JP3979102B2 - Electric motor control method and control apparatus therefor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法およびその制御装置に関し、特に磁極位置センサを用いないで電動機の通常運転(実運転)に先立って行われる電動機の磁極検出を短時間かつ高精度に行うための技術に関するものである。
なお、本発明における電磁力指令とは、リニアモータにおいてはインバータ制御装置の推力指令であり、回転型電動機においてはトルク指令を意味する。即ち、推力指令とトルク指令両方を含む概念として電磁力指令を定義して用いている。
【0002】
【従来の技術】
電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法およびその制御装置では、電動機の可動子と固定子との相対位置を求めて、その可動子位置において効率よく電磁力が発生するように通電する電流の電気角指令を決定している。
電動機の可動子と固定子との相対位置を求めるには、電動機の内部に磁極位置センサを設置して可動子の磁極位置を検出する手段、電動機の内部に絶対値エンコーダ(たとえば、回転型の電動機で用いられる可動子の回転角度の絶対位置を検出する装置のことなどを言う)を設置して可動子の絶対位置を検出する手段、あるいは電流検出器を設置してコイルに流れる各相の電流値を測定して各相電流の位相差を検出する手段などがある。しかし、これらの検出器を電動機に内挿し、あるいはその周辺部に設置して、検出器の信号線を制御装置に接続する必要があるため、コスト、小型軽量化あるいは信頼性などの問題点がある。
【0003】
磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、電動機の可動子と固定子との相対位置を求める手段として、特許第3114817号による従来例(以下、第1従来例という)がある。
図13は第1従来例を示す説明図である。
第1従来例で用いている電動機は、U、VおよびW相の3相固定子巻線を有する回転型の電動機であって、例としてU、VおよびW相巻線に図13(a)のように正弦波状に変化する電流(励磁電流)iu、ivおよびiwを通電すると、電動機の発生トルクT、回転角速度dθ/dtおよび回転角度θは、それぞれ図13(b)、(c)および(d)のようになる。つまり、励磁周波数で正弦波状に変化するトルクと、励磁電流との位相差は停止している磁極位置によって変化するので、この発生トルクまたはこれによって生じる回転角速度または回転角度を検出して、これと励磁電流との位相差(図13(b)では位相差がπ/2となっている)から、電動機の可動子と固定子との相対位置を求めている。
【0004】
このほか、磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、可動子と固定子との相対位置を求める手段として、本願の出願人が出願した特開平7−322678号による従来例(以下、第2従来例という)がある。
第2従来例で用いている電動機は、ベクトル制御で駆動されるものであって、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向しか電動機を駆動できないときに、発生電磁力が希望する駆動方向に加速させるときは、位置データxより界磁極位置を求めて通電する励磁電流の位相ρを決定する際に加える位相オフセット量γをしばらくの間保持した後、次の位相オフセット量γに更新し、発生電磁力が、希望する駆動方向と逆に加速させるときは、すぐに次の位相オフセット量に更新する手段を備えたものである。
図14は第2従来例の流れを示すフローチャートである。
すなわち、ステップ141は駆動させたい方向と一致する推力指令を与え、ステップ142は位相オフセット量γを変更するための時間の初期化を行い、ステップ143は励磁電流の位相オフセット量γの初期設定を与え、ステップ144は通電する励磁電流の位相ρを演算する。通電する励磁電流の位相ρは位置データxより演算する界磁極位置θと位相オフセット量γとから求める。
ステップ145は加速度の極性を判定する。加速度は位置の2階微分あるいは速度の1階微分から求めることができる。もし加速度の極性がステップ141で与えた推力指令で駆動させたい方向と一致するなら、ステップ146に進み、一致しない場合はステップ148に進む。ステップ146では時間を判定する。そのオフセット量を変更せずに与えることのできる時間tmax以下かどうかを判定する。もし与えることのできる時間tmax以下ならば、ステップ147に進む。ステップ147では時間を更新する。ステップ148では位相オフセット量γを更新する。ステップ149はステップ142と同じことを行う。
このように、加速度をみて駆動方向を確認して、加速度の極性が推力指令で駆動させたい方向と一致しない場合には位相オフセット量γを更新しているので、電動機は特定方向に駆動される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
(第1課題) 磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに磁極検出を行う場合には、励磁電流を通電しながら、電動機の可動子を動作させて、その可動子の位置あるいは速度を検出する必要がある。したがって、その位置あるいは速度の状態量を検出できるくらいの十分な大きさを持つ励磁電流で可動子を動作させなければならない。しかし、可動子の位置あるいは速度が大きくなると、それに応じて可動子が大きく動いてしまうこととなり、場合によっては、電動機によって動作する制御対象が障害物などと接触してしまう危険性がある。
第1従来例では、図13(a)のように正弦波状で変化する電流(励磁電流)iu、ivおよびiwを通電し、その位置あるいは速度の状態量と励磁電流との位相差を検出している。また、第2従来例では、動作させたときの位置あるいは速度を検出して、その位置の2階微分あるいは速度の1階微分から加速度を求めている。
このときには、可動子が大きく動作しないようにするために、通電する励磁電流の振幅(大きさ)をある程度小さくする手段を講じなければならない。しかし、励磁電流の振幅を小さくすると、摩擦やコギングなどといった外力の影響で、可動子の速度が小さくなって、可動子の位置あるいは速度の状態量が検出できなくなるといった問題がある。また、摩擦などの原因で生じる機械的なロス要因が小さくて、可動子と接続されたケーブルについて、そのケーブルテンション(ケーブルによって可動子に作用する力のことを言う)が大きい状態にある場合(たとえば、空気浮上式の軸受を用いている場合)やコギング力(Cogging Torque:回転子の永久磁石と固定子鉄心歯部との吸引力変化により生じる力)が大きい場合などには、ケーブルテンションあるいはコギング力が、通電された励磁電流によって生じる電磁力を上回る場合があり、作用する電磁力と逆の方向に可動子が動いてしまい、正しい位相差が検出されなかったり、加速度の向きと作用した電磁力の向きとが一致しない場合があり、精度よく磁極検出ができなくなるといった問題がある。また、可動子が空気浮上型や磁気浮上型の軸受によって案内されるようなリニアモータにおいては、静止摩擦力が動摩擦力を大きく上回るため、可動子に急峻な加速度が作用してしまうことがあり、可動子が大きく動いてしまうといった問題がある。
結局、精度よく磁極検出を行うために、振幅の大きな励磁電流を通電して可動子を動作させなければならず、その結果、可動子が大きく動作してしまうことによって、制御対象が障害物などと接触してしまう場合があるという問題があった。
【0006】
(第2課題) 第1従来例において、可動子が大きく動作しないようにするためには、通電する励磁電流の振幅を小さくするほかに、励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とする手段が考えられる。通電する励磁電流の周波数が高くなれば、その1階積分である速度あるいはその2階積分である位置は、周波数が低い場合に比べて小さくなり、また一定方向に作用する力は短時間しか作用しないので、その力によって生ずる速度は摩擦などの外乱などにより低減されるので、可動子の動作量が少なくなり、制御対象が障害物などと接触する可能性が低くなる。
しかし、通電する励磁電流の周波数を高くすると、測定された位置あるいは速度と、通電した励磁電流との位相差を精度よく求めることは不可能となる。
【0007】
この理由を図15により説明する。
図15は励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とし、第1従来例に基づいて磁極検出したときに現れる励磁電流と可動子速度を時系列データで示したものである。
この例では、制御装置の制御演算周期を0.5msとし、通電する励磁電流を166.7Hzの正弦波として、回転角速度を検出しようとしている。このとき通電される励磁電流は、図15(a)、測定された回転角速度は図15(b)のようになる。制御装置では、図15(a)で示す理想的な電流指令iu’、iv’およびiw’を通電しようとしているが、制御装置の制御演算周期が0.5msであるため、実際に通電される励磁電流は、iu、ivおよびiwのようになり、ステップ状に変化する粗い波形となる。測定された回転角速度は、図15(b)のようになるが、制御装置の制御演算周期が0.5msであるため、この速度もステップ状に変化する粗い波形となる。
このような粗い波形どうしから、その位相差を求めた場合には、大きな誤差を含むこととなってしまう。図15で示した例では、制御装置の制御演算周期を0.5ms、通電する励磁電流の周波数を166.7Hzとしているが、166.7Hzの正弦波が制御演算周期0.5msの間に進む位相角は、166.7×0.0005×360=30degreeであって、磁極検出結果には、少なくともこの範囲内で誤差を含むこととなり、精度よく位相差を求めることは不可能となる。
一般に、磁極検出の精度は電気角で±7degree以内にあることが好ましいとされている。したがって、第1従来例を実施するにあたって、この精度を保つためには、少なくとも39Hz以下の正弦波を通電する必要がある。
結局、精度よく磁極検出を行うために、低い周波数による励磁電流を通電して可動子を動作させなければならず、その結果、可動子が大きく動作してしまうことによって、制御対象が障害物などと接触してしまう場合があるという問題があった。
【0008】
(第3課題) 第2従来例では、動作させたときの位置あるいは速度を検出して、その位置の2階微分あるいは速度の1階微分から加速度を求めているが、この場合には、磁極検出の開始時に可動子の速度が零に近い値にあることが前提となる。しかし、ケーブルテンションが大きい場合などには、可動子が完全に静止していない場合が多く、可動子の速度が零に近い値になるまで、磁極検出そのものが実行できないという問題があった。
【0009】
(第4課題) 第2従来例では、電流を通電しながら可動子を動作させ、図14のステップ145において加速度の極性を判定して、ステップ148において位相オフセット量γを更新するという手順を、加速度の極性と駆動させたい方向とが一致するまで繰り返し行う必要がある。
このため、初期の磁極位置によっては、位相オフセット量γが適切な値になるまでに長い時間を要することがあり、短時間で磁極検出できないという問題があった。
【0010】
そこで、前記第1課題から第4課題までを解決するために、本発明は磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子を大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1課題から第4課題までを解決するために、本発明は磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子が大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することを目的としたものであり、本発明の基幹をなすところは、周期が短い周期関数である磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、時刻tの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω(t)と電機子位置状態量Φ(t)とに基づいて電流の電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、そのときの可動子の速度状態量v(t)を測定し、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)とスリップ指令ω(t)とを比較して磁極オフセット量θを同定する手順によって、磁極検出運転を行うところにある。
すなわち、本発明の電動機の制御方法は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻tにおける前記電機子位置状態量をΦ(t)とし、前記電気角指令をψ(t)としたとき、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する電磁力指令生成ステップS1と、時刻tの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω(t)を生成するスリップ指令生成ステップS2と、所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記スリップ指令ω(t)とに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量v(t)を測定する測定ステップS3と、前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に対する前記状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)と前記スリップ指令ω(t)とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップS4と、の手順にて磁極検出運転を行い、実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させるものである。
また、本発明の電動機の制御装置は、電動機の速度検出器から出力された速度状態量を積分して電機子位置状態量に変換する積分器と、目標値と前記電機子位置状態量および/または前記速度状態量に基づいて電磁力指令を出力するフィードバック制御器と、電磁力指令切替器と、電気角切替器と、電流変換器と、加算器と、磁極オフセット量同定器と、を内部に備え、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量を同定する場合には、はじめに前記積分器の値がクリアされ、前記磁極オフセット量同定器から出力される磁極検出時電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力されるスリップ指令が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記スリップ指令の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記磁極検出時電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力され、前記磁極オフセット量同定器は前記速度状態量が入力される状態として前記磁極オフセット量を同定する前記磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記フィードバック制御器から出力された前記電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力される前記磁極オフセット量が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記磁極オフセット量の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例を図1から図5までに基づいて説明する。図1は本発明の第1実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図2は本発明の第1実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。図3および図4は本発明の第1実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図4は図3の一部時間を拡大したものである。図5は本発明の第1実施例に基づいて、磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
図1において、101は制御装置であり、励磁電流102を電動機103に通電させることによって、電動機103に電磁力を発生させる。
電動機103の速度は速度検出器104によって検出され、検出した速度状態量v(t)を制御装置101に帰還させる。ただし、tは時刻を意味している。
制御装置101はその内部に、速度状態量v(t)を積分して電機子位置状態量Φ(t)に変換する積分器107、図示しない目標値生成手段で生成された目標値108と電機子位置状態量Φ(t)および/または速度状態量v(t)に基づいて電磁力指令110を出力するフィードバック制御器111、電磁力指令切替器112、電気角切替器113、電流変換器114、加算器115および磁極オフセット量θを出力する磁極オフセット量同定器117を有する。
通常運転時(実運転時)では、電磁力指令切替器112および電気角切替器113がともにaの位置にあり、フィードバック制御器111から出力された電磁力指令110が電磁力指令切替器112を経由して電流変換器114に入力される。また、磁極オフセット量θは電気角切替器113を経由し、電機子位置状態量Φ(t)とともに加算器115に入力される。加算器115では、磁極オフセット量θと電機子位置状態量Φ(t)との和である電気角指令Ψ(t)=θ+Φ(t)を出力して、電流変換器114に入力する。電流変換器114では、電磁力指令110に比例するように通電する電流の大きさを決定して電気角指令Ψ(t)に基づいて励磁電流102を出力する。
【0013】
ここで、速度検出器104は、たとえばインクリメンタル式のエンコーダであり、制御装置101の始動時(例えば、制御装置101の電源を投入したときなどのことをいう)には、電動機103における可動子と固定子との相対位置が不明であるため、電動機103の実運転に先立って、電動機103における可動子と固定子との相対位置から決まる磁極オフセット量θを同定する。
すなわち、図示しないリセット信号によって、積分器107の値をクリアし、電磁力指令切替器112および電気角切替器113をともにbの位置に切替える。そして、速度状態量v(t)を磁極オフセット量同定器117に入力可能な状態とし、磁極オフセット量同定器117から出力される磁極検出時電磁力指令T(t)が電磁力指令切替器112を経由して電流変換器114に入力され、磁極オフセット量同定器117から出力されるスリップ指令ω(t)が電気角切替器113を経由して電機子位置状態量Φ(t)とともに加算器115に入力される状態とする。加算器115では、スリップ指令ω(t)と電機子位置状態量Φ(t)との和である電気角指令Ψ(t)=ω(t)+Φ(t)を出力して、電流変換器114に入力する。電流変換器114では磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定し、電気角指令Ψ(t)に基づいて励磁電流102を出力して磁極検出運転を行い、磁極オフセット量θを同定する。最後に、電磁力指令切替器112および電気角切替器113をともにaの位置に戻して、実運転に入る。
【0014】
磁極検出運転は、図2に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器117によって行われる。
電磁力指令生成ステップS1では、磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する。
磁極検出時電磁力指令T(t)は、周期関数とし、制御対象が障害物などと接触することのないように、この周期関数の周期を短くする。
この周期関数の周期は、制御装置101の制御演算周期の2n倍(但し、nは自然数である)とすることが好ましい。
また、この周期関数は、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波などとすることが好ましい。
なお、磁極検出時電磁力指令T(t)が制御演算周期毎に離散化される影響により、この周期関数の周期が制御装置101の制御演算周期に近くなると、この周期関数が台形波、矩形波あるいは三角波に近い波形となるが、特に問題は生じない。
【0015】
また、磁極検出運転の開始時には、可動子が過渡的に大きく動作する場合があるので、この過渡現象を取り除くために、磁極検出時電磁力指令T(t)は、後記測定ステップS3の開始時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数とすればよい。
さらに、磁極検出運転の終了時における過渡現象が懸念される場合には、磁極検出時電磁力指令T(t)は、後記測定ステップS3の終了時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とすればよい。
このような条件を満たす磁極検出時電磁力指令T(t)の一例としては、次のような関数が考えられる。
T(t)=a(t)×sin(2πft)
ただし、fは磁極検出時電磁力指令T(t)の周波数(周期の逆数をとったもの)であって、関数a(t)は振幅をあらわし、例えば、台形波あるいは台形波にスムージングをかけたものなどである。
【0016】
このように、磁極検出時電磁力指令T(t)を周期の短い周期関数(たとえば、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波など)とし、この周期関数の周期を制御装置101の制御演算周期の2n倍(但し、nは自然数である)とし、磁極検出運転時に可動子を滑らかに動作させることで、可動子が大きく動作することなく磁極検出を行うことができる。
【0017】
また、測定ステップS3の開始時に磁極検出時電磁力指令T(t)の振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまではその振幅が緩やかに単調増加し、測定ステップS3の終了時にその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とすることで、磁極検出運転における過渡現象がなくるので、可動子が大きく動作することなく磁極検出を行うことができる。
【0018】
スリップ指令生成ステップS2では、時刻tの経過とともに一定範囲で変化するスリップ指令ω(t)を生成する。スリップ指令ω(t)は後記測定ステップS3における所定時間のあいだに、少なくとも電気角1/2回転以上の変化を持たせた関数とする。
【0019】
このように、スリップ指令ω(t)を、所定時間のあいだに少なくとも電気角1/2回転以上の変化を持たせた関数とすることで、磁極検出時電磁力指令T(t)に対して電磁力がもっとも強くなる電気角を少なくとも1つ以上含むようになるので、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。
【0020】
測定ステップS3では、所定時間のあいだ、磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ指令ω(t)とに基づいて電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、所定時間のあいだにおける可動子の速度状態量v(t)を測定する。具体的には、以下のステップS31からS36までを行う。まず、ステップS31で時刻tをt=0とし、積分器107に格納された電機子位置状態量の値をΦ(0)=0として初期化する。次に、ステップS32で電機子位置状態量Φ(t)とスリップ指令ω(t)との和を加算器115で演算して電気角指令Ψ(t)=Φ(t)+ω(t)を決定する。次に、ステップS33で磁極検出時電磁力指令T(t)に基づいて励磁電流の大きさを決定して、電気角指令ψ(t)に基づいて、電流変換器114において励磁電流を発生させる。次に、ステップS34でこのときの可動子の速度状態量v(t)を速度検出器104によって測定する。次に、ステップS35で所定時間に達しているかどうかを判定する。この継続条件を満たしていなければS36に進み、継続条件を満たしていれば測定ステップS3を終了する。ステップS36では、時刻tの値をt=t+DTによって更新する。ここで、DTは制御装置101の制御演算周期である。
【0021】
磁極オフセット量算出ステップS4では、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)とスリップ指令ω(t)とを比較して磁極オフセット量θを同定する。具体的には、以下のステップS41およびS42を行う。
まず、ステップS41では、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の応答比req(t)を算出する。
応答比req(t)の算出にあたっては、例として以下の方法1から方法6までが考えられる。
【0022】
[方法1]応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で速度状態量v(t)の1階微分値dv(t)/dtが極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=(dv(t’)/dt)/T(t)
によって算出する。
【0023】
[方法2]応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)の1階積分値ST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で速度状態量v(t)が極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=v(t’)/ST(t)
によって算出する。
【0024】
[方法3]あらかじめ速度状態量v(t)を積算した位置状態量x(t)を算出しておき、応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)の2階積分値SST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で位置状態量x(t)が極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=x(t’)/SST(t)
によって算出する。
【0025】
[方法4]応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で速度状態量v(t)の1階微分値dv(t)/dtが同符号となる時間領域において、1階微分値dv(t)/dtを積算した値をSdv(t)として、
req(t)=Sdv(t)/T(t)
によって算出する。
【0026】
[方法5]応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)の1階積分値ST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で速度状態量v(t)が同符号となる時間領域において、速度状態量v(t)を積算した値をSv(t)として、
req(t)=Sv(t)/ST(t)
によって算出する。
【0027】
[方法6]あらかじめ速度状態量v(t)を積算した位置状態量x(t)を算出しておき、応答比req(t)は、磁極検出時電磁力指令T(t)の2階積分値SST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、時刻tの近傍で位置状態量x(t)が同符号となる時間領域において、位置状態量x(t)を積算した値をSx(t)として、
req(t)=Sx(t)/SST(t)
によって算出する。
【0028】
このように、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の応答比req(t)を、方法1から方法6までのいずれかの方法によって算出することで、応答比req(t)は電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角で±π/2ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有するので、高精度に磁極検出を行うことができる。
また、応答比の算出方法として、方法1から方法6までを開示したが、この方法に限られることはなく、応答比req(t)は電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角で±π/2ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有する特徴量となっていれば、高精度な磁極オフセット量が同定できることは言うまでもない。
【0029】
次に、ステップS42では、応答比req(t)とスリップ指令ω(t)とを比較して磁極オフセット量θを同定する。同定方法の一例としては、所定時間のあいだにおける応答比の絶対値|req(t)|の最大値、あるいは応答比の絶対値|req(t)|の平均値にπ/2を乗じた値をreqmaxとしたとき、reqmax×cos(ω(t)−θ’)−req(t)の絶対値、平方した値などを評価量とし、所定時間のあいだでこの評価量を積分した値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値θ’を磁極オフセット量θとすればよい。
【0030】
このように、所定時間のあいだで評価量を積分して、この積分値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値を磁極オフセット量θとすることで、高精度に磁極検出を行うことができる。
なお、S42の積分時間は、所定時間としたが、磁極検出時電磁力指令T(t)を、測定ステップS3の開始時においてその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数とした場合、あるいは磁極検出時電磁力指令T(t)を、測定ステップS3の終了時においてその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とした場合には、その増加中、あるいは減少中の速度に大きな誤差要素が含まれることがあるので、磁極検出時電磁力指令T(t)の振幅a(t)が一定値となっていない時間領域においては、積分を行わないようにするとより好適である。
また、磁極オフセット量θの同定方法として、前述した評価量を積分して、この積分値が最小となるようなθ’を算出する方法を開示したが、この方法に限られることはなく、例えば、応答比req(t)の値が最大となる時刻におけるスリップ指令の値ω(t)を磁極オフセット量θとしたり、応答比req(t)の値が最小となる時刻におけるスリップ指令の値に電気角1/2回転分の位相を加えた値ω(t)+πを磁極オフセット量θとしたり、応答比req(t)の値が零となる時刻におけるスリップ指令の値に電気角±1/4回転分の位相を加えた値ω(t)±π/2を磁極オフセット量θとしたりする方法でも、高精度な磁極オフセット量θが同定できることは言うまでもない。また、このほかにも、応答比req(t)とスリップ指令ω(t)の特徴を抽出して、その特徴から磁極オフセット量θを同定する方法は数多く考えられる。
以上のステップにて磁極検出運転が行われると、もっとも好適な磁極オフセット量θが同定されることとなる。
【0031】
このように、電動機の実運転に先立って電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する電磁力指令生成ステップS1と、時刻tの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω(t)を生成するスリップ指令生成ステップS2と、所定時間の間、磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ指令ω(t)とに基づいて電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、所定時間の間における可動子の速度状態量v(t)を測定する測定ステップS3と、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)とスリップ指令ω(t)とを比較して磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップS4との手順にて磁極検出運転を行うことで、高周波の励磁電流が通電されるので、可動子が大きく動作することなく、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。また、短時間で磁極検出を行うことができるため、磁極検出運転における励磁電流が大きな場合でも、可動子や電流変換器からの発熱量も少なくてすむ。
【0032】
この磁極検出運転を、U、VおよびW相の3相巻線を有するリニアモータにて実施した結果について説明する。この実験におけるリニアモータの制御装置は、制御演算周期がDT=312.5μ秒であり、時間DT秒ごとに電磁力指令を出力し、速度状態量v(t)を測定するものである。また、電磁力指令生成ステップS1で生成する磁極検出時電磁力指令を、
T(t)=a(t)×sin(2π×400×t),
a(t)=a×t/0.25(t<0.25),a(t≧0.25)
とし、制御演算周期を8倍した400Hzの周期を持つ正弦波とする。ただし、aは通電する電磁力指令の最大振幅(推力)[N]であり、tは時刻[秒]である。なお、この磁極検出時電磁力指令T(t)は、測定ステップS3の開始時に、その振幅が零に近いものとし、時刻t=0.25秒に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数である。
スリップ指令生成ステップS2で生成するスリップ指令をω(t)=2πtなる0.5秒の間で電気角1/2回転の変化を持たせた関数とし、ステップS35の継続条件を0≦t≦0.75としている。
図3は、磁極検出時電磁力指令T(t)と、U、VおよびW相の3相巻線に通電された励磁電流iu(t)、iu(t)およびiw(t)と、そのときの可動子の速度状態量v(t)および位置状態量x(t)を時系列データで示したものであり、図4は図3の一部時間を拡大したものである。
磁極検出時電磁力指令T(t)は、図3(a)および図4(a)のような波形であり、矢印A部で示す0秒から0.25秒の間にその振幅が緩やかに単調増加している。
測定ステップS3では、電流変換器114によって、磁極検出時電磁力指令T(t)および電気角指令Ψ(t)=ω(t)+Φ(t)が励磁電流102に変換される。
励磁電流102はiu(t)=T(t)*sin(Ψ(t))、iv(t)=T(t)*sin(Ψ(t)+2π/3)、iw(t)=T(t)*sin(Ψ(t)+4π/3)に基づいて発生するので、図3(b)および図4(b)のような波形となる。
この励磁電流102が通電されると、可動子の速度状態量v(t)は図3(c)および図4(c)のような波形となり、可動子の位置状態量x(t)は図3(d)および図4(d)のような波形となる。
なお、図3(d)で示す通り、可動子が大きく動作しないような場合には、電機子位置状態量Φ(t)がスリップ指令ω(t)に比べると非常に小さいため、電気角指令Ψ(t)はスリップ指令ω(t)とほぼ等しい値となる。
ここで、0.25秒から0.75秒までの0.5秒間に、スリップ指令ω(t)は電気角1/2回転以上の変化を持っているので、この間において磁極検出時電磁力指令T(t)に対して電磁力がもっとも強くなる電気角指令を含むこととなる。すなわち、速度状態量v(t)の振幅が最大となる図3の矢印Bの付近で電磁力がもっとも強くなっていることが判る。
磁極オフセット量算出ステップS4では、ステップS42にて、例えば、方法5によって応答比req(t)を算出すると、その波形は、図5(a)のようになる。さらに、reqmaxを、時間区間0.25≦t≦0.75における応答比req(t)の正または負の最大値とし、reqmax×cos(ω(t)−θ’)−req(t)の絶対値を評価量とし、この評価量を時間区間0.25≦t≦0.75で積分して、この積分した値が最小となるようなθ’の値を算出すると、θ’に対する積分値の変化は図5(b)のようになる。すなわち、図5(b)では、矢印Dで示す通りθ’=0.2278π(=41degree)で積分値が最小となっていることを意味しており、図5(a)に示す関数reqmax×cos(ω(t)−0.2278π)は、応答比req(t)に近い波形となるので、同定すべき磁極オフセット量は、θ=0.2278π(=41degree)とすれば良いことになる。
なお、この実験では、磁極検出の精度は電気角で±1degree以内で同定されており、要求される磁極検出の精度(±7degree以内)を十分満足している。また、可動子の位置状態量x(t)は、図3の矢印Cで示した通り最大で71μmの変化を持つが、この程度の変化であれば、電動機によって動作する制御対象が、障害物などと接触する可能性が限りなく低くなる。
【0033】
[第2実施例]次に、本発明の第2実施例を図6および図7に基づいて説明する。なお、第1実施例の説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図6は本発明の第2実施例に基づいて磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図7は磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
第2実施例における電動機の制御装置の構成および磁極検出運転の流れは、図1または図2と同じである。
第2実施例は、可動子と接続されたケーブルについて、そのケーブルテンションが大きい状態にある場合の一例である。第1実施例と同様に、ステップS34で速度状態量v(t)を測定した結果、可動子の速度状態量v(t)は図6(a)に示す通り、不定な速度を持って推移している。
そこで、このような場合には、磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、磁極検出時電磁力指令T(t)の周期以外の周波数成分を除去するフィルタに、速度状態量v(t)(前述した方法3や方法6によって応答比req(t)を算出する場合などには「位置状態量x(t)」、以下同じ)を通過させた補正速度状態量v’(t)(前述した方法3や方法6によって応答比req(t)を算出する場合などには「補正位置状態量x’(t)」、以下同じ)を算出して、速度状態量v(t)の値をこの補正速度状態量v’(t)の値に置き換えるとよい。
具体的には、磁極検出時電磁力指令T(t)の周期(400Hz)以外の周波数成分を除去するために、まず、速度状態量v(t)をハイパスフィルタに通し、速度のオフセット成分を取り除く。次に、この速度状態量v(t)をFourier変換(FFT)したのち、そのスペクトルから磁極検出時電磁力指令T(t)の周期以外の成分をカットして、逆Fourier変換(Inverse FFT)することで、補正速度状態量v’(t)を算出するとよい。その結果、補正速度状態量v’(t)は図6(b)の通りとなる。
速度状態量v(t)の値をこの補正速度状態量v’(t)の値に置き換えたのちに、例として、方法5によって応答比req(t)を算出した結果は、図7(a)のようになり、応答比req(t)は電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角で±π/2ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を持つようになる。第1実施例と同様に、reqmaxを、時間区間0.25≦t≦0.75における応答比req(t)の正または負の最大値とし、reqmax×cos(ω(t)−θ’)−req(t)の絶対値を評価量とし、この評価量を時間区間0.25≦t≦0.75で積分して、この積分した値が最小となるようなθ’の値を算出すると、θ’に対する積分値の変化は図7(b)のようになる。すなわち、図7(b)では、矢印Eで示す通りθ’=1.7778π(=320degree)で積分値が最小となっていることを意味しており、図7(a)に示す関数reqmax×cos(ω(t)−1.7778π)は、応答比req(t)に近い波形となるので、同定すべき磁極オフセット量は、θ=1.7778π(=320degree)とすれば良いことになる。
【0034】
このように、速度状態量v(t)あるいは位置状態量x(t)から、磁極検出時電磁力指令T(t)の周期以外の周波数成分を除去することで、磁極検出時電磁力指令T(t)に対する可動子の位置、速度または加速度の状態量の応答比req(t)は、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角で±π/2ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ(t)とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有するので、高精度に磁極検出を行うことができる。また、磁極検出時に可動子が動作しているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。
【0035】
また、電動機103の巻線抵抗およびリアクタンスによって、励磁電流103と磁極検出時電磁力指令T(t)との間に遅れが生じるが、この遅れ時間が磁極検出時電磁力指令T(t)の周期と比べて大きい値となっている場合には、実際に可動子に作用する電磁力と、磁極検出時電磁力指令T(t)との間の位相差が大きくなって、応答比req(t)の値に誤差を含んでしまうことになる。
そこで、このような場合には、磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、磁極検出時電磁力指令T(t)に遅れ時間を持たせた補正磁極検出時電磁力指令T’(t)を算出して、磁極検出時電磁力指令T(t)をこの補正磁極検出時電磁力指令T’(t)の値に置き換えるようにするとよい。
具体的には、Rを巻線抵抗[Ω]、Lをリアクタンス[H]としたとき、例として遅れ時間がte=L/R[秒]なる時定数で表されるので、遅れ時間teの1次遅れフィルタなどに磁極検出時電磁力指令T(t)を透過させた値を補正磁極検出時電磁力指令T’(t)とすればよい。
このように、磁極検出時電磁力指令T(t)に遅れ時間を持たせることで、応答比req(t)の精度が高くなるので、高精度に磁極検出を行うことができる。
【0036】
第2実施例は、速度状態量v(t)にケーブルテンションの影響などに不定な速度成分が含まれているような例について説明しているが、こういった場合に限られることなく、重力の影響や、線形・非線型の摩擦力、トルクリップル等のあらゆる外乱に対して効果を発揮することはいうまでもない。
【0037】
[第3実施例]次に、本発明の第3実施例を図8に基づいて説明する。なお、第1実施例または第2実施例の説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図8は本発明の第3実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第3実施例における電動機の制御装置の構成は図1と同じである。
磁極検出運転は、図8に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器117によって行われる。
電磁力指令生成ステップS1、スリップ指令生成ステップS2、および測定ステップS3は、第1実施例あるいは第2実施例と同じ手順で行われる。
磁極オフセット量算出ステップS4は、第1実施例で説明したステップS41およびステップS42のほか、ステップS43、ステップS44およびステップS45が加わる。
ステップS43はステップS41に先立って行われるものであって、可動子状態量の判定を行う。すなわち、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップS45へ進み、可と判定された場合はステップS41へ進む。
ステップS44はステップS42に先立って行われるものであって、応答比req(t)の判定を行う。すなわち、応答比req(t)の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップS45へ進み、可と判定された場合はステップS42へ進む。
ステップS45は、電磁力指令生成ステップS1と同様、磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する。すなわち、磁極検出時電磁力指令T(t)の振幅が大きくなるように生成し直し、あるいは磁極検出時電磁力指令T(t)の周期を短くあるいは長くなるように生成し直し、測定ステップS3へ進む。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、ケーブルテンションや摩擦、コギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、例えば、磁極検出運転の開始時は、外力が小さい場合に対応できるくらい磁極検出時電磁力指令T(t)を十分小さな振幅あるいは十分短い周期とし、小さな振幅あるいは短い周期では、十分な速度が検出されず、あるいは精度良く磁極オフセット量θが同定できないおそれがある場合には、ステップS45を通過する度に、順次この振幅を大きくし、あるいはこの周期を長くするように設定しておけば良い。
【0038】
このように、測定ステップS3において、速度状態量v(t)を測定した結果、可動子状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは磁極オフセット量算出ステップS4において、応答比req(t)を算出した結果、応答比req(t)の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、電磁力指令生成ステップS1に戻って、磁極検出時電磁力指令T(t)の振幅が大きくなるように生成し直し、あるいは磁極検出時電磁力指令T(t)の周期を短くあるいは長くなるように生成し直して再び測定ステップS3を行うことで、可動子が必要以上に大きく動作することなく、高精度に磁極検出を行うことができる。
【0039】
[第4実施例]次に、本発明の第4実施例を図9および図10に基づいて説明する。なお、第1実施例から第3実施例までの説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図9は本発明の第4実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
図10は本発明の第4実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第4実施例における電動機の制御装置の構成は、図9に示す通りであって、図1の構成に加え、表示器121を有する。磁極オフセット量同定器117は後記エラー状態時にエラー信号122を出力して磁極検出運転を中止する機能を有し、そのエラー信号122に基づいて表示器121がエラー状態を外部に出力する機能を有する。
磁極検出運転は、図10に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器117によって行われる。
電磁力指令生成ステップS1、スリップ指令生成ステップS2、および測定ステップS3は、第1実施例から第3実施例までと同じ手順で行われる。
磁極オフセット量算出ステップS4は、第1実施例で説明したステップS41、ステップS42、第2実施例で説明したステップS45を有し、第3実施例で説明したステップS43およびステップS44にかわってステップS43’およびステップS44’が加わる。
ステップS43’はステップS41に先立って行われるものであって、可動子状態量の判定を行う。すなわち、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合は異常と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップS45へ進み、異常と判定された場合にはエラー状態として磁極検出運転を中止し、可と判定された場合はステップS41へ進む。
ステップS44’はステップS42に先立って行われるものであって、応答比req(t)の判定を行う。すなわち、応答比req(t)の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、応答比req(t)の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合は異常と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップS45へ進み、異常と判定された場合にはエラー状態とし、磁極検出運転を中止し、可と判定された場合はステップS42へ進む。
このほか、ステップS43’では、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量をFFTなどの手段によって周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、磁極検出時電磁力指令T(t)の周期と異なるピークがあった場合には、異常と判定する手順を附加しても良い。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、可動子のケーブルテンションやコギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常を検出するのに適している。
【0040】
このように、測定ステップS3において、速度状態量v(t)を測定した結果、可動子状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合や、磁極オフセット量算出ステップS4において、応答比req(t)を算出した結果、応答比req(t)の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合や、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量を周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、磁極検出時電磁力指令T(t)の周期と異なるピークがあった場合には、エラー状態とし、磁極検出運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈することなく、安定した制御が期待できるとともに、実運転に先立って電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常があった場合には、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御対象の安全性が確保される。
【0041】
[第5実施例]次に、本発明の第5実施例を図11および図12に基づいて説明する。なお、第1実施例から第4実施例までの説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図11は本発明の第5実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
図12は本発明の第5実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第5実施例における電動機の制御装置の構成は、図11に示す通りであって、図9の構成に加えて、フィードバック制御器111は後記エラー状態時にエラー信号123を出力して実運転を中止する機能を有し、そのエラー信号123に基づいて表示器121がエラー状態を外部に出力する機能を有する。
磁極検出運転および実運転は、図12に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器117およびフィードバック制御器111によって行われる。
電磁力指令生成ステップS1スリップ指令生成ステップS2、測定ステップS3および磁極オフセット量算出ステップS4は、第1実施例から第4実施例までと同じ手順で行われる。
このステップS1からS4までを複数回実施するために、繰り返し判定S5でその繰り返し判定を行う。このようにステップS1からステップS5までを繰り返し行うことにより、複数の磁極オフセット量θが同定される。ばらつき判定S6では、これら複数個の磁極オフセット量θのばらつきを判定する。ばらつきが大きい場合には、エラー状態として磁極検出運転を中止し、ばらつきが小さい場合には、磁極検出運転を終了して、実運転に入る。
【0042】
実運転を開始してからしばらくの間は、電機子位置状態量Φ(t)あるいは速度状態量v(t)を監視しておく。具体的には、フィードバック制御演算するステップS7を行った後に、電機子位置状態量Φ(t)あるいは速度状態量v(t)を測定するステップS8を行い、ステップS9で監視判定を行う。
ステップS9では、時刻が一定の時間に達していれば監視終了と判定し、時刻が一定の状態に達していなければ監視継続と判定し、可動子が電磁力指令と逆の方向に動作した場合は異常と判定し、監視終了と判定された場合はこの監視状態から抜けて実運転を継続し、異常と判定された場合にはエラー状態として実運転を中止し、監視継続と判定された場合はステップS7へ進む。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、ケーブルテンションやコギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、例えば、電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常を検出するのに適している。
【0043】
このように、電磁力指令生成ステップS1から磁極オフセット量算出ステップS4までの手順を複数回行って、磁極オフセット量を複数個算出させて、磁極オフセット量のばらつきが大きかった場合には、エラー状態とし、磁極検出運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈することなく、安定した制御が期待できるとともに、実運転に先立って電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常があった場合には、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御対象の安全性が確保される。また、磁極検出運転を行った後に、実運転を行う場合において、実運転を開始してからしばらくの間は、電機子位置状態量Φ(t)あるいは速度状態量v(t)を監視して、可動子が電磁力指令と逆の方向に動作した場合には、エラー状態とし、実運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈したとしても、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御装置の安全性が確保される。
【0044】
なお、第1実施例から第5実施例までに示した電動機は、U、VおよびW相の3相巻線を有するリニアモータであったが、これと同様の構成および手順によって、回転型の電動機などに適用できることは言うまでもない。また、制御装置の構成は、図1、図9あるいは図11の構成に拘束されている必要はなく、同様の機能を有するものであれば、どのような構成をとっていても良い。
【0045】
【発明の効果】
本発明の電動機の制御方法は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻tにおける前記電機子位置状態量をΦ(t)とし、前記電気角指令をψ(t)としたとき、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する電磁力指令生成ステップS1と、時刻tの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω(t)を生成するスリップ指令生成ステップS2と、所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記スリップ指令ω(t)とに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量v(t)を測定する測定ステップS3と、前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に対する前記状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)と前記スリップ指令ω(t)とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップS4と、の手順にて磁極検出運転を行い、実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させるようにしたので、磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子を大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図3】本発明の第1実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものである。
【図4】本発明の第1実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図3の一部時間を拡大したものである。
【図5】本発明の第1実施例に基づいて、磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
【図6】本発明の第2実施例に基づいて磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものである。
【図7】磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
【図8】本発明の第3実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図9】本発明の第4実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図10】本発明の第4実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図11】本発明の第5実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図12】本発明の第5実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図13】第1従来例を示す説明図である。
【図14】第2従来例の流れを示すフローチャートである。
【図15】励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とし、第1従来例に基づいて磁極検出したときに現れる励磁電流と可動子速度を時系列データで示したものである。
【符号の説明】
101 制御装置
102 励磁電流
103 電動機
104 速度検出器
107 積分器
108 目標値
110 電磁力指令
111 フィードバック制御器
112 電磁力指令切替器
113 電気角切替器
114 電流変換器
115 加算器
117 磁極オフセット量同定器
121 表示器
122、123 エラー信号
v(t) 速度状態量
Φ(t) 電機子位置状態量
θ 磁極オフセット量
Ψ(t) 電気角指令
T(t) 磁極検出時電磁力指令
ω(t) スリップ指令
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention determines the magnitude of the current to be passed in proportion to the electromagnetic force command, determines the electrical angle command of the current based on the armature position state quantity of the mover, and generates the excitation current. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor control method for generating an electromagnetic force by energizing an excitation current and a control apparatus therefor, and in particular, a short time detection of a magnetic pole of a motor that is performed prior to normal operation (actual operation) of the motor without using a magnetic pole position sensor. In addition, the present invention relates to a technique for performing with high accuracy.
The electromagnetic force command in the present invention is a thrust command of an inverter control device in a linear motor, and a torque command in a rotary motor. That is, an electromagnetic force command is defined and used as a concept including both a thrust command and a torque command.
[0002]
[Prior art]
The magnitude of the current to be energized is determined in proportion to the electromagnetic force command, and the electrical angle command for the current is determined based on the armature position state quantity of the mover to generate an excitation current. In the control method and the control device for the electric motor that generates electromagnetic force by determining the relative position between the mover and the stator of the motor, the electric current that is applied so that the electromagnetic force is efficiently generated at the position of the mover The electrical angle command is determined.
In order to obtain the relative position between the mover and the stator of the motor, a magnetic pole position sensor is installed inside the motor to detect the magnetic pole position of the mover, and an absolute value encoder (for example, a rotary type) is installed inside the motor. Means to detect the absolute position of the rotation angle of the mover used in an electric motor) and install a means to detect the absolute position of the mover, or install a current detector for each phase flowing in the coil There are means for measuring a current value and detecting a phase difference of each phase current. However, it is necessary to insert these detectors in the electric motor or install them around the motor and connect the signal lines of the detector to the control device. is there.
[0003]
As a means for obtaining the relative position between the mover and the stator of an electric motor without using a magnetic pole position sensor, an absolute value encoder or a current detector, a conventional example according to Japanese Patent No. 3114817 (hereinafter referred to as a first conventional example) There is.
FIG. 13 is an explanatory view showing a first conventional example.
The electric motor used in the first conventional example is a rotary electric motor having U-phase, V-phase and W-phase three-phase stator windings. When the currents (excitation currents) iu, iv, and iw that change sinusoidally as shown in FIG. 13 are energized, the generated torque T, the rotational angular velocity dθ / dt, and the rotational angle θ of the motor are respectively shown in FIGS. 13B, 13C, and 13C. As shown in (d). In other words, since the phase difference between the excitation current and the torque that changes sinusoidally at the excitation frequency and the excitation current changes depending on the magnetic pole position at which it is stopped, this generated torque or the rotation angular velocity or rotation angle generated thereby is detected and From the phase difference from the excitation current (the phase difference is π / 2 in FIG. 13B), the relative position between the mover and the stator of the motor is obtained.
[0004]
In addition, as a means for obtaining the relative position between the mover and the stator without using a magnetic pole position sensor, an absolute value encoder, a current detector, or the like, the conventional technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-322678 filed by the applicant of the present application. There is an example (hereinafter referred to as a second conventional example).
The electric motor used in the second conventional example is driven by vector control, and when the position φ of the field pole is unknown and the electric motor can be driven only in one direction, the generated electromagnetic force is desired. When accelerating in the direction, after obtaining the field pole position from the position data x and determining the phase ρ of the exciting current to be energized, hold the phase offset amount γ for a while and then update it to the next phase offset amount γ When the generated electromagnetic force accelerates in the direction opposite to the desired driving direction, a means for immediately updating to the next phase offset amount is provided.
FIG. 14 is a flowchart showing the flow of the second conventional example.
That is, step 141 gives a thrust command that matches the direction to be driven, step 142 initializes the time for changing the phase offset amount γ, and step 143 initializes the phase offset amount γ of the excitation current. In step 144, the phase ρ of the exciting current to be energized is calculated. The phase ρ of the energizing excitation current is obtained from the field pole position θ calculated from the position data x and the phase offset amount γ.
Step 145 determines the polarity of the acceleration. The acceleration can be obtained from the second derivative of position or the first derivative of velocity. If the acceleration polarity matches the direction to be driven by the thrust command given in step 141, the process proceeds to step 146, and if not, the process proceeds to step 148. In step 146, the time is determined. It is determined whether or not the offset amount is equal to or less than the time tmax that can be given without being changed. If it is less than the time tmax that can be given, the process proceeds to step 147. In step 147, the time is updated. In step 148, the phase offset amount γ is updated. Step 149 does the same as step 142.
In this way, the driving direction is confirmed by looking at the acceleration. If the polarity of the acceleration does not match the direction to be driven by the thrust command, the phase offset amount γ is updated, so the motor is driven in a specific direction. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
(First problem) When magnetic pole detection is performed without using a magnetic pole position sensor, absolute value encoder, or current detector, the motor mover of the motor is operated while energizing the excitation current. It is necessary to detect the position or speed. Therefore, the mover must be operated with an exciting current having a magnitude sufficient to detect the state quantity of the position or speed. However, if the position or speed of the mover increases, the mover will move correspondingly, and in some cases, there is a risk that the controlled object operated by the electric motor will come into contact with an obstacle or the like.
In the first conventional example, currents (excitation currents) iu, iv, and iw that change in a sine wave shape are energized as shown in FIG. 13A, and the phase difference between the state quantity of the position or speed and the excitation current is detected. ing. Further, in the second conventional example, the position or speed at the time of operation is detected, and the acceleration is obtained from the second-order derivative of the position or the first-order derivative of the speed.
At this time, in order to prevent the mover from operating largely, a means for reducing the amplitude (magnitude) of the energized excitation current to some extent must be taken. However, if the amplitude of the excitation current is reduced, there is a problem in that the speed of the mover becomes small due to the influence of external forces such as friction and cogging, and the position or speed state quantity of the mover cannot be detected. In addition, when the cause of mechanical loss caused by friction or the like is small and the cable connected to the mover has a large cable tension (refers to the force acting on the mover by the cable) ( For example, when the air-floating bearing is used) or when the cogging force (Cogging Torque: force generated by the change in the attractive force between the permanent magnet of the rotor and the stator core teeth) is large, the cable tension or The cogging force may exceed the electromagnetic force generated by the energized excitation current, and the mover moves in the opposite direction to the acting electromagnetic force, so the correct phase difference is not detected or the direction of acceleration is applied. There is a case in which the direction of the electromagnetic force does not match, and the magnetic pole cannot be detected with high accuracy. Also, in a linear motor in which the mover is guided by air levitation type or magnetic levitation type bearings, steep acceleration may act on the mover because the static friction force greatly exceeds the dynamic friction force. There is a problem that the mover moves greatly.
After all, in order to detect magnetic poles with high accuracy, it is necessary to apply a large amplitude excitation current to operate the mover. As a result, the mover moves greatly, and the controlled object becomes an obstacle. There was a problem that it might come into contact with.
[0006]
(Second Problem) In the first conventional example, in order to prevent the mover from operating largely, there is provided means for reducing the amplitude of the exciting current to be energized and setting the sine wave energized as the exciting current to a high frequency. Conceivable. If the frequency of the exciting current to be energized becomes higher, the speed corresponding to the first order integration or the position corresponding to the second order integration becomes smaller than when the frequency is low, and the force acting in a certain direction is applied only for a short time. Since the speed generated by the force is reduced by disturbance such as friction, the amount of movement of the mover is reduced, and the possibility that the controlled object comes into contact with an obstacle is reduced.
However, if the frequency of the energized exciting current is increased, it is impossible to accurately obtain the phase difference between the measured position or speed and the energized exciting current.
[0007]
The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 15 shows time series data of the excitation current and the mover speed that appear when the magnetic pole is detected based on the first conventional example with a high frequency sine wave that is energized as the excitation current.
In this example, the control angular frequency of the control device is set to 0.5 ms, and the excitation current to be energized is set as a sine wave of 166.7 Hz to detect the rotational angular velocity. The excitation current energized at this time is as shown in FIG. 15A, and the measured rotational angular velocity is as shown in FIG. 15B. The controller attempts to energize the ideal current commands iu ′, iv ′, and iw ′ shown in FIG. 15 (a). However, since the control calculation cycle of the controller is 0.5 ms, it is actually energized. The exciting current is like iu, iv and iw, and has a rough waveform that changes stepwise. The measured rotational angular velocity is as shown in FIG. 15B, but since the control calculation cycle of the control device is 0.5 ms, this velocity also has a rough waveform that changes stepwise.
When the phase difference is obtained from such rough waveforms, a large error is included. In the example shown in FIG. 15, the control calculation cycle of the control device is 0.5 ms, and the frequency of the exciting current to be energized is 166.7 Hz, but the 166.7 Hz sine wave advances during the control calculation cycle of 0.5 ms. The phase angle is 166.7 × 0.0005 × 360 = 30 degrees, and the magnetic pole detection result includes an error at least within this range, and it is impossible to obtain the phase difference with high accuracy.
Generally, the accuracy of magnetic pole detection is preferably within ± 7 degrees in electrical angle. Therefore, in order to maintain this accuracy in implementing the first conventional example, it is necessary to energize a sine wave of at least 39 Hz or less.
After all, in order to detect magnetic poles with high accuracy, it is necessary to energize the mover by applying an excitation current at a low frequency. As a result, the mover moves greatly, and the controlled object becomes an obstacle, etc. There was a problem that it might come into contact with.
[0008]
(Third Problem) In the second conventional example, the position or speed at the time of operation is detected, and the acceleration is obtained from the second derivative of the position or the first derivative of the speed. In this case, the magnetic pole It is assumed that the speed of the mover is close to zero at the start of detection. However, when the cable tension is large or the like, there are many cases where the mover is not completely stationary, and there is a problem that the magnetic pole detection itself cannot be performed until the speed of the mover becomes a value close to zero.
[0009]
(Fourth Problem) In the second conventional example, the procedure is to operate the mover while energizing the current, determine the polarity of acceleration in step 145 of FIG. 14, and update the phase offset amount γ in step 148. It is necessary to repeat until the polarity of the acceleration matches the direction to be driven.
For this reason, depending on the initial magnetic pole position, it may take a long time for the phase offset amount γ to reach an appropriate value, and there is a problem that the magnetic pole cannot be detected in a short time.
[0010]
Therefore, in order to solve the first to fourth problems, the present invention does not use a magnetic pole position sensor, an absolute value encoder or a current detector, and without greatly moving the mover during magnetic pole detection. On the other hand, an object of the present invention is to provide an electric motor control method and a control apparatus thereof capable of detecting magnetic poles in a short time and with high accuracy even when the mover is moving during magnetic pole detection.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the first problem to the fourth problem, the present invention does not use a magnetic pole position sensor, an absolute value encoder, or a current detector, so that the mover does not move greatly at the time of magnetic pole detection and vice versa. It is an object of the present invention to provide an electric motor control method and a control apparatus thereof capable of detecting magnetic poles in a short time and with high accuracy even when the mover is moving during magnetic pole detection. The magnitude of the current to be applied is determined in proportion to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, which is a periodic function having a short period, and changes within a certain range as time t passes. The electrical angle command ψ (t) of the current is determined based on the slip command ω (t) and the armature position state quantity Φ (t) to generate an exciting current, and the speed state quantity v of the mover at that time (T) is measured and the mover The response ratio req (t) is calculated from the ratio of the state quantity to the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) using the position, speed, or acceleration as the state quantity, and the response ratio req (t) and the slip command ω (t ) And the magnetic pole detection operation is performed by the procedure of identifying the magnetic pole offset amount θ.
That is, the motor control method of the present invention determines the magnitude of the current to be energized in proportion to the electromagnetic force command, and determines the electrical angle command of the current based on the armature position state quantity of the mover. In the motor control method for generating an electromagnetic current by generating an exciting current and energizing this exciting current,
When identifying the magnetic pole offset amount θ of the motor before actual operation of the motor, when the armature position state quantity at time t is Φ (t) and the electrical angle command is ψ (t), Electromagnetic force command generation step S1 for generating a magnetic pole detection electromagnetic force command T (t) by a periodic function having a short cycle, and a slip command generation for generating a slip command ω (t) that changes within a certain range as time t passes. During step S2 and a predetermined time, the magnitude of the current to be energized is determined so as to be proportional to the magnetic force detection electromagnetic force command T (t), and the armature position state quantity Φ (t) and the slip command are determined. Based on ω (t), the electrical angle command ψ (t) is determined to generate an excitation current, and an electromagnetic force is generated by energizing the excitation current, and the movable element is moved during the predetermined time. Speed state Measurement step S3 for measuring v (t), and the response ratio req (t) from the ratio of the state quantity to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, with the position, speed or acceleration of the mover as the state quantity The magnetic pole detection operation is performed by the procedure of the magnetic pole offset amount calculation step S4 for comparing the response ratio req (t) and the slip command ω (t) to identify the magnetic pole offset amount θ. In actual operation, the magnitude of the current to be energized is determined in proportion to the electromagnetic force command, and the electrical angle command is determined based on the armature position state quantity Φ (t) and the magnetic pole offset quantity θ. An excitation current is generated by determining ψ (t), and an electromagnetic force is generated by applying the excitation current.
In addition, the motor control device of the present invention includes an integrator that integrates the speed state quantity output from the speed detector of the motor and converts it into an armature position state quantity, a target value, the armature position state quantity, and / or Or a feedback controller that outputs an electromagnetic force command based on the speed state quantity, an electromagnetic force command switch, an electrical angle switch, a current converter, an adder, and a magnetic pole offset identifier. In preparation for
When identifying the magnetic pole offset amount of the motor before actual operation of the motor, first, the integrator value is cleared, and the magnetic force detection time electromagnetic force command output from the magnetic pole offset amount identifier is the electromagnetic force. A slip command that is input to the current converter via the command switch and output from the magnetic pole offset amount identifier is input to the adder together with the armature position state quantity via the electrical angle switch. The adder calculates the sum of the input armature position state quantity and the slip command and outputs an electrical angle command, and the current converter energizes the current so as to be proportional to the electromagnetic force command when detecting the magnetic pole. Is determined, and an excitation current is output based on the electrical angle command, and the magnetic pole offset identifier identifies the magnetic pole offset as a state in which the velocity state quantity is input. It performs the magnetic pole detection operation to identify,
In actual operation, the electromagnetic force command output from the feedback controller is input to the current converter via the electromagnetic force command switch, and the magnetic pole offset amount output from the magnetic pole offset amount identifier Is input to the adder together with the armature position state quantity via the electrical angle switch, and the adder calculates the sum of the input armature position state quantity and the magnetic pole offset quantity to calculate an electrical angle command. In the current converter, the magnitude of the current to be energized is determined in proportion to the electromagnetic force command, and the excitation current is output based on the electrical angle command.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the motor control apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of magnetic pole detection operation in the first embodiment of the present invention. 3 and 4 show time-series data of the results when the magnetic pole detection operation is performed based on the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial enlarged view of FIG. It is. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the result of identifying the magnetic pole offset amount based on the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a control device that causes the electric motor 103 to generate an electromagnetic force by energizing the electric motor 103 with an excitation current 102.
The speed of the electric motor 103 is detected by the speed detector 104, and the detected speed state quantity v (t) is fed back to the control device 101. However, t means time.
The control device 101 includes therein an integrator 107 that integrates the speed state quantity v (t) and converts it into an armature position state quantity Φ (t), a target value 108 generated by target value generation means (not shown), and an electric machine. A feedback controller 111 that outputs an electromagnetic force command 110 based on the child position state quantity Φ (t) and / or the speed state quantity v (t), an electromagnetic force command switch 112, an electrical angle switch 113, and a current converter 114. , An adder 115 and a magnetic pole offset amount identifier 117 for outputting the magnetic pole offset amount θ.
During normal operation (actual operation), both the electromagnetic force command switching unit 112 and the electrical angle switching unit 113 are in the position a, and the electromagnetic force command 110 output from the feedback controller 111 changes the electromagnetic force command switching unit 112. Via the current converter 114. The magnetic pole offset amount θ is input to the adder 115 together with the armature position state amount Φ (t) via the electrical angle switch 113. The adder 115 outputs an electrical angle command Ψ (t) = θ + Φ (t), which is the sum of the magnetic pole offset amount θ and the armature position state quantity Φ (t), and inputs it to the current converter 114. The current converter 114 determines the magnitude of the current to be supplied in proportion to the electromagnetic force command 110 and outputs the excitation current 102 based on the electrical angle command Ψ (t).
[0013]
Here, the speed detector 104 is, for example, an incremental encoder, and when the control device 101 is started (for example, when the control device 101 is powered on), the speed detector 104 Since the relative position with respect to the stator is unknown, the magnetic pole offset amount θ determined from the relative position between the mover and the stator in the electric motor 103 is identified prior to the actual operation of the electric motor 103.
That is, the value of the integrator 107 is cleared by a reset signal (not shown), and both the electromagnetic force command switch 112 and the electrical angle switch 113 are switched to the position b. Then, the speed state quantity v (t) can be input to the magnetic pole offset quantity identifier 117, and the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) output from the magnetic pole offset quantity identifier 117 is changed to the electromagnetic force command switch 112. The slip command ω (t) that is input to the current converter 114 via the magnetic pole and output from the magnetic pole offset amount identifier 117 is added together with the armature position state quantity Φ (t) via the electrical angle switch 113. The state is input to 115. The adder 115 outputs an electrical angle command Ψ (t) = ω (t) + Φ (t), which is the sum of the slip command ω (t) and the armature position state quantity Φ (t), and the current converter 114. The current converter 114 determines the magnitude of the current to be applied in proportion to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, and outputs the excitation current 102 based on the electrical angle command Ψ (t) to perform the magnetic pole detection operation. To identify the magnetic pole offset amount θ. Finally, both the electromagnetic force command switching unit 112 and the electrical angle switching unit 113 are returned to the position a, and the actual operation is started.
[0014]
The magnetic pole detection operation is performed by the magnetic pole offset amount identifier 117 according to the flowchart shown in FIG.
In the electromagnetic force command generation step S1, an electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is generated.
The electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is a periodic function, and the period of the periodic function is shortened so that the controlled object does not come into contact with an obstacle or the like.
The period of this periodic function is preferably 2n times the control calculation period of the control device 101 (where n is a natural number).
The periodic function is preferably a trapezoidal wave, a rectangular wave, a triangular wave, or a sine wave.
When the period of this periodic function becomes close to the control calculation period of the control device 101 due to the influence of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection being discretized for each control calculation period, the periodic function becomes trapezoidal, rectangular Although the waveform is close to a wave or a triangular wave, no particular problem occurs.
[0015]
In addition, since the mover may move transiently at the start of the magnetic pole detection operation, in order to remove this transient phenomenon, the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is determined at the start of measurement step S3 described later. Assuming that the amplitude is close to zero, a function in which the amplitude gradually increases monotonously until a certain time is reached.
Further, when there is a concern about a transient phenomenon at the end of the magnetic pole detection operation, the magnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is assumed to have an amplitude close to zero at the end of the measurement step S3, which will be described later. After reaching the value, the function may be a function whose amplitude gradually and monotonously decreases.
As an example of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection that satisfies such a condition, the following function can be considered.
T (t) = a (t) × sin (2πft)
Where f is the frequency of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection (reciprocal of the period), and the function a (t) represents the amplitude. For example, a trapezoidal wave or a trapezoidal wave is smoothed. Etc.
[0016]
In this way, the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) is a periodic function having a short period (for example, a trapezoidal wave, a rectangular wave, a triangular wave, or a sine wave), and the period of this periodic function is the control calculation period of the control device 101. 2n times (where n is a natural number), and by moving the mover smoothly during the magnetic pole detection operation, the magnetic pole can be detected without causing the mover to move greatly.
[0017]
In addition, the amplitude of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is close to zero at the start of the measurement step S3, and the amplitude gradually increases monotonously until a certain time is reached, and the amplitude at the end of the measurement step S3. As a function where the amplitude is gradually monotonously reduced after a certain time is reached, there is no transient phenomenon in the magnetic pole detection operation, so the magnetic pole is detected without the mover moving greatly. It can be performed.
[0018]
In the slip command generation step S2, a slip command ω (t) that changes within a certain range with the passage of time t is generated. The slip command ω (t) is a function having a change of at least an electrical angle of ½ rotation or more during a predetermined time in the measurement step S3 described later.
[0019]
In this way, the slip command ω (t) is a function having a change of at least an electrical angle of 1/2 rotation or more during a predetermined time, so that the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is Since at least one electrical angle at which the electromagnetic force is strongest is included, magnetic pole detection can be performed in a short time and with high accuracy.
[0020]
In the measurement step S3, the magnitude of the current to be energized is determined so as to be proportional to the magnetic force command T (t) during magnetic pole detection for a predetermined time, and the armature position state quantity Φ (t) and the slip command ω ( t), an electrical angle command ψ (t) is determined to generate an exciting current, an electromagnetic force is generated by energizing the exciting current, and a velocity state quantity v ( t) is measured. Specifically, the following steps S31 to S36 are performed. First, in step S31, the time t is initialized to t = 0, and the value of the armature position state quantity stored in the integrator 107 is initialized to Φ (0) = 0. Next, in step S32, the sum of the armature position state quantity Φ (t) and the slip command ω (t) is calculated by the adder 115 to obtain the electrical angle command Ψ (t) = Φ (t) + ω (t). decide. Next, in step S33, the magnitude of the excitation current is determined based on the magnetic force detection electromagnetic force command T (t), and the current converter 114 generates the excitation current based on the electrical angle command ψ (t). . Next, in step S34, the velocity state quantity v (t) of the mover at this time is measured by the velocity detector 104. Next, it is determined whether or not the predetermined time has been reached in step S35. If this continuation condition is not satisfied, the process proceeds to S36, and if the continuation condition is satisfied, the measurement step S3 is terminated. In step S36, the value of time t is updated by t = t + DT. Here, DT is a control calculation cycle of the control device 101.
[0021]
In the magnetic pole offset amount calculation step S4, the response ratio req (t) is calculated from the ratio of the state amount to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection using the position, velocity or acceleration of the mover as the state amount. The magnetic pole offset amount θ is identified by comparing the ratio req (t) with the slip command ω (t). Specifically, the following steps S41 and S42 are performed.
First, in step S41, the response ratio req (t) of the state quantity of the mover with respect to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is calculated.
In calculating the response ratio req (t), the following method 1 to method 6 can be considered as examples.
[0022]
[Method 1] The response ratio req (t) is defined only at time t when the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) becomes an extreme value, and the first-order derivative of the speed state quantity v (t) near the time t. When the time when the value dv (t) / dt takes an extreme value is t ′,
req (t) = (dv (t ′) / dt) / T (t)
Calculated by
[0023]
[Method 2] The response ratio req (t) is defined only at time t when the first-order integral value ST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the speed state is near the time t. When the time when the amount v (t) takes an extreme value is t ′,
req (t) = v (t ′) / ST (t)
Calculated by
[0024]
[Method 3] The position state quantity x (t) obtained by integrating the speed state quantity v (t) is calculated in advance, and the response ratio req (t) is the second-order integral of the electromagnetic force command T (t) during magnetic pole detection. When the value SST (t) is defined only at the time t when the extreme value is reached, and the time when the position state quantity x (t) takes the extreme value in the vicinity of the time t is defined as t ′,
req (t) = x (t ′) / SST (t)
Calculated by
[0025]
[Method 4] The response ratio req (t) is defined only at time t when the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) becomes an extreme value, and the first-order derivative of the speed state quantity v (t) near the time t. In a time domain in which the value dv (t) / dt has the same sign, a value obtained by integrating the first-order differential values dv (t) / dt is defined as Sdv (t).
req (t) = Sdv (t) / T (t)
Calculated by
[0026]
[Method 5] The response ratio req (t) is defined only at time t when the first-order integral value ST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the speed state is near the time t. In the time domain where the amount v (t) has the same sign, the value obtained by integrating the speed state amount v (t) is Sv (t).
req (t) = Sv (t) / ST (t)
Calculated by
[0027]
[Method 6] The position state quantity x (t) obtained by integrating the speed state quantity v (t) is calculated in advance, and the response ratio req (t) is the second-order integral of the electromagnetic force command T (t) during magnetic pole detection. A value obtained by integrating the position state quantity x (t) in the time domain where the value SST (t) is defined only at the time t when the extreme value is reached and the position state quantity x (t) has the same sign in the vicinity of time t. As Sx (t),
req (t) = Sx (t) / SST (t)
Calculated by
[0028]
As described above, the response ratio req (t) of the state quantity of the mover with respect to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is calculated by any one of the methods 1 to 6. Thus, the response ratio req (t) becomes maximum when the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω coincide with each other, and the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω become electric. When the angle is shifted by ± π / 2, it becomes zero, and when the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω are shifted by π by the electrical angle, it has the property of being minimum. Magnetic pole detection can be performed with high accuracy.
Moreover, although the method 1 to the method 6 have been disclosed as the response ratio calculation method, the method is not limited to this method, and the response ratio req (t) is determined by the armature position state quantity Φ (t), the slip angle ω, and the like. , The armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω are zero when the electrical angle is shifted by ± π / 2, and the armature position state quantity Φ (t ) And the slip angle ω are shifted by π in electrical angle, it is needless to say that a highly accurate magnetic pole offset amount can be identified if the feature amount has the property of being minimized.
[0029]
Next, in step S42, the magnetic pole offset amount θ is identified by comparing the response ratio req (t) with the slip command ω (t). As an example of the identification method, the absolute value of the response ratio | req (t) | during the predetermined time or the average value of the absolute value of the response ratio | req (t) | multiplied by π / 2 Where reqmax is an absolute value of reqmax × cos (ω (t) −θ ′) − req (t), a squared value or the like as an evaluation amount, and a value obtained by integrating the evaluation amount for a predetermined time is a minimum. A value of θ ′ that can be calculated as follows, and this value θ ′ may be used as the magnetic pole offset amount θ.
[0030]
In this way, by integrating the evaluation amount for a predetermined time, calculating the value of θ ′ that minimizes the integrated value, and setting this value as the magnetic pole offset amount θ, the magnetic pole can be accurately obtained. Detection can be performed.
Although the integration time of S42 is a predetermined time, the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is assumed to have an amplitude close to zero at the start of the measurement step S3. When the amplitude is a function that increases monotonously slowly, or when the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) is close to zero at the end of the measurement step S3, In the case of a function in which the amplitude gradually decreases monotonously, a large error factor may be included in the speed during the increase or decrease. Therefore, the amplitude a (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection In the time domain where) is not a constant value, it is more preferable not to perform integration.
Further, as a method for identifying the magnetic pole offset amount θ, a method for integrating the evaluation amount described above and calculating θ ′ that minimizes the integral value has been disclosed. However, the present invention is not limited to this method. The slip command value ω (t) at the time when the value of the response ratio req (t) is maximum is set as the magnetic pole offset amount θ, or the value of the slip command at the time when the value of the response ratio req (t) is minimum. A value ω (t) + π obtained by adding a phase corresponding to 1/2 electrical angle is used as a magnetic pole offset amount θ, or an electrical angle ± 1/1 is added to a slip command value at a time when the value of the response ratio req (t) becomes zero. Needless to say, the magnetic pole offset amount θ can be identified with high accuracy by a method in which the value ω (t) ± π / 2 obtained by adding the phases for four rotations is used as the magnetic pole offset amount θ. In addition to this, many methods of extracting the characteristics of the response ratio req (t) and the slip command ω (t) and identifying the magnetic pole offset amount θ from the characteristics are conceivable.
When the magnetic pole detection operation is performed in the above steps, the most preferable magnetic pole offset amount θ is identified.
[0031]
As described above, when the magnetic pole offset amount θ of the motor is identified prior to the actual operation of the motor, the electromagnetic force command generation step S1 that generates the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) by a periodic function having a short period; The slip command generation step S2 for generating a slip command ω (t) that changes within a certain range with the lapse of time t, and energization so as to be proportional to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection for a predetermined time. The magnitude of the current is determined, an electrical angle command ψ (t) is determined based on the armature position state quantity Φ (t) and the slip command ω (t), and an excitation current is generated. An electromagnetic force is generated by energization, and a measurement step S3 for measuring the velocity state quantity v (t) of the mover for a predetermined time, and the position, velocity, or acceleration of the mover as the state quantity, and electromagnetic at the time of magnetic pole detection Force command The response ratio req (t) is calculated from the ratio of the state quantity to T (t), and the response ratio req (t) is compared with the slip command ω (t) to identify the magnetic pole offset quantity θ. By performing the magnetic pole detection operation in the procedure with the calculation step S4, a high-frequency excitation current is energized, so that the magnetic pole can be detected with high accuracy in a short time without the mover moving greatly. In addition, since magnetic pole detection can be performed in a short time, even when the excitation current in the magnetic pole detection operation is large, the amount of heat generated from the mover and the current converter can be reduced.
[0032]
The result of carrying out this magnetic pole detection operation with a linear motor having three-phase windings of U, V and W phases will be described. The control apparatus for the linear motor in this experiment has a control calculation cycle of DT = 312.5 μs, outputs an electromagnetic force command every time DT seconds, and measures the speed state quantity v (t). Further, the electromagnetic force command at the time of magnetic pole detection generated in the electromagnetic force command generation step S1 is
T (t) = a (t) × sin (2π × 400 × t),
a (t) = a × t / 0.25 (t <0.25), a (t ≧ 0.25)
And a sine wave having a cycle of 400 Hz, which is eight times the control calculation cycle. Here, a is the maximum amplitude (thrust) [N] of the electromagnetic force command to be energized, and t is the time [second]. Note that the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is assumed to have an amplitude close to zero at the start of the measurement step S3, and the amplitude gradually and monotonically increases until time t = 0.25 seconds. Function.
The slip command generated in the slip command generation step S2 is a function having a change of electrical angle ½ rotation in 0.5 seconds of ω (t) = 2πt, and the continuation condition of step S35 is 0 ≦ t ≦ 0.75.
FIG. 3 shows an electromagnetic force command T (t) during magnetic pole detection, exciting currents iu (t), iu (t) and iw (t) energized in the three-phase windings of the U, V and W phases, The speed state quantity v (t) and the position state quantity x (t) of the mover at the time are shown by time series data, and FIG. 4 is an enlarged partial time of FIG.
The magnetic force detection electromagnetic force command T (t) has a waveform as shown in FIG. 3A and FIG. 4A, and its amplitude gradually decreases between 0 seconds and 0.25 seconds indicated by the arrow A part. Monotonically increasing.
In the measurement step S 3, the current converter 114 converts the magnetic force detection time electromagnetic force command T (t) and the electrical angle command Ψ (t) = ω (t) + Φ (t) into the excitation current 102.
The excitation current 102 is iu (t) = T (t) * sin (Ψ (t)), iv (t) = T (t) * sin (Ψ (t) + 2π / 3), iw (t) = T ( t) is generated based on * sin (Ψ (t) + 4π / 3), and the waveforms are as shown in FIGS. 3B and 4B.
When this exciting current 102 is energized, the speed state quantity v (t) of the mover becomes a waveform as shown in FIGS. 3C and 4C, and the position state quantity x (t) of the mover is The waveforms are as shown in 3 (d) and FIG. 4 (d).
As shown in FIG. 3D, when the mover does not move greatly, the armature position state quantity Φ (t) is much smaller than the slip command ω (t). Ψ (t) is substantially equal to the slip command ω (t).
Here, in 0.5 seconds from 0.25 seconds to 0.75 seconds, the slip command ω (t) has a change of an electrical angle of 1/2 rotation or more. An electrical angle command that includes the strongest electromagnetic force with respect to T (t) is included. That is, it can be seen that the electromagnetic force is strongest in the vicinity of the arrow B in FIG. 3 where the amplitude of the speed state quantity v (t) is maximum.
In the magnetic pole offset amount calculation step S4, when the response ratio req (t) is calculated by the method 5 in step S42, for example, the waveform thereof is as shown in FIG. Further, reqmax is set to the maximum positive or negative value of the response ratio req (t) in the time interval 0.25 ≦ t ≦ 0.75, and reqmax × cos (ω (t) −θ ′) − req (t) When the absolute value is an evaluation amount, this evaluation amount is integrated in a time interval 0.25 ≦ t ≦ 0.75, and a value of θ ′ that minimizes the integrated value is calculated, an integrated value for θ ′ The change is as shown in FIG. That is, in FIG. 5B, as indicated by the arrow D, it means that the integral value is minimum at θ ′ = 0.278π (= 41 degrees), and the function reqmax × Since cos (ω (t) −0.2278π) has a waveform close to the response ratio req (t), the magnetic pole offset amount to be identified may be θ = 0.2278π (= 41 degrees). .
In this experiment, the accuracy of magnetic pole detection is identified within ± 1 degree in electrical angle, and sufficiently satisfies the required accuracy of magnetic pole detection (within ± 7 degree). Further, the position state quantity x (t) of the mover has a maximum change of 71 μm as indicated by the arrow C in FIG. 3. If this change is such a level, the control object operated by the motor is an obstacle. The possibility of coming into contact with such is extremely low.
[0033]
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the thing which has the same function as description of 1st Example, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 6 shows the results when the magnetic pole detection operation is performed based on the second embodiment of the present invention in time series data, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of identifying the magnetic pole offset amount.
The configuration of the motor control device and the flow of the magnetic pole detection operation in the second embodiment are the same as those in FIG. 1 or FIG.
The second embodiment is an example when the cable connected to the mover has a large cable tension. As in the first embodiment, the speed state quantity v (t) is measured in step S34. As a result, the speed state quantity v (t) of the mover changes at an indefinite speed as shown in FIG. is doing.
Therefore, in such a case, prior to the magnetic pole offset amount calculation step S4, the speed state quantity v (t) (described above) is applied to a filter that removes frequency components other than the period of the magnetic force detection electromagnetic force command T (t). In the case where the response ratio req (t) is calculated by the method 3 and the method 6 described above, the corrected speed state quantity v ′ (t) through which the “position state quantity x (t)” (hereinafter the same applies) is passed (the method described above) For example, when the response ratio req (t) is calculated by 3 or 6, “correction position state quantity x ′ (t)” (the same applies hereinafter) is calculated, and the value of the speed state quantity v (t) is corrected to this value. It may be replaced with the value of the speed state quantity v ′ (t).
Specifically, in order to remove frequency components other than the period (400 Hz) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, first, the speed state quantity v (t) is passed through a high-pass filter, and the speed offset component is set. remove. Next, the velocity state quantity v (t) is subjected to Fourier transform (FFT), and then components other than the cycle of the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) are cut from the spectrum to perform inverse Fourier transform (Inverse FFT). Thus, the corrected speed state quantity v ′ (t) may be calculated. As a result, the corrected speed state quantity v ′ (t) is as shown in FIG.
After replacing the value of the speed state quantity v (t) with the value of the corrected speed state quantity v ′ (t), for example, the result of calculating the response ratio req (t) by the method 5 is shown in FIG. ), The response ratio req (t) becomes maximum when the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω coincide with each other, and the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle When ω is deviated by ± π / 2 in electrical angle, it becomes zero, and when the armature position state quantity Φ (t) and slip angle ω are deviated by electrical angle by π, the property is minimized. To have. Similarly to the first embodiment, reqmax is the maximum positive or negative value of the response ratio req (t) in the time interval 0.25 ≦ t ≦ 0.75, and reqmax × cos (ω (t) −θ ′) When the absolute value of −req (t) is used as an evaluation amount, and this evaluation amount is integrated over a time interval of 0.25 ≦ t ≦ 0.75, a value of θ ′ that minimizes the integrated value is calculated. , Θ ′ is as shown in FIG. 7B. That is, in FIG. 7B, it means that the integral value is minimum at θ ′ = 1.77878 (= 320 degrees) as indicated by the arrow E, and the function reqmax × shown in FIG. Since cos (ω (t) −1.778π) has a waveform close to the response ratio req (t), the magnetic pole offset amount to be identified may be θ = 1.77878π (= 320 degrees). .
[0034]
In this way, by removing frequency components other than the period of the magnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection from the velocity state variable v (t) or the position state variable x (t), the electromagnetic force command T at the time of magnetic pole detection. The response ratio req (t) of the mover position, velocity or acceleration state quantity with respect to (t) is maximized when the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω coincide with each other. When the child position state quantity Φ (t) and the slip angle ω are deviated by ± π / 2 in electrical angle, it becomes zero, and the armature position state quantity Φ (t) and the slip angle ω are deviated by π in electrical angle. In this case, the magnetic pole can be detected with high accuracy. Even when the mover is operating at the time of magnetic pole detection, magnetic pole detection can be performed in a short time and with high accuracy.
[0035]
In addition, a delay occurs between the exciting current 103 and the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection due to the winding resistance and reactance of the electric motor 103, and this delay time of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection. When the value is larger than the period, the phase difference between the electromagnetic force actually acting on the mover and the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes large, and the response ratio req ( An error is included in the value of t).
Therefore, in such a case, prior to the magnetic pole offset amount calculation step S4, a corrected magnetic pole detection electromagnetic force command T ′ (t) obtained by adding a delay time to the magnetic pole detection electromagnetic force command T (t) is calculated. Then, the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection may be replaced with the value of the electromagnetic force command T ′ (t) at the time of correction magnetic pole detection.
Specifically, when R is a winding resistance [Ω] and L is a reactance [H], for example, the delay time is represented by a time constant of te = L / R [seconds]. A value obtained by transmitting the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection to a primary delay filter or the like may be set as the electromagnetic force command T ′ (t) at the time of detecting the magnetic pole.
Thus, since the accuracy of the response ratio req (t) is increased by giving a delay time to the electromagnetic force command T (t) during magnetic pole detection, the magnetic pole can be detected with high accuracy.
[0036]
In the second embodiment, an example is described in which the speed state quantity v (t) includes an indefinite speed component due to the influence of the cable tension or the like. It goes without saying that it is effective against any disturbances such as linear and non-linear frictional forces and torque ripples.
[0037]
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the thing which has the same function as description of 1st Example or 2nd Example, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of magnetic pole detection operation in the third embodiment of the present invention.
The configuration of the motor control device in the third embodiment is the same as that shown in FIG.
The magnetic pole detection operation is performed by the magnetic pole offset amount identifier 117 according to the flowchart shown in FIG.
The electromagnetic force command generation step S1, the slip command generation step S2, and the measurement step S3 are performed in the same procedure as in the first embodiment or the second embodiment.
In addition to steps S41 and S42 described in the first embodiment, step S43, step S44 and step S45 are added to the magnetic pole offset amount calculating step S4.
Step S43 is performed prior to step S41, and the mover state quantity is determined. That is, when the value of the state quantity of the mover is zero or extremely small, it is determined as “No”, otherwise it is determined as “Yes”, and when it is determined as “No”, Step S45 is performed. If it is determined to be acceptable, the process proceeds to step S41.
Step S44 is performed prior to step S42, and the response ratio req (t) is determined. That is, if the value of the response ratio req (t) is zero or an extremely small value, it is determined as “No”, otherwise it is determined as “Yes”, and if it is determined as “No”, the process proceeds to Step S45. If it is determined, the process proceeds to step S42.
Step S45 generates a magnetic pole detection electromagnetic force command T (t) as in the electromagnetic force command generation step S1. That is, it is regenerated so that the amplitude of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is increased, or is regenerated so that the period of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is shortened or lengthened. Proceed to
This means is extremely effective in an electric motor in which external forces such as cable tension, friction, and cogging force change according to the position of the mover of the electric motor at the start. The electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is set to a sufficiently small amplitude or a sufficiently short period to cope with a case where the external force is small, and a sufficient speed cannot be detected or the magnetic pole offset amount with a small amplitude or a short period. If there is a possibility that θ cannot be identified, the amplitude may be increased or the period may be set longer each time step S45 is passed.
[0038]
As described above, when the speed state quantity v (t) is measured in the measurement step S3, if the value of the mover state quantity is zero or extremely small, or in the magnetic pole offset quantity calculation step S4, the response ratio req As a result of calculating (t), when the value of the response ratio req (t) is zero or extremely small, the process returns to the electromagnetic force command generation step S1, and the magnetic force detection time electromagnetic force command T (t) By generating again the amplitude so as to increase or by generating again the cycle of the electromagnetic force command T (t) at the time of detecting the magnetic pole to be shorter or longer and performing the measurement step S3 again, the mover becomes larger than necessary. Magnetic pole detection can be performed with high accuracy without operation.
[0039]
[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the thing which has the same function as description from 1st Example to 3rd Example, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the motor control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing the flow of magnetic pole detection operation in the fourth embodiment of the present invention.
The configuration of the motor control apparatus in the fourth embodiment is as shown in FIG. 9 and includes a display 121 in addition to the configuration of FIG. The magnetic pole offset amount identifier 117 has a function of outputting an error signal 122 in an error state to be described later to stop the magnetic pole detection operation, and the display device 121 has a function of outputting the error state to the outside based on the error signal 122. .
The magnetic pole detection operation is performed by the magnetic pole offset amount identifier 117 according to the flowchart shown in FIG.
The electromagnetic force command generation step S1, the slip command generation step S2, and the measurement step S3 are performed in the same procedure as in the first to third embodiments.
The magnetic pole offset amount calculating step S4 includes steps S41, S42 described in the first embodiment, and step S45 described in the second embodiment, and replaces steps S43 and S44 described in the third embodiment. S43 'and step S44' are added.
Step S43 ′ is performed prior to step S41, and the mover state quantity is determined. In other words, if the value of the state quantity of the mover's position, velocity or acceleration is zero or extremely small, it is judged as no, and if the value of the state quantity is abnormally small or large, it is abnormal. If it is determined to be negative, it is determined to be acceptable. If it is determined to be negative, the process proceeds to step S45. If it is determined to be abnormal, the magnetic pole detection operation is stopped as an error state. Proceed to step S41.
Step S44 ′ is performed prior to step S42, and the response ratio req (t) is determined. That is, it is determined that the case where the value of the response ratio req (t) is zero or extremely small is determined as “no”, and the case where the value of the response ratio req (t) is abnormally small or large is determined as abnormal. In other cases, it is determined to be acceptable, and if it is determined to be negative, the process proceeds to step S45. If it is determined to be abnormal, an error state is set, and the magnetic pole detection operation is stopped. Proceed to step S42.
In addition, in step S43 ′, the state of the mover, the state of velocity or acceleration is subjected to frequency analysis by means such as FFT, and the magnetic force command T (t) for detecting the magnetic pole out of the spectrum obtained from the frequency analysis result. If there is a peak different from the period, a procedure for determining an abnormality may be added.
This means is extremely effective in an electric motor in which an external force such as cable tension or cogging force of the mover changes according to the mover position of the electric motor at the time of starting. It is suitable for detecting abnormalities such as a state where the control object of the electric motor is in contact with an obstacle.
[0040]
As described above, when the speed state quantity v (t) is measured in the measurement step S3, when the value of the mover state quantity is abnormally small or large, or in the magnetic pole offset quantity calculation step S4, the response As a result of calculating the ratio req (t), when the value of the response ratio req (t) is abnormally small or large, or by analyzing the frequency of the position, velocity or acceleration state quantity of the mover, In the spectrum obtained from the frequency analysis results, if there is a peak that is different from the period of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, an error state occurs and the magnetic pole detection operation is stopped, so that abnormal operation occurs in actual operation. Stable control can be expected without presenting any abnormalities, such as abnormalities in the motor or control device prior to the actual operation, or abnormalities such as the state where the controlled object of the motor is in contact with an obstacle. If there is it can be quickly detected the abnormality, motor and safety of the controlled object can be secured.
[0041]
[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the thing which has the same function as description from 1st Example to 4th Example, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the motor control apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing the flow of magnetic pole detection operation in the fifth embodiment of the present invention.
The configuration of the motor control device in the fifth embodiment is as shown in FIG. 11. In addition to the configuration of FIG. 9, the feedback controller 111 outputs an error signal 123 in the error state described later and stops the actual operation. The display device 121 has a function of outputting an error state to the outside based on the error signal 123.
The magnetic pole detection operation and the actual operation are performed by the magnetic pole offset amount identifier 117 and the feedback controller 111 according to the flowchart shown in FIG.
The electromagnetic force command generation step S1, the slip command generation step S2, the measurement step S3, and the magnetic pole offset amount calculation step S4 are performed in the same procedure as in the first to fourth embodiments.
In order to perform the steps S1 to S4 a plurality of times, the repetition determination is performed in the repetition determination S5. In this way, by repeatedly performing steps S1 to S5, a plurality of magnetic pole offset amounts θ are identified. In the variation determination S6, variations in the plurality of magnetic pole offset amounts θ are determined. When the variation is large, the magnetic pole detection operation is stopped as an error state, and when the variation is small, the magnetic pole detection operation is terminated and the actual operation is started.
[0042]
For a while after the actual operation is started, the armature position state quantity Φ (t) or the speed state quantity v (t) is monitored. Specifically, after performing step S7 for performing feedback control calculation, step S8 for measuring the armature position state quantity Φ (t) or the speed state quantity v (t) is performed, and monitoring determination is performed in step S9.
In step S9, if the time has reached a certain time, it is determined that the monitoring is finished, and if the time has not reached a certain state, it is determined that the monitoring is continued, and the mover operates in the direction opposite to the electromagnetic force command. Is judged abnormal, and if it is judged that monitoring has ended, it exits this monitoring state and continues actual operation, and if it is judged abnormal, it stops the actual operation as an error state and it is judged that monitoring is to be continued Advances to step S7.
This means is extremely effective in an electric motor in which an external force such as cable tension or cogging force changes according to the position of the mover of the electric motor at the start. It is suitable for detecting an abnormality such as a state where the control object is in contact with an obstacle.
[0043]
As described above, the procedure from the electromagnetic force command generation step S1 to the magnetic pole offset amount calculation step S4 is performed a plurality of times to calculate a plurality of magnetic pole offset amounts. By canceling the magnetic pole detection operation, stable control can be expected without exhibiting abnormal operation in actual operation, and motor or control device abnormality prior to actual operation, or the controlled object of the motor is an obstacle If there is an abnormality such as a state of being in contact with the motor, the abnormality can be detected promptly, and the safety of the electric motor and its controlled object is ensured. In addition, when performing actual operation after performing magnetic pole detection operation, the armature position state quantity Φ (t) or the speed state quantity v (t) is monitored for a while after the actual operation is started. If the mover moves in the opposite direction to the electromagnetic force command, it will be in an error state, and even if the abnormal operation is exhibited in the actual operation, the abnormality can be detected quickly by stopping the actual operation. This ensures the safety of the electric motor and its control device.
[0044]
The motors shown in the first to fifth embodiments were linear motors having three-phase windings of U, V and W phases. Needless to say, it can be applied to electric motors. Further, the configuration of the control device does not have to be constrained by the configuration of FIG. 1, FIG. 9, or FIG. 11, and may have any configuration as long as it has a similar function.
[0045]
【The invention's effect】
According to the motor control method of the present invention, the magnitude of the current to be energized is determined in proportion to the electromagnetic force command, and the electrical angle command for the current is determined based on the armature position state quantity of the mover to perform excitation. In the electric motor control method for generating an electric current and generating an electromagnetic force by energizing the exciting current, when the magnetic pole offset amount θ of the electric motor is identified before actual operation of the electric motor, the electric machine at time t An electromagnetic force command generation step S1 for generating a magnetic pole detection electromagnetic force command T (t) by a periodic function having a short period when the child position state quantity is Φ (t) and the electrical angle command is ψ (t). The slip command generation step S2 for generating a slip command ω (t) that changes within a certain range with the lapse of time t and the magnetic force detection time T electromagnetic force command T (t) for a predetermined time. The magnitude of the current to be energized is determined, and the electrical angle command ψ (t) is determined based on the armature position state quantity Φ (t) and the slip command ω (t) to generate an excitation current. Then, an electromagnetic force is generated by energizing this exciting current, and the measurement step S3 for measuring the velocity state quantity v (t) of the movable element during the predetermined time, and the position, velocity or acceleration of the movable element are determined. As a state quantity, a response ratio req (t) is calculated from a ratio of the state quantity to the magnetic force detection electromagnetic force command T (t), and the response ratio req (t) and the slip command ω (t) are calculated. The magnetic pole detection operation is performed in accordance with the procedure of the magnetic pole offset amount calculation step S4 for comparing and identifying the magnetic pole offset amount θ. In actual operation, the magnitude of the current to be supplied is proportional to the electromagnetic force command. Determine the power Based on the child position state quantity Φ (t) and the magnetic pole offset quantity θ, the electrical angle command ψ (t) is determined to generate an excitation current, and an electromagnetic force is generated by applying the excitation current. Therefore, without using a magnetic pole position sensor, absolute value encoder or current detector, without moving the mover greatly when detecting the magnetic pole, and conversely, when the mover is moving when detecting the magnetic pole However, it is possible to provide an electric motor control method and a control device thereof that can detect magnetic poles in a short time and with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of magnetic pole detection operation in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time-series data showing a result when a magnetic pole detection operation is performed based on the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time-series data showing the results when the magnetic pole detection operation is performed based on the first embodiment of the present invention, and is a partial enlargement of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the result of identifying the magnetic pole offset amount based on the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows time-series data of results when a magnetic pole detection operation is performed based on the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of identifying a magnetic pole offset amount.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of magnetic pole detection operation in the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a motor control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of magnetic pole detection operation in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a motor control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of magnetic pole detection operation in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a first conventional example.
FIG. 14 is a flowchart showing a flow of a second conventional example.
FIG. 15 shows time-series data of an excitation current and a mover speed that appear when a sine wave that is energized as an excitation current has a high frequency and magnetic pole detection is performed based on the first conventional example.
[Explanation of symbols]
101 Control device
102 Excitation current
103 electric motor
104 Speed detector
107 integrator
108 Target value
110 Electromagnetic force command
111 Feedback controller
112 Electromagnetic force command changer
113 Electrical angle switch
114 Current converter
115 adder
117 Magnetic pole offset amount identifier
121 Display
122, 123 Error signal
v (t) Speed state quantity
Φ (t) Armature position state quantity
θ Magnetic pole offset
Ψ (t) Electrical angle command
T (t) Magnetic force command when detecting magnetic pole
ω (t) Slip command

Claims (24)

電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻tにおける前記電機子位置状態量をΦ(t)とし、前記電気角指令をψ(t)としたとき、
周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令T(t)を生成する電磁力指令生成ステップS1と、
時刻tの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω(t)を生成するスリップ指令生成ステップS2と、
所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記スリップ指令ω(t)とに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量v(t)を測定する測定ステップS3と、
前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に対する前記状態量の比から応答比req(t)を算出して、この応答比req(t)と前記スリップ指令ω(t)とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップS4と、
の手順にて磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ(t)と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ(t)を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させることを特徴とする電動機の制御方法。
The magnitude of the current to be energized is determined in proportion to the electromagnetic force command, the electrical angle command for the current is determined based on the armature position state quantity of the mover, and an excitation current is generated. In a control method of an electric motor that generates electromagnetic force by energization,
When identifying the magnetic pole offset amount θ of the motor before actual operation of the motor, when the armature position state quantity at time t is Φ (t) and the electrical angle command is ψ (t),
An electromagnetic force command generation step S1 for generating an electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection by a periodic function having a short period;
A slip command generation step S2 for generating a slip command ω (t) that changes within a certain range as time t passes;
During a predetermined time, the magnitude of the current to be supplied is determined so as to be proportional to the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection, and the armature position state quantity Φ (t) and the slip command ω (t) The electrical angle command ψ (t) is determined based on the following to generate an excitation current, and an electromagnetic force is generated by energizing the excitation current, and the velocity state quantity v of the mover during the predetermined time A measurement step S3 for measuring (t);
A response ratio req (t) is calculated from a ratio of the state quantity to the electromagnetic force command T (t) at the time of detecting the magnetic pole, using the position, velocity or acceleration of the mover as a state quantity, and this response ratio req (t) And the slip command ω (t) to identify the magnetic pole offset amount θ, and a magnetic pole offset amount calculating step S4,
The magnetic pole detection operation is performed according to the procedure
In actual operation, the magnitude of the current to be supplied is determined in proportion to the electromagnetic force command, and the electrical angle command ψ is determined based on the armature position state quantity Φ (t) and the magnetic pole offset quantity θ. (T) is determined, an exciting current is generated, and an electromagnetic force is generated by energizing the exciting current.
前記磁極検出時電磁力指令T(t)の周期は、その制御装置の制御演算周期の2n倍(但し、nは自然数である)としたことを特徴とする請求項1に記載の電動機の制御方法。2. The motor control according to claim 1, wherein the period of the electromagnetic force command T (t) at the time of detecting the magnetic pole is 2n times the control calculation period of the control device (where n is a natural number). Method. 前記磁極検出時電磁力指令T(t)は、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波なる周期関数としたことを特徴とする請求項1または2に記載の電動機の制御方法。3. The motor control method according to claim 1, wherein the electromagnetic force command T (t) at the time of detecting the magnetic pole is a periodic function such as a trapezoidal wave, a rectangular wave, a triangular wave, or a sine wave. 前記磁極検出時電磁力指令T(t)は、前記測定ステップS3の開始時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数としたことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の電動機の制御方法。The electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection is assumed to be a function whose amplitude is close to zero at the start of the measurement step S3 and whose amplitude gradually increases monotonously until a certain time is reached. The method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記磁極検出時電磁力指令T(t)は、前記測定ステップS3の終了時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数としたことを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の電動機の制御方法。The electromagnetic force command T (t) at the time of detecting the magnetic pole is assumed to be a function whose amplitude is close to zero at the end of the measurement step S3 and whose amplitude gradually decreases monotonously after reaching a certain time. The method for controlling an electric motor according to claim 1, wherein: 前記スリップ指令ω(t)は、前記所定時間のあいだに少なくとも電気角1/2回転以上の変化を持たせた関数としたことを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の電動機の制御方法。6. The electric motor according to claim 1, wherein the slip command ω (t) is a function having a change of at least an electrical angle of 1/2 rotation or more during the predetermined time. Control method. 前記磁極オフセット量算出ステップS4において、
前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記速度状態量v(t)の1階微分値dv(t)/dtが極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=(dv(t’)/dt)/T(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the magnetic pole offset amount calculating step S4,
The response ratio req (t) is defined only at time t when the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) becomes an extreme value, and the first-order derivative of the speed state quantity v (t) near the time t. When the time when the value dv (t) / dt takes an extreme value is t ′,
req (t) = (dv (t ′) / dt) / T (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4において、
前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の1階積分値ST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記速度状態量v(t)が極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=v(t’)/ST(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the magnetic pole offset amount calculating step S4,
The response ratio req (t) is defined only at time t when the first-order integral value ST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the speed state is near the time t. When the time when the amount v (t) takes an extreme value is t ′,
req (t) = v (t ′) / ST (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、前記速度状態量v(t)を積算した位置状態量x(t)を算出しておき、前記磁極オフセット量算出ステップS4において、
前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の2階積分値SST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記位置状態量x(t)が極値をとる時刻をt’としたとき、
req(t)=x(t’)/SST(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
Prior to the magnetic pole offset amount calculating step S4, a position state amount x (t) obtained by integrating the speed state amount v (t) is calculated, and in the magnetic pole offset amount calculating step S4,
The response ratio req (t) is defined only at time t when the second-order integral value SST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the position state is near the time t. When the time at which the quantity x (t) takes an extreme value is t ′,
req (t) = x (t ′) / SST (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4において、
前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記速度状態量v(t)の1階微分値dv(t)/dtが同符号となる時間領域において、前記1階微分値dv(t)/dtを積算した値をSdv(t)として、
req(t)=Sdv(t)/T(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the magnetic pole offset amount calculating step S4,
The response ratio req (t) is defined only at time t when the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) becomes an extreme value, and the first-order derivative of the speed state quantity v (t) near the time t. In a time domain in which the value dv (t) / dt has the same sign, a value obtained by integrating the first-order differential values dv (t) / dt is defined as Sdv (t).
req (t) = Sdv (t) / T (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4において、
前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の1階積分値ST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記速度状態量v(t)が同符号となる時間領域において、前記速度状態量v(t)を積算した値をSv(t)として、
req(t)=Sv(t)/ST(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the magnetic pole offset amount calculating step S4,
The response ratio req (t) is defined only at time t when the first-order integral value ST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the speed state is near the time t. In the time domain where the amount v (t) has the same sign, the value obtained by integrating the speed state amount v (t) is Sv (t).
req (t) = Sv (t) / ST (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、前記速度状態量v(t)を積算した位置状態量x(t)を算出しておき、前記磁極オフセット量算出ステップS4において、前記応答比req(t)は、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の2階積分値SST(t)が極値となる時刻tのみで定義され、前記時刻tの近傍で前記位置状態量x(t)が同符号となる時間領域において、前記位置状態量x(t)を積算した値をSx(t)として、
req(t)=Sx(t)/SST(t)
によって算出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
Prior to the magnetic pole offset amount calculating step S4, a position state amount x (t) obtained by integrating the speed state amount v (t) is calculated. In the magnetic pole offset amount calculating step S4, the response ratio req (t ) Is defined only at time t when the second-order integral value SST (t) of the electromagnetic force command T (t) at the time of magnetic pole detection becomes an extreme value, and the position state quantity x (t) is near the time t. In the time domain having the same sign, a value obtained by integrating the position state quantities x (t) is defined as Sx (t).
req (t) = Sx (t) / SST (t)
The motor control method according to claim 1, wherein the motor control method is calculated by:
前記磁極オフセット量算出ステップS4では、前記所定時間のあいだにおける前記応答比の絶対値|req(t)|の最大値、あるいは前記応答比の絶対値|req(t)|の平均値にπ/2を乗じた値をreqmaxとしたとき、reqmax×cos(ω(t)−θ’)−req(t)の絶対値、平方した値などを評価量とし、前記所定時間のあいだでこの評価量を積分した値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値θ’を前記磁極オフセット量θとすることを特徴とする請求項1から12までのいずれかに記載の電動機の制御方法。In the magnetic pole offset amount calculating step S4, the maximum value of the absolute value | req (t) | of the response ratio or the average value of the absolute value | req (t) | When the value multiplied by 2 is reqmax, the absolute value, squared value, etc. of reqmax × cos (ω (t) −θ ′) − req (t) is used as the evaluation amount, and this evaluation amount is obtained during the predetermined time. The value of θ ′ is calculated such that the value obtained by integrating the values becomes the minimum, and this value θ ′ is set as the magnetic pole offset amount θ. Control method. 前記磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の周期以外の周波数成分を除去するフィルタに、前記速度状態量v(t)あるいは前記位置状態量x(t)を通過させた補正速度状態量v’(t)あるいは補正位置状態量x’(t)を算出して、前記速度状態量v(t)あるいは前記位置状態量x(t)の値をこの補正速度状態量v’(t)あるいは補正位置状態量x’(t)の値に置き換えることを特徴とする請求項1から13までのいずれかに記載の電動機の制御方法。Prior to the magnetic pole offset amount calculation step S4, the speed state quantity v (t) or the position state quantity x (t) is applied to a filter that removes frequency components other than the period of the magnetic force detection electromagnetic force command T (t). ) Through which the corrected speed state quantity v ′ (t) or the corrected position state quantity x ′ (t) is calculated, and the value of the speed state quantity v (t) or the position state quantity x (t) is calculated. The motor control method according to any one of claims 1 to 13, wherein the value is replaced with a value of a corrected speed state quantity v '(t) or a corrected position state quantity x' (t). 前記励磁電流と前記磁極検出時電磁力指令T(t)とのあいだに遅れ時間がある場合には、前記磁極オフセット量算出ステップS4に先立って、前記磁極検出時電磁力指令T(t)に前記遅れ時間を持たせた補正磁極検出時電磁力指令T’(t)を算出して、前記磁極検出時電磁力指令T(t)をこの補正磁極検出時電磁力指令T’(t)の値に置き換えることを特徴とする請求項1から14までのいずれかに記載の電動機の制御方法。If there is a delay time between the excitation current and the magnetic force detection electromagnetic force command T (t), the magnetic force detection electromagnetic force command T (t) is set prior to the magnetic pole offset amount calculating step S4. An electromagnetic force command T ′ (t) at the time of detection of the correction magnetic pole with the delay time is calculated, and the electromagnetic force command T (t) at the time of detection of the magnetic pole is calculated from the electromagnetic force command T ′ (t) at the time of correction magnetic pole detection The method for controlling an electric motor according to claim 1, wherein the value is replaced with a value. 前記測定ステップS3において、
前記速度状態量v(t)を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップS4において、前記応答比req(t)を算出した結果、前記応答比req(t)の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、前記電磁力指令生成ステップS1に戻って、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の振幅が大きくなるように生成し直して、再び前記測定ステップS3を行うことを特徴とする請求項1から15までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the measurement step S3,
As a result of measuring the speed state quantity v (t), when the value of the state quantity of the mover is zero or extremely small, or in the magnetic pole offset amount calculating step S4, the response As a result of calculating the ratio req (t), when the value of the response ratio req (t) is zero or an extremely small value, the process returns to the electromagnetic force command generation step S1, and the magnetic force detection electromagnetic force command is returned. The motor control method according to any one of claims 1 to 15, wherein the measurement step S3 is performed again by regenerating the signal so that the amplitude of T (t) is increased.
前記測定ステップS3において、
前記速度状態量v(t)を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップS4において、前記応答比req(t)を算出した結果、前記応答比req(t)の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、前記電磁力指令生成ステップS1に戻って、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の周期を短くあるいは長くなるように生成し直して、再び前記測定ステップS3を行うことを特徴とする請求項1から16までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the measurement step S3,
As a result of measuring the speed state quantity v (t), when the value of the state quantity of the mover is zero or extremely small, or in the magnetic pole offset amount calculating step S4, the response As a result of calculating the ratio req (t), when the value of the response ratio req (t) is zero or an extremely small value, the process returns to the electromagnetic force command generation step S1, and the magnetic force detection electromagnetic force command is returned. The motor control method according to any one of claims 1 to 16, wherein the cycle of T (t) is regenerated so as to be shortened or lengthened, and the measurement step S3 is performed again.
前記測定ステップS3において、
前記速度状態量v(t)を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップS4において、前記応答比req(t)を算出した結果、前記応答比req(t)の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合には、エラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項1から17までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the measurement step S3,
As a result of measuring the speed state quantity v (t), if the value of the state quantity of the mover is abnormally small or large, or in the magnetic pole offset amount calculating step S4, As a result of calculating the response ratio req (t), if the value of the response ratio req (t) is abnormally small or large, an error state is set and the magnetic pole detection operation is stopped. A method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 17.
前記測定ステップS3において、
前記速度状態量v(t)を測定した後に、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量を周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、前記磁極検出時電磁力指令T(t)の周期と異なるピークがあった場合にはエラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項1から18までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
In the measurement step S3,
After the velocity state quantity v (t) is measured, the state quantity of the position, velocity or acceleration of the mover is subjected to frequency analysis, and the magnetic force detection electromagnetic force command T ( 19. The motor control method according to claim 1, wherein when there is a peak different from the period of t), an error state is set and the magnetic pole detection operation is stopped.
前記電磁力指令生成ステップS1から磁極オフセット量算出ステップS4までの手順を複数回行って、前記磁極オフセット量を複数個算出させて、前記磁極オフセット量のばらつきが大きかった場合にはエラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項1から19までのいずれかに記載の電動機の制御方法。The procedure from the electromagnetic force command generation step S1 to the magnetic pole offset amount calculation step S4 is performed a plurality of times to calculate a plurality of the magnetic pole offset amounts, and when the variation of the magnetic pole offset amount is large, an error state is set. The motor control method according to any one of claims 1 to 19, wherein the magnetic pole detection operation is stopped. 前記磁極検出運転を行った後に実運転を行う場合において、
実運転を開始してからしばらくの間は、前記電機子位置状態量Φ(t)あるいは前記速度状態量v(t)を監視しておき、前記可動子が前記電磁力指令と逆の方向に動作した場合にはエラー状態とし、前記実運転を中止することを特徴とする請求項1から20までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
When performing actual operation after performing the magnetic pole detection operation,
For a while after the actual operation is started, the armature position state quantity Φ (t) or the speed state quantity v (t) is monitored, and the mover moves in the direction opposite to the electromagnetic force command. 21. The method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 20, wherein when the motor is operated, an error state is set and the actual operation is stopped.
電動機の速度検出器から出力された速度状態量を積分して電機子位置状態量に変換する積分器と、目標値と前記電機子位置状態量および/または前記速度状態量に基づいて電磁力指令を出力するフィードバック制御器と、電磁力指令切替器と、電気角切替器と、電流変換器と、加算器と、磁極オフセット量同定器と、を内部に備え、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量を同定する場合には、はじめに前記積分器の値がクリアされ、前記磁極オフセット量同定器から出力される磁極検出時電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力されるスリップ指令が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記スリップ指令の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記磁極検出時電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力され、前記磁極オフセット量同定器は前記速度状態量が入力される状態として前記磁極オフセット量を同定する前記磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記フィードバック制御器から出力された前記電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力される前記磁極オフセット量が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記磁極オフセット量の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力されることを特徴とする電動機の制御装置。
An integrator that integrates the speed state quantity output from the speed detector of the motor and converts it into an armature position state quantity; and an electromagnetic force command based on the target value and the armature position state quantity and / or the speed state quantity A feedback controller, an electromagnetic force command switcher, an electrical angle switcher, a current converter, an adder, and a magnetic pole offset amount identifier,
When identifying the magnetic pole offset amount of the motor before actual operation of the motor, first, the integrator value is cleared, and the magnetic force detection time electromagnetic force command output from the magnetic pole offset amount identifier is the electromagnetic force. A slip command that is input to the current converter via the command switch and output from the magnetic pole offset amount identifier is input to the adder together with the armature position state quantity via the electrical angle switch. The adder calculates the sum of the input armature position state quantity and the slip command and outputs an electrical angle command, and the current converter energizes the current so as to be proportional to the electromagnetic force command when detecting the magnetic pole. Is determined, and an excitation current is output based on the electrical angle command, and the magnetic pole offset identifier identifies the magnetic pole offset as a state in which the velocity state quantity is input. It performs the magnetic pole detection operation to identify,
In actual operation, the electromagnetic force command output from the feedback controller is input to the current converter via the electromagnetic force command switch, and the magnetic pole offset amount output from the magnetic pole offset amount identifier Is input to the adder together with the armature position state quantity via the electrical angle switch, and the adder calculates the sum of the input armature position state quantity and the magnetic pole offset quantity to calculate an electrical angle command. Is output, and the current converter determines the magnitude of the current to be supplied in proportion to the electromagnetic force command, and outputs an excitation current based on the electrical angle command.
前記磁極オフセット量同定器は、前記エラー状態となった場合にエラー信号を出力して前記磁極検出運転を中止する機能を有し、さらに前記エラー信号に基づいてエラー状態を外部出力する表示器を内部に備えたことを特徴とする請求項22に記載の電動機の制御装置。The magnetic pole offset amount identifier has a function of outputting an error signal to stop the magnetic pole detection operation when the error state occurs, and further, an indicator that outputs the error state externally based on the error signal. The motor control device according to claim 22, wherein the motor control device is provided inside. 前記フィードバック制御器は、前記エラー状態となった場合に、エラー信号を出力して実運転を中止する機能を有し、さらに前記エラー信号に基づいてエラー状態を外部出力する表示器を内部に備えたことを特徴とする請求項22または23に記載の電動機の制御装置。The feedback controller has a function of outputting an error signal to stop the actual operation when the error state occurs, and further includes an internal display for outputting the error state based on the error signal. 24. The motor control device according to claim 22 or 23.
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