JP4127957B2

JP4127957B2 - Electric motor control device

Info

Publication number: JP4127957B2
Application number: JP2000389710A
Authority: JP
Inventors: 茂教萩原; 洋一大森
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002199797A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を高精度に制御する電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
従来の技術の一例として、永久磁石型同期電動機のトルクを制御する電動機制御装置のブロック線図を図３に示し、この図に基づいて説明する。電力変換器４は、永久磁石型同期電動機１に電力を供給する。電流検出器３は永久磁石型同期電動機１の一次電流を検出し、一次電流に任意の座標変換係数を乗じて静止座標上での電流ベクトルに変換し、その電流ベクトル成分ｉａ，ｉｂを出力する。位置検出器２は、永久磁石型同期電動機１の回転子の永久磁石の方向を検知する。
【０００３】
トルク制御器８は、トルク指令Ｔｒと電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂと永久磁石の方向とを入力して永久磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒに追従するような信号を電力変換器４に出力する。トルク制御器８は、ｄ軸電流指令生成器７とｑ軸電流指令生成器６と電流制御器５とで構成される。ｄ軸電流指令生成器７は、一次電流の永久磁石の方向と平行な電流成分であるｄ軸電流ｉｄの指令となるｄ軸電流指令ｉｄｒを出力する。
【０００４】
ｑ軸電流指令生成器６は、一次電流の永久磁石の方向と垂直な電流成分であるｑ軸電流ｉｑの指令となるｑ軸電流指令ｉｑｒを、トルク指令Ｔｒとｄ軸電流指令ｉｄｒより
【０００５】

【０００６】
の計算式で演算して出力する。ここで、φは永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量であり、Ｌｄはｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスである。
【０００７】
電流制御器５は、電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂを永久磁石の方向に基づいて回転座標変換してｉｄ、ｉｑを演算し、ｉｄ、ｉｑをそれぞれそれらの指令値のｉｄｒ、ｉｑｒに追従させるような信号を出力する。以上の制御構成により、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒに制御されることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、永久磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒに制御されるためには（１）式が正確に演算される必要がある。よって永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量φやｄ軸のインダクタンスＬｄやｑ軸のインダクタンスＬｑが実際の値と一致しておく必要がある。
しかし、φは永久磁石の温度によって変動したり、ＬｄやＬｑは磁気飽和により電流の大きさによって変化するので、（１）式で用いるφやＬｄやＬｑを永久磁石型同期電動機１の実際値に一致させることは困難である。従って、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒ通りに制御できなくなる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、永久磁石型同期電動機の制御装置にトルク制御器を補正する機能を設けることで上記問題点を解決し、運転中に変化する電動機の定数に依存することがない電動機の制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、請求項１において、トルク指令を入力して電動機の電流指令を生成する電流指令生成器と、
前記電流指令と前記電動機の一次電流とを入力して前記電流指令と前記一次電流とが一致するような信号を出力する電流制御器と_から構成されるトルク制御器で前記電動機の出力トルクを前記トルク指令に追従させる永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記電動機の一次電流を検出して静止座標系の一次電流ベクトルに変換して出力する電流検出器と、
前記電動機の一次電圧を検出または推定して静止座標系の一次電圧ベクトルに変換して出力する電圧検出器と、
前記一次電圧ベクトルと前記一次電流ベクトルとを入力し前記電動機の一次巻線抵抗Ｒを用いて前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、
前記一次鎖交磁束ベクトルと前記一次電流ベクトルとから前記電動機の出力トルクを演算するトルク演算器と、
該トルク演算器の出力の演算トルクと前記トルク指令との差を比例積分増幅し、該比例積分増幅したものと前記トルク指令との和を補正後トルク指令として前記トルク指令の変わりにトルク制御器に出力するものとから構成されるトルク指令調整器とを具備することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【００１１】
従来の技術で説明した場合と同様に、永久磁石型同期電動機の出力トルクをトルク指令に追従させる電動機制御装置の一実施例について説明する。図１は、本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック線図であり、この図に基づいて説明するが、従来の技術と同一部分は説明を省略する。電圧検出器９は、永久磁石型同期電動機１の一次電圧を検出または推定し、その一次電圧に任意の座標変換係数を乗じて静止座標上での電圧ベクトルに変換し、その電圧ベクトル成分ｖａ、ｖｂを出力する。磁束演算器１０は、電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂと電圧ベクトル成分ｖａ、ｖｂとを入力して、永久磁石型同期電動機１の一次巻線抵抗Ｒを用いて永久磁石型同期電動機１の一次鎖交磁束ベクトルの成分φａ、φｂを次式により演算する。
【００１２】

【００１３】
トルク演算器１１は、一次鎖交磁束ベクトルの成分φａ、φｂと電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂとを入力して、次式により永久磁石型同期電動機１の出力するトルクＴｃを演算する。
【００１４】

【００１５】
（４）式で求められる演算トルクＴｃは、φやＬｄやＬｑを用いずに演算しているため、永久磁石型同期電動機１が実際に出力しているトルクと等しくなる。
トルク指令調整器１２は、トルク指令Ｔｒとトルク演算器１１の出力である演算トルクＴｃとを入力し、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補正した補正後トルク指令Ｔｒ’を出力する。補正後トルク指令Ｔｒ’をトルク制御器８に入力することで、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒに正確に追従することになる。
【００１６】
トルク指令調整器１２は、減算器１３と比例積分増幅器１４と加算器１５とで構成されている。減算器１３は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を出力する。減算器１３の出力するトルク誤差が０となるように、トルク誤差を比例積分増幅器１４に通し、加算器１５で比例積分増幅器１４の出力とトルク指令Ｔｒとの和を補正後トルク指令Ｔｒ’として出力する。
【００１７】
図２は、本発明の請求項１記載の一実施例を図１とは別構成で実現するブロック線図であり、この図に基づいて説明するが、従来の技術と図１で説明した同一部分は説明を省略する。電流指令調整器１６は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとｑ軸電流指令ｉｑとを入力し、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補正した補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’を出力する。補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’を電流制御器５に入力することで、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒと正確に追従することになる。
【００１８】
電流指令調整器１６は、減算器１７と比例積分調整器１８と加算器１９とで構成されている。減算器１７は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を出力する。減算器１７の出力するトルク誤差が０となるように、トルク誤差を比例積分増幅器１８に通し、加算器１９で比例積分増幅器１８の出力とｑ軸電流指令ｉｑｒとの和を補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’として出力する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、運転中に変化する電動機の定数に依存することなく電動機の出力トルクを正確にトルク指令通りに追従させることが出来ることから、電動機の速度やトルクの制御精度を向上させることができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１記載の実施例を永久磁石型同期電動機に適用したブロック線図である。
【図２】本発明の請求項１記載の実施例を永久磁石型同期電動機に適用したブロック線図である。
【図３】従来の技術の実施例を永久磁石型同期電動機のトルク制御構成で表したブロック線図である。
【符号の説明】
１永久磁石型同期電動機
２位置検出器
３電流検出器
４電力変換器
５電流制御器
６ｑ軸電流指令生成器
７ｄ軸電流指令生成器
８トルク制御器
９電圧検出器
１０磁束演算器
１１トルク演算器
１２トルク指令調整器
１３、１７減算器
１４、１８比例積分増幅器
１５、１９加算器
１６電流指令調整器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device that controls a motor with high accuracy.
[0002]
As an example of the prior art, a block diagram of an electric motor control device that controls the torque of a permanent magnet type synchronous motor is shown in FIG. 3 and will be described with reference to FIG. The power converter 4 supplies power to the permanent magnet type synchronous motor 1. The current detector 3 detects a primary current of the permanent magnet type synchronous motor 1, multiplies the primary current by an arbitrary coordinate conversion coefficient to convert it into a current vector on a stationary coordinate, and outputs the current vector components ia and ib. . The position detector 2 detects the direction of the permanent magnet of the rotor of the permanent magnet type synchronous motor 1.
[0003]
The torque controller 8 inputs the torque command Tr, the current vector components ia and ib, and the direction of the permanent magnet, and outputs a signal such that the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 follows the torque command Tr. Output to. The torque controller 8 includes a d-axis current command generator 7, a q-axis current command generator 6, and a current controller 5. The d-axis current command generator 7 outputs a d-axis current command idr that serves as a command for the d-axis current id that is a current component parallel to the direction of the permanent magnet of the primary current.
[0004]
The q-axis current command generator 6 generates a q-axis current command iqr serving as a command for the q-axis current iq that is a current component perpendicular to the direction of the permanent magnet of the primary current from the torque command Tr and the d-axis current command idr. ]

[0006]
Calculate and output with the following formula. Here, φ is the amount of magnetic flux of the permanent magnet of the permanent magnet type synchronous motor 1, Ld is the d-axis inductance, and Lq is the q-axis inductance.
[0007]
The current controller 5 performs rotation coordinate conversion on the current vector components ia and ib based on the direction of the permanent magnet, calculates id and iq, and causes id and iq to follow idr and iqr of their command values, respectively. Output a signal. With the above control configuration, the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 can be controlled by the torque command Tr.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order for the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 to be controlled by the torque command Tr, the expression (1) needs to be accurately calculated. Therefore, the magnetic flux amount φ, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq of the permanent magnet of the permanent magnet type synchronous motor 1 need to match with actual values.
However, since φ varies depending on the temperature of the permanent magnet, and Ld and Lq vary depending on the magnitude of current due to magnetic saturation, φ, Ld, and Lq used in equation (1) are actual values of the permanent magnet type synchronous motor 1. It is difficult to match. Accordingly, the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 cannot be controlled according to the torque command Tr.
The present invention was devised in view of the above points, and the object of the present invention is to solve the above problems by providing a function for correcting the torque controller in the control device of the permanent magnet type synchronous motor, and to operate the system. It is an object of the present invention to provide a motor control device that does not depend on the constant of the motor that changes in the motor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the means for achieving the object is a current command generator according to claim 1 for generating a current command for an electric motor by inputting a torque command,
A torque controller composed of a current controller that inputs the current command and a primary current of the motor and outputs a signal that matches the current command and the primary current, and outputs an output torque of the motor. In the control device of the permanent magnet type synchronous motor that follows the torque command,
A current detector that detects a primary current of the electric motor, converts it into a primary current vector of a stationary coordinate system, and outputs it;
A voltage detector that detects or estimates a primary voltage of the electric motor, converts the voltage into a primary voltage vector of a stationary coordinate system, and outputs it;
A magnetic flux calculator that inputs the primary voltage vector and the primary current vector and calculates a primary flux linkage vector of the motor using a primary winding resistance R of the motor;
A torque calculator for calculating an output torque of the electric motor from the primary flux linkage vector and the primary current vector;
The difference between the calculated torque output from the torque calculator and the torque command is proportionally integral amplified, and the sum of the proportional integral amplified and the torque command is used as a corrected torque command instead of the torque command. A controller for a permanent magnet type synchronous motor, comprising: a torque command adjuster configured to output to
[0011]
As in the case described in the prior art, an embodiment of an electric motor control device that causes the output torque of a permanent magnet type synchronous motor to follow a torque command will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the first aspect of the present invention, which will be described based on this figure, but the description of the same parts as those of the prior art will be omitted. The voltage detector 9 detects or estimates a primary voltage of the permanent magnet type synchronous motor 1 and multiplies the primary voltage by an arbitrary coordinate conversion coefficient to convert it into a voltage vector on a stationary coordinate, and the voltage vector component va, Outputs vb. The magnetic flux calculator 10 receives the current vector components ia and ib and the voltage vector components va and vb and uses the primary winding resistance R of the permanent magnet type synchronous motor 1 to perform the primary linkage of the permanent magnet type synchronous motor 1. The magnetic flux vector components φa and φb are calculated by the following equations.
[0012]

[0013]
The torque calculator 11 inputs the primary flux linkage vector components φa and φb and the current vector components ia and ib, and calculates the torque Tc output from the permanent magnet type synchronous motor 1 according to the following equation.
[0014]

[0015]
Since the calculated torque Tc calculated by the equation (4) is calculated without using φ, Ld, or Lq, it is equal to the torque actually output by the permanent magnet type synchronous motor 1.
The torque command adjuster 12 inputs the torque command Tr and the calculated torque Tc that is the output of the torque calculator 11, and outputs a corrected torque command Tr ′ corrected so that the torque command Tr and the calculated torque Tc are equal. To do. By inputting the corrected torque command Tr ′ to the torque controller 8, the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 accurately follows the torque command Tr.
[0016]
The torque command adjuster 12 includes a subtractor 13, a proportional integration amplifier 14, and an adder 15. The subtractor 13 outputs the difference between the torque command Tr and the calculated torque Tc. The torque error is passed through the proportional-integral amplifier 14 so that the torque error output from the subtractor 13 becomes zero, and the sum of the output of the proportional-integral amplifier 14 and the torque command Tr is added as a corrected torque command Tr ′ by the adder 15. Output.
[0017]
Figure 2 is a block diagram for implementing an embodiment in a different configuration from that of FIG. 1 according to the first aspect of the present invention, the same will be described with reference to this figure, as described in the prior art and FIG. 1 Description of the portion is omitted. The current command adjuster 16 inputs the torque command Tr, the calculated torque Tc, and the q-axis current command iq, and outputs a corrected q-axis current command iqr ′ corrected so that the torque command Tr and the calculated torque Tc are equal. To do. By inputting the corrected q-axis current command iqr ′ to the current controller 5, the output torque of the permanent magnet type synchronous motor 1 accurately follows the torque command Tr.
[0018]
The current command adjuster 16 includes a subtracter 17, a proportional-integral adjuster 18, and an adder 19. The subtracter 17 outputs the difference between the torque command Tr and the calculated torque Tc. The torque error is passed through the proportional-integral amplifier 18 so that the torque error output from the subtractor 17 becomes zero, and the adder 19 corrects the sum of the output of the proportional-integral amplifier 18 and the q-axis current command iqr. Output as command iqr ′.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the output torque of the motor can be accurately followed according to the torque command without depending on the constant of the motor that changes during operation, the speed and torque of the motor can be controlled. The accuracy can be improved, and it is extremely useful in practice.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram in which a first embodiment of the present invention is applied to a permanent magnet type synchronous motor.
2 is a block diagram according to the embodiment of the permanent magnet type synchronous motor according to claim 1 of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the prior art in a torque control configuration of a permanent magnet type synchronous motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet type synchronous motor 2 Position detector 3 Current detector 4 Power converter 5 Current controller 6 q-axis current command generator 7 d-axis current command generator 8 Torque controller 9 Voltage detector 10 Magnetic flux calculator 11 Torque Calculator 12 Torque command adjuster 13, 17 Subtractor 14, 18 Proportional integral amplifier 15, 19 Adder 16 Current command adjuster

Claims

A current command generator for inputting a torque command to generate a current command for the motor;
A torque controller composed of a current controller that inputs the current command and a primary current of the motor and outputs a signal that matches the current command and the primary current, and outputs an output torque of the motor. In the control device of the permanent magnet type synchronous motor that follows the torque command,
A current detector that detects a primary current of the electric motor, converts it into a primary current vector of a stationary coordinate system, and outputs it;
A voltage detector that detects or estimates a primary voltage of the electric motor, converts the voltage into a primary voltage vector of a stationary coordinate system, and outputs it;
A magnetic flux calculator that inputs the primary voltage vector and the primary current vector and calculates a primary flux linkage vector of the motor using a primary winding resistance R of the motor;
A torque calculator for calculating an output torque of the electric motor from the primary flux linkage vector and the primary current vector;
The difference between the calculated torque output from the torque calculator and the torque command is proportionally integral amplified, and the sum of the proportional integral amplified and the torque command is used as a corrected torque command instead of the torque command. A controller for a permanent magnet type synchronous motor, comprising: a torque command adjuster configured to output to