JP2019193532A - Motor system, motor control device, and motor rotation speed detection method - Google Patents

Motor system, motor control device, and motor rotation speed detection method Download PDF

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圭介 福田
Keisuke Fukuda
圭介 福田
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Abstract

To reduce speed ripple when the rotation speed of a motor is detected in a motor control device that targets a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor and is controlled by vector control.SOLUTION: A table creation unit TBLG uses a trigger when the rotation angle θ from a rotation angle sensor reaches each of a plurality of reference rotation angles θ [r] in the preparatory stage before the actual use in a state where the motor is normally rotated, and a correction table CTBL for determining a correction value is created by calculating an axis error Δθ between the dq axis and the γδ axis by using a motor voltage equation. In the actual use stage, a correction value calculation unit CCAL determines a correction value (speed correction value Δω) corresponding to the rotation angle θ on the basis of the correction table CTBL by receiving the rotation angle θ. The rotational speed before correction of the motor is corrected by the correction value.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、モータシステム、モータ制御装置およびモータの回転速度検出方法に関し、例えば、回転角度センサを用いたモータの回転速度の検出技術に関する。   The present invention relates to a motor system, a motor control device, and a motor rotation speed detection method, and, for example, relates to a motor rotation speed detection technique using a rotation angle sensor.

特許文献1には、モータ制御装置において、外乱オブザーバを用いて拡張誘起電圧方程式の演算を行うことで、モータに付加された回転検出部からの位相角の誤差角度を推定し、当該推定された誤差角度で当該位相角を補正する方式が示される。非特許文献1には、埋込磁石同期モータ(IPMSM)の位置・速度センサレス制御を行う際に用いる外乱オブザーバに関し、拡張誘電電圧方程式のモデルについて記載されている。   Patent Document 1 estimates an error angle of a phase angle from a rotation detection unit added to a motor by performing an operation of an extended induced voltage equation using a disturbance observer in a motor control device. A method of correcting the phase angle with an error angle is shown. Non-Patent Document 1 describes a model of an extended dielectric voltage equation regarding a disturbance observer used when position / speed sensorless control of an embedded magnet synchronous motor (IPMSM) is performed.

特開2014−158336号公報JP 2014-158336 A

森本、他2名、“推定位置誤差情報を利用したIPMSMの位置・速度センサレス制御」、電学論D、Vol.122、No.7、2002年、p.722−729Morimoto and 2 others, “IPMSM position / velocity sensorless control using estimated position error information”, Electron Theory D, Vol. 122, no. 7, 2002, p. 722-729

モータの制御方式として、特許文献1等に示されるように、レゾルバ等の回転角度センサを用いてモータの回転角度および回転速度を検出し、当該検出された回転角度および回転速度に基づいてベクトル制御を行う方式が知られている。一方、回転角度センサからの回転角度には、角度誤差が含まれる場合がある。このような角度誤差は、回転速度の速度リップル等を招く。そこで、特許文献1に示されるように、外乱オブザーバを用いて角度誤差を推定することで、回転角度センサからの回転角度を補正する方式が考えられる。   As a motor control method, as shown in Patent Document 1 and the like, a rotation angle sensor such as a resolver is used to detect the rotation angle and rotation speed of the motor, and vector control is performed based on the detected rotation angle and rotation speed. A method of performing is known. On the other hand, the rotation angle from the rotation angle sensor may include an angle error. Such an angle error causes a speed ripple of the rotational speed. Therefore, as shown in Patent Document 1, a method of correcting the rotation angle from the rotation angle sensor by estimating the angle error using a disturbance observer can be considered.

しかし、このような外乱オブザーバを用いる方式では、特に極対数が多いモータを制御対象とする場合に、応答性の問題により角度誤差の推定精度が低下し、速度リップルを十分に低減できない恐れがある。速度リップルが生じると、モータの速度制御に際しての精度や応答性を高めることが困難となり得る。   However, in the method using such a disturbance observer, when a motor with a large number of pole pairs is to be controlled, the estimation accuracy of the angle error is lowered due to the problem of responsiveness, and the speed ripple may not be sufficiently reduced. . When speed ripple occurs, it may be difficult to improve accuracy and responsiveness in motor speed control.

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。   Embodiments to be described later have been made in view of the above, and other problems and novel features will become 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、回転角度センサで回転角度が検出され、ベクトル制御によって制御されるモータを対象に第1および第2の処理を実行する。第1の処理として、モータ制御装置は、実使用前の準備段階において、モータを定常回転させた状態で、回転角度センサからの回転角度が所定の角度間隔で異なる複数の基準回転角度のそれぞれに到達した時点をトリガとして、モータ電圧方程式を用いてモータのdq軸と回転角度センサの検出結果に基づくγδ軸との軸誤差を演算する。そして、モータ制御装置は、当該演算結果に基づいて複数の基準回転角度毎の補正値を定めるための補正テーブルを作成する。第2の処理として、モータ制御装置は、実使用段階において、回転角度センサからの回転角度を受けて、補正テーブルに基づいて当該回転角度に対応する補正値を定め、当該補正値を反映してモータの補正後の回転速度を算出する。   A motor control device according to an embodiment executes first and second processing for a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor and controlled by vector control. As a first process, the motor control device, in a preparatory stage before actual use, in a state in which the motor is normally rotated, the rotation angle from the rotation angle sensor is set to each of a plurality of reference rotation angles different at predetermined angular intervals. Using the arrival time as a trigger, the motor voltage equation is used to calculate the axis error between the dq axis of the motor and the γδ axis based on the detection result of the rotation angle sensor. Then, the motor control device creates a correction table for determining correction values for each of the plurality of reference rotation angles based on the calculation result. As a second process, in the actual use stage, the motor control device receives the rotation angle from the rotation angle sensor, determines a correction value corresponding to the rotation angle based on the correction table, and reflects the correction value. Calculate the corrected motor rotation speed.

前記一実施の形態によれば、回転角度センサを用いてモータの回転速度を検出する際に、速度リップルを低減することが可能になる。   According to the embodiment, when detecting the rotation speed of the motor using the rotation angle sensor, it is possible to reduce the speed ripple.

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。It is the schematic which shows the structural example of the motor system by Embodiment 1 of this invention. 図1におけるモータの構造例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the motor in FIG. 図2のモータにおける電気角上の等価回路および座標軸を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the equivalent circuit and coordinate axis on the electrical angle in the motor of FIG. 図1における誤差補正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 error correction part in FIG. 図4の誤差補正部の動作例を説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an operation example of an error correction unit in FIG. 4. 図4の補正テーブルにおける基準回転角度の取得数について説明する図である。It is a figure explaining the acquisition number of the reference | standard rotation angle in the correction table of FIG. 図4におけるテーブル作成部の処理内容の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the processing content of the table preparation part in FIG. モータの実軸となるdq軸とモータの制御軸となるγδ軸との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dq axis | shaft used as the real axis | shaft of a motor, and the (gamma) (delta) axis used as a motor control axis. 図4における補正値算出部の処理内容の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the processing content of the correction value calculation part in FIG. 図1のモータシステムの変形例であり、図1とは異なる誤差補正部周りの構成例を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a modified example of the motor system of FIG. 1 and showing a configuration example around an error correction unit different from FIG. 1. (a)、(b)および(c)は、微分演算を用いない回転速度検出方式の一例を示す図である。(A), (b) and (c) is a figure which shows an example of the rotational speed detection system which does not use a differential calculation. 本発明の実施の形態2によるモータシステムにおいて、前提となる問題点を説明する図である。It is a figure explaining the premise problem in the motor system by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるモータシステムにおいて、図1の誤差補正部に含まれるテーブル作成部の構成例および動作例を示す概略図である。In the motor system by Embodiment 2 of this invention, it is the schematic which shows the structural example and operation example of the table preparation part contained in the error correction part of FIG. 本発明の実施の形態3によるモータシステムにおいて、図1の誤差補正部の構成例を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an error correction unit in FIG. 1 in a motor system according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4によるモータシステムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the motor system by Embodiment 4 of this invention. 本発明の比較例となるモータシステムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the motor system used as the comparative example of this invention. モータの定常回転時に、回転角度センサから出力される回転角度(機械角)の時間的推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of time transition of the rotation angle (mechanical angle) output from a rotation angle sensor at the time of steady rotation of a motor.

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 embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, 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。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. 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 with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
《モータシステム(実施の形態1)の概略》
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におけるモータの構造例を示す概略図である。図3は、図2のモータにおける電気角上の等価回路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、モータMTと、回転角度センサRSENとを備える。
(Embodiment 1)
<< Outline of Motor System (Embodiment 1) >>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a motor system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a structural example of the motor in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing an equivalent circuit and coordinate axes on an electrical angle in the motor of FIG. The motor system shown in FIG. 1 includes a motor control device MCD, an inverter INV, a current sensor ISEN, a motor MT, and a rotation angle sensor RSEN.

モータMTは、例えば、図2に示されるように、ロータRTおよびステータSTを備える3相(u相、v相、w相)の同期モータ(言い換えればブラシレスDCモータ)等である。この例では、ロータRTは、14極(極対数(P)は7)の永久磁石で構成され、ステータSTは、それぞれコイルが巻かれる12個のスロットを備える。このように極対数(P)が7のモータMTの場合、機械角θの1回転(360°)は、電気角θeの7回転(7×360°)に対応し、電気角θeは機械角θのP倍となる。   The motor MT is, for example, a three-phase (u-phase, v-phase, w-phase) synchronous motor (in other words, a brushless DC motor) including a rotor RT and a stator ST, as shown in FIG. In this example, the rotor RT is composed of a permanent magnet having 14 poles (the number of pole pairs (P) is 7), and the stator ST includes 12 slots each wound with a coil. Thus, in the case of the motor MT having the number of pole pairs (P) of 7, one rotation (360 °) of the mechanical angle θ corresponds to seven rotations (7 × 360 °) of the electrical angle θe, and the electrical angle θe is the mechanical angle. It becomes P times θ.

このようなモータMTは、固定座標となる3相軸(u軸、v軸、w軸)で見た場合、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相駆動端子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。   Such a motor MT has a three-phase resistance component Ru, Rv, Rw, an inductance component Lu, Lv, Lw, and an induced voltage when viewed on a three-phase axis (u-axis, v-axis, w-axis) as fixed coordinates. It is represented by 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 midpoint and the u-phase drive terminal PNu with the rotor RT as a midpoint. The u-axis, v-axis, and w-axis are arranged in the energization direction (current direction) of the u-phase, v-phase, and w-phase, respectively, and are sequentially arranged at an electrical angle interval 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。回転角度(電気角)θeは、通常、u軸とd軸の角度を表し、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、モータMTは、抵抗成分Ra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軸方向に電流(q軸電流Iq)が流れると、ロータRTに対して回転方向のトルクが発生する。   On the other hand, the fixed coordinates (three-phase axes) can be converted into two-phase axes (d-axis and q-axis) serving as rotational coordinates. The d axis is arranged in the magnetic flux direction of the rotor RT, and the q axis is arranged in a direction orthogonal to the d axis. The rotation angle (electrical angle) θe usually represents the angle between 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 serving as rotational coordinates, the motor MT is represented by a resistance component Ra, 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. . However, the d-axis induced voltage Ed is zero. When current (q-axis current Iq) flows in the q-axis direction by vector synthesis of three-phase currents, torque in the rotational direction is generated with respect to the rotor RT.

ここで、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。SPM構造の場合、d軸方向の電流(d軸電流Id)は、トルクには寄与しない。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Ra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。   Here, as a structure of the motor MT (specifically, the rotor RT), an SPM (Surface Permanent Magnet) structure (non-salient pole structure) in which Lq = Ld and an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which Lq ≠ Ld ( Salient pole structure) is known. In the case of the SPM structure, the current in the d-axis direction (d-axis current Id) does not contribute to torque. In the case of the IPM structure, torque (reactance torque) is also generated by the d-axis current Id. Further, the resistance component Ra has the same value for the d-axis and the q-axis regardless of the SPM structure or 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、モータMTの3相の駆動端子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相の駆動端子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 a drive voltage Vu, based on PWM (Pulse Width Modulation) signals PWMu, PWMv, PWMw is applied to the three-phase drive terminals PN (u, v, w) of the motor MT. Vv and Vw are applied, respectively. Although not shown, the inverter INV includes a three-phase high-side switching element provided between the three-phase drive 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.

電流センサISENは、モータMTの3相の駆動電流Iu,Iv(およびIw)を検出する。この例では、2相(u相,v相)の駆動電流Iu,Ivが検出され、残りの1相(w相)の駆動電流Iwは、“Iu+Iv+Iw=0”の関係に基づき算出される。具体的な電流検出方式は、様々な方式が知られており、そのいずれを適用してもよい。代表的には、インバータINV内の各相の電流経路にシャント抵抗を挿入する方式や、インバータINV内にセンス用トランジスタを設ける方式や、インバータINVからの各相の出力経路にカレントトランスを挿入する方式等が挙げられる。   The current sensor ISEN detects three-phase drive currents Iu and Iv (and Iw) of the motor MT. In this example, two-phase (u-phase, v-phase) drive currents Iu, Iv are detected, and the remaining one-phase (w-phase) drive current Iw is calculated based on the relationship of “Iu + Iv + Iw = 0”. Various specific current detection methods are known, and any of them may be applied. Typically, a method of inserting a shunt resistor in the current path of each phase in the inverter INV, a method of providing a sense transistor in the inverter INV, or a current transformer in the output path of each phase from the inverter INV. The method etc. are mentioned.

回転角度センサRSENは、例えば、モータMTの回転軸に設置される極対数が1のレゾルバ等であり、モータMTの回転角度(機械角)θを検出する。レゾルバを用いる場合、回転角度センサRSENの中には、リゾルバ・デジタル・コンバータ(RDC)も含まれ、回転角度(機械角)θは、ディジタル値で得られる。なお、回転角度センサRSENは、必ずしもレゾルバに限らず、ロータリエンコーダや、ロータリポテンショメータや、ホール素子やMR素子等の磁気センサであってもよい。   The rotation angle sensor RSEN is, for example, a resolver having one pole pair installed on the rotation shaft of the motor MT, and detects the rotation angle (mechanical angle) θ of the motor MT. When the resolver is used, the rotation angle sensor RSEN includes a resolver digital converter (RDC), and the rotation angle (mechanical angle) θ is obtained as a digital value. The rotation angle sensor RSEN is not necessarily limited to the resolver, but may be a magnetic sensor such as a rotary encoder, a rotary potentiometer, a Hall element, or an MR element.

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(PWM生成用タイマ)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モータMTを制御する。モータ制御装置MCDは、PWM信号生成部PWMGと、3相/2相変換部(電流座標変換部)AXCCと、回転速度算出部RSCALと、誤差補正部ERCと、速度制御器RSCTと、電流制御器ICTとを備える。   The motor control device MCD includes, for example, a microcontroller equipped with a processor, an analog / digital converter, a PWM modulator (PWM generation timer), and the like, and controls the motor MT by vector control. The motor control device MCD includes a PWM signal generation unit PWMG, a three-phase / two-phase conversion unit (current coordinate conversion unit) AXCC, a rotation speed calculation unit RSCAL, an error correction unit ERC, a speed controller RSCT, and current control. And ICT.

誤差補正部ERCは、詳細は後述するが、実使用前の準備段階において、所定の角度間隔で異なる複数の基準回転角度毎の補正値を定めるための補正テーブルを作成する。また、誤差補正部ERCは、実使用段階において、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを受けて、当該補正テーブルに基づいて当該回転角度(機械角)θに対応する補正値(ここでは、速度補正値Δω)を出力する。 Although details will be described later, the error correction unit ERC creates a correction table for determining correction values for a plurality of different reference rotation angles at predetermined angular intervals in a preparation stage before actual use. Further, in the actual use stage, the error correction unit ERC receives the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN, and based on the correction table, a correction value (corresponding to the rotation angle (mechanical angle) θ) ( Here, the speed correction value Δω C ) is output.

回転速度算出部RSCALは、誤差補正部ERCからの補正値(速度補正値Δω)を受けて、当該速度補正値Δωを反映してモータMTの補正後の回転速度ωを算出する。具体的には、回転速度算出部RSCALは、まず、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θの微分演算に基づいて補正前の回転速度ωを算出する。次いで、回転速度算出部RSCALは、当該補正前の回転速度ωを誤差補正部ERCからの速度補正値Δωで補正し(具体的には、減算器SBcを用いて“ω−Δω”を算出し)、補正後の回転速度ω(=ω−Δω)を出力する。また、回転速度算出部RSCALは、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを受けて回転角度(電気角)θeを生成する。例えば、図2のモータMTの場合、回転角度(電気角)θeは、回転角度(機械角)θを7倍することで生成される。 The rotation speed calculation unit RSCAL receives the correction value (speed correction value Δω C ) from the error correction unit ERC and calculates the corrected rotation speed ω C of the motor MT by reflecting the speed correction value Δω C. Specifically, the rotation speed calculation unit RSCAL first calculates the rotation speed ω before correction based on the differential calculation of the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN. Next, the rotation speed calculation unit RSCAL corrects the uncorrected rotation speed ω with the speed correction value Δω C from the error correction unit ERC (specifically, “ω−Δω C ” is calculated using the subtractor SBc). And the corrected rotation speed ω C (= ω−Δω C ) is output. Further, the rotational speed calculation unit RSCAL generates a rotational angle (electrical angle) θe in response to the rotational angle (mechanical angle) θ from the rotational angle sensor RSEN. For example, in the case of the motor MT of FIG. 2, the rotation angle (electrical angle) θe is generated by multiplying the rotation angle (mechanical angle) θ by seven.

3相/2相変換部(電流座標変換部)AXCCは、電流センサISENで検出された各相電流をd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。具体的には、3相/2相変換部AXCCは、電流センサISENからの2相(u相、v相)の駆動電流Iu,Ivをアナログ・ディジタル変換器を用いてディジタル変換し、残りの1相(w相)の駆動電流Iwをディジタル演算によって算出する。3相/2相変換部AXCCは、このようにして得られた固定座標(u,v,w座標)の駆動電流Iu,Iv,Iwを、回転速度算出部RSCALからの回転角度(電気角)θeを用いて回転座標(dq座標)のd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。   The three-phase / two-phase converter (current coordinate converter) AXCC converts each phase current detected by the current sensor ISEN into a d-axis current Id and a q-axis current Iq. Specifically, the three-phase / two-phase conversion unit AXCC converts the two-phase (u-phase, v-phase) drive currents Iu and Iv from the current sensor ISEN using an analog / digital converter, and performs the remaining conversion. One-phase (w-phase) drive current Iw is calculated by digital calculation. The three-phase / two-phase conversion unit AXCC converts the drive currents Iu, Iv, Iw of the fixed coordinates (u, v, w coordinates) thus obtained from the rotation angle (electrical angle) from the rotation speed calculation unit RSCAL. Using θe, the rotation coordinate (dq coordinate) is converted into a d-axis current Id and a q-axis current Iq.

速度制御器RSCTは、モータMTの目標回転速度ωと回転速度算出部RSCALからの補正後の回転速度ωとの誤差に応じてq軸目標電流Iqを定める。具体的には、速度制御器RSCTは、減算器SBrs、速度PI制御器PICrsおよびトルク定数乗算器TQMを備える。減算器SBrsは、目標回転速度ωと補正後の回転速度ωとの誤差を算出する。速度PI制御器PICrsは、当該誤差をゼロに近づけるために必要なトルク値(操作量)をPI制御(比例・積分制御)を用いて算出する。トルク定数乗算器TQMは、速度PI制御器PICrsからのトルク値に“1/Kt(Ktはトルク定数)”を乗算することで、当該トルク値を得るために必要なq軸目標電流Iqを定める。 Speed controller RSCT defines the q-axis target current Iq * in accordance with the error between the rotational speed omega C after correction from the target rotation speed omega * and the rotation speed calculation unit RSCAL motor MT. Specifically, the speed controller RSCT includes a subtractor SBrs, a speed PI controller PICrs, and a torque constant multiplier TQM. Subtractor SBrs calculates an error of the target rotation speed omega * and the rotation speed omega C corrected. The speed PI controller PICrs calculates a torque value (operation amount) necessary to bring the error close to zero using PI control (proportional / integral control). The torque constant multiplier TQM multiplies the torque value from the speed PI controller PICrs by “1 / Kt (Kt is a torque constant)” to obtain the q-axis target current Iq * necessary for obtaining the torque value. Determine.

電流制御器ICTは、速度制御器RSCTからのq軸目標電流Iqおよび予め定めたd軸目標電流Id(この例ではゼロ)と3相/2相変換部AXCCからのd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの誤差に応じてd軸目標電圧Vdおよびq軸目標電圧Vqを定める。電流制御器ICTは、具体的には、減算器SBid,SBiqおよび電流PI制御器PICid,PICiqを備える。 The current controller ICT includes a q-axis target current Iq * from the speed controller RSCT, a predetermined d-axis target current Id * (zero in this example), a d-axis current Id from the three-phase / two-phase converter AXCC, and The d-axis target voltage Vd * and the q-axis target voltage Vq * are determined according to the error from the q-axis current Iq. Specifically, the current controller ICT includes subtractors SBid and SBiq and current PI controllers PICid and PICiq.

減算器SBidは、d軸目標電流Idと3相/2相変換部AXCCからのd軸電流Idとの誤差を算出し、電流PI制御器PICidは、当該誤差をゼロに近づけるために必要なd軸目標電圧VdをPI制御を用いて算出する。同様に、減算器SBiqは、q軸目標電流Iqと3相/2相変換部AXCCからのq軸電流Iqとの誤差を算出し、電流PI制御器PICiqは、当該誤差をゼロに近づけるために必要なq軸目標電圧VqをPI制御を用いて算出する。 The subtractor SBid calculates an error between the d-axis target current Id * and the d-axis current Id from the three-phase / two-phase converter AXCC, and the current PI controller PICid is necessary to bring the error close to zero. The d-axis target voltage Vd * is calculated using PI control. Similarly, the subtractor SBiq calculates an error between the q-axis target current Iq * and the q-axis current Iq from the three-phase / two-phase converter AXCC, and the current PI controller PICiq causes the error to approach zero. Q-axis target voltage Vq * required for the calculation is calculated using PI control.

PWM信号生成部PWMGは、電流制御器ICTからのd軸目標電圧Vdおよびq軸目標電圧Vqに基づきモータMTの3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、2相/3相変換部AXCRおよびPWM変調器PWMMDを備える。2相/3相変換器AXCRは、回転速度算出部RSCALからの回転角度(電気角)θeを用いて回転座標(dq座標)から固定座標(u,v,w座標)への変換を行い、d軸目標電圧Vdおよびq軸目標電圧Vq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)に応じたデューティ比をそれぞれ備える3相のPWM信号PWMu,PWMv,PWMwを生成する。 The PWM signal generation unit PWMG generates PWM signals PWMu, PWMv, and PWMw for the three phases of the motor MT based on the d-axis target voltage Vd * and the q-axis target voltage Vq * from the current controller ICT. Specifically, the PWM signal generation unit PWMG includes a two-phase / three-phase conversion unit AXCR and a PWM modulator PWMMD. The two-phase / three-phase converter AXCR performs conversion from the rotation coordinate (dq coordinate) to the fixed coordinate (u, v, w coordinate) using the rotation angle (electrical angle) θe from the rotation speed calculation unit RSCAL. The d-axis target voltage Vd * and the q-axis target voltage Vq * are converted into the u-phase target voltage Vu * , the v-phase target voltage Vv *, and the w-phase target voltage Vw * . The PWM modulator PWMMD generates three-phase PWM signals PWMu, PWMv, and PWMw each having a duty ratio corresponding to the three-phase target voltages (Vu * , Vv * , Vw * ).

なお、具体例として、モータMTの定常回転時の目標回転速度ωは60Hz(3600rpm)等である。回転速度算出部RSCALは、例えば5kHzといった所定の速度制御周期(サンプリング周期)で補正後の回転速度ωおよび回転角度(電気角)θeを更新し、これに伴い、誤差補正部ERCも所定の速度制御周期で速度補正値Δωを出力する。速度制御器RSCTは、所定の速度制御周期で動作し、その制御帯域(PI制御の帯域)は、数十Hz程度に設定される。電流制御器ICTは、例えば10kHzといった所定の電流制御周期で動作し、その制御帯域(PI制御の帯域)は、数百Hz程度に設定される。3相/2相変換部AXCCは、所定の電流制御周期で動作し、PWM信号生成部PWMGは、例えば20kHzといった所定のPWM制御周期で動作する。 As a specific example, the target rotational speed ω * during steady rotation of the motor MT is 60 Hz (3600 rpm) or the like. The rotation speed calculation unit RSCAL updates the corrected rotation speed ω C and rotation angle (electrical angle) θe at a predetermined speed control cycle (sampling cycle) such as 5 kHz, and accordingly, the error correction unit ERC also performs a predetermined correction. A speed correction value Δω C is output at the speed control period. The speed controller RSCT operates at a predetermined speed control cycle, and its control band (PI control band) is set to about several tens of Hz. The current controller ICT operates at a predetermined current control period such as 10 kHz, for example, and its control band (PI control band) is set to about several hundred Hz. The three-phase / two-phase conversion unit AXCC operates at a predetermined current control cycle, and the PWM signal generation unit PWMG operates at a predetermined PWM control cycle such as 20 kHz.

また、ここでは、モータ制御装置MCDを構成する各部は、主に、マイクロコントローラ内のプロセッサによるプログラム処理によって実装されるものとしたが、勿論、これに限定されず、一部や全部を専用のハードウェアによって実装することも可能である。さらに、図1のモータシステムは、速度制御ループをメジャーループ、その内側の電流制御ループをマイナーループとして速度制御を行ったが、例えば、当該速度制御ループをマイナーループ、その外側に設けた位置制御ループをメジャーループとして位置制御を行うような構成であってもよい。   In addition, here, each part constituting the motor control device MCD is mainly implemented by program processing by a processor in the microcontroller. However, of course, the present invention is not limited to this, and part or all of them are dedicated. It can also be implemented by hardware. Further, the motor system of FIG. 1 performs speed control with the speed control loop as a major loop and the current control loop inside as a minor loop. For example, the speed control loop is a minor loop and position control provided outside the speed control loop. The configuration may be such that position control is performed using a loop as a major loop.

《モータシステム(比較例)の概略および問題点》
図16は、本発明の比較例となるモータシステムの構成例を示す概略図である。図17は、モータの定常回転時に、回転角度センサから出力される回転角度(機械角)の時間的推移の一例を示す図である。図16に示すモータシステムと図1のモータシステムとの相違点は、モータ制御装置MCD’が図1の誤差補正部ERCの代わりに外乱オブザーバDOBSおよび微分演算部DCALを備える点と、図1とは異なる回転速度算出部RSCAL’を備える点である。
<< Outline and problems of motor system (comparative example) >>
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a motor system as a comparative example of the present invention. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of temporal transition of the rotation angle (mechanical angle) output from the rotation angle sensor during steady rotation of the motor. The motor system shown in FIG. 16 differs from the motor system shown in FIG. 1 in that the motor control device MCD ′ includes a disturbance observer DOBS and a differential operation unit DCAL instead of the error correction unit ERC shown in FIG. Is a point provided with a different rotational speed calculation unit RSCAL ′.

まず、図17に示されるように、モータMTの定常回転時、回転角度センサRSENから出力される回転角度(機械角)θは、理想的には、理想特性ISPに示されるように時間と共に一定の傾きで変化する。しかし、実際に出力される回転角度(機械角)θは、回転角度センサRSENの製造ばらつきやモータMTに対する設置ばらつき等に伴い、実際の特性RSPに示されるように、理想特性ISPを基準として角度誤差Δθを含んだ値となる。このような角度誤差Δθが生じると、回転角度(機械角)θの微分演算によって得られる回転速度に速度リップルが生じる。   First, as shown in FIG. 17, during the steady rotation of the motor MT, the rotation angle (mechanical angle) θ output from the rotation angle sensor RSEN is ideally constant with time as indicated by the ideal characteristic ISP. It changes with the slope of. However, the rotation angle (mechanical angle) θ that is actually output is an angle with reference to the ideal characteristic ISP, as shown in the actual characteristic RSP, due to manufacturing variations of the rotation angle sensor RSEN, installation variations with respect to the motor MT, and the like. The value includes the error Δθ. When such an angle error Δθ occurs, a speed ripple occurs in the rotation speed obtained by the differential calculation of the rotation angle (mechanical angle) θ.

そこで、図16の微分演算部DCALは、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを微分演算することで補正前の回転速度ωを算出する。外乱オブザーバDOBSは、この補正前の回転速度ωを含んだ各種パラメータ(Vd,Vq,Id,Iq,ω)を用いて角度誤差Δθを逐次推定する。回転速度算出部RSCAL’は、減算器SBc’を用いて回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを外乱オブザーバDOBSからの角度誤差Δθで補正し、この補正後の回転角度θを微分することで補正後の回転速度ωを算出する。ここで、外乱オブザーバDOBSは、非特許文献1等に示されるように、例えば、拡張誘起電圧方程式を反映したフィードバック回路を用いて外乱とみなした拡張誘起電圧を推定し、当該推定した拡張誘起電圧に基づいて角度誤差Δθを算出するような回路で構成される。 Therefore, the differential calculation unit DCAL in FIG. 16 calculates the rotational speed ω before correction by differentially calculating the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN. The disturbance observer DOBS sequentially estimates the angle error Δθ using various parameters (Vd * , Vq * , Id, Iq, ω) including the rotational speed ω before correction. The rotation speed calculation unit RSCAL ′ uses the subtractor SBc ′ to correct the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN with the angle error Δθ from the disturbance observer DOBS, and the corrected rotation angle θ C The corrected rotational speed ω C is calculated by differentiating. Here, as shown in Non-Patent Document 1, etc., the disturbance observer DOBS estimates, for example, an extended induced voltage regarded as a disturbance using a feedback circuit reflecting the extended induced voltage equation, and the estimated extended induced voltage The circuit is configured to calculate the angle error Δθ based on the above.

外乱オブザーバDOBSを構成するフィードバック回路の制御帯域は、高精度な補正値(角度誤差Δθ)を得るため、通常、電気角θeの周波数の数倍以上の大きさに設定する必要がある。例えば、図2のような極対数=7のモータMTを用い、機械角θの周波数が60Hzの場合、電気角θeの周波数は420Hzとなる。しかし、実際には、制御系の発振防止等の観点から制御帯域の上限は例えば1kHz程度に制限される。その結果、電気角θeの周波数が高くなるほど(モータの極対数が多くなるほど)、また、回転速度が速くなるほど制御帯域が不足し、結果として角度誤差Δθの推定精度は低下する。   In order to obtain a highly accurate correction value (angle error Δθ), it is usually necessary to set the control band of the feedback circuit constituting the disturbance observer DOBS to be several times the frequency of the electrical angle θe. For example, when a motor MT having the number of pole pairs = 7 as shown in FIG. 2 is used and the frequency of the mechanical angle θ is 60 Hz, the frequency of the electrical angle θe is 420 Hz. However, in practice, the upper limit of the control band is limited to, for example, about 1 kHz from the viewpoint of preventing oscillation of the control system. As a result, the higher the frequency of the electrical angle θe (the greater the number of pole pairs of the motor) and the higher the rotational speed, the more the control band becomes short, and as a result, the estimation accuracy of the angle error Δθ decreases.

角度誤差Δθの推定精度が低下すると、補正後の回転速度ωに、ある程度大きい速度リップルが残存する恐れがある。その結果、モータMTの速度制御に際しての精度や応答性を高めることも困難となり得る。具体的には、例えば、速度制御の応答性を高めるため速度制御器RSCTの制御ゲイン(比例ゲイン、積分ゲイン等)を大きくすると、速度リップルも増幅されてしまうため、応答性を高め難くなる。 When the estimation accuracy of the angle error Δθ is reduced, the rotational speed omega C after correction, which may speed ripple somewhat large remains. As a result, it may be difficult to improve the accuracy and responsiveness when controlling the speed of the motor MT. Specifically, for example, when the control gain (proportional gain, integral gain, etc.) of the speed controller RSCT is increased in order to increase the speed control response, the speed ripple is also amplified, making it difficult to increase the response.

一方、回転速度算出部RSCAL’の出力にリップル除去用のフィルタを設けることで速度リップルを低減する方式も考えられる。しかし、速度リップルの周波数は低い場合が多く、速度制御器RSCTの制御帯域に含まれる場合が多いため、効果が得られ難い。さらに、リップル除去用のフィルタを設けると、回転速度算出部RSCAL’からの補正後の回転速度ωに遅延が生じるため、応答性の低下を招き得る。そこで、図1の誤差補正部ERC等を用いることが有益となる。 On the other hand, a method of reducing speed ripple by providing a filter for ripple removal at the output of the rotation speed calculation unit RSCAL ′ is also conceivable. However, since the frequency of the speed ripple is often low and often included in the control band of the speed controller RSCT, it is difficult to obtain an effect. Further, when providing a filter for ripple rejection, since a delay in rotation speed omega C after correction from rotation speed calculation unit RSCAL 'occurs, it may cause a decrease in responsiveness. Therefore, it is useful to use the error correction unit ERC and the like of FIG.

《誤差補正部周りの詳細》
図4は、図1における誤差補正部の構成例を示す概略図である。図4に示す誤差補正部ERCは、テーブル作成部TBLGと、補正値算出部CCALとを備える。テーブル作成部TBLGは、実使用前の準備段階において、モータMTを定常回転させた状態で軸誤差演算部ECALを用いて補正テーブルCTBLを作成する。実使用前の準備段階とは、図1のようなモータシステムを構築した(言い換えれば組み立てた)後の段階であり、実際にモータMTを使用した所定のアクチュエータ制御等を行う前(すなわち実使用前)の段階である。補正テーブルCTBLは、例えば、マイクロコントローラ内の不揮発性メモリ等に実装され、一度作成されればモータシステムの仕様を変更しない限り継続的に使用可能なものである。
<< Details around the error correction section >>
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the error correction unit in FIG. The error correction unit ERC shown in FIG. 4 includes a table creation unit TBLG and a correction value calculation unit CCAL. The table creation unit TBLG creates the correction table CTBL using the axis error calculation unit ECAL in a state where the motor MT is normally rotated in a preparatory stage before actual use. The preparation stage before actual use is a stage after the motor system as shown in FIG. 1 is constructed (in other words, assembled), and before actual actuator control using the motor MT is actually performed (that is, actual use). This is the previous stage. The correction table CTBL is mounted on, for example, a non-volatile memory in a microcontroller, and once created, it can be used continuously unless the specifications of the motor system are changed.

補正テーブルCTBLは、所定の角度間隔(この例では4.5°)で異なる複数の基準回転角度θr[n]毎の補正値を定めるためのものであり、この例では、複数の基準回転角度θr[n]毎の角度誤差Δθ[n]を保持する。軸誤差演算部ECALは、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θが複数の基準回転角度θr[n]のそれぞれに到達した時点をトリガとして、モータ電圧方程式を用いてモータのdq軸と回転角度センサRSENの検出結果に基づくモータ制御上のγδ軸との軸誤差を演算する。そして、軸誤差演算部ECALは、当該演算によって得られた軸誤差を角度誤差Δθ[n]とみなして補正テーブルCTBLに登録する。   The correction table CTBL is for determining correction values for a plurality of different reference rotation angles θr [n] at a predetermined angular interval (4.5 ° in this example), and in this example, a plurality of reference rotation angles. The angle error Δθ [n] for each θr [n] is held. The axis error calculation unit ECAL uses the motor voltage equation as a trigger when the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN reaches each of a plurality of reference rotation angles θr [n], and uses the motor voltage equation as the dq axis of the motor. And the axis error between the γδ axes in motor control based on the detection result of the rotation angle sensor RSEN. Then, the axis error calculation unit ECAL regards the axis error obtained by the calculation as the angle error Δθ [n] and registers it in the correction table CTBL.

補正値算出部CCALは、実使用段階において、補正テーブルCTBLに基づき、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θに対応する角度誤差Δθ[n]を認識し、その微分演算によって速度補正値Δωを算出および出力する。具体的には、補正値算出部CCALは、回転角度(機械角)θに応じて、複数の基準回転角度θr[n]の中から隣接関係となる2個の基準回転角度θr[k],θr[k−1]を定める。そして、補正値算出部CCALは、当該2個の基準回転角度θr[k],θr[k−1]にそれぞれ対応する2個の軸誤差(角度誤差)Δθ[k],Δθ[k−1]の差分値を、所定の速度制御周期(例えば5kHzの周期(200μs))Tsで除算することで速度補正値Δωを算出する。 In the actual use stage, the correction value calculation unit CCAL recognizes the angle error Δθ [n] corresponding to the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN based on the correction table CTBL, and corrects the speed by the differential operation. The value Δω C is calculated and output. Specifically, the correction value calculation unit CCAL determines two reference rotation angles θr [k], which are adjacent to each other from among a plurality of reference rotation angles θr [n] according to the rotation angle (mechanical angle) θ. θr [k−1] is determined. Then, the correction value calculation unit CCAL has two axis errors (angle errors) Δθ [k] and Δθ [k−1 corresponding to the two reference rotation angles θr [k] and θr [k−1], respectively. ] Is divided by a predetermined speed control period (for example, a period of 5 kHz (200 μs)) Ts to calculate a speed correction value Δω C.

図5は、図4の誤差補正部の動作例を説明する模式図である。図5には、モータMTの定常回転時に回転角度(言い換えれば時間)の変化に伴う角度誤差Δθの変化の一例が示される。回転角度センサRSENでは、実際の特性RSPに示されるように、回転角度(機械角)θに対して角度誤差Δθが生じ得る。これに伴い、当該角度誤差Δθの微分演算によって速度誤差Δω(=d(Δθ)/dt)も生じ得る。そこで、補正値算出部CCALは、図5に示されるように、回転角度(機械角)θに対応する2個の基準回転角度θr[k],θr[k−1]を定め、それに対応する2個の軸誤差(角度誤差)Δθ[k],Δθ[k−1]の差分値に基づいて速度誤差Δωを打ち消すための速度補正値Δωを算出する。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an operation example of the error correction unit in FIG. FIG. 5 shows an example of a change in the angle error Δθ accompanying a change in the rotation angle (in other words, time) during the steady rotation of the motor MT. In the rotation angle sensor RSEN, as indicated by the actual characteristic RSP, an angle error Δθ can occur with respect to the rotation angle (mechanical angle) θ. Along with this, a speed error Δω (= d (Δθ) / dt) may also occur due to the differential calculation of the angle error Δθ. Therefore, the correction value calculation unit CCAL determines two reference rotation angles θr [k] and θr [k−1] corresponding to the rotation angle (mechanical angle) θ as shown in FIG. A speed correction value Δω C for canceling the speed error Δω is calculated based on a difference value between the two axis errors (angle errors) Δθ [k] and Δθ [k−1].

2個の基準回転角度θr[k],θr[k−1]は、様々な方式で定めることができる。例えば、“θr[k−1]<θ≦θr[k]”の場合に、当該“θr[k],θr[k−1]”を2個の基準回転角度とする方式等が挙げられる。この場合、図4の補正テーブルCTBLにおいて、例えば、“4.5°<θ≦9.0°”に対して2個の基準回転角度“θr[2](=9.0°),θr[1](=4.5°)”が選択され、対応する角度誤差Δθ[2],Δθ[1]の差分値(dt2−dt1)に基づいて速度補正値Δωが算出される。 The two reference rotation angles θr [k] and θr [k−1] can be determined by various methods. For example, in the case of “θr [k−1] <θ ≦ θr [k]”, there is a method in which “θr [k], θr [k−1]” is set as two reference rotation angles. In this case, in the correction table CTBL of FIG. 4, for example, two reference rotation angles “θr [2] (= 9.0 °), θr [ 1] (= 4.5 °) ”is selected, and the speed correction value Δω C is calculated based on the difference value (dt2−dt1) between the corresponding angle errors Δθ [2] and Δθ [1].

なお、この例では、補正テーブルCTBLは、複数の基準回転角度θr[n]毎の角度誤差(軸誤差)Δθ[n]を保持した。ただし、速度制御周期Tsが一定ならば、基準回転角度θr[k],θr[k−1]に対して速度補正値Δωが一義的に定まることから、補正テーブルCTBLは、場合によっては、複数の基準回転角度θr[n]毎の速度補正値(Δω[n])を保持することも可能である。 In this example, the correction table CTBL holds an angle error (axis error) Δθ [n] for each of a plurality of reference rotation angles θr [n]. However, if the speed control cycle Ts is constant, the speed correction value Δω C is uniquely determined with respect to the reference rotation angles θr [k] and θr [k−1]. It is also possible to hold a speed correction value (Δω C [n]) for each of a plurality of reference rotation angles θr [n].

図6は、図4の補正テーブルにおける基準回転角度の取得数について説明する図である。図6に示すように、角度誤差Δθを一次関数で近似できる場合には、例えば、90°毎に少なくとも10点程度の取得数があれば、角度誤差Δθを再現できる。この場合の取得数(Nmax)は、例えば、40点程度(=10点×4×1次)となる。また、角度誤差Δθを二次関数で近似できる場合の取得数(Nmax)は、例えば、80点程度(=10点×4×2次)となる。   FIG. 6 is a diagram illustrating the number of acquisitions of the reference rotation angle in the correction table of FIG. As shown in FIG. 6, when the angle error Δθ can be approximated by a linear function, the angle error Δθ can be reproduced if, for example, there are at least about 10 acquisition points every 90 °. In this case, the number of acquisitions (Nmax) is, for example, about 40 points (= 10 points × 4 × primary). The number of acquisitions (Nmax) when the angle error Δθ can be approximated by a quadratic function is, for example, about 80 points (= 10 points × 4 × second order).

図4の補正テーブルCTBLの例では、基準回転角度の取得数(Nmax)は80点であり、隣接する基準回転角度の角度間隔θcalc(図6)は4.5°である。補正テーブルCTBLのサイズ(必要な記憶容量)は、例えば“4バイト(浮動小数点)×取得数”となり、80点であれば320バイトとなる。なお、ここでは、角度誤差Δθの次数に基づいて取得数を定めたが、回転角度センサRSENが1回転した時の速度リップル波形の次数を基づいて取得数を定めてもよい。また、必要な記憶容量を確保できれば、取得数が多いほど角度誤差Δθの再現性が高まるため、取得数を更に増やしてもよい。   In the example of the correction table CTBL in FIG. 4, the reference rotation angle acquisition number (Nmax) is 80 points, and the angle interval θcalc (FIG. 6) between adjacent reference rotation angles is 4.5 °. The size (required storage capacity) of the correction table CTBL is, for example, “4 bytes (floating point) × number of acquisitions”. Here, the acquisition number is determined based on the order of the angle error Δθ. However, the acquisition number may be determined based on the order of the speed ripple waveform when the rotation angle sensor RSEN makes one rotation. In addition, if the necessary storage capacity can be secured, the reproducibility of the angle error Δθ increases as the number of acquisitions increases, so the number of acquisitions may be further increased.

図7は、図4におけるテーブル作成部の処理内容の一例を示すフロー図である。当該フローは、実使用前の準備段階において、例えばプログラム処理等によって実行される。テーブル作成部TBLGは、まず、図1の速度制御器RSCTの制御帯域を実使用段階よりも下げた状態で図1の速度制御ループおよび電流制御ループを用いてモータMTを定常回転させる(ステップS101)。具体的には、速度制御器RSCTの実使用段階での制御帯域は、例えば、数十Hz等であるが、それを半分以下(望ましくは1/10程度)に下げた状態で、モータMTを実使用段階における定常回転時の目標回転速度ωで回転させる。 FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing contents of the table creation unit in FIG. The flow is executed by, for example, program processing in a preparation stage before actual use. First, the table creating unit TBLG constantly rotates the motor MT using the speed control loop and the current control loop of FIG. 1 with the control band of the speed controller RSCT of FIG. 1 lower than the actual use stage (step S101). ). Specifically, the control band in the actual use stage of the speed controller RSCT is, for example, several tens of Hz, etc., but with the motor MT being reduced to half or less (preferably about 1/10). It is rotated at the target rotational speed ω * during steady rotation in the actual use stage.

これにより、速度制御器RSCTの制御動作に起因するモータMTの回転速度の変動(ひいては、回転角度(機械角)θの揺らぎ要素)を抑制できるため、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θは、純粋に、回転角度センサRSENに起因する角度誤差Δθを反映した値となる。なお、速度制御器RSCTの制御帯域は、速度PI制御器PICrsの制御ゲイン(比例ゲイン、積分ゲイン)によって定められる。速度PI制御器PICrsは、当該制御ゲインが可変設定可能に構成される。   As a result, fluctuations in the rotational speed of the motor MT (and consequently fluctuation factors of the rotational angle (mechanical angle) θ) resulting from the control operation of the speed controller RSCT can be suppressed, so that the rotational angle (mechanical angle) from the rotational angle sensor RSEN can be suppressed. ) Θ is purely a value reflecting the angle error Δθ caused by the rotation angle sensor RSEN. The control band of the speed controller RSCT is determined by the control gain (proportional gain, integral gain) of the speed PI controller PICrs. The speed PI controller PICrs is configured so that the control gain can be variably set.

次いで、テーブル作成部TBLGは、n=0とし(ステップS102)、基準回転角度θr[n]を、図6に示した角度間隔θcalcを用いて“θcalc×n”に定める(ステップS103)。続いて、テーブル作成部TBLGは、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θがステップS103で定めた基準回転角度θr[n]に到達するのを待つ(ステップS104,S105)。回転角度(機械角)θが基準回転角度θr[n]に到達すると、テーブル作成部TBLGは、その時点をトリガとして、軸誤差演算部ECALを用いて、モータのdq軸と回転角度センサRSENの検出結果に基づくモータ制御上のγδ軸との軸誤差を演算する(ステップS106)。これによって得られる軸誤差は、回転角度センサRSENの当該基準回転角度θr[n]における角度誤差Δθ[n]とみなすことができる。   Next, the table creating unit TBLG sets n = 0 (step S102), and sets the reference rotation angle θr [n] to “θcalc × n” using the angle interval θcalc shown in FIG. 6 (step S103). Subsequently, the table creating unit TBLG waits for the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN to reach the reference rotation angle θr [n] determined in step S103 (steps S104 and S105). When the rotation angle (mechanical angle) θ reaches the reference rotation angle θr [n], the table creation unit TBLG uses the axis error calculation unit ECAL as a trigger, and uses the dq axis of the motor and the rotation angle sensor RSEN. An axis error with respect to the γδ axis in motor control based on the detection result is calculated (step S106). The axis error obtained thereby can be regarded as an angle error Δθ [n] at the reference rotation angle θr [n] of the rotation angle sensor RSEN.

そこで、テーブル作成部TBLGは、ステップS106で得られた基準回転角度θr[n]と角度誤差Δθ[n]との対応関係を補正テーブルCTBLに登録し(ステップS107)、nをインクリメントする(ステップS108)。その後、テーブル作成部TBLGは、nが予め定めた最大値(取得数)Nmax(例えば79等)を超えるまでステップS103〜S108のループ処理を繰り返す(ステップS109)。これにより、図4に示したような補正テーブルCTBLが作成される。   Therefore, the table creation unit TBLG registers the correspondence between the reference rotation angle θr [n] and the angle error Δθ [n] obtained in step S106 in the correction table CTBL (step S107), and increments n (step S107). S108). Thereafter, the table creating unit TBLG repeats the loop processing of steps S103 to S108 until n exceeds a predetermined maximum value (number of acquisition) Nmax (for example, 79) (step S109). Thereby, the correction table CTBL as shown in FIG. 4 is created.

ここで、ステップS106における軸誤差演算部ECALの処理内容について具体的に説明する。まず、モータMTのd軸およびq軸の電圧方程式は、図3に示した等価回路に基づき式(1)および式(2)となる。   Here, the processing content of the axis error calculation unit ECAL in step S106 will be specifically described. First, the d-axis and q-axis voltage equations of the motor MT are expressed by the equations (1) and (2) based on the equivalent circuit shown in FIG.

Vd=(Ra+s×Ld)×Id−ω×Lq×Iq+Eγ …(1)
Vq=(Ra+s×Lq)×Iq+ω×Ld×Id+Eδ …(2)
“Vd”および“Vq”は、電流制御器ICTからのd軸およびq軸目標電圧であり、“Id”および“Iq”は、3相/2相変換部AXCCからのd軸およびq軸電流である。“Ra”、“Ld”および“Lq”は、モータMTの抵抗成分、d軸およびq軸インダクタンス成分であり、予め手動で又は公知のパラメータ同定器等を用いて設定される。“ω”は、回転速度算出部RSCALにおける補正前の回転速度である。図7のフローを実行する際には、速度補正値Δωはゼロに設定され、“ω=ω”となる。“s”は微分演算子である。“Eγ”は、d軸(モータの実軸)に対応するγ軸(モータの制御軸)上のγ軸誘起電圧であり、“Eδ”は、q軸(モータの実軸)に対応するδ軸(モータの制御軸)上のδ軸誘起電圧である。
Vd * = (Ra + s × Ld) × Id−ω × Lq × Iq + Eγ (1)
Vq * = (Ra + s × Lq) × Iq + ω × Ld × Id + Eδ (2)
“Vd * ” and “Vq * ” are the d-axis and q-axis target voltages from the current controller ICT, and “Id” and “Iq” are the d-axis and q from the three-phase / two-phase converter AXCC. It is a shaft current. “Ra”, “Ld” and “Lq” are the resistance component, d-axis and q-axis inductance component of the motor MT, and are set in advance manually or using a known parameter identifier or the like. “Ω” is a rotation speed before correction in the rotation speed calculation unit RSCAL. When the flow of FIG. 7 is executed, the speed correction value Δω C is set to zero, and “ω C = ω”. “S” is a differential operator. “Eγ” is a γ-axis induced voltage on the γ-axis (motor control axis) corresponding to the d-axis (real motor axis), and “Eδ” is δ corresponding to the q-axis (real motor axis). This is the δ-axis induced voltage on the shaft (motor control axis).

ここで、モータMTが定常回転状態であり、回転角度センサRSENからの回転角度θに角度誤差Δθが含まれない場合、回転角度センサRSENの検出結果に基づくモータ制御上のγδ軸は、モータMTのdq軸と一致する。この場合、式(1)によって算出されるγ軸誘起電圧Eγはd軸誘起電圧Edと同じゼロとなる。一方、回転角度θに角度誤差Δθが含まれる場合、それが補正前の回転速度ωに反映され、式(1)によって算出されるγ軸誘起電圧Eγはd軸誘起電圧Edに一致しない(すなわち非ゼロとなる)。その結果、図8に示されるように、dq軸とγδ軸との間に角度誤差Δθに応じた軸誤差が発生する。   Here, when the motor MT is in a steady rotation state and the rotation angle θ from the rotation angle sensor RSEN does not include the angle error Δθ, the γδ axis on the motor control based on the detection result of the rotation angle sensor RSEN is the motor MT. Coincides with the dq axis. In this case, the γ-axis induced voltage Eγ calculated by the equation (1) is zero, which is the same as the d-axis induced voltage Ed. On the other hand, when the rotation angle θ includes an angle error Δθ, it is reflected in the rotation speed ω before correction, and the γ-axis induced voltage Eγ calculated by the equation (1) does not match the d-axis induced voltage Ed (ie, Non-zero). As a result, as shown in FIG. 8, an axis error corresponding to the angle error Δθ occurs between the dq axis and the γδ axis.

図8は、モータの実軸となるdq軸とモータの制御軸となるγδ軸との関係を示す図である。図8に示されるように、γ軸誘起電圧Eγが非ゼロの場合、γ軸誘起電圧Eγとδ軸誘起電圧Eδとのベクトル合成値がq軸誘起電圧Eqと一致するように、dq軸とγδ軸との間に軸誤差(Δθ)が発生する。当該軸誤差(Δθ)は、式(3)で定められ、回転角度センサRSENの角度誤差Δθとみなすことができる。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the dq axis that is the real axis of the motor and the γδ axis that is the control axis of the motor. As shown in FIG. 8, when the γ-axis induced voltage Eγ is non-zero, the dq axis and the qq-induced voltage Eq are set so that the vector composite value of the γ-axis induced voltage Eγ and the δ-axis induced voltage Eδ matches the q-axis induced voltage Eq. An axial error (Δθ) occurs between the γδ axes. The axis error (Δθ) is determined by Expression (3), and can be regarded as the angle error Δθ of the rotation angle sensor RSEN.

Δθ=tan−1(Eγ/Eδ) …(3)
ここで、式(3)の角度誤差(軸誤差)Δθを演算する際に必要となるγ軸誘起電圧Eγおよびδ軸誘起電圧Eδには、式(1)および式(2)に示されるように微分演算子“s”が含まれる。このため、式(3)の演算を行うためには、通常、フィードバック回路からなる外乱オブザーバが必要とされる。しかし、外乱オブザーバを用いると、図16の場合と同様に制御帯域の問題が生じる結果、補正テーブルCTBLを高精度に作成することが困難となる恐れがある。
Δθ = tan −1 (Eγ / Eδ) (3)
Here, the γ-axis induced voltage Eγ and the δ-axis induced voltage Eδ required when calculating the angle error (axis error) Δθ of Expression (3) are as shown in Expression (1) and Expression (2). Includes the differential operator “s”. For this reason, in order to perform the calculation of Expression (3), a disturbance observer composed of a feedback circuit is usually required. However, if a disturbance observer is used, the problem of the control band occurs as in the case of FIG. 16, and it may be difficult to create the correction table CTBL with high accuracy.

一方、特に、高速回転が求められるモータMTでは、式(1)および式(2)における抵抗成分“Ra”および各インダクタンス成分“Ld”,“Lq”は共に小さいため、右辺第1項を無視しても、実用上十分な精度でγ軸誘起電圧Eγおよびδ軸誘起電圧Eδを演算することができる。そこで、軸誤差演算部ECALは、式(4)によって角度誤差(軸誤差)Δθを演算する。これによって、軸誤差演算部ECALは、単純な数式演算処理によって角度誤差Δθを演算することができるため、制御帯域の問題が解消される。なお、式(4)における各パラメータ(Vd,Vq,Id,Iq)は、所定の電流制御周期(10kHzの周期等)で更新される。このため、軸誤差演算部ECALも、所定の電流制御周期で式(4)の角度誤差Δθを演算する。 On the other hand, particularly in the motor MT that requires high-speed rotation, the resistance component “Ra” and the inductance components “Ld” and “Lq” in Equation (1) and Equation (2) are both small, so the first term on the right side is ignored. Even in this case, the γ-axis induced voltage Eγ and the δ-axis induced voltage Eδ can be calculated with practically sufficient accuracy. Therefore, the axis error calculation unit ECAL calculates an angle error (axis error) Δθ by the equation (4). As a result, the axis error calculation unit ECAL can calculate the angle error Δθ by a simple mathematical calculation process, thereby eliminating the problem of the control band. Each parameter (Vd * , Vq * , Id, Iq) in the equation (4) is updated at a predetermined current control period (such as a 10 kHz period). For this reason, the axis error calculation unit ECAL also calculates the angle error Δθ of Expression (4) with a predetermined current control period.

Δθ=tan−1((Vd+ω×Lq×Iq)/(Vq−ω×Ld×Id)) …(4)
図9は、図4における補正値算出部の処理内容の一例を示すフロー図である。当該フローは、実使用段階において、例えばプログラム処理等によって実行される。補正値算出部CCALは、所定の速度制御周期(5kHzの周期等)で回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを取得する(ステップS201)。次いで、補正値算出部CCALは、図4および図5で述べたように、取得した回転角度(機械角)θに対応する基準回転角度θr[k],θr[k−1]を定め、補正テーブルCTBLから対応する角度誤差Δθ[k],Δθ[k−1]を取得する(ステップS202)。続いて、補正値算出部CCALは、所定の速度制御周期Tsを用いて、式(5)によって速度補正値Δωを算出および出力する(ステップS203)。
Δθ = tan −1 ((Vd * + ω × Lq × Iq) / (Vq * −ω × Ld × Id)) (4)
FIG. 9 is a flowchart showing an example of processing contents of the correction value calculation unit in FIG. The flow is executed by, for example, program processing in the actual use stage. The correction value calculation unit CCAL acquires the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN at a predetermined speed control period (such as a period of 5 kHz) (step S201). Next, as described with reference to FIGS. 4 and 5, the correction value calculation unit CCAL determines the reference rotation angles θr [k] and θr [k−1] corresponding to the acquired rotation angle (mechanical angle) θ and corrects the correction. Corresponding angle errors Δθ [k], Δθ [k−1] are acquired from the table CTBL (step S202). Subsequently, the correction value calculation unit CCAL using a predetermined speed control period Ts, the speed correction value [Delta] [omega C is calculated and outputted by the formula (5) (step S203).

Δω=(Δθ[k]−Δθ[k−1])/Ts …(5)
以上、図1のモータシステムを用いることで、図16のような外乱オブザーバDOBSを用いることなく角度誤差Δθを推定できるようになる。これにより、例えば図2のような極対数が多いモータMTを用いる場合であっても、角度誤差Δθを高精度に推定できるようになり、その結果として、回転速度の速度リップルを低減することが可能になる。速度リップルを低減できると、モータMTの速度制御に際しての精度や応答性を高めることも可能になる。また、図16で述べたようなリップル除去用のフィルタも不要であるため、遅延の問題も生じず、十分な応答性を維持できる。
Δω C = (Δθ [k] −Δθ [k−1]) / Ts (5)
As described above, by using the motor system of FIG. 1, the angle error Δθ can be estimated without using the disturbance observer DOBS as shown in FIG. Thereby, for example, even when the motor MT having a large number of pole pairs as shown in FIG. 2 is used, the angle error Δθ can be estimated with high accuracy. As a result, the speed ripple of the rotational speed can be reduced. It becomes possible. If the speed ripple can be reduced, it becomes possible to improve the accuracy and responsiveness in the speed control of the motor MT. Further, since the ripple removing filter as described with reference to FIG. 16 is not necessary, a delay problem does not occur, and sufficient responsiveness can be maintained.

《誤差補正部周り(変形例)の詳細》
図10は、図1のモータシステムの変形例であり、図1とは異なる誤差補正部周りの構成例を示す概略図である。図10に示す誤差補正部ERCaは、図4に示したテーブル作成部TBLGを備える。当該誤差補正部ERCaは、実使用段階において、図1および図4に示した誤差補正部ERCと異なり、回転角度センサRSENからの回転角度(機械角)θを受け、補正テーブルCTBLに基づき、対応する角度誤差Δθを角度補正値として出力する。すなわち、図1および図4の誤差補正部ERCが速度補正値Δωを出力するのに対して、図10の誤差補正部ERCaは、角度補正値(Δθ)を出力する。
<< Details of the error correction area (modified example) >>
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration example around an error correction unit that is a modification of the motor system of FIG. 1 and is different from FIG. The error correction unit ERCa illustrated in FIG. 10 includes the table creation unit TBLG illustrated in FIG. Unlike the error correction unit ERC shown in FIG. 1 and FIG. 4, the error correction unit ERCa receives the rotation angle (mechanical angle) θ from the rotation angle sensor RSEN and responds based on the correction table CTBL in the actual use stage. Is output as an angle correction value. That is, while the error correction unit ERC in FIGS. 1 and 4 outputs the speed correction value [Delta] [omega C, error correction unit ERCa of Figure 10, and outputs the angle correction value ([Delta] [theta]).

回転速度算出部RSCAL’は、図16の場合と同様に、減算器SBc’を用いて回転角度(機械角)θを角度補正値(Δθ)で補正し、この補正後の回転角度θを微分することで補正後の回転速度ωを算出する。なお、補正テーブルCTBLを作成する際には、角度補正値(Δθ)はゼロに設定され、これに伴い補正後の回転速度ωは補正前の回転速度ωに等しくなる。 Similarly to the case of FIG. 16, the rotation speed calculation unit RSCAL ′ corrects the rotation angle (mechanical angle) θ with the angle correction value (Δθ) using the subtractor SBc ′, and calculates the corrected rotation angle θ C. The corrected rotational speed ω C is calculated by differentiating. When the correction table CTBL is created, the angle correction value (Δθ) is set to zero, and accordingly, the corrected rotational speed ω C becomes equal to the uncorrected rotational speed ω.

図10のような構成例を用いた場合も、図1の場合と同様に、図16のような外乱オブザーバを用いることなく角度誤差Δθを推定できる。このため、例えば極対数が多いモータMTを用いる場合であっても速度リップルを低減できる。ただし、図10の構成例を用いた場合、回転速度算出部RSCAL’が補正後の回転角度θを微分することで補正後の回転速度ωを算出することになるため、当該微分演算に伴い補正精度が低下する恐れがある。 When the configuration example as shown in FIG. 10 is used, the angle error Δθ can be estimated without using the disturbance observer as shown in FIG. For this reason, for example, even when the motor MT having a large number of pole pairs is used, the speed ripple can be reduced. However, when the configuration example of FIG. 10 is used, the rotational speed calculation unit RSCAL ′ calculates the corrected rotational speed ω C by differentiating the corrected rotational angle θ C. As a result, the correction accuracy may be reduced.

すなわち、図10の構成例では、実質的に、角度補正値(Δθ)ではなく、角度補正値(Δθ)に対して微分演算に伴う量子化誤差を重畳した値で回転速度を補正することになる。一方、図1の構成例は、速度補正値Δωで回転速度を直接補正する方式であり、速度補正値Δωには、微分演算に伴う量子化誤差は重畳しない。このため、補正精度の観点では、図10の構成例よりも図1の構成例を用いる方が望ましい。 That is, in the configuration example of FIG. 10, the rotational speed is substantially corrected with a value obtained by superimposing the quantization error associated with the differential operation on the angle correction value (Δθ), not the angle correction value (Δθ). Become. On the other hand, the configuration example of FIG. 1 is a direct correction to method the rotational speed at a speed correction value [Delta] [omega C, the speed correction value [Delta] [omega C, the quantization error due to differential operation is not overlapped. Therefore, from the viewpoint of correction accuracy, it is preferable to use the configuration example of FIG. 1 rather than the configuration example of FIG.

また、図1の構成例を用いる場合、速度補正値Δωによる補正対象となる補正前の回転速度ωを微分演算を用いない方式で算出すれば、補正前の回転速度ωに含まれ得る量子化誤差の影響も排除できるため、補正精度をより高めることができる。図11(a)、図11(b)および図11(c)は、微分演算を用いない回転速度検出方式の一例を示す図である。 In addition, when the configuration example of FIG. 1 is used, if the rotation speed ω before correction that is to be corrected by the speed correction value Δω C is calculated by a method that does not use differential operation, the quantum that can be included in the rotation speed ω before correction is included. Since the influence of the conversion error can be eliminated, the correction accuracy can be further improved. FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C are diagrams illustrating an example of a rotational speed detection method that does not use differential calculation.

図11(a)には、回転角度センサRSENを構成するものの一例となるレゾルバRSVの等価回路が示される。レゾルバRSVは、図1のモータ制御装置MCDから励磁周波数finの励磁信号Vinが供給されると、それを回転角度(機械角)θのサイン成分(sinθ)で変調した位置信号Vo1と、回転角度(機械角)θのコサイン成分(cosθ)で変調した位置信号Vo2とを出力する。回転角度センサRSENに含まれるRDC(リゾルバ・デジタル・コンバータ)は、これら位置信号Vo1およびVo2を合成して、RDC出力信号Voを得る。このため、レゾルバRSVの回転速度(回転周波数)をfrとすると、RDC出力信号Voの周波数は、変調に伴い“fin±fr”となる。   FIG. 11A shows an equivalent circuit of a resolver RSV as an example of what constitutes the rotation angle sensor RSEN. When the resolver RSV is supplied with the excitation signal Vin having the excitation frequency fin from the motor control device MCD of FIG. 1, the resolver RSV is modulated with a sine component (sin θ) of the rotation angle (mechanical angle) θ, and the rotation angle A position signal Vo2 modulated by a cosine component (cos θ) of (mechanical angle) θ is output. An RDC (resolver digital converter) included in the rotation angle sensor RSEN combines these position signals Vo1 and Vo2 to obtain an RDC output signal Vo. For this reason, when the rotational speed (rotational frequency) of the resolver RSV is fr, the frequency of the RDC output signal Vo becomes “fin ± fr” along with the modulation.

モータMT(レゾルバRSV)が静止状態の場合、図11(b)に示されるように、位置信号Vo1およびVo2に基づくRDC出力信号Voの周波数は、励磁信号Vinの励磁周波数finに等しくなる。一方、モータMT(レゾルバRSV)が回転状態の場合、図11(c)に示されるように、位置信号Vo1およびVo2に基づくRDC出力信号Voの周波数と励磁信号Vinの励磁周波数finとの間には、回転周波数frに等しい周波数差が生じる。そこで、図1のモータ制御装置MCDは、例えば、励磁信号VinとRDC出力信号Voとの位相差を監視することで、回転周波数fr(ひいては補正前の回転角度θ)を検出することができる。   When the motor MT (resolver RSV) is stationary, the frequency of the RDC output signal Vo based on the position signals Vo1 and Vo2 is equal to the excitation frequency fin of the excitation signal Vin as shown in FIG. On the other hand, when the motor MT (resolver RSV) is in a rotating state, as shown in FIG. 11 (c), between the frequency of the RDC output signal Vo based on the position signals Vo1 and Vo2 and the excitation frequency fin of the excitation signal Vin. Produces a frequency difference equal to the rotational frequency fr. Therefore, the motor control device MCD in FIG. 1 can detect the rotation frequency fr (and thus the rotation angle θ before correction) by monitoring the phase difference between the excitation signal Vin and the RDC output signal Vo, for example.

《実施の形態1の主要な効果》
以上、実施の形態1のモータシステムを用いることで、代表的には、回転角度センサRSENを用いてモータMTの回転速度を検出する際に、速度リップルを低減することが可能になる。また、高精度(ひいては高価)な回転角度センサRSENを用いずとも速度リップルを低減できるため、モータシステムのコストを低減できる。
<< Main effects of the first embodiment >>
As described above, by using the motor system of the first embodiment, it is possible to reduce the speed ripple when detecting the rotational speed of the motor MT using the rotational angle sensor RSEN. Further, since the speed ripple can be reduced without using the high-precision (and expensive) rotation angle sensor RSEN, the cost of the motor system can be reduced.

(実施の形態2)
《前提となる問題点》
図12は、本発明の実施の形態2によるモータシステムにおいて、前提となる問題点を説明する図である。実施の形態1で述べたように、図4の補正テーブルCTBLには、複数の基準回転角度θr[n]毎の角度誤差Δθ[n]が登録される。当該各角度誤差Δθ[n]は、ディジタル値であり、実際には、各種ディジタル化に伴う量子化誤差を含んだ値となる。具体的には、例えば、図1において、各相電流(Iu,Iv)をディジタル化する際の量子化誤差や、回転角度センサRSENの回転角度(本来はアナログ値)をディジタル化する際の量子化誤差等が挙げられる。
(Embodiment 2)
《Prerequisite problems》
FIG. 12 is a diagram for explaining a premise problem in the motor system according to the second embodiment of the present invention. As described in the first embodiment, the angle error Δθ [n] for each of the plurality of reference rotation angles θr [n] is registered in the correction table CTBL in FIG. Each angle error Δθ [n] is a digital value, and actually includes a quantization error associated with various digitizations. Specifically, for example, in FIG. 1, the quantization error when digitizing each phase current (Iu, Iv) or the quantum when digitizing the rotation angle (originally an analog value) of the rotation angle sensor RSEN. Conversion error and the like.

図12の例では、基準回転角度θr[i]に対応する角度誤差Δθ[i]に量子化誤差ΔQ[i]が含まれ、基準回転角度θr[i+2]に対応する角度誤差Δθ[i+2]に量子化誤差ΔQ[i+2]が含まれる。このような量子化誤差が含まれると、補正後の回転速度ωに高次の速度リップルが重畳され得る。 In the example of FIG. 12, the quantization error ΔQ [i] is included in the angle error Δθ [i] corresponding to the reference rotation angle θr [i], and the angle error Δθ [i + 2] corresponding to the reference rotation angle θr [i + 2]. Includes a quantization error ΔQ [i + 2]. The inclusion of such a quantization error, higher speed ripple rotational speed omega C after correction can be superimposed.

《テーブル作成部(実施の形態2)の詳細》
図13は、本発明の実施の形態2によるモータシステムにおいて、図1の誤差補正部に含まれるテーブル作成部の構成例および動作例を示す概略図である。図13のテーブル作成部TBLGbは、図4に示した軸誤差演算部ECALに加えて、移動平均処理部MAVを備える。当該テーブル作成部TBLGbは、実使用前の準備段階において、複数の基準回転角度θr[n]毎の軸誤差Δθr[n](すなわち図4の補正テーブルCTBL)に対して更に移動平均処理を行うことで補正テーブルCTBLbを作成する。図4に示した補正値算出部CCALは、当該補正テーブルCTBLbに基づいて速度補正値ΔωCを算出および出力する。
<< Details of Table Creation Unit (Embodiment 2) >>
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration example and an operation example of the table creation unit included in the error correction unit of FIG. 1 in the motor system according to the second embodiment of the present invention. The table creation unit TBLGb of FIG. 13 includes a moving average processing unit MAV in addition to the axis error calculation unit ECAL shown in FIG. The table creation unit TBLGb further performs a moving average process on the axis error Δθr [n] (that is, the correction table CTBL in FIG. 4) for each of the plurality of reference rotation angles θr [n] in a preparation stage before actual use. Thus, the correction table CTBLb is created. The correction value calculation unit CCAL shown in FIG. 4 calculates and outputs a speed correction value Δω C based on the correction table CTBLb.

移動平均処理部MAVは、この例では、基準回転角度θr[n]の角度誤差Δθ[n]を対象に、降順側に位置するj個の角度誤差Δθ[n−j]〜Δθ[n−1]と、昇順側に位置するj個の角度誤差Δθ[n+1]〜Δθ[n+j]とを用いて移動平均処理(すなわち加算して平均化する)を行っている。そして、移動平均処理部MAVは、その結果得られる角度誤差Δθa[n]を基準回転角度θr[n]に対応付けて補正テーブルCTBLbに登録する。なお、この際に、n=79の後は、n=0とみなされる。また、例えば、“j=5”等である。   In this example, the moving average processing unit MAV targets the angular errors Δθ [n] of the reference rotation angle θr [n] and j angular errors Δθ [n−j] to Δθ [n− positioned on the descending order side. 1] and j angular errors Δθ [n + 1] to Δθ [n + j] located on the ascending order side, a moving average process (ie, adding and averaging) is performed. Then, the moving average processing unit MAV registers the angle error Δθa [n] obtained as a result in the correction table CTBLb in association with the reference rotation angle θr [n]. At this time, after n = 79, it is regarded that n = 0. For example, “j = 5”.

《実施の形態2の主要な効果》
以上、実施の形態2のモータシステムを用いることで、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。この際には、高次の速度リップルを含めて低減することが可能になる。
<< Main effects of the second embodiment >>
As described above, by using the motor system of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. At this time, it is possible to reduce high-order speed ripples.

(実施の形態3)
《誤差補正部(実施の形態3)の詳細》
図14は、本発明の実施の形態3によるモータシステムにおいて、図1の誤差補正部の構成例を示す概略図である。図14に示す誤差補正部ERCcは、図4に示した誤差補正部ERCと比較して、テーブル作成部TBLGc内に、図4の軸誤差演算部ECALの代わりに外乱オブザーバDOBSが設けられる点が異なっている。外乱オブザーバDOBSは、図16の場合と同様に、フィードバック回路によって軸誤差Δθを推定し、図4の場合と同様に、当該軸誤差Δθを補正テーブルCTBLに登録する。
(Embodiment 3)
<< Details of Error Correction Unit (Embodiment 3) >>
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the error correction unit in FIG. 1 in the motor system according to the third embodiment of the present invention. The error correction unit ERCc shown in FIG. 14 is different from the error correction unit ERC shown in FIG. 4 in that a disturbance observer DOBS is provided in the table creation unit TBLGc instead of the axis error calculation unit ECAL of FIG. Is different. The disturbance observer DOBS estimates the axis error Δθ by the feedback circuit as in the case of FIG. 16, and registers the axis error Δθ in the correction table CTBL as in the case of FIG.

具体的には、外乱オブザーバDOBSは、例えば、前述した式(1)のγ軸誘起電圧Eγおよび式(2)のδ軸誘起電圧Eδに基づき式(3)の軸誤差(Δθ)を推定するフィードバック回路である。このような外乱オブザーバDOBSを用いると、図4の誤差補正部ERCのように式(4)を用いて軸誤差(Δθ)を推定する場合と比較して、推定精度をより高められる場合がある。ただし、前述したように、モータMTの電気角θeの周波数に対して外乱オブザーバDOBSの制御帯域が十分に確保できることが前提となる。   Specifically, the disturbance observer DOBS estimates the axis error (Δθ) of the equation (3) based on the γ-axis induced voltage Eγ of the equation (1) and the δ-axis induced voltage Eδ of the equation (2), for example. It is a feedback circuit. When such a disturbance observer DOBS is used, the estimation accuracy may be further improved as compared with the case where the axis error (Δθ) is estimated using the equation (4) as in the error correction unit ERC of FIG. . However, as described above, it is assumed that the control band of the disturbance observer DOBS can be sufficiently secured with respect to the frequency of the electrical angle θe of the motor MT.

そこで、テーブル作成部TBLGcは、実使用前の準備段階において、モータMTを実使用段階での回転速度よりも低い回転速度で定常回転させた状態で外乱オブザーバDOBSを用いて軸誤差Δθを演算する。具体的には、テーブル作成部TBLGcは、図7のステップS101においてモータMTを定常回転させる際に、目標回転速度ωを実使用段階の数分の1程度の値等に設定する。 Therefore, the table preparation unit TBLGc calculates the axis error Δθ using the disturbance observer DOBS in a state in which the motor MT is regularly rotated at a rotation speed lower than the rotation speed in the actual use stage in the preparation stage before actual use. . Specifically, the table creation unit TBLGc sets the target rotational speed ω * to a value of about a fraction of the actual use stage when the motor MT is rotated at step S101 in FIG.

これにより、モータMTの電気角θeの周波数に対して外乱オブザーバDOBSの制御帯域を十分に確保することができ、軸誤差Δθを高精度に推定することが可能になる。この際に、回転角度センサRSENの角度誤差(軸誤差)Δθは、原理上、回転速度には依存しないため、このように回転速度を下げた状態で演算を行っても特に問題は生じない。また、実使用段階では、外乱オブザーバDOBSは動作しないため、制御帯域の問題も特に生じない。   Thereby, it is possible to sufficiently secure the control band of the disturbance observer DOBS with respect to the frequency of the electrical angle θe of the motor MT, and it is possible to estimate the axis error Δθ with high accuracy. At this time, the angle error (axis error) Δθ of the rotation angle sensor RSEN does not depend on the rotation speed in principle, so that no particular problem occurs even if the calculation is performed with the rotation speed lowered. Further, in the actual use stage, the disturbance observer DOBS does not operate, so that the problem of the control band does not particularly occur.

《実施の形態3の主要な効果》
以上、実施の形態3のモータシステムを用いることで、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態1の場合と比較して回転速度の補正精度をより高められる(ひいては、速度リップルをより低減できる)場合がある。なお、実施の形態3の方式は、実施の形態2の方式と組み合わせることも可能である。
<< Main effects of Embodiment 3 >>
As described above, by using the motor system of the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, there is a case where the rotational speed correction accuracy can be further improved (and thus the speed ripple can be further reduced) as compared with the case of the first embodiment. Note that the method of the third embodiment can be combined with the method of the second embodiment.

(実施の形態4)
《モータシステム(実施の形態4)の概略》
図15は、本発明の実施の形態4によるモータシステムの構成例を示す概略図である。図15に示すモータシステムは、図16の構成例と比較して、外乱オブザーバDOBSの代わりに図4に示したような軸誤差演算部ECALが設けられる点が異なっている。ただし、軸誤差演算部ECALは、図4の場合と異なり、実使用段階において、前述した式(4)を用いて角度誤差(軸誤差)Δθを演算する。図16で述べたように、実使用段階で外乱オブザーバDOBSを用いると、制御帯域の問題が生じ得るが、軸誤差演算部ECALを用いることで制御帯域の問題を解決できる。
(Embodiment 4)
<< Outline of Motor System (Embodiment 4) >>
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a motor system according to the fourth embodiment of the present invention. The motor system shown in FIG. 15 is different from the configuration example shown in FIG. 16 in that an axis error calculation unit ECAL as shown in FIG. 4 is provided instead of the disturbance observer DOBS. However, unlike the case of FIG. 4, the axis error calculation unit ECAL calculates the angle error (axis error) Δθ using the above-described equation (4) in the actual use stage. As described with reference to FIG. 16, when the disturbance observer DOBS is used in the actual use stage, the problem of the control band may occur, but the problem of the control band can be solved by using the axis error calculation unit ECAL.

《実施の形態4の主要な効果》
以上、実施の形態4のモータシステムを用いることで、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。ただし、図15の構成例では、図10の場合と同様に、角度補正値(Δθ)に対して微分演算に伴う量子化誤差が重畳する恐れがあり、また、図13で述べたような移動平均処理を加えることも困難となり得る。したがって、このような観点では、実施の形態1等のように補正テーブルCTBLを用いる方式が望ましい。
<< Main Effects of Embodiment 4 >>
As described above, by using the motor system of the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. However, in the configuration example of FIG. 15, as in the case of FIG. 10, there is a possibility that the quantization error accompanying the differential operation is superimposed on the angle correction value (Δθ), and the movement as described in FIG. 13 is performed. Adding average processing can also be difficult. Therefore, from such a viewpoint, a method using the correction table CTBL as in the first embodiment is desirable.

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, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a 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. . Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

《付記》
(1)回転角度センサで回転角度が検出され、ベクトル制御によって制御されるモータを対象に、モータ制御装置を用いて前記モータの回転速度を検出する方法であって、
前記モータ制御装置は、前記回転角度センサからの前記回転角度を受け、前記モータの補正前の回転速度を“ω”、d軸目標電圧を“Vd”、q軸目標電圧を“Vq”、d軸電流を“Id”、q軸電流を“Iq”、d軸インダクタンス成分およびq軸インダクタンス成分を“Ld”および“Lq”、dq軸と前記回転角度センサの検出結果に基づくγδ軸との軸誤差を“Δθ”として、
Δθ=tan−1((Vd+ω×Lq×Iq)/(Vq−ω×Ld×Id))
を演算し、当該軸誤差を反映して前記モータの補正後の回転速度を算出する、
モータの回転速度検出方法。
<Appendix>
(1) A method of detecting a rotation speed of a motor using a motor control device for a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor and controlled by vector control,
The motor control device receives the rotation angle from the rotation angle sensor, sets the rotation speed before correction of the motor to “ω”, sets the d-axis target voltage to “Vd * ”, and sets the q-axis target voltage to “Vq * ”. D-axis current is “Id”, q-axis current is “Iq”, d-axis inductance component and q-axis inductance component are “Ld” and “Lq”, dq-axis and γδ-axis based on the detection result of the rotation angle sensor The axis error of “Δθ” is
Δθ = tan −1 ((Vd * + ω × Lq × Iq) / (Vq * −ω × Ld × Id))
To calculate the rotational speed after the correction of the motor reflecting the axis error,
Method for detecting the rotational speed of a motor.

AXCC 3相/2相変換部(電流座標変換部)
CCAL 補正値算出部
CTBL 補正テーブル
DOBS 外乱オブザーバ
ECAL 軸誤差演算部
ERC 誤差補正部
ICT 電流制御器
INV インバータ
ISEN 電流センサ
Id d軸電流
Iq q軸電流
Ld d軸インダクタンス成分
Lq q軸インダクタンス成分
MAV 移動平均処理部
MCD モータ制御装置
MT モータ
PWMG PWM信号生成部
RSCAL 回転速度算出部
RSCT 速度制御器
RSEN 回転角度センサ
RSV レゾルバ
TBLG テーブル作成部
Ts 速度制御周期
Vd d軸目標電圧
Vq q軸目標電圧
Δθ 角度誤差(軸誤差)
Δω 速度補正値
θ 回転角度(機械角)
θcalc 角度間隔
θe 回転角度(電気角)
θr 基準回転角度
ω 補正前の回転速度
ω 目標回転速度
ω 補正後の回転速度
AXCC 3-phase / 2-phase converter (current coordinate converter)
CCAL correction value calculation unit CTBL correction table DOBS disturbance observer ECAL axis error calculation unit ERC error correction unit ICT current controller INV inverter ISEN current sensor Id d-axis current Iq q-axis current Ld d-axis inductance component Lq q-axis inductance component MAV moving average Processing unit MCD motor control device MT motor PWMG PWM signal generation unit RSCAL rotation speed calculation unit RSCT speed controller RSEN rotation angle sensor RSV resolver TBLG table creation unit Ts speed control cycle Vd * d-axis target voltage Vq * q-axis target voltage Δθ angle Error (axis error)
Δω C speed correction value θ Rotation angle (mechanical angle)
θcalc angle interval θe rotation angle (electrical angle)
θr Reference rotational angle ω Rotational speed before correction ω * Target rotational speed ω C rotational speed after correction

Claims (20)

ベクトル制御によって制御されるモータと、
前記モータの回転角度を検出する回転角度センサと、
前記モータの各相電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出された前記各相電流をd軸電流およびq軸電流に変換する電流座標変換部と、
実使用前の準備段階において、所定の角度間隔で異なる複数の基準回転角度毎の補正値を定めるための補正テーブルを作成し、実使用段階において、前記回転角度センサからの前記回転角度を受けて、前記補正テーブルに基づいて当該回転角度に対応する補正値を出力する誤差補正部と、
前記誤差補正部からの前記補正値を受けて、前記補正値を反映して前記モータの補正後の回転速度を算出する回転速度算出部と、
前記モータの目標回転速度と前記回転速度算出部からの前記補正後の回転速度との誤差に応じて目標電流を定める速度制御器と、
前記速度制御器からの前記目標電流と前記電流座標変換部からの前記d軸電流および前記q軸電流との誤差に応じてd軸目標電圧およびq軸目標電圧を定める電流制御器と、
前記電流制御器からの前記d軸目標電圧および前記q軸目標電圧に基づき前記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、
を有し、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記モータを定常回転させた状態で、前記回転角度センサからの前記回転角度が前記複数の基準回転角度のそれぞれに到達した時点をトリガとして、前記モータの補正前の回転速度、前記d軸目標電圧、前記q軸目標電圧、前記d軸電流および前記q軸電流をパラメータとするモータ電圧方程式を用いて前記モータのdq軸と前記回転角度センサの検出結果に基づくγδ軸との軸誤差を演算し、前記複数の基準回転角度毎の前記軸誤差の演算結果に基づいて前記補正テーブルを作成する、
モータシステム。
A motor controlled by vector control;
A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the motor;
A current sensor for detecting each phase current of the motor;
A current coordinate conversion unit that converts each phase current detected by the current sensor into a d-axis current and a q-axis current;
In a preparation stage before actual use, a correction table for determining correction values for a plurality of different reference rotation angles at predetermined angular intervals is created, and in the actual use stage, the rotation angle from the rotation angle sensor is received. An error correction unit that outputs a correction value corresponding to the rotation angle based on the correction table;
A rotation speed calculation unit that receives the correction value from the error correction unit and calculates a rotation speed after correction of the motor by reflecting the correction value;
A speed controller that determines a target current according to an error between the target rotational speed of the motor and the corrected rotational speed from the rotational speed calculation unit;
A current controller that determines a d-axis target voltage and a q-axis target voltage according to an error between the target current from the speed controller and the d-axis current and the q-axis current from the current coordinate conversion unit;
A PWM signal generator for generating a PWM signal for each phase of the motor based on the d-axis target voltage and the q-axis target voltage from the current controller;
Have
In the preparation stage, the error correction unit is configured to trigger the time when the rotation angle from the rotation angle sensor reaches each of the plurality of reference rotation angles in a state where the motor is normally rotated. Detection result of the dq axis of the motor and the rotation angle sensor using a motor voltage equation using the rotational speed before correction, the d axis target voltage, the q axis target voltage, the d axis current and the q axis current as parameters. Calculating an axis error with the γδ axis based on the above, and creating the correction table based on the calculation result of the axis error for each of the plurality of reference rotation angles,
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記誤差補正部は、前記実使用段階において、前記回転角度センサからの前記回転角度に対応する速度補正値を出力し、
前記回転速度算出部は、前記実使用段階において、前記モータの前記補正前の回転速度を前記速度補正値で補正する、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The error correction unit outputs a speed correction value corresponding to the rotation angle from the rotation angle sensor in the actual use stage,
The rotational speed calculation unit corrects the rotational speed of the motor before the correction with the speed correction value in the actual use stage.
Motor system.
請求項2記載のモータシステムにおいて、
前記回転速度算出部は、前記回転角度センサからの前記回転角度の微分演算に基づいて前記補正前の回転速度を算出する、
モータシステム。
The motor system according to claim 2, wherein
The rotation speed calculation unit calculates the rotation speed before the correction based on a differential operation of the rotation angle from the rotation angle sensor;
Motor system.
請求項2記載のモータシステムにおいて、
前記誤差補正部は、前記回転角度センサからの前記回転角度に応じて前記複数の基準回転角度の中から隣接関係となる2個の基準回転角度を定め、当該2個の基準回転角度にそれぞれ対応する2個の前記軸誤差の差分値を、所定の制御周期で除算することで前記速度補正値を算出する、
モータシステム。
The motor system according to claim 2, wherein
The error correction unit determines two reference rotation angles that are adjacent to each other among the plurality of reference rotation angles according to the rotation angle from the rotation angle sensor, and corresponds to each of the two reference rotation angles. The speed correction value is calculated by dividing the difference value of the two axis errors by a predetermined control cycle.
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記速度制御器は、制御帯域が可変設定可能に構成され、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記速度制御器の前記制御帯域を前記実使用段階よりも下げた状態で前記軸誤差の演算を行う、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The speed controller is configured so that a control band can be variably set,
The error correction unit calculates the axis error in the preparation stage in a state where the control band of the speed controller is lower than the actual use stage.
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記誤差補正部は、前記補正前の回転速度を“ω”、前記d軸目標電圧を“Vd”、前記q軸目標電圧を“Vq”、前記d軸電流を“Id”、前記q軸電流を“Iq”、前記モータのd軸インダクタンス成分およびq軸インダクタンス成分を“Ld”および“Lq”、前記軸誤差を“Δθ”として、
Δθ=tan−1((Vd+ω×Lq×Iq)/(Vq−ω×Ld×Id))
を演算する、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The error correction unit sets the rotation speed before correction to “ω”, the d-axis target voltage to “Vd * ”, the q-axis target voltage to “Vq * ”, the d-axis current to “Id”, and the q Assuming that the shaft current is “Iq”, the d-axis inductance component and the q-axis inductance component of the motor are “Ld” and “Lq”, and the shaft error is “Δθ”,
Δθ = tan −1 ((Vd * + ω × Lq × Iq) / (Vq * −ω × Ld × Id))
,
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記誤差補正部は、フィードバック回路によって前記軸誤差を推定する外乱オブザーバを備え、前記準備段階において、前記モータを前記実使用段階での回転速度よりも低い回転速度で定常回転させた状態で前記外乱オブザーバを用いて前記軸誤差を演算する、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The error correction unit includes a disturbance observer that estimates the axis error by a feedback circuit, and the disturbance is performed in a state in which the motor is normally rotated at a rotation speed lower than a rotation speed in the actual use stage in the preparation stage. Calculating the axis error using an observer,
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記複数の基準回転角度毎の前記軸誤差に対して更に移動平均処理を行うことで前記補正テーブルを作成する、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The error correction unit creates the correction table by performing a moving average process on the axis error for each of the plurality of reference rotation angles in the preparation stage.
Motor system.
請求項1記載のモータシステムにおいて、
前記回転角度センサは、レゾルバである、
モータシステム。
The motor system according to claim 1,
The rotation angle sensor is a resolver.
Motor system.
回転角度センサで回転角度が検出されるモータをベクトル制御によって制御するモータ制御装置であって、
前記モータの各相電流をd軸電流およびq軸電流に変換する電流座標変換部と、
実使用前の準備段階において、所定の角度間隔で異なる複数の基準回転角度毎の補正値を定めるための補正テーブルを作成し、実使用段階において、前記回転角度センサからの前記回転角度を受けて、前記補正テーブルに基づいて当該回転角度に対応する補正値を出力する誤差補正部と、
前記誤差補正部からの前記補正値を受けて、前記補正値を反映して前記モータの補正後の回転速度を算出する回転速度算出部と、
前記モータの目標回転速度と前記回転速度算出部からの前記補正後の回転速度との誤差に応じて目標電流を定める速度制御器と、
前記速度制御器からの前記目標電流と前記電流座標変換部からの前記d軸電流および前記q軸電流との誤差に応じてd軸目標電圧およびq軸目標電圧を定める電流制御器と、
前記電流制御器からの前記d軸目標電圧および前記q軸目標電圧に基づき前記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、
を有し、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記モータを定常回転させた状態で、前記回転角度センサからの前記回転角度が前記複数の基準回転角度のそれぞれに到達した時点をトリガとして、前記モータの補正前の回転速度、前記d軸目標電圧、前記q軸目標電圧、前記d軸電流および前記q軸電流をパラメータとするモータ電圧方程式を用いて前記モータのdq軸と前記回転角度センサの検出結果に基づくγδ軸との軸誤差を演算し、前記複数の基準回転角度毎の前記軸誤差の演算結果に基づいて前記補正テーブルを作成する、
モータ制御装置。
A motor control device that controls, by vector control, a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor,
A current coordinate converter for converting each phase current of the motor into a d-axis current and a q-axis current;
In a preparation stage before actual use, a correction table for determining correction values for a plurality of different reference rotation angles at predetermined angular intervals is created, and in the actual use stage, the rotation angle from the rotation angle sensor is received. An error correction unit that outputs a correction value corresponding to the rotation angle based on the correction table;
A rotation speed calculation unit that receives the correction value from the error correction unit and calculates a rotation speed after correction of the motor by reflecting the correction value;
A speed controller that determines a target current according to an error between the target rotational speed of the motor and the corrected rotational speed from the rotational speed calculation unit;
A current controller that determines a d-axis target voltage and a q-axis target voltage according to an error between the target current from the speed controller and the d-axis current and the q-axis current from the current coordinate conversion unit;
A PWM signal generator for generating a PWM signal for each phase of the motor based on the d-axis target voltage and the q-axis target voltage from the current controller;
Have
In the preparation stage, the error correction unit is configured to trigger the time when the rotation angle from the rotation angle sensor reaches each of the plurality of reference rotation angles in a state where the motor is normally rotated. Detection result of the dq axis of the motor and the rotation angle sensor using a motor voltage equation using the rotational speed before correction, the d axis target voltage, the q axis target voltage, the d axis current and the q axis current as parameters. Calculating an axis error with the γδ axis based on the above, and creating the correction table based on the calculation result of the axis error for each of the plurality of reference rotation angles,
Motor control device.
請求項10記載のモータ制御装置において、
前記誤差補正部は、前記実使用段階において、前記回転角度センサからの前記回転角度に対応する速度補正値を出力し、
前記回転速度算出部は、前記実使用段階において、前記モータの前記補正前の回転速度を前記速度補正値で補正する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 10,
The error correction unit outputs a speed correction value corresponding to the rotation angle from the rotation angle sensor in the actual use stage,
The rotational speed calculation unit corrects the rotational speed of the motor before the correction with the speed correction value in the actual use stage.
Motor control device.
請求項11記載のモータ制御装置において、
前記回転速度算出部は、前記回転角度センサからの前記回転角度の微分演算に基づいて前記補正前の回転速度を算出する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 11, wherein
The rotation speed calculation unit calculates the rotation speed before the correction based on a differential operation of the rotation angle from the rotation angle sensor;
Motor control device.
請求項11記載のモータ制御装置において、
前記誤差補正部は、前記回転角度センサからの前記回転角度に応じて前記複数の基準回転角度の中から隣接関係となる2個の基準回転角度を定め、当該2個の基準回転角度にそれぞれ対応する2個の前記軸誤差の差分値を、所定の制御周期で除算することで前記速度補正値を算出する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 11, wherein
The error correction unit determines two reference rotation angles that are adjacent to each other among the plurality of reference rotation angles according to the rotation angle from the rotation angle sensor, and corresponds to each of the two reference rotation angles. The speed correction value is calculated by dividing the difference value of the two axis errors by a predetermined control cycle.
Motor control device.
請求項10記載のモータ制御装置において、
前記速度制御器は、制御帯域が可変設定可能に構成され、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記速度制御器の前記制御帯域を前記実使用段階よりも下げた状態で前記軸誤差の演算を行う、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 10,
The speed controller is configured so that a control band can be variably set,
The error correction unit calculates the axis error in the preparation stage in a state where the control band of the speed controller is lower than the actual use stage.
Motor control device.
請求項10記載のモータ制御装置において、
前記誤差補正部は、前記補正前の回転速度を“ω”、前記d軸目標電圧を“Vd”、前記q軸目標電圧を“Vq”、前記d軸電流を“Id”、前記q軸電流を“Iq”、前記モータのd軸インダクタンス成分およびq軸インダクタンス成分を“Ld”および“Lq”、前記軸誤差を“Δθ”として、
Δθ=tan−1((Vd+ω×Lq×Iq)/(Vq−ω×Ld×Id))
を演算する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 10,
The error correction unit sets the rotation speed before correction to “ω”, the d-axis target voltage to “Vd * ”, the q-axis target voltage to “Vq * ”, the d-axis current to “Id”, and the q Assuming that the shaft current is “Iq”, the d-axis inductance component and the q-axis inductance component of the motor are “Ld” and “Lq”, and the shaft error is “Δθ”,
Δθ = tan −1 ((Vd * + ω × Lq × Iq) / (Vq * −ω × Ld × Id))
,
Motor control device.
請求項10記載のモータ制御装置において、
前記誤差補正部は、フィードバック回路によって前記軸誤差を推定する外乱オブザーバを備え、前記準備段階において、前記モータを前記実使用段階での回転速度よりも低い回転速度で定常回転させた状態で前記外乱オブザーバを用いて前記軸誤差を演算する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 10,
The error correction unit includes a disturbance observer that estimates the axis error by a feedback circuit, and the disturbance is performed in a state in which the motor is normally rotated at a rotation speed lower than a rotation speed in the actual use stage in the preparation stage. Calculating the axis error using an observer,
Motor control device.
請求項10記載のモータ制御装置において、
前記誤差補正部は、前記準備段階において、前記複数の基準回転角度毎の前記軸誤差に対して更に移動平均処理を行うことで前記補正テーブルを作成する、
モータ制御装置。
The motor control device according to claim 10,
The error correction unit creates the correction table by performing a moving average process on the axis error for each of the plurality of reference rotation angles in the preparation stage.
Motor control device.
回転角度センサで回転角度が検出され、ベクトル制御によって制御されるモータを対象に、モータ制御装置を用いて前記モータの回転速度を検出する方法であって、
前記モータ制御装置は、
実使用前の準備段階において、前記モータを定常回転させた状態で、前記回転角度センサからの前記回転角度が所定の角度間隔で異なる複数の基準回転角度のそれぞれに到達した時点をトリガとして、前記モータの補正前の回転速度、d軸目標電圧、q軸目標電圧、d軸電流およびq軸電流をパラメータとするモータ電圧方程式を用いて前記モータのdq軸と前記回転角度センサの検出結果に基づくγδ軸との軸誤差を演算し、当該演算結果に基づいて前記複数の基準回転角度毎の補正値を定めるための補正テーブルを作成する第1の処理と、
実使用段階において、前記回転角度センサからの前記回転角度を受けて、前記補正テーブルに基づいて当該回転角度に対応する補正値を定め、当該補正値を反映して前記モータの補正後の回転速度を算出する第2の処理と、
を実行する、
モータの回転速度検出方法。
A method of detecting a rotation speed of a motor using a motor control device for a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor and controlled by vector control,
The motor control device
In a preparatory stage before actual use, with the motor rotating in a steady state, the time when the rotation angle from the rotation angle sensor reaches each of a plurality of reference rotation angles different at predetermined angular intervals, as a trigger, Based on the detection result of the dq axis of the motor and the rotation angle sensor using a motor voltage equation using the rotation speed, d-axis target voltage, q-axis target voltage, d-axis current and q-axis current as parameters. a first process for calculating a shaft error with respect to the γδ axis and creating a correction table for determining a correction value for each of the plurality of reference rotation angles based on the calculation result;
In the actual use stage, the rotation angle from the rotation angle sensor is received, a correction value corresponding to the rotation angle is determined based on the correction table, and the correction speed is reflected to reflect the correction value. A second process for calculating
Run the
Method for detecting the rotational speed of a motor.
請求項18記載のモータの回転速度検出方法において、
前記モータ制御装置は、前記第2の処理において、前記補正テーブルに基づいて前記回転角度センサからの前記回転角度に対応する速度補正値を定め、前記モータの前記補正前の回転速度を前記速度補正値で補正する、
モータの回転速度検出方法。
The method of detecting the rotational speed of the motor according to claim 18.
In the second process, the motor control device determines a speed correction value corresponding to the rotation angle from the rotation angle sensor based on the correction table, and determines the rotation speed before the correction of the motor as the speed correction. Correct by value,
Method for detecting the rotational speed of a motor.
請求項19記載のモータの回転速度検出方法において、
前記モータ制御装置は、前記回転角度センサからの前記回転角度に応じて前記複数の基準回転角度の中から隣接関係となる2個の基準回転角度を定め、当該2個の基準回転角度にそれぞれ対応する2個の前記軸誤差の差分値を、所定の制御周期で除算することで前記速度補正値を算出する、
モータの回転速度検出方法。
The motor rotation speed detection method according to claim 19,
The motor control device determines two reference rotation angles that are adjacent from the plurality of reference rotation angles according to the rotation angle from the rotation angle sensor, and corresponds to the two reference rotation angles, respectively. The speed correction value is calculated by dividing the difference value of the two axis errors by a predetermined control cycle.
Method for detecting the rotational speed of a motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024009657A1 (en) * 2022-07-08 2024-01-11 株式会社日立製作所 Motor control device, motor control method, and elevator device

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