JP4972135B2 - Motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、モータの動作を制御するためのモータ制御装置に関する。また、このモータ制御装置を有するモータ駆動システムに関する。   The present invention relates to a motor control device for controlling the operation of a motor. Moreover, it is related with the motor drive system which has this motor control apparatus.

従来より、回転子位置センサを用いることなくモータの回転子位置を推定し、この推定した回転子位置に基づいてモータを制御するモータ制御装置(位置センサレス制御装置)が開発されている。図21に、この種のモータ制御装置103のブロック図の一例を示す。図21に示す構成では、モータのベクトル制御における、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とし、q軸に対応する制御上の推定軸をδ軸としている。図23に、d軸、q軸、γ軸及びδ軸の関係を示す。図23におけるEexは、一般的に拡張誘起電圧と呼ばれる電圧ベクトルである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a motor control device (position sensorless control device) that estimates the rotor position of a motor without using a rotor position sensor and controls the motor based on the estimated rotor position has been developed. FIG. 21 shows an example of a block diagram of this type of motor control device 103. In the configuration shown in FIG. 21, in the motor vector control, the estimated control axis corresponding to the d axis is the γ axis, and the estimated control axis corresponding to the q axis is the δ axis. FIG. 23 shows the relationship among the d-axis, q-axis, γ-axis, and δ-axis. E ex in FIG. 23 is a voltage vector generally called an extended induced voltage.

電流検出器11は、PWMインバータ2から突極機のモータ1に供給されるモータ電流のU相電流iu及びV相電流ivを検出する。座標変換器12は、U相電流iu及びV相電流ivをγ軸電流iγ及びδ軸電流iδに変換する。位置・速度推定器120(以下、単に「推定器120」という)は、推定回転子位置θe及び推定モータ速度ωeを推定して出力する。 Current detector 11 detects a motor current supplied from the PWM inverter 2 to the motor 1 of the salient machine U-phase current i u and the V-phase current i v. Coordinate converter 12 converts the U-phase current i u and the V-phase current i v in γ axis current iγ and δ-axis current i?. A position / speed estimator 120 (hereinafter simply referred to as “estimator 120”) estimates and outputs an estimated rotor position θ e and an estimated motor speed ω e .

減算器19は、推定器120から与えられる推定モータ速度ωeを、モータ速度指令値ω*から減算し、その減算結果を出力する。速度制御部17は、減算器19の減算結果(ω*−ωe)に基づいて、δ軸電流iδが追従すべきδ軸電流指令値iδ*を作成する。磁束制御部116は、δ軸電流指令値iδ*等に基づいてγ軸電流iγが追従すべきγ軸電流指令値iγ*を出力する。電流制御部15は、減算器13及び14を介して与えられる電流誤差(iγ*−iγ)及び電流誤差(iδ*−iδ)が双方ゼロに収束するように、γ軸電圧指令値vγ*とδ軸電圧指令値vδ*を出力する。 The subtracter 19 subtracts the estimated motor speed ω e given from the estimator 120 from the motor speed command value ω * and outputs the subtraction result. Based on the subtraction result (ω * −ω e ) of the subtracter 19, the speed control unit 17 creates a δ-axis current command value iδ * that the δ-axis current iδ should follow. The magnetic flux controller 116 outputs a γ-axis current command value iγ * that the γ-axis current iγ should follow based on the δ-axis current command value iδ * and the like. Current controller 15, so that the current error provided via subtracter 13, and 14 (i? * - i?) And current error (i? * - i?) Converge to both zero, the γ-axis voltage value v? * The δ-axis voltage command value vδ * is output.

座標変換器18は、推定器120から与えられる推定回転子位置θeに基づいて、γ軸電圧指令値vγ*及びδ軸電圧指令値vδ*の逆変換を行い、U相電圧指令値vu *、V相電圧指令値vv *及びW相電圧指令値vw *から成る三相の電圧指令値を作成して、それらをPWMインバータ2に出力する。PWMインバータ2は、その三相の電圧指令値(vu *、vv *及びvw *)に基づいてパルス幅変調された信号を作成し、該三相の電圧指令値に応じたモータ電流をモータ1に供給してモータ1を駆動する。 The coordinate converter 18 performs reverse conversion of the γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value vδ * on the basis of the estimated rotor position θ e given from the estimator 120, and the U-phase voltage command value v u. * , Three-phase voltage command values composed of a V-phase voltage command value v v * and a W-phase voltage command value v w * are created and output to the PWM inverter 2. The PWM inverter 2 creates a pulse-width-modulated signal based on the three-phase voltage command values (v u * , v v *, and v w * ), and the motor current corresponding to the three-phase voltage command value. Is supplied to the motor 1 to drive the motor 1.

図22に、推定器120の内部構成を示す。推定部120は、軸誤差推定部130と、比例積分演算器131と、積分器132と、を有して構成される。軸誤差推定部130は、d軸とγ軸との間の軸誤差Δθを推定する。軸誤差推定部130は、例えば、下記式(1)を用いて軸誤差Δθを算出する。ここで、Ld及びLqは、夫々モータ1のd軸インダクタンス及びq軸インダクタンスであり、Raはモータ1のモータ抵抗である。また、sは、ラプラス演算子である。回転子位置を推定するための様々な手法が提案されているが、下記式(1)のように、推定用の算出式において、モータのq軸インダクタンスの値が演算用パラメータとして用いられる場合が多い。 FIG. 22 shows the internal configuration of the estimator 120. The estimation unit 120 includes an axis error estimation unit 130, a proportional integration calculator 131, and an integrator 132. The axis error estimation unit 130 estimates an axis error Δθ between the d axis and the γ axis. The axis error estimation unit 130 calculates the axis error Δθ using, for example, the following formula (1). Here, L d and L q are a d-axis inductance and a q-axis inductance of the motor 1, respectively, and R a is a motor resistance of the motor 1. S is a Laplace operator. Various methods for estimating the rotor position have been proposed. In the estimation calculation formula, the value of the q-axis inductance of the motor may be used as a calculation parameter as shown in the following formula (1). Many.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

上記式(1)は、下記特許文献1にも示されている軸誤差Δθの算出式である。尚、下記特許文献1ではd軸を基準としたd軸とγ軸(dc軸)との差をΔθとしているが、本明細書ではγ軸を基準としたd軸とγ軸(dc軸)との差をΔθと扱うようにしているため、下記特許文献1における軸誤差Δθの算出式と式(1)とでは、符号が逆になっている。また、式(1)において、Eexγ及びEexδは、それぞれ、拡張誘起電圧Eexのγ軸成分及びδ軸成分を表している。 The above formula (1) is a formula for calculating the axis error Δθ also shown in Patent Document 1 below. In Patent Document 1 below, the difference between the d axis and the γ axis (dc axis) with respect to the d axis is Δθ, but in this specification, the d axis and the γ axis (dc axis) with the γ axis as a reference. Is treated as Δθ, the sign of the calculation formula of the axis error Δθ and the formula (1) in Patent Document 1 below are reversed. In Expression (1), E ex γ and E ex δ represent the γ-axis component and the δ-axis component of the expansion induced voltage E ex , respectively.

比例積分演算器131は、PLL(Phase Locked Loop)を実現すべく、モータ制御装置103を構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、軸誤差推定部130が算出した軸誤差Δθがゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器132は、比例積分演算器131から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器131が出力する推定モータ速度ωeと積分器132が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器120の出力値として、その値を必要とするモータ制御装置103の各部位に与えられる。 The proportional-plus-integral calculator 131 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 103 to realize a PLL (Phase Locked Loop), and the axis error Δθ calculated by the axis error estimating unit 130. The estimated motor speed ω e is calculated so that the value converges to zero. The integrator 132 integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 131 to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional-plus-integral calculator 131 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 132 are both output values of the estimator 120 and each part of the motor control device 103 that requires the values. Given to.

このようにモータ制御装置103を構成することにより、d軸とγ軸との間の軸誤差Δθはゼロに収束することになり、安定したモータ制御が可能となる。尚、軸誤差Δθがゼロに維持されている場合、d軸電流idはγ軸電流指令値iγ*に追従し、q軸電流iqはδ軸電流指令値iδ*に追従することになる。 By configuring the motor control device 103 in this way, the axis error Δθ between the d-axis and the γ-axis converges to zero, and stable motor control becomes possible. When the axis error Δθ is maintained at zero, the d-axis current i d follows the γ-axis current command value iγ * , and the q-axis current i q follows the δ-axis current command value iδ *. .

ところで、リラクタンストルクを利用した最大トルク制御を行うためのd軸電流idの算出式は広く知られており、上記のように構成されたモータ制御装置103において、最大トルク制御を行う場合、磁束制御部116は、下記式(2)に基づいてγ軸電流指令値iγ*を算出する。ここで、Φaは永久磁石による電機子鎖交磁束である。 By the way, the calculation formula of the d-axis current i d for performing the maximum torque control using the reluctance torque is widely known. In the motor control device 103 configured as described above, when performing the maximum torque control, the magnetic flux The control unit 116 calculates the γ-axis current command value iγ * based on the following formula (2). Here, Φ a is an armature interlinkage magnetic flux by a permanent magnet.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

また、下記特許文献2には、モータ電流の大きさが最小になるようにモータ電流の位相を調整する位置センサレス制御方法が開示されている。   Patent Document 2 below discloses a position sensorless control method for adjusting the phase of the motor current so that the magnitude of the motor current is minimized.

また、下記非特許文献1には、回転子位置の推定に用いる演算用パラメータの誤差と位置推定誤差(軸誤差)との関係が開示されている。また、高周波電圧や高周波電流の注入を利用したモータ制御技術が、下記特許文献3、4、5及び6に記載されている。また、低速用センサレス制御と高速用センサレス制御との切替えに関する技術が、下記特許文献7に記載されている。
特許第3411878号公報 特開2003−309992号公報 森本茂雄、他2名、「推定位置誤差情報を利用したIPMSMの位置・センサレス制御」、T.IEE(電学論D)、平成14年、第122巻、第7号、p.722−729 特許第3312472号公報 特開2003−219682号公報 特開2002−51597号公報 特開2003−153582号公報 特開平10−94298号公報
Non-Patent Document 1 below discloses the relationship between an error in a calculation parameter used for estimating a rotor position and a position estimation error (axis error). Further, motor control techniques using high-frequency voltage or high-frequency current injection are described in Patent Documents 3, 4, 5, and 6 below. Further, a technique related to switching between low-speed sensorless control and high-speed sensorless control is described in Patent Document 7 below.
Japanese Patent No. 3411878 JP 2003-309992 A Shigeo Morimoto and 2 others, “IPMSM Position / Sensorless Control Using Estimated Position Error Information”, T.IEE (Electronics D), 2002, Vol. 122, No. 7, p. 722-729 Japanese Patent No. 3312472 JP 2003-219682 A JP 2002-51597 A JP 2003-153582 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-94298

上記式(2)を用いて最大トルク制御を実現するためには、前提として、軸誤差Δθがゼロに維持されている必要がある。一方において、上記式(1)を用いた軸誤差Δθの算出には、演算用パラメータ(モータパラメータ)として、q軸インダクタンスLqの値が必要となる。従って、従来は、最大トルク制御を行うためにモータ1の実際のq軸インダクタンスLqの値を調べ、その実際のq軸インダクタンスLqの値をそのまま用いて軸誤差Δθ(ひいては推定回転子位置θe)を求めるようにしていた。 In order to realize the maximum torque control using the above equation (2), the axis error Δθ needs to be maintained at zero as a premise. On the other hand, the calculation of the axis error Δθ using the above equation (1) requires the value of the q-axis inductance L q as a calculation parameter (motor parameter). Therefore, conventionally, in order to perform the maximum torque control, the value of the actual q-axis inductance L q of the motor 1 is examined, and the value of the actual q-axis inductance L q is used as it is to determine the axis error Δθ (and thus the estimated rotor position). θ e ) was obtained.

また、リラクタンストルクを利用した最大トルク制御等による高効率運転を行うためには、上記式(2)からも分かるように、q軸電流iqに応じたd軸電流idをモータに流す必要がある。このため、そのような高効率運転を行うためには、γ軸電流指令値iγ*を逐次計算する必要があった。 In order to perform high-efficiency operation such as maximum torque control using reluctance torque, it is necessary to flow a d-axis current i d corresponding to the q-axis current i q to the motor, as can be seen from the above equation (2). There is. For this reason, in order to perform such high-efficiency operation, it is necessary to sequentially calculate the γ-axis current command value iγ * .

また、最大トルク制御等を行うためのγ軸電流指令値iγ*の算出式には、真値の不明な複数のモータパラメータが存在しており、γ軸電流指令値iγ*の算出に用いるそれらのモータパラメータ(演算用パラメータ)と真のモータパラメータとの間に誤差があれば、所望のモータ制御を行うことができない。このため、このような誤差を極力小さくするための調整が必須となるが、複数のモータパラメータについての調整は容易ではなく、その調整に多大な時間が必要となっていた。 In addition, the formula for calculating the γ-axis current command value iγ * for performing the maximum torque control has a plurality of motor parameters whose true values are unknown, and these are used for calculating the γ-axis current command value iγ *. If there is an error between the motor parameter (calculation parameter) and the true motor parameter, the desired motor control cannot be performed. For this reason, adjustment for minimizing such an error is essential, but adjustment for a plurality of motor parameters is not easy, and much time is required for the adjustment.

上記のように、従来のモータ制御装置にて最大トルク制御を行う際には、
第1に、軸誤差Δθをゼロに維持するための(回転子位置を推定するための)パラメータの調整が必要である。
As described above, when performing maximum torque control with a conventional motor control device,
First, it is necessary to adjust parameters (to estimate the rotor position) in order to maintain the axis error Δθ at zero.

第2に、γ軸電流指令値iγ*の算出式(2)で用いられるパラメータの調整も必要で
ある。
Second, it is also necessary to adjust parameters used in the calculation formula (2) for the γ-axis current command value iγ * .

第3に、複雑な計算を要するγ軸電流指令値iγ*の算出を逐次行う必要がある。 Thirdly, it is necessary to sequentially calculate the γ-axis current command value iγ * requiring complicated calculation.

回転子位置推定用のパラメータ調整とγ軸電流指令値iγ*算出用のパラメータ調整は個別に行われ、その分だけ調整の時間が必要となってしまう。加えて、回転子位置推定用のパラメータ調整における誤差とγ軸電流指令値iγ*算出用のパラメータ調整における誤差は相互に影響しあい、調整を更に困難なものにする。また、調整が困難であることに起因してパラメータの最適化が実現し難く、その結果、モータの最適な駆動を実現し難い。 The parameter adjustment for estimating the rotor position and the parameter adjustment for calculating the γ-axis current command value iγ * are performed separately, and the adjustment time is required accordingly. In addition, the error in the parameter adjustment for estimating the rotor position and the error in the parameter adjustment for calculating the γ-axis current command value iγ * interact with each other, making the adjustment more difficult. In addition, it is difficult to achieve parameter optimization due to the difficulty of adjustment, and as a result, it is difficult to achieve optimal driving of the motor.

尚、上記特許文献1及び2並びに上記非特許文献1に記載の技術では、上記のような問題を解決することができない。また、特許文献2では、Δθ≒0の近似を用いているため、Δθが大きくなるほど推定制度が低下してしまう。   Note that the techniques described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 cannot solve the above problems. In Patent Document 2, since an approximation of Δθ≈0 is used, the estimation system decreases as Δθ increases.

そこで本発明は、最大トルク制御等を得るための演算用パラメータの調整の容易化、及び/又は、演算量の削減に寄与するモータ制御装置を提供することを目的とする。また、そのようなモータ制御装置を有するモータ駆動システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor control device that contributes to facilitating adjustment of calculation parameters for obtaining maximum torque control and / or to reducing the amount of calculation. Moreover, it aims at providing the motor drive system which has such a motor control apparatus.

上記目的を達成するために本発明に係る第1のモータ制御装置は、回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸、d軸から電気角で90度進んだ軸をq軸とした場合、突極性を有するモータのq軸インダクタンスに対応する値を演算用パラメータとして用いて前記モータの回転子位置を推定する推定器と、推定された前記回転子位置に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備えたモータ制御装置において、前記推定器は、前記モータの実際のq軸インダクタンスと実際のd軸インダクタンスの間の値を前記演算用パラメータの値として採用した上で前記回転子位置の推定を行うことによって、d軸とγ軸との間にずれを生じさせ、前記制御部は、前記モータに供給するモータ電流のγ軸成分がゼロまたはゼロ近傍の所定値に保たれるように、前記モータを制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first motor control device according to the present invention is configured such that an axis parallel to a magnetic flux generated by a permanent magnet constituting a rotor is a d axis, and an estimated control axis corresponding to the d axis is a γ axis. An estimator for estimating the rotor position of the motor using a value corresponding to the q-axis inductance of the motor having saliency as a calculation parameter when the axis advanced by 90 degrees in electrical angle from the d-axis is the q-axis And a control unit that controls the motor based on the estimated rotor position, wherein the estimator is between an actual q-axis inductance and an actual d-axis inductance of the motor. Is used as the value of the parameter for calculation, and the rotor position is estimated, thereby causing a deviation between the d-axis and the γ-axis, and the control unit supplies a motor to the motor. Γ-axis of current Min so as to keep a predetermined value of zero or near zero, and controls the motor.

上記のように、回転子位置の推定に際し、q軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして、実際のq軸インダクタンスを用いず実際のq軸インダクタンスと実際のd軸インダクタンスの間の値を用いることによって、意図的にd軸とγ軸との間にずれを生じさせる。最大トルク制御等を行うためには、d軸電流に応じたq軸電流をモータに供給する必要があるが、上記のようなずれが生じているため、モータ電流のγ軸成分をゼロまたはゼロ近傍の所定値に保っていても、実際にはq軸電流の値に応じたd軸電流が流れることになる。   As described above, when the rotor position is estimated, the value between the actual q-axis inductance and the actual d-axis inductance is used as the calculation parameter corresponding to the q-axis inductance without using the actual q-axis inductance. Intentionally, a deviation occurs between the d-axis and the γ-axis. In order to perform maximum torque control or the like, it is necessary to supply a q-axis current corresponding to the d-axis current to the motor. However, since the above-described deviation occurs, the γ-axis component of the motor current is zero or zero Even if it is kept at a predetermined value in the vicinity, a d-axis current corresponding to the value of the q-axis current actually flows.

つまり、上記のように構成すれば、必要なモータ電流のγ軸成分の値を逐次計算することなく該γ軸成分をゼロまたはゼロ近傍の所定値としておくだけで、d軸電流の必要な最大トルク制御等が実現可能である。   That is, with the above configuration, the necessary maximum d-axis current can be obtained only by setting the γ-axis component to a predetermined value near zero or zero without sequentially calculating the value of the γ-axis component of the necessary motor current. Torque control or the like can be realized.

また、図21及び図22に示すような従来例では、回転子位置推定用の演算用パラメータの調整と最大トルク制御を行うための演算用パラメータの調整が必要であったが、上記のように構成すれば、最大トルク制御等を行うためのそれらの演算用パラメータの調整をq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータの調整に一本化することが可能である。つまり、最大トルク制御等を得るための演算用パラメータの調整の容易化が期待でき、調整時間の削減が図られる。また、モータ電流のγ軸成分の値の逐次計算が不要となるため、最大トルク制御等のための演算量の削減も図られる。   Further, in the conventional example as shown in FIG. 21 and FIG. 22, adjustment of the calculation parameter for rotor position estimation and adjustment of the calculation parameter for maximum torque control are necessary. If configured, the adjustment of the calculation parameters for performing the maximum torque control and the like can be unified with the adjustment of the calculation parameters corresponding to the q-axis inductance. That is, the adjustment of the calculation parameter for obtaining the maximum torque control and the like can be facilitated, and the adjustment time can be reduced. In addition, since it is not necessary to sequentially calculate the value of the γ-axis component of the motor current, the amount of calculation for maximum torque control and the like can be reduced.

具体的には例えば、前記γ軸から電気角で90度進んだ軸をδ軸とした場合、前記推定器は、前記回転子位置の推定に対応して前記回転子の回転速度も推定し、前記制御部は、推定された前記回転速度が外部から与えられたモータ速度指令値に追従するように、前記モータ電流のγ軸成分及びδ軸成分が追従すべきγ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を作成する電流指令演算部を備え、前記電流指令演算部が前記δ軸電流指令値の値に関わらず前記γ軸電流指令値を前記所定値に保つことによって、前記モータ電流のδ軸成分の値に関係なく前記モータ電流のγ軸成分は前記所定値に保たれる。   Specifically, for example, when an axis advanced 90 degrees in electrical angle from the γ axis is a δ axis, the estimator also estimates the rotation speed of the rotor in response to the estimation of the rotor position, The controller controls the γ-axis current command value and the δ-axis to be followed by the γ-axis component and the δ-axis component of the motor current so that the estimated rotational speed follows the motor speed command value given from the outside. A current command calculation unit for creating a current command value, and the current command calculation unit maintains the γ-axis current command value at the predetermined value regardless of the value of the δ-axis current command value, thereby Regardless of the value of the shaft component, the γ-axis component of the motor current is maintained at the predetermined value.

また、例えば、前記モータ電流のγ軸成分を前記所定値とし且つ前記モータに所定の負荷トルクを与えている状態において、前記モータ電流の大きさに最小値を与えるような値に前記演算用パラメータの値は設定されている。   Further, for example, when the γ-axis component of the motor current is set to the predetermined value and a predetermined load torque is applied to the motor, the calculation parameter is set to a value that gives a minimum value to the magnitude of the motor current. The value of is set.

これにより、最大トルク制御或いは最大トルク制御に近似した制御を得ることができる。   Thereby, maximum torque control or control approximate to maximum torque control can be obtained.

また、例えば、前記モータ電流のγ軸成分を前記所定値とし且つ前記モータに所定の負荷条件を与えている状態において、前記モータでの損失に最小値を与えるような値に前記演算用パラメータの値は設定されている。   Further, for example, when the γ-axis component of the motor current is set to the predetermined value and a predetermined load condition is applied to the motor, the calculation parameter is set to a value that gives a minimum value to the loss in the motor. The value is set.

これにより、最大効率制御或いは最大効率制御に近似した制御を得ることができる。   As a result, maximum efficiency control or control approximate to maximum efficiency control can be obtained.

また、上記目的を達成するために本発明に係る第2のモータ制御装置は、回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸、d軸から電気角で90度進んだ軸をq軸とした場合、突極性を有するモータのq軸インダクタンスに対応する値を演算用パラメータとして用いて前記モータの回転子位置を推定する推定器と、推定された前記回転子位置に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備えたモータ制御装置において、前記推定器は、前記モータの実際のq軸インダクタンスと実際のd軸インダクタンスの間の値を前記演算用パラメータの値として採用した上で前記回転子位置の推定を行うことによって、d軸とγ軸との間にずれを生じさせることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the second motor control device according to the present invention provides an axis parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet constituting the rotor as the d axis and an estimated axis for control corresponding to the d axis. When an axis advanced 90 degrees in electrical angle from the γ-axis and d-axis is defined as the q-axis, the rotor position of the motor is estimated using a value corresponding to the q-axis inductance of the motor having saliency as a calculation parameter. In the motor control device comprising: an estimator; and a control unit that controls the motor based on the estimated rotor position, the estimator includes an actual q-axis inductance and an actual d-axis inductance of the motor. In this case, the rotor position is estimated after adopting the value between the values as the parameter for calculation, thereby causing a deviation between the d-axis and the γ-axis.

これによっても、上記と同様の作用及び効果の実現が期待できる。   Also by this, realization of the same operation and effect as described above can be expected.

また、例えば、前記モータの実際のq軸インダクタンス及び実際のd軸インダクタンスを、それぞれLq及びLdとし、前記演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスをLとした場合、前記推定器は、
d≦L<(Ld+Lq)/2
を満たすLを用いて前記回転子位置の推定を行う。
Further, for example, when the actual q-axis inductance and the actual d-axis inductance of the motor are L q and L d , respectively, and the q-axis inductance as the calculation parameter is L, the estimator is
L d ≦ L <(L d + L q ) / 2
The rotor position is estimated using L satisfying the above.

また、例えば、前記演算用パラメータの値を固定値としてもよい。   Further, for example, the value of the calculation parameter may be a fixed value.

これにより、演算用パラメータの調整がより容易となる。   This makes it easier to adjust the operation parameters.

また、上記目的を達成するために本発明に係る第3のモータ制御装置は、モータの制御を行うモータ制御装置において、最大トルク制御を実現する際における電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸またはその回転軸よりも位相が進んだ回転軸をqm軸とし、そのqm軸に直交する回転軸をdm軸とした場合、前記モータに流れるモータ電流を、前記qm軸に平行なqm軸成分と前記dm軸に平行なdm軸成分とに分解して、前記モータの制御を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a third motor control device according to the present invention is a motor control device that controls a motor, and a rotating shaft whose direction coincides with the direction of a current vector when realizing maximum torque control. Alternatively, when the rotation axis whose phase is advanced from the rotation axis is the qm axis and the rotation axis orthogonal to the qm axis is the dm axis, the motor current flowing through the motor is expressed as a qm axis component parallel to the qm axis. The motor is controlled by being decomposed into dm-axis components parallel to the dm-axis.

上記のように構成しても、演算用パラメータの調整の容易化等が期待できる。   Even with the configuration described above, it is expected that the calculation parameters can be easily adjusted.

具体的には例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記モータの回転子位置を推定する推定器と、推定された前記回転子位置に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備え、回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸、γ軸から電気角で90度進んだ軸をδ軸とした場合、前記制御部は、前記γ軸及び前記δ軸が、それぞれ前記dm軸及び前記qm軸に追従するように、前記モータの制御を行う。   Specifically, for example, in the third motor control device, an estimator that estimates a rotor position of the motor, and a control unit that controls the motor based on the estimated rotor position, When the axis parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet constituting the rotor is the d-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ-axis, and the axis advanced 90 degrees in electrical angle from the γ-axis is the δ-axis, The control unit controls the motor so that the γ-axis and the δ-axis follow the dm-axis and the qm-axis, respectively.

また例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記制御部は、前記モータ電流のγ軸成分がゼロまたはゼロ近傍の所定値に保たれるように、前記モータを制御する。   Further, for example, in the third motor control device, the control unit controls the motor such that the γ-axis component of the motor current is maintained at a predetermined value of zero or near zero.

これにより、モータ電流のγ軸成分の値の逐次計算が不要となるため、最大トルク制御等のための演算量の削減が図られる。   This eliminates the need for sequential calculation of the value of the γ-axis component of the motor current, thereby reducing the amount of calculation for maximum torque control and the like.

また例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記推定器は、前記qm軸と前記δ軸との間の軸誤差を用いて、前記回転子位置を推定する。   Further, for example, in the third motor control device, the estimator estimates the rotor position using an axial error between the qm axis and the δ axis.

また例えば、上記第3のモータ制御装置において、前記d軸から電気角で90度進んだ軸をq軸とした場合、前記推定器は、前記モータに発生するq軸上の誘起電圧のベクトルをqm軸上の誘起電圧ベクトルとdm軸上の誘起電圧ベクトルに分解した場合におけるqm軸上の誘起電圧ベクトルを用いて、前記回転子位置を推定する。   Further, for example, in the third motor control apparatus, when the q-axis is an axis advanced by 90 degrees in electrical angle from the d-axis, the estimator calculates an induced voltage vector on the q-axis generated in the motor. The rotor position is estimated using the induced voltage vector on the qm axis when the induced voltage vector on the qm axis and the induced voltage vector on the dm axis are decomposed.

そして例えば、前記第3のモータ制御装置において、上記第3のモータ制御装置において、前記推定器は、前記qm軸上の誘起電圧ベクトルのγ軸成分とδ軸成分とを用いて、または、前記qm軸上の誘起電圧ベクトルのγ軸成分を用いて、前記回転子位置を推定する。   And for example, in the third motor control device, in the third motor control device, the estimator uses the γ-axis component and the δ-axis component of the induced voltage vector on the qm axis, or the The rotor position is estimated using the γ-axis component of the induced voltage vector on the qm axis.

また例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記推定器は、前記モータのd軸上の鎖交磁束のベクトルをqm軸上の鎖交磁束ベクトルとdm軸上の鎖交磁束ベクトルに分解した場合におけるdm軸上の鎖交磁束ベクトルを用いて、前記回転子位置を推定する。   For example, in the third motor control apparatus, the estimator decomposes the flux linkage vector on the d-axis of the motor into a flux linkage vector on the qm axis and a flux linkage vector on the dm axis. The rotor position is estimated using the flux linkage vector on the dm axis in the case.

そして例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記推定器は、前記dm軸上の鎖交磁束ベクトルのγ軸成分とδ軸成分とを用いて、または、前記dm軸上の鎖交磁束ベクトルのδ軸成分を用いて、前記回転子位置を推定する。   For example, in the third motor control device, the estimator uses the γ-axis component and the δ-axis component of the flux linkage vector on the dm axis, or the flux linkage vector on the dm axis. Is used to estimate the rotor position.

また例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記制御部は、前記推定器によって推定される前記回転子位置を用いて、前記モータ電流の所定の固定軸成分をγ軸成分とδ軸成分に変換する座標変換器を備え、前記推定器は、前記座標変換器から得られた前記モータ電流のγ軸成分及びδ軸成分に基づいて、前記モータ電流のqm軸成分及びdm軸成分を推定し、推定によって得られた前記モータ電流のqm軸成分及びdm軸成分と前記座標変換器から得られた前記モータ電流のγ軸成分及びδ軸成分との誤差電流を用いて、前記回転子位置を推定する。   Further, for example, in the third motor control device, the control unit converts the predetermined fixed axis component of the motor current into a γ-axis component and a δ-axis component using the rotor position estimated by the estimator. A coordinate converter for converting, and the estimator estimates a qm-axis component and a dm-axis component of the motor current based on a γ-axis component and a δ-axis component of the motor current obtained from the coordinate converter. The rotor position is determined by using an error current between the qm-axis component and dm-axis component of the motor current obtained by estimation and the γ-axis component and δ-axis component of the motor current obtained from the coordinate converter. presume.

また例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記モータを駆動するための駆動電圧に、該駆動電圧とは異なる周波数の重畳電圧を重畳する重畳部を更に備え、前記推定器は、前記重畳電圧の重畳に応じて前記モータに流れる重畳電流に基づいて、前記回転子位置を推定する第1の推定処理を実行可能に形成されている。   Further, for example, in the third motor control device, a superimposition unit that superimposes a superimposed voltage having a frequency different from the driving voltage on a driving voltage for driving the motor is further provided, and the estimator includes the superimposed voltage. The first estimation process for estimating the rotor position is performed based on the superimposed current flowing in the motor in accordance with the superimposition of.

高周波回転電圧等の重畳電圧を重畳し、この重畳によって流れる重畳電流に基づいて回転子位置を推定するようにすれば、特に低速回転時や回転停止時において、良好なセンサレス制御を実現することが可能となる。   By superimposing a superposition voltage such as a high-frequency rotation voltage and estimating the rotor position based on the superposition current that flows by this superposition, good sensorless control can be realized especially at low speed rotation or rotation stop. It becomes possible.

そして例えば、前記第3のモータ制御装置において、前記推定器は、更に、前記モータ電流に含まれる、前記駆動電圧に応じた駆動電流に基づくことによって前記回転子位置を推定する第2の推定処理を実行可能に形成され、前記回転子の回転速度を表す速度情報に応じて、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理と前記第2の推定処理とで切替える。   For example, in the third motor control device, the estimator further includes a second estimation process for estimating the rotor position based on a drive current included in the motor current according to the drive voltage. The estimation process to be actually executed is switched between the first estimation process and the second estimation process in accordance with speed information representing the rotation speed of the rotor.

これにより、広い速度範囲で良好なセンサレス制御を実現可能となる。   Thereby, good sensorless control can be realized in a wide speed range.

具体的には例えば、前記推定器は、前記重畳電流に基づいて、前記qm軸と前記δ軸との間の軸誤差を第1の候補軸誤差として算出する第1の候補軸誤差算出部と、前記駆動電流に基づいて、前記qm軸と前記δ軸との間の軸誤差を第2の候補軸誤差として算出する第2の候補軸誤差算出部と、を備え、前記回転子位置の推定に用いる情報を、前記速度情報に応じて、前記第1の候補軸誤差と前記第2の候補軸誤差とで切替えることにより、前記第1の推定処理と前記第2の推定処理との切替えを行う。   Specifically, for example, the estimator includes a first candidate axis error calculation unit that calculates an axis error between the qm axis and the δ axis as a first candidate axis error based on the superimposed current; A second candidate axis error calculating unit that calculates an axis error between the qm axis and the δ axis as a second candidate axis error based on the drive current, and estimating the rotor position Is switched between the first candidate axis error and the second candidate axis error according to the speed information, thereby switching between the first estimation process and the second estimation process. Do.

また、具体的には例えば、前記推定器は、前記重畳電流に基づいて、前記回転子の回転速度を第1の候補速度として算出する第1の候補速度算出部と、前記駆動電流に基づいて、前記回転子の回転速度を第2の候補速度として算出する第2の候補速度算出部と、を備え、前記回転子位置の推定に用いる情報を、前記速度情報に応じて、前記第1の候補速度と前記第2の候補速度とで切替えることにより、前記第1の推定処理と前記第2の推定処理との切替えを行う。   Further, specifically, for example, the estimator is based on a first candidate speed calculation unit that calculates a rotation speed of the rotor as a first candidate speed based on the superimposed current, and on the basis of the drive current. A second candidate speed calculation unit that calculates a rotation speed of the rotor as a second candidate speed, and information used for estimating the rotor position is determined according to the speed information. Switching between the first estimation process and the second estimation process is performed by switching between the candidate speed and the second candidate speed.

また、具体的には例えば、前記推定器は、前記重畳電流に基づいて、推定すべき前記回転子位置の候補としての第1の候補位置を算出する第1の候補位置算出部と、前記駆動電流に基づいて、推定すべき前記回転子位置の候補としての第2の候補位置を算出する第2の候補位置算出部と、を備え、前記回転子位置の推定に用いる情報を、前記速度情報に応じて、前記第1の候補位置と前記第2の候補位置とで切替えることにより、前記第1の推定処理と前記第2の推定処理との切替えを行う。   Also, specifically, for example, the estimator includes a first candidate position calculation unit that calculates a first candidate position as a candidate for the rotor position to be estimated based on the superimposed current, and the drive A second candidate position calculator that calculates a second candidate position as a candidate for the rotor position to be estimated based on a current, and uses the speed information as information used for estimating the rotor position Accordingly, switching between the first candidate position and the second candidate position is performed to switch between the first estimation process and the second estimation process.

そして例えば、前記推定器は、実際に実行する推定処理を前記第1の推定処理と前記第2の推定処理とで切替える際、前記速度情報に応じて、又は、切替え開始からの経過時間に応じて、双方の推定処理の推定結果を加味した推定処理を介しつつ実際に実行する推定処理を一方の推定処理から他方の推定処理へと移行する。   For example, the estimator switches between the first estimation process and the second estimation process that are actually executed according to the speed information or according to the elapsed time from the start of switching. Thus, the estimation process that is actually executed through the estimation process that takes the estimation results of both estimation processes into account is shifted from one estimation process to the other estimation process.

これにより、滑らかな推定処理の切替えが実現可能となる。   Thereby, smooth switching of the estimation process can be realized.

また、具体的には例えば、前記重畳電圧の回転座標軸上での電圧ベクトル軌跡は、d軸を基準として対象性を有する図形を成す。   Further, specifically, for example, the voltage vector locus on the rotation coordinate axis of the superimposed voltage forms a figure having symmetry with the d axis as a reference.

また、具体的には例えば、前記推定器は、前記第1の推定処理にて前記回転子位置を推定する際、前記重畳電流のベクトルを形成する直交2軸成分の内の少なくとも1軸成分を用いることによって前記回転子位置を推定する。   Specifically, for example, when the estimator estimates the rotor position in the first estimation process, the estimator calculates at least one axial component of orthogonal biaxial components that form the vector of the superimposed current. By using it, the rotor position is estimated.

また、具体的には例えば、前記推定器は、前記重畳電流のベクトルを前記dm軸と前記d軸との位相差だけ座標回転する座標回転部を備え、前記第1の推定処理にて前記回転子位置を推定する際、その座標回転によって得られる電流ベクトルを形成する直交2軸成分の内の少なくとも1軸成分を用いることによって前記qm軸と前記δ軸との間の軸誤差を推定し、その軸誤差を用いて前記回転子位置を推定する。   Further, specifically, for example, the estimator includes a coordinate rotation unit that rotates the vector of the superimposed current by a phase difference between the dm axis and the d axis, and the rotation is performed in the first estimation process. When estimating the child position, an axis error between the qm axis and the δ axis is estimated by using at least one of the orthogonal two-axis components forming the current vector obtained by the coordinate rotation, The rotor position is estimated using the axial error.

また、上記目的を実現するために本発明に係るモータ駆動システムは、モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御することにより前記モータを制御する上記の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a motor drive system according to the present invention includes a motor, an inverter that drives the motor, and the motor control according to any one of the above that controls the motor by controlling the inverter. And a device.

上述した通り、本発明に係るモータ制御装置及びモータ駆動システムによれば、最大トルク制御等を得るための演算用パラメータの調整の容易化を実現可能である。また、演算量の削減も実現可能である。   As described above, according to the motor control device and the motor drive system according to the present invention, it is possible to easily adjust the calculation parameters for obtaining the maximum torque control and the like. In addition, the amount of calculation can be reduced.

本発明の第1実施形態に係るモータ駆動システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of a motor drive system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るモータの解析モデル図である。It is an analysis model figure of a motor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のモータ駆動システムの構成ブロック図である。FIG. 2 is a configuration block diagram of the motor drive system of FIG. 1. 図3の位置・速度推定器の内部ブロック図である。FIG. 4 is an internal block diagram of the position / velocity estimator of FIG. 3. γ軸電流をゼロとする条件下における、最大トルク制御に一致するq軸電流と演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the q-axis current which corresponds to the maximum torque control, and the q-axis inductance as a parameter for calculation on the conditions which make a (gamma) -axis current into zero. 理想的な最大トルク制御と、図1のモータ駆動システムにおける制御とを比較するための図である。It is a figure for comparing ideal maximum torque control with control in the motor drive system of FIG. γ軸電流をゼロとする条件下における、演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスとモータ電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the q-axis inductance as a parameter for calculation, and a motor current on the conditions which make a (gamma) -axis current into zero. 図1のモータの動作を説明するためのベクトル図である。It is a vector diagram for demonstrating operation | movement of the motor of FIG. 図3の位置速度・推定器の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the position velocity and estimator of FIG. 本発明の第2実施形態に係るモータ駆動システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the motor drive system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るモータの解析モデル図である。It is an analysis model figure of a motor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るモータの解析モデル図である。It is an analysis model figure of a motor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図10のモータに流れるモータ電流の電流軌跡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electric current locus | trajectory of the motor current which flows into the motor of FIG. 図10のモータ駆動システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the motor drive system of FIG. 図14の位置・速度推定器の内部ブロック図である。FIG. 15 is an internal block diagram of the position / velocity estimator of FIG. 14. 本発明の第2実施形態に係る、各インダクタンスのqm軸電流依存性を表すグラフである。It is a graph showing the qm-axis current dependence of each inductance based on 2nd Embodiment of this invention. 理想的な最大トルク制御と、図10のモータ駆動システムにおける制御とを比較するための図である。It is a figure for comparing ideal maximum torque control with control in the motor drive system of FIG. 図15の軸誤差推定部の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an internal structure of the axis | shaft error estimation part of FIG. 本発明の第3実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a motor drive system according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a motor drive system according to a fourth embodiment of the present invention. 従来のモータ制御装置の構成ブロック図である。It is a block diagram of a conventional motor control device. 図21の位置速度・推定器の内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the position velocity / estimator of FIG. 図21のモータの動作を説明するためのベクトル図である。It is a vector diagram for demonstrating operation | movement of the motor of FIG. 本発明の第5及び第6実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a motor drive system according to fifth and sixth embodiments of the present invention. 図24の重畳電圧生成部によって生成される重畳電圧の電圧ベクトル軌跡を例示する図である。It is a figure which illustrates the voltage vector locus | trajectory of the superimposed voltage produced | generated by the superimposed voltage production | generation part of FIG. 図25に示されるような重畳電圧の重畳によってモータに流れる重畳電流の電流ベクトル軌跡を示す図である。It is a figure which shows the current vector locus | trajectory of the superimposition current which flows into a motor by superimposition of the superimposition voltage as shown in FIG. 図25に示されるような重畳電圧の重畳によってモータに流れる重畳電流のγ軸成分とδ軸成分の積及び該積の直流成分を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating a product of a γ-axis component and a δ-axis component of a superimposed current flowing in a motor by superimposition of a superimposed voltage as illustrated in FIG. 25 and a DC component of the product. 図25に示されるような重畳電圧の重畳によってモータに流れる重畳電流のγ軸成分とδ軸成分の積及び該積の直流成分を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating a product of a γ-axis component and a δ-axis component of a superimposed current flowing in a motor by superimposition of a superimposed voltage as illustrated in FIG. 25 and a DC component of the product. 図24の位置・速度推定器として適用可能な推定器の内部ブロック図である。FIG. 25 is an internal block diagram of an estimator applicable as the position / velocity estimator in FIG. 24. 図29の軸誤差推定部の内部ブロック図である。FIG. 30 is an internal block diagram of an axis error estimation unit in FIG. 29. 図30の軸誤差算出部の内部ブロック図である。FIG. 31 is an internal block diagram of an axis error calculation unit in FIG. 30. 図30の座標回転部による座標回転の前後の電流ベクトル軌跡例を示す図である(真円の回転電圧の重畳時)。It is a figure which shows the example of the electric current vector locus | trajectory before and behind the coordinate rotation by the coordinate rotation part of FIG. 30 (at the time of the superimposition of the perfect circle rotational voltage). 図30の座標回転部による座標回転の前後の電流ベクトル軌跡例を示す図である(楕円の回転電圧の重畳時)。It is a figure which shows the example of the electric current vector locus | trajectory before and behind the coordinate rotation by the coordinate rotation part of FIG. 30 (at the time of an oval rotation voltage superimposition). 図30の座標回転部による座標回転の前後の電流ベクトル軌跡例を示す図である(交番電圧の重畳時)。FIG. 31 is a diagram illustrating an example of a current vector locus before and after coordinate rotation by the coordinate rotation unit in FIG. 30 (when alternating voltage is superimposed). 本発明の第6実施形態に係る位置・速度推定器の内部ブロック図である(第1の推定器例)。It is an internal block diagram of the position and speed estimator which concerns on 6th Embodiment of this invention (1st estimator example). 図35の切替処理部の機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of the switching process part of FIG. 図35の切替処理部によって行われる加重平均処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the weighted average process performed by the switching process part of FIG. 図35の切替処理部によって行われる加重平均処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the weighted average process performed by the switching process part of FIG. 本発明の第6実施形態に係る位置・速度推定器の内部ブロック図である(第2の推定器例)。It is an internal block diagram of the position and speed estimator which concerns on 6th Embodiment of this invention (2nd estimator example). 本発明の第6実施形態に係る位置・速度推定器の内部ブロック図である(第3の推定器例)。It is an internal block diagram of the position and speed estimator which concerns on 6th Embodiment of this invention (3rd estimator example).

<<第1実施形態>>
以下、本発明の実施形態につき、詳細に説明する。まず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るモータ駆動システムのブロック構成図である。1は、永久磁石を回転子(不図示)に、電機子巻線を固定子(不図示)に設けた三相永久磁石同期モータ1(以下、単に「モータ1」と記す)である。モータ1は、埋込磁石形同期モータに代表される突極機(突極性を有するモータ)である。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of a motor drive system according to the first embodiment. Reference numeral 1 denotes a three-phase permanent magnet synchronous motor 1 (hereinafter simply referred to as “motor 1”) in which a permanent magnet is provided on a rotor (not shown) and an armature winding is provided on a stator (not shown). The motor 1 is a salient pole machine (motor having saliency) typified by an embedded magnet type synchronous motor.

2は、PWM(Pulse Width Modulation)インバータであり、モータ1の回転子位置に応じてモータ1にU相、V相及びW相から成る三相交流電圧を供給する。このモータ1に供給される電圧をモータ電圧(電機子電圧)Vaとし、インバータ2からモータ1に供給される電流をモータ電流(電機子電流)Iaとする。 A PWM (Pulse Width Modulation) inverter 2 supplies a three-phase AC voltage composed of a U phase, a V phase, and a W phase to the motor 1 according to the rotor position of the motor 1. The voltage supplied to the motor 1 and the motor voltage (armature voltage) V a, the current supplied from the inverter 2 to the motor 1 the motor current (armature current) and I a.

3は、モータ制御装置(位置センサレス制御装置)であり、モータ電流Iaを用いてモータ1の回転子位置等を推定し、モータ1を所望の回転速度で回転させるための信号をPWMインバータ2に与える。この所望の回転速度は、図示されないCPU(中央処理装置;Central Processing Unit)等からモータ制御装置3にモータ速度指令値ω*として与えられる。 A motor control device (position sensorless control device) 3 estimates the rotor position of the motor 1 using the motor current Ia and outputs a signal for rotating the motor 1 at a desired rotational speed to the PWM inverter 2. To give. This desired rotation speed is given to the motor control device 3 as a motor speed command value ω * from a CPU (Central Processing Unit) not shown.

図2は、モータ1の解析モデル図である。以下の説明において、電機子巻線とはモータ1に設けられているものを指す。図2には、U相、V相、W相の電機子巻線固定軸が示されている。1aは、モータ1の回転子を構成する永久磁石である。永久磁石1aが作る磁束と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石1aが作る磁束の方向をd軸にとり、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とする。また、図示していないが、d軸から電気角で90度進んだ位相にq軸をとり、γ軸から電気角で90度進んだ位相に推定軸であるδ軸をとる。実軸に対応する回転座標系はd軸とq軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をd−q軸と呼ぶ。制御上の回転座標系(推定回転座標系)はγ軸とδ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をγ−δ軸と呼ぶ。   FIG. 2 is an analysis model diagram of the motor 1. In the following description, the armature winding refers to that provided in the motor 1. FIG. 2 shows U-phase, V-phase, and W-phase armature winding fixed axes. 1 a is a permanent magnet constituting the rotor of the motor 1. In a rotating coordinate system that rotates at the same speed as the magnetic flux produced by the permanent magnet 1a, the direction of the magnetic flux produced by the permanent magnet 1a is taken as the d-axis, and the estimated control axis corresponding to the d-axis is taken as the γ-axis. Although not shown, the q axis is taken as a phase advanced by 90 degrees in electrical angle from the d axis, and the estimated δ axis is taken as phase advanced by 90 degrees in electrical angle from the γ axis. The rotating coordinate system corresponding to the real axis is a coordinate system in which the d-axis and the q-axis are selected as the coordinate axes, and the coordinate axes are called dq axes. A rotational coordinate system for control (estimated rotational coordinate system) is a coordinate system in which the γ-axis and the δ-axis are selected as coordinate axes, and the coordinate axes are called γ-δ axes.

d−q軸は回転しており、その回転速度を実モータ速度ωと呼ぶ。γ−δ軸も回転しており、その回転速度を推定モータ速度ωeと呼ぶ。また、ある瞬間の回転しているd−q軸において、d軸の位相をU相の電機子巻線固定軸を基準としてθ(実回転子位置θ)により表す。同様に、ある瞬間の回転しているγ−δ軸において、γ軸の位相をU相の電機子巻線固定軸を基準としてθe(推定回転子位置θe)により表す。そうすると、d軸とγ軸との軸誤差Δθ(d−q軸とγ−δ軸との軸誤差Δθ)は、Δθ=θ―θeで表される
The dq axes are rotating, and the rotation speed is called the actual motor speed ω. The γ-δ axis is also rotating, and the rotation speed is referred to as an estimated motor speed ω e . In addition, in the dq axes rotating at a certain moment, the phase of the d axis is represented by θ (actual rotor position θ) with reference to the U-phase armature winding fixed axis. Similarly, in the γ-δ axis rotating at a certain moment, the phase of the γ axis is represented by θ e (estimated rotor position θ e ) with respect to the U-phase armature winding fixed axis. Then, (the axis error [Delta] [theta] between the d-q axis and the gamma-[delta] axes) axis error [Delta] [theta] between the d-axis and the gamma-axis is expressed by Δθ = θ-θ e.

以下の記述において、モータ電圧Vaのγ軸成分、δ軸成分、d軸成分及びq軸成分を、それぞれγ軸電圧vγ、δ軸電圧vδ、d軸電圧vd及びq軸電圧vqで表し、モータ電流Iaのγ軸成分、δ軸成分、d軸成分及びq軸成分を、それぞれγ軸電流iγ、δ軸電
流iδ、d軸電流id及びq軸電流iqで表す。
In the following description, the γ-axis component, δ-axis component, d-axis component and q-axis component of the motor voltage V a are respectively expressed as γ-axis voltage vγ, δ-axis voltage vδ, d-axis voltage v d and q-axis voltage v q . represents represents γ-axis component of the motor current I a, [delta] -axis component, a d-axis component and q-axis components, respectively γ-axis current i?, [delta] -axis current i?, the d-axis current i d and the q-axis current i q.

また、以下の記述において、Raは、モータ抵抗(モータ1の電機子巻線の抵抗値)であり、Ld、Lqは、夫々d軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのd軸成分)、q軸インダクタンス(モータ1の電機子巻線のインダクタンスのq軸成分)であり、Φaは、永久磁石1aによる電機子鎖交磁束である。尚、Ld、Lq、Ra及びΦaは、モータ駆動システムの製造時に定まる値であり、それらの値はモータ制御装置の演算にて使用される。また、後に示す各式において、sはラプラス演算子を意味する。 In the following description, R a is a motor resistance (resistance value of the armature winding of the motor 1), and L d and L q are d-axis inductances (inductance of the armature winding of the motor 1). d-axis component), q-axis inductance (q-axis component of the inductance of the armature winding of the motor 1), and Φ a is an armature interlinkage magnetic flux by the permanent magnet 1a. Note that L d , L q , R a and Φ a are values determined at the time of manufacturing the motor drive system, and these values are used in the calculation of the motor control device. Moreover, in each formula shown later, s means a Laplace operator.

図3は、図1のモータ制御装置3の内部構成を詳細に表した、モータ駆動システムの構成ブロック図である。モータ制御装置3は、電流検出器11、座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17、座標変換器18、減算器19及び位置・速度推定器20(以下、単に「推定器20」という)、を有して構成される。モータ制御装置3を構成する各部位は、必要に応じてモータ制御装置3内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the motor drive system, showing in detail the internal configuration of the motor control device 3 of FIG. The motor control device 3 includes a current detector 11, a coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a speed control unit 17, a coordinate converter 18, a subtractor 19, and a position / A speed estimator 20 (hereinafter simply referred to as “estimator 20”) is included. Each part constituting the motor control device 3 can freely use all values generated in the motor control device 3 as necessary.

電流検出器11は、例えばホール素子等から成り、PWMインバータ2からモータ1に供給されるモータ電流Iaの固定軸成分であるU相電流iu及びV相電流ivを検出する。座標変換器12は、電流検出器11からのU相電流iu及びV相電流ivの検出結果を受け取り、それらを推定器20から与えられる推定回転子位置θeを用いて、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδに変換する。この変換には、下記式(3)を用いる。 Current detector 11, for example, a Hall element, detects the U-phase current i u and the V-phase current i v is a fixed axis component of the motor current I a supplied from the PWM inverter 2 to the motor 1. Coordinate converter 12 receives detection results of the U-phase current i u and the V-phase current i v from the current detector 11, with their estimated rotor position theta e fed from the estimator 20, gamma-axis current It converts into iγ and δ-axis current iδ. The following formula (3) is used for this conversion.

Figure 0004972135
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推定器20は、推定回転子位置θe及び推定モータ速度ωeを推定して出力する。推定回転子位置θe及び推定モータ速度ωeの推定手法については、後に詳説する。 The estimator 20 estimates and outputs the estimated rotor position θ e and the estimated motor speed ω e . A method for estimating the estimated rotor position θ e and the estimated motor speed ω e will be described in detail later.

減算器19は、推定器20から与えられる推定モータ速度ωeを、モータ速度指令値ω*から減算し、その減算結果(速度誤差)を出力する。速度制御部17は、減算器19の減算結果(ω*−ωe)に基づいて、δ軸電流指令値iδ*を作成する。このδ軸電流指令値iδ*は、モータ電流Iaのδ軸成分であるδ軸電流iδが追従すべき電流の値を表す。磁束制御部16は、γ軸電流指令値iγ*を出力する。このγ軸電流指令値iγ*は、モータ電流Iaのγ軸成分であるγ軸電流iγが追従すべき電流の値を表す。位置・速度推定器20との関係において後に詳説するが、このγ軸電流指令値iγ*は、本実施形態において「ゼロ」に維持される。 The subtracter 19 subtracts the estimated motor speed ω e given from the estimator 20 from the motor speed command value ω *, and outputs the subtraction result (speed error). The speed control unit 17 creates the δ-axis current command value iδ * based on the subtraction result (ω * −ω e ) of the subtracter 19. The [delta] -axis current value i? * Represents the current value to be followed by the motor current I a [delta] -axis component of a [delta] -axis current i? Is. The magnetic flux controller 16 outputs a γ-axis current command value iγ * . The gamma-axis current value i? * Represents the current value to be followed by the motor current I a gamma-axis component of a gamma-axis current i? Is. As will be described in detail later in relation to the position / speed estimator 20, the γ-axis current command value iγ * is maintained at “zero” in the present embodiment.

減算器13は、磁束制御部16が出力するγ軸電流指令値iγ*から、座標変換器12が出力するγ軸電流iγを差し引いて、電流誤差(iγ*−iγ)を算出する。減算器14は、速度制御部17が出力するδ軸電流指令値iδ*から、座標変換器12が出力するδ軸電流iδを差し引いて、電流誤差(iδ*−iδ)を算出する。 The subtractor 13 calculates a current error (iγ * −iγ) by subtracting the γ-axis current iγ output from the coordinate converter 12 from the γ-axis current command value iγ * output from the magnetic flux controller 16. The subtractor 14 subtracts the δ-axis current iδ output from the coordinate converter 12 from the δ-axis current command value iδ * output from the speed control unit 17 to calculate a current error (iδ * −iδ).

電流制御部15は、減算器13及び14にて算出された各電流誤差、座標変換器12からのγ軸電流iγ及びδ軸電流iδ、並びに推定器20からの推定モータ速度ωeを受け、γ軸電流iγがγ軸電流指令値iγ*に追従するように、且つδ軸電流iδがδ軸電流指令値iδ*に追従するように、γ軸電圧指令値vγ*とδ軸電圧指令値vδ*を出力する。 The current control unit 15 receives each current error calculated by the subtractors 13 and 14, the γ-axis current iγ and δ-axis current iδ from the coordinate converter 12, and the estimated motor speed ω e from the estimator 20. The γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value are set so that the γ-axis current iγ follows the γ-axis current command value iγ * and the δ-axis current iδ follows the δ-axis current command value iδ *.* is output.

座標変換器18は、推定器20から与えられる推定回転子位置θeに基づいて、γ軸電圧指令値vγ*及びδ軸電圧指令値vδ*の逆変換を行い、モータ電圧VaのU相成分、V相成分及びW相成分を表すU相電圧指令値vu *、V相電圧指令値vv *及びW相電圧指令値vw *から成る三相の電圧指令値を作成して、それらをPWMインバータ2に出力する。この逆変換には、下記の2つの等式から成る式(4)を用いる。 The coordinate converter 18 performs inverse conversion of the γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value vδ * based on the estimated rotor position θ e given from the estimator 20, and the U phase of the motor voltage V a . Creating a three-phase voltage command value comprising a U-phase voltage command value v u * , a V-phase voltage command value v v * and a W-phase voltage command value v w * representing the component, V-phase component and W-phase component; They are output to the PWM inverter 2. For this inverse transformation, equation (4) consisting of the following two equations is used.

Figure 0004972135
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PWMインバータ2は、モータ1に印加されるべき電圧を表す三相の電圧指令値(vu *、vv *及びvw *)に基づいてパルス幅変調された信号を作成し、該三相の電圧指令値に応じたモータ電流Iaをモータ1に供給してモータ1を駆動する。 The PWM inverter 2 creates a pulse-width modulated signal based on the three-phase voltage command values (v u * , v v * and v w * ) representing the voltage to be applied to the motor 1, The motor 1 is driven by supplying the motor current I a corresponding to the voltage command value to the motor 1.

図4に、推定器20の内部構成の一例を示す。図4の推定器20は、軸誤差推定部30と、比例積分演算器31と、積分器32と、を有して構成される。   FIG. 4 shows an example of the internal configuration of the estimator 20. The estimator 20 of FIG. 4 includes an axis error estimator 30, a proportional-integral calculator 31, and an integrator 32.

軸誤差推定部30は、軸誤差Δθ’を算出する。この軸誤差Δθ’は、後述の説明から明らかとなるが、軸誤差Δθとは異なる。図22の軸誤差推定部130は、上記式(1)を用いて軸誤差Δθを算出するが、図4の軸誤差推定部30は、下記式(5)を用いて軸誤差Δθ’を算出する。   The axis error estimation unit 30 calculates an axis error Δθ ′. This axial error Δθ ′ will be apparent from the following description, but is different from the axial error Δθ. 22 calculates the axis error Δθ using the above equation (1), while the axis error estimation unit 30 in FIG. 4 calculates the axis error Δθ ′ using the following equation (5). To do.

Figure 0004972135
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式(5)は、上記式(1)におけるΔθ及びLqを、夫々Δθ’及びLに置換したものとなっている。このため、軸誤差推定部30は、Lを回転子位置を推定する際のq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして取り扱い、軸誤差Δθ’を推定することになる。この演算用パラメータLの値の設定手法及びその設定手法との関係における軸誤差Δθ’の意義については、後に詳説する。 Equation (5) is obtained by replacing Δθ and L q in equation (1) with Δθ ′ and L, respectively. For this reason, the axis error estimating unit 30 treats L as a calculation parameter corresponding to the q-axis inductance when estimating the rotor position, and estimates the axis error Δθ ′. The significance of the axis error Δθ ′ in relation to the method for setting the value of the parameter L for calculation and the setting method will be described in detail later.

比例積分演算器31は、PLL(Phase Locked Loop)を実現すべく、モータ制御装置3を構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、軸誤差推定部30が算出した軸誤差Δθ’がゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器32は、比例積分演算器31から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器31が出力する推定モータ速度ωeと積分器32が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器20の出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3の各部位に与えられる。 The proportional-plus-integral calculator 31 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3 to realize a PLL (Phase Locked Loop), and the axis error Δθ calculated by the axis error estimating unit 30. Calculate the estimated motor speed ω e so that 'converges to zero. The integrator 32 integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 31 to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 31 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 32 are both output values of the estimator 20 and each part of the motor control device 3 that requires the values. Given to.

仮に、式(5)中のLとしてq軸インダクタンスの真値(実際の値)を用いた場合、即ち、L=Lqの場合、Δθ’=Δθとなり、比例積分演算器31等によるPLL制御により、軸誤差Δθ’(=Δθ)はゼロに収束するようになる(つまり、図21の構成と同じ制御となる)。しかしながら、本実施形態の特徴的な点として、演算用パラメータLは、下記式(6)を満たすように設定されている。つまり、モータ1の実際のq軸インダクタンス(即ち、Lq)と実際のd軸インダクタンス(即ち、Ld)の間の値を、q軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして採用した上で、軸誤差の算出を行う。尚、勿論、Ld<Lqが成立している。 If, in the case of using the true value of the q-axis inductance as L in formula (5) (actual value), i.e., the case of L = L q, [Delta] [theta] '= [Delta] [theta] becomes, PLL control by the proportional-plus-integral calculator 31 etc. As a result, the axis error Δθ ′ (= Δθ) converges to zero (that is, the control is the same as the configuration of FIG. 21). However, as a characteristic point of the present embodiment, the calculation parameter L is set so as to satisfy the following formula (6). That is, after adopting a value between the actual q-axis inductance (that is, L q ) and the actual d-axis inductance (that is, L d ) of the motor 1 as a calculation parameter corresponding to the q-axis inductance, Calculate the error. Of course, L d <L q is satisfied.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

また、望ましくは、下記式(7)を満たすように、演算用パラメータLは設定される。   Desirably, the calculation parameter L is set so as to satisfy the following expression (7).

Figure 0004972135
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上記のように設定されたLをq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして採用することにより得られる軸誤差Δθ’は、軸誤差Δθとは当然異なる。このため、軸誤差Δθ’をゼロに収束させるようにPLL制御を行っても、d軸とγ軸との間にはずれ(ゼロではない軸誤差)が生じることになる。   The axis error Δθ ′ obtained by adopting L set as described above as a calculation parameter corresponding to the q-axis inductance is naturally different from the axis error Δθ. For this reason, even if the PLL control is performed so that the axis error Δθ ′ converges to zero, a deviation (a non-zero axis error) occurs between the d axis and the γ axis.

本実施形態では、このずれを意図的に発生させ、このずれを積極的に利用しつつ磁束制御部16が出力するγ軸電流指令値iγ*をゼロとすることによって、最大トルク制御に近似した制御を行うようにしている。この制御について、以下、考察する。 In the present embodiment, this deviation is intentionally generated, and the γ-axis current command value iγ * output from the magnetic flux controller 16 is made zero while actively using this deviation, thereby approximating the maximum torque control. Control is performed. This control will be considered below.

まず、上記非特許文献1にも開示されているように、回転子位置の推定(即ち、推定回転子位置θeの算出)に用いる演算用パラメータの誤差と位置推定誤差(軸誤差)との関係は、下記式(8)のように表される。ここで、Ra’は、回転子位置の推定のための演算式に用いる演算用パラメータとしてのモータ抵抗の値であり、(Ra−Ra’)は、その演算用パラメータと真のモータ抵抗Raとの誤差を表している。Lq’は、回転子位置の推定のための演算式に用いる演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスの値であり、(Lq−Lq’)は、その演算用パラメータと真のq軸インダクタンスとの誤差を表している。 First, as disclosed in Non-Patent Document 1 described above, the error between the calculation parameters used for estimating the rotor position (that is, calculating the estimated rotor position θ e ) and the position estimation error (axis error) The relationship is expressed as the following formula (8). Here, R a ′ is the value of the motor resistance as a calculation parameter used in the calculation formula for estimating the rotor position, and (R a −R a ′) is the calculation parameter and the true motor. it represents the error between the resistance R a. L q ′ is a q-axis inductance value as a calculation parameter used in the calculation formula for estimating the rotor position, and (L q −L q ′) is the calculation parameter and the true q-axis inductance. Represents the error.

Figure 0004972135
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今、Lq’=L、とする。つまり、回転子位置の推定に際して、(Lq−L)に相当する誤差を積極的に与えるとする。上記式(5)を用いて軸誤差Δθ’を推定するということは、(Lq−L)に相当する誤差を積極的に与えて軸誤差を推定するということに相当する。また、(Ra−Ra’)がゼロであると仮定する。また更に、上述の如く、γ軸電流iγが追従すべきγ軸電流指令値iγ*をゼロとする場合を考える。即ち、式(8)において、iγ=0、とする。そうすると、式(8)は下記式(9)のように変形される。 Now, let L q '= L. That is, assume that an error corresponding to (L q −L) is positively given in estimating the rotor position. Estimating the axis error Δθ ′ using the above equation (5) corresponds to estimating the axis error by positively giving an error corresponding to (L q −L). Further, it is assumed that (R a −R a ′) is zero. Furthermore, as described above, a case is considered where the γ-axis current command value iγ * to be followed by the γ-axis current iγ is zero. That is, in the equation (8), iγ = 0. If it does so, Formula (8) will be transformed like the following formula (9).

Figure 0004972135
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そして、式(9)に、最大トルク制御に一致するd軸電流idの式(10)を代入し、Lについて解くと下記式(11)が得られる。尚、式(10)は、一般的に知られている式であり、q軸電流iqに応じて式(10)を満たすd軸電流idをモータ1に供給すれば、最大トルク制御が得られる。 Then, substituting equation (10) of the d-axis current i d corresponding to the maximum torque control into equation (9) and solving for L yields the following equation (11). The equation (10) is a generally known equation. If a d-axis current i d satisfying the equation (10) is supplied to the motor 1 according to the q-axis current i q , the maximum torque control is performed. can get.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
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式(11)の導出手法から明らかなように、式(11)にて表されるLは、γ軸電流指令値iγ*をゼロとした場合において、理想的に最大トルク制御を得るために軸誤差推定部30が採用すべき演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスの値を表している。 As is clear from the derivation method of Equation (11), L represented by Equation (11) is an axis for ideally obtaining maximum torque control when the γ-axis current command value iγ * is zero. The value of the q-axis inductance as a calculation parameter to be adopted by the error estimation unit 30 is shown.

式(11)にて表されるLは、q軸電流iqの関数となっている。以下、説明の具体化のため、Φa=0.2411[Vs/rad]、Ld=0.003[H]、Lq=0.008[H]、という数値例の下で説明を行う。この場合におけるiqとLの関係を、図5の曲線60に示す。γ軸電流指令値iγ*をゼロとした場合、最大トルク制御に一致するLの値は、1[A]≦iq≦40[A]において、概ね0.003[H]から0.0042[H]の範囲内にある。つまり、γ軸電流指令値iγ*をゼロとした場合、最大トルク制御に一致するLの値は、Lq(今の場合、0.008[H])よりも随分Ld(今の場合、0.003[H])側に存在していることが分かる。 L represented by the equation (11) is a function of the q-axis current i q . Hereinafter, for the sake of concrete description, description will be made under numerical examples of Φ a = 0.2411 [Vs / rad], L d = 0.003 [H], L q = 0.008 [H]. . The relationship between i q and L in this case is shown by a curve 60 in FIG. When the γ-axis current command value iγ * is set to zero, the value of L that coincides with the maximum torque control is approximately 0.003 [H] to 0.0042 [A] when 1 [A] ≦ i q ≦ 40 [A]. H]. In other words, when the γ-axis current value i? * To zero, the value of L matching the maximum torque control, (in this case, 0.008 [H]) L q quite case of L d (now than, It can be seen that it exists on the side of 0.003 [H]).

これに着目し、本実施形態では、上記式(6)又は(7)を満たす演算用パラメータLを採用し、且つγ軸電流指令値iγ*をゼロとすることにより、最大トルク制御に近い制御を実現する。例えば、上記の数値例の下、iqに関係なく演算用パラメータLを、L=0.0039[H]に固定した場合にモータ1に流れるd軸電流idとq軸電流iqとの関係を、図6の破線62により表す。実線61は、理想的に最大トルク制御を行った場合におけるd軸電流idとq軸電流iqとの関係を示した曲線であるが、破線62と実線61は非常に類似した曲線であることが図6から分かる。 Focusing on this, in the present embodiment, a control parameter close to the maximum torque control is adopted by adopting the operation parameter L satisfying the above formula (6) or (7) and setting the γ-axis current command value iγ * to zero. Is realized. For example, the above numerical example below, the calculation parameter L regardless i q, L = 0.0039 [H] flowing through the motor 1 when secured to the d-axis current i d and the q-axis current i q The relationship is represented by a broken line 62 in FIG. The solid line 61 is a curve showing the relationship between the d-axis current i d and the q-axis current i q when the maximum torque control is ideally performed. The broken line 62 and the solid line 61 are very similar curves. This can be seen from FIG.

iγ*=0としているのに拘わらずq軸電流iqに応じたd軸電流idが流れるのは、q軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして上記式(6)又は(7)を満たす演算用パラメータLを採用したことに起因してd軸とγ軸との間にずれが生じているためである。尚、図5の曲線60において、iq=30[A]のとき、L=0.0039[H]となっているため、当然ではあるが、実線61と破線62は、iq=30[A]において交差している。 The d-axis current i d corresponding to the q-axis current i q flows even though i γ * = 0, because the calculation satisfies the above formula (6) or (7) as the calculation parameter corresponding to the q-axis inductance. This is because a deviation occurs between the d-axis and the γ-axis due to the use of the parameter L for use. Incidentally, the curve 60 in FIG. 5, when i q = 30 of [A], because that is the L = 0.0039 [H], Naturally is a solid line 61 and broken line 62, i q = 30 [ A].

尚、説明の具体化のため、γ軸電流指令値iγ*の値をゼロとする例を説明したが、γ軸電流指令値iγ*の値は厳密にゼロである必要はなく、ゼロ近傍の値となっておればよい(即ち、iγ*≒0であればよい)。換言すれば、γ軸電流指令値iγ*の値を議論する場合における「ゼロ」は、或る程度の幅を持った「実質的なゼロ」と解釈されるべきである。iγ*が厳密にゼロでなくても、実質的にゼロとみなせる程度であれば、最大トルク制御に近い制御を得ることができるからである。 For the sake of concrete explanation, an example in which the value of the γ-axis current command value iγ * is zero has been described. However, the value of the γ-axis current command value iγ * does not have to be strictly zero, It is only necessary to be a value (i.e., iγ * ≈0). In other words, “zero” in discussing the value of the γ-axis current command value iγ * should be interpreted as “substantially zero” having a certain width. This is because even if iγ * is not strictly zero, control close to maximum torque control can be obtained as long as it can be regarded as substantially zero.

演算用パラメータLの値は、上記のような最大トルク制御に近似した制御を実現するべく、上記式(6)又は式(7)を満たす範囲内から選ばれる。具体的には、γ軸電流指令値iγ*をゼロ又はゼロ近傍の所定値とすることによってγ軸電流iγを該所定値とし且つモータ1に所定の負荷トルクを与える。そして、その状態において、モータ電流Iaの大きさが最小になるような演算用パラメータLの値を、上記式(6)又は式(7)を満たす範囲内から選ぶ。iγ*≒0の下でモータ電流Iaの大きさに最小値を与えるLの値は、図7に示すようにLdとLqの間に存在しており、Φa、Ld、Lqの値として様々な値を採用しても、そのようなLは、上記式(7)を満たす。 The value of the calculation parameter L is selected from a range that satisfies the above formula (6) or formula (7) in order to realize control similar to the maximum torque control as described above. Specifically, the γ-axis current command value iγ * is set to zero or a predetermined value near zero, thereby setting the γ-axis current iγ to the predetermined value and applying a predetermined load torque to the motor 1. Then, choose in this state, the value of the operation parameter L such as the magnitude of the motor current I a is minimum, from the above equation (6) or within the range satisfying the equation (7). The value of L that gives the minimum value to the magnitude of the motor current I a under i γ * ≈0 exists between L d and L q as shown in FIG. 7, and Φ a , L d , L Even if various values are adopted as the value of q , such L satisfies the above formula (7).

iγ*≒0の下でモータ電流Iaの大きさに最小値を与えるLの値を選んだとき、その所定の負荷トルクにおいて、そのLは、最大トルク制御を理想的に実現する演算用パラメータとなる。尚、そのような演算用パラメータLの値は、設計段階において調査され、設定される。 When a value of L that gives a minimum value to the magnitude of the motor current Ia is selected under iγ * ≈0, the L is a calculation parameter that ideally realizes maximum torque control at the predetermined load torque. It becomes. The value of the operation parameter L is investigated and set at the design stage.

このように、回転子位置の推定に用いる演算用パラメータとしてのq軸インダクタンスの値を適切に設定しておくことによって、iγ*を逐次計算することなくiγ*≒0としておくだけで最大トルク制御に近い制御が実現できる。このため、まず、最大トルク制御のための演算量の削減効果が得られる。また、図21及び図22に示すような従来例では、回転子位置推定用の演算用パラメータの調整と最大トルク制御を行うための演算用パラメータの調整が必要であったが、本実施形態においては、回転子位置推定用の演算用パラメータLを調整するのみで、最大トルク制御に近い制御を得ることができる。これにより、調整に必要となる時間が激減し、時間的な効率が向上する。 As described above, by appropriately setting the value of the q-axis inductance as the calculation parameter used for estimating the rotor position, the maximum torque control can be performed only by setting iγ * ≈0 without sequentially calculating iγ *. Control close to can be realized. For this reason, first, an effect of reducing the amount of calculation for maximum torque control is obtained. Further, in the conventional example as shown in FIGS. 21 and 22, adjustment of the calculation parameter for rotor position estimation and adjustment of the calculation parameter for performing the maximum torque control are necessary. The control close to the maximum torque control can be obtained only by adjusting the calculation parameter L for estimating the rotor position. This drastically reduces the time required for adjustment and improves temporal efficiency.

また、q軸電流iqの値に関係なく、演算用パラメータLを固定値(上述の例では、L=0.0039[H])とする例を上述したが、演算用パラメータLをq軸電流iqの値に応じて(δ軸電流指令値iδ*の値に応じて)変化させても構わない。例えば、図5の曲線60上にのるように、演算用パラメータLをq軸電流iqの値に応じて(δ軸電流指令値iδ*の値に応じて)変化させれば、iγ*≒0としていても、理想的な最大トルク制御を得ることができる(この場合、図6における実線61と破線62が完全に重なる)。尚、q軸電流iqの値に応じて(δ軸電流指令値iδ*の値に応じて)演算用パラメータLをどのように設定するかは、設計段階において予め調べておけばよい。 In addition, the example in which the calculation parameter L is a fixed value (L = 0.039 [H] in the above example) regardless of the value of the q-axis current i q has been described above. It may be changed according to the value of the current i q (according to the value of the δ-axis current command value i δ * ). For example, as rests on the curve 60 in FIG. 5, the calculation parameter L (according to the value of δ-axis current value i? *) According to the value of q-axis current i q should be changed, i? * Even when ≈0, ideal maximum torque control can be obtained (in this case, the solid line 61 and the broken line 62 in FIG. 6 completely overlap). Note that how to set the operation parameter L according to the value of the q-axis current i q (according to the value of the δ-axis current command value iδ * ) may be determined in advance at the design stage.

また、最大トルク制御或いは最大トルク制御に近似した制御を得る手法を上述したが、演算用パラメータLの設定手法によっては、リラクタンストルクを利用した他の制御を得ることも可能である。   Further, although the method for obtaining the maximum torque control or the control approximate to the maximum torque control has been described above, other control using the reluctance torque can be obtained depending on the method for setting the calculation parameter L.

例えば、γ軸電流指令値iγ*をゼロ又はゼロ近傍の所定値とすることによってγ軸電流iγを該所定値とし且つ所定の負荷条件をモータ1に与える。そして、その状態において、モータ1における損失(銅損及び鉄損)が最小になるような演算用パラメータLの値を、上記式(6)又は式(7)を満たす範囲内から選ぶ。iγ*≒0の下で損失に最小値を与えるLの値は、最大トルク制御における場合と同様、LdとLqの間に存在しており、Φa、Ld、Lqの値として様々な値を採用しても、そのようなLは、上記式(7)を満たす。 For example, the γ-axis current command value iγ * is set to zero or a predetermined value near zero, thereby setting the γ-axis current iγ to the predetermined value and giving a predetermined load condition to the motor 1. In this state, the value of the operation parameter L that minimizes the loss (copper loss and iron loss) in the motor 1 is selected from a range that satisfies the above formula (6) or formula (7). The value of L that gives the minimum value to the loss under iγ * ≈0 exists between L d and L q as in the case of the maximum torque control, and is the value of Φ a , L d , L q Even if various values are adopted, such L satisfies the above formula (7).

iγ*≒0の下で損失を最小値とするLの値を選んだとき、その所定の負荷条件において、そのLは、最大効率制御を実現する演算用パラメータとなる。尚、そのような演算用パラメータLの値は、設計段階において調査され、設定される。また、上記の「所定の負荷条件」とは、例えば、モータ1を所定の回転速度で回転させるという条件や、モータ1に所定の負荷トルクを与えるという条件である。 When a value of L that minimizes loss under i γ * ≈0 is selected, L becomes a parameter for calculation that realizes maximum efficiency control under the predetermined load condition. The value of the operation parameter L is investigated and set at the design stage. The “predetermined load condition” is, for example, a condition that the motor 1 is rotated at a predetermined rotational speed or a condition that a predetermined load torque is applied to the motor 1.

また、電流制御部15は下記の2つの等式から成る式(12a)及び(12b)を用いて必要な演算を行う。また、速度制御部17及び比例積分演算器31は、夫々下記式(13)及び(14)を用いて必要な演算を行う。   Further, the current control unit 15 performs necessary calculations using equations (12a) and (12b) including the following two equations. The speed controller 17 and the proportional-plus-integral calculator 31 perform necessary calculations using the following equations (13) and (14), respectively.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
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ここで、Kcp、Ksp及びKpは比例係数、Kci、Ksi及びKiは積分係数であり、それらはモータ駆動システムの設計時において予め設定される値である。
[推定器について]
上述してきた推定器20による回転子位置の推定手法は一例であって、様々な推定手法を採用することが可能である。回転子位置の推定(即ち、推定回転子位置θeの算出)を行うに際して、モータ1のq軸インダクタンスに対応する演算用パラメータを用いる推定手法であれば、何れの推定手法も採用可能である。
Here, K cp , K sp, and K p are proportional coefficients, and K ci , K si, and K i are integral coefficients, which are values set in advance at the time of designing the motor drive system.
[About the estimator]
The estimation method of the rotor position by the estimator 20 described above is an example, and various estimation methods can be employed. When estimating the rotor position (that is, calculating the estimated rotor position θ e ), any estimation method can be employed as long as the estimation method uses a calculation parameter corresponding to the q-axis inductance of the motor 1. .

例えば、上記非特許文献1に記載されている手法を用いて回転子位置を推定するようにしてもよい。上記非特許文献1においては、下記式(15)を用いて軸誤差Δθを算出していることになる。本実施形態における符号及び記号を適用した場合、eγ及びeδは、夫々、モータ1の回転と永久磁石1aによる電機子鎖交磁束Φaとによって発生する誘起電圧のγ軸成分及びδ軸成分を表している。また、sはラプラス演算子であり、gは外乱オブザーバのゲインである。 For example, the rotor position may be estimated using the method described in Non-Patent Document 1. In the said nonpatent literature 1, axial error (DELTA) (theta) is calculated using following formula (15). When the signs and symbols in the present embodiment are applied, eγ and eδ respectively represent the γ-axis component and δ-axis component of the induced voltage generated by the rotation of the motor 1 and the armature linkage magnetic flux Φ a by the permanent magnet 1a. Represents. Further, s is a Laplace operator, and g is a gain of a disturbance observer.

Figure 0004972135
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式(15)に示されるような誘起電圧から軸誤差を推定する手法を図4の軸誤差推定部30に当てはめた場合、軸誤差推定部30は、下記式(16)を用いて軸誤差Δθ’を算出すればよい。式(16)は、上記式(15)におけるΔθ及びLqを、夫々Δθ’及びLに置換したものとなっている。そして、図4の構成と同様に、その軸誤差Δθ’がゼロに収束するように、比例積分演算器31が推定モータ速度ωeを算出し且つ積分器32が
推定回転子位置θeを算出するようにすれば、d軸とγ軸との間にずれが生じることにな
る。
When the method for estimating the axis error from the induced voltage as shown in the equation (15) is applied to the axis error estimating unit 30 in FIG. 4, the axis error estimating unit 30 uses the following equation (16) to calculate the axis error Δθ. 'Can be calculated. Equation (16) is obtained by replacing Δθ and L q in equation (15) with Δθ ′ and L, respectively. As in the configuration of FIG. 4, the proportional-plus-integral calculator 31 calculates the estimated motor speed ω e and the integrator 32 calculates the estimated rotor position θ e so that the axis error Δθ ′ converges to zero. By doing so, a deviation occurs between the d-axis and the γ-axis.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

また、その他、特開2004−96979号公報に記載されている手法等を用いて、回転子位置を推定するようにしてもよい。   In addition, the rotor position may be estimated using a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-96979.

また、図4の構成に代えて、誘起電圧の元となる鎖交磁束から軸誤差(回転子位置)を推定する構成を採用してもよい。この手法について、説明を加えておく。まず、実軸上での拡張誘起電圧方程式は、一般的に下記式(17)のように表される。式(17)におけるEexは、式(18)で表され、拡張誘起電圧と呼ばれている。尚、下記の式中におけるpは、微分演算子である。 Further, instead of the configuration of FIG. 4, a configuration may be adopted in which the axis error (rotor position) is estimated from the interlinkage magnetic flux that is the source of the induced voltage. A description of this technique will be added. First, the extended induced voltage equation on the real axis is generally expressed as the following equation (17). E ex in the equation (17) is expressed by the equation (18) and is called an extended induced voltage. In the following formula, p is a differential operator.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
Figure 0004972135

実軸上の式(17)を、制御軸上に座標変換すると、式(19)が得られる。   When the equation (17) on the real axis is coordinate-transformed on the control axis, the equation (19) is obtained.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

また、拡張誘起電圧Eexを表す式(18)の過渡項(右辺第2項)を無視した場合における磁束を、下記式(20)のように拡張磁束Φexと定める。 Further, the magnetic flux when the transient term (second term on the right side) of the equation (18) representing the expansion induced voltage E ex is ignored is defined as the expanded magnetic flux Φ ex as the following equation (20).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

ところで、モータ速度や負荷が一定の状態では、モータ電流の大きさ及び位相の変化は微小であるから、q軸電流の微分項である式(18)の右辺第2項は、ωΦexより十分に小さくゼロとみなせる。また、モータ1が脱調しないで駆動されている場合は、実モータ速度ωと推定モータ速度ωeは近い値をとるため、式(19)の右辺第3項も、ωΦexより十分に小さくゼロとみなせる。そこで、式(18)の右辺第2項及び式(19)の右辺第3項を無視して考えると、式(19)は下記式(21)のようになる。 By the way, when the motor speed and load are constant, changes in the magnitude and phase of the motor current are very small. Therefore, the second term on the right side of the equation (18), which is the differential term of the q-axis current, is more sufficient than ωΦ ex. Can be regarded as zero. When the motor 1 is driven without step-out, the actual motor speed ω and the estimated motor speed ω e are close to each other, so the third term on the right side of the equation (19) is also sufficiently smaller than ωΦ ex. It can be regarded as zero. Therefore, when ignoring the second term on the right side of the equation (18) and the third term on the right side of the equation (19), the equation (19) becomes the following equation (21).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

ここで、図8に、モータ1における各部の電圧の関係等を表したベクトル図を示す。モータ印加電圧Vaは、拡張誘起電圧Eex=ωΦexと、モータ抵抗Raでの電圧降下ベクトルRa・Iaと、電機子巻線のインダクタンスでの電圧降下ベクトルVLとの和で表される。拡張磁束Φexは、永久磁石の作る磁束Φaとd軸電流の作る磁束(Ld−Lq)idとの和であるから、ベクトルの方向はd軸と一致する。Lq・Iaで表されるベクトルは、q軸インダクタンスとモータ電流Iaによって生じる磁束のベクトルであり、符号70は、ΦexとLq・Iaの合成磁束ベクトルを表す。 Here, FIG. 8 shows a vector diagram showing the relationship between the voltages of the respective parts in the motor 1. The motor applied voltage V a is the sum of the expansion induced voltage E ex = ωΦ ex , the voltage drop vector R a · I a at the motor resistance R a , and the voltage drop vector V L at the inductance of the armature winding. expressed. Extended flux [Phi ex is the sum of the magnetic flux (L d -L q) i d to make the magnetic flux [Phi a and d-axis current produced by the permanent magnet, the direction of the vector coincides with the d-axis. A vector represented by L q · I a is a vector of magnetic flux generated by the q-axis inductance and the motor current I a , and reference numeral 70 represents a combined magnetic flux vector of Φ ex and L q · I a .

また、Φδは、拡張磁束Φexのδ軸成分である。従って、Φδ=Φex・sinΔθが成立する。また、上記式(21)の行列の1行目を展開して整理することにより、下記式(22)が導かれる。 Further, Faideruta is δ-axis component of the extension magnetic flux [Phi ex. Therefore, Φδ = Φ ex · sin Δθ holds. Further, the following formula (22) is derived by expanding and arranging the first row of the matrix of the formula (21).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

通常、永久磁石の作る磁束は、d軸電流の作る磁束よりも十分に大きく、Φa>>(Ld−Lq)idであるため、Φexは一定、即ち、Φex≒Φaと考えることができる。そして、軸誤差Δθが小さく、sinΔθ≒θにて近似できるとすると、式(22)を参照して、下記式(23)が成立する。 Usually, the magnetic flux generated by the permanent magnet is sufficiently larger than the magnetic flux generated by the d-axis current and is Φ a >> (L d −L q ) i d , so Φ ex is constant, that is, Φ ex ≈Φ a Can be considered. If the axial error Δθ is small and can be approximated by sin Δθ≈θ, the following equation (23) is established with reference to the equation (22).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

上記式(23)から分かるように、Φδは、電機子鎖交磁束Φaのδ軸成分(モータ1の永久磁石1a(図2)のδ軸に平行な磁束成分であるδ軸磁束)に等しいと近似される。つまり、Φδ≒(一定値)×Δθ と近似される。このため、このΦδがゼロに収束するように制御することによっても軸誤差Δθはゼロに収束することになる。即ち、Φδに基づいて回転子位置やモータ速度を推定することが可能となる。 As can be seen from the above equation (23), Φδ is a δ-axis component of the armature linkage magnetic flux Φa (a δ-axis magnetic flux that is a magnetic flux component parallel to the δ axis of the permanent magnet 1a of the motor 1 (FIG. 2)). Approximate to be equal. That is, it is approximated as Φδ≈ (constant value) × Δθ. For this reason, the axial error Δθ converges to zero also by controlling so that Φδ converges to zero. That is, the rotor position and motor speed can be estimated based on Φδ.

従って、図3及び図4における推定器20を図9に示す推定器20aに置換することが可能である。推定器20aは、δ軸磁束推定部33と、比例積分演算器31aと、積分器32aから構成される。軸誤差Δθをゼロに収束させるならばδ軸磁束推定部33はδ軸磁束Φδを推定すればよいのであるが、上述の考え方と同様、d軸とγ軸との間に意図的にずれを生じさせるべく、δ軸磁束推定部33は下記式(24)に従ってδ軸磁束Φδ’を推定する。つまり、q軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして、実際のLqを用いずに、上記式(6)又は式(7)を満たすLを用いて、δ軸磁束Φδ’を算出する。 Therefore, it is possible to replace the estimator 20 in FIGS. 3 and 4 with an estimator 20a shown in FIG. The estimator 20a includes a δ-axis magnetic flux estimator 33, a proportional-integral calculator 31a, and an integrator 32a. If the axis error Δθ is converged to zero, the δ-axis magnetic flux estimator 33 may estimate the δ-axis magnetic flux Φδ. However, as in the above-described concept, there is an intentional deviation between the d-axis and the γ-axis. In order to generate it, the δ-axis magnetic flux estimation unit 33 estimates the δ-axis magnetic flux Φδ ′ according to the following equation (24). That is, the δ-axis magnetic flux Φδ ′ is calculated using L that satisfies the above formula (6) or formula (7) without using the actual L q as the calculation parameter corresponding to the q-axis inductance.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

比例積分演算器31aは、図4の比例積分演算器31と同様のものであり、モータ制御装置3を構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、δ軸磁束推定部33が算出したδ軸磁束Φδ’がゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器32aは、比例積分演算器31aから出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器31aが出力する推定モータ速度ωeと積分器32aが出力する推定回転子位置θeは、共に推定器20aの出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3の各部位に与えられる。 The proportional-integral calculator 31a is the same as the proportional-integral calculator 31 shown in FIG. 4, and performs proportional-integral control while cooperating with each part constituting the motor control device 3, so that the δ-axis magnetic flux estimating unit 33 The estimated motor speed ω e is calculated so that the calculated δ-axis magnetic flux Φδ ′ converges to zero. The integrator 32a integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 31a to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional-plus-integral calculator 31a and the estimated rotor position θ e output from the integrator 32a are both output values of the estimator 20a, and each part of the motor control device 3 that requires these values. Given to.

尚、式(24)から分かるように、Ldを含む項はiγにかかっているため、その項の値は比較的小さい。即ち、回転子位置の推定に際して、d軸インダクタンスLdの影響は小さい(なぜならば、iγの値はiδの値よりもかなり小さい)。これを考慮し、推定に用いる式(24)において、Ldの値としてLを用いるようにしてもよい。この場合、リラクタンストルクを利用しない非突極機(表面磁石形同期モータ等)に用いる制御と同じ制御にて、突極機の高効率運転が可能となるため、磁石の埋め込み構造の違い等を区別して制御を変える必要がなくなり、汎用性が高まる。このような汎用性の高さは、式(5)及び式(16)等を用いた場合にも言えることである。 As can be seen from the equation (24), since the term including L d depends on iγ, the value of the term is relatively small. That is, in estimating the rotor position, the influence of the d-axis inductance L d is small (because the value of i γ is much smaller than the value of i δ ). Considering this, L may be used as the value of L d in the equation (24) used for estimation. In this case, the salient pole machine can be operated efficiently with the same control as that used for non-salient pole machines (surface magnet type synchronous motors, etc.) that do not use reluctance torque. There is no need to distinguish and change the control, increasing versatility. Such high versatility can be said also when Expression (5) and Expression (16) are used.

また、式(23)ではΦex≒Φaの近似を用いているが、この近似を用いることなくδ軸磁束を推定するようにしてもよい。この場合、下記式(25)に従ってδ軸磁束Φδ’を推定するようにすればよい。この場合も、q軸インダクタンスに対応する演算用パラメータとして、実際のLqを用いずに、上記式(6)又は式(7)を満たすLを用いるようにする。 Further, in equation (23), an approximation of Φ ex ≈Φ a is used, but the δ-axis magnetic flux may be estimated without using this approximation. In this case, the δ-axis magnetic flux Φδ ′ may be estimated according to the following formula (25). Also in this case, L that satisfies the above formula (6) or formula (7) is used as the calculation parameter corresponding to the q-axis inductance, without using the actual L q .

Figure 0004972135
Figure 0004972135

<<第2実施形態>>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態、本実施形態及び後述する他の実施形態の説明において、特に記述しない限り、同一の符号を付したものは同一のものであると共に同一の記号(θやωなど)を付したものは同一のものである。このため、同一の符号または記号を付したものについての重複する説明を省略する場合がある。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the above-described first embodiment, this embodiment, and other embodiments described later, unless otherwise specified, the same reference numerals denote the same parts and the same symbols (θ, ω, etc.). The ones attached are the same. For this reason, the overlapping description about what attached | subjected the same code | symbol or symbol may be abbreviate | omitted.

図10は、第2実施形態に係るモータ駆動システムのブロック構成図である。第2実施形態に係るモータ駆動システムは、モータ1と、インバータ2と、モータ制御装置3aと、を備えて構成される。   FIG. 10 is a block configuration diagram of a motor drive system according to the second embodiment. The motor drive system according to the second embodiment includes a motor 1, an inverter 2, and a motor control device 3a.

モータ制御装置3aは、モータ電流Iaを用いてモータ1の回転子位置等を推定し、モータ1を所望の回転速度で回転させるための信号をPWMインバータ2に与える。この所望の回転速度は、図示されないCPU(中央処理装置;Central Processing Unit)等からモータ制御装置3aにモータ速度指令値ω*として与えられる。 The motor control device 3a estimates the rotor position of the motor 1 using the motor current Ia , and gives a signal for rotating the motor 1 at a desired rotational speed to the PWM inverter 2. This desired rotation speed is given as a motor speed command value ω * to the motor control device 3a from a CPU (Central Processing Unit) not shown.

図11及び図12は、本実施形態に適用される、モータ1の解析モデル図である。図11には、U相、V相、W相の電機子巻線固定軸が示されている。本実施形態においても、d軸、q軸、γ軸及びδ軸、実回転子位置θ、推定回転子位置θe及び軸誤差Δθ、並びに、実モータ速度ω及び推定モータ速度ωeを、第1実施形態(図2参照)と同様に定義する。 11 and 12 are analysis model diagrams of the motor 1 applied to this embodiment. FIG. 11 shows the U-phase, V-phase, and W-phase armature winding fixed axes. Also in this embodiment, the d-axis, q-axis, γ-axis, and δ-axis, the actual rotor position θ, the estimated rotor position θ e and the axis error Δθ, the actual motor speed ω, and the estimated motor speed ω e are The definition is the same as in the first embodiment (see FIG. 2).

更に、最大トルク制御を実現する際にモータ1に供給されるべき電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸をqm軸と定める。そして、qm軸から電気角で90度遅れた軸をdm軸と定める。dm軸とqm軸とから成る座標軸をdm−qm軸と呼ぶ。   Furthermore, the rotation axis whose direction coincides with the direction of the current vector to be supplied to the motor 1 when realizing the maximum torque control is defined as the qm axis. An axis that is delayed by 90 degrees in electrical angle from the qm axis is defined as the dm axis. A coordinate axis composed of the dm axis and the qm axis is called a dm-qm axis.

最大トルク制御実現時における電流軌跡を表す図6の実線61からも明らかなように、最大トルク制御を実現するモータ電流は、正のq軸成分と負のd軸成分を有する。このため、qm軸はq軸よりも位相が進んだ軸となる。図11及び図12において、反時計回りの方向が位相の進みの方向である。   As is apparent from the solid line 61 in FIG. 6 representing the current locus when realizing the maximum torque control, the motor current for realizing the maximum torque control has a positive q-axis component and a negative d-axis component. For this reason, the qm axis is an axis whose phase is advanced with respect to the q axis. 11 and 12, the counterclockwise direction is the phase advance direction.

qm軸から見たq軸の位相(角度)をθm、δ軸から見たqm軸の位相(角度)をΔθm、と表す。この場合、勿論、dm軸から見たd軸の位相もθm、γ軸から見たdm軸の位相もΔθmとなる。θmは、q軸(d軸)からみたqm軸(dm軸)の進み角である。Δθmは、qm軸とδ軸との間の軸誤差(dm−qm軸とγ−δ軸との間の軸誤差)を表している。d軸とγ軸との間の軸誤差であるΔθは、Δθ=Δθm+θm、にて表される。 The phase (angle) of the q axis viewed from the qm axis is represented by θ m , and the phase (angle) of the qm axis viewed from the δ axis is represented by Δθ m . In this case, of course, the phase of the d axis seen from the dm axis is also θ m , and the phase of the dm axis seen from the γ axis is also Δθ m . θ m is a lead angle of the qm axis (dm axis) viewed from the q axis (d axis). Δθ m represents an axial error between the qm axis and the δ axis (an axial error between the dm-qm axis and the γ-δ axis). Δθ which is an axial error between the d-axis and the γ-axis is expressed by Δθ = Δθ m + θ m .

上述のごとく、dm軸はd軸よりも位相が進んでおり、この際、θmは負の値をとるものとする。同様に、γ軸がdm軸よりも位相が進んでいる場合、Δθmは負の値をとる。図12に示されているベクトル(Em等)については、後述する。 As described above, the phase of the dm axis is more advanced than that of the d axis, and θ m takes a negative value at this time. Similarly, when the phase of the γ axis is more advanced than that of the dm axis, Δθ m takes a negative value. The vectors ( Em etc.) shown in FIG. 12 will be described later.

また、モータ電流Iaのdm軸成分及びqm軸成分を、夫々、dm軸電流idm及びqm軸電流iqmで表す。モータ電圧Vaのdm軸成分及びqm軸成分を、それぞれdm軸電圧vdm及びqm軸電圧vqmで表す。 Also, it expressed by the dm-axis and qm-axis components of the motor current I a, respectively, dm-axis current i dm and qm-axis current i qm. The dm-axis and qm-axis components of the motor voltage V a, respectively expressed by the dm-axis voltage v dm and qm-axis voltage v qm.

本実施形態では、qm軸(dm軸)とδ軸(γ軸)との間の軸誤差Δθmを推定して推定軸であるγ軸をdm軸に収束させる(即ち、軸誤差Δθmをゼロに収束させる)。そして、モータ電流Iaをqm軸に平行なqm軸電流iqmとdm軸に平行なdm軸電流idmとに分解することによって、モータ1をベクトル制御する。 In the present embodiment, the axis error Δθ m between the qm axis (dm axis) and the δ axis (γ axis) is estimated and the estimated γ axis is converged to the dm axis (that is, the axis error Δθ m is reduced). Converge to zero). Then, the motor 1 is vector-controlled by decomposing the motor current I a into a qm-axis current i qm parallel to the qm-axis and a dm-axis current i dm parallel to the dm-axis.

この場合も、軸誤差Δθmを推定するための(軸誤差Δθmをゼロに収束させるための)推定用のパラメータの調整が必要となるが、この調整を行うことによって同時に最大トルク制御実現用のパラメータ調整が完了する。つまり、軸誤差推定用のパラメータ調整が最大トルク制御実現用のパラメータ調整を兼ねているため、調整が非常に容易となる。 Again, it is necessary to adjust parameters for estimation (for converging the axis error [Delta] [theta] m to zero) which for estimating the axis error [Delta] [theta] m, for achieving maximum torque control at the same time by making this adjustment The parameter adjustment is completed. That is, since the parameter adjustment for estimating the axis error also serves as the parameter adjustment for realizing the maximum torque control, the adjustment becomes very easy.

また、qm軸の定義から明らかなように、最大トルク制御を行う際におけるモータ電流Iaの電流軌跡は、図13の実線82に示す如く、qm軸上にのる。このため、最大トルク制御を行うに際して、上記式(2)で示されるような複雑なγ軸電流指令値iγ*の算出は不要となり、演算負荷が軽減される。この際、γ軸電流指令値iγ*は、第1実施形態と同様に設定される。つまり、例えば、γ軸電流指令値iγ*は、iδの値に関係なく、ゼロまたはゼロ近傍の所定値とされる。 As is clear from the definition of the qm-axis current locus of the motor current I a at the time of the maximum torque control is performed, as shown in the solid line 82 in FIG. 13, ride on the qm-axis. Therefore, when performing the maximum torque control, it is not necessary to calculate the complicated γ-axis current command value iγ * as shown in the above equation (2), and the calculation load is reduced. At this time, the γ-axis current command value iγ * is set in the same manner as in the first embodiment. That is, for example, the γ-axis current command value iγ * is zero or a predetermined value near zero regardless of the value of iδ.

次に、電圧方程式を用いて、本実施形態の意義及び具体的な制御手法を説明する。まず、実軸上での拡張誘起電圧方程式は、式(26)にて表され、拡張誘起電圧Eexは式(27)にて表される。式(26)は上記式(17)と同じものであり、式(27)は上記式(18)と同じものである。尚、下記の式中におけるpは、微分演算子である。 Next, the significance and specific control method of this embodiment will be described using voltage equations. First, the expansion induced voltage equation on the real axis is expressed by equation (26), and the expansion induced voltage E ex is expressed by equation (27). Equation (26) is the same as equation (17) above, and equation (27) is the same as equation (18) above. In the following formula, p is a differential operator.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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実軸上の式(26)を、制御上の推定軸であるγ−δ軸上に座標変換すると、式(28)が得られ、簡単化のために式(28)の右辺第3項を無視すると、式(29)が得られる。   When the equation (26) on the real axis is coordinate-transformed on the γ-δ axis that is the estimated axis for control, the equation (28) is obtained, and for the sake of simplification, the third term on the right side of the equation (28) If ignored, equation (29) is obtained.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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dm−qm軸に着目して、式(29)を書き改めると、式(30)が得られる。   Focusing on the dm-qm axis, rewriting equation (29) yields equation (30).

Figure 0004972135
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ここで、式(31)が成立すると定義する。更に、id=iqm・sinθmであることを考慮すると、式(32)が成立する。 Here, it is defined that Expression (31) is established. Further, considering that i d = i qm · sin θ m , Equation (32) is established.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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式(32)を用いて式(30)を変形すると、式(33)が得られる。但し、Emは、式(34)によって表される。Lq1は、θmに依存する仮想インダクタンスである。Lq1は、式(30)の右辺第2項に存在するEex・sinθmを、仮想インダクタンスによる電圧降下として取り扱うために便宜上定められる。尚、Lq1は、負の値をとる。 When Expression (30) is transformed using Expression (32), Expression (33) is obtained. However, Em is represented by Formula (34). L q1 is a virtual inductance that depends on θ m . L q1 is determined for convenience in order to treat E ex · sin θ m existing in the second term on the right side of Equation (30) as a voltage drop due to virtual inductance. L q1 takes a negative value.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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ここで、等式:Lm=Lq+Lq1、が成立すると近似する(θmはiq及びiqmに依存するため、Lq1はiq及びiqmに依存する。また、Lqも磁気飽和の影響によりiq及びiqmに依存する。Lq1のiq依存性とLqのiq依存性を、Lmに集約し、推定時にiq及びiqmの影響を考慮する)。そうすると、式(33)は、下記式(35)のように変形される。尚、後にも述べるが、このLmは、第1実施形態における演算用パラメータLに相当するものである。 Here, it is approximated that the equation: L m = L q + L q1 is established (since θ m depends on i q and i qm , L q1 depends on i q and i qm , and L q also the i q dependence of i q dependent and L q of .L q1 which depends on i q and i qm due to the influence of magnetic saturation, and concentrated in L m, consider the influence of i q and i qm during estimation) . Then, the equation (33) is transformed into the following equation (35). As will be described later, this L m corresponds to the calculation parameter L in the first embodiment.

Figure 0004972135
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更に、式(35)を変形すると、下記式(36)が得られる。ここで、Eexmは、下記式(37)によって表される。 Further, when the formula (35) is modified, the following formula (36) is obtained. Here, E exm is represented by the following formula (37).

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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γ−δ軸とdm−qm軸との間に軸誤差Δθmがあったとすると、式(36)は下式(38)のように変形される。つまり、式(26)を式(28)に変形したのと同様に、dm−qm軸上の式(36)をγ−δ軸上に座標変換すると、式(38)が得られる。 If there is an axis error Δθ m between the γ-δ axis and the dm-qm axis, the equation (36) is transformed as the following equation (38). That is, the equation (38) is obtained by converting the equation (36) on the dm-qm axis to the γ-δ axis in the same manner as the equation (26) is transformed into the equation (28).

Figure 0004972135
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また、pΔθm≒0、idm≒0、(Ld−Lq)(piq)≒0、と近似すると、式(37)によって表されるEexmは、下記式(39)のように近似される。 Further, when approximated as pΔθ m ≈0, i dm ≈0, and (L d −L q ) (pi q ) ≈0 , E exm represented by Expression (37) is expressed by the following Expression (39). Approximated.

Figure 0004972135
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また、上記式(32)に「Lm=Lq+Lq1」を代入して得られる式をθmについて解き、更に、iδ≒iqmと仮定すると、下記式(40)が得られる。式(40)で表されるように、θmはiδの関数であるから、Eexmもiδの関数となる。 Further, when an equation obtained by substituting “L m = L q + L q1 ” into the equation (32) is solved for θ m and further assumed that iδ≈i qm , the following equation (40) is obtained. As represented by Expression (40), θ m is a function of i δ , so E exm is also a function of i δ .

Figure 0004972135
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図12を参照しつつ、EexとEmとEexmとの関係について説明を加えておく。Eex、Em及びEexmを、回転座標系における電圧ベクトルとして考える。この場合、Eexは拡張誘起電圧ベクトルと呼ぶことができる。拡張誘起電圧ベクトルEexは、q軸上の誘起電圧ベクトルである。拡張誘起電圧ベクトルEexを、qm軸上の誘起電圧ベクトルとdm軸上の誘起電圧ベクトルとに分解して考える。上記式(34)からも分かるように、この分解によって得られたqm軸上の誘起電圧ベクトルが、Emである。また、この分解によって得られた、図12の符号80で表されるdm軸上の誘起電圧ベクトル(Eex・sinθm)は、仮想インダクタンスLq1による電圧降下ベクトルである。 With reference to FIG. 12, A supplementary description will be given of the relationship between E ex and E m and E exm. Consider E ex , E m and E exm as voltage vectors in the rotating coordinate system. In this case, E ex can be referred to as an extended induced voltage vector. The extended induced voltage vector E ex is an induced voltage vector on the q axis. Consider the extended induced voltage vector E ex into an induced voltage vector on the qm axis and an induced voltage vector on the dm axis. As can be seen from the above equation (34), the induction voltage vector on the qm-axis obtained by this decomposition is E m. Further, the induced voltage vector (E ex · sin θ m ) on the dm-axis, which is obtained by this decomposition and represented by reference numeral 80 in FIG. 12, is a voltage drop vector due to the virtual inductance L q1 .

式(34)と(37)の比較からも分かるように、Eexmは、Emにω(Lq−Lm)idmを加えたものとなっている。このため、回転座標系において、Eexmも、Emと同様、qm軸上の誘起電圧ベクトルとなる。最大トルク制御を行う際には、上述したようにidm≒0であるため、EexmはEmに(略)一致する。 As can be seen from the comparison between the equations (34) and (37), E exm is obtained by adding ω (L q −L m ) i dm to E m . For this reason, in the rotating coordinate system, E exm is also an induced voltage vector on the qm axis, like E m . When the maximum torque control is performed, since i dm ≈0 as described above, E exm (substantially) matches E m .

続けて、図12を参照しつつ、Eex、Em及びEexmに対応する磁束についても説明を加えておく。Eexは、モータ1の鎖交磁束であるΦexとモータ1の回転とによって発生する誘起電圧である(上記式(20)参照)。逆に言えば、ΦexはEexをωで割ることによって算出される(但し、式(27)で表されるEexの過渡項(右辺第2項)を無視)。 Next , the magnetic fluxes corresponding to E ex , E m and E exm will be described with reference to FIG. E ex is an induced voltage generated by Φ ex that is the flux linkage of the motor 1 and the rotation of the motor 1 (see the above formula (20)). Conversely, Φ ex is calculated by dividing E ex by ω (however, the transient term of E ex (the second term on the right side) expressed by equation (27) is ignored).

Φexを回転座標系における鎖交磁束ベクトルとして考えると、鎖交磁束ベクトルΦexは、d軸上の鎖交磁束ベクトルである。鎖交磁束ベクトルΦexを、qm軸上の鎖交磁束ベクトルとdm軸上の鎖交磁束ベクトルとに分解して考える。この分解によって得られたdm軸上の鎖交磁束ベクトルをΦmと定義すると、Φm=Em/ωとなる。また、この分解によって得られた、図12の符号81で表されるqm軸上の鎖交磁束ベクトル(Φex・sinθm)は、仮想インダクタンスLq1による磁束ベクトルである。 Given the [Phi ex as a flux linkage vector in a rotating coordinate system, the flux linkage vector [Phi ex is a flux linkage vector on the d-axis. The linkage flux vector Φ ex is considered by being decomposed into an linkage flux vector on the qm axis and an linkage flux vector on the dm axis. If the flux linkage vector on the dm axis obtained by this decomposition is defined as Φ m , Φ m = E m / ω. Further, the flux linkage vector (Φ ex · sin θ m ) on the qm axis, which is obtained by this decomposition and represented by reference numeral 81 in FIG. 12, is a magnetic flux vector due to the virtual inductance L q1 .

「Φexm=Eexm/ω」とおくと、ΦexmはΦmに(Lq−Lm)idmを加えたものとなる。このため、回転座標系において、Φexmも、Φmと同様、dm軸上の鎖交磁束ベクトルとなる。最大トルク制御を行う際には、上述したようにidm≒0であるため、ΦexmはΦmに(略)一致する。
次に、上記の各式を利用した、具体的なモータ駆動システムの例を示す。図14は、図10のモータ制御装置3aの内部構成を詳細に表した、モータ駆動システムの構成ブロック図である。モータ制御装置3aは、電流検出器11、座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17、座標変換器18、減算器19及び位置・速度推定器40(以下、単に「推定器40」という)、を有して構成される。即ち、図14のモータ制御装置3aは、図3のモータ制御装置3における推定器20を推定器40に置換した構成となっている。モータ制御装置3aを構成する各部位は、必要に応じてモータ制御装置3a内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。
If “Φ exm = E exm / ω” is set, Φ exm is obtained by adding (L q −L m ) i dm to Φ m . For this reason, in the rotating coordinate system, Φ exm is also a flux linkage vector on the dm axis, like Φ m . When maximum torque control is performed, i dm ≈0 as described above, and therefore Φ exm (substantially) matches Φ m .
Next, an example of a specific motor drive system using the above equations will be shown. FIG. 14 is a configuration block diagram of the motor drive system showing in detail the internal configuration of the motor control device 3a of FIG. The motor control device 3a includes a current detector 11, a coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a speed control unit 17, a coordinate converter 18, a subtractor 19, and a position / A speed estimator 40 (hereinafter simply referred to as “estimator 40”) is included. That is, the motor control device 3a in FIG. 14 has a configuration in which the estimator 20 in the motor control device 3 in FIG. Each part constituting the motor control device 3a can freely use all the values generated in the motor control device 3a as necessary.

電流検出器11は、モータ電流Iaの固定軸成分であるU相電流iu及びV相電流ivを検出する。座標変換器12は、電流検出器11からのU相電流iu及びV相電流ivの検出結果を受け取り、それらを推定器40から与えられる推定回転子位置θeを用いて、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδに変換する。この変換には、第1実施形態と同様、上記式(3)を用いる。 Current detector 11 detects the U-phase current i u and the V-phase current i v is a fixed axis component of the motor current I a. Coordinate converter 12 receives detection results of the U-phase current i u and the V-phase current i v from the current detector 11, with their estimated rotor position theta e fed from the estimator 40, gamma-axis current It converts into iγ and δ-axis current iδ. For this conversion, the above equation (3) is used as in the first embodiment.

推定器40は、推定回転子位置θe及び推定モータ速度ωeを推定して出力する。推定器40による具体的な推定手法については後述する。 The estimator 40 estimates and outputs the estimated rotor position θ e and the estimated motor speed ω e . A specific estimation method by the estimator 40 will be described later.

減算器19は、推定器40から与えられる推定モータ速度ωeを、モータ速度指令値ω*から減算し、その減算結果(速度誤差)を出力する。速度制御部17は、減算器19の減算結果(ω*−ωe)に基づいて、δ軸電流指令値iδ*を作成する。磁束制御部16は、γ軸電流指令値iγ*を出力する。このγ軸電流指令値iγ*は、上述したように、第1実施形態と同様に設定される。例えば、iγ*はゼロまたはゼロ近傍の所定値とされる。 The subtracter 19 subtracts the estimated motor speed ω e given from the estimator 40 from the motor speed command value ω * and outputs the subtraction result (speed error). The speed control unit 17 creates the δ-axis current command value iδ * based on the subtraction result (ω * −ω e ) of the subtracter 19. The magnetic flux controller 16 outputs a γ-axis current command value iγ * . The γ-axis current command value iγ * is set in the same manner as in the first embodiment as described above. For example, iγ * is zero or a predetermined value near zero.

減算器13は、磁束制御部16が出力するγ軸電流指令値iγ*から、座標変換器12が出力するγ軸電流iγを差し引いて、電流誤差(iγ*−iγ)を算出する。減算器14は、速度制御部17が出力するδ軸電流指令値iδ*から、座標変換器12が出力するδ軸電流iδを差し引いて、電流誤差(iδ*−iδ)を算出する。 The subtractor 13 calculates a current error (iγ * −iγ) by subtracting the γ-axis current iγ output from the coordinate converter 12 from the γ-axis current command value iγ * output from the magnetic flux controller 16. The subtractor 14 subtracts the δ-axis current iδ output from the coordinate converter 12 from the δ-axis current command value iδ * output from the speed control unit 17 to calculate a current error (iδ * −iδ).

電流制御部15は、減算器13及び14にて算出された各電流誤差、座標変換器12からのγ軸電流iγ及びδ軸電流iδ、並びに推定器40からの推定モータ速度ωeを受け、γ軸電流iγがγ軸電流指令値iγ*に追従するように、且つδ軸電流iδがδ軸電流指令値iδ*に追従するように、γ軸電圧指令値vγ*とδ軸電圧指令値vδ*を出力する。 The current control unit 15 receives each current error calculated by the subtractors 13 and 14, the γ-axis current iγ and δ-axis current iδ from the coordinate converter 12, and the estimated motor speed ω e from the estimator 40. The γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value are set so that the γ-axis current iγ follows the γ-axis current command value iγ * and the δ-axis current iδ follows the δ-axis current command value iδ *.* is output.

座標変換器18は、推定器40から与えられる推定回転子位置θeに基づいて、γ軸電圧指令値vγ*及びδ軸電圧指令値vδ*の逆変換を行い、vu *、vv *及びvw *から成る三相の電圧指令値を作成して、それらをPWMインバータ2に出力する。この逆変換には、第1実施形態と同様、上記式(4)を用いる。PWMインバータ2は、該三相の電圧指令値に応じたモータ電流Iaをモータ1に供給してモータ1を駆動する。 Coordinate converter 18, based on the estimated rotor position theta e fed from the estimator 40 performs inverse transformation of the γ-axis voltage value v? * And the δ-axis voltage command value vδ *, v u *, v v * And v w * are generated, and these are output to the PWM inverter 2. For this inverse transformation, the above equation (4) is used as in the first embodiment. The PWM inverter 2 drives the motor 1 by supplying a motor current I a corresponding to the three-phase voltage command value to the motor 1.

図15に、推定器40の内部構成の一例を示す。図15の推定器40は、軸誤差推定部41と、比例積分演算器42と、積分器43と、を有して構成される。比例積分演算器42及び積分器43は、それぞれ、図4の比例積分演算器31及び積分器32と同様のものである。   FIG. 15 shows an example of the internal configuration of the estimator 40. The estimator 40 in FIG. 15 includes an axis error estimator 41, a proportional-plus-integral calculator 42, and an integrator 43. The proportional-integral calculator 42 and the integrator 43 are the same as the proportional-integral calculator 31 and the integrator 32 in FIG. 4, respectively.

軸誤差推定部41は、vγ*、vδ*、iγ及びiδの値の全部または一部を用いて軸誤差Δθmを算出する。比例積分演算器42は、PLL(Phase Locked Loop)を実現すべく、モータ制御装置3aを構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、軸誤差推定部41が算出した軸誤差Δθmがゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器43は、比例積分演算器42から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器42が出力する推定モータ速度ωeと積分器43が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器40の出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3aの各部位に与えられる。 Axis error estimator 41, vγ *, *, calculates the axis error [Delta] [theta] m by using all or part of the value of iγ and i?. The proportional-plus-integral computing unit 42 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3a to realize a PLL (Phase Locked Loop), and the axis error Δθ calculated by the axis error estimating unit 41. The estimated motor speed ω e is calculated so that m converges to zero. The integrator 43 integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 42 to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional-integral calculator 42 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 43 are both output values of the estimator 40, and each part of the motor control device 3a that requires the value. Given to.

軸誤差推定部41による軸誤差Δθmの算出法として、様々な算出法を適用可能である。以下に、軸誤差推定部41による軸誤差Δθmの算出法として(換言すれば、推定器40によるθeの算出法として)、第1、第2、第3、第4及び第5算出法を例示する。 Various calculation methods can be applied as a method of calculating the axis error Δθ m by the axis error estimating unit 41. Hereinafter, as a calculation method of the axis error Δθ m by the axis error estimation unit 41 (in other words, as a calculation method of θ e by the estimator 40), the first, second, third, fourth, and fifth calculation methods are described. Is illustrated.

尚、軸誤差推定部41は、本明細書に記載された各式を利用する場合、各式中のvγ、vδ及びωの値として、それぞれ、vγ*、vδ*及びωeの値を用いる。また、各算出法で説明した内容(Lmの値の決定法など)は、他の算出法及び後述する他の実施形態の全てにおいて適用可能である。
[第1算出法]
まず、軸誤差Δθmの第1算出法について説明する。第1算出法では、モータ1に発生する誘起電圧Eexをqm軸上の誘起電圧ベクトルとdm軸上の誘起電圧ベクトルに分解して考える。そして、qm軸上の誘起電圧ベクトルである誘起電圧ベクトルEexm(≒Em;図12参照)用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
The axis error estimation unit 41 uses the values of vγ * , vδ *, and ω e as the values of vγ, vδ, and ω in the respective equations when using the equations described in this specification. . The contents described in each calculation method (such as a method for determining the value of L m ) can be applied to other calculation methods and all other embodiments described later.
[First calculation method]
First, a first calculation method of the axis error Δθ m will be described. In the first calculation method, the induced voltage E ex generated in the motor 1 is considered by being decomposed into an induced voltage vector on the qm axis and an induced voltage vector on the dm axis. Then, an axis error Δθ m is calculated using an induced voltage vector E exm ( ≈E m ; see FIG. 12) that is an induced voltage vector on the qm axis, and thereby the phase of the γ axis that is an estimated axis for control. (Θ e ) is calculated (ie, the rotor position is estimated).

誘起電圧ベクトルEexmのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれ、Eexmγ及びEexmδとすると、図12から明らかなように、Δθm=tan-1(−Eexmγ/Eexmδ)が成立する。そして、上記の行列式(38)の1行目と2行目を変形した結果を用いると、Δθmは、下記式(41)のように表される(但し、行列式(38)の右辺第3項を無視する)。尚、式(41)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、tan-1(−Eexmγ/Eexmδ)≒(−Eexmγ/Eexmδ)の近似を用いている。 Assuming that E exm γ and E exm δ are the γ-axis component and δ-axis component of the induced voltage vector E exm , respectively, Δθ m = tan −1 (−E exm γ / E exm δ ) Holds. Then, using the result of transforming the first and second rows of the determinant (38), Δθ m is expressed as the following equation (41) (however, the right side of the determinant (38)) Ignore the third term). In the equation (41), assuming that Δθ m is finally small, an approximation of tan −1 (−E exm γ / E exm δ) ≈ (−E exm γ / E exm δ) is used. .

Figure 0004972135
Figure 0004972135

軸誤差推定部41は、式(41)を利用してΔθmを算出する際、微分項pLdiγ及びpLdiδを無視することができる。また、Δθmの算出に必要なLmの値の算出には、下記式(42)を利用する。上記式(32)に「idm=0と下記式(43)及び(44)」を代入して得られた式をLq1について解き、その結果を利用することで、式(42)を得ることができる。 The axis error estimator 41 can ignore the differential terms pL d iγ and pL d iδ when calculating Δθ m using Equation (41). Further, the following formula (42) is used to calculate the value of L m necessary for calculating Δθ m . The equation obtained by substituting “i dm = 0 and the following equations (43) and (44)” into the equation (32) is solved for L q1 , and the result is used to obtain the equation (42). be able to.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
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更に、最大トルク制御に一致するd軸電流idの式(45)と、idとiqとiqmの関係式(近似式)である式(43)とを利用して、上記式(42)を変形すると、Lmはiqmの関数となる(即ち、Lmの算出式からidとiqの項がなくなる)。従って、軸誤差推定部41は、iδ≒iqmと仮定することにより、iqmの関数で表されるLmの値をiδに基づいて算出可能である。そして、算出したLmの値を用いて式(41)から軸誤差Δθmを算出する。 Furthermore, the above equation (45) using the equation (45) of the d-axis current i d corresponding to the maximum torque control and the equation (43) which is a relational equation (approximate equation) of i d , i q, and i qm ( 42), L m becomes a function of i qm (that is, the terms of i d and i q disappear from the calculation formula of L m ). Therefore, the axis error estimation unit 41 can calculate the value of L m represented by a function of i qm based on i δ by assuming that i δ ≈ i qm . Then, the axis error Δθ m is calculated from the equation (41) using the calculated value of L m .

Figure 0004972135
Figure 0004972135

尚、iδ≒iqmと仮定し、Lmをiδの関数として表した近似式を利用してLmの値を得るようにしても構わないし、iδに応じたLmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってLmの値を得るようにしても構わない。 Table Incidentally, assuming that i? ≒ i qm, the L m to may be to obtain the values of L m by using an approximate expression expressed as a function of i?, The value of L m corresponding to i? Beforehand A value of L m may be obtained by preparing as data and referring to the table data.

図16に、LdとLqとLmのiqm依存性を表す、或る数値例の下でのグラフを示す(iγ*≒0とする)。図16に示す如く、Lmの値は、iqmに依存しており、iqmが増加するに従って増加する。本実施形態にて定めたLmは、第1実施形態における演算用パラメータLに相当するものであり、最大トルク制御に一致するLmの値は、Lと同様、Lqよりも随分Ld側に存在していることが分かる(図5及び図7等もあわせて参照)。 FIG. 16 shows a graph under a certain numerical example showing the dependence of L d , L q, and L m on i qm (assuming i γ * ≈0). As shown in FIG. 16, the value of L m is dependent on i qm, increases as i qm increases. L m which defines in this embodiment is equivalent to the calculation parameter L in the first embodiment, the value of L m matching the maximum torque control, L similar, L q much L d than (See also FIGS. 5 and 7).

mの値は、結果的に、第1実施形態と同様、下記式(46)または式(47)を満たすように、定められることになる。これによって、本実施形態のモータ制御装置3aは、第1実施形態と同様、d軸とγ軸との間に意図的にずれを生じさせ、iγ*≒0とすることで、最大トルク制御に近似した制御を実現する。 As a result, the value of L m is determined so as to satisfy the following formula (46) or formula (47), as in the first embodiment. As a result, the motor control device 3a of the present embodiment, like the first embodiment, intentionally generates a deviation between the d-axis and the γ-axis so that iγ * ≈0, thereby achieving maximum torque control. Approximate control is realized.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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また、Lmを固定値としても構わない。つまり、iδの値に関係なく固定された値を、Lmの値として採用するようにしても構わない。Lmを所定の固定値とした場合における、d軸電流idとq軸電流iqとの関係を、図17の実線83により表す。破線84は、理想的に最大トルク制御を行った場合におけるd軸電流idとq軸電流iqとの関係を示した曲線であるが、実線83と破線84は非常に類似した曲線であることが図17から分かる。
[第2算出法]
次に、軸誤差Δθmの第2算出法について説明する。第2算出法でも、上記の第1算出法と同様、誘起電圧ベクトルEexmを用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。但し、第2算出法では、誘起電圧ベクトルEexmのδ軸成分Eexmδを利用しない。具体的には、下記式(48)を用いて軸誤差Δθmを算出する。尚、式(48)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、sin-1(−Eexmγ/Eexm)≒(−Eexmγ/Eexm)の近似を用いている。
L m may be a fixed value. That is, a fixed value regardless of the value of iδ may be adopted as the value of L m . The relationship between the d-axis current i d and the q-axis current i q when L m is a predetermined fixed value is represented by a solid line 83 in FIG. A broken line 84 is a curve showing a relationship between the d-axis current i d and the q-axis current i q when the maximum torque control is ideally performed, but the solid line 83 and the broken line 84 are very similar curves. This can be seen from FIG.
[Second calculation method]
Next, a second calculation method of the axis error Δθ m will be described. Also in the second calculation method, the axis error Δθ m is calculated using the induced voltage vector E exm in the same manner as in the first calculation method described above, and thereby the phase (θ e ) of the γ axis, which is an estimation axis for control. Is calculated (ie, the rotor position is estimated). However, in the second calculation method, the δ-axis component E exm δ of the induced voltage vector E exm is not used. Specifically, the axis error Δθ m is calculated using the following equation (48). In equation (48), an approximation of sin −1 (−E exm γ / E exm ) ≈ (−E exm γ / E exm ) is used assuming that Δθ m is finally small.

Figure 0004972135
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軸誤差推定部41は、式(48)を利用してΔθmを算出する際、微分項pLdiγを無視することができる。また、Lmの値は、上記第1算出法における手法と同様の手法によって決定される。 The axis error estimator 41 can ignore the differential term pL d iγ when calculating Δθ m using Equation (48). Further, the value of L m is determined by a method similar to the method in the first calculation method.

式(48)中のEexmの算出には、上記式(39)を利用する。Eexm算出用の近似式として、例えば、下記式(49)、(50)または(51)を利用可能である。式(49)は「pΔθm≒0、idm≒0、(Ld−Lq)(piq)≒0」の近似を利用した式(37)の近似式であり、式(50)は更に「cosθm≒1」の近似を利用した式(49)の近似式
であり、式(51)は更に「(Ld−Lq)iδsinθm<<Φa」の近似を利用した式(50)の近似式である。尚、式(49)、(50)または(51)を利用する際、ωの値としてωeが用いられる。
For calculating E exm in the equation (48), the above equation (39) is used. As an approximate expression for calculating E exm , for example, the following expression (49), (50), or (51) can be used. Expression (49) is an approximation expression of Expression (37) using an approximation of “pΔθ m ≈0, i dm ≈0, (L d −L q ) (pi q ) ≈0”, and Expression (50) is Furthermore, it is an approximate expression of the expression (49) using the approximation of “cos θ m ≈1”, and the expression (51) is an expression using an approximation of “(L d −L q ) iδsin θ m << Φ a ” ( 50). Note that ω e is used as the value of ω when using the formula (49), (50), or (51).

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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式(49)等に含まれるθmを算出するために、上記式(40)が利用される。式(40)から分かるようにθmはiδの関数であるから、Eexmもiδの関数となる。Eexmの計算は複雑であるから、算出に当たって適当な近似式を用いることが望ましい。また、iδに応じたEexmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってEexmの値を得るようにしておくのも良い。
[第3算出法]
次に、軸誤差Δθmの第3算出法について説明する。第3算出法では、モータ1の電機子巻線を鎖交する鎖交磁束Φexを、qm軸上の鎖交磁束ベクトルとdm軸上の鎖交磁束ベクトルとに分解して考える。そして、dm軸上の鎖交磁束ベクトルである鎖交磁束ベクトルΦexm(≒Φm;図12参照)を用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
In order to calculate θ m included in the equation (49) and the like, the above equation (40) is used. As can be seen from equation (40), θ m is a function of i δ , so E exm is also a function of i δ . Since the calculation of E exm is complicated, it is desirable to use an appropriate approximate expression for the calculation. It is also possible to prepare the value of E exm corresponding to as table data in advance and obtain the value of E exm by referring to the table data.
[Third calculation method]
Next, a third calculation method for the axial error Δθ m will be described. In the third calculation method, the linkage flux Φ ex that links the armature windings of the motor 1 is considered to be broken down into a linkage flux vector on the qm axis and a linkage flux vector on the dm axis. Then, an axis error Δθ m is calculated using an interlinkage magnetic flux vector Φ exm ( ≈Φ m ; see FIG. 12) which is an interlinkage magnetic flux vector on the dm axis. The axis phase (θ e ) is calculated (ie, the rotor position is estimated).

鎖交磁束ベクトルΦexmのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれ、Φexmγ及びΦexmδとすると、図12から明らかなように、Δθm=tan-1(−Φexmδ/Φexmγ)が成立する。ΦexmはEexmをωにて割ったものであるから、Δθmは、下記式(52)のように表される。尚、式(52)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、tan-1(−Φexmδ/Φexmγ)≒(−Φexmδ/Φexmγ)の近似を用いている。 Assuming that the γ-axis component and the δ-axis component of the flux linkage vector Φ exm are Φ exm γ and Φ exm δ, respectively, Δθ m = tan −1 (−Φ exm δ / Φ exm γ) holds. Since Φ exm is obtained by dividing E exm by ω, Δθ m is expressed by the following equation (52). In equation (52), assuming that Δθ m is finally small, an approximation of tan −1 (−Φ exm δ / Φ exm γ) ≈ (−Φ exm δ / Φ exm γ) is used. .

Figure 0004972135
Figure 0004972135

軸誤差推定部41は、式(52)を利用してΔθmを算出する際、微分項pLdiγ及びpLdiδを無視することができる。また、Lmの値は、上記第1算出法における手法と同様の手法によって決定される。
[第4算出法]
次に、軸誤差Δθmの第4算出法について説明する。第4算出法でも、上記の第3算出法と同様、鎖交磁束ベクトルΦexmを用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。但し、第4算出法では、鎖交磁束ベクトルΦexmのγ軸成分Φexmγを利用しない。具体的には、下記式(53)を用いて軸誤差Δθmを算出する。尚、式(53)において、最終的にΔθmは小さいと仮定して、sin-1(−Φexmδ/Φexm)≒(−Φexmδ/Φexm)の近似を用いている。
The axis error estimator 41 can ignore the differential terms pL d iγ and pL d iδ when calculating Δθ m using Equation (52). Further, the value of L m is determined by a method similar to the method in the first calculation method.
[Fourth calculation method]
Next, a fourth calculation method for the axial error Δθ m will be described. In the fourth calculation method, as in the third calculation method described above, the axis error Δθ m is calculated using the flux linkage vector Φ exm , and thereby the phase of the γ axis (θ e), which is an estimated axis for control, is calculated. ) Is calculated (ie, the rotor position is estimated). However, in the fourth calculation method, the γ-axis component Φ exm γ of the flux linkage vector Φ exm is not used. Specifically, the axis error Δθ m is calculated using the following equation (53). In equation (53), assuming that Δθ m is finally small, an approximation of sin −1 (−Φ exm δ / Φ exm ) ≈ (−Φ exm δ / Φ exm ) is used.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

軸誤差推定部41は、式(53)を利用してΔθmを算出する際、微分項pLdiγを無視することができる。また、Lmの値は、上記第1算出法における手法と同様の手法によって決定される。 The axis error estimator 41 can ignore the differential term pL d iγ when calculating Δθ m using Equation (53). Further, the value of L m is determined by a method similar to the method in the first calculation method.

式(53)中のΦexmの算出には、上記式(39)の両辺をωで割った式を利用する。Φexm算出用の近似式として、例えば、下記式(54)、(55)または(56)を利用可能である。下記式(54)、(55)及び(56)は、それぞれ、式(49)、(50)及び(51)の両辺をωで割った式である。尚、式(54)、(55)または(56)を利用する際、ωの値としてωeが用いられる。 For calculating Φ exm in the equation (53), an equation obtained by dividing both sides of the equation (39) by ω is used. As an approximate expression for calculating Φ exm , for example, the following expression (54), (55), or (56) can be used. The following formulas (54), (55), and (56) are formulas obtained by dividing both sides of the formulas (49), (50), and (51) by ω, respectively. Note that ω e is used as the value of ω when using the formula (54), (55), or (56).

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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Figure 0004972135
Figure 0004972135

式(54)等に含まれるθmを算出するために、上記式(40)が利用される。式(40)から分かるようにθmはiδの関数であるから、Φexmもiδの関数となる。Φexmの計算は複雑であるから、算出に当たって適当な近似式を用いることが望ましい。また、iδに応じたΦexmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってΦexmの値を得るようにしておくのも良い。 The above equation (40) is used to calculate θ m included in the equation (54) and the like. As can be seen from the equation (40), θ m is a function of i δ , so that Φ exm is also a function of i δ . Since calculation of Φ exm is complicated, it is desirable to use an appropriate approximate expression for the calculation. It is also possible to prepare the value of Φ exm corresponding to as table data in advance and obtain the value of Φ exm by referring to the table data.

K(iδ)=1/Φexmとおき、K(iδ)を補正係数と捉えると、第4算出法における軸誤差推定部41の内部構成は、図18のようになる。また、補正係数K(iδ)を用いる代わりに、比例積分演算器42で用いるゲイン(比例係数や積分係数)をiδの値に応じて変更するようにしてもよい。
[第5算出法]
次に、軸誤差Δθmの第5算出法について説明する。第5算出法では、dm−qm軸上の電流(モータモデルの電流)とγ―δ軸上の電流との誤差電流を用いて、軸誤差Δθmを算出し、これによって、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出する(即ち、回転子位置を推定する)。
If K ( ) = 1 / Φ exm and K ( ) is regarded as a correction coefficient, the internal configuration of the axis error estimation unit 41 in the fourth calculation method is as shown in FIG. Further, instead of using the correction coefficient K (iδ), the gain (proportional coefficient or integral coefficient) used in the proportional integration calculator 42 may be changed according to the value of iδ.
[Fifth calculation method]
Next, a fifth calculation method for the axis error Δθ m will be described. In the fifth calculation method, the axis error Δθ m is calculated by using the error current between the current on the dm-qm axis (current of the motor model) and the current on the γ-δ axis, and thereby estimation for control is performed. The phase (θ e ) of the γ axis that is the axis is calculated (that is, the rotor position is estimated).

この手法を、数式を用いて説明する。まず、上記式(38)の右辺第3項を無視すると、下記式(57)が得られる。   This technique will be described using mathematical expressions. First, if the third term on the right side of the above equation (38) is ignored, the following equation (57) is obtained.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

サンプリング周期Tsで離散化すると、式(57)は下記式(58)のように書き表すことができる。 When discretized with the sampling period T s , Expression (57) can be written as Expression (58) below.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

一方、軸誤差推定部41の計算によって得られる推定電流iMγ及びiMδは、Eexmγ及びEexmδをモデル的に算出した推定誘起電圧EMexmγ及びEMexmδを用いて、下記式(59)にて表される。 On the other hand, the estimated currents i M γ and i M δ obtained by the calculation of the axis error estimator 41 use estimated induced voltages E Mexm γ and E Mexm δ obtained by modeling E exm γ and E exm δ as models, It is represented by the following formula (59).

Figure 0004972135
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軸誤差推定部41は、Eexmγ及びEexmδの推定値として、それぞれ推定誘起電圧EMexmγ及びEMexmδを算出する。また、Lqの代わりにLmを用いて推定電流iMγ及びiMδは算出されるため、推定電流iMγ及びiMδは、それぞれ、モータ電流Iaのdm軸成分及びqm軸成分を推定した電流と呼ぶことができる。 Axis error estimator 41 as an estimate of E exm gamma and E exm [delta], to calculate the estimated induced voltage E Mexm γ and E Mexm δ respectively. Since the estimated currents i M γ and i M δ are calculated using L m instead of L q , the estimated currents i M γ and i M δ are the dm-axis component and qm of the motor current I a , respectively. It can be referred to as a current estimated axis component.

電流検出器11によって検出されたモータ電流Iaの固定軸成分(iu及びiv)に基づく電流iγ及びiδと、計算によって得られた推定電流iMγ及びiMδと、の差である誤差電流Δiγ及びΔiδは、式(58)及び(59)から、下式(60)にて表される。 The difference between the currents iγ and iδ based on the fixed axis components (i u and i v ) of the motor current I a detected by the current detector 11 and the estimated currents i M γ and i M δ obtained by calculation. Certain error currents Δiγ and Δiδ are expressed by the following equation (60) from equations (58) and (59).

Figure 0004972135
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ここで、ΔEexmγは、誘起電圧Eexmγと誘起電圧Eexmγの推定値である推定誘起電圧EMexmγとの誤差であり、ΔEexmδは、誘起電圧Eexmδと誘起電圧Eexmδの推定値である推定誘起電圧EMexmδとの誤差である。 Here, Delta] E exm gamma, is the error between the estimated induced voltage E Mexm gamma is an estimated value of the induced voltage E exm gamma and the induced voltage E exm γ, ΔE exm δ is induced voltage E exm [delta] and the induced voltage E This is an error from the estimated induced voltage E Mexm δ which is an estimated value of exm δ.

式(60)から明らかなように、誘起電圧の推定値の誤差(ΔEexmγ等)と誤差電流(Δiγ等)は比例関係にある。このため、誘起電圧の推定値の誤差を、誤差電流を用いて収束させることが可能である。つまり、推定誘起電圧EMexmγ及びEMexmδを、誘起電圧Eexmγ及びEexmδを正しく推定したものとして利用可能である(誘起電圧を正しく推定することが可能となる)。 As apparent from the equation (60), the error (ΔE exm γ, etc.) of the estimated value of the induced voltage and the error current (Δiγ, etc.) are in a proportional relationship. For this reason, the error of the estimated value of the induced voltage can be converged using the error current. That is, the estimated induced voltages E Mexm γ and E Mexm δ can be used as correctly estimated induced voltages E exm γ and E exm δ (the induced voltage can be correctly estimated).

具体的には、今回の推定誘起電圧を、前回の推定誘起電圧と前回の推定誤差とを用いて算出するようにする。より具体的には、下式(61)によって、推定誘起電圧EMexmγ及びEMexmδを逐次算出する。ここで、gは誘起電圧の推定値の誤差を収束させるためのフィールドバックゲインである。 Specifically, the current estimated induced voltage is calculated using the previous estimated induced voltage and the previous estimated error. More specifically, the estimated induced voltages E Mexm γ and E Mexm δ are sequentially calculated by the following equation (61). Here, g is a field back gain for converging the error of the estimated value of the induced voltage.

Figure 0004972135
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そして、上述した第1または第2算出法のように、下記式(62)または(63)を用いて、軸誤差推定部41は軸誤差Δθmを算出する。 Then, as in the first or second calculation method described above, the axis error estimation unit 41 calculates the axis error Δθ m using the following formula (62) or (63).

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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尚、式(58)〜式(63)において、カッコ“( )”内に表記される記号(nまたはn−1)は、サンプリング周期Tsで離散化した場合のサンプリングタイミングを表している。nは自然数であり、nは、(n−1)の次に訪れるサンプリングタイミングを表す。モータ制御装置3aを構成する各部位は、サンプリング周期Tsごとに、逐次、各値を算出及び出力する。具体的には、例えば、iγ(n)及びiδ(n)は、n番目のサンプリングタイミングにおけるiγ及びiδであり、iγ(n−1)及びiδ(n−1)は、(n−1)番目のサンプリングタイミングにおけるiγ及びiδである。iγ及びiδ以外も同様である。 In the equations (58) to (63), the symbol (n or n−1) written in parentheses “()” represents the sampling timing when discretized with the sampling period T s . n is a natural number, and n represents a sampling timing that comes next to (n-1). Each portion constituting the motor control device 3a, for each sampling period T s, successive, calculates and outputs the values. Specifically, for example, iγ (n) and iδ (n) are iγ and iδ at the nth sampling timing, and iγ (n−1) and iδ (n−1) are (n−1). I γ and i δ at the first sampling timing. The same applies to other than iγ and iδ.

上記の如く、本実施形態では、軸誤差Δθmをゼロに収束させて、γ軸をdm軸に追従させる。この結果、iγ及びiδは、夫々idm及びiqmに追従することになる。つまり、モータ制御装置3aは、モータ1に流れる電流をqm軸成分とdm軸成分に分解してモータ1の駆動制御を行う、といえる。この分解によって得られる効果は上述の通りである。 As described above, in this embodiment, the axis error Δθ m is converged to zero, and the γ axis is made to follow the dm axis. As a result, i γ and i δ follow i dm and i qm , respectively. That is, it can be said that the motor control device 3a performs drive control of the motor 1 by decomposing the current flowing through the motor 1 into a qm-axis component and a dm-axis component. The effects obtained by this decomposition are as described above.

<<第3実施形態>>
また、図14で示されるモータ制御装置3aの構成を、図19のモータ制御装置3bのように変形しても構わない。この変形を施した実施形態を、本発明の第3実施形態とする。モータ制御装置3bは、図14におけるモータ制御装置3aの推定器40を、位置・速度推定器45(以下、推定器45と略記する)、θm算出部46及び演算器47に置換した構成となっている。その置換以外の点において、図14のモータ制御装置3a及びモータ駆動システムと、図19のモータ制御装置3b及びモータ駆動システムは、同様となっている。同様の部分の構成及び動作の説明を割愛する。
<< Third Embodiment >>
Further, the configuration of the motor control device 3a shown in FIG. 14 may be modified as in the motor control device 3b of FIG. The modified embodiment is a third embodiment of the present invention. The motor control device 3b has a configuration in which the estimator 40 of the motor control device 3a in FIG. 14 is replaced with a position / speed estimator 45 (hereinafter abbreviated as an estimator 45), a θ m calculation unit 46, and a calculator 47. It has become. Except for the replacement, the motor control device 3a and the motor drive system in FIG. 14 are the same as the motor control device 3b and the motor drive system in FIG. A description of the configuration and operation of similar parts is omitted.

推定器45は、iγ、iδ、vγ*及びvδ*を用いて、U相から見たd軸の位相を推定し、その推定値をθdqeとして出力する。また、推定器45は、第2実施形態における推定器40と同様、推定モータ速度ωeも算出する。尚、推定器45から出力される推定モータ速度ωeを、θdqeを微分することによって得る場合、得られた推定モータ速度ωeは、正確にはd軸の回転速度の推定値と呼ぶべきものではあるが、定常状態において、その推定値とγ軸の回転速度であるωeは同じものとみなせる。 The estimator 45 uses iγ, iδ, vγ *, and vδ * to estimate the d-axis phase viewed from the U phase, and outputs the estimated value as θ dqe . The estimator 45 also calculates the estimated motor speed ω e as with the estimator 40 in the second embodiment. When the estimated motor speed ω e output from the estimator 45 is obtained by differentiating θ dqe , the obtained estimated motor speed ω e should be accurately called an estimated value of the d-axis rotational speed. However, in the steady state, the estimated value and ω e that is the rotational speed of the γ-axis can be regarded as the same.

θm算出部46は、速度制御部17からのiδ*を上記式(40)におけるiδとして利用しつつ、上記式(40)を用いてθmを算出する。この際、iδ*に応じたθmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってθmの値を得るようにしても構わない。 theta m calculator 46, while using the i? * from the speed controller 17 as i? in the formula (40), calculates the theta m by using equation (40). At this time, a value of θ m corresponding to i δ * may be prepared in advance as table data, and the value of θ m may be obtained by referring to the table data.

演算器47は、推定器45から出力されるθdqeとθm算出部46から出力されるθmを用いてθeを算出し、算出したθeを座標変換器12及び18に与える。 Calculator 47 calculates the theta e using theta m outputted from the estimator 45 and theta DQE output from theta m calculator 46, giving a calculated theta e in the coordinate converter 12 and 18.

このように、第3実施形態では、推定器45、θm算出部46及び演算器47から構成される部位が、制御上の推定軸であるγ軸の位相(θe)を算出することになる。第3実施形態のように構成しても、第2実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment, the part constituted by the estimator 45, the θ m calculation unit 46, and the calculator 47 calculates the phase (θ e ) of the γ axis that is the control estimation axis. Become. Even if it comprises like 3rd Embodiment, the effect | action and effect similar to 2nd Embodiment can be acquired.

<<第4実施形態>>
また、第1〜第3実施形態は、推定器を設けて回転子位置を推定する方式を採用しているが、実際の回転子位置を検出するようにしても構わない。即ち、図3、図14または図19に示すモータ制御装置の代わりに、図20のモータ制御装置3cを用いるようにしても構わない。
<< Fourth Embodiment >>
Moreover, although the 1st-3rd embodiment employ | adopts the system which provides an estimator and estimates a rotor position, you may make it detect an actual rotor position. That is, instead of the motor control device shown in FIG. 3, FIG. 14 or FIG. 19, the motor control device 3c of FIG. 20 may be used.

図20に示すモータ制御装置3cを含むモータ駆動システムを、本発明の第4実施形態として説明する。図20は、第4実施形態に係るモータ駆動システムの構成ブロック図である。モータ駆動システムは、モータ1と、インバータ2と、モータ制御装置3cと、を有して構成される。   A motor drive system including the motor control device 3c shown in FIG. 20 will be described as a fourth embodiment of the present invention. FIG. 20 is a configuration block diagram of a motor drive system according to the fourth embodiment. The motor drive system includes a motor 1, an inverter 2, and a motor control device 3c.

モータ制御装置3cは、電流検出器11、座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17、座標変換器18、減算器19、位置検出器50、微分器51、θm算出部52及び演算器53を有して構成される。つまり、モータ制御装置3cは、図14の推定器40を、「位置検出器50、微分器51、θm算出部52及び演算器53」に置換した構成となっている。その置換以外の点において、図14のモータ制御装置3a及びモータ駆動システムと、図20のモータ制御装置3c及びモータ駆動システムは、同様となっている。モータ制御装置3cを構成する各部位は、必要に応じてモータ制御装置3c内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。 The motor control device 3c includes a current detector 11, a coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a speed control unit 17, a coordinate converter 18, a subtractor 19, and a position detection. A calculator 50, a differentiator 51, a θ m calculator 52, and a calculator 53. That is, the motor control device 3c has a configuration in which the estimator 40 in FIG. 14 is replaced with “a position detector 50, a differentiator 51, a θ m calculation unit 52, and a calculator 53”. Except for the replacement, the motor control device 3a and the motor drive system in FIG. 14 are the same as the motor control device 3c and the motor drive system in FIG. Each part constituting the motor control device 3c can freely use all the values generated in the motor control device 3c as necessary.

推定された回転子位置ではなく検出された実回転子位置に基づいてモータ制御装置3c内の各部は動作するため、本実施形態において、第2実施形態における「γ及びδ」は「dm及びqm」に置き換えて考えられる。   Since each part in the motor control device 3c operates based on the detected actual rotor position instead of the estimated rotor position, in this embodiment, “γ and δ” in the second embodiment is “dm and qm”. "

位置検出器50は、ロータリエンコーダ等から成り、モータ1の実回転子位置θを検出し、その値を微分器51及び演算器53に与える。微分器51は、実回転子位置θを微分して実モータ速度ωを算出し、その値を減算器19、磁束制御部16及び電流制御部15に与える。   The position detector 50 is composed of a rotary encoder or the like, detects the actual rotor position θ of the motor 1, and gives the value to the differentiator 51 and the calculator 53. The differentiator 51 differentiates the actual rotor position θ to calculate the actual motor speed ω, and gives the value to the subtractor 19, the magnetic flux controller 16 and the current controller 15.

尚、定常状態において、実モータ速度ωとdm−qm軸の回転速度は、同じものとみなせる。このため、微分器51の入力値をθとしているが、微分器51の入力値を、θに代えて演算器53の出力値θdmとしてもかまわない。 In the steady state, the actual motor speed ω and the rotational speed of the dm-qm axis can be regarded as the same. For this reason, the input value of the differentiator 51 is θ, but the input value of the differentiator 51 may be the output value θ dm of the calculator 53 instead of θ.

速度制御部17は、減算器19の減算結果(ω*−ω)に基づいて、qm軸電流iqmが追従すべきqm軸電流指令値iqm *を作成する。磁束制御部16は、dm軸電流idmが追従すべきdm軸電流指令値idm *を出力する。このdm軸電流指令値idm *は、第2実施形態と同様に設定される。即ち、例えば、idm *はゼロまたはゼロ近傍の所定値とされる。 The speed control unit 17 creates a qm-axis current command value i qm * that the qm-axis current i qm should follow based on the subtraction result (ω * −ω) of the subtracter 19. The magnetic flux controller 16 outputs a dm-axis current command value i dm * that the dm-axis current i dm should follow. This dm-axis current command value i dm * is set in the same manner as in the second embodiment. That is, for example, i dm * is set to zero or a predetermined value near zero.

減算器13は、磁束制御部16が出力するidm *から、座標変換器12が出力するidmを差し引いて、電流誤差(idm *−idm)を算出する。減算器14は、速度制御部17が出力するiqm *から、座標変換器12が出力するiqmを差し引いて、電流誤差(iqm *−iqm)を算出する。 The subtractor 13 calculates a current error (i dm * −i dm ) by subtracting i dm output from the coordinate converter 12 from i dm * output from the magnetic flux controller 16. Subtractor 14, from i qm * outputted by the speed controller 17 subtracts the i qm from the coordinate converter 12 outputs, to calculate a current error (i qm * -i qm).

電流制御部15は、減算器13及び14にて算出された各電流誤差、座標変換器12からのidm及びiqm、並びに微分器51からの実モータ速度ωを受け、idmがidm *に追従するように、且つiqmがiqm *に追従するように、vdmが追従すべきdm軸電圧指令値vdm *とvqmが追従すべきqm軸電圧指令値vqm *を出力する。 The current control unit 15 receives each current error calculated by the subtracters 13 and 14, i dm and i qm from the coordinate converter 12, and the actual motor speed ω from the differentiator 51, and i dm becomes i dm * a so as to follow, and so i qm follows the i qm *, the v dm dm-axis voltage command value should follow v dm * and v qm to be followed qm-axis voltage command value v qm * Output.

θm算出部52は、速度制御部17からのiqm *を上記式(40)におけるiδとして利用しつつ、上記式(40)を用いてθmを算出する。この際、iqm *(iδ*)に応じたθmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってθmの値を得るようにしても構わない。 theta m calculator 52 while using the i qm * from the speed controller 17 as iδ in the above formula (40), calculates the theta m by using equation (40). In this case, it may be to obtain the value of theta m by referring to the i qm * (iδ *) the table data is prepared as table data the value of theta m in advance in accordance with the.

演算器53は、位置検出器50によって検出されたθとθm算出部52によって算出されたθmとを用いて、U相から見たdm軸の位相θdmを算出し、算出したθdmを座標変換器12及び18に与える。 Calculator 53, by using the theta m calculated by theta and theta m calculator 52 detected by the position detector 50 calculates the phase theta dm of dm-axis viewed from the U-phase, calculated theta dm Is provided to coordinate converters 12 and 18.

座標変換器18は、与えられたθdmに基づいて、vdm *及びvqm *をvu *、vv *及びvw *から成る三相の電圧指令値に変換し、変換によって得られた値をPWMインバータ2に出力する。PWMインバータ2は、該三相の電圧指令値に応じたモータ電流Iaをモータ1に供給してモータ1を駆動する。 The coordinate converter 18 converts v dm * and v qm * into a three-phase voltage command value composed of v u * , v v * and v w * based on a given θ dm and is obtained by conversion. The obtained value is output to the PWM inverter 2. The PWM inverter 2 drives the motor 1 by supplying a motor current I a corresponding to the three-phase voltage command value to the motor 1.

第4実施形態のように構成しても、第2実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   Even if it constitutes like a 4th embodiment, the same operation and effect as a 2nd embodiment can be acquired.

<<第5実施形態>>
ところで、第2及び第3実施形態(図14及び図19)にて説明したセンサレス制御は、発生する誘起電圧などに基づく制御であるため、モータ1の高速回転時においては特に有用である。しかしながら、低速回転時には推定の精度は必ずしも十分とは言えず、また、回転停止時には適用できない。第5実施形態では、低速回転時や回転停止時において特に有効に機能する、dm−qm軸に基づくセンサレス制御を説明する。
<< Fifth Embodiment >>
Incidentally, the sensorless control described in the second and third embodiments (FIGS. 14 and 19) is a control based on the generated induced voltage and the like, and is particularly useful when the motor 1 rotates at high speed. However, the accuracy of estimation is not always sufficient when rotating at low speed, and it cannot be applied when rotation is stopped. In the fifth embodiment, sensorless control based on the dm-qm axis that functions particularly effectively during low-speed rotation or rotation stop will be described.

図24は、第5実施形態に係るモータ制御装置3dのブロック構成図である。モータ制御装置3dは、電流検出器11、座標変換器12、減算器13、減算器14、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17、座標変換器18、減算器19及び位置・速度推定器200(以下、単に「推定器200」という)、重畳電圧生成部201、加算器202及び加算器203を有して構成される。モータ制御装置3dを構成する各部位は、必要に応じてモータ制御装置3d内で生成される値の全てを自由に利用可能となっている。   FIG. 24 is a block diagram of a motor control device 3d according to the fifth embodiment. The motor control device 3d includes a current detector 11, a coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a speed control unit 17, a coordinate converter 18, a subtractor 19, and a position / The apparatus includes a speed estimator 200 (hereinafter simply referred to as “estimator 200”), a superimposed voltage generation unit 201, an adder 202, and an adder 203. Each part constituting the motor control device 3d can freely use all the values generated in the motor control device 3d as necessary.

モータ制御装置3dは、重畳電圧生成部201並びに加算器202及び203が新たに追加されている点と、図14のモータ制御装置3aにおける推定器40が位置・速度推定器200(以下、単に推定器200という)に置換されている点で、図14のモータ制御装置3aと相違しており、他の点において、モータ制御装置3dと3aは同様である。尚、第2実施形態に記載した事項は、矛盾無き限り、本実施形態においても適用される。   In the motor control device 3d, a superimposed voltage generation unit 201 and adders 202 and 203 are newly added, and the estimator 40 in the motor control device 3a in FIG. 14 is different from the motor control device 3a of FIG. 14, and the motor control devices 3d and 3a are the same in other points. Note that the matters described in the second embodiment are applied to the present embodiment as long as there is no contradiction.

推定器200は、推定回転子位置θe及び推定モータ速度ωeを推定して出力する。推定器200による具体的な推定手法については後述する。座標変換器12は、電流検出器11にて検出されたU相電流iu及びV相電流ivを、推定器200から与えられる推定回転子位置θeを用いて、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδに変換する。 The estimator 200 estimates and outputs the estimated rotor position θ e and the estimated motor speed ω e . A specific estimation method by the estimator 200 will be described later. Coordinate converter 12, the detected U-phase current i u and the V-phase current i v by the current detector 11, by using the estimated rotor position theta e fed from the estimator 200, gamma-axis current iγ and δ Convert to shaft current iδ.

減算器19は、推定器200から与えられる推定モータ速度ωeを、モータ速度指令値ω*から減算し、その減算結果(速度誤差)を出力する。速度制御部17は、減算器19の減算結果(ω*−ωe)に基づいて、δ軸電流指令値iδ*を作成する。磁束制御部16は、γ軸電流指令値iγ*を出力する。このγ軸電流指令値iγ*は、第1実施形態などと同様に設定される。例えば、iγ*はゼロまたはゼロ近傍の所定値とされる。 The subtracter 19 subtracts the estimated motor speed ω e given from the estimator 200 from the motor speed command value ω *, and outputs the subtraction result (speed error). The speed control unit 17 creates the δ-axis current command value iδ * based on the subtraction result (ω * −ω e ) of the subtracter 19. The magnetic flux controller 16 outputs a γ-axis current command value iγ * . This γ-axis current command value iγ * is set in the same manner as in the first embodiment. For example, iγ * is zero or a predetermined value near zero.

減算器13は、磁束制御部16が出力するγ軸電流指令値iγ*から、座標変換器12が出力するγ軸電流iγを差し引いて、電流誤差(iγ*−iγ)を算出する。減算器14は、速度制御部17が出力するδ軸電流指令値iδ*から、座標変換器12が出力するδ軸電流iδを差し引いて、電流誤差(iδ*−iδ)を算出する。 The subtractor 13 calculates a current error (iγ * −iγ) by subtracting the γ-axis current iγ output from the coordinate converter 12 from the γ-axis current command value iγ * output from the magnetic flux controller 16. The subtractor 14 subtracts the δ-axis current iδ output from the coordinate converter 12 from the δ-axis current command value iδ * output from the speed control unit 17 to calculate a current error (iδ * −iδ).

電流制御部15は、減算器13及び14にて算出された各電流誤差、座標変換器12からのγ軸電流iγ及びδ軸電流iδ、並びに推定器200からの推定モータ速度ωeを受け、γ軸電流iγがγ軸電流指令値iγ*に追従するように、且つδ軸電流iδがδ軸電流指令値iδ*に追従するように、γ軸電圧指令値vγ*とδ軸電圧指令値vδ*を出力する。 The current control unit 15 receives each current error calculated by the subtracters 13 and 14, the γ-axis current iγ and δ-axis current iδ from the coordinate converter 12, and the estimated motor speed ω e from the estimator 200. The γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value are set so that the γ-axis current iγ follows the γ-axis current command value iγ * and the δ-axis current iδ follows the δ-axis current command value iδ *.* is output.

重畳電圧生成部201は、γ軸電圧指令値vγ*及びδ軸電圧指令値vδ*に重畳するための重畳電圧を生成して出力する。この重畳電圧は、vγ*に対するγ軸重畳電圧vhγ*
(重畳電圧のγ軸成分)と、vδ*に対するδ軸重畳電圧vhδ*(重畳電圧のδ軸成分)と、から成る。以下、γ軸重畳電圧vhγ*及びδ軸重畳電圧vhδ*を、総称して、重畳電圧vhγ*及びvhδ*ということもある。
The superimposed voltage generation unit 201 generates and outputs a superimposed voltage to be superimposed on the γ-axis voltage command value vγ * and the δ-axis voltage command value vδ * . This superimposed voltage is the γ-axis superimposed voltage v h γ * with respect to vγ * .
(Γ-axis component of superimposed voltage) and δ-axis superimposed voltage v h δ * (δ-axis component of superimposed voltage) with respect to vδ * . Hereinafter, the γ-axis superimposed voltage v h γ * and the δ-axis superimposed voltage v h δ * may be collectively referred to as the superimposed voltage v h γ * and v h δ * .

加算器202は、電流制御部15から出力されるγ軸電圧指令値vγ*にγ軸重畳電圧vhγ*を加算し、その加算結果(vγ*+vhγ*)を座標変換器18に出力する。加算器203は、電流制御部15から出力されるδ軸電圧指令値vδ*にδ軸重畳電圧vhδ*を加算し、その加算結果(vδ*+vhδ*)を座標変換器18に出力する。 The adder 202 adds the γ-axis superimposed voltage v h γ * to the γ-axis voltage command value vγ * output from the current control unit 15, and sends the addition result (vγ * + v h γ * ) to the coordinate converter 18. Output. The adder 203 adds the δ-axis superimposed voltage v h δ * to the δ-axis voltage command value vδ * output from the current control unit 15, and the addition result (vδ * + v h δ * ) is sent to the coordinate converter 18. Output.

座標変換器18は、推定器200から与えられる推定回転子位置θeに基づいて、vhγ*が重畳されたγ軸電圧指令値(即ち、(vγ*+vhγ*))及びvhδ*が重畳されたδ軸電圧指令値(即ち、(vδ*+vhδ*))の逆変換を行い、三相の電圧指令値(vu *、vv *及びvw *)を作成して、それらをPWMインバータ2に出力する。この逆変換には、上記式(4)におけるvγ*及びvδ*を、夫々、(vγ*+vhγ*)及び(vδ*+vhδ*)に置換した式を用いる。PWMインバータ2は、該三相の電圧指令値に応じたモータ電流Iaをモータ1に供給してモータ1を駆動する。 The coordinate converter 18 is based on the estimated rotor position θ e given from the estimator 200, and a γ-axis voltage command value on which v h γ * is superimposed (that is, (vγ * + v h γ * )) and v h. Performs inverse transformation of the δ-axis voltage command value (ie, (vδ * + v h δ * )) on which δ * is superimposed to create three-phase voltage command values (v u * , v v *, and v w * ) Then, they are output to the PWM inverter 2. For this inverse transformation, equations are used in which vγ * and vδ * in equation (4) are replaced with (vγ * + v h γ * ) and (vδ * + v h δ * ), respectively. The PWM inverter 2 drives the motor 1 by supplying a motor current I a corresponding to the three-phase voltage command value to the motor 1.

このように、vγ*及びvδ*によって表される、モータ1を駆動するための駆動電圧に、重畳電圧が重畳される。この重畳電圧の重畳によって、γ軸電流指令値iγ*及びδ軸電流指令値iδ*にて表される、モータ1を駆動するための駆動電流に、上記重畳電圧に応じた重畳電流が重畳されることになる。 Thus, the superimposed voltage is superimposed on the drive voltage for driving the motor 1 represented by vγ * and vδ * . By superimposing the superimposed voltage, the superimposed current corresponding to the superimposed voltage is superimposed on the drive current for driving the motor 1 represented by the γ-axis current command value iγ * and the δ-axis current command value iδ * . Will be.

重畳電圧生成部201によって生成される重畳電圧は、例えば、高周波の回転電圧である。ここで、「高周波」とは、その重畳電圧の周波数が駆動電圧の周波数よりも十分に大きいことを意味している。従って、この重畳電圧に従って重畳される上記重畳電流の周波数は、上記駆動電流の周波数よりも十分に大きい。また、「回転電圧」とは、重畳電圧の電圧ベクトル軌跡が固定座標軸上で円を成すような電圧を意味する。   The superimposed voltage generated by the superimposed voltage generation unit 201 is, for example, a high-frequency rotation voltage. Here, “high frequency” means that the frequency of the superimposed voltage is sufficiently larger than the frequency of the drive voltage. Therefore, the frequency of the superimposed current superimposed according to the superimposed voltage is sufficiently larger than the frequency of the drive current. “Rotational voltage” means a voltage such that the voltage vector locus of the superimposed voltage forms a circle on the fixed coordinate axis.

d−q軸或いはγ−δ軸などの回転座標軸上で考えた場合も、重畳電圧生成部201によって生成される重畳電圧の電圧ベクトル軌跡は、例えば図25の電圧ベクトル軌跡210のような円を成す。重畳電圧が3相平衡電圧の場合、その電圧ベクトル軌跡は、電圧ベクトル軌跡210の如く、回転座標軸上で原点を中心とする真円を成すことになる。この回転電圧(重畳電圧)は、モータ1に同期しない高周波の電圧であるため、この回転電圧の印加によってモータ1が回転することはない。   Even when considered on a rotational coordinate axis such as the dq axis or the γ-δ axis, the voltage vector locus of the superimposed voltage generated by the superimposed voltage generation unit 201 is, for example, a circle like the voltage vector locus 210 in FIG. Make it. When the superposed voltage is a three-phase balanced voltage, the voltage vector locus forms a perfect circle centered on the origin on the rotation coordinate axis as the voltage vector locus 210. Since this rotation voltage (superimposed voltage) is a high-frequency voltage that is not synchronized with the motor 1, the application of this rotation voltage does not cause the motor 1 to rotate.

また、モータ1が埋込磁石形同期モータ等であってLd<Lqが成立するとき、電圧ベクトル軌跡210を成す重畳電圧によってモータ1に流れる重畳電流の電流ベクトル軌跡は、図26の電流ベクトル軌跡211に示す如く、γ−δ軸上で原点を中心とし、γ軸方向を長軸方向且つδ軸方向を短軸方向とする楕円を成す。但し、電流ベクトル軌跡211は、d軸とγ軸との軸誤差Δθがゼロの場合の電流ベクトル軌跡である。軸誤差Δθがゼロでない場合における重畳電流の電流ベクトル軌跡は、電流ベクトル軌跡212にて表される楕円のようになり、その長軸方向はγ軸方向と一致しない。即ち、軸誤差Δθがゼロでない場合は、γ−δ軸上で原点を中心として電流ベクトル軌跡211が傾き、電流ベクトル軌跡212を描くようになる。 In addition, when the motor 1 is an embedded magnet type synchronous motor or the like and L d <L q is satisfied, the current vector locus of the superimposed current flowing in the motor 1 by the superimposed voltage forming the voltage vector locus 210 is the current in FIG. As indicated by a vector locus 211, an ellipse is formed on the γ-δ axis with the origin at the center, the γ-axis direction as the major axis direction, and the δ-axis direction as the minor axis direction. However, the current vector locus 211 is a current vector locus when the axis error Δθ between the d-axis and the γ-axis is zero. When the axial error Δθ is not zero, the current vector locus of the superimposed current is an ellipse represented by the current vector locus 212, and the major axis direction does not coincide with the γ-axis direction. That is, when the axis error Δθ is not zero, the current vector locus 211 is tilted about the origin on the γ-δ axis, and the current vector locus 212 is drawn.

重畳電流のγ軸成分及びδ軸成分を、夫々γ軸重畳電流ihγ及びδ軸重畳電流ihδとすると、それらの積(ihγ×ihδ)には、電流ベクトル軌跡212にて表される楕円の傾きに依存した直流成分が存在する。積(ihγ×ihδ)は、電流ベクトル軌跡の第1及び第3象限で正の値をとる一方で第2及び第4象限で負の値をとるため、楕円が傾いていない時は(電流ベクトル軌跡211の場合は)直流成分を含まないが、楕円が傾くと(電流ベクトル軌跡212の場合は)直流成分を含むようになる。尚、図26におけるI、II、III及びIVは、γ−δ軸上での第1、第2、第3及び第4象限を表している。 Assuming that the γ-axis component and δ-axis component of the superimposed current are the γ-axis superimposed current i h γ and the δ-axis superimposed current i h δ, respectively, the product (i h γ × i h δ) has a current vector locus 212. There is a DC component that depends on the slope of the ellipse represented by. When the product (i h γ × i h δ) takes a positive value in the first and third quadrants of the current vector locus and takes a negative value in the second and fourth quadrants, the ellipse is not inclined. Does not include a DC component (in the case of the current vector locus 211), but includes an DC component when the ellipse is tilted (in the case of the current vector locus 212). In FIG. 26, I, II, III, and IV represent the first, second, third, and fourth quadrants on the γ-δ axis.

図27に、時間を横軸にとり、軸誤差Δθがゼロの場合における積(ihγ×ihδ)とその積の直流成分を夫々曲線220及び221にて表す。図28に、時間を横軸にとり、軸誤差Δθがゼロではない場合における積(ihγ×ihδ)とその積の直流成分を夫々曲線222及び223にて表す。図27及び図28からも分かるように、積(ihγ×ihδ)の直流成分は、Δθ=0°の場合にゼロとなり、Δθ≠0°の場合にゼロとならない。また、この直流成分は、軸誤差Δθの大きさが増大するにつれて大きくなる(軸誤差Δθに概ね比例する)。従って、仮に、この直流成分がゼロに収束するように制御すれば、軸誤差Δθはゼロに収束するようになる。 In FIG. 27, time is plotted on the horizontal axis, and the product (i h γ × i h δ) and the DC component of the product when the axis error Δθ is zero are represented by curves 220 and 221, respectively. In FIG. 28, time is plotted on the horizontal axis, and the product (i h γ × i h δ) and the DC component of the product when the axis error Δθ is not zero are represented by curves 222 and 223, respectively. As can be seen from FIGS. 27 and 28, the direct current component of the product (i h γ × i h δ) is zero when Δθ = 0 °, and is not zero when Δθ ≠ 0 °. Further, the direct current component increases as the size of the axial error Δθ increases (generally proportional to the axial error Δθ). Accordingly, if the direct current component is controlled to converge to zero, the axis error Δθ will converge to zero.

図24の推定器200は、この点に着目して推定動作を行う。但し、dm−qm軸を推定するために、d軸とγ軸との軸誤差Δθではなくdm軸とγ軸との軸誤差Δθmがゼロに収束するように推定動作を行う。 The estimator 200 in FIG. 24 performs an estimation operation paying attention to this point. However, in order to estimate the dm-qm axis, the estimation operation is performed so that the axial error Δθ m between the dm axis and the γ axis converges to zero instead of the axial error Δθ between the d axis and the γ axis.

図29に、推定器200の一例としての推定器(位置・速度推定器)200aの内部ブロック図を示す。推定器200aは、軸誤差推定部231と、比例積分演算器232と、積分器233と、を有して構成される。比例積分演算器232及び積分器233は、それぞれ、図4の比例積分演算器31及び積分器32と同様のものである。   FIG. 29 shows an internal block diagram of an estimator (position / velocity estimator) 200 a as an example of the estimator 200. The estimator 200 a includes an axis error estimator 231, a proportional-plus-integral calculator 232, and an integrator 233. The proportional-plus-integral calculator 232 and the integrator 233 are the same as the proportional-plus-integral calculator 31 and the integrator 32 in FIG. 4, respectively.

軸誤差推定部231は、iγ及びiδを用いて軸誤差Δθmを算出する。比例積分演算器232は、PLL(Phase Locked Loop)を実現すべく、モータ制御装置3dを構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、軸誤差推定部231が算出した軸誤差Δθmがゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器233は、比例積分演算器232から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器232が出力する推定モータ速度ωeと積分器233が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器200aの出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3dの各部位に与えられる。また、推定モータ速度ωeは、軸誤差推定部231にも与えられる。 The axis error estimation unit 231 calculates an axis error Δθ m using iγ and iδ. The proportional-plus-integral calculator 232 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3d in order to realize a PLL (Phase Locked Loop), and the axis error Δθ calculated by the axis error estimating unit 231. The estimated motor speed ω e is calculated so that m converges to zero. The integrator 233 integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 232 to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional-plus-integral calculator 232 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 233 are both output values of the estimator 200a, and each part of the motor control device 3d that requires that value. Given to. The estimated motor speed ω e is also given to the axis error estimation unit 231.

図29の軸誤差推定部231の内部構成例を、図30に示す。図30に示す如く、軸誤差推定部231は、BPF(バンドパスフィルタ)241と、LPF(ローパスフィルタ)242と、θm算出部243と、座標回転部244と、軸誤差算出部245と、を有する。また、図31に示す如く、軸誤差算出部245は、乗算器246と、LPF247と、係数乗算器248と、を有する。今、重畳電圧生成部201が生成する重畳電圧vhγ*及びvhδ*の周波数(γ−δ座標軸上における電気角速度)をωhとする。 FIG. 30 shows an internal configuration example of the axis error estimation unit 231 in FIG. As shown in FIG. 30, the axis error estimation unit 231 includes a BPF (band pass filter) 241, an LPF (low pass filter) 242, a θ m calculation unit 243, a coordinate rotation unit 244, an axis error calculation unit 245, Have Further, as shown in FIG. 31, the axis error calculation unit 245 includes a multiplier 246, an LPF 247, and a coefficient multiplier 248. Now, the frequency (electrical angular velocity on the γ−δ coordinate axis) of the superimposed voltages v h γ * and v h δ * generated by the superimposed voltage generation unit 201 is ω h .

BPF241は、図24の座標変換器12から出力されるγ軸電流iγ及びδ軸電流iδからωhの周波数成分を抽出して、γ軸重畳電流ihγ及びδ軸重畳電流ihδを出力する。BPF241は、iγ及びiδを入力信号として受ける、ωhの周波数を通過帯域内に含むバンドパスフィルタであり、典型的には例えば、その通過帯域の中心周波数はωhとされる。また、BPF241によって駆動電流の周波数成分は除去される。 The BPF 241 extracts the frequency component of ω h from the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ output from the coordinate converter 12 in FIG. 24, and obtains the γ-axis superimposed current i h γ and the δ-axis superimposed current i h δ. Output. The BPF 241 is a bandpass filter that receives iγ and iδ as input signals and includes the frequency of ω h in the pass band. Typically, for example, the center frequency of the pass band is ω h . Further, the frequency component of the drive current is removed by the BPF 241.

LPF242は、図24の座標変換器12より出力されるγ軸電流iγ及びδ軸電流iδから、高周波成分であるωhの周波数成分を除去したものをθm算出部243に送る。即ち、LPF242によって、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδから、重畳電流(ihγ及び
hδ)の成分が除去される。
The LPF 242 sends to the θ m calculation unit 243 the frequency component of ω h , which is a high frequency component, from the γ-axis current iγ and δ-axis current iδ output from the coordinate converter 12 of FIG. That is, the LPF 242 removes components of the superimposed currents (i h γ and i h δ) from the γ-axis current iγ and the δ-axis current iδ.

θm算出部243は、ωhの周波数成分が除去されたγ軸電流iγ及びδ軸電流iδの値に基づいて、位相θmを算出する(図11参照)。具体的には、ωhの周波数成分が除去されたδ軸電流iδの値を上記式(40)におけるiδとして利用しつつ、上記式(40)を用いてθmを算出する。この際、iδに応じたθmの値を事前にテーブルデータとして用意しておき該テーブルデータを参照することによってθmの値を得るようにしても構わな
い。
The θ m calculation unit 243 calculates the phase θ m based on the values of the γ-axis current iγ and the δ-axis current iδ from which the frequency component of ω h has been removed (see FIG. 11). Specifically, θ m is calculated using the above equation (40) while using the value of the δ-axis current iδ from which the frequency component of ω h has been removed as iδ in the above equation (40). At this time, a value of θ m corresponding to i δ may be prepared in advance as table data, and the value of θ m may be obtained by referring to the table data.

座標回転部244は、下記式(64)を用い、重畳電流ihγ及びihδによって形成される電流ベクトルihを、θmで表される位相分だけ座標回転させて、電流ベクトルihmを算出する。この際、θm算出部243にて算出されたθmの値が用いられる。電流ベクトルih及びihmは、下記式(65a)及び(65b)のように表される。ihγ及びihδは、電流ベクトルihを形成する直交2軸成分であり、それらは、それぞれ電流ベクトルihのγ軸成分とδ軸成分である。ihmγ及びihmδは、電流ベクトルihmを形成する直交2軸成分である。座標回転部244にて算出されたihmγ及びihmδは、軸誤差算出部245に送られる。 The coordinate rotation unit 244 uses the following equation (64) to rotate the current vector i h formed by the superimposed currents i h γ and i h δ by the amount of the phase represented by θ m , thereby generating the current vector i Calculate hm . At this time, the value of θ m calculated by the θ m calculation unit 243 is used. The current vectors i h and i hm are expressed by the following equations (65a) and (65b). i h γ and i h δ are orthogonal biaxial components forming the current vector i h , which are the γ axis component and the δ axis component of the current vector i h , respectively. i hm γ and i hm δ are orthogonal biaxial components forming the current vector i hm . I hm γ and i hm δ calculated by the coordinate rotation unit 244 are sent to the axis error calculation unit 245.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
Figure 0004972135

この座標回転の前後の電流ベクトル軌跡例を表す図32を参照して、座標回転の意義について補足説明する。真円の回転電圧を重畳した場合、即ち、図25の電圧ベクトル軌跡210を描くような重畳電圧を印加した場合を考える。この場合、モータ1の磁気突極性に起因して、回転座標軸上における電流ベクトルihの軌跡は、電流ベクトル軌跡251の如く、d軸に対して軸対象な楕円を成す(即ち、d軸方向と長軸方向とが一致した楕円を成す)。座標回転部244は、この楕円が、dm軸に対して軸対象となるように、電流ベクトルihに回転行列をかけて電流ベクトルihmを算出する。これによって、電流ベクトルihmの軌跡は電流ベクトル軌跡252のようになる。 With reference to FIG. 32 showing an example of a current vector locus before and after the coordinate rotation, the significance of the coordinate rotation will be supplementarily described. Consider a case where a rotation voltage of a perfect circle is superimposed, that is, a superimposed voltage that draws the voltage vector locus 210 of FIG. 25 is applied. In this case, due to the magnetic saliency of the motor 1, the locus of the current vector i h on the rotation coordinate axis forms an ellipse that is an axis object with respect to the d axis, like the current vector locus 251 (that is, in the d axis direction). And an ellipse in which the major axis direction coincides). The coordinate rotation unit 244 calculates the current vector i hm by applying a rotation matrix to the current vector i h so that the ellipse is an axis object with respect to the dm axis. As a result, the locus of the current vector i hm becomes a current vector locus 252.

回転座標軸上において電流ベクトル軌跡252は楕円を成し、その長軸方向は、Δθm=0°のときにはdm軸方向と一致するが、Δθm≠0°のときにはdm軸方向と一致しない。従って、電流ベクトルihmの直交2軸成分の積(ihmγ×ihmδ)の直流成分を(ihmγ×ihmδ)DCと表記すると、積(ihγ×ihδ)の直流成分と軸誤差Δθとの関係と同様、直流成分(ihmγ×ihmδ)DCは、軸誤差Δθmがゼロの場合にゼロとなり、軸誤差Δθmに概ね比例する。このため、比例係数をKとすると、軸誤差Δθmを、下記式(66)によって表すことができる。 The current vector locus 252 forms an ellipse on the rotational coordinate axis, and its major axis direction coincides with the dm-axis direction when Δθ m = 0 °, but does not coincide with the dm-axis direction when Δθ m ≠ 0 °. Therefore, if the direct current component of the product (i hm γ × i hm δ) of the orthogonal biaxial components of the current vector i hm is expressed as (i hm γ × i hm δ) DC , the product (i h γ × i h δ) As with the relationship between the direct current component and the axial error Δθ, the direct current component (i hm γ × i hm δ) DC becomes zero when the axial error Δθ m is zero, and is approximately proportional to the axial error Δθ m . Therefore, when the proportionality coefficient is K, the axis error Δθ m can be expressed by the following equation (66).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

式(66)にて表される算出を実現すべく、軸誤差算出部245は、図31に示すように構成される。即ち、乗算器246は、座標回転部244にて算出されたihmγとihmδの積を算出し、LPF247は、その積(ihmγ×ihmδ)の直流成分を抽出して、(ihmγ×ihmδ)DCを得る。係数乗算器248は、LPF247から出力される直流成分(ihmγ×ihmδ)DCに比例係数Kを乗算して、式(66)にて表される軸誤差Δθmを算出する。係数乗算器248から出力される軸誤差Δθmは、図29の軸誤差推定部231が推定した軸誤差Δθmとして比例積分演算器232に送られ、上述の如く、軸誤差Δθmがゼロに収束するように推定モータ速度ωe及び推定回転子位置θeの算出が行われる。つまり、γ−δ軸がdm−qm軸に追従するようになる(dm−qm軸が推定される)。 In order to realize the calculation represented by Expression (66), the axis error calculation unit 245 is configured as shown in FIG. That is, the multiplier 246 calculates the product of i hm γ and i hm δ calculated by the coordinate rotation unit 244, and the LPF 247 extracts the DC component of the product (i hm γ × i hm δ). , (I hm γ × i hm δ) DC . The coefficient multiplier 248 multiplies the DC component (i hm γ × i hm δ) DC output from the LPF 247 by the proportional coefficient K to calculate the axis error Δθ m represented by the equation (66). The axis error Δθ m output from the coefficient multiplier 248 is sent to the proportional-plus-integral calculator 232 as the axis error Δθ m estimated by the axis error estimation unit 231 in FIG. 29, and the axis error Δθ m is zero as described above. The estimated motor speed ω e and the estimated rotor position θ e are calculated so as to converge. That is, the γ-δ axis follows the dm-qm axis (the dm-qm axis is estimated).

上述の如く、高周波の重畳電圧を重畳し、これに応じて流れる重畳電流成分に基づいて回転子位置を推定するようにすれば、特に、モータ1の停止状態や低速運転状態において、良好に回転子位置を推定することが可能となる。
[重畳電圧についての変形列]
最も典型的な例として、重畳電圧生成部201にて生成される重畳電圧が真円の回転電圧である場合を例に挙げたが、重畳電圧生成部201によって生成される重畳電圧として、様々な重畳電圧を採用することが可能である。但し、重畳電圧の回転座標軸上(d−q軸上など)での電圧ベクトル軌跡を、d軸に対して軸対象な軌跡にする必要がある。より詳しくは、重畳電圧の回転座標軸上(d−q軸上など)での電圧ベクトル軌跡が原点を内包し且つd軸を基準として対象性を有する図形を描く必要がある。重畳電圧の印加に由来する重畳電流の電流ベクトル軌跡がd軸に対して軸対象な軌跡となっていることを前提条件として、図29の軸誤差推定部231は構成されているからであり、電圧ベクトル軌跡をd軸に対して軸対象とすることで該前提条件が満たされるからである。
As described above, when the high-frequency superimposed voltage is superimposed and the rotor position is estimated based on the superimposed current component that flows in accordance with the superimposed voltage, the motor 1 rotates well, particularly when the motor 1 is stopped or at low speed. The child position can be estimated.
[Deformation column for superimposed voltage]
As a most typical example, the case where the superimposed voltage generated by the superimposed voltage generation unit 201 is a perfect circle rotation voltage has been described as an example. It is possible to employ a superimposed voltage. However, the voltage vector locus on the rotation coordinate axis (such as on the dq axis) of the superimposed voltage needs to be an axis subject locus with respect to the d axis. More specifically, it is necessary to draw a figure in which the voltage vector locus on the rotation coordinate axis (such as on the dq axis) of the superimposed voltage includes the origin and has the objectivity with reference to the d axis. This is because the axis error estimator 231 in FIG. 29 is configured on the precondition that the current vector locus of the superimposed current resulting from the application of the superimposed voltage is an axis target locus with respect to the d axis. This is because the precondition is satisfied by setting the voltage vector locus as the axis object with respect to the d-axis.

ここで、「原点を内包し」とは、上記「対象性を有する図形」の内部に回転座標軸上(d−q軸上など)における原点が存在することを意味する。また、「d軸を基準として対象性を有する」とは、d−q軸上における電圧ベクトル軌跡の、第1象限及び第2象限の部分の図形と第3象限及び第4象限の部分の図形との間にd軸を軸とする線対称の関係が成立していることを意味する。   Here, “including the origin” means that the origin on the rotation coordinate axis (such as on the dq axis) exists in the “figure having objectivity”. Further, “having objectivity with respect to the d axis” means that the voltage vector locus on the dq axis is a figure in the first quadrant and the second quadrant and a figure in the third quadrant and the fourth quadrant. Means that a line-symmetrical relationship about the d-axis is established.

例えば、回転座標軸上(d−q軸上など)における重畳電圧の電圧ベクトル軌跡は、d軸方向を短軸方向または長軸方向とする楕円でもよいし、d軸またはq軸上の線分でもよいし(即ち、重畳電圧は交番電圧でもよいし)、原点を中心とする四角形でもよい。   For example, the voltage vector locus of the superimposed voltage on the rotation coordinate axis (such as on the dq axis) may be an ellipse whose d axis direction is the short axis direction or long axis direction, or a line segment on the d axis or q axis. It may be good (that is, the superimposed voltage may be an alternating voltage) or may be a quadrangle centered on the origin.

図33に、楕円状の回転電圧を重畳電圧として印加した場合における電流ベクトルih及びihmの軌跡を示す。図34に、d軸成分のみを持つ交番電圧を重畳電圧として印加した場合における電流ベクトルih及びihmの軌跡を示す。 FIG. 33 shows the trajectories of current vectors i h and i hm when an elliptical rotational voltage is applied as a superimposed voltage. FIG. 34 shows trajectories of current vectors i h and i hm when an alternating voltage having only a d-axis component is applied as a superimposed voltage.

但し、印加する重畳電圧の電圧ベクトル軌跡が真円でない場合は、図30のθm算出部243の算出値である位相θmを、図24の重畳電圧生成部201に与える必要がある。重畳電圧の電圧ベクトル軌跡が真円である場合は、重畳電圧の位相に関係なく重畳電圧の電圧ベクトル軌跡はd軸に対して軸対象となるのであるが、真円でない場合は、該電圧ベクトル軌跡をd軸に対して軸対象とするために位相θmの情報が必要となるからである。 However, if the voltage vector locus of the superimposed voltage to be applied is not a perfect circle, the phase θ m that is the calculated value of the θ m calculating unit 243 in FIG. 30 needs to be given to the superimposed voltage generating unit 201 in FIG. When the voltage vector locus of the superimposed voltage is a perfect circle, the voltage vector locus of the superimposed voltage is an axis object with respect to the d-axis regardless of the phase of the superimposed voltage. This is because information on the phase θ m is necessary to make the locus an axis object with respect to the d-axis.

例えば、重畳電圧を真円の回転電圧とする場合、重畳電圧生成部201は下記式(67)によって表される重畳電圧を生成し、重畳電圧を楕円の回転電圧又は交番電圧とする場合、重畳電圧生成部201は下記式(68)によって表される重畳電圧を生成する。ここで、Vhγ及びVhδは、夫々、重畳電圧のγ軸方向の振幅及び重畳電圧のδ軸方向の振幅である。tは、時間を表す。 For example, when the superimposed voltage is a perfect circle rotation voltage, the superimposed voltage generation unit 201 generates a superimposed voltage represented by the following formula (67), and when the superimposed voltage is an elliptical rotation voltage or an alternating voltage, The voltage generation unit 201 generates a superimposed voltage represented by the following formula (68). Here, V h γ and V h δ are the amplitude of the superimposed voltage in the γ-axis direction and the amplitude of the superimposed voltage in the δ-axis direction, respectively. t represents time.

Figure 0004972135
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Figure 0004972135
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[軸誤差の理論式の導出]
軸誤差Δθmが直流成分(ihmγ×ihmδ)DCに比例することを利用してdm−qm軸の推定を行う手法を説明したが、ここで、この推定の原理に関する理論式について考察する。但し、説明の便宜上、d−q軸の推定を行う場合についての考察を行う。即ち、d軸とγ軸との軸誤差Δθを算出する場合における理論式の導出を行う。
[Derivation of theoretical formula of axis error]
The method of estimating the dm-qm axis using the fact that the axial error Δθ m is proportional to the DC component (i hm γ × i hm δ) DC has been described. Consider. However, for convenience of explanation, consideration is given to the case where the dq axes are estimated. That is, a theoretical formula is derived in calculating the axis error Δθ between the d-axis and the γ-axis.

まず、重畳成分に関する方程式は、下記式(69)によって表される。ここで、下記式(70a)、(70b)、(70c)、(70d)及び(70e)が成立する。尚、pは、微分演算子である。   First, the equation regarding the superimposed component is expressed by the following equation (69). Here, the following formulas (70a), (70b), (70c), (70d), and (70e) hold. Note that p is a differential operator.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Figure 0004972135
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印加する重畳電圧が上記式(67)によって表されるとすると、この重畳電圧の印加に応じて流れる重畳電流の直交2軸成分ihγ及びihδは、下記式(71)にて表される。式(71)中におけるsは、ラプラス演算子であり、θh=ωht、である Assuming that the superimposed voltage to be applied is expressed by the above equation (67), the orthogonal biaxial components i h γ and i h δ of the superimposed current flowing in response to the application of the superimposed voltage are expressed by the following equation (71). Is done. In formula (71), s is a Laplace operator, and θ h = ω h t.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

上記式(71)に基づき、重畳電流の直交2軸成分の積を整理すると、下記式(72)が得られる。ここで、K1〜K7は、Ld、Lq、Vhγ及びVhδが特定されれば定まる係数である。 When the products of the orthogonal biaxial components of the superimposed current are arranged based on the above formula (71), the following formula (72) is obtained. Here, K 1 to K 7 are coefficients that are determined if L d , L q , V h γ and V h δ are specified.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

電流ベクトルihの直交2軸成分の積(ihγ×ihδ)の直流成分を(ihγ×ihδ)DCと表記する。直流成分は、θhにて変動する項を含まないので、式(73)のように表される。 The direct current component of the product (i h γ × i h δ) of the orthogonal biaxial components of the current vector i h is expressed as (i h γ × i h δ) DC . Since the direct current component does not include a term that varies with θ h , the direct current component is expressed as in Expression (73).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

Δθ≒0の場合は、sin(2Δθ)≒2Δθ、sin(4Δθ)≒4Δθ、と近似できるため、軸誤差Δθは、下記式(74)にて表すことができる。式(74)におけるKは、係数K2及びK3にて定まる係数である。尚、重畳電圧が真円の回転電圧である場合は、係数K3はゼロとなって、式(73)からΔθの4倍の正弦項は無くなる。 When Δθ≈0, sin (2Δθ) ≈2Δθ and sin (4Δθ) ≈4Δθ can be approximated, so that the axis error Δθ can be expressed by the following equation (74). K in the equation (74) is a coefficient determined by the coefficients K 2 and K 3 . When the superimposed voltage is a perfect circle rotation voltage, the coefficient K 3 is zero, and the sine term that is four times Δθ is eliminated from the equation (73).

Figure 0004972135
Figure 0004972135

上記式(74)の導出法を、軸誤差Δθmに対して適用することにより、上記の式(66)を得ることができる。
[軸誤差算出部についての変形例]
図30の座標回転部244の座標回転によって得られる電流ベクトルihmの直交2軸成分(即ち、ihmγとihmδ)の双方を用いて軸誤差Δθmを算出する場合を例示したが、その直交2軸成分の内、1軸成分(即ち、ihmγ又はihmδ)のみを用いて軸誤差Δθmを算出するようにしてもよい。但し、1軸成分のみを用いて軸誤差Δθmを算出する場合、図24の重畳電圧生成部201によって生成される重畳電圧は、d軸成分またはq軸成分のみを持つ交番電圧である必要がある。
By applying the derivation method of the above equation (74) to the axis error Δθ m , the above equation (66) can be obtained.
[Modified example of axis error calculation unit]
Although the case where the axis error Δθ m is calculated using both orthogonal biaxial components (that is, i hm γ and i hm δ) of the current vector i hm obtained by the coordinate rotation of the coordinate rotation unit 244 in FIG. 30 is illustrated. The axis error Δθ m may be calculated using only one axis component (that is, i hm γ or i hm δ) of the orthogonal two-axis components. However, when the axis error Δθ m is calculated using only one axis component, the superimposed voltage generated by the superimposed voltage generation unit 201 in FIG. 24 needs to be an alternating voltage having only the d-axis component or the q-axis component. is there.

交番電圧を重畳し、この交番電圧の重畳に応じて流れる重畳電流のベクトルの1軸成分(即ち、ihγ又はihδ)に基づいて軸誤差Δθを算出する手法は、古くから知られている(例えば、上記特許文献3参照)。このため、その手法の詳細な説明は割愛する。d−q軸をdm−qm軸に置き換えて、その手法を適用することにより、電流ベクトルihmの1軸成分(即ち、ihmγ又はihmδ)のみを用いて軸誤差Δθmを算出することが可能である。 A method for calculating an axial error Δθ based on a one-axis component (that is, i h γ or i h δ) of a vector of a superimposed current that flows in accordance with the alternating voltage superposition has been known for a long time. (For example, see Patent Document 3 above). For this reason, the detailed description of the method is omitted. By replacing the dq axis with the dm-qm axis and applying the method, the axis error Δθ m is calculated using only one axis component of the current vector i hm (ie, i hm γ or i hm δ). Is possible.

また、高周波電圧を重畳し、これに応じて流れる電流に基づいて回転子位置及びモータ速度を推定する手法は、多数存在する(例えば、上記特許文献4〜6参照)。これらの手法を、dm−qm軸に転用して推定処理を行うようにしても構わない。   There are many methods for superimposing a high-frequency voltage and estimating the rotor position and the motor speed based on the current flowing in accordance with the superimposed high-frequency voltage (see, for example, Patent Documents 4 to 6 above). You may make it perform an estimation process by diverting these methods to a dm-qm axis | shaft.

<<第6実施形態>>
第5実施形態に対応する低速回転状態(及び停止状態)に特に適したにセンサレス制御と、第2又は第3実施形態に対応する高速回転状態に特に適したセンサレス制御と、を組み合わせることにより、停止状態を含む広い速度範囲にて、良好なセンサレス制御を実現することができる。この組み合わせに対応する実施形態として、第6実施形態を説明する。第2、第3及び第5実施形態にて説明した事項は、矛盾無き限り、第6実施形態でも適用される。
<< Sixth Embodiment >>
By combining sensorless control particularly suitable for the low-speed rotation state (and stop state) corresponding to the fifth embodiment and sensorless control particularly suitable for the high-speed rotation state corresponding to the second or third embodiment, Good sensorless control can be realized in a wide speed range including the stop state. A sixth embodiment will be described as an embodiment corresponding to this combination. The matters described in the second, third, and fifth embodiments are applied to the sixth embodiment as long as there is no contradiction.

第6実施形態に係るモータ制御装置の全体的構成は、図24のそれと同じであるため、別途の図示を省略する。但し、第6実施形態に係るモータ制御装置では、推定器200の内部構成が図29の推定器200aと異なる。このため、第5実施形態との相違点である推定器200の内部構成及び動作について説明する。   Since the overall configuration of the motor control device according to the sixth embodiment is the same as that of FIG. 24, a separate illustration is omitted. However, in the motor control device according to the sixth embodiment, the internal configuration of the estimator 200 is different from the estimator 200a of FIG. Therefore, the internal configuration and operation of the estimator 200, which is the difference from the fifth embodiment, will be described.

本実施形態に適用可能な推定器200の例として、第1、第2及び第3の推定器例を、以下に説明する。
[第1の推定器例]
まず、第1の推定器例を説明する。図35は、第1の推定器例に係る位置・速度推定器200b(以下、単に「推定器200b」と呼ぶ)の内部構成例である。推定器200bは、図24における推定器200として用いることができる。
As examples of the estimator 200 applicable to the present embodiment, first, second, and third estimator examples will be described below.
[First estimator example]
First, a first estimator example will be described. FIG. 35 shows an internal configuration example of a position / velocity estimator 200b (hereinafter simply referred to as “estimator 200b”) according to the first estimator example. The estimator 200b can be used as the estimator 200 in FIG.

推定器200bは、第1軸誤差推定部261と、第2軸誤差推定部262と、切替処理部263と、比例積分演算器264と、積分器265と、を有する。   The estimator 200b includes a first axis error estimator 261, a second axis error estimator 262, a switching processor 263, a proportional-integral calculator 264, and an integrator 265.

第1軸誤差推定部261は、第5実施形態で説明した図29の軸誤差推定部231と同様の部位であり、iγ及びiδに基づいて、qm軸とδ軸との軸誤差を算出する。但し、第5実施形態では、この算出された軸誤差が推定器200(又は200a)にて算出されるべき軸誤差Δθmとして取り扱われることになるが、本実施形態では、それが推定器200bにて算出されるべき軸誤差Δθmの候補とされる。つまり、第1軸誤差推定部261は、自身の構成要素となる軸誤差算出部245など(図30参照)を介して算出したqm軸とδ軸との軸誤差を、軸誤差Δθmの候補として算出及び出力する。第1軸誤差推定部261の出力値を、第1候補軸誤差Δθm1と呼ぶ。尚、第1軸誤差推定部261は、第1候補軸誤差Δθm1の算出の際、必要に応じて、比例積分演算器264の出力値(推定モータ速度ωe)を利用する。 The first axis error estimation unit 261 is the same part as the axis error estimation unit 231 of FIG. 29 described in the fifth embodiment, and calculates the axis error between the qm axis and the δ axis based on iγ and iδ. . However, in the fifth embodiment, the calculated axis error is handled as the axis error Δθ m to be calculated by the estimator 200 (or 200a), but in the present embodiment, this is treated as the estimator 200b. Are candidates for the axis error Δθ m to be calculated. That is, the first axis error estimation unit 261 uses the axis error between the qm axis and the δ axis calculated via the axis error calculation unit 245 or the like (see FIG. 30) as its component, as a candidate for the axis error Δθ m . Is calculated and output as The output value of the first axis error estimation unit 261 is referred to as a first candidate axis error Δθ m1 . The first axis error estimator 261 uses the output value (estimated motor speed ω e ) of the proportional-plus-integral calculator 264 as necessary when calculating the first candidate axis error Δθ m1 .

第2軸誤差推定部262は、第2実施形態で説明した図15の軸誤差推定部41と同様の部位であり、vγ*、vδ*、iγ及びiδの値の全部または一部を用い、第2実施形態にて説明した第1〜第5算出法などに基づいて、qm軸とδ軸との軸誤差を軸誤差Δθmの候補として算出及び出力する。第2軸誤差推定部262の出力値を、第2候補軸誤差Δθm2と呼ぶ。尚、後にも述べるが、第2候補軸誤差Δθm2の算出の際に用いるiγ及びiδの値に、重畳電圧に由来する重畳電流(ihγ及びihδ)の成分が含まれないようにすべきである。また、第2軸誤差推定部262は、第2候補軸誤差Δθm2の算出の際、必要に応じて、比例積分演算器264の出力値(推定モータ速度ωe)を利用する。 The second axis error estimation unit 262 is the same part as the axis error estimation unit 41 of FIG. 15 described in the second embodiment, and uses all or part of the values of vγ * , vδ * , iγ, and iδ, Based on the first to fifth calculation methods described in the second embodiment, the axis error between the qm axis and the δ axis is calculated and output as a candidate for the axis error Δθ m . The output value of the second axis error estimating unit 262 is referred to as a second candidate axis error Δθ m2 . As will be described later, components of superimposed currents (i h γ and i h δ) derived from the superimposed voltage are not included in the values of i γ and i δ used when calculating the second candidate axis error Δθ m2. Should be. In addition, the second axis error estimation unit 262 uses the output value (estimated motor speed ω e ) of the proportional-plus-integral calculator 264 as necessary when calculating the second candidate axis error Δθ m2 .

切替処理部263は、第1候補軸誤差Δθm1を第1入力値として受けると共に第2候補軸誤差Δθm2を第2入力値として受け、モータ1の回転子の回転速度を表す速度情報に応じて、第1入力値と第2入力値から出力値を算出して出力する。推定器200bにおいては、速度情報として、比例積分演算器264にて算出される推定モータ速度ωeが用いられる。但し、速度情報として、モータ速度指令値ω*を用いても構わない。 The switching processing unit 263 receives the first candidate axis error Δθ m1 as the first input value and the second candidate axis error Δθ m2 as the second input value, and responds to speed information indicating the rotation speed of the rotor of the motor 1. The output value is calculated from the first input value and the second input value and output. In the estimator 200b, the estimated motor speed ω e calculated by the proportional-plus-integral calculator 264 is used as speed information. However, the motor speed command value ω * may be used as the speed information.

切替処理部263は、例えば、図36に示す如く、速度情報に応じて第1入力値及び第2入力値の何れか一方をそのまま出力値として出力する。この場合、切替処理部263は、速度情報によって表される回転速度が所定の閾値速度VTHより小さい時に第1入力値を出力値として出力し、閾値速度VTHより大きい時に第2入力値を出力値として出力する。 For example, as illustrated in FIG. 36, the switching processing unit 263 directly outputs one of the first input value and the second input value as an output value according to the speed information. In this case, the switching processing unit 263 outputs the first input value as an output value when the rotational speed represented by the speed information is smaller than the predetermined threshold speed V TH, and outputs the second input value when the rotational speed is larger than the threshold speed V TH. Output as output value.

また、切替処理部263にて加重平均処理を行うようにしても構わない。この場合、切替処理部263は、速度情報によって表される回転速度が、所定の第1閾値速度VTH1よりも小さい時は第1入力値を出力値として出力し、所定の第2閾値速度VTH2よりも大きい時は第2入力値を出力値として出力する。そして、速度情報によって表される回転速度が第1閾値速度VTH1から第2閾値速度VTH2の範囲内にあるとき、第1入力値と第2入力値の加重平均値を出力値として算出及び出力する。ここで、VTH1<VTH2、が成立する。 Further, the switching processing unit 263 may perform weighted average processing. In this case, the switching processing unit 263 outputs the first input value as an output value when the rotational speed represented by the speed information is smaller than the predetermined first threshold speed V TH1, and outputs the predetermined second threshold speed V When greater than TH2, the second input value is output as the output value. When the rotational speed represented by the speed information is within the range from the first threshold speed V TH1 to the second threshold speed V TH2 , the weighted average value of the first input value and the second input value is calculated as the output value. Output. Here, V TH1 <V TH2 is established.

加重平均処理は、例えば、速度情報によって表される回転速度に応じて行われる。つまり、図37の模式図に示す如く、速度情報によって表される回転速度が第1閾値速度VTH1から第2閾値速度VTH2の範囲内にあるとき、その回転速度が増加するに従って出力値に対する第2入力値の寄与率が増大するように、その回転速度が減少するに従って出力値に対する第1入力値の寄与率が増大するように、第1入力値と第2入力値の加重平均を行う。 The weighted average process is performed, for example, according to the rotation speed represented by the speed information. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 37, when the rotational speed represented by the speed information is within the range from the first threshold speed VTH1 to the second threshold speed VTH2 , the output value is increased as the rotational speed increases. The weighted average of the first input value and the second input value is performed so that the contribution ratio of the first input value to the output value increases as the rotation speed decreases so that the contribution ratio of the second input value increases. .

また例えば、加重平均処理は、切替え開始からの経過時間に応じて行われる。つまり、例えば、図38の模式図に示す如く、速度情報によって表される回転速度が第1閾値速度VTH1より小さい状態から第1閾値速度VTH1より大きい状態に移行したタイミングt1を基準として、出力値を第1入力値から第2入力値に切替え始める。タイミングt1時点では、出力値は例えば第1入力値とされる。そして、タイミングt1からの経過時間が増大するに従って出力値に対する第2入力値の寄与率が増大するように、第1入力値と第2入力値の加重平均を行う。切替え開始のタイミングt1から所定の時間が経過した時点で、出力値を第2入力値に一致させて切替えを終了する。速度情報によって表される回転速度が第2閾値速度VTH2より大きい状態から第2閾値速度VTH2より小さい状態に移行した場合も同様である。尚、切替え開始からの経過時間に応じて加重平均処理を行う場合、第1閾値速度VTH1と第2閾値速度VTH2は同じであってもよい。 Further, for example, the weighted average process is performed according to the elapsed time from the start of switching. That is, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. 38, a timing t1 at which the rotation speed represented by the speed information turns from the first threshold speed V TH1 smaller state to the first threshold speed V TH1 greater state as a reference, The output value is switched from the first input value to the second input value. At the timing t1, the output value is, for example, the first input value. Then, the weighted average of the first input value and the second input value is performed so that the contribution ratio of the second input value to the output value increases as the elapsed time from the timing t1 increases. When a predetermined time has elapsed from the switching start timing t1, the output value is matched with the second input value, and the switching is ended. If the rotation speed represented by speed information turns from the second threshold speed V TH2 greater state to a second threshold speed V TH2 smaller state is the same. In addition, when performing a weighted average process according to the elapsed time from the start of switching, the first threshold speed V TH1 and the second threshold speed V TH2 may be the same.

尚、閾値速度VTHは、例えば10rps(rotation per second)〜30rpsの範囲内の回転速度とされ、第1閾値速度VTH1は、例えば10rps〜20rpsの範囲内の回転速度とされ、第2閾値速度VTH2は、例えば20rps〜30rpsの範囲内の回転速度とされる。 The threshold speed V TH is, for example, a rotational speed within a range of 10 rps (rotation per second) to 30 rps, and the first threshold speed V TH1 is, for example, a rotational speed within a range of 10 rps to 20 rps. The speed V TH2 is, for example, a rotational speed within a range of 20 rps to 30 rps.

図35の推定器200bにおいて、切替処理部263の出力値は、速度推定部として機能する比例積分演算器264に与えられる。比例積分演算器264は、PLLを実現すべく、モータ制御装置3dを構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、切替処理部263の出力値がゼロに収束するように推定モータ速度ωeを算出する。積分器265は、比例積分演算器264から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。比例積分演算器264が出力する推定モータ速度ωeと積分器265が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器200bの出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3dの各部位に与えられる。
[第2の推定器例]
次に、第2の推定器例を説明する。図39は、第2の推定器例に係る位置・速度推定器200c(以下、単に「推定器200c」と呼ぶ)の内部構成例である。推定器200cは、図24における推定器200として用いることができる。
In the estimator 200b of FIG. 35, the output value of the switching processing unit 263 is given to a proportional-integral computing unit 264 that functions as a speed estimation unit. The proportional-plus-integral calculator 264 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3d in order to realize the PLL, and estimates the motor so that the output value of the switching processing unit 263 converges to zero. The speed ω e is calculated. The integrator 265 integrates the estimated motor speed ω e output from the proportional integration calculator 264 and calculates the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the proportional-plus-integral calculator 264 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 265 are both output values of the estimator 200b, and each part of the motor control device 3d that requires these values. Given to.
[Second example estimator]
Next, a second estimator example will be described. FIG. 39 is an internal configuration example of a position / velocity estimator 200c (hereinafter simply referred to as “estimator 200c”) according to the second estimator example. The estimator 200c can be used as the estimator 200 in FIG.

推定器200cは、第1軸誤差推定部261と、第2軸誤差推定部262と、切替処理部263と、比例積分演算器266及び267と、積分器268と、を有する。推定器200cでは、推定速度の段階で切替処理を行う。   The estimator 200c includes a first axis error estimator 261, a second axis error estimator 262, a switching processor 263, proportional-integral calculators 266 and 267, and an integrator 268. The estimator 200c performs switching processing at the estimated speed stage.

推定器200cにおける第1軸誤差推定部261及び第2軸誤差推定部262は、図35の推定器200bにおけるそれらと同様のものである。但し、第1軸誤差推定部261は、第1候補軸誤差Δθm1の算出の際、必要に応じて、比例積分演算器266の出力値(後述する第1候補速度ωe1)を推定モータ速度ωeと取り扱って利用する。同様に、第2軸誤差推定部262は、第2候補軸誤差Δθm2の算出の際、必要に応じて、比例積分演算器267の出力値(後述する第2候補速度ωe2)を推定モータ速度ωeと取り扱って利用する。 The first axis error estimator 261 and the second axis error estimator 262 in the estimator 200c are the same as those in the estimator 200b in FIG. However, when calculating the first candidate axis error Δθ m1 , the first axis error estimation unit 261 uses the output value (first candidate speed ω e1 described later) of the proportional-plus-integral calculator 266 as the estimated motor speed as necessary. Handle with ω e . Similarly, when calculating the second candidate axis error Δθ m2 , the second axis error estimator 262 estimates the output value (second candidate speed ω e2, described later) of the proportional-plus-integral calculator 267 as the estimated motor. Handle with speed ω e .

比例積分演算器266は、PLLを実現すべく、モータ制御装置3dを構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、第1候補軸誤差Δθm1がゼロに収束するように推定モータ速度を算出する。比例積分演算器266にて算出された推定モータ速度は、第1候補速度ωe1として出力される。 The proportional-plus-integral computing unit 266 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3d in order to realize the PLL, and the estimated motor so that the first candidate axis error Δθ m1 converges to zero. Calculate the speed. The estimated motor speed calculated by the proportional-plus-integral calculator 266 is output as the first candidate speed ω e1 .

比例積分演算器267は、PLLを実現すべく、モータ制御装置3dを構成する各部位と協働しつつ比例積分制御を行って、第2候補軸誤差Δθm2がゼロに収束するように推定モータ速度を算出する。比例積分演算器267にて算出された推定モータ速度は、第2候補速度ωe2として出力される。 The proportional-plus-integral calculator 267 performs proportional-integral control in cooperation with each part constituting the motor control device 3d in order to realize the PLL, and estimates the motor so that the second candidate axis error Δθ m2 converges to zero. Calculate the speed. The estimated motor speed calculated by the proportional-plus-integral calculator 267 is output as the second candidate speed ω e2 .

推定器200cにおける切替処理部263は、図35の推定器200bにおけるそれと同様のものである。但し、推定器200cにおいては、切替処理部263の第1入力値及び第2入力値は、それぞれ第1候補速度ωe1及び第2候補速度ωe2となっている。このため、推定器200cにおける切替処理部263は、モータ1の回転子の回転速度を表す速度情報に応じて、第1候補速度ωe1、第2候補速度ωe2又はそれらの加重平均値を出力することになる。尚、速度情報としては、モータ速度指令値ω*を用いるとよい。切替処理部263の出力値は、回転速度に適応した推定モータ速度ωeとなる。 The switching processing unit 263 in the estimator 200c is the same as that in the estimator 200b in FIG. However, in the estimator 200c, the first input value and the second input value of the switching processing unit 263 are the first candidate speed ω e1 and the second candidate speed ω e2 , respectively. For this reason, the switching processing unit 263 in the estimator 200c outputs the first candidate speed ω e1 , the second candidate speed ω e2, or their weighted average values according to the speed information indicating the rotation speed of the rotor of the motor 1. Will do. As the speed information, a motor speed command value ω * may be used. The output value of the switching processing unit 263 is an estimated motor speed ω e adapted to the rotation speed.

積分器268は、切替処理部263から出力される推定モータ速度ωeを積分して推定回転子位置θeを算出する。切替処理部263が出力する推定モータ速度ωeと積分器268が出力する推定回転子位置θeは、共に推定器200cの出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3dの各部位に与えられる。
[第3の推定器例]
次に、第3の推定器例を説明する。図40は、第3の推定器例に係る位置・速度推定器200d(以下、単に「推定器200d」と呼ぶ)の内部構成例である。推定器200dは、図24における推定器200として用いることができる。
The integrator 268 integrates the estimated motor speed ω e output from the switching processing unit 263 to calculate the estimated rotor position θ e . The estimated motor speed ω e output from the switching processing unit 263 and the estimated rotor position θ e output from the integrator 268 are both output to the respective portions of the motor control device 3d that require the values as output values of the estimator 200c. Given.
[Third estimator example]
Next, a third estimator example will be described. FIG. 40 is an internal configuration example of a position / velocity estimator 200d (hereinafter simply referred to as “estimator 200d”) according to the third estimator example. The estimator 200d can be used as the estimator 200 in FIG.

推定器200dは、第1軸誤差推定部261と、第2軸誤差推定部262と、切替処理部263と、比例積分演算器266及び267と、積分器269及び270と、を有する。推定器200dでは、推定位置の段階で切替処理を行う。   The estimator 200d includes a first axis error estimator 261, a second axis error estimator 262, a switching processor 263, proportional-integral calculators 266 and 267, and integrators 269 and 270. The estimator 200d performs switching processing at the estimated position stage.

推定器200dにおける第1軸誤差推定部261及び第2軸誤差推定部262並びに比例積分演算器266及び267は、図39の推定器200cにおけるそれらと同様のものである。積分器269は、比例積分演算器266から出力される第1候補速度ωe1を積分して第1候補位置θe1を算出する。積分器270は、比例積分演算器267から出力される第2候補速度ωe2を積分して第2候補位置θe2を算出する。 The first axis error estimator 261, the second axis error estimator 262, and the proportional-plus-integral calculators 266 and 267 in the estimator 200d are the same as those in the estimator 200c in FIG. The integrator 269 integrates the first candidate speed ω e1 output from the proportional integration calculator 266 to calculate the first candidate position θ e1 . The integrator 270 integrates the second candidate speed ω e2 output from the proportional integration calculator 267 and calculates the second candidate position θ e2 .

推定器200dにおける切替処理部263は、図35の推定器200bにおけるそれと同様のものである。但し、推定器200dにおいては、切替処理部263の第1入力値及び第2入力値は、それぞれ第1候補位置θe1及び第2候補位置θe2となっている。このため、推定器200dにおける切替処理部263は、モータ1の回転子の回転速度を表す速度情報に応じて、第1候補位置θe1、第2候補位置θe2又はそれらの加重平均値を出力することになる。尚、速度情報としては、モータ速度指令値ω*を用いるとよい。切替処理部263の出力値は、回転速度に適応した推定回転子位置θeとなる。 The switching processing unit 263 in the estimator 200d is the same as that in the estimator 200b in FIG. However, in the estimator 200d, the first input value and the second input value of the switching processing unit 263 are the first candidate position θ e1 and the second candidate position θ e2 , respectively. Therefore, the switching processing unit 263 in the estimator 200d outputs the first candidate position θ e1 , the second candidate position θ e2 or their weighted average values according to the speed information indicating the rotation speed of the rotor of the motor 1. Will do. As the speed information, a motor speed command value ω * may be used. The output value of the switching processing unit 263 is an estimated rotor position θ e adapted to the rotation speed.

切替処理部263が出力する推定回転子位置θeは推定器200dの出力値として、その値を必要とするモータ制御装置3dの各部位に与えられる。必要であれば、切替処理部263が出力する推定回転子位置θeを微分して推定モータ速度ωeを算出するようにしてもよい。 The estimated rotor position θ e output by the switching processing unit 263 is given as an output value of the estimator 200d to each part of the motor control device 3d that requires that value. If necessary, the estimated motor speed ω e may be calculated by differentiating the estimated rotor position θ e output from the switching processing unit 263.

尚、推定器200bの説明にて記載した事項は、矛盾なき限り、推定器200c及び推定器200dに対しても適用可能である。   Note that the matters described in the description of the estimator 200b can be applied to the estimator 200c and the estimator 200d as long as there is no contradiction.

また、低速回転時など、第1軸誤差推定部261にて算出される第1候補軸誤差Δθm1が必要となるタイミングにおいては、重畳電圧生成部201による重畳電圧の生成が必須となるが、高速回転時など、第1軸誤差推定部261にて算出される第1候補軸誤差Δθm1が必要とならないタイミングにおいては、重畳電圧生成部201による重畳電圧の生成を休止するようにすると良い。第2候補軸誤差Δθm2の算出にとって必要なのは駆動電圧(vγ*及びvδ*)に応じて流れる駆動電流成分であり、重畳電流成分は第2候補軸誤差Δθm2の算出に対してノイズとなるからである。 In addition, at the timing when the first candidate axis error Δθ m1 calculated by the first axis error estimation unit 261 is required, such as during low-speed rotation, the generation of the superimposed voltage by the superimposed voltage generation unit 201 is essential. When the first candidate axis error Δθ m1 calculated by the first axis error estimation unit 261 is not necessary, such as during high-speed rotation, the generation of the superimposed voltage by the superimposed voltage generation unit 201 is preferably stopped. What is necessary for the calculation of the second candidate axis error Δθ m2 is a drive current component that flows according to the drive voltages (vγ * and vδ * ), and the superimposed current component becomes noise for the calculation of the second candidate axis error Δθ m2. Because.

但し、加重平均処理を行う場合などでは、重畳電圧を重畳しつつ、第2候補軸誤差Δθm2を算出する必要がある。そのような場合は、座標変換器12からのγ軸電流iγ及びδ軸電流iδに高域遮断処理を施して、重畳電流(ihγ及びihδ)の成分を除去したγ軸電流iγ及びδ軸電流iδの値を第2候補軸誤差Δθm2の算出に利用するとよい。 However, when the weighted average process is performed, it is necessary to calculate the second candidate axis error Δθ m2 while superimposing the superimposed voltage. In such a case, the γ-axis current iγ from which the component of the superimposed current (i h γ and i h δ) has been removed by subjecting the γ-axis current iγ and the δ-axis current iδ from the coordinate converter 12 to high-frequency cutoff processing. And the value of the δ-axis current iδ may be used to calculate the second candidate axis error Δθ m2 .

このように推定器(200b、200c又は200d)を形成することにより、モータ1の回転停止状態及び低速回転状態においては、重畳電流成分に基づいて算出された値(Δθm1、ωe1又はθe1)を用いての低速用推定処理が実行され、モータ1の高速回転状態においては、駆動電流成分に基づいて算出された値(Δθm2、ωe2又はθe2)を用いての高速用推定処理が実行される。このため、広い速度範囲で、良好なセンサレス制御が実現可能となる。 By forming the estimator (200b, 200c, or 200d) in this way, the value (Δθ m1 , ω e1, or θ e1) calculated based on the superimposed current component in the rotation stop state and the low-speed rotation state of the motor 1. ) Is used, and in the high-speed rotation state of the motor 1, the high-speed estimation process using a value (Δθ m2 , ω e2 or θ e2 ) calculated based on the drive current component is performed. Is executed. For this reason, good sensorless control can be realized in a wide speed range.

仮に、従来のd−q軸を推定する低速用センサレス制御と、第2又は第3実施形態に対応するdm−qm軸を推定する高速用センサレス制御と、を回転速度に応じて切替えようとすると、異なる座標間での切替えが必要となるため、滑らかな切替えの実現にとって問題が生じうる。また、最大トルク制御を実現する場合、d−q軸に基づく制御下ではq軸電流(δ軸電流)に応じたd軸電流(γ軸電流)が必要になるのに対して、dm−qm軸に基づく制御下ではdm軸電流(γ軸電流)はゼロ又は略ゼロとされるため、γ軸電流指令値iγ*が切替えに伴って不連続となってしまう。一方において、本実施形態に示したように、dm−qm軸に基づく制御下での切替えを行うようにすれば、これらの問題は解決される。 Temporarily, when trying to switch between the low speed sensorless control for estimating the dq axis and the high speed sensorless control for estimating the dm-qm axis corresponding to the second or third embodiment, according to the rotation speed. Since switching between different coordinates is required, there may be a problem in realizing smooth switching. Further, when realizing the maximum torque control, the d-axis current (γ-axis current) corresponding to the q-axis current (δ-axis current) is required under the control based on the dq axis, whereas dm-qm Under the control based on the axis, the dm-axis current (γ-axis current) is zero or substantially zero, so that the γ-axis current command value iγ * becomes discontinuous with switching. On the other hand, as shown in the present embodiment, these problems can be solved by performing switching under control based on the dm-qm axis.

また、低速用推定処理と高速用推定処理との切替えを、加重平均処理を用いて徐々に行うようにすることにより、回転子位置及びモータ速度の推定値の連続性が担保され、滑らかに推定処理の切替えが行われるようになる。但し、図35の推定器200bのように、軸誤差推定の段階にて切替えを行う場合は、PLLの特性で定まる応答速度でしか回転子位置及びモータ速度の推定値は変化しないため、加重平均処理を行わずとも、それらの推定値の連続性は担保される。
<<変形等>>
各実施形態で説明した事項は、矛盾なき限り、他の実施形態にも適用可能である。例えば、第2実施形態にて説明した事項(式など)は、全て第3〜第6実施形態に適用可能である。また、上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
Also, by gradually switching between the low speed estimation process and the high speed estimation process using the weighted average process, the continuity of the estimated values of the rotor position and the motor speed is ensured and smooth estimation is performed. Processing is switched. However, when switching is performed at the axis error estimation stage as in the estimator 200b of FIG. 35, the estimated values of the rotor position and the motor speed change only at the response speed determined by the PLL characteristics. Even without processing, the continuity of these estimated values is guaranteed.
<< Deformation, etc. >>
The matters described in each embodiment can be applied to other embodiments as long as there is no contradiction. For example, the matters (formulas and the like) described in the second embodiment are all applicable to the third to sixth embodiments. In addition, the specific numerical values shown in the above description are merely examples, and can naturally be changed to various numerical values.

上述の第1〜第6実施形態において、磁束制御部16はゼロまたは略ゼロのiγ*またはidm *を出力すると説明したが、弱め磁束制御を行う必要がある回転速度においては、その回転速度に応じた値を有するiγ*またはidm *を出力してもよいのは、勿論である。 In the first to sixth embodiments described above, it has been described that the magnetic flux control unit 16 outputs zero or substantially zero i γ * or i dm * . However, at the rotational speed at which the flux-weakening control needs to be performed, the rotational speed Of course, i γ * or i dm * having a value corresponding to may be output.

また、電流検出器11は、図3等に示す如く、直接モータ電流を検出する構成にしてもいいし、それに代えて、電源側のDC電流の瞬時電流からモータ電流を再現し、それによってモータ電流を検出する構成にしてもよい。   Further, the current detector 11 may be configured to directly detect the motor current as shown in FIG. 3 or the like, or instead, the motor current is reproduced from the instantaneous current of the DC current on the power source side, thereby the motor. You may make it the structure which detects an electric current.

また、各実施形態におけるモータ制御装置の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア(プログラム)を用いて実現される。ソフトウェアを用いてモータ制御装置を実現する場合、モータ制御装置の各部の構成を示すブロック図は機能ブロック図を表すこととなる。勿論、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ハードウェアのみによってモータ制御装置を構成しても構わない。
[qm軸の選定]
また、最大トルク制御(或いはそれに近似した制御)を実現することを前提として第2〜第6実施形態の説明を行ったが、上述してきた内容を流用することによって最大トルク制御と異なる所望のベクトル制御を得ることが可能である。勿論、その際も、上述したパラメータ調整の容易化等の効果が得られる。
In addition, part or all of the functions of the motor control device in each embodiment are realized by using software (program) incorporated in, for example, a general-purpose microcomputer. When a motor control device is realized using software, a block diagram showing a configuration of each part of the motor control device represents a functional block diagram. Of course, the motor control device may be configured only by hardware instead of software (program).
[Selection of qm axis]
Further, the second to sixth embodiments have been described on the assumption that maximum torque control (or control similar to that) is realized. However, a desired vector different from maximum torque control by diverting the above-described contents. It is possible to gain control. Of course, the effects such as the above-described easy parameter adjustment can be obtained.

例えば、第2〜第6実施形態において、最大トルク制御を実現する際にモータ1に供給されるべき電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸よりも更に位相が進んだ回転軸をqm軸として採用する。これにより、鉄損を低減することができ、モータの効率が向上する。qm軸の位相を適切に進めれば最大効率制御を実現することも可能である。   For example, in the second to sixth embodiments, the rotation axis whose phase is further advanced than the rotation axis whose direction coincides with the direction of the current vector to be supplied to the motor 1 when realizing the maximum torque control is defined as the qm axis. adopt. Thereby, an iron loss can be reduced and the efficiency of a motor improves. If the phase of the qm axis is appropriately advanced, maximum efficiency control can be realized.

最大トルク制御を実現する場合には、Lmの値を上記式(42)にて算出することになるが、上記式(42)にて算出する値よりも小さな値をLmの値として採用することにより、モータの効率を向上することができる。 When realizing maximum torque control, the value of L m is calculated by the above equation (42), but a value smaller than the value calculated by the above equation (42) is adopted as the value of L m. By doing so, the efficiency of the motor can be improved.

第1実施形態(図3)において、モータ制御装置3から推定器20を除いた部分は、制御部を構成している。第2実施形態(図14)において、モータ制御装置3aから推定器40を除いた部分は、制御部を構成している。第3実施形態(図19)において、モータ制御装置3bから推定器45、θm算出部46及び演算器47を除いた部分は、制御部を構成している。 In 1st Embodiment (FIG. 3), the part remove | excluding the estimator 20 from the motor control apparatus 3 comprises the control part. In 2nd Embodiment (FIG. 14), the part remove | excluding the estimator 40 from the motor control apparatus 3a comprises the control part. In the third embodiment (FIG. 19), the part excluding the estimator 45, the θ m calculation unit 46, and the computing unit 47 from the motor control device 3b constitutes a control unit.

第4実施形態(図20)において、位置検出器50、θm算出部52及び演算器53はθdm算出部を構成し、モータ制御装置3cからθdm算出部を除いた部分は、制御部を構成している。 In the fourth embodiment (FIG. 20), the position detector 50, theta m calculator 52 and the arithmetic unit 53 constitute a theta dm calculator, a portion excluding the theta dm calculator from the motor control device 3c includes a control unit Is configured.

第5及び第6実施形態(図24)において、モータ制御装置3dから推定器200と重畳電圧生成部201を除いた部分は、制御部を構成している。   In the fifth and sixth embodiments (FIG. 24), the part excluding the estimator 200 and the superimposed voltage generation unit 201 from the motor control device 3d constitutes a control unit.

第6実施形態に係る図35の推定器200bにおいて、第1軸誤差推定部261及び第2軸誤差推定部262は、それぞれ、第1の候補軸誤差算出部及び第2の候補軸誤差算出部として機能する。第6実施形態に係る図39の推定器200cにおいて、第1軸誤差推定部261及び比例積分演算器266から成る部位は第1の候補速度算出部として機能し、第2軸誤差推定部262及び比例積分演算器267から成る部位は第2の候補速度算出部として機能する。第6実施形態に係る図40の推定器200dにおいて、第1軸誤差推定部261、比例積分演算器266及び積分器269から成る部位は第1の候補位置算出部として機能し、第2軸誤差推定部262、比例積分演算器267及び積分器270から成る部位は第2の候補位置算出部として機能する。   In the estimator 200b of FIG. 35 according to the sixth embodiment, the first axis error estimation unit 261 and the second axis error estimation unit 262 are respectively a first candidate axis error calculation unit and a second candidate axis error calculation unit. Function as. In the estimator 200c of FIG. 39 according to the sixth embodiment, a portion including the first axis error estimation unit 261 and the proportional-plus-integral operation unit 266 functions as a first candidate speed calculation unit, and the second axis error estimation unit 262 and The part composed of the proportional-plus-integral calculator 267 functions as a second candidate speed calculator. In the estimator 200d of FIG. 40 according to the sixth embodiment, a part including the first axis error estimation unit 261, the proportional-plus-integral operation unit 266, and the integrator 269 functions as a first candidate position calculation unit, and the second axis error A part including the estimation unit 262, the proportional-plus-integral calculator 267, and the integrator 270 functions as a second candidate position calculation unit.

各実施形態において、座標変換器12及び18、減算器13及び14並びに電流制御部15は、電圧指令演算部を構成している。磁束制御部16、速度制御部17及び減算器19は、電流指令演算部を構成している。   In each embodiment, the coordinate converters 12 and 18, the subtracters 13 and 14, and the current control unit 15 constitute a voltage command calculation unit. The magnetic flux control unit 16, the speed control unit 17, and the subtractor 19 constitute a current command calculation unit.

また、本明細書では、記述の簡略化上、記号(iγなど)のみの表記によって、その記号に対応する状態量などを表現している場合もある。即ち、本明細書では、例えば、「iγ」と「γ軸電流iγ」は同じものを指す。   In addition, in this specification, for simplicity of description, a state quantity or the like corresponding to the symbol may be expressed by using only a symbol (such as iγ). That is, in this specification, for example, “iγ” and “γ-axis current iγ” indicate the same thing.

また、本明細書において下記の点に留意すべきである。上記の数m(mは1以上の整数)と表記した墨付きかっこ内の式(式(1)等)の記述において、所謂下付き文字として表現されているγ及びδは、それらの墨付きかっこ外において、下付き文字でない標準文字として表記されうる。このγ及びδの下付き文字と標準文字との相違は無視されるべきである。   In addition, the following points should be noted in this specification. Γ and δ expressed as so-called subscripts in the description of the expression in the brackets (expression (1), etc.) in the brackets expressed as the number m (m is an integer of 1 or more) Outside the parentheses, it can be written as a standard character that is not a subscript. The difference between the γ and δ subscripts and the standard characters should be ignored.

Figure 0004972135
Figure 0004972135

本発明は、モータを用いるあらゆる電気機器に好適である。例えば、モータの回転によって駆動する電気自動車や、空気調和機等に用いられる圧縮機等に好適である。   The present invention is suitable for all electric devices using a motor. For example, it is suitable for an electric vehicle driven by the rotation of a motor, a compressor used in an air conditioner, and the like.

1 モータ
2 PWMインバータ
3、3a、3b、3c、3d モータ制御装置
11 電流検出器
12 座標変換器
13、14、19 減算器
15 電流制御部
16 磁束制御部
17 速度制御部
18 座標変換器
20、40、45 位置・速度推定器
30、41 軸誤差推定部
31、31a、42 比例積分演算器
32、32a、43 積分器
33 δ軸磁束推定部
46、52 θm算出部
200、200a、200b、200c、200d 位置・速度推定器
201 重畳電圧生成部
231 軸誤差推定部
ω* モータ速度指令値
ωe 推定モータ速度
θe 推定回転子位置
u * U相電圧指令値
v * V相電圧指令値
w * W相電圧指令値
vγ* γ軸電圧指令値
vδ* δ軸電圧指令値
iγ* γ軸電流指令値
iδ* δ軸電流指令値
iγ γ軸電流
iδ δ軸電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 PWM inverter 3, 3a, 3b, 3c, 3d Motor control apparatus 11 Current detector 12 Coordinate converter 13, 14, 19 Subtractor 15 Current control part 16 Magnetic flux control part 17 Speed control part 18 Coordinate converter 20, 40, 45 position and speed estimator 30 and 41 axis error estimator 31, 31a, 42 proportional-plus-integral calculator 32, 32a, 43 integrator 33 [delta] -axis magnetic flux estimator 46 and 52 theta m calculator 200 and 200 a, 200b, 200c, 200d Position / speed estimator 201 Superposed voltage generator 231 Axis error estimator ω * Motor speed command value ω e Estimated motor speed θ e Estimated rotor position v u * U-phase voltage command value v v * V-phase voltage command The value v w * W-phase voltage command value v? * gamma-axis voltage value v? * [delta] -axis voltage value i? * gamma-axis current value i? * [delta] -axis current value i? gamma -axis current i? [delta] -axis current

Claims (8)

最大トルク制御を実現する際における電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸またはその回転軸よりも位相が進んだ回転軸をqm軸とし、そのqm軸に直交する回転軸をdm軸とした場合、
前記モータに流れるモータ電流を、前記qm軸に平行なqm軸成分と前記dm軸に平行なdm軸成分とに分解して、前記モータの制御を行うモータの制御を行うモータ制御装置において、
前記モータの回転子位置を推定する推定器と、推定された前記回転子位置に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備え、
回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をd軸、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸、γ軸から電気角で90度進んだ軸をδ軸とした場合、
前記制御部は、前記γ軸及び前記δ軸が、それぞれ前記dm軸及び前記qm軸に追従するように、前記モータの制御を行う
ことを特徴とするモータ制御装置。
When the rotation axis whose direction coincides with the direction of the current vector when realizing the maximum torque control or the rotation axis whose phase is advanced from that rotation axis is the qm axis, and the rotation axis orthogonal to the qm axis is the dm axis ,
In a motor control device that controls a motor that controls the motor by dividing a motor current flowing through the motor into a qm-axis component parallel to the qm-axis and a dm-axis component parallel to the dm-axis ,
An estimator that estimates a rotor position of the motor, and a control unit that controls the motor based on the estimated rotor position;
When the axis parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet constituting the rotor is the d-axis, the control estimation axis corresponding to the d-axis is the γ-axis, and the axis advanced 90 degrees in electrical angle from the γ-axis is the δ-axis,
The control unit controls the motor so that the γ axis and the δ axis follow the dm axis and the qm axis, respectively.
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記制御部は、前記モータ電流のγ軸成分がゼロまたはゼロ近傍の所定値に保たれるように、前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1 , wherein the control unit controls the motor such that a γ-axis component of the motor current is maintained at a predetermined value near zero or near zero.
前記推定器は、前記qm軸と前記δ軸との間の軸誤差を用いて、前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
The motor control device according to claim 2 , wherein the estimator estimates the rotor position using an axis error between the qm axis and the δ axis.
前記d軸から電気角で90度進んだ軸をq軸とした場合、
前記推定器は、前記モータに発生するq軸上の誘起電圧のベクトルをqm軸上の誘起電圧ベクトルとdm軸上の誘起電圧ベクトルに分解した場合におけるqm軸上の誘起電圧ベクトルを用いて、前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
When an axis advanced by 90 degrees in electrical angle from the d-axis is a q-axis,
The estimator uses the induced voltage vector on the qm axis when the vector of the induced voltage on the q axis generated in the motor is decomposed into an induced voltage vector on the qm axis and an induced voltage vector on the dm axis, The motor control device according to claim 1, wherein the rotor position is estimated.
前記推定器は、前記モータのd軸上の鎖交磁束のベクトルをqm軸上の鎖交磁束ベクトルとdm軸上の鎖交磁束ベクトルに分解した場合におけるdm軸上の鎖交磁束ベクトルを用いて、前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
The estimator uses the linkage flux vector on the dm axis when the linkage flux vector on the d axis of the motor is decomposed into the linkage flux vector on the qm axis and the linkage flux vector on the dm axis. The motor control device according to claim 1 , wherein the rotor position is estimated.
前記制御部は、前記推定器によって推定される前記回転子位置を用いて、前記モータ電流の所定の固定軸成分をγ軸成分とδ軸成分に変換する座標変換器を備え、
前記推定器は、前記座標変換器から得られた前記モータ電流のγ軸成分及びδ軸成分に基づいて、前記モータ電流のqm軸成分及びdm軸成分を推定し、
推定によって得られた前記モータ電流のqm軸成分及びdm軸成分と前記座標変換器から得られた前記モータ電流のγ軸成分及びδ軸成分との誤差電流を用いて、前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
The control unit includes a coordinate converter that converts a predetermined fixed axis component of the motor current into a γ-axis component and a δ-axis component using the rotor position estimated by the estimator,
The estimator estimates a qm-axis component and a dm-axis component of the motor current based on a γ-axis component and a δ-axis component of the motor current obtained from the coordinate converter,
The rotor position is estimated using an error current between the qm-axis component and dm-axis component of the motor current obtained by estimation and the γ-axis component and δ-axis component of the motor current obtained from the coordinate converter. The motor control device according to claim 1 , wherein the motor control device is a motor control device.
前記モータを駆動するための駆動電圧に、該駆動電圧とは異なる周波数の重畳電圧を重畳する重畳部を更に備え、
前記推定器は、前記重畳電圧の重畳に応じて前記モータに流れる重畳電流に基づいて、
前記回転子位置を推定する第1の推定処理を実行可能に形成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。
The driving voltage for driving the motor further includes a superimposing unit that superimposes a superimposing voltage having a frequency different from the driving voltage,
The estimator is based on a superimposed current flowing in the motor in response to the superimposed voltage.
The motor control device according to claim 1 , wherein the motor control device is configured to be capable of executing a first estimation process for estimating the rotor position.
モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御することにより前記モータを制御する請求項1〜請求項7の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。
A motor,
An inverter for driving the motor;
A motor drive system comprising: the motor control device according to claim 1, wherein the motor is controlled by controlling the inverter.
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