JP4239372B2 - Ac同期モータの初期磁極推定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアと回転機を含んだ永久磁石型AC同期モータにおいて磁極センサ(ポールセンサ)を使用せずにAC同期モータの初期磁極推定を行うことに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
AC同期モータを起動するときに磁極検出器から検出した初期磁極位置の情報が必要であり、正しい検出初期磁極位置の情報に基づき、AC同期モータが指令通りに動く。検出初期磁極位置の情報がAC同期モータの磁極位置と±90度ずれた場合には、トルクが発生しないためAC同期モータが動かないことと、±90度以上ずれた場合には指令に対して逆走されること等の問題が生じる。このような理由から、AC同期モータにおいて正確な検出初期磁極位置の情報は重要であり、正確な検出初期磁極位置の情報を得るためにAC同期モータの初期磁極推定方法がいろいろ工夫されている。初期磁極位置のずれ角と発生トルク(以下、リニアモータの推力もトルクとして示す)との関係を式(1)と図16で示している。
T= Tm × cos(θerror) (1)
ここで、Tは発生トルク、
Tmはトルクの最大値、
θerrorは初期磁極位置のずれ角である。
特開平6−153576の従来技術は、任意の初期磁極位置角に相当する電圧を印加して、その時のモータ回転方向とモータ回転速度の情報から初期磁極位置の推定演算を行う。これを繰り返すことにより正しい初期磁極位置を探して行く初期磁極推定方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術は初期磁極位置の広い推定誤差範囲から狭い推定誤差範囲へ接近しながらAC同期モータの初期磁極位置の真値を推定する試行錯誤的な繰り返し方法で、
▲1▼正確な初期磁極位置を推定できないこと(磁極位置の推定精度範囲が±30°以内)、
▲2▼初期磁極位置の推定中にモータの動く範囲が大きくなる可能性があること、
▲3▼推定時間が長くかかる可能性があること、
▲4▼大きな静止摩擦やコギングなどの外乱が存在する負荷への適用が難しいこと、
等が問題になった。
そこで、本発明は
▲1▼ 短い時間で磁極位置推定が出来ること、
▲2▼ モータの動く範囲を自由に設定できること、
▲3▼ モータの動く範囲を最小限に抑えできること、
▲4▼ 外乱又は大きなコギングトルクが存在した負荷でも適用可能であること、
▲5▼ 初期磁極位置の真値が正確に推定できること、
で、AC同期モータの性能及び特性を生かすことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク(指令電流)を算出する速度制御手段とdq電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記指令トルク(前記指令電流)をq軸電流指令、d軸電流を零とし、前記q軸電流指令に基づいて第1指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、
前記指令トルク(前記指令電流)をd軸電流指令、q軸電流を零とし、前記d軸電流指令に基づいて第2指令電流を算出しメモリに記憶する第2周期区間モードとを備え、
tan -1 (前記第1指令電流/第2指令電流)で推定初期磁極検出位置を算出する算出するものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載における前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えるものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載における前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第1指令電流を記憶する第1メモリ記憶手段とを備え、前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第1指令電流を算出するものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1記載における前記初期磁極推定装置が、前記第2周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第2指令電流を記憶する第2メモリ記憶手段とを備え、前記第2周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第2指令電流を算出するものである。
請求項5に記載の発明は、請求項3または4記載における前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうものである。
請求項6に記載の発明は、前記指令速度パターン発生手段が、任意の2周期波形を発生するものである。
【0005】
請求項7に記載の発明は、請求項1記載における前記第1指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、前記第2指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであるものである。
請求項8に記載の発明は、請求項1記載における前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、前記補正初期磁極位置を用いてAC同期モータを制御するものである。
【0006】
請求項9に記載の発明は、請求項1記載における前記AC同期モータの電気角360度をある正の整数nで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記AC同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定するものである。
請求項10に記載の発明は、請求項9記載における前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記AC同期モータのトルク軸の方向を推定するものである。
請求項11に記載の発明は、請求項1〜9記載における前記AC同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記AC同期モータの前記初期磁極位置を推定するものである。
【0007】
請求項12に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク(指令電流)を算出する速度制御手段と3相交流電流制御手段とAC同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないAC同期モータの初期磁極推定装置において、任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、前記検出電気角に0度のシフト角度を加えた(位相変更なし)後、前記指令トルク(前記指令電流)を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第1指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、前記検出電気角に90度のシフト角度を加えた(90度の位相変更)後、前記指令トルク(前記指令電流)を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第2指令電流を算出しメモリに記憶する第2周期区間モードとを備え、前記第1指令電流と前記第2指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出するものである。
請求項13に記載の発明は、請求項2〜11のいずれか1項記載の手段を有し、または、方法を実施するものである。
請求項14に記載の発明は、請求項1または12記載における前記AC同期モータが、回転モータまたはリニアモータであるものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。図1において、指令トルク通りに電流制御手段6とPWM電力変換装置7でACモータ11を駆動する。AC同期モータ11は磁極センサ(ポールセンサ)を持たないAC回転モータ又はACリニアーモータである。ACモータ11の電流Ifb を電流検出手段12で検出し、ACモータの相対電気角(相対位置)θfb を電気角検出手段(エンコーダ)13で検出する。検出速度演算手段14は電気角検出手段13で検出された検出電気角θfb から検出速度ωfb を計算する。本発明の初期磁極推定装置及び方法1は指令速度を発生し、速度制御手段8で指令速度と検出速度の情報から指令トルクを演算し、指令トルクの情報から本発明の初期磁極推定装置及び方法で処理を行ってAC同期モータの推定初期磁極位置を得る。
【0009】
図2は本発明の実施の形態に係るAC同期モータの初期磁極方法を含めたdq電流制御(ベクトル制御)に基づく速度制御ブロック図である。
図3〜図4は本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関する詳細ブロック図である。
図5〜図8は本発明の実施の形態に係る2周期分波形を持つ指令速度パターンに関する図で、
図5は台形波の指令速度パターン、
図6は三角波の指令速度パターン、
図7は矩形波の指令速度パターン、
図8はゼロ速波の指令速度パターンである。
但し、加減速区間での指令速度増減パターンは任意であるが、ここでは1次増減関数を用いて説明する。
図9は図3〜図4に示す初期磁極推定方法の詳細ブロック図でのモードスイッチに関する図である。
図10〜図11は本発明の実施の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。
図5〜図8に示す2周期分の指令速度パターンに対する区間は下記のように定義する。
▲1▼ t10 〜t20 は第1周期区間、t20 〜t30 は第2周期区間である。これらを表1で示す。
【表1】
▲2▼ t10 〜t11 はゼロ速スタート区間、t14 〜t15 は休止区間、t18 〜t21 はモード切り替え区間、t24 〜t25 は休止区間、t28 〜t30 ゼロ速エンド区間であり、以上はゼロ速区間(ゼロ速スタート区間、休止区間、モード切り換え区間、ゼロ速エンド区間で構成)であり、それらの区間を休止区間でも称える。これらを表2で示す。
【表2】
▲3▼ t11 〜t12、t13 〜t14、t15 〜t16、t17 〜t18、t21 〜t22、t23〜t24、t25 〜t26、t27 〜t28 は加減速区間であり、これらを表3で示す。
【表3】
▲4▼ t12 〜t13、t15 〜t16、t22 〜t23、t25 〜t26 は一定速区間であり、これらを表4で示す。
【表4】
【0010】
上記で定義された各々区間において、用途に合わせて区間に対する時間設定を行うことで、台形波の基本波形(設定時間I)〜応用波形(設定時間II〜設定時間IV、その他)等が考えられる。これらは表5で示す。
【表5】
ここで、5ms、50ms、500ms の時間は任意設定値、指令速度振幅値の 50 は任意設定値で単位は r/min(回転モータの場合)又は mm/sec(リニアモータの場合)である。
磁極推定用データを取得するために設けたデータ取得用速度区間は、上記で求めた指令速度パターンに基づき、表6に示す様々な区間から選択できる。これらは表6で示す。
【表6】
ここで、○はデータ取得用速度区間の設定可能、
×は設定不可能を示す。
データ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データの種類は、下記の三つから設定できる。
▲1▼ 第1と第2最大指令トルク(第1と第2最大指令電流)
▲2▼ 第1と第2平均指令トルク(第1と第2平均指令電流)
▲3▼ 第1と第2瞬時指令トルク(第1と第2瞬時指令電流)
第1指令電流と第2指令電流は磁極推定用取得データ種類の設定で最大指令トルクと平均指令トルクと瞬時指令トルクから選択ができ、各々データの取得演算は下記の式(2)〜(7)で行う。
I1 max* = MAX(I1*[k]) (2)
I2 max* = MAX(I2*[k]) (3)
I1 ave* = Σ(I1*[k])/k (4)
I2 ave* = Σ(I2*[k])/k (5)
I1 inst*[k] = I1*[k] (6)
I2 inst*[k] = I2*[k] (7)
ここで、I1 max*とI1 max* は第1と第2最大指令電流、
I1 ave*とI1 ave* は第1と第2平均指令電流、
I1 inst*[k]とI1 inst*[k] は第1と第2瞬時指令電流、
MAXは最大値の演算関数、
k は任意データ数である。
【0011】
以下、dq電流制御と下記設定に基づく実施例で、本発明の初期磁極推定方法を説明する。
a. 設定1:2周期分の指令速度 ⇒ 台形波の指令速度パターン
b. 設定2:データ取得用速度区間 ⇒ 正の一定速区間
c. 設定3:磁極推定用取得データ ⇒ 最大指令トルク(最大指令電流)
本発明の実施の形態は、図2に示すAC同期モータのdq電流制御手段における速度制御ループで、図3に示す初期磁極推定方法を行うものである。AC同期モータのdq電流制御は、図1中のAC同期モータ11を除く構成である。即ち、直流電圧74を任意の交流電圧に変換するPWM電力変換手段72でAC同期モータ11を駆動し、3相電流検出器12でAC同期モータの3相電流を検出し、電気角検出器13でAC同期モータの相対電気角を検出し、電気角の情報を用いた3相/2相座標変換計算手段61で3相検出電流から2相検出電流への3相/2相座標変換を行う。検出速度計算手段14で検出電気角θを用いて検出速度ωの演算を行う。電流誤差計算手段62で2相指令電流から2相検出電流を差し引いて電流誤差を計算し、2相電流比例積分制御部63で電流誤差に2相比例積分ゲインを掛けて2相指令電圧を計算し、電気角の情報を用いた2相/3相座標変換計算手段64で2相指令電圧から3相指令電圧への2相/3相座標変換を行う。PWMゲートパルス発生手段71で3相指令電圧を三角波の搬送波72と比較してPWMゲートパルスを演算し、それらのパルスを前記PWMインバータ73に出力する。次のステップとして、指令速度パターン発生手段101で台形波の指令速度パターンを発生させ、速度偏差計算手段81で指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算し、速度ゲイン制御部82 で速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク(指令電流)を計算する。モード区間判断手段102で台形波の指令速度から第1周期区間と第2周期区間のモード区間判断を行い、その判断結果に従ってモードスイッチ104でモード区間の切り換え動作を行う。第1周期区間から第2周期区間へ切り替えを行うとき(速度制御手段から演算された指令電流がq軸指令電流への入力からd軸指令電流への入力になる動作)には、必ずゼロ速区間であるモード切り替え区間で行うように設ける。その理由はゼロ速区間以外の区間(例えば、加減速区間、一定速区間)でモード切り替えを行う場合に速度積分ゲインにより溜まった成分(積分項)で異常動作現象がおきやすいためである。即ち、t18〜t21の間でモードスイッチによるモード切り換えを行う。又、モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアするように設ける。第1周期区間を選択した場合、q軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク(指令電流)を入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する。加速区間判断手段1102で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第1最大指令トルク(第1最大指令電流)を計算し、第1メモリ記憶手段1104でメモリに記憶する。第2周期区間を選択した場合、q軸指令電流にはゼロを入力し、d軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク(指令電流)を入力する。加速区間判断手段1202で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第2最大指令トルク(第2最大指令電流)を計算し、第2メモリ記憶手段1204でメモリに記憶する。指令速度の第2周期区間以後(t30〜)では、メモリに記憶された第1最大指令電流データと第2最大指令電流データをメモリ呼び出し手段106でメモリから呼び出し、呼び出した第1指令電流データと第2指令電流データからデータ偏差過大判断手段106Aでデータ過大判断を行う。その後、呼び出した第1指令電流データと第2指令電流データの情報から式(8)の推定初期磁極計算手段107で推定初期磁極位置θestの演算を行う。但し、メモリに記憶する時の第1と第2指令電流データ(I1 data*、I2 data*)は呼び出された第1と第2指令電流データ(I1 data* call、I2 data* call)は同じ値である。
a. メモリのルーチンI:I1 data* → メモリ → I2 data* call
b. メモリのルーチンII:I2 data* → メモリ → I2 data* call
θest = FNC(I1 data*、I2 data*)
= tan- 1 (I1 data*/I2 data*)
= tan- 1 (第1最大指令電流/第2最大指令電流) (8)
ここで、θest は推定初期磁極位置、FNC は任意関数、I1 data* は第1指令電流データ(第1指令トルクデータ)、I2 data* は第2指令電流データ(第2指令トルクデータ)である。最後に、式(9)を用いた補正初期磁極演算手段109で推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置設定手段108で設定されたデフォルト初期磁極位置θ0に加えて、補正初期磁極位置θcompの演算を行う。
θcomp = θ0 + θest (9)
ここで、θcomp は補正初期磁極位置、θ0 は初期設定のデフォルト初期磁極位置(任意値)である。推定初期磁極位置の演算に用いる第1指令電流データと第2指令電流データが最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流である場合、下記の式(10)〜(12)で推定初期磁極位置θest (θest max、θest ave、θest inst)を求める。
θest max = tan- 1 (I1 max* /I2 max*) (10)
θest ave = tan- 1 (I1 ave*/I2 ave*) (11)
θest inst = Σ(tan- 1 (I1 inst*[k]/I2 inst*[k]))/k (12)
【0012】
図12は、本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチャートである。
図13は、図12のフローチャートにおけるS108の「トルク軸の方向判断用サブルーチン」に関するフローチャートである。
図14は、図13のフローチャートの(A)の部分に続くフローチャートである。
図15は、本発明の実施形態に係わる360度を8分割し、各方向を表わす図である。
AC同期モータのトルク軸の方向判断処理を含めて、上記で述べた初期磁極の推定演算手段に対する手順を下記のよう示す。
まず、図12のフローチャートに基づいて次のようにトルク軸の方向(領域)を判断する。
【0013】
<トルク軸の方向(領域)判断用メインルーチン>
・ S100:デフォルト初期磁極位置(現在設定の初期磁極位置)をゼロに設定する。また、safe#area判定フラグを0に設定する。S101へ進む。
・ S101:指令速度波形発生手段により発生させた波形の第1周期分を軸判断用指令速度パターンとして入力する。S102へ進む。
・ S102:速度偏差演算手段により、軸判断用指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する。S103へ進む。
・ S103:速度比例積分制御部により、速度偏差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルク(指令電流)を計算する。但し、トルク軸の方向を切り換えた瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアする。S104へ進む。
・ S104:q軸指令電流には指令トルク(指令電流)を入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する。S105へ進む。
・ S105:速度偏差過大判断手段による結果が「速度偏差≧速度偏差制限レベル」ならば、S107へ進む。そうでなければ、S106へ進む。
・ S106:指令速度終了ならば、S108へ進む。そうでなければ、S101へ進む。
・ S107:sp#errに1を代入する。S108へ進む。
・ S108:「トルク軸の方向判断用サブルーチン」で指令トルク(指令電流)を流す方向を決定する。S109へ進む。
・ S109:safe#area判定フラグが0ならば、S110へ進む。1ならば、S111へ進む。
・ S110:指令速度を最初から入力し直す。S101へ進む。
・ S111:「初期磁極推定ルーチン」のステップ1へ進む。
<トルク軸の方向判断用サブルーチン>
・F1:図15において▲1▼の方向にAC同期モータのトルク軸があると仮定(θ0を0度に設定)する。O.K.ならば、F11へ進む。N.G.ならば、F12へ進む。
・F10:図15において▲4▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を135度に設定)する。O.K.ならば、F101へ進む。N.G.ならば、F102へ進む。
・F11:図15において▲8▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を315度に設定)する。O.K.ならば、F111へ進む。N.G.ならば、F112へ進む。
・F12:すぐにトルク軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、何もしない。F10へ進む。
・F100:図15において▲5▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を180度に設定)する。O.K.ならば、F1001へ進む。N.G.ならば、F1002へ進む。
・F101:図15において▲3▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を90度に設定)する。O.K.ならば、F1011へ進む。N.G.ならば、F1012へ進む。
・F102:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲6▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を225度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F100へ進む。
・F110:図15において▲3▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を90度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F111:図15において▲7▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を270度に設定)する。O.K.ならば、F1111へ進む。N.G.ならば、F1112へ進む。
・F112:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲2▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を45度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F110へ進む。
・F1000:図15において▲8▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を315度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F1001:図15において▲7▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を270度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F1002:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲7▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を270度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F1000へ進む。
・F1010:図15において▲6▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を225度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F1011:図15において▲2▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を45度に設定)する。O.K.ならば、F10111へ進む。N.G.ならば、F10112へ進む。
・F1012:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲5▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を180度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F1010へ進む。
・F1110:図15において▲2▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を45度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F1111:図15において▲1▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を0度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F1112:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲1▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を0度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F1110へ進む。
・F10110:図15において▲5▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を180度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F10111:図15において▲4▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を135度に設定)し、safe#area判定フラグを1に設定する。
・F10112:すぐに軸判断用指令速度を0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図15において▲4▼の方向にトルク軸があると仮定(θ0を135度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、F10110へ進む。
【0014】
<初期磁極推定ルーチン>
・ステップ1:デフォルト初期磁極位置θ0 は任意角として設定する(E101)。
・ステップ1A:データ偏差制限レベルの設定を行う(E101A)。
・ステップ2:指令速度パターン発生手段では、指令速度パターンの設定(指令速度の振幅値、加速区間時間、一定速区間時間、休止区間時間、モード切り換え区間時間)を行い、適用する応用分野に最適な指令速度パターン(台形波、三角形、矩形波、ゼロ速波、正弦波)を発生する(E102,E105)。
・ステップ3:E102で求めた指令速度パターンに基づき、データ取得用速度区間(表2を参考)とそのデータ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データ(最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流)の設定を行う(E103,E104)。
・ステップ4:指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する(E106)。
・ステップ5:速度偏差に速度ゲイン(速度比例ゲイン、速度比例積分ゲイン、速度積分ゲインのいずれか一つ)を乗じ、指令トルク(指令電流)を演算する(E107)。
・ステップ6:モード区間判断手段で指令速度からでモード区間(第1周期区間と第2周期区間)の判断処理を行い、その結果に従って第1周期区間から第2周期区間に切り替え動作をモードスイッチで行う(E109)。
・モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項処理(積分項のクリア、ホールド、その他)を速度積分処理手段で行う(E108)。
・ステップ7:E109で求めた第1周期区間にはステップ8A〜ステップ8C(E1101〜E1104)までの動作を行い、又、E107で求めた第2周期区間にはステップ9A〜ステップ9C(E1201〜E1205)までの動作を行う。
・ステップ8A:q軸指令電流にはステップ5で演算された指令トルク(指令電流)を入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する(E1101)。
・ステップ8B:指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第1指令電流データ(第1指令トルクデータ)の演算を行う(E1102、E1103)。
・ステップ8C:第1指令電流データを第1メモリ記憶手段でメモリに記憶する(E1104)。
・ステップ9A:q軸指令電流にはゼロを入力し、d軸指令電流にはステップ5で演算された指令トルク(指令電流)を入力する(E1201)。
・ステップ9B:指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第2指令電流データ(第2指令トルクデータ)の演算を行う(E1202、E1203)。
・ステップ9C:第2指令電流データを第2メモリ記憶手段でメモリに記憶する(E1204)。
・ステップ10:指令速度の第2周期区間終了以後、メモリから第1と第2指令電流データを呼び出す(E1205、E110)。
・ステップ11:E110で呼び出した第1指令電流データと第2指令電流データとの差分をデータ偏差として演算する(E1110)。
・ステップ12:データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差≧データ偏差制限レベル」である場合は、予め定めた位相へ変更を行った後、E105から再度処理演算を行う(E1120、E1130)。
・ステップ10C:データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差<データ偏差制限レベル」である場合は、E110で呼び出した第1指令電流データと第2指令電流データを用い、式(8)を用いた推定初期磁極計算手段で推定初期磁極位置の演算を行う(E111)。
・ステップ13:式(9)を用いた補正初期磁極演算手段で、推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極位置θcompの演算を行う(E112)。
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、1)短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来、2)トルク損失を最初現に抑えて最大トルクを出すことが出来、3)モータの動く範囲を最小限に抑えることが出来るという効果がある。
【0015】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、
1) 短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来ることと、
2) トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができることと、
3) モータの動く範囲を最小限に押さえることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るAC同期モータの初期磁極方法を含めたdq電流制御(ベクトル制御)に基づく速度制御ブロック図である。
【図3】本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関る詳細ブロック図である。
【図4】本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関する詳細ブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン(台形波)に関する図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン(三角波)に関する図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン(矩形波)に関する図である。
【図8】本発明の実施の形態に係る2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン(ゼロ速波)に関する図である。
【図9】図3に示す初期磁極推定方法の詳細ブロック図でのdqモードスイッチに関する図である。
【図10】本発明の実施の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。
【図11】本発明の実施の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。
【図12】本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチャートである。
【図13】図12のフローチャートにおけるS108の「トルク軸の方向判断用サブルーチン」に関するフローチャートである。
【図14】図13のフローチャートの(A)の部分に続くフローチャートである。
【図15】本発明の実施形態に係わる360度を8分割し、各方向を表わす図である。
【図16】初期磁極位置のずれ角と発生トルクとの関係を示す図である。
【符号の説明】
* 指令を表す添字
fb 検出を表す添字
d−q 2相座標系
a−b−c 3相座標系
Vt 搬送三角波電圧
Vdc PWMインバータの直流電圧
Vq*,Vd* 2相座標に於いてd軸とq軸の指令電圧
Va*,Vb*,Vc* 3相座標に於いてa相、b相、c相の指令電圧
Va,Vb,Vc 3相座標に於いてa相、b相、c相のインバータの出力電圧
T* 指令トルク
I* 指令電流
Tm, T, Tloss トルクの最大値、発生トルク(推力)、トルク損失
Iq*,Id* 2相座標に於いてq軸とd軸の指令電流
Ia,Ib,Ic 3相座標に於いてa相、b相、c相の実際電流
Iafb,Ibfb,Icfb 3相座標に於いてa相、b相、c相の検出電流
ΔIq,ΔId 2相座標に於いてq軸とd軸の電流誤差
I1 data*,I2 data* 第1指令電流データと第2指令電流データ
I1 data* call,I2 data* call 呼び出し第1指令電流データと呼び出し第2指令電流データ
I1 max*、I2 max* 第1最大指令電流、第2最大指令電流
I1 ave*、I2 ave* 第1平均指令電流、第2平均指令電流
I1 inst*[k]、I2 inst*[k] k時点での第1瞬時指令電流、k時点での第2瞬時指令電流
θerror 初期磁極位置のずれ角
θ0 初期設定時のデフォルト初期磁極位置
θest、θcomp 推定初期磁極位置、補正初期磁極位置
θest max、θest ave、θest inst 最大指令電流で計算された推定初期磁極位置、平均指令電流で計算された推定初期磁極位置、瞬時指令電流で計算された推定初期磁極位置
ω*, ωfb 指令速度と検出速度
Δω 速度偏差
MAX 最大値演算関数
FNC 任意関数
ABS 絶対値演算関数
Gau, Gbu, Gcu, Gad, Gbd, Gcd PWMインバータのゲート6パルス
sp#err 速度偏差判定フラグ
safe#area 軸方向判定フラグ
1 本発明の初期磁極推定装置及び方法
6 電流制御手段
7 PWM電力変換装置
8 速度制御手段
11 AC同期モータ(回転モータ又はリニアモータ)
12 三相交流電流検出器(CT)
13 エンコーダ
14 検出速度演算手段
15 補正初期磁極位置演算手段
61 3/2座標変換計算手段
62 減算器(電流誤差計算手段)
63 電流比例積分制御部
64 2/3座標変換計算手段
71 PWMゲートパルス発生器
72 三角搬送波
73 PWMインバータ
74 直流電源装置
81 減算器(速度偏差計算手段)
82 速度ゲイン制御部
101 指令速度パターン発生手段
102 モード区間判断手段
103 速度積分ゲインの処理手段
104 モードスイッチ
1101 第1周期区間(q軸指令電流←指令トルク、d軸指令電流←0)
1102 データ取得用速度区間判断手段
1103 第1指令電流演算手段
1104 第1メモリ記憶手段
1201 第2周期区間(q軸指令電流←0、d軸指令電流←指令トルク)
1202 データ取得用速度区間判断手段
1203 第2指令電流演算手段
1204 第2メモリ記憶手段
105 指令速度終了判断手段
106 メモリ呼び出し手段
106A データ偏差過大判断手段
107 推定初期磁極位置演算手段
108 デフォルト初期磁極位置設定手段
109 補正初期磁極位置演算手段
Claims (14)
- 指令速度に基づいて指令トルク(指令電流)を算出する速度制御手段とdq電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記指令トルク(前記指令電流)をq軸電流指令、d軸電流を零とし、前記q軸電流指令に基づいて第1指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、
前記指令トルク(前記指令電流)をd軸電流指令、q軸電流を零とし、前記d軸電流指令に基づいて第2指令電流を算出しメモリに記憶する第2周期区間モードとを備え、
tan -1 (前記第1指令電流/第2指令電流)で推定初期磁極検出位置を算出することを特徴とするAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、
前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えることを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第1指令電流を記憶する第1メモリ記憶手段とを備え、
前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第1指令電流を算出することを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記初期磁極推定装置が、前記第2周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第2指令電流を記憶する第2メモリ記憶手段とを備え、
前記第2周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第2指令電流を算出することを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうことを特徴とする請求項3または4記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記指令速度パターン発生手段が、任意の2周期波形を発生することを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記第1指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、
前記第2指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、
デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、
前記補正初期磁極位置を用いてAC同期モータを制御することを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記AC同期モータの電気角360度をある正の整数nで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記AC同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記AC同期モータのトルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項9記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記AC同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記AC同期 モータの前記初期磁極位置を推定することを特徴とする請求項1または9記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 指令速度に基づいて指令トルク(指令電流)を算出する速度制御手段と3相交流電流制御手段とAC同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記検出電気角に0度のシフト角度を加えた(位相変更なし)後、前記指令トルク(前記指令電流)を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第1指令電流を算出しメモリに記憶する第 1 周期区間モードと、
前記検出電気角に90度のシフト角度を加えた(90度の位相変更)後、前記指令トルク(前記指令電流)を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第2指令電流を算出しメモリに記憶する第2周期区間モードとを備え、
前記第1指令電流と前記第2指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出することを特徴とするAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 請求項2〜11のいずれか1項記載の手段を有し、または、方法を実施することを特徴とする請求項12記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記AC同期モータが、回転モータまたはリニアモータであることを特徴とする請求項1または12記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
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