JP6015647B2 - Control device for motor drive device and motor drive system - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、電動機駆動装置の制御装置及び電動機駆動システムに関し、例えば同期電動機へと交流電圧を印加する電動機駆動装置に関する。   The present invention relates to a control device for an electric motor drive device and an electric motor drive system, for example, an electric motor drive device that applies an AC voltage to a synchronous motor.

非特許文献1には、同期電動機の制御方法について記載されている。同期電動機は巻線を有する電機子と、界磁とを有している。特許文献1では同期電動機の一次磁束が制御される。より詳細には、制御軸として、互いに直交するγ軸及びδ軸を採用し、一次磁束のγ軸成分を零に制御する。   Non-Patent Document 1 describes a method for controlling a synchronous motor. The synchronous motor has an armature having windings and a field. In Patent Document 1, the primary magnetic flux of the synchronous motor is controlled. More specifically, the γ-axis and δ-axis that are orthogonal to each other are adopted as the control axes, and the γ-axis component of the primary magnetic flux is controlled to zero.

かかる制御を実現すべく、同期電動機の電圧方程式において、一次磁束のγ軸成分として零を採用し、δ軸成分として指令値を採用したときの、γ軸電圧及びδ軸電圧を、それぞれの指令として採用する。更に制御精度を向上すべく、δ軸電流をフィードバック制御する。この点については後に詳述する。   In order to realize such control, in the voltage equation of the synchronous motor, when the zero is adopted as the γ-axis component of the primary magnetic flux and the command value is adopted as the δ-axis component, the γ-axis voltage and the δ-axis voltage are expressed as respective commands. Adopt as. Further, the δ-axis current is feedback-controlled to improve control accuracy. This point will be described in detail later.

また本願に関連する技術として特許文献1〜4が提示される。   Moreover, patent documents 1-4 are shown as a technique relevant to this application.

特許第3672761号公報Japanese Patent No. 3672761 特許第4988374号公報Japanese Patent No. 4988374 特許第3298267号公報Japanese Patent No. 3298267 特許第4881038号公報Japanese Patent No. 4881038

瓜田、山村、常広、「同期機駆動用汎用インバータについて」、電気学会論文誌D、1999年、第119巻、第5号、p.707―712Hamada, Yamamura, Tsunehiro, "General-purpose inverter for driving synchronous machines", IEEJ Transactions D, 1999, Vol.119, No.5, p.707-712

しかしながら特許文献1に記載の技術では、後に詳述するように、同期電動機の製造バラツキに起因して制御の不安定を招く。   However, the technique described in Patent Document 1 causes instability of control due to manufacturing variations of the synchronous motor, as will be described in detail later.

そこで、本発明は制御の安定に資する電動機駆動装置の制御技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a control technique for an electric motor drive device that contributes to stable control.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第1の態様は、電機子巻線(22)を含む電機子(21)と界磁(23)とを有する同期電動機(2)へと交流電圧を印加し、交流電流(iu,iv,iw)を出力する駆動装置(1)を制御する装置(3)であって、前記交流電流を、δ軸と前記δ軸に対して所定の進み方向に90度進むγ軸とを有し、前記δ軸は前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)に対して位相(φ)を有する回転座標系におけるδ軸電流(iδ)およびγ軸電流(iγ)とに変換する座標変換部(33)と、前記電機子巻線の抵抗成分の抵抗値(R0)及び予め設定される定数(kγγ)の和と前記γ軸電流との積たる第1項と、前記交流電圧の角速度(ω1)及び前記鎖交磁束(Λ0)と前記電機子に流れる交流電流によって発生する電機子反作用の磁束との合成である一次磁束の指令(Λδ*)の積たる第2項との和((R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*)を算出して、前記交流電圧のγ軸電圧(vγ)についてのγ軸電圧指令(vγ*)を生成するγ軸電圧指令生成部(31)と、前記抵抗値(R0)及び前記δ軸電流(iδ)の積たる第3項と、前記δ軸電流についてのδ軸電流指令と前記δ軸電流との電流偏差(iδ*−iδ)及び第1比例ゲイン(Kδ)の積との和(R0・iδ+Kδ・(iδ*-iδ))を算出して、前記交流電圧のδ軸電圧(vδ)についてのδ軸電圧指令(vδ*)を生成するδ軸電圧指令生成部(32)と、前記γ軸電圧指令と前記δ軸電圧指令とに基づいて、前記駆動装置による前記交流電圧の印加を制御する制御信号を生成する制御信号生成部(30)とを備え、前記抵抗値と前記定数(kγγ)との和が略零となる値を採用するAccording to a first aspect of the control device for an electric motor drive device of the present invention, an AC voltage is applied to a synchronous motor (2) having an armature (21) including an armature winding (22) and a field (23). A device (3) for controlling the driving device (1) to apply and output an alternating current (iu, iv, iw), wherein the alternating current is directed in a predetermined advance direction with respect to the δ axis and the δ axis. And a δ-axis current (iδ) and γ in a rotating coordinate system having a phase (φ) with respect to the flux linkage (Λ0) to the armature by the field. A coordinate conversion unit (33) for converting into a shaft current (iγ), a product of the sum of the resistance value (R0) of the resistance component of the armature winding and a preset constant (kγγ) and the γ-axis current The primary magnetic flux command (Λδ *), which is a combination of the first term, the angular velocity (ω1) of the AC voltage, the linkage flux (Λ0), and the magnetic flux of the armature reaction generated by the AC current flowing through the armature. ) Calculate the sum ((R0 + kγγ) · iγ + L0 · ω1 · Iδ *) with the second term to be calculated, and calculate the γ-axis voltage command (vγ *) for the γ-axis voltage (vγ) of the AC voltage. A γ-axis voltage command generating unit (31) to be generated; a third term obtained by multiplying the resistance value (R0) and the δ-axis current (iδ); a δ-axis current command for the δ-axis current; and the δ-axis current And the sum of the product of the current deviation (iδ * −iδ) and the first proportional gain (Kδ) (R0 · iδ + Kδ · (iδ * −iδ)), and the δ-axis voltage of the AC voltage ( δ-axis voltage command generation unit (32) that generates a δ-axis voltage command (vδ *) for vδ), and based on the γ-axis voltage command and the δ-axis voltage command, the AC voltage of the drive device A control signal generation unit (30) for generating a control signal for controlling application, and adopting a value that makes the sum of the resistance value and the constant (kγγ) substantially zero .

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様は、第の態様にかかる電動機駆動装置の制御装置であって、前記γ軸電圧指令生成部(31)は、前記第1項と、前記第2項と、前記電流偏差(iδ*−iδ)に対する第1積分ゲイン(K(ω1))に基づく積分項との和((R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*+K(ω1)・1/s・(iδ*−iδ))を算出して、前記γ軸電圧指令を生成し、前記第1積分ゲインの極性は、前記進み方向と前記同期電動機の回転方向とが同じときに正であり、前記進み方向と前記回転方向とが互いに逆であるときに負である。 A second aspect of the motor drive device control device according to the present invention is the motor drive device control device according to the first aspect, wherein the γ-axis voltage command generator (31) includes the first and , The sum ((R0 + kγγ) · iγ + L0 · ω1 · Iδ * +) of the second term and the integral term based on the first integral gain (K (ω1)) with respect to the current deviation (iδ * −iδ) K (ω1) · 1 / s · (iδ * −iδ)) is generated to generate the γ-axis voltage command, and the polarity of the first integral gain is determined by the advance direction and the rotational direction of the synchronous motor. Are positive when they are the same, and negative when the advance direction and the rotation direction are opposite to each other.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様は、第1または第2の態様にかかる電動機駆動装置の制御装置であって、前記γ軸電圧指令生成部(31)は、前記一次磁束の前記指令(Λδ*)を前記電機子巻線のインダクタンス(L0)で除算した値(Iδ*)が、前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)を前記インダクタンスで除算した値(I0)と、前記δ軸電流指令(iδ*)との和と等しいという関係(Iδ*=I0+iδ*)を用いて、前記γ軸電圧指令(vγ*)を生成する。 A third aspect of the motor drive device control device according to the present invention is the motor drive device control device according to the first or second aspect, wherein the γ-axis voltage command generator (31) A value (Iδ *) obtained by dividing the magnetic flux command (Λδ *) by the armature winding inductance (L0) is obtained by dividing the interlinkage magnetic flux (Λ0) to the armature by the field by the inductance. The γ-axis voltage command (vγ *) is generated using a relationship (Iδ * = I0 + iδ *) that is equal to the sum of the value (I0) and the δ-axis current command (iδ *).

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様は、第1から第のいずれか一つの態様にかかる電動機駆動装置の制御装置であって、前記角速度(ω1)の絶対値が所定値よりも小さいときの前記一次磁束の前記指令(Λδ*)を、前記角速度の絶対値が所定値と等しいときの値よりも大きく設定する。 A fourth aspect of the motor drive device control device according to the present invention is the motor drive device control device according to any one of the first to third aspects, wherein the absolute value of the angular velocity (ω1) is predetermined. The command (Λδ *) of the primary magnetic flux when the value is smaller than the value is set larger than the value when the absolute value of the angular velocity is equal to a predetermined value.

本発明にかかる電動機駆動システムの第1の態様は、第1から第のいずれか一つの態様にかかる電動機駆動装置の制御装置(3)と、前記駆動装置(1)と、前記同期電動機(2)とを備える。 A first aspect of an electric motor drive system according to the present invention includes an electric motor drive device control device (3) according to any one of the first to fourth aspects, the drive device (1), and the synchronous electric motor ( 2).

本発明にかかる電動機駆動システムの第2の態様は、第1の態様にかかる電動機駆動システムであって、前記界磁(23)は、コアと、前記コアの表面に張り付けられた永久磁石とを備える。   A second aspect of the motor drive system according to the present invention is the motor drive system according to the first aspect, wherein the field (23) includes a core and a permanent magnet attached to the surface of the core. Prepare.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第1の態様によれば制御の安定に資する。しかも、演算を簡略化できる。 According to the first aspect of the control device for the electric motor drive device of the present invention, it contributes to the stability of the control. In addition, the calculation can be simplified.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様によれば、同期電動機の回転方向によらずに、δ軸電流についての定常偏差(定常状態で生じる電流偏差)を低減することができる。 According to the second aspect of the control device for the electric motor drive device of the present invention, it is possible to reduce the steady deviation (current deviation generated in the steady state) for the δ-axis current regardless of the rotation direction of the synchronous motor. .

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様によれば、比較的簡易な式を用いてγ軸電圧指令を生成することができる。 According to the third aspect of the control device for the electric motor drive device of the present invention, the γ-axis voltage command can be generated using a relatively simple expression.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第の態様によれば、同期電動機が出力するトルクは一次磁束のδ軸の成分が大きいほど大きく、またd−q軸回転座標とγ−δ軸回転座標との相差角が90度に近いほど大きい。ここでいうd−q軸回転座標とは電気角において互いに直交するd軸及びq軸によって形成され、d軸は界磁の磁極中心と同相な軸である。
According to the fourth aspect of the control device for the motor drive device of the present invention, the torque output from the synchronous motor is larger as the δ-axis component of the primary magnetic flux is larger, and the dq-axis rotation coordinate and the γ-δ axis are increased. The closer to 90 degrees, the greater the phase difference angle with the rotating coordinate. The dq axis rotational coordinates here are formed by the d axis and q axis orthogonal to each other in electrical angle, and the d axis is an axis in phase with the magnetic pole center of the field.

角速度の絶対値が小さいときには一次磁束のδ軸の成分の指令が大きく設定される。これにより、負荷トルクが変動しなければ、相差角は90度から遠ざかる。一旦、相差角を90度から遠ざけるので、その後に負荷トルクが増大したとしても、相差角は90度に近づくことができる。したがって同期電動機は増大した負荷トルクに応じてトルクを出力することができる。   When the absolute value of the angular velocity is small, a command for the δ-axis component of the primary magnetic flux is set large. Thereby, if the load torque does not fluctuate, the phase difference angle moves away from 90 degrees. Since the phase difference angle is once moved away from 90 degrees, the phase difference angle can approach 90 degrees even if the load torque increases thereafter. Therefore, the synchronous motor can output torque according to the increased load torque.

本発明にかかる電動機駆動システムの第1及び第2の態様によれば、制御の安定に資する電動機駆動システムを提供できる。   According to the first and second aspects of the electric motor drive system according to the present invention, it is possible to provide an electric motor drive system that contributes to stable control.

電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a power converter device. 回転座標と磁束との一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a rotation coordinate and a magnetic flux typically. δ軸電圧指令生成部の内部構成の一例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally an example of an internal structure of a (delta) axis voltage command generation part.

第1の実施の形態.
<1.電力変換装置の構成>
図1を参照して、電動機駆動システムは、駆動装置1と同期電動機2と制御部3とを備えている。駆動装置1は同期電動機2へと交流電圧を印加して交流電流を出力する。これにより同期電動機2が駆動される。同期電動機2は電機子21と界磁23とを備えている。電機子21は電機子巻線22を有する。図1の例示では、3つの電機子巻線22の一端の各々が駆動装置1に接続され、他端同士が接続される。かかる接続はいわゆるスター接続と呼ばれる。これらの電機子巻線22に三相交流電圧が印加されることによって、電機子巻線22は回転磁界を界磁23へと印加する。界磁23は電機子21へと界磁磁束を供給し、電機子21に対して回転磁界と同期して回転する。例えば界磁23は、コアと、当該コアの外周表面に設けられて界磁磁束を供給する永久磁石とを備える。このような同期電動機は表面磁石同期電動機とも呼ばれる。
First embodiment.
<1. Configuration of power conversion device>
Referring to FIG. 1, the electric motor drive system includes a drive device 1, a synchronous motor 2, and a control unit 3. The driving device 1 applies an alternating voltage to the synchronous motor 2 and outputs an alternating current. Thereby, the synchronous motor 2 is driven. The synchronous motor 2 includes an armature 21 and a field 23. The armature 21 has an armature winding 22. In the illustration of FIG. 1, one end of each of the three armature windings 22 is connected to the driving device 1 and the other ends are connected to each other. Such a connection is called a so-called star connection. When a three-phase AC voltage is applied to these armature windings 22, the armature windings 22 apply a rotating magnetic field to the field magnets 23. The field magnet 23 supplies a field magnetic flux to the armature 21 and rotates with respect to the armature 21 in synchronization with the rotating magnetic field. For example, the field magnet 23 includes a core and a permanent magnet that is provided on the outer peripheral surface of the core and supplies a field magnetic flux. Such a synchronous motor is also called a surface magnet synchronous motor.

図1の例示では、駆動装置1はインバータであって、正極の直流電源線LHと負極の直流電源線LLとの間の直流電圧Vdcを入力し、この直流電圧Vdcを交流電圧に変換する。例えば駆動装置1はスイッチング素子Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnと、ダイオードDup,Dvp,Dwp,Dun,Dvn,Dwnとを備えている。スイッチング素子Sxp,Sxn(xはu,v,wを代表する、以下同様)は直流電源線LH,LLの間で相互に直列に接続される。ダイオードDxp,Dxnはそれぞれスイッチング素子Sxp,Sxnと並列に接続される。ダイオードDxp,Dxnの順方向は直流電源線LLから直流電源線LHへ向かう方向である。スイッチング素子Sxp,Sxnを接続する接続点Pxは同期電動機2(電機子巻線22)に接続される。   In the illustration of FIG. 1, the driving device 1 is an inverter, and inputs a DC voltage Vdc between the positive DC power supply line LH and the negative DC power supply line LL, and converts the DC voltage Vdc into an AC voltage. For example, the drive device 1 includes switching elements Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, Swn and diodes Dup, Dvp, Dwp, Dun, Dvn, Dwn. Switching elements Sxp, Sxn (x represents u, v, w, and so on) are connected in series between DC power supply lines LH, LL. The diodes Dxp and Dxn are connected in parallel with the switching elements Sxp and Sxn, respectively. The forward direction of the diodes Dxp and Dxn is a direction from the DC power supply line LL toward the DC power supply line LH. A connection point Px connecting the switching elements Sxp and Sxn is connected to the synchronous motor 2 (armature winding 22).

駆動装置1は制御部3から制御信号を受け取る。かかる制御信号は、駆動装置1による交流電圧の印加を制御するための信号である。言い換えれば、駆動装置1は制御部3によって制御される。図1に即して説明すると、制御部3はスイッチング素子Sxp,Sxnへと制御信号(スイッチング信号)を与える。スイッチング素子Sxp,Sxnは当該スイッチング信号に基づいて導通/非導通する。適切なスイッチング信号がスイッチング素子Sxp,Sxnに与えられることで、駆動装置1は直流電圧Vdcを交流電圧に変換して同期電動機2に印加することができる。   The driving device 1 receives a control signal from the control unit 3. Such a control signal is a signal for controlling application of an alternating voltage by the driving device 1. In other words, the driving device 1 is controlled by the control unit 3. Referring to FIG. 1, the control unit 3 gives a control signal (switching signal) to the switching elements Sxp and Sxn. The switching elements Sxp and Sxn are turned on / off based on the switching signal. By applying appropriate switching signals to the switching elements Sxp and Sxn, the driving device 1 can convert the DC voltage Vdc into an AC voltage and apply it to the synchronous motor 2.

制御部3は制御信号生成部30とγ軸電圧指令生成部31とδ軸電圧指令生成部32と座標変換部33とを備えている。制御部3の各構成については後に詳述する。   The control unit 3 includes a control signal generation unit 30, a γ-axis voltage command generation unit 31, a δ-axis voltage command generation unit 32, and a coordinate conversion unit 33. Each configuration of the control unit 3 will be described in detail later.

またここでは、制御部3はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ(換言すれば手順)を実行する。上記記憶装置は、例えばROM(Read-Only-Memory)、RAM(Random-Access-Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(EPROM(Erasable-Programmable-ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の1つまたは複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部3はこれに限らず、制御部3によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段または各種機能の一部または全部をハードウェアで実現しても構わない。   Here, the control unit 3 includes a microcomputer and a storage device. The microcomputer executes each processing step (in other words, a procedure) described in the program. The storage device is, for example, a ROM (Read-Only-Memory), a RAM (Random-Access-Memory), a rewritable nonvolatile memory (EPROM (Erasable-Programmable-ROM), etc.), and various storage devices such as a hard disk device. One or more can be configured. The storage device stores various information, data, and the like, stores a program executed by the microcomputer, and provides a work area for executing the program. It can be understood that the microcomputer functions as various means corresponding to each processing step described in the program, or can realize that various functions corresponding to each processing step are realized. The control unit 3 is not limited to this, and various procedures executed by the control unit 3 or various means or various functions implemented may be realized by hardware.

<2.駆動装置の制御方法>
<2−1.非特許文献1の制御方法の概要>
図2は、界磁23と回転座標とを模式的に示す図である。図2では、電気的に見た界磁23が模式的に示されており、N極の磁極231とS極の磁極232とで模式的に示されている。また図2では、界磁23の磁極中心と同相な軸をd軸として示しており、d軸に対して電気角で直交する軸をq軸として示している。d軸及びq軸はd−q軸回転座標を形成し、このd−q軸回転座標は同期電動機2の回転に応じて回転する。
<2. Control Method of Drive Device>
<2-1. Overview of Control Method of Non-Patent Document 1>
FIG. 2 is a diagram schematically showing the field 23 and the rotation coordinates. In FIG. 2, the field 23 viewed electrically is schematically illustrated, and is schematically illustrated by an N-pole magnetic pole 231 and an S-pole magnetic pole 232. In FIG. 2, an axis in phase with the magnetic pole center of the field magnet 23 is shown as a d-axis, and an axis orthogonal to the d-axis by an electrical angle is shown as a q-axis. The d axis and the q axis form a dq axis rotation coordinate, and the dq axis rotation coordinate rotates in accordance with the rotation of the synchronous motor 2.

図2では、d−q軸回転座標に対して位相(以下、相差角と呼ぶ)φを有するγ−δ軸回転座標も示されている。γ−δ軸回転座標はγ軸及びδ軸によって形成される。γ軸はδ軸に対して所定の進み方向(図2では時計回り方向)において90度進む。またδ軸はd軸に対して相差角φだけ進み、γ軸はq軸に対して相差角φだけ進む。   FIG. 2 also shows γ-δ axis rotation coordinates having a phase (hereinafter referred to as a phase difference angle) φ with respect to the dq axis rotation coordinates. The γ-δ axis rotation coordinates are formed by the γ axis and the δ axis. The γ-axis advances 90 degrees with respect to the δ-axis in a predetermined advance direction (clockwise direction in FIG. 2). Further, the δ axis advances by the phase difference angle φ with respect to the d axis, and the γ axis advances by the phase difference angle φ with respect to the q axis.

なおここでは、同期電動機2の回転方向(界磁23の電機子21に対する回転方向)が所定の進み方向と一致するときに正転方向であると定義する。   Here, the direction of rotation of the synchronous motor 2 (the direction of rotation of the field 23 with respect to the armature 21) is defined as the forward rotation direction when it coincides with a predetermined advance direction.

このようなγ−δ軸回転座標において、同期電動機2の一次鎖交磁束数(以下、一次磁束と呼ぶ)について考慮する。ここでいう一次磁束とは、界磁23による電機子21への鎖交磁束Λ0と、電機子21に流れる交流電流によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。   In such γ-δ axis rotation coordinates, the number of primary linkage fluxes (hereinafter referred to as primary flux) of the synchronous motor 2 is considered. The primary magnetic flux here is a combination of the interlinkage magnetic flux Λ 0 to the armature 21 by the field 23 and the magnetic flux of the armature reaction generated by the alternating current flowing through the armature 21.

図2に例示するように、d軸は界磁23の磁極中心と同相な軸であるので、界磁23による電機子21への鎖交磁束Λ0はd軸に沿う。よって、一次磁束のγ軸成分λ1γとδ軸成分λ1δとは、電機子巻線22を流れる交流電流のγ軸成分たるγ軸電流iγと、δ軸成分たるδ軸電流iδと、電機子巻線22のインダクタンスLとを用いて以下の式で表される。   As illustrated in FIG. 2, since the d-axis is an axis in phase with the magnetic pole center of the field 23, the linkage flux Λ0 to the armature 21 by the field 23 is along the d-axis. Therefore, the γ-axis component λ1γ and the δ-axis component λ1δ of the primary magnetic flux are the γ-axis current iγ that is the γ-axis component of the alternating current flowing through the armature winding 22, the δ-axis current iδ that is the δ-axis component, and the armature winding Using the inductance L of the line 22, it is expressed by the following equation.

λ1γ=L・iγ+λ2γ ・・・(1)
λ2γ=−Λ0・sinφ ・・・(2)
λ1δ=L・iδ+λ2δ ・・・(3)
λ2δ=Λ0・cosφ ・・・(4)
λ1γ = L · iγ + λ2γ (1)
λ2γ = −Λ0 · sinφ (2)
λ1δ = L · iδ + λ2δ (3)
λ2δ = Λ0 · cosφ (4)

ここで、λ2γ,λ2δはそれぞれ鎖交磁束Λ0のγ軸成分及びδ軸成分である。なお、同期電動機2が永久磁石埋込型同期電動機のように突極性を有する場合、インダクタンスLとしてd軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqおよび相差角φを変数とした公知の関係式を使用することで、永久磁石埋込型同期電動機のように突極性を有する電動機にも本実施の形態を適用できる。簡易的にはd軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqの平均値で近似できる。   Here, λ2γ and λ2δ are a γ-axis component and a δ-axis component of the linkage flux Λ0, respectively. When the synchronous motor 2 has a saliency like a permanent magnet embedded synchronous motor, a known relational expression with the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the phase difference angle φ as variables is used as the inductance L. Thus, the present embodiment can be applied to a motor having saliency, such as a permanent magnet embedded synchronous motor. In simple terms, it can be approximated by an average value of the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq.

出力トルクτは一次磁束と電流との外積に基づいて算出される。より詳細には出力トルクτは以下の式で表される。   The output torque τ is calculated based on the outer product of the primary magnetic flux and the current. More specifically, the output torque τ is expressed by the following equation.

τ=np・(λ1δ・iγ−λ1γ・iδ) ・・・(5)   τ = np · (λ1δ · iγ−λ1γ · iδ) (5)

ここでnpは界磁23の極対数を示す。   Here, np indicates the number of pole pairs of the field 23.

式(5)によれば、一次磁束(λ1γ,λ1δ)を以下の式で制御すれば、同期電動機2はγ軸電流iγに比例する出力トルクτを発生する。   According to the equation (5), when the primary magnetic flux (λ1γ, λ1δ) is controlled by the following equation, the synchronous motor 2 generates an output torque τ proportional to the γ-axis current iγ.

λ1γ=0 ・・・(6)
λ1δ=Λδ* ・・・(7)
λ1γ = 0 (6)
λ1δ = Λδ * (7)

ここでΛδ*は指令値であり、適宜に設定される。一次磁束が式(6),(7)で制御されることにより、δ軸は一次磁束と同相な軸となる。   Here, Λδ * is a command value and is set as appropriate. When the primary magnetic flux is controlled by the equations (6) and (7), the δ axis becomes an axis in phase with the primary magnetic flux.

次に、一次磁束が式(6),(7)を満足するように駆動装置1を制御すべく、駆動装置1が出力する交流電圧の指令値について考察する。まず同期電動機2の電圧方程式は以下の式で表される。   Next, in order to control the drive device 1 so that the primary magnetic flux satisfies the expressions (6) and (7), the command value of the AC voltage output from the drive device 1 will be considered. First, the voltage equation of the synchronous motor 2 is expressed by the following equation.

vγ=R・iγ+L・P・Iγ’+L・ω1・Iδ’ ・・・(8)
vδ=R・iδ+L・P・Iδ’−L・ω1・Iγ’ ・・・(9)
vγ = R · iγ + L · P · Iγ ′ + L · ω1 · Iδ ′ (8)
vδ = R · iδ + L · P · Iδ'-L · ω1 · Iγ '(9)

ここで、vγ,vδはそれぞれ駆動装置1が出力する交流電圧のγ軸成分及びδ軸成分であり、それぞれγ軸電圧及びδ軸電圧と呼ぶ。Rは電機子巻線22の抵抗成分の抵抗値を示し、Pは微分演算子を示す。ω1は駆動装置1が出力する交流電圧の角速度を示す。Iγ’,Iδ’はそれぞれ一次磁束のγ軸成分λ1γ及びδ軸成分λ1δをインダクタンスLで除算した値である。   Here, vγ and vδ are the γ-axis component and δ-axis component of the AC voltage output from the driving device 1, respectively, and are referred to as γ-axis voltage and δ-axis voltage, respectively. R indicates the resistance value of the resistance component of the armature winding 22, and P indicates a differential operator. ω1 indicates the angular velocity of the AC voltage output from the driving device 1. Iγ ′ and Iδ ′ are values obtained by dividing the γ-axis component λ1γ and δ-axis component λ1δ of the primary magnetic flux by the inductance L, respectively.

一次磁束のγ軸成分λ1γ及びδ軸成分λ1δは定常状態において一定であると近似することができる。よって定常状態では、式(8),(9)において右辺の第2項がいずれも零となる。更に式(6)からIγ’=0を式(8),(9)に代入し、式(7)からIδ’=Iδ*(=Λδ*/L)を式(8),(9)に代入すれば、式(6),(7)を満足するときのγ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδを以下の式で求めることができる。   It can be approximated that the γ-axis component λ1γ and the δ-axis component λ1δ of the primary magnetic flux are constant in the steady state. Therefore, in the steady state, the second terms on the right side in equations (8) and (9) are both zero. Further, from the equation (6), Iγ ′ = 0 is substituted into the equations (8) and (9), and from the equation (7), Iδ ′ = Iδ * (= Λδ * / L) is substituted into the equations (8) and (9). By substituting, the γ-axis voltage vγ and the δ-axis voltage vδ when the expressions (6) and (7) are satisfied can be obtained by the following expressions.

vγ=R・iγ+L・ω1・Iδ* ・・・(10)
vδ=R・iδ ・・・(11)
vγ = R · iγ + L · ω1 · Iδ * (10)
vδ = R · iδ (11)

このように算出されたγ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδをそれぞれγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*として採用できるものの、このような制御はいわゆるフィードフォワード制御となる。さらに非特許文献1では電流をフィードバック制御する。そこで、電流指令値について考察する。式(1),(2)及び式(3),(4)から、それぞれ以下の式が導かれる。   Although the γ-axis voltage vγ and δ-axis voltage vδ calculated in this way can be adopted as the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ *, such control is so-called feedforward control. Further, in Non-Patent Document 1, the current is feedback controlled. Therefore, the current command value will be considered. From the equations (1), (2) and the equations (3), (4), the following equations are derived respectively.

Iγ’=iγ−I0・sinφ ・・・(12)
Iδ’=iδ+I0・cosφ ・・・(13)
Iγ ′ = iγ−I0 · sinφ (12)
Iδ ′ = iδ + I0 · cosφ (13)

ここで、I0は鎖交磁束Λ0をインダクタンスLで除算した値である。式(6)からIγ’=0を式(12)に代入し、式(7)からIδ’=Iδ*を式(13)に代入すれば、γ軸電流iγについてのγ軸電流指令iγ*と、δ軸電流iδについてのδ軸電流指令iδ*とが以下の式で導かれる。   Here, I0 is a value obtained by dividing the flux linkage Λ0 by the inductance L. By substituting Iγ ′ = 0 from equation (6) into equation (12) and substituting Iδ ′ = Iδ * from equation (7) into equation (13), a γ-axis current command iγ * for the γ-axis current iγ is obtained. And the δ-axis current command i δ * for the δ-axis current i δ is derived by the following equation.

iγ*=I0・sinφ ・・・(14)
iδ*=Iδ*−I0・cosφ ・・・(15)
iγ * = I0 · sinφ (14)
iδ * = Iδ * −I0 · cosφ (15)

つまり、式(6),(7)を満足するときのγ軸電流iγ及びδ軸電流iδがそれぞれ式(14),(15)で表される。   That is, the γ-axis current iγ and the δ-axis current iδ when the expressions (6) and (7) are satisfied are expressed by the expressions (14) and (15), respectively.

ただし、ここでは、δ軸電流iδについてフィードバック制御を行い、γ軸電流iγについてはフィードバック制御を行わない。より詳細には、γ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*を以下の式で算出する。   However, here, feedback control is performed for the δ-axis current iδ, and feedback control is not performed for the γ-axis current iγ. More specifically, the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * are calculated by the following equations.

vγ*=R・iγ+L・ω1・Iδ*+Kγ・(iδ*−iδ)/ω1・・・(16)
vδ*=R・iδ+Kδ・(iδ*−iδ) ・・・(17)
vγ * = R · iγ + L · ω1 · Iδ * + Kγ · (iδ * −iδ) / ω1 (16)
vδ * = R · iδ + Kδ · (iδ * −iδ) (17)

式(16)には角速度ω1の逆数が設けられている。これによって、非特許文献1に記載のとおり、磁束制御系の特性方程式の定数項において角速度ω1をキャンセルすることができ、安定性を向上できる。   In Equation (16), the reciprocal of the angular velocity ω1 is provided. Thereby, as described in Non-Patent Document 1, the angular velocity ω1 can be canceled in the constant term of the characteristic equation of the magnetic flux control system, and the stability can be improved.

一方で角速度ω1が零である場合、角速度ω1の逆数を算出できないことから、非特許文献1では以下の近似式を採用する。   On the other hand, when the angular velocity ω1 is zero, the reciprocal of the angular velocity ω1 cannot be calculated.

1/ω1=ω1/{(ω1*)^2+(0.05ωr)^2} ・・・(18)   1 / ω1 = ω1 / {(ω1 *) ^ 2+ (0.05ωr) ^ 2} (18)

ここでω1*は角速度ω1についての指令を示し、ωrは定格角速度を示す。またA^BはA,Bをそれぞれ底、指数とする、べき乗を意味する。   Here, ω1 * indicates a command for the angular velocity ω1, and ωr indicates a rated angular velocity. A ^ B means a power with A and B as bases and exponents, respectively.

以上のように、式(15)〜(18)を用いてγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*を算出する。そして、これらに公知の座標変換を適用して三相の相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を生成し、公知の手法により相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて駆動装置1へ与えるスイッチング信号を出力する。これにより、駆動装置1は理想的には相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*と等しい相電圧を出力する。   As described above, the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * are calculated using the equations (15) to (18). Then, a known coordinate transformation is applied to these to generate three-phase phase voltage commands Vu *, Vv *, Vw *, and a driving device based on the phase voltage commands Vu *, Vv *, Vw * by a known method. 1 is output as a switching signal. Thereby, the drive device 1 ideally outputs a phase voltage equal to the phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw *.

ただし、γ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*の算出に採用される抵抗値R及びインダクタンスLは、実測値ではなく例えば公称値が採用される。ここでは電機子巻線22のインダクタンスLと、その抵抗成分の抵抗値Rとをそれぞれ以下の式で表す。   However, the resistance value R and the inductance L that are employed in the calculation of the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * are not actually measured values but, for example, nominal values. Here, the inductance L of the armature winding 22 and the resistance value R of its resistance component are represented by the following equations, respectively.

R=R0−ΔR ・・・(19)
L=L0−ΔL ・・・(20)
R = R0−ΔR (19)
L = L0−ΔL (20)

R0,L0はそれぞれ制御で用いる抵抗値(例えば公称値)及びインダクタンス(例えば公称値)であり、ΔR,ΔLは製造バラツキや温度変化によるバラツキに相当する。式(19),(20)を式(8),(9)に代入すると、同期電動機2の電圧方程式は以下の式で表される。   R0 and L0 are resistance values (for example, nominal values) and inductances (for example, nominal values) used for control, respectively, and ΔR and ΔL correspond to variations due to manufacturing variations and temperature changes. When the equations (19) and (20) are substituted into the equations (8) and (9), the voltage equation of the synchronous motor 2 is expressed by the following equation.

vγ=(R0−ΔR)・iγ+(L0−ΔL)・P・Iγ'+(L0−ΔL)・ω1・Iδ' ・・・(21)
vδ=(R0−ΔR)・iδ+(L0−ΔL)・P・Iδ'−(L0−ΔL)・ω1・Iγ' ・・・(22)
vγ = (R0−ΔR) · iγ + (L0−ΔL) · P · Iγ ′ + (L0−ΔL) · ω1 · Iδ ′ (21)
vδ = (R0−ΔR) · iδ + (L0−ΔL) · P · Iδ ′ − (L0−ΔL) · ω1 · Iγ ′ (22)

一方、式(16),(17)では抵抗値R0及びインダクタンスL0が採用される。よって非特許文献1では、δ軸電圧指令vδ*とγ軸電圧指令vγ*とは以下の式で表される。   On the other hand, in the equations (16) and (17), the resistance value R0 and the inductance L0 are adopted. Therefore, in Non-Patent Document 1, the δ-axis voltage command vδ * and the γ-axis voltage command vγ * are expressed by the following equations.

vγ*=R0・iγ+L0・ω1・Iδ*+Kγ・(iδ*−iδ)・ω1/{(ω1*)^2+(0.05ωr)^2} ・・・(23)
vδ*=R0・iδ+Kδ・(iδ*−iδ) ・・・(24)
vγ * = R0 ・ iγ + L0 ・ ω1 ・ Iδ * + Kγ ・ (iδ * −iδ) ・ ω1 / {(ω1 *) ^ 2+ (0.05ωr) ^ 2} (23)
vδ * = R0 · iδ + Kδ · (iδ * −iδ) (24)

そして非特許文献1に記載のように(さらに特許文献1も参照)、vγ=vγ*、vδ=vδ*が成立する場合についての特性方程式を導出すると、製造バラツキを含んだ以下の特性方程式が導出される。   Then, as described in Non-Patent Document 1 (see also Patent Document 1), when the characteristic equation for the case where vγ = vγ * and vδ = vδ * is established, the following characteristic equation including manufacturing variations is obtained. Derived.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

角速度ω1が零であるときは、係数α2は−ΔR・Kδ/(L0)^2となり、製造バラツキΔRによっては負の値を採りえる。このとき、ラウス・フィルビッツの安定条件(α0>0且つα1>0且つα2>0)が成立しない。したがって、制御の不安定を招く。   When the angular velocity ω1 is zero, the coefficient α2 is −ΔR · Kδ / (L0) ^ 2, and may take a negative value depending on the manufacturing variation ΔR. At this time, the stability condition of Rouss-Fillwitz (α0> 0 and α1> 0 and α2> 0) is not satisfied. Therefore, the control becomes unstable.

<2−2.本実施の形態の制御方法>
γ軸電圧指令生成部31及びδ軸電圧指令生成部32は、以下の式を用いてそれぞれγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*を生成する。
<2-2. Control method of the present embodiment>
The γ-axis voltage command generation unit 31 and the δ-axis voltage command generation unit 32 generate a γ-axis voltage command vγ * and a δ-axis voltage command vδ * using the following equations, respectively.

vγ*=(R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ* ・・・(26)
vδ*=R0・iδ+Kδ・(iδ*−iδ) ・・・(27)
vγ * = (R0 + kγγ) ・ iγ + L0 ・ ω1 ・ Iδ * (26)
vδ * = R0 · iδ + Kδ · (iδ * −iδ) (27)

ここで、kγγは予め定められる値であり、以下では安定用定数とも呼ぶ。   Here, kγγ is a predetermined value, and is hereinafter also referred to as a stability constant.

かかる指令の生成は次のようにも表現できる。即ち、γ軸電圧指令生成部31は、電機子巻線22の抵抗成分の抵抗値R0と安定用定数kγγとの和と、γ軸電流iγとの積たる項と、角速度ω1及び一次磁束のδ軸成分の指令Λδ*(=L0・Iδ*)の積たる項との和を算出して、γ軸電圧指令vγ*を生成する。またδ軸電圧指令生成部32は、抵抗値R0及びδ軸電流iδの積たる項と、電流偏差(iδ*−iδ)及び比例ゲインKδの積たる項との和を算出して、δ軸電圧指令vδ*を生成する。   The generation of such a command can also be expressed as follows. That is, the γ-axis voltage command generator 31 generates a term that is a product of the sum of the resistance value R0 of the resistance component of the armature winding 22 and the stability constant kγγ and the γ-axis current iγ, the angular velocity ω1, and the primary magnetic flux. The sum of the δ-axis component command Λδ * (= L0 · Iδ *) and the product term is calculated to generate the γ-axis voltage command vγ *. Further, the δ-axis voltage command generation unit 32 calculates the sum of a term obtained by multiplying the resistance value R0 and the δ-axis current iδ and a term obtained by multiplying the current deviation (iδ * −iδ) and the proportional gain Kδ, A voltage command vδ * is generated.

式(26),(27)において、抵抗値R0とインダクタンスL0と安定用定数kγγと比例ゲインKδは予め設定された値であり、例えば不図示の記録媒体に記録される。   In Expressions (26) and (27), the resistance value R0, the inductance L0, the stabilizing constant kγγ, and the proportional gain Kδ are preset values, and are recorded on a recording medium (not shown), for example.

式(27)のδ軸電流指令iδ*はδ軸電流iδについての指令であって式(15)で表される。さらに非特許文献1のように、cosφを(1−iγ^2/2)で近似して、δ軸電流指令iδ*を算出してもよい。より詳細には、δ軸電流指令iδ*を以下の式に基づいて算出してもよい。   The δ-axis current command iδ * in the equation (27) is a command for the δ-axis current iδ and is expressed by the equation (15). Further, as in Non-Patent Document 1, cosφ may be approximated by (1−iγ ^ 2/2) to calculate the δ-axis current command iδ *. More specifically, the δ-axis current command iδ * may be calculated based on the following equation.

iδ*=Iδ*−I0+iγ^2・I0/2 ・・・(28)   iδ * = Iδ * −I0 + iγ ^ 2 · I0 / 2 (28)

式(28)の値I0(=Λ0/L0)は予め設定された値であって、例えば上記記録媒体に記録される。指令Iδ*は例えば外部から制御部3に入力される。なお、δ軸電流指令iδ*が外部から制御部3に入力され、指令Iδ*がIδ*=iδ*+I0−iγ^2・I0/2(式(28)参照)に基づいて算出されてもかまわない。   The value I0 (= Λ0 / L0) in the equation (28) is a preset value, and is recorded on the recording medium, for example. The command Iδ * is input to the control unit 3 from the outside, for example. It should be noted that the δ-axis current command iδ * is input to the control unit 3 from the outside, and the command Iδ * is calculated based on Iδ * = iδ * + I0−iγ ^ 2 · I0 / 2 (see Expression (28)). It doesn't matter.

式(26),(27)において、δ軸電流iδ及びγ軸電流iγは検出値である。δ軸電流iδ及びγ軸電流iγは次のように検出される。まず同期電動機2に出力される交流電流(線電流)iu,iv,iwが検出される。図1の例示では、三相の交流電流iu,iv,iwのうち二相の交流電流iu,ivが電流検出部4によって検出される。三相の交流電流iu,iv,iwの総和は理想的には零であるので、二相の交流電流iu,ivから残りの一相の交流電流iwを算出することができる。なお駆動装置1に入力される直流電流idcを検出し、その検出時点での駆動装置1のスイッチングパターンに基づいて、当該直流電流idcを当該交流電流として検出しても良い。かかる検出方法は公知であるので詳細な説明は省略する。   In equations (26) and (27), the δ-axis current iδ and the γ-axis current iγ are detected values. The δ-axis current iδ and the γ-axis current iγ are detected as follows. First, alternating currents (line currents) iu, iv, iw output to the synchronous motor 2 are detected. In the illustration of FIG. 1, the two-phase alternating currents iu, iv out of the three-phase alternating currents iu, iv, iw are detected by the current detection unit 4. Since the sum of the three-phase alternating currents iu, iv, iw is ideally zero, the remaining one-phase alternating current iw can be calculated from the two-phase alternating currents iu, iv. The DC current idc input to the driving device 1 may be detected, and the DC current idc may be detected as the AC current based on the switching pattern of the driving device 1 at the time of detection. Since such a detection method is well-known, detailed description is abbreviate | omitted.

検出された交流電流iu,ivは制御部3(より詳細には座標変換部33)に入力される。交流電流iu,ivは座標変換部33によって周知の座標変換が適用されて、δ軸電流iδ及びγ軸電流iγが算出される。なお座標変換に必要な角度は周知のように角速度ω1の積分により求めることができる。   The detected alternating currents iu and iv are input to the control unit 3 (more specifically, the coordinate conversion unit 33). A known coordinate transformation is applied to the alternating currents iu and iv by the coordinate transformation unit 33 to calculate a δ-axis current iδ and a γ-axis current iγ. As is well known, the angle necessary for coordinate conversion can be obtained by integrating the angular velocity ω1.

角速度ω1は公知の手法で算出される。例えば角速度ω1についての指令たる角速度指令ω1*を角速度ω1として採用してもよく、或いは例えば非特許文献1と同様にして角速度ω1を以下の式で求めても良い。   The angular velocity ω1 is calculated by a known method. For example, the angular velocity command ω1 *, which is a command for the angular velocity ω1, may be adopted as the angular velocity ω1, or the angular velocity ω1 may be obtained by the following equation in the same manner as in Non-Patent Document 1, for example.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

ここで、Km及びTmは予め設定される定数である。   Here, Km and Tm are constants set in advance.

図1の例示では、制御部3には同期電動機2の回転速度ωmについての回転速度指令ωm*が入力される。角速度ω1は回転速度ωmと極対数npとの積で表されるので、角速度指令ω1*は回転速度指令ωm*と極対数npとの積で算出される。なお回転速度ωmは正転方向において正となり、逆転方向において負となる。   In the illustration of FIG. 1, a rotational speed command ωm * for the rotational speed ωm of the synchronous motor 2 is input to the control unit 3. Since the angular velocity ω1 is represented by the product of the rotational speed ωm and the pole pair number np, the angular velocity command ω1 * is calculated by the product of the rotational speed command ωm * and the pole pair number np. The rotational speed ωm is positive in the forward direction and negative in the reverse direction.

以上のように、式(26),(27)の右辺のパラメータは全て取得される。よってγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*を式(26),(27)で算出することができる。   As described above, all the parameters on the right side of Expressions (26) and (27) are acquired. Therefore, the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * can be calculated by equations (26) and (27).

式(26),(27)における特性方程式の係数α0,α1,α2は、それぞれ以下の式で表される。   The coefficients α0, α1, α2 of the characteristic equations in the equations (26), (27) are expressed by the following equations, respectively.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

よって、角速度ω1が零であるときに常に係数α1,α2の両方が正の値を採るように、製造バラツキΔRの範囲において、以下の式を満足すればよい。   Therefore, the following equation should be satisfied within the range of manufacturing variation ΔR so that both the coefficients α1 and α2 always take positive values when the angular velocity ω1 is zero.

Kδ−kγγ>2・ΔR・L0 ・・・(31)
−ΔR・(Kδ―kγγ)−Kδ・kγγ>0 ・・・(32)
Kδ−kγγ> 2 · ΔR · L0 (31)
−ΔR · (Kδ−kγγ) −Kδ · kγγ> 0 (32)

製造バラツキΔRが最大値ΔRmaxを採るときに、式(31)の右辺は最大となるので、このときに式(31)を満たすように比例ゲインKδと安定用定数kγγを設定すれば、製造バラツキΔRによらずに常に式(31)が成立する。また、このとき(Kδ−kγγ)は正であるので、式(32)の左辺の第1項は製造バラツキΔRが最大値ΔRmaxを採るときに最小となる。よって製造バラツキΔRが最大値ΔRmaxを採るときに、式(32)を満たすように比例ゲインKδと安定用定数kγγを設定すれば、製造バラツキΔRによらずに常に式(32)が成立する。したがって、以下の式を満足すればよい。   When the manufacturing variation ΔR takes the maximum value ΔRmax, the right side of the equation (31) becomes the maximum, and if the proportional gain Kδ and the stability constant kγγ are set so as to satisfy the equation (31) at this time, the manufacturing variation. Expression (31) always holds regardless of ΔR. Since (Kδ−kγγ) is positive at this time, the first term on the left side of Equation (32) is minimum when the manufacturing variation ΔR takes the maximum value ΔRmax. Accordingly, when the production variation ΔR takes the maximum value ΔRmax, if the proportional gain Kδ and the stability constant kγγ are set so as to satisfy the equation (32), the equation (32) is always established regardless of the production variation ΔR. Therefore, the following expression should be satisfied.

Kδ−kγγ>2・ΔRmax・L0 ・・・(33)
Kδ・kγγ<−ΔRmax・(Kδ―kγγ) ・・・(34)
Kδ−kγγ> 2 · ΔRmax · L0 (33)
Kδ · kγγ <−ΔRmax · (Kδ−kγγ) (34)

式(33)を用いると式(34)は以下のように変形できる。   Using equation (33), equation (34) can be modified as follows.

Kδ・kγγ<−2・ΔRmax^2・L0 ・・・(35)   Kδ · kγγ <−2 · ΔRmax ^ 2 · L0 (35)

以上のように式(33),(35)の両方を満たすように比例ゲインKδと安定用定数kγγとを設定すれば、製造バラツキΔRによらずに、ラウス・フィルビッツの安定条件を満足できる。よって制御を安定にすることができる。したがって、式(26)(27)を用いて生成したγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*に基づく制御は、その安定性の向上に資する。   As described above, if the proportional gain Kδ and the stability constant kγγ are set so as to satisfy both the expressions (33) and (35), the stability condition of Rous-Fillbits can be satisfied regardless of the manufacturing variation ΔR. . Therefore, the control can be stabilized. Therefore, control based on the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * generated using the equations (26) and (27) contributes to the improvement of the stability.

また式(26)において、安定用定数kγγとして、抵抗値R0と安定用定数kγγとの和が略零となる値(例えば抵抗値R0と−1との積)を採用してもよい。この場合、γ軸電圧指令vγ*は以下の式で表される。   In Equation (26), a value that makes the sum of the resistance value R0 and the stability constant kγγ substantially zero (for example, the product of the resistance value R0 and −1) may be employed as the stability constant kγγ. In this case, the γ-axis voltage command vγ * is expressed by the following equation.

vγ*=L0・ω1・Iδ* ・・・(36)   vγ * = L0 · ω1 · Iδ * (36)

式(36)のγ軸電圧指令vγ*によれば、式(26)を採用する場合に比して、演算処理を低減することができる。   According to the γ-axis voltage command vγ * in Expression (36), it is possible to reduce the arithmetic processing as compared with the case where Expression (26) is adopted.

式(36),(27)における特性方程式の係数α0,α1,α2は、それぞれ以下の式で表される。   The coefficients α0, α1, α2 of the characteristic equations in the equations (36), (27) are expressed by the following equations, respectively.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

式(37)によれば、角速度ω1が零であるときに常に係数α1,α2の両方が正の値を採るように、比例ゲインKδを設定することができる。即ち、以下の式の両方を満たす比例ゲインKδを採用すればよい。   According to Expression (37), the proportional gain Kδ can be set so that both the coefficients α1 and α2 always take positive values when the angular velocity ω1 is zero. That is, a proportional gain Kδ that satisfies both of the following expressions may be employed.

Kδ>2ΔRmax・L0−R0 ・・・(38)
Kδ>ΔRmax・R0/(R0−ΔRmax) ・・・(39)
Kδ> 2ΔRmax · L0−R0 (38)
Kδ> ΔRmax · R0 / (R0−ΔRmax) (39)

以上のように式(36)(27)を用いて生成したγ軸電圧指令vγ*及びδ軸電圧指令vδ*に基づく制御は、その安定性の向上に資する。   As described above, the control based on the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis voltage command vδ * generated using the equations (36) and (27) contributes to the improvement of the stability.

またγ軸電圧指令vγ*について、電流偏差(iδ*−iδ)に対して比例ゲインKγに基づく比例処理を行ってもよい。より詳細には、γ軸電圧指令vγ*を以下の式を用いて算出してもよい。   For the γ-axis voltage command vγ *, a proportional process based on the proportional gain Kγ may be performed on the current deviation (iδ * −iδ). More specifically, the γ-axis voltage command vγ * may be calculated using the following equation.

vγ*=(R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*+Kγ/ω1・(iδ*−iδ) ・・・(40)   vγ * = (R0 + kγγ) ・ iγ + L0 ・ ω1 ・ Iδ * + Kγ / ω1 ・ (iδ * −iδ) (40)

また式(40)において角速度ω1の逆数は必ずしも必要ではない。ただし、角速度ω1の逆数を設けることで、制御の安定に資する。また角速度ω1の逆数として、式(18)を採用することができる。   In addition, in equation (40), the reciprocal of the angular velocity ω1 is not necessarily required. However, providing the reciprocal of the angular velocity ω1 contributes to stable control. Moreover, Formula (18) can be employ | adopted as a reciprocal number of angular velocity (omega) 1.

なお式(40)に基づく指令の生成は次のように表現できる。即ち、γ軸電圧指令生成部31は、電機子巻線22の抵抗成分の抵抗値R0と安定用定数kγγとの和と、γ軸電流iγとの積たる項と、角速度ω1及び一次磁束のδ軸成分の指令Λδ*(=L0・Iδ*)の積たる項と、電流偏差(iδ*−iδ)と比例ゲインKγとに基づく比例項との和を算出して、γ軸電圧指令vγ*を生成する。   The generation of a command based on the formula (40) can be expressed as follows. That is, the γ-axis voltage command generator 31 generates a term that is a product of the sum of the resistance value R0 of the resistance component of the armature winding 22 and the stability constant kγγ and the γ-axis current iγ, the angular velocity ω1, and the primary magnetic flux. A sum of a product term of the δ-axis component command Λδ * (= L0 · Iδ *) and a proportional term based on the current deviation (iδ * −iδ) and the proportional gain Kγ is calculated to obtain a γ-axis voltage command vγ. * Is generated.

式(40)を採用すれば、比例処理{Kγ/ω1・(iδ*−iδ)}が追加される。したがってこの比例処理により電流偏差(iδ*−iδ)を速やかに低減することができる。   If equation (40) is adopted, proportional processing {Kγ / ω1 · (iδ * −iδ)} is added. Therefore, the current deviation (iδ * −iδ) can be quickly reduced by this proportional processing.

また式(40),(27)における特性方程式の係数α0,α1,α2はそれぞれ以下の式で表される。なおここでは式(18)を用いている。   Further, the coefficients α0, α1, and α2 of the characteristic equations in the equations (40) and (27) are respectively expressed by the following equations. Here, Expression (18) is used.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

角速度ω1が零であるときの係数α1,α2は式(30)と同じであるので、常に係数α1,α2の両方が正の値を採るように、比例ゲインKδと安定用定数kγγとを設定することができる。   Since the coefficients α1 and α2 when the angular velocity ω1 is zero are the same as those in the equation (30), the proportional gain Kδ and the stability constant kγγ are set so that both the coefficients α1 and α2 always take positive values. can do.

なお式(40)においても安定用定数kγγとして−R0を採用してもよい。これによって演算処理を簡易にできる。   In the formula (40), -R0 may be adopted as the stability constant kγγ. This can simplify the arithmetic processing.

このときの特性方程式の係数α0,α1,α2は以下の式で表される。   The coefficients α0, α1, α2 of the characteristic equation at this time are expressed by the following equations.

Figure 0006015647
Figure 0006015647

角速度ω1が零であるときの係数α1,α2は式(37)と同じであるので、常に係数α1,α2の両方が正の値を採るように、比例ゲインKδを設定することができる。   Since the coefficients α1 and α2 when the angular velocity ω1 is zero are the same as in the equation (37), the proportional gain Kδ can be set so that both the coefficients α1 and α2 always take positive values.

第2の実施の形態.
第2の実施の形態にかかる電動機駆動システムの概念的な構成は図1と同一である。ただし第2の実施の形態では、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも低いときに、一次磁束のδ軸成分についての指令Λδ*(或いは指令Iδ*)を、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2と等しいときの指令Λδ*(Iδ*)よりも大きく設定する。以下にその意義について述べる。またここでは、角速度ω1は同期電動機2の回転方向に応じて正負の値を採り、たとえば正転方向(図2において時計回り)で正の値を採り、逆転方向で負の値を採る。
Second embodiment.
The conceptual configuration of the electric motor drive system according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. However, in the second embodiment, when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value ωref2, the command Λδ * (or the command Iδ *) for the δ-axis component of the primary magnetic flux is set as the absolute value of the angular velocity ω1. It is set larger than the command Λδ * (Iδ *) when it is equal to the value ωref2. The significance is described below. Here, the angular velocity ω1 takes a positive or negative value according to the rotation direction of the synchronous motor 2, for example, takes a positive value in the forward rotation direction (clockwise in FIG. 2), and takes a negative value in the reverse rotation direction.

第1の実施の形態で述べたように、一次磁束(λ1γ,λ1δ)が式(6),(7)を満足すれば、出力トルクτをγ軸電流iγに比例させることができる。このとき、出力トルクτは以下の式で示される(式(5)も参照)。   As described in the first embodiment, if the primary magnetic flux (λ1γ, λ1δ) satisfies the equations (6) and (7), the output torque τ can be made proportional to the γ-axis current iγ. At this time, the output torque τ is expressed by the following equation (see also equation (5)).

τ=np・Λδ*・iγ ・・・(43)   τ = np · Λδ * · iγ (43)

さらに式(6)が満足される場合には式(12)においてIγ’=λ1γ/L=0であるので、以下の式が導かれる。   Further, when Expression (6) is satisfied, since Iγ ′ = λ1γ / L = 0 in Expression (12), the following expression is derived.

τ=np・Λδ*・I0・sinφ ・・・(44)   τ = np · Λδ * · I0 · sinφ (44)

ここで極対数np、値I0(=Λ0/L)はいずれも同期電動機2の構成によって決まる定数であり、指令Λδ*は設定値である。相差角φは変数であり、相差角φが90度を採るときに出力トルクτは最大値を採る。   Here, the number n of pole pairs and the value I0 (= Λ0 / L) are constants determined by the configuration of the synchronous motor 2, and the command Λδ * is a set value. The phase difference angle φ is a variable, and when the phase difference angle φ takes 90 degrees, the output torque τ takes the maximum value.

さて、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも低い低速時または起動時では、負荷トルクは定常状態に比べて変動しやすい。よって、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも低いときに、指令Λδ*を増大させることで、低速時または起動時において出力トルクτが採り得る範囲(最大値)を増大させる。これによって、負荷トルクが増大したとしても、当該負荷トルクに応じた出力トルクτを出力することができる。式(44)から理解されるように、指令Λδ*を増大させることで、出力トルクτの変動が相差角φの変動に与える影響は小さくなる。つまり低速時や起動時において負荷トルクの増大に伴って出力トルクτが増大しても、相差角φの変動が抑制される。   Now, when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value ωref2 or at the time of start-up, the load torque is likely to fluctuate compared to the steady state. Therefore, when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value ωref2, the command Λδ * is increased to increase the range (maximum value) that the output torque τ can take at low speed or at startup. Thereby, even if the load torque increases, the output torque τ corresponding to the load torque can be output. As understood from the equation (44), by increasing the command Λδ *, the influence of the fluctuation of the output torque τ on the fluctuation of the phase difference angle φ is reduced. That is, even if the output torque τ increases with the increase of the load torque at low speed or at the time of start-up, the fluctuation of the phase difference angle φ is suppressed.

しかも角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも高いときに、即ち負荷トルクが比較的小さいときに、より小さい指令Λδ*を採用すれば、電機子巻線22に流れる電流(例えばδ軸電流iδ)を低減できるので、消費電力を低減できる。   In addition, when the absolute value of the angular velocity ω1 is higher than the predetermined value ωref2, that is, when the load torque is relatively small, if a smaller command Λδ * is employed, the current flowing through the armature winding 22 (for example, the δ-axis current iδ) ) Can be reduced, so that power consumption can be reduced.

かかる指令Λδ*(或いはIδ*)の設定は例えば次のようにして行うことができる。即ち、一次磁束のδ軸成分についての補正前の指令Λδ**に対して、角速度ω1の絶対値に応じた補正を行って、指令Λδ*を生成する。より詳細には、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも低いときに、指令Λδ**を増大させて指令Λδ*を生成し、角速度ω1の絶対値が所定値ωref2よりも高いときに指令Λδ**をそのまま指令Λδ*として採用する。   Such a command Λδ * (or Iδ *) can be set as follows, for example. That is, the command Λδ ** is generated by correcting the command Λδ ** before correction for the δ-axis component of the primary magnetic flux according to the absolute value of the angular velocity ω1. More specifically, when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value ωref2, the command Λδ ** is increased to generate the command Λδ *, and the command is issued when the absolute value of the angular velocity ω1 is higher than the predetermined value ωref2. Λδ ** is adopted as the command Λδ * as it is.

第3の実施の形態.
γ軸電圧指令vγ*は以下の式で算出されてもかまわない。
Third embodiment.
The γ-axis voltage command vγ * may be calculated by the following formula.

vγ*=(R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*+K(ω1)・1/s・(iδ*−iδ) ・・・(45)   vγ * = (R0 + kγγ) ・ iγ + L0 ・ ω1 ・ Iδ * + K (ω1) ・ 1 / s ・ (iδ * −iδ) (45)

K(ω1)は積分ゲインであり、sはラプラス演算子である。式(45)の右辺の第3項は、電流偏差(iδ*−iδ)に対して積分ゲインK(ω1)に基づく積分処理を行って得られる積分項である。   K (ω1) is an integral gain, and s is a Laplace operator. The third term on the right side of Equation (45) is an integral term obtained by performing an integration process based on the integral gain K (ω1) for the current deviation (iδ * −iδ).

積分ゲインK(ω1)は同期電動機2の回転方向に応じて正負を採る。より詳細には、回転方向が正転方向であるときに、積分ゲインK(ω1)は正となり、回転方向が逆転方向であるときに積分ゲインK(ω1)は負となる。ここでいう正転方向とは、図2においてγ軸のδ軸に対する進み方向であり、図2では時計回り方向である。かかる積分ゲインK(ω1)により、同期電動機2の回転方向に応じて適切にδ軸電流についての定常偏差(定常的に生じる電流偏差)を低減することができる。以下に定常偏差について詳細に説明しつつ、その低減について説明する。   The integral gain K (ω1) is positive or negative depending on the rotation direction of the synchronous motor 2. More specifically, the integral gain K (ω1) is positive when the rotation direction is the forward rotation direction, and the integral gain K (ω1) is negative when the rotation direction is the reverse rotation direction. Here, the forward rotation direction is the advance direction of the γ axis with respect to the δ axis in FIG. 2, and is the clockwise direction in FIG. With such an integral gain K (ω1), it is possible to appropriately reduce a steady deviation (steady current deviation) with respect to the δ-axis current according to the rotation direction of the synchronous motor 2. Hereinafter, the steady deviation will be described in detail and the reduction will be described.

δ軸電流iδとδ軸電流指令iδ*とが互いに等しいと仮定すると、式(15)からIδ*=iδ+I0・cosφが成立する。これを式(10)に代入すると、γ軸電圧指令vγ*は以下の式で表すことができる。   Assuming that the δ-axis current iδ and the δ-axis current command iδ * are equal to each other, Iδ * = iδ + I0 · cosφ is established from the equation (15). By substituting this into the equation (10), the γ-axis voltage command vγ * can be expressed by the following equation.

vγ*=R・iγ+ω1・(L・iδ+Λ0・cosφ) ・・・(46)   vγ * = R · iγ + ω1 · (L · iδ + Λ0 · cosφ) (46)

なお、同期電動機2の回転方向が逆転方向である場合に角速度ω1が負となれば、回転方向が逆転方向の場合にも、式(46)が成立する。   If the angular velocity ω1 is negative when the rotation direction of the synchronous motor 2 is the reverse rotation direction, the equation (46) is established even when the rotation direction is the reverse rotation direction.

式(46)によれば、同期電動機2の回転方向が正転方向であるときには、δ軸電流iδが高いほどγ軸電圧指令vγ*が高い。逆にいえばγ軸電圧指令vγ*の増大はδ軸電流iδの増大に資する。一方、同期電動機2の回転方向が逆転方向であるときには、角速度ω1が負となるので、δ軸電流iδが高いほどγ軸電圧指令vγ*は小さい。逆にいえばγ軸電圧指令vγ*の増大はδ軸電流iδの低減に資する。特に、角速度ω1の絶対値が高い領域では式(46)の第1項を無視できるので、γ軸電圧指令vγ*とδ軸電流との間の上記相関が強まる。   According to Expression (46), when the rotation direction of the synchronous motor 2 is the forward rotation direction, the higher the δ-axis current iδ, the higher the γ-axis voltage command vγ *. Conversely, an increase in the γ-axis voltage command vγ * contributes to an increase in the δ-axis current iδ. On the other hand, when the rotation direction of the synchronous motor 2 is the reverse rotation direction, the angular velocity ω1 is negative. Therefore, the higher the δ-axis current iδ, the smaller the γ-axis voltage command vγ *. Conversely, an increase in the γ-axis voltage command vγ * contributes to a decrease in the δ-axis current iδ. In particular, in the region where the absolute value of the angular velocity ω1 is high, the first term of the equation (46) can be ignored, and thus the correlation between the γ-axis voltage command vγ * and the δ-axis current is strengthened.

そして本実施の形態では、積分ゲインK(ω1)は回転方向が正転方向であるときに正となり回転方向が逆転方向であるときに負となる。よって回転方向が正転方向であれば、式(45)の第3項は、δ軸電流がδ軸電流指令iδ*よりも小さいときに、正となる。よってこのときγ軸電圧指令vγ*は増大する。正転方向においてγ軸電圧指令vγ*の増大はδ軸電流iδの増大に資するので、δ軸電流iδについての定常偏差を低減できる。また式(45)の第3項は、δ軸電流がδ軸電流指令iδ*よりも大きいときに、負となる。よってこのときγ軸電圧指令vγ*は低減する。正転方向においてγ軸電圧指令vγ*の低減はδ軸電流指令iδ*の低減に資するので、δ軸電流iδについての定常偏差を低減することができる。   In the present embodiment, the integral gain K (ω1) is positive when the rotation direction is the forward rotation direction and is negative when the rotation direction is the reverse rotation direction. Therefore, if the rotation direction is the forward rotation direction, the third term of Expression (45) becomes positive when the δ-axis current is smaller than the δ-axis current command iδ *. Therefore, at this time, the γ-axis voltage command vγ * increases. Since the increase in the γ-axis voltage command vγ * contributes to the increase in the δ-axis current iδ in the forward rotation direction, the steady deviation with respect to the δ-axis current iδ can be reduced. The third term of the formula (45) is negative when the δ-axis current is larger than the δ-axis current command iδ *. Therefore, at this time, the γ-axis voltage command vγ * is reduced. Since the reduction of the γ-axis voltage command vγ * contributes to the reduction of the δ-axis current command iδ * in the forward rotation direction, the steady deviation for the δ-axis current iδ can be reduced.

同様に、回転方向が逆転方向であるときにも、δ軸電流iδについての定常偏差を低減できる。したがって、式(45)のγ軸電圧指令vγ*によれば、回転方向に応じてδ軸電流iδについての定常偏差を適切に低減できるのである。   Similarly, even when the rotational direction is the reverse direction, the steady deviation with respect to the δ-axis current iδ can be reduced. Therefore, according to the γ-axis voltage command vγ * in Expression (45), the steady-state deviation for the δ-axis current iδ can be appropriately reduced according to the rotation direction.

なお非特許文献1では、抵抗値Rおよび値I0(=Λ0/L)についての誤差を低減すべく、これらの推定値を用いて抵抗値Rおよび値I0を自動的に補正している。本実施の形態ではこのような自動補正は必要ではない。また抵抗値Rおよび値I0として予め設定された固定値を採用することができる。   In Non-Patent Document 1, the resistance value R and the value I0 are automatically corrected using these estimated values in order to reduce the error about the resistance value R and the value I0 (= Λ0 / L). In the present embodiment, such automatic correction is not necessary. Further, fixed values set in advance as the resistance value R and the value I0 can be adopted.

次に、製造バラツキに起因する定常偏差の大きさについて考察する。式(46)において、γ軸電圧指令vγ*はインダクタンスLと角速度ω1との積(L・ω1)を項として有する。よってインダクタンスLについての製造バラツキΔLに起因するδ軸電流iδの定常偏差は、角速度ω1の絶対値が大きいほど大きい。   Next, the magnitude of the steady deviation due to manufacturing variation will be considered. In the equation (46), the γ-axis voltage command vγ * has a product (L · ω1) of the inductance L and the angular velocity ω1 as a term. Therefore, the steady-state deviation of the δ-axis current iδ caused by the manufacturing variation ΔL with respect to the inductance L is larger as the absolute value of the angular velocity ω1 is larger.

そこで、積分ゲインK(ω1)の絶対値を角速度ω1の絶対値が大きいほど大きくなるように、予め設定してもよい。これによって、角速度ω1の絶対値が大きいほど、積分処理によるγ軸電圧指令vγ*の変動量を増大することができ、以って定常偏差を適切に低減することができる。   Therefore, the absolute value of the integral gain K (ω1) may be set in advance so as to increase as the absolute value of the angular velocity ω1 increases. As a result, the larger the absolute value of the angular velocity ω1, the larger the variation amount of the γ-axis voltage command vγ * by the integration process, and thus the steady-state deviation can be appropriately reduced.

例えば積分ゲインK(ω1)を、角速度ω1と正の定数のゲインKγ’との積(Kγ’・ω1)で設定する。ゲインKγ’の正負の極性は回転方向によらず同一であり、例えば正である。これによれば、簡単に積分ゲインK(ω1)を算出することができる。また角速度ω1が正転方向において正となり、逆転方向において負となれば、積分ゲインK(ω1)の符号も上述の説明を満足する。   For example, the integral gain K (ω1) is set by the product (Kγ ′ · ω1) of the angular velocity ω1 and the positive constant gain Kγ ′. The positive and negative polarities of the gain Kγ ′ are the same regardless of the rotation direction, and are positive, for example. According to this, the integral gain K (ω1) can be easily calculated. If the angular velocity ω1 is positive in the forward rotation direction and negative in the reverse rotation direction, the sign of the integral gain K (ω1) also satisfies the above description.

δ軸電流iδの定常偏差をさらに低減するために、δ軸電圧指令生成部32は、電流偏差(iδ*−iδ)に対して積分ゲインKδ’に基づく積分処理を行ってδ軸電圧指令vδ*を生成してもよい。ただし、積分ゲインKδ’は角速度ω1に依存する必要はない。なぜなら、一次磁束制御が行われればIγ’=0であるので、式(11)により、δ軸電圧vδは角速度ω1に依存しないからである。したがって、δ軸電圧指令vδ*についての積分処理では、γ軸電圧指令vγ*についての積分処理とは異なって、角速度ω1に依存しない定数の積分ゲインKδ’を採用する。   In order to further reduce the steady-state deviation of the δ-axis current iδ, the δ-axis voltage command generation unit 32 performs an integration process based on the integral gain Kδ ′ on the current deviation (iδ * −iδ) to obtain a δ-axis voltage command vδ. * May be generated. However, the integral gain Kδ ′ does not need to depend on the angular velocity ω1. This is because Iγ ′ = 0 if the primary magnetic flux control is performed, and the δ-axis voltage vδ does not depend on the angular velocity ω1 according to the equation (11). Therefore, unlike the integration process for the γ-axis voltage command vγ *, the integration process for the δ-axis voltage command vδ * employs a constant integral gain Kδ ′ that does not depend on the angular velocity ω1.

よってδ軸電圧指令生成部32は以下の式を用いてδ軸電圧指令vδ*を生成する。   Therefore, the δ-axis voltage command generation unit 32 generates the δ-axis voltage command vδ * using the following equation.

vδ*=R0・iδ+Kδ・(iδ*−iδ)+Kδ'・1/s・(iδ*-iδ) ・・・(47)   vδ * = R0 · iδ + Kδ · (iδ * −iδ) + Kδ '· 1 / s · (iδ * -iδ) (47)

このようにδ軸電圧指令vδ*についても積分処理を行うことによって、δ軸電流iδの定常偏差を更に低減することができる。   As described above, the steady deviation of the δ-axis current iδ can be further reduced by performing the integration process on the δ-axis voltage command vδ *.

またδ軸電圧指令生成部32は、角速度ω1の絶対値が所定値よりも低いときのみ、δ軸電圧指令vδ*についての積分処理を行ってもよい。言い換えれば、δ軸電圧指令生成部32は、角速度ω1の絶対値が所定値ωrefよりも低いときに積分処理を行ってδ軸電圧指令vδ*を生成し、角速度ω1の絶対値が所定値ωrefよりも高いときにはδ軸電圧指令vδ**をそのままδ軸電圧指令vδ*として採用してもよい。   Further, the δ-axis voltage command generation unit 32 may perform integration processing on the δ-axis voltage command vδ * only when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than a predetermined value. In other words, when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value ωref, the δ-axis voltage command generation unit 32 performs integration processing to generate the δ-axis voltage command vδ *, and the absolute value of the angular velocity ω1 is the predetermined value ωref. If higher, the δ-axis voltage command vδ ** may be used as it is as the δ-axis voltage command vδ *.

このような処理は、例えば角速度ω1の絶対値が所定値ωrefよりも高いときに零となる積分ゲインKδ’を採用することで実現できる。   Such a process can be realized, for example, by adopting an integral gain Kδ ′ that becomes zero when the absolute value of the angular velocity ω1 is higher than a predetermined value ωref.

或いは図3に示すように、δ軸電圧指令生成部32は、補正前指令生成部321と、スイッチ322と、比較部323と、積分処理部324とを備えていてもよい。補正前指令生成部321はδ軸電圧指令vδ**を生成する。比較部323は角速度ω1の絶対値と所定値ωref1とを比較し、その比較結果をスイッチ322に出力する。またスイッチ322の入力端322aにはδ軸電圧指令vδ**が入力される。スイッチ322は、角速度ω1の絶対値が所定値ωref1よりも大きいときに入力端322aと出力端322bとを接続し、角速度ω1の絶対値が所定値ωref1よりも小さいときに入力端322aと出力端322cとを接続する。積分処理部324は出力端322bを入力し、積分処理を行ってδ軸電圧指令vδ*を出力する。出力端322bは積分処理部324の出力端に接続される。   Alternatively, as illustrated in FIG. 3, the δ-axis voltage command generation unit 32 may include a pre-correction command generation unit 321, a switch 322, a comparison unit 323, and an integration processing unit 324. The pre-correction command generation unit 321 generates a δ-axis voltage command vδ **. The comparison unit 323 compares the absolute value of the angular velocity ω <b> 1 and the predetermined value ωref <b> 1 and outputs the comparison result to the switch 322. The δ-axis voltage command vδ ** is input to the input terminal 322a of the switch 322. The switch 322 connects the input terminal 322a and the output terminal 322b when the absolute value of the angular velocity ω1 is larger than the predetermined value ωref1, and the input terminal 322a and the output terminal when the absolute value of the angular velocity ω1 is smaller than the predetermined value ωref1. 322c is connected. The integration processing unit 324 receives the output terminal 322b, performs integration processing, and outputs a δ-axis voltage command vδ *. The output terminal 322b is connected to the output terminal of the integration processing unit 324.

このようなδ軸電圧指令vδ*の生成によれば、角速度ω1の絶対値が高いときに生じるδ軸電圧vδの不要な増大を抑制できる。以下に詳述する。   Such generation of the δ-axis voltage command vδ * can suppress an unnecessary increase in the δ-axis voltage vδ that occurs when the absolute value of the angular velocity ω1 is high. This will be described in detail below.

角速度ω1の絶対値が所定値ωrefよりも高い状況で角速度ω1の絶対値が大きく低下した場合、電流偏差(iδ*−iδ)は比較的大きな値を採り続け、これが積分されて積分項{Kδ’・1/s・(iδ*−iδ)}が増大する。かかる積分項によってδ軸電圧指令vδ*が不要に増大することとなる。   When the absolute value of the angular velocity ω1 greatly decreases in a situation where the absolute value of the angular velocity ω1 is higher than the predetermined value ωref, the current deviation (iδ * −iδ) continues to take a relatively large value, and this is integrated to integrate the integral term {Kδ '· 1 / s · (iδ * −iδ)} increases. Such an integral term unnecessarily increases the δ-axis voltage command vδ *.

そこで、角速度ω1の絶対値が所定値よりも低いときのみ、積分制御を行ってδ軸電圧指令vδ*を生成することで、このようなδ軸電圧vδの増大を回避するのである。   Therefore, only when the absolute value of the angular velocity ω1 is lower than the predetermined value, integral control is performed to generate the δ-axis voltage command vδ *, thereby avoiding such an increase in the δ-axis voltage vδ.

なおこのような場合であっても、γ軸電圧指令vγ*についての積分ゲインK(ω1)の絶対値は角速度ω1の絶対値が低いほど小さい値を採るので、γ軸電圧vγの増大は招きにくい。   Even in such a case, the absolute value of the integral gain K (ω1) with respect to the γ-axis voltage command vγ * takes a smaller value as the absolute value of the angular velocity ω1 is lower, so that the γ-axis voltage vγ increases. Hateful.

第4の実施の形態.
第4の実施の形態にかかる電動機駆動システムの概念的な構成は図1と同一である。ここでは演算処理を簡易にしてγ軸電圧指令vγ*を生成する。以下に詳細に説明する。
Fourth embodiment.
The conceptual configuration of the electric motor drive system according to the fourth embodiment is the same as that shown in FIG. Here, the calculation process is simplified to generate the γ-axis voltage command vγ *. This will be described in detail below.

δ軸電流指令iδ*と指令Iδ*とは式(15)で示される関係を満たす。ここでは、相差角φを零に近似することを考慮する。この近似は、例えば負荷トルクが小さい場合などには特に適当である。その一方で、負荷トルクが大きい場合など、この近似により誤差が生じる場合もある。この誤差を問題とする場合には、上述した積分制御を行なうとよい。この誤差が当該積分制御によって低減されるからである。   The δ-axis current command i δ * and the command I δ * satisfy the relationship represented by Expression (15). Here, it is considered to approximate the phase difference angle φ to zero. This approximation is particularly appropriate when the load torque is small, for example. On the other hand, an error may occur due to this approximation, such as when the load torque is large. When this error is a problem, the integration control described above is preferably performed. This is because this error is reduced by the integration control.

式(15)においてφ=0を代入すると以下の式が導かれる。   Substituting φ = 0 in equation (15), the following equation is derived.

Iδ*=I0+iδ* ・・・(48)   Iδ * = I0 + iδ * (48)

γ軸電圧指令生成部31は式(48)を用いてγ軸電圧指令vγ*を生成する。言い換えれば、γ軸電圧指令生成部31は、一次磁束のδ軸成分の指令Λδ*をインダクタンスLで除算した指令Iδ*が、界磁23による電機子21への磁束鎖交数Λ0をインダクタンスLで除算した値I0と、δ軸電流指令iδ*との和と等しいという関係を用いて、γ軸電圧指令vγ*を生成する。   The γ-axis voltage command generation unit 31 generates a γ-axis voltage command vγ * using the equation (48). In other words, the γ-axis voltage command generation unit 31 determines that the command Iδ * obtained by dividing the command Λδ * of the δ-axis component of the primary magnetic flux by the inductance L determines the flux linkage number Λ0 to the armature 21 by the field 23 as the inductance L The γ-axis voltage command vγ * is generated using a relationship that is equal to the sum of the value I0 divided by δ and the δ-axis current command iδ *.

また式(48)の右辺および左辺にインダクタンスLを乗算すると理解できるように、電圧指令生成部31は、一次磁束のδ軸成分の指令Λδ*(=(L・Iδ*)が、界磁23による電機子21への磁束鎖交数Λ0(=L・I0)と、δ軸電流指令iδ*によって発生する電機子反作用の磁束(=L・iδ*)との和と等しいという関係を用いて、γ軸電圧指令vγ*を生成する、とも説明できる。   Further, as can be understood by multiplying the right side and the left side of the equation (48) by the inductance L, the voltage command generation unit 31 determines that the command Λδ * (= (L · Iδ *) of the δ-axis component of the primary magnetic flux is the field 23 Using the relationship that the number of flux linkages Λ0 (= L · I0) to the armature 21 due to is equal to the sum of the magnetic flux (= L · iδ *) of the armature reaction generated by the δ-axis current command iδ *. It can also be explained that the γ-axis voltage command vγ * is generated.

より詳細には、例えば外部からδ軸電流指令iδ*がγ軸電圧指令生成部31に入力され、式(43)に基づいて指令Iδ*が生成される。そして、かかる指令Iδ*及びδ軸電流指令iδ*を用いて、第1の実施の形態と同様にしてγ軸電圧指令vγ*を生成する。   More specifically, for example, a δ-axis current command iδ * is input from the outside to the γ-axis voltage command generation unit 31, and a command Iδ * is generated based on Expression (43). Then, using the command Iδ * and the δ-axis current command iδ *, a γ-axis voltage command vγ * is generated in the same manner as in the first embodiment.

或いは、例えば外部から指令Iδ*が入力され、式(43)に基づいてδ軸電流指令iδ*を生成し、これらを用いて第1または第2の実施の形態と同様にしてγ軸電圧指令vγ*を生成してもよい。   Alternatively, for example, a command Iδ * is input from the outside, and a δ-axis current command iδ * is generated based on the equation (43), and a γ-axis voltage command is used in the same manner as in the first or second embodiment. vγ * may be generated.

第3の実施の形態によれば、式(28)を採用する場合に比して演算処理を簡易にすることができる。   According to the third embodiment, the arithmetic processing can be simplified as compared with the case where Expression (28) is adopted.

1 駆動装置
2 同期電動機
21 電機子
22 電機子巻線
23 界磁
vδ*,vγ* 電圧指令
iδ* 電流指令
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive device 2 Synchronous motor 21 Armature 22 Armature winding 23 Field vδ *, vγ * Voltage command iδ * Current command

Claims (6)

電機子巻線(22)を含む電機子(21)と界磁(23)とを有する同期電動機(2)へと交流電圧を印加し、交流電流(iu,iv,iw)を出力する駆動装置(1)を制御する装置(3)であって、
前記交流電流を、δ軸と前記δ軸に対して所定の進み方向に90度進むγ軸とを有し、前記δ軸は前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)に対して位相(φ)を有する回転座標系におけるδ軸電流(iδ)およびγ軸電流(iγ)とに変換する座標変換部(33)と、
前記電機子巻線の抵抗成分の抵抗値(R0)及び予め設定される定数(kγγ)の和と前記γ軸電流との積たる第1項と、前記交流電圧の角速度(ω1)及び前記鎖交磁束(Λ0)と前記電機子に流れる交流電流によって発生する電機子反作用の磁束との合成である一次磁束の指令(Λδ*)の積たる第2項との和((R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*)を算出して、前記交流電圧のγ軸電圧(vγ)についてのγ軸電圧指令(vγ*)を生成するγ軸電圧指令生成部(31)と、
前記抵抗値(R0)及び前記δ軸電流(iδ)の積たる第3項と、前記δ軸電流についてのδ軸電流指令と前記δ軸電流との電流偏差(iδ*−iδ)及び第1比例ゲイン(Kδ)の積との和(R0・iδ+Kδ・(iδ*-iδ))を算出して、前記交流電圧のδ軸電圧(vδ)についてのδ軸電圧指令(vδ*)を生成するδ軸電圧指令生成部(32)と、
前記γ軸電圧指令と前記δ軸電圧指令とに基づいて、前記駆動装置による前記交流電圧の印加を制御する制御信号を生成する制御信号生成部(30)と
を備え
前記定数(kγγ)として、前記抵抗値と前記定数(kγγ)との和が略零となる値を採用する、電動機駆動装置の制御装置。
Driving device for applying an AC voltage to a synchronous motor (2) having an armature (21) including an armature winding (22) and a field (23) and outputting an AC current (iu, iv, iw) A device (3) for controlling (1),
The alternating current has a δ-axis and a γ-axis that advances 90 degrees in a predetermined advance direction with respect to the δ-axis, and the δ-axis is related to a flux linkage (Λ0) to the armature by the field. A coordinate conversion unit (33) for converting into a δ-axis current (iδ) and a γ-axis current (iγ) in a rotating coordinate system having a phase (φ)
A first term obtained by multiplying the sum of a resistance value (R0) of a resistance component of the armature winding and a preset constant (kγγ) and the γ-axis current, an angular velocity (ω1) of the AC voltage, and the chain The sum ((R0 + kγγ) ·) of the product of the primary magnetic flux command (Λδ *), which is a combination of the alternating magnetic flux (Λ0) and the armature reaction magnetic flux generated by the alternating current flowing through the armature. γ-axis voltage command generator (31) for calculating γ-axis voltage command (vγ *) for the γ-axis voltage (vγ) of the AC voltage by calculating iγ + L0, ω1, Iδ *),
A third term obtained by multiplying the resistance value (R0) and the δ-axis current (iδ), a current deviation (iδ * −iδ) between the δ-axis current command for the δ-axis current and the δ-axis current, and the first The sum (R0 · iδ + Kδ · (iδ * -iδ)) with the product of the proportional gain (Kδ) is calculated, and the δ-axis voltage command (vδ *) for the δ-axis voltage (vδ) of the AC voltage is calculated. A δ-axis voltage command generator (32) to generate,
Based on the γ-axis voltage command and the δ-axis voltage command, a control signal generation unit (30) that generates a control signal for controlling the application of the AC voltage by the drive device ,
A control device for an electric motor drive device that employs a value at which a sum of the resistance value and the constant (kγγ) becomes substantially zero as the constant (kγγ) .
前記γ軸電圧指令生成部(31)は、前記第1項と、前記第2項と、前記電流偏差(iδ*−iδ)に対する第1積分ゲイン(K(ω1))に基づく積分項との和((R0+kγγ)・iγ+L0・ω1・Iδ*+K(ω1)・1/s・(iδ*−iδ))を算出して、前記γ軸電圧指令を生成し、前記第1積分ゲインの極性は、前記進み方向と前記同期電動機の回転方向とが同じときに正であり、前記進み方向と前記回転方向とが互いに逆であるときに負である、請求項に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The γ-axis voltage command generation unit (31) includes the first term, the second term, and an integral term based on a first integral gain (K (ω1)) with respect to the current deviation (iδ * −iδ). The sum ((R0 + kγγ) · iγ + L0 · ω1 · Iδ * + K (ω1) · 1 / s · (iδ * −iδ)) is calculated to generate the γ-axis voltage command, and the first polarity of the integral gain, the process proceeds to the direction and the rotation direction of the synchronous motor is positive and when the same is negative when the flow proceeds to the direction and the rotation direction are opposite to each other, according to claim 1 Control device for motor drive device. 前記γ軸電圧指令生成部(31)は、前記一次磁束の前記指令(Λδ*)を前記電機子巻線のインダクタンス(L0)で除算した値(Iδ*)が、前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)を前記インダクタンスで除算した値(I0)と、前記δ軸電流指令(iδ*)との和と等しいという関係(Iδ*=I0+iδ*)を用いて、前記γ軸電圧指令(vγ*)を生成する、請求項1または2に記載の電動機駆動装置の制御装置。 The γ-axis voltage command generation unit (31) is configured such that a value (Iδ *) obtained by dividing the command (Λδ *) of the primary magnetic flux by an inductance (L0) of the armature winding is the armature by the field. Using the relationship (Iδ * = I0 + iδ *) that is equal to the sum of the value (I0) obtained by dividing the interlinkage magnetic flux (Λ0) by the inductance and the δ-axis current command (iδ *), generating a γ-axis voltage command (v? *), the control device of the electric motor drive device according to claim 1 or 2. 前記角速度(ω1)の絶対値が所定値よりも小さいときの前記一次磁束の前記指令(Λδ*)を、前記角速度の絶対値が所定値と等しいときの値よりも大きく設定する、請求項1からのいずれか一つに記載の電動機駆動装置の制御装置。 The command (Λδ *) of the primary magnetic flux when the absolute value of the angular velocity (ω1) is smaller than a predetermined value is set larger than a value when the absolute value of the angular velocity is equal to a predetermined value. 4. The control device for an electric motor drive device according to any one of items 1 to 3 . 請求項1からのいずれか一つに記載の電動機駆動装置の制御装置(3)と、
前記駆動装置(1)と、
前記同期電動機(2)と
を備える、電動機駆動システム。
A control device (3) for an electric motor drive device according to any one of claims 1 to 4 ,
The driving device (1);
An electric motor drive system comprising the synchronous motor (2).
前記界磁(23)は、コアと、前記コアの表面に張り付けられた永久磁石とを備える、請求項に記載の電動機駆動システム。 The motor drive system according to claim 5 , wherein the field (23) includes a core and a permanent magnet attached to a surface of the core.
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