JP3738865B2 - IPM motor control method - Google Patents

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JP3738865B2 JP02441897A JP2441897A JP3738865B2 JP 3738865 B2 JP3738865 B2 JP 3738865B2 JP 02441897 A JP02441897 A JP 02441897A JP 2441897 A JP2441897 A JP 2441897A JP 3738865 B2 JP3738865 B2 JP 3738865B2
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尚武 柴田
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子に永久磁石を埋め込んだ構造(例えば、実開平4−28745号公報、実開平3−97354号公報参照)の同期電動機であるIPMモータの速度とトルクの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、一般的なIPMモータの駆動装置に示す構成ブロック図である。従来例は図2に示すように、負荷504に接続されたIPMモータ502と、IPMモータ502の回転を検出する回転検出器503と、IPMモータ502の駆動を制御する駆動制御装置500と、IPMモータ502と駆動制御装置500とを接続するケーブル505と前記回転検出器503と前記駆動装置500を接続する信号ケーブル507とから構成されており、駆動制御装置500は、制御信号をIPMモータ502を駆動するための電力に変換する電力変換部501と、IPMモータ502の電機子に流れる電流及び回転磁界を制御するdq軸電流制御部531と、IPMモータ502の速度、トルク及び定出力特性等を制御するアプリケーション制御部521により構成されている。
上記のように構成された駆動装置においては、電力変換部501から出力された電力が電動機回路ケーブル505を介してIPMモータ502に供給され、IPMモータ502において供給された電力が回転子のトルクに変換されてその回転トルクによって負荷504が駆動される。また、IPMモータ502の回転は、回転検出器503によって検出され、信号ケーブル507を介して駆動制御装置500に入力される。
【0003】
以下に、IPMモータの駆動方法について説明する。図3は、従来の制御ブロック図である。まず、dq軸電流制御部531においては、回転検出器503により検出されたIPMモータ502の回転の信号が、ケーブル507を介して回転位置信号演算器536と速度検出信号演算器537へ入力され、入力された信号から回転位置演算器536により磁極の回転角度θが演算され、演算結果が座標変換器535及び座標変換器B532に出力される。
次に、座標変換器A535においては、回転位置信号演算器536により出力された磁極の回転角度信号θが用いられて電流検出器506において検出されたIPMモータ502に流れる3相の電流のうちu相とv相に流れる電流iu 、iv が2相dq軸座標の信号Id 、Iq に変換される。
次にアプリケーション制御部521において演算されたd軸電流指令Id 、q軸電流Iq*に対し、座標変換器A535により出力されたd軸電流とq軸電流Iq を帰還することによって得られたd軸電流制御偏差信号d軸電流制御器534に、q軸電流制御偏差信号がq軸電流制御器533にそれぞれ入力される。
そして、速度検出信号演算器537において、回転検出器503からの信号から電動機回転速度ωr が求められる。
次に、電動機回転速度ωr 、d軸電流指令Id*及びq軸電流指Iq*がフィードフォワード補償器538に入力され、dq軸電流制御の外乱となっている誘起電圧を打ち消すための外乱補償信号が演算される。
次に、比例積分演算器を備えたd軸電流制御器534においてd軸電流制御の偏差信号が増幅された信号に外乱補償信号が加えられ、その信号がd軸電圧指令Vd*として座標変換器B532に入力される。
同様にして、比例積分演算器を備えたq軸電流制御器533においてq軸電流の偏差信号が増幅された信号外乱補償信号が加えられ、その信号がq軸電圧指令Vq*として座標変換器B532に入力される。
次に座標変換器B532において、d軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*のdq軸の2相電圧指令がVu*、Vv*、Vw*の3相の電圧指令に変換されPWM制御511に入力される。
次に、PWM制御器511において、3相指令Vu*、Vv*、Vw*に対応して電流変換器509が作動し、IPMモータ502により駆動制御に必要となる周波数で電圧が制御されIPMモータ502の各相にiu*、iv*、iw*の電流が流される。
【0004】
以下に、アプリケーション制御部521の動作について説明する。
速度検出信号演算器537により演算、出力された電動機速度信号ωr が速度指令信号ωr*に対して帰還され、その偏差信号が比例積分を備えた速度制御器522に入力され、増幅されて得られた信号を電動機トルク指令T* としてdq軸電流指令演算器523に出力される。dq軸電流指令演算器523は、前記電動機トルク指令T* から必要とする電動機トルクに対応するd軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*を演算してdq軸電流制御部531へ出力される(従来例1)。
また、従来例2として、バッテリを電源としてトルク指令値に応じて交流電源に変換し永久磁石型同期モータを駆動する駆動制御装置において、トルク指令値及びモータ出力状態のいずれか一方が所定量以上変化した場合に、バッテリ電圧が基準最低電圧であるとみなした上で、トルク指令値、モータ出力状態及び基準最低電圧に応じて、初期電流指令値を求め、求めた初期電流指令値に基づき駆動電流をベクトル制御する初期制御手段と、初期電流指令値によるモータ電流のベクトル制御の実行後検出したバッテリ電圧が安定したら、前記検出したバッテリ電圧に応じた最適な電流指令値を求め、求めた電流指令値に基づきモータ電流をベクトル制御する電流補正手段とを備えたものに特開平7−246000がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来1のものにおいては以下に示す問題点があった。
電力変換部501に供給されるAC電源550の電圧V1 が電動機502を安定に制御するのに必要とする最小電圧V1MINより高い場合は、501電力変換部より出力される電圧が電動機502が必要とする電圧を上まわっているためアプリケーション制御部521にて演算されたd軸電流指令Id*及びq軸電流指令Iq*に従ったd軸電流とq軸電流を流すことができ電動機502を安定に制御することができる。
ところが、前記AC電源500の電圧V1 が前記最小電圧V1MINより低くなった場合は、電力変換部501より電動機502に出力される電圧が不足するためにアプリケーション制御部521にて演算されたd軸電流指令Id*及びq軸電流指令Iq*に従った電流を実際に供給できなくなる。dq軸電流制御部531は制御不能となり、電動機502の回転磁界と回転子の同期がはずれて運転不能となる。
従来技術では、AC供給電源の電圧低下時にIPMモータ502の制御が不安定とならないようにIPMモータ502の定格電圧を予め余裕をもって低く設計していた。この結果、IPMモータ502の定格電流が大きくなり電力変換部501の容量が大きくなっていた。
従来例2においては、以下に示す問題点があった。トルク指令と回転数できまる出力して得る最低電圧に対する、d軸、q軸の最小の電流で負荷急変時の応答をさせているが、予想以上に負荷が変化した時には、前記d軸、q軸の最小の電流では応答できなかった。さらにトルク指令に基づくd軸電流指令とq軸電流指令を独立に変化させているので、トルク指令に対する実トルクの関係に直線性がなかった。
本発明は、上述したような従来の技術を有する問題点に鑑みてなされたものであって、電源の電圧低下により、電力変換器109の直流出力回路の電圧Vdcが低下してもIPMモータ502が不足電圧状態となるのを防止し、安定に制御できるようにし、IPMモータ502の定格電圧を高く決定できるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は回転子内部に永久磁石を埋め込んだ構造の同期電動機である。IPMモータのd軸電流及びq軸電流を速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd 軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*に従ってd軸電流とq軸電流を制御することによって前記IPMモータの速度とトルクを制御するIPMモータの制御方法において、
前記DC電力変換器の出力電圧VdcがDC電力変換器の出力電圧設定値Vdcr より高い場合は、前記速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd軸電流指令Id*に従ってd軸電流を制御し、前記出力電圧Vdcが前記出力電圧設定値Vdcr より低い場合は、1次電圧指令V1*をV1*=(Vdc/Vdcr )V1rとし、1次電圧信号V1FB をV1FB =(Vd*2 +Vq*21/2 とし、前記1次電圧指令V1*と前記1次電圧信号V1FB との偏差信号から得られたd軸電流指令補正信号Idx* を前記速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd軸電流指令Id*に加算したd軸電流指令Id1* に従ってd軸電流を制御するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
まずIPMモータの1次誘起電圧を低下させる制御の原理について説明する。
(1) 〜(2) 式はIPMモータの運転状態をdq座標系に示した公知の電圧方程式である。
Vd =(R+Ld S)Id −Pωr Lq Iq (1)
Vq =Pωr Ld Id +(R+Lq S)Iq +Pωr φ1 (2)
ここで、Vd はd軸電圧、Vq はq軸電圧、Rは1相分の巻線抵抗、Ld はd軸インダクタンス、Lq はq軸インダクタンス、ωr は回転子の回転角速度、Pは極対数、φ1 はIPMモータ1次鎖交磁束の最大値、Sはラプラス演算子とする。
【0008】
制御原理の説明をわかりやすくするため、定常状態の運転について考えることとし、(1) 式と(2) 式においてラプラス演算子が乗じられている項を無視する。又、1相分の巻線抵抗Rの影響を無視して(1) 式と(2) 式は(3) 式と(4) 式のように近似する。
Vd =−Pωr Lq Iq (3)
Vq =Pωr Ld Id +Pωr φ1 (4)
IPMモータのトルクTとd軸電流Id とq軸電流Iq に関する公知の数式を(5) 式と(6) 式に示す。
T=Pm1〔φ1 −(Lq −Ld )Id 〕Iq (5)
ここで、m1 はIPMモータの相数とする。
IPMモータの1次電圧V1 をd軸電圧Vd とq軸電圧Vqの公知の関係式を(6) 式に示す。
V1 =( Vd2+V q2)1/2 (6)
(6) 式を(3),(4),(5) 式を用いて(7) 式のように変形する。
V1 =Pωr φ1 〔(1+Ld Id /φ1 )2 +(Lq /( P21 2φ13) )
・(T/( 1−Id ( Lq −Ld ) /φ1 ))21/2 (7)
(7) 式の平方根内部の第1項は−φ1 /Ld ≦Id <0 でId を−φ1 /Ld に近づけるほど小さくなる。
また、平方根内の第2項は、IPMモータのトルクTが一定のときには、Id を負の方向に大きくしていくと減少していく。
(7) 式は、IPMモータの1次誘起電圧は負のd軸電流Id を流すことによって低下できることを示している。
次に電力変換部に供給するAC電源の電圧V1 が低下した場合でもd軸電流とq軸電流を安定に制御可能にする方法について説明する。
【0009】
電力変換部のDC変換器の出力側のDC電圧VdcがIPMモータの1次側に定格電圧V1rを出力するために必要とするDC電圧Vdcr より高い場合は、電力変換器はIPMモータが必要とする電圧を出力することができるのでIPMモータの1次誘起電圧を下げるためにd軸電流値を大きくする必要はない。
電力変換分に供給するAC電源の電圧V1 が低下し、前記DC変換器の出力側のDC電圧VdcがVdcr 以下に低下した場合の制御方法について説明する。
電力変換部のDC変換器の出力側に設けた電圧検出器により研修したDC電圧Vdcとあらかじめ設定したVdcr とIPMモータの1次定格電圧V1rからIPMモータの1次電圧指令V1*を演算する。
V1*=(Vdc/Vdcr )V1r (8)
IPMモータの1次電圧指令V1*に対してd軸電流制御部のd軸電圧指令Vd*とq軸電流制御部のq軸電圧指令Vq*から数式19に従ってIPMモータの1次電圧帰還信号V1FB を演算する。
V1FB =(Vd*2 +Vq*21/2 (9)
前記のIPMモータの1次電圧指令、V1*と前記IPMモータの1次電圧帰還信号V1FB との偏差の信号と比例積分演算器により増幅して得られたd軸電流指令補正信号Idx* を前記速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd軸電流指令Id*に加算して補正し得られたd軸電流指令に従ってd軸電流制御を行うことにより、IPMモータの1次誘起電圧を低くすることによってd軸とq軸の電流を安定に制御可能とするものである。
【0010】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のIPMモータの制御装置の実施例の構成を示すブロックダイヤグラムである。速度検出信号演算器137において電動機速度指令ωr と電動機の回転検出器103により検出された信号から演算された電動機の回転速度信号ωr*との偏差の信号が比例積分が備えられた速度制御器122に入力されると、その偏差信号は、増幅され、電動機トルク指令T* として出力される。
dq軸電流指令演算器123においては、前記電動機トルク指令T* の関数としてd軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*を演算される。
電動機1次電圧指令演算器124においては、電圧検出器110により検出した電力変換部101のDC変換器108の出力電圧Vdcから次にように電動機1次電圧指令V1*が演算される。
【0011】
電動機の定格電圧V1rを印加するために必要とするDC電力変換器108の出力電圧をVdcr とするとき
Vdc≧Vdcr の場合は、電動機1次電圧指令器124は1次電圧指令V1*=V1rを出力する。
Vdc<Vdcr の場合は、電動機1次電圧指令器124は1次電圧指令V1*=(Vdc/Vdcr )V1rを出力する。
電動機1次電圧制御器125においては、電動機1次電圧を電動機1次電圧帰還信号演算器126によって電動機d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*とから(9) 式に基づいて演算が行われ、得られた1次電圧帰還信号V1FB と比例積分器127により1次電圧指令値V1*との偏差の信号を比例積分増幅器127により増幅されて得られた信号が信号制限器128に入力される。
信号制限器128においては、比例積分増幅器126の出力信号が正であれば0が出力され、負であれば比例積分増幅器126の出力信号がそのままd軸電流指令補正信号Idx*として出力される。
前記dq軸電流指令演算器123より出力された前記d軸電流指令Id1* に前記電動機1次電圧制御器に125より出力されたd軸電流指令補正信号Idx* を加算することによってd軸電流指令Id*が演算される。以上のように演算されるたd軸電流指令とq軸電流指令Iq*にしたがってd軸とq軸の電流が制御される。
前記手段にって、IPMモータの駆動制御装置の電力変換部に給電するAC電源電圧が低下した場合においても電力変換部のDC変換器の出力側のDC電圧の低下に対応させてd軸電流を流すことによってIPMモータの1次誘起電圧を引き下げてIPMモータに印加される電圧の不足状態を回避でき、IPMモータのdq軸電池電流制御が安定に制御される。
【0012】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載するような効果を奏する。
電動機が定格電圧付近で運転されているときに、駆動制御装置の電力変換部に供給される交流電源電圧が低下した場合でも、本発明の制御方法によって電動機の誘起電圧を下げて電動機に印加する電圧が不足状態になるのを防ぎdq軸電流を安定に制御可能として、電力変換部の定格電圧を高くできる。
さらにトルク指令に対する実トルクの直線性を交流電源電圧の低下や負荷急変に対してもきっちりと維持して応答できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のIPMモータの制御装置の実施例の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図2】一般的なIPMモータの駆動装置を示す構成ブロック図である。
【図3】従来の制御ブロック図である。
【符号の説明】
100 AC電源
101 電力変換部
102 IPMモータ
103 回転検出器
104 負荷
105 電動機回路ケーブル
106 電流検出器
109 電力変換器
111 PWM制御器
107 信号ケーブル
121 アプリケーション制御部
122 速度制御器
123 dq軸電流指令演算器
124 電動機1次電圧指令器
125 電動機1次電圧制御器
126 電動機1次電圧帰還信号演算器
127 比例積分増幅器
128 信号制限器
131 dq軸電流制御部
132 座標変換器B
133 q軸電流制御器
134 d軸電流制御器
135 座標変換器A
136 回転位置信号演算器
137 速度検出信号演算器
138 フィードフォワード補償器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for controlling the speed and torque of an IPM motor, which is a synchronous motor having a structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor (see, for example, Japanese Utility Model Laid-Open Nos. 4-28745 and 3-97354).
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a general IPM motor driving apparatus. In the conventional example, as shown in FIG. 2, an IPM motor 502 connected to a load 504, a rotation detector 503 for detecting the rotation of the IPM motor 502, a drive control device 500 for controlling the driving of the IPM motor 502, and an IPM A cable 505 that connects the motor 502 and the drive control device 500, a signal cable 507 that connects the rotation detector 503 and the drive device 500, and the drive control device 500 sends the control signal to the IPM motor 502. The power conversion unit 501 that converts power to drive, the dq axis current control unit 531 that controls the current and rotating magnetic field that flows through the armature of the IPM motor 502, the speed, torque, constant output characteristics, etc. of the IPM motor 502 It is comprised by the application control part 521 to control.
In the drive device configured as described above, the power output from the power conversion unit 501 is supplied to the IPM motor 502 via the motor circuit cable 505, and the power supplied from the IPM motor 502 is converted to the torque of the rotor. The load 504 is driven by the rotational torque after the conversion. The rotation of the IPM motor 502 is detected by the rotation detector 503 and input to the drive control device 500 via the signal cable 507.
[0003]
Below, the drive method of an IPM motor is demonstrated. FIG. 3 is a conventional control block diagram. First, in the dq axis current control unit 531, the rotation signal of the IPM motor 502 detected by the rotation detector 503 is input to the rotation position signal calculator 536 and the speed detection signal calculator 537 via the cable 507. The rotational position θ of the magnetic pole is calculated from the input signal by the rotational position calculator 536, and the calculation result is output to the coordinate converter 535 and the coordinate converter B 532.
Next, the coordinate converter A535 uses u of the three-phase currents flowing through the IPM motor 502 detected by the current detector 506 using the rotation angle signal θ of the magnetic pole output from the rotation position signal calculator 536. The currents iu and iv flowing in the phase and the v phase are converted into signals Id and Iq of two-phase dq axis coordinates.
Next, the d-axis obtained by feeding back the d-axis current and the q-axis current Iq output from the coordinate converter A535 to the d-axis current command Id and the q-axis current Iq * calculated by the application control unit 521. The q-axis current control deviation signal is input to the current control deviation signal d-axis current controller 534 and the q-axis current controller 533, respectively.
Then, the speed detection signal calculator 537 obtains the motor rotation speed ωr from the signal from the rotation detector 503.
Next, the motor rotation speed ωr, the d-axis current command Id *, and the q-axis current finger Iq * are input to the feedforward compensator 538, and a disturbance compensation signal for canceling the induced voltage that is a disturbance of the dq-axis current control. Is calculated.
Next, a disturbance compensation signal is added to a signal obtained by amplifying the deviation signal of the d-axis current control in the d-axis current controller 534 provided with a proportional integration calculator, and the signal is converted into a coordinate converter as a d-axis voltage command Vd * . It is input to B532.
Similarly, a signal disturbance compensation signal obtained by amplifying the deviation signal of the q-axis current is added in the q-axis current controller 533 provided with a proportional integration calculator, and the signal is converted into a coordinate converter B532 as a q-axis voltage command Vq *. Is input.
Next, in the coordinate converter B532, the dq-axis two-phase voltage command of the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * is converted into a three-phase voltage command of Vu * , Vv * , Vw * and PWM control 511. Is input.
Next, in the PWM controller 511, the current converter 509 is operated in response to the three-phase commands Vu * , Vv * , Vw * , and the voltage is controlled by the IPM motor 502 at a frequency required for drive control. Currents iu * , iv * , and iw * are passed through each phase 502.
[0004]
The operation of the application control unit 521 will be described below.
The motor speed signal ωr calculated and output by the speed detection signal calculator 537 is fed back to the speed command signal ωr * , and the deviation signal is input to the speed controller 522 having proportional integration and amplified. The signal is output to the dq axis current command calculator 523 as the motor torque command T * . The dq-axis current command calculator 523 calculates a d-axis current command Id * and a q-axis current command Iq * corresponding to the required motor torque from the motor torque command T *, and outputs them to the dq-axis current control unit 531. (Conventional example 1).
Further, as a conventional example 2, in a drive control device that uses a battery as a power source and converts it into an AC power source according to a torque command value to drive a permanent magnet synchronous motor, either the torque command value or the motor output state is a predetermined amount or more. When the battery voltage is changed, the battery voltage is considered to be the reference minimum voltage, and the initial current command value is obtained according to the torque command value, the motor output state, and the reference minimum voltage, and driving is performed based on the obtained initial current command value. When the battery voltage detected after the execution of the vector control of the motor current based on the initial current command value and the initial control means for vector control of the current is stabilized, the optimum current command value corresponding to the detected battery voltage is obtained and the obtained current Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-246000 is provided with current correction means for vector-controlling the motor current based on a command value.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional one described above has the following problems.
When the voltage V1 of the AC power supply 550 supplied to the power conversion unit 501 is higher than the minimum voltage V1 MIN required for stably controlling the motor 502, the voltage output from the 501 power conversion unit is necessary for the motor 502. Therefore, the d-axis current and q-axis current according to the d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq * calculated by the application control unit 521 can flow, and the motor 502 is stabilized. Can be controlled.
However, when the voltage V1 of the AC power source 500 becomes lower than the minimum voltage V1 MIN, the voltage output from the power conversion unit 501 to the motor 502 is insufficient, so that the d axis calculated by the application control unit 521 is used. The current according to the current command Id * and the q-axis current command Iq * cannot actually be supplied. The dq axis current control unit 531 becomes uncontrollable, and the rotating magnetic field of the electric motor 502 and the rotor are out of synchronization, and the operation becomes impossible.
In the prior art, the rated voltage of the IPM motor 502 is designed with a sufficient margin in advance so that the control of the IPM motor 502 does not become unstable when the voltage of the AC power supply decreases. As a result, the rated current of the IPM motor 502 is increased and the capacity of the power conversion unit 501 is increased.
Conventional Example 2 has the following problems. A response at the time of sudden load change is made with the minimum current of the d-axis and q-axis with respect to the torque command and the minimum voltage obtained as a result of the rotation speed, but when the load changes more than expected, the d-axis, q No response was possible with the minimum shaft current. Further, since the d-axis current command and the q-axis current command based on the torque command are changed independently, the relationship between the actual torque and the torque command has no linearity.
The present invention has been made in view of the above-described problems associated with the conventional technology. Even if the voltage Vdc of the DC output circuit of the power converter 109 decreases due to a voltage drop of the power supply, the IPM motor 502 is provided. It is an object of the present invention to prevent an undervoltage condition from being caused, to enable stable control, and to determine a rated voltage of the IPM motor 502 high.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention is a synchronous motor having a structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor. Control the d-axis current and the q-axis current according to the d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq * calculated from the torque command T * output from the speed controller for the d-axis current and the q-axis current of the IPM motor. In the IPM motor control method for controlling the speed and torque of the IPM motor by:
When the output voltage Vdc of the DC power converter is higher than the output voltage set value Vdcr of the DC power converter, the d-axis current is determined according to the d-axis current command Id * calculated from the torque command T * output from the speed controller. When the output voltage Vdc is lower than the output voltage set value Vdcr, the primary voltage command V1 * is set to V1 * = (Vdc / Vdcr) V1r, and the primary voltage signal V1FB is set to V1FB = (Vd * 2 + Vq * 2 ) 1/2, and a torque command output from the speed controller with a d-axis current command correction signal Idx * obtained from a deviation signal between the primary voltage command V1 * and the primary voltage signal V1FB The d-axis current is controlled in accordance with the d-axis current command Id1 * added to the d-axis current command Id * calculated from T * .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the principle of control for reducing the primary induced voltage of the IPM motor will be described.
Equations (1) to (2) are well-known voltage equations showing the operation state of the IPM motor in the dq coordinate system.
Vd = (R + Ld S) Id -Pωr Lq Iq (1)
Vq = Pωr Ld Id + (R + Lq S) Iq + Pωr φ1 (2)
Where Vd is the d-axis voltage, Vq is the q-axis voltage, R is the winding resistance for one phase, Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, ωr is the rotational angular velocity of the rotor, P is the number of pole pairs, φ1 is the maximum value of the IPM motor primary linkage flux, and S is the Laplace operator.
[0008]
To make the explanation of the control principle easier to understand, we will consider steady-state operation, and ignore the terms multiplied by the Laplace operator in Eqs. (1) and (2). Also, ignoring the effect of winding resistance R for one phase, equations (1) and (2) are approximated as equations (3) and (4).
Vd = -Pωr Lq Iq (3)
Vq = Pωr Ld Id + Pωr φ1 (4)
Known formulas relating to the torque T, d-axis current Id, and q-axis current Iq of the IPM motor are shown in equations (5) and (6).
T = Pm 1 [φ1- (Lq-Ld) Id] Iq (5)
Here, m 1 is the number of phases of the IPM motor.
A known relational expression between the primary voltage V1 of the IPM motor and the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq is shown in equation (6).
V1 = (Vd 2 + V q 2) 1/2 (6)
Equation (6) is transformed into Equation (7) using Equations (3), (4), and (5).
V1 = Pωr φ1 [(1 + Ld Id / φ1) 2 + (Lq / (P 2 m 1 2 φ1 3 ))
・ (T / (1-Id (Lq-Ld) / φ1)) 2 ] 1/2 (7)
The first term inside the square root of the equation (7) becomes smaller as -φ1 / Ld ≦ Id <0 and Id approaches -φ1 / Ld.
Further, the second term within the square root decreases as Id increases in the negative direction when the torque T of the IPM motor is constant.
Equation (7) shows that the primary induced voltage of the IPM motor can be lowered by passing a negative d-axis current Id.
Next, a method for enabling the d-axis current and the q-axis current to be stably controlled even when the voltage V1 of the AC power supply supplied to the power converter is lowered will be described.
[0009]
If the DC voltage Vdc on the output side of the DC converter of the power converter is higher than the DC voltage Vdcr required to output the rated voltage V1r to the primary side of the IPM motor, the power converter requires an IPM motor. Therefore, it is not necessary to increase the d-axis current value in order to reduce the primary induced voltage of the IPM motor.
A control method in the case where the voltage V1 of the AC power supply supplied for power conversion is lowered and the DC voltage Vdc on the output side of the DC converter is lowered to Vdcr or less will be described.
The primary voltage command V1 * of the IPM motor is calculated from the DC voltage Vdc trained by the voltage detector provided on the output side of the DC converter of the power converter, the preset Vdcr and the primary rated voltage V1r of the IPM motor.
V1 * = (Vdc / Vdcr) V1r (8)
The primary voltage feedback signal V1FB of the IPM motor in accordance with Equation 19 from the d-axis voltage command Vd * of the d-axis current control unit and the q-axis voltage command Vq * of the q-axis current control unit with respect to the primary voltage command V1 * of the IPM motor Is calculated.
V1FB = (Vd * 2 + Vq * 2 ) 1/2 (9)
Primary voltage command of said IPM motor, V1 * and the said amplified and obtained d-axis current command correction signal Idx * by the deviation signal of the primary voltage feedback signal V1FB the IPM motor and proportional-plus-integral calculator By performing d-axis current control according to the d-axis current command obtained by adding to the d-axis current command Id * calculated from the torque command T * output from the speed controller, the primary induced voltage of the IPM motor By lowering the value, the d-axis and q-axis currents can be stably controlled.
[0010]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a control device for an IPM motor of the present invention. A speed controller 122 provided with a proportional integral of a deviation signal between the motor speed command ωr and the motor rotation speed signal ωr * calculated from the signal detected by the motor rotation detector 103 in the speed detection signal calculator 137. , The deviation signal is amplified and output as a motor torque command T * .
The dq-axis current command calculator 123 calculates a d-axis current command Id * and a q-axis current command Iq * as a function of the motor torque command T * .
In the motor primary voltage command calculator 124, the motor primary voltage command V1 * is calculated from the output voltage Vdc of the DC converter 108 of the power converter 101 detected by the voltage detector 110 as follows.
[0011]
When the output voltage of the DC power converter 108 required for applying the rated voltage V1r of the motor is Vdcr, when Vdc ≧ Vdcr, the motor primary voltage commander 124 sets the primary voltage command V1 * = V1r. Output.
When Vdc <Vdcr, the motor primary voltage command unit 124 outputs the primary voltage command V1 * = (Vdc / Vdcr) V1r.
In the motor primary voltage controller 125, the motor primary voltage is converted from the motor d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * by the motor primary voltage feedback signal calculator 126 based on the equation (9). The signal obtained by amplifying the signal of the deviation between the obtained primary voltage feedback signal V1FB and the primary voltage command value V1 * by the proportional integrator 127 by the proportional integrator amplifier 127 is calculated. Is input.
In the signal limiter 128, if the output signal of the proportional integration amplifier 126 is positive, 0 is output, and if it is negative, the output signal of the proportional integration amplifier 126 is output as it is as the d-axis current command correction signal Idx * .
A d-axis current command is obtained by adding a d-axis current command correction signal Idx * output from 125 to the motor primary voltage controller to the d-axis current command Id1 * output from the dq-axis current command calculator 123. Id * is calculated. The d-axis and q-axis currents are controlled according to the d-axis current command and the q-axis current command Iq * calculated as described above.
The d-axis current corresponding to the decrease in the DC voltage on the output side of the DC converter of the power conversion unit even when the AC power supply voltage supplied to the power conversion unit of the drive control device of the IPM motor is decreased by the above means. , The primary induced voltage of the IPM motor is lowered to avoid a shortage of voltage applied to the IPM motor, and dq axis battery current control of the IPM motor is stably controlled.
[0012]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
Even when the AC power supply voltage supplied to the power conversion unit of the drive control device is lowered when the motor is operated near the rated voltage, the induced voltage of the motor is lowered and applied to the motor by the control method of the present invention. The rated voltage of the power conversion unit can be increased by preventing the voltage from becoming insufficient and enabling the dq axis current to be stably controlled.
In addition, the linearity of the actual torque with respect to the torque command can be maintained in response to a decrease in the AC power supply voltage or a sudden load change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an IPM motor control apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a general IPM motor drive device.
FIG. 3 is a conventional control block diagram.
[Explanation of symbols]
100 AC power supply 101 Power converter 102 IPM motor 103 Rotation detector 104 Load 105 Motor circuit cable 106 Current detector 109 Power converter 111 PWM controller 107 Signal cable 121 Application controller 122 Speed controller 123 dq axis current command calculator 124 motor primary voltage command device 125 motor primary voltage controller 126 motor primary voltage feedback signal calculator 127 proportional integration amplifier 128 signal limiter 131 dq axis current control unit 132 coordinate converter B
133 q-axis current controller 134 d-axis current controller 135 Coordinate converter A
136 Rotational position signal calculator 137 Speed detection signal calculator 138 Feed forward compensator

Claims (1)

回転子内部に永久磁石を埋め込んだ構造の同期電動機であるIPMモータのd軸電流及びq軸電流を速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd 軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*に従ってd軸電流とq軸電流を制御することによって前記IPMモータの速度とトルクを制御するIPMモータの制御方法において、
前記DC電力変換器の出力電圧VdcがDC電力変換器の出力電圧設定値Vdcr より高い場合は、前記速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd軸電流指令Id*に従ってd軸電流を制御し、前記出力電圧Vdcが前記出力電圧設定値Vdcr より低い場合は、1次電圧指令V1*をV1*=(Vdc/Vdcr )V1rとし、1次電圧信号V1FB をV1FB =(Vd*2 +Vq*21/2 とし、前記1次電圧指令V1*と前記1次電圧信号V1FB との偏差信号から得られたd軸電流指令補正信号Idx* を前記速度制御器より出力されるトルク指令T* から演算したd軸電流指令Id*に加算したd軸電流指令Id1* に従ってd軸電流を制御することを特徴とするIPMモータの制御方法。
D-axis current command Id * and q-axis current obtained by calculating the d-axis current and q-axis current of the IPM motor, which is a synchronous motor having a permanent magnet embedded in the rotor, from the torque command T * output from the speed controller In the IPM motor control method for controlling the speed and torque of the IPM motor by controlling the d-axis current and the q-axis current according to the command Iq * ,
When the output voltage Vdc of the DC power converter is higher than the output voltage set value Vdcr of the DC power converter, the d-axis current is determined according to the d-axis current command Id * calculated from the torque command T * output from the speed controller. When the output voltage Vdc is lower than the output voltage set value Vdcr, the primary voltage command V1 * is set to V1 * = (Vdc / Vdcr) V1r, and the primary voltage signal V1FB is set to V1FB = (Vd * 2 + Vq * 2 ) 1/2, and a torque command output from the speed controller with a d-axis current command correction signal Idx * obtained from a deviation signal between the primary voltage command V1 * and the primary voltage signal V1FB A method for controlling an IPM motor, comprising: controlling a d-axis current according to a d-axis current command Id1 * added to a d-axis current command Id * calculated from T * .
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