JP6222834B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータの回転数を検出してモータを制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that detects a rotational speed of a motor and controls the motor.
モータをインバータにより制御するモータ制御装置ではモータの回転角度をレゾルバ等の角度検出器により検出し、モータのトルクを制御している。検出されたモータの回転角度は、モータ制御装置がモータの交流電流の検出結果をdq軸電流に変換する際や、dq軸電圧指令を交流電圧指令に変換する際に使用される他、モータ回転数の演算に使用される。 In a motor control device that controls a motor by an inverter, the rotation angle of the motor is detected by an angle detector such as a resolver to control the motor torque. The detected rotation angle of the motor is used when the motor control device converts the detection result of the alternating current of the motor into the dq axis current, or when converting the dq axis voltage command into the alternating voltage command. Used for number arithmetic.
レゾルバにより検出された回転角度は、レゾルバの構造上、誤差が含まれ、その誤差の大きさはレゾルバの実角度(0〜360度)に対して一意の値に決まるため、レゾルバが回転してレゾルバの角度が0〜360度に変化すると誤差もそれに従い変化する。つまり、レゾルバの回転時には、回転角度の誤差はレゾルバの回転周波数に比例した成分を持つことになる。 The rotation angle detected by the resolver includes an error due to the structure of the resolver, and the magnitude of the error is determined to be a unique value with respect to the actual angle (0 to 360 degrees) of the resolver. When the resolver angle changes from 0 to 360 degrees, the error changes accordingly. That is, when the resolver rotates, the rotation angle error has a component proportional to the resolver rotation frequency.
このような誤差を持った回転角度により演算されたモータ回転数にはレゾルバの回転周波数成分を持った誤差が含まれることになり、この誤差はモータ回転数を使用した処理に影響を及ぼすこととなる。例えばモータ回転数を回転数指令と一致するように制御する場合には、回転数指令が一定であっても、モータ回転数の演算結果に誤差が含まれるためモータ回転数に変動が生じることになる。 The motor rotation speed calculated by the rotation angle having such an error includes an error having a resolver rotation frequency component, and this error affects processing using the motor rotation speed. Become. For example, when controlling the motor rotation speed so as to coincide with the rotation speed command, even if the rotation speed command is constant, an error is included in the calculation result of the motor rotation speed, resulting in fluctuations in the motor rotation speed. Become.
特許文献1には、回転数指令とモータ回転数検出値の偏差にノッチフィルタをかけて、そのノッチフィルタの遮断周波数を回転数指令に応じて可変にすることで、速度偏差量を小さくする速度制御装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a speed at which the amount of speed deviation is reduced by applying a notch filter to the deviation between the rotation speed command and the detected value of the motor rotation speed and making the cut-off frequency of the notch filter variable according to the rotation speed command. A control device is disclosed.
しかし、特許文献1に開示された速度制御装置では、遮断周波数が回転数指令に応じて決定されるため、回転数指令がモータ回転数と等しくならない状態では、角度検出器の誤差の影響を低減できない。 However, in the speed control device disclosed in Patent Document 1, since the cutoff frequency is determined according to the rotational speed command, the influence of the error of the angle detector is reduced when the rotational speed command is not equal to the motor rotational speed. Can not.
本発明のモータ制御装置は、モータの回転角度を検出する角度検出器の検出角度に基づき、モータ電気角回転数を演算する回転数演算部と、モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部と、フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいてモータの電流を制御する電流制御部とを備え、フィルタ部は、所定の遮断周波数以上の周波数を減衰させるローパスフィルタ機能をさらに有し、ノッチフィルタ機能およびローパスフィルタ機能を用いて、モータ電気角回転数にフィルタ処理を行い、モータ電気角回転数が閾値以上の場合に、フィルタ部は、ノッチフィルタ機能を無効とすることを特徴とする。 The motor control device of the present invention includes a rotation speed calculation unit that calculates a motor electrical angle rotation speed based on a detection angle of an angle detector that detects a rotation angle of the motor, and a frequency to be cut off based on the motor electrical angle rotation speed. A filter unit that has a notch filter function that makes the motor variable and outputs the motor electrical angular rotation speed after the filter, and a current control unit that controls the motor current based on the motor electrical angular rotation speed and the torque command after the filter, The filter unit further has a low-pass filter function for attenuating a frequency equal to or higher than a predetermined cut-off frequency, and uses the notch filter function and the low-pass filter function to perform filter processing on the motor electrical angular rotation speed, thereby The filter unit disables the notch filter function when the number of rotations is equal to or greater than a threshold value .
本発明によれば、レゾルバなどの角度検出器の誤差の影響を低減して、より正確なモータ回転数を求めることができる。 According to the present invention, the influence of an error of an angle detector such as a resolver can be reduced, and a more accurate motor rotation speed can be obtained.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について図面を参照してその構成を説明する。
図1はモータ制御装置20を含むブロック図である。モータ制御装置20の他に、直流電源10、コンタクタ11、直流電圧センサ12、インバータ13、モータ電流センサ14、モータ15、レゾルバ16を備える。
(First embodiment)
The configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram including a
直流電源10は、コンタクタ11が閉状態の場合にインバータ13へ電力を供給する。直流電源10の電圧に相当する直流電圧は、直流電圧センサ12により検出されてモータ制御装置20へ送られる。
The DC
インバータ13は、6個のスイッチングを行う素子(たとえばIGBT)を内蔵し、直流電源10からの電力を直流から三相交流へ変換する。そして、モータ制御装置20から送られるPWM信号に基づき、スイッチングを行う素子を制御し、モータ15へ三相交流電圧を印加する。
The
モータ15は3相の巻線を有するステータと、磁石を内蔵したロータから構成され、巻線に電流が流れることで変化する磁束と磁石の磁力の関係によってトルクを発生する。
The
モータ15のモータ回転軸には負荷に相当する外乱トルクTdistが印加される。モータ電流センサ14は、モータ15を流れる3相分の電流を検出し、検出電流信号Imotはモータ制御装置20へ送られる。
A disturbance torque Tdist corresponding to a load is applied to the motor rotation shaft of the
レゾルバ16は角度検出器であり、モータ15の回転軸に取り付けられることでモータ15と同期して回転し、モータ15の回転軸の角度変化に応じて自身の角度も変化する。レゾルバ16は、レゾルバ16の電気角度情報を含んだ角度信号θをモータ制御装置20へ送る。
The
モータ制御装置20は、外部装置50からの外部指令40に基づいてモータ15が出力する出力トルクを決定する。そして、その出力トルクに相当する電流をモータ15に流すために必要な交流電圧を演算し、その交流電圧をモータ15へ印加するためのPWM信号を生成する。
The
レゾルバ16の電気角度情報を含んだ角度信号θはモータ制御装置20の電気角度変換部21に入力され、電気角度変換部21は角度信号θをレゾルバ電気角度θsnsに変換する。
The angle signal θ including the electrical angle information of the
モータ電気角度演算部22は、レゾルバ電気角度θsnsからモータ15の電気角度θelを算出する。レゾルバ16の軸倍角をX、モータ15の極対数をP.P.とすると、モータ15の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを(X÷P.P.)×360[deg]で除算した余りに、(P.P.÷X)を掛けることにより算出する。
The motor
例えば、レゾルバ16の軸倍角X=4、モータ15の極対数P.P.=8とした場合は、モータ15の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを180で除算した余りに、2を掛けることにより算出する。
For example, when the shaft angle multiplier X = 4 of the
レゾルバ16の軸倍角Xとモータ15の極対数P.P.は、モータ15を制御する上で必要とされる制御分解能や回転数の最大値、及び出力トルクの仕様などから決定される。
The shaft double angle X of the
モータ電気角回転数演算部23は、以下の式1に基き、現在時刻をtとしてモータ15の電気角度θelの一定時間Tの変化から電気角回転数ωelを演算する。
電気角回転数ωel(t)=[θel(t)−θel(t−T)]/T 式1
The motor electrical angle rotational
Electrical angle rotational speed ωel (t) = [θel (t) −θel (t−T)] / T Equation 1
フィルタ部24は電気角回転数ωelにフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを出力する。フィルタ部24は、特定の遮断周波数の信号だけを通さず、それ以外の周波数の信号を通すノッチフィルタ機能を有し、遮断周波数は電気角回転数ωelに基づいて決定される。ノッチフィルタ機能のゲイン特性はその傾きが遮断周波数付近で急峻となっているものが望ましいが、遮断周波数においてあるゲインにまで減衰する特性を有していればその形態は問わない。
The
極対数演算部25は、フィルタ部24によるフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltにモータ15の極対数P.P.の逆数を掛けてモータ15の機械角回転数ωmc_fltを算出し、回転数制御部27およびトルク制限部29へ出力する。
The pole pair
モータ制御装置20の外部にはモータ制御装置20に周期的に指令を送る外部装置50があり、通信部26はその外部装置50からの外部指令40を受信し、各指令はモータ制御装置20内の各ブロックへ送られる。外部装置50は、例えば、車両制御装置などの電子制御ユニットである。
Outside the
通信部26はモータ制御装置20内で演算および計測された値を外部装置50へ送信する。例えば、機械角回転数ωmc_fltは外部装置50に周期的に送られ、外部装置50はその値を用いてモータ制御装置20に送る外部指令40を演算する。
The
回転数制御部27は、外部回転数指令ωtrgtと機械角回転数ωmc_fltの偏差を0に近づけるために必要なトルク値を演算し、内部トルク指令Tωtrgtとして出力する。回転数制御部27には、予め制御応答性や安定性、外乱に対するロバスト性などの性能が規定されており、この性能達成のためにPI制御や外乱トルク推定演算を用いて内部トルク指令Tωtrgtを演算する。外乱トルク推定演算は機械角回転数ωmc_fltを微分することで、回転軸に発生している加速度を求めて、そこから回転軸に作用している外乱トルクを推定し、その外乱トルクを打ち消すことで外乱に対するロバスト性を高める演算である。
The rotational
制限前トルク選択部28は、外部モード指令MDtrgtがトルク制御を示す場合は外部トルク指令Ttrgtを出力し、外部モード指令MDtrgtが回転数制御を示す場合は内部トルク指令Tωtrgtを出力する。
The pre-limit
トルク制限部29は、機械角回転数ωmc_fltに基づいて決定される内部トルク制限値及び外部トルク制限値Tlimtにより、入力されるトルク値を制限し、その結果をトルク指令Trq*として出力する。内部トルク制限値は、モータ15の特性であるモータ回転数と出力可能な最大トルク値の関係から決定される。なお、トルク指令Trq*の決定にあたって、モータ15やインバータ13の保護のためのトルク制限を考慮しても良い。
The
電流制御部30は、トルク指令Trq*に相当するdq軸電流指令を生成する。そして、そのdq軸電流指令と検出電流信号Imotをモータ15の電気角度θelに基づき3相/2相変換したdq軸検出電流値の偏差を0に近づけるために必要なdq軸電圧指令を算出する。そのdq軸電圧指令をモータ15の電気角度θelに基づき2相/3相変換して3相電圧指令V*を演算する。また、電流制御部30は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの値に基いて3相電圧指令V*を決定するためのフィードフォワード制御量を演算する。
The
電流制御部30には、予め制御応答性や安定性などの性能が規定されており、この性能達成のためにフィードバック制御やフィードフォワード制御が使用される。フィードフォワード制御は、モータ15の回転によりモータ15の端子に発生する電圧を打ち消すものであり、機械角回転数ωmc_fltに基づいてモータ15の誘起電圧やモータ15のd軸とq軸で互いに干渉する電圧を演算し、それらの電圧を打ち消すことで電流制御の過渡応答性を高める制御である。
The
PWM生成部31は、3相電圧指令V*に基づいてPWM信号を生成し、PWM信号をインバータ13へ出力する。
The
第1の実施の形態についてその作用を以下に説明する。
レゾルバ16の構造上、レゾルバ16からの角度信号θ、そしてこの角度信号θを変換したレゾルバ電気角度θsnsには角度誤差が含まれ、誤差の無い実角度(0〜360[deg])と角度誤差の関係は角度変化に対して常に一定であり、レゾルバ回転時には、角度誤差はレゾルバ16の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つこととなる。
The operation of the first embodiment will be described below.
Due to the structure of the
図2はレゾルバ16の電気角回転周波数に対して、角度誤差がその2倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsns(誤差あり)と実角度(誤差なし)との関係を示している。図中の実線k1で示すグラフが誤差のあるレゾルバ電気角度θsnsであり、図中の一点鎖線k2で示すグラフが誤差の無い実角度である。実角度 とレゾルバ電気角度θsnsの角度誤差の関係は実角度 (0〜360deg) に対して常に一定である。このように、レゾルバ16の回転時には、角度誤差はレゾルバ16の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つことがわかる。
FIG. 2 shows the relationship between the resolver electrical angle θsns (with error) and the actual angle (without error) when the angle error has a frequency component twice that of the electrical angle rotation frequency of the
レゾルバ回転時に、角度誤差がレゾルバ16の電気角回転周波数に対して何倍の周波数成分を持つかは、レゾルバ16の構造等の特性に依存し、角度誤差はレゾルバ16の電気角回転周波数に比例した複数の周波数成分を持つ場合もある。図2の実線k1で示すグラフは2倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsを示す。図2の点線k3で示すグラフは1倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsを示す。例えば、1倍と2倍の複数の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsは図中の点線k3で示したグラフと実線k1で示したグラフを合成したグラフになる。
How many times the angular error has a frequency component with respect to the electrical angular rotation frequency of the
レゾルバ電気角度θsnsの誤差はモータ15の電気角度θelに継承され、モータ15の電気角度θelから演算される電気角回転数ωelにも誤差が含まれることとなり、電気角回転数ωelの誤差は角度誤差と同様にレゾルバ16の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つ。
The error of the resolver electrical angle θsns is inherited by the electrical angle θel of the
レゾルバ16とモータ15は同期して回転し、モータ15の極対数をP.P.、レゾルバ軸倍角をXとすると、電気角回転数ωelを用いて、レゾルバ16の電気角回転周波数は式2に基づいて演算される。
レゾルバ16の電気角回転周波数=ωel×X÷P.P. 式2
The
よって、この演算結果に応じてフィルタ部24のノッチフィルタ機能の遮断周波数を決定することで、フィルタ部24は電気角回転数ωelからレゾルバ16の電気角回転周波数に比例する周波数成分を持つ誤差を低減したフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを演算することができる。
Therefore, by determining the cut-off frequency of the notch filter function of the
電気角回転数ωelは周期的に演算され、ノッチフィルタ機能の遮断周波数もその度に変化するため、モータ回転数がいくつであっても電気角回転数ωelの誤差は低減される。 Since the electrical angular rotational speed ωel is periodically calculated and the cutoff frequency of the notch filter function changes each time, the error in the electrical angular rotational speed ωel is reduced regardless of the motor rotational speed.
図2の実線で示すグラフのように、角度誤差がレゾルバ16の電気角回転周波数の2倍の周波数成分を持つ場合は、式2で求めたレゾルバ16の電気角回転周波数を2倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とすればよい。
As shown in the graph shown by the solid line in FIG. 2, when the angular error has a frequency component that is twice the electrical angular rotation frequency of the
図3はフィルタ部24の構成を示すブロック図である。電気角回転数ωelが入力される遮断周波数可変ノッチフィルタ241を備える。更に、式2によってレゾルバ16の電気角回転周波数を求める回路242と、求めたレゾルバ16の電気角回転周波数を2倍にして遮断周波数を求める回路243を備える。遮断周波数可変ノッチフィルタ241は電気角回転数ωelからレゾルバ16の電気角回転周波数に比例する周波数成分を持つ誤差を低減したフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを演算して出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
レゾルバ16の特性により遮断周波数が複数になる場合がある。このように、レゾルバ16の角度誤差が電気角回転周波数のn倍の周波数成分を複数有する場合は、フィルタ部24は、夫々電気角回転周波数をn倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とする。例えば、角度誤差がレゾルバ16の電気角回転周波数の1倍および4倍の周波数成分を持つ場合は、図3の点線で示すように、レゾルバ16の電気角回転周波数を1倍した周波数を求める回路244、およびレゾルバ16の電気角回転周波数を4倍した周波数を求める回路245をノッチフィルタ機能の遮断周波数として追加する。
Depending on the characteristics of the
角度誤差の周波数とレゾルバ16の電気角回転周波数の関係が既知である場合はその関係からノッチフィルタ機能の遮断周波数を追加する。既知ではない場合はレゾルバ16を回転させその角度及び回転数の波形からその関係を読み取ることが可能である。
When the relationship between the frequency of the angle error and the electrical angular rotation frequency of the
図4(a)〜(j)にモータ回転数から、機械角回転数ωmc_fltまでの演算結果とノッチフィルタ機能のゲイン特性のグラフを示す。 4A to 4J are graphs showing the calculation results from the motor rotation speed to the mechanical angle rotation speed ωmc_flt and the gain characteristics of the notch filter function.
図4(a)〜(j)において、モータ15の極対数(P.P.)は8、モータ15の回転数は1500[rpm]、電気角回転数は12000[rpm](=1500(rpm)×8(P.P.))とする。レゾルバ16の軸倍角(X)は4とし、図2の実線で示すようにレゾルバ電気角度θsnsの誤差の周波数はレゾルバ16の電気角回転周波数の2倍とする
4A to 4J, the number of pole pairs (PP) of the
図4(a)に示すように、モータ15の回転数が1500[rpm]である場合、同期して回転しているレゾルバ16の電気角回転周波数は、図4(b)に示すように、100[Hz](=1500(rpm)÷60(秒)×4(X))となる。
As shown in FIG. 4A, when the rotational speed of the
よって、図4(c)に示すように、レゾルバ電気角度θsnsは0〜360[deg]まで100[Hz]で変化し、図4(d)に示すように、レゾルバ電気角度θsnsに含まれる誤差の周波数はレゾルバ16の電気角回転周波数×2となる。
Therefore, as shown in FIG. 4C, the resolver electrical angle θsns changes at 100 [Hz] from 0 to 360 [deg], and the error included in the resolver electrical angle θsns as shown in FIG. Is the electrical angle rotation frequency x 2 of the
図4(e)に示すように、モータ15の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを基にモータ電気角度演算部22によって求める。そして、図4(f)に示すように、電気角回転数ωelはモータ15の電気角度θelを基にモータ電気角回転数演算部23によって求める。
As shown in FIG. 4E, the electric angle θel of the
ここで、図4(g)に示すように、電気角回転数ωelの誤差は+/-100[rpm]になるとする。これはレゾルバ電気角度θsnsの誤差の大きさと電気角回転数ωelを演算する周期から決まる値であり、この値がいくつであっても後の説明に影響はないが、説明を容易にするために+/-100[rpm]とする。 Here, as shown in FIG. 4G, it is assumed that the error of the electrical angular rotation speed ωel is +/− 100 [rpm]. This is a value determined from the error magnitude of the resolver electrical angle θsns and the period for calculating the electrical angle rotation speed ωel, and any number will not affect the subsequent explanation, but for ease of explanation. +/- 100 [rpm].
図4(h)に示すように、ノッチフィルタ機能の遮断周波数は電気角回転数ωelより求まり、ゲイン特性は中央値を200[Hz]とした遮断周波数を持つ特性となる。遮断周波数 = 200±2[Hz]=12000±100(rpm)÷60(秒)÷8(P.P)×4(X)×2(倍) As shown in FIG. 4 (h), the cutoff frequency of the notch filter function is obtained from the electrical angular rotation speed ωel, and the gain characteristic is a characteristic having a cutoff frequency with a median value of 200 [Hz]. Cutoff frequency = 200 ± 2 [Hz] = 12000 ± 100 (rpm) ÷ 60 (seconds) ÷ 8 (P.P) x 4 (X) x 2 (times)
この特性により電気角回転数ωelをフィルタ部24でフィルタ処理することにより、図4(i)に示すように、誤差が低減されたフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltが得られる。図4(j)に示すように、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltは、極対数演算部25により機械角回転数ωmc_fltが算出される。
By filtering the electrical angle rotational speed ωel with this characteristic by the
ここで、ノッチフィルタ機能のゲイン特性において200[Hz]での減衰量を-20[db](=10[%])としているが、この値は電気角回転数ωelの誤差をどれだけ低減させる必要があるかによって決定される。 Here, in the gain characteristic of the notch filter function, the attenuation amount at 200 [Hz] is set to −20 [db] (= 10 [%]), but this value reduces the error of the electrical angular rotational speed ωel. It depends on what needs to be done.
第1の実施の形態についてその効果を以下に説明する。
誤差が低減されたフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltまたは機械角回転数ωmc_fltを使用することにより以下の効果がある。
The effects of the first embodiment will be described below.
Use of the filtered electrical angle rotational speed ωel_flt or mechanical angular rotational speed ωmc_flt with reduced error provides the following effects.
(1)回転数制御部27 の効果
回転数制御部27は、機械角回転数ωmc_fltに基づいてPI制御や外乱トルク推定演算を行うことで内部トルク指令Tωtrgtを演算するため、本実施の形態により誤差が低減されていない場合と比較して内部トルク指令Tωtrgtがより正確に演算される。その結果、回転数制御の性能を向上することができる。
(1) Effects of the rotation
具体的には、回転数制御の性能として規定される定常的な回転数変動の低減と回転数指令がステップ的に変化した際のステップ応答の性能を向上させることができる。これは、ノッチフィルタ機能が電気角回転数ωelから誤差の周波数帯のみを減衰させ、他のステップ応答に必要となる周波数帯は通過させるためである。 Specifically, it is possible to reduce the steady rotational speed fluctuation defined as the rotational speed control performance and to improve the step response performance when the rotational speed command changes stepwise. This is because the notch filter function attenuates only the error frequency band from the electrical angular rotation speed ωel, and passes the frequency band necessary for other step responses.
外乱トルク推定演算においても被微分対象である機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているため、微分処理により誤差分が増幅される量も低減され、本実施の形態が無い場合に比べ外乱トルク推定演算の精度と応答性を向上することができる。 Also in the disturbance torque estimation calculation, the error of the mechanical angular speed ωmc_flt that is the subject of differentiation is reduced, so the amount of error amplified by the differentiation process is also reduced, and the disturbance torque compared to the case without this embodiment The accuracy and responsiveness of the estimation calculation can be improved.
ノッチフィルタ機能の遮断周波数が回転数指令ではなく、電気角回転数ωelに基づいて決定されるため、回転数指令と機械角回転数ωmc_fltが一致しない状態でも誤差を低減することができる。回転数指令と機械角回転数ωmc_fltが一致しない状態としては、回転数指令が変化し、モータ回転数が指令値に向かって変化している過渡状態や外乱トルクの印加またはTlimtの変化によりモータ回転数を回転数指令に一致させるのに必要なトルクが出力できない状態が想定される。 Since the cutoff frequency of the notch filter function is determined not based on the rotational speed command but based on the electrical angular rotational speed ωel, the error can be reduced even when the rotational speed command and the mechanical angular rotational speed ωmc_flt do not match. The state where the rotational speed command and the mechanical angular speed ωmc_flt do not match is that the rotational speed command changes, the motor rotational speed changes toward the command value, the motor rotation is caused by the application of disturbance torque or Tlimt It is assumed that the torque necessary to make the number coincide with the rotational speed command cannot be output.
(2)通信部26の効果
通信部26は、外部装置50へ機械角回転数ωmc_fltを送信し、外部装置50は機械角回転数ωmc_fltの値に基づいてモータ制御装置20へ送る外部トルク指令Ttrgtや外部回転数指令ωtrgtなどの指令を演算するが、機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているので、より正確な外部トルク指令Ttrgtや外部回転数指令ωtrgtを演算することができる。
(2) Effects of the
(3)トルク制限部29の効果
トルク制限部29は、機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているので、機械角回転数ωmc_fltの値に基づいてモータ15が出力できるトルク上下限値をより正確に演算することができる。
(3) Effect of
(4)電流制御部30の効果
電流制御部30は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの誤差は低減されているので、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの値に基いて3相電圧指令V*を決定するためのフィードフォワード制御量をより正確に演算することができる。
(4) Effect of the
なお、上記(2)〜(4)はトルク制御モード、回転数制御モードのどちらの場合でも効果がある。 The above (2) to (4) are effective in both the torque control mode and the rotation speed control mode.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図面を参照してその構成を説明する。
第2の実施の形態の構成は、図1に示した第1の実施の形態のブロック図と同様であるので、その構成の説明を省略する。第2の実施の形態においては、フィルタ部24が第1の実施の形態と異なる。
(Second Embodiment)
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Since the configuration of the second embodiment is the same as that of the block diagram of the first embodiment shown in FIG. 1, the description of the configuration is omitted. In the second embodiment, the
図5に第2の実施の形態のフィルタ部24のブロック図を示す。フィルタ部24はノッチフィルタ機能に加えローパスフィルタ機能を備えている。ローパスフィルタの形態は移動平均フィルタなどその形態は特に問わないが、ここでは一般的に広く使用されている一次遅れフィルタ246を使用する。
FIG. 5 shows a block diagram of the
電気角回転数ωelは、フィルタ部24において、はじめに一次遅れフィルタ246により一次遅れフィルタ処理がかけられ、次に、前述の式2によってレゾルバ16の電気角回転周波数を求める回路242と、求めたレゾルバ16の電気角回転周波数を2倍にして遮断周波数を求める回路243によりノッチフィルタ処理がかけられる。一次遅れフィルタ246によるフィルタの処理とノッチフィルタ処理の順番はどちらが先であっても後述の実施の形態の効果に影響はないが、ここでは上記の順番とする。
The electrical angle rotational speed ωel is first subjected to the first-order lag filtering process by the first-
一次遅れフィルタ246の遮断周波数は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数から決定される。フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数は機械角回転数ωmc_fltの演算に必要とされる時定数から決定され、例えば回転数制御において回転数制御のステップ応答の性能規定が時定数100[ms]の場合、機械角回転数ωmc_flt演算に必要とされる時定数はその10分の1以下、つまり10[ms]以下にすることが望ましい。これによりステップ応答時に時定数100[ms]で変化する機械角回転数ωmc_fltの変化を捕らえることができるからである。
The cut-off frequency of the first-
第2の実施の形態についてその作用、効果を以下に説明する。
回転数制御におけるステップ応答の性能規定を時定数100[ms]とすると一次遅れフィルタ246の時定数は10[ms]、遮断周波数は100[rad/s]と決定され、電気角回転数ωelの誤差低減に必要な減衰量を第1の実施の形態と同様に10[%]とすると、遮断周波数100[rad/s]の一次遅れフィルタ246では、1000[rad/s]≒159[Hz]において減衰量が10[%]となるため、電気角回転数ωelに含まれる回転数誤差の周波数が159[Hz]を超えるモータ回転数においてはノッチフィルタ機能なしで電気角回転数ωelの誤差を10[%]に低減できる。
The operation and effect of the second embodiment will be described below.
If the step response performance regulation in the rotational speed control is set to a time constant of 100 [ms], the time constant of the first-
図4に示す条件、すなわち、モータ15の極対数(P.P) =8、モータ15の回転数 = 1500[rpm] とすると、電気角回転数 =12000[rpm] ( = 1500(rpm)×8(P.P.) ) である。レゾルバ 16の軸倍角(X) = 4とし、図2のようにθsnsの誤差の周波数 は レゾルバ電気角回転周波数の2倍とした条件でモータ回転数を求めると次のようになる。まず、モータ電気角周波数は159[Hz](=159[Hz]/2)×8(P.P.)/ 4(X ) である。よって、モータ回転数は、1193[rpm] (=159[Hz] ×60[rpm]/8(P.P.))となる。
Assuming that the conditions shown in FIG. 4 are satisfied, that is, the number of pole pairs (PP) of the
ノッチフィルタ機能の効果を適切に発揮させるためには、低減対象となる電気角回転数ωelの誤差周波数の最低でも10倍以上の周波数でノッチフィルタ機能を動作させる必要がある。そのため、周波数159[Hz]に対してノッチフィルタ機能は最低でも1590[Hz]=629[μs]周期で動作させればよく、これ以上のモータ回転数ではノッチフィルタ機能を無効にすればよい。 In order to appropriately exhibit the effect of the notch filter function, it is necessary to operate the notch filter function at a frequency at least 10 times the error frequency of the electrical angular rotation speed ωel to be reduced. Therefore, the notch filter function may be operated at a frequency of at least 1590 [Hz] = 629 [μs] with respect to the frequency 159 [Hz], and the notch filter function may be invalidated at a motor speed higher than this.
一方、一次遅れフィルタ246を使用しない場合は、モータ回転数の上限値に応じてノッチフィルタ機能の動作周波数を高くする必要がある。つまり、一次遅れフィルタ246とノッチフィルタを組み合わせることで、モータ回転数全域において回転数誤差の減衰10%を達成できる上、モータ回転数と一次遅れフィルタ246の時定数より決定される周波数の値にノッチフィルタ機能の動作周波数を下げることができるので、モータ制御装置20の演算負荷増加を抑制できる効果がある。
On the other hand, when the first-
図6に一次遅れフィルタとノッチフィルタ機能を合わせたフィルタのゲイン特性を示す。図6に示すように、電気角回転数ωelが100[rad/s]以上では電気角回転数ωelの値に応じてノッチフィルタ機能の減衰量を調整し、一次遅れフィルタ246とノッチフィルタ機能の両フィルタにより減衰量が目標値となるようにしても良い。ノッチフィルタの遮断周波数は電気角回転数ωelにより可変である。
FIG. 6 shows the gain characteristics of the filter combining the first-order lag filter and the notch filter function. As shown in FIG. 6, when the electrical angular rotational speed ωel is 100 [rad / s] or more, the attenuation amount of the notch filter function is adjusted according to the value of the electrical angular rotational speed ωel, and the first-
以上、回転数制御時の効果について記載したが、トルク制御においてもフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数が規定されている場合はノッチフィルタ機能とローパスフィルタを組み合わせることで同様な効果を得ることができる。 As mentioned above, the effect at the time of the rotational speed control has been described. When the time constant required for the calculation of the electrical angular rotational speed ωel_flt after the filter processing is specified also in the torque control, the notch filter function and the low-pass filter are combined. A similar effect can be obtained.
(変形例)
本発明は、以上説明した第1および第2の実施の形態を次のように変形して実施することができる。
(Modification)
The present invention can be implemented by modifying the first and second embodiments described above as follows.
(1)角度検出器の一例としてレゾルバ16を例に説明したが、レゾルバ16と同様の特性を有する角度検出器であれば同様に実施することができる。
(1) Although the
(2)第2の実施の形態では、フィルタ部24は、式2によってレゾルバ16の電気角回転周波数を求める回路242と、求めたレゾルバ16の電気角回転周波数を2倍にして遮断周波数を求める回路243を備える構成とした。しかし、第1の実施の形態と同様に、レゾルバ16の角度誤差が電気角回転周波数のn倍の周波数成分を複数有する場合は、フィルタ部24は、夫々電気角回転周波数をn倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とする。例えば、角度誤差がレゾルバ16の電気角回転周波数を1倍および4倍の周波数成分を持つ場合は、レゾルバ16の電気角回転周波数を1倍した周波数を求める回路244、およびレゾルバ16の電気角回転周波数を4倍した周波数を求める回路245をノッチフィルタ機能の遮断周波数として追加する。
(2) In the second embodiment, the
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)モータ制御装置20は、モータ15の回転角度を検出するレゾルバ16の検出角度に基づき、モータ電気角回転数を演算するモータ電気角回転数演算部23と、モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部24と、フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいてモータ15の電流を制御する電流制御部30とを備えている。よって、レゾルバ16などの角度検出器の角度誤差の影響を低減して、より正確なモータ回転数を求めることができる。
According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as the characteristics of the present invention are not impaired. It is. Moreover, it is good also as a structure which combined the above-mentioned embodiment and a some modification.
10 直流電源
11 コンタクタ
12 直流電圧センサ
13 インバータ
14 モータ電流センサ
15 モータ
16 レゾルバ
20 モータ制御装置
21 電気角度変換部
22 モータ電気角度演算部
23 モータ電気角回転数演算部
24 フィルタ部
25 極対数演算部
26 通信部
27 回転数制御部
28 制限前トルク選択部
29 トルク制限部
30 電流制御部
31 PWM生成部
50 外部装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部と、
前記フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいて前記モータの電流を制御する電流制御部とを備え、
前記フィルタ部は、所定の遮断周波数以上の周波数を減衰させるローパスフィルタ機能をさらに有し、前記ノッチフィルタ機能および前記ローパスフィルタ機能を用いて、前記モータ電気角回転数にフィルタ処理を行い、
前記モータ電気角回転数が閾値以上の場合に、前記フィルタ部は、前記ノッチフィルタ機能を無効とすることを特徴とするモータ制御装置。 Based on the detection angle of the angle detector that detects the rotation angle of the motor, a rotation speed calculation unit that calculates the motor electrical angle rotation speed,
A filter unit that has a notch filter function to vary the frequency to be cut off based on the motor electrical angular rotation speed, and that outputs the motor electrical angular rotation speed after the filter;
A current control unit for controlling the current of the motor based on the motor electrical angular rotation speed and the torque command after the filter ;
The filter unit further has a low-pass filter function for attenuating a frequency equal to or higher than a predetermined cutoff frequency, and performs a filter process on the motor electrical angular rotation speed using the notch filter function and the low-pass filter function,
The motor control device according to claim 1, wherein the filter unit invalidates the notch filter function when the motor electrical angle rotation number is equal to or greater than a threshold value .
前記閾値は、前記ローパスフィルタ機能による減衰量が所定の必要減衰量となる周波数に対応する回転数であることを特徴とするモータ制御装置。The motor control apparatus according to claim 1, wherein the threshold value is a rotation speed corresponding to a frequency at which an attenuation amount by the low-pass filter function becomes a predetermined required attenuation amount.
前記フィルタ部は、前記閾値に対応するモータ電気角周波数のN倍(Nは10以上の所定値)以下の動作周波数で前記ノッチフィルタ機能を動作させることを特徴とするモータ制御装置。The motor control device, wherein the filter unit operates the notch filter function at an operation frequency equal to or less than N times the motor electrical angular frequency corresponding to the threshold (N is a predetermined value of 10 or more).
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数が前記遮断周波数に対応する値以上の場合に、前記ノッチフィルタ機能と前記ローパスフィルタ機能とを合わせた減衰量が所定の目標値となるように、前記ノッチフィルタ機能の減衰量を調整することを特徴とするモータ制御装置。When the motor electrical angle rotation number is equal to or greater than a value corresponding to the cut-off frequency, the filter unit is configured so that an attenuation amount combining the notch filter function and the low-pass filter function becomes a predetermined target value. A motor control device that adjusts an attenuation amount of a notch filter function.
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数、および前記角度検出器の特性に応じた値に基づいて、前記遮断すべき周波数を決定することを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 4 ,
The said filter part determines the said frequency which should be cut off based on the value according to the said motor electrical angle rotation speed and the characteristic of the said angle detector, The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記回転数演算部は、前記角度検出器の検出角度に基づいて、前記モータのモータ電気角度を求め、更にこのモータ電気角度に基づいて前記モータ電気角回転数を求め、
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数、前記モータの極対数、および前記角度検出器の軸倍角に基づいて、前記角度検出器の電気角回転周波数を求め、前記角度検出器の角度誤差が前記電気角回転周波数のn倍の周波数成分を持つ場合は、前記電気角回転周波数をn倍した周波数を前記ノッチフィルタ機能の遮断周波数とすることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 5 ,
The rotational speed calculation unit obtains a motor electrical angle of the motor based on a detection angle of the angle detector, further obtains the motor electrical angle rotational speed based on the motor electrical angle,
The filter unit obtains an electrical angle rotation frequency of the angle detector based on the motor electrical angle rotation number, the number of pole pairs of the motor, and an angle multiplier of the angle detector, and an angle error of the angle detector is determined. When having a frequency component of n times the electrical angular rotation frequency, the motor control device characterized in that a frequency obtained by multiplying the electrical angular rotation frequency by n is set as a cutoff frequency of the notch filter function.
前記フィルタ部は、前記角度検出器の角度誤差が前記電気角回転周波数のn倍の周波数成分を複数有する場合は、夫々前記電気角回転周波数をn倍した周波数を前記ノッチフィルタ機能の遮断周波数とすることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 6 ,
When the angle error of the angle detector includes a plurality of frequency components that are n times the electrical angular rotation frequency, the filter unit uses the frequency obtained by multiplying the electrical angular rotation frequency by n as the cutoff frequency of the notch filter function. A motor control device.
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