JP2023142968A - Motor control device and motor control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの制御を行うモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method for controlling a motor.
近年、モータを制御する方法として、モータの回転位置等を検出するセンサを設けずにモータを制御するセンサレス制御が開発されている。この方法は、モータに流れる電流を検出して行うフィードバック制御である。例えばモータに流れる電流を検出して、その検出値からモータを駆動するための電流や電圧の指令値が設定される。 In recent years, sensorless control has been developed as a method of controlling a motor, in which the motor is controlled without providing a sensor for detecting the rotational position of the motor. This method is feedback control performed by detecting the current flowing through the motor. For example, the current flowing through the motor is detected, and the current and voltage command values for driving the motor are set based on the detected value.
例えば突発的なノイズ等の外乱の影響により、モータを流れる電流の検出値が急激に変化することがある。このように急激に変化した値を用いてフィードバック制御を行った場合、モータを駆動するための指令値が一時的に大きく変化する。指令値の変化分は、繰り返し制御を行うことで徐々に低減されるが、その間に外乱等により指令値が振動して電流波形に高調波成分等が重畳されると、モータの制御精度が低下する可能性がある。 For example, the detected value of the current flowing through the motor may change suddenly due to the influence of disturbances such as sudden noise. When feedback control is performed using values that change rapidly in this way, the command value for driving the motor temporarily changes significantly. The amount of change in the command value is gradually reduced through repeated control, but if the command value oscillates due to disturbances during that time and harmonic components are superimposed on the current waveform, the motor control accuracy decreases. there's a possibility that.
例えば特許文献1には、3相交流で駆動される電動機(モータ)において、フィードバックされる電動機電流(モータ電流)の推定値をフィルタリングしてモータを制御する方法について記載されている。この方法では、1相分(例えばU相)の電動機電流の検出値と、直前の処理で算出された2相分(例えばV相及びW相)の電動機電流の推定値とに基づいて、d軸及びq軸の電流推定値が算出されて電動機の制御に用いられる。このとき、d軸及びq軸の電流推定値は、1次遅れフィルタにより平均化されてからフィードバックされる。このため、突発的なノイズ等による推定値の変化が減らされ、その影響を低減することが可能となる。
For example,
一般に、上記した1次遅れフィルタに代表されるような平均化処理では、フィルタリングによる時間遅れが発生することが知られている。例えば、この時間遅れの間に電流値が変動していた場合、平均化処理で算出した電流値と、現在の実際の電流値とが乖離してしまうことがある。この結果、モータに流れる電流波形が不連続になり、モータの制御が不安定になる可能性がある。 Generally, it is known that in averaging processing such as the above-mentioned first-order lag filter, a time delay occurs due to filtering. For example, if the current value fluctuates during this time delay, the current value calculated by the averaging process may deviate from the current actual current value. As a result, the waveform of the current flowing through the motor becomes discontinuous, and the control of the motor may become unstable.
また、1次遅れフィルタによる平均化処理は、モータの電流を検出するたびに実行することが必要である。例えばモータの種類によっては、制御の精度が比較的粗くても、モータに目的とする動作を行わせることが可能な場合もある。このような場合には、電流を検出するたびに平均化処理を行うことで、却って無駄な制御が増える可能性がある。 Further, the averaging process using the first-order lag filter needs to be executed every time the motor current is detected. For example, depending on the type of motor, it may be possible to cause the motor to perform a desired operation even if the control accuracy is relatively low. In such a case, performing averaging processing every time a current is detected may actually increase unnecessary control.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、無駄な制御を減らしつつ適正なモータ制御を実現することが可能なモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a motor control device and a motor control method that can realize appropriate motor control while reducing unnecessary control.
本発明の一形態に係るモータ制御装置は、駆動部と、電流検出部と、電流近似部と、制御部とを具備する。
前記駆動部は、制御指令値に応じた交流電圧または交流電流をモータに供給して前記モータを駆動する。
前記電流検出部は、前記モータに流れるモータ電流を検出する。
前記電流近似部は、前記交流電圧または前記交流電流の電気角周期を基準とした制御周期ごとに、前記モータ電流を検出した複数の検出値に基づいて前記モータ電流の近似線を算出し、当該近似線に基づいて前記モータ電流の近似値を算出する。
前記制御部は、前記近似値に基づいて前記制御指令値を算出する。
A motor control device according to one embodiment of the present invention includes a drive section, a current detection section, a current approximation section, and a control section.
The drive unit drives the motor by supplying the motor with an alternating voltage or an alternating current according to a control command value.
The current detection section detects a motor current flowing through the motor.
The current approximation unit calculates an approximate line of the motor current based on a plurality of detected values of the motor current for each control period based on the electrical angle period of the AC voltage or the AC current, and An approximate value of the motor current is calculated based on the approximate line.
The control unit calculates the control command value based on the approximate value.
このモータ制御装置では、制御周期ごとに、モータ電流を検出してその近似線が算出される。この近似線を用いて算出した近似値により、モータの制御指令値が算出される。制御周期は、モータに供給される交流電圧又は交流電流の電気角周期を基準に設定されるため、制御の頻度は低くなる。また近似線を用いることで、ノイズ等に影響されることなくフィードバック値を算出することが可能となる。これにより、無駄な制御を減らしつつ適正なモータ制御を実現することが可能となる。 In this motor control device, a motor current is detected and an approximate line thereof is calculated every control cycle. The motor control command value is calculated from the approximate value calculated using this approximate line. Since the control period is set based on the electrical angle period of the AC voltage or AC current supplied to the motor, the frequency of control is low. Further, by using an approximation line, it is possible to calculate a feedback value without being affected by noise or the like. This makes it possible to achieve appropriate motor control while reducing unnecessary control.
前記モータ電流は、d軸電流及びq軸電流であってもよい。この場合、前記電流検出部は、前記d軸電流及び前記q軸電流を検出してもよい。また、前記近似線は、前記d軸電流の近似線及び前記q軸電流の近似線であってもよい。また、前記近似値は、前記d軸電流の近似値及び前記q軸電流の近似値であってもよい。また、前記電流近似部は、前記d軸電流の検出値に基づいて、前記d軸電流の近似線と前記d軸電流の近似値とを算出し、前記q軸電流の検出値に基づいて、前記q軸電流の近似線と前記q軸電流の近似値とを算出してもよい。 The motor current may be a d-axis current and a q-axis current. In this case, the current detection section may detect the d-axis current and the q-axis current. Further, the approximate line may be an approximate line of the d-axis current and an approximate line of the q-axis current. Further, the approximate value may be an approximate value of the d-axis current and an approximate value of the q-axis current. Further, the current approximation unit calculates an approximate line of the d-axis current and an approximate value of the d-axis current based on the detected value of the d-axis current, and based on the detected value of the q-axis current, An approximate line of the q-axis current and an approximate value of the q-axis current may be calculated.
前記制御部は、前記d軸電流の近似値と、前記q軸電流の近似値とに基づいて前記モータの軸誤差を算出する軸誤差算出部と、前記軸誤差がゼロに収束するようにモータ電圧を調整する電圧調整部と、前記d軸電流の近似値と、前記q軸電流の近似値と、調整後の前記モータ電圧と、前記モータに対する速度指令値とに基づいて、d軸電圧の指令値及びq軸電圧の指令値を算出する指令値算出部とを有してもよい。 The control unit includes an axis error calculation unit that calculates an axis error of the motor based on the approximate value of the d-axis current and the approximate value of the q-axis current, and a a voltage adjustment unit that adjusts the voltage, an approximate value of the d-axis current, an approximate value of the q-axis current, the adjusted motor voltage, and a speed command value for the motor; It may also include a command value calculation unit that calculates the command value and the command value of the q-axis voltage.
前記指令値算出部は、前記モータに対する電気角速度の指令値をωe*とし、前記モータのq軸インダクタンスをLqとし、前記q軸電流の近似値をiq'として、前記d軸電圧Vdを以下に示す(1)式に従って算出し、当該算出結果に基づいて前記d軸電圧の指令値を算出してもよい。
Vd=-ωe*×Lq×iq' ・・・(1)
The command value calculation unit sets the command value of the electrical angular velocity to the motor as ωe * , the q-axis inductance of the motor as Lq, and the approximate value of the q-axis current as iq', and calculates the d-axis voltage Vd as follows. The command value of the d-axis voltage may be calculated based on the calculation result by calculating according to equation (1) shown below.
Vd=-ωe * ×Lq×iq'...(1)
前記指令値算出部は、前記モータ電圧をVとし、前記d軸電圧をVdとして、前記q軸電圧Vqを以下に示す(2)式に従って算出し、当該算出結果に基づいて前記q軸電圧の指令値を算出してもよい。
Vq=sqrt(V2-Vd2) ・・・(2)
The command value calculation unit calculates the q-axis voltage Vq according to equation (2) shown below, where the motor voltage is V and the d-axis voltage is Vd, and the q-axis voltage is calculated based on the calculation result. A command value may also be calculated.
Vq=sqrt(V 2 -Vd 2 )...(2)
前記近似線は、時間に対する前記モータ電流の変化を近似する近似線であってもよい。この場合、前記電流検出部は、所定の周期で前記モータ電流を検出してもよい。また、前記電流近似部は、前記近似線の算出に使用した前記モータ電流の検出値のうち最も新しい検出値の検出タイミング及び前記近似線から前記モータ電流の近似値を算出してもよい。 The approximation line may be an approximation line that approximates a change in the motor current with respect to time. In this case, the current detection section may detect the motor current at a predetermined period. Further, the current approximation unit may calculate the approximate value of the motor current from the detection timing of the latest detected value among the detected values of the motor current used to calculate the approximate line and the approximate line.
前記近似線は、前記複数の検出値に対する最小二乗法により算出された回帰直線であってもよい。 The approximate line may be a regression line calculated by a least squares method for the plurality of detected values.
前記制御周期は、nを任意の正の整数値として、前記電気角周期のn倍、又は1/n倍に設定されてもよい。 The control period may be set to n times or 1/n times the electrical angle period, where n is an arbitrary positive integer value.
前記駆動部は、前記制御指令値に基づいてPWM信号を生成するPWM生成部と、前記PWM信号に基づいて前記モータに電力を供給する電力供給部とを有してもよい。この場合、前記電流検出部は、前記PWM信号のキャリア周期内で前記モータ電流を少なくとも1回検出する電流検出処理を、前記制御周期内に所定回数だけ実行してもよい。 The drive unit may include a PWM generation unit that generates a PWM signal based on the control command value, and a power supply unit that supplies power to the motor based on the PWM signal. In this case, the current detection unit may execute current detection processing for detecting the motor current at least once within the carrier cycle of the PWM signal a predetermined number of times within the control cycle.
前記電流検出部は、単一のシャント抵抗を用いて前記モータ電流を検出してもよい。 The current detection section may detect the motor current using a single shunt resistor.
前記モータは、空気調和器に搭載されたファンを駆動するファンモータであってもよい。 The motor may be a fan motor that drives a fan installed in an air conditioner.
本発明の一形態に係るモータ制御方法は、制御指令値に応じた交流電圧または交流電流をモータに供給して前記モータを駆動することを含む。
前記モータに流れるモータ電流を検出する。
前記交流電圧または前記交流電流の電気角周期を基準とした制御周期ごとに、前記モータ電流を検出した複数の検出値に基づいて前記モータ電流の近似線を算出し、当該近似線に基づいて前記モータ電流の近似値を算出する。
前記制御周期ごとに、前記近似値に基づいて前記制御指令値を算出する。
A motor control method according to one embodiment of the present invention includes driving the motor by supplying an alternating current voltage or alternating current to the motor according to a control command value.
A motor current flowing through the motor is detected.
An approximate line of the motor current is calculated based on a plurality of detected values of the motor current for each control cycle based on the electrical angle period of the AC voltage or the AC current, and the approximate line of the motor current is calculated based on the approximate line. Calculate the approximate value of motor current.
The control command value is calculated based on the approximate value for each control cycle.
本発明によれば、無駄な制御を減らしつつ適正なモータ制御を実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize appropriate motor control while reducing unnecessary control.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[空気調和機]
図1は、本実施形態に係るモータ制御装置を搭載した空気調和機の構成例を示す模式図である。図1に示すように、空気調和機100は、室内機1と、室外機2とを有する。
室内機1は、建造物内の室内空間等に設置して用いられる。室内機1は、室内熱交換器10と、室内送風機11とを有する。
室外機2は、室内機1が設置された建造物の屋外等に設置して用いられ、冷媒を循環させる冷媒配管を介して室内機1と接続される。室外機2は、室外熱交換器20と、圧縮機21と、減圧器(膨張弁)22と、流路切替器(四方弁)23と、ファン24と、モータ25と、モータ制御装置30とを有する。
[Air conditioner]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an air conditioner equipped with a motor control device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
The
The
例えば、暖房運転時には、室外機2の圧縮機21から吐出された高温高圧の冷媒(ガス冷媒)が流路切替器23を介して室内機1の室内熱交換器10に流入する。室内熱交換器10(凝縮器)で空気と熱交換した高圧の冷媒は、凝縮して液化する。その後、高温高圧の液冷媒は、室外機2の減圧器22を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり室外熱交換器20へ流入する。室外熱交換器20(蒸発器)で外気と熱交換した冷媒は気化する。その後、低温低圧の冷媒は、流路切替器23を介して圧縮機21に吸入される。
For example, during heating operation, high-temperature, high-pressure refrigerant (gas refrigerant) discharged from the
また例えば、冷房運転時には、室外機2の圧縮機21から吐出された高温高圧の冷媒が流路切替器23を介して室外熱交換器20に流入する。室外熱交換器20(凝縮器)で外気と熱交換した高温高圧のガス冷媒は凝縮して液化する。その後、高温高圧の液冷媒は、室外機2の減圧器22を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機1の室内熱交換器10へ流入する。室内熱交換器10(蒸発器)では空気と熱交換した冷媒は気化する。その後、低温低圧のガス冷媒は、流路切替器23を介して圧縮機21に吸入される。
For example, during cooling operation, high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the
ファン24は、例えば羽根車の回転に応じて気流を生成するプロペラファンであり、モータ25の回転子に固定されて図示しない吹き出し口に向けて配置される。
モータ25は、空気調和機100に搭載されたファン24を駆動する。モータ25は、回転子(ロータ)に永久磁石を使用し、固定子に巻線を配置した永久磁石同期モータ(PM同期モータ)である。モータ25にはU相、V相、及びW相の3相の巻線が設けられ、各相の巻線には駆動回路31から出力された交流電圧が印加される。モータ25の具体的な構成は限定されず、任意の形式のモータが用いられてよい。
The
The
モータ25がファン24を回転させることで、室外熱交換器20に室外空気が送風される。室外空気は、室外熱交換器20を通過し冷媒と熱交換する。熱交換された冷気または暖気の気流は室外機2から吹き出される。室外熱交換器20を通過する気流の流量は、ファン24の回転数、すなわちモータ25の回転数に応じて調整される。
本実施形態では、モータ25は、ファンモータに相当する。
As the
In this embodiment, the
モータ制御装置30は、電源3から供給される電力をもとにモータ25を回転させ、モータ25の回転動作を制御する装置である。
本実施形態では、モータ制御装置30は、モータ25のベクトル制御を行う。ベクトル制御では、モータ25の固定子に設けられた巻線に流す電流を、モータ25の回転子に磁束を発生させる電流成分(d軸電流)と、回転子にトルクを発生する電流成分(q軸電流)とに分けて、それぞれの電流成分が独立に制御される。なお、本実施形態では、モータ制御装置30がモータ25としてファンモータのベクトル制御を行う場合について説明するが、他のモータのベクトル制御に本技術を適用することも可能である。
図1に示すように、モータ制御装置30は、駆動回路31と、演算回路32と、電流検出回路33と、DC検出回路34とを有する。
The
In this embodiment, the
As shown in FIG. 1, the
駆動回路31は、制御指令値に応じた交流電圧または交流電流をモータ25に供給してモータ25を駆動する駆動部に相当する。駆動回路31は、電源3から供給された直流電圧を3相の交流電圧として出力してモータ25の各相に印加し、交流電圧に応じた交流電流を各相に供給する。
本実施形態では、駆動回路31は、駆動部に相当する。
The
In this embodiment, the
制御指令値とは、モータ25を制御するためのパラメータの指令値である。例えば、モータ25のU相、V相、W相の各相に供給する電圧値についての指令値が制御指令値として駆動回路31に入力される。駆動回路31は、制御指令値が示す電圧をもとに各相に印加する交流電圧を生成する。この交流電圧をモータ25の各相の巻線に印加することで、各相の巻線には交流電圧に応じた交流電流が流れ、モータ25が駆動する。
また駆動回路31では、モータ25に印加する電圧は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)信号を用いて制御される。また制御指令値は、PWM信号の幅(Duty)を指定するDuty指令値となる。
The control command value is a command value of a parameter for controlling the
Further, in the
演算回路32は、モータ25の制御に必要な演算処理を行う回路である。演算回路32は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等を搭載したコンピュータを用いて構成される。演算回路32は、制御指令値を生成する制御部に相当する。
演算回路32には、電流検出回路33及びDC検出回路34の検出値や、空気調和機100の室内機1から送信されたコマンドや設定値等が入力される。こられの入力に応じて、モータ25のベクトル制御を行うための制御指令値が算出される。ここでは、モータ25の各相に供給する電圧値を表すDuty指令値が算出される。
The
The
電流検出回路33は、モータ25に設けられた3相の巻線に流れる電流を検出する回路である。電流検出回路33は、例えば電流センサ、増幅器、及びAD変換器等を用いて構成される(図2参照)。
本実施形態では、モータ25が備える3相の巻線に流れる電流のうち、2つの相の巻線に流れる電流が検出される。なお、この検出結果から、残りの巻線に流れる電流を算出することが可能である。本実施形態では、電流検出回路33は、後述する3相-2相変換器36とともに、電流検出部を構成する。
The
In this embodiment, among the currents flowing through the three-phase windings of the
DC検出回路34は、電源3の電圧値を検出する回路である。すなわち、DC検出回路34は、モータ25に給電する直流電圧を検出する。DC検出回路34の検出結果は、演算回路32に出力される。
例えば、電源3に供給される外部電源の電圧や負荷の変動等により電源3の電圧値が変化する場合があり得る。このような場合、演算回路32ではDC検出回路34の検出結果を用いて制御指令値が調整される。これにより電源3の電圧が変化してもモータ25を安定して駆動することが可能である。
The
For example, the voltage value of the power source 3 may change due to changes in the voltage of an external power source supplied to the power source 3, load changes, etc. In such a case, the
[モータ制御装置]
図2は、モータ制御装置30の構成例を示すブロック図である。図3は、モータ25の座標軸の定義を示す模式図である。以下では、図2及び図3を参照して、モータ制御装置30の各部の詳細な構成について説明する。
[Motor control device]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the
まず以下の説明に使用する座標軸について説明する。図3にはモータ25の回転子に設けられた永久磁石5が模式的に図示されている。永久磁石5は、モータ25の回転軸(Z軸)と直交するように配置される。ここで、永久磁石5のN極の方向(N極側が+方向)をd軸とし、d軸と直交する軸をq軸とする。なおd軸方向に磁束を発生させるd軸電流は、回転子に磁束を発生させる電流成分となる。またq軸方向に磁束を発生させるq軸電流は、モータ25の回転子にトルクを発生する電流成分となる。
またθeが電気角で表した回転子の推定位置(U軸を基準とした推定角度)であり、ωeが電気角で表した回転子の推定角速度であるものとする。また、Z軸はd軸とq軸との双方に直交する仮想軸であるものとする。
First, the coordinate axes used in the following explanation will be explained. FIG. 3 schematically shows the
Further, it is assumed that θe is the estimated position of the rotor expressed in electrical angle (estimated angle with respect to the U axis), and ωe is the estimated angular velocity of the rotor expressed in electrical angle. Further, it is assumed that the Z-axis is a virtual axis orthogonal to both the d-axis and the q-axis.
図2に示すように、モータ制御装置30は、上記した駆動回路31、演算回路32、及び電流検出回路33を有する。また演算回路32は、機能ブロックとして、3相-2相変換器36、近似処理部37、軸誤差演算処理部38、軸誤差制御部39、積分器40、角速度変換器41、及び電圧指令生成部42を有する。演算回路32の各機能ブロックは、専用のIC等を用いて構成されてもよい。
なお図2では、DC検出回路34の図示が省略されている。
As shown in FIG. 2, the
Note that in FIG. 2, illustration of the
駆動回路31は、固定座標系(UVW座標系)における電圧指令ベクトル(Vu*,Vv*,Vw*)、すなわちU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*を電圧指令生成部42(2相-3相変換器55)から受け、モータ25を駆動するための直流電圧Vdcを電源3から受ける。本実施形態では、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*は、制御指令値に相当する。
また駆動回路31は、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*、及び直流電圧Vdcに応じて、3相の交流電圧をU相、V相、W相の各相の巻線を介してモータ25へ供給することにより、モータ25を駆動する。
具体的には、駆動回路31は、PWM変調器45及びインテリジェントパワーモジュール(IPM)46を有する。
The
Further, the
Specifically, drive
PWM変調器45は、電圧指令生成部42から受けた制御指令値(U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*)をそれぞれPWM信号に変換してIPM46へ供給する。例えば各指令値に応じたパルス幅が設定されたPWM信号が生成される。本実施形態では、PWM変調器45は、制御指令値に基づいてPWM信号を生成するPWM生成部に相当する。
The
IPM46は、複数のスイッチング素子を有し、PWM信号をPWM変調器45から受け、PWM信号に従って複数のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることで電力変換動作を行い、生成された3相の交流電圧をモータ25へ供給することにより、モータ25を駆動する。本実施形態では、IPM46は、PWM信号に基づいてモータ25に電力を供給する電力供給部に相当する。
The
電流検出回路33は、少なくとも2相の電流の電流値を検出(ピックアップ)する。図2に示す例では、U相及びW相の巻線に流れるU相電流iu及びW相電流iwが検出される。なお、これに限定されず、例えばU相電流iu及びV相電流ivが検出される構成や、V相電流iv及びW相電流iwが検出される構成もあり得る。あるいはU相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwの全てが検出されてもよい。
The
電流検出回路33は、電流センサ47u、電流センサ47w、及びAD変換器48を含む。
電流センサ47uは、U相電流iuを検出する。電流センサ47wは、W相電流iwを検出する。各電流センサ47u及び47wの検出結果は、AD変換器48に出力される。電流センサとしては、CT(Current Transformer)やホール素子等が用いられる。
AD変換器48は、電流センサ47u及び47wから出力された電流値をAD変換してコンピュータで制御可能な信号として出力する。
なお、電流検出回路33の具体的な構成は限定されず、例えばシャント抵抗を用いる等、他の電流検出方法が用いられてもよい。
The
Note that the specific configuration of the
次に演算回路32の各機能ブロックについて説明する。
3相-2相変換器(u,v,w/d-q)36は、U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw、のうち、2つの電流値(U相電流iu及びW相電流iw)を電流検出回路33のAD変換器48から受け、それらの電流値をもとに残りの相の電流値(V相電流iv)を算出する。また3相-2相変換器36は、回転子の推定位置(電気回転角度θe)を積分器40から受け、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(iu,iv,iw)を回転座標系(d-q座標系)における電流ベクトル(id,iq)へ変換する。回転座標系(d-q座標系)は、図3に示す互いに交差するd軸とq軸とを有する。以下では、電流ベクトル(id,iq)を、単にd軸電流id、q軸電流iqと記載する。
Next, each functional block of the
The three-phase to two-phase converter (u, v, w/d-q) 36 converts two current values (U-phase current iu and W-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw) into The phase current iw) is received from the
本実施形態では、電流検出回路33及び3相-2相変換器36により、モータ25に流れるモータ電流が検出される。ここで、モータ電流とは、モータ25を駆動する駆動電流である。
例えば、3相の巻線に流れる電流(電流検出回路33により検出されたU相電流iu、W相電流iw、3相-2相変換器により算出されたV相電流iv)は、モータ電流の一例である。また、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwを変換して算出されたd軸電流id及びq軸電流iqもまたモータ電流である。
In this embodiment, the motor current flowing through the
For example, the current flowing through the three-phase windings (U-phase current iu, W-phase current iw detected by the
またd軸電流id及びq軸電流iqは、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwの検出値から変換されたものであるので、検出値と見做すことができる。
従って、電流検出回路33及び3相-2相変換器36は、モータ電流として、d軸電流id及びq軸電流iqを検出するともいえる。本実施形態では、電流検出回路33及び3相-2相変換器36により、電流検出部が実現される。
3相-2相変換器36は、d軸電流id及びq軸電流iqを近似処理部37へ出力する。
Furthermore, since the d-axis current id and the q-axis current iq are converted from the detected values of the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw, they can be regarded as detected values.
Therefore, it can be said that the
The three-phase to two-
近似処理部37は、電気角周期Teを基準とした制御周期Tごとに、モータ電流を検出した複数の検出値に基づいてモータ電流の近似線を算出し、当該近似線に基づいてモータ電流の近似値を算出する。本実施形態では、近似処理部37は、電流近似部として機能する。
The
ここで近似線とは、時間(位相)の経過とともに変化する電流成分(モータ電流の変化)を近似的に表す線である。近似線は、直線でもよいし、曲線でもよい。例えば近似線として回帰直線が用いられる。また例えば、指数近似曲線、累乗近似曲線、対数近似曲線等が用いられてもよい。この他、任意の関数を利用した近似線が用いられてよい。
これらの近似線は、例えば電流成分の変化傾向や、近似線の算出に用いるデータ区間等に応じて適切なものを選択すればよい。本実施形態では、後述するように、最小二乗法により算出された回帰直線が用いられる。
Here, the approximate line is a line that approximately represents a current component (change in motor current) that changes with the passage of time (phase). The approximate line may be a straight line or a curved line. For example, a regression line is used as the approximate line. Further, for example, an exponential approximate curve, a power approximate curve, a logarithmic approximate curve, etc. may be used. In addition, an approximation line using an arbitrary function may be used.
These approximate lines may be selected appropriately depending on, for example, the change tendency of the current component, the data interval used for calculating the approximate lines, and the like. In this embodiment, as will be described later, a regression line calculated by the least squares method is used.
電気角周期Teは、モータ25に供給される交流電圧または交流電流の周期であり、例えば電気回転角度θeが1回転する時間である。電気角周期Teは、モータ25の回転速度等に応じて変化する。
制御周期Tは、モータ25に対してフィードバック制御を行う周期である。これは、モータ25の制御指令値の算出に用いられるフィードバックパラメータを更新する周期であるともいえる。例えばモータ電流の近似値や、近似値から算出される値がフィードバックパラメータである。
本実施形態では、制御周期Tごとに、モータ電流の近似線及び近似値が算出される。制御周期Tは、電気角周期Teを基準として、電気角周期Teと同定度の周期や、電気角周期Teよりも長い周期(あるいは短い周期)に適宜設定される。
The electrical angle period Te is the period of the alternating current voltage or alternating current supplied to the
The control cycle T is a cycle in which feedback control is performed on the
In this embodiment, an approximate line and an approximate value of the motor current are calculated for each control cycle T. The control period T is appropriately set to a period that is identical to the electrical angular period Te, or a period that is longer (or shorter) than the electrical angular period Te, with the electrical angular period Te as a reference.
なお、電気角周期Teは、PWM信号のキャリア周期Tcよりも十分に長い(図4参照)。
例えば、キャリア周波数が20kHz、モータ回転数が900rpm、極対数が4の場合、Te=(60/(4×900))、Tc=(1/20k)となる。この場合、Te/Tc= 333.33となり、TeはTcに対して約300倍となる。同様に、モータ回転数が200rpmであれば、TeはTcに対して約1500倍となる。
従って、電気角周期Teを基準に設定される制御周期Tもキャリア周期Tcよりも十分に長く、モータ25に対してフィードバック制御を行う頻度は、PWM信号を生成する頻度に比べ十分に低いと言える。
Note that the electrical angular period Te is sufficiently longer than the carrier period Tc of the PWM signal (see FIG. 4).
For example, when the carrier frequency is 20 kHz, the motor rotation speed is 900 rpm, and the number of pole pairs is 4, Te=(60/(4×900)) and Tc=(1/20k). In this case, Te/Tc=333.33, and Te is approximately 300 times as large as Tc. Similarly, if the motor rotation speed is 200 rpm, Te will be approximately 1500 times as large as Tc.
Therefore, the control period T set based on the electrical angular period Te is also sufficiently longer than the carrier period Tc, and it can be said that the frequency of performing feedback control on the
近似処理部37では、3相-2相変換器36から受けたモータ電流(d軸電流id及びq軸電流iq)について、モータ電流の近似線及び近似値がそれぞれ算出される。
例えば近似処理部37は、3相-2相変換器36から受けたd軸電流idをd軸電流データとして逐次記録し、d軸電流idの近似線である近似線λdを算出し、近似線λdからd軸電流idの近似値であるd軸電流近似値id'を算出する。
また近似処理部37は、3相-2相変換器36から受けたq軸電流iqをq軸電流データとして逐次記録し、q軸電流iqの近似線である近似線λqを算出し、近似線λqからq軸電流iqの近似値であるq軸電流近似値iq'を算出する。
The
For example, the
Further, the
このように、本実施形態では、近似処理部37により算出される近似線は、d軸電流idの近似線λd及びq軸電流の近似線λqである。また近似処理部37により算出される近似値は、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'である。
Thus, in this embodiment, the approximate lines calculated by the
また、近似処理部37は、d軸電圧指令値Vd*を電圧指令生成部42から受け、d軸電圧指令値Vd*の近似値であるd軸電圧指令近似値Vd*'を算出する。また近似処理部37は、q軸電圧指令値Vq*を電圧指令生成部42から受け、q軸電圧指令値Vq*の近似値であるq軸電圧指令近似値Vq*'を算出する。d軸電圧指令近似値Vd*'及びq軸電圧指令近似値Vq*'は、例えば制御周期T内で用いられたd軸電圧指令値Vd*及びd軸電圧指令値Vd*についての近似線を用いて算出される。
Further, the
軸誤差演算処理部38は、d軸電流近似値id'と、q軸電流近似値iq'とに基づいてモータ25の軸誤差Δθを算出する。具体的には、軸誤差演算処理部38は、d軸電流近似値id'、q軸電流近似値iq'、d軸電圧指令近似値Vd*'、及びq軸電圧指令近似値Vq*'を近似処理部37から受け、電気角速度指令値ωe*を電圧指令生成部42から受け、d軸電流近似値id'、q軸電流近似値iq'、d軸電圧指令近似値Vd*'、q軸電圧指令近似値Vq*'、及び電気角速度指令値ωe*に応じて、回転子の実際の位置と推定位置とのズレである軸誤差Δθを求め、軸誤差制御部39へ出力する。本実施形態では、軸誤差演算処理部38は、軸誤差算出部に相当する。
The axis error
軸誤差Δθは、制御軸において想定される回転子の位置に対する実際の回転子の位置の誤差を表している。従って軸誤差制御部39は、軸誤差Δθを算出することで回転子の位置を推定する位置推定部であるとも言える。
軸誤差Δθの算出には、典型的にはオブザーバ等を用いたアルゴリズムが用いられる。この他、軸誤差Δθを算出可能な任意のアルゴリズムが用いられてよい。
The axis error Δθ represents the error in the actual rotor position relative to the assumed rotor position on the control axis. Therefore, it can be said that the axis
An algorithm using an observer or the like is typically used to calculate the axis error Δθ. In addition, any algorithm capable of calculating the axis error Δθ may be used.
軸誤差制御部39は、軸誤差Δθを軸誤差演算処理部38から受け、軸誤差Δθをもとにこの誤差を0に収束させるようなモータ電圧Vを求め、電圧指令生成部42へ出力する。すなわち、軸誤差制御部39は、軸誤差Δθがゼロに収束するようにモータ電圧Vを調整する。
ここでモータ電圧Vは、モータ25に供給される電圧ベクトル(d軸電圧Vd及びq軸電圧Vq)の大きさを表す電圧値である。本実施形態では、軸誤差制御部39は、電圧調整部に相当する。
軸誤差制御部39は、例えば、積分器及び比例器を用いて構成されるPI制御器である。なおこれに限定されず、例えば急峻な制御を避けるため、軸誤差制御部39として積分器を用いて構成されたI制御器が用いられてもよい。
The axis
Here, the motor voltage V is a voltage value representing the magnitude of the voltage vector (d-axis voltage Vd and q-axis voltage Vq) supplied to the
The axis
積分器40は、角速度変換器41から出力された電気角速度指令値ωe*を時間積分することにより、固定座標系(UVW座標系)における回転子の推定位置として電気回転角度θeを算出し、3相-2相変換器36及び電圧指令生成部42の2相-3相変換器55へそれぞれ出力する。
The
角速度変換器41は、モータ25の機械角速度を電気角速度に変換する。具体的には、角速度変換器41は、機械角速度指令値ωm*を外部から受け、モータ25の構成に応じた極対数を用いて機械角速度指令値ωm*を電気角速度指令値ωe*に変換する。電気角速度指令値ωe*は、電圧指令生成部42、近似処理部37、軸誤差演算処理部38、及び積分器40に出力される。
The
電圧指令生成部42は、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'を近似処理部37から受け、モータ電圧Vを軸誤差制御部39から受け、機械角速度指令値ωm*を外部(例えば、図示しない上位のコントローラ)から受け、d軸電流近似値id'、q軸電流近似値iq'、モータ電圧V、及び機械角速度指令値ωm*に応じて、制御指令値(U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*)を生成する。
The voltage
具体的には、電圧指令生成部42は、d軸電流近似値id'と、q軸電流近似値iq'と、調整後のモータ電圧Vと、機械角速度指令値ωm*とに基づいて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。ここで算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*は、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*に変換される。
本実施形態では、機械角速度指令値ωm*は、モータに対する速度指令値に相当する。また電圧指令生成部42は、指令値算出部に相当する。
Specifically, the voltage
In this embodiment, the mechanical angular velocity command value ωm * corresponds to the speed command value for the motor. Further, the voltage
図2に示すように、電圧指令生成部42は、d軸電圧算出器50、q軸電圧算出器51、非干渉化制御器52、減算器53、加算器54、及び2相-3相変換器(d-q/u,v,w)55を備える。
As shown in FIG. 2, the voltage
d軸電圧算出器50は、電気角速度指令値ωe*を角速度変換器41から受け、q軸電流近似値iq'を近似処理部37から受け、電気角速度指令値ωe*とq軸電流近似値iq'とに応じてd軸電圧Vdを算出し、d軸電圧Vdをq軸電圧算出器51及び減算器53に出力する。この処理は、q軸電流の近似値(iq')から現在の速度指令値(ωe*)を実現するd軸電圧(Vd)を算出する処理である。
The d-
q軸電圧算出器51は、モータ電圧Vを軸誤差制御部39から受け、d軸電圧Vdをd軸電圧算出器50から受け、モータ電圧Vとd軸電圧Vdとに応じてq軸電圧Vqを算出し、q軸電圧Vqを加算器54に出力する。この処理は、現在の速度指令値(ωe*)と、軸誤差Δθをゼロにするモータ電圧Vとの両方を実現するq軸電圧(Vq)を算出する処理である。
The q-
d軸電圧算出器50及びq軸電圧算出器51によるd軸電圧Vd及びq軸電圧Vqの算出処理は、各算出器に入力されたパラメータを所定の関数に代入する処理である。この点については、後で詳しく説明する。
The process of calculating the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq by the d-
非干渉化制御器52は、q軸電圧Vqとd軸電圧Vdとを非干渉化する。具体的には、非干渉化制御器52は、d軸電流近似値id'を近似処理部37から受け、d軸電流近似値id'に応じて、q軸電圧Vqを非干渉化するための非干渉化補正値Vqaを求め、非干渉化補正値Vqaを加算器54へ出力する。また、非干渉化制御器52は、q軸電流近似値iq'を近似処理部37から受け、q軸電流近似値iq'に応じて、d軸電圧Vdを非干渉化するための非干渉化補正値Vdaを求め、非干渉化補正値Vdaを減算器53へ出力する。
The
減算器53は、d軸電圧Vdをd軸電圧算出器50から受け、非干渉化補正値Vdaを非干渉化制御器52から受け、d軸電圧Vdから非干渉化補正値Vdaを減算し、その減算結果を非干渉化後のd軸電圧指令値Vd*として2相-3相変換器55及び近似処理部37に出力する。
The
加算器54は、q軸電圧Vqをq軸電圧算出器51から受け、非干渉化補正値Vqaを非干渉化制御器52から受け、q軸電圧Vqと非干渉化補正値Vqaとを加算し、その加算結果を非干渉化後のq軸電圧指令値Vq*として2相-3相変換器55及び近似処理部37に出力する。
The
2相-3相変換器(d-q/u,v,w)55は、d軸電圧指令値Vd*を減算器53から受け、q軸電圧指令値Vq*を加算器54から受け、電気回転角度θeを積分器40から受け、例えば、電気回転角度θeに応じて、回転座標系(d-q座標系)における電圧指令ベクトル(Vd*,Vq*)を固定座標系(UVW座標系)における電圧指令ベクトル(Vu*,Vv*,Vw*)へ変換する。
The 2-phase to 3-phase converter (d-q/u, v, w) 55 receives the d-axis voltage command value Vd * from the
このように、本実施形態では、近似処理部37により算出された近似値(d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq')をもとに、軸誤差演算処理部38、軸誤差制御部39、及び電圧指令生成部42により、制御指令値である電圧指令ベクトル(Vu*,Vv*,Vw*)が算出される。すなわち、軸誤差演算処理部38、軸誤差制御部39、及び電圧指令生成部42は、近似値に基づいて制御指令値を算出する。この近似値が、制御周期Tで更新される。
本実施形態では、軸誤差演算処理部38、軸誤差制御部39、及び電圧指令生成部42が共動することで、制御部が実現される。
As described above, in this embodiment, based on the approximate values (d-axis current approximate value id' and q-axis current approximate value iq') calculated by the
In this embodiment, the control section is realized by the axis error
図4は、モータ25に流れる交流電流とPWM信号との関係を表す模式図である。図4の上側には、モータ25のU相、V相、W相の各巻線に流れる電流(U相電流iu,V相電流iv,W相電流iw)を示す模式的なグラフが図示されている。また、図4の下側には、上側のグラフの一部の期間において、U相、V相、W相のPWM信号(PWM信号6u,PWM信号6v,PWM信号6w)を示す模式的なグラフが図示されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the alternating current flowing through the
図4の上側のグラフに示すように、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwは、電気角周期Teで振動する正弦波形状の交流電流である。各相の電流iu、iv、iwの位相は、120°の間隔でずれている。なお電気角周期Teは、モータ25の回転速度を高くするほど短くなる。
巻線に印加される電圧は、このような交流電流の波形が実現されるように、キャリア周波数で出力されるPWM信号のDuty指令値によって設定される。
As shown in the upper graph of FIG. 4, the U-phase current iu, the V-phase current iv, and the W-phase current iw are sinusoidal alternating currents that oscillate with an electrical angular period Te. The phases of the currents iu, iv, and iw of each phase are shifted at intervals of 120°. Note that the electrical angular period Te becomes shorter as the rotational speed of the
The voltage applied to the winding is set by the duty command value of the PWM signal output at the carrier frequency so that such an alternating current waveform is realized.
図4の下側のグラフには、キャリア周期Tcで変動するPWM信号6u、PWM信号6v、PWM信号6wのパルス波形が図示されている。各PWM信号において、1つのキャリア周期Tcには、1つのパルスが含まれる。
PWM信号のキャリア周期Tcは、一般に定数であり、電気角周期Teに比べ十分に小さく設定される。従って、例えば1回の電気角周期Teが経過する間に、多数のPWM信号が生成されることになる。
The lower graph in FIG. 4 shows pulse waveforms of the PWM signal 6u, PWM signal 6v, and PWM signal 6w that vary with the carrier period Tc. In each PWM signal, one carrier period Tc includes one pulse.
The carrier period Tc of the PWM signal is generally a constant, and is set to be sufficiently smaller than the electrical angle period Te. Therefore, for example, a large number of PWM signals are generated during one electrical angular period Te.
本実施形態では、近似値を算出してフィードバック制御を行う制御周期Tが、電気角周期Teを基準として設定される。従って、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwの検出値から近似値を算出してフィードバックに用いる時間間隔は、例えばPWM信号のキャリア周期Tcよりも十分に長い。
これにより、例えばキャリア周期Tcの数倍程度の周期(例えばキャリア周期Tcの4~5倍)でフィードバック制御をするような場合とくらべ、フィードバック制御の頻度を大幅に低減することが可能である。また、制御回数が減るため、例えば突発的な電流の変動をフィードバックするといった不必要な制御を回避することが可能となる。
In this embodiment, a control period T for calculating an approximate value and performing feedback control is set with the electrical angle period Te as a reference. Therefore, the time interval used for feedback by calculating approximate values from the detected values of the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw is sufficiently longer than, for example, the carrier period Tc of the PWM signal.
This makes it possible to significantly reduce the frequency of feedback control, for example, compared to the case where feedback control is performed at a period several times the carrier period Tc (for example, 4 to 5 times the carrier period Tc). Furthermore, since the number of times of control is reduced, it is possible to avoid unnecessary control such as feeding back sudden current fluctuations, for example.
例えば、制御周期Tは、nを任意の正の整数値として、電気角周期Teのn倍に設定される(T=n×Te)。この場合、例えばnを1としても、フィードバック制御の頻度を十分に低くすることが可能となる。また例えば、制御周期Tは、nを任意の正の整数値として、電気角周期Teの1/n倍に設定されてもよい(T=Te/n)。この場合、1回の電気角周期Tが経過する間にn回のフィードバック制御が行われるため、モータの制御精度を向上することが可能となる。 For example, the control period T is set to be n times the electrical angle period Te, where n is an arbitrary positive integer value (T=n×Te). In this case, for example, even if n is set to 1, the frequency of feedback control can be made sufficiently low. Further, for example, the control period T may be set to 1/n times the electrical angle period Te, where n is an arbitrary positive integer value (T=Te/n). In this case, since feedback control is performed n times during one electrical angular period T, it is possible to improve the control accuracy of the motor.
なお制御周期Tは、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'が更新される周期である。例えば、各近似値が更新されてから次の更新が実行されるまでの間は、最新の近似値を用いてPWM信号6u、PWM信号6v、及びPWM信号6wを規定する制御指令値(Vu*,Vv*,Vw*)が算出される。
例えば図2に示す2相-3相変換器55には、積分器40から電気回転角度θeが入力される。電気回転角度θeは、電気角周期Teで回転する角度であり、例えばキャリア周期Tcで更新される。従って、2相-3相変換器55からは、各キャリア周期Tcでの電気回転角度θeに応じた制御指令値(Vu*,Vv*,Vw*)が出力される。これにより、正弦波形状の交流電流を作る制御指令値をキャリア周期Tcで算出することが可能である。
Note that the control cycle T is a cycle in which the d-axis current approximate value id' and the q-axis current approximate value iq' are updated. For example, after each approximation value is updated until the next update is executed, the latest approximation value is used to set the control command value (Vu * , Vv * , Vw * ) are calculated.
For example, the electrical rotation angle θe is input from the
[モータ制御装置の動作]
図5は、モータ制御装置30の動作の一例を示すフローチャートである。
以下では、図5を参照してモータ制御装置30の基本的な動作について説明する。
まず制御指令値に基づいてモータ25が駆動される(ステップ101)。例えば直近の近似値(d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq')を用いて生成された制御指令値が駆動回路31のPWM変調器45に入力される。ここで制御指令値は、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*である。
[Operation of motor control device]
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the
Below, the basic operation of the
First, the
またPWM変調器45により、各制御指令値に応じたPWM信号6u、6v、6wが生成されIPM46に入力される。
IPM46によりPWM信号6u、6v、6wに応じた電圧がモータ25のU相、V相、W相の各巻線に供給され、モータが駆動される。
Further, the
The
次にモータ電流を検出する検出タイミングであるか否かが判定される(ステップ102)。ここでモータ電流を検出する処理(電流検出処理)とは、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwを検出し、その検出結果を変換してd軸電流id及びq軸電流iqを検出する処理である。 Next, it is determined whether it is the detection timing to detect the motor current (step 102). Here, the process of detecting the motor current (current detection process) is to detect the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw, and convert the detection results to obtain the d-axis current id and the q-axis current. This is a process of detecting iq.
電流検出処理は、例えばキャリア周期Tc内でモータ電流を少なくとも1回検出する処理である。具体的には、1つのキャリア周期Tc内で、U相、V相、及びW相の電流のうち2つが少なくとも1回検出される。これにより、そのキャリア周期TcにおけるU相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwと、d軸電流id及びq軸電流iqとを検出することができる。ステップ102では、このような電流検出処理を実行するタイミングが判定される。 The current detection process is, for example, a process of detecting the motor current at least once within the carrier period Tc. Specifically, two of the U-phase, V-phase, and W-phase currents are detected at least once within one carrier period Tc. Thereby, the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw, and the d-axis current id and q-axis current iq in the carrier period Tc can be detected. In step 102, the timing for executing such current detection processing is determined.
本実施形態では、電流検出処理が制御周期T内に所定回数だけ実行される。電流検出処理の回数は、例えば近似線を算出するために用いられるデータ点の数となる。例えばデータ点の数が多すぎると、近似値が突発的な負荷に追従してしまう。一方で、データ点の数が少なすぎても、近似線を適正に算出することが難しくなる。このため、電流検出処理の回数は、近似線を適正に算出可能となるように設定される。
また本実施形態では、電流検出処理が所定の検出周期Tmで実行される。検出周期Tmは、検出タイミングの間隔であり制御周期T内に所定回数の電流検出処理が可能となるように適宜設定される。例えば制御周期T内に電流検出をM回行う場合、Tm=T/Mに設定される。また例えば1つのキャリア周期Tc内で電流検出を1回行う場合、Tm=Tcに設定される。本実施形態では、検出周期Tmは、所定の周期に相当する。
なお、電流検出処理は、必ずしも周期的に実行する必要はない。
In this embodiment, the current detection process is executed a predetermined number of times within the control period T. The number of current detection processes is, for example, the number of data points used to calculate the approximate line. For example, if there are too many data points, the approximation will follow the sudden load. On the other hand, if the number of data points is too small, it becomes difficult to properly calculate the approximate line. Therefore, the number of times of current detection processing is set so that the approximate line can be calculated appropriately.
Further, in this embodiment, the current detection process is executed at a predetermined detection cycle Tm. The detection period Tm is an interval between detection timings, and is appropriately set so that current detection processing can be performed a predetermined number of times within the control period T. For example, when current detection is performed M times within the control period T, Tm=T/M is set. For example, when current detection is performed once within one carrier cycle Tc, Tm=Tc is set. In this embodiment, the detection period Tm corresponds to a predetermined period.
Note that the current detection process does not necessarily need to be executed periodically.
図5に示すように、検出タイミングではなないと判定された場合(ステップ102のNo)、後述するステップ105が実行される。
また検出タイミングであると判定された場合(ステップ102のYes)、電流検出処理として、モータ25のU相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwが検出される(ステップ103)。
As shown in FIG. 5, if it is determined that the detection timing is not reached (No in step 102), step 105, which will be described later, is executed.
If it is determined that it is the detection timing (Yes in step 102), the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw of the
ステップ103では、電流検出回路33により、1度のキャリア周期ΔTの間に、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwのうち、2つの相の電流が検出され、3相-2相変換器36に入力される。また残りの相の電流値は、3相-2相変換器36において2つの相の電流値から適宜算出される。これにより、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwを略同一のタイミングで検出することが可能となる。
In step 103, the
次に、3相-2相変換器36により、U相電流iu、V相電流iv、W相電流iwが、d軸電流id及びq軸電流iqに変換される(ステップ104)。ここでは、3相分の電流(iu、iv、iw)に対してdq変換が行われ、d軸電流id及びq軸電流iqが算出される。d軸電流idはd軸電流データとして記録され、d軸電流iqはq軸電流データとして記録される。
Next, the three-phase to two-
このような電流検出処理(ステップ103及びステップ104)が、検出周期Tmで実行される。すなわち、検出周期Tmでd軸電流id及びq軸電流iqが検出される。
従って、d軸電流データは、検出周期Tmで検出された複数のd軸電流idの検出値を記録したデータとなり、q軸電流データは、検出周期Tmで検出された複数のq軸電流iqの検出値を記録したデータとなる。
Such current detection processing (steps 103 and 104) is executed at the detection period Tm. That is, the d-axis current id and the q-axis current iq are detected at the detection period Tm.
Therefore, the d-axis current data is data that records the detected values of a plurality of d-axis currents id detected at the detection period Tm, and the q-axis current data is the data that records the detected values of a plurality of d-axis currents iq detected at the detection period Tm. The data records the detected values.
次に、フィードバック制御を行う制御タイミングであるか否かが判定される(ステップ105)。例えば前回のフィードバック制御からの経過時間がカウントされ、経過時間が制御周期T以上であるか否かが判定される。例えば、経過時間がT未満である場合、制御タイミングではないと判定され(ステップ105のNo)、後述するステップ108が実行される。
また経過時間がT以上である場合、制御タイミングであると判定される(ステップ105のYes)。この場合、d軸電流データ及びq軸電流データを用いて、d軸電流idの回帰直線λdとq軸電流iqの回帰直線λqとが算出される(ステップ106)。
Next, it is determined whether it is the control timing to perform feedback control (step 105). For example, the elapsed time since the previous feedback control is counted, and it is determined whether the elapsed time is equal to or longer than the control period T. For example, if the elapsed time is less than T, it is determined that it is not the control timing (No in step 105), and step 108, which will be described later, is executed.
Further, if the elapsed time is T or more, it is determined that the control timing has come (Yes in step 105). In this case, a regression line λd of the d-axis current id and a regression line λq of the q-axis current iq are calculated using the d-axis current data and the q-axis current data (step 106).
図6は、d軸電流id及びq軸電流iqの近似線の一例を示すグラフである。
図6には、複数の電流検出値のデータ点と電流検出値から算出された近似線のグラフが模式的に図示されている。電流検出値がd軸電流idの検出値である場合、近似線はd軸電流idの近似線λdとなる。また電流検出値がq軸電流iqの検出値である場合、近似線はq軸電流iqの近似線λqとなる。
図6に示すデータ点は、d軸電流データ(又はq軸電流データ)をプロットしたものである。グラフの横軸xは、時刻tにおけるモータ25のロータ位置ωe×tである。グラフの縦軸yは、d軸電流id(又はq軸電流iq)の値である。
FIG. 6 is a graph showing an example of an approximate line of the d-axis current id and the q-axis current iq.
FIG. 6 schematically shows a graph of data points of a plurality of detected current values and an approximate line calculated from the detected current values. When the detected current value is the detected value of the d-axis current id, the approximate line becomes the approximate line λd of the d-axis current id. Further, when the detected current value is the detected value of the q-axis current iq, the approximate line becomes the approximate line λq of the q-axis current iq.
The data points shown in FIG. 6 are plots of d-axis current data (or q-axis current data). The horizontal axis x of the graph is the rotor position ωe×t of the
図6に示す近似線は、電流検出値の各データ点から算出される。ここでは、電流検出値が時間とともに増加する傾向がみられる。近似線は、このような電流検出値の変化(モータ電流の変化)を近似する。すなわち、電流検出値の変化傾向を近似的に表す線が近似線となる。
もちろん、d軸電流id及びq軸電流iqの変化傾向は互いに異なる。従って、d軸電流idの近似線λdは、時間に対するd軸電流idの変化を近似する近似線となる。またq軸電流iqの近似線λqは、時間に対するq軸電流iqの変化を近似する近似線となる。
The approximate line shown in FIG. 6 is calculated from each data point of the detected current value. Here, there is a tendency for the detected current value to increase over time. The approximation line approximates such a change in the detected current value (change in motor current). That is, the approximate line is a line that approximately represents the change tendency of the detected current value.
Of course, the changing trends of the d-axis current id and the q-axis current iq are different from each other. Therefore, the approximation line λd of the d-axis current id becomes an approximation line that approximates the change in the d-axis current id with respect to time. Further, the approximate line λq of the q-axis current iq is an approximate line that approximates the change in the q-axis current iq with respect to time.
本実施形態では、縦軸をd軸電流id(又はq軸電流iq)とし、横軸をロータ位置(位相)とした座標系において直線となる近似線が用いられる。
具体的には、近似線として、d軸電流id及びq軸電流iqについての複数の検出値に対する最小二乗法により算出された回帰直線が用いられる。このような回帰直線を用いることで、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'を精度よく安定して算出することが可能となる。
以下では、d軸電流idの近似線λdを回帰直線λdと記載し、q軸電流iqの近似線λqを回帰直線λqと記載する。
In this embodiment, an approximation line that is a straight line is used in a coordinate system in which the vertical axis is the d-axis current id (or the q-axis current iq) and the horizontal axis is the rotor position (phase).
Specifically, as the approximation line, a regression line calculated by the least squares method for a plurality of detected values for the d-axis current id and the q-axis current iq is used. By using such a regression line, it becomes possible to accurately and stably calculate the d-axis current approximate value id' and the q-axis current approximate value iq'.
Hereinafter, the approximate line λd of the d-axis current id will be referred to as a regression line λd, and the approximate line λq of the q-axis current iq will be referred to as a regression line λq.
具体的には、近似処理部37により、制御周期Tの間に検出された複数の電流検出値から回帰直線λd及びλqが算出される。従って回帰直線λd及びλqの算出に用いられるデータの区間範囲は、制御周期Tに対応する範囲に設定される。
ここでは制御周期Tは、電気角周期Teに設定される。この場合、グラフの横軸xは、電気角周期Teにおけるモータの位相(すなわち時刻tにおける電気回転角度θe)に対応する。またデータの区間範囲の最後の時刻t=Teにおけるxの値は2π(=ωe×Te)となる。なおデータの区間範囲は、必ずしも電気角周期Teに一致させる必要は無く任意に設定可能である。
Specifically, the
Here, the control period T is set to the electrical angle period Te. In this case, the horizontal axis x of the graph corresponds to the phase of the motor in the electrical angle period Te (that is, the electrical rotation angle θe at time t). Further, the value of x at time t=Te at the end of the data interval range is 2π (=ωe×Te). Note that the data interval range does not necessarily have to match the electrical angle period Te and can be set arbitrarily.
図6に示す例では、1回の電気角周期Teの間に、電気角周期Teを基準に任意回数の電流検出処理が実行される。これにより、d軸電流id及びq軸電流iqの各々について、任意回数分のデータ点が生成される。これらのデータ点に最小二乗法を適用することで回帰直線λd及びλqが算出される。 In the example shown in FIG. 6, the current detection process is performed an arbitrary number of times during one electrical angle period Te with reference to the electrical angle period Te. As a result, an arbitrary number of data points are generated for each of the d-axis current id and the q-axis current iq. Regression lines λd and λq are calculated by applying the least squares method to these data points.
例えばd軸電流id(又はq軸電流iq)をyと記載し、ロータ位置ωe×tをxと記載すると、回帰直線の式は、y=ax+bとなる。
ここでaは、回帰直線の傾きであり、bは回帰直線の切片である。回帰直線を算出する処理は、傾きa及び切片bを算出する処理である。
近似処理部37では、回帰直線λdを算出する処理として、d軸電流idについての傾きa及び切片bが算出される。また回帰直線λqを算出する処理として、q軸電流iqについての傾きa及び切片bが算出される。
なお傾きa及び切片bの算出には、最小二乗法を用いた任意の計算式やアルゴリズムが用いられてよい。
For example, when the d-axis current id (or the q-axis current iq) is written as y and the rotor position ωe×t is written as x, the equation of the regression line becomes y=ax+b.
Here, a is the slope of the regression line, and b is the intercept of the regression line. The process of calculating the regression line is the process of calculating the slope a and the intercept b.
The
Note that any calculation formula or algorithm using the least squares method may be used to calculate the slope a and the intercept b.
次に、近似処理部37により、回帰直線λd及びλqから、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'が算出される(ステップ107)。
d軸電流近似値id'は、回帰直線λdのx値を設定することで算出される。またq軸電流近似値iq'は、回帰直線λqのx値を設定することで算出される。
Next, the
The d-axis current approximate value id' is calculated by setting the x value of the regression line λd. Further, the q-axis current approximate value iq' is calculated by setting the x value of the regression line λq.
例えば図6に示すように、実際の検出値は必ずしも安定せず、値がばらつくことが考えられる。またノイズ等の影響により検出値が瞬間的に変化することもあり得る。このため、例えば検出値をそのままフィードバック制御に用いると、急激に電流値を変化させるような制御が実行され、ハンチング現象等が発生する可能性がある。 For example, as shown in FIG. 6, the actual detected values are not necessarily stable and may vary. Furthermore, the detected value may change instantaneously due to the influence of noise or the like. For this reason, for example, if the detected value is used as it is for feedback control, control that abruptly changes the current value is executed, which may cause a hunting phenomenon or the like.
そこで、本実施形態では、実際の検出値に代えて、回帰直線から算出された近似値がフィードバック制御に用いられる。これにより、フィードバックに用いる値が安定し、ハンチング現象等を回避することが可能となる。
このように、回帰直線から近似値を算出する処理は、モータ制御の高調波成分を除去するための電流平均化処理であるとも言える。
Therefore, in this embodiment, an approximate value calculated from the regression line is used for feedback control instead of the actual detected value. This stabilizes the value used for feedback, making it possible to avoid hunting phenomena and the like.
In this way, the process of calculating an approximate value from the regression line can be said to be a current averaging process for removing harmonic components of motor control.
本実施形態では、回帰直線の算出に用いるデータの区間範囲(ここでは制御周期T)の最後における回帰直線の値が、近似値として用いられる。従って各回帰直線にx=2π(ただし0≦x≦2π)を代入して近似値(y=a×2π+b)が算出される。これは、各検出値のうち、最も新しい検出値の検出タイミングにおける近似値を算出する処理である。図6には、x=2π(t=Te)での回帰直線上のポイントが白丸により模式的に図示されている。この白丸のポイントが示す電流値が近似値としてフィードバック制御に用いられる。 In this embodiment, the value of the regression line at the end of the interval range (here, the control period T) of the data used to calculate the regression line is used as the approximate value. Therefore, an approximate value (y=a×2π+b) is calculated by substituting x=2π (where 0≦x≦2π) into each regression line. This is a process of calculating an approximate value at the detection timing of the latest detected value among the detected values. In FIG. 6, points on the regression line at x=2π (t=Te) are schematically illustrated by white circles. The current value indicated by this white circle point is used as an approximate value for feedback control.
ステップ107では、d軸電流id及びq軸電流iqについて上記の処理がそれぞれ実行される。
例えば回帰直線λdの算出に使用したd軸電流idの検出値のうち最も新しい検出値の検出タイミング及び回帰直線λdからd軸電流近似値id'が算出される。すなわち、λdにx=2πを代入した値がid'となる。
また例えば回帰直線λqの算出に使用したq軸電流iqの検出値のうち最も新しい検出値の検出タイミング及び回帰直線λqからq軸電流近似値iq'が算出される。すなわち、λqにx=2πを代入した値がiq'となる。
これにより、各近似線λd及びλqが表す最新の値を近似値id'及びiq'としてフィードバックすることが可能となり、制御指令値を適正に算出することが可能となる。
In step 107, the above-mentioned processing is executed for each of the d-axis current id and the q-axis current iq.
For example, the d-axis current approximate value id' is calculated from the detection timing of the latest detected value among the detected values of the d-axis current id used to calculate the regression line λd and the regression line λd. That is, the value obtained by substituting x=2π for λd becomes id'.
Further, for example, a q-axis current approximate value iq' is calculated from the regression line λq and the detection timing of the latest detected value among the detected values of the q-axis current iq used to calculate the regression line λq. That is, the value obtained by substituting x=2π for λq becomes iq'.
This makes it possible to feed back the latest values represented by each of the approximation lines λd and λq as the approximation values id' and iq', making it possible to appropriately calculate the control command value.
なお、xの値を設定することは、例えば制御に用いる電流を読み取るタイミングを設定することに対応する。xは任意に設定することが可能であり、例えば未来の電流値を推定するように設定することや、過去の電流値を推定するように設定することも可能である。 Note that setting the value of x corresponds to, for example, setting the timing for reading the current used for control. x can be set arbitrarily; for example, it can be set to estimate a future current value, or it can be set to estimate a past current value.
このように、近似処理部37では、d軸電流idの検出値に基づいて、d軸電流idの近似線(回帰直線λd)とd軸電流近似値id'とが算出される。またq軸電流iqの検出値に基づいて、q軸電流iqの近似線(回帰直線λq)とq軸電流近似値iq'とが算出される。これにより、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'によるベクトル制御が可能となるため、無駄が少なく精度のよい制御を実現することが可能となる。
In this manner, the
次に、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'を用いて、モータ25の制御指令値が算出される(ステップ108)。ここでは最新のd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'から、制御指令値となるU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*が算出される。
Next, a control command value for the
例えば、ステップ105で制御タイミングであると判定された場合、ステップ106及び107で算出されたd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'を用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を更新する処理が実行される。 For example, if it is determined in step 105 that it is the control timing, the d-axis current approximate value id' and q-axis current approximate value iq' calculated in steps 106 and 107 are used to set the d-axis voltage command value Vd * Processing to update the q-axis voltage command value Vq * is executed.
d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を更新する処理として、具体的には、位置推定処理、軸誤差制御処理、及び電圧指令更新処理がこの順番で実行される(図7参照)。
位置推定処理は、軸誤差演算処理部38により実行される。具体的には、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'からモータ25の軸誤差Δθが算出される。
軸誤差制御処理は、軸誤差制御部39により実行される。具体的には、軸誤差Δθを0に収束させるようなモータ電圧Vが算出される。
Specifically, as the process of updating the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * , position estimation processing, axis error control processing, and voltage command update processing are executed in this order (see FIG. 7 reference).
The position estimation process is executed by the axis error
The axis error control process is executed by the axis
電圧指令更新処理は、電圧指令生成部42により実行され、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を更新する処理である。具体的には、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'と、モータ電圧Vと、電気角速度指令値ωeとを用いて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が更新される。
The voltage command update process is executed by the voltage
モータ25を制御する方法として、例えば軸誤差Δθからモータ25の回転速度の誤差を算出し、その誤差を0に近づけるようにモータ25の速度制御を行う方法が挙げられる(図8参照)。この場合、高精度な速度制御が可能になるが、速度制御を行うことでフィードバック制御に要する処理負荷が増大する可能性もある。
As a method of controlling the
これに対し、図2を参照して説明したように、本実施形態では、速度制御を省略し、軸誤差演算処理部38から得られた軸誤差Δθから、直接、電圧指令値(d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*)を制御する構成となっている。これにより、フィードバック制御に要する処理負荷を軽減し、無駄な制御を減らすことが可能となる。
以下では、電圧指令生成部42のうち、d軸電圧算出器50及びq軸電圧算出器51の動作について具体的に説明する。
On the other hand, as explained with reference to FIG. 2, in this embodiment, the speed control is omitted and the voltage command value (d-axis voltage The configuration is such that the command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * ) are controlled. This makes it possible to reduce the processing load required for feedback control and reduce unnecessary control.
Below, the operations of the d-
d軸電圧算出器50は、d軸電圧指令値Vd*の元となるd軸電圧Vdを算出する。d軸電圧Vdに非干渉化処理を行うことでd軸電圧指令値Vd*が算出される。
ここで、モータ25に対する電気角速度指令値をωe*とし、モータ25のq軸インダクタンスをLqとし、q軸電流近似値をiq'とする。d軸電圧算出器50は、d軸電圧Vdを以下に示す(1)式に従って算出する。
Vd=-ωe*×Lq×iq' ・・・(1)
The d-
Here, it is assumed that the electrical angular velocity command value for the
Vd=-ωe * ×Lq×iq'...(1)
さらに(1)式の算出結果に基づいてd軸電圧指令値Vd*が算出される。具体的には、減算器53によりd軸電圧Vdから非干渉化補正値Vdaが減算され、その結果がd軸電圧指令値Vd*として算出される。なお非干渉化補正値Vdaは、非干渉化制御器52によりq軸電流近似値iq'に応じて算出される。
Furthermore, the d-axis voltage command value Vd * is calculated based on the calculation result of equation (1). Specifically, the
q軸電圧算出器51は、q軸電圧指令値Vq*の元となるq軸電圧Vqを算出する。q軸電圧Vqに非干渉化処理を行うことでq軸電圧指令値Vq*が算出される。
ここで、モータ電圧をVとし、d軸電圧をVdとする。q軸電圧算出器51は、q軸電圧Vqを以下に示す(2)式に従って算出する。
Vq=sqrt(V2-Vd2) ・・・(2)
なお(2)式のsqrt()は、()内の値に対する平方根を意味する。
The q-
Here, the motor voltage is V and the d-axis voltage is Vd. The q-
Vq=sqrt(V 2 -Vd 2 )...(2)
Note that sqrt() in equation (2) means the square root of the value in ().
さらに(2)式の算出結果に基づいてq軸電圧指令値Vq*が算出される。具体的には、加算器54によりq軸電圧Vqに非干渉化補正値Vqaが加算され、その結果がq軸電圧指令値Vq*として算出される。なお非干渉化補正値Vqaは、非干渉化制御器52によりd軸電流近似値id'に応じて算出される。
Furthermore, the q-axis voltage command value Vq * is calculated based on the calculation result of equation (2). Specifically, the
このように、(1)式により算出されるVd及び(2)式により算出されるVqに対して、非干渉化処理を行うことで、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が算出される。この非干渉化で使用する電流値も、回帰直線を用いて算出した近似値である。
算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*は、2相-3相変換器55により制御指令値(Vu*,Vv*,Vw*)に変換される。
In this way, by performing non-interference processing on Vd calculated by equation (1) and Vq calculated by equation (2), the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * is calculated. The current value used in this non-interference process is also an approximate value calculated using a regression line.
The calculated d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * are converted into control command values (Vu * , Vv * , Vw * ) by a two-phase to three-
なお、ステップ105で制御タイミングでないと判定された場合、ステップ106及び107は実行されない。この場合、最新のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が、2相-3相変換器55によりその時の電気回転角度θeに応じて制御指令値(Vu*,Vv*,Vw*)に変換される。 Note that if it is determined in step 105 that it is not the control timing, steps 106 and 107 are not executed. In this case, the latest d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * are converted into control command values (Vu * , Vv * , Vw * ).
制御指令値が算出されると、モータ25の制御を終了するか否かが判定される(ステップ109)。例えば、空気調和機100の使用者が運転を停止する操作を行った場合には、モータ25の制御は終了する。制御を終了する場合(ステップ109のYes)、図5のフローチャートに基づくループ処理が終了する。また制御を継続する場合(ステップ109のNo)、ステップ101以降の処理が再度実行される。
Once the control command value is calculated, it is determined whether or not to end the control of the motor 25 (step 109). For example, when the user of the
[モータ制御のタイミング]
図7は、モータ制御のタイミングを示すタイムチャートである。図7の一番上側には、電気回転角度θeの時間変化を示す模式的なグラフが図示されている。このグラフの下側には、電流検出処理、近似処理、位置推定処理、軸誤差制御処理、及び電圧指令更新処理のタイムチャートがこの順番で図示されている。図7のグラフ及びタイムチャートの横軸は時間である。
ここでは、制御周期Tは電気角周期Teに設定される。また図7では電流検出処理の終了タイミングが電気角周期Teの終了タイミング(θe=2π)に設定される。
[Motor control timing]
FIG. 7 is a time chart showing the timing of motor control. At the top of FIG. 7, a schematic graph showing temporal changes in the electrical rotation angle θe is illustrated. Below this graph, time charts of current detection processing, approximation processing, position estimation processing, axis error control processing, and voltage command updating processing are illustrated in this order. The horizontal axis of the graph and time chart in FIG. 7 is time.
Here, the control period T is set to the electrical angle period Te. Further, in FIG. 7, the end timing of the current detection process is set to the end timing of the electrical angle period Te (θe=2π).
図7に示すように、モータ制御装置30では、電流検出処理、近似処理、位置推定処理、軸誤差制御処理、及び電圧指令更新処理がこの順番で繰り替えし実行される。
このうち、電流検出処理では、上記したように、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwが検出され、その結果がd軸電流id及びq軸電流iqに変換される。電流検出処理は、図6のステップ103及びステップ104に対応する。この処理を実行する検出周期Tmは、制御周期T内に所定回数サンプルできるような周期に設定される。
As shown in FIG. 7, in the
Among these, in the current detection process, as described above, the U-phase current iu, the V-phase current iv, and the W-phase current iw are detected, and the results are converted into the d-axis current id and the q-axis current iq. The current detection process corresponds to step 103 and step 104 in FIG. The detection cycle Tm for executing this process is set to a cycle that allows sampling a predetermined number of times within the control cycle T.
近似処理では、d軸電流id及びq軸電流iqについて、回帰直線λd及び回帰直線λqが算出される。さらに、回帰直線λd及び回帰直線λqからd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'が算出される。近似処理は、図6のステップ106及びステップ107に対応する。 In the approximation process, a regression line λd and a regression line λq are calculated for the d-axis current id and the q-axis current iq. Furthermore, the d-axis current approximate value id' and the q-axis current approximate value iq' are calculated from the regression line λd and the regression line λq. The approximation process corresponds to step 106 and step 107 in FIG.
位置推定処理、軸誤差制御処理、及び電圧指令更新処理は、図6において、ステップ106及び107が実行された場合にステップ108で実行される。
位置推定処理では、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'から軸誤差Δθが算出される。また軸誤差制御処理では、軸誤差Δθからモータ電圧Vが算出される。さらに電圧指令更新処理では、d軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'と、モータ電圧Vと、電気角速度指令値ωeとをもとに、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が更新される。次の制御周期Tでは、更新されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*をもとに、制御指令値(Vu*,Vv*,Vw*)が算出される。
The position estimation process, axis error control process, and voltage command update process are executed in step 108 in FIG. 6 when steps 106 and 107 are executed.
In the position estimation process, the axis error Δθ is calculated from the d-axis current approximate value id' and the q-axis current approximate value iq'. Further, in the axis error control process, the motor voltage V is calculated from the axis error Δθ. Furthermore, in the voltage command update process, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis Voltage command value Vq * is updated. In the next control cycle T, control command values (Vu * , Vv * , Vw * ) are calculated based on the updated d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * .
このように、モータ制御装置30では、制御周期Tごとに、所定回数の電流検出が行われ、その後、近似処理、位置推定処理、軸誤差制御処理、及び電圧指令更新処理が実行されて、近似値を用いたフィードバック制御が実行される。
フィードバック制御の制御周期Tは、電気角周期Teを基準としているため、制御の頻度を低くすることが可能となる。またフィードバックする値には近似線から算出した近似値を用いているため、例えば突発的な電流の変化に影響されることなく、モータ制御を安定して継続することが可能となる。
In this way, in the
Since the control period T of the feedback control is based on the electrical angle period Te, it is possible to reduce the frequency of control. Further, since the approximate value calculated from the approximate line is used as the value to be fed back, it is possible to stably continue motor control without being affected by, for example, sudden changes in current.
以上、本実施形態に係るモータ制御装置30では、制御周期Tごとに、d軸電流id及びq軸電流iqを検出してその近似線λd及びλqが算出される。この近似線λd及びλqを用いて算出したd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'により、モータ25の制御指令値Vu*,Vv*,Vw*)が算出される。制御周期Tは、電気角周期Teを基準に設定されるため、制御の頻度は低くなる。また近似線を用いることで、ノイズ等に影響されることなくフィードバック値を算出することが可能となる。無駄な制御を減らしつつ適正なモータ制御を実現することが可能となる。
As described above, in the
図8は、比較例として挙げるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。図8に示すモータ制御装置130は、例えば一般的なモータのベクトル制御に用いられる装置である。ここでは、図2に示すモータ制御装置30と同様の構成については、同じ符号を付けて説明する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a motor control device as a comparative example. The
図8に示すように、モータ制御装置130には、近似線や近似値を算出するブロックは設けられず、検出されたd軸電流id及びq軸電流iqがそのままフィードバックに用いられる。
例えば軸誤差演算処理部80では検出値をそのまま使用して軸誤差Δθが算出される。またPLL制御器81により、軸誤差Δθから推定角速度ωeが算出される。推定角速度ωeはローパスフィルタ82(LPF)を介して変換器83に入力され、機械角速度ωmに変換される。機械角速度ωmは、電圧指令生成部85に入力される。
また積分器84は、推定角速度ωeを積分することにより電気回転角度θeを算出する。また非干渉化制御器52は、推定角速度ωe、d軸電流検出値id、及びq軸電流検出値iqを用いて非干渉化補正値(Vda及びVqa)を算出する。
As shown in FIG. 8, the
For example, the axis error
Furthermore, the
電圧指令生成部85では、減算器86により機械角速度指令値ωmと機械角速度ωmとの角度差分が算出される。また速度制御器87は、角速度差分に応じて、積分器及び比例器を用いてq軸電流指令値iq*が算出される。これが上記した速度制御処理に相当する。
In the voltage
さらに、減算器88では、外部から入力されたd軸電流指令値id*からd軸電流検出値idが減算される。この減算結果からd軸電流制御器89によりd軸電圧指令値Vd**が算出される。また、減算器90では、速度制御器87からから入力されたq軸電流指令値iq*からq軸電流検出値iqが減算される。この減算結果からq軸電流制御器91により、q軸電圧指令値Vq**が算出される。
Vd**及びVq**は、上記した(1)式のVd及び(2)式のVqに対応するパラメータである。Vd**及びVq**について非干渉化処理を行うことで、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が算出される。
Furthermore, the
Vd ** and Vq ** are parameters corresponding to Vd in equation (1) and Vq in equation (2) above. The d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are calculated by performing non-interference processing on Vd ** and Vq ** .
図8のように検出値をそのまま用いたフィードバック制御では、ノイズ等の外乱によって変化する成分もフィードバックされることになる。例えばノイズ等の外乱により検出値に誤差が生じて検出値が急激に変化した場合、不正確な検出値により制御指令値が一時的に大きく変化し、その後で振動しながら収束するといったハンチング現象が発生する可能性がある。このようにノイズ等の外乱の影響により、制御指令値に高調波成分が重畳されると、モータの動作が不安定になる。
また制御指令値が振動するような状況では、速度制御等によるエネルギーロス(制御ロス)が発生する可能性がある。例えば本来の検出値とは乖離した不正確な検出値に従ってモータを不要に加速させることで無駄なエネルギーを消費することになる。
In feedback control that uses the detected values as they are as shown in FIG. 8, components that change due to disturbances such as noise are also fed back. For example, if a disturbance such as noise causes an error in the detected value and the detected value changes suddenly, a hunting phenomenon occurs in which the control command value temporarily changes greatly due to the inaccurate detected value, and then converges while oscillating. This may occur. As described above, when harmonic components are superimposed on the control command value due to the influence of disturbances such as noise, the operation of the motor becomes unstable.
Furthermore, in a situation where the control command value oscillates, energy loss (control loss) due to speed control or the like may occur. For example, energy is wasted by unnecessarily accelerating the motor in accordance with an inaccurate detection value that deviates from the original detection value.
また図8に示すモータ制御装置130では、例えばキャリア周波数Tcの数倍程度の周期(例えばキャリア周期の4~5倍)で繰り返しフィードバック制御が行われる。従ってモータ制御装置130は、電流検出や、その検出値を使ったフィードバック制御を頻繁に実行する装置となる。
このように、キャリア周波数Tcをもとにした周期で繰り返し制御を行う場合、無駄な制御が増大する可能性がある。また上記したノイズ等の影響をより受けやすくなり、エネルギー効率が悪化する可能性がある。
Further, in the
In this way, when control is repeatedly performed at a period based on the carrier frequency Tc, unnecessary control may increase. Moreover, it becomes more susceptible to the effects of the above-mentioned noise, etc., and energy efficiency may deteriorate.
ノイズ等の外乱によって変化する成分を除去する方法として、1次遅れフィルタを利用する方法が挙げられる。この場合、フィルタの特性に応じた時間遅れが発生する。例えば時間遅れの間に電流値が変動していた場合、平均化で算出した電流値と、実際の現在の電流値とが乖離する可能性がある。
このため、例えばモータに流れる電流値を急激に変化させるような制御が行われてしまい、モータの動作が不安定になる可能性がある。また突発的な負荷変動やノイズが発生した場合に、時間遅れがあることで正確に電流値を推定することができない。
One method for removing components that change due to disturbances such as noise is to use a first-order lag filter. In this case, a time delay occurs depending on the characteristics of the filter. For example, if the current value fluctuates during the time delay, the current value calculated by averaging may deviate from the actual current current value.
For this reason, for example, control may be performed to abruptly change the value of the current flowing through the motor, and the operation of the motor may become unstable. Furthermore, when sudden load fluctuations or noise occur, the current value cannot be accurately estimated due to the time delay.
また1次遅れフィルタを用いた平均化処理は、電流値を検出するたびに行う必要があり、制御の回数が多く処理負荷が増大することが考えられる。
例えばプロペラファンを駆動するファンモータを駆動するような場合、必ずしも突発的な負荷変動等に制御を追従させる必要はない。この場合、電流値を検出するたびに一次遅れフィルタによる平均化処理をするのでは無駄な制御が多くなる。
Further, the averaging process using the first-order lag filter needs to be performed every time a current value is detected, which may increase the number of control operations and increase the processing load.
For example, when driving a fan motor that drives a propeller fan, the control does not necessarily need to follow sudden load changes. In this case, if averaging processing is performed using a first-order lag filter every time a current value is detected, there will be a lot of unnecessary control.
一方、本実施形態に係るモータ制御装置30では、フィードバック制御を行う制御周期Tが、電気角周期Teを基準に設定される。例えば図7に示すように、近似処理やそれ以降の電圧指令値等を更新する処理が、電気角周期Teで実行される。これにより、例えば図8のようにキャリア周期Tcを基準として頻繁にフィードバック制御を行う場合と比べ、制御の回数を大幅に低減することが可能となる。この結果、不要なフィードバック制御を間引くことが可能となる。
On the other hand, in the
さらに本実施形態では、制御周期Tごとに、d軸電流id及びq軸電流iqについての回帰直線λd及び回帰直線λqが算出される。そしてフィードバック制御に用いる電流値として回帰直線λd及び回帰直線λqからd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'が算出される。これにより、例えば1次遅れフィルタを用いる場合に比べ、突発的な負荷変動やノイズ等に影響されずに正確に電流値を検出することが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, the regression line λd and the regression line λq for the d-axis current id and the q-axis current iq are calculated for each control cycle T. Then, a d-axis current approximate value id' and a q-axis current approximate value iq' are calculated from the regression line λd and the regression line λq as current values used for feedback control. This makes it possible to accurately detect the current value without being affected by sudden load fluctuations, noise, etc., compared to the case where, for example, a first-order lag filter is used.
またd軸電流近似値id'及びq軸電流近似値iq'には、最後のデータ点の検出タイミングにおける回帰直線λd及び回帰直線λqの値が用いられる。このように、回帰直線の最終値を用いることで、各近似値が実際の現在の電流値と大きく乖離することはなくなる。この結果、モータ25を安定して制御することが可能となる。
Further, the values of the regression line λd and the regression line λq at the detection timing of the last data point are used for the d-axis current approximate value id' and the q-axis current approximate value iq'. In this way, by using the final value of the regression line, each approximate value will not deviate greatly from the actual current current value. As a result, it becomes possible to stably control the
例えば、1次遅れフィルタに代表されるような平均化処理では、フィルタリングによる時間遅れが発生し、フィードバック制御が冗長になる。この時間遅れの間に突発的な負荷変動が発生すると電流波形が不連続になる可能性がある。
本実施形態では、回帰直線(λd及びλq)を用いることで、フィードバック制御に用いる値(近似値id'及びiq')が安定する。これにより、フィードバック制御が冗長になることで電流波形が不連続になることを緩和することが可能となる。
また、フィードバック制御に用いる値がノイズ等に影響されないため、モータ25に対して正弦波形の電流を安定して供給することが可能となり、モータ25の動作を安定させることが可能となる。
また、突発的な負荷変動やノイズ等に応じた制御が発生しにくくなる。例えば、空気調和機100の室外機2の前を人が横切った場合等に突発的な負荷変動が発生することがあるが、これに追従するような制御は無駄になる。このような無駄な制御が減らされ、効率よくモータを制御することが可能となる。
For example, in averaging processing as typified by a first-order lag filter, a time delay occurs due to filtering, making feedback control redundant. If a sudden load change occurs during this time delay, the current waveform may become discontinuous.
In this embodiment, the values used for feedback control (approximate values id' and iq') are stabilized by using the regression line (λd and λq). This makes it possible to alleviate discontinuity in the current waveform due to redundant feedback control.
Further, since the value used for feedback control is not affected by noise or the like, it becomes possible to stably supply a sinusoidal waveform current to the
Furthermore, control in response to sudden load fluctuations, noise, etc. is less likely to occur. For example, a sudden load change may occur when a person crosses in front of the
このように、本実施形態では、電気角周期Teを基準に制御周期Tを設定することで制御の回数を減らし、近似線から算出した近似値を用いることで突発的な負荷への追従もなくなる。これにより、無駄な制御を十分に低減することが可能となり、装置の省エネルギー化を図ることが可能となる。 In this way, in this embodiment, the number of times of control is reduced by setting the control period T based on the electrical angular period Te, and by using the approximate value calculated from the approximate line, there is no need to follow sudden loads. . This makes it possible to sufficiently reduce unnecessary control, and it becomes possible to achieve energy savings in the device.
例えば慣性モーメントが大きく、頻繁な制御を行わなくて良いプロペラファンを駆動する場合には、制御周期Tが比較的長くても適正な制御が可能であり、本発明を良好に適用することが可能である。この場合、制御に伴うエネルギーロス等を十分に減らし、効率的なモータ制御を実現することが可能となる。 For example, when driving a propeller fan that has a large moment of inertia and does not require frequent control, appropriate control is possible even if the control cycle T is relatively long, and the present invention can be effectively applied. It is. In this case, it becomes possible to sufficiently reduce energy loss and the like associated with control and realize efficient motor control.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、電気角周期Teをモータ25に供給される交流電流の周期としたが、モータ25に供給される交流電圧の周期を電気角周期Teとしてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the electrical angular period Te is the period of the alternating current supplied to the
以上の実施形態では、2つの電流センサを備える電流検出回路により、U相電流、V相電流、W相電流のうち、2つの電流を検出する構成について説明した。これらのモータ電流を検出する方法は限定されない。
例えば電流検出回路は、単一のシャント抵抗を用いてモータ電流を検出するように構成されてもよい。この場合、IPMとGNDとを結ぶ配線上にシャント抵抗が直列に接続され、シャント抵抗の端子間電圧が検出される。これにより、IPMからモータの各相の巻線を通ってGNDに流れ込む電流を検出することが可能となる。
このような方法により、U相電流、V相電流、W相電流が検出されてもよい。この場合、複数の電流センサ等を設ける必要がないため、装置コストを抑えることが可能となる。
In the above embodiments, a configuration has been described in which a current detection circuit including two current sensors detects two currents among the U-phase current, V-phase current, and W-phase current. The method of detecting these motor currents is not limited.
For example, the current detection circuit may be configured to detect motor current using a single shunt resistor. In this case, a shunt resistor is connected in series on the wiring connecting the IPM and GND, and the voltage between the terminals of the shunt resistor is detected. This makes it possible to detect the current flowing from the IPM to GND through the windings of each phase of the motor.
U-phase current, V-phase current, and W-phase current may be detected by such a method. In this case, since it is not necessary to provide multiple current sensors, etc., it is possible to reduce the device cost.
以上の実施形態では、d軸電流及びq軸電流についての近似線及び近似値を算出する例について説明した。これに限定されず、例えばU相電流、V相電流、及びW相電流についての近似線及び近似値が算出されてもよい。この場合、例えば正弦波形状の近似線を用いて、U相電流、V相電流、及びW相電流の近似値が算出される。これら3相の近似値からd軸電流及びq軸電流が算出されフィードバックに用いられる。これにより、例えば突発的なノイズ等が発生した場合でも各相の近似値は安定して算出されるため、無駄な制御を減らしつつ適正なモータ制御を実現することが可能となる。 In the above embodiments, an example of calculating approximate lines and approximate values for the d-axis current and the q-axis current has been described. The present invention is not limited to this, and for example, approximate lines and approximate values for the U-phase current, V-phase current, and W-phase current may be calculated. In this case, approximate values of the U-phase current, V-phase current, and W-phase current are calculated using, for example, a sinusoidal approximation line. A d-axis current and a q-axis current are calculated from approximate values of these three phases and used for feedback. As a result, even when sudden noise or the like occurs, for example, the approximate values for each phase can be stably calculated, making it possible to realize appropriate motor control while reducing unnecessary control.
6u、6v、6w…PWM信号
24…ファン
25…モータ
30…モータ制御装置
31…駆動回路
32…演算回路
33…電流検出回路
36…3相-2相変換器
37…近似処理部
38…軸誤差演算処理部
39…軸誤差制御部
40…積分器
42…電圧指令生成部
45…PWM変調器
46…IPM
50…d軸電圧算出器
51…q軸電圧算出器
100…空気調和機
6u, 6v, 6w...
50...d-
Claims (12)
前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧または前記交流電流の電気角周期を基準とした制御周期ごとに、前記モータ電流を検出した複数の検出値に基づいて前記モータ電流の近似線を算出し、当該近似線に基づいて前記モータ電流の近似値を算出する電流近似部と、
前記近似値に基づいて前記制御指令値を算出する制御部と
を備えたモータ制御装置。 a drive unit that drives the motor by supplying an AC voltage or AC current to the motor according to a control command value;
a current detection unit that detects a motor current flowing through the motor;
An approximate line of the motor current is calculated based on a plurality of detected values of the motor current for each control cycle based on the electrical angle period of the AC voltage or the AC current, and the approximate line of the motor current is calculated based on the approximate line. a current approximation unit that calculates an approximate value of the motor current;
A motor control device comprising: a control section that calculates the control command value based on the approximate value.
前記モータ電流は、d軸電流及びq軸電流であり、
前記電流検出部は、前記d軸電流及び前記q軸電流を検出し、
前記近似線は、前記d軸電流の近似線及び前記q軸電流の近似線であり、
前記近似値は、前記d軸電流の近似値及び前記q軸電流の近似値であり、
前記電流近似部は、前記d軸電流の検出値に基づいて、前記d軸電流の近似線と前記d軸電流の近似値とを算出し、前記q軸電流の検出値に基づいて、前記q軸電流の近似線と前記q軸電流の近似値とを算出する
モータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The motor current is a d-axis current and a q-axis current,
The current detection unit detects the d-axis current and the q-axis current,
The approximate line is an approximate line of the d-axis current and an approximate line of the q-axis current,
The approximate value is an approximate value of the d-axis current and an approximate value of the q-axis current,
The current approximation unit calculates an approximate line of the d-axis current and an approximate value of the d-axis current based on the detected value of the d-axis current, and calculates an approximate line of the d-axis current and an approximate value of the d-axis current based on the detected value of the q-axis current. A motor control device that calculates an approximate line of axis current and an approximate value of the q-axis current.
前記制御部は、
前記d軸電流の近似値と、前記q軸電流の近似値とに基づいて前記モータの軸誤差を算出する軸誤差算出部と、
前記軸誤差がゼロに収束するようにモータ電圧を調整する電圧調整部と、
前記d軸電流の近似値と、前記q軸電流の近似値と、調整後の前記モータ電圧と、前記モータに対する速度指令値とに基づいて、d軸電圧の指令値及びq軸電圧の指令値を算出する指令値算出部と
を有する
モータ制御装置。 The motor control device according to claim 2,
The control unit includes:
an axis error calculation unit that calculates an axis error of the motor based on the approximate value of the d-axis current and the approximate value of the q-axis current;
a voltage adjustment unit that adjusts the motor voltage so that the axis error converges to zero;
A command value for the d-axis voltage and a command value for the q-axis voltage based on the approximate value of the d-axis current, the approximate value of the q-axis current, the adjusted motor voltage, and the speed command value for the motor. A motor control device comprising: a command value calculation section that calculates .
前記指令値算出部は、前記モータに対する電気角速度の指令値をωe*とし、前記モータのq軸インダクタンスをLqとし、前記q軸電流の近似値をiq'として、前記d軸電圧Vdを以下に示す(1)式に従って算出し、当該算出結果に基づいて前記d軸電圧の指令値を算出する
Vd=-ωe*×Lq×iq' ・・・(1)
モータ制御装置。 The motor control device according to claim 3,
The command value calculation unit sets the command value of the electrical angular velocity to the motor as ωe * , the q-axis inductance of the motor as Lq, and the approximate value of the q-axis current as iq', and calculates the d-axis voltage Vd as follows. Calculate according to formula (1) shown below, and calculate the command value of the d-axis voltage based on the calculation result. Vd=-ωe * ×Lq×iq' (1)
Motor control device.
前記指令値算出部は、前記モータ電圧をVとし、前記d軸電圧をVdとして、前記q軸電圧Vqを以下に示す(2)式に従って算出し、当該算出結果に基づいて前記q軸電圧の指令値を算出する
Vq=sqrt(V2-Vd2) ・・・(2)
モータ制御装置。 The motor control device according to claim 4,
The command value calculation unit calculates the q-axis voltage Vq according to equation (2) shown below, where the motor voltage is V and the d-axis voltage is Vd, and the q-axis voltage is calculated based on the calculation result. Calculate the command value Vq=sqrt(V 2 - Vd 2 )...(2)
Motor control device.
前記近似線は、時間に対する前記モータ電流の変化を近似する近似線であり、
前記電流検出部は、所定の周期で前記モータ電流を検出し、
前記電流近似部は、前記近似線の算出に使用した前記モータ電流の検出値のうち最も新しい検出値の検出タイミング及び前記近似線から前記モータ電流の近似値を算出する
モータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 5,
The approximate line is an approximate line that approximates a change in the motor current with respect to time,
The current detection unit detects the motor current at a predetermined period,
The current approximation unit calculates the approximate value of the motor current from the detection timing of the latest detected value among the detected values of the motor current used to calculate the approximate line and the approximate line.
前記近似線は、前記複数の検出値に対する最小二乗法により算出された回帰直線である
モータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 6,
The approximate line is a regression line calculated by the least squares method for the plurality of detected values. The motor control device.
前記制御周期は、nを任意の正の整数値として、前記電気角周期のn倍、又は1/n倍に設定される
モータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 7,
The control period is set to be n times the electrical angle period or 1/n times the electrical angle period, where n is an arbitrary positive integer value.
前記駆動部は、前記制御指令値に基づいてPWM信号を生成するPWM生成部と、前記PWM信号に基づいて前記モータに電力を供給する電力供給部とを有し、
前記電流検出部は、前記PWM信号のキャリア周期内で前記モータ電流を少なくとも1回検出する電流検出処理を、前記制御周期内に所定回数だけ実行する
モータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 8,
The drive unit includes a PWM generation unit that generates a PWM signal based on the control command value, and a power supply unit that supplies power to the motor based on the PWM signal,
The current detection unit executes a current detection process of detecting the motor current at least once within the carrier cycle of the PWM signal a predetermined number of times within the control cycle.
前記電流検出部は、単一のシャント抵抗を用いて前記モータ電流を検出する
モータ制御装置。 The motor control device according to claim 9,
The current detection unit detects the motor current using a single shunt resistor. The motor control device.
前記モータは、空気調和器に搭載されたファンを駆動するファンモータである
モータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 10,
The motor is a fan motor that drives a fan installed in an air conditioner.
前記モータに流れるモータ電流を検出し、
前記交流電圧または前記交流電流の電気角周期を基準とした制御周期ごとに、前記モータ電流を検出した複数の検出値に基づいて前記モータ電流の近似線を算出し、当該近似線に基づいて前記モータ電流の近似値を算出し、
前記制御周期ごとに、前記近似値に基づいて前記制御指令値を算出する
モータ制御方法。 driving the motor by supplying an alternating current voltage or alternating current according to a control command value to the motor;
detecting a motor current flowing through the motor;
An approximate line of the motor current is calculated based on a plurality of detected values of the motor current for each control cycle based on the electrical angle period of the AC voltage or the AC current, and the approximate line of the motor current is calculated based on the approximate line. Calculate the approximate value of the motor current,
A motor control method, wherein the control command value is calculated based on the approximate value for each control cycle.
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