JP2019071709A - Inverter controller and sensorless drive system - Google Patents

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智秋 茂田
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Abstract

To provide an inverter controller for accurately controlling current and a sensorless drive system.SOLUTION: An inverter controller comprises an estimation value calculation section 40 for calculating a rotational phase angle estimation value of a synchronous machine M on the basis of current values detected by current detection sections SU and SW and an output voltage target vector in initial estimation. The estimation value calculation section 40 uses the output voltage target vector when current synchronized with a rotor frequency is fed to the synchronous machine M and the current values detected by the current detection sections SU and SW, calculates an error Δθ of the rotational phase angle estimation value of the synchronous machine M and calculates the rotational phase angle estimation value θso that the error Δθ becomes zero with winding resistance R of the synchronous machine M, d-axis average inductance Land q-axis differential inductance Las setting values when an inverter main circuit section INV is started from a stop state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、インバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムに関する。   Embodiments of the present invention relate to an inverter control device and a sensorless drive system.

磁石および磁気突極性を有する同期機を駆動するインバータの制御装置において、設計通りに電流を通電し、精度よく同期機の出力トルクを制御することが望まれている。   In a control device of an inverter for driving a synchronous machine having a magnet and magnetic saliency, it is desired to supply a current as designed and control the output torque of the synchronous machine with high accuracy.

また、制御装置の小型軽量化、低コスト化、および、信頼性向上のため、レゾルバやエンコーダ等の回転センサを用いない回転センサレス制御法が提案されている。回転センサレス制御ではインバータ停止から最高速駆動までの幅広い速度範囲において、同期機の回転子の回転位相角および回転速度の推定値を正確に演算できることが望まれている。   In addition, a rotation sensorless control method that does not use a rotation sensor such as a resolver or an encoder has been proposed in order to reduce the size and weight of the control device, reduce the cost, and improve the reliability. In rotation sensorless control, it is desirable to be able to accurately calculate estimated values of the rotational phase angle and rotational speed of the rotor of a synchronous machine in a wide speed range from inverter stop to maximum speed drive.

特許第5534935号公報Patent No. 5534935 gazette 特許第4984057号公報Patent No. 4984057

市川真士,陳 志謙,冨田 睦雄,道木 慎二,大熊 繁,「拡張誘起電圧モデルに基づく突極型永久磁石同期モータのセンサレス制御」,電気学会論文誌D,Vol.122,No.12,p.1088-p.1096,2002年Ichikawa, S. Chen, S. Shibata, M. Doki, S. Okuma, "Sensorless Control of Salient-Pole-Type Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Extension-Induced Voltage Model," Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, D, Vol. 122, No. 12 , P. 1088-p. 1096, 2002.

磁石および磁気突極性を有する同期機で、例えばインダクタンスを設定値として回転子の位置推定をする場合、d軸電流の正負によってはd軸微分インダクタンスが大きく変化することから、回転子の位置推定に用いる設定値と実際値とが乖離するために、位置推定結果が不安定化することがあった。   For example, in the case of a synchronous machine having magnets and magnetic saliency, when estimating the position of the rotor with the inductance as the set value, the d-axis differential inductance changes significantly depending on whether the d-axis current is positive or negative. The position estimation result may be destabilized because the set value used and the actual value deviate from each other.

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、精度よく電流制御を行うインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムを提供することを目的とする。   The embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an inverter control device and a sensorless drive system which perform current control with high accuracy.

実施形態によるインバータ制御装置は、電流指令値を生成する電流指令生成部と、インバータ主回路部から出力される交流電流の電流値を検出する電流検出部と、前記電流指令値と前記電流検出部で検出した電流値とが一致するように前記インバータ主回路部のゲート指令を生成し、前記ゲート指令に基づいて前記インバータ主回路部の出力電圧目標ベクトルを演算するゲート指令生成部と、前記インバータ主回路部が起動する際の初期推定において、前記電流検出部で検出された電流値と前記出力電圧目標ベクトルとに基づいて、回転位相角推定値を演算する推定値演算部と、を有し、前記推定値演算部は、前記インバータ主回路部が停止状態から起動する際に、回転子周波数に同期した電流を通電したときの前記出力電圧目標ベクトルと前記電流検出部で検出された電流値とを用い、巻線抵抗とd軸平均インダクタンスとq軸微分インダクタンスとを設定値として、前記回転位相角推定値の誤差を演算し、前記誤差がゼロとなるように前記回転位相角推定値を演算する。   The inverter control device according to the embodiment includes a current command generation unit that generates a current command value, a current detection unit that detects a current value of an alternating current output from the inverter main circuit unit, the current command value, and the current detection unit. A gate command generation unit that generates a gate command of the inverter main circuit unit such that the current value detected in the step matches, and calculating an output voltage target vector of the inverter main circuit unit based on the gate command; And an estimated value calculation unit that calculates a rotational phase angle estimated value based on the current value detected by the current detection unit and the output voltage target vector in the initial estimation when the main circuit unit starts. The estimated value calculation unit may be configured to generate the output voltage target vector when a current synchronized with a rotor frequency is supplied when the inverter main circuit unit starts from a stop state. Using the current value detected by the current detection unit, the winding resistance, the d-axis average inductance, and the q-axis differential inductance are set values to calculate the error of the estimated rotational phase angle, and the error is considered to be zero. The rotation phase angle estimated value is calculated so that

図1は、第1実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムの一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of an inverter control device and a sensorless drive system according to a first embodiment. 図2は、実施形態における、d軸、q軸、および、推定回転座標系(dc軸、qc軸)の定義を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the d-axis, the q-axis, and the estimated rotation coordinate system (dc-axis, qc-axis) in the embodiment. 図3は、図1に示す同期機の一部の構成例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of a part of the synchronous machine shown in FIG. 図4は、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機のd軸電流とd軸微分インダクタンスとの関係の一例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the d-axis current and the d-axis differential inductance of the permanent magnet synchronous motor having the magnetic saliency. 図5は、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機のd軸電流とq軸微分インダクタンスとの関係の一例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the relationship between the d-axis current and the q-axis differential inductance of a permanent magnet synchronous motor having magnetic saliency. 図6は、実施形態のインバータ制御装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the inverter control device of the embodiment. 図7は、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a simulation result when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the d-axis direction. 図8は、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a simulation result when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the d-axis direction. 図9は、q軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a simulation result when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the q-axis direction. 図10は、q軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a simulation result when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the q-axis direction. 図11は、第2実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムの一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram schematically showing one configuration example of the inverter control device and the sensorless drive system of the second embodiment.

以下に、実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムについて図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the inverter control device and the sensorless drive system according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、第1実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムの一構成例を概略的に示すブロック図である。本実施形態のインバータ制御装置1は、例えば、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機を駆動するインバータ主回路を制御するインバータ制御装置であって、車両を駆動するセンサレスドライブシステムに搭載されている。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of an inverter control device and a sensorless drive system according to a first embodiment. The inverter control device 1 of the present embodiment is, for example, an inverter control device that controls an inverter main circuit that drives a permanent magnet synchronous motor having magnetic saliency, and is mounted in a sensorless drive system that drives a vehicle.

本実施形態のセンサレスドライブシステムは、同期機Mと、インバータ主回路部INVと、インバータ制御装置1と、指令生成部CTRと、を備えている。同期機Mの出力トルクは、図示しない車軸を介して車輪へ伝達される。
インバータ制御装置1は、電流指令生成部10と、dq/αβ変換部20と、電流制御部30と、推定値演算部40と、極性判定部50と、加算器60と、3相/αβ変換部70と、電流センサ(電流検出部)SU、SWと、を備えている。
電流センサ(電流検出部)は、同期機Mを駆動するインバータ主回路部INVから出力される交流電流の電流値を検出する。
The sensorless drive system according to this embodiment includes a synchronous machine M, an inverter main circuit unit INV, an inverter control device 1, and a command generation unit CTR. The output torque of the synchronous machine M is transmitted to the wheels via an axle (not shown).
Inverter control device 1 includes: current command generation unit 10, dq / αβ conversion unit 20, current control unit 30, estimated value calculation unit 40, polarity determination unit 50, adder 60, 3-phase / αβ conversion And a current sensor (current detection unit) SU, SW.
The current sensor (current detection unit) detects the current value of the alternating current output from the inverter main circuit unit INV that drives the synchronous machine M.

電流指令生成部10は、指令生成部(上位コントローラ)CTRから、電流振幅指令idq_refと、電流位相指令β_refと、電流通電フラグIonと、を受信する。電流指令生成部10は、電流振幅指令idq_refと電流位相指令β_refとに基づいて、同期機Mに通電する電流に相当するd軸電流指令値id_refとq軸電流指令値iq_refとを演算し、電流通電フラグIonがオン(ハイレベル)のときにその値を出力する。d軸電流指令値id_refとq軸電流指令値iq_refは下記式により求められる。
id_ref=−idq_ref・sinβ_ref
iq_ref=idq_ref・cosβ_ref
The current command generation unit 10 receives a current amplitude command idq_ref, a current phase command β_ref, and a current conduction flag Ion from the command generation unit (upper controller) CTR. The current command generation unit 10 calculates the d-axis current command value id_ref and the q-axis current command value iq_ref corresponding to the current supplied to the synchronous machine M based on the current amplitude command idq_ref and the current phase command β_ref. When the energization flag Ion is on (high level), the value is output. The d-axis current command value id_ref and the q-axis current command value iq_ref are obtained by the following equations.
id_ref = −idq_ref · sin β_ref
iq_ref = idq_ref · cos β_ref

図2は、実施形態における、d軸、q軸、および、推定回転座標系(dc軸、qc軸)の定義を説明するための図である。
d軸は、同期機Mの回転子において静的インダクタンスが最も小さくなるベクトル軸であり、q軸は電気角でd軸と直交するベクトル軸である。これに対し、推定回転座標系は回転子の推定位置におけるd軸とq軸とに対応する。すなわち、d軸から推定誤差Δθだけ回転したベクトル軸がdc軸であり、q軸から推定誤差Δθだけ回転してベクトル軸がqc軸である。上記式により求められるd軸電流指令値id_refはdc軸から180度回転した方向のベクトル値であって、q軸電流指令値iq_refはqc軸の方向のベクトル値である。なお、α軸は、同期機MのU相巻線軸を示し、β軸は電気角でα軸に直交する軸である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the d-axis, the q-axis, and the estimated rotation coordinate system (dc-axis, qc-axis) in the embodiment.
The d-axis is a vector axis at which the static inductance is minimized in the rotor of the synchronous machine M, and the q-axis is a vector axis orthogonal to the d-axis in electrical angle. On the other hand, the estimated rotational coordinate system corresponds to the d axis and the q axis at the estimated position of the rotor. That is, the vector axis rotated by the estimation error Δθ from the d axis is the dc axis, and the vector axis rotated by the estimation error Δθ from the q axis is the qc axis. The d-axis current command value id_ref obtained by the above equation is a vector value in the direction rotated 180 degrees from the dc axis, and the q-axis current command value iq_ref is a vector value in the qc axis direction. The α-axis represents the U-phase winding axis of the synchronous machine M, and the β-axis is an axis perpendicular to the α-axis in electrical angle.

dq/αβ変換部20には、d軸電流指令値id_refと、q軸電流指令値iq_refと、回転位相角の推定値θestとが入力される。dq/αβ変換部20は、dq軸の座標系で表されたd軸電流指令値id_refとq軸電流指令値iq_refとを、αβ軸の固定座標系で表されたα軸電流指令値iα_refとβ軸電流指令値iβ_refとに変換するベクトル変換器である。なお、α軸は、同期機MのU相巻線軸を示し、β軸はα軸に直交する軸である。αβ軸の固定座標系で表された値は、同期機Mの回転子位相角を用いることなく演算することが可能である。   The dq / αβ conversion unit 20 receives the d-axis current command value id_ref, the q-axis current command value iq_ref, and the estimated value θest of the rotational phase angle. The dq / αβ conversion unit 20 combines the d-axis current command value id_ref and the q-axis current command value iq_ref represented in the dq-axis coordinate system with the α-axis current command value iα_ref represented in the αβ-axis fixed coordinate system. It is a vector converter that converts it into the β-axis current command value iβ_ref. The α axis indicates the U-phase winding axis of the synchronous machine M, and the β axis is an axis orthogonal to the α axis. The value represented by the fixed coordinate system of the αβ axis can be calculated without using the rotor phase angle of the synchronous machine M.

電流制御部30は、減算器32、34と、角度演算部36と、ゲート指令生成部38と、を備えている。
減算器32、34は、dq/αβ変換部20の後段に配置されている。dq/αβ変換部20から出力されたα軸電流指令値iα_refは減算器32に入力され、β軸電流指令値iβ_refは減算器34に入力される。また、電流センサSU、SWにより、インバータ主回路部INVから出力された少なくとも2相の電流値が検出され、3相/αβ変換部70によりαβ軸固定座標系に変換された電流値iα_FBKが減算器32に入力され、iβ_FBKが減算器34に入力される。
The current control unit 30 includes subtractors 32 and 34, an angle calculation unit 36, and a gate command generation unit 38.
The subtractors 32 and 34 are disposed downstream of the dq / αβ conversion unit 20. The α-axis current command value iα_ref output from the dq / αβ conversion unit 20 is input to the subtractor 32, and the β-axis current command value iβ_ref is input to the subtractor 34. In addition, the current sensors SU and SW detect current values of at least two phases output from the inverter main circuit unit INV, and the current value iα_FBK converted to the αβ-axis fixed coordinate system by the three-phase / αβ conversion unit 70 is subtracted Is input to the subtractor 32, and is input to the subtractor 34.

減算器32は、α軸電流指令値iα_refとインバータ主回路部INVから出力された電流値iα_FBKとの電流ベクトル偏差Δiαを出力する。
減算器34は、β軸電流指令値iβ_refとインバータ主回路部INVから出力された電流値iβ_FBKとの電流ベクトル偏差Δiβを出力する。
The subtractor 32 outputs the current vector deviation Δi α between the α-axis current command value iα_ref and the current value iα_FBK output from the inverter main circuit unit INV.
The subtractor 34 outputs the current vector deviation Δi β between the β-axis current command value iβ_ref and the current value iβ_FBK output from the inverter main circuit unit INV.

角度演算部36には、減算器32、34から出力された電流ベクトル偏差Δiαと、電流ベクトル偏差Δiβとが入力される。角度演算部36は、入力された電流ベクトル偏差Δiα、Δiβからαβ軸(固定座標系)の電流ベクトル偏差の角度θiを演算する。角度θiは、電流ベクトル偏差Δiα、Δiβの逆正接(tan−1)により求められる。 The current vector deviation Δiα and the current vector deviation Δiβ output from the subtractors 32 and 34 are input to the angle calculation unit 36. The angle calculator 36 calculates an angle θi of the current vector deviation of the αβ axis (fixed coordinate system) from the input current vector deviations Δiα and Δiβ. The angle θi is obtained by the arctangent (tan −1 ) of the current vector deviations Δiα and Δiβ.

ゲート指令生成部38は、電流指令値と実際にインバータ主回路部INVから出力された電流値とが一致するように、インバータ主回路部INVのU相、V相、W相のスイッチング素子に与えるゲート指令を出力する。   Gate command generation unit 38 applies switching elements of U-phase, V-phase, and W-phase of inverter main circuit unit INV such that the current command value and the current value actually output from inverter main circuit unit INV coincide with each other. Output gate command.

本実施形態では、インバータ主回路部INVの6つ(各相2つ)のスイッチング素子(図示せず)のスイッチング状態の組み合わせは8通りあることから、インバータ主回路部INVの出力電圧に各相の位相差を考慮して、それぞれのスイッチング状態に対応する8つの電圧ベクトルを仮想している。8つの電圧ベクトルは、互いにπ/3だけ位相が異なり且つ大きさが等しい6つの基本電圧ベクトルV1〜V6と、2つのゼロ電圧ベクトルV0、V7として表現することができる。   In this embodiment, there are eight combinations of switching states of six (two each phase) switching elements (not shown) of the inverter main circuit unit INV. Therefore, each phase of the output voltage of the inverter main circuit unit INV is different. The eight voltage vectors corresponding to the respective switching states are assumed in consideration of the phase difference of. The eight voltage vectors can be expressed as six basic voltage vectors V1 to V6 that are different in phase and equal in size by π / 3, and two zero voltage vectors V0 and V7.

ここで、8つの電圧ベクトルV0〜V7は8通りのスイッチング状態に対応し、例えば、各相の正側のスイッチング素子がオンであるときに「1」と表し、各相の負側のスイッチング素子がオンであるときに「0」と表したものである。例えば、U相の正側のスイッチング素子がオン、V相の負側のスイッチング素子がオン、W相の正側のスイッチング素子がオンのとき、電圧ベクトルは(101)と表される。   Here, eight voltage vectors V0 to V7 correspond to eight switching states. For example, when the switching element on the positive side of each phase is on, it is represented as "1", and the switching element on the negative side of each phase Is represented as "0" when is on. For example, when the U-phase positive switching element is on, the V-phase negative switching element is on, and the W-phase positive switching element is on, the voltage vector is expressed as (101).

本実施形態では、電流指令値と検出電流の電流ベクトル偏差の角度θiとに基づいて、非ゼロ電圧ベクトル(ゼロ電圧ベクトルV0=(000)およびV7=(111)以外の電圧ベクトルV1〜V6)を選択してゲート指令を生成する電流追従型PWM制御を例として説明する。電圧ベクトルV1は、UVWのゲート指令で表すと、(001)に対応する。同様に、電圧ベクトルV2〜V7、V0は、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)、(111)、(000)である。このうち、電圧ベクトルV0と電圧ベクトルV7とは、UVWの相間電圧が0Vであるからゼロ電圧ベクトルといい、電圧ベクトルV2〜V6は非ゼロ電圧ベクトルという。インバータ主回路部INVがゼロ電圧ベクトルV0又はゼロ電圧ベクトルV7を出力しているとき、電流は回転子の誘起電圧のみにより変化し、その変化量が小さくなる。したがって、本実施形態では、回転子位置を検出する際に電流微分項を大きくするため、電圧ベクトルとして非ゼロ電圧ベクトルのみを選択するものとしている。   In the present embodiment, non-zero voltage vectors (voltage vectors V1 to V6 other than zero voltage vectors V0 = (000) and V7 = (111)) are based on the current command value and the angle θi of the current vector deviation of the detected current. Will be described as an example of current tracking PWM control that generates a gate command by selecting. The voltage vector V1 corresponds to (001) when it is represented by a gate command of UVW. Similarly, voltage vectors V2 to V7 and V0 are (010), (011), (100), (101), (110), (111) and (000). Among these, the voltage vector V0 and the voltage vector V7 are referred to as a zero voltage vector because the inter phase voltage of UVW is 0 V, and the voltage vectors V2 to V6 are referred to as non-zero voltage vectors. When the inverter main circuit unit INV outputs the zero voltage vector V0 or the zero voltage vector V7, the current changes only by the induced voltage of the rotor, and the amount of change decreases. Therefore, in the present embodiment, only non-zero voltage vectors are selected as voltage vectors in order to increase the current differential term when detecting the rotor position.

ゲート指令生成部38は、角度θiの範囲に対するU相、V相、W相のゲート指令を格納したテーブル38Aと、3相/αβ変換部38Bと、を備えている。   The gate command generation unit 38 includes a table 38A storing gate commands of U phase, V phase and W phase with respect to the range of the angle θi, and a three phase / αβ conversion unit 38B.

テーブル38Aは、−π/6<角度θi≦π/6に対応する電圧ベクトルをV4=(100)とし、π/6<角度θi≦π/2に対応する電圧ベクトルをV6=(110)とし、π/2<角度θi≦5π/6に対応する電圧ベクトルをV2=(010)とし、5π/6<角度θi≦7π/6に対応する電圧ベクトルをV3=(011)とし、7π/6<角度θi≦3π/2に対応する電圧ベクトルをV1=(001)とし、3π/6<角度θi≦11π/6に対応する電圧ベクトルをV5=(101)として、UVW相のゲート指令を格納している。   The table 38A sets a voltage vector corresponding to −π / 6 <angle θi ≦ π / 6 to V4 = (100), and a voltage vector corresponding to π / 6 <angle θi ≦ π / 2 to V6 = (110). The voltage vector corresponding to π / 2 <angle θi ≦ 5π / 6 is V2 = (010), and the voltage vector corresponding to 5π / 6 <angle θi ≦ 7π / 6 is V3 = (011), 7π / 6 Store voltage command corresponding to angle θi ≦ 3π / 2 as V1 = (001), voltage vector corresponding to 3π / 6 <angle θi ≦ 11π / 6 as V5 = (101), and store gate command of UVW phase doing.

ゲート指令生成部38は、テーブル38Aを用いて、電圧ベクトルV4を基準(=0)として、角度θiのベクトルに最も近い電圧ベクトルを選択し、選択した電圧ベクトルに対応するゲート指令を出力する。   The gate command generation unit 38 selects a voltage vector closest to the vector of the angle θi with reference to the voltage vector V4 using the table 38A, and outputs a gate command corresponding to the selected voltage vector.

3相/αβ変換部38Bは、テーブル38Aから出力されたゲート指令を受信し、UVW相に対応したゲート指令をαβ変換してαβ軸固定座標系の出力電圧目標ベクトルVα、Vβを演算して出力する。出力電圧目標ベクトルVα、Vβは、インバータ主回路部INVのゲート指令から演算できる3相交流電圧指令をαβ変換したものであって、ゲート指令が実現しようとしているインバータ主回路部INVの出力電圧のベクトル値である。   The 3-phase / αβ conversion unit 38B receives the gate command output from the table 38A, performs αβ conversion on the gate command corresponding to the UVW phase, and calculates output voltage target vectors Vα and Vβ of the αβ axis fixed coordinate system. Output. The output voltage target vectors Vα and Vβ are αβ converted three-phase AC voltage commands that can be calculated from the gate command of the inverter main circuit unit INV, and the output voltage of the inverter main circuit unit INV that the gate command is to realize It is a vector value.

インバータ主回路部INVは、図示しない直流電源(直流負荷)と、U相、V相、W相の各相2つのスイッチング素子と、を備えている。各相2つのスイッチング素子は、直流電源の正極に接続した直流ラインと、直流電源の負極に接続した直流ラインとの間に直列に接続している。インバータ主回路部INVのスイッチング素子は、ゲート指令生成部38から受信したゲート指令により制御される。インバータ主回路部INVは、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを交流負荷である同期機Mへ出力する3相交流インバータである。また、インバータ主回路部INVは、同期機Mで発電された電力を直流電源である二次電池へ充電することも可能である。   The inverter main circuit unit INV includes a DC power supply (DC load) (not shown) and two switching elements of U-phase, V-phase, and W-phase. The two switching elements in each phase are connected in series between the DC line connected to the positive electrode of the DC power supply and the DC line connected to the negative electrode of the DC power supply. The switching elements of the inverter main circuit INV are controlled by the gate command received from the gate command generator 38. The inverter main circuit unit INV is a three-phase AC inverter that outputs the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw to the synchronous machine M which is an AC load. The inverter main circuit unit INV can also charge the power generated by the synchronous machine M to a secondary battery which is a DC power supply.

図3は、図1に示す同期機の一部の構成例を説明するための図である。
なお、ここでは、同期機Mの一部のみを示しており、同期機Mの固定子100および回転子200は、例えば図3に示す構成を複数組み合わせたものとなる。
FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of a part of the synchronous machine shown in FIG.
Here, only a part of the synchronous machine M is shown, and the stator 100 and the rotor 200 of the synchronous machine M are, for example, a combination of a plurality of configurations shown in FIG. 3.

同期機Mは、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機であり、磁石のN方向と磁石のS方向とでインダクタンス特性が異なる同期機である。
同期機Mは、例えば、固定子100と、回転子200とを備えた磁石式同期電動機である。回転子200は、複数のエアギャップ4と、複数の外周ブリッジBR1と、複数のセンターブリッジBR2と、複数の磁石3と、を有している。
The synchronous machine M is a permanent magnet synchronous motor having magnetic saliency and is a synchronous machine having different inductance characteristics between the N direction of the magnet and the S direction of the magnet.
The synchronous machine M is, for example, a magnet type synchronous motor provided with a stator 100 and a rotor 200. The rotor 200 has a plurality of air gaps 4, a plurality of outer peripheral bridges BR1, a plurality of center bridges BR2, and a plurality of magnets 3.

センターブリッジBR2は、エアギャップ4間の領域であって、回転子200の中心と外周部とを結ぶように延びるラインに沿って配置されている。なお、センターブリッジBR2が配置されているラインがd軸となる。外周ブリッジBR1は、回転子200の外周とエアギャップ4との間に位置している。図3に示す同期機Mの部分には、回転子200の外周部から中心部に向かって延びた6つのエアギャップ4が設けられている。3つのエアギャップ4と3つのエアギャップ4とがd軸に対して線対称に配置され、複数のエアギャップ4のそれぞれはセンターブリッジBR2と外周ブリッジBR1との間に延びている。   The center bridge BR2 is disposed along a line extending between the air gap 4 and connecting the center of the rotor 200 and the outer periphery. The line on which the center bridge BR2 is disposed is the d axis. The outer circumferential bridge BR1 is located between the outer circumference of the rotor 200 and the air gap 4. In the portion of the synchronous machine M shown in FIG. 3, six air gaps 4 extending from the outer peripheral portion of the rotor 200 toward the central portion are provided. Three air gaps 4 and three air gaps 4 are disposed in line symmetry with respect to the d-axis, and each of the plurality of air gaps 4 extends between the center bridge BR2 and the outer circumferential bridge BR1.

複数の磁石3のそれぞれは、各エアギャップ4のセンターブリッジBR2側の端部に、磁路安定化のため配置されている。複数の磁石3は、回転子200の外周側がN極であり、中心部側がS極となる向きに配置されている。   Each of the plurality of magnets 3 is disposed at an end of each air gap 4 on the center bridge BR 2 side for stabilizing the magnetic path. The plurality of magnets 3 are arranged in such a direction that the outer peripheral side of the rotor 200 is an N pole and the central portion side is an S pole.

推定値演算部40は、インバータ主回路部INVが停止状態から起動する際の初期推定において、回転子周波数に同期した電流を同期機Mに通電したときの出力電圧目標ベクトルVα、Vβと、電流検出部SU、SWで検出された電流値とを用い、同期機Mの巻線抵抗Rとd軸平均インダクタンスとq軸微分インダクタンスとを設定値として、同期機Mの回転位相角推定値の誤差Δθを演算し、誤差Δθがゼロとなるように同期機Mの回転位相角推定値θestおよび回転速度推定値ωestを演算する。回転子周波数に同期した電流は、例えば、同期機Mのインダクタンスが最小となる方向に通電する電流である。 The estimated value calculation unit 40 calculates the output voltage target vectors Vα and Vβ when the current synchronized with the rotor frequency is supplied to the synchronous machine M in the initial estimation when the inverter main circuit unit INV starts from the stop state. Using the current values detected by the detection units SU and SW, with the winding resistance R of the synchronous machine M, the d-axis average inductance and the q-axis differential inductance as set values, the error of the estimated rotational phase angle of the synchronous machine M calculates the [Delta] [theta], the error [Delta] [theta] is computed the rotational phase angle estimate theta est and the rotational speed estimation value omega est of the synchronous machine M such that the zero. The current synchronized with the rotor frequency is, for example, a current that flows in a direction in which the inductance of the synchronous machine M is minimum.

推定値演算部40は、αβ/dq変換部42と、誤差演算部44と、PLL(Phase Locked Loop)演算部46と、ローパスフィルタ48と、積分演算部49と、を備えている。
αβ/dq変換部42は、加算器60から回転位相角推定値θestを受信し、ゲート指令生成部38からαβ軸固定座標系の出力電圧目標ベクトルVα、Vβを受信し、3相/αβ変換部70からαβ軸固定座標系の電流値iα_FBK、iβ_FBKを受信し、これらのベクトル値をdq軸座標系に変換して出力する。αβ/dq変換部42から出力される値は、推定誤差Δθを含むdcqc座標系の電圧ベクトルVdc、Vqcと、電流ベクトルidc、iqcとである。
The estimated value calculator 40 includes an αβ / dq converter 42, an error calculator 44, a PLL (Phase Locked Loop) calculator 46, a low pass filter 48, and an integral calculator 49.
The αβ / dq conversion unit 42 receives the rotational phase angle estimated value θest from the adder 60, receives the output voltage target vectors Vα and Vβ of the αβ axis fixed coordinate system from the gate command generation unit 38, and performs three-phase / αβ conversion The unit 70 receives the current values iα_FBK and iβ_FBK of the αβ axis fixed coordinate system from the unit 70, converts these vector values into the dq axis coordinate system, and outputs them. The values output from the αβ / dq conversion unit 42 are voltage vectors Vdc and Vqc in the dcqc coordinate system including the estimation error Δθ, and current vectors idc and iqc.

誤差演算部44は、αβ/dq変換部42から電圧ベクトルVdc、Vqcと、電流ベクトルidc、iqcと、を受信し、これらに基づいて推定誤差Δθを演算する。
以下に、誤差演算部44の動作の一例について説明する。
The error calculation unit 44 receives the voltage vectors Vdc and Vqc and the current vectors idc and iqc from the αβ / dq conversion unit 42, and calculates an estimation error Δθ based on them.
Below, an example of operation | movement of the difference | error calculating part 44 is demonstrated.

磁石式同期機の電圧方程式は[数式1]にて表現される。
ここで、Vd,Vqはdq軸電圧であり、Id,Iqはdq軸電流であり、Rは巻線抵抗であり、ωeは電気角角速度であり、Ld,Lqはdq軸インダクタンスであり、Φは磁石磁束であり、pは微分演算子(=d/dt)である。
The voltage equation of the magnet type synchronous machine is expressed by [Equation 1].
Here, Vd and Vq are dq axis voltages, Id and Iq are dq axis currents, R is a winding resistance, ωe is an electrical angular velocity, Ld and Lq are dq axis inductances, Φ Is the magnet flux and p is the differential operator (= d / dt).

さらに、基本波電流に対するインダクタンスと高調波電流に対するインダクタンスの振る舞いが異なることに着目し、モータインダクタンスを下記のように定義する。
すなわち、基本波電流に対するdq軸インダクタンスをd軸平均インダクタンスLda,q軸平均インダクタンスLqaとし、高調波電流に対するdq軸インダクタンスを、d軸微分インダクタンスLdh,q軸微分インダクタンスLqhとする。
Furthermore, focusing on the difference between the inductance for the fundamental current and the behavior for the inductance for the harmonic current, the motor inductance is defined as follows.
That is, the dq-axis inductance relative to the fundamental wave current d-axis average inductance L da, and q-axis average inductance L qa, the dq-axis inductance relative to harmonic current, d-axis differential inductance L dh, and q-axis differential inductance L qh.

これを踏まえて[数式1]を書き改めると、下記[数式2]となる。
ここで、Lda,Lqaはdq軸平均インダクタンスであり、Ldh,Lqhはdq軸微分インダクタンスである。
Based on this, when [Formula 1] is rewritten, the following [Formula 2] is obtained.
Here, L da and L qa are dq axis average inductances, and L dh and L qh are dq axis differential inductances.

さらに、回転位相角θを推定するために、磁石電圧が発生するq軸方向への拡張誘起電圧表現へと書き換えると、下記[数式3]のようになる。
Furthermore, to estimate the rotational phase angle θ, the expression of the induced voltage in the q-axis direction in which the magnet voltage is generated can be rewritten as Expression 3 below.

上記[数式3]のEx0は下記[数式4]で表され、以下の説明においてq軸方向の拡張誘起電圧と呼称する。
Ex0 of the above [Formula 3] is expressed by the following [Formula 4], and in the following description, it is referred to as an extended induced voltage in the q-axis direction.

さらに、dq軸に対して回転位相角θが誤差Δθを生じる場合、上記[数式3]は下記[数式5]に変形できる。
Furthermore, when the rotational phase angle θ causes an error Δθ with respect to the dq axis, the above [Equation 3] can be transformed into the following [Equation 5].

さらに、回転位相角誤差Δθを演算するために、上記[数式5]を変形すると、下記[数式6]となる。
Furthermore, when the above [Equation 5] is modified to calculate the rotational phase angle error Δθ, the following [Equation 6] is obtained.

さらに上記[数式6]のdc軸成分をqc軸成分で割り算して逆正接をとると、回転位相角誤差Δθは下記[数式7]となる。
Further, when the dc axis component of the above [Equation 6] is divided by the qc axis component and the arc tangent is taken, the rotational phase angle error Δθ becomes the following [Equation 7].

以上によれば、誤差演算部44において、電圧Vdc、Vqc、検出電流Idc、Iqcを取得し、パラメータとして、巻線抵抗値R、q軸平均インダクタンスLqa、d軸微分インダクタンスLdhを適切に設定することで、上記[数式7]にて回転位相角誤差Δθを演算することが可能である。 According to the above, the voltages V dc and V qc and the detection currents I dc and I qc are acquired in the error calculation unit 44, and the winding resistance value R, the q axis average inductance L qa and the d axis differential inductance L are obtained as parameters. By appropriately setting dh , it is possible to calculate the rotational phase angle error Δθ in the above [Equation 7].

しかしながら、図3に示すように回転子200に磁石を少量埋め込んだ(磁気トルクを駆動に用いない)同期機Mでは、外周ブリッジBR1とセンターブリッジBR2との磁気飽和の影響からd軸電流の正負(−d軸方向の電流か+d軸方向の電流か)でd軸微分インダクタンス特性が大きく異なる。   However, as shown in FIG. 3, in the synchronous machine M in which a small amount of magnet is embedded in the rotor 200 (magnetic torque is not used for driving), the positive and negative d-axis currents are caused by the influence of magnetic saturation between the outer peripheral bridge BR1 and the center bridge BR2. The d-axis differential inductance characteristic greatly differs depending on whether it is the current in the −d-axis direction or the current in the + d-axis direction.

図4は、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機のd軸電流とd軸微分インダクタンスとの関係の一例を説明するための図である。
例えば、−d軸方向に同期機Mの定格の10%の電流を通電した際のd軸微分インダクタンスLdhを上記[数式7]における設定値とすると、回転位相角推定値θestがNS反転した角度に収束した場合、実際には+d軸方向に電流が通電していることとなり、設定したd軸微分インダクタンス(設定値)に対して実際のd軸微分インダクタンス(実際値)が52%ほど乖離してしまう。このときに、例えば電流リプルが発生したタイミングなどで、回転位相角の演算が不安定化し、初期位置推定を行うことができなくなる可能性があった。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the d-axis current and the d-axis differential inductance of the permanent magnet synchronous motor having the magnetic saliency.
For example, assuming that the d-axis differential inductance L dh when a current of 10% of the rating of the synchronous machine M is applied in the −d-axis direction is a set value in the above [Equation 7], the estimated rotation phase angle θest is NS reversal When it converges to the specified angle, the current is actually conducted in the + d-axis direction, and the actual d-axis differential inductance (actual value) is about 52% of the set d-axis differential inductance (setting value). It breaks away. At this time, there is a possibility that the calculation of the rotational phase angle becomes unstable at the timing when current ripple occurs, for example, and the initial position estimation can not be performed.

そこで、本実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムでは、誤差演算部44は、上述のq軸方向の拡張誘起電圧Ex0を用いて回転位相角誤差Δθを演算せずに、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて回転位相角誤差Δθを演算している。
以下に、誤差演算部44が、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて回転位相角誤差Δθを演算する動作の一例について説明する。
Therefore, in the inverter control device and the sensorless drive system of the present embodiment, the error calculation unit 44 does not calculate the rotational phase angle error Δθ using the above-described extended induced voltage Ex0 in the q-axis direction, but does not calculate the d-axis direction. The rotational phase angle error Δθ is calculated using the extended induced voltage.
Hereinafter, an example of an operation in which the error calculation unit 44 calculates the rotational phase angle error Δθ using the extended induction voltage in the d-axis direction will be described.

上記[数式2]をd軸方向への拡張誘起電圧による表現へ変形すると、[数式8]となる。
If the above [Formula 2] is transformed into the expression by the extended induction voltage in the d axis direction, it becomes [Formula 8].

この時、電圧降下と比較して磁石磁束Φが充分に小さい、すなわち、回転子200に磁石を少量埋め込んだ(磁気トルクを駆動に用いない)同期機を駆動するインバータ主回路部INVの制御装置では、上記[数式8]を下記[数式9]と表すことができる。
At this time, the control device of the inverter main circuit INV that drives a synchronous machine in which the magnet magnetic flux が is sufficiently small compared to the voltage drop, that is, a small amount of magnet is embedded in the rotor 200 (magnetic torque is not used for driving). Then, the above [Equation 8] can be expressed as the following [Equation 9].

ここで、上記[数式9]のEx1は下記[数式10]のように表すことができる。以下の説明において、Ex1をd軸方向の拡張誘起電圧と呼称する。
Here, E x1 above [Equation 9] can be expressed as follows [Formula 10]. In the following description, E x1 will be referred to as an extended induced voltage in the d-axis direction.

さらに、dq軸に対して回転位相角誤差Δθを生じる場合、上記[数式9]は下記[数式11]のように変形できる。
Furthermore, when the rotational phase angle error Δθ is generated with respect to the dq axis, the above [Equation 9] can be modified as the following [Equation 11].

さらに、回転位相角誤差Δθを演算するために、上記[数式11]を変形すると、下記[数式12]となる。
Further, when the above [Equation 11] is modified in order to calculate the rotational phase angle error Δθ, the following [Equation 12] is obtained.

さらに、上記[数式12]のdc軸成分をqc軸成分で割り算して逆正接をとると、回転位相角誤差Δθは下記[数式13]となる。
Furthermore, when the dc axis component of the above [Equation 12] is divided by the qc axis component and the arctangent is taken, the rotational phase angle error Δθ becomes the following [Equation 13].

以上によれば、誤差演算部44において、dcqc軸電圧Vdc、Vqc、dcqc軸電流Idc、Iqcを取得し、パラメータとして、巻線抵抗値R、d軸平均インダクタンスLqa、q軸微分インダクタンスLqhを適切に設定することで、上記[数式13]にて回転位相角誤差Δθを演算することができる。 According to the above, in the error calculating unit 44, dc- and qc-axis voltage V dc, V qc, dcqc axis current I dc, acquires the I qc, as parameters, the winding resistance value R, d-axis average inductance L qa, q-axis By appropriately setting the differential inductance L qh , it is possible to calculate the rotational phase angle error Δθ in the above [Equation 13].

図5は、磁気突極性を有する永久磁石同期電動機のd軸電流とq軸微分インダクタンスとの関係の一例を説明するための図である。
例えば、−d軸方向に同期機Mの定格の10%の電流を通電した際のq軸微分インダクタンスLqhを上記[数式12]における設定値とすると、回転位相角推定値θがNS反転した角度に収束した場合、実際には+d軸方向に電流が通電していることとなる。この場合であっても、設定したq軸微分インダクタンス(設定値)に対する実際のq軸微分インダクタンス(実際値)は、8%ほど乖離するのみであり、パラメータ設定誤差に対して不感化を実現することができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the relationship between the d-axis current and the q-axis differential inductance of a permanent magnet synchronous motor having magnetic saliency.
For example, assuming that the q-axis differential inductance L qh when a current of 10% of the rating of the synchronous machine M is applied in the −d-axis direction is a set value in the above [Equation 12], the estimated rotation phase angle θ is NS inverted When the angle converges, in actuality, the current flows in the + d axis direction. Even in this case, the actual q-axis differential inductance (actual value) with respect to the set q-axis differential inductance (setting value) only deviates by about 8%, and the desensitization against the parameter setting error is realized. be able to.

PLL演算部46は、誤差演算部44から出力された回転位相角誤差Δθに対して、比例・積分演算(PI制御)を用いた収束制御(PLL制御)を行うことで、第1回転速度推定値ωest´を算出して出力する。
ローパスフィルタ48は、PLL演算部46から出力された第1回転角速度推定値ωest´の高周波成分を除いて回転角速度推定値ωestを出力する。
The PLL operation unit 46 performs the convergence control (PLL control) on the rotational phase angle error Δθ output from the error operation unit 44 using proportional / integral operation (PI control) to estimate the first rotation speed. Calculate and output the value ω est '.
Low pass filter 48 outputs the rotational angular velocity estimate omega est except the high frequency component of the first rotating angular velocity estimate omega est 'output from the PLL operation unit 46.

積分演算部49は、ローパスフィルタ48から出力された回転角速度推定値ωestを積分した回転位相角推定値θest´を算出して、出力する。積分演算部49から出力される回転位相角推定値θest´が推定値演算部40の出力となり、加算器60へ入力される。 Integral calculation unit 49 calculates the integral of the rotational angular velocity estimate omega est outputted from the low-pass filter 48 the rotational phase angle estimate theta est ', and outputs. The rotational phase angle estimated value θ est 'output from the integral calculation unit 49 is the output of the estimated value calculation unit 40 and is input to the adder 60.

極性判定部50は、インバータ主回路部INVを起動する際の初期推定において、例えば、同期機Mの回転子周波数に同期した電流を通電したときに、発生する回転子周波数に同期した磁束もしくは電圧もしくはその両方を用いて、磁石磁極判別を行い、判別結果に基づく回転位相角の推定値θest´の補正値θNSを出力する。極性判定部50は、例えば、d軸方向の電流を通電した際に発生するd軸基本波磁束もしくは基本波磁束により発生するq軸電圧を用いて磁石磁極判別を行うことができる。 In the initial estimation when starting up the inverter main circuit unit INV, for example, when the current synchronized with the rotor frequency of the synchronous machine M is supplied, the polarity determination unit 50 generates a magnetic flux or voltage synchronized with the rotor frequency generated. The magnetic pole discrimination is performed using both or both of them, and the correction value θ NS of the estimated value θ est 'of the rotational phase angle based on the discrimination result is output. The polarity determination unit 50 can determine the magnet magnetic pole using, for example, a d-axis fundamental wave magnetic flux generated when a current in the d-axis direction is applied or a q-axis voltage generated by the fundamental wave magnetic flux.

本実施形態において、同期機Mでは、+d軸に電流を通電した場合と−d軸に電流を通電した場合とでd軸鎖交磁束の大きさに差異が生じる。そこで、極性判定部50は、上記のd軸鎖交磁束の差異に基づいて同期機Mの磁石極性判別を行う。なお、上記d軸鎖交磁束の差異は、磁石量が少ない同期機だけでなく、磁石量が多い同期機においても発生する。   In the present embodiment, in the synchronous machine M, a difference occurs in the magnitude of the d-axis linkage flux between the case where the current is supplied to the + d axis and the case where the current is supplied to the -d axis. Therefore, the polarity determination unit 50 determines the magnet polarity of the synchronous machine M based on the difference in the d-axis linkage flux. The difference in the d-axis linkage flux occurs not only in a synchronous machine with a small amount of magnet but also in a synchronous machine with a large amount of magnet.

極性判定部50は、q軸電圧設定値Vd_FFを[数式14]で、NS判別の基準となる電圧差分ΔVq_NSを[数式15]で、それぞれ演算する。なお、q軸電圧実際値Vqcは、[数式16]のように表すことができる。
The polarity determination unit 50 calculates the q-axis voltage set value Vd_FF with [Equation 14], and the voltage difference ΔV q — NS as a reference for the NS determination with [Equation 15]. The q-axis voltage actual value V qc can be expressed as [Equation 16].

d軸インダクタンス設定値Ld_FFは、+d軸方向に電流を通電したときのd軸インダクタンスと、−d軸方向に電流を通電したときのd軸インダクタンスとの間の値であればよい。本実施形態では、d軸インダクタンス設定値Ld_FFは、例えば、+d軸に電流を通電した場合のd軸インダクタンスと、−d軸に電流を通電した際のd軸インダクタンスとの平均値とする。 The d-axis inductance set value Ld_FF may be a value between the d-axis inductance when current is supplied in the + d-axis direction and the d-axis inductance when current is supplied in the -d-axis direction. In the present embodiment, the d-axis inductance setting value Ld_FF is, for example, an average value of the d-axis inductance when current is supplied to the + d axis and the d-axis inductance when current is supplied to the -d axis.

d軸インダクタンス設定値Ld_FFを設定し、電流制御が正確に行われている場合、電流指令値id_refはd軸電流実際値idcと等しくなり、電圧差分ΔVq_NSは[数式17]の関係となる。
Set the d-axis inductance setting value L D_FF, if the current control is performed accurately, the current command value i d_ref is equal to the d-axis current actual value i dc, the voltage difference [Delta] V Q_NS relationship [Equation 17] It becomes.

極性判定部50は、上記[数式17]の関係に則って回転位相、速度推定手段で推定した回転位相角の補正値θNSを出力する。
極性判定部50は、q軸電圧Vqcと、d軸電流指令id_refと、回転速度推定値ωestとを入力とする。極性判定部50は、上記[数式17]により電圧差分ΔVq_NSを演算し、電圧差分ΔVq_NSがゼロ以上か否かを判定し、判定結果に応じた補正値θNSを出力する。すなわち、極性判定部50は、電圧差分ΔVq_NSがゼロ以上のときに補正値θNSを0°とし、電圧差分ΔVq_NSがゼロ未満のときに補正値θNSをπ(180°)とする。極性判定部50から出力された補正値θNSは、加算器60に入力される。
The polarity determination unit 50 outputs the correction value θ NS of the rotational phase and the rotational phase angle estimated by the speed estimation means in accordance with the relationship of the above [Equation 17].
The polarity determination unit 50 receives the q-axis voltage V qc , the d-axis current command id_ref, and the estimated rotational speed value ω est . Polarity determination unit 50 calculates the voltage difference [Delta] V Q_NS by the [formula 17], the voltage difference delta Vq_NS determines whether or zero, and outputs the correction value theta NS according to the determination result. That is, the polarity determination unit 50 sets the correction value θNS to 0 ° when the voltage difference ΔV q_NS is greater than or equal to zero, and sets the correction value θ NS to π (180 °) when the voltage difference ΔV q_NS is less than zero. The correction value θ NS output from the polarity determination unit 50 is input to the adder 60.

加算器60は、推定値演算部40から出力された回転位相角推定値θestと、極性判定部50から出力された補正値θNSとを加算し、補正値θNSにより回転位相角推定値θestが補正される。補正後の回転位相角推定値θestはdq/αβ変換部20、および、αβ/dq変換部62に供給され、ベクトル変換に用いられる。 The adder 60 adds the rotational phase angle estimated value θest output from the estimated value calculation unit 40 and the correction value θ NS output from the polarity determination unit 50, and uses the correction value θ NS to estimate the rotational phase angle θest is corrected. The rotational phase angle estimated value θest after correction is supplied to the dq / αβ conversion unit 20 and the αβ / dq conversion unit 62, and is used for vector conversion.

図6は、実施形態のインバータ制御装置の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、インバータ制御装置1が停止した状態から、回転位相角および回転速度を推定して再起動する惰行再起動の動作を一例として説明する。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the inverter control device of the embodiment.
Here, a coasting restart operation will be described as an example in which the rotational phase angle and the rotational speed are estimated and restarted from the state where the inverter control device 1 is stopped.

本実施形態のインバータ制御装置1では、起動時の初期推定において極性判定を行っている。すなわち、推定値演算部40による回転位相角推定値の演算および極性判定部50による磁石磁極判別は、インバータ主回路部INVの起動指令に応じて実行される。起動前および初期推定完了後に初期化されるまでの間は、インバータ主回路部INVは停止した状態であり、同期機Mはフリーランとなっている。   In the inverter control device 1 of the present embodiment, the polarity determination is performed in the initial estimation at the time of startup. That is, the calculation of the rotational phase angle estimated value by the estimated value calculation unit 40 and the magnet magnetic pole determination by the polarity determination unit 50 are executed according to the start command of the inverter main circuit unit INV. The inverter main circuit unit INV is in a stopped state, and the synchronous machine M is in a free run until it is initialized before startup and after initialization is completed.

指令生成部CTRは、モータに通電する電流指令id_ref、iq_refと電流位相β_refとを設定し、各種フラグ(電流通電フラグ(Ion)、初期化フラグ、初期推定フラグ、NS判別演算フラグ、NS判別結果反映フラグ、通常制御フラグ)を制御する。指令生成部CTRは、初期化フラグ、初期推定フラグ、通常制御フラグおよびNS判別演算フラグを推定値演算部40に供給する。指令生成部CTRは、NS判別結果反映フラグを極性判定部50に供給する。指令生成部CTRは、電流通電フラグ(Ion)を電流指令生成部10に供給する。 The command generation unit CTR sets the current commands id_ref and iq_ref for energizing the motor and the current phase β_ref , and sets various flags (current energization flag (Ion), initialization flag, initial estimation flag, NS discrimination calculation flag, The NS determination result reflection flag (normal control flag) is controlled. The command generation unit CTR supplies the initialization value calculation unit 40 with the initialization flag, the initial estimation flag, the normal control flag, and the NS determination calculation flag. The command generation unit CTR supplies the NS determination result reflection flag to the polarity determination unit 50. The command generation unit CTR supplies a current conduction flag (Ion) to the current command generation unit 10.

指令生成部CTRが起動指令を受けると、同時に初期化フラグを立ち上がる。続いて、指令生成部CTRは、初期推定フラグと電流通電フラグ(Ion)とを立ち上げ、初期化フラグを立ち下げる。   When the command generation unit CTR receives the start command, it simultaneously raises the initialization flag. Subsequently, the command generation unit CTR raises the initial estimation flag and the current conduction flag (Ion), and lowers the initialization flag.

推定値演算部40は、初期化フラグが立ち上がると、回転位相角と回転速度との推定値を初期値に設定し初期化する。続いて初期推定フラグが立ち上がると、回転位相角推定値θestおよび回転速度推定値ωestの演算を開始する。 When the initialization flag rises, the estimated value calculation unit 40 sets an estimated value of the rotational phase angle and the rotational speed to an initial value and initializes it. Subsequently, when the initial estimation flag rises, calculation of the rotational phase angle estimated value θest and the rotational speed estimated value ωest is started.

続いて、指令生成部CTRは、NS判別演算フラグを立ち上げる。
極性判定部50は、NS判別演算フラグが立ち上がると、電圧差分ΔVq_NSの演算を行う。
Subsequently, the command generation unit CTR raises the NS determination calculation flag.
The polarity determination unit 50 calculates the voltage difference ΔV q — NS when the NS determination calculation flag rises.

続いて、指令生成部CTRは、初期推定フラグとNS判別演算フラグとを立ち下げて、NS判別結果反映フラグを立ち上げる。
極性判定部50は、NS判別結果反映フラグが立ち上がると、[数式17]に示すように電圧差分ΔVq_NSの値に応じて回転位相角の補正値θNSを出力する。
Subsequently, the command generation unit CTR lowers the initial estimation flag and the NS discrimination calculation flag, and raises the NS discrimination result reflection flag.
Polarity determination unit 50, when NS determination result reflection flag rises, and outputs the correction value theta NS rotational phase angle according to the value of the voltage difference [Delta] V Q_NS as shown in [Equation 17].

続いて、指令生成部CTRは、NS判別結果反映フラグを立ち下げて、初期化フラグを立ち上げる。
推定値演算部40は、初期化フラグが立ち上がると、回転位相角と回転速度との推定値θest、ωestを初期値に設定し初期化する。
Subsequently, the command generation unit CTR lowers the NS determination result reflection flag and raises the initialization flag.
When the initialization flag rises, the estimated value calculation unit 40 sets the estimated values θ est and ω est of the rotational phase angle and the rotational speed to initial values and initializes them.

続いて、指令生成部CTRは、初期化フラグを立ち下げて、通常制御フラグを立ち上げる。推定値演算部40は、通常制御フラグが立ち上がると初期推定処理を終了し、力行駆動あるいは回生駆動の動作を開始する。
続いて、上述の実施形態のインバータ制御装置1についてシミュレーションを行った結果の一例について説明する。
Subsequently, the command generation unit CTR lowers the initialization flag and raises the normal control flag. When the normal control flag rises, the estimated value calculation unit 40 ends the initial estimation process, and starts an operation of power running drive or regenerative drive.
Then, an example of a result of having performed simulation about inverter control device 1 of the above-mentioned embodiment is explained.

図7および図8は、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。
図7および図8に示す例では、−d軸方向に同期機Mの定格の10%の電流を通電した際のd軸微分インダクタンスLdhを上記[数式13]における設定値とし、上段に同期機Mに通電するd軸電流およびq軸電流と、これらの推定値であるdc軸電流およびqc軸電流を示し、中段に実際の回転位相角θと、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて演算した、回転位相角推定値θestを示し、下段に同期機Mの出力トルクを示している。
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing an example of simulation results when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the d-axis direction.
In the example shown in FIGS. 7 and 8, the d-axis differential inductance L dh when a current of 10% of the rating of the synchronous machine M is applied in the −d-axis direction is set as the set value in the above [Equation 13]. Shows d-axis current and q-axis current passing through machine M and their estimated values dc-axis current and qc-axis current, and using the actual rotation phase angle θ and extended induced voltage in the d-axis direction in the middle stage The calculated rotational phase angle estimated value θest is shown, and the output torque of the synchronous machine M is shown in the lower part.

図7および図8では、図6に示す電流通電フラグIonが立ち上がったタイミングから、NS判別演算フラグが立ち上がるタイミングまでの期間を含む期間のシミュレーション結果を示している。例えば、このシミュレーションでは、インバータ制御装置は、0秒の時点で電流通電を開始し、回転位相角および回転速度の推定値の演算を開始し、0.1秒の時点で極性判別の演算を開始している。   7 and 8 show simulation results of a period including a period from the timing when the current conduction flag Ion shown in FIG. 6 rises to the timing when the NS determination calculation flag rises. For example, in this simulation, the inverter controller starts current conduction at 0 seconds, starts calculation of estimated values of rotational phase angle and rotational speed, and starts calculation of polarity determination at 0.1 seconds. doing.

図7に示す例では、回転位相角の実際値と推定値とがずれていない場合を示している。図8に示す例では、回転位相角の実際値と推定値とが180°ずれている場合を示している。このシミュレーション結果によれば、図7および図8のいずれの場合についても、回転位相角推定値の演算が安定して実行された。   The example shown in FIG. 7 shows the case where the actual value of the rotational phase angle and the estimated value do not deviate. The example shown in FIG. 8 shows the case where the actual value of the rotational phase angle and the estimated value deviate by 180 °. According to this simulation result, the calculation of the rotational phase angle estimated value was stably performed in both cases of FIG. 7 and FIG.

続いて、上述の実施形態のインバータ制御装置1の比較例について、シミュレーションを行った結果について説明する。
図9および図10は、q軸方向の拡張誘起電圧を用いて、回転位相角推定値を演算したときのシミュレーション結果の一例を示す図である。
Then, the result of having performed simulation about the comparative example of the inverter control apparatus 1 of the above-mentioned embodiment is demonstrated.
FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing an example of simulation results when the rotational phase angle estimated value is calculated using the extended induced voltage in the q-axis direction.

図9および図10に示す例では、−d軸方向に同期機Mの定格の10%の電流を通電した際のd軸微分インダクタンスLdhを上記[数式7]における設定値とし、上段に同期機Mに通電するd軸電流およびq軸電流と、これらの推定値であるdc軸電流およびqc軸電流を示し、中段に実際の回転位相角θと、d軸方向の拡張誘起電圧を用いて演算した、回転位相角推定値θestを示し、下段に同期機Mの出力トルクを示している。 In the example shown in FIGS. 9 and 10, the d-axis differential inductance L dh when a current of 10% of the rating of the synchronous machine M is supplied in the −d-axis direction is set as the set value in the above [Equation 7]. Shows d-axis current and q-axis current passing through machine M and their estimated values dc-axis current and qc-axis current, and using the actual rotation phase angle θ and extended induced voltage in the d-axis direction in the middle stage The calculated rotational phase angle estimated value θest is shown, and the output torque of the synchronous machine M is shown in the lower part.

図9および図10では、図6に示す電流通電フラグIonが立ち上がったタイミングから、NS判別演算フラグが立ち上がるタイミングまでの期間を含む期間のシミュレーション結果を示している。例えば、このシミュレーションでは、インバータ制御装置は、0秒の時点で電流通電を開始し、回転位相角および回転速度の推定値の演算を開始し、0.1秒の時点で極性判別の演算を開始している。   FIGS. 9 and 10 show simulation results of a period including a period from the timing when the current conduction flag Ion shown in FIG. 6 rises to the timing when the NS determination calculation flag rises. For example, in this simulation, the inverter controller starts current conduction at 0 seconds, starts calculation of estimated values of rotational phase angle and rotational speed, and starts calculation of polarity determination at 0.1 seconds. doing.

図9に示す例では、回転位相角の実際値と推定値とがずれていない場合を示している。図10に示す例では、回転位相角の実際値と推定値とが180°ずれている場合を示している。   The example shown in FIG. 9 shows the case where the actual value of the rotational phase angle and the estimated value do not deviate. The example shown in FIG. 10 shows the case where the actual value of the rotational phase angle and the estimated value deviate by 180 °.

この例では、回転位相角と実際値とが180°ずれた場合、すなわち回転位相角推定値θestがNS反転した角度に収束し、誤差演算部44にて設定したd軸微分インダクタンス(設定値)に対して実際のd軸微分インダクタンス(実際値)が乖離した状態となる。図10に示す結果によれば、電流リプルが発生したタイミング等において回転位相角推定値の演算が不安定化してしまい、その後、回転位相角推定値が実際値と180°ずれた状態に収束しなかった。 In this example, when the rotational phase angle and the actual value deviate by 180 °, that is, the rotational phase angle estimated value θest converges to the NS inverted angle, and the d-axis differential inductance set by the error calculation unit 44 (set value ) Is different from the actual d-axis differential inductance (actual value). According to the result shown in FIG. 10, calculation of the rotational phase angle estimated value is destabilized at the timing when the current ripple occurs, etc., and then the rotational phase angle estimated value converges to a state deviated from the actual value by 180 °. It was not.

上記のように、本実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムでは、電流制御方法として電流追従型PWM制御を用いており、電流指令値と電流検出値との差分ベクトルの位相に応じてインバータ主回路部INVへのゲート指令を生成する。このゲート指令は非ゼロの電圧ベクトルとなっており、インバータ主回路部INVが出力し得る最大の電圧を同期機Mに印加することにより高調波電流を増加することができる。   As described above, in the inverter control device and the sensorless drive system according to the present embodiment, current tracking PWM control is used as a current control method, and the inverter main device is selected according to the phase of the difference vector between the current command value and the current detection value. A gate command to the circuit unit INV is generated. The gate command is a non-zero voltage vector, and the harmonic current can be increased by applying the maximum voltage that the inverter main circuit INV can output to the synchronous machine M.

この時、上述のようにd軸方向の拡張誘起電圧に基づいた回転位相角推定を行うと、電流制御を行いつつ高調波電流を増加できることから、同期機Mが停止している状態を含む低速から最大速度で動作する状態について、1つの数式([数式13])にて回転位相角推定値を演算し、インバータ主回路部INVを制御することが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、精度よく電流制御を行うインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムを提供することができる。
At this time, if rotational phase angle estimation based on the extended induction voltage in the d-axis direction is performed as described above, the harmonic current can be increased while performing current control, so low speed including the state where synchronous machine M is stopped For the state of operating at the maximum speed, it is possible to calculate the estimated value of the rotational phase angle with one equation ([Equation 13]) to control the inverter main circuit INV.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an inverter control device and a sensorless drive system that perform current control with high accuracy.

また、上記実施形態では、インバータ主回路部INVのゲート指令を電流ベクトル偏差(Δiα、Δiβ)に応じて決定する電流追従型PWM制御を採用したドライブシステムについて説明したが、電流を制御する他の方法を採用した場合であっても同様の効果を得ることができる。例えば、電流ベクトル偏差(Δiα、Δiβ)に基づいてインバータ電圧指令を演算するPI制御のような方法でも同様な効果が得られる。 Further, in the above embodiment, the drive system adopting the current tracking type PWM control which determines the gate command of the inverter main circuit unit INV according to the current vector deviation (Δi α , Δi β ) has been described. Even when other methods are adopted, the same effect can be obtained. For example, the same effect can be obtained by a method such as PI control in which the inverter voltage command is calculated based on the current vector deviation (Δi α , Δi β ).

また、上記実施形態では、インバータ主回路部INVのゲート指令を電流ベクトル偏差(Δiα、Δiβ)の角度θiから直接決定する方法を例としたが、電流を制御するためのゲート指令が決定できれば、例えば三角波比較変調や空間ベクトル変調のような方法を採用しても上述の実施形態と同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the gate command of the inverter main circuit INV is directly determined from the angle θi of the current vector deviation (Δi α , Δi β ). However, the gate command for controlling the current is determined. If possible, the same effect as the above embodiment can be obtained even if a method such as triangular wave comparison modulation or space vector modulation is adopted.

また、上記実施形態では回転座標系上で回転位相角誤差Δθを計算し、その情報から回転位相角推定値θestと回転速度推定値ωestとを演算する方法を例として説明したが、例えば特許文献1に開示されているように回転位相角を直接演算する方法であっても同様な効果が得られる。回転位相角を直接演算する場合、回転位相角誤差ΔθをPLL制御および積分せずに、回転位相角を直接演算することができる。この場合にも、モータパラメータを使用して位相角を演算するため、上述の実施形態と同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the method of calculating the rotational phase angle error Δθ on the rotational coordinate system and calculating the rotational phase angle estimated value θest and the rotational speed estimated value ωest from the information has been described as an example. Similar effects can be obtained even with the method of directly calculating the rotational phase angle as disclosed in Patent Document 1. When the rotational phase angle is directly calculated, the rotational phase angle can be directly calculated without PLL control and integration of the rotational phase angle error Δθ. Also in this case, since the motor angle is used to calculate the phase angle, the same effect as the above embodiment can be obtained.

次に、第2実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムについて、図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図11は、第2実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムの一構成例を概略的に示すブロック図である。
Next, an inverter control device and a sensorless drive system according to a second embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 11 is a block diagram schematically showing one configuration example of the inverter control device and the sensorless drive system of the second embodiment.

本実施形態のインバータ制御装置は推定方式切替部80をさらに備えている。
推定方式切替部80は、誤差演算部44へ推定方式切替信号を出力する。推定方式切替部80は、インバータ制御装置やセンサレスドライブシステムの外部に設けられたディップスイッチなどのスイッチ信号を読み取る、もしくは、d軸微分インダクタンスLdhの値に応じて、推定方式切替信号をの値を「1」もしくは「0」とに切り替えて出力する。
The inverter control device of the present embodiment further includes an estimation method switching unit 80.
The estimation method switching unit 80 outputs an estimation method switching signal to the error calculation unit 44. The estimation method switching unit 80 reads a switch signal such as a dip switch provided outside the inverter control device or the sensorless drive system, or the value of the estimation method switching signal according to the value of the d-axis differential inductance L dh. Switch to “1” or “0” and output.

推定方式切替信号は、例えば、磁石電圧が定格運転時の電圧降下と比較して十分に小さい同期機がインバータ主回路部INVに電気的に接続された、すなわち、インバータ主回路部INVの出力により駆動される場合には「0」であり、そうでない場合は「1」である。   The estimation method switching signal is, for example, that a synchronous machine whose magnet voltage is sufficiently small compared to the voltage drop at rated operation is electrically connected to the inverter main circuit unit INV, that is, by the output of the inverter main circuit unit INV. If driven, it is '0', otherwise it is '1'.

また、推定方式切替部80は、d軸微分インダクタンスLdhに基づいて、オートチューニングを行ってもよい。推定方式切替部80は、推定方式切替信号を決定するためにd軸微分インダクタンスLdhを外部から取得してもよく、上述の[数式2]の電圧方程式によりd軸微分インダクタンスLdhを演算してもよい。[数式2]によりd軸微分インダクタンスLdhを演算する場合には、推定方式切替部80は、電圧V、V、検出電流I、I、巻線抵抗R、電気角角速度ωe、dq軸平均インダクタンスLda,Lqa、磁石磁束Φ、を取得することにより、d軸微分インダクタンスLdhを演算することができる。 In addition, the estimation method switching unit 80 may perform auto tuning based on the d-axis differential inductance L dh . The estimation method switching unit 80 may obtain the d-axis differential inductance L dh from the outside in order to determine the estimation method switching signal, and calculates the d-axis differential inductance L dh by the voltage equation of the above [Equation 2] May be When the d-axis differential inductance L dh is calculated by Equation 2, the estimation method switching unit 80 determines the voltages V d and V q , the detection currents I d and I q , the winding resistance R, the electrical angular velocity ωe, The d axis differential inductance L dh can be calculated by acquiring the dq axis average inductances L da and L qa and the magnet magnetic flux Φ.

推定方式切替部80は、例えば、−d軸方向および+d軸方向に通電した際の、それぞれのd軸微分インダクタンスLdhの比(d軸微分インダクタンスの設定値に対するd軸微分インダクタンスの実際値の比)が30%以上かい離するときに推定方式切替信号を「0(第1レベル)」とし、d軸微分インダクタンスLdhの比が30%未満のときに推定方式切替信号を「1(第2レベル)」とする。
例えば、−d軸方向に同期機Mの定格の10%の電流を通電した際のd軸微分インダクタンスLdhを上記[数式7]における設定値とし、回転位相角推定値θestがNS反転した角度に収束した場合、実際には+d軸方向に電流が通電していることとなる。このとき、設定したd軸微分インダクタンス(設定値)に対して実際のd軸微分インダクタンス(実際値)が30%以上かい離しているときに、推定方式切替部80は推定方式切替信号を「0」とし、設定したd軸微分インダクタンス(設定値)に対して実際のd軸微分インダクタンス(実際値)が30%未満であるときに、推定方式切替部80は推定方式切替信号を「1」とする。
For example, the estimation method switching unit 80 calculates the ratio of the respective d-axis differential inductances L dh when the current is supplied in the −d-axis direction and the + d-axis direction (the actual value of the d-axis differential inductance with respect to the setting value of the d-axis differential inductance When the ratio of the d-axis differential inductance L dh is less than 30%, the estimation method switching signal is “1 (second) when the ratio of the d-axis differential inductance L dh is less than 30%. Level).
For example, the d-axis differential inductance L dh when a current of 10% of the rating of the synchronous machine M is applied in the −d-axis direction is the set value in the above [Equation 7], and the rotation phase angle estimated value θest is NS inverted When the angle converges, in actuality, the current flows in the + d axis direction. At this time, when the actual d-axis differential inductance (actual value) is apart from the set d-axis differential inductance (set value) by 30% or more, the estimation method switching unit 80 outputs “0 If the actual d-axis differential inductance (actual value) is less than 30% with respect to the set d-axis differential inductance (setting value), the estimation method switching unit 80 sets the estimation method switching signal to "1". Do.

誤差演算部44は、推定方式切替信号の値に応じて、回転位相角誤差Δθの演算方法を切替える。誤差演算部44は、例えば、推定方式切替信号の値が「1」のときに、[数式7](第1方式)により回転位相角誤差Δθを演算して出力し、推定方式切替信号の値が「0」のときに、[数式13](第2方式)により回転位相角誤差Δθを演算して出力する。   The error calculating unit 44 switches the method of calculating the rotational phase angle error Δθ in accordance with the value of the estimation method switching signal. For example, when the value of the estimation method switching signal is “1”, the error calculation unit 44 calculates and outputs the rotational phase angle error Δθ by [Equation 7] (first method), and the value of the estimation method switching signal Is 0, the rotational phase angle error .DELTA..theta. Is calculated and output by [Equation 13] (second method).

なお、誤差演算部44は、推定方式切替信号により、[数式7]を用いる方式ではない他の方式と[数式13]を用いる方式とを切替えて、回転位相角誤差Δθを演算するように構成されても構わない。   Note that the error calculation unit 44 is configured to calculate the rotational phase angle error Δθ by switching between another method not using Equation 7 and a method using Equation 13 according to the estimation method switching signal. It does not matter.

また、本実施形態では、[数式7]もしくは[数式13]を用いて回転位相角誤差Δθを演算する方法について説明したが、回転位相角推定値を演算可能な方法であれば別の1又は複数の方式を更に採用して、推定方式切替信号の値に基づいて、3つ以上の演算方式を切替えてもよい。   Further, in the present embodiment, the method of calculating the rotational phase angle error Δθ using the equation 7 or the equation 13 has been described. However, another method or another one can be used as long as it can calculate the estimated rotational phase angle. A plurality of schemes may be further adopted to switch three or more operation schemes based on the value of the estimation scheme switching signal.

他の演算方式としては、例えば、[数式12]のd軸成分を用いて、下記[数式18]のように回転位相角誤差Δθを演算する方式を採用してもよい。
また、例えば特許文献1に記載のようにαβ座標系(固定座標系)にて回転位相角推定値を直接演算する方式を採用してもよい。
As another calculation method, for example, a method of calculating the rotational phase angle error Δθ as in the following [Expression 18] may be adopted using the d-axis component of [Expression 12].
For example, as described in Patent Document 1, a method may be employed in which the rotational phase angle estimated value is directly calculated in the αβ coordinate system (fixed coordinate system).

本実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムによれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムによれば、d軸電流の向き(−d軸方向か+d軸方向か)によりd軸微分インダクタンスが大きく変化する同期機については、[数式13]を用いる方式で回転位相角推定値および回転速度推定値を演算し、例えば誘起電圧が大きいために[数式9]の式展開ができない同期機については[数式7]を用いる方式で回転位相角推定値および回転速度推定値を演算することができる。これにより、同期機の特性によらず回転位相角推定値の演算を安定して行うことができる。
すなわち、本実施形態によれば、精度よく電流制御を行うインバータ制御装置およびセンサレスドライブシステムを提供することができる。
According to the inverter control device and the sensorless drive system of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Furthermore, according to the inverter control device and the sensorless drive system of the present embodiment, the synchronous machine in which the d-axis differential inductance changes largely depending on the direction of the d-axis current (whether it is the −d-axis direction or the + d-axis direction) is The rotation phase angle estimated value and the rotation speed estimated value are calculated by the method using [], and the rotation phase angle is calculated by the method using [Expression 7] for a synchronous machine that can not expand the expression of [Expression 9] Estimates and rotational speed estimates can be computed. This makes it possible to stably calculate the rotational phase angle estimated value regardless of the characteristics of the synchronous machine.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an inverter control device and a sensorless drive system that perform current control with high accuracy.

なお、上記第1および第2実施形態において、インバータ制御装置1およびセンサレスドライブシステムの各構成は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。インバータ制御装置1は、CPUやMPUなどのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリと、を備え、上述のインバータ制御装置1の動作を行うプログラムをプロセッサにより実行するように構成されてもよい。   In the first and second embodiments, each configuration of inverter control device 1 and sensorless drive system may be realized by hardware or software, and hardware and software may be used. It may be realized by a combination. The inverter control device 1 includes at least one processor such as a CPU or an MPU and a memory storing a program to be executed by the processor, and the processor executes the program for performing the operation of the inverter control device 1 described above. It may be configured.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…インバータ制御装置、10…電流指令生成部、20…dq/αβ変換部、30…電流制御部、32…減算器、34…減算器、36…角度演算部、38…ゲート指令生成部、38A…テーブル、38B…3相/αβ変換部、40…推定値演算部、42…αβ/dq変換部、44…誤差演算部、46…PLL演算部、48…ローパスフィルタ、49…積分演算部、50…極性判定部、60…加算器、62…αβ/dq変換部、70…3相/αβ変換部、80…推定方式切替部、M…同期機、100…固定子、200…回転子、3…磁石、4…エアギャップ、BR1…外周ブリッジ、BR2…センターブリッジ、V0〜V7…電圧ベクトル、V0、V7…ゼロ電圧ベクトル、V1〜V6…基本電圧ベクトル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter control apparatus, 10 ... Current command generation part, 20 ... dq / (alpha) beta conversion part, 30 ... Current control part, 32 ... Subtractor, 34 ... Subtractor, 36 ... Angle operation part, 38 ... Gate command generation part, 38A: Table 38B: Three-phase / αβ conversion unit 40: Estimated value operation unit 42: αβ / dq conversion unit 44: Error operation unit 46: PLL operation unit 48: Low pass filter 49: Integral operation unit , 50: polarity determination unit, 60: addition unit, 62: αβ / dq conversion unit, 70: 3 phase / αβ conversion unit, 80: estimation method switching unit, M: synchronous machine, 100: stator, 200: rotor , 3 ... Magnets, 4 ... Air gaps, BR1 ... Outer peripheral bridges, BR2 ... Center bridges, V0 to V7 ... Voltage vectors, V0, V7 ... Zero voltage vectors, V1 to V6 ... Basic voltage vectors.

Claims (6)

電流指令値を生成する電流指令生成部と、
インバータ主回路部から出力される交流電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記電流指令値と前記電流検出部で検出した電流値とが一致するように前記インバータ主回路部のゲート指令を生成し、前記ゲート指令に基づいて前記インバータ主回路部の出力電圧目標ベクトルを演算するゲート指令生成部と、
前記インバータ主回路部が起動する際の初期推定において、前記電流検出部で検出された電流値と前記出力電圧目標ベクトルとに基づいて、回転位相角推定値を演算する推定値演算部と、を有し、
前記推定値演算部は、前記インバータ主回路部が停止状態から起動する際に、回転子周波数に同期した電流を通電したときの前記出力電圧目標ベクトルと前記電流検出部で検出された電流値とを用い、巻線抵抗とd軸平均インダクタンスとq軸微分インダクタンスとを設定値として、前記回転位相角推定値の誤差を演算し、前記誤差がゼロとなるように前記回転位相角推定値を演算すること、を特徴とするインバータ制御装置。
A current command generation unit that generates a current command value;
A current detection unit that detects the current value of the alternating current output from the inverter main circuit unit;
A gate command of the inverter main circuit unit is generated so that the current command value matches the current value detected by the current detection unit, and an output voltage target vector of the inverter main circuit unit is calculated based on the gate command. A gate command generation unit to
An estimated value calculation unit for calculating a rotational phase angle estimated value based on the current value detected by the current detection unit and the output voltage target vector in initial estimation when the inverter main circuit unit starts up; Have
The estimated value calculation unit, when the inverter main circuit unit starts from a stop state, the output voltage target vector when a current synchronized with the rotor frequency is supplied, and a current value detected by the current detection unit Using the winding resistance, the d-axis average inductance, and the q-axis differential inductance as set values, the error of the estimated rotational phase angle is calculated, and the estimated rotational phase angle is calculated so that the error is zero. An inverter control device characterized by:
前記回転子周波数に同期した電流は、インダクタンスが最小となる方向に通電する電流である、を特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。   The inverter control device according to claim 1, wherein the current synchronized with the rotor frequency is a current which is energized in a direction in which an inductance is minimized. 前記推定値演算部は、前記誤差がゼロとなる回転角速度推定値を演算し、
前記回転角速度推定値に基づいて回転子の極性判別を行い、前記回転位相角推定値の補正値を出力する極性判別部と、
前記回転位相角推定値と前記補正値とを加算して出力する加算器と、を更に備えた、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のインバータ制御装置。
The estimated value calculator calculates a rotational angular velocity estimated value at which the error is zero,
A polarity determination unit that determines the rotor polarity based on the rotational angular velocity estimated value and outputs a correction value of the rotational phase angle estimated value;
An adder for adding the rotation phase angle estimated value and the correction value and outputting the sum;
The inverter control device according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記推定値演算部へ推定方式切替信号を出力する推定方式切替部を更に有し、
前記推定値演算部は、前記推定方式切替信号に応じて、前記巻線抵抗と、q軸平均インダクタンスと、d軸微分インダクタンスとを設定値として前記誤差を演算する第1方式と、前記巻線抵抗と、d軸平均インダクタンスと、q軸微分インダクタンスとを設定値として前記誤差を演算する第2方式と、を切替えて、前記回転位相角推定値を演算する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のインバータ制御装置。
It further comprises an estimation method switching unit for outputting an estimation method switching signal to the estimated value calculation unit,
The estimated value calculation unit calculates the error using the winding resistance, the q-axis average inductance, and the d-axis differential inductance as set values according to the estimation method switching signal, and the winding The rotation phase angle estimated value is calculated by switching between the resistance, the d-axis average inductance, and the second method of calculating the error with the q-axis differential inductance as a set value. The inverter control device according to any one of items 1 to 3.
前記推定方式切替部は、−d軸方向および+d軸方向に通電した際の、それぞれのd軸微分インダクタンスの設定値に対するd軸微分インダクタンスの実際値の比が30%以上かい離するときに第1レベルとなり、前記比が30%未満のときに第2レベルとなる信号である、ことを特徴とする請求項4記載のインバータ制御装置。   The estimation method switching unit is configured such that the ratio of the actual value of the d-axis differential inductance to the set value of the d-axis differential inductance when energizing in the −d-axis direction and the + d-axis direction is 30% or more The inverter control device according to claim 4, wherein the signal is a signal that is at a level, and is at a second level when the ratio is less than 30%. 請求項1乃至5のいずれか1項記載のインバータ制御装置と、
同期機と、
前記同期機を駆動する前記インバータ主回路部と、を備えたことを特徴とするセンサレスドライブシステム。
The inverter control device according to any one of claims 1 to 5.
Synchronous machine,
A sensorless drive system comprising: the inverter main circuit unit for driving the synchronous machine.
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