JP4680754B2 - DC brushless motor rotor angle estimation method and DC brushless motor control device - Google Patents
DC brushless motor rotor angle estimation method and DC brushless motor control device Download PDFInfo
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Description
本発明は、DCブラシレスモータのロータ角度を、該モータの駆動電圧に高周波電圧を重畳して推定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for estimating a rotor angle of a DC brushless motor by superimposing a high-frequency voltage on a driving voltage of the motor.
DCブラシレスモータから所望の出力トルクを得るためには、磁極を有するロータの電気角(以下、ロータ角度という)に対応した適切な位相で電機子に駆動電圧を印加する必要がある。そして、ロータ角度を検出する位置検出センサを省いてDCブラシレスモータと駆動装置のコストダウンを図るべく、モータの駆動電圧に高周波電圧を重畳したときの相電流の変化から、ロータ角度を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In order to obtain a desired output torque from the DC brushless motor, it is necessary to apply a drive voltage to the armature at an appropriate phase corresponding to the electrical angle of the rotor having the magnetic pole (hereinafter referred to as the rotor angle). A method for detecting a rotor angle from a change in phase current when a high-frequency voltage is superimposed on a driving voltage of the motor so as to reduce the cost of the DC brushless motor and the driving device by omitting a position detection sensor for detecting the rotor angle. Has been proposed (see, for example,
本願発明者らも、先の出願(特願2004−304492)において、いわゆるdqベクトル変換によりDCブラシレスモータの通電電流のフィードバック制御を所定制御サイクル単位で行う場合に、2以上の制御サイクルを含む所定周期における出力電圧の総和がゼロとなる周期信号を、モータの駆動電圧に重畳して、隣接する制御サイクル間のモータのd軸電流及びq軸電流の一階差分を算出し、該一階差分を用いてロータ角度の推定値を算出する方法を提案している。 In the previous application (Japanese Patent Application No. 2004-304492), the inventors of the present application also perform a predetermined control cycle including two or more control cycles when performing feedback control of the energization current of the DC brushless motor by a so-called dq vector conversion. A first-order difference of the motor d-axis current and q-axis current between adjacent control cycles is calculated by superimposing a periodic signal with the sum of output voltages in the cycle being zero on the motor drive voltage, and the first-order difference is calculated. Has proposed a method for calculating an estimated value of the rotor angle.
かかる方法においては、d軸電流及びq軸電流の1階差分の算出値を用いて、ロータ角度の実際値と推定値の位相差の2倍角に応じた正弦参照値と余弦参照値が算出され、該正弦参照値を用いて、ロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値が算出される。そして、ロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、該位相差推定値と前回のモータの角速度の推定値とに基づいて、ロータ角度の推定値とモータの角速度の推定値とを逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、ロータ角度の推定値が更新される。
本願発明者らは、上述したオブザーバを用いてロータ角度の推定値を算出したときに、ロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大して、ロータ角度の推定誤差が大きくなる場合があることを知見した。そして、このようにロータ角度の推定誤差が大きくなると、ロータ角度の推定値に基づいて設定されるモータの駆動電圧が不適切なものとなって、モータの脱調等が生じるという不都合がある。 When the estimated value of the rotor angle is calculated by using the above-described observer, the inventors of the present application may increase the phase difference between the actual value of the rotor angle and the estimated value, thereby increasing the estimation error of the rotor angle. I found out that there was. If the estimation error of the rotor angle becomes large in this way, the motor drive voltage set based on the estimated value of the rotor angle becomes inappropriate, and there is a disadvantage that the motor step-out occurs.
そこで、本発明は、上記を不都合を解消し、ロータ角度の推定誤差が大きくなることを抑制したDCブラシレスモータのロータ角度推定方法及びDCブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC brushless motor rotor angle estimation method and a DC brushless motor control device that solve the above problems and suppress an increase in estimation error of the rotor angle.
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明のDCブラシレスモータのロータ角度推定方法の第1の態様は、DCブラシレスモータを、該モータの界磁の磁束方向であるq軸上にあるq軸電機子と、q軸と直交するd軸上にあるd軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記モータの電機子に流れる相電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出される相電流と前記モータのロータ角度の推定値とに基づいて、前記d軸電機子に流れるd軸電流と前記q軸電機子に流れるq軸電流とを算出するdq電流算出手段とを備え、前記d軸電機子に流れる電流の指令値であるd軸指令電流とd軸電流との偏差及び前記q軸電機子に流れる電流の指令値であるq軸指令電流とq軸電流との偏差を小さくするように、所定の制御サイクル毎に前記d軸電機子に印加するd軸電圧及び前記q軸電機子に印加するq軸電圧を決定して、前記モータの通電制御を行うモータ制御装置において、前記モータのロータ角度を推定する方法の改良に関する。 The present invention has been made to achieve the above object, and a first aspect of a rotor angle estimation method for a DC brushless motor according to the present invention is a q brush which is a magnetic flux direction of a field of the motor. A current detection means for detecting a phase current flowing in the armature of the motor by converting it into an equivalent circuit having a q-axis armature on the axis and a d-axis armature on the d-axis orthogonal to the q-axis And a d-axis current flowing in the d-axis armature and a q-axis current flowing in the q-axis armature based on the phase current detected by the current detection means and the estimated value of the rotor angle of the motor. A dq current calculation means that performs a deviation between a d-axis command current and a d-axis current that is a command value of a current flowing through the d-axis armature, and a q-axis command that is a command value of a current that flows through the q-axis armature Reduce the deviation between current and q-axis current In the motor control device that determines the d-axis voltage applied to the d-axis armature and the q-axis voltage applied to the q-axis armature for each predetermined control cycle and performs energization control of the motor, The present invention relates to an improvement in a method for estimating a rotor angle.
そして、前記d軸電圧と前記q軸電圧に高周波電圧を重畳する第1の工程と、前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータのd軸電流とq軸電流の変化に基づいて算出される、前記モータのロータ角度の推定値と実際値との位相差の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する第2の工程と、前記d軸指令電流又はd軸電流に基づいて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する第3の工程と、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新する第4の工程とからなることを特徴とする。 Then, a first step of superimposing a high-frequency voltage on the d-axis voltage and the q-axis voltage, and a calculation based on changes in the d-axis current and the q-axis current of the motor when the high-frequency voltage is superimposed. , Using at least one of a sine reference value and a cosine reference value corresponding to a double angle of the phase difference between the estimated value and the actual value of the rotor angle of the motor, and the estimated value and the estimated value of the rotor angle of the motor A second step of calculating a phase difference estimated value corresponding to the phase difference from the value, and a second step of calculating an angular acceleration estimated value corresponding to the angular acceleration of the motor based on the d-axis command current or the d-axis current. 3, and the phase difference estimated value, the previous estimated value of the rotor angle of the motor, and the previous angular velocity of the motor so as to eliminate the phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle of the motor. Based on the estimated value of the motor The estimated value of the motor angle is sequentially updated, and the estimated value of the angular velocity of the motor is sequentially calculated based on the estimated value of the phase difference, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. And a fourth step of updating the estimated value of the rotor angle of the motor by an observer that is calculated while updating.
かかる本発明によれば、前記モータの出力トルクはd軸電流の大きさに比例し、前記モータの出力トルクが大きいほど前記モータの角加速度が大きくなると想定される。そして、前記通電制御により、前記d軸指令電流とd軸電流との偏差を小さくするようにd軸電圧とq軸電圧が決定される。そのため、前記第3の工程において、前記d軸指令電流又はd軸電流に基づいて前記角加速度推定値を算出することができる。 According to the present invention, the output torque of the motor is proportional to the magnitude of the d-axis current, and it is assumed that the angular acceleration of the motor increases as the output torque of the motor increases. Then, the d-axis voltage and the q-axis voltage are determined by the energization control so as to reduce the deviation between the d-axis command current and the d-axis current. Therefore, in the third step, the estimated angular acceleration value can be calculated based on the d-axis command current or the d-axis current.
そして、前記第4の工程において、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を更新することによって、角加速度の影響を反映させて前記モータの角速度を算出することができる。そのため、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前回の角速度の推定値とに基づいて前記モータのロータ角度の推定値を更新することによって、前記モータの角速度の変化に起因して前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 Then, in the fourth step, the estimated value of the angular velocity of the motor is updated by the observer based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. Thus, the angular velocity of the motor can be calculated by reflecting the influence of the angular acceleration. Therefore, by updating the estimated value of the rotor angle of the motor based on the estimated value of the phase difference and the estimated value of the previous angular velocity by the observer, the rotor of the motor is caused by the change in the angular velocity of the motor. It is possible to increase the estimation accuracy of the rotor angle by suppressing an increase in the phase difference between the actual value of the angle and the estimated value.
また、本発明のDCブラシレスモータの制御装置の第1の態様は、DCブラシレスモータを、該モータの界磁の磁束方向であるq軸上にあるq軸電機子と、q軸と直交するd軸上にあるd軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記モータの電機子に流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記モータのロータ角度の推定値を算出するロータ角度推定手段と、該電流検出手段により検出される相電流と前記モータのロータ角度の推定値とに基づいて、前記d軸電機子に流れるd軸電流と前記q軸電機子に流れるq軸電流とを算出するdq電流算出手段と、前記d軸電機子に流れる電流の指令値であるd軸指令電流とd軸電流との偏差及び前記q軸電機子に流れる電流の指令値であるq軸指令電流とq軸電流との偏差を小さくするように、所定の制御サイクル毎に前記d軸電機子に印加するd軸電圧及び前記q軸電機子に印加するq軸電圧を決定して、前記モータの通電制御を行う通電制御手段とを備えたDCブラシレスモータの制御装置の改良に関する。 Further, according to a first aspect of the control device for a DC brushless motor of the present invention, a DC brushless motor includes a q-axis armature on the q-axis that is the magnetic flux direction of the field of the motor, and d orthogonal to the q-axis. An equivalent circuit having a d-axis armature on the shaft is converted into an equivalent circuit, current detection means for detecting a phase current flowing in the armature of the motor, and rotor angle estimation for calculating an estimated value of the rotor angle of the motor And a d-axis current flowing in the d-axis armature and a q-axis current flowing in the q-axis armature based on the phase current detected by the current detection means and the estimated value of the rotor angle of the motor. Dq current calculation means for calculating, a deviation between a d-axis command current and a d-axis current which is a command value of a current flowing through the d-axis armature, and a q-axis command current which is a command value of a current flowing through the q-axis armature To reduce the deviation between the q-axis current and the q-axis current And a DC power supply control means for determining a d-axis voltage applied to the d-axis armature and a q-axis voltage applied to the q-axis armature every predetermined control cycle, and for controlling the power supply of the motor. The present invention relates to an improvement of a brushless motor control device.
そして、前記d軸電圧と前記q軸電圧に高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータのd軸電流とq軸電流の変化に基づく、前記モータのロータ角度の推定値と実際値との位相差の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する位相差推定値算出手段と、前記d軸指令電流又はd軸電流に基づく前記モータの出力トルクの推定値を用いて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する角加速度推定値算出手段とを備え、前記ロータ角度推定手段は、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新することを特徴とする。 And high-frequency superimposing means for superimposing a high-frequency voltage on the d-axis voltage and the q-axis voltage, and a rotor of the motor based on changes in the d-axis current and the q-axis current of the motor when the high-frequency voltage is superimposed. Using at least one of a sine reference value and a cosine reference value corresponding to a double angle of the phase difference between the estimated value of the angle and the actual value, the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor An angle corresponding to the angular acceleration of the motor using a phase difference estimated value calculating means for calculating a phase difference estimated value corresponding to the motor and an estimated value of the motor output torque based on the d-axis command current or the d-axis current. Angular acceleration estimated value calculating means for calculating an acceleration estimated value, wherein the rotor angle estimating means is configured to cancel the phase difference between the actual value of the rotor angle of the motor and the estimated value, The previous mode Based on the estimated value of the rotor angle and the previous estimated value of the angular velocity of the motor, the estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and the estimated phase difference value and the estimated angular acceleration value Based on the previous estimated value of the angular velocity of the motor, the estimated value of the rotor angle of the motor is updated by an observer that sequentially calculates and updates the angular velocity of the motor.
かかる本発明によれば、前記モータの出力トルクはd軸電流の大きさに比例し、前記モータの出力トルクが大きいほど前記モータの角加速度が大きくなると想定される。そして、前記通電制御手段により前記d軸指令電流とd軸電流との偏差を小さくするようにd軸電圧とq軸電圧が決定される。そのため、前記角加速度推定手段は、前記d軸指令電流又はd軸電流に基づいて前記角加速度推定値を算出することができる。 According to the present invention, the output torque of the motor is proportional to the magnitude of the d-axis current, and it is assumed that the angular acceleration of the motor increases as the output torque of the motor increases. Then, the d-axis voltage and the q-axis voltage are determined by the energization control means so as to reduce the deviation between the d-axis command current and the d-axis current. Therefore, the angular acceleration estimation means can calculate the angular acceleration estimated value based on the d-axis command current or the d-axis current.
そして、前記ロータ角度推定手段は、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を更新することによって、角加速度の影響を反映させて前記モータの角速度を算出することができる。そのため、前記ロータ角度推定手段は、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前回の角速度の推定値とに基づいて前記モータのロータ角度の推定値を更新することによって、前記モータの角速度の変化に起因して前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 Then, the rotor angle estimation means updates the angular velocity of the motor based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor by the observer. The angular velocity of the motor can be calculated by reflecting the influence of acceleration. Therefore, the rotor angle estimating means updates the estimated value of the rotor angle of the motor based on the estimated value of the phase difference and the estimated value of the previous angular velocity by the observer, thereby changing the angular velocity of the motor. As a result, it is possible to suppress an increase in the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, and to increase the estimation accuracy of the rotor angle.
また、前記ロータ角度推定手段は、以下の式(4)のオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値と前記モータの角速度を更新することを特徴とする請求項2記載のDCブラシレスモータの制御装置。
3. The control of a DC brushless motor according to
但し、θ^(n+1):ロータ角度の推定値の更新値、ω^(n+1):モータの角速度の推定値の更新値、Δt:前回の推定値算出時からの経過時間、θ^(n):前回のロータ角度の推定値、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値、K1,K2:演算ゲイン、θE1(n):位相差推定値、Aω(n):角加速度推定値。 Where θ ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the rotor angle, ω ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the angular velocity of the motor, Δt is the elapsed time since the previous estimated value was calculated, θ ^ (n): Estimated value of previous rotor angle, ω ^ (n): Estimated value of angular velocity of previous motor, K1, K2: Calculation gain, θ E1 (n): Estimated value of phase difference, A ω ( n): Estimated angular acceleration.
かかる本発明によれば、上記式(4)のオブザーバにより、前回の角速度の推定値ω^(n)に、前記位相差推定値θE1(n)と演算ゲインK2の乗算値と、前記角加速度推定値Aω(n)と前回のロータ角度及び角速度の推定時からの経過時間Δtの乗算値を加算して、角速度の推定値の更新値ω^(n+1)を算出する。この場合、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消し、さらに、前記モータの角加速度による角速度の増加分を加えた形で、前記モータのロータ角度の推定値を更新することができる。 According to the present invention, by the observer of the above equation (4), the previous estimated value of angular velocity ω ^ (n) is multiplied by the product of the phase difference estimated value θ E1 (n) and the calculation gain K2, and the angle An updated value ω ^ (n + 1) of the estimated angular velocity value is calculated by adding the multiplication value of the estimated acceleration value A ω (n) and the elapsed time Δt from the previous estimation of the rotor angle and angular velocity. In this case, the estimated value of the rotor angle of the motor is updated by eliminating the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, and further adding the increase in angular velocity due to the angular acceleration of the motor. can do.
そして、前記ロータ角度推定手段は、上記式(4)のオブザーバにより、前回のロータ角度の推定値θ^(n)と前回のロータ角度及び角速度の推定時からの経過時間Δtの乗算値に、前記位相差推定値θE1(n)と演算ゲインK1の乗算値を加算して、ロータ角度の推定値の更新値θ^(n+1)を算出する。この場合、前回の角速度ω^(n)は角加速度を反映させて算出したものであるから、更新されるロータ角度の推定値θ^(n+1)は角加速度による角速度の変動分を包含したものとなる。したがって、前記モータの角加速度の影響により、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 Then, the rotor angle estimation means uses the observer of the above formula (4) to multiply the estimated value θ ^ (n) of the previous rotor angle by the elapsed time Δt from the previous estimation of the rotor angle and angular velocity, The updated value θ ^ (n + 1) of the estimated value of the rotor angle is calculated by adding the multiplication value of the phase difference estimated value θ E1 (n) and the calculation gain K1. In this case, since the previous angular velocity ω ^ (n) is calculated by reflecting the angular acceleration, the updated estimated rotor angle θ ^ (n + 1) includes the variation of the angular velocity due to the angular acceleration. Will be. Therefore, it is possible to increase the estimation accuracy of the rotor angle by suppressing an increase in the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor due to the influence of the angular acceleration of the motor.
また、前記角加速度推定手段は、以下の式(5)により、前記角加速度推定値を算出することを特徴とする。 Further, the angular acceleration estimation means calculates the angular acceleration estimated value by the following equation (5).
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt(n):モータの出力トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Id_c(n):d軸指令電流、Kt:モータのトルク係数。 Where A ω (n): Estimated angular acceleration, T t (n): Estimated value of motor output torque, I e : Inertia of motor load, Id_c (n): d-axis command current, K t : Motor Torque coefficient of
かかる本発明によれば、前記モータの出力トルクがTt(n)であり、前記モータの負荷のイナーシャがIeであるときは、モータの作動は角加速度dω/dt=Tt/Ieの等角加速度運動になると考えられる。そこで、上記式(5)により角加速度推定値Aω(n)を算出して、上記式(4)のオブザーバを構成することができる。 According to the present invention, when the output torque of the motor is T t (n) and the inertia of the load of the motor is I e , the operation of the motor is angular acceleration dω / dt = T t / I e. It is thought that it becomes the equiangular acceleration motion. Therefore, the observer of formula (4) can be configured by calculating the angular acceleration estimated value A ω (n) by formula (5).
また、前記角加速度推定手段は、以下の式(6)により、前記角加速度推定値を算出することを特徴とする。 Further, the angular acceleration estimation means calculates the angular acceleration estimated value by the following equation (6).
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt(n):モータの出力トルクの推定値、Ft(n):モータの負荷の摩擦トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Kt:モータのトルク係数、Id_c:d軸指令電流、Kf:モータの負荷の摩擦係数、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値。 Where A ω (n): angular acceleration estimated value, T t (n): motor output torque estimated value, F t (n): motor load friction torque estimated value, I e : motor load Inertia, K t : Motor torque coefficient, Id_c: d-axis command current, K f : Motor load friction coefficient, ω ^ (n): Estimated value of previous motor angular velocity.
かかる本発明によれば、上記式(6)により、前記モータの負荷の摩擦トルクFt(n)を前記モータの出力トルクTt(n)から減じて角加速度推定値Aω(n)を算出することによって、角加速度の推定精度を高めることができる。 According to the present invention, the estimated angular acceleration value A ω (n) is obtained by subtracting the friction torque F t (n) of the motor load from the output torque T t (n) of the motor according to the above equation (6). By calculating, the estimation accuracy of angular acceleration can be increased.
また、前記モータの周囲温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に応じて前記トルク係数Ktを補正するトルク係数補正手段とを備えたことを特徴とする。 Further, characterized by comprising temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the motor, and a torque coefficient correction means said correcting the torque coefficient K t according to the detected temperature of the temperature detection means.
かかる本発明によれば、上記式(5)又は上記式(6)において、温度に応じて変化する前記モータのトルク係数Ktを前記温度検出手段の検出温度に応じて補正して、前記角加速度推定値Aω(n)を算出することにより、上記式(4)により算出される角速度の推定値ω^(n+1)の推定精度を高めることができる。そして、これにより、上記式(4)において角速度ω^(n)を用いて算出されるロータ角度の角加速度の推定精度を高めることができる。 According to the present invention, in the above formula (5) or the formula (6), and correcting the torque coefficient K t of the motor which change according to the temperature to the detected temperature of said temperature detecting means, said angle By calculating the acceleration estimated value A ω (n), the estimation accuracy of the angular velocity estimated value ω ^ (n + 1) calculated by the above equation (4) can be increased. As a result, the estimation accuracy of the angular acceleration of the rotor angle calculated using the angular velocity ω ^ (n) in the above equation (4) can be improved.
また、前記モータの周囲温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に応じて前記摩擦係数Kfを補正する摩擦係数補正手段とを備えたことを特徴とする。 Further, characterized by comprising temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the motor, and a friction coefficient correcting means for correcting the friction coefficient K f in accordance with the detected temperature of the temperature detection means.
かかる本発明によれば、上記式(6)において、温度に応じて変化する前記モータの負荷の摩擦係数Kfを前記温度検出手段の検出温度に応じて補正して、前記角加速度推定値Aω(n)を算出することにより、上記式(4)により算出される角速度の推定値ω^(n+1)の推定精度を高めることができる。そして、これにより、上記式(4)において角速度ω^(n)を用いて算出されるロータ角度の推定値θ^(n+1)の推定精度を高めることができる。 According to the present invention, in the above equation (6), the friction coefficient K f of the motor load that changes according to the temperature is corrected according to the temperature detected by the temperature detecting means, and the angular acceleration estimated value A By calculating ω (n), it is possible to improve the estimation accuracy of the estimated angular velocity value ω ^ (n + 1) calculated by the above equation (4). Thus, the estimation accuracy of the estimated value θ ^ (n + 1) of the rotor angle calculated using the angular velocity ω ^ (n) in the above equation (4) can be improved.
また、前記モータはエンジンに連結され、該エンジンを回転駆動して始動させることを特徴とする。 The motor is connected to an engine, and the engine is rotationally driven to start.
かかる本発明によれば、前記モータにより前記エンジンを回転駆動して始動させるときは、前記モータの角速度が急速に上昇する。そのため、前記角加速度推定値を用いて前記モータの角速度を更新することにより、前記エンジンの始動時に前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大して、前記モータの脱調等が生じることを防止することができる。 According to the present invention, when the engine is rotationally driven by the motor and started, the angular velocity of the motor rapidly increases. Therefore, by updating the angular velocity of the motor using the estimated angular acceleration value, the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor is increased when the engine is started, and the motor step-out is reduced. Or the like can be prevented.
また、本発明のDCブラシレスモータのロータ角度推定方法の第2の態様は、DCブラシレスモータの電機子に流れる相電流と目標電流との偏差を小さくするように、所定の制御サイクル毎に、該モータのロータ角度の推定値を用いて該モータの電機子に印加する駆動電圧を決定して該モータの通電制御を行うモータ制御装置において、該モータのロータ角度を推定する方法の改良に関する。 The second aspect of the rotor angle estimation method for a DC brushless motor according to the present invention is such that the deviation between the phase current flowing through the armature of the DC brushless motor and the target current is reduced every predetermined control cycle. The present invention relates to an improvement in a method for estimating a rotor angle of a motor in a motor control apparatus that controls energization of the motor by determining a drive voltage to be applied to an armature of the motor using an estimated value of a rotor angle of the motor.
そして、前記駆動電圧に高周波電圧を重畳する第1の工程と、前記駆動電圧に前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータの相電流の変化に基づいて算出される、前記モータのロータ角度の実際値の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する第2の工程と、前記目標電流に基づいて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する第3の工程と、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新する第4の工程とからなることを特徴とする。 A first step of superimposing a high frequency voltage on the drive voltage; and a rotor angle of the motor calculated based on a change in phase current of the motor when the high frequency voltage is superimposed on the drive voltage. Using at least one of a sine reference value and a cosine reference value corresponding to a double angle of the actual value, a phase difference estimated value corresponding to a phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle of the motor is calculated. A phase difference between an actual value and an estimated value of the rotor angle of the motor, a second step of calculating an estimated angular acceleration value corresponding to the angular acceleration of the motor based on the target current, The estimated value of the rotor angle of the motor is sequentially updated based on the estimated value of the phase difference, the estimated value of the rotor angle of the previous motor, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. When calculated , On the basis of the phase difference estimated value and the estimated value of the angular acceleration estimated value and the previous said motor angular velocity, the observer for calculating while sequentially updating the estimated value of the angular velocity of the motor, the rotor angle of the motor And a fourth step of updating the estimated value.
かかる本発明によれば、前記モータの出力トルクは相電流の大きさに比例し、前記モータの出力トルクが大きいほど前記モータの角加速度が大きくなると想定される。そして、前記通電制御により、前記目標電流と相電流との偏差を小さくするように駆動電圧が決定される。そのため、前記第3の工程において、前記目標電流又は相電流に基づいて前記角速度を算出することができる。 According to the present invention, the output torque of the motor is proportional to the magnitude of the phase current, and it is assumed that the angular acceleration of the motor increases as the output torque of the motor increases. Then, the drive voltage is determined by the energization control so as to reduce the deviation between the target current and the phase current. Therefore, in the third step, the angular velocity can be calculated based on the target current or phase current.
そして、前記第4の工程において、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を更新することによって、角加速度の影響を反映させて前記モータの角速度を算出することができる。そのため、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前回の角速度の推定値とに基づいて前記モータのロータ角度の推定値を更新することによって、前記モータの角速度の変化に起因して前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 Then, in the fourth step, the estimated value of the angular velocity of the motor is updated by the observer based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. Thus, the angular velocity of the motor can be calculated by reflecting the influence of the angular acceleration. Therefore, by updating the estimated value of the rotor angle of the motor based on the estimated value of the phase difference and the estimated value of the previous angular velocity by the observer, the rotor of the motor is caused by the change in the angular velocity of the motor. It is possible to increase the estimation accuracy of the rotor angle by suppressing an increase in the phase difference between the actual value of the angle and the estimated value.
また、本発明のDCブラシレスモータの制御装置の第2の態様は、DCブラシレスモータの電機子に流れる相電流を検出する電流検出手段と、該モータのロータ角度の推定値を算出するロータ角度推定手段と、所定の制御サイクル毎に、該電流検出手段により検出される相電流と所定の目標電流との偏差を小さくするように、該ロータ角度の推定値を用いて、該モータの電機子に印加する駆動電圧を決定して該モータの通電制御を行う通電制御手段とを備えたDCブラシレスモータの制御装置の改良に関する。 According to a second aspect of the control device for a DC brushless motor of the present invention, there is provided current detection means for detecting a phase current flowing in the armature of the DC brushless motor, and rotor angle estimation for calculating an estimated value of the rotor angle of the motor. And an estimated value of the rotor angle so as to reduce the deviation between the phase current detected by the current detecting means and the predetermined target current for each predetermined control cycle. The present invention relates to an improvement of a control device for a DC brushless motor, which includes an energization control unit that determines an applied drive voltage and controls energization of the motor.
そして、前記駆動電圧に高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータの相電流の変化に基づく、前記モータのロータ角度の実際値の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する位相差推定値算出手段と、前記目標電流又は相電流に基づく前記モータの出力トルクの推定値を用いて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する角加速度推定値算出手段とを備え、前記ロータ角度推定手段は、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新することを特徴とする。 Then, a high frequency superimposing means for superimposing a high frequency voltage to the drive voltage, based on the change in the phase current of the motor when the front Symbol high frequency voltage is superimposed, depending on the double angle of the actual value of the rotor angle of the motor A phase difference estimated value calculating means for calculating a phase difference estimated value corresponding to a phase difference between an actual value and an estimated value of the rotor angle of the motor using at least one of the sine reference value and the cosine reference value And an angular acceleration estimated value calculating means for calculating an angular acceleration estimated value corresponding to the angular acceleration of the motor using an estimated value of the output torque of the motor based on the target current or phase current, and the rotor angle The estimation means is configured to eliminate the phase difference estimated value, the previous estimated value of the rotor angle of the motor, and the previous angular velocity of the motor so as to eliminate the phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle of the motor. Based on the constant value, the estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and based on the estimated value of the phase difference, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor, The estimated value of the rotor angle of the motor is updated by an observer that calculates the angular velocity of the motor while sequentially updating it.
かかる本発明によれば、前記モータの出力トルクは相電流の大きさに比例し、前記モータの出力トルクが大きいほど前記モータの角加速度が大きくなると想定される。そして、前記通電制御手段により前記目標電流と相電流との偏差を小さくするように駆動電圧が決定される。そのため、前記角加速度推定手段は、前記目標電流又は相電流に基づいて前記角加速度推定値を算出することができる。 According to the present invention, the output torque of the motor is proportional to the magnitude of the phase current, and it is assumed that the angular acceleration of the motor increases as the output torque of the motor increases. Then, the drive voltage is determined by the energization control means so as to reduce the deviation between the target current and the phase current. Therefore, the angular acceleration estimation means can calculate the estimated angular acceleration value based on the target current or phase current.
そして、前記ロータ角度推定手段は、前記オブザーバにより、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を更新することによって、角加速度の影響を反映させて前記モータの角速度を算出することができる。そのため、前記ロータ角度推定手段は、前記オブザーバにより、前記位相差推定値を前回の角速度の推定値とに基づいて前記モータのロータ角度の推定値を更新することによって、前記モータの角速度の変化に起因して前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 Then, the rotor angle estimation means updates the angular velocity of the motor based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor by the observer. The angular velocity of the motor can be calculated by reflecting the influence of acceleration. Therefore, the rotor angle estimating means updates the estimated value of the rotor angle of the motor based on the estimated value of the phase difference based on the estimated value of the previous angular velocity by the observer, thereby changing the angular velocity of the motor. As a result, it is possible to suppress an increase in the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, and to increase the estimation accuracy of the rotor angle.
本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照して説明する。図1はDCブラシレスモータの構成図、図2は第1の実施の形態におけるモータ制御装置の構成図、図3は図2に示したモータ制御装置における周期信号の出力態様の説明図、図4は図2に示したモータ制御装置におけるロータ角度の推定処理のフローチャート、図5は図4のフローチャートに対応したタイミングチャート、図6は第2の実施の形態におけるモータ制御装置の構成図、図7は図6に示したモータ制御装置におけるロータ角度の推定処理のフローチャートである。 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a DC brushless motor, FIG. 2 is a configuration diagram of a motor control device in the first embodiment, FIG. 3 is an explanatory diagram of an output mode of a periodic signal in the motor control device shown in FIG. Is a flowchart of the rotor angle estimation process in the motor control device shown in FIG. 2, FIG. 5 is a timing chart corresponding to the flowchart of FIG. 4, FIG. 6 is a block diagram of the motor control device in the second embodiment, and FIG. 7 is a flowchart of a rotor angle estimation process in the motor control device shown in FIG. 6.
[第1の実施の形態]先ず、図1〜図5を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。図2に示したDCブラシレスモータの制御装置40(以下、単に制御装置40という)は、図1に示したDCブラシレスモータ1(以下、単にモータ1という)の3相(U、V,W)の電機子3,4,5に流れる電流をフィードバック制御するものであり、モータ1をロータ2の界磁極の磁束方向であるq軸上にあるq軸電機子と該q軸と直交するd軸上にあるd軸電機子とを有するdq座標系による等価回路に変換して扱う。
[First Embodiment] First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The DC brushless motor control device 40 (hereinafter simply referred to as the control device 40) shown in FIG. 2 is a three-phase (U, V, W) of the DC brushless motor 1 (hereinafter simply referred to as the motor 1) shown in FIG. Feedback control of the current flowing through the
そして、制御装置40は、モータ1及びモータ1と連結されたエンジン6により駆動輪(図示しない)を回転駆動するハイブリッド車両に備えられ、モータ1はエンジン6を始動する際にエンジンを回転駆動するスタータとしても機能する。また、制御装置40は、外部から与えられるd軸指令電流Id_cとq軸指令電流Iq_cとに応じて、d軸電機子に流れる電流(以下、d軸電流という)とq軸電機子に流れる電流(以下、q軸電流という)をフィードバック制御する。
The
制御装置40は、d軸電機子への印加電圧Vfbd(以下、d軸電圧Vfbdという)とq軸電機子への印加電圧Vfbq(以下、q軸電圧Vfbqという)に、ロータ角度推定用の周期信号VhdとVhq(本発明の高周波電圧に相当する)を重畳する周期信号重畳部51(本発明の高周波重畳手段に相当する)、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbq(周期信号VhdとVhqが重畳されているときは、Vfbd+VhdとVfbq+Vhq)を、モータ1のU,V,Wの3相の電機子に印加する駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwに変換するdq/3相変換部20、及びVfbu,Vfbv,Vfbwに応じた電圧Vu,Vv,Vwがモータ1のU,V,Wの各相の電機子に印加されるように、複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されたインバータ回路からなるパワードライブユニット22を備えている。
The
さらに、制御装置40は、モータ1のU相の電機子に流れる電流を検出するU相電流センサ23(本発明の電流検出手段に相当する)、モータ1のW相の電機子に流れる電流を検出するW相電流センサ24(本発明の電流検出手段に相当する)、U相電流センサ23の検出電流値IuとW相電流センサ24の検出電流値Iwとに応じてd軸電流Idとq軸電流Iqとを算出する3相/dq変換部26(本発明のdq電流算出手段に相当する)、モータ1のロータ角度θの推定値θ^を算出する角度推定部50(本発明のロータ角度推定手段、位相差推定値算出手段、及び角加速度推定値算出手段の機能を含む)、及びd軸とq軸間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消す処理を行なう非干渉演算部27を備える。
The
そして、制御装置40は、d軸指令電流Id_cとd軸電流Idを第1減算器28で減算し、その減算結果に第1のPI演算部29でPI(比例積分)処理を施し、第1加算器30で非干渉成分αを加算して、以下の式(7)によりd軸指令電流Id_cとd軸電流Idの偏差に応じたd軸電圧Vfbdを生成する。
Then, the
但し、Kp:比例ゲイン、Ki:積分ゲイン、α:非干渉成分。 However, Kp: proportional gain, Ki: integral gain, α: non-interference component.
また、制御装置40は、同様にして、q軸指令電流Iq_cとq軸電流Iqを第2減算器31で減算し、その減算結果に第2のPI演算部32でPI処理を施し、第2加算器33で非干渉成分βを加算して、以下の式(8)によりq軸指令電流Iq_cとq軸電流Iqとの偏差に応じたq軸電圧Vfbqを生成する。
Similarly, the
但し、Kp:比例ゲイン、Ki:積分ゲイン、β:非干渉成分。 However, Kp: proportional gain, Ki: integral gain, β: non-interference component.
そして、制御装置40は、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbqとをdq/3相変換部20に入力する。dq/3相変換部20は、以下の式(9)により、3相の駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwを算出してパワードライブユニット22に出力する。
Then, the
これにより、パワードライブユニット22を介して、d軸指令電流Id_cとd軸電流Idとの偏差、及びq軸指令電流Iq_cとq軸電流Iqとの偏差を小さくする3相の駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwがモータ1の電機子に印加されて、モータ1の電機子に流れる電流がフィードバック制御される。
Thus, via the
なお、このようにして、d軸指令電流Id_cとd軸電流Idとの偏差、及びq軸指令電流Iq_cとq軸電流Iqとの偏差を小さくするように、3相の駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwを決定する通電制御を実行する構成が、本発明の通電制御手段に相当する。 In this manner, so as to reduce the deviation between the d-axis command current Id_c and the d-axis current I d, and the deviation between the q-axis command current Iq_c and the q-axis current I q, the 3-phase drive voltages Vfb u , Vfb v , Vfb w is determined to correspond to the energization control means of the present invention.
ここで、dq/3相変換部20によりd軸駆圧Vfbdとq軸電圧Vfbqを3相の駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwに変換する際には、モータ1のロータ角度θが必要となる。また、3相/dq変換部26によりU相電流センサ23の検出電流値IuとW相電流センサ24の検出電流値Iwをd軸電流Idとq軸電流Iqに変換する際にも、モータ1のロータ角度θが必要となる。
Here, when the d- q / 3-
そして、制御装置10は、レゾルバ等の位置検出センサを用いずに、第3加算器52及び第4加算器53において、周期信号重畳部51によりd軸電圧Vfbd,Vfbqに周期信号Vhd,Vhqを重畳することによって、ロータ角度θの推定処理を実行する。
Then, the
なお、本実施の形態における周期信号Vhd,Vhqは、図3(a)に示したように、制御装置10の3制御サイクル(T11,T12,T13)を1周期として、1周期で各相(Vhd,Vhq)の出力電圧の総和がゼロとなるように出力パターンが設定されている。また、他の出力パターンとしては、例えば図3(b)に示したように、4制御サイクル(T21,T22,T23,T24)を1周期とし、1周期中の2制御サイクル(T21とT22、T23とT24)毎に出力電圧の総和がゼロとなるように設定してもよい。また、周期信号Vhd,Vhqの1周期の長さは2制御サイクル以上であればよい。
Note that the periodic signals Vh d and Vh q in the present embodiment are as follows: 3 control cycles (T 11 , T 12 , T 13 ) of the
ここで、周期信号Vhd,Vhqの1周期の長さがn制御サイクルであるときは、ロータ角度の実際値θと推定値θ^の位相差θeの2倍角に応じた正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0を、以下の式(10)〜式(14)により算出することができる。 Here, when the length of one cycle of the periodic signals Vh d and Vh q is n control cycles, a sine reference value corresponding to the double angle of the phase difference θ e between the actual value θ of the rotor angle and the estimated value θ ^. Vs dq, cosine reference value Vc dq and inductance reference value L0 can be calculated by the following equations (10) to (14).
但し、Vsdq:正弦参照値、Vcdq:余弦参照値、L0:インダクタンス参照値、dIdq(i+1)〜dIdq(i+n)…周期信号Vhd,Vhqの出力電圧の総和がゼロとなる期間中にn個の制御サイクルが含まれる場合の、隣接する制御サイクル間のd軸電流及びq軸電流の1階差分、i:正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0の算出周期の番号。 Where Vs dq is a sine reference value, Vc dq is a cosine reference value, L0 is an inductance reference value, dI dq (i + 1) to dI dq (i + n), and the sum of output voltages of periodic signals Vh d and Vh q. When n control cycles are included in a period in which zero is zero, a first-order difference between d-axis current and q-axis current between adjacent control cycles, i: sine reference value Vs dq and cosine reference value Vc dq Number of the calculation cycle of the inductance reference value L0.
但し、Ld:d軸電機子のインダクタンス、Lq:q軸電機子のインダクタンス。 Where L d is the inductance of the d-axis armature, and L q is the inductance of the q-axis armature.
但し、j=1,2,…,n、dId(i+j):d軸電機子に流れる電流の1階差分、dIq(i+j):q軸電機子に流れる電流の1階差分。 However, j = 1,2, ..., n , dI d (i + j): 1 -order difference of the current flowing in the d-axis armature, dI q (i + j) : 1 Floor of the current flowing in the q-axis armature Difference.
但し、Vhd(i+j):周期信号Vhd,Vhqの出力電圧の総和がゼロとなる期間におけるj番目の制御サイクルのd軸電機子への出力電圧、Vhq(i+j):周期信号Vhd,Vhqの出力電圧の総和がゼロとなる期間におけるj番目の制御サイクルのq軸電機子への出力電圧。 Where Vh d (i + j): the output voltage to the d-axis armature of the j-th control cycle during the period when the sum of the output voltages of the periodic signals Vh d and Vh q is zero, Vh q (i + j) : The output voltage to the q-axis armature of the j-th control cycle during the period when the sum of the output voltages of the periodic signals Vh d and Vh q is zero.
以下、図4に示したフローチャートに従って、制御装置40におけるモータ1のロータ角度の推定処理について説明する。制御装置40は、カウンタ変数ptrを0とし、周期信号重畳部51により、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbqに周期信号VhdとVhqを重畳して、図4のフローチャートを繰り返し実行する。
Hereinafter, the process of estimating the rotor angle of the
角度推定部50は、STEP30でU相電流センサ23とW相電流センサ24により検出される相電流Iu,Iwを取り込み、STEP31で前回の制御サイクルにおける相電流Iu,Iwとの1階差分dIu,dIwを算出する。そして、次のSTEP32で該1階差分dIu,dIwを3相/dq変換したdId,dIqを算出し、これを保持する。
The
また、次のSTEP33でカウンタ変数ptrが1であったときはSTEP34に進んでSTEP34〜STEP37の処理を行い、STEP33でカウンタ変数ptrが1でなかったときにはSTEP38に分岐する。
If the counter variable ptr is 1 in the
ここで、カウンタ変数ptrはSTEP43で各制御サイクル毎にインクリメントされ、STEP44でptr=3になったときにSTEP45でクリア(ptr=0)される。そのため、周期信号Vhd,Vhqの1周期に相当する3制御サイクルが経過する毎にSTEP33でptr=1となって、STEP34〜STEP37の処理が実行される。 Here, the counter variable ptr is incremented for each control cycle in STEP43, and cleared in STEP45 (ptr = 0) when ptr = 3 in STEP44. Therefore, every time three control cycles corresponding to one period of the periodic signals Vh d and Vh q elapse, ptr = 1 is set at STEP33, and the processing of STEP34 to STEP37 is executed.
角度推定部50は、STEP34で、今回と前回及び前々回の制御サイクルのSTEP32で算出された1階差分dId,dIqを用いて、正弦参照値Vsdqと余弦参照値Vcdqを算出する。具体的には、上記式(10)で、nを周期信号Vhd,Vhqの1周期中に含まれる制御サイクルの個数である3に置き換えた以下の式(15)により、角度推定部50は正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0とを算出する。
In
但し、Vsdq:正弦参照値、Vcdq:余弦参照値、L0:インダクタンス参照値、dIdq(i+1)〜dIdq(i+3):ptr=2,0,1となる制御サイクルにおいて算出されたd軸電流及びq軸電流の1階差分。 However, in a control cycle in which Vs dq is a sine reference value, Vc dq is a cosine reference value, L0 is an inductance reference value, and dI dq (i + 1) to dI dq (i + 3) are ptr = 2, 0, 1. First-order difference between the calculated d-axis current and q-axis current.
ここで、上記式(15)により、d軸電流及びq軸電流の1階差分を用いて正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0を算出することによって、d軸電流及びq軸電流の2階差分を用いる場合に比べて、U相電流センサ23及びW相電流センサ24の検出誤差の影響を低減する効果が期待できる。
Here, by calculating the sine reference value Vs dq, the cosine reference value Vc dq and the inductance reference value L0 using the first-order difference between the d-axis current and the q-axis current according to the above equation (15), The effect of reducing the influence of detection errors of the U-phase
そして、次のSTEP35で、角度推定部50は、ロータ角度の実際値θと、dq/3相変換部20及び3相/dq変換部26における変換処理に用いられたロータ角度の推定値θ^との位相差θeに応じた位相差推定値θE1を、以下の式(16)により算出する。なお、角度推定部50が式(16)によって位相差推定値θE1を算出する構成が、本発明の位相差推定値算出手段に相当する。
Then, in the next STEP 35, the
但し、θE1:位相差推定値、Vsdq:正弦参照値、L0:インダクタンス参照値、θe:ロータ角度の実際値θと推定値θ^との位相差。 Where θ E1 : phase difference estimated value, Vs dq : sine reference value, L 0: inductance reference value, θ e : phase difference between the actual value θ of the rotor angle and the estimated value θ ^.
上記式(16)により、正弦参照値Vsdqをインダクタンス参照値L0で除する正規化処理を行うことによって、位相差θeの正負によるレベルの変動を抑制して、位相差θeに応じて所定範囲内で変化する位相差推定値θE1を算出することができる。そして、角度推定部50は、STEP40において、以下の式(17)のオブザーバによる追従演算によって、ロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^を更新して算出する。
The above equation (16), a normalization process of dividing the sine reference value Vs dq inductance reference value L0, by suppressing fluctuation in level due to positive and negative phase difference theta e, in accordance with the phase difference theta e A phase difference estimated value θ E1 that changes within a predetermined range can be calculated. Then, in
但し、θ^(n+1):ロータ角度の推定値の更新値、ω^(n+1):モータの角速度の推定値の更新値、Δt:前回の推定値算出時からの経過時間、θ^(n):前回のロータ角度の推定値、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値、K1,K2:演算ゲイン、θE1(n):位相差推定値、Aω(n):角加速度推定値。 Where θ ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the rotor angle, ω ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the angular velocity of the motor, Δt is the elapsed time since the previous estimated value was calculated, θ ^ (n): Estimated value of previous rotor angle, ω ^ (n): Estimated value of angular velocity of previous motor, K1, K2: Calculation gain, θ E1 (n): Estimated value of phase difference, A ω ( n): Estimated angular acceleration.
なお、上記式(17)において、位相差推定値θE1にd軸指令電流Id_c又はd軸電流Idに比例したオフセット値を加える補正を行うことで、上記式(17)によりロータ角度の推定値を更新する際のロータ角度の実際値と推定値との位相差の収束点をよりゼロに近い点に移行させることができる。そして、これにより、ロータ角度の推定精度を高めることができる。 In the above equation (17), by correcting the phase difference estimated value θ E1 by adding an offset value proportional to the d-axis command current Id_c or the d-axis current Id, the estimated value of the rotor angle by the above equation (17). , The convergence point of the phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle can be shifted to a point closer to zero. Thereby, the estimation accuracy of the rotor angle can be increased.
ここで、モータ1の出力トルクはd軸電流Idに比例し、上述した通電制御によりd軸指令電流Id_cとd軸電流Idとの偏差が小さくなるように、d軸電機子に印加される電圧が制御される。そして、モータ1の出力トルクが大きいほどモータ1の角加速度が大きくなり、モータ1の負荷(モータ1自身、モータ1に接続されたエンジン6、モータ1に接続される動力伝達機構(図示しない)等のトータル負荷)のイナーシャが大きいほどモータ1の角加速度が小さくなる。そこで、ロータ角度推定部50は、以下の式(18)により、モータ1の角加速度に応じた角加速度推定値Aω(n)を算出する。
Here, the output torque of the
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt(n):モータの出力トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Id_c(n):d軸指令電流、Kt:モータのトルク係数。 Where A ω (n): Estimated angular acceleration, T t (n): Estimated value of motor output torque, I e : Inertia of motor load, Id_c (n): d-axis command current, K t : Motor Torque coefficient of
そして、上記式(17)のオブザーバにより、角加速度推定値Aω(n)を用いてモータ1の角速度の推定値ω^(n+1)を更新し、角速度の推定値ω^(n)を用いてロータ角度の推定値θ^(n+1)を更新することによって、モータ1の角速度の変化の影響を抑制してロータ角度を推定することができる。そして、これにより、モータ1の角速度の変化によりロータ角度の実際値と推定値との位相差が拡大することを抑制して、ロータ角度の推定精度を高めることができる。
Then, the estimated value ω ^ (n + 1) of the angular velocity of the
なお、ロータ角度の実際値と推定値との位相差の拡大を抑制する他の方法として、上記式(17)において、演算ゲインK1,K2を大きくすることも考えられるが、この場合には、U相電流センサ23及びW相電流センサ24の検出信号をA/D変換により3相/dq変換部26に取り込む際の誤差の影響が大きくなり、ロータ角度の推定値の算出結果が振動的になるという不都合がある。
As another method for suppressing the increase in the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle, it is conceivable to increase the calculation gains K1 and K2 in the above equation (17). The influence of an error when the detection signals of the U-phase
また、上記式(18)に代えて、以下の式(19)により角加速度推定値Aω(n)を算出してもよい。式(19)はモータ1の負荷(モータ1自身、モータ1に接続されたエンジン6、モータ1に接続される動力伝達機構(図示しない)等のトータル負荷)の摩擦抵抗を考慮したものであり、上記式(18)による場合に比べて、ロータ角度の推定精度をさらに向上させることができる。
Further, instead of the above equation (18), the angular acceleration estimated value A ω (n) may be calculated by the following equation (19). Equation (19) takes into account the frictional resistance of the load of the motor 1 (the total load of the
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt:モータの出力トルクの推定値、Ft:モータの負荷の摩擦トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Kt:モータのトルク係数、Id_c:d軸指令電流、Kf:モータの負荷の摩擦係数、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値。 Where A ω (n): estimated angular acceleration value, T t : estimated value of motor output torque, F t : estimated value of friction torque of motor load, I e : inertia of motor load, K t : motor Torque coefficient, Id_c: d-axis command current, K f : friction coefficient of motor load, ω ^ (n): estimated value of the previous motor angular velocity.
次に、STEP36で、3相/dq変換部26により算出されるId,Iqが電流フィードバック制御用に保持される。そして、STEP37で、3相/dq変換部26及びdq/3相変換部20において使用されるロータ角度の推定値θ^が更新される。
Next, in
次のSTEP38でカウンタ変数ptrが0となったときに、STEP39に進み、上記式(7)、式(8)により、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbqが算出される。また、STEP40で角度推定部50が上記式(17)によりロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^とを更新する。一方、STEP38でptrがゼロでなかったときにはSTEP41に分岐し、STEP39〜STEP40の処理は実行されない。
When the counter variable ptr becomes 0 in the next STEP 38, the process proceeds to STEP 39, and the d-axis voltage Vfb d and the q-axis voltage Vfb q are calculated by the above formulas (7) and (8). In
そのため、d軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbqとロータ角度の推定値θ^は、周期信号Vhd,Vhqの1周期毎(3制御サイクル毎)に更新され、周期信号Vhd,Vhqの1周期中は、d軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbqとロータ角度の推定値θ^は一定に保持される。また、上述したように、3相/dq変換部26及びdq/3相変換部で用いられるロータ角度の推定値θ^は、ptr=1となったときにSTEP37で更新される。そのため、STEP40で更新されたロータ角度の推定値θ^は、次の制御サイクルからdq/3相変換部20及び3相/dq変換部26で用いられる。
Therefore, the d-axis voltage Vfb d, the q-axis voltage Vfb q and the estimated value θ ^ of the rotor angle are updated every period (every three control cycles) of the periodic signals Vh d and Vh q , and the periodic signals Vh d and Vh. During one cycle of q , the d-axis voltage Vfb d, the q-axis voltage Vfb q, and the estimated value θ ^ of the rotor angle are kept constant. Further, as described above, the estimated value θ ^ of the rotor angle used in the three-phase /
このように、dq変換用のロータ角度の推定値θ^の更新を遅らせているのは、STEP39においてd軸電圧Vfbd及びVfbqを算出した時点におけるロータ角度の推定値θ^と、STEP32でd軸電流の1階差分dId及びq軸電流の1階差分dIqを算出する時点におけるロータ角度の推定値θ^を一致させるためである。STEP39とSTEP32におけるロータ角度の推定値θ^を一致させることにより、差分電流dId,dIq算出時のロータ角度の推定値θ^の変化による誤差を防ぐことができる。
In this way, the update of the estimated value θ ^ of the rotor angle for dq conversion is delayed because the estimated value θ ^ of the rotor angle at the time when the d-axis voltages Vfb d and Vfb q are calculated in STEP 39, and
続くSTEP41で、周期信号重畳部51によりd軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbqに周期信号Vhd,Vhqが算出され、STEP42でdq/3相変換部20によりd軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbqが、3相駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwに変換されてパワードライブユニット22に出力される。そして、続くSTEP44〜STEP46により、上述したカウンタ変数ptrのインクリメント又はクリア処理が行われて、1制御サイクルが終了する。
In subsequent STEP 41, the periodic signal superimposing unit 51 calculates the periodic signals Vh d and Vh q to the d-axis voltage Vfb d and the q-axis voltage Vfb q , and in STEP 42, the dq / three-
なお、STEP41で周期信号重畳部21により周期信号Vhd,Vhqを重畳する処理が本発明の第1の工程に相当し、STEP34で正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0を算出して、STEP35で位相差推定値θE1を算出する処理が本発明の第2の工程に相当する。また、STEP40で、上記式(17)の角加速度推定値Aω(n)を算出する処理が本発明の第3の工程に相当し、上記式(17)によりロータ角度の推定値θ^を更新(θ^(n)→θ^(n+1))すると共に、モータ1の角速度の推定値ω^を更新(ω^(n)→ω^(n+1))する処理が本発明の第4の工程に相当する。
The process of superimposing the periodic signals Vh d and Vh q by the periodic
図5は以上説明した図4のフローチャートによる処理を繰り返し実行して、ロータ角度の推定値θ^を算出した場合のタイミングチャートである。サイクル50で処理が開始され、ptr=1,2,0に対応した3制御サイクル(サイクル51,52,60、サイクル61,62,70、…)が、周期信号Vhdq(Vhd,Vhq)の1周期であり、周期信号が、Vhdq(0)(ptr=1のとき)→Vhdq(1)(ptr=2のとき)→Vhdq(2)(ptr=0のとき)と切り替わっている。
FIG. 5 is a timing chart when the estimated value θ ^ of the rotor angle is calculated by repeatedly executing the process according to the flowchart of FIG. 4 described above. Processing is started in
そして、d軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbq(以下、まとめてdq電圧Vfbdqという)が算出される(図4のSTEP39の処理)のはptr=0となる制御サイクルであるから、周期信号VhdqがVhdq(0)→Vhdq(1)→Vhdq(2)と切換わる間、dq電圧Vfbdqは一定(サイクル51,52,53の間はVfbdq(0)、サイクル61,62,63の間はVfbdq(1))に維持されている。
Since the d-axis voltage Vfb d and the q-axis voltage Vfb q (hereinafter collectively referred to as dq voltage Vfb dq ) are calculated in the control cycle in which ptr = 0 (step 39 in FIG. 4), the period While the signal Vh dq switches from Vh dq (0) → Vh dq (1) → Vh dq (2), the dq voltage Vfb dq is constant (Vfb dq (0) during
そして、ptr=1である制御サイクル61と制御サイクル71で、ロータ角度の実際値と推定値との位相差θeに応じた位相差推定値θE1が算出(図4のSTEP35の処理)されると共に、dq/3相変換部20及び3相/dq変換部26で使用されるロータ角度の推定値θ^が更新される(図4のSTEP37の処理)。また、ptr=0である制御サイクル61と制御サイクル71で、dq電圧Vfbdqとロータ角度の推定値θ^が更新される(図4のSTEP39〜STEP40の処理)。このように、dq電圧Vfbdqの更新とロータ角度の推定値θ^の更新の演算を同じタイミングで行なうことによって、dq電圧Vfbdqを更新する際のロータ角度のずれを排除している。
Then, in control cycle 61 and control cycle 71 in which ptr = 1, a phase difference estimated value θ E1 corresponding to the phase difference θ e between the actual value and the estimated value of the rotor angle is calculated (processing of STEP 35 in FIG. 4). At the same time, the estimated value θ ^ of the rotor angle used in the dq / 3-
また、図中cはd軸電流及びq軸電流の変化を示し、dはd軸電流及びq軸電流のフィードバック制御の応答を示している。そして、周期信号Vhdqの重畳によるd軸電流及びq軸電流のフィードバック制御の影響は、図中P12,P13のタイミングで算出されるdq電圧Vfbdqによりキャンセルされる。 Further, in the figure, c indicates changes in the d-axis current and the q-axis current, and d indicates the response of feedback control of the d-axis current and the q-axis current. The influence of feedback control of the d-axis current and the q-axis current due to the superposition of the periodic signal Vh dq is canceled by the dq voltage Vfb dq calculated at the timings P 12 and P 13 in the figure.
なお、本第1の実施の形態では、上記式(15)により正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0を算出したが、正弦参照値Vsdq及び余弦参照値Vcdqとインダクタンス参照値L0の算出式は、周期信号Vhdqの態様に応じて決定される。 In the first embodiment, the sine reference value Vs dq and the cosine reference value Vc dq and the inductance reference value L0 are calculated by the above equation (15), but the sine reference value Vs dq and the cosine reference value Vc dq The calculation formula of the inductance reference value L0 is determined according to the mode of the periodic signal Vh dq .
また、本第1の実施の形態では、上記式(18),式(19)により、d軸指令電流Id_c(n)を用いて角加速度推定値Aω(n)を算出したが、d軸指令電流Id_cに変えてd軸電流Idを用いて角加速度推定値Aω(n)を算出するようにしてもよい。 In the first embodiment, the angular acceleration estimated value A ω (n) is calculated using the d-axis command current Id_c (n) by the above formulas (18) and (19). The angular acceleration estimated value A ω (n) may be calculated using the d-axis current Id instead of the command current Id_c.
また、本第1の実施の形態では、上記式(17)のオブザーバによりロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^を更新したが、d軸指令電流Id_c又はd軸電流を用いて算出した角加速度推定値Aω(n)を用いて角速度の推定値ω^を更新すると共に、角速度の推定値ω^を用いてロータ角度の推定値θ^を更新するオブザーバにより、ロータ角度の推定値を更新する場合であれば、本発明の適用が可能である。
In the first embodiment, the estimated value θ ^ of the rotor angle and the estimated value ω ^ of the angular velocity of the
[第2の実施の形態]次に、図6及び図7を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図12に示したDCブラシレスモータの制御装置10(以下、単に制御装置10という)は、図2に示した制御装置40と同様にモータ1の相電流をフィードバック制御するものであり、制御装置40と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The DC brushless motor control device 10 (hereinafter simply referred to as the control device 10) shown in FIG. 12 performs feedback control of the phase current of the
制御装置10においては、ロータ角度の推定方法が制御装置40と相違し、駆動電圧Vfbu及びVfbwにロータ角度推定用の周期信号Vhu及びVhw(本発明の高周波電圧に相当する)を重畳する周期信号重畳部21(本発明の高周波重畳手段に相当する)と、角度推定部25(本発明のロータ角度推定手段、位相差推定値算出手段、及び角加速度推定値算出手段の機能を含む)を備えている。
In the
そして、制御装置10は、第5加算器34と第6加算器36において、周期信号重畳部21により、駆動電圧Vfbuに周期信号Vhuを重畳し、駆動電圧Vfbwに周期信号Vhwを重畳することによって、ロータ角度の推定値θ^を算出する。なお、周期信号Vhu,Vhwは、モータ制御装置10の3制御サイクルを1周期として、1周期で各相の出力電圧の総和がゼロとなるように出力パターンが設定されている。また、周期信号Vhu,Vhwの1周期の長さは2制御サイクル以上であればよい。
Then, the
ここで、周期信号Vhu,Vhwの1周期の長さがn制御サイクルであるときは、ロータ角度θ(実際値)の2倍角に応じた正弦参照値Vs及び余弦参照値とインダクタンス参照値Llmを、以下の式(20)〜式(24)により算出することができる。 Here, when the length of one cycle of the periodic signals Vh u and Vh w is n control cycles, the sine reference value Vs, the cosine reference value, and the inductance reference value corresponding to the double angle of the rotor angle θ (actual value). L lm can be calculated by the following equations (20) to (24).
但し、Vs:正弦参照値、Vc:余弦参照値、Llm:インダクタンス参照値、l:モータの各相の自己インダクタンスの平均値、m:モータの各相間の相互インダクタンスの平均値、dI(i+1)〜dI(i+n)…周期信号Vhu,Vhwの出力電圧の総和がゼロとなる期間中にn個の制御サイクルが含まれる場合の、隣接する制御サイクル間の相電流の1階差分、i:正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmの算出周期の番号。 Where Vs: sine reference value, Vc: cosine reference value, L lm : inductance reference value, l: average value of self-inductance of each phase of motor, m: average value of mutual inductance between each phase of motor, dI (i +1) to dI (i + n) ... of phase currents between adjacent control cycles when n control cycles are included in a period in which the sum of the output voltages of the periodic signals Vh u and Vh w is zero First-order difference, i: number of calculation cycle of sine reference value Vs and cosine reference value Vc and inductance reference value Llm .
但し、θ:モータのロータ角度の実際値。 Where θ is the actual value of the rotor angle of the motor.
但し、j=1,2,…,n、dIu(i+j):U相の相電流の1階差分、dIw(i+j):W相の相電流の1階差分。 Here, j = 1, 2,..., N, dI u (i + j): first-order difference of U-phase phase current, dI w (i + j): first-order difference of W-phase phase current.
但し、Vhuv(i+j):周期信号の出力電圧の総和がゼロとなる期間におけるj番目の制御サイクルのU相とV相の相間電圧、Vhwv(i+j):周期信号の出力電圧の総和がゼロとなる期間におけるj番目の制御サイクルのW相とV相の相間電圧。 Where Vh uv (i + j) is the voltage between the U-phase and V-phase of the j-th control cycle during the period when the sum of the output voltages of the periodic signal is zero, and Vh wv (i + j) is the output of the periodic signal. The interphase voltage between the W phase and the V phase of the jth control cycle in a period in which the sum of the voltages is zero.
以下、図7に示したフローチャートに従って、制御装置10におけるモータ1のロータ角度の推定処理について説明する。制御装置10は、カウンタ変数ptrの初期値を0とし、周期信号重畳部21により駆動電圧Vfbu,Vfbwに周期信号Vhu,Vhwを重畳して、図13のフローチャートを繰り返し実行する。
Hereinafter, the process of estimating the rotor angle of the
角度推定部25は、STEP1でU相電流センサ23とW相電流センサ24により検出される相電流Iu,Iwを取り込み、STEP2で前回の制御サイクルにおける相電流Iu,Iwとの1階差分dIu,dIwを算出して保持する。そして、続くSTEP3でカウンタ変数ptrが1であったときはSTEP4に進んでSTEP4〜STEP6の処理を行い、STEP3でカウンタ変数ptrが1でなかったときにはSTEP7に分岐する。
ここで、カウンタ変数ptrはSTEP12で各制御サイクル毎にインクリメントされ、STEP13でptr=3になったときにSTEP14でクリア(ptr=0)される。そのため、制御サイクルが周期信号Vhu,Vhwの1周期に相当する3制御サイクルが経過する毎にSTEP3でptr=1となって、STEP4〜STEP6の処理が実行される。
Here, the counter variable ptr is incremented for each control cycle in STEP12, and cleared in STEP14 (ptr = 0) when ptr = 3 in STEP13. Therefore, every time three control cycles corresponding to one cycle of the periodic signals Vh u and Vh w elapse, ptr = 1 is set at
角度推定部25は、STEP4で、今回と前回及び前々回の制御サイクルにおけるSTEP2の処理で算出された1階差分dIu,dIwを用いて、正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmを算出する。具体的には、上記式(20)で、nを周期信号Vhu,Vhwの1周期中に含まれる制御サイクルの個数である3に置き換えた以下の式(25)により、角度推定部25は正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmとを算出する。
In
但し、Vs:正弦参照値、Vc:余弦参照値、Llm:インダクタンス参照値、l:モータの各相の自己インダクタンスの平均値、m:モータの角相間の相互インダクタンスの平均値、dI(i+1)〜dI(i+3):ptr=2,0,1となる制御サイクルにおいて算出された相電流の1階差分。 Where Vs: sine reference value, Vc: cosine reference value, L lm : inductance reference value, l: average value of self-inductance of each phase of motor, m: average value of mutual inductance between angular phases of motor, dI (i +1) to dI (i + 3): the first-order difference of the phase currents calculated in the control cycle where ptr = 2, 0, 1.
ここで、上記式(25)により、相電流の1階差分を用いて正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmを算出することによって、相電流の2階差分を用いる場合に比べて、U相電流センサ23及びW相電流センサ24の検出誤差の影響を低減する効果が期待できる。
Here, when the second-order difference of the phase current is used by calculating the sine reference value Vs, the cosine reference value Vc, and the inductance reference value L lm using the first-order difference of the phase current by the above equation (25). In comparison, an effect of reducing the influence of detection errors of the U-phase
そして、角度推定部25は、ロータ角度の実際値θと、dq/3相変換部20及び3相/dq変換部26における変換に用いられたロータ角度の推定値θ^との位相差θeに応じた位相差推定値θE2を、以下の式(26)により算出する。なお、角度推定部25が式(26)によって位相差推定値θE2を算出する構成が、本発明の位相差推定値算出手段に相当する。
The
但し、θE2:位相差推定値、Vs:正弦参照値、Vc:余弦参照値、Llm:インダクタンス参照値、θ:ロータ角度の実際値、θ^:ロータ角度の推定値、l:モータの各相の自己インダクタンスの平均値、m:モータの各相間の相互インダクタンスの平均値、θe:ロータ角度の実際値θと推定値θ^との位相差。 However, θ E2 : phase difference estimated value, Vs: sine reference value, Vc: cosine reference value, L lm : inductance reference value, θ: actual value of rotor angle, θ ^: estimated value of rotor angle, l: motor value Average value of self-inductance of each phase, m: average value of mutual inductance between phases of motor, θ e : phase difference between actual value θ of rotor angle and estimated value θ ^.
上記式(26)により、Vs・cos2θ^−Vc・sin2θ^をインダクタンス参照値Llmで除する正規化処理を行うことによって、位相差θeの正負によるレベルの変動を抑制して、位相差θeに応じて所定範囲内で変化する位相差推定値θE2を算出することができる。そして、角度推定部25は、STEP9において、以下の式(27)のオブザーバによる追従演算によって、ロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^を更新して算出する。
The above equation (26), a normalization process that divides the Vs · cos2θ ^ -Vc · sin2θ ^ inductance reference value L lm, by suppressing the variation in level due to positive and negative phase difference theta e, the phase difference A phase difference estimated value θ E2 that changes within a predetermined range in accordance with θ e can be calculated. Then, in STEP 9, the
但し、θ^(n+1):ロータ角度の推定値の更新値、ω^(n+1):モータの角速度の推定値の更新値、Δt:前回の推定値算出時からの経過時間、θ^(n):前回のロータ角度の推定値、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値、K1,K2:演算ゲイン、θE2(n):位相差推定値、Aω(n):角加速度推定値。 Where θ ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the rotor angle, ω ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the angular velocity of the motor, Δt is the elapsed time since the previous estimated value was calculated, θ ^ (n): Estimated value of previous rotor angle, ω ^ (n): Estimated value of angular velocity of previous motor, K1, K2: Calculation gain, θ E2 (n): Estimated phase difference, A ω ( n): Estimated angular acceleration.
なお、上記式(27)において、位相差推定値θE2にd軸電流に比例したオフセット値を加える補正を行うことで、上記式(27)によりロータ角度の推定値を更新する際のロータ角度の実際値と推定値との位相差の収束点をよりゼロに近い点に移行させることができる。そして、これにより、ロータ角度の推定精度を高めることができる。また、角加速度推定値Aω(n)は、上述した第1の実施の形態と同様に、上記式(17)又は上記式(18)により算出される。 In the above equation (27), by correcting the phase difference estimated value θ E2 by adding an offset value proportional to the d-axis current, the rotor angle when the estimated value of the rotor angle is updated by the above equation (27). The convergence point of the phase difference between the actual value and the estimated value can be shifted to a point closer to zero. Thereby, the estimation accuracy of the rotor angle can be increased. Further, the angular acceleration estimated value A ω (n) is calculated by the above formula (17) or the above formula (18) as in the first embodiment described above.
次に、STEP6で、3相/dq変換部26により算出されるId,Iqが電流フィードバック制御用に保持される。そして、STEP7でカウンタ変数ptrが0となったときに、STEP8に進み、上記式(7),式(8)により、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbqが算出される。また、STEP9で、上記式(27)によりロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^とが更新される。このように、駆動電圧Vfbd,Vfbqの更新とロータ角度の推定値θ^の更新を同じタイミングで行なうことによって、駆動電圧Vfbd,Vfbqを出力する際のロータ角度のずれを排除している。
Next, in
一方、STEP7でptr=0でなかったときにはSTEP10に分岐し、STEP8〜STEP9の処理は実行されない。そのため、d軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbqと、推定角度θ^は、周期信号Vhu,Vhv,Vhwの1周期毎に更新され、周期信号Vhu,Vhv,Vhwの1周期中は、d軸電圧Vfbd及びq軸電圧Vfbdと推定角度θ^は一定に保持される。
On the other hand, if ptr = 0 is not satisfied in
STEP10で、dq/3相変換部20により、d軸電圧Vfbdとq軸電圧Vfbqが、3相駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwに変換され、STEP11で、周期信号重畳部21により3相駆動電圧Vfbu,Vfbv,Vfbwに周期信号Vhu,Vhv,Vhwが重畳されて、パワードライブユニット22に出力される。そして、これにより、パワードライブユニット22からモータ1に3相電圧Vu,Vv,Vwが出力される。そして、続くSTEP12〜STEP15により、上述したカウンタ変数ptrのインクリメント又はクリア処理が行われて、1制御サイクルが終了する。
In
なお、STEP11で、周期信号重畳部21により周期信号Vhu,Vhv,Vhwを重畳する処理が本発明の第1の工程に相当し、STEP4で正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmを算出して、STEP5で位相差推定値θE2を算出する処理が本発明の第2の工程の工程に相当する。また、STEP9で、上記式(27)の角加速度推定値Aω(n)を算出する処理が本発明の第3の工程に相当し、上記式(27)によりロータ角度の推定値θ^を更新(θ^(n)→θ^(n+1))すると共に、モータ1の角速度の推定値ω^を更新(ω^(n)→ω^(n+1))する処理が本発明の第4の工程に相当する。
In STEP 11, the process of superimposing the periodic signals Vh u , Vh v , and Vh w by the periodic
なお、本第2の実施の形態では上記式(20)により正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmを算出したが、正弦参照値Vs及び余弦参照値Vcとインダクタンス参照値Llmの算出式は、周期信号Vhの態様に応じて決定される。 In the second embodiment, the sine reference value Vs, the cosine reference value Vc, and the inductance reference value Llm are calculated by the above equation (20). However, the sine reference value Vs, the cosine reference value Vc, and the inductance reference value L are calculated. The calculation formula of lm is determined according to the mode of the periodic signal Vh.
また、本第2の実施の形態では、上記式(18),式(19)により、d軸指令電流Id_c(n)を用いて角加速度推定値Aω(n)を算出したが、d軸指令電流Id_cに変えてd軸電流Idを用いて角加速度推定値Aω(n)を算出するようにしてもよい。 In the second embodiment, the angular acceleration estimated value A ω (n) is calculated using the d-axis command current Id_c (n) by the above formulas (18) and (19). The angular acceleration estimated value A ω (n) may be calculated using the d-axis current Id instead of the command current Id_c.
また、本第2の実施の形態では、上記式(27)のオブザーバによりロータ角度の推定値θ^とモータ1の角速度の推定値ω^を更新したが、d軸指令電流Id_c又はd軸電流を用いて算出した角加速度推定値Aω(n)を用いて角速度の推定値ω^を更新すると共に、角速度の推定値ω^を用いてロータ角度の推定値θ^を更新するオブザーバにより、ロータ角度の推定値を更新する場合であれば、本発明の適用が可能である。
In the second embodiment, the estimated value θ ^ of the rotor angle and the estimated value ω ^ of the angular velocity of the
また、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態においては、検出電流の1階差分を用いて正弦参照値及び余弦参照値とインダクタンス参照値を算出したが、検出電流の2階差分を用いて正弦参照値及び余弦参照値とインダクタンス参照値を算出する場合にも、本発明の適用が可能である。 In the first embodiment and the second embodiment, the sine reference value, the cosine reference value, and the inductance reference value are calculated using the first-order difference of the detected current. However, the second-order difference of the detected current is calculated. The present invention can also be applied to the case where the sine reference value, cosine reference value, and inductance reference value are calculated using.
また、上記第1の実施の形態及び上記第2の実施の形態において、上記式(17),式(27)により、角加速度推定値Aω(n)を用いて角速度の推定値ω^を更新することによる効果は、モータ1によりエンジン6を回転駆動してエンジン6を始動させる際や、ハイブリッド車両が低速で走行しているときのように、モータ1の回転数が低い場合に特に大きくなる。そこで、モータ1の回転数が所定回転数以下であるときに限定して、角加速度推定値Aω(n)を用いて角速度の推定値ω^を更新するようにしてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the angular velocity estimated value ω ^ is calculated from the angular acceleration estimated value A ω (n) according to the equations (17) and (27). The effect of the update is particularly great when the
1…DCブラシレスモータ、2…ロータ、3…U相の電機子、4…V相の電機子、5…W相の電機子、10…(第1の実施の形態の)モータ制御装置、20…dq/3相変換部、21…(第1の実施の形態の)周期信号重畳部、22…パワードライブユニット、23…U相電流センサ、24…W相電流センサ、25…(第1の実施の形態の)角度推定部、26…3相/dq変換部、27…非干渉演算部、40…(第2の実施の形態の)モータ制御装置、50…(第2の実施の形態の)角度推定部、51…(第2の実施の形態の)周期信号重畳部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記d軸電圧と前記q軸電圧に高周波電圧を重畳する第1の工程と、
前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータのd軸電流とq軸電流の変化に基づいて算出される、前記モータのロータ角度の推定値と実際値との位相差の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する第2の工程と、
前記d軸指令電流又はd軸電流に基づいて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する第3の工程と、
前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新する第4の工程とからなることを特徴とするDCブラシレスモータのロータ角度推定方法。 A DC brushless motor is handled by converting it into an equivalent circuit having a q-axis armature on the q-axis that is the magnetic flux direction of the field of the motor and a d-axis armature on the d-axis orthogonal to the q-axis. Current detecting means for detecting a phase current flowing in the armature of the motor, and d flowing in the d-axis armature based on the phase current detected by the current detecting means and the estimated value of the rotor angle of the motor. Dq current calculation means for calculating a shaft current and a q-axis current flowing in the q-axis armature, and a deviation between a d-axis command current and a d-axis current, which is a command value of a current flowing in the d-axis armature, and The d-axis voltage applied to the d-axis armature at every predetermined control cycle and the q-axis so as to reduce the deviation between the q-axis command current and the q-axis current, which is the command value of the current flowing through the q-axis armature. The q-axis voltage applied to the shaft armature is determined, and the motor The motor control device for performing energization control, a method of estimating a rotor angle of the motor,
A first step of superimposing a high-frequency voltage on the d-axis voltage and the q-axis voltage;
A sine corresponding to a double angle of the phase difference between the estimated value and the actual value of the rotor angle of the motor, which is calculated based on changes in the d-axis current and the q-axis current of the motor when the high-frequency voltage is superimposed. A second step of calculating a phase difference estimated value according to a phase difference between an actual value and an estimated value of the rotor angle of the motor, using at least one of a reference value and a cosine reference value;
A third step of calculating an angular acceleration estimated value corresponding to the angular acceleration of the motor based on the d-axis command current or the d-axis current;
Based on the phase difference estimated value, the previous estimated value of the rotor angle of the motor, and the estimated value of the previous angular velocity of the motor so as to eliminate the phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle of the motor. The estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and the angular velocity of the motor is calculated based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. A rotor angle estimation method for a DC brushless motor, comprising: a fourth step of updating the estimated value of the rotor angle of the motor by an observer that calculates the estimated value while sequentially updating the estimated value.
前記d軸電圧と前記q軸電圧に高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、
前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータのd軸電流とq軸電流の変化に基づく、前記モータのロータ角度の推定値と実際値との位相差の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する位相差推定値算出手段と、
前記d軸指令電流又はd軸電流に基づく前記モータの出力トルクの推定値を用いて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する角加速度推定値算出手段とを備え、
前記ロータ角度推定手段は、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新することを特徴とするDCブラシレスモータの制御装置。 A DC brushless motor is handled by converting it into an equivalent circuit having a q-axis armature on the q-axis that is the magnetic flux direction of the field of the motor and a d-axis armature on the d-axis orthogonal to the q-axis. Current detecting means for detecting a phase current flowing in the armature of the motor, rotor angle estimating means for calculating an estimated value of the rotor angle of the motor, phase current detected by the current detecting means, and rotor of the motor Dq current calculation means for calculating a d-axis current flowing in the d-axis armature and a q-axis current flowing in the q-axis armature based on the estimated value of the angle, and a command for the current flowing in the d-axis armature The deviation between the d-axis command current and the d-axis current, which is a value, and the deviation between the q-axis command current and the q-axis current, which is a command value of the current flowing through the q-axis armature, is reduced every predetermined control cycle. D-axis voltage applied to the d-axis armature and It determines the q-axis voltage applied to the q-axis armature, a control device of a DC brushless motor and a current supply control means for performing energization control of the motor,
High-frequency superimposing means for superimposing a high-frequency voltage on the d-axis voltage and the q-axis voltage;
A sine reference value and a cosine according to the double angle of the phase difference between the estimated value and the actual value of the rotor angle of the motor based on the change of the d-axis current and the q-axis current of the motor when the high-frequency voltage is superimposed. A phase difference estimated value calculating means for calculating a phase difference estimated value corresponding to the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, using at least one of the reference values;
Using an estimated value of the output torque of the motor based on the d-axis command current or the d-axis current, and an angular acceleration estimated value calculating means for calculating an angular acceleration estimated value according to the angular acceleration of the motor,
The rotor angle estimation means is configured to cancel the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, and the estimated value of the rotor angle of the previous motor and the estimated value of the previous motor. Based on the estimated value of the angular velocity, the estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and based on the estimated value of the phase difference, the estimated angular acceleration, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. A controller for a DC brushless motor, wherein the estimated value of the rotor angle of the motor is updated by an observer that calculates the angular velocity of the motor while sequentially updating it.
但し、θ^(n+1):ロータ角度の推定値の更新値、ω^(n+1):モータの角速度の推定値の更新値、Δt:前回の推定値算出時からの経過時間、θ^(n):前回のロータ角度の推定値、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値、K1,K2:演算ゲイン、θE1(n):位相差推定値、Aω(n):角加速度推定値。 3. The control apparatus for a DC brushless motor according to claim 2, wherein the rotor angle estimation means updates the estimated value of the rotor angle of the motor and the angular velocity of the motor by an observer of the following formula (1).
Where θ ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the rotor angle, ω ^ (n + 1) is the updated value of the estimated value of the angular velocity of the motor, Δt is the elapsed time since the previous estimated value was calculated, θ ^ (n): Estimated value of previous rotor angle, ω ^ (n): Estimated value of angular velocity of previous motor, K1, K2: Calculation gain, θ E1 (n): Estimated value of phase difference, A ω ( n): Estimated angular acceleration.
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt(n):モータの出力トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Id_c(n):d軸指令電流、Kt:モータのトルク係数。 4. The control apparatus for a DC brushless motor according to claim 2, wherein the angular acceleration estimation means calculates the estimated angular acceleration value by the following equation (2).
Where A ω (n): Estimated angular acceleration, T t (n): Estimated value of motor output torque, I e : Inertia of motor load, Id_c (n): d-axis command current, K t : Motor Torque coefficient of
但し、Aω(n):角加速度推定値、Tt:モータの出力トルクの推定値、Ft:モータの負荷の摩擦トルクの推定値、Ie:モータの負荷のイナーシャ、Kt:モータのトルク係数、Id_c:d軸指令電流、Kf:モータの負荷の摩擦係数、ω^(n):前回のモータの角速度の推定値。 4. The control apparatus for a DC brushless motor according to claim 2, wherein the angular acceleration estimation means calculates the estimated angular acceleration value by the following equation (3).
Where A ω (n): estimated angular acceleration value, T t : estimated value of motor output torque, F t : estimated value of friction torque of motor load, I e : inertia of motor load, K t : motor Torque coefficient, Id_c: d-axis command current, K f : friction coefficient of motor load, ω ^ (n): estimated value of the previous motor angular velocity.
前記駆動電圧に高周波電圧を重畳する第1の工程と、
前記駆動電圧に前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータの相電流の変化に基づいて算出される、前記モータのロータ角度の実際値の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する第2の工程と、
前記目標電流に基づいて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する第3の工程と、
前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度の推定値を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新する第4の工程とからなることを特徴とするDCブラシレスモータのロータ角度推定方法。 A drive voltage applied to the motor armature of the motor using an estimated value of the rotor angle of the motor at every predetermined control cycle so as to reduce the deviation between the phase current flowing through the armature of the DC brushless motor and the target current. In the motor control device that determines the energization of the motor and determines the rotor angle of the motor,
A first step of superimposing a high frequency voltage on the drive voltage;
Of the sine reference value and cosine reference value according to the double angle of the actual value of the rotor angle of the motor, calculated based on the change in the phase current of the motor when the high-frequency voltage is superimposed on the drive voltage A second step of calculating a phase difference estimated value corresponding to a phase difference between an actual value and an estimated value of the rotor angle of the motor, using at least one of the following:
A third step of calculating an angular acceleration estimated value corresponding to the angular acceleration of the motor based on the target current;
Based on the phase difference estimated value, the previous estimated value of the rotor angle of the motor, and the estimated value of the previous angular velocity of the motor so as to eliminate the phase difference between the actual value and estimated value of the rotor angle of the motor. The estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and the angular velocity of the motor is calculated based on the estimated phase difference value, the estimated angular acceleration value, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. A rotor angle estimation method for a DC brushless motor, comprising: a fourth step of updating the estimated value of the rotor angle of the motor by an observer that calculates the estimated value while sequentially updating the estimated value.
前記駆動電圧に高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、
前記高周波電圧が重畳されたときの前記モータの相電流の変化に基づく、前記モータのロータ角度の実際値の2倍角に応じた正弦参照値及び余弦参照値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差に応じた位相差推定値を算出する位相差推定値算出手段と、
前記目標電流又は相電流に基づく前記モータの出力トルクの推定値を用いて、前記モータの角加速度に応じた角加速度推定値を算出する角加速度推定値算出手段とを備え、
前記ロータ角度推定手段は、前記モータのロータ角度の実際値と推定値との位相差を解消するように、前記位相差推定値と前回の前記モータのロータ角度の推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータのロータ角度の推定値を逐次更新しつつ算出すると共に、前記位相差推定値と前記角加速度推定値と前回の前記モータの角速度の推定値とに基づいて、前記モータの角速度を逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前記モータのロータ角度の推定値を更新することを特徴とするDCブラシレスモータの制御装置。 Current detection means for detecting the phase current flowing in the armature of the DC brushless motor, rotor angle estimation means for calculating an estimated value of the rotor angle of the motor, and detected by the current detection means at every predetermined control cycle An energization control means for controlling energization of the motor by determining a drive voltage to be applied to the armature of the motor using the estimated value of the rotor angle so as to reduce the deviation between the phase current and the predetermined target current In a DC brushless motor control device comprising:
High frequency superimposing means for superimposing a high frequency voltage on the drive voltage;
Before SL based on the change in the phase current of the motor when the high frequency voltage is superimposed, using at least one of the sine reference value and the cosine reference value corresponding to the double angle of the actual value of the rotor angle of the motor Phase difference estimated value calculating means for calculating a phase difference estimated value according to a phase difference between an actual value and an estimated value of the rotor angle of the motor;
Using an estimated value of the output torque of the motor based on the target current or phase current, and an angular acceleration estimated value calculating means for calculating an angular acceleration estimated value corresponding to the angular acceleration of the motor,
The rotor angle estimation means is configured to cancel the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle of the motor, and the estimated value of the rotor angle of the previous motor and the estimated value of the previous motor. Based on the estimated value of the angular velocity, the estimated value of the rotor angle of the motor is calculated while being sequentially updated, and based on the estimated value of the phase difference, the estimated angular acceleration, and the estimated value of the angular velocity of the previous motor. A controller for a DC brushless motor, wherein the estimated value of the rotor angle of the motor is updated by an observer that calculates the angular velocity of the motor while sequentially updating it.
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