JP2018023203A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an electric motor.
電動機の制御装置は、例えばレゾルバのような角度検出手段が検出した回転子の角度情報を用いて、速度制御やトルク制御といった電動機の駆動制御を行う。角度検出手段が検出する角度情報には、角度検出手段の特性に起因して検出誤差が含まれるのが一般的である。この検出誤差を含む角度情報を用いて、電動機の駆動制御が行われると、電動機の回転速度や出力トルクに脈動が発生する可能性がある。そのため、角度検出手段が検出した角度情報に含まれる検出誤差を適切に補正する必要がある。 The motor control device performs drive control of the motor, such as speed control and torque control, using angle information of the rotor detected by an angle detection unit such as a resolver. In general, the angle information detected by the angle detection means includes a detection error due to the characteristics of the angle detection means. When drive control of the electric motor is performed using angle information including this detection error, pulsation may occur in the rotational speed and output torque of the electric motor. Therefore, it is necessary to appropriately correct the detection error included in the angle information detected by the angle detection means.
上記の課題解決を目的とした従来技術として、特許文献1、2がある。特許文献1は、電動機の理想回転角度を設定し、その理想回転角度と実検出角度との差を求めることで、実検出角度に含まれる検出誤差を補償する技術を開示する。
特許文献2は、モータの磁極位置を検出する磁気位置センサーが検出した検出信号の検出誤差を補償する技術を開示する。具体的には、特許文献2は、無負荷状態において、モータの出力トルクを0にするdq電流指令値を与えたときのdq電流指令値の位相差β*と、実際のdq軸電流の位相差βとの位相ズレ量を求め、検出誤差を補償する技術を開示する。
しかし、特許文献1では、検出誤差を精度良く求めるために、補償対象となる電動機を、一定の回転速度で正確に駆動する必要がある。補償対象となる電動機の実検出角には、上述のように検出誤差が含まれている。そのため、特許文献1は、正確に一定速度で電動機を駆動させることが困難である。
However, in
また、特許文献1において、別途、電動機を強制的に一定速度で駆動させるための外部装置を電動機に接続し、電動機を一定速度で駆動させることも考えられるが、この場合、装置のコストアップ及び装置の大型化を招くという問題が発生する。
In
特許文献2では、無負荷状態で求められた位相ズレ量を用いて磁気位置センサーの検出誤差が補償されているので、負荷がかかった状態において、検出信号の検出誤差を正確に補償できない可能性がある。
In
本発明は、電動機を一定速度で駆動させる外部装置を接続しなくても回転子の検出角度に含まれる検出誤差を精度良く補償する電動機の制御装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a motor control device that accurately compensates for a detection error included in a rotor detection angle without connecting an external device that drives the motor at a constant speed.
本発明の一態様に係る電動機の制御装置は、
前記電動機の回転子の回転角度に応じて周期的に変動する検出誤差と前記回転角度の真値とを含む前記回転子の実回転角度を検出する角度検出部と、
前記電動機の実出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記実回転角度を駆動制御に用いることで発生する前記実出力トルクの周期的な変動から前記検出誤差を推定する推定部と、
前記推定された検出誤差に基づいて、前記実回転角度に含まれる検出誤差を補償する。
An electric motor control device according to an aspect of the present invention includes:
An angle detection unit for detecting an actual rotation angle of the rotor including a detection error periodically changing according to a rotation angle of the rotor of the electric motor and a true value of the rotation angle;
A torque detector for detecting an actual output torque of the electric motor;
An estimation unit that estimates the detection error from a periodic variation of the actual output torque generated by using the actual rotation angle for drive control;
Based on the estimated detection error, the detection error included in the actual rotation angle is compensated.
本態様によれば、検出誤差を含んだ実回転角度を駆動制御に用いることで発生する実出力トルクの周期的な変動に基づいて検出誤差が推定されている。周期的に変動する検出誤差を含んだ実回転角度を電動機の駆動制御に用いた場合、実出力トルクには、検出誤差と同じ周期で、検出誤差の大きさに応じた脈動が発生する。そのため、実回転角度と実出力トルクが同時に分かれば、実回転角度に含まれる検出誤差を正確に推定できる。したがって、本態様は、実回転角度に含まれる検出誤差を正確に推定できる。 According to this aspect, the detection error is estimated based on the periodic fluctuation of the actual output torque generated by using the actual rotation angle including the detection error for the drive control. When an actual rotation angle including a periodically varying detection error is used for drive control of the electric motor, a pulsation corresponding to the magnitude of the detection error occurs in the actual output torque in the same cycle as the detection error. Therefore, if the actual rotation angle and the actual output torque are known at the same time, the detection error included in the actual rotation angle can be accurately estimated. Therefore, this aspect can accurately estimate the detection error included in the actual rotation angle.
また、本態様は、実回転角度と実出力トルクとに着目しているので、電動機の回転速度を一定にする必要はない。よって、本態様は、回転速度を一定に保持するための外部装置を用いることなく、検出誤差を推定できる。したがって、本態様は、コストの増大及び装置規模の増大を抑制できる。 Further, since this aspect focuses on the actual rotation angle and the actual output torque, it is not necessary to make the rotation speed of the electric motor constant. Therefore, this aspect can estimate a detection error without using an external device for keeping the rotation speed constant. Therefore, this aspect can suppress an increase in cost and an increase in apparatus scale.
上記態様において、前記推定部は、前記実回転角度と前記実出力トルクとの関係を示す運動方程式に、前記実回転角度と前記実出力トルクとを入力することで、前記検出誤差を推定してもよい。 In the above aspect, the estimation unit estimates the detection error by inputting the actual rotation angle and the actual output torque into an equation of motion indicating a relationship between the actual rotation angle and the actual output torque. Also good.
本態様によれば、実回転角度と実出力トルクとの関係を示す運動方程式を用いて検出誤差が推定されているので、検出誤差を精度良く推定できる。 According to this aspect, since the detection error is estimated using the equation of motion indicating the relationship between the actual rotation angle and the actual output torque, the detection error can be estimated with high accuracy.
上記態様において、前記実回転角度は、前記真値を変数とする三角関数に誤差ゲインを乗じた誤差関数と、前記真値との和で表され、
前記推定部は、複数の前記実回転角度と複数の前記実出力トルクとを前記運動方程式に入力し、最小二乗法によって、前記誤差ゲインを決定することにより、前記検出誤差を推定してもよい。
In the above aspect, the actual rotation angle is represented by a sum of an error function obtained by multiplying a trigonometric function having the true value as a variable by an error gain, and the true value,
The estimation unit may estimate the detection error by inputting a plurality of actual rotation angles and a plurality of actual output torques to the equation of motion, and determining the error gain by a least square method. .
検出誤差は、回転角度に応じて周期的に変動するので、回転角度の真値を変数とする三角関数に誤差ゲインを乗じた誤差関数で表すことができる。本態様は、この誤差関数と真値との和で実回転角度が表された運動方程式を用いている。そして、本態様は、この運動方程式に複数の実回転角度と複数の実出力トルクとを入力し、最小二乗法によって、誤差ゲインを決定することで、検出誤差を推定する。そのため、検出誤差を精度良く推定できる。なお、メモリ量の削減の観点から、本態様は、逐次最小二乗法を用いても良い。 Since the detection error periodically varies according to the rotation angle, it can be expressed by an error function obtained by multiplying a trigonometric function having a true value of the rotation angle as a variable by an error gain. This mode uses an equation of motion in which the actual rotation angle is expressed by the sum of the error function and the true value. In this aspect, a plurality of actual rotation angles and a plurality of actual output torques are input to this equation of motion, and an error gain is determined by the least square method, thereby estimating a detection error. Therefore, the detection error can be estimated with high accuracy. From the viewpoint of reducing the amount of memory, this aspect may use a sequential least square method.
上記態様において、前記推定部は、前記最小二乗法によって決定された誤差ゲインで表された前記誤差関数から、複数の回転角度と複数の検出誤差とを対応付けた対応情報を生成し、
前記補償部は、前記実回転角度に対応する検出誤差を前記対応情報から決定し、決定した検出誤差を用いて前記実回転角度を補償してもよい。
In the above aspect, the estimation unit generates correspondence information in which a plurality of rotation angles and a plurality of detection errors are associated with each other from the error function represented by the error gain determined by the least square method.
The compensation unit may determine a detection error corresponding to the actual rotation angle from the correspondence information, and compensate the actual rotation angle using the determined detection error.
本態様によれば、最小二乗法によって決定された誤差ゲインで表された誤差関数から、複数の回転角度と複数の検出誤差とを対応付けた対応情報が事前に生成される。そして、本態様によれば、実回転角度に対応する検出誤差を対応情報から決定し、決定した検出誤差を用いて実回転角度を補償する。そのため、実回転角度に応じた検出誤差を速やかに決定できる。 According to this aspect, correspondence information in which a plurality of rotation angles and a plurality of detection errors are associated with each other is generated in advance from an error function represented by an error gain determined by the least square method. According to this aspect, the detection error corresponding to the actual rotation angle is determined from the correspondence information, and the actual rotation angle is compensated using the determined detection error. Therefore, the detection error corresponding to the actual rotation angle can be determined quickly.
上記態様において、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部を更に備え、
前記トルク検出部は、前記検出された電流に基づいて、前記実出力トルクを算出してもよい。
In the above aspect, further comprising a current detector for detecting a current flowing through the electric motor,
The torque detector may calculate the actual output torque based on the detected current.
本態様によれば、電流検出部により検出された電流に基づいて、実出力トルクが算出されているので、比較的、装置規模の大きなトルク検出装置を用いることなく、実出力トルクを検出できる。そのため、本態様は、装置規模の増大を更に抑制できる。 According to this aspect, since the actual output torque is calculated based on the current detected by the current detection unit, the actual output torque can be detected without using a torque detection device having a relatively large scale. Therefore, this aspect can further suppress an increase in the device scale.
上記態様において、前記角度検出部は、レゾルバで構成されてもよい。 In the above aspect, the angle detection unit may be configured by a resolver.
レゾルバは、回転子の回転角度に応じて検出誤差が周期的に変動するので、上記の態様を用いることで、検出誤差を正確に推定できる。 Since the detection error of the resolver periodically varies according to the rotation angle of the rotor, the detection error can be accurately estimated by using the above aspect.
本発明によれば、外部装置を接続しなくても回転子の検出角度に含まれる検出誤差を精度良く補償することができる。 According to the present invention, the detection error included in the detection angle of the rotor can be accurately compensated without connecting an external device.
以下、本発明の実施の形態に係る電動機(以下、「モータ」と記述する。)の制御装置について図面を参照しながら説明する。永久磁石同期電動機をはじめとした3相ブラシレスモータの速度制御は、近年、ベクトル制御が用いられることが一般的である。したがって、本実施の形態においても、モータの速度制御として、ベクトル制御を採用する。 Hereinafter, a control device for an electric motor (hereinafter referred to as “motor”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In recent years, vector control is generally used for speed control of a three-phase brushless motor such as a permanent magnet synchronous motor. Therefore, also in this embodiment, vector control is adopted as the motor speed control.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る電動機の制御装置1の構成を示すブロック図である。制御装置1は、モータMを制御する制御装置である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric
制御装置1は、減算器11、速度制御部12、電流指令生成部13、減算器14a,14b、電流制御部15、dq/uvw変換部16、インバータ17、トルク検出部19、角度検出部20、uvw/dq変換部21、推定部22、補償部23、加算器24、乗算器25、及び速度算出部26を備える。
The
図1において、減算器11、速度制御部12、電流指令生成部13、減算器14a,14b、電流制御部15、dq/uvw変換部16、uvw/dq変換部21、推定部22、補償部23、加算器24、乗算器25、及び速度算出部26は、例えば、CPU、ROM等を備えるコンピュータにより構成される。
In FIG. 1, a
減算器11は、目標速度から速度検出値を減算し、速度偏差を算出する。目標速度は、モータMが適用される装置に応じて異なる。例えば、モータMが建設機械のウィンチドラムや上部旋回体や下部走行体の駆動に用いられるのであれば、操作レバーの操作量に応じた値に目標速度は設定される。また、モータMが電気自動車やハイブリッド自動車の走行モータに適用されるのであれば、アクセルの操作量に応じた値に目標速度は設定される。
The
速度制御部12は、減算器11から速度偏差が入力され、この速度偏差を0にするためのトルク指令値を算出する。ここで、速度制御部12は、例えばPID(比例・積分・微分)制御やPI(比例・積分)制御を用いてトルク指令値を算出すればよい。
The
電流指令生成部13は、トルク指令値に基づいて、d軸の目標電流値Id_refとq軸の目標電流値Iq_refとを算出する。ここで、電流指令生成部13は、例えば、トルク指令値に対して予め定められた値を目標電流値Id_ref,Iq_refとして生成すればよい。
The
減算器14aは、目標電流値Id_refからd軸の実電流値Idを減算し、d軸の電流偏差を算出する。減算器14bは、目標電流値Iq_refからq軸の実電流値Iqを減算し、q軸の電流偏差を算出する。
The
電流制御部15は、減算器14aからのd軸の電流偏差を0にするためのd軸の電圧指令値vdを算出すると共に、減算器14bからのq軸の電流偏差を0にするためのq軸の電圧指令値vqを算出する。電圧指令値vdはモータMに出力する電圧の界磁成分を制御する指令値であり、電圧指令値vqはモータMに出力する電圧のトルク成分を制御するための指令値である。ここで、電流制御部15は、例えば、PID制御、PI制御を用いて電圧指令値vd,vqを算出すればよい。
The
dq/uvw変換部16は、電圧指令値vd,vqを、乗算器25から出力された電気角αを用いて座標変換し、UVWの3相からなるPWM信号を生成し、インバータ17に出力する。
The dq /
インバータ17は、例えば、3相のインバータで構成され、3相のPWM信号からUVWの3相の交流電力を生成し、モータMに出力する。
The
モータMは、例えば、3相の電動機で構成され、インバータ17から出力されるUVWの3相の交流電力に従って駆動される。例えば、制御装置1がクレーンやショベルカーといった建設機械に適用されるのであれば、モータMは、上部旋回体を旋回させたり、ウィンチドラムを回転させたりする。また、制御装置1が電気自動車に適用されるのであれば、電気自動車を走行させる。
The motor M is composed of, for example, a three-phase electric motor and is driven according to UVW three-phase AC power output from the
トルク検出部19は、例えば、モータMの回転軸に加わるトルクを直接的に検出する計測装置で構成されている。そして、トルク検出部19は、検出したトルクをトルク検出値として推定部22に出力する。
The
角度検出部20は、例えば、レゾルバで構成され、モータMの回転子の回転角度を検出し、検出した回転角度を角度検出値θsとして出力する。ここで、角度検出値θsとしては、例えば、基準回転位置に対する回転子の回転角度が採用できる。なお、速度検出値は、例えば、回転子が所定の第1方向(例えば、右回りの方向)に回転している場合、プラスの値を持ち、回転子が第1方向とは反対の第2方向(例えば、左回りの方向)に回転した場合は、マイナスの値を持つようにして、プラスマイナスの符号を用いて回転方向を区別してもよい。
The
uvw/dq変換部21は、電流センサ31,32,33で検出された交流電流Iu,Iv,Iwを、乗算器25で算出された電気角αを用いて座標変換し、d,q軸の実電流値Id,Iqを算出し、減算器14a,14bに出力する。
The uvw /
乗算器25は、角度検出値θsとモータMの極対数とを用いてモータMの電気角αを算出する。詳細には、乗算器25は、角度検出値θsに1/極対数を乗じることで、電気角αを算出すればよい。
The
速度算出部26は、角度検出部20で検出された角度検出値θsを微分し、モータMの回転速度を算出し、速度検出値として減算器11及び乗算器25に出力する。
The
電流センサ31,32,33は、それぞれ、例えば、ホール素子を利用したホール式の電流センサで構成され、U,V,W相の交流電流Iu,Iv,Iwを検出する。
Each of the
以上が制御装置1の基本構成であり、速度検出値が目標速度に追従するように、モータMがフィードバック制御される。
The above is the basic configuration of the
推定部22は、検出誤差を含む角度検出値θs(実回転角度)をモータMの駆動制御に用いることで発生するトルク検出値τd(実出力トルク)の周期的な変動から検出誤差を推定する。
The
補償部23は、推定部22により推定された検出誤差に基づいて、角度検出値θsに含まれる検出誤差を補償する。
The
実施の形態1において、制御装置1の動作は、検出誤差を推定する推定フェーズと、推定フェーズで推定された検出誤差を用いて、角度検出値θsに含まれる検出誤差を除去する補償フェーズとに分けられる。推定部22は、推定フェーズで動作し、補償部23は、補償フェーズで動作する。
In the first embodiment, the
<推定フェーズ>
推定フェーズでは、推定部22は、角度検出値θsとトルク検出値τdとの関係を示す運動方程式に、角度検出値θsとトルク検出値τdを入力し、逐次最小二乗法を適用することで、検出誤差を推定する。
<Estimation phase>
In the estimation phase, the
式(1)は、推定フェーズで用いられる運動方程式である。 Equation (1) is an equation of motion used in the estimation phase.
θs:検出誤差を含む角度検出値
θ:角度検出値の真値
τd:トルク検出値
J:モータMの慣性モーメント
N:レゾルバの倍角数
Δc:検出誤差のコサイン成分の誤差ゲイン
Δs:検出誤差のサイン成分の誤差ゲイン
ここで、角度検出値θsは、下記の式(2)で表される。
θs: Angle detection value including detection error θ: True value of angle detection value τd: Torque detection value J: Moment of inertia of motor M N: Resolver multiple angle Δc: Error gain of cosine component of detection error Δs: Detection error The error gain of the sine component Here, the detected angle value θs is expressed by the following equation (2).
式(2)において、右辺第1項は真値θを示し、右辺の第2項と第3項とは、検出誤差を示す。 In Expression (2), the first term on the right side indicates the true value θ, and the second and third terms on the right side indicate detection errors.
トルク検出部19は、レゾルバで構成されている。レゾルバで検出される検出誤差は、モータMの回転角度に応じて周期的に変動する特性を持つ。詳細には、検出誤差は、レゾルバの倍角数をN(Nは自然数)とした場合、cos(Nθ)とsin(Nθ)とを一次結合した数式で表される。したがって、検出誤差は、式(2)の第2項と第3項とに示すような誤差関数(Δc・cos(Nθ)+Δs・sin(Nθ))で表すことができる。この式から分かるように、誤差関数は、モータMが1/N回転する間に360度変化する特性を持つ。なお、倍角数Nは、レゾルバの仕様から事前に設定された値が採用できる。
The
一方、角度検出値θsとトルク検出値τdとは、回転系の運動方程式:Jθs’’=τd+Δτで表すことができる。但し、ΔτはJθs’’で示す角度検出値θsに基づくモータMの出力トルクとトルク検出値τdとのトルク差である。なお、θs’’に検出誤差が含まれていないならば、Δτ=0となる。数式内に示す「・」は記載の制約上、本文中では、「’」で表している。「・」は1階微分を示し、「・・」は2階微分を示す。 On the other hand, the detected angle value θs and the detected torque value τd can be expressed by the equation of motion of the rotating system: Jθs ″ = τd + Δτ. However, Δτ is a torque difference between the output torque of the motor M and the detected torque value τd based on the detected angle value θs indicated by Jθs ″. If θs ″ does not include a detection error, Δτ = 0. “·” Shown in the formula is represented by “′” in the text due to the limitation of the description. “·” Indicates the first derivative, and “··” indicates the second derivative.
この回転系の運動方程式に式(2)を代入してトルク差Δτを表すと、式(1)が得られる。 Expression (1) is obtained by substituting Expression (2) into the equation of motion of this rotating system to express the torque difference Δτ.
式(1)を、誤差ゲインΔc,Δsについて整理すると、式(3)が得られる。 When formula (1) is arranged with respect to error gains Δc and Δs, formula (3) is obtained.
推定フェーズでは、同時に検出された角度検出値θsとトルク検出値τdとを式(3)の左辺に入力し、逐次最小二乗法を適用し、誤差ゲインΔc,Δsを推定する。 In the estimation phase, the detected angle value θs and the detected torque value τd detected at the same time are input to the left side of Equation (3), and the error gains Δc and Δs are estimated by sequentially applying the least square method.
逐次最小二乗法では、式(4)に示すように、変数znと、変数ynと、変数Rnとを用いて、推定パラメータPn(ハット)を繰り返し計算することで、誤差ゲインΔc,Δsを決定する。なお、数式中に示す「∧」は推定値であることを示す記号であり、本文中では記載の制約上、(ハット)と表す。 The sequential least square method, as shown in Equation (4), and the variable z n, a variable y n, by using the variable R n, by calculating repeatedly estimated parameter P n (hat), error gain Δc , Δs. In addition, “数 式” shown in the mathematical expression is a symbol indicating an estimated value, and is expressed as (hat) in the text due to the limitation of description.
ここで、推定パラメータPn(ハット)は、式(5)で表され、変数zn、真値θに対応する変数θn、変数yn、変数Rnは、それぞれ、式(6),(7),(8),(9)で表される。 Here, the estimation parameter P n (hat) is expressed by the equation (5), and the variable θ n , the variable y n , and the variable R n corresponding to the variable z n and the true value θ are respectively expressed by the equations (6), It is represented by (7), (8), (9).
添え字のnは、n番目に算出されたデータであることを示すインデックスであり、1以上の整数である。 The subscript n is an index indicating the nth calculated data, and is an integer of 1 or more.
式(5)に示すように、推定パラメータPn(ハット)は、推定対象となる誤差ゲインΔcn,Δsnを示す2行1列の行列である。 As shown in Expression (5), the estimation parameter P n (hat) is a matrix of 2 rows and 1 column indicating the error gains Δc n and Δs n to be estimated.
式(6)に示すように、変数znは、状態変数と称される変数であり、2行1列の行列で表される。式(6)において、1行目は、式(3)において、右辺第1項のΔcに乗じられた括弧内の数式を示し、2行目は、式(3)において、右辺第2項のΔsに乗じられた括弧内の数式を示す。但し、式(6)では、式(3)のθは、θ→θn(ハット)で表されている。 As shown in Expression (6), the variable z n is a variable called a state variable, and is represented by a matrix of 2 rows and 1 column. In Expression (6), the first line shows an expression in parentheses multiplied by Δc of the first term on the right side in Expression (3), and the second line shows the second term on the right side in Expression (3). A mathematical expression in parentheses multiplied by Δs is shown. However, in Expression (6), θ in Expression (3) is expressed as θ → θ n (hat).
式(7)に示すように、変数θn(ハット)は、式(2)において、右辺第1項のθをθ→θn(ハット)と表し、右辺第2項及び第3項のcos及びsinの括弧内のθをθ→θn−1(ハット)と表し、θs→θs(k+n)と表し、Δc→Δcn−1、Δs→Δsn−1と表したものである。逐次最小二乗法では、n個のデータ群を1セットとして推定パラメータPn(ハット)を算出する処理を、複数サイクル繰り返すことにより、推定パラメータPnを推定する。したがって、角度検出値θs(k+n)のkは、サイクル数を特定するためのインデックスを表す。例えば、角度検出値θs(k+1)は、kサイクル目の1番目の角度検出値を表す。この場合、角度検出値θs(k)の値として、k−1サイクル目までに得られたθsを用いればよいので、k−1サイクル目までの推定に用いられた(k−1)・n個の角度検出値θsの値をメモリに保存しておく必要がない。よって、逐次最小二乗法はメモリ消費量を抑制できる。このことは、トルク検出値τd(k+n)も同じである。 As shown in Expression (7), the variable θ n (hat) is expressed by θ in the first term on the right side as θ → θ n (hat) in Equation (2), and cos in the second and third terms on the right side. And θ in the parentheses of sin are expressed as θ → θ n-1 (hat), expressed as θs → θs (k + n), and expressed as Δc → Δc n−1 and Δs → Δs n−1 . In the successive least squares method, the estimation parameter P n is estimated by repeating the process of calculating the estimation parameter P n (hat) using n data groups as one set by a plurality of cycles. Therefore, k of the detected angle value θs (k + n) represents an index for specifying the number of cycles. For example, the detected angle value θs (k + 1) represents the first detected angle value in the kth cycle. In this case, as the value of the detected angle value θs (k), θs obtained up to the (k−1) th cycle may be used, and (k−1) · n used for the estimation up to the (k−1) th cycle. It is not necessary to store the value of the detected angle value θs in the memory. Therefore, the successive least square method can suppress memory consumption. This also applies to the torque detection value τd (k + n).
式(8)に示すように変数ynは、式(3)の左辺のθs’’をθs’’→θs’’(k+n)と表し、式(3)の左辺のτdをτd→τd(k+n)で表したものである。 The variable y n as shown in Equation (8) represents 'a [theta] s' Equation (3) left side of [theta] s of '' → [theta] s '' and (k + n), the left side of .tau.d the .tau.d → .tau.d of formula (3) ( k + n).
式(9)に示すように変数Rnは、変数Rn−1と、変数znと、を用いて表される行列式である。式(9)において、Iは単位行列を示し、Tは転置行列を示す。 As shown in Expression (9), the variable R n is a determinant expressed using the variable R n−1 and the variable z n . In Expression (9), I represents a unit matrix, and T represents a transposed matrix.
図2は、推定部22における処理の流れを示すブロック線図である。まず、推定部22は、角度検出値θs(k+n)及びトルク検出値τd(k+n)が入力されると、式(7)を用いて変数θn(ハット)を算出する(ブロック216)。ここで、角度検出値θs(k+n)とトルク検出値τd(k+n)とはサンプリング周期Tsで順次に入力される。
FIG. 2 is a block diagram showing the flow of processing in the
なお、1回目の処理では、式(7)の右辺のΔcn−1,Δsn−1、θn−1(ハット)が未知である。そこで、推定部22は、Δcn−1,Δsn−1,θn(ハット)に事前に設定された初期値(Δc0,Δs0,θ0(ハット))を入力すればよい。事前に設定された初期値(Δc0,Δs0,θ0(ハット))としては、推定される値を見越して、その値に近い値を採用すればよい。また、2回目以降のブロック216では、推定部22は、ブロック215で算出された推定パラメータPn(ハット)=[Δcn Δsn]を[Δcn−1 Δsn−1]として、式(7)に入力すればよい。
In the first process, Δc n−1 , Δs n−1 , and θ n−1 (hat) on the right side of Expression (7) are unknown. Therefore, the
次に、推定部22は、ブロック216で算出されたθn(ハット)を1階微分してθn’(ハット)を算出し(ブロック217)、θn(ハット)を2階微分してθn’’(ハット)を算出し(ブロック218)、θn(ハット)に1/zを乗じ、θn−1(ハット)を算出する(ブロック219)。
Next, the
なお、1回目の式(7)の処理では、θn−1(ハット)として初期値が用いられるので、ブロック219の処理は省略される。ブロック217における2(z−1)/Ts(z+1)は、1階微分を示す離散伝達関数である。ブロック218における22(z−1)2/Ts2(z+1)2は、2階微分の離散伝達関数である。Tsはサンプリング周期を表す。
In the first processing of Expression (7), the initial value is used as θ n−1 (hat), and therefore the processing of
次に、推定部22は、θn’’(ハット)と、θn’(ハット)と、θn(ハット)とを式(6)に入力し、変数znを算出する(ブロック214)。
Then, the
上記の処理と並行して、推定部22は、式(8)を用いて変数ynを算出する処理を行う(ブロック213)。
In parallel with the above processing, the
ブロック213の前処理として、推定部22は、トルク検出値τd(k+n)に「1/J」を乗じてτd(k+n)/Jを算出する処理(ブロック211)と、角度検出値θs(k+n)を2階微分し、θs’’(k+n)を算出する処理(ブロック212)とを行う。
As a pre-processing of the
次に、推定部22は、ブロック214で得られた変数znと、前回求めた変数Rn−1とを式(9)に入力し、変数Rnを算出する(ブロック215)。なお、1回目の処理では、式(9)のRn−1が未知である。そこで、推定部22は、Rn−1に事前に設定された初期値(R0)を入力すればよい。事前に設定された初期値(R0)としては、推定される値を見越して、その値に近い値を採用すればよい。
Next, the
次に、推定部22は、ブロック213で算出された変数ynとブロック214で算出された変数znと、前回求めた推定パラメータPn−1(ハット)とを式(4)に入力し、推定パラメータPn(ハット)=[Δcn Δsn]を算出する(ブロック215)。なお、1回目の処理では、推定パラメータPn−1が未知である。そこで、推定部22は、推定パラメータPn−1に事前に設定された初期値(P0=[Δc0 Δs0])を入力すればよい。
Next, the
上記の逐次最小二乗法の処理を繰り返すことで、最初、適当に初期値を与えた誤差ゲインΔcn,Δsnが徐々に真値に収束していく。なお、逐次最小二乗法の処理を繰り返す回数としては、誤差ゲインΔcn,Δsnが収束することが見込まれる回数が採用されればよい。 By repeating the process of the successive least squares method, first, the error gains Δc n and Δs n given appropriate initial values gradually converge to true values. As the number of times of repeating the process of the successive least square method, the number of times that the error gains Δc n and Δs n are expected to converge may be adopted.
誤差ゲインΔcn,Δsnが推定されると、推定部22は、この誤差ゲインΔcn,Δsnを式(2)に入力し、θ−θs=Δc・cos(Nθ)+Δs・sin(Nθ))と変形することで検出誤差θc(=θ−θs)を求める。そして、推定部22は、確定した検出誤差θcと角度検出値θsとの対応関係を示す誤差テーブル302(対応情報)を生成する。
When the error gains Δc n and Δs n are estimated, the
図3は、誤差テーブル302の説明図である。図3において、グラフ301は、検出誤差θcを示す誤差関数のグラフであり、縦軸はθcを示し、横軸はθsを示している。グラフ301において、検出誤差θcは、θc=0を中心に、角度検出値θsに応じて周期的に一定の振幅で変動していることが分かる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the error table 302. In FIG. 3, a
誤差テーブル302は、(θs1,θc1)、(θs2,θc2)、・・・というように、複数の角度検出値θsと、検出誤差θcとを対応付けて記憶する。推定部22は、複数の代表的な角度検出値θsを検出誤差θcを示すグラフ301に示す誤差関数に入力することで、複数の代表的な検出誤差θcを算出し、誤差テーブル302を生成すればよい。推定部22は、誤差テーブル302を生成すると、推定フェーズを終了する。
The error table 302 stores a plurality of detected angle values θs and detected errors θc in association with each other as (θs1, θc1), (θs2, θc2),. The
<補償フェーズ>
図1に参照を戻す。推定フェーズが終了すると、制御装置1は、推定フェーズで得られた誤差テーブル302を用いて補償フェーズを実行する。
<Compensation phase>
Returning to FIG. When the estimation phase ends, the
補償フェーズでは、まず、補償部23に角度検出値θsがサンプリング周期Tsで入力される。なお、補償フェーズでは、トルク検出値τdは用いられないので、トルク検出部19は出力トルクを検出しない。
In the compensation phase, first, the angle detection value θs is input to the
補償部23は、入力された角度検出値θsに対応する検出誤差θcを推定部22が生成した誤差テーブル302を参照して決定し、決定した検出誤差θcにマイナス1を乗じ、誤差補償値(−θc)を算出する。なお、誤差テーブル302に入力された角度検出値θsが登録されていなければ、補償部23は、誤差テーブル302を線形補完することにより、入力された角度検出値θsに対応する検出誤差θcを決定すればよい。
The
次に、加算器24は、補償部23から出力された誤差補償値(−θc)を角度検出値θsに加算することで、真値θ(=θs−θc)を算出する。速度算出部26は、算出された真値θを用いて速度検出値を算出する。以後、制御装置1は、真値θを用いてモータMを速度制御する。
Next, the
このように、実施の形態1の制御装置1によれば、角度検出値θsとトルク検出値τdとの関係を示す運動方程式(式(1))に角度検出値θsとトルク検出値τdとを入力することで、検出誤差θcが推定される。ここで、周期的に変動する検出誤差θcを含んだ角度検出値θsをモータMの駆動制御に用いた場合、トルク検出値τdには、検出誤差θcと同じ周期で、検出誤差θcの大きさに応じた脈動が発生する。そのため、角度検出値θsとトルク検出値τdとが同時に分かれば、角度検出値θsに含まれる検出誤差θcを正確に推定できる。また、レゾルバの検出誤差θcは、図3のグラフ301に示すように、角度検出値θsに応じて周期的に変動する三角関数で表される。よって、本態様は、式(1)の運動方程式に角度検出値θsとトルク検出値τdとを入力し、逐次最小二乗法を適用して、誤差ゲインΔc,Δsを推定することが可能となり、検出誤差θcを正確に推定できる。
Thus, according to the
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2に係る制御装置1Aの構成を示すブロック図である。実施の形態1の制御装置1Aは、トルク検出部19に代えて、トルク推定部27を備えたことを特徴とする。なお、実施の形態2において実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省く。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control device 1A according to
トルク推定部27は、uvw/dq変換部21により算出された実電流値Id,Iqをを用いて、トルク検出値τdを推定する。
The
図5は、トルク推定部27に注目したブロック図である。ここでは、モータMがブラシレスモータの一例である永久磁石式同期電動機であるものとする。この場合、トルク推定部27は、図5に示すように、式(10)を用いてトルク検出値τdを推定できる。
FIG. 5 is a block diagram focusing on the
τd=Pa(ψaIq+1/2(Lq−Ld)IdIq) (10)
Pa:モータMの極対数
ψa:モータMの鎖交磁束
Ld:モータMのd軸のインダクタンス
Lq:モータMのq軸のインダクタンス
なお、極対数Pa、鎖交磁束ψa、インダクタンスLd,LqはモータMの仕様に基づく既知の値を持つ。ここでは、式(10)が用いられたが、トルク推定部27は、モータMの種類に応じて異なる式を用いてトルク検出値τdを推定すればよい。例えば、トルク推定部27は、実電流値Idに所定の係数を乗じた値をトルク検出値τdとして推定してもよい。
τd = Pa (ψaIq + 1/2 (Lq−Ld) IdIq) (10)
Pa: number of pole pairs of motor M ψa: linkage flux of motor M Ld: inductance of d axis of motor M Lq: inductance of q axis of motor M Note that the number of pole pairs Pa, linkage flux ψa, and inductances Ld and Lq are motors It has a known value based on the specification of M. Here, the equation (10) is used, but the
推定フェーズでは、トルク推定部27により推定されたトルク検出値τdを用いて、実施の形態1と同様に検出誤差θcが推定される。
In the estimation phase, the detection error θc is estimated using the torque detection value τd estimated by the
このように、実施の形態2に係る制御装置1Aによれば、トルク推定部27によりトルク検出値τdが推定されている。ここで、トルク推定部27は、例えば、CPU等のプロセッサにより構成されている。また、トルク推定部27は、既存の電流センサ31,32,33を用いてトルク検出値τdを推定できる。そのため、制御装置1Aは、専用の計測機械を用いてトルク検出値τdを検出する必要がない。よって、制御装置1Aは、装置のコスト及び規模を抑制できる。
Thus, according to the control device 1A according to the second embodiment, the torque estimation value τd is estimated by the
(変形例1)
実施の形態1では、逐次最小二乗法を用いて検出誤差θcが推定されていたが、本発明はこれに限定されず、最小二乗法を用いて検出誤差θcを推定してもよい。
(Modification 1)
In the first embodiment, the detection error θc is estimated using the successive least square method, but the present invention is not limited to this, and the detection error θc may be estimated using the least square method.
(変形例2)
実施の形態1では、推定フェーズにおいて、最終的に誤差テーブル302を生成するとして説明したが、本発明はこれに限定されず、最終的に誤差関数を生成してもよい。この場合、補償部23は、角度検出値θsを誤差関数に入力して検出誤差θcを決定すればよい。
(Modification 2)
In the first embodiment, the error table 302 is finally generated in the estimation phase. However, the present invention is not limited to this, and an error function may be finally generated. In this case, the
(変形例3)
実施の形態1では、推定フェーズと補償フェーズとに分けて処理が行われていたが、本発明はこれに限定されず、両フェーズを分けることなく検出誤差θcの推定及び補償をリアルタイムに行ってもよい。
(Modification 3)
In the first embodiment, the processing is performed separately in the estimation phase and the compensation phase, but the present invention is not limited to this, and the estimation and compensation of the detection error θc is performed in real time without separating both phases. Also good.
この場合、推定部22は、トルク検出値τdと角度検出値θsとが入力される都度、式(1)の運動方程式を用いて誤差ゲインΔc,Δsを求め、検出誤差θcを求めればよい。そして、補償部23は、算出された検出誤差θcを用いて角度検出値θsを補償すればよい。この場合、モータMの制御回数が増大するにつれて、検出誤差θcの補償精度を高めることができる。
In this case, each time the torque detection value τd and the angle detection value θs are input, the
(変形例4)
実施の形態1では、角度検出部20としてレゾルバが採用されたが、本発明はこれに限定されず、モータMの回転子の回転角度に応じて検出誤差θcが周期的に変動する特性を持つ角度検出器であれば、どのような角度検出器が採用されてもよい。
(Modification 4)
In the first embodiment, the resolver is employed as the
1,1A 制御装置
11 減算器
12 速度制御部
13 電流指令生成部
14a,14b 減算器
15 電流制御部
16 dq/uvw変換部
17 インバータ
19 トルク検出部
20 角度検出部
21 uvw/dq変換部
22 推定部
23 補償部
24 加算器
25 乗算器
26 速度算出部
27 トルク推定部
31,32,33 電流センサ
301 グラフ
302 誤差テーブル
1,
Claims (6)
前記電動機の回転子の回転角度に応じて周期的に変動する検出誤差と前記回転角度の真値とを含む前記回転子の実回転角度を検出する角度検出部と、
前記電動機の実出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記実回転角度を駆動制御に用いることで発生する前記実出力トルクの周期的な変動から前記検出誤差を推定する推定部と、
前記推定された検出誤差に基づいて、前記実回転角度に含まれる検出誤差を補償する補償部とを備える電動機の制御装置。 A control device for an electric motor,
An angle detection unit for detecting an actual rotation angle of the rotor including a detection error periodically changing according to a rotation angle of the rotor of the electric motor and a true value of the rotation angle;
A torque detector for detecting an actual output torque of the electric motor;
An estimation unit that estimates the detection error from a periodic variation of the actual output torque generated by using the actual rotation angle for drive control;
An electric motor control device comprising: a compensation unit that compensates for a detection error included in the actual rotation angle based on the estimated detection error.
前記推定部は、複数の前記実回転角度と複数の前記実出力トルクとを前記運動方程式に入力し、最小二乗法によって、前記誤差ゲインを決定することにより、前記検出誤差を推定する請求項2記載の電動機の制御装置。 The actual rotation angle is represented by a sum of an error function obtained by multiplying a trigonometric function having the true value as a variable by an error gain, and the true value,
3. The estimation unit estimates the detection error by inputting a plurality of actual rotation angles and a plurality of actual output torques to the equation of motion, and determining the error gain by a least square method. The motor control device described.
前記補償部は、前記実回転角度に対応する検出誤差を前記対応情報から決定し、決定した検出誤差を用いて前記実回転角度を補償する請求項3記載の電動機の制御装置。 The estimation unit generates correspondence information in which a plurality of rotation angles and a plurality of detection errors are associated with each other from the error function represented by the error gain determined by the least square method.
The motor control device according to claim 3, wherein the compensation unit determines a detection error corresponding to the actual rotation angle from the correspondence information, and compensates the actual rotation angle using the determined detection error.
前記トルク検出部は、前記検出された電流に基づいて、前記実出力トルクを算出する請求項1〜4のいずれかに記載の電動機の制御装置。 A current detection unit for detecting a current flowing through the electric motor;
The motor control apparatus according to claim 1, wherein the torque detection unit calculates the actual output torque based on the detected current.
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