JP5178350B2 - Motor drive apparatus and refrigeration apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石同期モータ制御装置,モータ駆動用モジュール及び冷凍装置に関する。 The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor control device, a motor driving module, and a refrigeration apparatus.
永久磁石同期モータ(以下「モータ」とする)の駆動装置には、高い制御性能を実現するために、インバータ回路とデジタル制御器を用いて、ベクトル制御が一般的な制御方法として周知している。しかし、ベクトル制御にモータ定数を使用するため、事前にモータ定数の測定及び制御定数の設定が必要である。また、モータ製造時の定数バラツキ及び運転状況によって定数の変動がある場合、事前設定した制御定数はモータ定数とずれることがあり、制御性能が低下する恐れがある。 In order to realize high control performance, a permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as “motor”) drive device is known as a general control method using an inverter circuit and a digital controller. . However, since the motor constant is used for vector control, it is necessary to measure the motor constant and set the control constant in advance. In addition, if there is a constant variation due to a constant variation at the time of manufacturing the motor and an operation state, the preset control constant may be shifted from the motor constant, and the control performance may be deteriorated.
モータ駆動用インバータ回路と制御器を用いて、モータ静止状態で、モータ定数(巻線抵抗とインダクタンス)を自動測定する技術が、特許文献1に記載されている。 Patent Document 1 discloses a technique for automatically measuring motor constants (winding resistance and inductance) in a motor stationary state using a motor driving inverter circuit and a controller.
また、特許文献2に、モータ運転状態で、ベクトル制御系の電流検出値,電流指令値及びモータ定数初期設定値から、モータ定数を求める方法が開示されている。
更に、非特許文献1に、永久磁石同期モータの位置センサレス高効率制御方法に関して、仮想インダクタンス制御方式が提案されている。従来のモータd−q軸インダクタンスLdとLqを一つのモータ仮想インダクタンス値L*にする方式により、簡単な制御方法で高効率運転が実現できる。 Further, Non-Patent Document 1 proposes a virtual inductance control method for a position sensorless high-efficiency control method for a permanent magnet synchronous motor. By using a conventional motor dq axis inductance L d and L q as one motor virtual inductance value L * , a highly efficient operation can be realized with a simple control method.
特許文献1に記載の技術では、高精度の電流センサとA/D変換器が必要となり、電流センサとA/D変換器のオフセットや検出ノイズなどにより、測定精度が劣化する恐れがある。また、モータ静止状態で測った定数は、実運転状態と一致しない可能性があるので、制御特性の劣化が懸念される。 In the technique described in Patent Document 1, a high-accuracy current sensor and an A / D converter are required, and the measurement accuracy may be deteriorated due to an offset or detection noise between the current sensor and the A / D converter. Moreover, since the constant measured in the stationary state of the motor may not match the actual operation state, there is a concern about deterioration of the control characteristics.
また、特許文献2には、モータが運転中に、ベクトル制御系の電流検出値,電圧指令値及びモータ定数初期設定値を用いて、モータ定数を計算する方法が提示されているが、電流リップルや位置検出誤差の影響及び制御定数の設定方法など実用上の課題が依然として残っている。そこで、本発明は、複雑な計算を使用せず、高精度なモータ定数同定により、高い制御性能を実現することを課題とする。
本発明のモータ制御装置は、永久磁石同期モータと、直流電源に接続され永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段を備えたモータ駆動装置において、制御手段は、モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、電圧指令制御部は、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を具備し、定数同定演算部において、補償値を用いてモータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする。 The motor control device of the present invention includes a permanent magnet synchronous motor, an inverter circuit that is connected to a DC power source and drives the permanent magnet synchronous motor, and a motor current detection that detects the motor current from the output current of the inverter circuit or the bus current on the DC side. And a motor drive apparatus comprising a control means for controlling the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor using a motor current detection value, wherein the control means includes a constant identification calculation unit for adjusting a motor constant set value and a control constant; A voltage command control unit that calculates a voltage command value to be applied to the permanent magnet synchronous motor so that the motor current detection value matches the motor current command value, and the voltage command control unit has a motor current detection value equal to the motor current command value. A current control unit that outputs a compensation value so as to match the motor constant, and the constant identification calculation unit uses the compensation value to calculate an error in the motor constant setting value. And, wherein the identifying motor constants and control constants.
本発明によれば、モータ定数の事前測定や設定作業をしなくても、高い制御性能を実現するモータ制御装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor control apparatus which implement | achieves high control performance can be provided, without performing the prior measurement and setting operation | work of a motor constant.
以下、本発明の特徴を列挙する。 The features of the present invention are listed below.
本発明のモータ制御装置は、永久磁石同期モータと、直流電源に接続され前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段を備えたモータ駆動装置において、制御手段は、モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、電圧指令制御部は、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を備え、定数同定演算部において、補償値を用いてモータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする。 The motor control device of the present invention includes a permanent magnet synchronous motor, an inverter circuit connected to a DC power source and driving the permanent magnet synchronous motor, and a motor current that detects a motor current from an output current of the inverter circuit or a bus current on the DC side. In the motor drive device including the detection means and the control means for controlling the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor using the detected motor current value, the control means includes a constant identification calculation unit for adjusting the motor constant set value and the control constant; A voltage command control unit that calculates a voltage command value to be applied to the permanent magnet synchronous motor so that the motor current detection value matches the motor current command value, and the voltage command control unit has a motor current detection value equal to the motor current command value. A current control unit that outputs a compensation value so that it matches the current value, and the constant identification calculation unit calculates the error of the motor constant setting value using the compensation value , And identifying motor constants and control constants.
また、電圧指令制御部は、モータ電流検出値とモータ電流指令値との偏差から演算した第2の電流指令値と、モータ回転数指令値もしくはモータ回転数検出値と、モータ定数設定値とを用いて、モータ電圧方程式より電圧指令値を算出し、定数同定演算部は、第2の電流指令値と、モータ電流指令値又はモータ電流検出値との偏差から、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする。 In addition, the voltage command control unit obtains a second current command value calculated from a deviation between the motor current detection value and the motor current command value, a motor rotation speed command value or a motor rotation speed detection value, and a motor constant setting value. The voltage command value is calculated from the motor voltage equation, and the constant identification calculation unit identifies the motor constant and the control constant from the deviation between the second current command value and the motor current command value or the detected motor current value. It is characterized by that.
さらに、電圧指令制御部は、モータ電流指令値又はモータ電流検出値と、モータ回転数指令値又はモータ回転数検出値と、モータ定数設定値とを用いて、モータ電圧方程式より算出する電圧指令演算値と、モータ電流指令値とモータ電流検出値との偏差から算出する電圧指令補償値と、の加算より前記電圧指令値を算出する構成であり、定数同定演算部は、電圧指令補償値から、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする。 Further, the voltage command control unit uses the motor current command value or the motor current detection value, the motor rotation speed command value or the motor rotation speed detection value, and the motor constant setting value to calculate a voltage command calculation calculated from the motor voltage equation. The voltage command value is calculated by adding the value and the voltage command compensation value calculated from the deviation between the motor current command value and the motor current detection value. The motor constant and the control constant are identified.
より具体的には、モータ起動前の所定時間に、モータ回転数指令値を0、d軸の電流指令値を所定値、q軸の電流指令値を0に設定し、d軸の第2の電流指令値とd軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはd軸の電圧指令補償値から、モータ巻線抵抗設定値の誤差を演算して、モータ巻線抵抗設定値に加算することにより、モータ巻線抵抗と制御定数を同定することを特徴とする。 More specifically, the motor rotation speed command value is set to 0, the d-axis current command value is set to a predetermined value, the q-axis current command value is set to 0, and the second d-axis value is set to a predetermined time before the motor is started. The error of the motor winding resistance setting value is calculated from the deviation between the current command value and the d-axis current command value or the d-axis current detection value or the d-axis voltage command compensation value, and the motor winding resistance setting value is obtained. By adding, the motor winding resistance and the control constant are identified.
また、モータが回転している状態の所定時間に、d軸の電流指令値を0に設定し、d軸の第2の電流指令値とd軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値から、モータ誘起電圧定数設定値の誤差を演算し、モータ誘起電圧定数設定値に加算することにより、モータ誘起電圧定数と制御定数を同定することを特徴とする。 In addition, the d-axis current command value is set to 0 at a predetermined time while the motor is rotating, and the d-axis second current command value and the d-axis current command value or the d-axis current detection value The motor induced voltage constant and the control constant are identified by calculating the error of the motor induced voltage constant set value from the deviation of the voltage or the q-axis voltage command compensation value and adding it to the motor induced voltage constant set value. To do.
さらに、電圧指令値と、モータ電流検出値又はモータ電流指令値と、モータ巻線抵抗設定値と、モータ仮想インダクタンス設定値とに基づいて、制御系軸とモータ最大トルク軸との軸誤差を演算し、軸誤差を0に制御する手段を備え、モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、d軸の電流指令値を0以外の所定値に設定し、d軸の第2の電流指令値と、d軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値と、からモータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータ仮想インダクタンス設定値に加算することにより、モータ仮想インダクタンスと制御定数を同定することを特徴とする。 Furthermore, the axis error between the control system axis and the motor maximum torque axis is calculated based on the voltage command value, motor current detection value or motor current command value, motor winding resistance setting value, and motor virtual inductance setting value. And a means for controlling the axis error to 0, and in a state where the motor is rotating, the d-axis current command value is set to a predetermined value other than 0 at a predetermined time after completion of identification of the motor induced voltage constant, An error of the motor virtual inductance setting value is calculated from the deviation between the d-axis second current command value and the d-axis current command value or the d-axis current detection value or the q-axis voltage command compensation value, and the motor The motor virtual inductance and the control constant are identified by adding to the virtual inductance set value.
また、位置センサを有しているモータ駆動装置であって、モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、d軸の電流指令値を0以外の所定値に設定し、d軸の第2の電流指令値とd軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値から、モータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータd軸インダクタンス設定値に加算することにより、モータd軸インダクタンスと制御定数とを同定し、q軸の第2の電流指令値とq軸の電流指令値又はq軸の電流検出値との偏差若しくはd軸の電圧指令補償値から、モータq軸インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータq軸インダクタンス設定値に加算することにより、モータq軸インダクタンスと制御定数を同定することを特徴とする。 In addition, in the motor driving device having a position sensor, when the motor is rotating, the d-axis current command value is set to a predetermined value other than 0 at a predetermined time after completion of identification of the motor induced voltage constant. Set, calculate the error of the motor virtual inductance setting value from the deviation between the d-axis second current command value and the d-axis current command value or the d-axis current detection value or the q-axis voltage command compensation value; By adding to the motor d-axis inductance setting value, the motor d-axis inductance and the control constant are identified, and the deviation between the q-axis second current command value and the q-axis current command value or the q-axis current detection value. Alternatively, the motor q-axis inductance and the control constant are identified by calculating the error of the motor q-axis inductance setting value from the d-axis voltage command compensation value and adding it to the motor q-axis inductance setting value. And butterflies.
さらに、モータ定数と制御定数の同定を複数回繰り返すことを特徴とし、モータ定数と制御定数の同定演算に、積分器もしくは比例積分器を使用することを特徴とし、モータ定数と制御定数の同定結果は、半導体メモリなど装置に記憶し、運転状況に応じて読み出して使用することを特徴とする。 Furthermore, the identification of motor constants and control constants is repeated several times, and the identification of motor constants and control constants is characterized by using an integrator or proportional integrator. Is stored in a device such as a semiconductor memory, and is read out and used in accordance with the operation status.
また、モータが回転している状態において、モータ回転数指令値又はモータ回転数検出値と、モータ電流指令値又はモータ電流検出値と、いづれかの変動が所定値を超える場合に、モータ誘起電圧定数と、モータ仮想インダクタンスと、モータd軸インダクタンスと、モータq軸インダクタンスの定数について、少なくとも一つの同定を再実行することを特徴とし、モータ定数の同定結果と、モータ定数の定格値,初期設定値又は事前設定値との偏差が所定値以上になる場合を、モータ制御装置が故障していると判定することを特徴とする。 In addition, when the motor is rotating, if the motor rotation speed command value or the motor rotation speed detection value, the motor current command value or the motor current detection value, or any variation exceeds a predetermined value, the motor induced voltage constant , Motor virtual inductance, motor d-axis inductance, and motor q-axis inductance constants are re-executed, and the motor constant identification results, motor constant rating values, and initial setting values Alternatively, when the deviation from the preset value is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the motor control device has failed.
さらなる特徴として、本発明は、モータ駆動用モジュール及び冷凍装置に関するものであって、永久磁石同期モータと、直流電源に接続され前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段と、を備えたモータ駆動用モジュールにおいて、制御手段は、モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、電圧指令制御部は、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を備え、定数同定演算部が、補償値を用いてモータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする。 As a further feature, the present invention relates to a motor driving module and a refrigeration apparatus, and includes a permanent magnet synchronous motor, an inverter circuit connected to a DC power source and driving the permanent magnet synchronous motor, and an output current of the inverter circuit Alternatively, in a motor drive module comprising: motor current detection means for detecting a motor current from a DC side bus current; and control means for controlling the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor using a motor current detection value. The means includes a constant identification calculation unit that adjusts the motor constant setting value and the control constant, and a voltage command control unit that calculates a voltage command value to be applied to the permanent magnet synchronous motor so that the motor current detection value matches the motor current command value. And the voltage command control unit outputs a compensation value so that the motor current detection value matches the motor current command value. Comprising a control unit, constant identifying unit is, calculates the error of the motor constant set value using a compensation value, and identifying motor constants and control constants.
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態と第2実施形態のモータ駆動装置の構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive device according to a first embodiment and a second embodiment of the present invention.
このモータ駆動装置は、永久磁石同期モータ1と、直流電源2と、直流を交流に変換するインバータ3と、直流電圧検出器5と、インバータの直流側に設ける母線電流検出器4と、制御器6とを備える。
This motor drive device includes a permanent magnet synchronous motor 1, a
直流電源2は、外部の交流電源を直流に変換するコンバータ(整流器)やバッテリであり、インバータ3の直流側に電力を提供する。なお、制御器6はマイクロコンピュータもしくはDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等の半導体演算素子を用いて、前記直流電圧検出器5と母線電流検出器4の検出信号を処理して、インバータ3を構成する半導体パワー素子のオン/オフ制御信号を出力する。
The
図2は、本発明の第1実施形態と第2実施形態のモータ駆動装置の制御器6の機能ブロック構成図であり、各機能はCPU(コンピュータ)及びプログラムにより実現される。
FIG. 2 is a functional block configuration diagram of the
制御器6は、dqベクトル制御により、モータに印加する電圧指令信号を演算し、インバータのPWM制御信号を生成するものであり、速度制御器10と、d軸電流指令発生器11と、電圧指令制御器12と、モータ定数同定器13と、2軸3相変換器14と、速度&位相推定器15と、3相2軸変換器16と、電流再現演算器17と、PWM制御器18と、減算器19とを備える。
The
電流再現演算器17は、前記母線電流検出器4から出力される検出信号である母線電流Ishと、三相電圧指令値Vu *,Vv *,Vw *を用いて三相モータ電流Iu,Iv,Iwを再現する。3相2軸変換器16は、再現された三相モータ電流と、推定された位相情報θdcとに基づいて、dc軸電流検出値Idcとqc軸電流検出値Iqcとを次式に基づいて演算する。なお、dc−qc軸は制御系の推定軸、d−q軸はモータ回転子軸、do−qo軸はモータ最大トルク軸であり、do−qo軸とdc−qc軸との軸誤差はΔθcと定義する(図3)。
電圧指令制御器12では、d軸電流指令発生器11から与えられるdc軸電流指令値Idc *と、速度制御器10から与えられるqc軸電流指令値Iqc *と、dc軸電流検出値Idcと、qc軸電流検出値Iqcと、モータ回転速度指令値ω1 *およびモータ定数設定値(r*,L**,Ke*)を用いて、dc軸電圧指令値Vdc *,qc軸電圧指令値Vqc *を演算する。また、モータ定数同定器13は、電圧指令制御器12のベクトル演算量を用いて、モータ定数を同定する。電圧指令制御器12のベクトル演算方法と、モータ定数同定器13の同定原理の詳細説明は、後述する。
In the
続いて、位置センサレス制御を実現するための速度&位相推定方法を説明する。 Next, a speed & phase estimation method for realizing position sensorless control will be described.
図4は、速度&位相推定器15の詳細機能ブロック構成図である。
FIG. 4 is a detailed functional block configuration diagram of the velocity &
位相推定器は、モータ回転子位置センサレス制御法により回転子位置を推定するものであり、モータ最大トルク軸(do−qo軸)と制御系軸(dc−qc軸)との軸誤差演算器20と、モータ回転速度推定器21と、位相演算器22とを備える。
The phase estimator estimates the rotor position by a motor rotor position sensorless control method, and an
軸誤差演算器20は、前記dc軸電圧指令値Vdc *,qc軸電圧指令値Vqc *,dc軸電流値idc,qc軸電流値iqcから次式を用いて軸誤差Δθcを演算する。
The
速度推定器21は、軸誤差演算器20が出力する軸誤差ΔθcをPI制御器を用いて処理し、モータ回転速度の推定値ωmを出力するものである。ここで、PI制御器は、モータ最大トルク軸(do−qo軸)と制御系のdc−qc軸との推定軸誤差ΔθcをなくすようにPLL制御するものである。位相演算器22では、推定したモータ回転速度推定値ωmを積分して、制御軸の位相θdcを演算する。
The
以上が、本発明のモータ制御装置でのベクトル制御と位置センサレス制御の基本動作である。 The above is the basic operation of vector control and position sensorless control in the motor control device of the present invention.
次に、本発明の第1実施形態の電圧指令の演算方法と定数同定原理を説明する。 Next, a voltage command calculation method and a constant identification principle according to the first embodiment of the present invention will be described.
図5は、電圧指令制御器12とモータ定数同定器13の詳細機能ブロック構成図である。
FIG. 5 is a detailed functional block configuration diagram of the
電圧指令制御器12の基本動作は、d軸電流制御器39およびq軸電流制御器40で、d軸電流指令発生器11から与えられるdc軸電流指令値Idc *と、速度制御器10から与えられるqc軸電流指令値Iqc *と、dc軸電流検出値Idcと、qc軸電流検出値Iqcを用いて、ベクトル演算に用いる中間的な第2のdc軸電流指令値Idc **と、第2のqc軸電流指令値Iqc **を演算する。ベクトル演算器42では、第2のdc軸電流指令値Idc **と、第2のqc軸電流指令値Iqc **と、モータ回転速度指令値ω1 *およびモータ定数設定値(r*,L**,Ke*)を用いて、(数3)式に示すように、dc軸電圧指令値Vdc *,qc軸電圧指令値Vqc *を演算する。(数3)式に、r*は制御系のモータ巻線抵抗設定値、L**は制御系のモータ仮想インダクタンス設定値、Ke*は制御系のモータ誘起電圧定数設定値であり、ω1 *はモータ回転速度指令値である。ここで、一般的なd−q軸モータ方程式と異なるのは、モータd−q軸インダクタンスLdとLqを一つのモータ仮想インダクタンスL*に入れ替えていることである。最後に、dc軸電圧指令値Vdc *,qc軸電圧指令値Vqc *と推定された位相情報θdcとに基づいて、(数4)式よりモータの三相電圧指令値Vu *,Vv *,Vw *を出力する。
The basic operation of the
(数2)式と(数3)式に、仮想インダクタンスの設定値を使用するので、非特許文献1に記載される理論解析より、モータ最大トルク制御が実現できる。 Since the set value of the virtual inductance is used in the equations (2) and (3), the motor maximum torque control can be realized by the theoretical analysis described in Non-Patent Document 1.
このような制御系には、モータ定数設定値(r*,L**,Ke*)が必要である。当然、制御系のモータ定数設定値とモータ定数との誤差は、モータの制御性能(駆動効率,応答速度や安定性など)への影響がある。特に、仮想インダクタンス設定値は、モータ最大トルク制御に係わるので、モータ電流や駆動効率に大きな影響を与える。ゆえに、仮想インダクタンス値を上記制御系に正確に設定する必要がある。 Such a control system requires motor constant setting values (r * , L ** , Ke * ). Naturally, an error between the motor constant setting value of the control system and the motor constant has an influence on the motor control performance (drive efficiency, response speed, stability, etc.). In particular, since the virtual inductance setting value is related to the motor maximum torque control, it greatly affects the motor current and the driving efficiency. Therefore, it is necessary to accurately set the virtual inductance value in the control system.
次に、本発明のモータ定数(モータ巻線抵抗r,モータ誘起電圧定数設定値Keとモータ仮想インダクタンスL*)の自動同定方法を説明する。 Next, an automatic identification method for motor constants (motor winding resistance r, motor induced voltage constant set value Ke and motor virtual inductance L * ) according to the present invention will be described.
定常状態において、制御系のモータ定数設定値(r*,L**,Ke*)がモータ定数と一致している場合、ベクトル演算器42の入力(第2のdc軸電流指令値Idc **と第2のqc軸電流指令値Iqc **)はd軸及びq軸電流検出値Idc,Iqc(もしくはdc軸電流指令値Idc *とqc軸電流指令値Iqc *)とほぼ同値であるが、制御系のモータ定数設定値がモータ定数とずれる場合、上記電流の偏差が出てくる。 In a steady state, when the motor constant setting values (r * , L ** , Ke * ) of the control system match the motor constants, the input of the vector calculator 42 (second dc-axis current command value I dc * * And the second qc-axis current command value I qc ** ) are the d-axis and q-axis current detection values I dc and I qc (or the dc-axis current command value I dc * and the qc-axis current command value I qc * ) Although the values are substantially the same, when the motor constant setting value of the control system deviates from the motor constant, the current deviation appears.
以下、上記電流偏差を利用して、モータ巻線抵抗r,モータ誘起電圧定数設定値Keとモータ仮想インダクタンスL*の同定原理と実現方法を説明する。 Hereinafter, an identification principle and a realization method of the motor winding resistance r, the motor induced voltage constant set value Ke, and the motor virtual inductance L * will be described using the current deviation.
(数4)式の出力電圧指令をインバータ経由して、モータに印加すると、定常状態において、モータ検出電流と電圧指令の関係は下式で近似に表われる。 When the output voltage command of the formula (4) is applied to the motor via the inverter, the relationship between the motor detection current and the voltage command is approximated by the following formula in a steady state.
ここで,Idc,Iqcはモータ検出電流であり、L*,Ke,rはモータ定数である。 Here, I dc and I qc are motor detection currents, and L * , Ke, and r are motor constants.
図6に、モータ起動の最初に行うモータ回転子位置決め動作時((t0)時点から(t1)時点まで)の電流指令値を示す。d軸電流指令波形50がdc軸電流指令値、q軸電流指令波形51がqc軸電流指令値を示している。モータ回転子位置決め動作は、モータ回転速度指令値ω1 *を0に設定して図6に示すようにモータ電流を流す動作である。この動作により、モータ回転子の位置が所定の位置に固定される。
FIG. 6 shows a current command value at the time of motor rotor positioning operation (from the time (t0) to the time (t1)) performed at the beginning of the motor startup. A d-axis
上記条件で、電圧指令値は、(数3)式より下式である。 Under the above conditions, the voltage command value is the following equation from the equation (3).
また、(数5)式から、下式が得られる。 Moreover, the following formula is obtained from the formula (5).
(数6)式と(数7)式から、下式が得られる。 From the formula (6) and the formula (7), the following formula is obtained.
d軸電流制御器39があるので、dc軸のモータ電流検出値(Idc)とdc軸電流指令値(Idc *)がほぼ等しいと考えられる。よって、(数8)式を変形すると、(数9)式が得られる。
Since the d-axis
また、モータ回転中の定常状態において、モータ回転速度の指令値(ω1 *)と実際値(ω1)、dc軸のモータ電流検出値(Idc)とdc軸電流指令値(Idc *)がほぼ等しい。更に、モータが中高速で回転している状態、あるいは抵抗設定値の誤差が少ないと仮定する場合、(数3)と(数5)式より、下式が成り立つ。 In a steady state during motor rotation, the motor rotation speed command value (ω 1 * ) and actual value (ω 1 ), the dc-axis motor current detection value (I dc ), and the dc-axis current command value (I dc *) ) Is almost equal. Furthermore, when it is assumed that the motor is rotating at a medium or high speed or that the error of the resistance setting value is small, the following equation is established from the equations (3) and (5).
上式を変形すると、(数11)式が得られる。 When the above equation is modified, the following equation (11) is obtained.
よって、モータ回転中の定常状態において、dc軸電流指令値Idc *を0に設定すれば、(数11)式より、第2のdc軸電流指令Idc **から、誘起電圧定数の誤差(ΔKe=Ke−Ke*)を求められる。 Therefore, if the dc-axis current command value I dc * is set to 0 in the steady state during motor rotation, the error of the induced voltage constant can be calculated from the second dc-axis current command I dc ** from the equation (11). (ΔKe = Ke−Ke * ) is obtained.
次に、誘起電圧定数の同定が完成した後(Ke*=Keと仮定する)、dc軸電流指令値Idc *に所定値(=Idc * _at)を与えると、(数11)式より、モータ仮想インダクタンスL*の誤差は下式で求める。 Next, after the identification of the induced voltage constant is completed (assuming Ke * = Ke), when a predetermined value (= I dc * _at ) is given to the dc-axis current command value I dc * , the equation (11) is obtained. The error of the motor virtual inductance L * is obtained by the following equation.
以上の説明より、モータの巻線抵抗,誘起電圧定数及び仮想インダクタンスの誤差と電流指令値偏差(Idc **−Idc *)との関係が分った。 From the above description, the relationship between the motor winding resistance, the induced voltage constant, the error of the virtual inductance, and the current command value deviation (I dc ** − I dc * ) was found.
次に、図5に示すモータ定数同定器13の詳細機能ブロック構成図を用いて、実用な同定方法と制御系構成を説明する。
Next, a practical identification method and control system configuration will be described using the detailed functional block configuration diagram of the motor
本発明では、演算処理の簡単化と制御定数急変動の影響を抑えるために、電流指令値の偏差(Idc **−Idc *)を積分器で処理し、制御定数の誤差を求めて、制御定数初期値に加算する方法を採用する。 In the present invention, in order to simplify the arithmetic processing and suppress the influence of sudden fluctuations in the control constant, the current command value deviation (I dc ** − I dc * ) is processed by an integrator to obtain an error in the control constant. The method of adding to the control constant initial value is adopted.
モータ定数同定器13は、入力切替器30と、同定制御部31と、積分器32a,32b,32cと、定数保存器33a,33b,33cと、加算器34,35,36とを備える。
The motor
巻線抵抗の同定は、前述したように、モータ起動前の位置決め動作時に行う。dc軸の電流指令偏差は、入力切替器30を経由して、積分器32aに入力し、モータ巻線抵抗誤差Δrを演算する。同時に、モータ巻線抵抗誤差Δrを加算器34を用いて、モータ巻線抵抗初期設定値r*0と合わせて出力し、ベクトル演算器42に使う抵抗定数を調整する。位置決めが終了時に、積分器32aの出力を定数保存器33aに記憶して、モータ巻線抵抗初期設定値r*0と加算し、モータ巻線抵抗設定値r*を出力する。
As described above, the winding resistance is identified during the positioning operation before starting the motor. The current command deviation on the dc axis is input to the
モータが所定速度以上、かつ負荷が安定状態において、以下の手順に従って、誘起電圧定数と仮想インダクタンスをそれぞれ同定する。ここでの所定速度は、モータ巻線抵抗誤差と、インバータ出力の非線形特性(半導体パワー素子の電圧降下やデッドタイム)の影響を無視できる最低速度である。
(1)図7に示す電流指令波形のように、(t2)時点から(t3)時点までにおいて、dc軸電流指令値(Idc *)を0に設定して、電流指令値の偏差(Idc **−Idc *)を入力切替器30を経由して、積分器32bに入力し、モータ誘起電圧定数誤差ΔKeを出力する。ここで、qc軸電流指令値(Iqc *)は負荷トルクに対応した電流値が出力されていることを示している。
(2)加算器35で、誘起電圧定数の誤差ΔKeをモータ誘起電圧定数初期設定値ΔKe*0に加算して、ベクトル演算器42に使うモータ誘起電圧定数設定値Ke*を調整する。
(3)所定時間が経つ後((t3)時点)、積分器32bの出力を定数保存器33bに記憶して、モータ誘起電圧定数初期設定値Ke*0と加算し、モータ誘起電圧定数設定値Ke*を出力する。
(4)続いて、(t3)時点から(t4)時点まで、dc軸電流指令値(Idc *)を所定値Idc_at *に設定して、電流指令値の偏差(Idc **−Idc *)を入力切替器30を経由して、積分器32cに入力し、モータ仮想インダクタンス誤差ΔL*を出力する。なお、制御系の不安定を引き起こさないように、dc軸電流指令値(Idc *)を緩やかに変動させたほうが良い。
(5)加算器36で、モータ仮想インダクタンス誤差ΔL*をモータ仮想インダクタンスの初期値L**0に加算して、ベクトル演算器42に使うモータ仮想インダクタンス設定値L**を調整する。同時に、(数14)式に示すように、調整された仮想インダクタンス設定値を用いて、電流制御器39,40の制御ゲインなども調整すれば良い。
When the motor is at a predetermined speed or more and the load is in a stable state, the induced voltage constant and the virtual inductance are identified according to the following procedure. The predetermined speed here is a minimum speed at which the influence of the motor winding resistance error and the non-linear characteristics of the inverter output (voltage drop or dead time of the semiconductor power element) can be ignored.
(1) Like the current command waveform shown in FIG. 7, the dc-axis current command value (I dc * ) is set to 0 from the time (t2) to the time (t3), and the current command value deviation (I dc ** − I dc * ) is input to the
(2) The
(3) After a predetermined time has elapsed (at time (t3)), the output of the
(4) Subsequently, from the time (t3) to the time (t4), the dc-axis current command value (I dc * ) is set to a predetermined value I dc_at * , and the current command value deviation (I dc ** −I dc * ) is input to the
(5) The
(6)所定時間が経つ後((t4)時点)、dc軸電流指令値(Idc *)を0に戻して、積分器32cの出力を定数保存器33cに記憶して、仮想インダクタンス初期設置L**0と加算し、仮想インダクタンス設定値L**を出力する。
(7)同定精度をさらに向上する場合、(1)〜(6)の同定動作を数回繰り替えば良い。
(6) After a predetermined time has elapsed (at time (t4)), the dc-axis current command value (I dc * ) is returned to 0, the output of the
(7) To further improve the identification accuracy, the identification operations (1) to (6) may be repeated several times.
また、運転状況(回転数,負荷など)が大きく変動した場合、モータの温度や磁束の変動によりモータ定数が変わる可能性があるので、制御系で運転状況の変動を常時に監視し、大きな変動が発生した場合、上記手順で再同定すれば、制御性能の低下を避けられる。さらに、各運転状況での複数の同定結果を定数保存器33a,33b,33cにそれぞれ記憶すれば、次回から、記憶値を使用できるので、定数同定を行わなくても良い。
Also, if the operating conditions (rotation speed, load, etc.) fluctuate significantly, the motor constant may change due to fluctuations in the motor temperature or magnetic flux. If this occurs, re-identification by the above procedure can avoid a decrease in control performance. Furthermore, if a plurality of identification results in each driving situation are stored in the
なお、仮想インダクタンス同定時のdc軸の電流指令所定値(Idc_at *)は、インバータ過電流とモータ磁気飽和影響を避けるため、できるだけ小さく設定したほうが良いが、制御装置の電流検出分解能や演算誤差を考慮すると、同定精度を確保するために、モータの定格電流の約1/10〜1/2範囲に設定すれば良い。また、前述手順のように、仮想インダクタンス同定は、誘起電圧定数同定完成後に、ほぼ同じ運転状態で行うようにしたほうが良い。 Note that the dc-axis current command predetermined value (I dc_at * ) at the time of virtual inductance identification should be set as small as possible to avoid the effects of inverter overcurrent and motor magnetic saturation. In consideration of the above, in order to ensure the identification accuracy, it may be set in the range of about 1/10 to 1/2 of the rated current of the motor. Further, as described above, the virtual inductance identification should be performed in substantially the same operating state after the induction voltage constant identification is completed.
ただし、前述した定数同定を行う時に、制御定数を急峻に変化させると、制御系が不安定になる恐れがあるので、同定用積分器の応答がベクトル制御系の制御応答より十分遅く設定する必要がある。また、上記積分器の時定数が大きく設定すると、電流リップルやノイズの影響も避けられるので、同定精度を向上できる。 However, when performing constant identification as described above, if the control constant is changed suddenly, the control system may become unstable, so the response of the identification integrator must be set sufficiently slower than the control response of the vector control system. There is. If the time constant of the integrator is set to be large, the influence of current ripple and noise can be avoided, so that the identification accuracy can be improved.
以上が、本発明の実用な同定方法と実行手順の説明である。 The above is the description of the practical identification method and execution procedure of the present invention.
以上説明した同定方法を用いて得られた同定結果がモータ定数の定格値、或いは初期設定値と大きくずれる場合、モータやインバータが故障していることと判定できる。例えば、モータ巻線抵抗の同定結果が非常に大きい場合、モータ結線が断線している可能性があることを判定できる。 When the identification result obtained by using the identification method described above deviates greatly from the rated value of the motor constant or the initial set value, it can be determined that the motor or the inverter is out of order. For example, when the identification result of the motor winding resistance is very large, it can be determined that the motor connection may be disconnected.
図8〜図10に、上記定数同定方法の有効性を確認するためのシミュレーション結果を示す。 8 to 10 show simulation results for confirming the effectiveness of the constant identification method.
図8に、モータ巻線抵抗初期設定値(r*0)に+20%の誤差を設定した条件で、本発明の巻線抵抗同定方法のシミュレーション結果を示す。起動時のdc軸電流指令波形60がdc軸電流指令値、起動時の第2のdc軸電流指令波形61が第2のdc軸電流指令値、起動時のqc軸電流指令62がqc軸電流指令値、63がモータ巻線抵抗同定値、64がモータ巻線抵抗を示している。モータ巻線抵抗の同定値63が徐々にモータ巻線抵抗定数64に調整されることが分った。
FIG. 8 shows a simulation result of the winding resistance identification method of the present invention under the condition that an error of + 20% is set to the motor winding resistance initial setting value (r * 0). The dc-axis
図9に、制御系の誘起電圧定数と仮想インダクタンスの初期設定値に−20%の誤差を設定した条件で、本発明の定数同定方法のシミュレーション結果を示す。 FIG. 9 shows a simulation result of the constant identification method of the present invention under the condition that an error of −20% is set to the initial set value of the induced voltage constant and the virtual inductance of the control system.
図10に、制御系の誘起電圧定数と仮想インダクタンスの初期設定値に+20%の誤差を設定した条件で、本発明の定数同定方法のシミュレーション結果を示す。 FIG. 10 shows a simulation result of the constant identification method of the present invention under the condition that an error of + 20% is set to the initial set value of the induced voltage constant and the virtual inductance of the control system.
図9と図10には、65がモータ電流波形、66がモータ誘起電圧定数、67がモータ誘起電圧定数の同定値、68がモータ仮想インダクタンス定数、69がモータ仮想インダクタンス同定値を示している。 9 and 10, 65 indicates a motor current waveform, 66 indicates a motor induced voltage constant, 67 indicates an identification value of the motor induced voltage constant, 68 indicates a motor virtual inductance constant, and 69 indicates a motor virtual inductance identification value.
時間軸6s〜8sの間に、誘起電圧定数の同定を行った。その結果、誘起電圧定数の同定値は、ほぼモータ定数と合うように調整される。次に、時間軸8s〜10sの間に、誘起電圧定数の同定結果を保持して、仮想インダクタンスの同定を行った。その結果、仮想インダクタンスの同定値もモータ定数とほぼ一致するように調整される。 The induced voltage constant was identified during the time axis 6s-8s. As a result, the identification value of the induced voltage constant is adjusted to substantially match the motor constant. Next, the identification result of the induced voltage constant was held between the time axes 8 s to 10 s to identify the virtual inductance. As a result, the identification value of the virtual inductance is also adjusted so as to substantially match the motor constant.
以上のシミュレーション結果より、本実施形態によれば、制御系のモータ定数設定値に初期誤差があっても、自動同定動作により、制御系の定数設定値がモータ定数と一致するように調整される。また、同定動作中に、制御系の定数設定値が緩やかに変化しているので、制御系安定性への影響が少ない。 From the above simulation results, according to this embodiment, even if there is an initial error in the motor constant setting value of the control system, the constant setting value of the control system is adjusted to match the motor constant by the automatic identification operation. . Further, since the constant setting value of the control system changes gently during the identification operation, the influence on the control system stability is small.
本実施形態では、モータ電流をシャント抵抗器を用いて母線電流より検出しているが、実際にシャント抵抗器に限らず、ホール素子などを用いた電流センサにより検出してもよい。当然、母線電流の代わりに、電流センサを用いて、直接に三相モータ電流を検出しても構わない。 In this embodiment, the motor current is detected from the bus current using a shunt resistor. However, the current is not limited to the shunt resistor but may be detected by a current sensor using a Hall element or the like. Naturally, the three-phase motor current may be directly detected using a current sensor instead of the bus current.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態のモータ制御装置の構成は、図1に示すものと同じである。ただし、制御器6内部のベクトル制御方法は異なる。
(Second Embodiment)
The configuration of the motor control device of the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. However, the vector control method inside the
図11は、本発明の第2実施形態の電圧指令制御器12とモータ定数同定器13の機能ブロック構成図である。また、前記図5と同一符号は同一動作をするものである。
FIG. 11 is a functional block configuration diagram of the
図5と異なる部分は、(数15)に示すように、電圧指令値演算がベクトル演算器42の出力と電流制御器39,40の出力の和に変更されたことと、巻線抵抗同定積分器32aの入力が電流制御器39のΔVdcに、誘起電圧定数同定積分器32bと仮想インダクタンス同定積分器32cの入力が、電流制御器40のΔVqcに変更されたことである。電流再現と速度&位相推定処理は、前述第1実施形態と同様である。
The difference from FIG. 5 is that the voltage command value calculation is changed to the sum of the output of the
ここで、ΔVdc,ΔVqcは電流制御器39,40のdc軸及びqc軸電圧指令補償値である。
Here, ΔV dc and ΔV qc are the dc-axis and qc-axis voltage command compensation values of the
第1実施形態と同様に、(数15)式の出力電圧指令をインバータ経由して、モータに印加すると、定常状態において、モータ検出電流と電圧指令の関係は(数5)式で近似に表われる。 As in the first embodiment, when the output voltage command of Formula (15) is applied to the motor via the inverter, the relationship between the motor detection current and the voltage command is approximated by Formula (5) in a steady state. Is called.
図6に示すように、モータ起動の最初に((t0)時点から(t1)時点まで)、モータ回転速度指令値ω1 *を0に設定して、dc−qc軸電流指令値の通り電流指令を与えると、モータ回転子の位置決め動作を行う。 As shown in FIG. 6, at the beginning of the motor start (from the time (t0) to the time (t1)), the motor rotation speed command value ω 1 * is set to 0, and the current according to the dc-qc axis current command value When the command is given, the motor rotor is positioned.
上記条件で、電圧指令値は、(数15)式より下式である。 Under the above conditions, the voltage command value is the following equation from the equation (15).
また、(数5)式から、下式が得られる。 Moreover, the following formula is obtained from the formula (5).
(数15)式と(数17)式から、下式が得られる。 From the equation (15) and the equation (17), the following equation is obtained.
d軸電流制御器39があるので、dc軸のモータ電流検出値(Idc)とdc軸電流指令値(Idc *)がほぼ等しいと考えられる。よって、(数18)式を変形すると、(数19)式が得られる。
Since the d-axis
(数19)式より、モータの位置決め動作中に、d軸電流制御器39の出力から、巻線抵抗の誤差を演算できることがわかった。
From the equation (19), it was found that the winding resistance error can be calculated from the output of the d-axis
モータ回転中の定常状態において、モータ回転速度の指令値(ω1 *)と実際値(ω1)、dc軸のモータ電流検出値(Idc)と第1のdc軸電流指令値(Idc *)がほぼ等しい。更に、モータが中高速で回転している状態、あるいは抵抗設定値の誤差が少ないと仮定する場合、(数15)と(数5)式より、下式が成り立つ。 In the steady state during motor rotation, the motor rotation speed command value (ω 1 * ) and actual value (ω 1 ), the dc-axis motor current detection value (I dc ), and the first dc-axis current command value (I dc * ) Is almost equal. Furthermore, when it is assumed that the motor is rotating at a medium to high speed or that the error of the resistance setting value is small, the following equation is established from the equations (15) and (5).
上式を変形すると、(数21)式が得られる。 By transforming the above equation, the following equation (21) is obtained.
よって、dc軸電流指令値Idc *を0に設定すれば、(数21)式より、電流制御器のΔVqcから、誘起電圧定数の誤差(ΔKe=Ke−Ke*)を求められる。 Therefore, if the dc-axis current command value I dc * is set to 0, an error of the induced voltage constant (ΔKe = Ke−Ke * ) can be obtained from ΔV qc of the current controller from the equation (21).
次に、誘起電圧定数の同定が完成した後(Ke*=Keと仮定する)、dc軸電流指令値Idc *に所定値(=Idc * _at)を与えると、(数21)式より、モータ仮想インダクタンスL*の誤差は下式で求める。 Next, after the identification of the induced voltage constant is completed (assuming Ke * = Ke), when a predetermined value (= I dc * _at ) is given to the dc-axis current command value I dc * , the equation (21) is obtained. The error of the motor virtual inductance L * is obtained by the following equation.
(数19),(数22)式と(数23)式より、モータの巻線抵抗と電流制御器の出力ΔVdc、誘起電圧定数と仮想インダクタンスの誤差が電流制御器のΔVqcとの関係がわかった。よって、第1実施形態と同様に、ΔVdc,ΔVqcを積分器で処理して、制御定数を同定することができる。 From the equations (19), (22) and (23), the relationship between the winding resistance of the motor and the output ΔV dc of the current controller, and the error between the induced voltage constant and the virtual inductance is related to the ΔV qc of the current controller. I understood. Therefore, as in the first embodiment, ΔV dc and ΔV qc can be processed by an integrator to identify a control constant.
図11に示すモータ定数同定器13の動作原理は、第1実施形態の図5と同様である。また、定数同定の手順も、第1実施形態と同様に行う。
The operation principle of the motor
以上が、本発明の第2実施形態の同定方法の説明である。 The above is the description of the identification method according to the second embodiment of the present invention.
第1実施形態と同様に、モータ電流を、本実施形態では、シャント抵抗器を用いて母線電流より検出しているが、実際にシャント抵抗器に限らず、ホール素子などを用いた電流センサにより検出してもよい。当然、母線電流の代わりに、電流センサを用いて、直接に三相モータ電流を検出しても構わない。 As in the first embodiment, the motor current is detected from the bus current using a shunt resistor in the present embodiment. However, the motor current is not limited to the shunt resistor but is actually detected by a current sensor using a Hall element or the like. It may be detected. Naturally, the three-phase motor current may be directly detected using a current sensor instead of the bus current.
(第3実施形態)
図12〜図15を用いて、第3実施形態を説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
図12は、本発明の第3実施形態と第4実施形態のモータ制御装置の構成である。本実施形態では、位置センサ101を用いて、モータ回転子の位置を検出することが、第1実施形態と相違する。それ以外、前記図1と同一符号は同一ものである。
FIG. 12 shows the configuration of the motor control apparatus according to the third and fourth embodiments of the present invention. In the present embodiment, the
図13は、本発明の第3実施形態と第4実施形態のモータ制御装置の制御器6の機能ブロック構成図であり、各機能はCPU(コンピュータ)及びプログラムにより実現される。また、前記図2と同一符号は同一動作をするものである。
FIG. 13 is a functional block configuration diagram of the
速度&位相演算器102は、位置センサ101が出力された位置センサ信号を用いて、モータ回転速度と回転子の位置を演算する。モータ回転子の位置を検出できるので、制御系軸とモータ回転子軸が一致である。
The speed &
図14は、本実施形態の電圧指令制御器12とモータ定数同定器13の詳細構成である。ここで、ベクトル演算器42の演算処理は、(数24)式より実行する。
FIG. 14 is a detailed configuration of the
ここで、Ld *,Lq *はモータd軸とq軸のインダクタンスの設定値である。 Here, L d * and L q * are set values of inductances of the motor d axis and the q axis.
(数24)式の出力電圧指令をインバータ経由して、モータに印加すると、定常状態において、モータ検出電流と電圧指令の関係は(数25)式で近似に表われる。 When the output voltage command of the formula (24) is applied to the motor via the inverter, the relationship between the motor detection current and the voltage command is approximated by the formula (25) in a steady state.
ここで、Ld,Lqはモータd軸とq軸のインダクタンス値である。 Here, L d and L q are inductance values of the motor d-axis and the q-axis.
第1実施形態と同様に、モータ停止状態で、図6に示す波形を電流指令値に与えながら、電流指令値の差分(Id **−Id *)を入力切替器を経由して積分器32aに入力すると、モータ巻線抵抗設定値r*の同定ができる。また、モータ運転状態で、Id *を0に設定しながら、電流指令値の差分(Id **−Id *)を入力切替器を経由して積分器32bに入力すると、モータ誘起電圧定数設定値Ke*の同定ができる;その後、Id *を所定値に設定しながら、電流指令値の差分(Id **−Id *)を入力切替器を経由して積分器32dに入力すると、モータd軸インダクタンス設定値Ld *の同定ができる。
As in the first embodiment, the difference (I d ** − I d * ) of the current command value is integrated via the input switch while giving the waveform shown in FIG. 6 to the current command value in the motor stop state. When input to the
更に、モータ運転状態で、電流指令値の差分(Iq *−Iq **)を入力切替器を経由して積分器32eに入力すると、モータq軸インダクタンス設定値Lq *の同定もできる。
Further, when the difference (I q * −I q ** ) of the current command value is input to the
また、上記誘起電圧定数とインダクタンスの同定動作が数回繰り替えすれば、同定精度を更に向上できる。 Further, if the induced voltage constant and the inductance identification operation are repeated several times, the identification accuracy can be further improved.
以上説明したように、本実施形態のモータ定数同定器を用いて、高い制御性能を実現するため必要なモータ定数を同定できる。 As described above, the motor constants necessary for realizing high control performance can be identified using the motor constant identifier of the present embodiment.
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態と第3実施形態に相違する部分は、制御器6内部のベクトル制御である。
(Fourth embodiment)
The difference between the fourth embodiment and the third embodiment of the present invention is the vector control inside the
図15は、本発明の第4実施形態の電圧指令制御器12とモータ定数同定器13の機能ブロック構成図である。前記図11と同一符号は同一動作をするものである。
FIG. 15 is a functional block configuration diagram of the
電圧指令値Vd *とVq *は、(数26)式に示すように、ベクトル演算器42の出力と電流制御部の出力の和である。
The voltage command values V d * and V q * are the sum of the output of the
ここで、ΔVd,ΔVqは電流制御器の出力である。 Here, ΔV d and ΔV q are outputs of the current controller.
モータ巻線抵抗,誘起電圧定数とd軸インダクタンスの同定は、第1〜3実施形態と同様な方法で行う。 Identification of the motor winding resistance, the induced voltage constant and the d-axis inductance is performed by the same method as in the first to third embodiments.
q軸インダクタンスの同定は、モータ運転状態で、d軸電流制御器の出力ΔVdを入力切替器を経由して積分器32eに入力して行う。
Identification of the q-axis inductance is performed by inputting the output ΔV d of the d-axis current controller to the
(第5実施形態)
図16は、本発明の第5実施形態のモータ駆動装置用モジュール200の外観図であり、最終製品の一形態を示す。
(Fifth embodiment)
FIG. 16 is an external view of the motor
モジュール200は、制御部基板201に半導体素子202が搭載されたモータ制御装置用のモジュールであり、制御部基板201は、図1に記載の母線電流検出器4,直流電圧検出器5,制御器6が直接実装され、インバータ3が1チップ化された半導体素子202として実装されている。モジュール化によって、小型化が達成され、装置コストの低減が図れる。なお、モジュールとは「規格化された構成単位」という意味であり、分離可能なハードウエア/ソフトウエアの部品から構成されているものである。また、製造上、同一基板上で構成されていることが好ましいが、同一基板に限定はされない。これより、同一筐体に内蔵された複数の回路基板上に構成されてもよい。
The
本実施形態によれば、起動時もしくは運転中に、制御系に必要な定数の自動同定が実現できるので、モータ定数の初期設定誤差や変動があっても、高い制御性能が実現できる。また、異なるモータを駆動する場合、制御定数を再設定しなくても良いので、本実施形態のモジュールを使用するモータ駆動装置の汎用性と便利性を向上できる。 According to the present embodiment, automatic identification of constants necessary for the control system can be realized at startup or during operation, so that high control performance can be realized even if there are initial setting errors or fluctuations of motor constants. Further, when driving different motors, it is not necessary to reset the control constant, so that the versatility and convenience of the motor driving apparatus using the module of this embodiment can be improved.
(第6実施形態)
図17は、本発明の第6実施形態の前記モータ駆動装置を用いた空気調和機や冷凍機などの冷凍装置の構成図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 17 is a configuration diagram of a refrigeration apparatus such as an air conditioner or a refrigerator using the motor driving apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
冷凍装置300は、温度を調和する装置であり、熱交換器301と302と、ファン303と304と、圧縮機305と、配管306と、モータ駆動装置307から構成されている。なお、圧縮機用モータ308は永久磁石同期モータを用いて、圧縮機305の内部に配置されている。モータ駆動装置307は、交流電源を直流に変換して、モータ駆動用インバータに提供し、モータを駆動する。
The
第1,2実施形態のモータ駆動装置及び第5実施形態のモータ駆動用モジュールを使用することにより、モータの位置センサがない条件で、起動時もしくは運転中にモータ定数と制御定数の自動同定ができるので、モータ定数のバラツキや変動があっても、高い制御性能を確保できる。 By using the motor drive device of the first and second embodiments and the motor drive module of the fifth embodiment, automatic identification of motor constants and control constants can be performed during start-up or during operation under the condition that there is no motor position sensor. Therefore, high control performance can be ensured even if the motor constant varies or fluctuates.
また、冷凍装置として、本発明の定数同定方法を用いると、それぞれの負荷条件(運転条件)で、モータ定数の同定ができ、常に効率最大運転が可能となり、冷凍装置としての効率向上(APF値向上)が図れる。例えば、空調機の運転状態(最少能力,中間能力,定格能力など)のそれぞれで同定を行い、同定結果を定数保存器に記憶することにより、常時に消費電力の低減が実現できる。 In addition, when the constant identification method of the present invention is used as a refrigeration apparatus, motor constants can be identified under each load condition (operating condition), and the maximum efficiency operation can always be performed. Improvement). For example, it is possible to always reduce power consumption by identifying each of the air conditioner operating states (minimum capacity, intermediate capacity, rated capacity, etc.) and storing the identification results in a constant storage unit.
1 永久磁石同期モータ
2 直流電源
3 インバータ
4 母線電流検出器
5 直流電圧検出器
6 制御器(制御手段)
10 速度制御器
11 d軸電流指令発生器
12 電圧指令制御器
13 モータ定数同定器
14 2軸3相変換器
15 速度&位相推定器
16 3相2軸変換器
17 電流再現演算器
18 PWM制御器
19,23,37,38,41,105 減算器
20 軸誤差演算器
21 速度推定器
22 位相演算器
30 入力切替器
31 同定制御部
32a,32b,32c,32d,32e 積分器
33a,33b,33c,33d,33e 定数保存器
34,35,36,43,44,103,104 加算器
39,40 電流制御器
42 ベクトル演算器
50 dc軸電流指令波形
51 qc軸電流指令波形
60 起動時のdc軸電流指令波形
61 起動時の第2のdc軸電流指令波形
62 起動時のqc軸電流指令波形
63 モータ巻線抵抗同定値
64 モータ巻線抵抗定数
65 モータ電流波形
66 モータ誘起電圧定数
67 誘起電圧定数同定値
68 モータ仮想インダクタンス定数
69 モータ仮想インダクタンス同定値
101 位置センサ
102 速度&位相演算器
200 モジュール
201 制御部基板
202 半導体素子(パワーモジュール)
300 冷凍装置
301,302 熱交換器
303,304 ファン
305 圧縮機
306 配管
307 モータ駆動装置
308 圧縮機用モータ
Ish 母線電流
Vu *,Vv *,Vw * 三相電圧指令値
Iu,Iv,Iw 三相モータ電流
θdc 制御軸の位相
Δθc 軸誤差
d,q モータ回転子軸
dc,qc 制御軸
do,qo モータ最大トルク軸
Idc,Iqc dc−qc軸電流検出値
Idc *,Iqc * dc−qc軸電流指令値
Idc **,Iqc ** 第2のdc−qc軸電流指令値
Vdc *,Vqc * dc−qc軸電圧指令値
ΔVdc,ΔVqc dc−qc軸電圧指令補償値
r モータ巻線抵抗
L* モータ仮想インダクタンス
Ld モータd軸インダクタンス
Lq モータq軸インダクタンス
Ke モータ誘起電圧定数
r* モータ巻線抵抗設定値
L** モータ仮想インダクタンス設定値
Ld * モータd軸インダクタンス設定値
Lq * モータq軸インダクタンス設定値
Ke* モータ誘起電圧定数設定値
r*0 モータ巻線抵抗初期設定値
L**0 モータ仮想インダクタンス初期設定値
Ld *0 モータd軸インダクタンス初期設定値
Lq *0 モータq軸インダクタンス初期設定値
Ke*0 モータ誘起電圧定数設定値
Δr モータ巻線抵抗誤差
ΔL* モータ仮想インダクタンス誤差
ΔLd モータd軸インダクタンス誤差
ΔLq モータq軸インダクタンス誤差
ΔKe モータ誘起電圧定数誤差
Idc_at * L*もしくはLd同定時の電流指令所定値
ωm モータ回転速度検出値もしくは推定値
ω1 * モータ回転速度指令値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet
DESCRIPTION OF
300 Refrigeration units 301, 302 Heat exchangers 303, 304 Fan 305 Compressor 306 Piping 307 Motor drive unit 308 Compressor motor I sh bus current V u * , V v * , V w * Three-phase voltage command value I u , I v, the phase Δθc axis error d of I w three-phase motor current theta dc control shaft, q motor rotor shaft dc, qc control shaft do, qo maximum motor torque shaft I dc, I qc dc-qc-axis current detection value I dc * , I qc * dc-qc axis current command value I dc ** , I qc ** Second dc-qc axis current command value V dc * , V qc * dc-qc axis voltage command value ΔV dc , ΔV qc dc-qc axis voltage command compensation value r motor winding resistance L * motor virtual inductance L d motor d-axis inductance L q motor q-axis inductance Ke motor induced voltage constant r * motor winding resistance setting value L ** motor virtual inductance setting value L d * mode d-axis inductance setting value L q * Motor q-axis inductance setting value Ke * motor induced voltage constant setting value r * 0 a motor winding resistance Initial setting L ** 0 Motor virtual inductance initial set value L d * 0 a motor d-axis inductance Initial setting value L q * 0 Motor q-axis inductance initial setting value Ke * 0 Motor induced voltage constant setting value Δr Motor winding resistance error ΔL * Motor virtual inductance error ΔL d Motor d-axis inductance error ΔL q Motor q-axis inductance error ΔKe Motor induced voltage constant error I dc_at * L * or L d Current command predetermined value at identification ωm Motor rotation speed detection value or estimated value ω 1 * Motor rotation speed command value
Claims (7)
前記制御手段は、
前記永久磁石同期モータへの速度指令に基づいて生成される第1のdc軸電流指令値I dc * 及び第1のqc軸電流指令値I qc * を用いて前記永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、
前記電圧指令制御部は、
dc軸電流検出値I dc 及びqc軸電流検出値I qc と前記第1のdc軸電流指令値I dc * 及び第1のqc軸電流指令値I qc * との偏差から演算した第2のdc軸電流指令値I dc ** 及び第2のqc軸電流指令値I qc ** と、モータ回転数指令値ω 1 * と、モータ巻線抵抗設定値r * と、モータ仮想インダクタンス設定値L ** と、モータ誘起電圧定数設定値Ke * と、を用いて、前記永久磁石同期モータへ印加するdc軸電圧指令値V dc * 及びqc軸電圧指令値V qc * を、以下のモータ電圧方程式より算出し、
〔モータ電圧方程式〕
前記dc軸電圧指令値V dc * 及びqc軸電圧指令値V qc * と、前記dc軸電流検出値I dc 及びqc軸電流検出値I qc と、巻線抵抗設定値r * と、仮想インダクタンス設定値L ** と、に基づいて、制御系軸とモータ最大トルク軸との軸誤差を演算し、前記軸誤差を0に制御する手段を備え、さらに、
前記モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、前記第1のdc軸電流指令値I dc * を0以外の所定値に設定し、前記第2のdc軸電流指令値I dc ** と前記第1のdc軸電流指令値I dc * から、積分器を用いてモータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、前記モータ仮想インダクタンス設定値L ** に加算することにより、モータ仮想インダクタンスを同定することを特徴とするモータ駆動装置。 Permanent magnet synchronous motor, inverter circuit connected to a DC power source and driving the permanent magnet synchronous motor, motor current detecting means for detecting motor current from the output current of the inverter circuit or the bus current on the DC side, and motor current detection In a motor drive device comprising a control means for controlling the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor using a value,
The control means includes
Voltage applied to the permanent magnet synchronous motor using the first dc axis current command value I dc * and the first qc axis current command value I qc * generated based on the speed command to the permanent magnet synchronous motor A voltage command control unit that calculates a command value is provided.
The voltage command control unit
A second dc calculated from a deviation between the dc-axis current detection value I dc and the qc-axis current detection value I qc and the first dc-axis current command value I dc * and the first qc-axis current command value I qc * Axis current command value I dc ** and second qc axis current command value I qc ** , motor rotation speed command value ω 1 * , motor winding resistance setting value r * , and motor virtual inductance setting value L * The dc-axis voltage command value V dc * and the qc-axis voltage command value V qc * to be applied to the permanent magnet synchronous motor using * and the motor induced voltage constant set value Ke * are obtained from the following motor voltage equation: Calculate
[Motor voltage equation]
The dc-axis voltage command value V dc * and the qc-axis voltage command value V qc * , the dc-axis current detection value I dc and the qc-axis current detection value I qc , the winding resistance setting value r *, and the virtual inductance setting A means for calculating an axis error between the control system axis and the motor maximum torque axis based on the value L ** and controlling the axis error to 0;
In a state where the motor is rotating, the first dc-axis current command value I dc * is set to a predetermined value other than 0 at a predetermined time after completion of identification of the motor-induced voltage constant , and the second dc-axis An error of the motor virtual inductance set value is calculated from the current command value I dc ** and the first dc-axis current command value I dc * using an integrator, and added to the motor virtual inductance set value L ** . Thus , a motor drive device characterized by identifying a motor virtual inductance .
前記制御手段は、
前記永久磁石同期モータへの速度指令に基づいて生成される第1のdc軸電流指令値I dc * 及び第1のqc軸電流指令値I qc * を用いて前記永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、
前記電圧指令制御部は、
dc軸電流検出値I dc 及びqc軸電流検出値I qc と前記第1のdc軸電流指令値I dc * 及び第1のqc軸電流指令値I qc * との偏差から演算したdc軸電圧指令補償値ΔV dc 及びqc軸電圧指令補償値ΔV qc と、モータ回転数指令値ω 1 * と、モータ巻線抵抗設定値r * と、モータ仮想インダクタンス設定値L ** と、モータ誘起電圧定数設定値Ke * と、を用いて、前記永久磁石同期モータへ印加するdc軸電圧指令値V dc * 及びqc軸電圧指令値V qc * を、以下のモータ電圧方程式より算出し、
〔モータ電圧方程式〕
前記dc軸電圧指令値V dc * 及びqc軸電圧指令値V qc * と、前記dc軸電流検出値I dc 及びqc軸電流検出値I qc と、巻線抵抗設定値r * と、仮想インダクタンス設定値L ** と、に基づいて、制御系軸とモータ最大トルク軸との軸誤差を演算し、前記軸誤差を0に制御する手段を備え、さらに、
前記モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、前記第1のdc軸電流指令値I dc * を0以外の所定値に設定し、qc軸電圧指令補償値ΔV qc から、積分器を用いてモータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、前記モータ仮想インダクタンス設定値L ** に加算することにより、モータ仮想インダクタンスを同定することを特徴とするモータ駆動装置。 Permanent magnet synchronous motor, inverter circuit connected to a DC power source and driving the permanent magnet synchronous motor, motor current detecting means for detecting motor current from the output current of the inverter circuit or the bus current on the DC side, and motor current detection In a motor drive device comprising a control means for controlling the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor using a value,
The control means includes
Voltage applied to the permanent magnet synchronous motor using the first dc axis current command value I dc * and the first qc axis current command value I qc * generated based on the speed command to the permanent magnet synchronous motor A voltage command control unit that calculates a command value is provided.
The voltage command control unit
A dc-axis voltage command calculated from a deviation between the dc-axis current detection value I dc and the qc-axis current detection value I qc and the first dc-axis current command value I dc * and the first qc-axis current command value I qc * Compensation value ΔV dc and qc-axis voltage command compensation value ΔV qc , motor rotation speed command value ω 1 * , motor winding resistance setting value r * , motor virtual inductance setting value L ** , and motor induced voltage constant setting Using the value Ke * , a dc-axis voltage command value V dc * and a qc-axis voltage command value V qc * to be applied to the permanent magnet synchronous motor are calculated from the following motor voltage equation:
[Motor voltage equation]
The dc-axis voltage command value V dc * and the qc-axis voltage command value V qc * , the dc-axis current detection value I dc and the qc-axis current detection value I qc , the winding resistance setting value r *, and the virtual inductance setting A means for calculating an axis error between the control system axis and the motor maximum torque axis based on the value L ** and controlling the axis error to 0;
In a state where the motor is rotating, the first dc-axis current command value I dc * is set to a predetermined value other than 0 at a predetermined time after the identification of the motor-induced voltage constant is completed , and the qc-axis voltage command compensation value is set. A motor drive device characterized by calculating an error of a motor virtual inductance set value from ΔV qc using an integrator and adding the error to the motor virtual inductance set value L ** to identify the motor virtual inductance .
モータ起動前の所定時間に、前記モータ回転数指令値ω 1 * を0、前記dc軸電流指令値I dc * を所定値、前記qc軸電流指令値I qc * を0に設定し、
前記第2のdc軸電流指令値I dc ** と前記dc軸電流指令値I dc * との偏差から、積分器を用いてモータ巻線抵抗設定値の誤差を演算して、モータ巻線抵抗設定値r * に加算することにより、モータ巻線抵抗を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1,
At a predetermined time before starting the motor, the motor rotation speed command value ω 1 * is set to 0, the dc-axis current command value I dc * is set to a predetermined value, and the qc-axis current command value I qc * is set to 0,
Based on the deviation between the second dc-axis current command value I dc ** and the dc-axis current command value I dc * , an error of the motor winding resistance setting value is calculated using an integrator, and the motor winding resistance A motor drive device characterized by identifying a motor winding resistance by adding to a set value r * .
前記モータが回転している状態の所定時間に、前記dc軸電流指令値I dc * を0に設定し、
前記第2のdc軸電流指令値I dc ** から、積分器を用いてモータ誘起電圧定数設定値の誤差を演算し、前記モータ誘起電圧定数設定値Ke * に加算することにより、モータ誘起電圧定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1,
The dc-axis current command value I dc * is set to 0 at a predetermined time while the motor is rotating ,
An error of a motor induced voltage constant set value is calculated from the second dc-axis current command value I dc ** using an integrator, and added to the motor induced voltage constant set value Ke * to obtain a motor induced voltage. A motor driving device characterized by identifying a constant .
モータ起動前の所定時間に、前記モータ回転数指令値ωAt a predetermined time before starting the motor, the motor rotational speed command value ω 11 ** を0、前記dc軸電流指令値I0, the dc-axis current command value I dcdc ** を所定値、前記qc軸電流指令値IIs a predetermined value, the qc-axis current command value I qcqc ** を0に設定し、Set to 0,
前記dc軸電圧指令補償値ΔVThe dc axis voltage command compensation value ΔV dcdc から、積分器を用いてモータ巻線抵抗設定値の誤差を演算して、モータ巻線抵抗設定値rFrom the above, the error of the motor winding resistance setting value is calculated using an integrator, and the motor winding resistance setting value r is calculated. ** に加算することにより、モータ巻線抵抗を同定することを特徴とするモータ駆動装置。A motor drive device characterized by identifying the motor winding resistance by adding to.
前記モータが回転している状態の所定時間に、前記dc軸電流指令値IThe dc-axis current command value I at a predetermined time while the motor is rotating. dcdc ** を0に設定し、Set to 0,
前記qc軸電圧指令補償値ΔVQc-axis voltage command compensation value ΔV qcqc から、積分器を用いてモータ誘起電圧定数設定値の誤差を演算し、前記モータ誘起電圧定数設定値KeThen, an error of the motor induced voltage constant set value is calculated using an integrator, and the motor induced voltage constant set value Ke is calculated. ** に加算することにより、モータ誘起電圧定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。A motor drive device characterized by identifying a motor induced voltage constant by adding to
前記永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置に請求項1〜6の何れかのモータ駆動装置が採用されたことを特徴とする冷凍装置。A refrigeration apparatus comprising the motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 6 as a motor driving apparatus for driving the permanent magnet motor.
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