JP2019146419A - Inverter control device and motor driving system - Google Patents

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Abstract

To provide an inverter control device capable of achieving a fast speed response, and a motor driving system.SOLUTION: An inverter control device comprises: an inverter 1; a current detector 3; a speed control circuit 28 including a first PI controller which calculates a torque command value so that a rotational speed of a motor 2 equals a rotational speed command value; a current command value generation circuit 27 which calculates a current command value equivalent to a current response value on the basis of the torque command value; a current control circuit 25 which calculates an output voltage output from the inverter 1 so that the current command value equals the current response value; a second PI controller which outputs a torque command estimation value with the difference between the rotational speed command value and a rotational speed approximate value as an input; and a motor machine model circuit which calculates the rotational speed approximate value using the torque command estimation value. A gain used by the first PI controller comprises an approximate speed estimation circuit 29 equivalent to the gain used in the first PI controller, and a speed estimation circuit which calculates a speed estimation value of the motor 2 using the rotational speed approximate value.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電動機駆動システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to an inverter control device and an electric motor drive system.

永久磁石同期モータ(PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)の回転角センサレス制御装置において、回転角を推定する方法が利用されている。速度の推定ではPLL(Phase Locked Loop)と呼ばれる軸誤差に相当する評価指標が0になるようにPI制御を行なうことで速度を推定する方式が知られている。   In a rotation angle sensorless control device for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) or a synchronous reluctance motor (SynRM), a method for estimating a rotation angle is used. In speed estimation, a system called PLL (Phase Locked Loop) is known that estimates speed by performing PI control so that an evaluation index corresponding to an axis error becomes zero.

また、誘導モータ(IM)の速度センサレス制御装置において、q軸二次磁束誘起電圧から推定一次周波数を演算し、PI制御器にフィードフォワードで与える一次周波数推定器が提案されている。   In addition, a primary frequency estimator has been proposed that calculates an estimated primary frequency from a q-axis secondary magnetic flux induced voltage and feeds it to a PI controller in a feedforward manner in a speed sensorless control device for an induction motor (IM).

特許第3692085号公報Japanese Patent No. 3692085

「ACドライブシステムのセンサレスベクトル制御」、電気学会・センサレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会編、オーム社、2016年9月発売“Sensorless vector control of AC drive system”, edited by the IEEJ / Survey of Technical Committee on Organizing Sensorless Vector Control, Ohm, September 2016

高速な速度推定の応答が要求されるときには、PLL制御においてPI制御器のゲインを上げないと脱調する可能性があった。一方、PI制御器のゲインを上げると過制御となり、制御が振動的になってしまう。   When a response of high-speed speed estimation is required, there is a possibility of stepping out unless the gain of the PI controller is increased in the PLL control. On the other hand, when the gain of the PI controller is increased, overcontrol occurs, and the control becomes oscillating.

これに対し、永久磁石同期モータ(PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)でも、誘導モータ(IM)と同様にq軸誘起電圧から演算された推定速度をフィードフォワードで与えることで、PI制御器のゲインを上げずに高速な速度応答を実現することが可能である。しかしながら、主としてリラクタンストルクを利用する永久磁石同期モータ(PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)ではq軸誘起電圧が負荷に応じて変化するため、q軸誘起電圧から推定速度を演算することが困難であった。   On the other hand, in the permanent magnet synchronous motor (PMSM) and the synchronous reluctance motor (SynRM) as well as the induction motor (IM), the estimated speed calculated from the q-axis induced voltage is given by feedforward, thereby the PI controller. It is possible to realize a high speed response without increasing the gain. However, in permanent magnet synchronous motors (PMSM) and synchronous reluctance motors (SynRM) that mainly use reluctance torque, it is difficult to calculate the estimated speed from the q-axis induced voltage because the q-axis induced voltage changes according to the load. Met.

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みてなされたものであって、高速な速度応答を実現するインバータ制御装置および電動機駆動システムを提供することを目的とする。   Embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an inverter control device and an electric motor drive system that realize a high-speed speed response.

実施形態によるインバータ制御装置は、インバータと、前記インバータから出力される電流応答値を検出する電流検出器と、前記インバータに接続する電動機の回転速度と回転速度指令値とが等しくなるように、前記電動機のトルク指令値を演算する第1PI制御器を含む速度制御回路と、前記トルク指令値に基づいて、前記電流応答値に相当する電流指令値を演算する電流指令値生成回路と、前記電流指令値と前記電流応答値とが等しくなるように前記インバータから出力する出力電圧を演算する電流制御回路と、前記回転速度指令値と回転速度概略値との差を入力としトルク指令推定値を出力する第2PI制御器と、前記トルク指令推定値を用いて前記回転速度概略値を演算するモータ機械モデル回路と、を備え、前記第2PI制御器で用いられるゲインは、前記第1PI制御器で用いられるゲインと同等である概略速度推定回路と、前記回転速度概略値を用いて、前記電動機の速度推定値を演算する速度推定回路と、を備える。   In the inverter control device according to the embodiment, the rotation speed and the rotation speed command value of the electric motor connected to the inverter, the current detector that detects the current response value output from the inverter, and the inverter are equal to each other. A speed control circuit including a first PI controller that calculates a torque command value of the electric motor; a current command value generation circuit that calculates a current command value corresponding to the current response value based on the torque command value; and the current command A current control circuit for calculating an output voltage output from the inverter so that the current response value is equal to the current response value, and a difference between the rotational speed command value and the rotational speed approximate value is input and a torque command estimated value is output. A second PI controller, and a motor machine model circuit that calculates the approximate rotational speed value using the estimated torque command value, wherein the second PI controller Gains need includes a schematic speed estimation circuit is equivalent to the gain used by the first 1PI controller, using the rotational speed approximate value, and a speed estimation circuit for calculating a velocity estimation value of the motor, the.

図1は、第1実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの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 illustrating a configuration example of an inverter control device and an electric motor drive system according to the first embodiment. 図2は、図1に示すインバータ制御装置の速度制御回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed control circuit of the inverter control device shown in FIG. 図3は、図1に示す概略速度推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically showing a configuration example of the schematic speed estimation circuit shown in FIG. 図4は、図1に示す速度・回転位相角推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed / rotation phase angle estimation circuit shown in FIG. 図5は、図4に示す回転位相角誤差演算回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration example of the rotational phase angle error calculation circuit shown in FIG. 図6は、図1に示す概略速度推定回路の他の構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically showing another configuration example of the schematic speed estimation circuit shown in FIG. 図7は、図3に示すモータ機械モデルの他の構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram schematically showing another configuration example of the motor machine model shown in FIG. 図8は、第2実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating a configuration example of the inverter control device and the motor drive system according to the second embodiment. 図9は、図8に示す速度推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed estimation circuit shown in FIG.

以下、複数の実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムについて、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの構成例を概略的に示すブロック図である。
Hereinafter, an inverter control device and an electric motor drive system according to a plurality of embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration example of an inverter control device and an electric motor drive system according to the first embodiment.

本実施形態の電動機駆動システムは、インバータ制御装置と、インバータ1と、同期機2と、を備えている。
同期機2は、例えば、固定子と、回転子とを備えたシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)である。同期機2は、インバータ1から供給される三相交流電流により駆動され、各励磁相に流れる3相交流電流によって磁界を発生し、回転子との磁気的相互作用によりトルクを発生する交流モータである。
The electric motor drive system of the present embodiment includes an inverter control device, an inverter 1 and a synchronous machine 2.
The synchronous machine 2 is, for example, a synchronous reluctance motor (SynRM) including a stator and a rotor. The synchronous machine 2 is an AC motor that is driven by a three-phase AC current supplied from the inverter 1, generates a magnetic field by a three-phase AC current flowing in each excitation phase, and generates a torque by a magnetic interaction with the rotor. is there.

インバータ1は、例えば、直流電源(直流負荷)と、U相、V相、W相の各相2つのパワー半導体素子と、を備えたインバータ主回路(いずれも図示せず)とを備えている。各相2つのパワー半導体素子は、直流電源の正極に接続した直流ライン(直流リンク)と、直流電源の負極に接続した直流ライン(直流リンク)との間に直列に接続している。インバータ1のパワー半導体素子は、後述するインバータ制御装置から受信したゲート指令により動作を制御される。インバータ1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2へ出力する三相交流インバータである。また、インバータ1は、同期機2で発電された電力を直流電源へ充電することも可能である。   The inverter 1 includes, for example, an inverter main circuit (none of which is shown) including a DC power source (DC load) and two power semiconductor elements of each phase of U phase, V phase, and W phase. . The two power semiconductor elements in each phase are connected in series between a DC line (DC link) connected to the positive electrode of the DC power supply and a DC line (DC link) connected to the negative electrode of the DC power supply. The operation of the power semiconductor element of the inverter 1 is controlled by a gate command received from an inverter control device described later. The inverter 1 is a three-phase AC inverter that outputs a U-phase current iu, a V-phase current iv, and a W-phase current iw to a synchronous machine 2 that is an AC load. Further, the inverter 1 can also charge the power generated by the synchronous machine 2 to a DC power source.

本実施形態のインバータ制御装置は、ハードウエアにより構成されてもよく、ソフトウエアにより構成されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとを組み合わせて構成されてもよい。インバータ制御装置は、例えば、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備えていてもよい。   The inverter control device of the present embodiment may be configured by hardware, may be configured by software, or may be configured by combining hardware and software. The inverter control device may include, for example, at least one processor and a memory in which a program executed by the processor is recorded.

本実施形態のインバータ制御装置は、電流検出器3と、PWM変調回路22と、座標変換(UVW/dcqc)回路23と、座標変換(dcqc/UVW)回路24と、電流制御回路25と、速度・回転位相角推定回路26と、電流指令生成回路27と、速度制御回路28と、概略速度推定回路29と、を備えている。   The inverter control device of this embodiment includes a current detector 3, a PWM modulation circuit 22, a coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23, a coordinate conversion (dcqc / UVW) circuit 24, a current control circuit 25, a speed A rotational phase angle estimation circuit 26, a current command generation circuit 27, a speed control circuit 28, and an approximate speed estimation circuit 29 are provided.

電流検出器3は、インバータ1から出力される三相交流電流(U相電流値iu、V相電流値iv、W相電流値iw)のうち、少なくとも2相の電流応答値(例えば、U相電流値iu、W相電流値iw)を検出する。電流検出器3で検出された電流応答値は、座標変換(UVW/dcqc)回路23に入力される。   The current detector 3 includes at least two-phase current response values (for example, U-phase) among the three-phase AC currents (U-phase current value iu, V-phase current value iv, and W-phase current value iw) output from the inverter 1. The current value iu and the W-phase current value iw) are detected. The current response value detected by the current detector 3 is input to the coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23.

座標変換(UVW/dcqc)回路23は、回転位相角推定値θestを用いて、三相固定座標系からdcqc軸回転座標系への座標変換を行うベクトル変換回路である。座標変換(UVW/dcqc)回路23は、三相固定座標系のU相電流値iu、W相電流値iwをdcqc軸回転座標系のdc軸電流値idcとqc軸電流値iqcとに変換して出力する。   The coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23 is a vector conversion circuit that performs coordinate conversion from the three-phase fixed coordinate system to the dcqc axis rotational coordinate system using the rotational phase angle estimated value θest. The coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23 converts the U-phase current value iu and W-phase current value iw of the three-phase fixed coordinate system into the dc-axis current value idc and the qc-axis current value iqc of the dcqc-axis rotation coordinate system. Output.

なお、dcqc軸回転座標系は、推定回転座標系である。d軸は、同期機2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軸から回転角誤差Δθだけ回転したベクトル軸がdc軸であり、q軸から回転角誤差Δθだけ回転したベクトル軸がqc軸である。   The dcqc axis rotation coordinate system is an estimated rotation coordinate system. The d-axis is a vector axis having the smallest static inductance in the rotor of the synchronous machine 2, and the q-axis is a vector axis that is an electrical angle and orthogonal to the d-axis. 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 rotation angle error Δθ from the d axis is the dc axis, and the vector axis rotated by the rotation angle error Δθ from the q axis is the qc axis.

速度制御回路28は、例えばPI制御器を備え、外部から供給される速度指令ωと、速度・回転位相角推定回路26から供給される速度推定値ωestとが等しくなるように、トルク指令Tを算出して出力する。 The speed control circuit 28 includes, for example, a PI controller, and a torque command T so that the speed command ω * supplied from the outside is equal to the speed estimated value ωest supplied from the speed / rotation phase angle estimation circuit 26. * Calculate and output.

図2は、図1に示すインバータ制御装置の速度制御回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
速度制御回路28は、減算器31と、PI制御器(第1PI制御器)32と、トルク制限回路33と、を備えている。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed control circuit of the inverter control device shown in FIG.
The speed control circuit 28 includes a subtractor 31, a PI controller (first PI controller) 32, and a torque limiting circuit 33.

減算器31は、速度指令ωから速度推定値ωestを減算し、演算結果である速度誤差Δω(=ω−ωest)を出力する。
PI制御器32は、減算器31から速度誤差Δωを受信し、速度誤差Δωがゼロになるようにトルク指令演算値Tcalを演算する。
The subtracter 31 subtracts the estimated speed value ωest from the speed command ω *, and outputs a speed error Δω (= ω * −ωest) as a calculation result.
The PI controller 32 receives the speed error Δω from the subtractor 31 and calculates the torque command calculation value T * cal so that the speed error Δω becomes zero.

トルク制限回路33は、トルク指令演算値Tcalをトルク制限値Tlimでリミットして、制限後の値であるトルク指令値Tを出力する。トルク制限値Tlimは、予め設定された値であってもよく、外部から入力される値であってもよい。
電流指令生成回路27は、トルク指令Tと推定速度ωestとを用いて、dq軸電流指令idc、iqcを生成して出力する。
The torque limit circuit 33 limits the torque command calculation value T * cal with the torque limit value Tlim, and outputs a torque command value T * that is a value after the limit. The torque limit value Tlim may be a preset value or a value input from the outside.
The current command generation circuit 27 generates and outputs dq axis current commands idc * and iqc * using the torque command T * and the estimated speed ωest.

電流制御回路25は、電流検出器3において検出された電流応答値iu、iwをベクトル変換した電流応答値idc、iqcと、電流指令生成回路27によって生成された電流指令値idc、iqcとを比較し、電流指令値idc、iqcを実現するように基本波電圧指令値(変調率指令値)vdc、vqcを決定する。 The current control circuit 25 includes current response values idc and iqc obtained by vector conversion of the current response values iu and iw detected by the current detector 3, and current command values idc * and iqc * generated by the current command generation circuit 27. And fundamental wave voltage command values (modulation rate command values) vdc * and vqc * are determined so as to realize current command values idc * and iqc * .

座標変換(dcqc/UVW)回路24は、回転位相角推定値θestを用いて、dcqc軸回転座標系から三相固定座標系への座標変換を行うベクトル変換回路である。座標変換(dcqc/UVW)回路24は、dcqc軸回転座標系の電圧指令値vdc、vqcを三相固定座標系の電圧指令値(変調率指令値)vu、vv、vwへ変換して出力する。 The coordinate conversion (dcqc / UVW) circuit 24 is a vector conversion circuit that performs coordinate conversion from the dcqc axis rotation coordinate system to the three-phase fixed coordinate system using the rotation phase angle estimated value θest. The coordinate conversion (dcqc / UVW) circuit 24 converts the voltage command values vdc * and vqc * of the dcqc axis rotation coordinate system into voltage command values (modulation rate command values) vu * , vv * and vw * of the three-phase fixed coordinate system. Convert and output.

PWM変調回路22は、同期機2を駆動するための電圧指令値vu、vv、vwを、三角波PWMによって変調し、インバータ1の各相パワー半導体素子のオン(導通)/オフ(非導通)指令であるゲート信号を出力する。
概略速度推定回路29は、速度指令ωを用いて速度推定FF(フィードフォワード)値ωestFFを演算する。
The PWM modulation circuit 22 modulates voltage command values vu * , vv * , and vw * for driving the synchronous machine 2 with a triangular wave PWM, and turns on (conducts) / off (non-conducts) each phase power semiconductor element of the inverter 1. Outputs a gate signal that is a continuity command.
The approximate speed estimation circuit 29 calculates a speed estimation FF (feed forward) value ωestFF using the speed command ω * .

図3は、図1に示す概略速度推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
概略速度推定回路29は、減算器41と、PI制御器(第2PI制御器)42と、トルク制限回路43と、モータ機械モデル回路44と、を備えている。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing a configuration example of the schematic speed estimation circuit shown in FIG.
The approximate speed estimation circuit 29 includes a subtractor 41, a PI controller (second PI controller) 42, a torque limiting circuit 43, and a motor machine model circuit 44.

減算器41は速度指令ωから速度推定FF値ωestFFを減算し、速度誤差Δωを演算する。
PI制御器42は、速度誤差Δωが0になるようにトルク指令演算推定値Testcalを演算する。ここで、PI制御器42で用いる比例ゲインおよび積分ゲインは、速度制御回路28のPI制御器32で用いる比例ゲインおよび積分ゲインと同じである。
The subtractor 41 subtracts the speed estimation FF value ω * estFF from the speed command ω * to calculate a speed error Δω * .
The PI controller 42 calculates the torque command calculation estimated value T * estcal so that the speed error Δω * becomes zero. Here, the proportional gain and integral gain used in the PI controller 42 are the same as the proportional gain and integral gain used in the PI controller 32 of the speed control circuit 28.

トルク制限回路43は、トルク指令演算推定値Testcalをトルク制限値Tlimでリミットしてトルク指令推定値Testを出力する。ここで、トルク制限値Tlimは速度制御回路28で用いるトルク制限回路33で用いるトルク制限値Tlimと同じ値を用いることとする。 The torque limit circuit 43 limits the torque command calculation estimated value T * estcal with the torque limit value Tlim and outputs the torque command estimated value T * est. Here, the torque limit value Tlim is the same value as the torque limit value Tlim used in the torque limit circuit 33 used in the speed control circuit 28.

モータ機械モデル回路44は、除算器48と、積分器49と、を備えている。
除算器48は、トルク指令推定値Testをイナーシャ推定値Jestで除算して出力する。
積分器49は、除算器48から出力された値Test/Jestを積分し、速度推定FF値ωestFFを演算して出力する。イナーシャ推定値Jestは速度制御で調整された固定値を用いることができる。すなわち、速度推定FF値ωestFFは下記式のように表すことができる。
The motor machine model circuit 44 includes a divider 48 and an integrator 49.
The divider 48 divides the torque command estimated value T * est by the inertia estimated value Jest and outputs the result.
The integrator 49 integrates the value T * est / Jest output from the divider 48, calculates the speed estimation FF value ω * estFF, and outputs it. As the inertia estimated value Jest, a fixed value adjusted by speed control can be used. That is, the speed estimation FF value ω * estFF can be expressed as the following equation.

上記速度推定FF値ωestFFは、モータ機械モデル回路44により演算された同期機2の回転速度概略値である。
速度・回転位相角推定回路26は、速度推定FF値ωestFF、電圧指令vdc、vqcおよび電流応答値idc、iqcを用いて速度推定値ωestおよび回転位相角推定値θestを演算する。
The speed estimation FF value ω * estFF is an approximate rotational speed value of the synchronous machine 2 calculated by the motor machine model circuit 44.
The speed / rotation phase angle estimation circuit 26 calculates the speed estimation value ωest and the rotation phase angle estimation value θest using the speed estimation FF value ω * estFF, voltage commands vdc * , vqc *, and current response values idc, iqc.

図4は、図1に示す速度・回転位相角推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
図5は、図4に示す回転位相角誤差演算回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
速度・回転位相角推定回路26は、回転位相角誤差演算回路51と、PI制御器52と、加算器53と、積分器54と、を備えている。
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed / rotation phase angle estimation circuit shown in FIG.
FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration example of the rotational phase angle error calculation circuit shown in FIG.
The speed / rotation phase angle estimation circuit 26 includes a rotation phase angle error calculation circuit 51, a PI controller 52, an adder 53, and an integrator 54.

回転位相角誤差演算回路51は、位相差δ設定回路60と、γ電圧演算回路61と、γ電圧推定回路62と、減算器63と、を備えている。
位相差δ設定回路60は、トルク指令値Tを入力として、回転子位相推定値と回転子位相とに誤差が生じたときに、電圧変化が一番大きくなる付近の位相角δを設定する。位相差δ設定回路60は、トルク指令値Tに応じて解析的または実験的に予め求めておいた位相角δの設定値を格納した、位相角δの設定値のテーブルを備えていてもよい。
The rotational phase angle error calculation circuit 51 includes a phase difference δ setting circuit 60, a γ voltage calculation circuit 61, a γ voltage estimation circuit 62, and a subtractor 63.
The phase difference δ setting circuit 60 receives the torque command value T * as an input, and sets a phase angle δ in the vicinity where the voltage change is greatest when an error occurs between the rotor phase estimation value and the rotor phase. . The phase difference δ setting circuit 60 may include a set value table for the phase angle δ that stores a set value for the phase angle δ that is analytically or experimentally obtained in advance according to the torque command value T *. Good.

γ電圧演算回路61は、電圧指令vdc、vqcと、位相差δとを入力として下記式によりγ電圧Vγを演算する。
Vγ=vdc×cos(δ)+vqc×sin(δ)
γ電圧推定回路62は、dcqc軸回転座標系の電流応答値idc、iqcと、速度推定値ωestと、位相差δとを入力として、γ電圧推定値VγHを演算する。
The γ voltage calculation circuit 61 receives the voltage commands vdc * and vqc * and the phase difference δ, and calculates the γ voltage Vγ by the following formula.
Vγ = vdc * × cos (δ) + vqc * × sin (δ)
The γ voltage estimation circuit 62 calculates the γ voltage estimated value VγH by using the current response values idc and iqc of the dcqc axis rotation coordinate system, the speed estimated value ωest, and the phase difference δ as inputs.

γ電圧推定回路62は、dcqc軸電圧推定値VdcH、VqcHを下記式により演算する。
The γ voltage estimation circuit 62 calculates the dcqc axis voltage estimated values VdcH and VqcH by the following formula.

なお、上記数式において、Rは巻線抵抗であり、Ldcはdc軸インダクタンスであり、Lqcはqc軸インダクタンスであり、φPMは永久磁石磁束であり、sはラプラス演算子である。   In the above formula, R is a winding resistance, Ldc is a dc axis inductance, Lqc is a qc axis inductance, φPM is a permanent magnet magnetic flux, and s is a Laplace operator.

γ電圧推定回路62は、上記式により求めたdcqd軸電圧推定値VdcH、VqcHを用いて、下記式によりγ電圧推定値VγHを演算する。
VγH=VdcH×cos(δ)+VqcH×sin(δ)
減算器63は、γ電圧Vγからγ電圧推定値VγHを減算して、電圧誤差ΔVγを出力する。電圧誤差ΔVγは、位相差δだけdc軸からずれたγ軸方向の電圧誤差である。回転位相角誤差Δθがゼロのときに回転位相角推定値θestは、実際の回転位相角θに追従するものとなる。すなわち、回転位相角誤差Δθは回転位相角推定値θestに含まれる誤差分であって、電圧誤差ΔVγがゼロのときに回転位相角誤差Δθはゼロとなる。
The γ voltage estimation circuit 62 calculates the γ voltage estimated value VγH by the following equation using the dcqd axis voltage estimated values VdcH and VqcH obtained by the above equation.
VγH = VdcH × cos (δ) + VqcH × sin (δ)
The subtracter 63 subtracts the estimated γ voltage value VγH from the γ voltage Vγ, and outputs a voltage error ΔVγ. The voltage error ΔVγ is a voltage error in the γ-axis direction shifted from the dc axis by the phase difference δ. When the rotational phase angle error Δθ is zero, the rotational phase angle estimated value θest follows the actual rotational phase angle θ. That is, the rotational phase angle error Δθ is an error included in the estimated rotational phase angle value θest, and the rotational phase angle error Δθ is zero when the voltage error ΔVγ is zero.

回転位相角誤差演算回路51は、例えば電圧誤差ΔVγと回転位相角誤差Δθとの関係を表す数式やテーブル等を予め有し、電圧誤差ΔVγに基づいて回転位相角誤差Δθを演算して出力することができる。   The rotational phase angle error calculation circuit 51 has, for example, mathematical formulas and tables representing the relationship between the voltage error ΔVγ and the rotational phase angle error Δθ in advance, and calculates and outputs the rotational phase angle error Δθ based on the voltage error ΔVγ. be able to.

回転位相角誤差Δθと電圧誤差ΔVγとの関係は、同期機2のインダクタンス特性により異なる。例えば、同期機2がシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)であるときには、回転位相角誤差Δθと電圧誤差ΔVγとの関係は、回転位相角誤差Δθがゼロのときに電圧誤差ΔVγがゼロとなり、回転位相角誤差Δθが±90°のときに電圧誤差ΔVγが最大となる正弦波である。また、例えば、同期機2が永久磁石同期モータ(PMSM)であるときには、回転位相角誤差Δθと電圧誤差ΔVγとの関係は、回転位相角誤差Δθがゼロのときに電圧誤差ΔVγがゼロとなり、回転位相角誤差Δθが±180°のときに電圧誤差ΔVγが最大となる正弦波である。なお、回転位相角誤差演算回路51は、上記方式に限らず、回転位相角誤差Δθに相当する値を演算してもよい。   The relationship between the rotational phase angle error Δθ and the voltage error ΔVγ differs depending on the inductance characteristics of the synchronous machine 2. For example, when the synchronous machine 2 is a synchronous reluctance motor (SynRM), the relationship between the rotational phase angle error Δθ and the voltage error ΔVγ is such that when the rotational phase angle error Δθ is zero, the voltage error ΔVγ is zero and the rotational phase angle error Δθ is zero. This is a sine wave having a maximum voltage error ΔVγ when the angular error Δθ is ± 90 °. For example, when the synchronous machine 2 is a permanent magnet synchronous motor (PMSM), the relationship between the rotational phase angle error Δθ and the voltage error ΔVγ is such that the voltage error ΔVγ is zero when the rotational phase angle error Δθ is zero, This is a sine wave having a maximum voltage error ΔVγ when the rotational phase angle error Δθ is ± 180 °. The rotation phase angle error calculation circuit 51 is not limited to the above method, and may calculate a value corresponding to the rotation phase angle error Δθ.

PI制御器52は、回転位相角誤差演算回路51は、回転位相角誤差Δθを受信し、回転位相角誤差ΔθがゼロとなるようにPI制御を行い、速度推定FB(フィードバック)値ωestFBを演算する。速度推定FB値ωestFBは、速度推定値ωestに対する速度推定FF値ωestFFの誤差分に相当する。 The PI controller 52 receives the rotational phase angle error Δθ, performs the PI control so that the rotational phase angle error Δθ becomes zero, and the speed estimation FB (feedback) value ω * estFB. Is calculated. The speed estimated FB value ω * estFB corresponds to an error of the speed estimated FF value ω * estFF with respect to the speed estimated value ωest.

加算器53は、速度推定FB値ωestFBと速度推定FF値ωestFFとを加算して、速度推定値ωestを演算する。積分器54は速度推定値ωestを積分して回転角推定値θestを演算する。 The adder 53 adds the speed estimated FB value ω * estFB and the speed estimated FF value ω * estFF to calculate the speed estimated value ωest. The integrator 54 integrates the speed estimation value ωest to calculate the rotation angle estimation value θest.

上記インバータ制御装置および電動機駆動システムにおいて、概略速度推定回路29は、速度指令ωが変化すると、それに応じた速度推定FF値ωestFFを演算して出力する。このとき、PI制御器42で用いる比例ゲインおよび積分ゲインは、速度制御回路28のPI制御器32で用いる比例ゲインおよび積分ゲインと同じであるため、モータ機械モデル回路44が実際の同期機2の機械系の応答と一致していれば、速度推定FF値ωestFFは実際の速度と一致する。速度推定FF値ωestFFは、速度・回転位相角推定回路26の加算器53により速度推定値ωestの演算に用いられる。 In the inverter control device and the motor drive system, when the speed command ω * changes, the approximate speed estimation circuit 29 calculates and outputs a speed estimation FF value ω * estFF corresponding thereto. At this time, the proportional gain and the integral gain used in the PI controller 42 are the same as the proportional gain and the integral gain used in the PI controller 32 of the speed control circuit 28, so that the motor machine model circuit 44 is connected to the actual synchronous machine 2. If it matches the response of the mechanical system, the speed estimation FF value ω * estFF matches the actual speed. The speed estimation FF value ω * estFF is used by the adder 53 of the speed / rotation phase angle estimation circuit 26 to calculate the speed estimation value ωest.

速度推定値ωestを演算する際にフィードバックにより求めた値を用いる場合、速度指令ωが変化したときにPI制御器52の入力である回転角誤差Δθが大きくなる。これに対し、本実施形態では、速度推定値ωestを演算する際に速度推定FF値ωestFFがフィードフォワードとして働くことで、速度指令ωが変化したときも回転位相角誤差Δθが大きくなることがない。
したがって、本実施形態では、回転位相角誤差Δθを受信するPI制御器52のゲインを大きくしなくても脱調することがなく、高速な速度応答を実現できる。
When using the value obtained by feedback when calculating the estimated speed value ωest, the rotational angle error Δθ, which is the input of the PI controller 52, increases when the speed command ω * changes. On the other hand, in the present embodiment, when the speed estimation value ωest is calculated, the speed estimation FF value ω * estFF works as feedforward, so that the rotational phase angle error Δθ increases even when the speed command ω * changes. There is nothing.
Therefore, in this embodiment, even if the gain of the PI controller 52 that receives the rotational phase angle error Δθ is not increased, step-out does not occur and a high-speed speed response can be realized.

なお、モータ機械モデル回路44は、実際の同期機2の機械系の応答と完全に一致することは困難である。しかし、モータ機械モデル回路44と実際の同期機2の機械系の応答とが完全に一致していなくても、速度推定値ωestと実際の速度ωとの誤差を低減することが可能であり、特に、高速な速度応答が要求されるときには、脱調を防止することができる。   It is difficult for the motor machine model circuit 44 to completely match the actual response of the mechanical system of the synchronous machine 2. However, even if the motor machine model circuit 44 and the response of the mechanical system of the actual synchronous machine 2 do not completely match, it is possible to reduce the error between the speed estimated value ωest and the actual speed ω. In particular, when a high speed response is required, step-out can be prevented.

上記のように本実施形態によれば、概略速度推定回路29で速度制御回路28と同じゲイン、同じトルクリミットを利用することで、単純に速度指令ωや速度指令ωの一次遅れをフィードフォワードで加算する場合よりも実際の速度ωと誤差が少ない推定が可能となる。 As described above, according to this embodiment, by using the same gain and the same torque limit as the speed control circuit 28 in the approximate speed estimation circuit 29, the primary delay of the speed command ω * and the speed command ω * is simply fed. It is possible to estimate with less actual speed ω and error than when adding in the forward direction.

すなわち、本実施形態によれば、高速な速度応答を実現するインバータ制御装置および電動機駆動システムを提供することができる。
なお、上記実施形態では同期機2としてシンクロナスリラクタンスモータを採用した例を示したが、リラクタンストルクを用いる永久磁石同期電動機でも同様の効果が得られる。
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an inverter control device and an electric motor drive system that realize a high speed response.
In addition, although the example which employ | adopted the synchronous reluctance motor as the synchronous machine 2 was shown in the said embodiment, the same effect is acquired also with the permanent magnet synchronous motor using a reluctance torque.

次に、第1実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの変形例について説明する。以下に説明する変形例は、上述の第1実施形態のインバータ制御装置と概略速度推定回路29の構成が異なっている。   Next, modifications of the inverter control device and the electric motor drive system according to the first embodiment will be described. The modification described below is different in the configuration of the approximate speed estimation circuit 29 from the inverter control device of the first embodiment described above.

図6は、図1に示す概略速度推定回路の他の構成例を概略的に示すブロック図である。
この例では、概略速度推定回路29は、図3に示す例のPI制御器42とトルク制限回路43とに替えて、トルク制限付きPI制御器45を備えている。この点以外は図3に示す構成例と同様である。
FIG. 6 is a block diagram schematically showing another configuration example of the schematic speed estimation circuit shown in FIG.
In this example, the approximate speed estimation circuit 29 includes a PI controller 45 with a torque limit instead of the PI controller 42 and the torque limit circuit 43 shown in FIG. Except this point, the configuration is the same as the configuration example shown in FIG.

PI制御器45は、速度推定誤差Δωestがゼロとなるように、PI制御によりトルク指令推定値Testを演算する。
PI制御器45は、比例ゲイン乗算器451と、積分ゲイン乗算器452と、積分器453と、リミッタ454と、加算器455と、減算器456、457と、を備えている。
The PI controller 45 calculates the torque command estimated value T * est by PI control so that the speed estimation error Δω * est becomes zero.
The PI controller 45 includes a proportional gain multiplier 451, an integral gain multiplier 452, an integrator 453, a limiter 454, an adder 455, and subtractors 456 and 457.

比例ゲイン乗算器451は、速度推定誤差Δωestに比例ゲインPを乗じて出力する。
積分ゲイン乗算器452は、速度推定誤差Δωestに積分ゲインIを乗じて出力する。
減算器457(第1減算器)は、リミッタ454の入力値と出力値との差(ΔTest)を演算して出力する。
減算器(第2減算器)456は、積分ゲイン乗算器452から出力された値(I×Δωest)から減算器457の演算結果(ΔTest)を引いた値を出力する。
The proportional gain multiplier 451 multiplies the speed estimation error Δω * est by the proportional gain P and outputs the result.
The integral gain multiplier 452 multiplies the speed estimation error Δω * est by the integral gain I and outputs the result.
The subtractor 457 (first subtractor) calculates and outputs the difference (ΔT * est) between the input value and the output value of the limiter 454.
The subtracter (second subtractor) 456 outputs a value obtained by subtracting the calculation result (ΔT * est) of the subtractor 457 from the value (I × Δω * est) output from the integral gain multiplier 452.

積分器453は、減算器456から出力された値(I×Δωest−ΔTest)を積分して出力する。
加算器455は、比例ゲイン乗算器451からの出力値(P×Δωest)と積分器453の出力値(∫(I×Δωest−ΔTest)dt)とを加算して出力する。
リミッタ454は、加算器455から出力された値を受信し、インバータ1の出力限界を超えないようにリミットしたトルク指令推定値Testを出力する。
The integrator 453 integrates and outputs the value (I × Δω * est−ΔT * est) output from the subtractor 456.
The adder 455 adds the output value (P × Δω * est) from the proportional gain multiplier 451 and the output value of the integrator 453 (∫ (I × Δω * est−ΔT * est) dt) and outputs the result. .
The limiter 454 receives the value output from the adder 455 and outputs a torque command estimated value T * est that is limited so as not to exceed the output limit of the inverter 1.

例えば、積分器453の前段に減算器456がないときには、トルク指令推定値をリミットしたことにより生じる制御誤差をゼロにすることができず、積分器453が誤差を加算し続ける。そこで、図6に示すように、リミッタ454の入力値と出力値との差を予め積分器453の入力から減算しておくことで、積分器453が誤差を加算し続けることを回避することができる。   For example, when there is no subtractor 456 in the preceding stage of the integrator 453, the control error caused by limiting the torque command estimated value cannot be made zero, and the integrator 453 continues to add errors. Therefore, as shown in FIG. 6, the difference between the input value and the output value of the limiter 454 is previously subtracted from the input of the integrator 453, thereby preventing the integrator 453 from continuing to add errors. it can.

例えば、モータ機械モデル回路44が実際の同期機2の機械系と一致しておらず、特に、実際の同期機2に負荷トルクがあるとき、実際の速度ωよりも速度推定FF値ωestFFが大きくなってしまう。図5に示す例では、負荷トルクがあって速度制御回路28のトルク制限回路33でトルクが制限されたときに、実際の速度ωと速度推定FF値ωestFFとの誤差が増加することがなくなる。このことにより、リミット状態から非リミット状態(リミットされない状態)となったときに、誤差を加算し続けた量に応じて制御が不安定化(破たん)することを回避することができる。 For example, the motor machine model circuit 44 does not coincide with the actual mechanical system of the synchronous machine 2, and particularly when the actual synchronous machine 2 has a load torque, the estimated speed FF value ω * estFF is greater than the actual speed ω. Will become bigger. In the example shown in FIG. 5, when there is a load torque and the torque is limited by the torque limiting circuit 33 of the speed control circuit 28, the error between the actual speed ω and the speed estimated FF value ω * estFF may increase. Disappear. As a result, when the limit state changes to the non-limit state (non-limit state), it is possible to avoid destabilizing (breaking down) the control according to the amount of continued error addition.

次に、第1実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの他の変形例について説明する。以下に説明する変形例は、上述の第1実施形態のインバータ制御装置のモータ機械モデル回路44の構成が異なっている。   Next, another modification of the inverter control device and the motor drive system of the first embodiment will be described. The modification described below is different in the configuration of the motor machine model circuit 44 of the inverter control device of the first embodiment described above.

図7は、図3に示すモータ機械モデルの他の構成例を概略的に示すブロック図である。
この例では、モータ機械モデル回路44において、ベアリングなどの摩擦を考慮した速度推定FF値ωestFFを演算し、実際の同期機2の機械系をより正確にモデル化している。
モータ機械モデル回路44は、除算器48と、積分器49と、減算器441と、乗算器442と、を備えている。
FIG. 7 is a block diagram schematically showing another configuration example of the motor machine model shown in FIG.
In this example, the motor machine model circuit 44 calculates a speed estimation FF value ω * estFF in consideration of friction such as a bearing, and more accurately models the actual mechanical system of the synchronous machine 2.
The motor machine model circuit 44 includes a divider 48, an integrator 49, a subtracter 441, and a multiplier 442.

除算器48は、トルク指令推定値Testをイナーシャ推定値Jestで除算して出力する。
乗算器442は、積分器49から出力された速度推定FF値ωestFFと摩擦係数Destとの積を出力する。
減算器441は、除算器48の出力値(Test/Jest)から乗算器442の出力値(Dest×ωestFF)を減算した差を出力する。
The divider 48 divides the torque command estimated value T * est by the inertia estimated value Jest and outputs the result.
The multiplier 442 outputs the product of the speed estimation FF value ω * estFF output from the integrator 49 and the friction coefficient Dest.
The subtractor 441 outputs a difference obtained by subtracting the output value (Dest × ω * estFF) of the multiplier 442 from the output value (T * est / Jest) of the divider 48.

積分器49は、除算器48から出力された値(Test/Jest−Dest×ωestFF)を積分し、速度推定FF値ωestFFを演算して出力する。イナーシャ推定値Jestは速度制御で調整された固定値を用いることができる。すなわち、速度推定FF値ωestFFは下記式のように表すことができる。
The integrator 49 integrates the value output from the divider 48 (T * est / Jest−Dest × ω * estFF), and calculates and outputs the speed estimation FF value ω * estFF. As the inertia estimated value Jest, a fixed value adjusted by speed control can be used. That is, the speed estimation FF value ω * estFF can be expressed as the following equation.

上記のように、同期機2における摩擦を考慮して速度推定FF値ωestFFを演算することにより、速度推定FF値ωestFFと実際の速度値との誤差を小さくすることができる。
すなわち、上記変形例によれば、いずれも上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、より信頼性の高いセンサレス制御を行うインバータ制御装置および電動機駆動システムを提供することが可能である。さらにモータに結合された負荷の特性が既知である場合、その特性を除算器48から出力された値(Test/Jest−Dest×ωestFF)からさらに減ずることで、より正確な速度FF値が演算でき、速度応答を向上できる。例えばモータにファンポンプが接合されている場合、モータの回転速度ωの3乗(ω)で変化する負荷とみなすことができ、この特性を考慮した値を除算器48の出力値から減じておくことにより、より正確な速度FF値を演算し、速度応答を向上することができる。
As described above, by calculating the speed estimation FF value ω * estFF in consideration of the friction in the synchronous machine 2, an error between the speed estimation FF value ω * estFF and the actual speed value can be reduced.
That is, according to the above-described modification, it is possible to provide an inverter control device and an electric motor drive system that can achieve the same effects as those of the first embodiment and perform more reliable sensorless control. It is. Furthermore, if the characteristics of the load coupled to the motor are known, the characteristics can be further reduced from the value output from the divider 48 (T * est / Jest−Dest × ω * estFF), so that a more accurate speed FF Value can be calculated and speed response can be improved. For example, when a fan pump is joined to the motor, it can be regarded as a load that changes with the third power (ω 3 ) of the rotational speed ω of the motor, and a value considering this characteristic is subtracted from the output value of the divider 48. By setting the value, a more accurate speed FF value can be calculated and the speed response can be improved.

次に、第2実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムについて図面を参照して詳細に説明する。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じ符号を付して説明を省略する。   Next, an inverter control device and an electric motor drive system according to the second embodiment will be described in detail 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.

図8は、第2実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムの構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電動機駆動システムは、インバータ制御装置と、インバータ1と、誘導モータ4と、を備えている。
FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating a configuration example of the inverter control device and the motor drive system according to the second embodiment.
The electric motor drive system of this embodiment includes an inverter control device, an inverter 1 and an induction motor 4.

誘導モータ4は、例えば、固定子と、回転子とを備え、インバータ1から供給される三相交流電流により駆動される交流モータである。
本実施形態のインバータ制御装置は、電流検出器3と、PWM変調回路22と、座標変換(UVW/dcqc)回路23と、座標変換(dcqc/UVW)回路24と、電流制御回路25と、速度推定回路102と、電流指令生成回路27と、速度制御回路28と、概略速度推定回路29と、すべり周波数演算回路101と、速度推定回路102と、加算器103と、積分器104と、を備えている。
The induction motor 4 is an AC motor that includes, for example, a stator and a rotor and is driven by a three-phase AC current supplied from the inverter 1.
The inverter control device of this embodiment includes a current detector 3, a PWM modulation circuit 22, a coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23, a coordinate conversion (dcqc / UVW) circuit 24, a current control circuit 25, a speed An estimation circuit 102, a current command generation circuit 27, a speed control circuit 28, an approximate speed estimation circuit 29, a slip frequency calculation circuit 101, a speed estimation circuit 102, an adder 103, and an integrator 104 are provided. ing.

すべり周波数演算回路101は、電流指令idc、iqcから、すべり周波数指令ωsを演算する。例えば、次式で演算する。
ここで、Rは二次抵抗、Lは二次自己インダクタンスをそれぞれ表す。
The slip frequency calculation circuit 101 calculates a slip frequency command ωs * from the current commands idc * and iqc * . For example, it calculates with the following formula.
Here, R 2 represents a secondary resistance, and L 2 represents a secondary self-inductance.

速度推定回路102は、電流指令iqcと、電流iqと、速度推定FF値ωestFFとを受信し、速度推定値ωestを出力する。 Speed estimation circuit 102 receives current command iqc * , current iq, and speed estimation FF value ω * estFF, and outputs speed estimation value ωest.

図9は、図8に示す速度推定回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
速度推定回路102は、減算器71と、PI制御器72と、加算器73と、を備えている。
減算器71は、電流指令iqから電流iqを減算してq軸電流偏差Δiqを演算して出力する。
PI制御器72は、q軸電流偏差Δiqがゼロとなるように速度推定FB値ωestFBを演算して出力する。
FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration example of the speed estimation circuit shown in FIG.
The speed estimation circuit 102 includes a subtracter 71, a PI controller 72, and an adder 73.
The subtractor 71 subtracts the current iq from the current command iq * to calculate and output a q-axis current deviation Δiq.
The PI controller 72 calculates and outputs the speed estimated FB value ω * estFB so that the q-axis current deviation Δiq becomes zero.

加算器73は、速度推定FF値ωestFFと速度推定FB値ωestFBとを加算して速度推定値ωestを演算して出力する。
加算器103は、速度推定値ωestとすべり周波数指令ωsとを加算して一次周波数指令ω1を演算して出力する。
積分器104は、一次周波数指令ω1を積分してd軸位相θを演算して出力する。積分器104から出力されたd軸位相θは、座標変換(UVW/dcqc)回路23と座標変換(dcqc/UVW)回路24に入力され、ベクトル変換に用いられる。
The adder 73 calculates the speed estimated value ωest by adding the speed estimated FF value ω * estFF and the speed estimated FB value ω * estFB, and outputs the result.
The adder 103 adds the estimated speed value ωest the slip frequency command .omega.s * calculating and outputting a primary frequency instruction .omega.1 *.
The integrator 104 integrates the primary frequency command ω1 * to calculate and output the d-axis phase θ. The d-axis phase θ output from the integrator 104 is input to the coordinate conversion (UVW / dcqc) circuit 23 and the coordinate conversion (dcqc / UVW) circuit 24, and is used for vector conversion.

本実施形態でも上述の第1実施形態と同様に、概略速度推定回路29では、速度指令ωが変化すると、それに応じて速度推定FF値ωestFFが演算される。このとき、速度制御回路28と同じゲイン、トルクリミットを用いているため、モータ機械モデル回路44が実際の誘導モータ4の機械系の応答と一致していれば、速度推定FF値ωestFFは実際の速度と一致する。そして、速度推定FF値ωestFFは、速度推定回路102の加算器73において速度推定値ωestの演算に用いられる。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment described above, in the approximate speed estimation circuit 29, when the speed command ω * changes, the speed estimation FF value ω * estFF is calculated accordingly. At this time, since the same gain and torque limit as the speed control circuit 28 are used, if the motor machine model circuit 44 matches the actual response of the mechanical system of the induction motor 4, the speed estimation FF value ω * estFF is It matches the actual speed. The speed estimation FF value ω * estFF is used for calculation of the speed estimation value ωest in the adder 73 of the speed estimation circuit 102.

速度指令ωが変化したときに、通常、PI制御器72の入力であるq軸電流偏差Δiqが大きくなるが、速度推定FF値ωestFFがフィードフォワードとして働くことで、速度指令ωが変化していないときと同じようにq軸電流偏差Δiqが変化しなくなる。このことから、PI制御器72のゲインを大きくしなくても脱調することがなくなり、高速な速度応答を実現することができる。 When the speed command omega * is changed, usually the q-axis current deviation Δiq is the input of the PI controller 72 is increased, the speed estimated FF value ω * estFF is that serve as a feedforward velocity command omega * is The q-axis current deviation Δiq does not change in the same way as when it has not changed. For this reason, the step-out does not occur even if the gain of the PI controller 72 is not increased, and a high speed response can be realized.

なお、例えば従来提案されている方法では、q軸二次磁束誘起電圧を用いた速度推定FF値ωestFFに相当するものを演算しているが、この方法では、速度ωが小さいときには正しく推定することが難しい。これに対して、本実施形態の、インバータ制御装置および電動機駆動システムでは、速度によらず、フィードフォワードを加えることができ高速な速度応答を実現することができる。
すなわち、本実施形態によれば上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
For example, in the conventionally proposed method, a value corresponding to the speed estimation FF value ω * estFF using the q-axis secondary magnetic flux induced voltage is calculated. However, in this method, the estimation is correctly performed when the speed ω is small. Difficult to do. On the other hand, in the inverter control device and the motor drive system of the present embodiment, feedforward can be added regardless of the speed, and a high speed response can be realized.
That is, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.

なお、本実施形態のインバータ制御装置および電動機駆動システムにおいて、第1実施形態で説明した概略速度推定回路29を適用しても構わない。
また、本実施形態では、誘導モータ4を備えるインバータ制御装置および電動機駆動システムの例を示したが、リラクタンストルクを用いないPMSMのセンサレス制御においても同様に、低速域での高速な速度応答を実現することができる。
Note that the approximate speed estimation circuit 29 described in the first embodiment may be applied to the inverter control device and the motor drive system of the present embodiment.
In the present embodiment, an example of an inverter control device and an electric motor drive system including the induction motor 4 is shown. However, in the sensorless control of PMSM that does not use reluctance torque, a high speed response in a low speed range is realized in the same manner. can do.

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。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…インバータ、2…同期機、3…電流検出器、4…誘導モータ、22…PWM変調回路、23…座標変換回路、24…座標変換回路、25…電流制御回路、26…速度・回転位相角推定回路、27…電流指令生成回路、28…速度制御回路、29…概略速度推定回路、31…減算器、32…PI制御器(第1PI制御器)、33…トルク制限回路(第1トルク制限回路)、41…減算器、42…PI制御器(第2PI制御器)、43…トルク制限回路(第2トルク制限回路)、44…モータ機械モデル回路、45…トルク制限付きPI制御器、48…除算器、49…積分器、51…回転位相角誤差演算回路、52…PI制御器、53…加算器、54…積分器、60…位相差δ設定回路、61…γ電圧演算回路、62…γ電圧推定回路、63…減算器、71…減算器、72…PI制御器、73…加算器、101…周波数演算回路、102…速度推定回路、103…加算器、104…積分器、441…減算器、442…乗算器、451…比例ゲイン乗算器、452…積分ゲイン乗算器、453…積分器、454…リミッタ、455…加算器、456…減算器、457…減算器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter, 2 ... Synchronous machine, 3 ... Current detector, 4 ... Induction motor, 22 ... PWM modulation circuit, 23 ... Coordinate conversion circuit, 24 ... Coordinate conversion circuit, 25 ... Current control circuit, 26 ... Speed and rotation phase Angle estimation circuit, 27 ... Current command generation circuit, 28 ... Speed control circuit, 29 ... General speed estimation circuit, 31 ... Subtractor, 32 ... PI controller (first PI controller), 33 ... Torque limiting circuit (first torque) Limit circuit), 41 ... subtractor, 42 ... PI controller (second PI controller), 43 ... torque limit circuit (second torque limit circuit), 44 ... motor machine model circuit, 45 ... PI controller with torque limit, 48 ... divider, 49 ... integrator, 51 ... rotational phase angle error calculation circuit, 52 ... PI controller, 53 ... adder, 54 ... integrator, 60 ... phase difference δ setting circuit, 61 ... γ voltage calculation circuit, 62 ... γ voltage estimation circuit, 63 ... Arithmetic unit 71 ... Subtractor 72 ... PI controller 73 ... Adder 101 ... Frequency arithmetic circuit 102 ... Speed estimation circuit 103 ... Adder 104 ... Integrator 441 ... Subtractor 442 ... Multiplier 451 ... Proportional gain multiplier, 452 ... Integral gain multiplier, 453 ... Integrator, 454 ... Limiter, 455 ... Adder, 456 ... Subtractor, 457 ... Subtractor.

Claims (5)

インバータと、
前記インバータから出力される電流応答値を検出する電流検出器と、
前記インバータに接続する電動機の回転速度と回転速度指令値とが等しくなるように、前記電動機のトルク指令値を演算する第1PI制御器を含む速度制御回路と、
前記トルク指令値を用いて、前記電流応答値に相当する電流指令値を演算する電流指令値生成回路と、
前記電流指令値と前記電流応答値とが等しくなるように前記インバータから出力する出力電圧を演算する電流制御回路と、
前記回転速度指令値と回転速度概略値との差を入力としトルク指令推定値を出力する第2PI制御器と、前記トルク指令推定値を用いて前記回転速度概略値を演算するモータ機械モデル回路と、を備え、前記第2PI制御器で用いられるゲインは、前記第1PI制御器で用いられるゲインと同等である概略速度推定回路と、
前記回転速度概略値を用いて前記電動機の速度推定値を演算する速度推定回路と、を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
An inverter;
A current detector for detecting a current response value output from the inverter;
A speed control circuit including a first PI controller that calculates a torque command value of the electric motor so that the rotational speed of the electric motor connected to the inverter is equal to the rotational speed command value;
A current command value generation circuit for calculating a current command value corresponding to the current response value using the torque command value;
A current control circuit for calculating an output voltage output from the inverter so that the current command value and the current response value are equal;
A second PI controller that inputs a difference between the rotational speed command value and the approximate rotational speed value and outputs a torque command estimated value; a motor machine model circuit that calculates the approximate rotational speed value using the estimated torque command value; A gain used in the second PI controller is equivalent to a gain used in the first PI controller;
An inverter control device comprising: a speed estimation circuit that calculates an estimated speed value of the electric motor using the approximate rotational speed value.
前記速度制御回路は、前記トルク指令値を制限する第1トルク制限回路を備え、
前記概略速度推定回路は、前記第1トルク制限回路と同じ値で前記トルク指令推定値を制限する第2トルク制限回路を備えることを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。
The speed control circuit includes a first torque limiting circuit that limits the torque command value;
2. The inverter control device according to claim 1, wherein the approximate speed estimation circuit includes a second torque limiting circuit that limits the torque command estimated value with the same value as the first torque limiting circuit.
前記速度制御回路は、前記トルク指令値を制限するトルク制限回路を備え、
前記第2PI制御器は、前記トルク制限回路と同じ値で前記トルク指令推定値を制限するリミッタと、前記回転速度指令値と前記回転速度概略値との差に比例ゲインを乗じた積を出力する比例ゲイン乗算器と、前記回転速度指令値と前記回転速度概略値との差に積分ゲインを乗じた積を出力する積分ゲイン乗算器と、前記リミッタにより制限される前の前記トルク指令推定値と前記リミッタにより制限された後の前記トルク指令推定値との差を出力する第1減算器と、前記積分ゲイン乗算器の出力値から前記第1減算器の出力値を引いた差を出力する第2減算器と、前記第2減算器の出力値を積分して出力する積分器と、前記比例ゲイン乗算器の出力値と前記積分器の出力値とを加算した和を前記リミッタへ供給する加算器と、を備えることを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。
The speed control circuit includes a torque limiting circuit that limits the torque command value;
The second PI controller outputs a product obtained by multiplying the difference between the rotational speed command value and the rotational speed approximate value by a proportional gain, and a limiter that limits the torque command estimated value by the same value as the torque limiting circuit. A proportional gain multiplier; an integral gain multiplier that outputs a product obtained by multiplying a difference between the rotational speed command value and the approximate rotational speed value by an integral gain; and the torque command estimated value before being limited by the limiter; A first subtractor that outputs a difference from the torque command estimated value after being limited by the limiter; and a first subtracter that outputs a difference obtained by subtracting the output value of the first subtractor from the output value of the integral gain multiplier. 2 subtractors, an integrator that integrates and outputs the output value of the second subtractor, and an addition that supplies the sum obtained by adding the output value of the proportional gain multiplier and the output value of the integrator to the limiter With a vessel Inverter control device according to claim 1, wherein.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のインバータ制御装置と、
前記電動機と、を備えたことを特徴とする電動機駆動システム。
An inverter control device according to any one of claims 1 to 3,
An electric motor drive system comprising the electric motor.
前記電動機は、シンクロナスリラクタンスモータであることを特徴とする請求項4記載の電動機駆動システム。   5. The electric motor drive system according to claim 4, wherein the electric motor is a synchronous reluctance motor.
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