JP6064474B2 - Control device for synchronous motor - Google Patents

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Description

本発明は、同期電動機の駆動制御技術に関し、特に所望の出力を確実に得られるように同期電動機を駆動制御するための技術に関する。   The present invention relates to a drive control technique for a synchronous motor, and more particularly to a technique for driving and controlling a synchronous motor so that a desired output can be obtained with certainty.

回転子に永久磁石を備える永久磁石同期電動機や、回転子に界磁巻線を備える巻線回転界磁型同期電動機、強磁性の鉄心により回転子が構成された同期式リラクタンスモータなど(以下、「同期電動機」と総称する場合がある)を可変速ドライブするためのベクトル制御は、以下の要領で実現される。まず、回転子の位置(より正確には、回転子における磁極の位置)をエンコーダなどのセンサを用いて検出する。そして、回転子におけるN極の向きにd軸(ベクトル制御における磁極の中心軸方向の座標軸)を定めるとともに、これよりπ/2進んだ方向にq軸を定め、所望のトルクに応じたd軸電流およびq軸電流が流れるように同期電動機に印加する電圧の大きさおよび位相を調整する。このようにしてベクトル制御が実現される。また、近年では、エンコーダなどのセンサを用いず、インバータから同期電動機へ供給する電圧および電流等に基づいて回転子の位置を推定するセンサレス方式の駆動制御システムも提案されている。   Permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in the rotor, winding rotary field type synchronous motor having a field winding in the rotor, a synchronous reluctance motor in which the rotor is constituted by a ferromagnetic iron core, etc. Vector control for variable speed driving of “synchronous motors” (sometimes collectively referred to as “synchronous motors”) is realized in the following manner. First, the position of the rotor (more precisely, the position of the magnetic pole in the rotor) is detected using a sensor such as an encoder. Then, the d axis (coordinate axis in the direction of the central axis of the magnetic pole in vector control) is determined in the direction of the N pole in the rotor, the q axis is determined in a direction advanced by π / 2 from this, and the d axis corresponding to the desired torque The magnitude and phase of the voltage applied to the synchronous motor are adjusted so that the current and the q-axis current flow. In this way, vector control is realized. In recent years, a sensorless drive control system that estimates the position of the rotor based on the voltage and current supplied from the inverter to the synchronous motor without using a sensor such as an encoder has been proposed.

さて、ベクトル制御において同期電動機における実際の回転子の位置とセンサにより検出した回転子の位置(或いは、インバータから同期電動機へ供給する電圧および電流等に基づいて推定された回転子の位置)とに差があると、トルク指令値に応じた電流が同期電動機に流れても所望のトルクが得られないといった問題が生じる。このため、同期電動機の回転子の位置を正確に検出(或いは推定)するための技術が従来より種々提案されており、その一例として特許文献1に開示された技術が挙げられる。   In the vector control, the actual rotor position in the synchronous motor and the rotor position detected by the sensor (or the rotor position estimated based on the voltage and current supplied from the inverter to the synchronous motor). If there is a difference, there arises a problem that a desired torque cannot be obtained even if a current corresponding to the torque command value flows to the synchronous motor. For this reason, various techniques for accurately detecting (or estimating) the position of the rotor of the synchronous motor have been proposed, and the technique disclosed in Patent Document 1 can be cited as an example.

特許文献1には、埋込磁石型同期電動機を駆動制御の対象とするセンサレス方式の駆動制御システムにおいて、回転子の初期位置を正確にかつ短時間で推定することを可能にする技術が開示されている。埋込磁石型同期電動機はd軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さい(すなわち、Ld<Lq)突極型の同期電動機であり、d軸方向のインダクタンスが最小になるといった性質を有している。特許文献1に開示の技術では、この性質を利用して回転子の初期位置を推定する。具体的には、特許文献1に開示の技術では、駆動制御の対象の同期電動機に電気角度0〜360度に亙り所定の電圧を与え、その結果、当該同期電動機に流れる電流からインダクタンスを算出し、インダクタンスが最小となる位置をd軸の位置(すなわち、回転子におけるN極の位置)に規定するのである。   Patent Document 1 discloses a technology that makes it possible to estimate an initial position of a rotor accurately and in a short time in a sensorless drive control system that uses an embedded magnet type synchronous motor as a target of drive control. ing. The embedded magnet type synchronous motor is a salient pole type synchronous motor in which the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq (that is, Ld <Lq), and has the property that the inductance in the d-axis direction is minimized. Yes. In the technique disclosed in Patent Document 1, the initial position of the rotor is estimated using this property. Specifically, in the technique disclosed in Patent Document 1, a predetermined voltage is applied to the synchronous motor to be driven and controlled over an electrical angle of 0 to 360 degrees, and as a result, the inductance is calculated from the current flowing through the synchronous motor. The position where the inductance is minimized is defined as the d-axis position (that is, the position of the N pole in the rotor).

特開2001−78486号公報JP 2001-78486 A

特許文献1に開示された技術は、回転子の位置の推定に突極型の同期電動機の性質を利用しているため、表面磁石型同期電動機など突極比が1(すなわち、Ld=Lq)の非突極型の同期電動機の駆動制御には適用できない。   Since the technique disclosed in Patent Document 1 uses the characteristics of a salient pole type synchronous motor for estimating the position of the rotor, the salient pole ratio of a surface magnet type synchronous motor is 1 (that is, Ld = Lq). It is not applicable to the drive control of a non-salient type synchronous motor.

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、突極型であるか非突極型であるかを問わずに所望の出力を確実に得られるように同期電動機を駆動制御することを可能にする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is intended to drive and control a synchronous motor so as to reliably obtain a desired output regardless of whether it is a salient pole type or a non-salient pole type. The aim is to provide technology that makes it possible.

上記課題を解決するために本発明は、同期電動機を駆動制御する制御装置(より正確には、同期電動機に交流電力を供給するインバータを制御するための制御装置)を、各々以下のように機能する電流演算手段、調整手段および電流フィードバック手段により構成する。電流演算手段は、駆動制御の対象の同期電動機に出力させるトルクを指定するトルク指令値に基づきd軸電流の電流値を指定するd軸電流指令値およびq軸電流の電流値を指定するq軸電流指令値を演算する。調整手段は、同期電動機の回転子の位置の推定値または検出値を示す回転子位置情報の示す位置を同期電動機における実際の回転子の位置に一致させるためのオフセットを同期電動機のトルクの検出値に基づいて定め、回転位置情報に当該オフセット分の調整を施して電流フィードバック手段へ出力する。より詳細に説明すると、調整手段は、q軸電流指令値がゼロとなり、かつゼロ以外の所定の値のd軸電流指令値が出力されるように電流演算手段の制御を行いつつ、トルクの検出値がゼロとなるように上記オフセットを定める。そして、電流フィードバック手段は、スイッチングにより直流電力を交流電力に変換して同期電動機へ供給するインバータにおけるスイッチングを制御するためのゲート信号を、d軸電流指令値、q軸電流指令値、当該インバータから同期電動機へ供給される電流の検出値、および調整手段による調整を経た回転子位置情報に基づいて生成し、当該インバータへ供給する。   In order to solve the above-described problems, the present invention functions as follows: a control device that drives and controls a synchronous motor (more precisely, a control device that controls an inverter that supplies AC power to the synchronous motor). Current calculating means, adjusting means, and current feedback means. The current calculation means includes a d-axis current command value that specifies a d-axis current value and a q-axis current value that specifies a current value of a q-axis current based on a torque command value that specifies a torque to be output to a synchronous motor that is subject to drive control. Calculate the current command value. The adjusting means sets the detected value of the synchronous motor torque to an offset for making the position indicated by the rotor position information indicating the estimated value or detected value of the rotor position of the synchronous motor coincide with the actual rotor position in the synchronous motor. The rotational position information is adjusted based on the offset, and output to the current feedback means. More specifically, the adjusting means detects the torque while controlling the current calculating means so that the q-axis current command value becomes zero and a d-axis current command value having a predetermined value other than zero is output. The offset is determined so that the value becomes zero. The current feedback means converts the DC power into AC power by switching and supplies a gate signal for controlling switching in the inverter supplied to the synchronous motor from the d-axis current command value, the q-axis current command value, and the inverter. It is generated based on the detected value of the current supplied to the synchronous motor and the rotor position information that has been adjusted by the adjusting means, and is supplied to the inverter.

本発明の最大の技術的特徴は上記調整手段を設けたことにある。この調整手段によるオフセット分の調整を経た回転子位置情報の示す回転子の位置と駆動制御対象の同期電動機における実際の回転子の位置とは一致する。両者が一致する理由については、本発明の実施形態の説明において明らかにする。   The greatest technical feature of the present invention is that the adjusting means is provided. The position of the rotor indicated by the rotor position information that has undergone the offset adjustment by this adjusting means coincides with the actual position of the rotor in the synchronous motor to be driven. The reason why both match will be clarified in the description of the embodiment of the present invention.

ここで注目すべき点は、本発明においては回転子位置情報の調整の際に、突極型の同期電動機の性質(すなわち、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さいこと)は利用されておらず、非突極型の同期電動機の性質(すなわち、突極比が1であること)も利用されていない、という点である。このため、本発明によれば、突極型であるか非突極型であるかを問わずに、実際の回転子の位置と一致するように回転子位置情報を調整することができ、所望の出力を確実に得られるようにすることができる。   It should be noted that in the present invention, the characteristics of the salient pole type synchronous motor (that is, the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq) are used when adjusting the rotor position information. In addition, the property of the nonsalient pole type synchronous motor (that is, the salient pole ratio is 1) is not utilized. Therefore, according to the present invention, it is possible to adjust the rotor position information so that it matches the actual rotor position regardless of whether it is a salient pole type or a non-salient pole type. It is possible to reliably obtain the output of.

本発明の実施形態の制御装置20を含む電動機の駆動制御システム1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the drive control system 1 of the electric motor containing the control apparatus 20 of embodiment of this invention. 本実施形態における回転子位置情報調整手順の具体的な実行態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific execution aspect of the rotor position information adjustment procedure in this embodiment. 電動機M1の実際の回転子の位置と回転子位置情報の示す位置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position which the actual rotor position of the motor M1 and a rotor position information show. 電動機M1の実際の回転子の位置と回転子位置情報の示す位置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position which the actual rotor position of the motor M1 and a rotor position information show. 正のd軸電流のみを流した場合の電圧ベクトル図の一例である。It is an example of a voltage vector diagram when only a positive d-axis current is passed. 負のd軸電流のみを流した場合の電圧ベクトル図の一例である。It is an example of a voltage vector diagram when only a negative d-axis current is passed.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態の制御装置20を含む電動機の駆動制御システム1の構成例を示す図である。この駆動制御システム1は、永久磁石埋込型同期電動機の駆動制御を行うためのものである。図1では駆動制御システム1により駆動制御される永久磁石埋込型同期電動機である電動機M1も駆動制御システム1とともに図示されている。図1に示すように、駆動制御システム1は、インバータ10、制御装置20、回転子位置検出手段30、およびトルク検出手段40を含んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a drive control system 1 for an electric motor including a control device 20 according to an embodiment of the present invention. This drive control system 1 is for performing drive control of a permanent magnet embedded synchronous motor. In FIG. 1, an electric motor M <b> 1 that is a permanent magnet embedded synchronous motor that is driven and controlled by the drive control system 1 is also illustrated along with the drive control system 1. As shown in FIG. 1, the drive control system 1 includes an inverter 10, a control device 20, a rotor position detection unit 30, and a torque detection unit 40.

インバータ10は、例えばPWM(Pulse Width
Modulation)インバータであり、直流電源(図1では図示略)から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機M1へ供給する。図1では詳細な図示を省略したが、インバータ10はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子を有している。インバータ10においては、制御装置20から与えられるゲート信号に応じてスイッチング素子をスイッチングさせることで、直流電力から交流電力への変換が実現される。制御装置20は、電動機M1の出力トルクを指定するトルク指令値T*に基づいて上記ゲート信号を生成する装置である。制御装置20の具体的な構成については後に明らかにする。回転子位置検出手段30は例えばリゾルバやエンコーダであり、電動機M1の回転子の位置(回転角度)を検出し、その検出値を示す回転子位置情報θを制御装置20に与える。トルク検出手段40は、電動機M1の出力トルクを検出し、トルク検出値Tdetを制御装置20に与える。駆動制御システム1の構成要素のうち、インバータ10、回転子位置検出手段30およびトルク検出手段40については、従来の駆動制御システムにおけるもとのと特段に変わるところはない。
このため、以下では、制御装置20を中心に説明する。
The inverter 10 is, for example, a PWM (Pulse Width
Modulation) An inverter that converts DC power supplied from a DC power supply (not shown in FIG. 1) into three-phase AC power and supplies it to the motor M1. Although not shown in detail in FIG. 1, the inverter 10 has a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In the inverter 10, the switching from the DC power to the AC power is realized by switching the switching element according to the gate signal given from the control device 20. The control device 20 is a device that generates the gate signal based on a torque command value T * that specifies the output torque of the electric motor M1. The specific configuration of the control device 20 will be clarified later. The rotor position detection means 30 is, for example, a resolver or an encoder, detects the position (rotation angle) of the rotor of the electric motor M1, and gives the rotor position information θ indicating the detected value to the control device 20. The torque detection means 40 detects the output torque of the electric motor M1 and gives the torque detection value Tdet to the control device 20. Among the components of the drive control system 1, the inverter 10, the rotor position detection means 30 and the torque detection means 40 are not particularly different from those in the conventional drive control system.
For this reason, below, it demonstrates focusing on the control apparatus 20. FIG.

制御装置20は、図1では詳細な図示を省略したが、CPU(Central Processing Unit)と、EEPROM(Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory)などの不揮発性記憶部と、RAM(Random Access Memory)などの揮発性記憶部とを有するコンピュータ装置である。制御装置20の不揮発性記憶部には、CPUを図1の電流演算手段210、調整手段220、および電流フィードバック手段230として機能させるための制御プログラムが予め記憶されている。制御装置20のCPUは、不揮発性記憶部に記憶されている制御プログラムを揮発性記憶部に読み出して実行することで、図1の電流演算手段210、調整手段220、および電流フィードバック手段230として機能する。つまり、図1における電流演算手段210、調整手段220、および電流フィードバック手段230は何れもソフトウェアモジュールである。このように、本実施形態では、電流演算手段210、調整手段220、および電流フィードバック手段230の各手段をソフトウェアにより実現するが、これら各手段を電子回路で実現して制御装置20を構成しても勿論良い。
Although the detailed illustration is omitted in FIG. 1, the control device 20 includes a CPU (Central Processing Unit) and an EEPROM (Electrically Erasable Programmable).
It is a computer device having a non-volatile storage unit such as a read-only memory and a volatile storage unit such as a RAM (Random Access Memory). A control program for causing the CPU to function as the current calculation unit 210, the adjustment unit 220, and the current feedback unit 230 in FIG. 1 is stored in advance in the nonvolatile storage unit of the control device 20. The CPU of the control device 20 functions as the current calculation unit 210, the adjustment unit 220, and the current feedback unit 230 in FIG. 1 by reading the control program stored in the nonvolatile storage unit into the volatile storage unit and executing it. To do. That is, the current calculation unit 210, the adjustment unit 220, and the current feedback unit 230 in FIG. 1 are all software modules. As described above, in the present embodiment, each of the current calculation unit 210, the adjustment unit 220, and the current feedback unit 230 is realized by software. However, these units are realized by an electronic circuit, and the control device 20 is configured. Is of course good.

図1に示すように、電流演算手段210には、電動機M1の出力トルクを指定するトルク指令値Tが与えられる。電流演算手段210は、電動機M1に流れるd軸電流を制御するためのd軸電流指令値idおよび同電動機M1に流れるq軸電流を制御するためのq軸電流指令値iqをトルク指令値Tに基づいて演算し、電流フィードバック手段230に与える。周知のように、永久磁石埋込型同期電動機である電動機M1のトルクTは、(式1)に示すように、q軸電流の電流値iqおよびd軸電流の電流値idに応じて定まるからである。なお、式(1)において、Pn:極対数、Ψm:永久磁石による電機子鎖交磁束、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、である。(式1)の右辺第1項は永久磁石の作る磁束によるトルクであり、同第2項はリラクタンストルクである。
T=Pn・Ψm・iq+Pn・(Ld−Lq)・id・iq・・・(1)
As shown in FIG. 1, the current calculation means 210 is given a torque command value T * that specifies the output torque of the electric motor M1. The current calculation means 210 uses a torque command value as a d-axis current command value id * for controlling the d-axis current flowing to the motor M1 and a q-axis current command value iq * for controlling the q-axis current flowing to the motor M1. Calculation is performed based on T * and provided to the current feedback means 230. As is well known, the torque T of the electric motor M1, which is an embedded permanent magnet synchronous motor, is determined according to the current value iq of the q-axis current and the current value id of the d-axis current, as shown in (Equation 1). It is. In Equation (1), Pn is the number of pole pairs, Ψm is an armature flux linkage by a permanent magnet, Ld is a d-axis inductance, and Lq is a q-axis inductance. The first term on the right side of (Equation 1) is the torque generated by the magnetic flux generated by the permanent magnet, and the second term is the reluctance torque.
T = Pn. [Psi] m.iq + Pn. (Ld-Lq) .id.iq (1)

調整手段220には、回転子位置情報θとトルク検出値Tdetとが与えられる。調整手段220は、電動機M1における実際の回転子の位置と一致するように回転子位置情報θを調整するためのオフセットθofをトルク検出値Tdetに基づいて定め、当該オフセットθof分の調整(本実施形態では、オフセットθofの減算、勿論、加算でも良い)を施すことで回転子位置情報θを調整する。以下では、調整手段220による調整を経た回転子位置情報を「回転子位置情報θ´」と表記する。このように、回転子位置情報θの調整を行うのは、電動機M1の実際の回転子の位置と回転子位置情報θの示す回転子の位置とに差があると、トルク指令値Tに応じた電流が電動機M1に流れても、そのトルク指令値Tの示すトルクが得られなくなるからである。本実施形態の特徴は調整手段220の実行する回転子位置情報調整処理にある。この回転子位置情報調整処理の詳細については後に明らかにする。 The adjustment means 220 is given rotor position information θ and a detected torque value Tdet. The adjusting means 220 determines an offset θof for adjusting the rotor position information θ so as to coincide with the actual rotor position in the electric motor M1, based on the torque detection value Tdet, and adjusts the offset θof (this embodiment) In the embodiment, the rotor position information θ is adjusted by subtracting the offset θof, or of course adding. Hereinafter, the rotor position information that has been adjusted by the adjusting means 220 will be referred to as “rotor position information θ ′”. Thus, the adjustment of the rotor position information θ is performed when there is a difference between the actual rotor position of the electric motor M1 and the rotor position indicated by the rotor position information θ in the torque command value T * . This is because the torque indicated by the torque command value T * cannot be obtained even if the corresponding current flows through the motor M1. The feature of this embodiment lies in the rotor position information adjustment processing executed by the adjustment means 220. Details of this rotor position information adjustment processing will be made later.

電流フィードバック手段230は、インバータ10に含まれるスイッチング素子のスイッチングを制御するためのゲート信号を、d軸電流指令値id、q軸電流指令値iq、インバータ10から電動機M1へ供給される電流の検出値(iu、iv)、および回転子位置情報θ´に基づいて生成し、インバータ10へ供給する。例えば、電流フィードバック手段230は、電動機M1の端子電圧に対してインバータ10の出力電圧に余裕がある場合には、電動機M1に流れる電流が最小になるようにスイッチング素子をスイッチングさせるゲート信号を出力し、逆に、前者に対して後者が不足する場合には、弱め界磁制御が実現されるようにスイッチング素子をスイッチングさせるゲート信号を出力する、といった具合である。
以上が制御装置20の構成である。
The current feedback means 230 uses a gate signal for controlling switching of a switching element included in the inverter 10 as a d-axis current command value id * , a q-axis current command value iq * , and a current supplied from the inverter 10 to the motor M1. Is generated based on the detected value (iu, iv) and the rotor position information θ ′ and supplied to the inverter 10. For example, when there is a margin in the output voltage of the inverter 10 with respect to the terminal voltage of the electric motor M1, the current feedback means 230 outputs a gate signal for switching the switching element so that the current flowing through the electric motor M1 is minimized. Conversely, when the latter is insufficient with respect to the former, a gate signal for switching the switching element is output so that field-weakening control is realized.
The above is the configuration of the control device 20.

次いで、調整手段220における回転子位置情報調整処理について説明する。
前掲式(1)を参照すれば明らかように、q軸電流の電流値iqがゼロでd軸電流の電流値idがゼロ以外の値である状態(すなわち、d軸電流のみが電動機M1に流れる状態)では、LdとLqの大小関係に関わらずトルクTはゼロになる。本発明はこの点に着眼し、電動機M1における実際の回転子の位置と制御装置20内における回転子の位置(すなわち、回転子位置情報θ´の示す位置)とを一致させるのである。
Next, the rotor position information adjustment process in the adjustment unit 220 will be described.
As apparent from the above equation (1), the current value iq of the q-axis current is zero and the current value id of the d-axis current is a value other than zero (that is, only the d-axis current flows to the motor M1. In the state), the torque T becomes zero regardless of the magnitude relationship between Ld and Lq. The present invention focuses on this point and makes the actual rotor position in the motor M1 coincide with the rotor position in the control device 20 (that is, the position indicated by the rotor position information θ ′).

図2は、例えば駆動制御システム1および電動機M1の工場出荷時点等に行われる回転子位置情報調整手順を説明するための図である。図2では、図1と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図2では、駆動制御システム1および電動機M1の組み合わせが回転子位置(磁極位置)の調整対象であり、電動機M1の回転子は、軸連結手段60a、トルク検出手段40および軸連結手段60bを介して電動機M2の回転子に結合されている。電動機M2は電動機M1と同様に永久磁石埋込型同期電動機であり、インバータ50は、電動機M2の回転子を一定回転で駆動させるためのものである。電動機M1の回転子は、軸連結手段60a、トルク検出手段40および軸連結手段60bを介して電動機M2の回転子に結合されており、電動機M2の回転子はインバータ50によって一定回転で駆動されるため、電動機M1の回転子の回転も一定回転となる。   FIG. 2 is a diagram for explaining a rotor position information adjustment procedure performed at the time of factory shipment of the drive control system 1 and the electric motor M1, for example. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 2, the combination of the drive control system 1 and the electric motor M1 is an adjustment target of the rotor position (magnetic pole position), and the rotor of the electric motor M1 passes through the shaft connecting means 60a, the torque detecting means 40, and the shaft connecting means 60b. And coupled to the rotor of the electric motor M2. The motor M2 is a permanent magnet embedded synchronous motor similar to the motor M1, and the inverter 50 is for driving the rotor of the motor M2 at a constant rotation. The rotor of the electric motor M1 is coupled to the rotor of the electric motor M2 through the shaft connecting means 60a, the torque detecting means 40 and the shaft connecting means 60b, and the rotor of the electric motor M2 is driven by the inverter 50 at a constant rotation. Therefore, the rotation of the rotor of the electric motor M1 is also a constant rotation.

例えば、図3に示すように電動機M1の実際の回転子の位置と回転子位置情報θの示す位置との差がある場合、回転子位置情報θの調整は以下の要領で行われる。まず、インバータ50により電動機M2を一定回転で駆動させる。この状態において、調整手段220には、回転子位置検出手段30から与えられる回転子位置情報θから減算するオフセットθofに初期値(例えば、0)をセットし、q軸電流指令値iqがゼロとなりd軸電流指令値idがゼロ以外の所定の値となるように電流演算手段210を制御する。次いで、調整手段220は、トルク検出値Tdetがゼロになるまで、オフセットθofを所定量だけ増加させる処理および当該オフセットθofを減算した回転子位置情報θを電流フィードバック手段230に与える処理、を繰り返し実行する。このようにして定めたオフセットθofを回転子位置情報θから減算することで、図3に示すように、調整後の回転子位置情報(すなわち、回転子位置情報θ´)の示す位置と電動機M1の実際の回転子の位置との差θerを調整前に比較して小さくすることができるからである。そして、調整手段220は、トルク検出値Tdetがゼロになった時点のオフセットθofを回転子位置情報θの示す位置を電動機M1における実際の回転子の位置に一致させるためのオフセットとして不揮発性記憶部に書き込む。 For example, as shown in FIG. 3, when there is a difference between the actual rotor position of the electric motor M1 and the position indicated by the rotor position information θ, the adjustment of the rotor position information θ is performed as follows. First, the electric motor M2 is driven at a constant rotation by the inverter 50. In this state, the adjustment means 220 sets an initial value (for example, 0) to the offset θof to be subtracted from the rotor position information θ given from the rotor position detection means 30, and the q-axis current command value iq * is zero. The current calculation means 210 is controlled so that the d-axis current command value id * becomes a predetermined value other than zero. Next, the adjusting unit 220 repeatedly executes a process of increasing the offset θof by a predetermined amount and a process of giving the rotor position information θ obtained by subtracting the offset θof to the current feedback unit 230 until the detected torque value Tdet becomes zero. To do. By subtracting the offset θof determined in this way from the rotor position information θ, as shown in FIG. 3, the position indicated by the adjusted rotor position information (that is, the rotor position information θ ′) and the motor M1 This is because the difference θer from the actual rotor position can be made smaller than before the adjustment. Then, the adjusting unit 220 uses a nonvolatile storage unit as an offset for making the position indicated by the rotor position information θ the position indicated by the rotor position information θ coincide with the actual position of the rotor in the electric motor M1 when the torque detection value Tdet becomes zero. Write to.

次いで、調整手段220は、電動機M1におけるN極およびS極の位置と、上記オフセットθof分の調整(本実施形態では、減算)を施した後の回転子位置情報θの示すN極およびS極の位置とが入れ替わっているか否か(すなわち、両者の位置がπだけずれていないか)を判定する。これは、永久磁石型同期電動機や、巻線回転界磁型同期電動機においては、図4に示すように調整後のθerがπとなっている場合も、q軸電流指令値iqがゼロ、かつd軸電流指令値idがゼロ以外の所定の値の際にトルク検出値Tdetがゼロとなるからである。 Next, the adjusting means 220 is configured so that the positions of the N pole and the S pole in the electric motor M1 and the N pole and the S pole indicated by the rotor position information θ after adjustment (subtraction in this embodiment) for the offset θof is performed. It is determined whether or not the positions of the two positions are interchanged (that is, whether the positions of the two positions are shifted by π). This is because, in a permanent magnet type synchronous motor or a wound rotary field type synchronous motor, the q-axis current command value iq * is zero even when θer after adjustment is π as shown in FIG. This is because the torque detection value Tdet becomes zero when the d-axis current command value id * is a predetermined value other than zero.

同期電動機の誘起電圧をVme、端子電圧をVa、角速度をωとすれば、d軸電流のみを流した時の電圧ベクトル図は、図5および図6のようになる。より詳細に説明すると、図5は、電動機M1におけるN極およびS極の位置と、上記オフセットθofを減算した後の回転子位置情報θの示すN極およびS極の位置とが一致している状況下で負のd軸電流を流した場合の電圧ベクトル図であり、図6は同状況下で正のd軸電流を流した場合の電圧ベクトル図である。図5および図6を参照すれば明らかように、負のd軸電流指令値idを与えた場合に端子電圧が誘起電圧よりも低下するか否か(換言すれば、誘起電圧が端子電圧よりも増加するか否か)を調べることによって、極性が一致しているか否かを判定できることが判る。本実施形態では、これを利用する。具体的には、調整手段220は、前述した要領でトルク検出値Tdetがゼロになった時点のオフセットθofを不揮発性記憶部に記憶させた後に、当該オフセットθofを減算した回転子位置情報θを電流フィードバック手段230に与えるとともに、負のd軸電流指令値idを出力するように電流演算手段210を制御する。そして、調整手段220は、誘起電圧が端子電圧から増加すれば、極性反転と判定し、不揮発性記憶部に記憶されたオフセットθofをπだけ小さい値(πだけ大きい値でも良い)に書き換える。 If the induced voltage of the synchronous motor is Vme, the terminal voltage is Va, and the angular velocity is ω, the voltage vector diagrams when only the d-axis current flows are as shown in FIGS. More specifically, in FIG. 5, the positions of the N pole and the S pole in the electric motor M1 and the positions of the N pole and the S pole indicated by the rotor position information θ after subtracting the offset θof are the same. FIG. 6 is a voltage vector diagram when a negative d-axis current is passed under a situation, and FIG. 6 is a voltage vector diagram when a positive d-axis current is passed under the same situation. As is apparent from FIGS. 5 and 6, whether or not the terminal voltage is lower than the induced voltage when the negative d-axis current command value id * is given (in other words, the induced voltage is less than the terminal voltage). It can be determined whether or not the polarities are the same. This is utilized in the present embodiment. Specifically, the adjusting means 220 stores the rotor position information θ obtained by subtracting the offset θof after storing the offset θof when the torque detection value Tdet becomes zero in the non-volatile storage unit as described above. The current calculation means 210 is controlled so as to be supplied to the current feedback means 230 and to output a negative d-axis current command value id * . If the induced voltage increases from the terminal voltage, the adjusting unit 220 determines that the polarity is inverted, and rewrites the offset θof stored in the nonvolatile storage unit to a value that is smaller by π (may be a value that is larger by π).

以降、調整手段220は、上記の要領で不揮発性記憶部に記憶させたオフセットθofの減算により回転子位置情報θを調整し、調整後の回転子位置情報θ´を電流フィードバック手段230に与える。このため、駆動制御システム1および電動機M1の工場出荷後においては、電動機M1における実際の回転子の位置と一致するように回転子位置情報が調整手段220によって調整され、調整後の回転子位置情報を用いてインバータ10のスイッチング制御が実現されるので、電動機M1にトルク指令値に応じたトルクを確実に出力させることが可能になる。   Thereafter, the adjusting unit 220 adjusts the rotor position information θ by subtracting the offset θof stored in the nonvolatile storage unit as described above, and provides the adjusted rotor position information θ ′ to the current feedback unit 230. For this reason, after the factory shipment of the drive control system 1 and the electric motor M1, the rotor position information is adjusted by the adjusting means 220 so as to coincide with the actual rotor position in the electric motor M1, and the adjusted rotor position information. Since the switching control of the inverter 10 is realized using the motor, it is possible to reliably output the torque according to the torque command value to the electric motor M1.

ここで注目すべき点は、本実施形態においては、回転子位置情報の調整の際に、突極型の同期電動機の性質(すなわち、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さいこと)は利用されていないことは勿論、非突極型の電動機の性質(Lq=Ld)も利用されていない、という点である。このため、本実施形態の制御装置20は、突極型の同期電動機の駆動制御に適用できることは勿論、例えば表面磁石型同期電動機など非突極型の同期電動機の駆動制御にも適用可能である。つまり、本実施形態によれば、突極型であるか非突極型であるかを問わずに、実際の回転子の位置と一致するように回転子位置情報を調整しつつ同期電動機の駆動制御を行うことができ、所望のトルクを確実に出力させることが可能になる。   It should be noted that in this embodiment, the characteristics of the salient pole type synchronous motor (that is, the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq) when adjusting the rotor position information are as follows. Of course, the property (Lq = Ld) of the non-salient electric motor is not used. For this reason, the control device 20 of the present embodiment can be applied not only to drive control of salient pole type synchronous motors but also to drive control of non salient pole type synchronous motors such as surface magnet type synchronous motors. . That is, according to the present embodiment, the synchronous motor is driven while adjusting the rotor position information so that it matches the actual rotor position regardless of whether it is a salient pole type or a non-salient pole type. Control can be performed, and a desired torque can be reliably output.

以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
(1)上記実施形態では、制御装置20により駆動制御される電動機M1が永久磁石埋込型同期電動機であったが、電動機M1は巻線回転界磁型同期電動機であっても良く、また同期型リラクタンスモータであっても良い。駆動制御の対象が巻線回転界磁型同期電動機や同期型リラクタンスモータであっても、本発明を適用することで回転子の位置を正確に推定し、所望のトルクを確実に得られるように駆動制御することが可能になるからである。
Although one embodiment of the present invention has been described above, it goes without saying that the following modifications may be added to this embodiment.
(1) In the above embodiment, the electric motor M1 that is driven and controlled by the control device 20 is a permanent magnet embedded type synchronous motor. However, the electric motor M1 may be a winding rotary field type synchronous motor, and may be synchronized. A type reluctance motor may be used. Even if the object of drive control is a winding rotary field type synchronous motor or synchronous type reluctance motor, by applying the present invention, the position of the rotor can be accurately estimated and a desired torque can be reliably obtained. This is because the drive can be controlled.

(2)上記実施形態では、電動機M1の回転速度を一定に制御するための電動機M2として永久磁石型同期電動機を用いたが、電動機M2として巻線回転界磁型同期電動機を用いても良く、また同期型リラクタンスモータを用いても良い。 (2) In the above embodiment, a permanent magnet type synchronous motor is used as the motor M2 for controlling the rotation speed of the motor M1 to be constant. However, a wound rotary field type synchronous motor may be used as the motor M2. A synchronous reluctance motor may be used.

(3)上記実施形態では、d軸電流のみが流れるようにした状態でトルク検出値Tdetがゼロとなるようにθofを調整した。しかし、q軸電流をゼロとした状態で複数種の電流値のd軸電流を電動機M1に流すことで得られた複数種のトルク検出値に基づいてオフセットθofを定めても良い。具体的には、複数種のd軸電流の各々についてトルク検出値をゼロとするオフセットを上記実施形態と同様の方法により求め、それらオフセットの平均値をオフセットθofとすることが考えられる。また、複数種のd軸電流の各々を流した場合に検出されたトルク検出値の平均値がゼロに最も近くなるようにθofを定めるようにしても良い。 (3) In the above embodiment, θof is adjusted so that the detected torque value Tdet becomes zero in a state where only the d-axis current flows. However, the offset θof may be determined based on a plurality of types of detected torque values obtained by flowing d-axis currents having a plurality of types of current values through the motor M1 with the q-axis current set to zero. Specifically, it is conceivable that an offset with zero detected torque value is obtained for each of a plurality of types of d-axis currents by the same method as in the above embodiment, and an average value of these offsets is set as an offset θof. Further, θof may be determined so that the average value of the detected torque values detected when each of the plurality of types of d-axis currents flows is closest to zero.

(4)上記実施形態では、制御装置20とともに駆動制御システム1を構成するインバータ10、回転子位置検出手段30およびトルク検出手段40を制御装置20とは別個のハードウェアとした。しかし、インバータ10、回転子位置検出手段30およびトルク検出手段40のうちの少なくとも1つを制御装置20に内蔵させても勿論良い。 (4) In the above embodiment, the inverter 10, the rotor position detection means 30, and the torque detection means 40 that constitute the drive control system 1 together with the control device 20 are hardware separate from the control device 20. However, of course, at least one of the inverter 10, the rotor position detection means 30, and the torque detection means 40 may be built in the control device 20.

(5)上記実施形態では、電動機M1の回転子の位置をエンコーダなどの回転子位置検出手段30により検出し、その検出値を示す回転子位置情報を調整手段220によりさらに調整した。しかし、回転子位置検出手段30を有さないセンサレス制御システムに本発明を適用することも可能である。この種のセンサレス制御システムは、インバータから電動機へ供給される電流および電圧に基づいて回転子の位置を推定し、その推定値を回転子位置情報として出力する回転子位置推定手段を有していることが一般的であるから、この回転子位置推定手段の出力する回転子位置情報を調整手段220により調整するようにすれば良い。 (5) In the above embodiment, the position of the rotor of the electric motor M1 is detected by the rotor position detecting means 30 such as an encoder, and the rotor position information indicating the detected value is further adjusted by the adjusting means 220. However, it is also possible to apply the present invention to a sensorless control system that does not have the rotor position detecting means 30. This type of sensorless control system has rotor position estimation means for estimating the position of the rotor based on the current and voltage supplied from the inverter to the electric motor and outputting the estimated value as rotor position information. Therefore, the rotor position information output from the rotor position estimating means may be adjusted by the adjusting means 220.

(6)上記実施形態では、制御装置20のCPUを電流演算手段210、調整手段220および電流フィードバック手段230として機能させる制御プログラムが制御装置20の不揮発性記憶部に予め記憶されていた。しかし、上記制御プログラムをCD−ROMなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、またインターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより上記制御プログラムを配布しても良い。上記実施形態と同様にインバータの制御をソフトウェアにより実現する制御装置であれば、既存のソフトウェアを上記制御プログラムに置き換えることで、上記実施形態の制御装置として機能させることができるからである。また、図2において、電動機M2の磁極位置についての回転子位置情報の調整に本発明を適用した場合、インバータ50のトルク検出値に換え、インバータ50のトルク演算値を、磁極位置を調整する対象の電動機M1に接続されるインバータ10や制御装置20にフィードバックし、インバータ50のトルク演算値がゼロとなるように磁極位置を調整することにより、電動機M1のトルク検出器を利用することなく、電動機M1の回転子位置情報を調整することが可能になる。 (6) In the above embodiment, a control program that causes the CPU of the control device 20 to function as the current calculation unit 210, the adjustment unit 220, and the current feedback unit 230 is stored in advance in the nonvolatile storage unit of the control device 20. However, the control program may be distributed by being written on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM, or may be distributed by downloading via a telecommunication line such as the Internet. This is because a control device that implements control of the inverter by software as in the above embodiment can function as the control device of the above embodiment by replacing existing software with the above control program. Further, in FIG. 2, when the present invention is applied to the adjustment of the rotor position information for the magnetic pole position of the electric motor M2, the torque calculation value of the inverter 50 is the target for adjusting the magnetic pole position instead of the torque detection value of the inverter 50. The motor 10 is fed back to the inverter 10 and the control device 20 connected to the motor M1, and the magnetic pole position is adjusted so that the torque calculation value of the inverter 50 becomes zero, so that the motor can be used without using the torque detector of the motor M1. It becomes possible to adjust the rotor position information of M1.

1…駆動制御システム、10,50…インバータ、20…制御装置、30…回転子位置検出手段、40…トルク検出手段、210…電流演算手段、220…調整手段、230…電流フィードバック手段、M1,M2…電動機。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive control system 10, 50 ... Inverter, 20 ... Control apparatus, 30 ... Rotor position detection means, 40 ... Torque detection means, 210 ... Current calculation means, 220 ... Adjustment means, 230 ... Current feedback means, M1, M2: Electric motor.

Claims (2)

駆動制御の対象の同期電動機に出力させるトルクを指定するトルク指令値に基づきd軸電流指令値およびq軸電流指令値を演算する電流演算手段と、
前記同期電動機の回転子の位置の推定値または検出値を示す回転子位置情報の示す位置を前記同期電動機における実際の回転子の位置に一致させるためのオフセットを前記同期電動機のトルクの検出値に基づいて定め、当該オフセット分の調整を前記回転子位置情報に施して出力する調整手段と、
スイッチングにより直流電力を交流電力に変換して前記同期電動機へ供給するインバータにおけるスイッチングを制御するためのゲート信号を、前記d軸電流指令値、前記q軸電流指令値、前記インバータから前記同期電動機へ供給される電流の検出値、および前記調整手段による調整を経た回転子位置情報に基づいて生成し、前記インバータへ供給する電流フィードバック手段と、を備え、
前記調整手段は、
前記q軸電流指令値としてゼロを出力するとともに前記d軸電流指令値としてゼロ以外を出力するように前記電流演算手段の制御を行いつつ、前記同期電動機のトルクの検出値がゼロとなるように前記オフセットを定めた後、負のd軸電流指令値を前記電流演算手段に出力させた場合における前記同期電動機における端子電圧と誘起電圧との大小関係に応じて前記オフセットをさらに調整する
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
Current calculating means for calculating a d-axis current command value and a q-axis current command value based on a torque command value for designating a torque to be output to a synchronous motor to be driven;
An offset for making the position indicated by the rotor position information indicating the estimated value or detected value of the rotor position of the synchronous motor coincide with the actual rotor position in the synchronous motor is used as the detected torque value of the synchronous motor. Adjusting means for determining and adjusting the offset position to the rotor position information;
A gate signal for controlling switching in an inverter that converts DC power into AC power by switching and supplies the synchronous motor to the synchronous motor is supplied to the d-axis current command value, the q-axis current command value, and the inverter to the synchronous motor. A current feedback means that is generated on the basis of the detected value of the supplied current and the rotor position information that has undergone adjustment by the adjustment means, and that is supplied to the inverter,
The adjusting means includes
The current calculation means is controlled so that zero is output as the q-axis current command value and non-zero is output as the d-axis current command value, so that the detected value of the torque of the synchronous motor becomes zero. after constant meta said offset, further adjusting the offset in accordance with the magnitude relationship between the terminal voltage and the induced voltage in the synchronous motor in the case where a negative d-axis current command value is output to the current calculation unit A control device for a synchronous motor as a feature.
前記調整手段は、互いに異なるd軸電流指令値を前記電流演算手段に出力させた場合の各々において検出される前記同期電動機のトルクの検出値に基づいて前記オフセットを定めることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。

The said adjustment means determines the said offset based on the detected value of the torque of the said synchronous motor detected in each when a different d-axis current command value is made to output to the said current calculation means, The offset is characterized by the above-mentioned. The control apparatus according to 1.

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JP4825600B2 (en) * 2006-06-28 2011-11-30 株式会社東芝 Motor control device
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