JP4242825B2 - Motor model calculation method, motor simulation method, motor simulation apparatus, and motor model calculation program - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば交流モータを用いた制御システムのシミュレーションに有効なモータモデルの演算方法、モータシミュレーション方法、モータシミュレーション装置及びモータモデル演算プログラムの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a motor model calculation method, a motor simulation method, a motor simulation apparatus, and a motor model calculation program, which are effective for simulation of a control system using an AC motor, for example.
交流モータを用いたモータ装置の制御アルゴリズムの開発、デバッグ、適合、検証などの諸作業に際して、仮想のモータとしてのモータモデルやそれを駆動する仮想のインバータとしてのインバータモデルを用いてモータやインバータの挙動をリアルタイムにシミュレーションすることが行われている。このリアルタイムシミュレーションに用いるモータモデルやインバータモデルはたとえば下記の特許文献1に記載されるような方程式を用いて定義される。方程式には、たとえば電圧と電流との関係を、静止座標系を用いて定義する方式と回転座標系(いわゆるdq軸)を用いて定義する方式とがある。
しかしながら、静止座標系を用いた方程式により交流モータやインバータのシミュレーションを行う場合、演算が非常に複雑面倒となるため短いステップ期間で高精度のリアルタイムシミュレーションを行うのが困難であった。 However, when simulating an AC motor or an inverter using an equation using a stationary coordinate system, the calculation becomes very complicated and difficult to perform a high-precision real-time simulation in a short step period.
このため、従来では、静止座標系の演算に比べて演算処理が相対的に簡単な回転座標系を用いた方程式により交流モータやインバータのシミュレーションを行うのが通常であるが、回転座標系を用いると座標軸変換処理が必要となるため、演算精度が低下すると言う問題があった。また、回転座標系を用いた方程式の演算処理でも座標軸変換処理の必要性のため、限られた計算資源でモータシミュレーションを高速に実行することは容易ではなかった。 For this reason, conventionally, simulation of an AC motor or an inverter is usually performed using an equation that uses a rotating coordinate system that is relatively easy to calculate compared to a stationary coordinate system, but the rotating coordinate system is used. Since the coordinate axis conversion process is necessary, there is a problem that the calculation accuracy is lowered. Moreover, even in the arithmetic processing of equations using a rotating coordinate system, it is not easy to execute motor simulation at high speed with limited calculation resources because of the necessity of coordinate axis conversion processing.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、計算機資源を節約しつつ高速かつ高精度のリアルタイムシミュレーションが可能なモータモデルの演算方法、モータシミュレーション方法、モータシミュレーション装置及びモータモデル演算プログラムを提供することをその目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a motor model calculation method, a motor simulation method, a motor simulation apparatus, and a motor model calculation program capable of high-speed and high-precision real-time simulation while saving computer resources. Its purpose is to do.
なお、本発明のモータモデルの演算方法やシミュレーション方法は実質的には計算資源の演算処理技術すなわちコンピュータプログラムの形態で表現され、このプログラムを通常の計算資源にロードするのみで本発明の方法は実現される。したがって、本発明方法を実行するプログラムは本発明方法そのものをきわめて容易に実行可能な状態にて含むため、このようなプログラムの流通は本発明方法の実施又はそれを助長する行為に該当するものとして、本発明の方法に含まれることに留意されたい。 Note that the motor model calculation method and simulation method of the present invention are substantially expressed in the form of calculation resource calculation processing technology, that is, in the form of a computer program. Realized. Accordingly, since the program for executing the method of the present invention includes the method of the present invention in a state where it can be executed very easily, the distribution of such a program corresponds to the implementation of the method of the present invention or the act of promoting the method. Note that it is included in the method of the present invention.
第1発明のモータモデルの演算方法は、
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを用いるモータモデルの演算方法であって、
回転角θを変数とする所定の関数であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列を、回転角θを変数とする関数である行列λ(θ)に変換したモータモデルを構築し、
この行列λ(θ)を演算してインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を演算し、この逆行列の値を前記モータモデルをなす方程式に代入して所望の変数の値を得、
前記インダクタンス行列L(θ)は、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列であり、
前記インダクタンス行列L(θ)の逆行列は、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記行列λ(θ)を演算することにより演算されることを特徴としている。
The calculation method of the motor model of the first invention is:
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation method using a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
A motor model is constructed by converting an inverse matrix of the inductance matrix L (θ), which is a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, into a matrix λ (θ), which is a function having the rotation angle θ as a variable,
This matrix λ (θ) is calculated to calculate the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), and the value of this inverse matrix is substituted into the equation forming the motor model to obtain the value of the desired variable ,
The inductance matrix L (θ) is an inductance matrix of each phase armature winding indicating the relationship between the current magnetic flux ψs that is the armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. And
The inverse matrix of the inductance matrix L (theta) is, d-axis inductance Ld of the AC motor, q-axis inductance Lq of the AC motor, is calculated by the matrix calculating λ a (theta) based on the leakage inductance Ll Rukoto It is characterized by.
すなわち、この発明のモータモデルの演算方法は、モータモデルをなす方程式の電機子インダクタンスに関する部分を、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を用いて定義するためモータモデルを簡素に表現できるとともに、この逆行列を行列λ(θ)の形式に変換してから演算するため、演算処理を大幅に簡素化することができ、その結果として高速のリアルタイムシミュレーションのように限られた演算時間でもモータモデルを高精度に演算することができる。
また、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列、並びに、この逆行列に等しい行列λ(θ)を簡素に構成することができるので、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の高速演算が可能となる。
さらに、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記逆行列λ(θ)を演算している。すなわち、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlの関数として行列λ(θ)の各項を定義するので、インダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい行列λ(θ)の各項の演算処理が容易となる。このため、行列λ(θ)の演算を高速高精度に行うことができる。
That is, the motor model calculation method according to the present invention can simply represent the motor model because the part relating to the armature inductance of the equation forming the motor model is defined using the inverse matrix of the inductance matrix L (θ). Since the inverse matrix is converted to the matrix λ (θ) and then the calculation is performed, the calculation process can be greatly simplified. As a result, the motor model can be used even in a limited calculation time like a high-speed real-time simulation. It is possible to calculate with high accuracy.
In addition, since the inductance matrix L (θ) and its inverse matrix and the matrix λ (θ) equal to this inverse matrix can be simply configured, high-speed calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is possible. Become.
Further, the inverse matrix λ (θ) is calculated based on the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll. That is, since each term of the matrix λ (θ) is defined as a function of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll, a matrix equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) Arithmetic processing of each term of λ (θ) is facilitated. Therefore, the calculation of the matrix λ (θ) can be performed at high speed and high accuracy.
好適態様1において、各相の電機子抵抗をRs、各相電機子電流をi、各相電機子電圧をUとする時、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列を用いて定義される前記モータモデルとして、下記の数13で示される方程式を用いるので、高速で高精度のモータモデルの演算が可能となる。
In
好適態様3において、前記モータモデルとして下記の数15、数16で示される方程式を用いるので、インダクタンス行列L(θ)又はそれを変数とする関数を演算する必要が無く、モータモデルの高速高精度の演算が可能となる。
In the
好適態様4において、d軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、 In the preferred embodiment 4 , the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll are substituted into the following equations 37 and 38 to calculate the inductance reciprocal functions λas and λa,
なお、上記各項記載のモータモデルの演算方法は、コンピュータにより実行するプログラムの形態をもつことができる。このプログラムが定義するモータモデルの演算方法は上記説明したように高速高精度の演算が可能な特徴をもつ。 The motor model calculation method described in each of the above items can have a form of a program executed by a computer. The calculation method of the motor model defined by this program has a feature that enables high-speed and high-precision calculation as described above.
第2発明は、上記モータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションするモータシミュレーション方法を特徴とする。このモータシミュレーション方法によれば、モータモデルの状態演算を上記説明したように高速高精度に実行できるため、高速高精度のモータシミュレーションが可能となる。 A second invention is a motor that simulates in real time the state of a virtual motor defined by the motor model by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method. Features a simulation method. According to this motor simulation method, the state calculation of the motor model can be executed with high speed and high accuracy as described above, so that high speed and high accuracy motor simulation is possible.
好適な態様1において、前記方程式の定数からなるとともに前記モータモデルにより規定される仮想モータの特性値を、外部指令や、演算した前記モータモデルの変数値である前記モータモデルの状態や、他のプログラムにて演算された所定のモータ状態のうちの少なくとも一つに応じて、変更する。特にこの変更は、本発明のモータモデルの演算中に行われる。他のプログラムにて演算された所定のモータ状態は、たとえば仮想モータの運転中すなわちモータモデルの演算中に変化する電機子温度とされ、上記仮想モータの特性値は電機子抵抗とされる。このようにすれば、仮想モータの運転中における電機子温度変化による電機子抵抗変化を、演算中のモータモデルに与えることができるので、より正確なモータモデルの演算が可能となる。また、たとえば上記電機子温度による電機子抵抗変化などを外部装置で求めてモータモデルに代入することにより、仮想モータ運転中の温度による電機子抵抗変化を、演算中のモータモデルに反映することができる。
In a
第3発明は、上記したモータモデルの演算方法を用いて前記モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行することにより、前記モータモデルにより定義される仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションする演算装置を有することを特徴とするモータシミュレーション装置を特徴とする。このモータシミュレーション装置によれば、モータモデルの状態演算を上記説明したように高速高精度に実行できるため、高速高精度のモータシミュレーションが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, a virtual motor state defined by the motor model is simulated in real time by periodically executing a calculation step of calculating the state of the motor model using the motor model calculation method described above. A motor simulation apparatus characterized by having an arithmetic unit is characterized. According to this motor simulation apparatus, since the state calculation of the motor model can be executed at high speed and high accuracy as described above, high speed and high accuracy motor simulation is possible.
好適な態様1において、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含む静止座標系モータモデルを用い、この静止座標系モータモデルの所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算する静止座標系演算部と、
前記静止座標系演算部による演算された静止座標系状態上の前記変数の値からなる前記交流モータの状態を、dq回転座標系上の値に変換する座標系変換演算を行うdq回転座標系演算部とを備え、前記静止座標系演算部は、
外部からのモータ制御指令に基づいて前記静止座標系モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行して前記静止座標系モータモデルに相当する仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションし、前記dq回転座標系演算部は、外部から入力した回転座標系表示指令により、現在の前記モータ前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換して表示データとして外部に出力することを特徴としている。このようにすれば、外部にてのモータ状態をdq回転座標系上に確認しながら、モータシミュレーションは静止座標系モータモデルにより高速高精度に実行できる。
In a
Dq rotation coordinate system calculation for performing coordinate system conversion calculation for converting the state of the AC motor consisting of the value of the variable on the stationary coordinate system state calculated by the stationary coordinate system calculation unit into a value on the dq rotation coordinate system A stationary coordinate system calculation unit,
Based on an external motor control command, a calculation step for calculating the state of the stationary coordinate system motor model is periodically executed to simulate the state of the virtual motor corresponding to the stationary coordinate system motor model in real time, and the dq The rotating coordinate system calculation unit converts the current state of the motor and the AC motor into a value on a dq rotating coordinate system and outputs it as display data to the outside in response to a rotating coordinate system display command input from the outside. Yes. In this way, the motor simulation can be executed with high speed and high accuracy by the stationary coordinate system motor model while confirming the external motor state on the dq rotation coordinate system.
第4発明のモータモデル演算プログラムは、界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含むモータモデルを演算するモータモデル演算プログラムであって、回転角θを変数とする関数により構成されるとともに、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップとを有し、
前記行列λ(θ)を演算するステップは、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記行列λ(θ)を演算することを特徴としている。
このプログラムを用いることにより、既述したように従来より格段に高速にモータモデルを演算することができる。
The motor model calculation program of the fourth invention is defined by an equation on a stationary coordinate system indicating the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator on which each phase armature winding is wound. The equation is a motor model calculation program for calculating a motor model including at least each phase armature current i and each phase armature voltage U as variables, and is configured by a function having a rotation angle θ as a variable. A matrix λ (θ) that is a function equal to the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) indicating the relationship between the current magnetic flux ψs that is the armature winding interlinkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i a step of computing, by substituting the value of the matrix lambda (theta) have a obtaining a desired value of a variable of the equation as the values of the inverse matrix of the inductance matrix L (theta) included in the equation ,
The step of calculating the matrix λ (θ) is characterized in that the matrix λ (θ) is calculated based on the d-axis inductance Ld of the AC motor, the q-axis inductance Lq of the AC motor, and the leakage inductance Ll .
By using this program, the motor model can be calculated at a much higher speed than before as described above.
好適な態様1において、前記行列λ(θ)を演算するステップは、前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
In a
本発明のモータモデルの演算方法の好適な実施態様を以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を公知技術又はそれと同等の技術を組み合わせて実現してもよいことは当然である。以下の説明では、3相PM(磁石界磁)型交流モータを例として用いる。ただし、磁石により界磁束を発生することは、界磁コイルに界磁電流を流して界磁束を発生することと本質的に同等であるため、界磁コイル型交流モータにも応用できることは当然である。更に、回転子が発生する界磁束を実質的に固定子側から回転子側への交流電流供給によりなす誘導モータやリラクタンス(ヒステリシス)モータなどにおいても、下記の実施例と同様に界磁束を規定することにより下記のモータモデルを採用することができる。 A preferred embodiment of the motor model calculation method of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and it is natural that the technical idea of the present invention may be realized by combining known techniques or equivalent techniques. In the following description, a three-phase PM (magnet field) AC motor is used as an example. However, generating a field flux by a magnet is essentially equivalent to generating a field flux by passing a field current through a field coil, so it can be applied to a field coil AC motor. is there. Furthermore, in the induction motor and the reluctance (hysteresis) motor that generate the magnetic field flux generated by the rotor by supplying the alternating current from the stator side to the rotor side, the field flux is defined in the same manner as in the following embodiments. By doing so, the following motor model can be adopted.
(第1モータモデル)
第1のモータモデル(電流と電圧との関係を示す方程式)を以下に説明する。3相交流モータモデルの各相の出力交流電圧Uと、各相電機子電流iと、各相電機子巻線と鎖交する磁束ψとの関係は、数1〜数4により定義される。
(First motor model)
The first motor model (equation indicating the relationship between current and voltage) will be described below. The relationship among the output AC voltage U of each phase of the three-phase AC motor model, each phase armature current i, and the magnetic flux ψ interlinking with each phase armature winding is defined by
3相PM型同期モータモデルの場合、3相電機子巻線鎖交磁束ψは、3相電機子巻線電流iにより形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψsと、永久磁石により形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψrとの和であるため、数1を数6〜数7に変換することができる。以下、説明を簡単とするために、3相電機子巻線鎖交磁束ψsを電流磁束と呼び、3相電機子巻線鎖交磁束ψrを界磁束と呼ぶ場合もあるものとする。したがって、数5は数6〜数7の形式に変換することができる。
In the case of the three-phase PM type synchronous motor model, the three-phase armature winding linkage magnetic flux ψ is formed by the three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs formed by the three-phase armature winding current i and a permanent magnet. Since this is the sum of the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψr ,
すなわち、数13により示されるモータモデルを用いると、電機子巻線抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)、永久磁石により形成される3相電機子巻線鎖交磁束ψr、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算することにより、3相電機子電流iと3相電機子電圧Uとの関係を定義することができる。したがって、数13の方程式をモータモデルとして用いることにより、モータモデルの演算を行うことができる。このモータモデルは、行列関数であるインダクタンス行列L(θ)と、このインダクタンス行列L(θ)の逆行列とを用いることにより、比較的簡単にモータモデルを記述するため、コンピュータ処理に適している。なお、インダクタンス行列L(θ)の逆行列は後述する行列λ(θ)を計算することに置換することにより、更に演算処理時間の短縮を実現することができる。 That is, when using the motor model represented by Equation 13, the armature winding resistance Rs, the inductance matrix L (θ), the three-phase armature winding interlinkage magnetic flux ψr formed by a permanent magnet, and the inductance matrix L (θ) The relationship between the three-phase armature current i and the three-phase armature voltage U can be defined. Therefore, the motor model can be calculated by using the equation (13) as the motor model. This motor model is suitable for computer processing because the motor model is described relatively easily by using an inductance matrix L (θ) that is a matrix function and an inverse matrix of the inductance matrix L (θ). . It should be noted that by replacing the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) with calculation of a matrix λ (θ) described later, the calculation processing time can be further shortened.
(第2モータモデル)
第2のモータモデルを以下に説明する。このモータモデルは、後述するように、上記した数13を用いず、その代わりに、電流磁束ψsを用いて各相の出力交流電圧Uと各相電機子電流iとの関係を記述する方程式により定義される。たとえばこのモータモデルの演算では、あらかじめ演算した3相電機子巻線鎖交磁束ψsを用いて3相電流iを求めることができる。数11を変形すると、数14が得られる。
(Second motor model)
The second motor model will be described below. As will be described later, this motor model does not use Equation 13 described above, but instead uses an equation that describes the relationship between the output AC voltage U of each phase and the armature current i of each phase using the current magnetic flux ψs. Defined. For example, in the calculation of the motor model, the three-phase current i can be obtained by using the previously calculated three-phase armature winding linkage magnetic flux ψs. When Expression 11 is transformed, Expression 14 is obtained.
すなわち、数15、数16に示すこのモータモデルでは、電機子抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)の逆行列、3相電機子電圧(各相電機子電圧とも言う)U、磁石磁束ψrをそれぞれ演算して数15に代入することにより電流磁束ψsを演算し、更に、インダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算し、電流磁束ψsと逆行列とを数16に代入することにより3相電機子巻線電流(各相電機子電流とも言う)iを演算することができるわけである。したがって、この第2モータモデルの演算は、先に説明した第1モータモデルの演算に比べて大幅に演算ステップを省略することができるため、シミュレーションにおける各演算ステップの必要演算時間を短縮することができ、その結果として少ない計算資源により高速高精度のモータモデルのリアルタイムシミュレーションを実行できることができ、実用上大きな効果を発生することができる。更に、このモータモデル演算においても、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算を行列λ(θ)の演算に置換することにより、更なる演算時間の短縮を実現することができる。 That is, in this motor model shown in Equations 15 and 16, the armature resistance Rs, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), the three-phase armature voltage (also referred to as each phase armature voltage) U, and the magnet magnetic flux ψr are respectively represented. The current magnetic flux ψs is calculated by calculating and substituting into Equation 15, and further, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated, and the current magnetic flux ψs and the inverse matrix are substituting into Equation 16 to obtain the three-phase electric machine. It is possible to calculate the child winding current (also referred to as each phase armature current) i. Therefore, the calculation of the second motor model can greatly omit the calculation steps as compared with the calculation of the first motor model described above, so that the calculation time required for each calculation step in the simulation can be shortened. As a result, real-time simulation of a high-speed and high-accuracy motor model can be executed with a small amount of computing resources, and a great practical effect can be generated. Further, in this motor model calculation, the calculation time can be further reduced by replacing the calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) with the calculation of the matrix λ (θ).
(モータトルク計算式)
なお、モータモデル演算においては、モータトルクの演算が望まれるが、モータトルクは電流の関数値であり、たとえば数17をシミュレーションの各演算ステップごとに演算することにより算出することができる。したがって、モータトルクの演算が必要なモータモデルでは、下記の数17をモータモデルに追加すればよい。同様に、消費電力、無効電力その他の電気量や物理量もそれらを定義する方程式をモータモデルに追加することにより演算することができる。
(Motor torque calculation formula)
In the motor model calculation, calculation of the motor torque is desired, but the motor torque is a function value of the current, and can be calculated, for example, by calculating Equation 17 for each calculation step of the simulation. Therefore, in the motor model that requires the calculation of the motor torque, the following equation 17 may be added to the motor model. Similarly, power consumption, reactive power, and other electric and physical quantities can be calculated by adding equations defining them to the motor model.
(インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算方法)
上記第1、第2モータモデルの演算では、インダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算が必要となる。インダクタンス行列L(θ)の逆行列は、数18の記号により表示される。
(Calculation method of inverse matrix of inductance matrix L (θ))
In the calculation of the first and second motor models, calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is required. The inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is represented by the symbol of Equation 18.
そこでこの実施例では、次の演算方法によりインダクタンス行列L(θ)の逆行列を演算する。数12で示されるインダクタンス行列L(θ)を数19〜数22に示される各行列関数L1、L2、L3の算術和の形式に書き直す。行列関数L1は数20により、行列関数L2は数21により、行列関数L3は数22により定義することができる。 Therefore, in this embodiment, the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is calculated by the following calculation method. The inductance matrix L (θ) expressed by Expression 12 is rewritten into the form of the arithmetic sum of the matrix functions L1, L2, and L3 expressed by Expression 19 to Expression 22. The matrix function L1 can be defined by Equation 20, the matrix function L2 can be defined by Equation 21, and the matrix function L3 can be defined by Equation 22.
次に、数23からインダクタンス行列L(θ)の逆行列を求めると、次の数33となる。 Next, when the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is obtained from Equation 23, the following Equation 33 is obtained.
実際に同一装置にて行った比較例において、この実施例によるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の演算に必要な時間は、驚くべきことに従来のそれの約1/7に短縮できることが実証された。 In a comparative example actually performed on the same apparatus, it was proved that the time required for the calculation of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) according to this embodiment can be surprisingly shortened to about 1/7 that of the conventional one. It was done.
(dq回転座標系演算部)
次にこの実施例でオプション的に用いる座標系変換を行うためのdq回転座標系演算部を実質的に構成する方程式について以下に説明する。ただし、以下において、iは静止座標系表示の三相電機子電流、Uは静止座標系表示の三相電機子電圧、Idはd軸電機子電流、Iqはq軸電機子電流、Ioは零相電流、Udはd軸電機子電圧、Uqはq軸電機子電圧、Uoは零相電機子電圧である。数50はd軸基準の電機子電流位相角を示し、数51はd軸基準の電機子電圧位相角を示す。
(Dq rotating coordinate system calculation unit)
Next, equations that substantially constitute a dq rotating coordinate system calculation unit for performing coordinate system conversion that is optionally used in this embodiment will be described below. However, in the following, i is a three-phase armature current displayed in a stationary coordinate system, U is a three-phase armature voltage displayed in a stationary coordinate system, Id is a d-axis armature current, Iq is a q-axis armature current, and Io is zero. Phase current, Ud is a d-axis armature voltage, Uq is a q-axis armature voltage, and Uo is a zero-phase armature voltage. Equation 50 represents the d-axis reference armature current phase angle, and Equation 51 represents the d-axis reference armature voltage phase angle.
(3相インバータモデル)
次に、3相インバータモデルとして使用可能な回路方程式について以下に説明する。この3相インバータの回路図を図1に示す。図1の3相インバータの構成とそのPWM動作自体は周知であるため説明は省略する。T1〜T6は3相インバータを構成するスイッチング素子であり、IGBTに限定されるものではない。PWMuはU相上アームのスイッチング素子T1に印加されるPWM制御信号(PWM入力信号とも言う)、PWMvはV相上アームのスイッチング素子T2に印加されるPWM制御信号、PWMwはW相上アームのスイッチング素子T3に印加されるPWM制御信号である。デッドタイムを無視すると、同相の上アームのスイッチング素子に印加されるPWM制御信号と逆のパルス信号であるPWM制御信号が各相のハーフブリッジの下アームのスイッチング素子に印加される。線間電圧Uuv、Uvw、Uwuと相電圧Uu、Uv、Uwとは数54の関係をもち、各相のPWM制御信号と線間電圧とは数55の関係をもつ。
(Three-phase inverter model)
Next, circuit equations that can be used as a three-phase inverter model will be described below. A circuit diagram of this three-phase inverter is shown in FIG. Since the configuration of the three-phase inverter shown in FIG. T1 to T6 are switching elements constituting a three-phase inverter and are not limited to IGBTs. PWMu is a PWM control signal (also referred to as a PWM input signal) applied to the switching element T1 of the U-phase upper arm, PWMv is a PWM control signal applied to the switching element T2 of the V-phase upper arm, and PWMw is the W-phase upper arm. It is a PWM control signal applied to the switching element T3. If the dead time is ignored, a PWM control signal, which is a pulse signal opposite to the PWM control signal applied to the upper-arm switching element in the same phase, is applied to the lower-arm switching element of each phase half bridge. The line voltages Uuv, Uvw, Uwu and the phase voltages Uu, Uv, Uw have a relation of Expression 54, and the PWM control signal of each phase and the line voltage have a relation of Expression 55.
(PWM制御信号の補正)
上記した3相インバータモデルと3相交流モータモデルとを用いて交流モータ制御アルゴリズムのシミュレーションの各ステップを一定時間ごとに演算する場合を図2のタイムチャートを参照して考える。
(PWM control signal correction)
A case where each step of the simulation of the AC motor control algorithm is calculated at regular intervals using the above-described three-phase inverter model and three-phase AC motor model will be considered with reference to the time chart of FIG.
図2において、tnはステップnのデータ読み込み時点、tn+1はステップn+1のデータ読み込み時点、tn+2はステップn+2のデータ読み込み時点、tn+3はステップn+3のデータ読み込み時点とし、PWM制御信号が時間的に隣接する二つの時点t1と時点tn+1との間の時点txにてステップ変化したとする。しかし、このPWM制御信号のステップ変化は、時点n+1にならないと演算のために読み込まれることがないため、PWM制御信号が変化した時点txから直後の時点tn+1までの間、このPWM制御信号のステップ変化はシミュレーションに反映されず、その結果としてシミュレーション精度の低下が生じる。PWM制御信号が時点tn+2と時点tn+3との間の時点tyにてステップ変化した場合も同様の問題が生じる。 In FIG. 2, tn is the data read time of step n, tn + 1 is the data read time of step n + 1 , tn + 2 is the data read time of step n + 2, tn + 3 is the data read time of step n + 3, and the PWM control signals are temporally adjacent. Assume that a step change occurs at a time point tx between two time points t1 and tn + 1. However, since the step change of the PWM control signal is not read for calculation unless the time point n + 1 is reached, the step of this PWM control signal is performed from the time point tx when the PWM control signal changes to the time point tn + 1 immediately after the change. The change is not reflected in the simulation, resulting in a decrease in simulation accuracy. A similar problem occurs when the PWM control signal changes step at time ty between time tn + 2 and time tn + 3.
そこでこの実施例では、今回のデータ読み込み時点tmとその直前の前回のデータ読み込み時点tm−1の間でPWM制御信号がステップ変化した場合、今回のPWM制御信号の値として平均値を用い、今回のデータ読み込み時点tmとその直前の前回のデータ読み込み時点tm−1の間でPWM制御信号が一致する場合には現在のPWM制御信号を用いればよい。なお、この平均値は、PWM制御信号が0から1に変化する場合には(TsーTc)/Tsとなり、PWM制御信号が1から0に変化する場合にはTc/Tsとなる。Tsはステップ間隔、Tcは前回のデータ読み込み時点tm−1からカウントしたPWM制御信号がステップ変化した時点tcまでの時間である。このPWM制御信号の補正は図3に示すフローチャートを処理することにより行うことができる。 Therefore, in this embodiment, when the PWM control signal changes stepwise between the current data read time tm and the previous data read time tm−1, the average value is used as the value of the current PWM control signal. The current PWM control signal may be used when the PWM control signal coincides between the data read time tm and the previous data read time tm−1 immediately before. This average value is (Ts−Tc) / Ts when the PWM control signal changes from 0 to 1, and becomes Tc / Ts when the PWM control signal changes from 1 to 0. Ts is the step interval, and Tc is the time from the previous data reading time tm-1 to the time tc when the PWM control signal counted changes stepwise. The correction of the PWM control signal can be performed by processing the flowchart shown in FIG.
更に考えると、ステップ間隔Tsが一定であれば、このPWM制御信号の平均値は、前回のデータ読み込み時点tm−1からカウントしたPWM制御信号がステップ変化した時点tcまでの時間Tcがわかれば直ちに算出することができ、しかも、PWM制御信号がステップ変化したかどうかもPWM制御信号がステップ変化した時点tcした時点で判別することができる。そこで、シミュレーションのためのステップ処理を行うメインルーチンとは独立に、それよりも短いステップ間隔でPWM制御信号のステップ変化の判別と上記時間Tcをカウントする処理とを行えば、今回の次回のデータ読み込み時点に達したら直ちにこのPWM制御信号の平均値をPWM制御信号として読み込むことができ、ステップ処理の時間延長を防止することができる。 Considering further, if the step interval Ts is constant, the average value of the PWM control signal is immediately determined if the time Tc from the previous data reading time tm-1 to the time tc when the PWM control signal counted from the step change is known. In addition, it is possible to determine whether the PWM control signal has undergone a step change at the time tc when the PWM control signal has undergone a step change. Therefore, independent of the main routine for performing the step processing for simulation, if the step change determination of the PWM control signal and the processing for counting the time Tc are performed at shorter step intervals, the next data of this time As soon as the read time is reached, the average value of the PWM control signal can be read as the PWM control signal, and the time extension of the step processing can be prevented.
(HILSシステムの構築)
上記説明したモータモデル及びインバーモデルを用いるモータ制御システムのHILS(ハードウエアインザループシミュレーション)システムを図4に図示する。100はホストPC、101は1乃至複数のコンピュータからなるターゲットPCsである。102はモータ制御用のモータコントローラ(実機)であるが、それと同等のシミュレーション動作を行う仮想モータコントローラプログラムを実装するコンピュータとしてもよい。
(Construction of HILS system)
FIG. 4 shows a HILS (hardware in the loop simulation) system of the motor control system using the motor model and the invar model described above.
ターゲットPCs101は、1乃至複数の3相PM型交流モータと、このモータを駆動する3相インバータとに相当する上記したモータモデルやインバータモデルをなすプログラムを格納しており、これらプログラムを演算することによりモデルとする交流モータやインバータの状態をシミュレーションする。 The target PCs 101 stores the above-described motor model corresponding to one or more three-phase PM type AC motors and a three-phase inverter that drives the motors, and programs that form the inverter models, and calculates these programs. This simulates the state of the AC motor and inverter modeled.
モータコントローラ102は、所定のモータ制御アルゴリズムを実行するためのモータ制御プログラムを格納するコンピュータ装置、又はそれと同等の機能をもつハードウエア装置により構成されている。モータコントローラ102は、ターゲットPCs101からモータ状態やインバータ状態を所定周期で読み込み、それに基づいて上記モータ制御アルゴリズムを実行し、その結果得られたモータやインバータへの指令をターゲットPCs101に所定周期で送信する。これにより、ターゲットPCs101により模擬されるこれら3組の交流モータ及びインバータはモータコントローラ102のモータ制御アルゴリズムに従って制御される。
The
ホストPC100は、上記したモータモデル及びインバータモデルやPWM制御信号生成アリゴリズムなどに種々の定数を導入するなどしてそれらの初期タイプを構築するのに用いられる。ホストPC100上に構築された上記初期モデルは、その後、ターゲットPCs101にダウンロードされる。また、ホストPC100は、ターゲットPCs101の運転中において、ターゲットPCs101に種々の指令を出力したり、ターゲットPCs101で座標軸変換されて得たdq回転座標系上のモータモデルの状態を受信してそれをモニターに表示したり、ターゲットPCs101上の初期モデルの一部を変更したりするデータ送信にも用いられる。更に説明すると、ホストPC100上に構築されてターゲットPCs101にダウンロードされる上記モデルは、HILSシステムと通常呼ばれている。このようなHILSシステムの構築はたとえばMathWorks社のMatlabs/Simulinkを用いて行うことができる。
The
この実施例では、ターゲットPCs101にて実行されるプログラムにより構成されてHILSシステムの主要部を構成するアリゴリズムは、モデル演算部とシステム設定部とに区分されており、好適にはターゲットPCs101にダウンロードされた後、演算ステップ処理に必要な時間を短縮するためにターゲットPCs101を構成する複数のコンピュータにより別々に実行される。 In this embodiment, the algorithm that is configured by a program executed on the target PCs 101 and forms the main part of the HILS system is divided into a model calculation unit and a system setting unit, and is preferably downloaded to the target PCs 101. After that, in order to shorten the time required for the calculation step process, it is executed separately by a plurality of computers constituting the target PCs 101.
モデル演算部は、PWM制御信号生成アルゴリズムを含み、このPWM制御信号生成アルゴリズムに基づいてPWM制御信号を計算する。モデル演算部は、インバータモデルをなすアルゴリズムを含み、このインバータモデルにPWM制御信号と電圧指令値とを入力してモータに出力すべき3相入力電圧を演算する。モデル演算部は、上述した第1モータモデル又は第2モータモデルのどちらかをなすアルゴリズムを含み、このモータモデルに3相入力電圧を入力して3相電機子電流、回転子角、モータトルクを演算し、出力する。モデル演算部は、上述したdq座標系演算部(座標系変換プログラム)をなすアルゴリズムを含み、このdq回転座標系演算部を定期的にあるいは外部よりの指令を受信した場合にのみ運転してdq座標系上の必要なデータを演算する。 The model calculation unit includes a PWM control signal generation algorithm, and calculates a PWM control signal based on the PWM control signal generation algorithm. The model calculation unit includes an algorithm forming an inverter model, and inputs a PWM control signal and a voltage command value to the inverter model to calculate a three-phase input voltage to be output to the motor. The model calculation unit includes an algorithm that constitutes either the first motor model or the second motor model described above, and inputs a three-phase input voltage to the motor model to obtain a three-phase armature current, a rotor angle, and a motor torque. Calculate and output. The model calculation unit includes an algorithm that forms the above-described dq coordinate system calculation unit (coordinate system conversion program), and the dq rotation coordinate system calculation unit is operated periodically or only when an external command is received. Calculate the necessary data on the coordinate system.
システム設定部は、上記モータモデルやインバータモデル以外の説明省略の各部温度や電圧などのモデル(アルゴリズム)をなすプログラムを有している。たとえば電流履歴に応じて電機子温度を演算し、電機子温度に基づいて電機子抵抗Rsを演算するプログラムを有する。このプログラムはモータモデルの演算すなわち仮想モータの運転と並行して定期的に演算され、得た電機子抵抗Rsの値をモータモデル中の電機子抵抗Rsに定期的に書き込む。これにより、モータモルの定数値としてのモータ特性値をモータモデル演算中に適切に変更することができる。この変更は外部から行ってもよい。 The system setting unit has a program that forms a model (algorithm) such as temperature and voltage of each part that is not described except for the motor model and the inverter model. For example, there is a program for calculating the armature temperature according to the current history and calculating the armature resistance Rs based on the armature temperature. This program is periodically calculated in parallel with the calculation of the motor model, that is , the operation of the virtual motor, and the obtained value of the armature resistance Rs is periodically written to the armature resistance Rs in the motor model. Thereby, the motor characteristic value as a constant value of the motor mole can be appropriately changed during the motor model calculation. This change may be made from the outside.
このようにしてホストPC100上にSimulinkモデルが構築される。次に、このSimulinkモデルをホストPC100上にて非リアルタイムに実行してSimulinkモデルの基礎的な検証を行う。
In this way, a Simulink model is constructed on the
次に、上記構築されたモデル演算部とシステム設定部とをそれぞれターゲットPCs101で演算可能なモデル記述言語たとえばC言語形式に変換してターゲットPCs101にダウンロードする。ターゲットPCs101はこのダウンロードされたプログラムをコンパイルして実行ファイルを形成する。なお、ターゲットPCs101のオペレーションシステムにはリアルタイムに適したものたとえばQNXが選択される。 Next, the model calculation unit and the system setting unit constructed as described above are converted into a model description language that can be calculated by the target PCs 101, for example, C language format, and downloaded to the target PCs 101. The target PCs 101 compiles the downloaded program to form an executable file. For the operation system of the target PCs 101, a device suitable for real time, for example, QNX is selected.
次に、ホストPC100からターゲットPCs101へシミュレーション動作を指令し、このシミュレーション動作の実行中にホストPC100から回転速度、回転方向、トルク、電圧などの種々の変数を入力してモータ制御システムの動作検証やデバッグを行う。
Next, a simulation operation is instructed from the
このように構成されたモータ制御システムによれば、上述したモデルを用い、かつ、PWM制御信号の補正も行うため、小規模の計算資源にて高速、高精度のシミュレーションを実現することができる。 According to the motor control system configured as described above, since the above-described model is used and the PWM control signal is also corrected, high-speed and high-precision simulation can be realized with a small-scale calculation resource.
(モータモデルの演算処理)
ターゲットPCs101にダウンロードされたプログラムにより構成されるモデル演算部の主要動作である演算ステップを図5、図6を参照して更に説明する。なお、図5は、モータモデルの演算のためにモデル演算部により一定周期でなされる演算ステップの実行ルーチンの一例を示すフローチャートを示し、図6は、図5のモデル演算ルーチンを示すフローチャートを示す。なお、この演算ステップは所定短周期(たとえば10μsec)で繰り返される。また、システム設定部及びモータコントローラ102との交信は別プログラムで独立に実行されているものとする。
(Motor model calculation processing)
Calculation steps which are main operations of the model calculation unit configured by a program downloaded to the target PCs 101 will be further described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing an example of an execution routine of a calculation step performed at a constant cycle by the model calculation unit for calculating the motor model, and FIG. 6 is a flowchart showing the model calculation routine of FIG. . This calculation step is repeated at a predetermined short period (for example, 10 μsec). Further, it is assumed that communication with the system setting unit and the
図5において、まずシステム設定部201からモデル定数変更などの新指令が入力しているかどうかを判定し、入力していれば後述するモデル演算を中断してステップS202にてこの新指令を実行する。これによりインバータモデルやモータモデルの速やかなモデル修正が可能となる。 In FIG. 5, it is first determined whether or not a new command such as a model constant change has been input from the system setting unit 201. If it has been input, a model operation to be described later is interrupted and this new command is executed in step S202. . As a result, the inverter model and the motor model can be quickly corrected.
その後、モータコントローラ102からモータ状態の変更に関する新しい指令が入力しているかどうかを判定し、入力していれば後述するモデル演算を中断してステップS202にてこの新指令を実行する。
Thereafter, it is determined whether or not a new command related to the change of the motor state is input from the
次に、前回演算した回転角θや図示しないPWM制御信号発生回路から入力したPWM制御信号を図3に示すルーチンに導入してPWM制御信号pwmをその振幅平均値を含んで確定する(S300)。なお、このステップ300のルーチンはこのモデル演算ルーチンS208とは別に実行し、このステップではそのルーチン実行結果だけ使用しても良い。 Next, the previously calculated rotation angle θ and the PWM control signal input from the PWM control signal generation circuit (not shown) are introduced into the routine shown in FIG. 3 to determine the PWM control signal pwm including its amplitude average value (S300). . The routine in step 300 may be executed separately from the model calculation routine S208, and only the routine execution result may be used in this step.
次に、既述のインバータモデル演算を行うインバータモデル演算サブルーチンを実行する(S302)。このサブルーチンの詳細は既述した通りであるため再度の説明を省略する。 Next, an inverter model calculation subroutine for performing the above-described inverter model calculation is executed (S302). Since the details of this subroutine are as described above, the description thereof will be omitted.
次に、モータモデル演算を行うステップS304、S306を実行する。まずステップS304では行列λ(θ)の値を演算し、次にこの行列λ(θ)の値、すなわちインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を、他のデータ値とともにモータモデルに相当する既述の方程式に代入して各相電機子電流iなどの所望の変数を演算する(S306)。今回のモータモデルの状態を示す演算値は、ステップS210によりモータコントローラ102やシステム設定部に出力される。システム設定部は、受信したモータモデルの今回の状態を必要に応じてホストPC100やモータコントローラ102に送信する。
Next, steps S304 and S306 for performing motor model calculation are executed. First, in step S304, the value of the matrix λ (θ) is calculated, and then the value of the matrix λ (θ), that is, the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) is equivalent to the motor model together with other data values. A desired variable such as each phase armature current i is calculated by substituting into the above-described equation (S306). The calculated value indicating the state of the current motor model is output to the
100 ホストPC
101 ターゲットPCs
102 モータコントローラ
100 host PC
101 Target PCs
102 Motor controller
Claims (11)
回転角θを変数とする所定の関数であるインダクタンス行列L(θ)の逆行列を、回転角θを変数とする関数である行列λ(θ)に変換したモータモデルを構築し、
この行列λ(θ)を演算してインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値を演算し、この逆行列の値を前記モータモデルをなす方程式に代入して所望の変数の値を得、
前記インダクタンス行列L(θ)は、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示す各相電機子巻線のインダクタンスの行列であり、
前記インダクタンス行列L(θ)の逆行列は、前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記行列λ(θ)を演算することにより演算されることを特徴とするモータモデルの演算方法。 Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation method using a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
A motor model is constructed by converting an inverse matrix of the inductance matrix L (θ), which is a predetermined function having the rotation angle θ as a variable, into a matrix λ (θ), which is a function having the rotation angle θ as a variable,
This matrix λ (θ) is calculated to calculate the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ), and the value of this inverse matrix is substituted into the equation forming the motor model to obtain the value of the desired variable,
The inductance matrix L (θ) is an inductance matrix of each phase armature winding indicating the relationship between the current magnetic flux ψs that is the armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. And
The inverse matrix of the inductance matrix L (theta) is, d-axis inductance Ld of the AC motor, q-axis inductance Lq of the AC motor, is calculated by the matrix calculating λ a (theta) based on the leakage inductance Ll Rukoto Motor model calculation method characterized by the above.
各相の電機子抵抗をRs、各相電機子電流をi、各相電機子電圧をUとする時、インダクタンス行列L(θ)及びその逆行列を用いて定義される前記モータモデルとして、下記の数13で示される方程式を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。
When the armature resistance of each phase is Rs, each phase armature current is i, and each phase armature voltage is U, the motor model defined using the inductance matrix L (θ) and its inverse matrix is as follows. A method for calculating a motor model, characterized by using an equation expressed by the following equation (13).
前記方程式として、
少なくとも電流磁束ψs、電機子抵抗Rs、インダクタンス行列L(θ)の逆行列、各相電機子電圧U及び界磁束ψrの間の数量関係を示す第1の方程式と、
少なくとも各相電機子電流i、電流磁束ψs及びインダクタンス行列L(θ)の逆行列の間の数量関係を示す第2の方程式と、
を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。 The motor model calculation method according to claim 1 ,
As the equation
A first equation showing a quantitative relationship among at least current flux ψs, armature resistance Rs, inverse matrix of inductance matrix L (θ), each phase armature voltage U and field flux ψr;
A second equation showing a quantitative relationship between at least each phase armature current i, current flux ψs and the inverse matrix of the inductance matrix L (θ);
A method for calculating a motor model, wherein
前記モータモデルとして下記の数15、数16で示される方程式を用いることを特徴とするモータモデルの演算方法。
An equation represented by the following equations (15) and (16) is used as the motor model.
d軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
Substituting the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll into the following equations 37 and 38, the inductance reciprocal functions λas and λa are calculated.
前記方程式の定数からなるとともに前記モータモデルにより規定される仮想モータの特性値を、外部指令と、前記モータモデルの状態と、他のプログラムにて演算された所定のモータ状態のうちの少なくとも一つに応じて変更することを特徴とするモータシミュレーション方法。 The motor simulation method according to claim 6 ,
The characteristic value of the virtual motor that is composed of the constants of the equation and is defined by the motor model, at least one of an external command, the state of the motor model, and a predetermined motor state calculated by another program The motor simulation method characterized by changing according to.
界磁束ψrを発生する回転子と各相電機子巻線が巻装された固定子とを有する交流モータの状態を示す静止座標系上の方程式により定義され、前記方程式は少なくとも各相電機子電流iと各相電機子電圧Uとを変数として含む静止座標系モータモデルを用い、この静止座標系モータモデルの所定の前記変数に数値を代入して他の前記変数の値を演算する静止座標系演算部と、
前記静止座標系演算部による演算された静止座標系状態上の前記変数の値からなる前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換する座標系変換演算を行うdq回転座標系演算部と、
を備え、
前記静止座標系演算部は、
外部からのモータ制御指令に基づいて前記静止座標系モータモデルの状態を演算する演算ステップを定期的に実行して前記静止座標系モータモデルに相当する仮想モータの状態をリアルタイムにシミュレーションし、
前記dq回転座標系演算部は、
外部から入力した回転座標系表示指令により、現在の前記モータ前記交流モータの状態をdq回転座標系上の値に変換して表示データとして外部に出力することを特徴とするモータシミュレーション装置。 The motor simulation apparatus according to claim 8, wherein
Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. a stationary coordinate system using a stationary coordinate system motor model including i and each phase armature voltage U as a variable, and substituting a numerical value for a predetermined variable of the stationary coordinate system motor model to calculate the value of the other variable An arithmetic unit;
Dq rotational coordinate system computing unit for performing coordinate system conversion computation for transforming the state of the AC motor consisting of the value of the variable on the stationary coordinate system computed by the stationary coordinate system computing unit into a value on the dq rotational coordinate system When,
With
The stationary coordinate system computing unit is
Based on an external motor control command, a calculation step for calculating the state of the stationary coordinate system motor model is periodically executed to simulate the state of the virtual motor corresponding to the stationary coordinate system motor model in real time,
The dq rotation coordinate system calculation unit is
A motor simulation apparatus, wherein a current state of the AC motor is converted into a value on a dq rotational coordinate system and output to the outside as display data in accordance with a rotational coordinate system display command inputted from outside.
回転角θを変数とする関数により構成されるとともに、各相電機子電流iによる電機子巻線鎖交磁束である電流磁束ψsと各相電機子電流iとの関係を示すインダクタンス行列L(θ)の逆行列に等しい関数である行列λ(θ)を演算するステップと、
前記方程式に含まれるインダクタンス行列L(θ)の逆行列の値として前記行列λ(θ)の値を代入して前記方程式の所望の変数の値を得るステップと、
を有し、
前記行列λ(θ)を演算するステップは、
前記交流モータのd軸インダクタンスLd、交流モータのq軸インダクタンスLq、リーケージインダクタンスLlに基づいて前記行列λ(θ)を演算することを特徴とするモータモデル演算プログラム。 Defined by an equation on a stationary coordinate system showing the state of an AC motor having a rotor that generates a field flux ψr and a stator around which each phase armature winding is wound. A motor model calculation program for calculating a motor model including i and each phase armature voltage U as a variable,
An inductance matrix L (θ) that is constituted by a function having the rotation angle θ as a variable and indicates a relationship between the current magnetic flux ψs that is an armature winding linkage magnetic flux by each phase armature current i and each phase armature current i. ) Calculating a matrix λ (θ) that is a function equal to the inverse matrix of
Substituting the value of the matrix λ (θ) as the value of the inverse matrix of the inductance matrix L (θ) included in the equation to obtain the value of a desired variable of the equation;
I have a,
The step of calculating the matrix λ (θ) includes:
A motor model calculation program for calculating the matrix λ (θ) based on a d-axis inductance Ld of the AC motor, a q-axis inductance Lq of the AC motor, and a leakage inductance Ll .
前記行列λ(θ)を演算するステップは、
前記交流モータのd軸インダクタンスLdの逆数λd、q軸インダクタンスLqの逆数λq、リーケージインダクタンスLlの逆数λlを下記の数37、数38に代入してインダクタンス逆数関数λas、λaを演算し、
The step of calculating the matrix λ (θ) includes:
Substituting the reciprocal λd of the d-axis inductance Ld of the AC motor, the reciprocal λq of the q-axis inductance Lq, and the reciprocal λl of the leakage inductance Ll into the following equations 37 and 38, the inductance reciprocal functions λas and λa are calculated
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