JP4419220B2 - 誘導電動機のベクトル制御装置 - Google Patents
誘導電動機のベクトル制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4419220B2 JP4419220B2 JP23887799A JP23887799A JP4419220B2 JP 4419220 B2 JP4419220 B2 JP 4419220B2 JP 23887799 A JP23887799 A JP 23887799A JP 23887799 A JP23887799 A JP 23887799A JP 4419220 B2 JP4419220 B2 JP 4419220B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- axis
- high frequency
- magnetic flux
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,極低速から磁束位置を精度良く推定する誘導電動機のベクトル制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来,速度センサを用いずに磁束位置を推定する方法として特開平11−27999号公報に開示されたものがある。本例によれば、誘導電動機の電気回路方程式に基づき誘起電圧を推定し、その誘起電圧推定値と磁束指令値あるいは、磁束推定値より二次磁束の回転角速度を得ることができる。
また、IEEE Transactions on Industry Applications pp.45-51 に発表された「Sensorless Field - Orientation Control of an Induction Machine by High Frequency Signal Injection 」によると誘導電動機の電圧、あるいは電流の d軸指令値に高周波信号を重畳し、その時に生じる d軸と q軸インピーダンスに偏差が生じることを利用し、電圧に高周波信号を重畳した場合は電流から、電流に高周波を重畳した場合は電圧から同じ高周波成分を抽出し、抽出した信号より磁束位置を推定することができると記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の誘起電圧に基づくものは、極低速では誘起電圧を演算するための電圧値が小さくなり、電動機一次抵抗等電動機パラメータを含む項の占める割合が大きく、したがってパラメータ誤差の影響が大きくなるため精度の良い磁束位置推定は難しくなるという問題があった。
また、高周波信号を重畳してインピーダンス偏差を利用する方法は電動機パラメータに対して不感ではあるが、直接インピーダンスを求めるものではなく、電流値あるいは電圧値のd軸成分とq軸成分を比較して求めるために極低速時や無負荷運転時にその値自身が小さくなり磁束位置推定精度がノイズの影響や検出誤差の影響を受けやすいといった問題があった。
したがって、本発明の目的は,極低速から磁束位置を精度良く推定できる誘導電動機のベクトル制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、誘導電動機の磁束位置の推定値に基づき電動機電流または電圧を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、それぞれを独立に制御することによって直流機相当の応答を得る電動機のベクトル制御装置において、前記電動機の制御基準軸(γ軸)の電圧指令値に高周波信号を重畳する高周波発生器と、前記電動機の入力電流を、前記磁束位置の推定値から45度ずれたところに位置するdm−qm軸に変換する座標変換器と、前記高周波信号の周波数成分と同じ成分を前記座標変換器からの出力電流から抽出する高周波成分抽出器と、
前記抽出された電流と前記高周波信号からdm成分及びqm成分の高周波インピーダンスを推定する高周波インピーダンス推定器と、前記高周波インピーダンスのdm成分とqm成分のインピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、誘導電動機の磁束位置の推定値に基づき電動機電流または電圧を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、それぞれを独立に制御することによって直流機相当の応答を得る電動機のベクトル制御装置において、前記電動機の制御基準軸(γ軸)の電圧指令値に高周波信号を重畳する高周波発生器と、
前記電動機の入力電流を、前記磁束位置の推定値から45度ずれたところに位置するdm−qm軸に変換する座標変換器と、前記高周波信号の周波数成分と同じ成分を前記座標変換器からの出力電流から抽出する高周波成分抽出器と、前記抽出された電流と前記高周波信号からdm成分及びqm成分の高周波インピーダンスを推定する高周波インピーダンス推定器と、前記高周波インピーダンスのdm成分とqm成分のインピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器と、を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、前記磁束位置調整器の出力結果を用いて速度を推定し、その速度推定値をフィードバックして速度指令値に一致するように制御を行うことを特徴としている。
以上の誘導電動機のベクトル制御装置によれば、誘導電動機のベクトル制御は、一定に保たれた励磁電流(d軸電流)と必要なトルクに応じたトルク電流(q軸電流)との位相差を電気角90度に保つことにより直流機相当あるいはそれ以上の効率および応答性を得ることを目的とした制御である。このd軸電流あるいはd軸電圧に数百Hzの高調波信号を重畳した場合、高調波電流、電圧の関係から求められる高周波インピーダンスの軌跡は、図4のような楕円を描くことがわかっている。このときのd, q軸における高周波等価回路は図5a、bのようになり、回路方程式は式(1)に示すような式となる。
【0005】
【数1】
【0006】
この現象は、図5(a)、(b)と式(1)に示すように、高周波による表皮効果の影響で二次抵抗分が通常周波数における値よりも非常に大きくなるため、(高周波d軸インピーダンス>高周波q軸インピーダンス)、のようにd軸とq軸でインピーダンス偏差が生じることによるものである。
本発明は原理的には、この現象を利用して磁束位置推定を行うものであり、先ず、図6のdm、qm軸説明図に示すように、制御軸γと実際の二次磁束軸 d軸の間には軸ずれ角θerrが存在する。そこで,制御軸γにおける電流あるいは電圧指令値に高周波を重畳する。そして、制御軸γを挟んで45度ずれたところのインピーダンス観測軸である dm、qm軸における高周波インピーダンスを推定すると、制御軸と実際の二次磁束軸が一致しているならば、(高周波dm軸インピーダンス=高周波qm軸インピーダンス)、となるはずである。従って、観測軸上のdm軸、qm軸インピーダンスが一致するように制御軸を調整すれば、最終的に真値に収束することになる。これによって、軸ずれ角θerrは補正されることになる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る誘導電動機のベクトル制御装置の制御ブロック線図である。
図2は図1に示す高周波インピーダンス推定器のブロック図である。
図3は図1に示す磁束位置調整器のブロック図である。
図4は図1に示す誘導電動機のd、q軸における高周波インピーダンス軌跡の説明図である。
図5は図4に示すd、q軸における高周波等価回路を示す図である。
図6は図1に示す誘導電動機のインピーダンス観測軸dm、qm軸を示す図である
図1において、高周波発生器4は、任意の高周波数finj の成分である電圧指令値を発生する。高周波発生器4の出力と電流制御器5の出力である電圧指令値のγ成分(磁束成分)とを加算し、その結果と電圧指令値のδ成分(トルク成分)とを2相3相変換器3において3相の電圧指令値に変換しPWM電圧形インバータ装置2に指令する。
電流検出器12で検出された電動機1の電流は、d−q変換器7で推定磁束位置を用いて制御軸に座標変換し、ローパスフィルタ(LPF)6において重畳した周波数finj と同じ周波数成分を除去してフィードバックし各々の指令値との偏差をとり、電流制御器5で電流制御を実施する。一方、d−q変換器8では、検出電流を図6に示すような推定磁束位置から45度ずれたところに位置するインピーダンス観測軸dm−qmに変換し、バンドパスフィルタ(BPF)9において周波数finjの成分を抽出し、抽出された高周波電流成分と高周波電圧指令値を高周波インピーダンス推定器10に入力する。高周波インピーダンス推定器10において、高周波dm軸インピーダンスと高周波qm軸インピーダンス、とを推定し、磁束位置調整器11にてdm軸、qm軸インピーダンス双方の偏差がなくなるように磁束位置推定値を調整する。
なお、電圧指令値でなく、γ電流指令値に高周波を重畳して電圧を検出し、同様に高周波インピーダンスを推定しても同様な効果を得ることができる。
【0008】
つぎに動作として、電流検出により推定する例について説明する。
図2は、本発明の高周波インピーダンス推定器10を示すものであり、先ず、抽出手順として、BPF9の高周波電流成分の出力(インピーダンス観測軸 dm 成分)に、sin ωht(但し、ωh=2πfinj、重畳周波数)を乗算器20で乗算し、ローパスフィルタLPF 22により高周波成分をカットすることにより、高周波電流sin ωhtの振幅成分 idmA のみを抽出する。同様にして、BPF9の高周波電流成分の出力に、cos ωhtを乗算器21により乗算して、ローパスフィルタLPF 23により高周波成分をカットすることで、高周波電流成分cos ωhtの振幅成分idmBのみを抽出する。
具体的な演算としては、先ず、BPF9からの高周波電流dm成分の出力を、次の(2)式のように展開して、
【0009】
【数2】
【0010】
重畳周波数成分のみを抽出する手順として、(2)式にsin ωhtを次の(3)式のように乗算する処理を乗算器20により行う。
【0011】
【数3】
これを、ローパスフィルタLPF 22に通して高周波成分をカットすれば、
【0012】
【数4】
として振幅成分のみを抽出できる。
同様にして、(2)式にcos ωht、を乗算器21を用いて乗算し、LPF 23を通せば、
【0013】
【数5】
と(5)式のように振幅成分のみz抽出できる。
この作業によって高周波ノイズ等も除去することができ、極低速時での推定精度も上がる。
次に、抽出した振幅成分idmAとiqmBを演算器24へ入力し、(6)式のように、2乗和を求め、その平方根の結果を2倍して、
【0014】
【数6】
と重畳周波数成分の振幅成分idmを推定できる。
このidmを用いて、高周波dm軸インピーダンスを推定するには、次(7)式に示すように、
【0015】
【数7】
として、dm軸電圧の振幅を、先のdm軸高周波電流の振幅idmにより除算器25で除算することによって推定することができる。
同様にして、インピーダンス観測軸であるqm軸での高周波qm軸インピーダンスも推定できる。
【0016】
図3は、磁束位置調整器11を説明する図であり、qm軸インピーダンスがdm軸インピーダンスより大きいときは、制御軸の位相を遅らせる方向に制御軸回転角速度を調整し、qm軸インピーダンスがdm軸インピーダンスより小さいときは制御軸の位相を進ませる方向に調整するものである。この調整は図6からも明らかなように、d−q軸の軌跡aと、dm−qm軸の軌跡bが、重なり一致するように調整すれば軸ずれが解消されることを意味している。
【0017】
図3のように制御軸位相角は、PI調整器40の出力を積分器41で積分することによって得られる。また、速度制御に用いる速度推定値は次式(8)のようにPI調整器出力から滑り角周波数推定値を差し引いて求めることができる。
【数8】
【0018】
このように、本発明は、高周波インピーダンスを重畳高周波の振幅成分のみを抽出し、高周波電圧と電流の関係から求めるようにして、電動機パラメータは用いないので、パラメータ誤差の影響を受けることがない。
また、注入する高周波信号は、電動機一次周波数とは独立であり、インピーダンスは電動機運転周波数に関係なく観測できる。従って極低速域においても磁束位置を精度よく推定することができる。
【0019】
本実施の形態は、請求項1に記載したように、電動機の制御基準軸(γ軸)の電圧指令値に高周波信号を重畳し、そのときの電動機の入力電流を、γ軸を挟んで電気角45度の位置に変換し、重畳した周波数成分と同じ成分をその電流から抽出して得られた電流と前記高周波信号から高周波インピーダンスを推定し、その推定値に基づいて高周波インピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器を備えた誘導電動機のベクトル制御装置について記述したものであるが、請求項2に記載したように、電動機の制御基準軸(γ軸)の電流指令値に高周波信号を重畳し、そのときの電動機の入力電圧を、γ軸を挟んで電気角45度の位置に変換し、重畳した周波数成分と同じ成分をその電圧から抽出して得られた電圧と前記高周波信号から高周波インピーダンスを推定し、その推定値に基づいて高周波インピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器を備えた誘導電動機のベクトル制御装置を構成することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば,従来困難とされていた極低速における磁束位置推定を精度よく行うことができるため、極低速においても十分なトルク制御が可能な誘導電動機のベクトル制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る誘導電動機のベクトル制御装置の制御ブロック線図である。
【図2】図1に示す高周波インピーダンス推定器のブロック図である。
【図3】図1に示す磁束位置調整器のブロック図である。
【図4】図1に示す誘導電動機のd、q軸における高調波インピーダンスの軌跡の説明図である。
【図5】図4に示すd、q軸における高周波等価回路を示す図である。
【図6】図1に示す誘導電動機のインピーダンス観測軸dm、qm軸を示す図である。
【符号の説明】
1 誘導電動機
2 PWM電圧形インバータ装置
3 2相3相変換器
4 高周波発生器
5 電流制御器
6、22、23、28、29 ローパスフィルタ(LPF)
7 d−q変換器(制御軸への座標変換器)
8 d−q変換器 (インピーダンス観測軸への座標変換器)
9 バンドパスフィルタ(BPF)
10 高周波インピーダンス推定器
11 磁束位置調整器
12 電流検出器
20、21、26、27 乗算器
24、30 演算器
25、31 除算器
40 PI調整器
41 積分器
Claims (3)
- 誘導電動機の磁束位置の推定値に基づき電動機電流または電圧を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、それぞれを独立に制御することによって直流機相当の応答を得る電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の制御基準軸(γ軸)の電圧指令値に高周波信号を重畳する高周波発生器と、
前記電動機の入力電流を、前記磁束位置の推定値から45度ずれたところに位置するdm−qm軸に変換する座標変換器と、
前記高周波信号の周波数成分と同じ成分を前記座標変換器からの出力電流から抽出する高周波成分抽出器と、
前記抽出された電流と前記高周波信号からdm成分及びqm成分の高周波インピーダンスを推定する高周波インピーダンス推定器と、
前記高周波インピーダンスのdm成分とqm成分のインピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器と、を備えたことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。 - 誘導電動機の磁束位置の推定値に基づき電動機電流または電圧を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、それぞれを独立に制御することによって直流機相当の応答を得る電動機のベクトル制御装置において、
前記電動機の制御基準軸(γ軸)の電圧指令値に高周波信号を重畳する高周波発生器と、
前記電動機の入力電流を、前記磁束位置の推定値から45度ずれたところに位置するdm−qm軸に変換する座標変換器と、
前記高周波信号の周波数成分と同じ成分を前記座標変換器からの出力電流から抽出する高周波成分抽出器と、
前記抽出された電流と前記高周波信号からdm成分及びqm成分の高周波インピーダンスを推定する高周波インピーダンス推定器と、
前記高周波インピーダンスのdm成分とqm成分のインピーダンス偏差をゼロとし、γ軸とd軸が一致するように制御軸の角度を調整する磁束位置調整器と、を備えたことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。 - 請求項1又は2記載の誘導電動機のベクトル制御装置において、前記磁束位置調整器の出力結果を用いて速度を推定し、その速度推定値をフィードバックして速度指令値に一致するように制御を行うことを特徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23887799A JP4419220B2 (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 誘導電動機のベクトル制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23887799A JP4419220B2 (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 誘導電動機のベクトル制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001069799A JP2001069799A (ja) | 2001-03-16 |
JP4419220B2 true JP4419220B2 (ja) | 2010-02-24 |
Family
ID=17036603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23887799A Expired - Lifetime JP4419220B2 (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 誘導電動機のベクトル制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4419220B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4596092B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2010-12-08 | 株式会社安川電機 | 誘導電動機の磁束位置推定方法および制御装置 |
KR100421376B1 (ko) * | 2001-07-10 | 2004-03-09 | 엘지전자 주식회사 | 동기 릴럭턴스 모터의 회전 속도 제어장치 |
DE112004002619T5 (de) * | 2004-01-07 | 2006-10-26 | Mitsubishi Denki K.K. | Motorregelanordnung |
JP5119759B2 (ja) * | 2007-06-15 | 2013-01-16 | 株式会社安川電機 | 電動機制御装置及びその制御方法 |
JP5228435B2 (ja) * | 2007-10-18 | 2013-07-03 | 株式会社安川電機 | インバータ制御装置とその制御方法 |
JP5228629B2 (ja) * | 2008-05-28 | 2013-07-03 | 株式会社安川電機 | 交流電動機のインバータ装置及びその電動機電流制御方法 |
JP5324159B2 (ja) * | 2008-08-20 | 2013-10-23 | 三洋電機株式会社 | モータ制御装置 |
CN102362424B (zh) * | 2009-03-25 | 2014-12-17 | 三菱电机株式会社 | 旋转电机的控制装置以及控制方法 |
-
1999
- 1999-08-25 JP JP23887799A patent/JP4419220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001069799A (ja) | 2001-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7577545B2 (en) | Method and system for estimating rotor angular position and rotor angular velocity at low speeds or standstill | |
US7245104B2 (en) | Position-sensorless motor control device | |
JP5396876B2 (ja) | 交流電動機の制御装置 | |
JP6324627B2 (ja) | 交流回転機の制御装置および電動パワーステアリングの制御装置 | |
EP1808956B1 (en) | Driving apparatus and driving system for electric motor | |
KR100374832B1 (ko) | 동기 릴럭턴스 모터의 속도 제어 장치 | |
US9048778B2 (en) | Rotor phase/speed estimating device for an AC motor | |
JP2002291283A (ja) | 同期電動機の磁極位置推定方法および制御装置 | |
JPH07245981A (ja) | 電動機の磁極位置検出装置 | |
EP2897282A1 (en) | Rotary electric machine controller, rotary electric machine control method, and method of creating control map | |
JP3914108B2 (ja) | Dcブラシレスモータの制御装置 | |
US7072790B2 (en) | Shaft sensorless angular position and velocity estimation for a dynamoelectric machine based on extended rotor flux | |
JP5493536B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
JP3707528B2 (ja) | 交流電動機の制御方法およびその制御装置 | |
US9548687B2 (en) | Method of estimating rotational position of motor, and control apparatus of motor | |
JP4419220B2 (ja) | 誘導電動機のベクトル制御装置 | |
US9331618B2 (en) | Magnetic pole position detector for synchronous motor | |
JP4583257B2 (ja) | 交流回転機の制御装置 | |
JP5109790B2 (ja) | 永久磁石形同期電動機の制御装置 | |
JPH09285198A (ja) | 回転電機の電流制御部及びこれを用いた制御装置 | |
JP4596092B2 (ja) | 誘導電動機の磁束位置推定方法および制御装置 | |
JP2016201923A (ja) | モータの回転位置推定方法およびモータの制御装置 | |
JP4153619B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
JP3882728B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
JP2008301619A (ja) | 電動機の制御装置及びその電動機定数演算方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060324 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060713 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090323 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090407 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090527 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091110 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091123 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121211 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4419220 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131211 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141211 Year of fee payment: 5 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |