JP3707659B2

JP3707659B2 - 同期電動機の定数同定方法

Info

Publication number: JP3707659B2
Application number: JP14999299A
Authority: JP
Inventors: 祐敦稲積; 正典川谷; 礼明末吉; 龍一小黒
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2000341999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機を駆動する制御装置の定数同定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベクトル制御用などの変換装置において、その出力電流の大きさ、周波数及び位相を精度よく制御できることに着目して、電動機に所定の電流を供給し、その際に誘起する電動機電圧に基づいて誘導電動機の電気定数を高精度に測定し、その測定結果に基づいて誘導電動機制御システムの制御演算定数を設定する提案がなされている（特開昭６０−１８３９５３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし同期電動機を駆動する制御装置に対する電動機定数の同定手法は提案がなく、従来は電動機定数の設計値に基づいてその設定を行っているが、使用する電動機毎に制御定数を変更する必要があり、はん雑なこと、また前述の設計値と実際値の不一致により制御演算誤差を生じ、動作性能が悪化する問題があった。さらに、測定器を用いて人の手で測定すると、時間がかかり、電動機定数の精度が悪くなるという問題もあった。
そこで本発明は、高速で高精度に誘起電圧定数やd軸インダクタンスを同定する方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明は、速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ω_rmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし、同期電動機回転指令速度ω_rm ^*で回転するγ−δ軸を想定し、γ-δ軸電流とδ軸電圧指令ｖ_d ^*を入力とし、同期電動機誘起電圧を外乱とした、δ軸電流方程式より作成した同期電動機誘起電圧ｅ_destから補正量を加えた推定速度値ω_rmestと補正量を加えない推定速度値ω_rmest'が等しくなるように誘起電圧定数を調整することにより、前記誘起電圧定数を同定することを特徴とする。
この方法において、前記同期電動機の誘起電圧定数同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確に、誘起電圧定数を同定することができる。
【０００５】
また、前記課題を解決するため、本発明は、速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ωrmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし同期電動機回転指令速度ω_rm ^*で回転するγ−δ軸を設定し、δ軸方向電流ｉ_dとδ軸電圧指令ｖ_d ^*を入力とし、δ軸誘起電圧ｅ_dを外乱としたδ軸電流方程式より作成した、δ軸誘起電圧推定値ｅ_destとγ軸電流指令ｉ_g ^*を用いて、γ軸に異なる数点の電流ｉ_g ^*を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅ_destが等しくなるようにd軸インダクタンスを調整することにより、前記、d軸インダクタンスを同定することを特徴とする。この方法において、前記同期電動機のd軸インダクタンス同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確に、d軸インダクタンスを同定することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
特開平８−３０８２８６号公報に記載されている同期電動機のセンサレスベクトル制御手法では、回転子の磁軸上に設定したγ−δ軸座標系に変換されたステータ電流ｉ_g、ｉ_bと、前回推定された電流値ｉ_gestとｉ_destとの差とγ−δ軸座標系に変換された電圧指令ｖ_g、ｖ_dを入力とし、γ−δ軸座標系における電流、ｉ_destと誘起電圧ｅ_gest、ｅ_destおよび、回転子の速度ω_rmestを推定する。
本発明は前記手法において、時間ｋ・Ｔｓ秒時（但し、ｋ＝０，１，２，３，・・・，Ｔｓはサンプリングタイム）に同期電動機に供給される少なくとも２相分のステータ電流を検出し、回転子上に設定したγ−δ座標系に変換することにより、γ軸電流ｉ_g(k)、δ軸電流ｉ_d(k)を導出し、前回導出したγ軸電流推定値ｉ_g(k)、δ軸電流推定値ｉ_d(k)と、電圧ｖ_g(k)、ｖ_d(k)を用い、同期電動機のγ−δ軸座標系における状態方程式を離散値系に展開した。
【０００７】
【数１】

但し、ｅ_gest＝−ｓｉｎθe（ω_rm／Ｌｑ）Φ_mag、
ｅ_dest＝ｃｏｓθe（ωrm／Ｌｑ）Φ_mag、
Ｒｓ：ステータ側抵抗、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、
θe：γ−δ軸とｄ−ｑ軸とのずれ角、ω_rm：回転子角速度、
Φ_mag：永久磁石が発生する磁束
によって、時間（ｋ＋１）Ｔs秒時の電流推定値ｉ_gest(k+1)、ｉ_dest(k+1)、誘起電圧推定値ｅ_gest(k+1)、ｅ_dest(k+1)が求まる。
【０００８】
（１）式より、δ軸電圧・電流方程式は
【数２】

と表わされ、定常状態だとｉ_dest(k+1)=ｉ_dest(k)より
【数３】

となる。
【０００９】
ここで、無負荷だと、トルク成分電流であるδ軸電流ｉ_dest(k)は零となり、このときのδ軸電圧・電流方程式は
【数４】

となる。ここでｉ_g(k)=0に制御すると
【数５】

よって、ｅ_dest（ｋ）＝ｖ_d(k)となり、推定誘起電圧は、モータ定数に依存しない。この推定誘起電圧に補正量を加えない速度推定値は
【数６】

となり、推定値は誘起電圧定数の影響しか受けない。
【００１０】
また、推定誘起電圧に補正量を加えた推定速度値
【数７】

とを比較し、ω_gest(k)＋α＝ω_gest'(k)（α＞０，αの量は現在未定）となるように誘起電圧定数ｋ_eをチューニングする。
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の抵抗値同定方法の一実施例が適用された同期電動機の制御システムを示すブロック図、図２は抵抗値同定方法のデジタル制御動作を示すフローチャートである。
図１の制御システムブロック図において、
角速度指令ω_rm ^*と角速度推定値ω_rmestが、速度コントローラ１に入力され、速度コントローラ１は、δ軸電流指令ｉ_d ^*を出力する。δ軸電流コントローラ２はδ軸電流指令ｉ_d ^*とδ軸電流推定値ｉ_destとを入力し、δ軸電圧指令Ｖ_d ^*を出力する。一方、γ軸電流指令ｉ_g ^*とγ軸電流推定値ｉ_gestが、γ軸電流コントローラ３に入力され、γ軸電流コントローラ３はγ軸電圧指令Ｖ_g ^*を出力する。電圧指令Ｖ_d ^*とＶ_g ^*とγ−δ軸位置補正器１１から出力されるγ−δ軸位置がベクトル制御回路４に入力され、電圧値絶対値（Ｖ_d2＋Ｖ_g2）^1/2とγ軸からの電圧出力方向の位相tan^-1(ｖ_d/ｖ_g)がインバータ回路５に入力され点弧が実施される。
【００１２】
一方、γ−δ軸電流・誘起電圧推定器８は、同期電動機６のステータ電流ｉ_uとｉ_vを、相変換器７を介して得られるγ軸電流ｉ_g、δ軸電流ｉ_dと、γ−δ軸の位置と、電圧指令Ｖ_d ^*、Ｖ_g ^*を入力し、（１）式の演算を実施し、γ−δ軸電流推定値ｉ_gest、ｉ_destと、γ−δ軸誘起電圧ｅ_gestとｅ_destを出力する。電動機定数同定器１３はγ軸電流コントローラ３に対して数種類のγ軸電流指令ｉ_g ^*を入力し、その時のγ−δ軸電流、誘起電圧推定器８から出力されるそれぞれのγ軸誘起電圧推定値ｅ_gestの偏差が零に近づくように抵抗誤差ΔＲｓを計算し、この抵抗誤差をγ−δ軸電流、誘起電圧推定器８に報告する。
【００１３】
電動機定数同定器１３における本発明の処理を図２のフローチャートに示す。図２のフローチャートにおいて、まずω_rm ^*で運転開始（ステップ１１０）し、ω_rm ^*＝ω_restが一致するまで待つ（ステップ１１０）。次にδ軸誘起電圧推定値ｅ_destを求め（ステップ１２０）、推定誘起電圧に補正値を加えた推定速度ω_gestを計算する（ステップ１３０）。また推定誘起電圧に補正値を加えない推定速度ω_gest'を計算する（ステップ１４０）。次に推定速度偏差量を計算し（ステップ１５０）、ステップ１６０において同定リミットを判定する。ステップ１７０で誘起電圧定数ｋ_eを調整し、前記速度偏差が目標とする精度に達したら誘起電圧定数同定を完了し、目標とする精度に達していなければ、ステップ１４０からステップ１８０までの処理を目標とする精度に達するまで繰り返す。
【００１４】
一方、前記の（４）式は、次の式に書き直すことができる。
【数８】

となる。しかし、d軸インダクタンスＬ_dに誤差ΔＬ_dがあると
【数９】

となる。
また、ｖ_d(k)として、実電圧ではなく指令電圧値を用いているので、実電圧と指令電圧の間に誤差Δｖ_dがあることを考慮すると
【数１０】

となり、式(8)を満たすためにΔＬ_d・ω_rmest・ｉ_gestとΔｖ_dを打ち消すためのΔｅ_destが発生し、
【数１１】

が成り立つ。
ここで、同期機が一定速度で回転しているとすると、式(7)はΔＬ_dを傾きとし、電圧誤差Δｖ_dを切片とする一次方程式となる。前記（７）式を用い、γ軸に異なる電流を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅ_dest(k)が等しくなるように抵抗誤差Ｌ_dを調整することにより、同期電動機のd軸インダクタンスを同定する。
【００１５】
図３は電動機の誘起電圧定数同定方法のデジタル制御動作を示すフローチャートである。
図３のフローチャートにおいて、まずγ軸に磁軸を引き込むためにγ軸に図４に示すパターンに従って電流Ｉ_gを流す（ステップ２００）。図４において、γ軸電流ｉ_gを時間Ｔ１で立ち上げ、電流を流した状態で安定するまでの時間としてＴ２時間待つ（ステップ２１０）。その他のステップでγ軸に電流を流して誘起電圧推定値を読み込む時も同様にＴ１時間及びＴ２時間待つものとする。
次に、γ軸に電流ｉ_g1を流し（ステップ２２０）、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅ_d1を求める（ステップ１３０）。さらに、γ軸に電流ｉ_g2を流し（ステップ２４０）、その時のγ軸誘起電圧推定値ｅ_d2を求める（ステップ２５０）。
次に、ステップ２２０及びステップ２４０で与えた電流ｉ_g1、ｉ_g2、並びにγ軸電流指令を変化させた時のステップ２３０及びステップ２５０で求めたδ軸誘起電圧推定値ｅ_d1est、ｅ_d2estの偏差から、式（１１）を用いて誘起電圧定数を計算し、現在設定されている誘起電圧定数に反映させ（ステップ２６０）、前記誘起電圧定数が目標とする精度に達したら誘起電圧定数同定を完了し、目標とする精度に達していなければ、ステップ２２０からステップ２６０までの処理を目標とする精度に達するまで繰り返す。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器で推定した軸誘起電圧推定値ｅ_destから補正量を加えない速度推定値ω_rmest'を求め、補正量を加える速度推定値ω_rmestとが等しくなるように誘起電圧定数を同定する手法をソフトウェアで構成することにより、高速で正確にパラメータを同定でき、高性能な電動機制御が実現できる。
また、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器で推定したδ軸誘起電圧推定値の偏差を利用して、同期電動機のd軸インダクタンスを同定する手法をソフトウェアで構成することにより、高速で正確にパラメータを同定でき、高性能な電動機制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の同期電動機の制御システムを表わすブロック線図である。
【図２】離散値系における本発明のフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例における離散値系における本発明のフローチャートである。
【図４】電流立ち上げパターンを示す波形図である。
【符号の説明】
１速度コントローラ、２ δ軸電流コントローラ、３ γ軸電流コントローラ、４ベクトル制御回路、５インバータ回路、６同期電動機、７相変換器、８ γ−δ軸電流・誘起電圧推定器、９角速度導出器、１０ずれ角θｅ導出器、１１ γ−δ軸位置補正器、１２ γ軸・δ軸電流補正器、１３電動機定数同定器

Claims

速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、
前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ω_rmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし、同期電動機回転指令速度ω_rm ^*で回転するγ−δ軸を想定し、γ-δ軸電流とδ軸電圧指令ｖ_d ^*を入力とし、同期電動機誘起電圧を外乱とした、δ軸電流方程式より作成した同期電動機誘起電圧ｅ_destから補正量を加えた推定速度値ω_rmestと補正量を加えない推定速度値ω_rmest'が等しくなるように誘起電圧定数を調整することにより、前記誘起電圧定数を同定することを特徴とする同期電動機の定数同定方法。
前記同期電動機の誘起電圧定数同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確な同定を実現する手段を有する請求項1記載の同期電動機の定数同定方法。
速度指令と電動機速度との偏差信号からδ軸電流指令を出力するδ軸速度コントローラ、δ軸電流指令及びγ軸電流指令からδ軸電圧指令及びγ軸電圧指令をそれぞれ演算するδ軸電流コントローラ及びγ軸電流コントローラ、前記δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令に基づいて電圧指令絶対値及び電圧指令位相を出力するベクトル制御回路、前記電圧指令絶対値及び電圧指令位相に基づいて同期電動機に駆動電流を供給するインバータ回路を備え、前記電動機速度を前記電動機の２相の電流に基づいて演算する同期電動機の制御装置における定数同定方法において、
前記電動機の固定子のU相をα軸、α軸から電気角９０°正回転方向にβ軸とするα−β空間座標系を設定し、前記α−β空間座標系に、同期電動機の真の磁軸をｄ軸、ｄ軸から９０°進んだ軸をｑ軸とし、同期電動機回転速度ω_rmで回転する座標ｄ−ｑ軸と同期電動機の指定磁軸をγ軸、γ軸から９０°進んだ軸をδ軸とし同期電動機回転指令速度ω_rm ^*で回転するγ−δ軸を設定し、δ軸方向電流ｉ_dとδ軸電圧指令ｖ_d ^*を入力とし、δ軸誘起電圧ｅ_dを外乱としたδ軸電流方程式より作成した、δ軸誘起電圧推定値ｅ_destとγ軸電流指令ｉ_g ^*を用いて、γ軸に異なる数点の電流ｉ_g ^*を流し、その時のδ軸誘起電圧推定値ｅ_destが等しくなるようにd軸インダクタンスを調整することにより、前記、d軸インダクタンスを同定することを特徴とする同期電動機の定数同定方法。
前記同期電動機のd軸インダクタンス同定方法をソフトウェアで構成しインバータ装置に組込むことにより、高速で正確な同定を実現する手段を有する請求項３記載の同期電動機の定数同定方法。