JP2020205716A - Motor control device and offset amount calculation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置およびオフセット量算出方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a method for calculating an offset amount.
従来、モータの回転角度を検出する角度センサのオフセット量を算出するモータ制御装置がある。かかるモータ制御装置は、モータを外部から回転させたときに生じる誘起電圧に基づいて、オフセット量を算出する(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a motor control device that calculates an offset amount of an angle sensor that detects a rotation angle of a motor. Such a motor control device calculates an offset amount based on an induced voltage generated when the motor is rotated from the outside (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来技術では、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができなかった。 However, in the prior art, it is not possible to calculate the offset amount of the angle sensor when the load is connected to the motor.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができるモータ制御装置およびオフセット量算出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a motor control device and an offset amount calculation method capable of calculating an offset amount of an angle sensor in a state where a load is connected to a motor. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るモータ制御装置は、電流指示部と、オフセット量算出部とを備える。前記電流指示部は、d―q電流の電流位相に基づいて、3相交流モータのトルクが反転するように3相電流を制御する。前記オフセット量算出部は、前記電流指示部によって制御される前記d―q電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記3相交流モータの回転角度とに基づき、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出する。また、前記オフセット量算出部は、前記3相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the motor control device according to the embodiment includes a current indicator unit and an offset amount calculation unit. The current indicator controls the three-phase current so that the torque of the three-phase AC motor is reversed based on the current phase of the dq current. The offset amount calculation unit includes an offset included in the rotation angle based on the current phase of the dq current controlled by the current indicator unit and the rotation angle of the three-phase AC motor detected by the angle sensor. Calculate the amount. Further, the offset amount calculation unit calculates the offset amount by using the rotation angle that changes based on the play of the gear connected to the three-phase AC motor.
本発明によれば、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができる。 According to the present invention, the offset amount of the angle sensor can be calculated with the load connected to the motor.
以下、添付図面を参照して、実施形態に係るモータ制御装置およびオフセット量算出方法について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the motor control device and the offset amount calculation method according to the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below.
まず、図1Aを用いて、実施形態に係るモータ制御装置およびオフセット量算出方法の概要について説明する。図1Aは、モータ制御システムの概要を示す図である。図1Aに示すモータシステム100は、モータ制御装置1と、モータ2と、角度センサ3と、インバータ4とを備える。
First, the outline of the motor control device and the offset amount calculation method according to the embodiment will be described with reference to FIG. 1A. FIG. 1A is a diagram showing an outline of a motor control system. The
モータ2は、例えば、永久磁石をロータ表面に貼り付けた表面磁石型(SPM:Surface Permanent Magnet)の同期モータであり、例えば負荷5に接続される。角度センサ3は、モータ2に設けられ、モータ2が基準位置からどれだけ回転したかを示す角度位置を検出する。
The
モータ制御装置1は、電流ベクトル制御によってモータ2の制御を行う。モータ制御装置1は、d-q座標系において電流制御を実施し、3相座標系に変換した電圧をインバータ4を介してモータ2に出力することでモータ2の制御を行う。
The
また、モータ制御装置1は、角度センサ3が検出したモータ2の回転角度に基づいて、モータ2の制御を行う。ここで、例えば、角度センサ3の取付誤差によって、角度センサ3の設置位置が基準位置からずれてしまう場合がある。この場合、角度センサ3の設置位置のずれ量に応じたオフセット量が角度センサ3の検出結果(以下、センサ値と記載する)に含まれる場合がある。
Further, the
このため、一般的に、角度センサのセンサ値に含まれるオフセット量を予め算出しておくことで、角度センサのセンサ値を補正する補正処理が行われる。かかるオフセット量の算出方法として、外部からモータを回転させたときに生じる誘起電圧に基づいて、オフセット量を算出する技術がある。 Therefore, in general, the correction process for correcting the sensor value of the angle sensor is performed by calculating the offset amount included in the sensor value of the angle sensor in advance. As a method for calculating the offset amount, there is a technique for calculating the offset amount based on the induced voltage generated when the motor is rotated from the outside.
しかしながら、かかる技術においては、角度センサに負荷が接続されている状況において、オフセット量を算出することができなかった。このため、モータの設置時においては、モータに負荷が接続されていない状況で、オフセット量を算出しなければならず、製造工程が制約されてしまう。 However, in such a technique, the offset amount cannot be calculated in the situation where the load is connected to the angle sensor. Therefore, when the motor is installed, the offset amount must be calculated when the load is not connected to the motor, which limits the manufacturing process.
そこで、実施形態に係るモータ制御装置1は、モータ2に負荷5が接続された状況であっても、オフセット量を算出可能とすることにした。具体的には、実施形態に係るモータ制御装置1では、モータに接続されたギアの遊び、いわゆるバックラッシュに着目し、オフセット量を算出する。
Therefore, the
図1Bは、ギアの遊びを示す模式図である。なお、図1Bでは、第1ギアG1または第2ギアG2のいずれかに一方にモータ2が接続され、他方に負荷5が接続されているものとする。
FIG. 1B is a schematic view showing the play of gears. In FIG. 1B, it is assumed that the
図1Bに示すように、遊びAは、第1ギアG1の歯と、第2ギアG2の歯との隙間のことを指す。すなわち、実施形態に係るモータ制御装置1では、モータ2に負荷5が接続された状況であっても、モータ2が遊びAの分だけ無負荷状態で回転する点に着目し、オフセット量を算出することとした。
As shown in FIG. 1B, play A refers to a gap between the teeth of the first gear G1 and the teeth of the second gear G2. That is, in the
これにより、実施形態に係るモータ制御装置1では、モータ2に負荷5が接続された状況であっても、負荷5が接続されていない状況と同等の状況で、オフセット量を算出することが可能となる。なお、かかるオフセット量の算出方法の具体例については、図3A以降の図面を用いて説明する。
As a result, in the
次に、図2を用いて実施形態に係るモータ制御装置1の構成例について説明する。図2は、モータ制御装置1のブロック図である。なお、図2においては、モータシステム100を併せて示す。
Next, a configuration example of the
図2に示すように、モータ制御装置1は、CPU(Central Processing Unit)や記憶部(図示せず)などを備えたマイクロコンピュータであり、モータシステム100全体を制御する。
As shown in FIG. 2, the
モータ制御装置1は、電流指示部10と、電流制御部20と、オフセット量算出部30とを備える。
The
モータ制御装置1のCPUは、例えばROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、電流指示部10、電流制御部20およびオフセット量算出部30として機能する。
The CPU of the
また、電流指示部10、電流制御部20およびオフセット量算出部30の少なくともいずれか一つまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。
Further, at least one or all of the
電流指示部10は、インバータ4を介してモータ2へ通電させる各相電流の電流値を決定し、かかる電流値に基づく指令情報を電流制御部20へ通知する。この指令情報には、電流位相に関する情報、電流の大きさに関する情報などが含まれる。
The
ところで、上述したように、モータ制御装置1では、オフセット量を算出する「算出モード」を有する。この算出モードは、例えば、製造段階等の製品の出荷前に行われるモードである。
By the way, as described above, the
電流指示部10は、算出モードにおいて、角度センサ3のセンサ値に含まれるオフセット量を算出するための指令情報を電流制御部20へ通知する。本実施形態において、電流指示部10は、算出モードにおいては、d−q電流の電流位相に基づき、モータ2のトルクが反転するように3相電流を制御する。
In the calculation mode, the current indicating
また、算出モードにおいて、電流指示部10は、現在の角度センサ3のセンサ値に基づき、各相電流の初期値を設定し、かかる初期値から徐々に一方向(正方向又は負方向)へ電流位相を変化させることで、モータ2のトルクを反転させる。
Further, in the calculation mode, the
このとき、電流指示部10は、角度センサ3のセンサ値を監視しておき、かかるセンサ値に基づいて、トルクが反転したか否かを判定することができる。そして、電流指示部10は、センサ値が変化しなかった場合、すなわち、トルクが反転しなかった場合に、電流位相を更新していき、センサ値が変化したときの電流位相に関する情報をオフセット量算出部30へ通知する。
At this time, the
電流制御部20は、電流指示部10から通知される指令情報に基づき、PWM信号を生成し、インバータ4へ出力する。これにより、インバータ4から指令情報に応じた3相電流がモータ2へ通電されることになる。また、電流制御部20は、モータ2に流れる3相電流の値を、指令情報に基づく電流位相と、各相電流の実際の電流位相とのズレおよび電流の大きさのズレとを補正するフィードバック制御を行う。
The
オフセット量算出部30は、d―q電流の電流位相と、角度センサ3によって検出されるモータ2の回転角度(センサ値)とに基づき、当該回転角度(センサ値)に含まれるオフセット量を算出する。本実施形態において、オフセット量算出部30は、モータ2のトルクが反転した際に、モータ2に接続されたギアの遊びAに基づいて変化する回転角度に基づいてオフセット量を算出する。
The offset
図3および図4は、電流位相とセンサ値との関係を示す図である。なお、図3のAおよび図4のAには、d−q電流の電流位相をそれぞれ示し、図3のBおよび図4のBには、角度センサ3のセンサ値をそれぞれ示す。また、ここでは、オフセット量がある程度小さい場合(電流位相で−30°〜30°の範囲)を想定して説明する。 3 and 4 are diagrams showing the relationship between the current phase and the sensor value. Note that A in FIG. 3 and A in FIG. 4 show the current phase of the dq current, and B in FIG. 3 and B in FIG. 4 show the sensor value of the angle sensor 3, respectively. Further, here, the case where the offset amount is small to some extent (the current phase is in the range of −30 ° to 30 °) will be described.
図3に示すように、電流位相を−30°から徐々に増加させた場合、オフセット量が「0」であれば、すなわち、角度センサ3のセンサ値にオフセット量が含まれなければ、電流位相が「0°」になる時刻t1において、モータ2のトルクが負トルクから正トルクへ反転する。
As shown in FIG. 3, when the current phase is gradually increased from −30 °, if the offset amount is “0”, that is, if the sensor value of the angle sensor 3 does not include the offset amount, the current phase At time t1 when becomes "0 °", the torque of the
これに対して、オフセット量が「0」以外である場合、図3に示すように、電流位相が「0°」以外で、センサ値が正方向に変化する。 On the other hand, when the offset amount is other than "0", as shown in FIG. 3, the current phase is other than "0 °" and the sensor value changes in the positive direction.
オフセット量算出部30は、センサ値が正方向に変化した時の電流位相に基づき、正トルク側の第1オフセット量θ1を算出する。図3に示す例では、センサ値が正方向に変化したときの電流位相がθ1だけ0°からずれていることを示す。したがって、角度センサ3の設置位置と基準位置とのズレは、「θ1−0°」となり、第1オフセット量θ1となる。
The offset
また、図4に示すように、電流指示部10は、モータ2のトルクが正トルクから負トルクへ反転するように電流位相を変化させ、オフセット量算出部30は、センサ値が負へ変化した時の電流位相の値に基づいて、第2オフセット量θ2を算出することも可能である。
Further, as shown in FIG. 4, the current indicating
このように、モータ制御装置1は、トルクが反転するまでd−q電流の電流位相を変化させ、センサ値が変化したときの電流位相に基づいてオフセット量を算出する。また、モータ制御装置1では、図1Bに示した遊びAに着目したことで、モータ2に負荷5が接続された状態で、オフセット量を算出することが可能となる。
In this way, the
なお、上記の例では、電流位相を−30°〜+30°の範囲で変化させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、電流位相の初期値や電流位相を変化させる範囲については、任意に変更することにしてもよい。 In the above example, the case where the current phase is changed in the range of −30 ° to + 30 ° has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the initial value of the current phase and the range in which the current phase is changed may be arbitrarily changed.
また、トルクが反転した時点で、オフセット量を算出することができるので、トルクが反転した時点で、「算出モード」を終了することにしてもよい。 Further, since the offset amount can be calculated when the torque is reversed, the "calculation mode" may be terminated when the torque is reversed.
ところで、モータ制御装置1は、図3および図4にそれぞれ示した第1オフセット量θ1および第2オフセット量θ2に基づいて、最終的なオフセット量を決定することも可能である。具体的には、例えば、オフセット量算出部30は、第1オフセット量θ1および第2オフセット量θ2の平均値を最終的なオフセット量θとして算出する。
By the way, the
つまり、実施形態に係るモータ制御装置1では、負トルクから正トルク、正トルクから負トルクに反転させたときの双方のオフセット量に基づき、最終的なオフセット量θを算出する。
That is, in the
これにより、実施形態に係るモータ制御装置1では、オフセット量θの算出精度を高めることが可能となる。図5は、オフセット量とd−q電流との関係を示す模式図である。図5に示すように、補正前のd軸およびq軸は、真のd軸および真のq軸である真d軸、真q軸からオフセット量θだけずれていることになる。
As a result, in the
このため、モータ制御装置1は、d軸およびq軸をオフセット量θだけ回転させることで、真d軸および真q軸を求めることができる。
Therefore, the
次に、図6および図7を用いて、実施形態に係るモータ制御装置1が実行する処理手順について説明する。図6および図7は、モータ制御装置1が実行する処理手順を示すフローチャートである。図6では、第1オフセット量θ1または第2オフセット量θ2の算出手順を示す。
Next, the processing procedure executed by the
まず、図6に示すように、モータ制御装置1は、まず、角度センサ3のセンサ値を取得すると(ステップS101)、かかるセンサ値に基づいて電流位相の初期値を設定する(ステップS102)。
First, as shown in FIG. 6, when the
続いて、モータ制御装置1は、かかる初期値にてモータ2へ通電を行い(ステップS103)、その後、角度センサ3のセンサ値が所定方向に変化したか否かを判定する(ステップS104)。
Subsequently, the
モータ制御装置1は、ステップS104の判定処理において、センサ値が所定方向に変化していなかった場合(ステップS104,No)、電流位相を更新して(ステップS105)、ステップS103の処理へ移行する。
In the determination process of step S104, when the sensor value has not changed in a predetermined direction (step S104, No), the
一方、モータ制御装置1は、ステップS104の判定処理において、センサ値が所定方向に変化した場合(ステップS104,Yes)、センサ値が変化した時の電流位相の値を取得し(ステップS106)、かかる電流位相の値に基づいて、オフセット量(第1オフセット量θ1または第2オフセット量θ2)を算出し(ステップS107)、処理を終了する。
On the other hand, in the determination process of step S104, when the sensor value changes in a predetermined direction (step S104, Yes), the
続いて、図7を用いて、第1オフセット量θ1および第2オフセット量θ2に基づいて、最終的なオフセット量θを決定する際の処理手順について説明する。図7に示すように、モータ制御装置1は、図6に示したような処理手順によって、第1オフセット量θ1、第2オフセット量θ2をそれぞれ算出する(ステップS111)。
Subsequently, with reference to FIG. 7, a processing procedure for determining the final offset amount θ based on the first offset amount θ1 and the second offset amount θ2 will be described. As shown in FIG. 7, the
続いて、モータ制御装置1は、第1オフセット量θ1および第2オフセット量θ2に基づいて、最終的なオフセット量θを決定して(ステップS112)、処理を終了する。
Subsequently, the
上述したように、実施形態に係るモータ制御装置1は、電流指示部10と、オフセット量算出部30とを備える。電流指示部10は、d―q電流の電流位相に基づき、モータ2(3相交流モータに対応)のトルクが反転するように3相電流を制御する。オフセット量算出部30は、d―q電流の電流位相と、角度センサ3によって検出される3相交流モータの回転角度とに基づき、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出する。
As described above, the
また、オフセット量算出部30は、前記3相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する回転角度を用いて、オフセット量を算出する。したがって、実施形態に係るモータ制御装置1によれば、モータ2に負荷5が接続された状態で角度センサ3のオフセット量を算出することができる。
Further, the offset
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態に係るギアに限定されず例えばベルトのたるみにも応用可能である。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and variations can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the invention are not limited to the particular details and representative embodiments expressed and described as described above. Further, the gear is not limited to the gear according to the present embodiment, and can be applied to, for example, slack of a belt. Therefore, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general concept of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
1 モータ制御装置
2 モータ
3 角度センサ
4 インバータ
5 負荷
10 電流指示部
20 電流制御部
30 オフセット量算出部
100 モータシステム
A 遊び
1
Claims (4)
前記電流指示部によって制御される前記d―q電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記3相交流モータの回転角度とに基づいて、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出するオフセット量算出部と
を備え、
前記オフセット量算出部は、
前記3相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出すること
を特徴とするモータ制御装置。 A current indicator that controls the three-phase current so that the torque of the three-phase AC motor is reversed based on the current phase of the dq current, and
An offset amount that calculates the offset amount included in the rotation angle based on the current phase of the dq current controlled by the current indicator and the rotation angle of the three-phase AC motor detected by the angle sensor. Equipped with a calculation unit
The offset amount calculation unit
A motor control device, characterized in that the offset amount is calculated by using the rotation angle that changes based on the play of a gear connected to the three-phase AC motor.
前記ギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度と、前記電流位相が示す回転角度との差分を前記オフセット量として算出すること
を特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The offset amount calculation unit
The motor control device according to claim 1, wherein the difference between the rotation angle that changes based on the play of the gear and the rotation angle indicated by the current phase is calculated as the offset amount.
前記トルクが正方向および逆方向にそれぞれ反転するように、前記3相電流を制御し、
前記オフセット量算出部は、
前記正方向および前記逆方向のそれぞれの前記オフセット量に基づいて、最終的なオフセット量を決定すること
を特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。 The current indicator
The three-phase current is controlled so that the torque is reversed in the forward direction and the reverse direction, respectively.
The offset amount calculation unit
The motor control device according to claim 1 or 2, wherein the final offset amount is determined based on the offset amount in each of the forward direction and the reverse direction.
前記電流指示工程によって制御される前記d―q電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記3相交流モータの回転角度とに基づいて、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出するオフセット量算出工程と
を含み、
前記オフセット量算出工程は、
前記3相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出すること
を特徴とするオフセット量算出方法。 A current instruction process that controls the three-phase current so that the torque of the three-phase AC motor is reversed based on the current phase of the dq current, and
An offset amount that calculates the offset amount included in the rotation angle based on the current phase of the dq current controlled by the current instruction step and the rotation angle of the three-phase AC motor detected by the angle sensor. Including the calculation process
The offset amount calculation step is
A method for calculating an offset amount, which comprises calculating the offset amount by using the rotation angle that changes based on the play of a gear connected to the three-phase AC motor.
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