JP5472222B2 - 永久磁石形同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
一般に位置検出センサとして、エンコーダやレゾルバなどが用いられているが、低コスト化を目的として、電動機の電圧や電流の情報から電気的に回転子位置を推定演算するセンサレス制御が提案されている。その一手法として、特開平7−245981号公報に記載された磁極位置検出装置が知られている。この公知技術に記載された回転子位置の検出手法は、突極性を有する永久磁石形同期電動機に高周波電圧を印加し、その結果として流れる突極性に起因した高周波電流から回転子位置を推定演算するものである。
・電気学会論文誌D「産業応用部門誌」1990年11月 Vol.110 pp.1193〜1200
・電気学会論文誌D「産業応用部門誌」1996年7月 Vol.116 pp736〜742
・IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL.32, NO.5, SEPTEMBER/OCTOBER 1996
等が提案されている。
図6において、電動機(PMモータ)40の電圧指令は座標変換器1に入力される。ここで、直軸電圧指令vd *には通常、方形波状の高周波電圧(基本波電圧成分と異なる周波数の高周波電圧であり、以下では、この電圧を方形波電圧という)が重畳され、横軸電圧指令vq *としては零が与えられる。
この結果、位置推定値θは、真値または180°の誤差をもった値に収束する。
磁極判別器6は、△idp,△idmの値を比較して、積分器8の出力を次の数式1によりプリセットし、位置推定値の演算誤差を補正する。すなわち、速度推定器7の出力を積分した値を第1の位置推定値とすれば、この第1の位置推定値を数式1によりプリセットして補正した第2の位置推定値θを生成し、出力する。
(a) △idp<△idmのとき → θ=θ(前回値)+180°
(b) △idp>△idmのとき → θ=θ(前回値)
直軸基本波電圧指令に高周波電圧を重畳して直軸電圧指令を生成する手段と、
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流を抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を零に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を零に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、正極性及び負極性を有するパルス電圧を前記高周波電圧に重畳し、かつ、正極性のパルス電圧を重畳したときと負極性のパルス電圧を重畳したときの前記直軸電流の変化率により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたものである。
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記直軸電流及び横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流をそれぞれ抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を正及び負の値に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を零に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記横軸電流から抽出した高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、前記直軸電流から抽出した高周波電流の振幅により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたものである。
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流を抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を零に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を少なくとも零でない値に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、前記横軸電流通流時の加速度を前記速度推定値から演算し、かつ、前記横軸電流の値が零のときと零でないときとの加速度の大きさの比較により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたものである。
まず、図1の制御ブロック図は本発明の第1実施形態を示すものである。
図6と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、以下では異なる点を中心に説明すると、本実施形態では、方形波電圧とパルス電圧との加算結果を直軸電圧指令vd *として出力する加算器9が付加され、また、すべてのスイッチAと図4の積分器8の入力側に設けられていたスイッチBとが除去されている。
次に、この実施形態の動作を説明する。
図2の制御ブロック図は本発明の第2実施形態を示すものである。
高周波分離フィルタ4は、id,iqから方形波電圧の周波数成分を除いた直軸基本波電流idbと横軸基本波電流iqbと、方形波電圧と同じ周波数成分の横軸高周波電流iqhとを分離・抽出する。
磁極判別を行なう際にはスイッチBを閉じ、加算器9,10の動作により、直軸基本波電圧指令vd **に対して、方形波電圧と、更に磁極判別用試験信号としての正極性及び負極性のパルス電圧を重畳して、直軸電圧指令vd *を生成する。
次に、図3の制御ブロック図は本発明の第3実施形態を示すものである。
磁極判別に当たっては、スイッチBを閉じた状態で、パルス電圧が正あるいは負の値のときにスイッチCが開くことにより、直軸電流の制御は行なわれず、正または負のパルス電圧によって大きな直軸電流が流れる。これによって、十分に磁気飽和するような直軸電流idを流すことができ、メモリ5及び磁極判別器6を介して高精度に磁極判別を行うことができる。なお、本実施形態では大きな直軸電流idを流すために、パルス電圧が正または負である期間をモータやインバータが許容される範囲で長くするのが望ましい。
この実施形態は、第2実施形態や第3実施形態と比較して、パルス電圧の代わりに正及び負の極性を持つパルス状の直軸電流指令id *を用いることを特徴としており、直軸電流調節器11の出力が加算器10に入力されて方形波電圧と加算される。ここで、直軸電流調節器11は、直軸電流の基本波電流を正極性及び負極性に制御する手段を構成している。
直軸電流調節器11には、正極性及び負極性を有するパルス状の直軸電流指令id *を与え、スイッチBはid *が正または負の値のときにのみ閉じる。高周波分離フィルタ4により、直軸電流idから直軸高周波電流idhを抽出し、id *を正極性に設定したときと負極性に設定したときのidhの振幅idhp,idhmをそれぞれメモリ5に記憶させる。磁極判別器6は、積分器8の出力を次の数式2によりプリセットして第1の位置推定値を補正し、第2の位置推定値θを出力する。
(a) idhp<idhmのとき → θ=θ(前回値)+180°
(b) idhp>idhmのとき → θ=θ(前回値)
第2実施形態や第3実施形態では、磁極判別を行うためにパルス電圧を印加した場合の電流は電動機40のインピーダンスによって変わるとともに、パルス電圧が正極性または負極性の時にはスイッチCが開となっていて直軸電流のフィードバック制御が働かないため、場合によっては機器を損傷するような過電流が流れる危険性がある。これに対し、第4実施形態によれば、電流のフィードバック制御を行なう直軸電流調節器11の作用により、過電流が発生するのを回避することができる。
この実施形態を図4の実施形態と比較すると、直軸電流指令id *の代わりに横軸電流指令iq *を操作する点と、メモリ5の代わりに加速度検出器13を用いる点が異なっている。ここで、直軸電流調節器11は直軸電流の基本波電流を零に制御して直軸基本波電圧指令を出力する手段を構成し、横軸電流調節器12は横軸電流の基本波電流を零でない値に制御して横軸電圧指令を出力する手段を構成している。なお、加速度検出器13は、速度推定器7と磁極判別器6との間に設けられている。
磁極判別に当たっては、横軸電流指令値iq *を正の値とし、横軸電流を正の値に制御する。一方、直軸電流指令値id *を零として、直軸電流を零に制御する。
(a) a0>apのとき → θ=θ(前回値)+180°
(b) a0<apのとき → θ=θ(前回値)
すなわち、a0<apであればθに誤差がないと判断して補正せず、a0>apであればθに誤差があると判断して補正を行う。
3 PWM回路
4 高周波分離フィルタ
5 メモリ
6 磁極判別器
7 速度推定器
8 積分器
9,10 加算器
11 直軸電流調節器
12 横軸電流調節器
13 加速度検出器
20 三相交流電源
30 電力変換器
40 永久磁石形同期電動機(PMモータ)
A,B,C スイッチ
Claims (3)
- 回転子に突極性を有する永久磁石形同期電動機を電力変換器により駆動するための制御装置であって、位置検出センサを用いずに速度推定値から回転子位置を推定し、この位置推定値と電動機に対する直軸電圧指令及び横軸電圧指令とに基づいて三相電圧指令を演算して制御するようにした永久磁石形同期電動機の制御装置において、
直軸基本波電圧指令に高周波電圧を重畳して直軸電圧指令を生成する手段と、
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流を抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を零に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を零に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、正極性及び負極性を有するパルス電圧を前記高周波電圧に重畳し、かつ、正極性のパルス電圧を重畳したときと負極性のパルス電圧を重畳したときの前記直軸電流の変化率により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 - 回転子に突極性を有する永久磁石形同期電動機を電力変換器により駆動するための制御装置であって、位置検出センサを用いずに速度推定値から回転子位置を推定し、この位置推定値と電動機に対する直軸電圧指令及び横軸電圧指令とに基づいて三相電圧指令を演算して制御するようにした永久磁石形同期電動機の制御装置において、
直軸基本波電圧指令に高周波電圧を重畳して直軸電圧指令を生成する手段と、
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記直軸電流及び横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流をそれぞれ抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を正及び負の値に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を零に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記横軸電流から抽出した高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、前記直軸電流から抽出した高周波電流の振幅により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 - 回転子に突極性を有する永久磁石形同期電動機を電力変換器により駆動するための制御装置であって、位置検出センサを用いずに速度推定値から回転子位置を推定し、この位置推定値と電動機に対する直軸電圧指令及び横軸電圧指令とに基づいて三相電圧指令を演算して制御するようにした永久磁石形同期電動機の制御装置において、
直軸基本波電圧指令に高周波電圧を重畳して直軸電圧指令を生成する手段と、
電動機の電機子電流を直軸電流及び横軸電流に分解し、前記横軸電流から前記高周波電圧と同じ周波数の高周波電流を抽出するとともに、前記高周波電流を除去した直軸基本波電流と横軸基本波電流を抽出する手段と、
前記直軸基本波電流を零に制御して前記直軸基本波電圧指令を生成する手段と、
前記横軸基本波電流を少なくとも零でない値に制御して横軸電圧指令を生成する手段と、
前記高周波電流から回転子の速度推定値を演算し、この速度推定値を積分して第1の位置推定値を演算する手段と、
前記速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、前記横軸電流通流時の加速度を前記速度推定値から演算し、かつ、前記横軸電流の値が零のときと零でないときとの加速度の大きさの比較により、第1の位置推定値を補正して第2の位置推定値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
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