡張磁束cΨexδ2estを演算する。位置推定誤差演算器16は、前述の数式35により、位置推定誤差θγ1errestを演算する。
The correction
Then, the
この第6実施形態は、位置推定誤差θγ1errestの演算に当たり、第3実施形態のように拡張誘起電圧を用いるのではなく拡張磁束を用いる点が異なり、磁極位置θrから位置推定値θγ1までの伝達特性のブロック図は図4、図5によって表される。このため、数式27や数式40における(B+C)を零に制御すれば、位置推定誤差には速度推定誤差が含まれなくなり、第3実施形態と同様に安定した速度・位置推定を行うことができる。
In the sixth embodiment, when calculating the position estimation error θ γ1 errest , the extended magnetic flux is used instead of the extended induced voltage as in the third embodiment, and from the magnetic pole position θ r to the position estimated value θ γ1. The block diagram of the transfer characteristic is represented by FIG. 4 and FIG. For this reason, if (B + C) in
次に、本発明の第7実施形態について説明する。
図14は、本発明の第7実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。この第7実施形態は、第4実施形態と同様に、減算器15a,15bの出力を、ローパスフィルタ31a,31bを介して位置推定誤差演算器16に入力したものであり、その他の構成及び機能は図13(第6実施形態)と同一である。
この第7実施形態によれば、第4実施形態と同様に、補正拡張磁束の値をそのまま用いるのではなくローパスフィルタ31a,31bを通過させた値を用いることで、位置推定誤差θγ1errestの振動を低減し、安定性を向上させることができる。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is a block diagram showing a control device according to a seventh embodiment of the present invention together with a main circuit. In the seventh embodiment, as in the fourth embodiment, the outputs of the
According to the seventh embodiment, as in the fourth embodiment, the value of the corrected extended magnetic flux is not used as it is, but the value that has passed through the low-
次に、本発明の第8実施形態について説明する。
図15は、本発明の第8実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。
この第5実施形態は、図13の第6実施形態に第2の補正係数演算器32及び第2の補正磁束演算器33Mを付加したものであり、補正磁束演算器33Mから出力される第2のγ2軸補正磁束Ψexγ2c2、δ2軸補正磁束Ψexδ2c2を減算器15a,15bの出力からそれぞれ減算してγ2軸補正拡張磁束cΨexγ2est、δ2軸補正拡張磁束cΨexδ2estを得ると共に、各軸の補正拡張磁束cΨexγ2est,cΨexδ2estを位置推定誤差演算器16に入力する。
なお、各軸の補正拡張磁束cΨexγ2est,cΨexδ2estを、図14の第7実施形態のようにローパスフィルタ31a,31bを介して位置推定誤差演算器16に入力しても良い。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a block diagram showing a control device according to an eighth embodiment of the present invention together with a main circuit.
In the fifth embodiment, a second
The corrected expanded magnetic fluxes cΨ exγ2est and cΨ exδ2est of each axis may be input to the position
図15において、第2の補正磁束演算器33Mは、数式46により第2のγ2軸補正磁束Ψexγ2c2、δ2軸補正磁束Ψexδ2c2を演算する。
位置推定誤差演算器16は、γ2軸補正拡張磁束cΨexγ2est、δ2軸補正拡張磁束cΨexδ2estを用いて、前述の数式35により位置推定誤差θγ1errestを演算する。
この第8実施形態は、位置推定誤差θγ1errestの演算に当たり、第5実施形態のように拡張誘起電圧を用いるのではなく拡張磁束を用いており、第2の補正磁束の作用により、最大トルク/電流制御を行わない場合でも位置推定誤差θγ1errestを正確に演算することができる。
The position
In the eighth embodiment, in calculating the position estimation error θ γ1 errest, an extended magnetic flux is used instead of an extended induced voltage as in the fifth embodiment, and the maximum torque / Even when current control is not performed, the position estimation error θ γ1 errest can be accurately calculated.
なお、本発明の各実施形態では、電圧座標変換器9及び電流座標変換器10における電圧、電流の座標変換をγ―δ座標系の二相量同士で行っているのに対し、図17に示した従来技術では、電圧座標変換器29及び電流座標変換器30における電圧、電流の座標変換を、固定座標系の三相量→直交回転座標系の二相量という形態で行っている。
このため、本発明の各実施形態によれば、速度・位置推定系における電圧、電流の座標変換に伴う演算処理を図17の従来技術よりも簡略化することができる
In each embodiment of the present invention, voltage and current coordinate conversion in the voltage coordinate converter 9 and the current coordinate
For this reason, according to each embodiment of the present invention, it is possible to simplify the arithmetic processing accompanying the voltage / current coordinate conversion in the speed / position estimation system as compared with the prior art of FIG.
1:三相交流電源
2:整流回路
3:電力変換器
4:永久磁石形同期電動機(PMSM)
5u,5w:電流検出器
9,26:電圧座標変換器
10,28:電流座標変換器
11E:拡張誘起電圧演算器
11M:拡張磁束演算器
12:角度差演算器
13,32:補正係数演算器
14E,33E:補正電圧演算器
14M:補正磁束演算器
15a,15b:減算器
16:位置推定誤差演算器
17:速度推定器
18:積分器
21,24a,24b:減算器
22:速度調節器
23:電流指令演算器
25a:γ軸電流調節器
25b:δ軸電流調節器
27:PWM回路
29:電流指令値ベクトル演算器
31a,31b:ローパスフィルタ
1: Three-phase AC power source 2: Rectifier circuit 3: Power converter 4: Permanent magnet synchronous motor (PMSM)
5u, 5w: current detectors 9, 26: voltage coordinate
Claims (14)
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記γ1軸から所定の角度差を持つ推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正電圧から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、及び、前記速度推定値から前記補正電圧を演算する手段と、
前記δ2軸電流から前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 A control device for a permanent magnet type synchronous motor that estimates a rotational speed and a magnetic pole position without using a rotor magnetic pole position detector and operates a permanent magnet type synchronous motor by a power converter,
The N-pole direction of the rotor of the synchronous motor is the d-axis, the axis in the 90 ° advance direction from the d-axis is the q-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ 1 axis, and the γ 1 axis is 90 The estimated axis in the advance direction is defined as δ 1 axis, the estimated axis having a predetermined angle difference from the γ 1 axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the 90 ° advance direction from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis. In addition, in the control device in which the current and voltage of the synchronous motor are regarded as vectors in an orthogonal rotation coordinate system having the γ 1 axis, the δ 1 axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis, and used for calculation. ,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction voltage, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, and means for calculating the correction voltage from the velocity estimation value,
Means for calculating an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis from the δ 2 axis current;
Means for converting the current of the γ 1 axis and the current of the δ 1 axis into the γ 2 axis current and the δ 2 axis current using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
Means for converting the voltage of the γ 1 axis and the voltage of the δ 1 axis into the γ 2 axis voltage and the δ 2 axis voltage using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記位置推定誤差を演算する手段は、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値、前記補正電圧の演算値から補正拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記補正拡張誘起電圧の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to claim 1,
The means for calculating the position estimation error is:
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the gamma 2-axis voltage, means for calculating the extended electromotive force wherein [delta] 2-axis voltage, and from the speed estimated value,
Means for calculating the corrected extended induced voltage from the calculated value of the extended induced voltage and the calculated value of the corrected voltage;
Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the corrected expansion induced voltage;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記補正電圧を演算する手段、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段は、
前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差であって、前記速度推定値と前記同期電動機の実速度との誤差を除去するように、前記補正電圧、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to claim 1 or 2,
The means for calculating the correction voltage and the means for calculating the angle difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis are:
The correction voltage, the γ 1 axis, and the γ so as to remove an error between the speed estimation value and the actual speed of the synchronous motor, which is a speed estimation error included in the calculated value of the position estimation error. A control device for a permanent magnet type synchronous motor, characterized in that an angular difference between two axes is calculated.
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記γ1軸から所定の角度差を持つ推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正磁束から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、及び、前記速度推定値から前記補正磁束を演算する手段と、
前記δ2軸電流から前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 A control device for a permanent magnet type synchronous motor that estimates a rotational speed and a magnetic pole position without using a rotor magnetic pole position detector and operates a permanent magnet type synchronous motor by a power converter,
The N-pole direction of the rotor of the synchronous motor is the d-axis, the axis in the 90 ° advance direction from the d-axis is the q-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ 1 axis, and the γ 1 axis is 90 The estimated axis in the advance direction is defined as δ 1 axis, the estimated axis having a predetermined angle difference from the γ 1 axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the 90 ° advance direction from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis. In addition, in the control device in which the current and voltage of the synchronous motor are regarded as vectors in an orthogonal rotation coordinate system having the γ 1 axis, the δ 1 axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis, and used for calculation. ,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction magnetic flux, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, and means for calculating the correction magnetic flux from the speed estimated value,
Means for calculating an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis from the δ 2 axis current;
Means for converting the current of the γ 1 axis and the current of the δ 1 axis into the γ 2 axis current and the δ 2 axis current using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
Means for converting the voltage of the γ 1 axis and the voltage of the δ 1 axis into the γ 2 axis voltage and the δ 2 axis voltage using an angular difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記位置推定誤差を演算する手段は、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値、前記補正磁束の演算値から補正拡張磁束を演算する手段と、
前記補正拡張磁束の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control apparatus for the permanent magnet type synchronous motor according to claim 4,
The means for calculating the position estimation error is:
Means for calculating an expanded magnetic flux from the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, the γ 2- axis voltage, the δ 2- axis voltage, and the speed estimation value;
Means for calculating the corrected expanded magnetic flux from the calculated value of the expanded magnetic flux and the calculated value of the corrected magnetic flux;
Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the corrected expanded magnetic flux;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記補正磁束を演算する手段、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算する手段は、
前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差であって、前記速度推定値と前記同期電動機の実速度との誤差を除去するように、前記補正磁束、及び、前記γ1軸と前記γ2軸との角度差を演算することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to claim 4 or 5,
The means for calculating the correction magnetic flux and the means for calculating the angle difference between the γ 1 axis and the γ 2 axis are:
It is a speed estimation error included in the calculated value of the position estimation error, and the correction magnetic flux, the γ 1 axis, and the γ so as to remove an error between the speed estimation value and the actual speed of the synchronous motor. A control device for a permanent magnet type synchronous motor, characterized in that an angular difference between two axes is calculated.
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸から所定の角度差を持った軸をdm軸、前記dm軸から90°進み方向の軸をqm軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記dm軸に対応する制御上の推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正電圧から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
トルク指令値から、qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記qm軸電流、前記d軸と前記dm軸との角度差、及び、前記速度推定値から、前記補正電圧を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 A control device for a permanent magnet type synchronous motor that estimates a rotational speed and a magnetic pole position without using a rotor magnetic pole position detector and operates a permanent magnet type synchronous motor by a power converter,
D axis N pole direction of the rotor of the synchronous motor, the q axis 90 ° leading direction of the axis from the d-axis, the axis having a predetermined angle difference from the d-axis d m-axis, from the d m-axis q m-axis in the axial direction advances 90 °, the gamma 1 axis estimated axis for control corresponding to the d-axis, the [delta] 1 axis estimated axis for 90 ° leading direction from gamma 1-axis, corresponding to the d m-axis The control estimated axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the direction advanced by 90 ° from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis, and the current and voltage of the synchronous motor are defined as the γ 1 axis and the δ In a control device that is used as a vector in an orthogonal rotation coordinate system having one axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction voltage, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
From the torque command value, q m-axis current, and, means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis,
Means for conversion using the angular difference between the d m-axis and the d-axis current of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis current the gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current,
Use of an angle difference between the d m-axis and the d-axis voltage of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis voltage the gamma 2-axis voltage of, and means for converting the [delta] 2-axis voltage,
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the q m-axis current, the angular difference between the d-axis and the d m-axis, and, from the speed estimation value, and means for calculating the correction voltage,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記位置推定誤差を演算する手段は、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び前記速度推定値から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値、前記補正電圧の演算値から補正拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記補正拡張誘起電圧の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to claim 7,
The means for calculating the position estimation error is:
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the gamma 2-axis voltage, means for calculating the extended electromotive force wherein [delta] 2-axis voltage, and from the speed estimated value,
Means for calculating the corrected extended induced voltage from the calculated value of the extended induced voltage and the calculated value of the corrected voltage;
Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the corrected expansion induced voltage;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記補正拡張誘起電圧の演算値をローパスフィルタに通した出力から前記位置推定誤差を演算する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to claim 8,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor, comprising means for calculating the position estimation error from an output obtained by passing a calculated value of the corrected expansion induced voltage through a low-pass filter.
前記同期電動機の回転子のN極方向をd軸、前記d軸から90°進み方向の軸をq軸、前記d軸から所定の角度差を持った軸をdm軸、前記dm軸から90°進み方向の軸をqm軸、前記d軸に対応する制御上の推定軸をγ1軸、前記γ1軸から90°進み方向の推定軸をδ1軸、前記dm軸に対応する制御上の推定軸をγ2軸、前記γ2軸から90°進み方向の推定軸をδ2軸と、それぞれ定義すると共に、前記同期電動機の電流、電圧を、前記γ1軸、前記δ1軸、前記γ2軸、前記δ2軸を有する直交回転座標系でベクトルとして捉えて演算に用いるようにした制御装置において、
γ2軸電流、δ2軸電流、γ2軸電圧、δ2軸電圧、前記同期電動機の速度推定値、及び、補正磁束から、前記d軸と前記γ1軸との角度差である位置推定誤差を演算する手段と、
前記位置推定誤差の演算値から前記速度推定値を演算する手段と、
前記速度推定値を積分して前記回転子の位置推定値を演算する手段と、
トルク指令値から前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電流、前記δ1軸の電流を前記γ2軸電流、前記δ2軸電流に変換する手段と、
前記d軸と前記dm軸との角度差を用いて、前記γ1軸の電圧、前記δ1軸の電圧を前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧に変換する手段と、
前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記qm軸電流、前記d軸と前記dm軸との角度差、及び、前記速度推定値から、前記補正磁束を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 A control device for a permanent magnet type synchronous motor that estimates a rotational speed and a magnetic pole position without using a rotor magnetic pole position detector and operates a permanent magnet type synchronous motor by a power converter,
D axis N pole direction of the rotor of the synchronous motor, the q axis 90 ° leading direction of the axis from the d-axis, the axis having a predetermined angle difference from the d-axis d m-axis, from the d m-axis q m-axis in the axial direction advances 90 °, the gamma 1 axis estimated axis for control corresponding to the d-axis, the [delta] 1 axis estimated axis for 90 ° leading direction from gamma 1-axis, corresponding to the d m-axis The control estimated axis is defined as γ 2 axis, and the estimated axis in the direction advanced by 90 ° from the γ 2 axis is defined as δ 2 axis, and the current and voltage of the synchronous motor are defined as the γ 1 axis and the δ In a control device that is used as a vector in an orthogonal rotation coordinate system having one axis, the γ 2 axis, and the δ 2 axis,
gamma 2-axis current, [delta] 2-axis current, gamma 2-axis voltage, [delta] 2-axis voltage, the speed estimated value of the synchronous motor, and, from the correction magnetic flux, the angular difference is the position estimate of the gamma 1-axis and the d-axis Means for calculating the error;
Means for calculating the speed estimation value from the calculation value of the position estimation error;
Means for integrating the speed estimate and calculating a position estimate of the rotor;
Wherein q m-axis current from the torque command value, and, means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis,
Means for conversion using the angular difference between the d m-axis and the d-axis current of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis current the gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current,
Use of an angle difference between the d m-axis and the d-axis voltage of the gamma 1-axis, the [delta] 1-axis voltage the gamma 2-axis voltage of, and means for converting the [delta] 2-axis voltage,
The gamma 2-axis current, the [delta] 2-axis current, the q m-axis current, the angular difference between the d-axis and the d m-axis, and, from the speed estimation value, and means for calculating the correction magnetic flux,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記位置推定誤差を演算する手段は、前記γ2軸電流、前記δ2軸電流、前記γ2軸電圧、前記δ2軸電圧、及び、前記速度推定値から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値と前記補正磁束の演算値とから、補正拡張磁束を演算する手段と、
前記補正拡張磁束の演算値から前記位置推定誤差を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for the permanent magnet type synchronous motor according to claim 10,
The means for calculating the position estimation error includes means for calculating an expanded magnetic flux from the γ 2- axis current, the δ 2- axis current, the γ 2- axis voltage, the δ 2- axis voltage, and the speed estimation value;
Means for calculating a corrected expanded magnetic flux from the calculated value of the expanded magnetic flux and the calculated value of the corrected magnetic flux;
Means for calculating the position estimation error from the calculated value of the corrected expanded magnetic flux;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記補正拡張磁束の演算値をローパスフィルタに通した出力から前記位置推定誤差を演算する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device of the permanent magnet type synchronous motor according to claim 11,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor, comprising means for calculating the position estimation error from an output obtained by passing the calculated value of the corrected expanded magnetic flux through a low-pass filter.
前記位置推定誤差の演算値に含まれる速度推定誤差成分が零になるように、前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to any one of claims 7 to 12,
As the speed estimation error component included in the calculated value of the position estimation error is zero, the q m-axis current, and further comprising means for calculating the angular difference between the d m-axis and the d-axis A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
前記qm軸を、同一トルクにおける電流振幅が最小となる条件を満たす電流ベクトルの方向の軸と定義し、
前記トルク指令値に基づいて、前記qm軸電流、及び、前記d軸と前記dm軸との角度差を演算する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In the control device for a permanent magnet type synchronous motor according to any one of claims 7 to 13,
The q m-axis, defined as the axis of satisfying current vector current amplitude in the same torque is minimized,
Based on the torque command value, the q m-axis current, and the d-axis and the d m axis controller for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that it includes means for calculating the angular difference.
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