JP4989075B2 - 電動機駆動制御装置及び電動機駆動システム - Google Patents

電動機駆動制御装置及び電動機駆動システム Download PDF

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Description

本発明は、電動機電流を検出して電動機を制御する電動機駆動制御装置及び電動機駆動システムに関する。

多相交流電動機を多相矩形波電圧を用いて速度制御する場合、回転子の回転角を検出することが必要である。
センサを用いて電気角位置を直接検出することなく同期電動機を制御する手法として、同期電動機内部の磁極位置を推定する方法が開示されている。たとえば、特許文献1には、永久磁石同期電動機(以下、PM(Permanent Magnet)モータという)に対し、電圧パルスを印加して、該電圧パルスを印加した方向と直交する軸方向に発生した電流パルスに基づき、磁極位置を推定する手法が開示されており、この技術はPMモータが停止した状態から適用できる。また、特許文献2には、PMモータが回転することで発生する誘起電圧の位相を、PMモータに流れる電流に基づいて推定する方法が開示されている。
特開平7−245981号公報 特開2001−251889号公報

しかし、特許文献1の技術は、適用するPMモータの構造に突極性を有する必要があり、電圧パルスの印加により発生する音の問題から、適用できる場合が限られている。また、特許文献2は、PMモータが回転することで発生する誘起電圧の位相を、PMモータに流れる電流に基づいて推定し、制御軸と実軸との差である軸ズレを最小にするように制御する手法である。本手法は、PMモータの構造には依存せず、また音の問題も発生しないが、誘起電圧は回転速度に比例するため、PMモータ(電動機)の回転速度が低い場合には適用できない。

そこで、本発明は、回転速度が低いときから電動機を効率よく制御できる電動機駆動制御装置及び電動機駆動システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、外部に接続された電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流検出値(Idc,Iqc)、及び前記電動機が回転する回転速度を指令する速度指令値(ω1)に基づいて、前記電動機に流れる電動機電流を、励磁軸方向、及びこれに直交するトルク軸方向に分解して前記電動機を制御する制御手段とを備える電動機駆動制御装置であって、前記制御手段は、前記電流検出値(Idc,Iqc)、及び前記電動機に印加する印加電圧を規定する電圧指令値(Vd,Vq)を用いて、前記電動機に出力する負荷電力(Pow)を推定する負荷推定手段(101)と、前記推定された負荷電力推定値(Pow)、及び前記速度指令値(ω1 に基づいて、前記電動機のトルク電流を演算するトルク電流演算手段(負荷電流演算手段102)と、前記トルク電流演算手段(102)により演算されたトルク電流推定値(Iq^)、及び前記速度指令値(ω1)に基づいて、前記第1の電流指令値(Id、Iq)を演算する電流指令値演算手段(5)と、前記トルク電流推定値(Iq^)、及び前記第1の電流指令値(Id、Iq)に基づいて、電気角速度を推定した推定電気角速度(ω1c)と前記速度指令値(ω1)との速度偏差(Δωc)を演算する回転速度偏差演算手段(11)と、前記電動機電流の検出値(Idc,Iqc)、及び第1の電流指令値(Id、Iq)に基づいて、第2の電流指令値(Id**,Iq**)を演算する電流制御手段(6)と、前記電流制御手段(6)により演算された第2の電流指令値、及び前記推定電気角速度(ω1c)に基づいて、前記電圧指令値を演算するベクトル演算手段(7)とを備えることを特徴とする。なお、( )内の符号や記号は例示である。

これによれば、電動機電流の検出値、速度指令値及び推定された電動機に出力する負荷電力に基づいて、電動機電流が制御される。これらの検出値、速度指令値及び推定された負荷電力は、電動機の回転速度に相当する推定電気角速度ω1cに依存しないので、回転速度が低いときから電動機を安定に制御することができる。

本発明によれば、回転速度が低いときから電動機を安定に制御できる電動機駆動制御装置及び電動機駆動システムを提供することができる。

(第1実施形態)
図1に本発明の一実施形態である電動機駆動システム(交流電動機駆動システム)の構成図を示す。交流電動機駆動システム100は、電動機3と、電動機3の駆動を制御する制御装置1と、電動機3を駆動する電力変換器2とを備え、制御装置1の内部で、電動機3の回転子位置の推定演算と速度制御を行う。以下、電動機3は3相の永久磁石型同期電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor)とし、図面上では信号線に3本の斜線が記されている。また、制御装置1は、制御装置1内部の励磁電流方向(磁束軸方向)であるdc軸とトルク電流方向であるqc軸とによる回転座標系dcqc軸上でベクトル制御する。なお、制御装置1の各手段は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ等のハードウェア及びコンピュータに実行させるプログラムによって実現される。

ここで、図2を参照して、回転座標軸dcqc軸について説明する。U相,V相,W相の界磁コイル62,63,64がY結線されている。また、界磁コイル62,63,64を備える固定子の内部で、多極(2極)に磁化された回転子61が回転するように構成されている。
回転子61のN極とS極とを結んだ実際の軸(実軸)をd軸とし、制御装置1の内部で制御する仮想的な回転位置の回転軸をdc軸と定義し、d軸とdc軸との角度差である軸ずれをΔθとする。したがって、仮にd軸とU相の界磁コイル62の巻線軸とがなす角度をθdとしたとき、仮想的な制御軸dcとU相の界磁コイル62の巻線軸とがなす角度θdcは、
θdc=θd+Δθ
となる。なお、d軸から回転方向に90°進んだ軸をq軸といい、dc軸から回転方向に90°進んだ軸をqc軸という。

再び図1に戻り、制御装置1は、電力変換器2から電動機3へ流れた電流を検出する電流検出手段4と、電動機3に流す電流の目標値を与える電流指令生成手段5と、電動機3に流す電流の目標値と電流検出手段4による電動機3へ流れた電流の検出値とを基に、電動機3へ流れた電流を電流の目標値となるように動作する電流制御手段6と、所望の速度指令あるいはトルク指令に基づいて電動機3への印加電圧を計算するベクトル演算手段7と、制御装置1内で推定した電動機3の電気角速度である推定電気角速度ω1cを積分し、電動機3の電気角位置(または位相)θdcを演算する積分器8と、dcqc軸上の電圧指令Vd*、Vq*を三相交流の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に座標変換するdq逆変換器9と、電動機3に流れる電流の検出値を基に、電動機3の負荷状態を推定する負荷推定手段10と、負荷推定手段10の出力に基づき速度指令の補正量Δωcを演算する速度補正手段11と、電動機3の速度指令値ω1*を与える速度指令手段12と、速度指令の補正量Δωcを速度指令値ω1*へ加算して制御装置1内での推定電気角速度ω1cを算出する加算器13と、で構成される。ここで、*は指令値を意味する記号である。

次に、本実施形態の動作原理を説明する。制御装置1は次のように動作する。まず、電流検出手段4は、電動機3へ流れた電流を検出してdcqc軸上の値に変換した電流検出値Idc、Iqcを得る。電流指令生成手段5は、所望の速度或いはトルクを得るために必要な電流の目標値として、dcqc軸上の電流指令Id*、Iq*を出力する。電流制御手段6は、電流指令Id*、Iq*と、電流検出値Idc、Iqcを基に、第2の電流指令Id**、Iq**を生成する。ベクトル演算手段7は、Id**を用いてIdcがId*と等しくなるように、またIq**を用いてIqcがIq*と等しくなるように、電動機3に与えるdcqc軸上の電圧指令Vd*、Vq*を出力する。dq逆変換器9は、電圧指令Vd*、Vq*から三相交流の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を演算し、電力変換器2に出力する。そして、電力変換器2はVu*、Vv*、Vw*に基づき、Vd*、q*に相当する電圧を電動機3に印加する。

電動機3の電気角位置θdcを磁極位置検出器を用いて直接検出するときは、この磁極位置検出器は、検出した位置に基づき、検出電流から励磁電流成分としてd軸電流Idとトルク電流成分としてq軸電流Iqを得る。ベクトル演算手段7は、これら2つの電流成分を独立に制御するもので、Id*にIdcが一致するように、Iq*にIqcが一致するように、dcqc軸上の電圧指令Vd*、Vq*の値を変化させる。従って、ベクトル制御を行うには、電動機内部の磁極位置を検出する必要がある。しかし、本実施形態による電動機駆動システムでは、磁極位置検出器を用いることなしに、ベクトル制御が簡易的に実現される。

次に、本実施形態の特徴構成である負荷推定手段10と、それを用いた制御装置1の動作について説明する。まず負荷推定手段10の構成例を図3に示す。負荷推定手段10は、電圧指令Vd*、Vq*と電流検出値Idc、Iqcとから負荷電力Powを演算する負荷電力演算手段101と、負荷電力Powと速度指令値ω1*とから、電動機3に流すべきトルク電流の推定値Iq^を与える負荷電流演算手段102で構成される。ここで、^は推定値を意味する記号である。また負荷電力演算手段101に於けるPowの演算式は式(1)で与えられ、また負荷電流演算手段102に於けるIq^の演算式は次式(2)で与えられる。なお、これらの値は、電動機3の回転速度に依存しない。
Pow = 1.5×{ (Vd*×Idc + Vq*×Iqc)−R1×(Idc2 +Iqc2)}…(1)
Iq^ = Pow / (ω1* × Ke) …(2)
ここでR1は電動機3の巻線抵抗であり、Keは磁束に相当する誘起電圧定数である。式(1)は、電動機3に与えられた有効電力から抵抗による損失分を差し引いた式である。何れもdcqc軸上の値である電圧指令Vd*、Vq*と電流検出値Idc、Iqcとを用いるので、磁極位置情報なしでも演算可能という特徴がある。式(2)はトルクと速度の積が電力となる関係を示している。定常状態では電動機3の実際の電気角速度ω1Mは速度指令値ω1*と等しいことから、負荷推定手段10ではこの式(2)でトルク電流の推定値Iq^を求める。なお、電動機3の突極性を考慮する場合は、Iq^の演算式は次式(3)とする。
Iq^ = Pow/ [ω1* × { Ke + (Ld − Lq)×Id*}] …(3)
ここで、Ldは電動機3の磁束軸であるd軸方向の巻線インダクタンスであり、Lqは電動機3のトルク軸であるq軸方向の巻線インダクタンスである。

図4は速度補正手段11の構成である。速度補正手段11は、Iq^からIq*を第2の加算器111で差し引いてIq^の振動成分を取り出し、ゲイン補正器112でゲインを乗じ、速度補正量Δωcを得る。

以下、Iq^を用いた制御装置1の動作について説明する。図5は電流指令生成手段5の構成で、Iq*を与えるIq*生成部51と、Id*を与えるId*生成部52とからなる。Iq*生成部51は切替器511とローパスフィルタ512とで構成される。Iq*生成部51はIq*の初期値Iq0*を持ち、Id*生成部52はId*の初期値Id0*を持つ。

図6は、速度指令ω1*が一定の状態で、電動機3の負荷トルクTLが線形増加した場合の、電流指令生成手段5並びに負荷推定手段10の動作を示す図である。図6(a)は速度指令ω1*であり一定である。図6(b)に示す負荷トルクTLは、時刻t1から時刻t2の間で線形増加し、電動機3の発生トルクTMは負荷トルクTLとほぼ等しいとする。このとき、図6(c)に示す負荷電力Powは、負荷トルクTLに比例して変化する。従って、負荷推定手段10で求めるIq^もまた、図6(d)に示すように、TLに比例して推移する。同図に於いては電流指令生成手段5の切替器511は常時Iq^を出力し、図6(e)に示すように、Iq*はIq^をローパスフィルタ処理した値となる。また図6(f)に示すように、Id*生成部52が出力するId*は初期値Id0*から、Iq*の増加に伴い漸減する。

図7に示すように、Id*生成部52では、Iq*の絶対値abs(Iq*)に基いて、Id*を決定する。まず、Id*maxはId*の設定可能最大値であり、Id*minはId*の最小値である。Id*maxは電力変換器2が出力できる最大電流値を下回る必要があり、他方で負荷トルクTLが定格まで掛かるには、例えば、Id*maxは電動機3の定格電流に対して100%を超え150%以内の範囲で設定されればよい。また、Id*minは理想的にはゼロにできるが、その場合、負荷トルクTLがゼロ付近から急激に変化したときに脱調し易い。このため、この脱調を防止するためには、電動機3の定格電流に対して例えば50%から100%の範囲で設定することが好ましい。そして、Id*は式(4−1)から式(4−3)の関係を用いて決定する。
このようにId* を決定することで、負荷トルクTLに応じてq軸方向の電流の大きさを変えられるので、負荷が小さいときには電動機損失を減らすように駆動することが可能となる。あるいは、Id0* = Id*maxとして、且つId*minをゼロとして、電動機3の電流のd軸方向に対する位相のみを変えるように動作することもできる。この場合、電流指令の大きさ自体は変化しないので、負荷トルクTLがゼロ付近から急変した場合の脱調はほぼ発生しない。

次に、速度補正手段11の動作を説明する。図8は速度指令ω1*が一定で、負荷トルクTLがステップ変化したときの、速度指令ω1*、負荷トルクTLと、電流指令生成手段5、負荷推定手段10並びに速度補正手段11の動作を示す。負荷トルクTLのステップ変動に対し、電動機3の実際の電気角速度ω1M、発生トルクTMは、図8(a)及び図8(b)に示すように振動する。実際の電気角速度ω1Mの振動が大きい場合、脱調が発生して電動機3を駆動できなくなる。

速度補正手段11が生成した速度補正量Δωcを、加算器13で速度指令ω1*から差し引いて、制御装置1内部の推定電気角速度ω1cを得る。この速度補正手段11により、負荷トルクTLがステップ変化したときの、制御装置1の動作は図9に示すようになり、負荷トルク変動時にも電動機3の電気角速度ω1Mの振動を抑制し安定に駆動することが可能となる。

次に、本実施形態に於いて電動機3を停止状態から始動する場合の動作を説明する。図10は電流指令生成手段5並びに負荷推定手段10の動作を示す図であり、図10(a)は速度指令ω1*で、時刻t1に停止状態から始動され、時刻t2まで一定の加速レートで加速される場合を示している。図10(b)は負荷トルクTLを単純化のため一定とした場合である。このとき、図10(c) に示す負荷電力Powは、実際は例えば式(1)に於いて抵抗による損失分の見積もり誤差で、図10(c)のようにその理想値Pow_id に対し誤差を持つ。Iq^は図10(d)に示すように、停止状態ではω1*がゼロの為に無限大となり、更に起動直後の速度指令値ω1*が小さい間は、Iq^がその理想値Iq^_idと無関係に非常に大きな値を取り、電動機3を正常に駆動できないことが起こり得る。

そこで、電流指令生成手段5に於いては、切替器511を速度指令値ω1*によって動作させる。具体的には、切替器511は、速度指令値の閾値ω10*に対し、停止状態からω1*の絶対値がω10*より小さい間は初期値Iq0*を出力し、ω1*の絶対値がω10*以上となる時刻t3以降、Iq^を出力するように動作する。これにより、得られるIq*は図10(e)のようになり、起動直後のω1*の絶対値が小さい間は負荷状態と無関係にIq*が非常に大きな値となる問題を回避し、停止状態からの起動が可能になる。

この速度指令値の閾値ω10*は、制御装置1で用いる電動機3の定数の設定精度にも依存するが、例えば電動機3の定格角速度かつ定格負荷の動作点に於いて、誘起電圧に対する抵抗電圧降下を5%とし、抵抗の設定誤差を10%とすると、ω1*が定格速度の2%で、Iq^の誤差は定格負荷でのIq*の25%となる。このことから、速度指令値の閾値ω10*は電動機3の定格角速度の2%以上に設定すれば、概ね好適な動作が得られる。

尚、本実施形態ではIq0*を0として説明したが、実際に次式(5)を満たす範囲で任意に設定可能で、また例えばω1*によって変化させてもよい。
(Id0*)+ (Iq0*)≦Id*max …(5)
以上の制御装置1の動作により、電動機3を、その負荷状態に応じて電流の大きさを変え、且つ負荷の変動に対しても安定に、駆動することが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、負荷推定手段10が電圧指令Vd*、Vq*と電流検出値Idc、Iqcとから負荷電力Powを推定するので、電動機3にかかる負荷に応じた駆動を、安定に行える交流電動機の駆動装置及び交流電動機駆動システムを提供することができる。また、負荷電力Powは、電動機3の回転速度に依存しないので、速度が低いときから電動機3を効率よく駆動することができる。

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図11は本実施形態に於ける交流電動機駆動システムの構成図である。軸誤差推定器14は、d軸に対するdc軸の相差角として図2で定義した軸誤差Δθを求めることで、磁極位置を推定する。軸誤差Δθが最小になるように制御することにより、指令値通りの電流が実軸に流れ、トルク発生に関係する電流成分が減少しない。磁極位置の推定方法は様々な方法が知られているが、本実施形態では軸誤差の推定値Δθcを次式(6)で算出する。
PLL演算器15は位置センサレス・ベクトル制御を実現するためのPI演算器であり、軸誤差の推定値Δθcを入力として第2の速度指令の補正量Δωcpを出力する。図12は本実施形態に於ける電流指令生成手段5の構成図で、Iq*生成部51b中の切替器511bは、Iq*の初期値Iq0*、Iq^とqc軸電流検出値Iqcの3つを切り替えるように動作する。第2の切替器53は、Id*生成部52の出力と位置センサレス・ベクトル制御時のdc軸電流指令値Id1*とを切り替える。第2のローパスフィルタ(LPF)54は、切替器53の動作において、Id*がId*生成部52の出力とId1*との間でステップ変化することを防止する。本実施形態での負荷推定手段10bは、次式(7)よってIq^を算出する演算器とする。

Iq^=Idc×sin(Δθc)+Iqc×cos(Δθc) (7)

また加算器13bは、速度指令値ω1*から、速度指令の補正値ΔωcとPLL演算器15の出力である第2の速度指令の補正量Δωcpを差し引き、推定電気角速度ω1cとして出力する。他の構成要素は、第1実施形態と同一である。

次に、本実施形態での制御装置1の動作を説明する。図13は速度指令値ω1*が一定の状態で、電動機3の負荷トルクTLが線形的に増加した場合の、軸誤差演算器14、電流指令生成手段5並びに負荷推定手段10の動作を示す。図13(a)は速度指令値ω1*であり一定である。図13(b)に示す負荷トルクTLは、時刻t1から時刻t2の間で線形増加し、このときの電動機3の発生トルクTMは負荷トルクTLとほぼ等しいとする。このとき、軸誤差Δθは負荷トルクTLによる負荷角に相当するので、軸誤差の推定値Δθcは図13(c)のように非線形な変化となるが、Iq^は式(7)の関係より、図13(d)のように負荷トルクTLに比例して増加する。切替器511bが常時Iq^を出力するとすれば、電流指令生成手段5の動作は、図13(e)及び図13(f)に示すように、図4の動作と同一である。

また本実施形態で電動機3を停止状態から始動する場合は、切替器511b及び第2の切替器53を、表1に示すように速度指令値ω1*の値に応じて切り替えることとする。
このときの制御装置1の動作を、図14を用いて説明する。図14(a)は速度指令値ω1*で、時刻t1に停止状態から始動され、一定の加速レートで加速し続けるものとする。また図14(b)に示す負荷トルクTLは一定とし、発生トルクTMは負荷トルクTLとほぼ等しいとする。

図14(c)は軸誤差Δθとその推定値Δθcである。停止状態に於いては、Δθは負荷トルクTLに応じた値となるが、式(6)の演算に用いる電動機3の各定数の設定値に誤差がある場合、ΔθcはΔθに対して誤差を持ち、その大きさは電動機3の実際の電気角速度ω1Mが小さいほど大きくなる。この結果、図14(d)のトルク電流の推定値Iq^も、その理想値Iq^_idに対して誤差を持つ。そこで速度指令値の閾値ω10*を設け、切替器511bは、ω1*の絶対値がω10*より小さい間はIq0*を出力し、時刻t2でω1*の絶対値がω10*以上となったら出力をIq^へと切り替えるように動作させることで、Iq*が理想値Iq^_idから掛け離れた値となることが防止される。そして速度指令値ω1*の絶対値が更に上昇し、第2の速度指令値の閾値ω11*以上となる時刻t3以降は、切替器511bはIqcを、第2の切替器はId1*を夫々出力し、更にPLL演算器15の動作を開始することで、制御装置1の動作を位置センサレス・ベクトル制御に切り替えられる。この結果、電流指令Id*、Iq*は、図14(e)及び図14(f)に示すように推移する。このように動作することで、時刻t3では、Iq*が負荷トルクTLに応じた値になり、また軸誤差Δθ及びその推定値Δθcはほぼゼロになっていることから、位置センサレス・ベクトル制御への切替えを、円滑に行える。

尚、負荷を推定する方法としては、図3に示す構成の負荷推定手段10と、図11の軸誤差推定器14と負荷推定手段10bを組み合せた構成との、何れを用いてもよい。
また、電動機3の電流の検出方法には、様々な方法が知られているが、本実施形態に適用できる電流の検出方法の1つの構成を図15に示す。電力変換器2は、主回路部21、直流電源22、直流抵抗23と、電力変換器2から電動機3へ流れる各相の相電流Iu、Iv、Iwを検出する相電流検出器24で構成され、相電流Iu、Iv、Iwが、電流検出手段4へ入力される。電流検出手段4はdq変換器41であり、相電流Iu、Iv、Iwからdcqc軸上の電流検出値Idc、Iqcを得る。尚、相電流検出器24は少なくとも2相以上の相電流を検出すればよい。

また電流の検出方法の、他の構成を図16に示す。電力変換器2は、主回路部21、直流電源22、直流抵抗23と、直流電源22から主回路部21へ流れる直流電流Ishを直流抵抗23の両端電圧から検出する直流電流検出手段25と、で構成され、直流電流Ishが電流検出手段4’へ入力される。電流検出手段4’はdq変換器41と、直流電流Ishから相電流Iu、Iv、Iwを得る電動機電流推定器42で構成される。尚、電動機電流推定器42の動作は、本実施形態の特徴と関係せず、また既に公知の技術であるため、説明を省略する。

これより、本実施形態は、電動機を制御する制御装置の中で、電動機にかかる負荷を推定して負荷に応じた制御を行うことを目的として、本実施形態での負荷の推定は、制御装置内部のdcqc軸上の電圧指令と電流検出値を用いて電動機に与える電力を演算し、電力に基いてトルク電流を推定し、また本実施形態での電流指令生成は推定したトルク電流に基いてdcqc軸上の電流指令値を決定し、電流指令値から求めたdcqc軸上の電圧指令に基いて、電動機を駆動する。また、推定したトルク電流とdcqc軸上の電流指令値から、電動機にかかる負荷の振動成分を取り出し、この振動成分に基いて制御装置の内部で持つ速度指令を補正する。また、負荷の推定は、dcqc軸上の電圧指令と電流検出値を用いて電動機のd軸に対するdc軸の相差角である軸誤差を求め、この軸誤差を用いてトルク電流を推定しても行うことができる。

以上により、本実施形態の交流電動機駆動システムによれば、制御装置内部のdcqc軸上の電圧指令値と電流検出値とから電動機にかかる負荷に応じたトルク電流を推定し、該推定したトルク電流に基いて電流及び速度の指令値を制御することで、電動機にかかる負荷に応じた運転を、安定に行うことができる。

また、本実施形態による駆動方法によれば、負荷推定手段10を用いて負荷電力Powを推定する制御から、軸誤差を用いて行う制御に円滑に切り替えられるため、軸誤差を用いての位置センサレス・べクトル制御が適用できる速度域では軸誤差を用いて電動機を駆動することで、より好適な制御を実現できる。

本発明の一実施形態である交流電動機駆動システムの構成図である。 回転子の実回転位置と仮想回転位置とを説明するための図である。 負荷推定手段の構成図である。 速度補正手段の構成図である。 電流指令手段の構成図である。 制御装置の動作の説明図である。 電流指令手段の動作の説明図である。 制御装置の動作の他の説明図である。 制御装置の動作のさらに他の説明図である。 制御装置の動作のさらに他の説明図である。 本発明の第2実施形態の交流電動機駆動システムの構成図である。 電流指令生成手段の構成図である。 第2実施形態の制御装置の動作の説明図である。 第2実施形態の制御装置の動作の他の説明図である。 一の電流検出方法を説明する構成図である。 他の電流検出方法を説明する構成図である。

符号の説明

1 制御装置
2 電力変換器
3 電動機
4,4’ 電流検出手段
5,5b 電流指令生成手段
6 電流制御手段
7 ベクトル演算手段
8 積分器
9 dq逆変換器
10,10b 負荷推定手段
11 速度補正手段
12 速度指令手段
13,13b 加算器
14 軸誤差推定器
15 PLL演算器
21 主回路部
22 直流電源
23 直流抵抗
24 相電流検出器
25 直流電流検出手段
41 dq変換器
42,42’ 電動機電流推定手段
51,51b Iq*生成部
52 Id*生成部
53,511,511b 切替器
54,512 ローパスフィルタ
101 負荷電力演算手段
102 負荷電流演算手段
111 第2の加算器
112 ゲイン補正器
Iu,Iv,Iw 相電流
TL 負荷トルク
TM 発生トルク
ow 負荷電力
ω1M 電気角速度
ω1c 推定電気角速度
ω1* 速度指令値
Δθ 軸誤差
R1 巻線抵抗

Claims (6)

  1. 外部に接続された電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流検出値、及び前記電動機が回転する回転速度を指令する速度指令値に基づいて、前記電動機に流れる電動機電流を、励磁軸方向、及びこれに直交するトルク軸方向に分解して前記電動機を制御する制御手段とを備える電動機駆動制御装置であって、
    前記制御手段は、
    前記電流検出値、及び前記電動機に印加する印加電圧を規定する電圧指令値を用いて、前記電動機に出力する負荷電力を推定する負荷推定手段と、
    前記推定された負荷電力推定値、及び前記速度指令値に基づいて、前記電動機のトルク電流を演算するトルク電流演算手段と、
    前記トルク電流演算手段により演算されたトルク電流推定値、及び前記速度指令値に基づいて、前記第1の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
    前記トルク電流推定値、及び前記第1の電流指令値に基づいて、電気角速度を推定した推定電気角速度と前記速度指令値との速度偏差を演算する回転速度偏差演算手段と、
    前記電動機電流の検出値、及び第1の電流指令値に基づいて、第2の電流指令値を演算する電流制御手段と、
    前記電流制御手段により演算された第2の電流指令値、及び前記推定電気角速度に基づいて、前記電圧指令値を演算するベクトル演算手段と
    を備えることを特徴とする電動機駆動制御装置。
  2. 前記電動機は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子とを備える多相交流電動機であり、
    前記電流検出手段は、前記回転子の磁束軸に対して前記回転子の回転方向に軸ずれΔθ進んだ制御上の仮想磁束軸と、前記仮想磁束軸に対して前記回転方向に90°進んだ仮想トルク軸とに分解された前記電流検出値を検出し、
    前記仮想トルク軸方向成分の電動機電流を制御することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動制御装置。
  3. 前記制御手段は、前記回転子の磁束軸と制御上の仮想磁束軸との軸誤差を推定する軸誤差推定器を備え、
    前記推定された推定軸誤差及び前記負荷電力推定値を用いて前記速度指令値が補正された速度補正値と、前記速度指令値とを用いて前記電動機電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の電動機駆動制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記負荷電力推定値を用いて前記速度指令値を補正する速度補正手段を備え、
    前記速度指令値及び前記補正された速度補正値を用いて前記電動機電流を制御することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動制御装置。
  5. 前記速度指令値が閾値未満であるときに、前記負荷電力推定値を用いて前記速度指令値を補正し、
    前記速度指令値が前記閾値以上であるときに、前記推定軸誤差を用いて前記速度指令値を補正することを特徴とする請求項3に記載の電動機駆動制御装置。
  6. 電動機と、前記電動機に流れる電動機電流を生成する電力変換器と、前記電動機電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流検出値及び前記電動機が回転する回転速度を指令する速度指令値に基づいて、前記電動機に流れる電動機電流を、励磁軸方向、及びこれに直交するトルク軸方向に分解して前記電動機を制御する制御手段とを備える電動機駆動システムであって、
    前記制御手段は、
    前記電流検出値、及び前記電動機に印加する印加電圧を規定する電圧指令値を用いて、前記電動機に出力する負荷電力を推定する負荷推定手段と、
    前記推定された負荷電力推定値、及び前記速度指令値に基づいて、前記電動機のトルク電流を演算するトルク電流演算手段と、
    前記トルク電流演算手段により演算されたトルク電流推定値、及び前記速度指令値に基づいて、前記第1の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
    前記トルク電流推定値、及び前記第1の電流指令値に基づいて、電気角速度を推定した推定電気角速度と前記速度指令値との速度偏差を演算する回転速度偏差演算手段と、
    前記電動機電流の検出値、及び第1の電流指令値に基づいて、第2の電流指令値を演算する電流制御手段と、
    前記電流制御手段により演算された第2の電流指令値、及び前記推定電気角速度に基づいて、前記電圧指令値を演算するベクトル演算手段と
    を備える
    ことを特徴とする電動機駆動システム。
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