JP5230682B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

この発明は、例えば電気自動車の駆動装置や電動パワーステアリング装置等に用いられる同期電動機の駆動を制御する同期電動機の制御装置に関する。   The present invention relates to a synchronous motor control device that controls the driving of a synchronous motor used in, for example, an electric vehicle drive device and an electric power steering device.

同期電動機の駆動方法として、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)方式を用いた交流電圧駆動が知られている。PWM方式には、非同期PWM方式と同期PWM方式とがある。非同期PWM方式は、時間カウンタにより生成される搬送波の周期が固定であり、この搬送波の周期と演算装置で算出される指令交流波の周期とが同期していない方式である。   As a method for driving the synchronous motor, AC voltage driving using a PWM (Pulse Width Modulation) method is known. As the PWM method, there are an asynchronous PWM method and a synchronous PWM method. The asynchronous PWM system is a system in which the period of the carrier wave generated by the time counter is fixed, and the period of the carrier wave and the period of the command AC wave calculated by the arithmetic unit are not synchronized.

これに対して、同期PWM方式は、搬送波の周期と指令交流波の周期とが同期する方式である。そのため、同期PWM方式では、1つの指令交流波に含まれる搬送波の数が一定であり、位相カウンタにより生成される搬送波の周期は、非同期PWM方式における搬送波の固定周期と異なり、同期電動機の回転速度に応じて可変となる。   On the other hand, the synchronous PWM method is a method in which the cycle of the carrier wave and the cycle of the command AC wave are synchronized. Therefore, in the synchronous PWM method, the number of carrier waves included in one command AC wave is constant, and the cycle of the carrier wave generated by the phase counter is different from the fixed cycle of the carrier wave in the asynchronous PWM method, and the rotational speed of the synchronous motor It becomes variable according to.

同期電動機を非同期PWM方式で駆動する場合、同期電動機の回転速度が上がるにつれて、搬送波の周期と交流電圧周期とが近くなり、搬送波の周期と指令交流波の周期とが同期していないことに起因する著しい波形崩れが発生する恐れがあった。そのため、高調波成分が増大して電動機効率が低下するという問題があった。   When the synchronous motor is driven by the asynchronous PWM method, as the rotational speed of the synchronous motor increases, the carrier wave cycle and the AC voltage cycle become closer, and the carrier wave cycle and the command AC wave cycle are not synchronized. There was a risk that the waveform collapsed. Therefore, there has been a problem that harmonic components are increased and the motor efficiency is lowered.

そこで、上記の問題を解決するために、同期電動機を高速回転で制御する場合に、同期PWM方式を用いて搬送波の周期と指令交流波の周期とを同期させることにより、高調波成分を抑制して、電動機効率の低下を抑制する方法が提案されている。   Therefore, in order to solve the above problem, when the synchronous motor is controlled at high speed, the harmonic component is suppressed by synchronizing the period of the carrier wave and the period of the command AC wave using the synchronous PWM method. Thus, a method for suppressing a decrease in motor efficiency has been proposed.

ところで、PWM方式を用いて同期電動機を交流電圧駆動する場合において、サンプル値制御を実行するとき、PWM演算に用いられる交流電圧指令値の更新は、連続的な指令交流波の電圧に対して離散的となる。なお、交流電圧指令値の更新は、更新間隔を等間隔とするために、搬送波の山および谷で実行するのが一般的である。更新された交流電圧指令値に対してPWM演算を実行し、PWM電圧を生成することで、RL負荷である同期電動機に、このPWM電圧の平均電圧に応じた電流が流れることとなる。   By the way, in the case where the synchronous motor is driven with an AC voltage using the PWM method, when the sample value control is executed, the update of the AC voltage command value used for the PWM calculation is discrete with respect to the voltage of the continuous command AC wave. It becomes the target. In general, the AC voltage command value is updated at peaks and troughs of the carrier wave so that the update interval is equal. By executing PWM calculation on the updated AC voltage command value and generating the PWM voltage, a current corresponding to the average voltage of the PWM voltage flows to the synchronous motor that is the RL load.

ここで、上記PWM電圧の平均電圧は、搬送波の半周期(以後、「搬送波半周期)と称する)に相当するPWM演算期間内における連続的な指令交流波の電圧の平均値と等しい値にする必要があり、その値は、PWM演算期間の中央における指令交流波の電圧値に等しい。そのため、サンプル値制御において設定する交流電圧指令値を、PWM演算開始時の指令交流波の電圧値とすると、搬送波半周期の0.5倍の時間遅れに相当するPWM応答遅れが発生する。   Here, the average voltage of the PWM voltage is set equal to the average value of the voltage of the continuous command AC wave within the PWM calculation period corresponding to the half cycle of the carrier wave (hereinafter referred to as “carrier half cycle”). Therefore, the value is equal to the voltage value of the command AC wave at the center of the PWM calculation period, so that the AC voltage command value set in the sample value control is the voltage value of the command AC wave at the start of the PWM calculation. A PWM response delay corresponding to a time delay of 0.5 times the half cycle of the carrier wave occurs.

また、サンプル値制御を実行するにあたっては、演算装置で交流電圧指令値が算出されるまでに、一定時間の演算遅れが発生する。すなわち、PWM応答遅れによる0.5搬送波半周期に相当する時間と、演算遅れによる一定時間とを合計した遅延時間が発生することとなる。   In addition, when executing the sample value control, a calculation delay of a certain time occurs until the AC voltage command value is calculated by the calculation device. That is, a delay time is generated by adding a time corresponding to 0.5 carrier half-cycle due to the PWM response delay and a certain time due to the calculation delay.

このようなPWM応答遅れおよび演算遅れを含む遅延時間内においても、同期電動機の回転子は回転し、位相が変化するので、適切な位相で同期電動機に交流電圧を印加することができず、電動機効率およびトルクが低下するという問題があった。   Even within such a delay time including a PWM response delay and a calculation delay, the rotor of the synchronous motor rotates and the phase changes. Therefore, an AC voltage cannot be applied to the synchronous motor at an appropriate phase, and the motor There was a problem that efficiency and torque decreased.

そこで、上記の問題を解決するために、演算遅れが搬送波半周期に等しい(すなわち、遅延時間が1.5搬送波半周期である)同期電動機の制御装置において、PWM応答遅れおよび演算遅れによる位相遅れを補償する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   Therefore, in order to solve the above problem, in a synchronous motor control apparatus in which the operation delay is equal to the carrier half-cycle (that is, the delay time is 1.5 carrier half-cycle), the phase delay due to the PWM response delay and the operation delay Has been proposed (see Non-Patent Document 1, for example).

すなわち、非特許文献1には、同期電動機の回転子の位相に、1.5搬送波半周期分の位相を遅延補償量として加算し、演算装置で交流電圧指令値を算出する際の位相としてこの加算後の値を用いることにより、位相遅れを補償する方法が示されている。   That is, in Non-Patent Document 1, the phase for 1.5 carrier half cycle is added as a delay compensation amount to the phase of the rotor of the synchronous motor, and this is used as the phase when calculating the AC voltage command value by the arithmetic unit. A method of compensating for the phase delay by using the value after addition is shown.

織田健志、他3名著、「磁極位置センサレスPMモータの推定誤差要因とその対策」、平成20年電気学会産業応用部門大会講演論文集巻2008号、pp.I−273〜I−276Takeshi Oda and three other authors, “Estimated Error Factors of Magnetic Position Sensorless PM Motors and Countermeasures”, Proceedings of the 2008 IEEJ Industrial Application Conference, Vol. I-273-I-276

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献1の同期電動機の制御装置では、時間カウンタにより生成される搬送波の周期が固定であり、この搬送波の周期と交流電圧指令値の演算周期とが同期すること、すなわち同期電動機を非同期PWM方式で駆動することを前提として位相遅れを補償している。
However, the prior art has the following problems.
In the synchronous motor control device of Non-Patent Document 1, the period of the carrier wave generated by the time counter is fixed, and the period of the carrier wave is synchronized with the calculation period of the AC voltage command value, that is, the synchronous motor is operated by asynchronous PWM. The phase delay is compensated on the assumption that the system is driven.

ここで、上述したように、同期PWM方式では、搬送波の周期と指令交流波の周期とが同期しており、1つの指令交流波に含まれる搬送波の数が一定である。したがって、交流電圧周期に応じて搬送波の周期が変化するので、搬送波の周期と演算周期との同期をとることができない。   Here, as described above, in the synchronous PWM method, the cycle of the carrier wave and the cycle of the command AC wave are synchronized, and the number of carrier waves included in one command AC wave is constant. Therefore, since the cycle of the carrier wave changes in accordance with the AC voltage cycle, the carrier wave cycle and the calculation cycle cannot be synchronized.

そのため、非特許文献1に示された位相遅れの補償方法を、同期電動機を同期PWM方式で駆動する場合に適用することができない。したがって、同期電動機の高速回転時には、位相遅れを補償することができず、適切な位相で同期電動機に交流電圧を印加することができないので、電動機効率およびトルクが低下するという問題がある。   Therefore, the phase lag compensation method shown in Non-Patent Document 1 cannot be applied when the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method. Therefore, when the synchronous motor rotates at high speed, the phase lag cannot be compensated, and an AC voltage cannot be applied to the synchronous motor at an appropriate phase, which causes a problem that motor efficiency and torque are reduced.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、同期PWM方式による同期電動機の駆動により、搬送波の周期が可変となり、演算周期との同期をとれなくなった場合であっても、適切な位相で同期電動機に交流電圧を印加することにより、電動機効率およびトルクの低下を防止することができる同期電動機の制御装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a case where the period of the carrier wave becomes variable due to the driving of the synchronous motor by the synchronous PWM method, and cannot be synchronized with the calculation period. Another object of the present invention is to obtain a control device for a synchronous motor that can prevent a reduction in motor efficiency and torque by applying an AC voltage to the synchronous motor at an appropriate phase.

この発明に係る同期電動機の制御装置は、同期電動機の駆動を制御する同期電動機の制御装置であって、トルク指令、同期電動機の固定子に流れる電流および同期電動機の回転子の位相に基づいて、同期電動機に対する交流電圧指令を算出する電圧指令演算手段と、交流電圧指令に基づいて、非同期PWM方式または同期PWM方式で同期電動機を駆動する交流電圧を生成するPWMインバータと、同期電動機の運転状態に基づいて、非同期PWM方式と同期PWM方式とを切り替える切替手段と、非同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合、および同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合の各々において、電圧指令演算手段およびPWMインバータでそれぞれ発生する演算遅れおよびPWM応答遅れによる同期電動機の回転子の位相遅れを補償する位相補償手段と、を備え電圧指令演算手段は、同期電動機の固定子に流れる電流をdq電流に座標変換する第1座標変換手段と、トルク指令、dq電流および回転子の位相に基づいて、同期電動機に対するdq電圧指令値を算出するdq電圧指令演算手段と、dq電圧指令値を交流電圧指令に座標変換する第2座標変換手段と、を備え、位相補償手段は、同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合に、演算遅れ分の位相と、dq電圧指令値の前回値からの位相変化分とを現在の交流電圧位相に加算し、加算後の交流電圧位相と、搬送波の山から谷、または谷から山に向かって、搬送波半周期分の時間をかけてPWMパルスを生成する場合において、搬送波の山および谷であるPWM演算開始位相群とを比較し、加算後の交流電圧位相の次にくるPWM演算開始位相にPWM応答遅れ分の位相を加算した位相を、位相補償後の交流電圧位相とし、電圧指令演算手段は、位相補償手段で位相補償された回転子の位相を用いて、交流電圧指令を算出するものである。 The synchronous motor control device according to the present invention is a synchronous motor control device that controls the driving of the synchronous motor, based on the torque command, the current flowing through the stator of the synchronous motor, and the phase of the rotor of the synchronous motor, A voltage command calculation means for calculating an AC voltage command for the synchronous motor, a PWM inverter for generating an AC voltage for driving the synchronous motor in an asynchronous PWM method or a synchronous PWM method based on the AC voltage command, and an operation state of the synchronous motor Based on the switching means for switching between the asynchronous PWM system and the synchronous PWM system, the voltage command calculation means and the PWM inverter in each of the case where the synchronous motor is driven by the asynchronous PWM system and the case where the synchronous motor is driven by the synchronous PWM system Of the synchronous motor rotor due to computation delay and PWM response delay respectively Comprising phase compensation means for compensating the delay, the voltage command calculation means includes a first coordinate transformation means for coordinate transformation the current flowing through the stator of the synchronous motor in dq current, the torque command, dq current and rotor phase And a second coordinate conversion means for converting the dq voltage command value into an AC voltage command. The phase compensation means is a synchronous PWM. When the synchronous motor is driven by this method, the phase for the calculation delay and the phase change from the previous value of the dq voltage command value are added to the current AC voltage phase, and the AC voltage phase after the addition and the carrier wave When generating a PWM pulse over a half-cycle of carrier wave from peak to valley or from valley to peak, compare the PWM calculation start phase group which is the peak and valley of the carrier, The phase obtained by adding the phase corresponding to the PWM response delay to the PWM calculation start phase following the current voltage phase is defined as the AC voltage phase after phase compensation, and the voltage command calculation means The AC voltage command is calculated using the phase.

この発明に係る同期電動機の制御装置によれば、位相補償手段は、非同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合、および同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合の各々において、電圧指令演算手段およびPWMインバータでそれぞれ発生する演算遅れおよびPWM応答遅れによる同期電動機の回転子の位相遅れを補償し、電圧指令演算手段は、位相補償手段で位相補償された回転子の位相を用いて、交流電圧指令を算出する。
そのため、同期PWM方式による同期電動機の駆動により、搬送波の周期が可変となり、演算周期との同期をとれなくなった場合であっても、適切な位相で同期電動機に交流電圧を印加することにより、電動機効率およびトルクの低下を防止することができる。
According to the control device for a synchronous motor according to the present invention, the phase compensation means includes the voltage command calculation means and the PWM in each of the case where the synchronous motor is driven by the asynchronous PWM method and the case where the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method. Compensating for the phase delay of the synchronous motor rotor caused by the calculation delay and PWM response delay respectively generated by the inverter, the voltage command calculation means uses the phase of the rotor phase-compensated by the phase compensation means to output an AC voltage command. calculate.
Therefore, even when the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method, the period of the carrier wave becomes variable and synchronization with the calculation period cannot be achieved, the AC motor is applied by applying an AC voltage to the synchronous motor with an appropriate phase. A reduction in efficiency and torque can be prevented.

この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置を同期電動機とともに示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the control apparatus of the synchronous motor which concerns on Embodiment 1 of this invention with a synchronous motor. この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置において、非同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合の位相補償処理を示す説明図である。In the synchronous motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, it is an explanatory diagram showing a phase compensation process when the synchronous motor is driven by an asynchronous PWM method. この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置において、同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合の位相補償処理を示す説明図である。In the synchronous motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, it is an explanatory diagram showing phase compensation processing when the synchronous motor is driven by a synchronous PWM method. (a)、(b)は、この発明の実施の形態1に係る位相補償処理による効果を示す説明図である。(A), (b) is explanatory drawing which shows the effect by the phase compensation process which concerns on Embodiment 1 of this invention.

以下、この発明の同期電動機の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の各実施の形態では、この同期電動機の制御装置が、磁極位置センサレス制御装置である場合について説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of a control apparatus for a synchronous motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
In the following embodiments, a case will be described in which the synchronous motor control device is a magnetic pole position sensorless control device.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置1を同期電動機2とともに示すブロック構成図である。図1において、同期電動機の制御装置1は、同期電動機2の駆動を制御する。同期電動機2は、固定子3および回転子4を有している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a synchronous motor control device 1 according to Embodiment 1 of the present invention together with a synchronous motor 2. In FIG. 1, a synchronous motor control device 1 controls the driving of a synchronous motor 2. The synchronous motor 2 has a stator 3 and a rotor 4.

また、同期電動機の制御装置1は、界磁電流制御手段11、減算器12、PI補償器13、減算器14、dq電圧指令演算手段15(電圧指令演算手段、dq電圧指令演算手段)、積分器16、非同期PWM/同期PWM切替手段17、位相補償手段18、dq−3相座標変換手段19(電圧指令演算手段、第2座標変換手段)、PWMインバータ20、3相−dq座標変換手段21(第1座標変換手段)、全電流演算手段22および周波数補償手段23を備えている。   The control apparatus 1 for the synchronous motor includes a field current control means 11, a subtractor 12, a PI compensator 13, a subtractor 14, a dq voltage command calculation means 15 (voltage command calculation means, dq voltage command calculation means), an integration 16, asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17, phase compensation means 18, dq-3 phase coordinate conversion means 19 (voltage command calculation means, second coordinate conversion means), PWM inverter 20, 3 phase-dq coordinate conversion means 21 (First coordinate conversion means), total current calculation means 22 and frequency compensation means 23 are provided.

この同期電動機の制御装置1は、上述したように、磁極位置センサレス制御装置なので、d−q軸を知ることができない。そこで、制御側で設定した仮想d−q軸を用いて同期電動機2に通電し、回転子磁束と電機子反作用磁束との合計磁束を一定値に維持するとともに、この合計磁束を仮想d軸と合わせる磁束ベクトル制御を用いる。これにより、磁極位置を見失うことなく、電圧を制御することができる。   Since the synchronous motor control device 1 is a magnetic pole position sensorless control device as described above, it cannot know the dq axes. Therefore, the synchronous motor 2 is energized using the virtual dq axis set on the control side, and the total magnetic flux of the rotor magnetic flux and the armature reaction magnetic flux is maintained at a constant value. Use matching magnetic flux vector control. Thereby, the voltage can be controlled without losing sight of the magnetic pole position.

界磁電流制御手段11は、入力される界磁電流指令および界磁電流検出値に基づいて回転子4の界磁電流を制御し、回転子4から界磁磁束を発生させる。
減算器12は、入力されるトルク指令から、全電流演算手段22で算出された全電流を減算し、トルク偏差を出力する。すなわち、同期電動機の制御装置1は、トルク偏差を制御の操作量とすることでトルク制御を実行するトルクフィードバックの構成となっている。全電流演算手段22の機能については後述する。
The field current control unit 11 controls the field current of the rotor 4 based on the input field current command and the detected field current value, and generates a field magnetic flux from the rotor 4.
The subtracter 12 subtracts the total current calculated by the total current calculation means 22 from the input torque command, and outputs a torque deviation. That is, the control apparatus 1 for a synchronous motor has a torque feedback configuration in which torque control is performed by using a torque deviation as a control operation amount. The function of the total current calculation means 22 will be described later.

PI補償器13は、減算器12からのトルク偏差に基づいて、回転速度指令値ω*を算出し、この回転速度指令値ω*を出力する。
減算器14は、PI補償器13からの回転速度指令値ω*から、周波数補償手段23で算出された周波数補償量fcを減算し、周波数補償後の回転速度指令値ωc*を出力する。周波数補償手段23の機能については後述する。
The PI compensator 13 calculates a rotational speed command value ω * based on the torque deviation from the subtractor 12 and outputs the rotational speed command value ω *.
The subtracter 14 subtracts the frequency compensation amount fc calculated by the frequency compensation means 23 from the rotational speed command value ω * from the PI compensator 13 and outputs the rotational speed command value ωc * after frequency compensation. The function of the frequency compensation means 23 will be described later.

dq電圧指令演算手段15は、入力される界磁磁束と、減算器14からの周波数補償後の回転速度指令値ωc*と、3相−dq座標変換手段21からのd軸電流Idおよびq軸電流Iqとに基づいて、d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*を算出して出力する。この実施の形態1では、センサレス制御の1つである磁束ベクトル制御のアルゴリズムに基づいてdq電圧指令値(d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*)を算出するが、他のアルゴリズムに基づいてdq電圧指令値を算出してもよい。   The dq voltage command calculation means 15 includes the input field magnetic flux, the rotational speed command value ωc * after frequency compensation from the subtractor 14, the d-axis current Id and q-axis from the three-phase-dq coordinate conversion means 21. Based on the current Iq, the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * are calculated and output. In the first embodiment, dq voltage command values (d-axis voltage command Vd * and q-axis voltage command Vq *) are calculated based on an algorithm of magnetic flux vector control which is one of sensorless controls. Based on this, the dq voltage command value may be calculated.

積分器16は、減算器14からの周波数補償後の回転速度指令値ωc*に基づいて、回転子4の位相θを算出し、この回転子4の位相θを出力する。すなわち、積分器16は、回転子4の位相θを算出するための磁極位置算出手段である。具体的には、積分器16は、前回の回転子4の位相に、演算周期分の位相進みを加算して回転子4の位相θを算出する。なお、この位相進みは、演算周期に周波数補償後の回転速度指令値ωc*を乗算することによって得られる。   The integrator 16 calculates the phase θ of the rotor 4 based on the rotation speed command value ωc * after frequency compensation from the subtractor 14 and outputs the phase θ of the rotor 4. In other words, the integrator 16 is a magnetic pole position calculation means for calculating the phase θ of the rotor 4. Specifically, the integrator 16 calculates the phase θ of the rotor 4 by adding the phase advance for the calculation period to the previous phase of the rotor 4. This phase advance is obtained by multiplying the calculation cycle by the rotational speed command value ωc * after frequency compensation.

非同期PWM/同期PWM切替手段17は、減算器14からの周波数補償後の回転速度指令値ωc*(運転状態)に基づいて、非同期PWM方式で同期電動機2を駆動するか、同期PWM方式で同期電動機2を駆動するかを切り替える。具体的には、非同期PWM/同期PWM切替手段17は、周波数補償後の回転速度指令値ωc*が、例えば10万rpm以下である場合には、非同期PWM方式を選択し、10万rpmよりも高い場合には、同期PWM方式を選択するといったように、PWM方式を切り替える。   The asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 drives the synchronous motor 2 by the asynchronous PWM method or synchronizes by the synchronous PWM method based on the rotational speed command value ωc * (operation state) after frequency compensation from the subtractor 14. It switches whether the electric motor 2 is driven. Specifically, the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 selects the asynchronous PWM method when the rotational speed command value ωc * after frequency compensation is, for example, 100,000 rpm or less, and selects the asynchronous PWM method from 100,000 rpm. If it is higher, the PWM method is switched, such as selecting the synchronous PWM method.

なお、非同期PWM/同期PWM切替手段17でのPWM方式の切り替えにおいて、周波数補償後の回転速度指令値ωc*が上記10万rpm前後で変動する場合、PWM方式の切り替えが複数回行われて制御が不安定になる恐れがある。そこで、非同期PWM/同期PWM切替手段17は、設定された回転速度に対してヒステリシス(ヒステリシス手段)を有するか、または周波数補償後の回転速度指令値ωc*が設定された回転速度に到達した後、一定時間経過後にPWM方式を切り替えるタイマ手段を有している。   In the switching of the PWM method by the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17, when the rotational speed command value ωc * after frequency compensation fluctuates around the above 100,000 rpm, the switching of the PWM method is performed a plurality of times. May become unstable. Therefore, the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 has a hysteresis (hysteresis means) with respect to the set rotational speed, or after the rotational speed command value ωc * after frequency compensation reaches the set rotational speed. The timer means for switching the PWM system after a certain time has elapsed.

ここで、ヒステリシスとしては、設定された回転速度に対して数%(例えば、±2%)程度のヒステリシスを有することが考えられる。また、非同期PWM/同期PWM切替手段17は、ヒステリシスおよびタイマ手段をともに有していてもよい。
これにより、周波数補償後の回転速度指令値ωc*が設定された回転速度の前後で変動した場合であっても、PWM方式の切り替えが連続して実行されることを防止し、制御の安定性を向上させることができる。
Here, it is conceivable that the hysteresis has a hysteresis of about several percent (for example, ± 2%) with respect to the set rotation speed. The asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 may have both hysteresis and timer means.
As a result, even if the rotational speed command value ωc * after frequency compensation fluctuates before and after the set rotational speed, the switching of the PWM system is prevented from being executed continuously, and the control stability is improved. Can be improved.

位相補償手段18は、減算器14からの周波数補償後の回転速度指令値ωc*、積分器16からの回転子4の位相θおよび非同期PWM/同期PWM切替手段17で切り替えられたPWM方式に基づいて、非同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合、および同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合の各々において、dq電圧指令演算手段15、dq−3相座標変換手段19およびPWMインバータ20でそれぞれ発生する演算遅れ、位相変化遅れおよびPWM応答遅れによる回転子4の位相遅れを補償し、位相補償後の回転子位相θcを出力する。位相補償手段18の詳細な機能については後述する。   The phase compensation means 18 is based on the rotational speed command value ωc * after frequency compensation from the subtractor 14, the phase θ of the rotor 4 from the integrator 16, and the PWM method switched by the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17. When the synchronous motor 2 is driven by the asynchronous PWM method and when the synchronous motor 2 is driven by the synchronous PWM method, the dq voltage command calculating means 15, the dq-3 phase coordinate converting means 19 and the PWM inverter 20 are used. Compensate for the phase delay of the rotor 4 due to the calculation delay, phase change delay and PWM response delay that occur, and output the rotor phase θc after phase compensation. The detailed function of the phase compensation means 18 will be described later.

dq−3相座標変換手段19は、dq電圧指令演算手段15からのd軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*と、位相補償手段18からの位相補償後の回転子位相θcとに基づいて、U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*およびW相電圧指令Vw*を算出して出力する。U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*およびW相電圧指令Vw*は、それぞれ次式(1)〜(3)で表される。   The dq-3 phase coordinate conversion unit 19 is based on the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * from the dq voltage command calculation unit 15 and the rotor phase θc after phase compensation from the phase compensation unit 18. The U-phase voltage command Vu *, the V-phase voltage command Vv *, and the W-phase voltage command Vw * are calculated and output. The U-phase voltage command Vu *, the V-phase voltage command Vv *, and the W-phase voltage command Vw * are represented by the following equations (1) to (3), respectively.

Vu*=Vd*・cosθc−Vq*・sinθc・・・(1)     Vu * = Vd * · cos θc−Vq * · sin θc (1)

Vv*=Vd*・cos(θc+240°)−Vq*・sin(θc+240°)・・・(2)     Vv * = Vd * · cos (θc + 240 °) −Vq * · sin (θc + 240 °) (2)

Vw*=−(Vu*+Vv*)・・・(3)     Vw * = − (Vu * + Vv *) (3)

PWMインバータ20は、dq−3相座標変換手段19からのU相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*およびW相電圧指令Vw*と、非同期PWM/同期PWM切替手段17で切り替えられたPWM方式とに基づいて、非同期PWM方式または同期PWM方式で同期電動機2を駆動する交流電圧を生成する。   The PWM inverter 20 is switched by the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 from the U-phase voltage command Vu *, the V-phase voltage command Vv * and the W-phase voltage command Vw * from the dq-3 phase coordinate conversion means 19. The AC voltage for driving the synchronous motor 2 is generated based on the asynchronous PWM method or the synchronous PWM method.

具体的には、PWMインバータ20は、非同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合には、時間カウンタに基づく一定周期の搬送波と3相交流電圧指令値とを用いてPWMパルスを生成する。また、PWMインバータ20は、同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合には、3相交流電圧位相をカウントする位相カウンタに基づく搬送波と3相交流電圧指令値とを用いてPWMパルスを生成する。   Specifically, when the synchronous motor 2 is driven by the asynchronous PWM method, the PWM inverter 20 generates a PWM pulse using a carrier wave having a constant period based on a time counter and a three-phase AC voltage command value. Further, when the synchronous motor 2 is driven by the synchronous PWM method, the PWM inverter 20 generates a PWM pulse using a carrier wave based on a phase counter that counts a three-phase AC voltage phase and a three-phase AC voltage command value. .

ここで、時間カウンタは、まず、搬送波半周期と時間カウント幅とに基づいて設定されたカウント上限値を用意する。続いて、カウント値を0からカウント時間幅毎にインクリメントさせていき、カウント値がカウント上限値に達した後、カウント値を0までデクリメントさせていく。この処理を繰り返すことにより、所望の周期の搬送波を生成することができる。   Here, the time counter first prepares a count upper limit value set based on the carrier half-cycle and the time count width. Subsequently, the count value is incremented from 0 for each count time width, and after the count value reaches the count upper limit value, the count value is decremented to 0. By repeating this process, a carrier wave having a desired period can be generated.

また、位相カウンタは、まず、搬送波半周期に進む移相量と位相カウント幅とに基づいて設定されたカウント上限値を用意する。続いて、カウント値を0からインクリメントさせていくが、このとき、交流電圧位相を参照しながら、その電圧位相が進む毎にインクリメントさせる。次に、カウント値がカウント上限値に達した後、カウント値を0までデクリメントさせていく。また、dq電圧指令値が更新されて位相の変化があった場合には、参照している交流電圧位相にdq電圧指令値の更新による位相変化量を加算した値に基づいて、カウント値を変更する。   Further, the phase counter first prepares a count upper limit value set based on the phase shift amount and the phase count width that advance in the carrier half-cycle. Subsequently, the count value is incremented from 0. At this time, the count value is incremented each time the voltage phase advances while referring to the AC voltage phase. Next, after the count value reaches the count upper limit value, the count value is decremented to zero. Also, if the dq voltage command value is updated and there is a phase change, the count value is changed based on the value obtained by adding the phase change amount due to the update of the dq voltage command value to the referenced AC voltage phase To do.

3相−dq座標変換手段21は、積分器16からの回転子4の位相θに基づいて、同期電動機2の固定子3に流れる3相電流からdq電流値(d軸電流Idおよびq軸電流Iq)を算出して出力する。なお、この実施の形態1では、3相電流のうち、U相電流IuおよびV相電流Ivを検出し、これらの検出電流に基づいてdq電流値を算出しているが、これに限定されず、検出する相電流は、3相のうちどの2相であってもよい。3相−dq座標変換手段21で算出されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqは、下記の他、トルク指令の演算に用いられる。   Based on the phase θ of the rotor 4 from the integrator 16, the three-phase-dq coordinate conversion means 21 converts the dq current value (d-axis current Id and q-axis current from the three-phase current flowing in the stator 3 of the synchronous motor 2. Iq) is calculated and output. In the first embodiment, the U-phase current Iu and the V-phase current Iv are detected from the three-phase currents, and the dq current value is calculated based on these detected currents. However, the present invention is not limited to this. The phase current to be detected may be any two of the three phases. In addition to the following, the d-axis current Id and the q-axis current Iq calculated by the three-phase-dq coordinate conversion means 21 are used for calculation of a torque command.

全電流演算手段22は、3相−dq座標変換手段21からのd軸電流Idおよびq軸電流Iqの二乗和の平方根を算出し、全電流を出力する。
周波数補償手段23は、3相−dq座標変換手段21からのq軸電流Iqに基づいて、PI補償器13からの回転速度指令値ω*の周波数を補償する周波数補償量fcを算出して出力する。周波数補償量fcは、次式(4)で表される。
The total current calculation means 22 calculates the square root of the square sum of the d-axis current Id and the q-axis current Iq from the three-phase-dq coordinate conversion means 21, and outputs the total current.
The frequency compensation means 23 calculates and outputs a frequency compensation amount fc for compensating the frequency of the rotational speed command value ω * from the PI compensator 13 based on the q-axis current Iq from the three-phase-dq coordinate conversion means 21. To do. The frequency compensation amount fc is expressed by the following equation (4).

fc=(khpf×ωhpf)×s/(s+ωhpf)×Iq・・・(4) fc = (k hpf × ω hpf ) × s / (s + ω hpf ) × Iq (4)

また、変数の定義は、khpfは周波数補償ゲイン、ωhpfはハイパスフィルタ通過周波数、sはラプラス演算子を示している。 In addition, the definition of the variable indicates that k hpf is a frequency compensation gain, ω hpf is a high-pass filter pass frequency, and s is a Laplace operator.

続いて、位相補償手段18の詳細な機能について説明する。
まず、図2を参照しながら、非同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合における位相補償手段18の位相補償処理について説明する。
Next, the detailed function of the phase compensation means 18 will be described.
First, the phase compensation processing of the phase compensation means 18 when the synchronous motor 2 is driven by the asynchronous PWM method will be described with reference to FIG.

この実施の形態1では、上述した非特許文献1のものと同様に、時間カウンタにより生成される搬送波の周期が固定であり、この搬送波の周期と交流電圧指令値の演算周期とを同期させている。
図2に示されるように、3相交流電圧指令値の演算時間が搬送波半周期Thcであり、搬送波の山および谷で3相交流電圧指令値を更新する場合、この3相交流電圧指令値の演算遅れに伴い、ωc*・Thcの位相遅れが発生する。
In the first embodiment, similarly to the non-patent document 1 described above, the period of the carrier wave generated by the time counter is fixed, and the period of the carrier wave is synchronized with the calculation period of the AC voltage command value. Yes.
As shown in FIG. 2, when the calculation time of the three-phase AC voltage command value is the carrier half-cycle Thc and the three-phase AC voltage command value is updated in the peak and valley of the carrier wave, A phase delay of ωc * · Thc occurs with the calculation delay.

また、PWM電圧の平均電圧は、搬送波半周期に相当するPWM演算期間内における連続的な指令交流波の電圧の平均値と等しい値にする必要があり、その値は、PWM演算期間の中央における指令交流波の電圧値に等しい。そのため、サンプル値制御において設定する交流電圧指令値を、PWM演算開始時の指令交流波の電圧値とすると、搬送波半周期の0.5倍の時間遅れに相当するPWM応答遅れが発生する。そこで、このPWM応答遅れを補償するために、0.5ωc*・Thcの位相加算が必要となる。   Further, the average voltage of the PWM voltage needs to be equal to the average value of the voltage of the continuous command AC wave in the PWM calculation period corresponding to the half cycle of the carrier wave, and the value is in the center of the PWM calculation period. It is equal to the voltage value of the command AC wave. Therefore, if the AC voltage command value set in the sample value control is the voltage value of the command AC wave at the start of PWM calculation, a PWM response delay corresponding to a time delay of 0.5 times the half cycle of the carrier wave occurs. Therefore, in order to compensate for this PWM response delay, a phase addition of 0.5ωc * · Thc is required.

したがって、位相補償手段18は、上記演算遅れおよびPWM応答遅れの位相和である1.5ωc*・Thcを、積分器16からの回転子4の位相θに加算した位相補償後の回転子位相θcを算出し、dq−3相座標変換手段19における座標変換のための位相として出力する。   Therefore, the phase compensation means 18 adds 1.5ωc * · Thc, which is the phase sum of the calculation delay and the PWM response delay, to the phase θ of the rotor 4 from the integrator 16, and the rotor phase θc after phase compensation. Is calculated and output as a phase for coordinate conversion in the dq-3 phase coordinate conversion means 19.

続いて、図3を参照しながら、同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合における位相補償手段18の位相補償処理について説明する。   Next, the phase compensation processing of the phase compensation means 18 when the synchronous motor 2 is driven by the synchronous PWM method will be described with reference to FIG.

図3において、位相補償手段18は、まず、dq電圧指令値の更新時に、現在の3相交流電圧位相φを位相カウンタから参照し、その位相に3相交流電圧指令値の演算時間Tcal分の位相遅れと、dq電圧指令値を前回値Vd*、Vq*からそれぞれVd_n*、Vq_n*に更新する際に発生する位相変化分δとを加算する。位相変化分δは、次式(5)で表される。   In FIG. 3, when the dq voltage command value is updated, the phase compensation means 18 first refers to the current three-phase AC voltage phase φ from the phase counter, and the three-phase AC voltage command value is calculated for the calculation time Tcal. The phase delay and the phase change δ generated when the dq voltage command value is updated from the previous values Vd * and Vq * to Vd_n * and Vq_n *, respectively, are added. The phase change δ is expressed by the following equation (5).

δ=arctan(−Vd_n*/Vq_n*)−arctan(−Vd*/Vq*)・・・(5)     δ = arctan (−Vd_n * / Vq_n *) − arctan (−Vd * / Vq *) (5)

また、加算後の3相交流電圧位相φ_nは、次式(6)で表される。これにより、交流電圧指令値生成時の位相を算出することができる。
φ_n=φ+ω*・Tcal+δ・・・(6)
Further, the three-phase AC voltage phase φ_n after the addition is expressed by the following equation (6). Thereby, the phase at the time of generating an AC voltage command value can be calculated.
φ_n = φ + ω * · Tcal + δ (6)

続いて、位相補償手段18は、加算後の3相交流電圧位相φ_nとPWM演算開始位相群とを比較する。ここで、PWM演算開始位相群は、図2に示されるように、例えば搬送波の山から谷、または谷から山に向かって搬送波半周期分の時間をかけてPWMパルスを生成する場合、その搬送波の山および谷であり、交流電圧1周期中に入る搬送波の数によってその位相が決まる。交流電圧1周期中に入る搬送波の数をNとすると、PWM演算開始位相群φiは、0〜2N−1の整数値iを用いて、次式(7)で表される。   Subsequently, the phase compensation means 18 compares the added three-phase AC voltage phase φ_n with the PWM calculation start phase group. Here, as shown in FIG. 2, the PWM calculation start phase group is generated when, for example, a PWM pulse is generated over a half period of the carrier wave from the peak to the valley of the carrier or from the valley to the peak. The phase is determined by the number of carrier waves entering one AC voltage cycle. Assuming that the number of carriers included in one AC voltage cycle is N, the PWM calculation start phase group φi is expressed by the following expression (7) using an integer value i of 0 to 2N−1.

φi=180i/N+90/N[deg]・・・(7)     φi = 180i / N + 90 / N [deg] (7)

なお、PWM演算開始位相群は、搬送波の山および谷に限定する必要はなく、山および谷からずれた位相であってもよい。
また、上述したPWM応答遅れ分の位相は、同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合には、PWM演算開始位相群によらず搬送波半周期の0.5倍分の位相となる。すなわち、交流電圧1周期中に入る搬送波の数をNとすると、PWM応答遅れ分の位相は、90/N[deg]と表され、同期電動機2の回転速度に依存しないことが分かる。
The PWM calculation start phase group need not be limited to the peaks and valleys of the carrier wave, and may be phases shifted from the peaks and valleys.
Further, when the synchronous motor 2 is driven by the synchronous PWM method, the phase corresponding to the PWM response delay described above is a phase corresponding to 0.5 times the half cycle of the carrier wave regardless of the PWM calculation start phase group. That is, when the number of carrier waves entering one cycle of the AC voltage is N, the phase of the PWM response delay is expressed as 90 / N [deg], and it can be seen that it does not depend on the rotational speed of the synchronous motor 2.

位相補償手段18は、加算後の3相交流電圧位相φ_nとPWM演算開始位相群とを比較し、次にくるPWM演算開始位相を選択して、その位相にPWM応答遅れ分の位相90/Nを加算した位相を、3相交流電圧指令値の位相とする。したがって、位相補償後の回転子位相θcは、選択されたPWM演算開始位相φi(i=0,1,・・・,2N)を用いて、次式(8)で表される。   The phase compensation means 18 compares the three-phase AC voltage phase φ_n after addition with the PWM calculation start phase group, selects the next PWM calculation start phase, and the phase 90 / N corresponding to the PWM response delay is selected as the phase. Is the phase of the three-phase AC voltage command value. Therefore, the rotor phase θc after phase compensation is expressed by the following equation (8) using the selected PWM calculation start phase φi (i = 0, 1,..., 2N).

θc=φi+90/N−arctan(−Vd_n*/Vq_n*)・・・(8)     θc = φi + 90 / N-arctan (−Vd_n * / Vq_n *) (8)

図3においては、φ3がPWM演算開始位相となり、φ3〜φ4の間でPWM演算が実行される。なお、図3では、位相変化分δが負の値である場合を示しているが、位相変化分δは、0および正の値であっても、同様の方法によって位相補償を実行することができる。   In FIG. 3, φ3 is the PWM calculation start phase, and PWM calculation is executed between φ3 and φ4. Note that FIG. 3 shows a case where the phase change δ is a negative value, but even if the phase change δ is 0 and a positive value, phase compensation can be executed by the same method. it can.

図4は、この発明の実施の形態1に係る位相補償処理による効果を示す説明図である。図4は、d軸電流Id=0として、q軸電流Iqに比例するトルクを制御する場合における位相補償の効果を示している。また、回転子4の位相に同期するd−q座標が、演算遅れおよびPWM応答遅れに相当する位相φdだけ進んだときの座標がd‘−q’座標である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the effect of the phase compensation processing according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 shows the effect of phase compensation when the torque proportional to the q-axis current Iq is controlled with the d-axis current Id = 0. Further, the d′-q coordinate is the coordinate when the dq coordinate synchronized with the phase of the rotor 4 advances by the phase φd corresponding to the calculation delay and the PWM response delay.

この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置1により、非同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合のみならず、同期PWM方式で同期電動機2を駆動する場合であっても、位相補償効果を得ることができる。すなわち、図4(a)のように、位相補償を実行しない場合には、q軸電流Iqcomの方向のq’軸からのずれ、つまり交流位相のずれが発生するので、q’軸電流が減少しトルクが低下する。これに対して、図4(b)のように、位相補償を実行した場合には、q’軸電流としてIqcomが得られるので、トルクの低下を抑制することができる。   The synchronous motor control apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is not only for driving the synchronous motor 2 by the asynchronous PWM method but also for the case of driving the synchronous motor 2 by the synchronous PWM method. An effect can be obtained. That is, as shown in FIG. 4A, when phase compensation is not executed, a shift from the q′-axis in the direction of the q-axis current Iqcom, that is, a shift in AC phase occurs, so that the q′-axis current decreases. Torque decreases. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when phase compensation is executed, Iqcom is obtained as the q′-axis current, so that a reduction in torque can be suppressed.

以上のように、実施の形態1によれば、位相補償手段は、非同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合、および同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合の各々において、電圧指令演算手段およびPWMインバータでそれぞれ発生する演算遅れおよびPWM応答遅れによる同期電動機の回転子の位相遅れを補償し、電圧指令演算手段は、位相補償手段で位相補償された回転子の位相を用いて、交流電圧指令を算出する。
また、位相補償手段は、同期PWM方式で同期電動機を駆動する場合に、演算遅れ分の位相と、dq電圧指令を交流電圧指令に座標変換する際に発生する位相変化分とを現在の交流電圧位相に加算し、加算後の交流電圧位相とPWM演算開始位相群とを比較し、加算後の交流電圧位相の次にくるPWM演算開始位相にPWM応答遅れ分の位相を加算した位相を、位相補償後の交流電圧位相とする。
そのため、同期PWM方式による同期電動機の駆動により、搬送波の周期が可変となり、演算周期との同期をとれなくなった場合であっても、適切な位相で同期電動機に交流電圧を印加することにより、電動機効率およびトルクの低下を防止することができる。
As described above, according to the first embodiment, the phase compensation means includes the voltage command calculation means and the PWM in each of the case where the synchronous motor is driven by the asynchronous PWM method and the case where the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method. Compensating for the phase delay of the synchronous motor rotor caused by the calculation delay and PWM response delay respectively generated by the inverter, the voltage command calculation means uses the phase of the rotor phase-compensated by the phase compensation means to output an AC voltage command. calculate.
Further, when the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method, the phase compensation means calculates the phase of the calculation delay and the phase change generated when the dq voltage command is coordinate-converted into the AC voltage command. Add the phase to the phase, compare the AC voltage phase after the addition with the PWM calculation start phase group, and add the phase corresponding to the PWM response delay to the PWM calculation start phase next to the AC voltage phase after the addition. The compensated AC voltage phase.
Therefore, even when the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method, the period of the carrier wave becomes variable and synchronization with the calculation period cannot be achieved, the AC motor is applied by applying an AC voltage to the synchronous motor with an appropriate phase. A reduction in efficiency and torque can be prevented.

なお、上記実施の形態1では、同期電動機の制御装置1が、磁極位置センサレス制御装置である場合について説明したが、磁極位置検出センサを用いる制御装置であってもよい。磁極位置を検出する磁極位置検出センサを用いることにより、図1に示した積分器16が不要となり、微分器を用いることにより、同期電動機2の実回転速度を算出することができる。また、この実回転速度をフィードバックさせることにより、電動機回転速度の閉ループ制御を実行することができる。   In the first embodiment, the case where the synchronous motor control device 1 is a magnetic pole position sensorless control device has been described. However, a control device using a magnetic pole position detection sensor may be used. By using the magnetic pole position detection sensor for detecting the magnetic pole position, the integrator 16 shown in FIG. 1 is not necessary, and by using the differentiator, the actual rotational speed of the synchronous motor 2 can be calculated. In addition, closed loop control of the motor rotation speed can be executed by feeding back the actual rotation speed.

また、上記実施の形態1では、d−q座標系によるベクトル制御を実行する構成を示したが、d−q座標系を用いずに、交流電圧そのものを制御する構成であってもよい。この場合には、dq電圧指令値の更新における位相変化分を考慮する必要がなくなるので、同期PWM方式で同期電動機2を駆動する際の位相補償の処理が簡便となる。   In the first embodiment, the configuration is shown in which the vector control is performed using the dq coordinate system. However, the configuration may be such that the AC voltage itself is controlled without using the dq coordinate system. In this case, it is not necessary to consider the phase change in the update of the dq voltage command value, so that the phase compensation process when driving the synchronous motor 2 by the synchronous PWM method becomes simple.

また、上記実施の形態1では、交流の相数を3としたが、交流の相数はこれに限定されない。
また、上記実施の形態1では、界磁電流制御により界磁磁束を発生させる構成を示したが、永久磁石を用いた回転子により界磁磁束を発生させてもよい。回転子に永久磁石を用いることで、界磁電流が不要になるので、電動機効率を向上させることができる。
In the first embodiment, the number of alternating phases is three, but the number of alternating phases is not limited to this.
In the first embodiment, the field magnetic flux is generated by the field current control. However, the field magnetic flux may be generated by a rotor using a permanent magnet. By using a permanent magnet for the rotor, a field current is not required, so that the motor efficiency can be improved.

また、上記実施の形態1では、非同期PWM/同期PWM切替手段17での切り替え回転速度を10万rpmとし、ヒステリシスを±2%としたが、これらの数値は、マイコンの性能や同期電動機の性能に基づく数値なので、適用されるシステム毎に異なる値が設定される。   In the first embodiment, the switching rotational speed in the asynchronous PWM / synchronous PWM switching means 17 is 100,000 rpm and the hysteresis is ± 2%. However, these values are the performance of the microcomputer and the performance of the synchronous motor. Therefore, a different value is set for each applied system.

また、上記実施の形態1では、図4において、d軸電流Id=0とする制御における位相補償処理の効果について説明したが、この発明の実施の形態1に係る同期電動機の制御装置1は、特定の制御アルゴリズムに限定されることはなく、他の様々な制御アルゴリズムに適用可能である。   In the first embodiment, the effect of the phase compensation process in the control for setting the d-axis current Id = 0 in FIG. 4 has been described. However, the control apparatus 1 for the synchronous motor according to the first embodiment of the present invention is as follows. The present invention is not limited to a specific control algorithm, and can be applied to various other control algorithms.

1 同期電動機の制御装置、2 同期電動機、3 固定子、4 回転子、11 界磁電流制御手段、12 減算器、13 PI補償器、14 減算器、15 dq電圧指令演算手段、16 積分器、17 非同期PWM/同期PWM切替手段、18 位相補償手段、19 dq−3相座標変換手段、20 PWMインバータ、21 3相−dq座標変換手段、22 全電流演算手段、23 周波数補償手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus of synchronous motor, 2 Synchronous motor, 3 Stator, 4 Rotor, 11 Field current control means, 12 Subtractor, 13 PI compensator, 14 Subtractor, 15 dq voltage command calculating means, 16 Integrator, 17 asynchronous PWM / synchronous PWM switching means, 18 phase compensation means, 19 dq-3 phase coordinate conversion means, 20 PWM inverter, 21 3 phase-dq coordinate conversion means, 22 total current calculation means, 23 frequency compensation means.

Claims (3)

同期電動機の駆動を制御する同期電動機の制御装置であって、
トルク指令、前記同期電動機の固定子に流れる電流および前記同期電動機の回転子の位相に基づいて、前記同期電動機に対する交流電圧指令を算出する電圧指令演算手段と、
前記交流電圧指令に基づいて、非同期PWM方式または同期PWM方式で前記同期電動機を駆動する交流電圧を生成するPWMインバータと、
前記同期電動機の運転状態に基づいて、前記非同期PWM方式と前記同期PWM方式とを切り替える切替手段と、
前記非同期PWM方式で前記同期電動機を駆動する場合、および前記同期PWM方式で前記同期電動機を駆動する場合の各々において、前記電圧指令演算手段および前記PWMインバータでそれぞれ発生する演算遅れおよびPWM応答遅れによる前記同期電動機の回転子の位相遅れを補償する位相補償手段と、を備え
前記電圧指令演算手段は、
前記同期電動機の固定子に流れる電流をdq電流に座標変換する第1座標変換手段と、
前記トルク指令、前記dq電流および前記回転子の位相に基づいて、前記同期電動機に対するdq電圧指令値を算出するdq電圧指令演算手段と、
前記dq電圧指令値を前記交流電圧指令に座標変換する第2座標変換手段と、を備え、
前記位相補償手段は、前記同期PWM方式で前記同期電動機を駆動する場合に、前記演算遅れ分の位相と、前記dq電圧指令値の前回値からの位相変化分とを現在の交流電圧位相に加算し、加算後の交流電圧位相と、搬送波の山から谷、または谷から山に向かって、搬送波半周期分の時間をかけてPWMパルスを生成する場合において、前記搬送波の山および谷であるPWM演算開始位相群とを比較し、前記加算後の交流電圧位相の次にくるPWM演算開始位相に前記PWM応答遅れ分の位相を加算した位相を、位相補償後の交流電圧位相とし、
前記電圧指令演算手段は、前記位相補償手段で位相補償された前記回転子の位相を用いて、前記交流電圧指令を算出する
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
A control device for a synchronous motor that controls driving of the synchronous motor,
Voltage command calculation means for calculating an AC voltage command for the synchronous motor based on a torque command, a current flowing through the stator of the synchronous motor and a phase of the rotor of the synchronous motor;
A PWM inverter that generates an AC voltage for driving the synchronous motor in an asynchronous PWM method or a synchronous PWM method based on the AC voltage command;
Switching means for switching between the asynchronous PWM method and the synchronous PWM method based on the operating state of the synchronous motor;
In each of the case where the synchronous motor is driven by the asynchronous PWM method and the case where the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method, calculation delays and PWM response delays respectively generated by the voltage command calculation means and the PWM inverter are caused. and a phase compensation means for compensating the phase lag of the rotor of the synchronous motor,
The voltage command calculation means is
First coordinate conversion means for converting the current flowing in the stator of the synchronous motor into a dq current;
Dq voltage command calculation means for calculating a dq voltage command value for the synchronous motor based on the torque command, the dq current and the phase of the rotor;
Second coordinate conversion means for converting the dq voltage command value into the AC voltage command,
When the synchronous motor is driven by the synchronous PWM method, the phase compensation means adds the phase for the calculation delay and the phase change from the previous value of the dq voltage command value to the current AC voltage phase. In the case where the PWM pulse is generated by taking the AC voltage phase after the addition and the half-cycle of the carrier wave from the peak to the valley of the carrier or from the valley to the peak, the PWM that is the peak and valley of the carrier. Comparing the calculation start phase group, the phase obtained by adding the phase corresponding to the PWM response delay to the PWM calculation start phase following the AC voltage phase after the addition is defined as the AC voltage phase after phase compensation,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the voltage command calculation means calculates the AC voltage command using the phase of the rotor phase-compensated by the phase compensation means.
前記同期電動機の運転状態は、前記同期電動機の回転速度であることを特徴とする請求項1に記載の同期電動機の制御装置。   2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the operation state of the synchronous motor is a rotation speed of the synchronous motor. 前記切替手段は、前記非同期PWM方式と前記同期PWM方式との切り替えに際して、ヒステリシス手段およびタイマ手段の少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の同期電動機の制御装置。
The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the switching unit includes at least one of a hysteresis unit and a timer unit when switching between the asynchronous PWM method and the synchronous PWM method.
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