JP4592137B2 - 速度センサレス電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機のトルク制御に関するものであり、特に、電動機の初期速度と初期二次磁束の推定を高精度にし、電動機トルク制御を高精度にするものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来の一例を示すブロック図であり、同図において、1はトルク制御手段、2は拾い上げ制御手段、3は切替器、4は電力変換器、5は電流検出器、6は電動機、7は初期値推定器である。
電流検出器5は、電動機6に流れる電流ベクトルiを検出する。拾い上げ制御手段2は、電流検出器5で検出した電流ベクトルiを入力し、電動機6に流れる電流iを直流にする拾い上げ電圧指令v0を出力する。
【0003】
初期値推定器7は、電流ベクトルiと拾い上げ電圧指令v0と拾い上げ制御開始指令STと一次抵抗R1を入力し、初期速度ωm0と初期二次磁束φ20を出力する。
【0004】
トルク制御手段1は、トルク制御開始指令SWが立つと、初期値推定器7の出力である初期速度ωm0と初期二次磁束φ20を初期値として、電流ベクトルiを基に、電動機6のトルクを制御するトルク制御電圧指令V1を出力する。
【0005】
切替器3は、トルク制御開始指令SWにより、拾い上げ電圧指令v0とトルク制御電圧指令V1を切替える。すなわち、トルク制御開始指令SWが立つまでは拾い上げ電圧指令v0を電圧指令V*とし、トルク制御開始指令SWが立てばトルク制御電圧指令V1を電圧指令V*として出力する。
電力変換器4は、電圧指令V*を増幅して電動機6に電力を供給する。
【0006】
以上の構成とすることにより、トルク制御開始指令SWが立つまでは、拾い上げ制御手段2と初期値推定器7で電動機6の初期速度ωm0と初期二次磁束φ20を推定する。トルク制御開始指令SWが立てば、SWが立った時点の初期速度ωm0と初期二次磁束φ20を初期値として、電動機6のトルク制御が行われる。
なお、トルク制御開始指令SWを立てるタイミングは、拾い上げ制御時間、初期速度ωm0と初期二次磁束φ20の状態から決める。
【0007】
以下、トルク制御開始指令SWが立つまでの拾い上げ制御に関して、詳細に説明する。
【0008】
拾い上げ制御手段2の一構成としては、図4に示すように、直流電流指令Iと電流位相角θと電流ベクトルiから電動機6に流れる電流を直流に制御する拾い上げ電圧指令v0を出力する電流制御手段8で構成するものがある。
初期値推定器7では、拾い上げ電圧指令v0の動きから電動機6の初期速度ωm0と初期二次磁束φ20を推定する。図5は、初期値推定器7の一構成例である。9は実磁束推定器、10は実磁束メモリ、11は実磁束抽出器、12は初期速度推定器、13は初期磁束推定器、14は演算用タイマである。
【0009】
演算用タイマ14は、拾い上げ制御開始指令STのエッジで0クリアされるタイマカウンタであり、拾い上げ時間t0を出力する。実磁束推定器9は、電流ベクトルi、拾い上げ電圧指令v0、一次抵抗R1から式(A)で実磁束推定ベクトルφ2rを演算する。
ここで、L1は一次自己インダクタンス、L2は二次自己インダクタンス、Mは相互インダクタンスである。
【0010】
実磁束メモリ10は、時々刻々変化する実磁束推定ベクトルφ2rの0〜t0区間を記憶する。実磁束抽出器11は、0〜t0区間から、任意の3時点の実磁束推定ベクトルφ2rの値φ(t00)、φ(t01)、φ(t02)を抽出する。
【0011】
初期速度推定器12は、一例として、式(B)〜式(G)で初期速度ωm0を演算する。最初に、3点を通る円の中心Rを式(B)〜式(E)で求める。
ここで、(F1A、F1B)、(F2A、F2B)、(RA、RB)は、各々、F1、F2、Rの各成分である。
次に、円の中心Rから見たφ(t00)とφ(t02)の角度θCを式(F)で求める。
最後に、式(G)で初期速度ωm0を求める。
【0012】
初期磁束推定器13は、式(H)にて初期二次磁束φ20を求める。
ここで、jは虚数単位、T2は二次時定数で、L2/R2で得られる。R2は二次抵抗である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、以下に示す問題点がある。
電動機温度の変動等により一次抵抗R1に誤差があると、実磁束演算器9の出力値である演算磁束ベクトルφ2rの誤差が式(A)により積算されていく。結果、実磁束抽出器11の出力であるφ(tx0)、φ(tx1)、φ(tx2)に誤差が存在する。φ(tx0)、φ(tx1)、φ(tx2)を基に式(B)〜式(H)で推定する初期速度ωm0および初期二次磁束φ20に誤差が生じる。
【0014】
以上より、一次抵抗に誤差があると初期速度ωm0および初期二次磁束φ20に誤差が生じ、トルク制御手段1の初期値に誤差があるために、電動機6のトルク制御が高精度に行うことができない。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
電流ベクトルiと拾い上げ電圧指令v0と拾い上げ制御開始指令STを入力するR1同定器を新たに追加し、R1同定器の出力値を一次抵抗R1とする。
【0016】
請求項1においては、R1同定器を以下の構成とする。
(1)拾い上げ制御開始指令STのエッジで出力値を0クリアし同定時間txをカウントアップする同定用タイマ。
(2)時間txにおける拾い上げ電圧指令v0を記憶する電圧メモリ。
(3)電圧メモリから任意の複数時点の拾い上げ電圧指令v0を抽出する電圧抽出器。
(4)任意の複数の時点の拾い上げ電圧指令と電流ベクトルiを入力し一次抵抗R1を出力するR1B同定器。
【0017】
以上の手段により、一次抵抗変動を同定することができ、実磁束推定器で推定する実磁束推定ベクトルを高精度に求めることができる。その結果、電動機の初期速度及び初期二次磁束を高精度に推定することができ、電動機トルクを高精度に制御することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、同図において、20はR1同定器である。R1同定器20は、拾い上げ制御開始指令STと電流ベクトルiと拾い上げ電圧指令v0を入力し、一次抵抗R1を出力し、初期値推定器7の入力値とする。R1同定器20を新たに追加することにより、一次抵抗R1の変動を同定することができ、実磁束推定器9で推定する実磁束推定ベクトルφ2rを高精度に求めることができる。その結果、電動機6の初期速度ωm0及び初期二次磁束φ20を高精度に推定することができ、高精度の電動機トルク制御が可能となる。
【0019】
図2は、R1同定器20の一構成例であり、同図において、21は同定用タイマ、26は電圧メモリ、27は電圧抽出器、28はR1B同定器である。
同定用タイマ21は、拾い上げ制御開始指令STのエッジで0クリアされるタイマカウンタであり、同定時間txを出力する。
【0020】
電圧メモリ26は、時々刻々変化する拾い上げ電圧指令v0の0〜tx区間を記憶する。電圧抽出器27は、0〜tx区間から、任意の3時点の拾い上げ電圧指令v0の値v0(tx0)、v0(tx1)、v0(tx2)を抽出する。
【0021】
R1B同定器28は、v0(tx0)、v0(tx1)、v0(tx2)と電流ベクトルiを入力し、一次抵抗R1を出力する。以下、R1B同定器28について述べる。
【0022】
励磁されている電動機6の回転起電力V2は、式(I)で表される。
回転起電力V2は、電流ベクトルiが一定ならば、原点を中心とした円を描くので、拾い上げ電圧指令v0はR1・iを中心とした円を描く。そこで、式(J)〜式(N)から一次抵抗R1を求める。
ここで、(VRA、VRB)はv0(tx0)、v0(tx1)、v0(tx2)を通る円の中心ベクトルとなる。また、(V01A、V01B)、(V02A、V02B)は、各々、v01、v02の各成分である。
【0023】
ところで、拾い上げ制御手段2においては、電動機6に流す電流を所定の値に制御する場合があるので、拾い上げ電圧指令v0がきれいな円を描かない可能性がある。電流ベクトルiが一定になるように拾い上げ制御手段2の制御を行えば、拾い上げ電圧指令v0は平均的に円と考えることができるので、以下に紹介する方法で一次抵抗R1を求めれば、一次抵抗R1の推定誤差が少なくなる。
【0024】
R1B同定器28に同定時間txを新たに入力して、tx2=txと置き、tx1をtx0とtxの中間地点とする。すなわち、
とする。次に、式(J)〜式(M)と式(P)を用いて一次抵抗概算値R1Uを求める。
最後に、式(Q)で一次抵抗R1を求める。
式(Q)は、0〜tx区間で求めた一次抵抗概算値R1Uの平均値を一次抵抗R1とする式である。
【0025】
【発明の効果】
本発明により、一次抵抗変動を同定することができる。その結果、電動機の初期速度及び初期二次磁束を高精度に推定することができ、電動機トルクを高精度に制御することができ実用上おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図2は、本発明のR1同定器の一構成例を示すブロック図である。
【図3】図3は、一従来例を示すブロック図である。
【図4】図4は、一従来例の拾い上げ制御手段の一構成例を示すブロック図である。
【図5】図5は、一従来例の初期値推定器の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 トルク制御手段
2 拾い上げ制御手段
3 切替器
4 電力変換器
5 電流検出器
6 電動機
7 初期値推定器
8 電流制御手段
9 実磁束推定器
10 実磁束メモリ
11 実磁束抽出器
12 初期速度推定器
13 初期磁束推定器
14 演算用タイマ
20 R1同定器
21 同定用タイマ
26 電圧メモリ
27 電圧抽出器
28 R1B同定器
v0 拾い上げ電圧指令
V1 トルク制御電圧指令
V* 電圧指令
i 電流ベクトル
SW トルク制御開始指令
ST 拾い上げ制御開始指令
R1 一次抵抗
ωm0 初期速度
φ20 初期二次磁束
I 直流電流指令
θ 電流指令位相角
t0 拾い上げ時間
φ2r 実磁束推定ベクトル
φ(t0) t0時点の実磁束推定ベクトル
t00、t01、t02 0以上t0以下の任意の値
φ(t00) t00時点の実磁束推定ベクトル
φ(t01) t01時点の実磁束推定ベクトル
φ(t02) t02時点の実磁束推定ベクトル
tx 同定時間
tx0、tx1、tx2 0以上tx以下の任意の値
v0(tx) tx時点の電圧指令ベクトル
v0(tx0) tx0時点の電圧指令ベクトル
v0(tx1) tx1時点の電圧指令ベクトル
v0(tx2) tx2時点の電圧指令ベクトル
Claims (1)
- 電動機に流れる電流ベクトルを検出する電流検出器と、前記電流ベクトルを入力し前記電動機に直流電流を流す拾い上げ電圧指令を出力する拾い上げ制御手段と、前記電流ベクトルと前記拾い上げ電圧指令と一次抵抗と拾い上げ制御開始指令を入力して初期速度と初期二次磁束を出力する初期値推定器と、前記電流ベクトルと前記拾い上げ電圧指令と前記拾い上げ制御開始指令とを入力とするR1同定器から構成され、前記R1同定器の出力値を前記一次抵抗とする速度センサレス電動機制御装置において、
前記R1同定器として、前記拾い上げ制御開始指令により同定時間txをカウントアップする同定用タイマと、時間txにおける前記拾い上げ電圧指令を記憶する電圧メモリと、前記電圧メモリから任意の複数時点の拾い上げ電圧指令を抽出する電圧抽出器と、前記任意の複数の時点の拾い上げ電圧指令と前記電流ベクトルを入力し前記一次抵抗を出力するR1B同定器とから構成したことを特徴とする速度センサレス電動機制御装置。
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