JP5282443B2 - Control device for permanent magnet type synchronous motor - Google Patents

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JP5282443B2 JP2008122232A JP2008122232A JP5282443B2 JP 5282443 B2 JP5282443 B2 JP 5282443B2 JP 2008122232 A JP2008122232 A JP 2008122232A JP 2008122232 A JP2008122232 A JP 2008122232A JP 5282443 B2 JP5282443 B2 JP 5282443B2
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本発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置に関し、詳しくは、永久磁石形同期電動機の回転子の突極性と磁気飽和特性とを利用して電動機の磁極位置を確実に演算可能とした制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for a permanent magnet type synchronous motor that does not have a magnetic pole position detector, and more particularly, to reliably determine the magnetic pole position of a motor using the saliency and magnetic saturation characteristics of a rotor of a permanent magnet type synchronous motor. The present invention relates to a control device that can be operated on.

永久磁石形同期電動機(以下、PMSMともいう)の制御装置のコストを低減するため、磁極位置検出器を使わないで運転する、いわゆるセンサレス制御技術が実用化されている。
ところで、PMSMは、回転子の構造により、表面磁石構造永久磁石形同期電動機(以下、SPMSMともいう)と埋込磁石構造永久磁石形同期電動機(以下、IPMSMともいう)とに大別される。これらのうち、IPMSMにおいては、回転子の突極性と磁気飽和特性とを利用して磁極位置を演算する技術が実用化されている。
In order to reduce the cost of a control device for a permanent magnet type synchronous motor (hereinafter also referred to as PMSM), a so-called sensorless control technique that operates without using a magnetic pole position detector has been put into practical use.
By the way, PMSM is roughly classified into a surface magnet structure permanent magnet synchronous motor (hereinafter also referred to as SPMSM) and an embedded magnet structure permanent magnet synchronous motor (hereinafter also referred to as IPMSM) depending on the structure of the rotor. Among these, in IPMSM, a technique for calculating the magnetic pole position using the saliency of the rotor and the magnetic saturation characteristics has been put into practical use.

例えば、特許文献1及び非特許文献1には、回転子の突極性(後述するd軸とq軸とでインダクタンスが異なる性質)を利用して磁極位置を演算する技術が開示されている。これらの文献によれば、回転子の磁極方向であるd軸と、制御装置側で推定したd軸(両文献ではdc軸と表記)との間に角度誤差がある場合に、推定のd軸とこれと直交する推定のq軸(両文献ではqc軸と表記)との間に、前記角度誤差に依存して発生する相互インダクタンスを利用して磁極位置を演算している。
具体的には、推定のd軸と平行方向のベクトルである高周波交番電圧を電動機に印加し、このときに推定のq軸方向に流れる高周波電流が零になるようにして磁極位置を演算しており、これにより、零速度を含む低速時における電動機のセンサレス制御を可能にしている。
For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a technique for calculating the magnetic pole position using the saliency of a rotor (the property that inductance differs between a d-axis and a q-axis, which will be described later). According to these documents, when there is an angular error between the d-axis that is the magnetic pole direction of the rotor and the d-axis estimated on the control device side (denoted as dc axis in both documents), the estimated d-axis The magnetic pole position is calculated using the mutual inductance generated depending on the angle error between the angle q and the estimated q axis orthogonal to this (indicated by the qc axis in both documents).
Specifically, a high-frequency alternating voltage that is a vector parallel to the estimated d-axis is applied to the motor, and the magnetic pole position is calculated so that the high-frequency current flowing in the estimated q-axis direction becomes zero at this time. Thus, sensorless control of the electric motor at low speeds including zero speed is enabled.

しかし、回転子の突極性を利用して演算した磁極位置は、原理的に回転子のN極とS極とを判別できないため、180[deg]の誤差を持つことがある。
そこで、N極方向とS極方向とで電動機鉄芯の磁気飽和特性によるインダクタンス値に違いがあることを利用して、回転子のN極とS極とを判別することが考えられる。例えば、前述した非特許文献1では、推定のd軸のプラス方向、及び、推定のd軸のマイナス方向にパルス電圧を印加したときの電流応答を比較してN極方向とS極方向とを判別し、磁極位置を補正している。
また、特許文献2の請求項4では、特許文献1や非特許文献1に示した突極性を利用した磁極位置演算を行いながら、推定のd軸のプラス方向、及び、推定のd軸のマイナス方向に直流電流を通流し、このときの高周波電流からN極方向とS極方向とを判別して磁極位置を補正している。
上記により演算した磁極位置を利用して電動機を運転することで、電動機を安定に始動することができる。
However, the magnetic pole position calculated using the saliency of the rotor may have an error of 180 [deg] because the N pole and S pole of the rotor cannot be discriminated in principle.
Therefore, it is conceivable to discriminate between the N pole and the S pole of the rotor by utilizing the difference in the inductance value due to the magnetic saturation characteristics of the electric motor core between the N pole direction and the S pole direction. For example, in Non-Patent Document 1 described above, the current response when a pulse voltage is applied in the positive direction of the estimated d-axis and the negative direction of the estimated d-axis is compared to determine the N-pole direction and the S-pole direction. It is determined and the magnetic pole position is corrected.
Further, in claim 4 of Patent Document 2, while performing the magnetic pole position calculation using the saliency shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the estimated d-axis plus direction and the estimated d-axis minus A direct current is passed in the direction, and the N pole direction and the S pole direction are discriminated from the high frequency current at this time to correct the magnetic pole position.
By operating the motor using the magnetic pole position calculated as described above, the motor can be started stably.

一方、電動機鉄芯の磁気飽和特性を利用して回転子のN極とS極とを判別するためには、両者の違いを電流情報から検出できる必要がある。ところが、N極方向とS極方向とで磁気飽和特性の違いが小さい電動機の場合には、N極とS極とを判別するための電流情報が小さくなるので、電流検出回路の精度による制約から、磁極位置を正確に演算できないことがある。磁極位置が正確に演算できない場合、電動機のトルクを正確に制御することができず、運転不能に陥ったり、場合によっては制御系が不安定になったりすることがある。   On the other hand, in order to discriminate between the N pole and the S pole of the rotor using the magnetic saturation characteristics of the motor iron core, it is necessary to be able to detect the difference between the two from the current information. However, in the case of an electric motor having a small difference in magnetic saturation characteristics between the N-pole direction and the S-pole direction, the current information for discriminating between the N-pole and the S-pole is small, so that the current detection circuit is limited by the accuracy The magnetic pole position may not be accurately calculated. If the magnetic pole position cannot be calculated accurately, the torque of the electric motor cannot be accurately controlled, and operation may become impossible, or the control system may become unstable in some cases.

上記の課題を解決するための技術は、特許文献3に開示されている。
特許文献3の実施例1では、磁極位置の演算が完了後に推定のq軸(同文献ではδ軸)の電流を一定に制御し、所定時間経過後の速度が所定値を超えない場合には、N極とS極との判別に失敗したと判断する。こうして判別の失敗を検出した場合には、推定のd軸(同文献ではγ軸)の初期値を所定の値だけ補正して磁極位置演算を再度実施している。
しかしながら、この従来技術では、N極とS極との判別の失敗を検知するために、電動機を加速する必要があり、始動時に電動機が逆転する恐れや、始動時間が長くなる恐れがある。
A technique for solving the above problem is disclosed in Patent Document 3.
In Example 1 of Patent Document 3, when the calculation of the magnetic pole position is completed, the estimated q-axis (δ-axis in this document) current is controlled to be constant, and the speed after a predetermined time has not exceeded a predetermined value. , It is determined that the discrimination between the N pole and the S pole has failed. When a determination failure is detected in this way, the initial value of the estimated d-axis (γ-axis in the same document) is corrected by a predetermined value, and the magnetic pole position calculation is performed again.
However, in this prior art, it is necessary to accelerate the electric motor in order to detect a failure in discrimination between the N pole and the S pole, which may cause the motor to reverse during starting and may increase the starting time.

また、特許文献4には、同期機に回転高周波電圧を印加したときに流れる高周波電流から突極性と磁気飽和特性とを利用して磁極位置を演算する場合に、磁気飽和特性を確実に検出するための技術が示されており、その請求項1には、N極方向とS極方向とで高周波電流の振幅の差が所定のしきい値以上になるように、印加する高周波電圧の振幅を調整することが示されている。また、請求項8には、高周波電流の振幅の差が所定のしきい値を超える場合にのみ、磁気飽和特性を利用した磁極位置演算を実行することが示されている。   In Patent Document 4, when the magnetic pole position is calculated from the high-frequency current that flows when a rotating high-frequency voltage is applied to the synchronous machine using the saliency and the magnetic saturation characteristic, the magnetic saturation characteristic is reliably detected. In the first aspect, the amplitude of the high-frequency voltage to be applied is set so that the difference in the amplitude of the high-frequency current in the N-pole direction and the S-pole direction is equal to or greater than a predetermined threshold value. It has been shown to adjust. Further, claim 8 shows that the magnetic pole position calculation using the magnetic saturation characteristic is executed only when the difference in amplitude of the high-frequency current exceeds a predetermined threshold value.

特許第3312472号公報(段落[0014]〜[0044]、図1,図5,図6等)Japanese Patent No. 331472 (paragraphs [0014] to [0044], FIG. 1, FIG. 5, FIG. 6 etc.) 特開2002−171798号公報(請求項4,段落[0033]〜[0036]、図4等)JP 2002-171798 A (claim 4, paragraphs [0033] to [0036], FIG. 4 etc.) 特開2007−68255号公報(段落[0026]〜[0029]、図1等)JP 2007-68255 A (paragraphs [0026] to [0029], FIG. 1 etc.) 特開2007−124835号公報(請求項1,請求項8,段落[0010]〜[0036]、図1,図2等)JP 2007-124835 A (Claim 1, Claim 8, Paragraphs [0010] to [0036], FIG. 1, FIG. 2, etc.) Takashi Aihara, Akio Toba, Takao Yanase, Akihide Mashimo, and Kenji Endo,「Sensorless Torque Control of Salient-Pole Synchronous Motor at Zero-Speed Operation」,IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, NO.1, JANUARY 1999Takashi Aihara, Akio Toba, Takao Yanase, Akihide Mashimo, and Kenji Endo, “Sensorless Torque Control of Salient-Pole Synchronous Motor at Zero-Speed Operation”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, NO.1, JANUARY 1999

特許文献4には、電動機に電力を供給する電力変換器の最大出力電圧や最大出力電流の制約がある時や、電動機の磁束密度が低いために磁気飽和特性を利用した磁極位置演算が不可能であるといった場合の始動方法が開示されておらず、運転可能な電動機が限定されるという問題がある。   In Patent Document 4, when there is a restriction on the maximum output voltage and maximum output current of a power converter that supplies power to the motor, or because the magnetic flux density of the motor is low, it is impossible to perform magnetic pole position calculation using magnetic saturation characteristics. However, there is a problem that the starting method is not disclosed, and the operable motors are limited.

そこで、本発明の解決課題は、磁気飽和特性を利用した磁極位置演算が不可能な場合であっても、磁極位置を確実に演算可能として電動機を確実に始動できるようにした永久磁石形同期電動機の制御装置を提供することにある。   Accordingly, a problem to be solved by the present invention is that a permanent magnet synchronous motor that can reliably start a motor by reliably calculating a magnetic pole position even when magnetic pole position calculation using magnetic saturation characteristics is impossible. It is to provide a control device.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、電動機の電流をベクトルとしてとらえ、所定の期間、電流ベクトルの振幅を零でない一定値に制御して、電流ベクトルに回転子を引き込む磁極位置合わせ手段と、この磁極位置合わせ手段を実行後の電流ベクトルの位置を用いて電動機を始動する手段と、を有するものである。
これにより、磁気飽和特性を利用した磁極位置演算が困難な場合でも、電動機を確実に始動することができる。
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a control device for a permanent magnet synchronous motor that does not have a magnetic pole position detector.
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means captures the current of the motor as a vector, controls the amplitude of the current vector to a non-zero constant value for a predetermined period, and magnetic pole alignment means for drawing the rotor into the current vector, and this magnetic pole alignment And a means for starting the motor using the position of the current vector after the means is executed.
Thereby, even when it is difficult to calculate the magnetic pole position using the magnetic saturation characteristic, the electric motor can be started reliably.

請求項2に係る発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、電動機の端子電圧をベクトルとしてとらえ、所定の期間、端子電圧ベクトルの振幅を零でない一定値に制御して、端子電圧ベクトルに回転子を引き込む磁極位置合わせ手段と、この磁極位置合わせ手段を実行後の端子電圧ベクトルの位置を用いて電動機を始動する手段と、を有するものである。
本発明によれば、請求項1における第2の始動手段の構成を簡略化することができる。
The invention according to claim 2 is a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector.
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means captures the terminal voltage of the motor as a vector, controls the amplitude of the terminal voltage vector to a constant value that is not zero for a predetermined period, and magnetic pole positioning means for drawing the rotor into the terminal voltage vector, And a means for starting the motor using the position of the terminal voltage vector after executing the magnetic pole alignment means.
According to the present invention, the configuration of the second starting means in claim 1 can be simplified.

請求項3に係る発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、第1の磁極位置演算値の直交方向を第3の磁極位置演算値として求める手段と、第3の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段と、を有するものである。
本発明によれば、請求項1の発明における第2の始動手段の特性を改善し、磁極位置合わせに要する時間を短縮することができる。
The invention according to claim 3 is a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means has means for obtaining the orthogonal direction of the first magnetic pole position calculation value as the third magnetic pole position calculation value, and means for starting the electric motor using the third magnetic pole position calculation value. It is.
According to the present invention, the characteristics of the second starting means in the invention of claim 1 can be improved and the time required for magnetic pole alignment can be shortened.

請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した制御装置において、
第2の磁極位置演算手段は、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のN極方向に直流電流を通流するプラスd軸通流手段と、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のS極方向に直流電流を通流するマイナスd軸通流手段と、
第1の磁極位置演算値と平行方向に交番する高周波電圧を印加する手段と、
この高周波電圧により第1の磁極位置演算値と平行方向に流れる高周波電流であるγ軸高周波電流を検出する手段と、
回転子永久磁石のN極方向に直流電流を通流しているときの前記γ軸高周波電流であるプラスd軸高周波電流と、回転子永久磁石のS極方向に直流電流を通流しているときの前記γ軸高周波電流であるマイナスd軸高周波電流と、の大小関係に応じて第1の磁極位置演算値を補正することにより第2の磁極位置演算値を求める手段と、を備え、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段は、
前記プラスd軸高周波電流と前記マイナスd軸高周波電流との偏差が所定値よりも大きい場合に、第2の磁極位置演算が可能と判定するものである。
The invention according to claim 4 is the control device according to any one of claims 1 to 3,
The second magnetic pole position calculating means is
A plus d-axis passage means for passing a direct current in the N-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculation value;
Minus d-axis passage means for passing a direct current in the S-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculation value;
Means for applying a high frequency voltage alternating in a direction parallel to the first magnetic pole position calculation value;
Means for detecting a γ-axis high-frequency current, which is a high-frequency current flowing in a direction parallel to the first magnetic pole position calculation value by the high-frequency voltage;
A positive d-axis high-frequency current that is the γ-axis high-frequency current when a direct current is passed in the N-pole direction of the rotor permanent magnet, and a direct-current current is passed in the S-pole direction of the rotor permanent magnet. Means for determining a second magnetic pole position calculation value by correcting the first magnetic pole position calculation value in accordance with the magnitude relationship with the minus d-axis high frequency current that is the γ-axis high-frequency current;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible,
When the deviation between the plus d-axis high-frequency current and the minus d-axis high-frequency current is larger than a predetermined value, it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible.

請求項5に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した制御装置において、
第2の磁極位置演算手段は、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のN極方向にパルス電圧を印加したときの電流であるプラスd軸パルス電流と、第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のS極方向にパルス電圧を印加したときの電流であるマイナスd軸パルス電流と、の大小関係に応じて第1の磁極位置演算値を補正することにより第2の磁極位置演算値を求める手段を備え、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段は、
前記プラスd軸パルス電流と前記マイナスd軸パルス電流との偏差が所定値よりも大きい場合に、第2の磁極位置演算が可能と判定するものである。
本発明によれば、請求項1の発明における第2の磁極位置演算手段を簡略化することができる。
The invention according to claim 5 is the control device according to any one of claims 1 to 3,
The second magnetic pole position calculating means is
The rotor permanent magnet obtained from the plus d-axis pulse current, which is the current when the pulse voltage is applied in the N-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculated value, and the first magnetic pole position calculated value Means for calculating the second magnetic pole position calculation value by correcting the first magnetic pole position calculation value in accordance with the magnitude relationship with the minus d-axis pulse current, which is a current when a pulse voltage is applied in the S-pole direction. With
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible,
When the deviation between the plus d-axis pulse current and the minus d-axis pulse current is larger than a predetermined value, it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible.
According to the present invention, the second magnetic pole position calculation means in the invention of claim 1 can be simplified.

本発明によれば、回転子の突極性及び磁気飽和特性を利用する磁極位置演算手段を備えた制御装置において、磁気飽和特性を利用した磁極位置演算が不可能である場合にも、磁気飽和特性を利用せずに磁極位置を演算可能として電動機を確実かつ安定して始動することができる。   According to the present invention, in the control device including the magnetic pole position calculation means using the saliency and magnetic saturation characteristics of the rotor, even when the magnetic pole position calculation using the magnetic saturation characteristics is impossible, the magnetic saturation characteristics The magnetic pole position can be calculated without using the motor, and the electric motor can be started reliably and stably.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、PMSMは、回転子のd軸(回転子の磁極方向)とd軸から90度進んだq軸とに従って電流制御を行うことにより、高精度なトルク制御を実現可能である。しかしながら、磁極位置検出器を持たない場合にはd,q軸を直接検出できないので、d,q軸に対応して角速度ω(=速度演算値)で回転する直交回転座標系のγ,δ軸を制御装置側に推定して制御演算を行っている。ここで、γ,δ軸の角度(=磁極位置演算値)をθと定義する。
上記γ,δ軸の定義を図7に示す。なお、図7において、ωはd,q軸の回転角速度、θerrはd,q軸とγ,δ軸との角度誤差(位置演算誤差)である。なお、便宜的に、γ軸方向を推定磁極位置に平行な方向、δ軸方向を推定磁極位置に直交する方向というものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, PMSM can realize highly accurate torque control by performing current control according to the d-axis of the rotor (the magnetic pole direction of the rotor) and the q-axis advanced 90 degrees from the d-axis. However, since the d and q axes cannot be directly detected without the magnetic pole position detector, γ and δ of the orthogonal rotation coordinate system that rotates at the angular velocity ω 1 (= speed calculation value) corresponding to the d and q axes. The control calculation is performed by estimating the axis to the control device side. Here, the angle of the γ and δ axes (= magnetic pole position calculation value) is defined as θ 1 .
The definition of the γ and δ axes is shown in FIG. In FIG. 7, ω r is the rotational angular velocity of the d and q axes, and θ err is an angular error (position calculation error) between the d and q axes and the γ and δ axes. For convenience, the γ-axis direction is a direction parallel to the estimated magnetic pole position, and the δ-axis direction is a direction orthogonal to the estimated magnetic pole position.

図6は、本発明の実施形態において、回転子の突極性を利用して第1の磁極位置演算を実現するための制御ブロック図である。以下に、この制御ブロック図において磁極位置演算のために電動機に高周波交番電圧を印加する方法について説明する。
まず、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機80を駆動する主回路について説明すると、50は三相交流電源であり、整流回路60は電源50の三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する。この直流電圧はPWMインバータからなる電力変換器70に供給され、電動機80を駆動するための所定の三相交流電圧に変換される。
FIG. 6 is a control block diagram for realizing the first magnetic pole position calculation using the saliency of the rotor in the embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for applying a high-frequency alternating voltage to the motor for calculating the magnetic pole position in this control block diagram will be described.
First, the main circuit for driving the permanent magnet type synchronous motor 80 having no magnetic pole position detector will be described. 50 is a three-phase AC power source, and the rectifier circuit 60 rectifies the three-phase AC voltage of the power source 50 to generate a DC voltage. Convert to This DC voltage is supplied to a power converter 70 composed of a PWM inverter, and is converted into a predetermined three-phase AC voltage for driving the electric motor 80.

次に、制御装置の構成及び作用は以下の通りである。
電流座標変換器14は、電力変換器70の出力側のu相電流検出器11u、w相電流検出器11wによりそれぞれ検出した相電流検出値i,iを、磁極位置演算値θに基づいて前記γ,δ軸上の電流検出値iγ,iδに座標変換する。
ノッチフィルタ23は、γ,δ軸電流検出値iγ,iδから、磁極位置演算のために重畳する高周波交番電圧によって流れる高周波電流を除去し、γ,δ軸基本波電流iγf,iδfを検出する。
Next, the configuration and operation of the control device are as follows.
The current coordinate converter 14 converts the phase current detection values i u and i w detected by the u-phase current detector 11 u and the w-phase current detector 11 w on the output side of the power converter 70 into the magnetic pole position calculation value θ 1 . Based on this, coordinate conversion is performed to the detected current values i γ and i δ on the γ and δ axes.
The notch filter 23 removes the high-frequency current that flows due to the high-frequency alternating voltage superimposed for the magnetic pole position calculation from the γ and δ-axis current detection values i γ and i δ , and the γ and δ-axis fundamental wave currents i γf and i δf. Is detected.

γ軸電流指令値iγ とγ軸基本波電流iγfとの偏差を減算器19aにより演算し、この偏差をγ軸電流調節器20aによって増幅することによりγ軸基本波電圧指令値vγf を演算する。一方、δ軸電流指令値iδ とδ軸基本波電流iδfとの偏差を減算器19bにより演算し、この偏差をδ軸電流調節器20bによって増幅することによりδ軸基本波電圧指令値vδf を演算する。ここで、γ,δ軸電流指令値iγ ,iδ は、共に零としておく。 A deviation between the γ-axis current command value i γ * and the γ-axis fundamental wave current i γf is calculated by the subtractor 19a, and the deviation is amplified by the γ-axis current regulator 20a, thereby obtaining the γ-axis fundamental wave voltage command value v γf. * Is calculated. On the other hand, the deviation between the δ-axis current command value i δ * and the δ-axis fundamental wave current i δf is calculated by the subtractor 19b, and this deviation is amplified by the δ-axis current regulator 20b, thereby obtaining the δ-axis fundamental wave voltage command value. v δf * is calculated. Here, the γ and δ-axis current command values i γ * and i δ * are both set to zero.

高周波電圧演算器21は、振幅が高周波電圧振幅指令値Vγh に等しく、周期がTである矩形波の高周波交番電圧指令値vγh を演算する。
加算器22により、γ軸電流調節器20aから出力されたγ軸基本波電圧指令値vγf に前記高周波交番電圧指令値vγh を重畳してγ軸電圧指令値vγ を求める。一方、δ軸電圧指令値vδ については、δ軸電流調節器20bから出力される基本波電圧指令値vδf に制御する。
γ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ は電圧座標変換器15に入力され、磁極位置演算値θに基づいて三相の相電圧指令値v ,v ,v に変換される。
Frequency voltage calculator 21, the amplitude is equal to the high-frequency voltage amplitude command value V y H *, cycle calculates the T h at a rectangular wave frequency alternating voltage command values v y H *.
An adder 22 obtains a γ-axis voltage command value v γ * by superimposing the high-frequency alternating voltage command value v γh * on the γ-axis fundamental wave voltage command value v γf * output from the γ-axis current regulator 20a. On the other hand, the δ-axis voltage command value v δ * is controlled to the fundamental wave voltage command value v δf * output from the δ-axis current regulator 20b.
The γ and δ-axis voltage command values v γ * and v δ * are input to the voltage coordinate converter 15 and the three-phase voltage command values v u * , v v * , and v w based on the magnetic pole position calculation value θ 1. Converted to * .

電圧検出器12により検出した電力変換器70の直流入力電圧Edcと上記相電圧指令値v ,v ,v とがPWM回路13に入力され、電力変換器70の半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。電力変換器70は、このゲート信号に基づいて半導体スイッチング素子をオンオフ制御することにより、永久磁石形同期電動機80の端子電圧が相電圧指令値v ,v ,v に制御される。 The DC input voltage E dc of the power converter 70 detected by the voltage detector 12 and the phase voltage command values v u * , v v * , v w * are input to the PWM circuit 13, and the semiconductor switching of the power converter 70 is performed. A gate signal for turning on and off the element is generated. The power converter 70 performs on / off control of the semiconductor switching element based on the gate signal, whereby the terminal voltage of the permanent magnet type synchronous motor 80 is controlled to the phase voltage command values v u * , v v * , v w *. The

次に、この実施形態における第1の磁極位置演算の原理を説明する。なお、この原理は、前述した特許文献1及び非特許文献1に記載されているものと同様である。
PMSMが停止している場合において、γ軸に平行な方向に矩形波の高周波交番電圧を印加したときの高周波成分の状態方程式は、電機子抵抗を無視できる場合、数式1のようになる。
Next, the principle of the first magnetic pole position calculation in this embodiment will be described. This principle is the same as that described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above.
When the PMSM is stopped, the state equation of the high-frequency component when a rectangular high-frequency alternating voltage is applied in a direction parallel to the γ-axis is expressed by Equation 1 when the armature resistance can be ignored.

Figure 0005282443
Figure 0005282443

このときに流れるγ,δ軸高周波電流の振幅は、数式1の状態方程式における高周波交番電圧vγhの1/2周期の積分より、数式2のようになる。 The amplitudes of the γ and δ-axis high-frequency currents flowing at this time are as shown in Equation 2 from the integration of a half cycle of the high-frequency alternating voltage v γh in the state equation of Equation 1.

Figure 0005282443
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数式2より、γ軸に平行な方向に高周波交番電圧vγhを印加すると、このときのδ軸高周波電流振幅Iδhは、角度誤差θerrの2倍周期で変化することが明らかである。図8に、角度誤差θerrとγ,δ軸高周波電流振幅Iγh,Iδhとの関係を示す。
以上の結果から、δ軸高周波電流振幅Iδhを入力とするPLL回路を構成し、δ軸高周波電流振幅Iδhを零に制御することで、角度誤差θerrを零、または180度として磁極位置演算値θを真値に収束させることができる。
From Equation 2, it is clear that when the high-frequency alternating voltage v γh is applied in the direction parallel to the γ-axis, the δ-axis high-frequency current amplitude I δh at this time changes at a period twice the angular error θ err . FIG. 8 shows the relationship between the angle error θ err and the γ and δ-axis high-frequency current amplitudes I γh and I δh .
Based on the above results, a PLL circuit having the δ-axis high-frequency current amplitude I δh as an input is configured, and the δ-axis high-frequency current amplitude I δh is controlled to be zero so that the angle error θ err is zero or 180 degrees. The calculated value θ 1 can be converged to a true value.

次に、図6の制御ブロック図による第1の磁極位置演算の動作を説明する。
バンドパスフィルタ24は、γ,δ軸電流検出値iγ,iδから高周波交番電圧vγhと同じ周波数のγ,δ軸高周波電流振幅Iγh,Iδhを演算する。速度演算器25では、δ軸高周波電流振幅Iδhに基づき比例積分演算を行って速度演算値ωを求める。また、 電気角演算器26は、速度演算値ωを積分して磁極位置演算値θを求める。
これらの演算によってδ軸高周波電流振幅Iδhを零に収束させるPLL回路が構成されるため、磁極位置θを演算することができる。
なお、上記のように回転子の突極性を利用して求めた磁極位置θを、便宜的に第1の磁極位置というものとする。
Next, the first magnetic pole position calculation operation according to the control block diagram of FIG. 6 will be described.
The bandpass filter 24 calculates γ and δ-axis high-frequency current amplitudes I γh and I δh having the same frequency as the high-frequency alternating voltage v γh from the γ and δ-axis current detection values i γ and i δ . The speed calculator 25 performs a proportional integration calculation based on the δ-axis high-frequency current amplitude I δh to obtain a speed calculation value ω 1 . The electrical angle calculator 26 integrates the speed calculation value ω 1 to obtain the magnetic pole position calculation value θ 1 .
A PLL circuit that converges the δ-axis high-frequency current amplitude I δh to zero is configured by these calculations, so that the magnetic pole position θ 1 can be calculated.
Note that the magnetic pole position θ1 obtained using the saliency of the rotor as described above is referred to as a first magnetic pole position for convenience.

次いで、図6の制御ブロック図による第1の磁極位置演算に加えて、電動機鉄芯の磁気飽和特性を利用した第2の磁極位置演算を行うための第1実施例を説明する。
図1は、この第1実施例を示す制御ブロック図であり、請求項1,請求項4に係る発明に相当する。
既に説明したように、回転子の突極性を利用して求めた磁極位置演算値は、180[deg]の誤差を持つことがある。そこで、この第1実施例は、図6の制御ブロック図により、突極性を利用して求めた第1の磁極位置演算値を、前述の特許文献2に記載された技術により磁気飽和特性を利用して誤差補正することにより、第2の磁極位置演算値を求めるようにしたものである。そして、第2の磁極位置演算が可能であるか否かを判断し、可能である場合は第2の磁極位置演算値を使って電動機80を運転し、第2の磁極位置演算が不可能である場合には、これを使わずに運転するようにした。
Next, in addition to the first magnetic pole position calculation according to the control block diagram of FIG. 6, a first embodiment for performing the second magnetic pole position calculation using the magnetic saturation characteristic of the electric motor core will be described.
FIG. 1 is a control block diagram showing the first embodiment, which corresponds to the first and fourth aspects of the invention.
As already described, the magnetic pole position calculation value obtained using the saliency of the rotor may have an error of 180 [deg]. Therefore, in the first embodiment, the first magnetic pole position calculation value obtained by using the saliency is obtained from the control block diagram of FIG. 6, and the magnetic saturation characteristic is used by the technique described in Patent Document 2 described above. Thus, the second magnetic pole position calculation value is obtained by correcting the error. Then, it is determined whether or not the second magnetic pole position calculation is possible. If it is possible, the motor 80 is operated using the second magnetic pole position calculation value, and the second magnetic pole position calculation is impossible. In some cases, I tried to drive without using it.

図1の制御ブロック図において、図6と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、以下では図6と異なる箇所を中心に説明する。
図1において、電流指令値発生器31は、γ軸電流指令値iγ を正の一定値(+IdNS )に、続いて、負の一定値(−IdNS )に設定することで、第1の磁極位置演算値θに基づいてγ軸電流iγを正負に制御する。
In the control block diagram of FIG. 1, portions common to FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the following description is centered on points different from FIG. 6.
In FIG. 1, the current command value generator 31 sets the γ-axis current command value i γ * to a positive constant value (+ I dNS * ) and subsequently to a negative constant value (−I dNS * ). The γ-axis current i γ is controlled to be positive or negative based on the first magnetic pole position calculation value θ 1 .

図9に示すように、電流を回転子永久磁石のN極方向であるプラスd軸方向に流した場合、回転子の永久磁石の磁束と電流によって発生する磁束とが合成されるため、電動機の鎖交磁束は増加する。この結果、磁束の増加に伴う電動機鉄芯の磁気飽和により、d軸インダクタンスが減少する。
一方、電流を回転子永久磁石のS極方向であるマイナスd軸方向に流した場合、回転子永久磁石の磁束と電流によって発生する磁束とが相殺されるため、電動機の鎖交磁束が減少する。この結果、d軸インダクタンスが増加する。
これらのことから、電流指令値発生器31によりγ軸電流iγを正に制御した時、及び、負に制御した時のγ軸インダクタンスを比較すれば、真のd軸を検出することができる。なお、γ軸インダクタンスは、電動機に高周波交番電圧を印加したときに流れる高周波電流の大きさ、または、パルス電圧を印加したときの電流の大きさから検出可能である。
As shown in FIG. 9, when a current is passed in the positive d-axis direction that is the N-pole direction of the rotor permanent magnet, the magnetic flux generated by the current of the rotor permanent magnet and the magnetic flux generated by the current are combined. The flux linkage increases. As a result, the d-axis inductance decreases due to the magnetic saturation of the electric motor core accompanying the increase in magnetic flux.
On the other hand, when a current is passed in the negative d-axis direction, which is the S-pole direction of the rotor permanent magnet, the flux of the rotor permanent magnet and the magnetic flux generated by the current cancel each other, so the linkage flux of the motor decreases. . As a result, the d-axis inductance increases.
From these facts, the true d-axis can be detected by comparing the γ-axis inductance when the γ-axis current i γ is positively controlled by the current command value generator 31 and when it is negatively controlled. . The γ-axis inductance can be detected from the magnitude of the high-frequency current that flows when a high-frequency alternating voltage is applied to the motor or the magnitude of the current that is applied when a pulse voltage is applied.

上述した原理より、図1におけるNS判別器32は、γ軸電流iγを正に制御した時と負に制御した時のγ軸高周波電流Iγh(それぞれをプラスd軸高周波電流IγhP,マイナスd軸高周波電流IγhMというものとする)を比較し、その大小関係から、第1の磁極位置演算値θの補正値θNSを数式3により演算する。 The principle described above, NS discriminator 32 in FIG. 1, gamma gamma-axis high frequency current when controlling the negative and when the positively controlled axis current i γ I γh (respectively a positive d-axis high frequency current I γhP, minus d-axis high-frequency current I γhM ) is compared, and a correction value θ NS of the first magnetic pole position calculation value θ 1 is calculated by Equation 3 from the magnitude relationship.

Figure 0005282443
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図1における加算器33は、第1の磁極位置演算値θと前記補正値θNSとを加算して第2の磁極位置演算値θ10を演算し、サンプルホールド回路34aの出力として保持する。
また、サンプルホールド回路34bの出力である速度初期値ω10は、速度演算値ωを保持する。
始動方法選択器35は、γ軸高周波電流IγhP,IγhMの偏差を所定値と比較し、その結果に基づいて第1または第2の始動方法を選択すると共に、この結果を始動方法選択信号としてサンプルホールド回路34cに記憶する。
更に、回転子の突極性を利用して求めた第1の磁極位置演算値θを記憶するサンプルホールド回路34dの出力をθ101とする。
The adder 33 in FIG. 1 adds the first magnetic pole position calculation value θ 1 and the correction value θ NS to calculate the second magnetic pole position calculation value θ 10 and holds it as the output of the sample hold circuit 34a. .
The speed initial value ω 10 that is the output of the sample hold circuit 34b holds the speed calculation value ω 1 .
The starting method selector 35 compares the deviation of the γ-axis high-frequency currents I γhP and I γhM with a predetermined value, selects the first or second starting method based on the result, and uses this result as a starting method selection signal. Is stored in the sample hold circuit 34c.
Further, the output of the sample-and-hold circuit 34d for storing the first magnetic pole position calculation value theta 1 pointing to the saliency of the rotor and theta 101.

γ軸高周波電流IγhP,IγhPの偏差が所定値よりも大きい場合には、第2の磁極位置演算値θ10が正確に演算できると判定する。この場合には、始動方法選択信号により、第2の磁極位置演算値θ10と速度演算値ωとを初期値として電動機80を運転する運転方法を第1の始動方法として選択する。第1の始動方法は任意であり、例えば、非特許文献1に記載されているセンサレス制御技術による運転方法とする。 When the deviation between the γ-axis high-frequency currents I γhP and I γhP is larger than a predetermined value, it is determined that the second magnetic pole position calculation value θ 10 can be calculated accurately. In this case, an operation method for operating the motor 80 with the second magnetic pole position calculated value θ 10 and the speed calculated value ω 1 as initial values is selected as the first starting method by the starting method selection signal. The first starting method is arbitrary. For example, the driving method is based on the sensorless control technique described in Non-Patent Document 1.

一方、γ軸高周波電流IγhP,IγhPの偏差が所定値よりも小さく、第2の磁極位置演算値θ10が正確に演算できないと判定した場合は、始動方法選択信号により、第2の磁極位置演算値θ10を使用しないで電動機80を運転する運転方法を第2の始動方法として選択する。この第2の始動方法についても任意であり、例えば、特開2001−190093号公報に記載されている技術を利用する。
具体的には、電流の振幅を零でない一定値に制御することで、電流ベクトルに回転子を引き込んで電流ベクトルに磁極位置を一致させる(以下、電流ベクトルに磁極位置を一致させる処理を「磁極位置合わせ」と呼ぶ。)。次に、電流ベクトルの速度を速度指令値に制御することで回転子を電流ベクトルに引き込んで電動機を運転する(以下、この制御方法を「電流引き込み制御」と呼ぶ)。
On the other hand, when it is determined that the deviation of the γ-axis high-frequency currents I γhP and I γhP is smaller than a predetermined value and the second magnetic pole position calculation value θ 10 cannot be calculated accurately, the second magnetic pole position is determined by the starting method selection signal. without using the position calculated value theta 10 selects an operating method of operating a motor 80 as a second start-up method. The second starting method is also arbitrary, and for example, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-190093 is used.
Specifically, by controlling the amplitude of the current to a non-zero constant value, the rotor is drawn into the current vector and the magnetic pole position is matched with the current vector (hereinafter, the process of matching the magnetic pole position with the current vector is referred to as “magnetic pole”. Called "alignment"). Next, by controlling the speed of the current vector to the speed command value, the rotor is drawn into the current vector and the motor is operated (hereinafter, this control method is referred to as “current draw control”).

図2は、上述した特開2001−190093号公報に記載されている電流引き込み制御技術を利用した、第2の始動方法を実現するための制御ブロック図である。
図2において、γ軸電流指令値iγ を零でない一定値Iγ に設定することで、γ軸電流iγの振幅をIγ に制御する。一方、δ軸電流指令値iδ を零に設定し、δ軸電流iδを零に制御する。
磁極位置合わせを行うため、運転開始から所定の時間は、切替器40を切り替えることにより、速度指令値ωとして、図1のサンプルホールド回路34bの出力である速度初期値ω10を設定する。電気角演算器26は、電気角の初期値を零として、速度指令値ωを積分することにより電気角θを演算する。これらの処理により、電流ベクトルの速度が回転子速度にほぼ等しく制御され、回転子が回転している状態でも、磁極位置合わせを速やかに実施することができる。
FIG. 2 is a control block diagram for realizing the second starting method using the current drawing control technique described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-190093.
2, by setting the gamma-axis current value i gamma * to a non-zero constant value I gamma *, controlling the amplitude of gamma-axis current i gamma in I gamma *. On the other hand, the δ-axis current command value i δ * is set to zero, and the δ-axis current i δ is controlled to zero.
In order to perform magnetic pole alignment, the speed initial value ω 10 that is the output of the sample hold circuit 34b in FIG. 1 is set as the speed command value ω 1 by switching the switch 40 for a predetermined time from the start of operation. The electrical angle calculator 26 calculates the electrical angle θ 1 by integrating the speed command value ω 1 with the initial value of the electrical angle set to zero. By these processes, the speed of the current vector is controlled to be approximately equal to the rotor speed, and the magnetic pole alignment can be performed quickly even when the rotor is rotating.

所定の時間が経過して磁極位置合わせが完了したら、切替器40により、速度指令値ωを速度指令値ω**に制御する。この速度指令値ω**は、変化率制限器(図では、HLR)41によって速度指令値ωの単位時間当たりの変化率を制限することにより演算する。なお、変化率制限器41の初期値は速度演算値ω10とする。
これらの処理により、電流ベクトルの速度がω10からωまで所定の変化率で増加し、回転子が電流ベクトルに引き込まれて加速されるので、電動機80の速度を速度指令値ωに制御することができる。
When the magnetic pole positioning is completed after a predetermined time has elapsed, the speed command value ω 1 is controlled to the speed command value ω ** by the switch 40. The speed command value ω ** is calculated by limiting the rate of change per unit time of the speed command value ω * by a change rate limiter (HLR in the figure) 41. Note that the initial value of the change rate limiter 41 is a speed calculation value ω 10 .
By these processes, the speed of the current vector increases from ω 10 to ω * at a predetermined change rate, and the rotor is drawn into the current vector and accelerated, so the speed of the motor 80 is controlled to the speed command value ω * . can do.

図1の始動方法選択器35による始動方法の選択処理は、始動時に毎回行っても良いが、装置の実運用前に試運転を行い、このときに選択された始動方法を記憶しておき、実運用時には、記憶した始動方法を選択するようにしても良い。   The start method selection process by the start method selector 35 in FIG. 1 may be performed every time at the start. However, a trial run is performed before the actual operation of the apparatus, the start method selected at this time is stored, and the actual start method is stored. During operation, the stored starting method may be selected.

次に、本発明の第2実施例について説明する。この第2実施例は、上述した第1実施例における第2の始動方法を簡単にしたものであり、請求項2に係る発明に相当する。
図3は、第2実施例において、第2の始動方法を実現するための制御ブロック図であり、以下では、図2と異なる部分を中心に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is a simplified version of the second starting method in the first embodiment described above, and corresponds to the invention according to claim 2.
FIG. 3 is a control block diagram for realizing the second starting method in the second embodiment, and the following description will focus on parts different from FIG.

図3において、速度指令値ωをf/v変換器42に入力することにより、γ軸電圧指令値vγ の振幅を速度指令値ωにほぼ比例させながら一定期間にわたり零でない値に制御し、δ軸電圧指令値vδ は零に制御する。
これにより、端子電圧ベクトルの速度を速度指令値ωに制御でき、端子電圧ベクトルによって発生する電流ベクトルに電動機80の回転子が引き込まれるので、第1実施例と同様に電動機80を始動することができる。
In FIG. 3, by inputting the speed command value ω 1 to the f / v converter 42, the amplitude of the γ-axis voltage command value v γ * is made to be a non-zero value over a certain period while being substantially proportional to the speed command value ω 1. And the δ-axis voltage command value v δ * is controlled to zero.
This can control the speed of the terminal voltage vector to the speed command value omega 1, since the motor rotor 80 is drawn into the current vector generated by the terminal voltage vector, it similarly to the first embodiment to start the motor 80 Can do.

次いで、本発明の第3実施例を説明する。この第3実施例は請求項3に係る発明に相当しており、前述した第1実施例における第2の始動方法の特性を、本出願人による先願(特願2007−279795号)に記載された技術を利用して改善したものである。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment corresponds to the invention according to claim 3, and the characteristics of the second starting method in the first embodiment described above are described in the prior application (Japanese Patent Application No. 2007-279795) by the present applicant. It is improved by using the developed technology.

図4は、第3実施例において、第2の始動方法を実現するための制御ブロック図であり、図2と異なるのは、電気角演算器26の初期化方法のみである。
まず、図1において、回転子の突極性を利用した第1の磁極位置演算により求めた磁極位置演算値θをサンプルホールド回路34dに記憶し、その出力をθ101とする。
FIG. 4 is a control block diagram for realizing the second starting method in the third embodiment. The only difference from FIG. 2 is the initialization method for the electrical angle calculator 26.
First, in FIG. 1, the magnetic pole position calculation value θ 1 obtained by the first magnetic pole position calculation using the saliency of the rotor is stored in the sample-and-hold circuit 34d, and its output is set to θ 101 .

次に、図4に示す制御ブロック図では、上記のθ101を磁極位置初期値とし、加算器36により磁極位置初期値θ101に90[deg]を加算して得た第3の磁極位置演算値θ103を、電気角演算器26の出力である電気角θの初期値とする。ここで、δ軸電流指令値iδ は零に制御されるので、電動機80の電流ベクトルは磁極位置θに対して直交する方向に制御される。
本実施例によれば、電気角θと磁極位置θとの角度誤差θerrを90[deg]以下にできるため、磁極位置合わせに要する時間を短縮することができる。
Next, in the control block diagram shown in FIG. 4, the third magnetic pole position calculation obtained by setting the above-mentioned θ 101 as the magnetic pole position initial value and adding 90 [deg] to the magnetic pole position initial value θ 101 by the adder 36. The value θ 103 is set as the initial value of the electrical angle θ 1 that is the output of the electrical angle calculator 26. Here, since the δ-axis current command value i δ * is controlled to zero, the current vector of the electric motor 80 is controlled in a direction orthogonal to the magnetic pole position θ r .
According to the present embodiment, since the angle error θ err between the electrical angle θ 1 and the magnetic pole position θ r can be made 90 [deg] or less, the time required for magnetic pole alignment can be shortened.

次に、本発明の第4実施例を説明する。この第4実施例は請求項5に係る発明に相当しており、前述した第1実施例における第2の磁極位置演算方法を、非特許文献1に記載された技術を適用して簡略化したものである。
図5は、第4実施例において第2の磁極位置演算値θ10を求めるための制御ブロック図であり、図1と同一の箇所には同一の符号を付してある。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment corresponds to the invention according to claim 5, and the second magnetic pole position calculation method in the first embodiment described above is simplified by applying the technique described in Non-Patent Document 1. Is.
FIG. 5 is a control block diagram for obtaining the second magnetic pole position calculation value θ 10 in the fourth embodiment, and the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図5において、パルス発生器37は、正極性のパルス電圧と負極性のパルス電圧とを発生し、これをγ軸電圧指令値vγ に設定する。一方、δ軸電圧指令値vδ は零とする。また、電気角演算器26に入力する速度演算値ωは、零に設定する。
NS判別器32は、γ軸に正極性のパルス電圧及び負極性のパルス電圧を印加したときのγ軸電流iγ(それぞれをプラスd軸パルス電流IγP,マイナスd軸パルス電流IγMというものとする)の大小関係から、第1の磁極位置演算値θの補正値θNSを数式4により演算する。
In FIG. 5, a pulse generator 37 generates a positive pulse voltage and a negative pulse voltage, and sets them to a γ-axis voltage command value v γ * . On the other hand, the δ-axis voltage command value v δ * is set to zero. Also, the speed calculation value ω 1 input to the electrical angle calculator 26 is set to zero.
The NS discriminator 32 is a γ-axis current i γ (a positive d-axis pulse current I γP and a negative d-axis pulse current I γM , respectively) when a positive pulse voltage and a negative pulse voltage are applied to the γ axis. The correction value θ NS of the first magnetic pole position calculation value θ 1 is calculated by Equation (4).

Figure 0005282443
Figure 0005282443

始動方法選択器35は、γ軸に正極性のパルス電圧及び負極性のパルス電圧を印加したときのγ軸電流IγP,IγMの偏差から始動方法を選択し、この結果を始動方法選択信号としてサンプルホールド回路34cに記憶する。
γ軸電流IγP,IγMの偏差が所定値よりも大きい場合には、第2の磁極位置演算値θ10が正確に演算できると判定する。この場合には、第2の磁極位置演算値θ10と速度演算値ωとを初期値として電動機80を運転する運転方法を第1の始動方法として選択する。
一方、γ軸電流IγP,IγMの偏差が所定の値よりも小さく、第2の磁極位置演算値θ10が正確に演算できないと判定した場合は、第2の磁極位置演算値θ10を使用しない運転方法を第2の始動方法として選択する。
ここで、第2の始動方法には、前述した第1実施例、第2実施例または第3実施例に示した方法を適応することができる。
The starting method selector 35 selects a starting method from the deviation of the γ-axis currents I γP and I γM when a positive pulse voltage and a negative pulse voltage are applied to the γ-axis, and this result is used as a starting method selection signal. Is stored in the sample hold circuit 34c.
When the deviation between the γ-axis currents I γP and I γM is larger than a predetermined value, it is determined that the second magnetic pole position calculation value θ 10 can be calculated accurately. In this case, an operation method for operating the electric motor 80 with the second magnetic pole position calculation value θ 10 and the speed calculation value ω 1 as initial values is selected as the first starting method.
On the other hand, when it is determined that the deviation of the γ-axis currents I γP and I γM is smaller than a predetermined value and the second magnetic pole position calculation value θ 10 cannot be calculated accurately, the second magnetic pole position calculation value θ 10 is A driving method that is not used is selected as the second starting method.
Here, the method shown in the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment described above can be applied to the second starting method.

本発明の第1実施例を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例における第2の始動方法を実現するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for implement | achieving the 2nd starting method in 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows 3rd Example of this invention. 本発明の第4実施例を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows 4th Example of this invention. 本発明の実施形態において、第1の磁極位置演算を実現するための制御ブロック図である。In the embodiment of the present invention, it is a control block diagram for realizing the first magnetic pole position calculation. γ,δ軸の定義を示すベクトル図である。It is a vector diagram showing the definition of γ and δ axes. γ軸に平行な方向に高周波交番電圧を印加したときの、角度誤差とγ,δ軸高周波電流振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an angle error and a (gamma) and (delta) axis | shaft high frequency current amplitude when a high frequency alternating voltage is applied in the direction parallel to a (gamma) axis. d軸電流と鎖交磁束及びd軸インダクタンスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between d-axis current, a linkage flux, and d-axis inductance.

符号の説明Explanation of symbols

11u u相電流検出器
11w w相電流検出器
12 電圧検出器
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
19a,19b 減算器
20a γ軸電流調節器
20b δ軸電流調節器
21 高周波電圧演算器
22 加算器
23 ノッチフィルタ
24 バンドパスフィルタ
25 速度演算器
26 電気角演算器
31 電流指令値発生器
32 NS判別器
33 加算器
34a〜34d サンプルホールド回路
35 始動方法選択器
36 加算器
37 パルス電圧発生器
40 切替器
41 変化率制限器
42 f/v変換器
50 三相交流電源
60 整流回路
70 電力変換器
80 永久磁石形同期電動機(PMSM)
11u u-phase current detector 11w w-phase current detector 12 voltage detector 13 PWM circuit 14 current coordinate converter 15 voltage coordinate converters 19a and 19b subtractor 20a γ-axis current regulator 20b δ-axis current regulator 21 high-frequency voltage calculation 22 Adder 23 Notch filter 24 Band pass filter 25 Speed calculator 26 Electrical angle calculator 31 Current command value generator 32 NS discriminator 33 Adders 34a-34d Sample hold circuit 35 Start method selector 36 Adder 37 Pulse voltage Generator 40 Changer 41 Change rate limiter 42 f / v converter 50 Three-phase AC power supply 60 Rectifier circuit 70 Power converter 80 Permanent magnet synchronous motor (PMSM)

Claims (5)

磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、電動機の電流をベクトルとしてとらえ、所定の期間、電流ベクトルの振幅を零でない一定値に制御して、電流ベクトルに回転子を引き込む磁極位置合わせ手段と、この磁極位置合わせ手段を実行後の電流ベクトルの位置を用いて電動機を始動する手段と、を有することを特徴とする、永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means captures the current of the motor as a vector, controls the amplitude of the current vector to a non-zero constant value for a predetermined period, and magnetic pole alignment means for drawing the rotor into the current vector, and this magnetic pole alignment And a means for starting the motor using the position of the current vector after the means is executed, and a control device for a permanent magnet type synchronous motor.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、電動機の端子電圧をベクトルとしてとらえ、所定の期間、端子電圧ベクトルの振幅を零でない一定値に制御して、端子電圧ベクトルに回転子を引き込む磁極位置合わせ手段と、この磁極位置合わせ手段を実行後の端子電圧ベクトルの位置を用いて電動機を始動する手段と、を有することを特徴とする、永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means captures the terminal voltage of the motor as a vector, controls the amplitude of the terminal voltage vector to a constant value that is not zero for a predetermined period, and magnetic pole positioning means for drawing the rotor into the terminal voltage vector, And a means for starting the electric motor using the position of the terminal voltage vector after the magnetic pole alignment means is executed.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
回転子の突極性を利用して第1の磁極位置を演算する第1の磁極位置演算手段と、
電動機の磁気飽和特性を利用して第1の磁極位置から第2の磁極位置を演算する第2の磁極位置演算手段と、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段と、
第2の磁極位置演算が可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第1の始動手段を選択し、第2の磁極位置演算が不可能と判定されたときに、電動機の始動手段として第2の始動手段を選択する選択手段と、を備え、
第1の始動手段は、第2の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段を有し、
第2の始動手段は、第1の磁極位置演算値の直交方向を第3の磁極位置演算値として求める手段と、第3の磁極位置演算値を用いて電動機を始動する手段と、を有することを特徴とする、永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
First magnetic pole position calculating means for calculating the first magnetic pole position using the saliency of the rotor;
Second magnetic pole position calculating means for calculating the second magnetic pole position from the first magnetic pole position using the magnetic saturation characteristics of the electric motor;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible;
When it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible, the first starting means is selected as the motor starting means, and when it is determined that the second magnetic pole position calculation is impossible, the motor starting means is selected. Selecting means for selecting the second starting means,
The first starting means has means for starting the electric motor using the second magnetic pole position calculation value,
The second starting means has means for obtaining the orthogonal direction of the first magnetic pole position calculated value as the third magnetic pole position calculated value, and means for starting the electric motor using the third magnetic pole position calculated value. A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
請求項1〜3の何れか1項に記載した制御装置において、
第2の磁極位置演算手段は、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のN極方向に直流電流を通流するプラスd軸通流手段と、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のS極方向に直流電流を通流するマイナスd軸通流手段と、
第1の磁極位置演算値と平行方向に交番する高周波電圧を印加する手段と、
この高周波電圧により第1の磁極位置演算値と平行方向に流れる高周波電流であるγ軸高周波電流を検出する手段と、
回転子永久磁石のN極方向に直流電流を通流しているときの前記γ軸高周波電流であるプラスd軸高周波電流と、回転子永久磁石のS極方向に直流電流を通流しているときの前記γ軸高周波電流であるマイナスd軸高周波電流と、の大小関係に応じて第1の磁極位置演算値を補正することにより第2の磁極位置演算値を求める手段と、を備え、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段は、
前記プラスd軸高周波電流と前記マイナスd軸高周波電流との偏差が所定値よりも大きい場合に、第2の磁極位置演算が可能と判定することを特徴とする、永久磁石形同期電動機の制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 3,
The second magnetic pole position calculating means is
A plus d-axis passage means for passing a direct current in the N-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculation value;
Minus d-axis passage means for passing a direct current in the S-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculation value;
Means for applying a high frequency voltage alternating in a direction parallel to the first magnetic pole position calculation value;
Means for detecting a γ-axis high-frequency current, which is a high-frequency current flowing in a direction parallel to the first magnetic pole position calculation value by the high-frequency voltage;
A positive d-axis high-frequency current that is the γ-axis high-frequency current when a direct current is passed in the N-pole direction of the rotor permanent magnet, and a direct-current current is passed in the S-pole direction of the rotor permanent magnet. Means for determining a second magnetic pole position calculation value by correcting the first magnetic pole position calculation value in accordance with the magnitude relationship with the minus d-axis high frequency current that is the γ-axis high-frequency current;
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor, wherein it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible when a deviation between the plus d-axis high-frequency current and the minus d-axis high-frequency current is larger than a predetermined value. .
請求項1〜3の何れか1項に記載した制御装置において、
第2の磁極位置演算手段は、
第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のN極方向にパルス電圧を印加したときの電流であるプラスd軸パルス電流と、第1の磁極位置演算値から求めた回転子永久磁石のS極方向にパルス電圧を印加したときの電流であるマイナスd軸パルス電流と、の大小関係に応じて第1の磁極位置演算値を補正することにより第2の磁極位置演算値を求める手段を備え、
第2の磁極位置演算の可否を判定する手段は、
前記プラスd軸パルス電流と前記マイナスd軸パルス電流との偏差が所定値よりも大きい場合に、第2の磁極位置演算が可能と判定することを特徴とする、永久磁石形同期電動機の制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 3,
The second magnetic pole position calculating means is
The rotor permanent magnet obtained from the plus d-axis pulse current, which is the current when the pulse voltage is applied in the N-pole direction of the rotor permanent magnet obtained from the first magnetic pole position calculated value, and the first magnetic pole position calculated value Means for calculating the second magnetic pole position calculation value by correcting the first magnetic pole position calculation value in accordance with the magnitude relationship with the minus d-axis pulse current, which is a current when a pulse voltage is applied in the S-pole direction. With
Means for determining whether or not the second magnetic pole position calculation is possible,
A control device for a permanent magnet type synchronous motor, characterized in that, when a deviation between the plus d-axis pulse current and the minus d-axis pulse current is larger than a predetermined value, it is determined that the second magnetic pole position calculation is possible. .
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