JP3173022B2 - Control device for brushless DC motor - Google Patents

Control device for brushless DC motor

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JP3173022B2 JP04158891A JP4158891A JP3173022B2 JP 3173022 B2 JP3173022 B2 JP 3173022B2 JP 04158891 A JP04158891 A JP 04158891A JP 4158891 A JP4158891 A JP 4158891A JP 3173022 B2 JP3173022 B2 JP 3173022B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石界磁を持つブ
ラシレス直流モータの制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a brushless DC motor having a permanent magnet field.

【0002】[0002]

【従来の技術】永久磁石により界磁磁束を得る直流ブラ
シレスモータは、従来は直軸電流を流すことは不可能で
あったが、磁石材料の発達により磁気特性の優れた磁石
が得られるようになり、直軸電流を積極的に利用した制
御方法が提案されている。さらに、直流ブラシレスモー
タは直接に界磁を弱めることはできないが、d軸電機子
反作用を利用して弱め界磁と等価な作用を得て速度制御
範囲を拡大する制御方法が提案されている。例えば、電
気学会、半導体電力変換研究会資料、SPC−90−1
1、第1頁乃至第8頁、「セグメント構造PMモータの
広範囲速度制御」がある。
2. Description of the Related Art DC brushless motors that obtain a field magnetic flux by means of permanent magnets have not been able to pass a direct-axis current in the past. In other words, a control method that actively uses the direct-axis current has been proposed. Further, a DC brushless motor cannot directly weaken the field, but a control method has been proposed in which a speed control range is expanded by using a d-axis armature reaction to obtain an action equivalent to the weakened field. For example, the Institute of Electrical Engineers of Japan, Materials for the Study of Semiconductor Power Conversion, SPC-90-1
1, page 1 to page 8, "Segment Structure PM Motor Wide Range Speed Control".

【0003】ここで、直流ブラシレスモータの制御装置
は、速度制御系のマイナループ制御系として、又は独立
した制御系として電流制御系を具えるものが多く、この
電流制御系は例えば図3に示す構成にされる。
Here, a control device for a DC brushless motor often has a current control system as a minor loop control system of a speed control system or as an independent control system. This current control system has, for example, a configuration shown in FIG. To be.

【0004】直流電源1からの直流電力はインバータ主
回路2によって制御されたPWM波形の電圧出力に変換
され、DCブラシレスモータ3の電機子電流として供給
される。モータ3の回転子位置はアブソリュートエンコ
ーダ4によって位相信号θとして検出される。電流指令
1refは乗算器51,52の乗数にされ、これら乗算器5
1,52の被乗数には正弦波発生器6からの互いに120
度移相した正弦波信号にされる。この正弦波位相はエン
コーダ4の位相信号θに従って制御される。
The DC power from the DC power supply 1 is converted into a voltage output of a PWM waveform controlled by the inverter main circuit 2 and supplied as an armature current of the DC brushless motor 3. The rotor position of the motor 3 is detected by the absolute encoder 4 as a phase signal θ. The current command I 1ref is set to a multiplier of the multipliers 5 1 and 5 2 , and the multiplier 5 1
1, 5 to 2 multiplicand 120 mutually from the sine wave generator 6
It is converted into a sine wave signal that is phase shifted. This sine wave phase is controlled according to the phase signal θ of the encoder 4.

【0005】乗算器51,52の出力にはモータ3への3
相入力のうちのu相とw相の正弦波電流指令Iu,Iw
取り出され、これら電流指令Iu,Iwはモータ電流
u′,Iw′をフィードバック信号とする電流制御アン
プ71,72によって比例・積分演算され、u相とw相の
電圧指令Vu,Vwとして取り出される。
[0005] Multiplier 5 1, 5 2 of the output 3 to the motor 3
The u-phase and w-phase sine wave current commands I u , I w of the phase input are taken out, and these current commands I u , I w are current control amplifiers using the motor currents I u ′, I w ′ as feedback signals. 7 1, 7 2 are proportional-integral calculation, the voltage command V u of u-phase and w-phase, are taken out as V w.

【0006】電圧指令Vu,Vwは加算器8によって加算
されることで該加算器9の出力にv相の電圧指令Vv
生成される。これら電圧指令Vu,Vv,VwはPWM発
生回路としてのコンパレータ91,92,93の比較入力
にされ、比較基準に搬送波発生器10からの三角波信号
が与えられることで該コンパレータ91〜93の出力に正
弦波近似のPWM波形が取り出され、これらPWM波形
がインバータ主回路2の各相ゲート信号にされ、ゲート
回路11によって増幅されてインバータ主回路2の各相
スイッチ素子のドライブ信号にされる。
The voltage commands V u and V w are added by an adder 8 to generate a v-phase voltage command V v at the output of the adder 9. These voltage commands V u , V v , V w are used as comparison inputs of comparators 9 1 , 9 2 , 9 3 as a PWM generation circuit, and a triangular wave signal from the carrier generator 10 is given as a reference for comparison. Sine-wave approximated PWM waveforms are taken out from the outputs of 9 1 to 9 3 , and these PWM waveforms are converted into gate signals of respective phases of the inverter main circuit 2, amplified by the gate circuit 11, and are switched by the phase switch elements of the inverter main circuit 2. Drive signal.

【0007】このような構成により、電流制御系ではモ
ータ電流をフィードバック制御することにより、モータ
3のトルクを制御している。
With such a configuration, the current control system controls the torque of the motor 3 by feedback-controlling the motor current.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】直流ブラシレスモータ
の制御装置において、モータの制御条件として電機子電
流及び端子電圧の上限から定トルク領域と定出力領域を
設定し、夫々の領域でのd軸,q軸電流を制御してい
る。
In a control device for a DC brushless motor, a constant torque region and a constant output region are set from the upper limit of an armature current and a terminal voltage as control conditions of the motor. The q-axis current is controlled.

【0009】従って、従来の制御装置では電機子電流及
び端子電圧に所期のものが得られることを前提とするも
のである。しかしながら、インバータのシステム構成に
よっては上記条件が変化する場合がある。
Therefore, the conventional control device is based on the assumption that desired armature currents and terminal voltages are obtained. However, the above condition may change depending on the system configuration of the inverter.

【0010】例えば、直流電源1は交流電源から整流器
によって得る構成、無停電電源化するための電池(予備
電源)を併設する構成、さらには電池電源のみを持つ構
成にされる場合、交流電源の電圧変動や電池の放電度合
による電圧低下によって直流電圧が変化、特に電池電源
の場合に大きく変化する。また、モータ3の内部抵抗が
大きい場合にはこの抵抗ドロップが直流電圧低下と同じ
になる。
For example, when the DC power supply 1 is configured to be obtained from an AC power supply by a rectifier, a battery (stand-by power supply) for uninterruptible power supply is provided, or a configuration having only a battery power supply is used. The DC voltage changes due to the voltage fluctuation or the voltage drop due to the discharge degree of the battery, and greatly changes particularly in the case of a battery power supply. When the internal resistance of the motor 3 is large, the resistance drop becomes equal to the DC voltage drop.

【0011】このような直流電圧の変動、特に低下は、
モータに指令された電流値をモータに供給するために必
要な電圧を確保できなくなり、電流をフィードバック制
御する電流制御系ではアンプ71,72の出力が飽和し、
この飽和出力は正弦波近似のPWM制御では台形波に近
くなると共に3相電流が不平衡となり、正常なトルク電
流供給ができなくなる。
[0011] Such a change in DC voltage, especially a drop,
The voltage required to supply the current value commanded to the motor to the motor cannot be secured, and the outputs of the amplifiers 7 1 and 7 2 are saturated in the current control system that performs feedback control of the current.
In the PWM control of the sine wave approximation, the saturation output becomes close to a trapezoidal wave and the three-phase current becomes unbalanced, so that a normal torque current cannot be supplied.

【0012】上述の問題は電流制御系を持つために生ず
る問題であり、電圧制御型の制御を行えば解消される。
しかしながら、電圧制御ではインバータ主回路の各相ス
イッチ素子の上下アーム間短絡を防ぐためのデッドバン
ド確保の影響による低速域での電流高調波の増加やモー
タパラメータの誤差の影響によって電流制御に比べて制
御性能が悪くなる。
The above problem is caused by having a current control system, and can be solved by performing a voltage control type control.
However, in voltage control, compared to current control due to the increase in current harmonics in the low-speed region due to the effect of securing a dead band to prevent short-circuiting between the upper and lower arms of each phase switch element of the inverter main circuit and the effect of motor parameter errors. Control performance deteriorates.

【0013】本発明の目的は、直流電圧変動にも電流制
御系の飽和を無くして安定した制御動作になる制御装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a control device capable of performing stable control operation without saturating a current control system even with DC voltage fluctuation.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、インバータからブラシレス直流モータに
供給する電流の電流指令I 1ref に前記モータの回転子位
相に合わせた正弦波を乗じる乗算器5 1 、5 2 により正弦
波電流指令I u ,I w を得、この電流指令I u ,I w とその
検出値I u ’,I w ’との偏差をそれぞれ比例積分演算す
る電流制御アンプ7 1 、7 2 によりインバータの電圧指令
u ,V w を得、この電圧指令V u ,V w を基にしてインバ
ータの出力電圧を正弦波近似PWM制御するブラシレス
直流モータの制御装置において、前記インバータに対す
る直流の入力電圧dcとモータ回転角速度ω及びモータ
パラメータから電流I1maxを次式 I1max={((Vdc/2)2−(nωλ)21/2}/(nω
L) 但し、n:モータの極対数 λ:電機子巻線の磁束鎖交数 L:電機子インダクタンス から求める演算回路13と、前記電流I1max前記電流
指令I 1ref を制限して前記乗算器の入力とするリミッタ
回路12とを備えたことを特徴とする。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a current command I 1ref of a current supplied from an inverter to a brushless DC motor is provided with a rotor position of the motor.
Sine by the multiplier 5 1, 5 2 multiplying a sine wave to match the phase
Wave current commands I u , I w are obtained, and the current commands I u , I w and
Calculate the deviations from the detected values I u ′ and I w ′ by proportional integration.
Inverter voltage command by current control amplifiers 7 1 and 7 2
V u, to obtain a V w, in the voltage command V u, the control device for a brushless <br/> DC motor to a sine wave approximation PWM controlling an output voltage of the inverter <br/> over data based on V w, the For inverter
From the DC input voltage V dc , the motor rotational angular velocity ω, and the motor parameters, the current I 1max is calculated as follows : I 1max = {((V dc / 2) 2 − (nωλ) 2 ) 1/2 } / (nω
L) where n is the number of pole pairs of the motor λ is the number of flux linkages of the armature winding L is the arithmetic circuit 13 obtained from the armature inductance and the current I 1max and the current
A limiter that limits the command I 1ref and uses it as an input to the multiplier
And a circuit 12 .

【0015】また、本発明は、モータ回転角速度ωと前
記電流指令I1ref及びモータパラメータからインバータ
出力電圧V1と位相φを次式 V1=(Vd 2+Vq 21/2 φ=tan-1(Vd/Vq) 但し、Vd=nωL・I1refq=−RI1ref−nωλ n:モータの極対数 λ:電機子巻線の磁束鎖交数 L:電機子インダクタンス R:電機子抵抗 から求める第1の演算回路15〜17と、モータの回転
子位置検出信号θとインバータ直流電圧Vdcと前記位相
φからインバータの各相電圧指令Vu,Vv,Vwを次式 Vu=(Vdc/2)sin(θ+φ) Vv=(Vdc/2)sin(θ+φ−2π/3) Vw=(Vdc/2)sin(θ+φ+2π/3) から求める第2の演算回路18、19と、前記電圧V1
と直流電圧Vdcを比較し、V1≦(Vdc/2)のときに
前記電流制御アンプの出力をインバータの電圧指令と
し、1>(Vdc/2)のときに前記第2の演算回路の
電圧Vu,Vv,Vw をインバータの電圧指令とする切替
制御回路20、21とを備えたことを特徴とする。
Further, according to the present invention, the inverter output voltage V 1 and the phase φ are calculated by the following equation V 1 = (V d 2 + V q 2 ) 1/2 φ = from the motor rotational angular velocity ω, the current command I 1ref and the motor parameters. tan -1 (V d / V q ) where V d = nωL · I 1ref V q = −RI 1ref −nωλ n: the number of motor pole pairs λ: the number of flux linkages of the armature winding L: the armature inductance R : a first arithmetic circuit 15 to 17 for obtaining from the armature resistance, the rotor position detection signal θ and the inverter DC voltage of the motor V dc and the phase from φ inverter phase voltage command V u, V v, and V w V u = (V dc / 2) sin (θ + φ) V v = (V dc / 2) sin (θ + φ−2π / 3) V w = (V dc / 2) sin (θ + φ + 2π / 3) 2 arithmetic circuits 18 and 19 and the voltage V 1
And the DC voltage V dc , and when V 1 ≦ (V dc / 2), the output of the current control amplifier is compared with the inverter voltage command.
And, V 1> (V dc / 2) the voltage V u of the second arithmetic circuit, V v, switching the V w and the voltage command of the inverter when the
Control circuits 20 and 21 are provided.

【0016】[0016]

【作用】前者の制御装置では、直流電圧に応じてインバ
ータが出力し得る最大電圧を求め、この電圧でモータに
流し得る最大電流I1maxを求め、この電流で電流指令を
制限することによって電流制御系の飽和を無くした制御
にする。これを以下に詳細に説明する。
In the former control device, the maximum voltage that the inverter can output in accordance with the DC voltage is determined, the maximum current I 1max that can be supplied to the motor is determined by this voltage, and the current command is limited by this current. Control to eliminate system saturation. This will be described in detail below.

【0017】直流ブラシレスモータの電圧方程式はd−
q座標上では次の(1)式で与えられる。
The voltage equation of a DC brushless motor is d-
On the q coordinate, it is given by the following equation (1).

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】但し、R:電機子抵抗 L:電機子インダクタンス n:極対数 ω:回転角速度 λ:界磁による電機子巻線の磁束鎖交数 P:微分演算子 上記(1)式において、定常状態(P=0)では Vd=R・id−nωLiq …(2−1) Vq=R・iq+nωLid+nωλ …(2−2) となる。また、インバータの出力電圧が不足になり、電
流制御アンプの飽和が問題となる領域ではモータ回転数
が高い領域となるため、比較的回転数の高い定常状態で
はR≪nωLとなるため、上記(2−1),(2−2)
式は Vd=−nωLiq …(3−1) Vq=nωλ+nωLid …(3−2) となる。このときのモータ端子電圧V1及び電流I1
Where R: armature resistance L: armature inductance n: number of pole pairs ω: rotational angular velocity λ: number of flux linkages of the armature winding by the field P: differential operator In the above equation (1), become the state (P = 0) at V d = R · i d -nωLi q ... (2-1) V q = R · i q + nωLi d + nωλ ... (2-2). Further, in a region where the output voltage of the inverter becomes insufficient and saturation of the current control amplifier becomes a problem, a region where the motor rotational speed is high becomes a region. In a steady state where the rotational speed is relatively high, R≪nωL. 2-1), (2-2)
Expression is the V d = -nωLi q ... (3-1 ) V q = nωλ + nωLi d ... (3-2). The motor terminal voltage V 1 and current I 1 at this time are

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】となる。## EQU1 ##

【0022】ここで、直流ブラシレスモータではモータ
電流I1をモータの速度起電力nωλ(q軸)と同位相
に制御するため、id=0,I1=iqとなり、上記(3
−1),(3−2)式と(4−1),(4−2)式から
[0022] Here, since the DC brushless motor for controlling the motor current I 1 in the same phase as the motor speed electromotive force Enuomegaramuda (q-axis), i d = 0, I 1 = i q , and the above (3
-1), (3-2) and (4-1), (4-2)

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】となる。この(5−2)式からモータ端子
電圧V1と回転角速度ωを与えることにより、モータ電
流I1が求められる。換言すると、インバータが出力し
得る最大電圧V1maxをV1として(5−2)式に代入す
ると各回転角速度ωに応じて流し得る最大モータ電流I
1maxが求められる。
## EQU1 ## By giving the motor terminal voltage V 1 and the rotational angular velocity ω from the equation (5-2), the motor current I 1 is obtained. In other words, when the maximum voltage V 1max that can be output from the inverter is substituted into the equation (5-2) as V 1 , the maximum motor current I that can flow according to each rotational angular velocity ω is obtained.
1max is required.

【0025】一方、インバータ入力直流電圧Vdcと最大
の出力電圧V1maxの関係は、正弦波近似PWM制御では
電流制御アンプを飽和させない条件で考えると次の
(6)式となり、 V1max=Vdc/2 …(6) これを(5−2)式に代入すると
On the other hand, the relationship between the inverter input DC voltage V dc and the maximum output voltage V 1max is given by the following equation (6) when the current control amplifier is not saturated in the sine wave approximation PWM control, where V 1max = V 1max dc / 2 ... (6) Substituting this into equation (5-2)

【0026】[0026]

【数4】 (Equation 4)

【0027】となる。## EQU1 ##

【0028】従って、(7)式より直流電圧Vdcと回転
角速度ωを検出することにより、電流制御アンプを飽和
させないで正常に電流制御できる最大電流I1maxを求め
ることができ、この電流値I1maxで電流指令I1refを制
限(リミット)することで直流電圧Vdcの変動にも電流
制御アンプの飽和を無くし、常に正常な電流制御を得
る。
Accordingly, by detecting the DC voltage V dc and the rotational angular velocity ω from the equation (7), the maximum current I 1max that can normally control the current without saturating the current control amplifier can be obtained. By limiting the current command I 1ref at 1max , the saturation of the current control amplifier is eliminated even when the DC voltage Vdc fluctuates, and normal current control is always obtained.

【0029】次に、本発明の他の制御装置は、インバー
タ出力電圧の絶対値V1と位相φを求め、これと同時に
直流電圧から決まるインバータの最大出力電圧V
1max(=Vdc/2)を求め、インバータ出力電圧V1
1maxを越えるときには電流制御系から電圧制御に切り
替えることによって電流制御系の飽和を無くした制御に
する。これを以下に詳細に説明する。
Next, another control device of the present invention calculates the absolute value V 1 and the phase φ of the inverter output voltage, and at the same time, the maximum output voltage V of the inverter determined by the DC voltage.
1max seeking (= V dc / 2), when the inverter output voltages V 1 exceeds V 1max to control eliminates the saturation of the current control system by switching the voltage control from the current control system. This will be described in detail below.

【0030】モータ端子電圧V1が電流制御アンプを飽
和させる電圧V1maxを越える場合には電流フィードバッ
ク制御を停止して電圧制御方式に切り替える。
The motor terminal voltage V 1 is switched to the voltage control method stops the current feedback control in the case of exceeding the voltage V 1max to saturate the current control amplifier.

【0031】この電圧制御方式は、(2−1),(2−
2)式の定常状態式においてモータ電流I1を速度起電
力nωλと同位相に制御することによるid=0、I1
qを代入することで Vd=−nωL I1 …(8−1) Vq=RI1+nωλ …(8−2) を得、モータ端子電圧V1及び位相φは(4−1),
(4−3)から求められ、3相のモータ端子電圧Vu
v,Vwは回転子位置検出信号θを用いて Vu=V1sin(θ+φ) …(9−1) Vv=V1sin(θ+φ−2π/3) …(9−2) Vw=V1sin(θ+φ+2π/3) …(9−3) となるため、インバータ出力電圧には(8−1),(8
−2)式の極性を反転した Vdi=nωL I1ref …(10−1) Vqi=−RI1ref−nωλ …(10−2) を(4−1),(4−3)式に代入し、さらに(9−
1),(9−2),(9−3)式に代入してインバータ
出力電圧Vui,Vvi,Vwiを与えることにより、電流指
令I1refに等しい電流をモータに流すことができる。
The voltage control method is based on (2-1), (2-
I d = 0 by controlling the motor current I 1 to the speed electromotive force nωλ the same phase in 2) the steady state type, I 1 =
i q = V d by substituting -nωL I 1 ... (8-1) V q = RI 1 + obtain Enuomegaramuda ... a (8-2), the motor terminal voltage V 1 and the phase phi (4-1),
Obtained from (4-3), the three-phase motor terminal voltage V u ,
V v, V w V u = V 1 using the rotor position detection signal θ sin (θ + φ) ... (9-1) V v = V 1 sin (θ + φ-2π / 3) ... (9-2) V w = V 1 sin (θ + φ + 2π / 3) (9-3) Therefore, the inverter output voltages are (8-1) and (8
V di = nωL I 1ref ... (10-1) in which the polarity of equation (2) is inverted V qi = −RI 1ref −nωλ (10-2) is substituted into equations (4-1) and (4-3). And (9-
1), (9-2), can flow (9-3) equation is substituted into the inverter output voltage V ui, V vi, by providing the V wi, a current equal to the motor current command I 1ref.

【0032】従って、(10−1),(10−2)式の
電圧Vdi,Vqiを(4ー1)式に代入した電圧V1
(6)式の最大電圧V1maxよりも低いときには電流制御
アンプの飽和が生じないため電流フィードバック制御を
行い、電圧V1がV1maxを越える場合には電流フィード
バック制御から電圧制御に切り替えることにより、電圧
dcの変動にも制御性能で優れる電流制御を可能な限り
行い、電流制御アンプの飽和が避けられないときには電
圧制御に切り替えて安定した運転状態を得る。
Therefore, the voltage V 1 obtained by substituting the voltages V di and V qi of the equations (10-1) and (10-2) into the equation ( 4-1 ) is lower than the maximum voltage V 1max of the equation (6). sometimes performs current feedback control the saturation does not occur in the current control amplifier, by switching the voltage control from the current feedback control when the voltages V 1 exceeds V 1max, current excellent in also control performance to variations in voltage V dc Control is performed as much as possible, and when saturation of the current control amplifier cannot be avoided, voltage control is switched to obtain a stable operation state.

【0033】[0033]

【実施例】図1は本発明の一実施例を示し、請求項1に
対応する電流制御系の回路図であり、図3と同等のもの
は同一符号で示す。電流指令I1refはリミッタ回路12
を通して乗算器51,52の乗数として入力され、リミッ
タ回路12によって電流±I1maxの制限がなされる。演
算回路13はインバータ主回路2(図3参照)の直流電
圧Vdcの検出値等から前記(7)式に従った演算を行
い、リミッタ回路12のリミッタ値を出力する。位相角
演算回路14は位相信号θの積分によってモータ3の回
転角速度ωを求める。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a circuit diagram of a current control system according to the first embodiment. The current command I 1ref is output to the limiter circuit 12
It is inputted as a multiplier of the multiplier 5 1, 5 2 via, the limitation of the current ± I 1max made by the limiter circuit 12. The arithmetic circuit 13 performs an arithmetic operation according to the equation (7) from the detected value of the DC voltage Vdc of the inverter main circuit 2 (see FIG. 3) and outputs the limiter value of the limiter circuit 12. The phase angle calculation circuit 14 calculates the rotational angular velocity ω of the motor 3 by integrating the phase signal θ.

【0034】こうした構成により、電流指令I1refは演
算回路13による演算結果としてのリミッタ値±I1max
で制限され、この制限は直流電圧Vdcの変動に応じて制
御され、直流電圧低下による電流制御アンプ71,72
飽和を無くしながら最大の電流指令になる電流制御を行
うことができる。これにより、電流制御アンプの飽和に
よる制御能力の喪失や3相電流の不平衡現象を防止でき
る。
With such a configuration, the current command I 1ref is a limiter value ± I 1max
In limited, this limitation is controlled in accordance with the fluctuation of the DC voltage V dc, it is possible to perform current control that maximizes the current command while eliminating the saturation of the current control amplifier 7 1, 7 2 by the DC voltage drop. As a result, loss of control capability due to saturation of the current control amplifier and unbalance phenomenon of three-phase current can be prevented.

【0035】図2は本発明の他の実施例を示し、請求項
2に対応する制御装置回路図である。同図において、演
算回路15は前記(10−1),(10−2)式に従っ
た演算を行うことでインバータ出力電圧指令Vqi,Vdi
を求める。電圧演算回路16は電圧指令Vqi,Vdiから
(4−1)式に従った一次電圧V1の信号を求め、位相
角演算回路17は前記(4−3)式に従った位相角φを
求める。割算器18は直流電圧Vdcの検出信号を1/2
にしてインバータの出力電圧最大値V1maxを求める。3
相電圧演算回路19は電圧最大値V1maxと回転子位置信
号θと位相角φとによって前記(9−1),(9−
2),(9−3)に従ったインバータの電圧指令Vu
v,Vwを求める。比較回路20は一次電圧V1と最大
値V1maxとの大小比較を行い、一次電圧V1が最大値を
越える場合、即ち電流指令I1refが電流制御アンプ
1,72の飽和を起こす値になるとき、比較出力を得
る。切替回路21は通常時は電流制御アンプ71,72
び加算器8からの出力になる電圧指令Vu,Vv,Vw
コンパレータ91〜93の入力とし、比較器20の比較出
力が発生したときに3相電圧演算回路19の出力Vu
v,Vwをコンパレータ91〜93の入力とする切り替え
を行う。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, and is a control device circuit diagram corresponding to claim 2. In the figure, the arithmetic circuit 15 is the (10-1), (10-2) the inverter output voltage command V qi by performing a calculation in accordance with equation, V di
Ask for. The voltage calculation circuit 16 obtains a signal of the primary voltage V 1 according to the equation (4-1) from the voltage commands V qi and V di , and the phase angle calculation circuit 17 calculates the phase angle φ according to the equation (4-3). Ask for. The divider 18 divides the detection signal of the DC voltage Vdc by half.
To determine the maximum output voltage V 1max of the inverter. 3
The phase voltage calculation circuit 19 calculates the values (9-1) and (9-) based on the voltage maximum value V 1max , the rotor position signal θ and the phase angle φ.
2), Inverter voltage command V u according to (9-3),
Find V v and V w . The comparison circuit 20 compares the primary voltage V 1 with the maximum value V 1max, and when the primary voltage V 1 exceeds the maximum value, that is, when the current command I 1ref causes the saturation of the current control amplifiers 7 1 and 7 2. When, the comparison output is obtained. Switching circuit 21 is normally at the time of the input of the current control amplifier 7 1, 7 2 and the voltage command V u which becomes the output from the adder 8, V v, the V w comparator 9 to 93 3, the comparison of the comparator 20 When an output occurs, the output V u of the three-phase voltage operation circuit 19,
V v, the V w to switch to the input of the comparator 9 1 to 9 3.

【0036】従って、本実施例では電流指令I1refが電
流制御系の飽和を起こす場合に電流制御から電圧制御に
切り替え、この切り替えは直流電圧Vdcの変動に応じて
制御され、図1の実施例と同様に直流電圧低下による電
流制御アンプ71,72の飽和を無くしながら最大の電流
指令になる電流制御を行うことができる。
Therefore, in the present embodiment, when the current command I 1ref causes saturation of the current control system, the current control is switched from the current control to the voltage control, and this switching is controlled in accordance with the fluctuation of the DC voltage Vdc . examples and while eliminating the saturation of the current control amplifier 7 1, 7 2 by the same direct current voltage drop can perform current control that maximizes the current command.

【0037】なお、実施例における各演算回路はアナロ
グ演算やディジタル演算さらにその組み合わせたものに
して実現されるし、さらにはマイクロコンピュータを用
いたソフトウェア処理とするものでも良い。
Each arithmetic circuit in the embodiment is realized by an analog arithmetic operation, a digital arithmetic operation, or a combination thereof, or may be a software processing using a microcomputer.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電流制
御系の飽和を直流電圧の変化を考慮して電流指令I1ref
に対する飽和領域を検出し、電流制御系の飽和になると
きは電流指令を制限又は電流制御から電圧制御への切り
替えを行うようにしたため、直流電圧変動特に電池電源
を持つインバータ構成にも電流制御系の飽和を無くして
安定した制御を得、しかも直流電圧変動に可能な限り制
御性能に優れる電流制御を行うことができる効果があ
る。
As described above, according to the present invention, the saturation of the current control system is determined by taking the current command I 1ref
When the saturation of the current control system is detected, the current command is limited or the current control is switched from voltage control to voltage control. Thus, there is an effect that stable control can be obtained by eliminating the saturation of the current, and current control can be performed with excellent control performance as much as possible for DC voltage fluctuation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】従来の装置構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…インバータ主回路、3…ブラシレス直流モータ、5
1,52…乗算器、6…正弦波発生器、71,72…電流制
御アンプ、91,93…コンパレータ、10…搬送波発生
器、12…リミッタ回路、13…演算回路、14…位相
角演算回路、15…演算回路、16…電圧演算回路、1
7…位相角演算回路、18…割算器、19…3相電圧演
算回路、20…比較回路、21…切替回路。
2: Inverter main circuit, 3: Brushless DC motor, 5
1 , 5 2 ... multiplier, 6 ... sine wave generator, 7 1 , 7 2 ... current control amplifier, 9 1 , 9 3 ... comparator, 10 ... carrier wave generator, 12 ... limiter circuit, 13 ... arithmetic circuit, 14 ... Phase angle calculation circuit, 15 ... Calculation circuit, 16 ... Voltage calculation circuit, 1
7: phase angle calculation circuit, 18: divider, 19: three-phase voltage calculation circuit, 20: comparison circuit, 21: switching circuit.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 インバータからブラシレス直流モータに
供給する電流の電流指令I 1ref に前記モータの回転子位
相に合わせた正弦波を乗じる乗算器5 1 、5 2 により正弦
波電流指令I u ,I w を得、この電流指令I u ,I w とその
検出値I u ’,I w ’との偏差をそれぞれ比例積分演算す
る電流制御アンプ7 1 、7 2 によりインバータの電圧指令
u ,V w を得、この電圧指令V u ,V w を基にしてインバ
ータの出力電圧を正弦波近似PWM制御するブラシレス
直流モータの制御装置において、 前記インバータに対する直流の入力電圧dcとモータ回
転角速度ω及びモータパラメータから電流I1maxを次式 I1max={((Vdc/2)2−(nωλ)21/2}/(nω
L) 但し、n:モータの極対数 λ:電機子巻線の磁束鎖交数 L:電機子インダクタンス から求める演算回路13と、前記電流I1max前記電流
指令I 1ref を制限して前記乗算器の入力とするリミッタ
回路12とを備えたことを特徴とするブラシレス直流モ
ータの制御装置。
A current command I 1ref of a current supplied from an inverter to a brushless DC motor includes a rotor position of the motor.
Sine by the multiplier 5 1, 5 2 multiplying a sine wave to match the phase
Wave current commands I u , I w are obtained, and the current commands I u , I w and
Calculate the deviations from the detected values I u ′ and I w ′ by proportional integration.
Inverter voltage command by current control amplifiers 7 1 and 7 2
V u, to obtain a V w, in the voltage command V u, the control device for a brushless <br/> DC motor to a sine wave approximation PWM controlling an output voltage of the inverter <br/> over data based on V w, the From the DC input voltage Vdc to the inverter , the motor rotational angular velocity ω, and the motor parameters, the current I 1max is calculated by the following equation: I 1max = {((V dc / 2) 2 − (nωλ) 2 ) 1/2 } / (nω
L) where n is the number of pole pairs of the motor λ is the number of flux linkages of the armature winding L is the arithmetic circuit 13 obtained from the armature inductance and the current I 1max and the current
A limiter that limits the command I 1ref and uses it as an input to the multiplier
A control device for a brushless DC motor, comprising a circuit (12) .
【請求項2】 インバータからブラシレス直流モータに
供給する電流の電流指令I 1ref に前記モータの回転子位
相に合わせた正弦波を乗じる乗算器5 1 、5 2 により正弦
波電流指令I u ,I w を得、この電流指令I u ,I w とその
検出値I u ’,I w ’との偏差をそれぞれ比例積分演算す
る電流制御アンプ7 1 、7 2 によりインバータの電圧指令
u ,V w を得、この電圧指令V u ,V w を基にしてインバ
ータの出力電圧を正弦波近似PWM制御するブラシレス
直流モータの制御装置において、 モータ回転角速度ωと前記電流指令I1ref及びモータパ
ラメータからインバータ出力電圧V1と位相φを次式 V1=(Vd 2+Vq 21/2 φ=tan-1(Vd/Vq) 但し、Vd=nωL・I1refq=−RI1ref−nωλ n:モータの極対数 λ:電機子巻線の磁束鎖交数 L:電機子インダクタンス R:電機子抵抗 から求める第1の演算回路15〜17と、 モータの回転子位置検出信号θとインバータ直流電圧V
dcと前記位相φからインバータの各相電圧指令Vu
v,Vwを次式 Vu=(Vdc/2)sin(θ+φ) Vv=(Vdc/2)sin(θ+φ−2π/3) Vw=(Vdc/2)sin(θ+φ+2π/3) から求める第2の演算回路18、19と、 前記電圧V1と直流電圧Vdcを比較し、V1≦(Vdc
2)のときに前記電流制御アンプの出力をインバータの
電圧指令とし、1>(Vdc/2)のときに前記第2の
演算回路の電圧Vu,Vv,Vw をインバータの電圧指令
とする切替制御回路20、21とを備えたことを特徴と
するブラシレス直流モータの制御装置。
2. A motor command I 1ref of a current supplied from an inverter to a brushless DC motor includes a rotor position of the motor.
Sine by the multiplier 5 1, 5 2 multiplying a sine wave to match the phase
Wave current commands I u , I w are obtained, and the current commands I u , I w and
Calculate the deviations from the detected values I u ′ and I w ′ by proportional integration.
Inverter voltage command by current control amplifiers 7 1 and 7 2
V u, to obtain a V w, in the voltage command V u, the control device for a brushless <br/> DC motor to a sine wave approximation PWM controlling an output voltage of the inverter <br/> over data based on V w, the motor From the rotational angular velocity ω, the current command I 1ref and the motor parameters, the inverter output voltage V 1 and the phase φ are calculated as follows : V 1 = (V d 2 + V q 2 ) 1/2 φ = tan −1 (V d / V q ) Where V d = nωL · I 1ref V q = −RI 1ref −nωλ n: the number of motor pole pairs λ: the number of magnetic flux linkages of the armature winding L: the armature inductance R: the first calculation obtained from Circuits 15 to 17 , the rotor position detection signal θ of the motor, and the inverter DC voltage V
From dc and the phase φ, each phase voltage command V u of the inverter,
V v, following equation V w V u = (V dc / 2) sin (θ + φ) V v = (V dc / 2) sin (θ + φ-2π / 3) V w = (V dc / 2) sin (θ + φ + 2π / a second arithmetic circuits 18 and 19 obtained from 3), comparing the voltages V 1 and the DC voltage V dc, V 1 ≦ (V dc /
In the case of 2), the output of the current control amplifier is
When V 1 > (V dc / 2), the voltages V u , V v , and V w of the second arithmetic circuit are set as voltage commands for the inverter.
And a switching control circuit (20 , 21) .
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