JP4766362B2 - Ac同期モータの初期磁極推定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアと回転機を含んだAC同期モータに関し、特に磁極センサを使用せずにACモータの初期磁極推定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
AC同期モータは起動するときに磁極検出器から検出した初期磁極位置の情報が必要であり、検出初期磁極位置の情報を基にしてAC同期モータを制御する。検出初期磁極位置の情報がAC同期モータの実際磁極と最大で±90°ずれた最悪の場合にはトルクが発生しないため、AC同期モータが動かないという問題が生じる。このような理由から、AC同期モータにおいて正確な検出初期磁極位置の情報は重要であり、正確な検出初期磁極位置の情報を得るためにAC同期モータの初期磁極推定方法がいろいろ工夫されている。初期磁極位置と発生トルク(以下、リニアモータの推力もトルクとして示す)との関係を式(1)と図13で示している。
Te= Tm × cosθerror (1)
ここで、Teは発生トルク、Tmはトルクの最大値、θerrorは実際磁極とずれた初期磁極位置である。特願2000−7987の従来技術は、速度制御ループで初期磁極推定を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術は、速度制御ループで初期磁極推定を行っており、位置を制御していないため、推定前の位置と推定後の位置がずれている。また、垂直応用分野の場合、推定中にモータが落下することがある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は初期磁極推定前と推定後で位置ずれを起こさないようにし、たとえ垂直応用分野の場合でも推定中にモータが落下しないAC同期モータの初期磁極推定装置を提供することにある。さらに1)誤差が電気角±7°以内で初期磁極推定が出来ること、2)トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができること、3)垂直力(重力)がある垂直軸応用分野でも磁極推定ができること、4)モータの動く範囲を最小限に押さえることができる(例えば、水平軸応用分野におけるモータの動く範囲は機械角12°以内で回転モータの1/30回転に相当、垂直軸応用分野におけるモータの動きはほぼ停止状態)ようにする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため本発明は、AC同期モータを駆動するPWM電力変換手段と、前記AC同期モータの3相電流を検出する3相電流検出手段と、前記AC同期モータの位置を検出する位置検出手段と、3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲートパルスを演算するPWMゲートパルス演算手段と、前記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記PWM電力変換手段と、前記AC同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として2周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第1周期の場合にq軸制御モードを行うように、第2周期の場合にd軸制御モードを行うように選択するdq制御モードスイッチと、
前記q軸制御モードを選択した場合にq軸指令電流には前記指令トルクを入力し、d軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはq軸メモリに一定量のq軸指令電流を記憶するq軸指令記憶手段と、
前記d軸制御モードを選択した場合に前記q軸指令電流にはゼロを入力し、前記d軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記q軸メモリから呼び出した瞬時q軸呼び出し指令電流と瞬時d軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記q軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を90°または−90°とし、前記d軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を0°として最初から初期磁極推定をやり直すものである。
また、請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置において、前記q軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大q軸指令電流を計算する最大q軸指令電流演算手段と、前記最大q軸指令電流を最大q軸メモリに記憶する最大q軸指令記憶手段と、前記d軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大d軸指令電流を計算する最大d軸指令電流演算手段と、最大q軸メモリから呼び出した最大q軸呼び出し指令電流と前記最大d軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算したものである。
また、請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置において、前記位置指令単調増加区間の代わりに、位置指令単調減少区間を利用したものである。
また、請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置において、 前記位置指令の第1周期目のq軸制御モードと第2周期目のd軸制御モードとの切り換えを行うときに速度ゲインクリア手段で前記速度ゲインの積分項を一時的にクリアしたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図1は本発明の実施例の形態に係るdq電流制御(ベクトル電流制御)によるAC同期モータの電流制御ブロック図である。 図2、3は本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関する図である。
図4、5、6は本発明の実施例の形態に係る位置指令用2周期の有限繰り返し波形に関する図である。図4は三角波形の位置指令パターン(水平軸応用分野に適用)、5はS字型波形の位置指令パターン(水平軸応用分野に適用)、図6はゼロ型波形の位置指令パターン(垂直軸応用分野のみに適用)である。
図7は図2、3に示す初期磁極推定ブロック図におけるdqモードスイッチに関する図である。図8、9、10、11は本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。図8、9は瞬時推定初期磁極,平均推定初期磁極,フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャート、図10、11は最大q軸指令電流と最大d軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。図12はPWMインバータにおいて、PWMゲートパルス発生器に関する制御ブロック図である。
図1において、AC同期モータ11は磁極位置センサを持たないAC回転モータまたはACリニアモータである。
本発明の実施の形態は、図1に示すAC同期モータのdq電流制御上で、図2、3に示す初期磁極推定方法を行うものである。AC同期モータのdq電流制御は、図1中のAC同期モータ11を除く構成である。即ち、PWM電力変換手段12でAC同期モータ11を駆動し、3相電流検出器13でAC同期モータの3相電流を検出し、位置検出手段14の検出位置を用いて電気角を計算し、電気角の情報から3相/2相座標変換計算手段15で3相検出電流から2相検出電流への3相/2相座標変換を行う。検出速度演算手段31で検出位置を用いて検出速度ωの演算を行う。2相指令電流から2相検出電流を差し引いて電流誤差を計算し、電流比例積分制御部17で電流誤差に第1の比例積分ゲインを掛けて2相指令電圧を計算し、電気角の情報から2相/3相座標変換計算手段18で2相指令電圧から3相指令電圧への2相/3相座標変換を行う。PWMゲートパルス演算手段で3相指令電圧と搬送波19を比較してPWMゲートパルスを演算して、PWMゲートパルスを前記PWM電力変換手段12に入力して直流電圧20を任意の交流電圧に変換することを備える。
次に、図2、3のブロック図と図8、9、10、11のフローチャートは本発明の初期磁極推定方法を示す図である。一例として、位置指令波形生成手段101で生成された波形として2周期のS字型波形を持つ位置指令パターンを用いて下記のようにAC同期モータの初期磁極推定処理を説明する。
まず、図5に示す2周期のS字型波形の位置指令パターンを第1周期目はt10〜t20の区間、第2周期目はt20〜t30 の区間に分けて、t10〜t11 とt16〜t21 とt26〜t30は位置指令ゼロ区間、t11〜t12 とt13〜t14 とt15〜t16 とt21〜t22 とt23〜t24 とt25〜t26 は位置指令2次曲線増加・減少区間、t12〜t13 とt14〜t15 とt22〜t23 とt24〜t25 は位置指令単調増加・減少区間を表す。
dqモード判断手段102により位置指令が第1周期目(q軸制御モード)か第2周期目(d軸制御モード)かの判断を行い、第1周期目になった場合はq軸制御モードへ、第2周期目になった場合はd軸制御モードへの切り替えをdqモードスイッチ103で行う。q軸指令電流からd軸指令電流への瞬時切り換えが、位置指令2次曲線増加・減少区間及び位置指令単調増加・減少区間(位置指令ゼロ区間の以外)で行った場合、速度積分項による異常現象が起こるため、t16とt21の真中であるt20でdqモードスイッチを作動、切り換わるように設定する。
q軸制御モードの場合、位置指令パターンにおける第1周期目の位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算し、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算して、その指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算し、その速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算して、その指令トルクをdqモードスイッチの切り換えでq軸指令電流として入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する。
d軸制御モードの場合、位置指令パターンにおける第2周期目の位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算し、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算して、その指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算し、その速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算して、その指令トルクをdqモードスイッチの切り換えでd軸指令電流として入力し、q軸指令電流にはゼロを入力する。
q軸制御モードでは、位置指令が単調増加であるt12 〜t13の区間で、q軸メモリ記憶手段106によりq軸指令電流Iq[0] 〜Iq[n-1]をコントローラのq軸メモリに記憶する。
その後、d軸制御モードに切り換えた場合、位置指令が単調増加であるt22 〜t23の 区間での瞬時d軸指令電流Id*[0]〜Id*[n-1]とq軸メモリ呼び出し手段109によりq軸メモリから呼び出した瞬時q軸呼び出し指令電流Iq call*[0]〜Iq call*[n-1]の情報から瞬時推定初期磁極演算手段1101で式(2)を用いて、瞬時推定初期磁極θest instant[k]の演算を行う。
θest instant[k] = tan-1(Iq call*[k]/Id*[k]) (2)
ここで、θest instant[k]は瞬時推定初期磁極、Iq call*[k]はk時点のq軸呼び出し指令電流、Id*[k]はk時点のd軸指令電流、kは0〜[n-1]の定数である。
また、推定誤差が大きくなるのを防ぐために、下記の条件では瞬時推定初期磁極を±90度、又は0度にする。
Iq call*[k] ≧ Ilimitの場合、 θest instant[k] = ±90° (3)
Id*[k] ≧ Ilimitの場合、 θest instant[k] = 0° (4)
但し、Ilimit は電流指令制限値。
求めた瞬時推定初期磁極θest instant[k]から平均推定初期磁極演算手段1102により、次の式(5)で平均推定初期磁極θest ave の演算を行う。
θest ave = Σ(θest instant[k])/n (5)
但し、θest ave は平均推定初期磁極、n はデータ数。
次に、瞬時推定初期磁極θest instant[k]からローパスフィルタ関数の式(6)を用いて、ローパスフィルタ推定初期磁極演算手段1103によるフィルタ推定初期磁極θest filter の演算を行う。
θest filter = LOWFILTER(θest instant[k]) (6)
但し、θest filter はフィルタ初期磁極、LOWFILTER はローパスフィルタ関数。
最後に、演算した瞬時推定初期磁極の最終値θest instant[n-1]と平均推定初期磁極θest ave とフィルタ推定初期磁極θest filter の中から、どの推定初期磁極を選択するかを推定初期磁極オプションスイッチ1104で決定する。選択した任意推定初期磁極θest aux を補正初期磁極演算手段111によりデフォルト初期磁極位置(現在設定の初期磁極位置)θ0に加えて、補正初期磁極θcomp の演算を式(7)で行う。
θcomp = θ0 + θest aux (7)
ここで、θcomp は補正初期磁極、θ0 はデフォルト初期磁極位置、θest aux は任意推定初期磁極。
上記で述べた初期磁極推定は下記に示す手順で行う。
・S100:デフォルト初期磁極位置(任意設定の現在初期磁極位置)をゼロに設定し、位置指令波形生成手段により発生させたS字型波形を位置指令パターンとして入力する。S101へ進む。
・S101:位置誤差演算手段により、位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算する。S102へ進む。
・S102:位置比例制御により、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算する。S103へ進む。
・S103:速度誤差演算手段により、指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算する。S104へ進む。
・S104:速度比例積分制御により、速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算する。但し、dqモードスイッチでq軸制御モードからd軸制御モードへの切り替えが起きた瞬間には速度ゲインの積分項をクリアする。S105へ進む。
・S105:位置指令パターンが第1周期目か第2周期目かの判断を行う。その判断結果により、dqモードスイッチでq軸制御モードまたはd軸制御モードへの切り替えを行う。q軸制御モードの場合はS106へ、d軸制御モードの場合はS109へ進む。
・S106:指令トルクをq軸指令電流に入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する。S107へ進む。
・S107:位置指令単調増加判断手段が第1周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、S108へ進む。そうでない場合は、S101へ進む。
・S108:q軸指令電流記憶手段によりq軸指令電流Iq*をq軸メモリに記憶する。S101へ進む。
・S109:指令トルクをd軸指令電流に入力し、q軸指令電流にはゼロを入力する。S110へ進む。
・S110:位置指令単調増加判断手段が第2周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、S111へ進む。そうでない場合は、S101へ進む。
・S111:q軸メモリから呼び出した瞬時q軸呼び出し指令電流Iq call*[0]〜Iq call*[n-1]と瞬時d軸指令電流Id*[0]〜Id*[n-1]の情報を得る。S112へ進む。
・S112:瞬時q軸呼び出し指令電流と瞬時d軸指令電流の情報から、瞬時推定初期磁極演算手段により瞬時推定初期磁極θest instant[k]の演算を行う。S113,S114,S115へ進む。
・S113:瞬時推定磁極θest instant[k]から平均推定初期磁極演算手段により、平均推定初期磁極θest aveの演算を行う。S115へ進む。
・S114:瞬時推定磁極θest instant[k]からローパスフィルタ関数によりローパスフィルタ関数でフィルタ推定初期磁極θest filterの演算を行う。S115へ進む。
・S115:位置指令がすべて終了したか判断して、終わっていればS116へ、終わっていなければS101へ行く。
・S116:推定磁極オプションスイッチで、瞬時推定初期磁極の最終値θest instant[n-1]と平均推定初期磁極θest ave とフィルタ推定初期磁極θest filterの中から出力する任意推定初期磁極θest auxを選択する。S117,S118,S119のいづれかへ進む。
・S117:瞬時推定初期磁極θest instantの最終値を任意推定初期磁極θest
auxとする。S120へ進む。
・S118:平均推定初期磁極θest aveを任意推定初期磁極θest auxとする。S120へ進む。
・S119:フィルタ推定初期磁極θest filterを任意推定初期磁極θest auxとする。S120へ進む。
・S120:任意推定初期磁極θest auxをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極θcompを演算する。
初期磁極推定演算のもう一つは、請求項2で記述した通りに、位置指令単調増加判断手段が第1周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、最大q軸指令電流演算手段によりq軸メモリに最大q軸指令電流Iq max* を記憶する。その後、位置指令単調増加判断手段が第2周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、q軸メモリから呼び出した最大q軸呼び出し指令電流Iq call max* と最大d軸指令電流演算手段で求めた最大d軸指令電流Id max* の情報をから、最大電流推定初期磁極演算手段で式(9)により最大電流推定初期磁極θest currentmaxの演算を行う。
Iq max* = MAX(Iq*[k]) (7)
Id max* = MAX(Id*[k]) (8)
θest currentmax = tan-1(Iq call max*/Id max*) (9)
但し、Iq max* はq軸制御モード時の最大q軸指令電流、Id max* はd軸制御モード時の最大d軸指令電流。
また、推定誤差が大きくなることを防ぐために、下記の条件では最大電流推定初期磁極を±90°または0°にする。
Iq call max* ≧ Ilimit の場合、θest currentmax = ±90°(10)
Id max* ≦ Ilimit の場合、θest currentmax = 0° (11)
但し、Ilimitは任意指令電流制限値である。
最後に、演算した最大電流推定初期磁極θest currentmax を任意推定初期磁極θest aux として補正初期磁極演算手段110によりデフォルト初期磁極位置(現在設定の初期磁極位置)θ0 に加えて、補正初期磁極θcomp の演算を式(12)で行う。
θest aux =θest currentmax (12)
上記で述べた最大電流初期磁極推定の演算手段は下記に示す手順で行う。
・S200:デフォルト初期磁極位置(任意設定の現在初期磁極位置)はゼロに設定し、位置指令波形生成手段により発生させたS字型波形を位置指令パターンとして入力する。S201へ進む。
・S201:位置誤差演算手段により,位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算する。S202へ進む。
・S202:位置比例制御により、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算する。S203へ進む。
・S203:速度誤差演算手段により、指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算する。S204へ進む。
・S204:速度比例積分制御により、速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算する。但し、dqモードスイッチでq軸制御モードからd軸制御モードへの切り替えが起きた瞬間には速度ゲインの積分項をクリアする。S205へ進む。
・S205:位置指令パターンが第1周期目か第2周期目かの判断を行う。その判断結果により、dqモードスイッチでq軸制御モードまたはd軸制御モードへの切り替えを行う。q軸制御モードの場合はS206へ、d軸制御モードの場合はS210へ移行する。
・S206:指令トルクをq軸指令電流に入力し、d軸指令電流にはゼロを入力する。S207へ進む。
・S207:位置指令単調増加判断手段が第1周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、S208へ進む。
・S208:最大q軸指令電流演算手段によりq軸指令電流が最大がどうか判断する。最大ならば、S209へ進む。そうでなければ、S201へ進む。
・S209:q軸指令電流記憶手段により最大q軸指令電流Iq max* をq軸メモリに記憶する。S201へ進む。
・S210:指令トルクをd軸指令電流に入力し、q軸指令電流にはゼロを入力する。S211へ進む。
・S211:位置指令単調増加判断手段が第2周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、S212へ進む。そうでない場合は、S201へ進む。
・S212:最大d軸指令電流演算手段によりd軸指令電流が最大かどうか判断する。最大ならば、S213へ進む。そうでなければ、S201へ進む。
・S213:q軸メモリから呼び出した最大q軸呼び出し指令電流Iq call max*とS212より最大d軸指令電流Id max*を得る。S214へ進む。
・S214:最大q軸呼び出し指令電流と最大d軸指令電流の情報から、最大電流推定初期磁極演算手段により最大電流推定初期磁極θest currentmaxの演算を行う。S215へ進む。
・S215:位置指令がすべて終了したか判断して、終わっていればS216へ、終わっていなければS201へ行く。
・S216:最大電流推定初期磁極θest currentmaxを任意推定磁極θest auxとする。S217へ進む。
・S217:任意推定磁極θest auxをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極θcompを演算する。
【0006】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、AC同期モータを駆動するPWM電力変換手段と、前記AC同期モータの3相電流を検出する3相電流検出手段と、前記AC同期モータの位置を検出する位置検出手段と、3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲートパルスを演算するPWMゲートパルス演算手段と、前記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記PWM電力変換手段と、前記AC同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として2周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第1周期の場合にq軸制御モードを行うように、第2周期の場合にd軸制御モードを行うように選択するdq制御モードスイッチと、
前記q軸制御モードを選択した場合にq軸指令電流には前記指令トルクを入力し、d軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはq軸メモリに一定量のq軸指令電流を記憶するq軸指令記憶手段と、
前記d軸制御モードを選択した場合に前記q軸指令電流にはゼロを入力し、前記d軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記q軸メモリから呼び出した瞬時q軸呼び出し指令電流と瞬時d軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記q軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を90°または−90°とし、前記d軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を0°として最初から初期磁極推定をやり直すので、推定前と推定後でモータの位置がずれることがなくなり、垂直応用分野でも推定中にモータが落下することがなくなる。さらに1)誤差が電気角±7°以内で初期磁極推定が出来ること、2)トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができること、3)垂直力(重力)がある垂直軸応用分野でも磁極推定ができること、4)モータの動く範囲を最小限に押さえることができる(例えば、水平軸応用分野におけるモータの動く範囲は機械角12°以内で回転モータの1/30回転に相当、垂直軸応用分野におけるモータの動きはほぼ停止状態)という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の形態に係るdq電流制御(ベクトル電流制御)によるAC同期モータの電流制御ブロック図。
【図2】本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関する図。
【図3】本発明の実施例の形態に係るAC同期モータの初期磁極推定方法に関する図。
【図4】三角波形の位置指令パターン(水平軸応用分野に適用)図。
【図5】S字型波形の位置指令パターン(水平軸応用分野に適用)図。
【図6】ゼロ型波形の位置指令パターン(垂直軸応用分野のみに適用)図。
【図7】図2、3に示す初期磁極推定ブロック図のdqモードスイッチに関する図。
【図8】瞬時推定初期磁極,平均推定初期磁極,フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャートである。
【図9】瞬時推定初期磁極,平均推定初期磁極,フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャートである。
【図10】最大q軸指令電流と最大d軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。
【図11】最大q軸指令電流と最大d軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。
【図12】PWMゲートパルス発生器に関する制御ブロック図。
【図13】AC同期モータの発生トルクTeとずれ磁極位相との関係を示す図。
【符号の説明】
* 指令を表す添字
fb 検出を表す添字
d−q 2相座標系
a−b−c 3相座標系
Vt 搬送波電圧
Vdc PWMインバータの直流電圧
Vq*,Vd* 2相座標におけるd軸とq軸の指令電圧
Va*,Vb*,Vc* 3相座標におけるa軸、b軸、c軸の指令電圧
Va,Vb,Vc 3相座標におけるa軸、b軸、c軸のインバータの出力電圧T* 指令トルク
Tm, Te, Tloss トルクの最大値、発生トルク、トルク損失
Iq*,Id* 2相座標におけるd軸とq軸の指令電流
Iq call*[k],Id*[k] 2相座標におけるk時点での瞬時q軸呼び出し指令電流とd軸指令電流
Iq call max*, Id max* 2相座標における最大q軸呼び出し指令電流と最大d軸指令電流
Iq,Id 2相座標におけるd軸とq軸の実際電流
Ia,Ib,Ic 3相座標におけるa軸、b軸、c軸の実際電流
Iafd,Ibfd,Icfd 3相座標におけるa軸、b軸、c軸のフィードバック(検出)電流
ΔIq,ΔId 2相座標におけるq軸とd軸の電流誤差
θerror ずれ磁極位相(初期磁極誤差)
θ0 デフォルト初期磁極位置(任意設定の現在初期磁極位置)
θest aux, θest currentmax 任意推定初期磁極、最大電流推定初期磁極
θcomp 補正初期磁極
θest instant, θest ave, θest filter 瞬時推定磁極、平均推定磁極、フィルタ推定磁極
ω*, ω 指令速度と検出速度
Δω 速度誤差
LOWFILTER ローパスフィルタ関数
PWM INVERTER PWMインバータ
Gau, Gbu, Gcu, Gad, Gbd, Gcd PWMインバータのゲート6パルス
1 本発明の初期磁極推定方法
11 AC同期モータ(回転モータとリニアモータ)
12 PWM電力変換手段
13 三相交流電流センサ(CT)
14 磁極と位置センサ(ポールセンサなしのインクリメンタルエンコーダ)
15 3/2座標変換計算手段
16 減算器
17 2相座標での電流比例積分制御部
18 2/3座標変換計算手段
19 三角搬送波
20 直流電源装置
31 検出速度演算手段
32 減算器
33 速度比例積分制御部
101 位置指令波形生成手段
102 dqモード・dqモード瞬時切り替え判断手段
103 dqモードスイッチ
104 q時制御モード(q軸指令電流←指令トルク、d軸指令電流←0)
105 q軸制御モード時における位置指令単調増加区間の判断手段
106 q軸メモリ記憶手段
107 d時制御モード(q軸指令電流←0、d軸指令電流←指令トルク)
108 d軸制御モード時における位置指令単調増加区間の判断手段
109 q軸メモリ呼び出し手段
110 推定初期磁極演算手段
111 補正初期磁極手段
112 速度ゲインの積分クリア手段
113 デフォルト初期磁極設定手段
1101 瞬時初期磁極演算手段
1102 平均推定初期磁極演算手段
1103 ローパスフィルタ推定初期磁極演算手段
1104 推定初期磁極オプションスイッチ
201 PWMゲートパルス発生器
Claims (4)
- AC同期モータを駆動するPWM電力変換手段と、前記AC同期モータの3相電流を検出する3相電流検出手段と、前記AC同期モータの位置を検出する位置検出手段と、3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲートパルスを演算するPWMゲートパルス演算手段と、前記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記PWM電力変換手段と、前記AC同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたAC同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として2周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第1周期の場合にq軸制御モードを行うように、第2周期の場合にd軸制御モードを行うように選択するdq制御モードスイッチと、
前記q軸制御モードを選択した場合にq軸指令電流には前記指令トルクを入力し、d軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはq軸メモリに一定量のq軸指令電流を記憶するq軸指令記憶手段と、
前記d軸制御モードを選択した場合に前記q軸指令電流にはゼロを入力し、前記d軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記q軸メモリから呼び出した瞬時q軸呼び出し指令電流と瞬時d軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記q軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を90°または−90°とし、前記d軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を0°として最初から初期磁極推定をやり直すAC同期モータの初期磁極推定装置。 - 前記q軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大q軸指令電流を計算する最大q軸指令電流演算手段と、前記最大q軸指令電流を最大q軸メモリに記憶する最大q軸指令記憶手段と、前記d軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大d軸指令電流を計算する最大d軸指令電流演算手段と、最大q軸メモリから呼び出した最大q軸呼び出し指令電流と前記最大d軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記位置指令単調増加区間の代わりに、位置指令単調減少区間を利用する請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
- 前記位置指令の第1周期目のq軸制御モードと第2周期目のd軸制御モードとの切り換えを行うときに速度ゲインクリア手段で前記速度ゲインの積分項を一時的にクリアする請求項1記載のAC同期モータの初期磁極推定装置。
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