JP2019097341A - Motor controller and motor system - Google Patents

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亨権 金
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亨権 金
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Abstract

To reduce an axial error while suppressing a wasteful current before changeover into a position sensorless control mode in a motor control device for controlling a motor by vector control.SOLUTION: A motor controller performs changeover from a synchronous control mode to a position sensorless control mode during a sensorless changeover period. In the relevant period, the motor controller calculates a q-axis current "Iq0" based on an axial error "Δθ0" of a real axis (dq axis) and a control axis (γδ axis) at a start time of the relevant period and a γ axis target current "Iγo" to specify "Iq0×(1+Kg)" as a target value with a prescribed coefficient being "Kg" (Kg>0). Then, the motor controller repeats processing to acquire the axial error "Δθ0" and processing to increase a δ axis target current Iδso that while decreasing a y-axis target current Iγan addition value of its q axis component and a q-axis component of a δ-axis target current becomes equal to a target value until the axial error Δθ becomes equal to or smaller than a prescribed threshold value.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータシステムに関し、例えば、同期制御モードから位置センサレス制御モードへの切り替え技術に関する。   The present invention relates to a motor control device and a motor system, and, for example, to switching technology from a synchronous control mode to a position sensorless control mode.

特許文献1には、同期制御モードから位置センサレス制御モードへ切り替える際の切り替えショックを低減する方式が示される。当該方式では、同期制御モード中に、モータの回転子軸と、dqベクトル制御の制御系軸との軸誤差Δθcを低減するように電流ベクトル位相θsが制御され、軸誤差Δθcが低減した段階で位置センサレス制御モードへの切り替えが行われる。   Patent Document 1 shows a method for reducing switching shock when switching from the synchronous control mode to the position sensorless control mode. In this method, during the synchronous control mode, the current vector phase θs is controlled to reduce the axis error Δθc between the rotor axis of the motor and the control system axis of dq vector control, and the axis error Δθc is reduced. Switching to the position sensorless control mode is performed.

特開2010−29016号公報JP, 2010-29016, A

近年、永久磁石同期モータ(PMSM)を代表とする3相モータの制御方式として、位置センサレスでのベクトル制御方式が広く用いられる。当該方式では、3相モータの端子電圧や端子電流から誘起電圧が算出され、当該誘起電圧に基づいてロータの位置や速度が推定される。ただし、ロータの停止時や低速回転時には、回転速度に比例する誘起電圧が非常に小さいため、ロータの位置や速度を正しく推定する、ひいてはモータを正しく制御することが困難となる。そこで、ロータの停止〜低速回転時には、通常、ロータをd軸に引き込んだ状態で開ループ制御(同期制御モード)を用いて回転速度の引き上げが行われ、その後に、位置センサレス制御モードへの切り替えが行われる。   In recent years, as a control method of a three-phase motor represented by a permanent magnet synchronous motor (PMSM), a vector control method without position sensor is widely used. In this method, an induced voltage is calculated from the terminal voltage and terminal current of a three-phase motor, and the position and speed of the rotor are estimated based on the induced voltage. However, at the time of stop or low speed rotation of the rotor, the induced voltage proportional to the rotational speed is very small, so it is difficult to correctly estimate the position and speed of the rotor and to control the motor correctly. Therefore, during stop to low speed rotation of the rotor, the rotational speed is usually raised using open loop control (synchronous control mode) with the rotor drawn into the d-axis, and then switching to the position sensorless control mode Is done.

しかし、同期制御モードでは、特許文献1に示されるように、負荷の状態に応じた軸誤差が生じる。このため、同期制御モードから位置センサレス制御モードへそのまま切り替えると、電流の急激な跳ね上がりや、回転速度の振動といった切り替えショックが生じ得る。一方、その対策として、特許文献1の方式を用いることが考えられる。しかし、特許文献1の方式では、同期制御モードから位置センサレス制御モードへ切り替える際に、電流ベクトルの振幅値を固定したまま位相を制御することで軸誤差を低減させているため、本来、必要とされない無駄な電流(d軸電流)が多く流れる恐れがある。   However, in the synchronous control mode, as shown in Patent Document 1, an axis error occurs depending on the state of the load. Therefore, when the synchronous control mode is switched to the position sensorless control mode as it is, a switching shock such as a sudden jump of the current or vibration of the rotational speed may occur. On the other hand, it is possible to use the system of patent document 1 as the countermeasure. However, in the method of Patent Document 1, when switching from the synchronous control mode to the position sensorless control mode, the axis error is reduced by controlling the phase while the amplitude value of the current vector is fixed. A large amount of unnecessary current (d-axis current) may flow.

後述する実施の形態は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The embodiment to be described later is made in view of the foregoing, and other problems and novel features will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によるモータ制御装置は、位置センサレスでのベクトル制御によって3相モータを制御し、開ループ制御となる同期制御モードから、閉ループ制御となる位置センサレス制御モードへの切り替えを第1および第2の処理を用いて同期制御モード内の切替期間で行う。第1の処理において、モータ制御装置は、切替期間の開始時点における実軸(dq軸)と制御軸(γδ軸)の軸誤差と、γ軸目標電流とに基づきq軸電流を算出し、当該q軸電流を“Iq0”、所定の係数を“Kg”(Kg>0)として、“Iq0×(1+Kg)”を目標値に定める。第2の処理において、モータ制御装置は、軸誤差を取得する処理Aと、γ軸目標電流を減少させ、当該減少したγ軸目標電流のq軸成分とδ軸目標電流のq軸成分との加算値が目標値に等しくなるようにδ軸目標電流を増加させる処理Bとを、軸誤差が所定のしきい値以下となるまで繰り返し、その後に位置センサレス制御モードに切り替える。   The motor control device according to one embodiment controls the three-phase motor by vector control without position sensor, and switches from synchronous control mode with open loop control to position sensorless control mode with closed loop control. It carries out in the switching period in synchronous control mode using processing of 2. In the first process, the motor control device calculates the q-axis current based on the axis error between the real axis (dq axis) and the control axis (γδ axis) at the start time of the switching period and the γ axis target current. Assuming that the q-axis current is “Iq0” and the predetermined coefficient is “Kg” (Kg> 0), “Iq0 × (1 + Kg)” is set as the target value. In the second process, the motor control device performs a process A for acquiring an axis error, and decreases the γ-axis target current, and reduces the q-axis component of the decreased γ-axis target current and the q-axis component of the δ-axis target current. A process B of increasing the δ-axis target current so that the addition value becomes equal to the target value is repeated until the axis error becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and then the mode is switched to the position sensorless control mode.

前記一実施の形態によれば、位置センサレス制御モードに切り替える前に、無駄な電流を抑制しつつ軸誤差を低減することが可能になる。   According to the one embodiment, it is possible to reduce the axis error while suppressing unnecessary current before switching to the position sensorless control mode.

本発明の実施の形態1によるモータシステムの構成例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a motor system according to a first embodiment of the present invention. 図1における3相モータの構成例および座標軸を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example and coordinate axis of a three-phase motor in FIG. 図1のモータシステムの概略動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the general operation example of the motor system of FIG. 図1のモータシステムにおいて、図3の位置決め制御モード〜同期制御モードの期間での動作状態を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an operation state in a period of positioning control mode to synchronous control mode of FIG. 3 in the motor system of FIG. 図1のモータシステムにおいて、図3の位置センサレス制御モードの期間での動作状態を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an operation state in a position sensorless control mode of FIG. 3 in the motor system of FIG. 1. 図4の同期制御モードでの動作状態に対応するベクトル図である。It is a vector diagram corresponding to the operation state in synchronous control mode of FIG. 図5の位置センサレス制御モードでの動作状態に対応するベクトル図である。It is a vector diagram corresponding to the operation state in the position sensorless control mode of FIG. 図1における制御モード切替制御部の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the control mode switching control part in FIG. 図8の制御モード切替制御部におけるセンサレス切替期間での動作例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the operation example in the sensorless switching period in the control mode switching control part of FIG. 図9のセンサレス切替期間での処理に伴う各種動作状態の変化の一例を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows an example of the change of the various operation states accompanying the process in the sensorless switching period of FIG. 本発明の実施の形態2によるモータ制御装置において、図1の制御モード切替制御部の構成例を示す概略図である。The motor control apparatus by Embodiment 2 of this invention WHEREIN: It is the schematic which shows the structural example of the control mode switching control part of FIG. 図11における係数演算部の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the coefficient calculating part in FIG. 本発明の実施の形態3によるモータ制御装置において、図12の係数演算部を変形した構成例を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic view showing a configuration example in which the coefficient calculation unit of FIG. 12 is modified in the motor control device according to Embodiment 3 of the present invention. (a)および(b)は、本発明の比較例となるモータ制御装置における軸誤差低減方式を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the axial difference | error reduction system in the motor control apparatus which becomes a comparative example of this invention.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, it will be described by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless specifically stated otherwise, they are not mutually unrelated, one is the other Some or all of the variations, details, supplementary explanations, etc. are in a relation. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), it is particularly pronounced and clearly limited to a specific number in principle. Except for the specific number, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential unless explicitly stated or considered to be obviously essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships and the like of components etc., the shapes thereof are substantially the same unless particularly clearly stated and where it is apparently clearly not so in principle. It is assumed that it includes things that are similar or similar to etc. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same reference numeral is attached to the same member in principle, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
《モータシステムの構成》
図1は、本発明の実施の形態1によるモータシステムの構成例を示す概略図である。図2は、図1における3相モータの構成例および座標軸を示す模式図である。図1に示すモータシステムは、モータ制御装置MCDと、インバータINVと、電流センサISENと、3相モータMTとを備える。3相モータMTは、例えば、永久磁石同期モータ(PMSM)(言い換えればブラシレスDCモータ)である。
Embodiment 1
<< Configuration of motor system >>
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a motor system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of the three-phase motor in FIG. 1 and coordinate axes. The motor system shown in FIG. 1 includes a motor control device MCD, an inverter INV, a current sensor ISEN, and a three-phase motor MT. The three-phase motor MT is, for example, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) (in other words, a brushless DC motor).

3相モータMTは、具体的には、図2に示されるように、3相(u相、v相、w相)の外部端子PNu,PNv,PNwと、永久磁石となるロータRTとを備え、ステータを含めて等価回路で表すことができる。固定座標となる3相軸(u軸、v軸、w軸)で見た場合、3相モータMTは、3相の抵抗成分Ru,Rv,Rw、インダクタンス成分Lu,Lv,Lwおよび誘起電圧Eu,Ev,Ewで表される。u相を例とすると、抵抗成分Ru、インダクタンス成分Luおよび誘起電圧Euは、ロータRTを中点として、当該中点とu相外部端子PNuとの間に直列に結合される。u軸、v軸、w軸は、それぞれ、u相、v相、w相の通電方向(電流方向)に配置され、ロータRTの回転方向に対して電気角120°間隔で順に配置される。   Specifically, as shown in FIG. 2, the three-phase motor MT includes external terminals PNu, PNv, PNw of three phases (u phase, v phase, w phase), and a rotor RT as a permanent magnet. And the stator can be represented by an equivalent circuit. When viewed on a three-phase axis (u-axis, v-axis, w-axis) as fixed coordinates, the three-phase motor MT has three-phase resistance components Ru, Rv, Rw, inductance components Lu, Lv, Lw and an induced voltage Eu , Ev, Ew. Taking the u phase as an example, the resistance component Ru, the inductance component Lu and the induced voltage Eu are coupled in series between the middle point and the u-phase external terminal PNu with the rotor RT as the middle point. The u-axis, v-axis and w-axis are arranged in the current-flowing direction (current direction) of the u-phase, v-phase and w-phase, respectively, and are arranged in order at an electrical angle of 120 ° with respect to the rotation direction of the rotor RT.

一方、当該固定座標(3相軸)は、回転座標となる2相軸(d軸、q軸)に変換することができる。d軸は、ロータRTの磁束方向に配置され、q軸は、d軸に対して直交する方向に配置される。回転位相θは、通常、u軸とd軸の位相を表し、3相(u相、v相、w相)とロータRTとの位置関係を表す情報となる。回転座標となる2相軸で見た場合、3相モータMTは、抵抗成分Rsと、d軸インダクタンス成分Ldおよびq軸インダクタンス成分Lqと、d軸誘起電圧Edおよびq軸誘起電圧Eqとで表される。ただし、d軸誘起電圧Edは、ゼロとなる。3相の電流のベクトル合成によってq軸方向の電流(q軸電流Iq)が流れると、フレミングの法則に基づき、ロータRTに対して回転方向のトルクが発生する。一方、d軸方向の電流(d軸電流Id)は、通常、トルクには寄与しない。   On the other hand, the fixed coordinates (three-phase axes) can be converted into two-phase axes (d-axis, q-axis) serving as rotational coordinates. The d-axis is disposed in the magnetic flux direction of the rotor RT, and the q-axis is disposed in a direction orthogonal to the d-axis. The rotational phase θ usually represents the phases of the u-axis and the d-axis, and is information representing the positional relationship between the three phases (u-phase, v-phase, w-phase) and the rotor RT. When viewed on a two-phase axis as rotational coordinates, the three-phase motor MT is represented by a resistance component Rs, a d-axis inductance component Ld and a q-axis inductance component Lq, and a d-axis induced voltage Ed and a q-axis induced voltage Eq. Be done. However, the d-axis induced voltage Ed is zero. When a current in the q-axis direction (q-axis current Iq) flows by vector combination of three-phase currents, torque in the rotational direction is generated with respect to the rotor RT based on Fleming's law. On the other hand, the current in the d-axis direction (d-axis current Id) usually does not contribute to the torque.

また、3相モータMT(具体的にはロータRT)の構造として、Lq=LdとなるSPM(Surface Permanent Magnet)構造(非突極構造)と、Lq≠LdとなるIPM(Interior Permanent Magnet)構造(突極構造)とが知られている。実施の形態1では、3相モータMTは、SPM構造を有するものとするが、IPM構造を有していてもよい。IPM構造の場合、d軸電流Idによってもトルク(リアクタンストルク)が発生する。また、抵抗成分Rsは、SPM構造およびIPM構造を問わず、d軸とq軸で同一値となる。   Also, as a structure of the three-phase motor MT (specifically, the rotor RT), an SPM (Surface Permanent Magnet) structure (non salient pole structure) with Lq = Ld and an IPM (Interior Permanent Magnet) structure with Lq ≠ Ld (Salted electrode structure) is known. In the first embodiment, the three-phase motor MT has an SPM structure, but may have an IPM structure. In the case of the IPM structure, torque (reactance torque) is also generated by the d-axis current Id. The resistance component Rs has the same value in the d axis and the q axis regardless of the SPM structure and the IPM structure.

図1に戻り、インバータINVは、モータドライバとして機能し、3相モータMTの外部端子PN(u,v,w)にPWM(Pulse Width Modulation)信号PWMu,PWMv,PWMwに基づく駆動電圧Vu,Vv,Vwをそれぞれ印加する。インバータINVは、図示は省略するが、3相の外部端子PN(u,v,w)と高電位側電源電圧との間にそれぞれ設けられる3相のハイサイドスイッチング素子と、3相の外部端子PN(u,v,w)と低電位側電源電圧との間にそれぞれ設けられる3相のロウサイドスイッチング素子とを備える。   Returning to FIG. 1, the inverter INV functions as a motor driver and drives voltages Vu and Vv based on PWM (Pulse Width Modulation) signals PWMu, PWMv and PWMw on the external terminals PN (u, v, w) of the three-phase motor MT. , Vw are applied respectively. The inverter INV is not shown, but a three-phase high side switching element provided between the three-phase external terminal PN (u, v, w) and the high potential side power supply voltage, and a three-phase external terminal A three-phase low-side switching element provided between PN (u, v, w) and the low potential side power supply voltage is provided.

電流センサISENは、3相モータMTに流れるu相電流Iu、v相電流Iv、w相電流Iwを検出する。電流センサISENは、具体的には、例えば、インバータINV内の各相のロウサイドにそれぞれ抵抗を挿入することで3相電流を検出する3シャント方式や、または、インバータINVの低電位側電源電圧に1個の抵抗を挿入し、サンプリングタイミングの工夫によって3相電流を検出する1シャント方式等によって実現される。   The current sensor ISEN detects a u-phase current Iu, a v-phase current Iv, and a w-phase current Iw flowing through the three-phase motor MT. Specifically, for example, the current sensor ISEN is a three-shunt method in which a three-phase current is detected by inserting a resistor on the low side of each phase in the inverter INV, or a low potential power supply voltage of the inverter INV. This is realized by a one-shunt method or the like in which one resistor is inserted and a three-phase current is detected by devising sampling timing.

モータ制御装置MCDは、例えば、プロセッサ、アナログ・ディジタル変換器およびPWM変調器等を搭載したマイクロコントローラ等によって構成され、ベクトル制御によってインバータINVを介して3相モータMTを制御する。すなわち、モータ制御装置MCDを構成する内部ユニットは、主に、マイクロコントローラによるプログラム処理によって実装される。ただし、勿論、これに限定されず、内部ユニットの一部や全部を専用のハードウェアによって構成することも可能である。以下、モータ制御装置MCDの各内部ユニットについて説明する。   The motor control device MCD is configured of, for example, a microcontroller, etc. equipped with a processor, an analog / digital converter, a PWM modulator, etc., and controls the three-phase motor MT via the inverter INV by vector control. That is, the internal unit constituting the motor control device MCD is mainly implemented by program processing by the microcontroller. However, as a matter of course, the present invention is not limited to this, and part or all of the internal units can be configured by dedicated hardware. Hereinafter, each internal unit of the motor control device MCD will be described.

3相/2相変換器AXCCは、電流センサISENからの各相電流(Iu,Iv,Iw)に基づきγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδを検出する電流検出部として機能する。具体的には、3相/2相変換器AXCCは、電流センサISENからの各相電流を、アナログ・ディジタル変換器を用いて所定の制御周期(例えば数十〜数百μs等)毎に順次検出する。そして、3相/2相変換器AXCCは、当該固定座標(u,v,w座標)の各相電流(Iu,Iv,Iw)を、位相演算器PHCからの回転位相θに基づき回転座標(dq座標)に変換することで、γ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδを検出する。なお、γ軸およびδ軸は、図2に示したd軸およびq軸(すなわち、3相モータMTの実軸)にそれぞれ対応する3相モータMTの制御軸となる。制御軸は、軸誤差が無い理想状態では、実軸に等しくなる。   The three-phase / two-phase converter AXCC functions as a current detection unit that detects the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ based on each phase current (Iu, Iv, Iw) from the current sensor ISEN. Specifically, the three-phase / two-phase converter AXCC sequentially uses each phase current from the current sensor ISEN every predetermined control period (for example, several tens to several hundreds of μs, etc.) using an analog to digital converter. To detect. The three-phase / two-phase converter AXCC rotates each phase current (Iu, Iv, Iw) of the fixed coordinates (u, v, w coordinates) on the basis of the rotation phase θ from the phase calculator PHC. The γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ are detected by converting to dq coordinates). The γ axis and the δ axis are control axes of the three-phase motor MT respectively corresponding to the d axis and the q axis (that is, the real axis of the three phase motor MT) shown in FIG. The control axis is equal to the real axis in the ideal state with no axis error.

速度指令発生器RSGは、3相モータMTの目標回転速度となる回転速度指令ωrefを生成する。減算器SBrsは、当該回転速度指令ωrefとPLL制御器PLLCからの回転速度ωestとの速度誤差を検出する。速度制御器PICrsは、減算器SBrsからの速度誤差に基づきPI(P:Proportional,I:Integral)制御等を行い、速度誤差をゼロに近づけるためのδ軸目標電流Iδ_rを生成する。   The speed command generator RSG generates a rotational speed command ωref which is a target rotational speed of the three-phase motor MT. The subtractor SBrs detects a speed error between the rotation speed command ωref and the rotation speed ωest from the PLL controller PLLC. The speed controller PICrs performs PI (P: Proportional, I: Integral) control or the like based on the speed error from the subtractor SBrs, and generates a δ-axis target current Iδ_r for bringing the speed error closer to zero.

制御モード切替制御部MDCTは、詳細は後述するが、同期制御モードから位置センサレス制御モードへの切り替えを制御し、当該切り替えを同期制御モード内の切替期間で行う。同期制御モードとは、3相モータMTの起動段階で用いられ、γ軸目標電流Iγ_cを所定の値に設定し、速度制御器PICrs等を用いない開ループ制御によって目標回転速度を上昇させながら3相モータMTを駆動するモードである。位置センサレス制御モードとは、同期制御モードによって回転速度がある程度上昇した段階で用いられ、速度制御器PICrs等を用いた閉ループ制御によって目標回転速度を制御しながら3相モータMTを駆動するモードである。制御モード切替制御部MDCTは、当該同期制御モードの期間でγ軸目標電流Iγ_cおよびδ軸目標電流Iδ_cを生成する。   The control mode switching control unit MDCT controls switching from the synchronous control mode to the position sensorless control mode, which will be described later in detail, and performs the switching in a switching period in the synchronous control mode. The synchronous control mode is used at the start stage of the three-phase motor MT, sets the γ-axis target current Iγ_c to a predetermined value, and increases the target rotational speed by open loop control without using the speed controller PICrs etc. In this mode, the phase motor MT is driven. The position sensorless control mode is a mode in which the three-phase motor MT is driven while controlling the target rotational speed by closed loop control using the speed controller PICrs or the like. . The control mode switching control unit MDCT generates the γ axis target current Iγ_c and the δ axis target current Iδ_c in the period of the synchronous control mode.

d軸電流指令発生器IDGは、位置センサレス制御モードの期間でγ軸目標電流Iγ_rを生成する。セレクタSELidは、d軸電流指令発生器IDGからのγ軸目標電流Iγ_rか制御モード切替制御部MDCTからのγ軸目標電流Iγ_cかを選択する。セレクタSELiqは、速度制御器PICrsからのδ軸目標電流Iδ_rか制御モード切替制御部MDCTからのδ軸目標電流Iδ_cかを選択する。   The d-axis current command generator IDG generates the γ-axis target current Iγ_r during the position sensorless control mode. The selector SELid selects the γ-axis target current Iγ_r from the d-axis current command generator IDG or the γ-axis target current Iγ_c from the control mode switching control unit MDCT. The selector SELiq selects the δ-axis target current Iδ_r from the speed controller PICrs or the δ-axis target current Iδ_c from the control mode switching control unit MDCT.

PWM信号生成部PWMGは、セレクタSELid,SELiqからのγ軸目標電流Iγおよびδ軸目標電流Iδと3相/2相変換器AXCCからのγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδとの各電流誤差と、回転位相θとに基づいて、3相モータMTの各相に対するPWM信号PWMu,PWMv,PWMwを生成する。PWM信号生成部PWMGは、具体的には、減算器SBid,SBiqと、d軸電流制御器PICidと、q軸電流制御器PICiqと、2相/3相変換器AXCRと、PWM変調器PWMMDとを備える。 The PWM signal generation unit PWMG generates respective currents of the γ-axis target currents Iγ * and δ-axis target currents Iδ * from the selectors SELid and SELiq and the γ-axis currents Iγ and δ-axis currents Iδ from the three-phase / two-phase converter AXCC. Based on the error and the rotational phase θ, PWM signals PWMu, PWMv and PWMw for each phase of the three-phase motor MT are generated. Specifically, the PWM signal generation unit PWMG includes subtractors SBid and SBiq, a d-axis current controller PICid, a q-axis current controller PICiq, a two-phase / three-phase converter AXCR, and a PWM modulator PWMMD. Equipped with

減算器SBid,SBiqは、それぞれ、セレクタSELid,SELiqからのγ軸目標電流Iγおよびδ軸目標電流Iδと3相/2相変換器AXCCからのγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδとの各電流誤差を検出する。d軸電流制御器PICidは、減算器SBidからのγ軸電流誤差に基づいてPI制御を行い、γ軸電流誤差をゼロに近づけるためのγ軸目標電圧Vγを生成する。同様に、q軸電流制御器PICiqは、減算器SBiqからのδ軸電流誤差に基づいてPI制御を行い、δ軸電流誤差をゼロに近づけるためのδ軸目標電圧Vδを生成する。 The subtractors SBid and SBiq respectively generate the γ-axis target currents Iγ * and δ-axis target currents Iδ * from the selectors SELid and SELiq and the γ-axis currents Iγ and δ-axis currents Iδ from the 3-phase / 2-phase converter AXCC, respectively. Each current error is detected. The d-axis current controller PICid performs PI control based on the γ-axis current error from the subtractor SBid to generate a γ-axis target voltage Vγ * for bringing the γ-axis current error closer to zero. Similarly, the q-axis current controller PICiq performs PI control based on the δ-axis current error from the subtractor SBiq, and generates a δ-axis target voltage Vδ * for bringing the δ-axis current error closer to zero.

2相/3相変換器AXCRは、位相演算器PHCからの回転位相θに基づき回転座標(dq座標)から固定座標(u,v,w座標)への変換を行い、γ軸目標電圧Vγおよびδ軸目標電圧Vδをu相目標電圧Vu、v相目標電圧Vvおよびw相目標電圧Vwに変換する。PWM変調器PWMMDは、3相の目標電圧(Vu,Vv,Vw)を生成するための3相のデューティ比をそれぞれ決定し、当該3相のデューティ比を備える3相のPWM信号PWMu,PWMv,PWMwをそれぞれ生成する。 The two-phase / three-phase converter AXCR performs conversion from rotational coordinates (dq coordinates) to fixed coordinates (u, v, w coordinates) based on the rotational phase θ from the phase calculator PHC, to obtain the γ-axis target voltage Vγ * And δ-axis target voltage Vδ * is converted into u-phase target voltage Vu * , v-phase target voltage Vv * and w-phase target voltage Vw * . The PWM modulator PWMMD determines three-phase duty ratios for generating three-phase target voltages (Vu * , Vv * , Vw * ), and the three-phase PWM signal PWMu having the three-phase duty ratios. , PWMv and PWMw respectively.

誘起電圧オブザーバBEOBは、各電流制御器(PICid,PICiq)からのγ軸目標電圧Vγおよびδ軸目標電圧Vδと、3相/2相変換器AXCCからのγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδと、位相演算器PHCに入力される目標回転速度ωとに基づいて、γ軸誘起電圧Eγおよびδ軸誘起電圧Eδを算出する。具体的には、誘起電圧オブザーバBEOBは、式(1)および式(2)に基づきγ軸誘起電圧Eγおよびδ軸誘起電圧Eδをそれぞれ算出する。式(1)および式(2)において、“Rs”は、図2に示した抵抗成分であり、“Lq”は、図2に示したq軸インダクタンス成分(=d軸インダクタンス成分)である。これらのモータ定数(Rs,Lq)は、予め固定的に設定されるか、または、図示しない同定器等を用いて可変に設定される。 The induced voltage observer BEOB includes the γ-axis target voltage Vγ * and the δ-axis target voltage Vδ * from each current controller (PICid, PICiq), and the γ-axis current Iγ and the δ-axis current from the three-phase / two-phase converter AXCC. The γ-axis induction voltage Eγ and the δ-axis induction voltage Eδ are calculated based on Iδ and the target rotational speed ω * input to the phase calculator PHC. Specifically, the induced voltage observer BEOB calculates the γ axis induced voltage Eγ and the δ axis induced voltage Eδ, respectively, based on the equations (1) and (2). In the equations (1) and (2), “Rs” is the resistance component shown in FIG. 2, and “Lq” is the q-axis inductance component (= d-axis inductance component) shown in FIG. These motor constants (Rs, Lq) are fixedly set in advance or variably set using an identifier (not shown) or the like.

Eγ=Vγ−Rs・Iγ+ω・Lq・Iδ …(1)
Eδ=Vδ−Rs・Iδ−ω・Lq・Iγ …(2)
軸誤差演算器AERCは、3相モータMTの実軸となるdq軸と、3相モータMTの制御軸となるγδ軸との軸誤差Δθを、γ軸誘起電圧Eγを用いて演算する。具体的には、軸誤差演算器AERCは、例えば、式(3)に基づき軸誤差Δθを算出する。
Eγ = Vγ * −Rs · Iγ + ω * · Lq · Iδ (1)
Eδ = Vδ * -Rs · Iδ-ω * · Lq · Iγ (2)
The axis error calculator AERC calculates an axis error Δθ between the dq axis as the real axis of the three phase motor MT and the γδ axis as the control axis of the three phase motor MT using the γ axis induced voltage Eγ. Specifically, the axis error calculator AERC calculates the axis error Δθ based on, for example, the equation (3).

Δθ=tan−1(Eγ/Eδ) …(3)
PLL制御器(タイミング制御器)PLLCは、軸誤差演算器AERCからの軸誤差Δθをゼロに収束させるような回転速度ωestを、PLL(Phase Locked Loop)制御を用いて生成する。セレクタSELrsは、速度指令発生器RSGからの回転速度指令ωrefかPLL制御器PLLCからの回転速度ωestかを選択し、選択した回転速度を目標回転速度ωとして出力する。位相演算器PHCは、当該目標回転速度ωを積分することで回転位相θを生成する。
Δθ = tan −1 (Eγ / Eδ) (3)
The PLL controller (timing controller) PLLC generates a rotational speed ωest that causes the axis error Δθ from the axis error calculator AERC to converge to zero, using PLL (Phase Locked Loop) control. The selector SELrs selects the rotation speed command ωref from the speed command generator RSG or the rotation speed ωest from the PLL controller PLLC, and outputs the selected rotation speed as the target rotation speed ω * . The phase calculator PHC generates a rotational phase θ by integrating the target rotational speed ω * .

《モータシステムの概略動作》
図3は、図1のモータシステムの概略動作例を示すタイミングチャートである。図4は、図1のモータシステムにおいて、図3の位置決め制御モード〜同期制御モードの期間での動作状態を説明する図である。図5は、図1のモータシステムにおいて、図3の位置センサレス制御モードの期間での動作状態を説明する図である。図6は、図4の同期制御モードでの動作状態に対応するベクトル図である。図7は、図5の位置センサレス制御モードでの動作状態に対応するベクトル図である。
<< Schematic operation of motor system >>
FIG. 3 is a timing chart showing a schematic operation example of the motor system of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation state in the period from the positioning control mode to the synchronous control mode of FIG. 3 in the motor system of FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining an operation state in the position sensorless control mode of FIG. 3 in the motor system of FIG. FIG. 6 is a vector diagram corresponding to the operation state in the synchronous control mode of FIG. FIG. 7 is a vector diagram corresponding to the operation state in the position sensorless control mode of FIG.

図3の位置決め制御モード(時刻t0〜t1)と、同期制御モード(時刻t1〜t3)では、図4に示されるように、d軸電流指令発生器IDG、速度制御器PICrsおよびPLL制御器PLLCは、オフ状態(非活性状態)に制御される。また、セレクタSELid,SELiq,SELrsは、共に“S2”側(すなわち、制御モード切替制御部MDCTおよび速度指令発生器RSGの各出力)を選択する。   In the positioning control mode (time t0 to t1) of FIG. 3 and the synchronous control mode (time t1 to t3), as shown in FIG. 4, the d-axis current command generator IDG, the speed controller PICrs and the PLL controller PLLC Is controlled to the off state (inactive state). Further, the selectors SELid, SELiq, and SELrs both select the “S2” side (that is, the outputs of the control mode switching control unit MDCT and the speed command generator RSG).

3相モータMTの起動時には、ロータRTの位置が不明である。そこで、位置決め制御モード(時刻t0〜t1)において、速度指令発生器RSGは、回転速度指令ωref(目標回転速度ω)をゼロに固定し、これに応じて回転位相θもゼロとなる。また、制御モード切替制御部MDCTは、δ軸目標電流Iδ_c(Iδ)をゼロに定めた状態で、γ軸目標電流Iγ_c(Iγ)をゼロから短時間で所定の値まで増加させる。その結果、ロータRTはγ軸に引き込まれ、γ軸とd軸はほぼ一致した状態(すなわち軸誤差Δθがほぼゼロの状態)となる。 When the three-phase motor MT is activated, the position of the rotor RT is unknown. Therefore, in the positioning control mode (time t0 to t1), the speed command generator RSG fixes the rotation speed command ωref (target rotation speed ω * ) to zero, and the rotation phase θ also becomes zero accordingly. The control mode switching control unit MDCT increases the γ-axis target current Iγ_c (Iγ * ) from zero to a predetermined value in a short time with the δ-axis target current Iδ_c (Iδ * ) set at zero. As a result, the rotor RT is drawn into the γ-axis, and the γ-axis and the d-axis become substantially coincident (that is, the axis error Δθ is substantially zero).

続いて、同期制御モードにおけるセンサレス切替期間を除く期間(時刻t1〜t2)において、速度指令発生器RSGは、回転速度指令ωref(目標回転速度ω)を一定の加速度レートで上昇させる。また、制御モード切替制御部MDCTは、時刻t1時のγ軸目標電流Iγ_c(Iγ)とδ軸目標電流Iδ_c(Iδ)(ここではゼロ)を維持する。その結果、ロータRTは、γ軸に引き込まれた状態で、目標回転速度ω(回転位相θによる回転磁界)に同期して回転する。 Subsequently, in a period (time t1 to t2) excluding the sensorless switching period in the synchronous control mode, the speed command generator RSG increases the rotational speed command ωref (target rotational speed ω * ) at a constant acceleration rate. Further, the control mode switching control unit MDCT maintains the γ-axis target current Iγ_c (Iγ * ) and the δ-axis target current Iδ_c (Iδ * ) (here, zero) at time t1. As a result, the rotor RT rotates in synchronization with the target rotational speed ω * (a rotational magnetic field due to the rotational phase θ) in a state of being drawn into the γ axis.

ただし、実際には、このような同期制御モードにおいて、ロータRTが一定の加速度レートで加速するためには、3相モータMTのイナーシャ、摩擦、負荷に応じたトルク電流が必要となる。このため、図6に示されるように、制御軸(γδ軸)と実軸(dq軸)との間には、軸誤差Δθが生じる。トルク電流は、q軸電流であり、必要なq軸電流(トルク電流)を“Iq0”とすると、軸誤差Δθは、γ軸目標電流Iγに対して、式(4)の関係を保つように発生する。ここで、加速度レートが高くなるほど、または負荷が重くなるほど、必要なq軸電流(トルク電流)Iq0は増大し、これに伴い、軸誤差Δθも増大することになる。 However, in fact, in such a synchronous control mode, in order to accelerate the rotor RT at a constant acceleration rate, a torque current corresponding to the inertia, friction, and load of the three-phase motor MT is required. Therefore, as shown in FIG. 6, an axis error Δθ occurs between the control axis (γδ axis) and the real axis (dq axis). The torque current is a q-axis current, and assuming that the necessary q-axis current (torque current) is “Iq0”, the axis error Δθ maintains the relationship of equation (4) with respect to the γ-axis target current Iγ * . Occurs on Here, as the acceleration rate becomes higher or the load becomes heavier, the required q-axis current (torque current) Iq0 increases, and along with this, the axis error Δθ also increases.

Iq0=Iγ×sin(Δθ) …(4)
また、図6に示されるように、誘起電圧Eqは、本来、q軸上に生じるが、軸誤差Δθが存在すると、誘起電圧オブザーバBEOBによって、理想的にはゼロとなる筈のγ軸誘起電圧Eγが検出される。そこで、軸誤差演算器AERCは、式(3)に示したように、このγ軸誘起電圧Eγ(詳細にはδ軸誘起電圧Eδとの比率)に基づいて、軸誤差Δθを算出する。PLL制御器PLLCは、当該軸誤差Δθがゼロに収束するように回転速度ωestを生成することで、実軸(dq軸)と制御軸(γδ軸)とを一致させた状態で、実軸(dq軸)の回転に同期するタイミング信号を生成する。
Iq0 = Iγ * × sin (Δθ) (4)
Further, as shown in FIG. 6, although the induced voltage Eq originally occurs on the q axis, the γ-axis induced voltage of 筈 should ideally be zero by the induced voltage observer BEOB if the axis error Δθ exists. Eγ is detected. Therefore, the axis error calculator AERC calculates the axis error Δθ based on the γ axis induced voltage Eγ (specifically, the ratio to the δ axis induced voltage Eδ) as shown in the equation (3). The PLL controller PLLC generates the rotational speed ωest so that the axis error Δθ converges to zero, thereby matching the real axis (dq axis) with the control axis (γδ axis). generates a timing signal synchronized with the rotation of the dq axis).

図3に戻り、同期制御モード内のセンサレス切替期間(時刻t2〜t3)では、詳細は後述するが、制御モード切替制御部MDCTは、γ軸目標電流Iγ_c(Iγ)を減少させつつ、δ軸目標電流Iδ_c(Iδ)を増加させることで、軸誤差Δθを低減する。そして、制御モード切替制御部MDCTは、軸誤差Δθが所定のしきい値(例えばゼロ付近)以下となった段階で、位置センサレス制御モード(時刻t3〜)への切り替えを行う。 Returning to FIG. 3, in the sensorless switching period (time t2 to t3) in the synchronous control mode, the control mode switching control unit MDCT reduces the γ-axis target current Iγ_c (Iγ * ), while the details will be described later. By increasing the axis target current Iδ_c (Iδ * ), the axis error Δθ is reduced. Then, the control mode switching control unit MDCT switches to the position sensorless control mode (time t3) when the axis error Δθ becomes less than or equal to a predetermined threshold value (for example, near zero).

位置センサレス制御モード(時刻t3〜)では、図5に示されるように、制御モード切替制御部MDCTは、γ軸目標電流Iγ_cおよびδ軸目標電流Iδ_cを生成しないオフ状態(非活性状態)となる。また、セレクタSELid,SELiq,SELrsは、共に“S1”側(すなわち、d軸電流指令発生器IDG、速度制御器PICrsおよびPLL制御器PLLCの各出力)を選択する。   In the position sensorless control mode (time t3), as shown in FIG. 5, the control mode switching control unit MDCT is in the off state (inactive state) not generating the γ axis target current Iγ_c and the δ axis target current Iδ_c. . Further, the selectors SELid, SELiq, and SELrs both select the “S1” side (ie, the respective outputs of the d-axis current command generator IDG, the speed controller PICrs, and the PLL controller PLLC).

このように、位置センサレス制御モード(時刻t3〜)では、モータ制御装置MCDは、PLL制御器PLLCや速度制御器PICrs等を用いた閉ループ制御によって、3相モータMTを制御する。その結果、図3および図7に示されるように、軸誤差ΔθはPLL制御器PLLCによってゼロを保つように制御され、速度制御器PICrsからのδ軸目標電流Iδ_r(Iδ)は、必要なトルク電流に応じた大きさに制御される。また、d軸電流指令発生器IDGからのγ軸目標電流Iγ_r(Iγ)は、通常、ゼロに定められる。 As described above, in the position sensorless control mode (time t3), the motor control device MCD controls the three-phase motor MT by the closed loop control using the PLL controller PLLC, the speed controller PICrs, and the like. As a result, as shown in FIGS. 3 and 7, the axis error Δθ is controlled by the PLL controller PLLC to keep zero, and the δ-axis target current Iδ_r (Iδ * ) from the speed controller PICrs is necessary. The magnitude is controlled according to the torque current. Further, the γ-axis target current Iγ_r (Iγ * ) from the d-axis current command generator IDG is normally set to zero.

ここで、仮に、図3においてセンサレス切替期間(時刻t2〜t3)が設けられない場合、軸誤差Δθが大きい状態で位置センサレス制御モードへの切り替えが行われることになる。この場合、PLL制御器PLLCは、当該軸誤差Δθを低減するべく回転速度ωestを変化させ、これに応じて、速度制御器PICrsからのδ軸目標電流Iδ_rも大きく変化する。センサレス切替期間(時刻t2〜t3)は、このような切り替えショックを低減するために設けられる。   Here, if the sensorless switching period (time t2 to t3) is not provided in FIG. 3, switching to the position sensorless control mode is performed in a state in which the axis error Δθ is large. In this case, the PLL controller PLLC changes the rotational speed ωest so as to reduce the axis error Δθ, and accordingly, the δ-axis target current Iδ_r from the speed controller PICrs also largely changes. A sensorless switching period (time t2 to t3) is provided to reduce such switching shock.

《制御モード切替制御部の構成および動作》
図8は、図1における制御モード切替制御部の構成例を示す概略図である。図9は、図8の制御モード切替制御部におけるセンサレス切替期間での動作例を示すフロー図である。図8に示す制御モード切替制御部MDCTは、γ電流生成部GCALと、δ電流演算部DCALと、切替シーケンサSEQと、保持部MEMとを備える。切替シーケンサSEQは、目標回転速度ωや軸誤差Δθに基づき、図3に示した位置決め制御モード、同期制御モードおよび位置センサレス制御モードの切り替えを行い、各制御モードに応じた指示を発行する。
<< Configuration and operation of control mode switching control unit >>
FIG. 8 is a schematic view showing a configuration example of the control mode switching control unit in FIG. FIG. 9 is a flowchart showing an operation example in a sensorless switching period in the control mode switching control unit of FIG. The control mode switching control unit MDCT shown in FIG. 8 includes a γ current generation unit GCAL, a δ current calculation unit DCAL, a switching sequencer SEQ, and a holding unit MEM. The switching sequencer SEQ switches the positioning control mode, the synchronous control mode, and the position sensorless control mode shown in FIG. 3 based on the target rotational speed ω * and the axis error Δθ, and issues an instruction according to each control mode.

具体的には、切替シーケンサSEQは、3相モータMTの起動時には、制御モードを位置決め制御モードに定め、図4に示したように、各セレクタSELid,SELiq,SELrsに“S2”側を選択させ、d軸電流指令発生器IDG、速度制御器PICrsおよびPLL制御器PLLCをオフ状態に制御する。この状態で、γ電流生成部GCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じて、図3に示したようなγ軸目標電流Iγ_c(Iγ)を生成および出力する。 Specifically, when the three-phase motor MT is activated, the switching sequencer SEQ sets the control mode to the positioning control mode, and causes the selectors SELid, SELiq, and SELrs to select the “S2” side as shown in FIG. , D-axis current command generator IDG, speed controller PICrs, and PLL controller PLLC are controlled to the off state. In this state, the γ current generation unit GCAL generates and outputs the γ axis target current Iγ_c (Iγ * ) as shown in FIG. 3 according to the instruction from the switching sequencer SEQ.

次いで、γ軸目標電流Iγ_c(Iγ)が所定の値に達すると、切替シーケンサSEQは、制御モードを同期制御モードに切り替え、速度指令発生器RSGにその旨を通知する。これに応じて、速度指令発生器RSGは、回転速度指令ωref(目標回転速度ω)を所定の加速度レートで上昇させる。また、γ電流生成部GCALは、位置決め制御モードを終えた時点(図3の時刻t1)のγ軸目標電流Iγ_c(Iγ)を維持する。 Next, when the γ-axis target current Iγ_c (Iγ * ) reaches a predetermined value, the switching sequencer SEQ switches the control mode to the synchronous control mode and notifies the speed command generator RSG to that effect. In response to this, the speed command generator RSG raises the rotational speed command ωref (target rotational speed ω * ) at a predetermined acceleration rate. In addition, the γ current generation unit GCAL maintains the γ axis target current Iγ_c (Iγ * ) at the time when the positioning control mode is finished (time t1 in FIG. 3).

その後、同期制御モードの中で回転速度指令ωref(目標回転速度ω)が所定の値に達すると、切替シーケンサSEQは、図9に示すようなセンサレス切替期間の処理を実行する。図9において、切替シーケンサSEQは、センサレス切替期間の処理を開始し(ステップS101)、まず、センサレス切替期間の開始時点(図3の時刻t2)のγ軸目標電流Iγ_c(Iγ)および軸誤差Δθをそれぞれ“Iγ0”および“Δθ0”として保持部MEMに保持する(ステップS102)。 After that, when the rotational speed command ωref (the target rotational speed ω * ) reaches a predetermined value in the synchronous control mode, the switching sequencer SEQ executes the process of the sensorless switching period as shown in FIG. In FIG. 9, the switching sequencer SEQ starts processing of the sensorless switching period (step S101). First, the γ-axis target current Iγ_c (Iγ * ) and axis error at the start time of the sensorless switching period (time t2 in FIG. 3) Δθ is held in the holding unit MEM as “Iγ0” and “Δθ0” (step S102).

次いで、δ電流演算部DCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じて、式(5)のq軸電流Iq0を算出する(ステップS103)。当該q軸電流Iq0は、センサレス切替期間の開始時点(図3の時刻t2)で必要とされるトルク電流となる。さらに、δ電流演算部DCALは、所定の係数Kg(Kg>0)を用いて、式(6)に示される目標値Itgを定める(ステップS103)。目標値Itgは、例えば、必要とされるトルク電流よりも微小に大きい値に定められる。   Next, the δ current operation unit DCAL calculates the q-axis current Iq0 of the equation (5) in accordance with the instruction from the switching sequencer SEQ (step S103). The q-axis current Iq0 is a torque current required at the start time of the sensorless switching period (time t2 in FIG. 3). Further, the δ current calculation unit DCAL determines a target value Itg shown in the equation (6) using a predetermined coefficient Kg (Kg> 0) (step S103). The target value Itg is set, for example, to a value slightly larger than the required torque current.

Iq0=Iγ0×sin(Δθ0) …(5)
Itg=Iq0×(1+Kg) …(6)
続いて、切替シーケンサSEQは、軸誤差演算器AERCから軸誤差Δθを取得し(ステップS104)、軸誤差Δθが予め定めたしきい値Δθth(例えば、ゼロ近辺の値)以下か否かを判定する(ステップS105)。軸誤差Δθがしきい値Δθthよりも大きい場合、γ電流生成部GCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じて、γ軸目標電流Iγ_c(Iγ)を所定の値(ΔIγ)だけ減少させる(ステップS106)。
Iq0 = Iγ0 × sin (Δθ0) (5)
Itg = Iq0 × (1 + Kg) (6)
Subsequently, the switching sequencer SEQ acquires the axis error Δθ from the axis error calculator AERC (step S104), and determines whether the axis error Δθ is less than or equal to a predetermined threshold value Δθth (for example, a value near zero). (Step S105). If the axis error Δθ is larger than the threshold value Δθth, the γ current generation unit GCAL decreases the γ axis target current Iγ_c (Iγ * ) by a predetermined value (ΔIγ) according to an instruction from the switching sequencer SEQ Step S106).

次いで、δ電流演算部DCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じて、式(7)のδ軸目標電流Iδ_c(Iδ)を算出する(ステップS107)。式(7)のδ軸目標電流Iδ_cは、ステップS106でのγ軸目標電流Iγ_cのq軸成分(sin(Δθ))と、当該δ軸目標電流Iδ_cのq軸成分(cos(Δθ))との加算値が式(6)の目標値Itgに等しくなるように定められる。言い換えれば、δ電流演算部DCALは、ステップS106でのγ軸目標電流Iγ_cの減少に応じた目標値Itgの減少分を補うように、δ軸目標電流Iδ_cを増加させる。 Next, the δ current calculation unit DCAL calculates the δ axis target current I δ — c (I δ * ) of Expression (7) in accordance with the instruction from the switching sequencer SEQ (step S107). The δ-axis target current Iδ_c in equation (7) is the q-axis component (sin (Δθ)) of the γ-axis target current Iγ_c in step S106, and the q-axis component (cos (Δθ)) of the δ-axis target current Iδ_c. Is determined to be equal to the target value Itg of equation (6). In other words, the δ current calculation unit DCAL increases the δ axis target current Iδ_c so as to compensate for the decrease of the target value Itg according to the decrease of the γ axis target current Iγ_c in step S106.

Iδ_c=Itg/cos(Δθ)−Iγ_c・tan(Δθ) …(7)
続いて、γ電流生成部GCALおよびδ電流演算部DCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じて、それぞれ、ステップS106でのγ軸目標電流Iγ_cおよびステップS107でのδ軸目標電流Iδ_cを出力する(ステップS108)。そして、切替シーケンサSEQは、ステップS104での軸誤差Δθが所定のしきい値Δθth以下となるまでステップS104〜S108の処理を、所定の制御周期(例えば数十〜数百μs等)毎に繰り返す。
Iδ_c = Itg / cos (Δθ) −Iγ_c · tan (Δθ) (7)
Subsequently, the γ current generation unit GCAL and the δ current calculation unit DCAL output the γ axis target current Iγ_c in step S106 and the δ axis target current Iδ_c in step S107, respectively, in accordance with the instruction from the switching sequencer SEQ. (Step S108). Then, the switching sequencer SEQ repeats the processing of steps S104 to S108 every predetermined control cycle (for example, several tens to several hundreds of μs) until the axis error Δθ in step S104 becomes equal to or less than the predetermined threshold value Δθth. .

その後、軸誤差Δθが所定のしきい値Δθth以下になると、切替シーケンサSEQは、位置センサレス制御モードへの切り替えを行う(ステップS109)。具体的には、切替シーケンサSEQは、図5に示したように、d軸電流指令発生器IDG、速度制御器PICrsおよびPLL制御器PLLCをオン状態に制御する。この際に、切替シーケンサSEQは、センサレス切替期間の終了時点(図3の時刻t3)のδ軸目標電流Iδ_c(Iδ)および目標回転速度ωを、それぞれ、速度制御器PICrsの出力(Iδ_r)の初期値およびPLL制御器PLLCの出力(ωest)の初期値に定める。 Thereafter, when the axis error Δθ becomes equal to or less than the predetermined threshold value Δθth, the switching sequencer SEQ switches to the position sensorless control mode (step S109). Specifically, as shown in FIG. 5, the switching sequencer SEQ controls the d-axis current command generator IDG, the speed controller PICrs, and the PLL controller PLLC to the on state. At this time, the switching sequencer SEQ outputs the δ-axis target current Iδ_c (Iδ * ) and the target rotational speed ω * at the end time of the sensorless switching period (time t3 in FIG. 3) and the output of the speed controller PICrs (Iδ_r And the initial value of the output (ωest) of the PLL controller PLLC.

そして、切替シーケンサSEQは、各セレクタSELid,SELiq,SELrsに“S1”側を選択させる。これによって、センサレス切替期間から位置センサレス制御モードへの切り替え時に、δ軸目標電流Iδおよび目標回転速度ωは、連続性を保てる。また、位置センサレス制御モードでは、切替シーケンサSEQは、γ電流生成部GCALおよびδ電流演算部DCALをオフ状態(非活性状態)に制御する。 Then, the switching sequencer SEQ causes the selectors SELid, SELiq, SELrs to select the “S1” side. As a result, when switching from the sensorless switching period to the position sensorless control mode, the δ-axis target current Iδ * and the target rotational speed ω * can maintain continuity. In the position sensorless control mode, the switching sequencer SEQ controls the γ current generation unit GCAL and the δ current calculation unit DCAL to the off state (inactive state).

なお、ステップS106におけるγ軸目標電流Iγ_cの減少量(ΔIr)は、一定値であるか、順次変化する値であってもよい。減少量(ΔIr)を一定値とした場合、ステップS106,S107における演算を簡素化することができる。また、センサレス切替期間は、例えば、数十ms〜数百ms等である。   The decrease amount (ΔIr) of the γ-axis target current Iγ_c in step S106 may be a constant value or a value that changes sequentially. When the amount of decrease (ΔIr) is a constant value, the calculations in steps S106 and S107 can be simplified. The sensorless switching period is, for example, several tens of ms to several hundreds of ms.

図10は、図9のセンサレス切替期間での処理に伴う各種動作状態の変化の一例を示すベクトル図である。図10において、時刻t2aは、センサレス切替期間の開始時点(図3の時刻t2)の状態である。この状態では、γ軸にγ軸電流Iγが流れ、当該γ軸電流Iγのq軸成分(sin(Δθ))と、必要なトルク電流(q軸電流)Iq0とが等しくなるように、軸誤差Δθが生じている。   FIG. 10 is a vector diagram showing an example of changes in various operation states accompanying the processing in the sensorless switching period of FIG. In FIG. 10, time t2a is a state at the start time of the sensorless switching period (time t2 in FIG. 3). In this state, an axis error occurs so that the γ axis current Iγ flows in the γ axis, and the q axis component (sin (Δθ)) of the γ axis current Iγ becomes equal to the required torque current (q axis current) Iq0. Δθ is occurring.

時刻t2bには、その後に、ステップS106,S107を実行した直後の状態が示される。すなわち、ステップS106においてγ軸電流Iγは減少し、ステップS107において、ステップS106に伴う目標値Itg(=Iq0×(1+Kg))の減少分を補うように、δ軸電流Iδは増加している。この状態では、γ軸電流Iγのq軸成分(sin(Δθ))とδ軸電流Iδのq軸成分(cos(Δθ))との加算値が目標値Itgに等しくなる。言い換えれば、γ軸電流Iγとδ軸電流Iδのベクトル加算となる合成電流Iaのq軸成分は、目標値Itgに等しくなる。   At time t2b, the state immediately after execution of steps S106 and S107 is shown. That is, in step S106, the γ-axis current Iγ decreases, and in step S107, the δ-axis current Iδ increases so as to compensate for the decrease in the target value Itg (= Iq0 × (1 + Kg)) associated with step S106. In this state, the sum of the q-axis component (sin (Δθ)) of the γ-axis current Iγ and the q-axis component (cos (Δθ)) of the δ-axis current Iδ becomes equal to the target value Itg. In other words, the q-axis component of the combined current Ia which is the vector addition of the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ becomes equal to the target value Itg.

しかし、実際に必要なトルク電流は“Iq0”である。このため、時刻t2cに示されるように、合成電流Iaのq軸成分と必要なトルク電流(q軸電流)Iq0とが等しくなるように制御軸(γδ軸)が回転する。その結果、軸誤差Δθは小さくなる。この時刻t2bおよび時刻t2cのような状態変化は、軸誤差Δθがしきい値Δθth以下となるまで繰り返される。   However, the torque current actually required is "Iq0". Therefore, as shown at time t2c, the control axis (γδ axis) rotates so that the q-axis component of the combined current Ia and the necessary torque current (q-axis current) Iq0 become equal. As a result, the axis error Δθ decreases. State changes such as time t2b and time t2c are repeated until the axis error Δθ becomes equal to or less than the threshold value Δθth.

《実施の形態1の主要な効果》
図14(a)および図14(b)は、本発明の比較例となるモータ制御装置における軸誤差低減方式を説明する図である。比較例の方式では、電流指令演算器ICMDが用いられる。電流指令演算器ICMDは、同期制御モード中の制御オン期間を除く期間(時刻t1’〜t2’)では、位相生成器PHGを用いて、一定の振幅値(Isync)を持つ合成電流Ia’の電流ベクトル位相θsを所定のレートで変化させている。合成電流Ia’は、d軸(γ軸)電流Idcとq軸(δ軸)電流Iqcとをベクトル加算した電流である。
<< Main effects of Embodiment 1 >>
FIGS. 14 (a) and 14 (b) are diagrams for explaining an axis error reduction method in a motor control device according to a comparative example of the present invention. In the method of the comparative example, a current command calculator ICMD is used. The current command computing unit ICMD uses the phase generator PHG in a period (time t1 'to t2') excluding the control on period in the synchronous control mode, and generates a synthesized current Ia 'having a constant amplitude value (Isync). The current vector phase θs is changed at a predetermined rate. The combined current Ia ′ is a current obtained by vector addition of the d-axis (γ-axis) current Idc * and the q-axis (δ-axis) current Iqc * .

その後、電流指令演算器ICMDは、制御オン期間(時刻t2’〜t3’)では、電流位相制御器IPHCを用いて、合成電流Ia’の電流ベクトル位相θsを、軸誤差Δθがゼロに収束する方向に制御する。そして、軸誤差Δθがゼロに収束した段階で、位置センサレス制御モード(時刻t3’〜)への切り替えが行われ、当該モードの中でd軸(γ軸)電流Idcはゼロに制御される。 Thereafter, the current command computing unit ICMD converges the current vector phase θs of the combined current Ia ′ to zero in the axial error Δθ using the current phase controller IPHC in the control on period (time t2 ′ to t3 ′). Control in the direction. When the axis error Δθ converges to zero, switching to the position sensorless control mode (from time t3 ′) is performed, and in this mode, the d-axis (γ-axis) current Idc * is controlled to zero. .

当該比較例の方式は、概念的には、例えば、図10の時刻t2aにおいて、γ軸電流Iγ(比較例での合成電流Ia’)を、振幅値を維持したまま回転させ、その結果、回転後の合成電流Ia’のq軸成分と必要なトルク電流Iq0とが等しくなるように制御軸(γδ軸)が回転することで、軸誤差Δθを小さくするような方式となる。しかし、当該比較例の方式では、合成電流Ia’を振幅値を維持したまま回転させるため、トルクの発生に必要とされない無駄な電流(すなわちd軸電流)が多く流れる。特に、軽負荷等の場合には、必要なトルク電流Iq0に比べて、γ軸電流Iγ(合成電流Ia’)が非常に大きくなるため、無駄な電流もより多くなる。   In the method of the comparative example, conceptually, for example, at time t2a in FIG. 10, the γ-axis current Iγ (synthesized current Ia ′ in the comparative example) is rotated while maintaining the amplitude value, and as a result, rotation By rotating the control axis (γδ axis) so that the q-axis component of the later combined current Ia ′ and the required torque current Iq0 become equal, the axis error Δθ is reduced. However, in the method of the comparative example, since the combined current Ia 'is rotated while maintaining the amplitude value, a large amount of unnecessary current (that is, d-axis current) which is not required for generation of torque flows. In particular, in the case of a light load or the like, the γ-axis current Iγ (synthesized current Ia ′) becomes much larger than the required torque current Iq0, so that the wasted current also increases.

一方、実施の形態1の方式では、図14(b)の場合と異なり、図3に示されるように、センサレス切替期間(時刻t2〜t3)において、合成電流Iaの振幅値を減少させながら、合成電流Iaの振幅値を、必要なトルク電流Iq0の振幅値に近づけていくような方式となる。具体例として、図10の時刻t2bでの合成電流Iaの振幅値は、時刻t2aでのγ軸電流Iγの振幅値よりも小さくなる。これに応じて、無駄な電流(d軸電流)も順次低下し、センサレス切替期間の終了時点(図3の時刻t3)でのγ軸電流(d軸電流に等しくなっている)は、図14(b)の場合と異なり、理想的には、ゼロとなる。   On the other hand, in the method of the first embodiment, unlike the case of FIG. 14B, as shown in FIG. 3, the amplitude value of the combined current Ia is decreased in the sensorless switching period (time t2 to t3). A system is adopted in which the amplitude value of the combined current Ia is brought close to the required amplitude value of the torque current Iq0. As a specific example, the amplitude value of the combined current Ia at time t2b in FIG. 10 is smaller than the amplitude value of the γ-axis current Iγ at time t2a. In response to this, the useless current (d-axis current) also decreases sequentially, and the γ-axis current (equal to the d-axis current) at the end of the sensorless switching period (time t3 in FIG. 3) Unlike (b), it is ideally zero.

このように、実施の形態1の方式を用いることで、位置センサレス制御モードへの切り替えが行われる前に、無駄な電流を抑制しつつ軸誤差Δθを低減することが可能になる。その結果、3相モータMTの高効率化が図れる。また、軸誤差Δθを低減することで、電流の急激な跳ね上がりや、回転速度の振動といった切り替えショックを抑制することが可能になる。   As described above, by using the method of the first embodiment, it is possible to reduce the axis error Δθ while suppressing unnecessary current before the switching to the position sensorless control mode is performed. As a result, high efficiency of the three-phase motor MT can be achieved. Further, by reducing the axis error Δθ, it is possible to suppress a switching shock such as a sudden jump of the current or a vibration of the rotational speed.

(実施の形態2)
《制御モード切替制御部の構成および動作》
図11は、本発明の実施の形態2によるモータ制御装置において、図1の制御モード切替制御部の構成例を示す概略図である。図11に示す制御モード切替制御部MDCTaは、図8に示した構成例に対して、所定の係数Kgを演算する係数演算部KCALが追加されている。係数演算部KCALは、切替シーケンサSEQからの指示に応じてセンサレス切替期間でオン状態(活性状態)に制御され、軸誤差Δθに応じた所定の係数Kgを算出する。
Second Embodiment
<< Configuration and operation of control mode switching control unit >>
FIG. 11 is a schematic view showing a configuration example of the control mode switching control unit of FIG. 1 in the motor control device according to Embodiment 2 of the present invention. The control mode switching control unit MDCTa shown in FIG. 11 is added with a coefficient calculation unit KCAL for calculating a predetermined coefficient Kg, in the configuration example shown in FIG. The coefficient calculation unit KCAL is controlled to be in the on state (active state) in the sensorless switching period in response to an instruction from the switching sequencer SEQ, and calculates a predetermined coefficient Kg according to the axis error Δθ.

図12は、図11における係数演算部の構成例を示す概略図である。図12に示す係数演算部KCALは、軸誤差Δθの時系列的な変化を検出し、増加方向の変化を対象に当該増加分を平滑化するフィルタFLTと、フィルタFLTの出力を受け、少なくともI制御を行うことで所定の係数Kgを算出する補償器PICkgとを有する。フィルタFLTは、具体的には、軸誤差Δθの制御周期毎の変動値を検出するハイパスフィルタ(言い換えれば微分器)HPFと、ハイパスフィルタHPFで検出した変動値が正方向(増加方向)である場合を対象に、当該変動値を平滑化した結果を制御値Δθhpfとして出力するロウパスフィルタLPFとを備える。   FIG. 12 is a schematic view showing a configuration example of the coefficient calculation unit in FIG. The coefficient calculation unit KCAL shown in FIG. 12 detects a time-series change of the axis error Δθ, and receives an output of the filter FLT and a filter FLT that smoothes the increase for the change in the increase direction. And a compensator PICkg for calculating a predetermined coefficient Kg by performing control. Specifically, in the filter FLT, a high-pass filter (in other words, a differentiator) HPF that detects a fluctuation value of the axis error Δθ in each control cycle and a fluctuation value detected by the high-pass filter HPF is in a positive direction (increasing direction). A low pass filter LPF is provided which outputs the result of smoothing the fluctuation value as a control value Δθ hpf for the case.

補償器PICkgは、制御値Δθhpfを入力として、式(8)に基づくPI制御を行うことで、所定の係数Kgを算出する。式(8)において、“Kp”を比例(P)定数であり、“Ki”は積分(I)定数であり、“s”はラプラス演算子である。また、この例では、補償器PICkgは、PI制御を行ったが、少なくともI制御を行えばよい。   The compensator PICkg calculates a predetermined coefficient Kg by performing PI control based on the equation (8) with the control value Δθhpf as an input. In equation (8), “Kp” is a proportional (P) constant, “Ki” is an integral (I) constant, and “s” is a Laplace operator. Also, in this example, the compensator PICkg performs PI control, but at least I control may be performed.

Kg=(Kp+Ki/s)×Δθhpf …(8)
このような係数演算部KCALを用いると、軸誤差Δθが増加する場合には、その増加分に応じて所定の係数Kgの値も増加する。一方、軸誤差Δθが減少する場合には、所定の係数Kgの値は維持される。
Kg = (Kp + Ki / s) × Δθhpf (8)
When such a coefficient calculation unit KCAL is used, when the axis error Δθ increases, the value of the predetermined coefficient Kg also increases according to the increase. On the other hand, when the axis error Δθ decreases, the value of the predetermined coefficient Kg is maintained.

《実施の形態2の主要な効果》
以上、実施の形態2の方式を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、次のような効果が得られる。まず、式(5)で算出されるトルク電流Iq0の値は、実際には、真に必要とされる値から乖離する場合がある。具体的には、例えば、センサレス切替期間内で負荷トルクの変動が生じると、これに応じて、必要なトルク電流Iq0の値も変動する。また、軸誤差演算器AERCは、式(1)〜式(3)に示したように、モータ定数(抵抗成分Rs、q軸インダクタンス成分Lq)を用いて軸誤差Δθを推定するが、モータ定数がばらつくと、式(5)の“Δθ0”も不正確となり得る。
<< Main effects of Embodiment 2 >>
As described above, by using the method of the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the various effects described in the first embodiment. First, the value of the torque current Iq0 calculated by the equation (5) may actually deviate from the value that is truly required. Specifically, for example, when a change in load torque occurs within the sensorless switching period, the value of the necessary torque current Iq0 also changes accordingly. The axis error calculator AERC estimates the axis error Δθ using the motor constants (resistance component Rs, q axis inductance component Lq) as shown in equations (1) to (3), but the motor constants If “ば ら” varies, “Δθ 0” in equation (5) may also be inaccurate.

このような要因により、例えば、式(6)で算出される目標値Itgが、真に必要とされる値に対して不足すると、軸誤差Δθがゼロに収束しない(例えば増加する)事態や、場合によって、脱調によって制御不能となる事態が生じ得る。すなわち、例えば、図10の時刻t2bにおいて、合成電流Iaのq軸成分よりも真に必要とされるトルク電流(Iq0)の方が大きくなるような事態が生じ得る。   If, for example, the target value Itg calculated by the equation (6) is insufficient for the value that is truly required due to such a factor, the axial error Δθ does not converge (for example, increases) to zero, or In some cases, out of step may cause an uncontrollable situation. That is, for example, at time t2b in FIG. 10, a situation may occur in which the torque current (Iq0) actually required is larger than the q-axis component of the combined current Ia.

また、同期制御モードから位置センサレス制御モードへの切り替え処理を簡素化するためには、図3に示したように、センサレス切替期間であっても、目標回転速度ωを上昇させることが望ましい。ただし、この場合、必要なトルク電流Iq0は、加速に伴いセンサレス切替期間の中で増加するため、これによって、目標値Itgが真に必要とされる値に対して不足する恐れがある。 Further, in order to simplify the switching process from the synchronous control mode to the position sensorless control mode, it is desirable to increase the target rotational speed ω * even during the sensorless switching period, as shown in FIG. However, in this case, since the required torque current Iq0 increases in the sensorless switching period with acceleration, this may cause the target value Itg to be insufficient for the value that is truly required.

そこで、実施の形態2の方式を用いると、目標値Itgが不足する場合には、所定の係数Kgを介して、目標値Itgを必要な分だけ増加させることができる。言い換えれば、軸誤差Δθが低減する方向に向かうように、目標値Itgを必要な分だけ増加させることができる。その結果、実施の形態1で述べた各種効果を、モータ定数のばらつきや、負荷トルクの変動等が生じた場合であっても得ることができる。さらに、センサレス切替期間中に目標回転速度ωを上昇させることも可能になり、処理の簡素化等が図れる。 Therefore, when the method of the second embodiment is used, when the target value Itg is insufficient, the target value Itg can be increased by a necessary amount through the predetermined coefficient Kg. In other words, the target value Itg can be increased by the necessary amount so as to decrease the axis error Δθ. As a result, various effects described in the first embodiment can be obtained even when variations in motor constants, fluctuations in load torque, and the like occur. Furthermore, it becomes possible to increase the target rotational speed ω * during the sensorless switching period, and the processing can be simplified.

(実施の形態3)
《制御モード切替制御部の構成および動作》
図13は、本発明の実施の形態3によるモータ制御装置において、図12の係数演算部を変形した構成例を示す概略図である。図13に示す係数演算部KCALaは、図12の構成例と比較して、フィルタFLTの入力が、軸誤差演算器AERCの出力となる軸誤差Δθから軸誤差演算器AERCの入力となるγ軸誘起電圧Eγに置き換わっている。これに伴い、補償器PICkgは、フィルタFLTからの制御値Eγ_hpfを入力として、式(9)に基づくPI制御を行うことで、所定の係数Kgを算出する。
Third Embodiment
<< Configuration and operation of control mode switching control unit >>
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration example in which the coefficient calculation unit of FIG. 12 is modified in the motor control device according to Embodiment 3 of the present invention. The coefficient operation unit KCALa shown in FIG. 13 has the input of the filter FLT from the axis error Δθ, which is the output of the axis error calculator AERC, compared to the configuration example of FIG. It is replaced by the induced voltage Eγ. Along with this, the compensator PICkg calculates a predetermined coefficient Kg by performing PI control based on the equation (9) with the control value Eγ_hpf from the filter FLT as an input.

Kg=(Kp+Ki/s)×Eγ_hpf …(9)
軸誤差Δθとγ軸誘起電圧Eγは、式(3)に示したように、または、図6等で説明したように比例関係にあるため、図12の構成例の代わりに、このような構成例を用いることも可能である。実施の形態3の方式を用いることでも、実施の形態2の場合と同様の効果が得られる。
Kg = (Kp + Ki / s) × Eγ_hpf (9)
Since the axis error Δθ and the γ-axis induction voltage Eγ are in a proportional relationship as shown in the equation (3) or as described in FIG. 6 and the like, such a configuration is used instead of the configuration example of FIG. It is also possible to use an example. By using the method of the third embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   As mentioned above, although the invention made by the present inventor was concretely explained based on an embodiment, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be variously changed in the range which does not deviate from the gist. For example, the above-described embodiments are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.

AERC 軸誤差演算器
AXCC 3相/2相変換器
AXCR 2相/3相変換器
BEOB 誘起電圧オブザーバ
DCAL δ電流演算部
Eγ,Eδ 誘起電圧
FLT フィルタ
GCAL γ電流生成部
IDG d軸電流指令発生器
INV インバータ
ISEN 電流センサ
Ia 合成電流
Iγ γ軸目標電流
Iδ δ軸目標電流
KCAL 係数演算部
Kg 係数
MCD モータ制御装置
MDCT 制御モード切替制御部
MEM 保持部
MT 3相モータ
PHC 位相演算器
PICid d軸電流制御器
PICiq q軸電流制御器
PICkg 補償器
PICrs 速度制御器
PLLC PLL制御器
PWMG PWM信号生成部
PWMMD PWM変調器
RSG 速度指令発生器
RT ロータ
SB 減算器
SEL セレクタ
SEQ 切替シーケンサ
Δθ 軸誤差
θ 回転位相
ω 目標回転速度
AERC axis error calculator AXCC 3 phase / 2 phase converter AXCR 2 phase / 3 phase converter BEOB induced voltage observer DCAL δ current operation unit Eγ, Eδ induction voltage FLT filter GCAL γ current generation unit IDG d axis current command generator INV Inverter ISEN Current sensor Ia Combined current Iγ * γ-axis target current Iδ * δ-axis target current KCAL coefficient calculation unit Kg coefficient MCD motor controller MDCT control mode switching control unit MEM holding unit MT 3-phase motor PHC phase calculator PICid d-axis current Controller PICiq q-axis current controller PICkg compensator PICrs speed controller PLLC PLL controller PWMG PWM signal generator PWMMD PWM modulator RSG speed command generator RT rotor SB subtractor SEL selector SEQ switch sequencer Δθ axis error θ times Phase ω * target rotational speed

Claims (13)

ベクトル制御によって3相モータを制御するモータ制御装置であって、
前記3相モータの実軸となるdq軸と、前記dq軸に対応する制御軸となるγδ軸との軸誤差を、前記3相モータのγ軸誘起電圧を用いて演算する軸誤差演算器と、
前記3相モータに流れる電流に基づきγ軸電流およびδ軸電流を検出する電流検出部と、
γ軸目標電流およびδ軸目標電流と前記電流検出部からの前記γ軸電流および前記δ軸電流との各誤差と、所定の回転速度に基づく回転位相とに基づいて、前記3相モータの各相に対するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成するPWM信号生成部と、
前記γ軸目標電流を所定の値に設定し、開ループ制御によって前記所定の回転速度を上昇させながら前記3相モータを駆動する同期制御モードから、閉ループ制御によって前記所定の回転速度を制御しながら前記3相モータを駆動する位置センサレス制御モードへの切り替えを、前記同期制御モード内の切替期間で行う制御モード切替制御部と、
を有し、
前記制御モード切替制御部は、前記切替期間において、
前記切替期間の開始時点の前記γ軸目標電流および前記軸誤差に基づきq軸電流を算出し、当該q軸電流を“Iq0”、所定の係数を“Kg”(Kg>0)として、“Iq0×(1+Kg)”を目標値に定める第1の処理と、
前記軸誤差演算器から前記軸誤差を取得する処理Aと、前記γ軸目標電流を減少させ、当該減少したγ軸目標電流のq軸成分と前記δ軸目標電流のq軸成分との加算値が前記目標値に等しくなるように前記δ軸目標電流を増加させる処理Bとを、前記処理Aでの前記軸誤差が所定のしきい値以下となるまで繰り返し、その後に前記位置センサレス制御モードへの切り替えを行う第2の処理と、
を実行する、
モータ制御装置。
A motor control device for controlling a three-phase motor by vector control, comprising:
An axis error calculator which calculates an axis error between a dq axis which is a real axis of the three-phase motor and a γδ axis which is a control axis corresponding to the dq axis using a γ axis induced voltage of the three phase motor ,
A current detection unit that detects a γ-axis current and a δ-axis current based on the current flowing through the three-phase motor;
Each of the three-phase motors based on the respective errors between the γ-axis target current and the δ-axis target current, the γ-axis current from the current detection unit and the δ-axis current, and a rotational phase based on a predetermined rotational speed A PWM signal generator that generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal for the phase
From the synchronous control mode in which the γ-axis target current is set to a predetermined value and the three-phase motor is driven while the predetermined rotational speed is increased by the open loop control, the predetermined rotational speed is controlled by the closed loop control A control mode switching control unit for switching to the position sensorless control mode for driving the three-phase motor in a switching period in the synchronous control mode;
Have
The control mode switching control unit is configured to:
The q-axis current is calculated based on the γ-axis target current at the start of the switching period and the axis error, and the q-axis current is “Iq0”, and a predetermined coefficient is “Kg” (Kg> 0). A first process of setting × (1 + Kg) to a target value,
Process A for acquiring the axis error from the axis error calculator, and the added value of the q axis component of the decreased γ axis target current and the q axis component of the δ axis target current by decreasing the γ axis target current Processing B to increase the δ-axis target current so that the target value becomes equal to the target value until the axis error in the processing A becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and then to the position sensorless control mode A second process of switching
To perform
Motor controller.
請求項1記載のモータ制御装置において、
前記制御モード切替制御部は、前記第2の処理の中で、前記γ軸目標電流と前記δ軸目標電流の合成電流の振幅値を減少させる、
モータ制御装置。
In the motor control device according to claim 1,
The control mode switching control unit decreases an amplitude value of a combined current of the γ-axis target current and the δ-axis target current in the second process.
Motor controller.
請求項2記載のモータ制御装置において、
前記制御モード切替制御部は、前記第2の処理の中で、前記γ軸目標電流を“Iγ”、前記処理Aでの前記軸誤差を“Δθ”として、前記δ軸目標電流を“Iq0×(1+Kg)/cos(Δθ)−Iγ×tan(Δθ)”の演算式を用いて算出する、
モータ制御装置。
In the motor control device according to claim 2,
In the second process, the control mode switching control unit sets the γ-axis target current to “Iγ”, the axis error in the process A to “Δθ”, and the δ-axis target current to “Iq0 × Calculated using an arithmetic expression of (1 + Kg) / cos (Δθ) −Iγ × tan (Δθ) ′ ′,
Motor controller.
請求項1記載のモータ制御装置において、
前記制御モード切替制御部は、
前記処理Aでの前記軸誤差、または、前記軸誤差演算器で用いる前記γ軸誘起電圧の時系列的な変化を検出し、増加方向の変化を対象に当該増加分を平滑化するフィルタと、
前記フィルタの出力を受け、少なくともI(Integral)制御を行うことで前記第1の処理での前記所定の係数を算出する補償器と、
を有する、
モータ制御装置。
In the motor control device according to claim 1,
The control mode switching control unit
A filter that detects a time-series change in the axis error in the processing A or the γ-axis induced voltage used in the axis error calculator, and smoothes the increase for the change in the increase direction;
A compensator that receives the output of the filter and performs at least I (Integral) control to calculate the predetermined coefficient in the first process;
Have
Motor controller.
請求項4記載のモータ制御装置において、
前記所定の回転速度は、前記切替期間内で上昇するように制御される、
モータ制御装置。
In the motor control device according to claim 4,
The predetermined rotational speed is controlled to increase within the switching period,
Motor controller.
請求項1記載のモータ制御装置において、さらに、
前記軸誤差をゼロに収束させるような第1の回転速度を生成するタイミング制御器と、
目標回転速度となる第2の回転速度か前記第1の回転速度かを選択し、前記所定の回転速度を出力する第1のセレクタと、
前記第2の回転速度と前記第1の回転速度との誤差に基づき、第1のδ軸目標電流を生成する速度制御器と、
前記第1のδ軸目標電流か第2のδ軸目標電流かを選択する第2のセレクタと、
を有し、
前記PWM信号生成部は、前記γ軸目標電流および前記第2のセレクタからのδ軸目標電流と前記電流検出部からの前記γ軸電流および前記δ軸電流との各誤差と、前記第1のセレクタからの前記所定の回転速度に基づく回転位相とに基づいて、前記3相モータの各相に対する前記PWM信号を生成し、
前記制御モード切替制御部は、前記同期制御モードの期間では、前記第1のセレクタおよび前記第2のセレクタに前記第2の回転速度および前記第2のδ軸目標電流をそれぞれ選択させた状態で前記第2の回転速度を上昇させ、前記位置センサレス制御モードの期間では、前記第1のセレクタおよび前記第2のセレクタに前記第1の回転速度および前記第1のδ軸目標電流をそれぞれ選択させた状態で前記タイミング制御器および前記速度制御器に制御を行わせる、
モータ制御装置。
In the motor control device according to claim 1, further,
A timing controller that generates a first rotational speed that causes the axis error to converge to zero;
A first selector which selects a second rotation speed as the target rotation speed or the first rotation speed, and outputs the predetermined rotation speed;
A speed controller generating a first δ-axis target current based on an error between the second rotation speed and the first rotation speed;
A second selector for selecting the first δ-axis target current or the second δ-axis target current;
Have
The PWM signal generation unit is configured to generate the first γ-axis target current and the δ-axis target current from the second selector, and the respective errors between the γ-axis current from the current detection unit and the δ-axis current. Generating the PWM signal for each phase of the three-phase motor based on a rotational phase based on the predetermined rotational speed from a selector;
The control mode switching control unit causes the first selector and the second selector to select the second rotational speed and the second δ-axis target current, respectively, during the period of the synchronous control mode. The second rotation speed is increased, and during the position sensorless control mode, the first selector and the second selector select the first rotation speed and the first δ-axis target current, respectively. Control the timing controller and the speed controller in the off state,
Motor controller.
3相モータと、
前記3相モータの各相にPWM(Pulse Width Modulation)信号に基づく駆動電圧を印加するインバータと、
ベクトル制御によって前記インバータを介して前記3相モータを制御するモータ制御装置と、
を有するモータシステムであって、
前記モータ制御装置は、
前記3相モータの実軸となるdq軸と、前記dq軸に対応する制御軸となるγδ軸との軸誤差を、前記3相モータのγ軸誘起電圧を用いて演算する軸誤差演算器と、
前記3相モータに流れる電流に基づきγ軸電流およびδ軸電流を検出する電流検出部と、
γ軸目標電流およびδ軸目標電流と前記電流検出部からの前記γ軸電流および前記δ軸電流との各誤差と、所定の回転速度に基づく回転位相とに基づいて、前記3相モータの各相に対するPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記γ軸目標電流を所定の値に設定し、開ループ制御によって前記所定の回転速度を上昇させながら前記3相モータを駆動する同期制御モードから、閉ループ制御によって前記所定の回転速度を制御しながら前記3相モータを駆動する位置センサレス制御モードへの切り替えを、前記同期制御モード内の切替期間で行う制御モード切替制御部と、
を有し、
前記制御モード切替制御部は、前記切替期間において、
前記切替期間の開始時点の前記γ軸目標電流および前記軸誤差に基づきq軸電流を算出し、当該q軸電流を“Iq0”、所定の係数を“Kg”(Kg>0)として、“Iq0×(1+Kg)”を目標値に定める第1の処理と、
前記軸誤差演算器から前記軸誤差を取得する処理Aと、前記γ軸目標電流を減少させ、当該減少したγ軸目標電流のq軸成分と前記δ軸目標電流のq軸成分との加算値が前記目標値に等しくなるように前記δ軸目標電流を増加させる処理Bとを、前記処理Aでの前記軸誤差が所定のしきい値以下となるまで繰り返し、その後に前記位置センサレス制御モードへの切り替えを行う第2の処理と、
を実行する、
モータシステム。
Three-phase motor,
An inverter for applying a drive voltage based on a PWM (Pulse Width Modulation) signal to each phase of the three-phase motor;
A motor control device for controlling the three-phase motor via the inverter by vector control;
A motor system having
The motor control device
An axis error calculator which calculates an axis error between a dq axis which is a real axis of the three-phase motor and a γδ axis which is a control axis corresponding to the dq axis using a γ axis induced voltage of the three phase motor ,
A current detection unit that detects a γ-axis current and a δ-axis current based on the current flowing through the three-phase motor;
Each of the three-phase motors based on the respective errors between the γ-axis target current and the δ-axis target current, the γ-axis current from the current detection unit and the δ-axis current, and a rotational phase based on a predetermined rotational speed A PWM signal generator for generating a PWM signal for the phase;
From the synchronous control mode in which the γ-axis target current is set to a predetermined value and the three-phase motor is driven while the predetermined rotational speed is increased by the open loop control, the predetermined rotational speed is controlled by the closed loop control A control mode switching control unit for switching to the position sensorless control mode for driving the three-phase motor in a switching period in the synchronous control mode;
Have
The control mode switching control unit is configured to:
The q-axis current is calculated based on the γ-axis target current at the start of the switching period and the axis error, and the q-axis current is “Iq0”, and a predetermined coefficient is “Kg” (Kg> 0). A first process of setting × (1 + Kg) to a target value,
Process A for acquiring the axis error from the axis error calculator, and the added value of the q axis component of the decreased γ axis target current and the q axis component of the δ axis target current by decreasing the γ axis target current Processing B to increase the δ-axis target current so that the target value becomes equal to the target value until the axis error in the processing A becomes equal to or less than a predetermined threshold value, and then to the position sensorless control mode A second process of switching
To perform
Motor system.
請求項7記載のモータシステムにおいて、
前記制御モード切替制御部は、前記第2の処理の中で、前記γ軸目標電流と前記δ軸目標電流の合成電流の振幅値を減少させる、
モータシステム。
In the motor system according to claim 7,
The control mode switching control unit decreases an amplitude value of a combined current of the γ-axis target current and the δ-axis target current in the second process.
Motor system.
請求項8記載のモータシステムにおいて、
前記制御モード切替制御部は、前記第2の処理の中で、前記γ軸目標電流を“Iγ”、前記処理Aでの前記軸誤差を“Δθ”として、前記δ軸目標電流を“Iq0×(1+Kg)/cos(Δθ)−Iγ×tan(Δθ)”の演算式を用いて算出する、
モータシステム。
In the motor system according to claim 8,
In the second process, the control mode switching control unit sets the γ-axis target current to “Iγ”, the axis error in the process A to “Δθ”, and the δ-axis target current to “Iq0 × Calculated using an arithmetic expression of (1 + Kg) / cos (Δθ) −Iγ × tan (Δθ) ′ ′,
Motor system.
請求項7記載のモータシステムにおいて、
前記制御モード切替制御部は、
前記処理Aでの前記軸誤差、または、前記軸誤差演算器で用いる前記γ軸誘起電圧の時系列的な変化を検出し、増加方向の変化を対象に当該増加分を平滑化するフィルタと、
前記フィルタの出力を受け、少なくともI(Integral)制御を行うことで前記第1の処理での前記所定の係数を算出する補償器と、
を有する、
モータシステム。
In the motor system according to claim 7,
The control mode switching control unit
A filter that detects a time-series change in the axis error in the processing A or the γ-axis induced voltage used in the axis error calculator, and smoothes the increase for the change in the increase direction;
A compensator that receives the output of the filter and performs at least I (Integral) control to calculate the predetermined coefficient in the first process;
Have
Motor system.
請求項10記載のモータシステムにおいて、
前記所定の回転速度は、前記切替期間内で上昇するように制御される、
モータシステム。
The motor system according to claim 10,
The predetermined rotational speed is controlled to increase within the switching period,
Motor system.
請求項7記載のモータシステムにおいて、
前記モータ制御装置は、さらに、
前記軸誤差をゼロに収束させるような第1の回転速度を生成するタイミング制御器と、
目標回転速度となる第2の回転速度か前記第1の回転速度かを選択し、前記所定の回転速度を出力する第1のセレクタと、
前記第2の回転速度と前記第1の回転速度との誤差に基づき、第1のδ軸目標電流を生成する速度制御器と、
前記第1のδ軸目標電流か第2のδ軸目標電流かを選択する第2のセレクタと、
を有し、
前記PWM信号生成部は、前記γ軸目標電流および前記第2のセレクタからのδ軸目標電流と前記電流検出部からの前記γ軸電流および前記δ軸電流との各誤差と、前記第1のセレクタからの前記所定の回転速度に基づく回転位相とに基づいて、前記3相モータの各相に対する前記PWM信号を生成し、
前記制御モード切替制御部は、前記同期制御モードの期間では、前記第1のセレクタおよび前記第2のセレクタに前記第2の回転速度および前記第2のδ軸目標電流をそれぞれ選択させた状態で前記第2の回転速度を上昇させ、前記位置センサレス制御モードの期間では、前記第1のセレクタおよび前記第2のセレクタに前記第1の回転速度および前記第1のδ軸目標電流をそれぞれ選択させた状態で前記タイミング制御器および前記速度制御器に制御を行わせる、
モータシステム。
In the motor system according to claim 7,
The motor control device further comprises:
A timing controller that generates a first rotational speed that causes the axis error to converge to zero;
A first selector which selects a second rotation speed as the target rotation speed or the first rotation speed, and outputs the predetermined rotation speed;
A speed controller generating a first δ-axis target current based on an error between the second rotation speed and the first rotation speed;
A second selector for selecting the first δ-axis target current or the second δ-axis target current;
Have
The PWM signal generation unit is configured to generate the first γ-axis target current and the δ-axis target current from the second selector, and the respective errors between the γ-axis current from the current detection unit and the δ-axis current. Generating the PWM signal for each phase of the three-phase motor based on a rotational phase based on the predetermined rotational speed from a selector;
The control mode switching control unit causes the first selector and the second selector to select the second rotational speed and the second δ-axis target current, respectively, during the period of the synchronous control mode. The second rotation speed is increased, and during the position sensorless control mode, the first selector and the second selector select the first rotation speed and the first δ-axis target current, respectively. Control the timing controller and the speed controller in the off state,
Motor system.
請求項7記載のモータシステムにおいて、
前記モータ制御装置は、マイクロコントローラで構成される、
モータシステム。
In the motor system according to claim 7,
The motor control device comprises a microcontroller
Motor system.
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