JP5330652B2 - Permanent magnet motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石モータの制御装置に係り、特に、永久磁石モータにおける制御装置に一般的に用いられている、dq座標変換を使った永久磁石モータ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 motor, and more particularly to a permanent magnet motor control device using dq coordinate transformation, which is generally used for a control device in a permanent magnet motor.
ブラシレスモータは、機械的な整流機構を持たないため保守が容易であり、永久磁石を利用しているため高効率である。従って、ブラシレスモータは電気自動車用、産業機械用、あるいは空調機の圧縮機用などのモータとして幅広く使用されている。 A brushless motor is easy to maintain because it does not have a mechanical commutation mechanism, and is highly efficient because it uses a permanent magnet. Therefore, brushless motors are widely used as motors for electric vehicles, industrial machines, or compressors for air conditioners.
永久磁石モータにおけるdq座標変換を使った制御装置では、まず、モータのステータ巻線に流れる相電流を検出し、静止座標系における相電流を、回転座標系のd軸上のd軸電流値及びq軸上のq軸電流値に変換して、d軸電流値がd軸電流指令値の値となるよう比例積分制御してd軸電圧値を作成すると共に、q軸電流値がq軸電流指令値の値となるよう比例積分制御してq軸電圧指令値を作成する。そして、これらのd軸電圧指令値とq軸電圧指令値とを静止座標系の相電圧指令値に変換し、ステータ巻線にこの相電圧指令値で示される電圧を印加して、d軸電流指令値とq軸電流指令値で表される正弦波状の相電流をステータ巻線に流し、所定の出力トルクを発生させて制御している。 In a control device using dq coordinate transformation in a permanent magnet motor, first, the phase current flowing in the stator winding of the motor is detected, and the phase current in the stationary coordinate system is converted to the d-axis current value on the d-axis of the rotating coordinate system and The q-axis current value is converted to the q-axis current value on the q-axis, and the d-axis voltage value is created by proportional integral control so that the d-axis current value becomes the value of the d-axis current command value. A q-axis voltage command value is created by proportional-integral control so that the command value is obtained. Then, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are converted into a phase voltage command value of the stationary coordinate system, and a voltage indicated by the phase voltage command value is applied to the stator winding, so that the d-axis current Control is performed by causing a sinusoidal phase current represented by the command value and the q-axis current command value to flow through the stator winding to generate a predetermined output torque.
そしてこのようなモータ制御においては、理想的には、ステータ巻線に誘起される電圧の波形がロータの回転の角度に対して正弦波状に変化し、また、インダクタンスの変化分がロータの回転の角度に対して正弦波状に変化することが好ましい。しかしながら、実際のブラシレスモータやシンクロナスリラクタンスモータにおいては、ステータ巻線の誘起電圧やインダクタンスの変化分は正弦波状から歪んだ波形となり、モータトルクにリプルを生じることになる。車両の駆動モータにおいてこのようなトルクリプルが起こると、車両に振動を生じさせる要因になるため、乗員に不快感を与えることになり、モータのトルクリプルを低減することが重要となる。 In such motor control, ideally, the waveform of the voltage induced in the stator winding changes in a sine wave shape with respect to the rotation angle of the rotor, and the change in inductance corresponds to the rotation of the rotor. It is preferable to change sinusoidally with respect to the angle. However, in an actual brushless motor or synchronous reluctance motor, changes in the induced voltage and inductance of the stator winding are distorted from a sinusoidal waveform, resulting in a ripple in the motor torque. When such torque ripple occurs in the drive motor of the vehicle, it causes a vibration in the vehicle. This causes discomfort to the occupant and it is important to reduce the torque ripple of the motor.
そのため、永久磁石モータ制御装置においては、ステータに流れる相電流をフィードバックし、電流指令値の通りになるよう電圧指令値を制御し、ステータ巻線の誘起電圧やインダクタンスが歪んでも、これらの歪みを補償するよう電圧指令値を変化させて、正弦波状の相電流が流れるよう構成することが必要である。 Therefore, in the permanent magnet motor control device, the phase current flowing through the stator is fed back, the voltage command value is controlled so as to be in accordance with the current command value, and even if the induced voltage or inductance of the stator winding is distorted, these distortions are reduced. It is necessary to change the voltage command value so as to compensate so that a sinusoidal phase current flows.
こういったトルクリプルを低減させる永久磁石モータ制御装置としては、例えば特許文献1の図4に、トルクリプル演算手段25で、dq座標系における基本波電流と永久磁石による電機子鎖交磁束の高調波成分に起因するトルクリプルを演算し、トルクリプル低減高調波電流指令値生成器26により演算されたトルクリプルと、逆位相のトルクを生じさせる高調波電流指令値を演算して、高調波電流制御回路200により、この指令値に基づいて高調波電流を制御することで、モータのトルクリプルを低減するようにしたモータ制御装置が示されている。
As a permanent magnet motor control apparatus for reducing such torque ripple, for example, in FIG. 4 of
しかしながらこの特許文献1に示されたモータ制御装置では、トルクリプル演算手段25によりdq座標系における、基本波電流と永久磁石による電機子鎖交磁束の高調波成分に起因するトルクリプルの演算を行い、トルクリプル低減高調波電流指令値生成器26により、トルクリプルと逆位相のトルクを生じさせる高調波電流指令値を実時間で演算する必要があり、高速回転の場合は、実時間で非常に多くの演算を必要とするから、処理能力に限度のある安価なCPUでは能力的に無理があり、必然的にモータ制御装置のコスト上昇が避けられない。
However, in the motor control device disclosed in
そのため本発明においては、誘起電圧やインダクタンスの変化分が歪んだモータにおいて、簡単な構成でコスト的にも安価に、ステータ巻線に流れる相電流の歪みを低減できるようにした、永久磁石モータ制御装置を提供することが課題である。 Therefore, in the present invention, a permanent magnet motor control that can reduce the distortion of the phase current flowing in the stator winding with a simple configuration at a low cost in a motor with a distorted change in induced voltage or inductance. The problem is to provide an apparatus.
上記課題を解決するため、本発明になる永久磁石モータ制御装置は、
永久磁石モータに流れる相電流を検出して電流値を出力する電流検出手段と、
該電流検出手段の検出した電流値をモータの回転に同期して回転するd軸およびq軸から成る直交座標系(以下、dq座標系と称す)の電流値に変換する3相−dq変換部と、
該3相−dq変換部から出力されたdq軸電流値とdq座標系の目標電流値とからdq座標系の目標電圧値を生成するdq軸電圧指令生成部と、
該dq軸電圧指令生成部が生成したdq軸電圧指令を3相の相電圧指令値に変換するdq−3相変換部と、
該dq−3相変換部が生成した3相の相電圧指令値を3相のモータ駆動電流に変換する電力変換部とからなる永久磁石モータ制御装置において、
予め、前記モータの磁界解析で求めた誘起電圧波形から基本正弦波以外のトルクリプル成分を求め、該トルクリプル成分を相殺する前記dq軸上の相殺電圧をテーブルとした誘起電圧リプルテーブルを用意し、
前記相殺電圧に乗じられる第1ゲインを、前記モータの回転数と第1ゲインとの関係の第1ゲインテーブルであって、弱め界磁制御に対応する第1ゲインテーブルとして予め用意し、
前記モータの回転角度に応じて前記誘起電圧リプルテーブルから読み出した前記相殺電圧を、前記モータの回転数に応じて前記第1ゲインテーブルから読み出した前記第1ゲインを乗じて補正し、
前記dq軸電圧指令生成部が生成したdq軸電圧指令に、補正された前記相殺電圧を加算し、前記dq−3相変換部に与えて前記モータのトルクリプルを低減させて駆動することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the permanent magnet motor control device according to the present invention is:
Current detection means for detecting a phase current flowing in the permanent magnet motor and outputting a current value;
A three-phase-dq conversion unit that converts the current value detected by the current detection means into a current value in an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as a dq coordinate system) composed of a d-axis and a q-axis that rotates in synchronization with the rotation of the motor. When,
A dq-axis voltage command generation unit that generates a target voltage value in the dq coordinate system from the dq-axis current value output from the three-phase-dq conversion unit and the target current value in the dq coordinate system;
A dq-3 phase converter that converts the dq axis voltage command generated by the dq axis voltage command generator into a three-phase voltage command value;
In a permanent magnet motor control device comprising a power converter that converts a three-phase phase voltage command value generated by the dq-3 phase converter into a three-phase motor drive current,
In advance, a torque ripple component other than the basic sine wave is obtained from the induced voltage waveform obtained by the magnetic field analysis of the motor, and an induced voltage ripple table using the cancel voltage on the dq axis for canceling the torque ripple component as a table is prepared.
A first gain multiplied by the canceling voltage is a first gain table of a relationship between the rotation speed of the motor and the first gain, and is prepared in advance as a first gain table corresponding to field weakening control;
Correcting the cancellation voltage read from the induced voltage ripple table according to the rotation angle of the motor by multiplying the first gain read from the first gain table according to the rotation speed of the motor,
The dq-axis voltage command generated by the dq-axis voltage command generation unit is added with the corrected canceling voltage and applied to the dq-three-phase conversion unit to drive the motor with reduced torque ripple. To do.
このように、例えば高トルクで駆動する、騒音を低減させて駆動する、効率を重視して駆動する、など、種々の要求に対応して設計されたモータのトルクリプル成分をモータの磁界解析で求め、そのトルクリプル成分を相殺する前記dq軸上の電圧として求めた誘起電圧リプルテーブルを用意し、dq軸電圧指令生成部が生成したdq軸電圧指令に、誘起電圧リプルテーブルから読み出したトルクリプル成分を相殺する前記dq軸上の電圧を加算する、という非常に簡単な構成でトルクリプル成分を相殺することで、従来装置のように実時間で非常に多くの演算をする必要がなくなるから、処理能力に限度のある安価なCPUでも十分対応でき、トルクリプルを生じさせずにコスト的にも安価な永久磁石モータ制御装置を提供することができる。また、3相軸上での補償に対してdq座標軸上で補償することで、定常偏差等も少なくすることが可能となると共に、この誘起電圧が線形の場合、誘起電圧リプルテーブルを記憶する例えばROMなどの記憶装置は小さな容量で充分となり、さらなるコスト削減が可能となる。 In this way, motor torque ripple components designed to meet various requirements, such as driving with high torque, driving with reduced noise, and driving with emphasis on efficiency, are obtained by magnetic field analysis of the motor. Then, an induced voltage ripple table obtained as a voltage on the dq axis that cancels the torque ripple component is prepared, and the torque ripple component read from the induced voltage ripple table is offset to the dq axis voltage command generated by the dq axis voltage command generation unit. By canceling the torque ripple component with a very simple configuration of adding the voltages on the dq axis, it is not necessary to perform a large number of calculations in real time as in the conventional device, so the processing capacity is limited. It is possible to provide a permanent magnet motor control device that can sufficiently cope with an inexpensive CPU with no cost and does not cause torque ripple and is low in cost. . Further, by compensating on the dq coordinate axis with respect to compensation on the three-phase axis, it is possible to reduce the steady-state deviation and the like, and when this induced voltage is linear, an induced voltage ripple table is stored. A storage device such as a ROM is sufficient with a small capacity, and further cost reduction is possible.
そして、前記誘起電圧リプルテーブル出力を、前記モータの回転数に応じて変化する前記誘起電圧に比例したトルクリプル成分とするゲインを、前記モータの回転数とゲインとの関係のテーブルとして予め用意し、該テーブルによりモータの回転数に応じて前記誘起電圧リプルテーブル出力を補正し、前記モータを駆動することで、誘起電圧がモータの回転数に応じて変化しても対応が可能となり、さらに、例え誘起電圧が非線形特性で変化してもトルクリプル補償が可能であるから、より高精度でトルクリプル成分を削減できる永久磁石モータ制御装置とすることができる。 Then, a gain that makes the induced voltage ripple table output a torque ripple component proportional to the induced voltage that changes in accordance with the rotational speed of the motor is prepared in advance as a table of the relationship between the rotational speed and the gain of the motor, The table corrects the induced voltage ripple table output according to the number of rotations of the motor and drives the motor, so that it is possible to cope with changes in the induced voltage according to the number of rotations of the motor. Since torque ripple compensation is possible even if the induced voltage changes due to non-linear characteristics, it is possible to provide a permanent magnet motor control device that can reduce torque ripple components with higher accuracy.
また、前記モータの温度測定手段を設け、前記誘起電圧リプルテーブル出力を、前記モータ温度に応じて変化する前記誘起電圧に比例するトルクリプル成分とするゲインを、前記モータ温度とゲインとの関係のテーブルとして予め用意し、該テーブルにより前記温度測定手段が測定したモータ温度に応じて前記誘起電圧リプルテーブル出力を補正し、前記モータを駆動することで、誘起電圧がモータの温度に応じて変化しても対応が可能となり、さらに高精度にトルクリプル成分を削減できる永久磁石モータ制御装置とすることができる。 Further, a table for the relationship between the motor temperature and the gain is provided, wherein the motor temperature measuring means is provided, and the gain that uses the induced voltage ripple table output as a torque ripple component proportional to the induced voltage that changes according to the motor temperature. As a result, the induced voltage ripple table output is corrected according to the motor temperature measured by the temperature measuring means using the table, and the motor is driven, so that the induced voltage changes according to the motor temperature. And a permanent magnet motor control device that can reduce torque ripple components with high accuracy.
以上記載のごとく本発明によれば、演算能力に制限のある安価なCPUによる簡単な構成でモータトルクリプルの補償が可能であり、また、3相軸上での補償に対してdq座標軸上で補償することで、定常偏差等も少なくすることが可能な永久磁石モータ制御装置とすることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to compensate for motor torque ripple with a simple configuration using an inexpensive CPU with limited calculation capability, and compensation on the dq coordinate axis compared to compensation on the three-phase axis. By doing so, it is possible to provide a permanent magnet motor control device capable of reducing steady-state deviation and the like.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
図1は、本発明になる永久磁石モータ制御装置の実施例1のブロック図である。この図1に示した永久磁石モータ制御装置が駆動するモータM10は、内部埋め込み磁石型のロータや表面磁石型のロータと集中巻構造のステータとを備えた、IPMモータやSPMモータなどの3相交流により駆動される永久磁石同期モータである。 FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a permanent magnet motor control device according to the present invention. The motor M10 driven by the permanent magnet motor control device shown in FIG. 1 is a three-phase motor such as an IPM motor or SPM motor having an internally embedded magnet type rotor, a surface magnet type rotor, and a concentrated winding stator. This is a permanent magnet synchronous motor driven by alternating current.
このモータM10を駆動する本発明になる永久磁石モータ制御装置の基本部分は、IGBTなどの電力変換素子により構成され、モータM10を駆動する3相交流電圧u、v、wをモータM10に印加する電力変換装置11、モータM10に連結され、モータM10の回転位置θmを検出するエンコーダPS12、エンコーダPS12からの回転位置信号θmに基づき、基本波電流の位相θeを演算する位相速度演算部13、3相交流モータM10の基本波電流の位相θeに基づき、d軸とq軸の目標電圧指令値vd*、vq*を3相交流電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換するdq−3相変換部14、基本波電流位相θeに基づき、電流検出センサ25、26が検出した3相交流モータM10の実電流iu、iv、iw(=−iu−iv)を、d軸とq軸の実電流id、iqへ変換する3相−dq変換部15、3相−dq変換部15から出力されたdq軸電流値id、iqと、dq座標系の目標電流値id*、iq*とからdq座標系の目標電圧指令値vd*、vq*を生成するdq軸電圧指令生成部16とで構成される。
The basic part of the permanent magnet motor control device according to the present invention for driving the motor M10 is composed of a power conversion element such as an IGBT, and applies three-phase AC voltages u, v, and w for driving the motor M10 to the motor M10. The
そしてこの永久磁石モータ制御装置は、まず、モータM10のステータ巻線に流れる相電流を電流検出センサ25、26で検出し、静止座標系における相電流iu、ivを、回転座標系のd軸上のd軸電流値id及びq軸上のq軸電流値iqに変換する。そしてd−q軸電圧指令生成部16で、d軸電流値idがd軸電流指令値id*の値になるよう比例積分制御してd軸電圧指令値vd*を作成すると共に、q軸電流値iqがq軸電流指令値iq*の値になるよう比例積分制御してq軸電圧指令値vq*を作成する。これらのd軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*とは、dq−3相変換部14で静止座標系の相電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換され、さらに電力変換装置11で電圧u、v、wに変換されてモータM10のステータ巻線に印加されて、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*で表される正弦波状の相電流がステータ巻線に流され、所定の出力トルクが発生させるよう制御する。
The permanent magnet motor control device first detects the phase current flowing in the stator winding of the motor M10 by the
このように構成した永久磁石モータ制御装置において、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*で表される正弦波状の相電流にリプルが無い場合、図6(A)に示したように理想的な正弦波となり、これをモータ制御理論の座標変換式によりd−q軸変換すると、図6(B)に示したように直線となる。なお、図6(A)において、usとした実線はu相、vsとした波線はv相、wsとした一点鎖線はw相をそれぞれ表し、図6(B)において、vdsとした実線はd軸におけるリプルを、vqsとした波線はq軸におけるリプルをそれぞれ表している。 In the permanent magnet motor control apparatus configured as described above, when there is no ripple in the sinusoidal phase current represented by the d-axis current command value id * and the q-axis current command value iq *, it is shown in FIG. Thus, an ideal sine wave is obtained, and when this is converted into dq axes by the coordinate conversion formula of the motor control theory, it becomes a straight line as shown in FIG. 6A, the solid line designated as us represents the u phase, the wavy line designated as vs represents the v phase, and the alternate long and short dash line designated as ws represents the w phase. In FIG. 6B, the solid line designated vds represents the d phase. The wavy line with the ripple on the axis as vqs represents the ripple on the q axis.
しかしながら、実際の永久磁石モータ制御装置においては、例えば高トルクで駆動したい、騒音を低減させて駆動したい、効率を重視して駆動したい、など、種々の要求に対応させて永久磁石モータが設計されるため、例えば図5(A)に示したように、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*で表される正弦波状の相電流にリプルが生じ、図6(A)に示した理想的な正弦波とは異なった波形となる。そして前記図6(B)と同様、この図5(A)に示した波形をd−q軸変換すると、図6(B)の場合とは異なり、図5(B)に示したようなリプル成分が抽出される。なお、図5(A)において、u0とした実線はu相、v0とした波線はv相、w0とした一点鎖線はw相をそれぞれ表し、図5(B)において、vd0とした実線はd軸におけるリプルを、vq0とした波線はq軸におけるリプルをそれぞれ表している。 However, in an actual permanent magnet motor control device, a permanent magnet motor is designed to meet various requirements such as driving with high torque, driving with reduced noise, driving with emphasis on efficiency, etc. Therefore, for example, as shown in FIG. 5A, a ripple occurs in the sinusoidal phase current represented by the d-axis current command value id * and the q-axis current command value iq *. The waveform is different from the ideal sine wave shown. Similar to FIG. 6B, when the waveform shown in FIG. 5A is dq-axis converted, the ripple as shown in FIG. 5B is different from the case of FIG. 6B. Ingredients are extracted. 5A, the solid line designated u0 represents the u phase, the wavy line designated v0 represents the v phase, and the alternate long and short dash line designated w0 represents the w phase. In FIG. 5B, the solid line designated vd0 represents the d phase. The wavy line with the ripple on the axis as vq0 represents the ripple on the q axis.
そのため本発明においては、前記したモータの設計段階において磁界解析を行い、この図5(A)に示したような基準回転数での3相端子間の誘起電圧を求め、次にモータ制御理論の座標変換式を用い、図5(B)に示したような回転座標であるd−q軸座標での誘起電圧波形を求める。そして、求めたd−q軸座標での誘起電圧波形を反転したものを補正テーブルとし、モータの現在の回転数と基準回転数の比を掛けたものを補正量としてd−q軸電圧指令vd*、vq*に加えるようにした。 Therefore, in the present invention, magnetic field analysis is performed at the motor design stage described above, the induced voltage between the three-phase terminals at the reference rotational speed as shown in FIG. Using the coordinate conversion formula, an induced voltage waveform at the dq axis coordinates, which are rotational coordinates as shown in FIG. Then, a reverse table of the induced voltage waveform at the obtained dq axis coordinates is used as a correction table, and a product obtained by multiplying the ratio of the current motor speed to the reference speed is used as a correction amount to obtain a dq axis voltage command vd. *, Added to vq *.
再度図1に戻り、このようにして求めた補正テーブルが、図1における誘起電圧リプルテーブルI17である。この誘起電圧リプルテーブルI17は、図5(A)に示したような基準回転数での3相端子間の誘起電圧を座標変換式により、図5(B)に示したようなd−q軸座標での誘起電圧波形を相殺するように定めたテーブルである。 Returning again to FIG. 1, the correction table obtained in this way is the induced voltage ripple table I17 in FIG. This induced voltage ripple table I17 has a dq axis as shown in FIG. 5 (B) using the coordinate conversion equation for the induced voltage between the three-phase terminals at the reference rotational speed as shown in FIG. 5 (A). It is the table defined so that the induced voltage waveform in a coordinate may be canceled.
またこの図1において、18、19は加算器、20、21は乗算器、22はモータの回転角速度ωeからモータの回転角度θeを演算するモータの回転角度演算部、23は誘起電圧リプルテーブルI17と加算器18、19、乗算器20、21により構成される誘起電圧補正部である。
In FIG. 1, 18 and 19 are adders, 20 and 21 are multipliers, 22 is a motor rotation angle calculation unit for calculating the motor rotation angle θe from the motor rotation angular velocity ωe, and 23 is an induced voltage ripple table I17. And an induced voltage correction
このように構成した本発明になる永久磁石モータ制御装置は、前記したようにモータM10のステータ巻線に流れる相電流を電流検出センサ25、26で検出し、静止座標系における相電流iu、ivを、回転座標系のd軸上のd軸電流値id及びq軸上のq軸電流値iqに変換する。そしてd−q軸電圧指令生成部16で、d軸電流値idがd軸電流指令値id*の値になるよう比例積分制御してd軸電圧指令値vd*を作成すると共に、q軸電流値iqがq軸電流指令値iq*の値になるよう比例積分制御してq軸電圧指令値vq*を作成する。
The permanent magnet motor control device according to the present invention configured as described above detects the phase current flowing in the stator winding of the motor M10 with the
そして図示しないCPUを含む制御装置が、誘起電圧リプルテーブルI17から、モータの回転角度演算部22により算出されたモータの回転角度θeに対応し、図5(B)に示したd−q軸座標での誘起電圧波形を相殺する電圧波形を読み出し、加算器18、19により、d−q軸電圧指令生成部16で作成されたd軸電圧指令値vd*、q軸電圧指令値vq*に加算して、リプル成分を補正したd軸電圧指令値vd*’、q軸電圧指令値vq*’を生成してdq−3相変換部14に送る。
A control device including a CPU (not shown) corresponds to the motor rotation angle θe calculated by the motor
そのためこのdq−3相変換部14は、送られてきたリプル成分が相殺されたd軸電圧指令値vd*’、q軸電圧指令値vq*’を、静止座標系の相電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換し、それが電力変換装置11で電圧u、v、wに変換されてモータM10のステータ巻線に印加され、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*で表される、リプルを含んだ正弦波状の相電流におけるリプル成分が相殺された電流が、モータM10のステータ巻線に流されてリプルのない所定の出力トルクでモータM10が駆動される。
For this reason, the dq-3
このようにすることにより、種々の要求に対応して設計されたモータのトルクリプル成分は、誘起電圧リプルテーブルI17に記憶されたトルクリプル成分を相殺するデータにより相殺され、従来装置のように実時間で非常に多くの演算をする必要がないから処理能力に限度のある安価なCPUでも十分対応でき、トルクリプルを生じさせずにコスト的にも安価なモータ制御装置を提供することができる。また、3相軸上での補償に対してdq座標軸上で補償することで、定常偏差等も少なくすることが可能となると共に、この誘起電圧が線形の場合、誘起電圧リプルテーブルを記憶する例えばROMなどの記憶装置は小さな容量で充分となり、さらなるコスト削減が可能となる。 By doing so, the torque ripple component of the motor designed for various requirements is canceled by the data that cancels the torque ripple component stored in the induced voltage ripple table I17, and in real time as in the conventional device. Since it is not necessary to perform a large number of calculations, an inexpensive CPU having a limited processing capability can be used sufficiently, and a motor control device that is inexpensive in terms of cost without causing torque ripple can be provided. Further, by compensating on the dq coordinate axis with respect to compensation on the three-phase axis, it is possible to reduce the steady-state deviation and the like, and when this induced voltage is linear, an induced voltage ripple table is stored. A storage device such as a ROM is sufficient with a small capacity, and further cost reduction is possible.
図2は、本発明になるモータ制御装置における実施例2のブロック図である。一般的にモータの誘起電圧の大きさは、例えばモータが2000回転している時の誘起電圧は、1000回転している時の誘起電圧の2倍の大きさになる。そのため、図5(B)に示したd−q軸座標での誘起電圧波形のリプル成分は、モータの回転数によって変化する。本発明になるモータ制御装置における実施例2は、このようにモータの回転数によって変化するリプル成分に対応させたものである。 FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the motor control device according to the present invention. In general, the induced voltage of the motor is, for example, twice as large as the induced voltage when the motor rotates 1000 times. For this reason, the ripple component of the induced voltage waveform at the dq axis coordinates shown in FIG. 5B varies depending on the rotational speed of the motor. The second embodiment of the motor control device according to the present invention corresponds to the ripple component that changes in accordance with the rotational speed of the motor.
なお、モータ制御の方式には、高速回転時にモータの電流を制御することで見かけの誘起電圧を抑える制御方式(弱め界磁制御)があり、そのためこの実施例2では、所定回転数まではモータの誘起電圧の大きさがモータの回転数に比例し、所定回転数を越えた場合、誘起電圧を抑えるようにした場合に対応させて制御するものである。 As a motor control method, there is a control method (field weakening control) that suppresses the apparent induced voltage by controlling the motor current during high-speed rotation. Therefore, in the second embodiment, the motor induction is performed up to a predetermined number of revolutions. When the magnitude of the voltage is proportional to the rotational speed of the motor and exceeds the predetermined rotational speed, control is performed in correspondence with the case where the induced voltage is suppressed.
図3は、このようにモータ回転数により変化するリプル成分に対応させ、d−q軸座標での誘起電圧を補正することを説明するための図である。図中、40はモータ回転角度、41はモータ回転数データであり、これらのデータは図1、図2に12で示したエンコーダPSから得られる。42は乗算部、43はモータ回転数とゲインとの関係を示したグラフ、44は図1において17で示した誘起電圧リプルテーブルIと同じ誘起電圧リプルテーブルIである。
FIG. 3 is a diagram for explaining the correction of the induced voltage on the dq axis coordinates in correspondence with the ripple component that changes depending on the motor rotational speed. In the figure,
モータ回転数とゲインとの関係のグラフ43は、前記したように所定回転数まではモータの誘起電圧の大きさがモータの回転数に比例し、所定回転数を越えた場合は誘起電圧を抑えるようにした弱め界磁制御の場合に対応させ、誘起電圧リプルテーブルI44に示されるリプル成分を、モータ回転数41に対応させて変化させるためのテーブルとしてのグラフである。
As described above, the
すなわち、この実施例2の制御装置では、誘起電圧リプルテーブルI44から、図1のモータの回転角度演算部22により算出されたモータの回転角度θe(図3の40)に対応し、図5(B)に示したd−q軸座標での誘起電圧波形を相殺する電圧波形を読み出し、加算器18、19に送る前に、モータ回転数41によりモータ回転数とゲインとの関係のグラフ43から対応するゲインを読み出し、乗算部42によってこのゲインを乗じて誘起電圧補正量として出力することで、モータ回転数41に対応して補正した誘起電圧を得られるようにしたものである。
That is, in the control device of the second embodiment, the motor rotation angle θe (40 in FIG. 3) calculated from the induced voltage ripple table I44 by the motor rotation
この図3に示したブロックを収容したのが、図2における誘起電圧リプルテーブルII30である。この図2では、前記図1に示したのと同じ構成要素には同一番号が付されており、図1と異なる点は、誘起電圧リプルテーブルI17が誘起電圧リプルテーブルII30に代わったことと、図1における乗算器20、21が無くなってモータ回転角度ωe、d軸電流指令値id*、q軸電圧指令値vq*が、直接誘起電圧リプルテーブルII30に入力されていることである。
The induced voltage ripple table II30 in FIG. 2 accommodates the block shown in FIG. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are given the same numbers. The difference from FIG. 1 is that the induced voltage ripple table I17 is replaced with the induced voltage ripple table II30. The
この図2に示した実施例2の永久磁石モータ制御装置を簡単に説明すると、前記したようにモータM10のステータ巻線に流れる相電流iu、ivがd軸電流値id及びq軸上のq軸電流値iqに変換され、d−q軸電圧指令生成部16でd軸電圧指令値vd*、q軸電圧指令値vq*が作成される。
The permanent magnet motor control apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 2 will be briefly described. As described above, the phase currents iu and iv flowing through the stator winding of the motor M10 are represented by the d-axis current value id and the q-axis q. The d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * are generated by the dq-axis voltage
一方、誘起電圧リプルテーブルI30に与えられているモータ回転角度ωe、モータの回転角度θe、d軸電流指令値id*、q軸電圧指令値vq*により、前記図3で説明したように、モータ回転数に対応したゲインが読み出され、誘起電圧リプルテーブルI44から読み出された誘起電圧のリプル成分に乗じられて、誘起電圧補正量となってこのd軸電圧指令値vd*、q軸電圧指令値vq*に加算される。 On the other hand, the motor rotation angle ωe, the motor rotation angle θe, the d-axis current command value id *, and the q-axis voltage command value vq * given to the induced voltage ripple table I30, as described in FIG. The gain corresponding to the rotational speed is read out, multiplied by the ripple component of the induced voltage read from the induced voltage ripple table I44, and becomes an induced voltage correction amount, and this d-axis voltage command value vd *, q-axis voltage It is added to the command value vq *.
そのため、加算結果であるd軸電圧指令値vd*’、q軸電圧指令値vq*’は、モータ回転数に対応してリプル成分が相殺されたd軸電圧指令値、q軸電圧指令値となり、そのためdq−3相変換部14は、送られてきたリプル成分が相殺されたd軸電圧指令値vd*’、q軸電圧指令値vq*’を、静止座標系の相電圧指令値vu*、vv*、vw*に変換する。そしてその値が電力変換装置11で電圧u、v、wに変換され、モータM10のステータ巻線に印加されて、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*で表される、モータ回転数に対応したリプルを含んだ正弦波状の相電流におけるリプル成分が相殺された電流が、モータM10のステータ巻線に流されてリプルのない所定の出力トルクでモータM10が駆動される。
Therefore, the d-axis voltage command value vd * ′ and the q-axis voltage command value vq * ′, which are the addition results, become the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value in which the ripple component is canceled according to the motor rotation speed. Therefore, the dq-3
このようにすることにより、誘起電圧がモータの回転数に応じて変化しても対応が可能となり、さらに、例え誘起電圧が非線形特性で変化してもトルクリプル補償が可能であるから、より高精度でトルクリプル成分を削減できるモータ制御装置とすることができる。 In this way, even if the induced voltage changes according to the number of revolutions of the motor, it is possible to cope with it, and even if the induced voltage changes due to non-linear characteristics, torque ripple compensation is possible, so higher accuracy can be achieved. Thus, the motor control device can reduce the torque ripple component.
図4は、モータ温度により誘起電圧補正量を変化させることを説明するための図である。一般的に磁石は温度が高くなると磁力が落ち、そのため、モータ温度が高くなると誘起電圧も低下する。従って、図5(B)に示したd−q軸座標での誘起電圧波形のリプル成分は、モータの温度によって変化する。本発明になるモータ制御装置における実施例3は、このようにモータの温度によって変化するリプル成分に対応させたものである。 FIG. 4 is a diagram for explaining changing the induced voltage correction amount according to the motor temperature. In general, when the temperature of a magnet increases, the magnetic force decreases, so that the induced voltage decreases as the motor temperature increases. Accordingly, the ripple component of the induced voltage waveform at the dq axis coordinates shown in FIG. 5B varies depending on the motor temperature. The third embodiment of the motor control device according to the present invention corresponds to the ripple component that changes depending on the motor temperature.
図4は、このようにモータ温度により変化するリプル成分に対応させ、d−q軸座標での誘起電圧のリプル成分を補正するため、モータ温度と補正ゲインとの関係を示したテーブルとしてのグラフである。すなわちこの図4に示したグラフは、前記した図1の実施例1、図2の実施例2に示した誘起電圧リプルテーブルI17、誘起電圧リプルテーブルII30の出力が、モータ温度によって変化するのに対応できるよう、モータ温度に対応させて誘起電圧リプルを変化させるためのゲインをグラフ化したものである。 FIG. 4 is a graph as a table showing the relationship between the motor temperature and the correction gain in order to correct the ripple component of the induced voltage in the dq axis coordinates in correspondence with the ripple component that changes depending on the motor temperature. It is. That is, the graph shown in FIG. 4 shows that the outputs of the induced voltage ripple table I17 and the induced voltage ripple table II30 shown in Example 1 of FIG. 1 and Example 2 of FIG. 2 change depending on the motor temperature. In order to cope with this, the gain for changing the induced voltage ripple corresponding to the motor temperature is graphed.
そのため、前記した図1の実施例1、図2に示した実施例2において、誘起電圧リプルテーブルI17、誘起電圧リプルテーブルII30にこの図4に示したモータ温度とゲインとの関係のテーブルを含ませ、モータM10の温度を測定する温度センサ24からの信号により、対応するゲインを誘起電圧リプルテーブルI17、誘起電圧リプルテーブルII30から読み出した誘起電圧リプルに乗じることで、モータM10の温度によって変化するトルクリプル成分を、精度よく相殺することができる。
Therefore, in the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG. 2, the induced voltage ripple table I17 and the induced voltage ripple table II30 include the table of the relationship between the motor temperature and the gain shown in FIG. However, by the signal from the
このように本発明によれば、演算能力に制限のある安価なCPUによる簡単な構成でモータトルクリプルの補償が可能であり、また、3相軸上での補償に対してdq座標軸上で補償することで、定常偏差等も少なくすることが可能なモータ制御装置とすることができる。 As described above, according to the present invention, motor torque ripple can be compensated with a simple configuration by an inexpensive CPU with limited calculation capability, and compensation on the three-phase axis is compensated on the dq coordinate axis. Thus, it is possible to provide a motor control device that can reduce steady-state deviation and the like.
本発明によれば、簡単、安価な構成でモータのトルクリプルを生じない永久磁石モータ制御装置を提供でき、効率が良く、車両などの産業機械に用いて乗員に不快感を与えることが無くなる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the permanent magnet motor control apparatus which does not produce the torque ripple of a motor with a simple and cheap structure can be provided, it is efficient, and it does not give a passenger discomfort by using it for industrial machines, such as a vehicle.
10 モータM
11 電力変換装置
12 エンコーダPS
13 位相速度演算部
14 dq−3相変換部
15 3相−dq変換部
16 d−q軸電圧指令生成部
17 誘起電圧リプルテーブルI
18、19 加算器
20、21 乗算器
22 モータの回転角度演算部
23 誘起電圧補正部
24 温度センサ
25、26 電流検出センサ
10 Motor M
11
13 phase
18, 19
Claims (2)
該電流検出手段の検出した電流値をモータの回転に同期して回転するd軸およびq軸から成る直交座標系(以下、dq座標系と称す)の電流値に変換する3相−dq変換部と、
該3相−dq変換部から出力されたdq軸電流値とdq座標系の目標電流値とからdq座標系の目標電圧値を生成するdq軸電圧指令生成部と、
該dq軸電圧指令生成部が生成したdq軸電圧指令を3相の相電圧指令値に変換するdq−3相変換部と、
該dq−3相変換部が生成した3相の相電圧指令値を3相のモータ駆動電流に変換する電力変換部とからなる永久磁石モータ制御装置において、
予め、前記モータの磁界解析で求めた誘起電圧波形から基本正弦波以外のトルクリプル成分を求め、該トルクリプル成分を相殺する前記dq軸上の相殺電圧をテーブルとした誘起電圧リプルテーブルを用意し、
前記相殺電圧に乗じられる第1ゲインを、前記モータの回転数と第1ゲインとの関係の第1ゲインテーブルであって、弱め界磁制御に対応する第1ゲインテーブルとして予め用意し、
前記モータの回転角度に応じて前記誘起電圧リプルテーブルから読み出した前記相殺電圧を、前記モータの回転数に応じて前記第1ゲインテーブルから読み出した前記第1ゲインを乗じて補正し、
前記dq軸電圧指令生成部が生成したdq軸電圧指令に、補正された前記相殺電圧を加算し、前記dq−3相変換部に与えて前記モータのトルクリプルを低減させて駆動することを特徴とする永久磁石モータ制御装置。 Current detection means for detecting a phase current flowing in the permanent magnet motor and outputting a current value;
A three-phase-dq conversion unit that converts the current value detected by the current detection means into a current value in an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as a dq coordinate system) composed of a d-axis and a q-axis that rotates in synchronization with the rotation of the motor. When,
A dq-axis voltage command generation unit that generates a target voltage value in the dq coordinate system from the dq-axis current value output from the three-phase-dq conversion unit and the target current value in the dq coordinate system;
A dq-3 phase converter that converts the dq axis voltage command generated by the dq axis voltage command generator into a three-phase voltage command value;
In a permanent magnet motor control device comprising a power converter that converts a three-phase phase voltage command value generated by the dq-3 phase converter into a three-phase motor drive current,
In advance, a torque ripple component other than the basic sine wave is obtained from the induced voltage waveform obtained by the magnetic field analysis of the motor, and an induced voltage ripple table using the cancel voltage on the dq axis for canceling the torque ripple component as a table is prepared.
A first gain multiplied by the canceling voltage is a first gain table of a relationship between the rotation speed of the motor and the first gain, and is prepared in advance as a first gain table corresponding to field weakening control;
Correcting the cancellation voltage read from the induced voltage ripple table according to the rotation angle of the motor by multiplying the first gain read from the first gain table according to the rotation speed of the motor,
The dq-axis voltage command generated by the dq-axis voltage command generation unit is added with the corrected canceling voltage and applied to the dq-three-phase conversion unit to drive the motor with reduced torque ripple. Permanent magnet motor control device.
前記相殺電圧に乗じられる第2ゲインを、前記モータの温度と第2ゲインとの関係の第2ゲインテーブルとして予め用意し、
前記モータの回転角度に応じて前記誘起電圧リプルテーブルから読み出した前記相殺電圧を、前記モータの温度に応じて前記第2ゲインテーブルから読み出した前記第2ゲインを乗じて補正し、前記モータを駆動することを特徴とする請求項1に記載した永久磁石モータ制御装置。 Providing a temperature measuring means of the motor;
A second gain multiplied by the cancellation voltage is prepared in advance as a second gain table of the relationship between the temperature of the motor and the second gain;
Driving the motor by correcting the cancellation voltage read from the induced voltage ripple table according to the rotation angle of the motor by multiplying the second gain read from the second gain table according to the temperature of the motor The permanent magnet motor control device according to claim 1.
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