JP4115696B2

JP4115696B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP4115696B2
Application number: JP2001353045A
Authority: JP
Inventors: 光夫河地
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003158886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ制御装置に関し、特に、電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータ、あるいはリラクタンストルクと永久磁石の磁束および電機子電流に伴って発生するマグネットトルクとを併用して利用するモータを制御するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータ、あるいはリラクタンストルクと永久磁石の磁束および電機子電流に伴って発生するマグネットトルクとを併用して利用するモータを制御するモータ制御装置では、モータの各相に供給されるモータ電流を電流検出回路により検出し、この電流検出回路の検出出力に基づいてモータのトルク、速度あるいは位置などを制御するように構成されている。そして、この電流検出回路は、例えばホール素子などを用いた電流検出センサとこの電流検出センサの出力を増幅する例えば演算増幅器などのアナログアンプとから構成されている。
【０００３】
しかし、これらのセンサおよびアナログアンプはその入力が０であるにも係わらずその出力に０以外の信号になる、いわゆるオフセットが生じることが知られている。このオフセットは電流検出回路により検出されるモータ電流検出信号に誤差を与え、モータのトルク、速度あるいは位置などの制御に悪影響を与え、その制御性能を劣化させることになる。
【０００４】
そこで、このオフセットを補正するための方法として、例えば図７に示す特開平５−２５２７８５号公報に記載のモータ制御装置が提案されている。図７において、主回路はモータ３と、コントローラ７１からのモータ駆動信号に基づいてモータ３に電力を供給する電力増幅器７２から構成されている。また、モータ３には、回転位置情報を発生するエンコーダ７３と、磁極位置情報を発生するポールセンサ７４が設置されている。
【０００５】
一方、制御回路はモータ電流を検出する電流センサ１１ａ、１１ｂと、電流センサ１１ａ、１１ｂの出力信号を増幅するアナログアンプ７５ａ、７５ｂと、アナログアンプ７５ａ、７５ｂの出力信号をコントローラ７１に取り込むためにアナログ量からディジタル量に変換するアナログディジタルコンバータ７６と、アナログディジタルコンバータ７６から得られたモータ電流情報とエンコーダ７３からの回転位置情報およびポールセンサ７４からの磁極位置情報とを用いてモータ駆動信号を生成するコントローラ７１から構成されている。
【０００６】
ここで、コントローラ７１では、電流センサ１１ａ、１１ｂにより検出されたモータ電流を一周期分に亘って積分し、またはモータ電流の正負の時間の比を求め、この積分値または正負の時間の比から直接オフセット値を算出し、電流センサ１１ａ、１１ｂにより検出されたモータ電流からこのオフセット値を逐次減算することによりオフセット補正を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、モータ電流を一周期分に亘って積分し、またはモータ電流の正負の時間の比を求め、この積分値または正負の時間の比から直接オフセット値を算出しているため、演算量の増加に伴う演算装置の容量増加によるコストアップ、および演算時間の増加に伴うモータ制御性能の信頼性の劣化という課題を有していた。
【０００８】
さらに、上記従来の構成では、モータを一定回転速度で駆動しているような定常状態の場合のみオフセット補正が可能であり、モータを加減速するような過渡状態ではオフセット補正は不可能であるという課題を有していた。
【０００９】
本発明はこのような従来の課題を解決するためのものであり、回路部品点数を増やすことなく、演算量の増加を抑制して、低コスト且つリアルタイムでオフセット補正を実現するモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御装置は、電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータ、あるいは前記リラクタンストルクと永久磁石の磁束および前記電機子電流に伴って発生するマグネットトルクとを併用して利用するモータの各相に供給されるモータ電流を検出するモータ電流検出手段を備え、モータ電流検出手段の検出出力に基づいてモータを制御するモータ制御装置において、
モータ電流検出手段の検出出力を三相−二相変換し、変換により得られた二相電流の少なくとも半周期分から二相電流のオフセットを逐次検出するオフセット検出手段と、検出したオフセットを二相電流から逐次減算することによりオフセットを相殺するオフセット相殺手段とを有するものである。
【００１１】
【作用】
本発明によるモータ制御装置によれば、モータ電流検出手段の検出出力の半周期分からオフセットを逐次検出するため、演算量の増加を抑制して演算装置の容量増加によるコストアップを防ぎ、且つリアルタイムにオフセット補正を行なうことが可能である。
【００１２】
また、オフセット検出手段として、モータの運転開始からの経過時間を計測する時間計測手段を有し、時間計測手段より計測された経過時間と予め設定された所定時間とを比較し、経過時間が所定時間の整数倍となる場合にのみオフセットを検出するものを採用することが可能である。
【００１３】
上記の構成によれば、所定時間毎にオフセット検出を行なうため、オフセット検出に伴う演算時間を大幅に短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させコストダウンが図れる。
【００１４】
また、オフセット相殺手段として、モータの運転開始からの経過時間を計測する時間計測手段を有し、時間計測手段より計測された経過時間と予め設定された所定時間とを比較し、経過時間が所定時間の整数倍となる場合にのみオフセットを相殺するものを採用することが可能である。
【００１５】
上記の構成によれば、所定時間毎にオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴う演算時間を大幅に短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することが可能である。
【００１６】
また、オフセット検出手段として、モータ制御系が安定状態に到達したかを判別する安定状態判別手段を有し、モータの制御系が安定状態に到達した場合にのみオフセットを検出するものを採用することが可能である。
【００１７】
上記の構成によれば、モータの制御系が安定状態に到達した場合にのみオフセット検出を行なうため、オフセット検出に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させコストダウンが図れるだけでなく、モータの制御系が不安定状態でのオフセット検出を回避し、モータ制御性能の劣化を防止することが可能である。
【００１８】
また、オフセット相殺手段として、モータ制御系が安定状態に到達したかを判別する安定状態判別手段を有し、モータの制御系が安定状態となる場合にのみオフセットを相殺するものを採用することが可能である。
【００１９】
上記の構成によれば、モータの制御系が安定状態となる場合にのみオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することができるだけでなく、モータの制御系が不安定状態でのオフセット補正を回避し、モータ制御性能の劣化を防止することが可能である。
【００２０】
また、オフセット検出手段として、オフセットの検出時と非検出時の切替えの前後でヒステリシスを具備したオフセット検出安定切替手段を有するものを採用することが可能である。
【００２１】
上記の構成によれば、オフセットの検出時と非検出時の切替えに伴う制御安定性の確保、及び騒音・振動の低減が可能である。
【００２２】
また、オフセット相殺手段として、オフセットの相殺時と非相殺時の切替の前後でヒステリシスを具備したオフセット相殺安定切替手段を有するものを採用することが可能である。
【００２３】
上記の構成によれば、オフセットの相殺時と非相殺時の切替えに伴う制御安定性の確保、モータの脱調防止を図ることが可能である。
【００２４】
また、オフセット相殺手段として、オフセット検出手段より検出されたオフセットの値と予め設定された所定値とを比較し、オフセットの値が所定値よりも大きい場合のみオフセットを相殺するものを採用することが可能である。
【００２５】
上記の構成によれば、オフセットの影響が大きい場合にのみオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することができるだけでなく、よりモータ制御性能の向上が図れる。
【００２６】
さらに、オフセット相殺手段として、オフセット検出手段と同期して機能するものを採用することが可能である。
【００２７】
上記の構成によれば、オフセット検出およびオフセット補正に伴う演算時間を最大限に短縮し、演算装置の負荷容量をさらに軽減させ、大幅なコストダウンが図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
本発明に係るモータ制御装置の一実施形態のシステム構成を図１に示す。図１において、主回路は直流電源１と、スイッチング素子を直列に２個接続したものを３組並列に接続してなり、直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、インバータ２により変換された交流電力によって駆動されるモータ１から構成されている。
【００２９】
一方、制御回路は、主回路に取り付けられた電流センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、電流センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの出力を入力としてモータ電流を検出するモータ電流検出部１２と、モータ電流検出部１２により検出されたモータ電流の半周期分からオフセットを逐次検出するオフセット検出部１３と、モータ電流からオフセットを逐次減算することによりオフセット補正（オフセット相殺）を行なうオフセット相殺部１４と、オフセット補正されたモータ電流に基づいてモータ駆動信号を生成するモータ制御演算部１５と、インバータ２のスイッチング素子に対するゲート信号を出力する通電分配部１６とから構成されている。
【００３０】
一般的に、正弦波駆動を行なう場合には、制御演算を容易にするため、モータの緒量をｕ、ｖ、ｗの三相からｄ―ｑ軸の二相へと三相−二相変換を行ない直流化する。三相−二相変換における座標軸の定義を図２に示す。図２において、θはエンコーダ等の位置センサから得られた実際の磁極位置である。なお、三相から二相への変換方法については公知のため省略する。
【００３１】
具体的には、以下のような方法を用いてオフセット補正を行なう。
【００３２】
モータ電流検出部１２の出力信号を外１とすると、実際にモータに供給されているモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと電流センサ等によるオフセット分ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗを用いて数１のように表される。
【外１】

【数１】

また、モータ電流実効値をＩ１、電流位相角をβ、実際の磁極位置をθとするとモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは数２のように表される。
【００３３】
【数２】

ここで、数１および数２を用いて三相−二相変換を行なうと、ｄ−ｑ軸の二相電流ｉｄ、ｉｑは数３のように表される。
【００３４】
【数３】

即ち、二相電流ｉｄ、ｉｑにおいて、オフセットΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗは交流分に変換されることがわかる。
【００３５】
次に、オフセット検出方法について説明する。
【００３６】
オフセット検出方法の一実施例を図３に示す。図３において、横軸は実際の磁極位置θで、縦軸は数３のｑ軸電流ｉｑである。
【００３７】
ここで、磁極位置の現在値をθｓとすると、このときのオフセットΔｉｑ［θｓ］は、半周期前の値を用いて数４のように表される。
【００３８】
【数４】

即ち、ｑ軸電流ｉｑの現在値と半周期前の値との差分により、逐次オフセットの検出を行なう。
【００３９】
なお、上記の説明では、ｑ軸電流ｉｑのみオフセットΔｉｑを導出しているが、同様の方法を用いて、ｄ軸電流ｉｄのオフセットΔｉｄが導出できる。
【００４０】
なお、半周期前の値に関しては、二相電流ｉｄ、ｉｑの半周期分の値のみマイコン等の演算装置の内部レジスタに記憶させておけばよい。
【００４１】
また、ｑ軸電流ｉｑの現在値からオフセットΔｉｑを逐次減算することにより、オフセット補正が可能である。
【００４２】
即ち、磁極位置の現在値をθｓ、ｑ軸電流の現在値をｉｑ［θｓ］、オフセットの現在値をΔｉｑ［θｓ］とすると、補正電流外２は数５のように表される。
【外２】

【数５】

なお、上記の説明では、ｑ軸電流ｉｑのみ補正電流外３を導出しているが、同様の方法を用いて、ｄ軸電流ｉｄの補正電流外４が導出できる。
【外３】

【外４】

以上により、二相電流ｉｄ、ｉｑの半周期分からオフセットを逐次検出するため、演算量の増加を抑制して演算装置の容量増加によるコストアップを防ぎ、且つリアルタイムにオフセット補正を行なうことが可能である。
【００４３】
なお、オフセット検出方法に関しては、二相電流ｉｄ、ｉｑの平均値を求め、現在値から平均値を逐次減算することにより、オフセット検出を行なってもよい。
【００４４】
即ち、二相電流ｉｄ、ｉｑの平均値を外５とすると、オフセットΔｉｄ、Δｉｑは数６のように表される。
【外５】

【数６】

ここで、平均値外５は、数７のように表される。
【００４５】
【数７】

なお、上記の説明では、θはエンコーダ等の位置センサから得られた実際の磁極位置であるが、位置センサを用いずに磁極位置推定を行なう場合にも適用可能であり、この場合は、実際の磁極位置の代わりに推定位置を用いればよい。
【００４６】
（実施の形態２）
本発明に係るモータ制御装置の第二の実施形態のシステム構成を図４に示す。図１に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
図４において、オフセット検出部１３は、時間計測部４１により計測されたモータの運転開始からの経過時間Ｔｎｏｗと予め設定された所定時間Ｔ１とを比較演算器４２で比較し、Ｔｎｏｗ＝ｍＴ１（ｍ＝１、２、３）の条件を満たす場合にのみオフセット検出を行なう。
【００４７】
また、オフセット相殺部１４は、時間計測部４１により計測されたモータの運転開始からの経過時間Ｔｎｏｗと予め設定された所定時間Ｔ２とを比較演算器４３で比較し、Ｔｎｏｗ＝ｍＴ２（ｍ＝１、２、３）の条件を満たす場合にのみオフセット補正を行なう。
【００４８】
ここで、時間計測部４１は、マイコン等の演算装置でモータ起動時から加算を行なうことで運転開始からの経過時間を求めることが可能である。ただし、マイコン等の演算装置で加算を行なう場合はオーバーフロー等のエラー対策を行なっておく必要がある。
【００４９】
なお、オフセット検出およびオフセット補正の具体的な方法は、実施の形態１の方法を用いるものとする。
【００５０】
以上により、所定時間毎にオフセット検出、またはオフセット補正、あるいはその両方を行なうため、オフセット検出、オフセット補正、あるいはその両方に伴う演算時間を大幅に短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、実施の形態１のモータ制御装置に比べてコストダウンが図れる。
【００５１】
なお、上記の説明では、オフセット検出における所定時間Ｔ１とオフセット補正における所定時間Ｔ２はそれぞれ別のものとして説明したが、Ｔ１とＴ２が等価、即ちオフセット検出とオフセット補正が同期して機能する場合が最も効果が大きく、オフセット検出およびオフセット補正に伴う演算時間を最大限に短縮し、演算装置の負荷容量をさらに軽減させ、大幅なコストダウンが図れる。
【００５２】
（実施の形態３）
本発明に係るモータ制御装置の第三の実施例のシステム構成を図５に示す。図１に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
図５において、オフセット検出部１３は、モータの制御系が安定状態に到達したかどうかを判別する安定状態判別部５１により、モータの制御系が安定状態に到達したと判別された場合にのみオフセット検出を行なう。
【００５３】
また、オフセット相殺部１４は、モータの制御系が安定状態に到達したかどうかを判別する安定状態判別部５１により、モータの制御系が安定状態に到達したと判別された場合にのみオフセット補正を行なう。
【００５４】
ここで、安定状態判別部５１は、例えば実際の磁極位置θを時間で微分したモータ実速度ωの現在値と前歴値との差、即ち変動速度が所定値α以内であるかどうかの判断を行なう。
【００５５】
具体的には、モータの実速度の現在値をωｎｏｗ、前歴値をωｌａｓｔとすると、変動速度Δωｎは数８のように表される。
【００５６】
【数８】

ここで、｜Δωｎ｜≦αの条件を満たす場合のみオフセット検出、またはオフセット補正、あるいはその両方を行なう。
【００５７】
なお、オフセット検出およびオフセット補正の具体的な方法は、実施の形態１の方法を用いるものとする。
【００５８】
以上により、モータの制御系が安定状態に到達した場合にオフセット検出、またはオフセット補正、あるいはその両方を行なうため、オフセット検出、またはオフセット補正、あるいはその両方に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つモータの制御系が不安定な状態でのオフセット検出、またはオフセット補正、あるいはその両方を回避し、モータ制御性能の劣化を防止することが可能である。
【００５９】
なお、上記の説明では、モータ実速度ωを用いて安定状態に到達したかどうかの判別を行なったが、ωの代わりに数７で導出される二相電流ｉｄ、ｉｑの平均値外５を用いてもよい。
【００６０】
即ち、外５の現在値と前歴値との差、即ち電流偏差が所定値α以内であるかどうかの判断を行なう。
【００６１】
（実施の形態４）
図６は本発明に係るオフセット検出安定切替方法の一実施形態であり、実施の形態３のモータ制御装置において変動速度Δωｎに対してヒステリシスが設定された場合のオフセット検出安定切替方法である。
図６において、変動速度｜Δωｎ｜＝αを境界にωｈの変動幅を持つヒステリシス特性を付与したものであり、｜Δωｎ｜＝α付近の速度変動に対して安定にオフセット検出モード（オフセット検出時／オフセット非検出時）の切り替えを行なうことが可能である。
【００６２】
ここで、変動幅ωｈを適切に選んでやれば、オフセット検出モードの切り替えに伴うハンチング等の制御不安定要素を最小限に抑えることが可能である。
【００６３】
なお、図６のヒステリシス特性において、オフセット検出モードの切り替わりが急であるが、これに傾きを付与して制御モードの切り替わりを緩やかにすることで、さらに制御安定性の向上を図ることが可能である。
【００６４】
なお、上記の説明では、オフセット検出安定切替方法についてのみ説明しているが、同様にオフセット相殺モード（オフセット相殺時／オフセット非相殺時）に対しても同等のヒステリシス特性を設定することでオフセット相殺安定切替方法への適用が可能である。
【００６５】
（実施の形態５）
本発明に係るモータ制御装置の第四の実施形態について説明する。システム構成は図１に示すモータ制御装置と全く同じであるため、システム構成に関する説明は省略する。
図１において、オフセット相殺部１４は、オフセット検出部１３により検出されたオフセットの値と予め設定された所定値とを比較し、オフセットの値が所定値よりも大きい場合にのみオフセット補正を行なうものである。
【００６６】
具体的には、数４で表されるように、二相電流ｉｄ、ｉｑの少なくとも半周期分から逐次検出されたオフセットΔｉｄ、Δｉｑと予め設定された所定値εｄ、εｑとをそれぞれ比較し、Δｉｄ≧εｄおよびΔｉｑ≧εｑの条件を両方満たす場合のみオフセット補正を行なう。
【００６７】
以上により、オフセットの影響が大きい場合にのみオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、より効果的にモータ制御性能の向上が図れる。
【００６８】
【発明の効果】
上記から明らかなように、請求項１に記載の発明は、モータ電流検出手段の検出出力の半周期分からオフセットを逐次検出するため、演算量の増加を抑制して演算装置の容量増加によるコストアップを防ぎ、且つリアルタイムにオフセット補正を行なうことが可能であり、さらに、リアルタイムにオフセット補正を行なうことで、常時モータ制御性能の劣化を防止することが可能であるという効果を奏する。
【００６９】
請求項２に記載の発明は、所定時間毎にオフセット検出を行なうため、オフセット検出に伴う演算時間を大幅に短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、コストダウンおよびモータ制御性能の向上が図れるという効果を奏する。
【００７０】
請求項３に記載の発明は、所定時間毎にオフセット補正を行なうためオフセット補正に伴う演算時間を大幅に短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することが可能であり、さらにモータ制御性能の向上が図れるという効果を奏する。
【００７１】
請求項４に記載の発明は、モータの制御系が安定状態に到達した場合にオフセット検出を行なうため、オフセット検出に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させコストダウンが図れるだけでなく、モータの制御系が不安定な状態でのオフセット検出を回避し、モータ制御性能の劣化を防止することが可能であるという効果を奏する。
【００７２】
請求項５に記載の発明は、モータの制御系が安定状態に到達した場合にオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴う演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することができるだけでなく、モータの制御系が不安定な状態でのオフセット補正を回避し、モータ制御性能の劣化を防止することが可能であるという効果を奏する。
【００７３】
請求項６に記載の発明は、オフセットの検出時と非検出時の切替に伴う制御安定性の確保、および騒音・振動の低減が可能であり、安定したモータ駆動系の実現が可能であるという効果を奏する。
【００７４】
請求項７に記載の発明は、オフセットの相殺時と非相殺時の切替に伴う制御安定性の確保、モータの脱調防止を図ることが可能であり、さらに安定したモータ駆動系の実現が可能であるという効果を奏する。
【００７５】
請求項８に記載の発明は、オフセットの影響が大きい場合にのみオフセット補正を行なうため、オフセット補正に伴なう演算時間を短縮し、演算装置の負荷容量を軽減させ、且つオフセット補正に伴う周辺回路を簡素化することができるだけでなく、よりモータ制御性能の向上が図れるという効果を奏する。
【００７６】
請求項９に記載の発明は、オフセット検出およびオフセット補正に伴う演算時間を最大限に短縮し、演算装置の負荷容量をさらに軽減させ、大幅なコストダウンおよびさらなるモータ制御性能の向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すモータ制御装置のブロック図である。
【図２】三相−二相変換における座標軸の定義図である。
【図３】本発明に係るオフセット検出方法の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示すモータ制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示すモータ制御装置のブロック図である。
【図６】本発明に係るオフセット検出安定切替方法の一実施形態を示す図である。
【図７】従来例を示すモータ制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
３モータ
１２モータ電流検出部
１３オフセット検出部
１４オフセット相殺部
４１時間計測部
５１安定状態判別部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device, and more particularly, to a motor that uses reluctance torque generated along with an inductance change and armature current of an armature winding, or generated along with reluctance torque and the magnetic flux and armature current of a permanent magnet. The present invention relates to an apparatus for controlling a motor that is used in combination with a magnet torque.
[0002]
[Prior art]
In general, a motor that uses reluctance torque generated with an armature winding inductance change and armature current, or a combination of reluctance torque and permanent magnet magnetic flux and magnet torque generated with armature current In the motor control device that controls the motor to be operated, the motor current supplied to each phase of the motor is detected by a current detection circuit, and the torque, speed, position, etc. of the motor are controlled based on the detection output of this current detection circuit. It is configured. The current detection circuit includes a current detection sensor using, for example, a Hall element, and an analog amplifier such as an operational amplifier that amplifies the output of the current detection sensor.
[0003]
However, it is known that these sensors and analog amplifiers have a so-called offset that results in a non-zero signal at the output even though the input is zero. This offset gives an error to the motor current detection signal detected by the current detection circuit, adversely affects the control of the motor torque, speed, position, etc., and degrades the control performance.
[0004]
Therefore, as a method for correcting this offset, for example, a motor control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-252785 shown in FIG. 7 has been proposed. In FIG. 7, the main circuit includes a motor 3 and a power amplifier 72 that supplies power to the motor 3 based on a motor drive signal from the controller 71. The motor 3 is provided with an encoder 73 that generates rotational position information and a pole sensor 74 that generates magnetic pole position information.
[0005]
On the other hand, the control circuit captures in the controller 71

current sensors

11a and 11b that detect motor currents,

analog amplifiers

75a and 75b that amplify output signals from the

current sensors

11a and 11b, and output signals from the

analog amplifiers

75a and 75b. An analog / digital converter 76 that converts an analog amount into a digital amount, motor current information obtained from the analog / digital converter 76, rotational position information from the encoder 73, and magnetic pole position information from the pole sensor 74 are used to generate a motor drive signal. It is comprised from the controller 71 to produce | generate.
[0006]
Here, in the controller 71, the motor current detected by the

current sensors

11a and 11b is integrated over one cycle, or the ratio of positive and negative time of the motor current is obtained, and from this integrated value or the ratio of positive and negative time. An offset value is directly calculated, and offset correction is performed by sequentially subtracting the offset value from the motor current detected by the

current sensors

11a and 11b.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, the motor current is integrated over one cycle, or the ratio of the positive and negative times of the motor current is obtained, and the offset value is directly calculated from the integrated value or the ratio of the positive and negative times. For this reason, there are problems such as an increase in cost due to an increase in the capacity of the arithmetic device accompanying an increase in the calculation amount, and a deterioration in reliability of the motor control performance accompanying an increase in the calculation time.
[0008]
Furthermore, with the above conventional configuration, offset correction is possible only in a steady state where the motor is driven at a constant rotational speed, and offset correction is impossible in a transient state where the motor is accelerated or decelerated. Had problems.
[0009]
The present invention is to solve such a conventional problem, and provides a motor control device that realizes offset correction in real time at a low cost by suppressing an increase in calculation amount without increasing the number of circuit components. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a motor control device according to the present invention provides a motor that uses a reluctance torque generated in accordance with an inductance change of an armature winding and an armature current, or a magnetic flux of the reluctance torque and a permanent magnet, Motor current detection means that detects the motor current supplied to each phase of the motor that is used in combination with the magnet torque generated with the armature current, and controls the motor based on the detection output of the motor current detection means In the motor control device
Three-phase to two-phase conversion of the detection output of the motor current detection means, and an offset detection means for sequentially detecting an offset of the two-phase current from at least a half cycle of the two-phase current obtained by the conversion, and the detected offset to the two-phase current Offset canceling means for canceling the offset by sequentially subtracting from the offset.
[0011]
[Action]
According to the motor control device of the present invention, since the offset is sequentially detected from the half cycle of the detection output of the motor current detection means, the increase in the calculation amount is suppressed, the cost increase due to the increase in the capacity of the calculation device is prevented, and in real time. Offset correction can be performed.
[0012]
Further, as the offset detecting means, there is a time measuring means for measuring the elapsed time from the start of operation of the motor, the elapsed time measured by the time measuring means is compared with a predetermined time, and the elapsed time is predetermined. It is possible to employ an apparatus that detects an offset only when the time is an integral multiple of time.
[0013]
According to the above configuration, since the offset detection is performed every predetermined time, the calculation time associated with the offset detection can be greatly shortened, the load capacity of the calculation device can be reduced, and the cost can be reduced.
[0014]
Further, as the offset canceling means, there is a time measuring means for measuring the elapsed time from the start of operation of the motor, and the elapsed time measured by the time measuring means is compared with a predetermined time set in advance. It is possible to employ one that offsets the offset only when it is an integral multiple of time.
[0015]
According to the above configuration, the offset correction is performed every predetermined time, so that the calculation time associated with the offset correction is greatly shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the peripheral circuit associated with the offset correction is simplified. Is possible.
[0016]
In addition, as the offset detecting means, there is a stable state determining means for determining whether the motor control system has reached a stable state, and an offset detecting means is employed only when the motor control system has reached a stable state. Is possible.
[0017]
According to the above configuration, since the offset detection is performed only when the motor control system reaches a stable state, the calculation time associated with the offset detection can be shortened, the load capacity of the calculation device can be reduced, and the cost can be reduced. Therefore, it is possible to avoid offset detection when the motor control system is unstable and prevent deterioration of motor control performance.
[0018]
Further, as the offset canceling means, it is possible to employ a stable state determining means for determining whether the motor control system has reached a stable state, and to cancel the offset only when the motor control system is in a stable state. Is possible.
[0019]
According to the above configuration, since the offset correction is performed only when the motor control system is in a stable state, the calculation time associated with the offset correction is shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the peripherals associated with the offset correction are reduced. Not only can the circuit be simplified, but it is also possible to avoid offset correction when the motor control system is unstable and prevent deterioration of motor control performance.
[0020]
Further, as the offset detection means, it is possible to employ one having an offset detection stable switching means having hysteresis before and after switching between detection and non-detection of the offset.
[0021]
According to the above configuration, it is possible to ensure control stability and reduce noise / vibration associated with switching between detection and non-detection of an offset.
[0022]
Further, as the offset canceling means, it is possible to employ one having an offset canceling stable switching means having hysteresis before and after switching between offset offset and non-offset.
[0023]
According to the above configuration, it is possible to ensure control stability and prevent motor step-out when switching between offset cancellation and non-offset.
[0024]
Further, as the offset canceling means, it is possible to compare the offset value detected by the offset detecting means with a predetermined value set in advance and cancel the offset only when the offset value is larger than the predetermined value. Is possible.
[0025]
According to the above configuration, since the offset correction is performed only when the influence of the offset is large, the calculation time associated with the offset correction is shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the peripheral circuit associated with the offset correction is simplified. In addition to this, the motor control performance can be further improved.
[0026]
Furthermore, it is possible to employ an offset canceling unit that functions in synchronization with the offset detection unit.
[0027]
According to said structure, the calculation time accompanying offset detection and offset correction can be shortened to the maximum, the load capacity of an arithmetic unit can further be reduced, and a significant cost reduction can be aimed at.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a system configuration of an embodiment of a motor control device according to the present invention. In FIG. 1, the main circuit is formed by connecting three sets of DC power supplies 1 and two switching elements connected in series, an inverter 2 for converting DC power into AC power, and conversion by the inverter 2. The motor 1 is driven by AC power.
[0029]
On the other hand, the control circuit includes

current sensors

11a, 11b, and 11c attached to the main circuit, a motor current detector 12 that detects a motor current by using outputs from the

current sensors

11a, 11b, and 11c, and a motor current detector. The offset detection unit 13 that sequentially detects the offset from the half cycle of the motor current detected by 12, the offset cancellation unit 14 that performs offset correction (offset cancellation) by sequentially subtracting the offset from the motor current, and the offset correction The motor control calculation part 15 which produces | generates a motor drive signal based on a motor current, and the electricity supply distribution part 16 which outputs the gate signal with respect to the switching element of the inverter 2 are comprised.
[0030]
In general, when performing sinusoidal driving, in order to facilitate the control calculation, the motor is changed from a three-phase to two-phase conversion from three phases u, v, and w to two phases on the dq axis. To make a direct current. The definition of coordinate axes in the three-phase to two-phase conversion is shown in FIG. In FIG. 2, θ is an actual magnetic pole position obtained from a position sensor such as an encoder. In addition, about the conversion method from three phases to two phases, since it is well-known, it abbreviate | omits.
[0031]
Specifically, offset correction is performed using the following method.
[0032]
Assuming that the output signal of the motor current detector 12 is outside 1, the motor currents iu, iv, iw actually supplied to the motor and the offsets ΔIu, ΔIv, ΔIw from the current sensor etc. are used to express Is done.
[Outside 1]

[Expression 1]

Further, when the motor current effective value is I1, the current phase angle is β, and the actual magnetic pole position is θ, the motor currents iu, iv, and iw are expressed as follows.
[0033]
[Expression 2]

Here, when the three-phase to two-phase conversion is performed using the equations 1 and 2, the two-phase currents id and iq on the dq axis are expressed as the following equation 3.
[0034]
[Equation 3]

That is, it can be seen that the offsets ΔIu, ΔIv, ΔIw are converted into AC components in the two-phase currents id, iq.
[0035]
Next, an offset detection method will be described.
[0036]
An embodiment of the offset detection method is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis is the actual magnetic pole position θ, and the vertical axis is the q-axis current iq of Equation 3.
[0037]
Here, assuming that the current value of the magnetic pole position is θs, the offset Δiq [θs] at this time is expressed as shown in Equation 4 using a value before a half cycle.
[0038]
[Expression 4]

That is, the offset is sequentially detected based on the difference between the current value of the q-axis current iq and the value before the half cycle.
[0039]
In the above description, the offset Δiq is derived only for the q-axis current iq, but the offset Δid of the d-axis current id can be derived using the same method.
[0040]
As for the value before the half cycle, only the value for the half cycle of the two-phase currents id and iq may be stored in the internal register of the arithmetic unit such as a microcomputer.
[0041]
Further, offset correction can be performed by sequentially subtracting the offset Δiq from the current value of the q-axis current iq.
[0042]
That is, assuming that the current value of the magnetic pole position is θs, the current value of the q-axis current is iq [θs], and the current value of the offset is Δiq [θs], the correction current outside 2 is expressed as shown in Equation 5.
[Outside 2]

[Equation 5]

In the above description, the correction current outside 3 is derived only for the q-axis current iq, but the correction current outside 4 of the d-axis current id can be derived using the same method.
[Outside 3]

[Outside 4]

As described above, since the offset is sequentially detected from the half cycle of the two-phase currents id and iq, it is possible to suppress an increase in the calculation amount, prevent an increase in cost due to an increase in the capacity of the arithmetic device, and perform offset correction in real time. is there.
[0043]
As for the offset detection method, offset detection may be performed by obtaining an average value of the two-phase currents id and iq and sequentially subtracting the average value from the current value.
[0044]
That is, when the average value of the two-phase currents id and iq is 5 outside, the offsets Δid and Δiq are expressed as shown in Equation 6.
[Outside 5]

[Formula 6]

Here, the outside of the average value 5 is expressed as in Expression 7.
[0045]
[Expression 7]

In the above description, θ is an actual magnetic pole position obtained from a position sensor such as an encoder. However, the present invention can also be applied to a case where the magnetic pole position is estimated without using a position sensor. The estimated position may be used instead of the magnetic pole position.
[0046]
(Embodiment 2)
The system configuration of the second embodiment of the motor control device according to the present invention is shown in FIG. The same components as those of the motor control device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated. Only different portions will be described here.
In FIG. 4, the offset detection unit 13 compares the elapsed time Tnow from the start of motor operation measured by the time measurement unit 41 with a predetermined time T1 set in advance by the comparator 42, and Tnow = mT1 (m = 1, 2, 3) Offset detection is performed only when the condition is satisfied.
[0047]
The offset canceling unit 14 compares the elapsed time Tnow from the start of motor operation measured by the time measuring unit 41 with a predetermined time T2 set in advance by the comparison calculator 43, and Tnow = mT2 (m = 1). The offset correction is performed only when the conditions of (2, 3) are satisfied.
[0048]
Here, the time measuring unit 41 can obtain an elapsed time from the start of operation by performing addition from the time of starting the motor by an arithmetic device such as a microcomputer. However, when addition is performed by an arithmetic unit such as a microcomputer, it is necessary to take measures against errors such as overflow.
[0049]
Note that the method of the first embodiment is used as a specific method of offset detection and offset correction.
[0050]
As described above, since offset detection and / or offset correction is performed every predetermined time, the calculation time required for offset detection and / or offset correction is greatly reduced, and the load capacity of the arithmetic unit is reduced. Compared to the motor control device of the first embodiment, the cost can be reduced.
[0051]
In the above description, the predetermined time T1 in the offset detection and the predetermined time T2 in the offset correction are described as different from each other. However, T1 and T2 are equivalent, that is, the offset detection and the offset correction function in synchronization. This is the most effective, and the calculation time required for offset detection and correction can be shortened to the maximum, the load capacity of the calculation device can be further reduced, and the cost can be greatly reduced.
[0052]
(Embodiment 3)
The system configuration of the third embodiment of the motor control apparatus according to the present invention is shown in FIG. The same components as those of the motor control device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated. Only different portions will be described here.
In FIG. 5, the offset detection unit 13 performs an offset only when the stable state determination unit 51 that determines whether or not the motor control system has reached a stable state determines that the motor control system has reached a stable state. Perform detection.
[0053]
The offset canceling unit 14 performs offset correction only when the stable state determining unit 51 that determines whether or not the motor control system has reached the stable state determines that the motor control system has reached the stable state. Do.
[0054]
Here, for example, the stable state determination unit 51 determines whether or not the difference between the current value of the actual motor speed ω obtained by differentiating the actual magnetic pole position θ with respect to time and the previous history value, that is, the fluctuation speed is within a predetermined value α. Do.
[0055]
Specifically, assuming that the current value of the actual speed of the motor is ωnow and the previous history value is ωlast, the fluctuation speed Δωn is expressed as shown in Equation 8.
[0056]
[Equation 8]

Here, only when the condition of | Δωn | ≦ α is satisfied, offset detection and / or offset correction is performed.
[0057]
Note that the method of the first embodiment is used as a specific method of offset detection and offset correction.
[0058]
As described above, since the offset detection and / or offset correction is performed when the motor control system reaches a stable state, the calculation time required for the offset detection and / or offset correction is shortened. It is possible to reduce load capacity and avoid offset detection and / or offset correction when the motor control system is unstable, thereby preventing deterioration of motor control performance.
[0059]
In the above description, whether or not the stable state has been reached is determined using the actual motor speed ω, but the average value 5 of the two-phase currents id and iq derived from Equation 7 is used instead of ω. It may be used.
[0060]
That is, it is determined whether or not the difference between the current value of the other 5 and the previous history value, that is, the current deviation is within the predetermined value α.
[0061]
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows an embodiment of the offset detection stable switching method according to the present invention, which is an offset detection stable switching method when hysteresis is set for the fluctuation speed Δωn in the motor control apparatus of the third embodiment.
In FIG. 6, a hysteresis characteristic having a fluctuation range of ωh with a fluctuation speed | Δωn | = α as a boundary is given, and an offset detection mode (at the time of offset detection) is stably detected with respect to a speed fluctuation near | Δωn | = α. / When no offset is detected).
[0062]
Here, if the fluctuation range ωh is appropriately selected, control unstable elements such as hunting accompanying switching of the offset detection mode can be minimized.
[0063]
In the hysteresis characteristics of FIG. 6, the offset detection mode is suddenly switched. However, it is possible to further improve the control stability by giving a slope to the offset detection mode so that the control mode is gradually switched. is there.
[0064]
In the above description, only the offset detection stable switching method has been described. Similarly, offset cancellation can be performed by setting an equivalent hysteresis characteristic for the offset cancellation mode (at the time of offset cancellation / at the time of offset non-offset). Application to a stable switching method is possible.
[0065]
(Embodiment 5)
A fourth embodiment of the motor control device according to the present invention will be described. The system configuration is exactly the same as that of the motor control device shown in FIG.
In FIG. 1, an offset canceling unit 14 compares an offset value detected by the offset detecting unit 13 with a predetermined value set in advance, and performs offset correction only when the offset value is larger than the predetermined value. It is.
[0066]
Specifically, as expressed by Equation 4, the offsets Δid and Δiq sequentially detected from at least half of the two-phase currents id and iq are respectively compared with preset predetermined values εd and εq, and Δid Offset correction is performed only when both the conditions of ≧ εd and Δiq ≧ εq are satisfied.
[0067]
As described above, since the offset correction is performed only when the influence of the offset is large, the calculation time associated with the offset correction is shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the motor control performance can be improved more effectively.
[0068]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, the invention according to claim 1 detects the offset sequentially from the half cycle of the detection output of the motor current detection means, and thus suppresses an increase in the amount of calculation and increases the cost due to the increase in the capacity of the arithmetic unit. In addition, the offset correction can be performed in real time, and further, the offset correction can be performed in real time, so that the deterioration of the motor control performance can be prevented at all times.
[0069]
According to the second aspect of the present invention, since offset detection is performed at predetermined time intervals, the calculation time associated with offset detection can be greatly reduced, the load capacity of the calculation device can be reduced, and cost reduction and motor control performance can be improved. There is an effect.
[0070]
According to the third aspect of the present invention, since the offset correction is performed every predetermined time, the calculation time accompanying the offset correction is greatly shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the peripheral circuit accompanying the offset correction is simplified. In addition, the motor control performance can be improved.
[0071]
According to the fourth aspect of the present invention, since the offset detection is performed when the motor control system reaches a stable state, the calculation time associated with the offset detection can be shortened, the load capacity of the calculation device can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, there is an effect that it is possible to avoid the offset detection when the motor control system is unstable and to prevent the deterioration of the motor control performance.
[0072]
In the invention according to claim 5, since the offset correction is performed when the motor control system reaches a stable state, the calculation time associated with the offset correction is shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the offset correction is performed. In addition to simplifying the associated peripheral circuits, it is possible to avoid offset correction when the motor control system is unstable and prevent deterioration of motor control performance.
[0073]
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to ensure control stability associated with switching between detection and non-detection of offset, and to reduce noise and vibration, and to realize a stable motor drive system. There is an effect.
[0074]
According to the seventh aspect of the invention, it is possible to ensure control stability associated with switching between offset cancellation and non-offset, to prevent motor step-out, and to realize a more stable motor drive system. The effect that it is.
[0075]
According to the eighth aspect of the present invention, the offset correction is performed only when the influence of the offset is large. Therefore, the calculation time associated with the offset correction is shortened, the load capacity of the calculation device is reduced, and the peripherals associated with the offset correction are performed. Not only can the circuit be simplified, but the motor control performance can be further improved.
[0076]
According to the ninth aspect of the present invention, the calculation time required for offset detection and offset correction can be shortened to the maximum, the load capacity of the calculation device can be further reduced, and the cost can be greatly reduced and the motor control performance can be further improved. Play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a definition diagram of coordinate axes in three-phase to two-phase conversion.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of an offset detection method according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a motor control device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a motor control device showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of an offset detection stable switching method according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a motor control device showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
3 Motor 12 Motor current detection unit 13 Offset detection unit 14 Offset cancellation unit 41 Time measurement unit 51 Stable state determination unit

Claims

A motor that uses the reluctance torque generated along with the inductance change of the armature winding and the armature current, or the reluctance torque combined with the magnetic flux generated by the permanent magnet and the magnet torque generated along with the armature current. Motor control means comprising motor current detection means (12) for detecting motor current supplied to each phase of the motor to be used, and controlling the motor (3) based on the detection output of the motor current detection means (12) In the device
An offset detection means (13) for detecting the offset of the two-phase current sequentially from at least a half cycle of the two-phase current obtained by the three-phase to two-phase conversion of the detection output of the motor current detection means (12); ,
The motor control device comprising offset canceling means (14) for canceling the offset by successively subtracting the detected offset from the two-phase current .

The offset detection means (13) has a time measurement means (41) for measuring an elapsed time from the start of operation of the motor (3), and presets the elapsed time measured by the time measurement means (41). The motor control device according to claim 1, wherein the offset is detected only when the elapsed time is an integer multiple of the predetermined time.

The offset canceling means (14) has time measuring means (41) for measuring the elapsed time from the start of operation of the motor (3), and the elapsed time measured by the time measuring means (41) is set in advance. The motor control device according to claim 1 or 2, wherein the offset is canceled only when the elapsed time is an integer multiple of the predetermined time.

The offset detection means (13) has a stable state determination means (51) for determining whether the control system of the motor (3) has reached a stable state, and the control system of the motor (3) is in a stable state. The motor control device according to claim 1, wherein the offset is detected only when it reaches.

The offset canceling means (14) has a stable state determining means (51) for determining whether the control system of the motor (3) has reached a stable state, and the control system of the motor (3) is in a stable state. The motor control device according to claim 1, wherein the offset is canceled only when the offset is reached.

The motor control device according to any one of claims 2 to 5, wherein the offset detection means (13) includes an offset detection stability switching means having hysteresis before and after switching between detection and non-detection of the offset. .

The motor control device according to any one of claims 2 to 5, wherein the offset canceling means (14) includes offset canceling stable switching means having hysteresis before and after switching between offset offset and non-offset. .

The offset cancellation means (14) compares the offset value detected by the offset detection means (13) with a preset predetermined value, and only when the offset value is greater than the predetermined value. The motor control device according to claim 1, wherein the offset is canceled out.

The motor control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the offset canceling means (14) functions in synchronization with the offset detecting means (13).