JP6311105B2 - AC motor drive control device - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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本発明は、交流電動機(永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機など)の駆動制御装置であって、特に、駆動制御のために必要なベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器(以下、ベクトル回転器等と略記)の位相の確保に位相決定器を利用したセンサレス駆動制御装置に関するものである。位相決定器は、ベクトル回転器位相決定手段を実現したのであり、位相推定器とも呼ばれる。The present invention is a drive control device for an AC motor (permanent magnet synchronous motor, synchronous reluctance motor, induction motor, etc.), and in particular, a vector rotator or a vector rotator built-in converter (hereinafter referred to as a vector rotator) required for drive control. The present invention relates to a sensorless drive control apparatus using a phase determiner for securing the phase of a vector rotator or the like. The phase determiner implements vector rotator phase determination means and is also called a phase estimator.

γ軸とδ軸の直交2軸からなる「γδ回転座標系」の上で2×1ベクトルとして扱われた固定子電流がδ軸上あるいはγ軸上に存在する場合を考える(図2参照)。本場合のように固定子電流の位相と座標系の位相とが一致した「γδ回転座標系」を、特に「γδ電流座標系」と呼称する。また、γ軸とδ軸の直交2軸からなるγδ回転座標系の上で2×1ベクトルとして扱われた固定子電圧がδ軸上あるいはγ軸上に存在する場合を考える(図4参照)。本場合のように固定子電圧の位相と座標系の位相とが一致した「γδ回転座標系」を、特に「γδ電圧座標系」と呼称する。Consider a case where the stator current treated as a 2 × 1 vector on the “γδ rotating coordinate system” composed of two orthogonal axes of the γ axis and the δ axis exists on the δ axis or the γ axis (see FIG. 2). . The “γδ rotating coordinate system” in which the phase of the stator current and the phase of the coordinate system coincide with each other as in this case is particularly referred to as “γδ current coordinate system”. Further, consider a case where a stator voltage treated as a 2 × 1 vector exists on the δ axis or the γ axis on the γδ rotating coordinate system composed of two orthogonal axes of the γ axis and the δ axis (see FIG. 4). . The “γδ rotating coordinate system” in which the phase of the stator voltage and the phase of the coordinate system coincide with each other as in this case is particularly referred to as “γδ voltage coordinate system”.

交流電動機では、発生トルクは固定子電流如何で定まる。特に、永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機などの交流電動機にあっては、同一トルクを発生する電流は無数に存在し、特に重要な制御が、最小銅損制御である。代表的な交流電動機である永久磁石同期電動機のセンサレスベクトル制御においては、固定子電流が最小/準最小損失軌跡上に存在するように、固定子電流位相を直接推定する方法が知られている。この代表的方法が「力率位相形ベクトル制御法」と呼ばれるものである(特許文献(1)、(2)、(3)、非特許文献(1)、(2)参照)。力率位相形ベクトル制御法は、固定子電流と固定子電圧との間の位相である「力率位相」の制御を介して、直接的にγδ回転座標系の位相を決定・制御するものである。In an AC motor, the generated torque is determined by the stator current. In particular, in AC motors such as permanent magnet synchronous motors, synchronous reluctance motors, and induction motors, there are an infinite number of currents that generate the same torque, and particularly important control is minimum copper loss control. In sensorless vector control of a permanent magnet synchronous motor which is a typical AC motor, a method of directly estimating the stator current phase is known so that the stator current exists on the minimum / quasi-minimum loss locus. This representative method is called "power factor phase vector control method" (see Patent Documents (1), (2), (3), Non-Patent Documents (1), (2)). The power factor phase vector control method directly determines and controls the phase of the γδ rotating coordinate system through the control of the “power factor phase”, which is the phase between the stator current and the stator voltage. is there.

力率位相形ベクトル制御法は、「固定子電流を2×1ベクトルとして捕らえ、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器が指定したγδ回転座標系上のγ軸電流指令値、δ軸電流指令値に追従するように、固定子電流をフィードバック制御するフィードバック電流制御手段」と、「固定子電圧をγδ回転座標系上の2×1ベクトルとして捕らえ、固定子電流と固定子電圧との間の位相である力率位相の相当値が、指定の値に従うように、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する回転器位相を決定するベクトル回転器位相決定手段」と、を備えるという特徴を有する。本特徴を有する力率位相形ベクトル制御法の簡単な構成法としては、γδ電流座標系上で構成する方法と(特許文献(1)、非特許文献(1))と、γδ電圧座標系上で構成する方法(特許文献(2)、(3)、非特許文献(2))と、がある。The power factor phase vector control method is as follows: “The stator current is captured as a 2 × 1 vector, and the γ-axis current command value on the γδ rotation coordinate system specified by the vector rotator or the converter with built-in vector rotator, δ-axis current command "Feedback current control means for feedback controlling the stator current so as to follow the value", and "capturing the stator voltage as a 2 × 1 vector on the γδ rotational coordinate system, between the stator current and the stator voltage A vector rotator phase determining means for determining a rotator phase used for a vector rotator or a vector rotator built-in converter so that an equivalent value of a power factor phase that is a phase follows a specified value. Have As a simple configuration method of the power factor phase vector control method having this feature, there are a method of configuring on a γδ current coordinate system (Patent Document (1), Non-Patent Document (1)), and a γδ voltage coordinate system. (Patent Documents (2) and (3), Non-Patent Document (2)).

上記に紹介した従前の力率位相形ベクトル制御法は、電力変換器(インバータ)が有する電圧制限の存在を考慮していない。このため、定格速度以下の速度領域では所期の効率的な駆動制御をもたらすが、定格速度を超える速度領域では、使用することができない。一方で、定格速度を超える速度領域で使用可能な「改良力率位相形ベクトル制御法」が広く産業界から求められている。改良力率位相形ベクトル制御法に求められる機能・性能は、
「▲1▼ 実効的に電圧制限が存在しない定格速度以下の速度領域では、従前の力率位相形ベクトル制御法と同等な性能を発揮する」、「▲2▼ 実効的に電圧制限が存在する定格速度以上の速度領域では、電圧制限下で使用できるように弱め磁束制御と同等な作用を伴う性能を発揮する。この際、電圧制限下での最良あるいは準最良な効率駆動を可能とする」と、いうものである。
The conventional power factor phase vector control method introduced above does not take into account the existence of a voltage limit of the power converter (inverter). For this reason, the desired efficient drive control is brought about in the speed region below the rated speed, but it cannot be used in the speed region exceeding the rated speed. On the other hand, the “improved power factor phase vector control method” that can be used in a speed range exceeding the rated speed is widely demanded by the industry. The functions and performance required for the improved power factor phase vector control method are:
“(1) In the speed range below the rated speed where there is no effective voltage limit, the performance is equivalent to the conventional power factor phase vector control method”, “(2) The voltage limit exists effectively. In the speed range above the rated speed, it exhibits performance with the same effect as the flux-weakening control so that it can be used under voltage limitation, making it possible to drive the best or quasi-best efficiency under voltage limitation. "That's it.

(1)新中新二:「永久磁石同期電動機の駆動制御装置」、特開2008−199868(2007−2−10)(2)新中新二:「永久磁石同期電動機の駆動制御装置」、特開2011−15601(2011−1−20)(3)大西徳生・山中健二・合田英治:「電力変換制御装置、電力変換制御方法、および電力変換制御用プログラム」、特許4022630号(2006−6−27)(1) Shinnaka Shinji: “Driving control device for permanent magnet synchronous motor”, JP-A-2008-199868 (2007-2-10) (2) Shinnaka Shinji: “Driving control device for permanent magnet synchronous motor”, JP 2011-15601 (2011-1-20) (3) Onishi Norio, Kenji Yamanaka, Eiji Goda: “Power Conversion Control Device, Power Conversion Control Method, and Program for Power Conversion Control”, Japanese Patent No. 40222630 (2006-6) -27)

(1)新中新二:「永久磁石同期電動機のベクトル制御技術、下巻(センサレス駆動制御の真髄)」、電波新聞社pp.247−273(2008−12)(2)新中新二:「センサレスPMSMの簡易効率駆動のための力率位相形ベクトル制御法(簡略化と電圧座標系への転換)」、電気学会論文誌D,Vol.130、No.2、pp.215−227(2010−2)(1) Shinnaka Shinji: “Vector control technology of permanent magnet synchronous motor, second volume (the essence of sensorless drive control)”, Denpa Shimbun pp. 247-273 (2008-12) (2) Shinnaka Shinji: “Power factor phase vector control method for simplified and efficient driving of sensorless PMSM (simplification and conversion to voltage coordinate system)”, IEEJ Transactions D, Vol. 130, no. 2, pp. 215-227 (2010-2)

本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、交流電動機(永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機など)のセンサレス駆動制御装置として、上記の▲1▼、▲2▼項の機能・性能を有する改良軌跡指向形ベクトル制御法に基づく装置を新規に提供することにある。The present invention has been made under the above-mentioned background, and its object is to provide the above-mentioned (1), (2) as a sensorless drive control device for an AC motor (permanent magnet synchronous motor, synchronous reluctance motor, induction motor, etc.). It is an object of the present invention to newly provide an apparatus based on an improved trajectory-directed vector control method having the function and performance of a term.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、固定子電流を2×1ベクトルとして捕らえ、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器が指定したγδ回転座標系上のγ軸電流指令値、δ軸電流指令値に追従するように、固定子電流をフィードバック制御するフィードバック電流制御手段と、固定子電圧をγδ回転座標系上の2×1ベクトルとして捕らえ、固定子電流と固定子電圧との間の位相である力率位相の相当値が、指定の値に従うように、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する回転器位相を決定するベクトル回転器位相決定手段と、を有する交流電動機のセンサレス駆動制御装置であって、該ベクトル回転器位相決定手段が、電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出する電圧制限検出手段と、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、電動機の端子電力の力率位相相当値を検出する力率位相検出手段と、検出した力率位相相当値が力率位相相当指令値に従うように回転器位相を制御・決定する位相制御手段と、を備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 captures the stator current as a 2 × 1 vector, and the γ-axis current command value on the γδ rotating coordinate system specified by the vector rotator or the converter with built-in vector rotator. , Feedback current control means for feedback controlling the stator current so as to follow the δ-axis current command value, and the stator voltage is captured as a 2 × 1 vector on the γδ rotation coordinate system, and the stator current and the stator voltage A vector rotator phase determining means for determining a rotator phase to be used for a vector rotator or a vector rotator built-in converter so that an equivalent value of a power factor phase that is a phase between the vector rotator follows a specified value; A sensorless drive control apparatus for an AC motor, wherein the vector rotator phase determination means includes a voltage limit detection means for detecting whether or not a voltage equivalent value has reached a voltage limit value, and a limit The power factor phase equivalent command value is exponentially within a limited range in the direction corresponding to the weak magnetic flux according to the detection of the arrival of the value, and in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux according to the detection of the limit value not reached. Index command generating means for automatically adjusting and generating, power factor phase detecting means for detecting the power factor phase equivalent value of the terminal power of the motor, and a rotator so that the detected power factor phase equivalent value follows the power factor phase equivalent command value Phase control means for controlling / determining the phase.

請求項2の発明は、固定子電流を2×1ベクトルとして捕らえ、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器が指定したγδ回転座標系上のγ軸電流指令値、δ軸電流指令値に追従するように、固定子電流をフィードバック制御するフィードバック電流制御手段と、固定子電圧をγδ回転座標系上の2×1ベクトルとして捕らえ、固定子電圧がδ軸上あるいはγ軸上に存在するように、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相を決定するベクトル回転器位相決定手段と、を有する交流電動機のセンサレス駆動制御装置であって、該フィードバック電流制御手段が、電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出する電圧制限検出手段と、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、生成された力率位相相当指令値に基づき、γ軸電流指令値、δ軸電流指令値の少なくとも1つを合成する力率位相形電流指令合成手段との3手段を具備する電流指令生成手段を備えるようにしたことを特徴とする。The invention of claim 2 captures the stator current as a 2 × 1 vector and follows the γ-axis current command value and δ-axis current command value on the γδ rotation coordinate system specified by the vector rotator or the converter with built-in vector rotator. As described above, the feedback current control means for feedback control of the stator current and the stator voltage are captured as a 2 × 1 vector on the γδ rotation coordinate system so that the stator voltage exists on the δ axis or the γ axis. A vector rotator phase determining means for determining a phase to be used for the vector rotator or the vector rotator built-in converter, and a sensorless drive control device for an AC motor, wherein the feedback current control means has a voltage equivalent value. Voltage limit detection means for detecting whether or not the voltage limit value has been reached, in the direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of reaching the limit value, and the limit value not yet reached Based on the generated power factor phase equivalent command value, exponential command generation means for automatically adjusting and generating the power factor phase equivalent command value within a limited range in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux according to the detection And a current command generating means comprising three means, a power factor phase type current command synthesizing means for synthesizing at least one of the γ-axis current command value and the δ-axis current command value.

本発明における「電圧相当値」とは、交流電動機に印加される電圧真値と相関をもつ信号の総称である。代表的な電圧相当値としては、電圧実測値、電圧指令値がる。また、本発明における「力率位相相当値」とは力率位相と相関をもつ信号の総称である。代表的な力率位相相当値は、力率位相自体、力率位相の正接値がある。なお、力率位相相当指令値の定義は、力率位相の定義に準ずるものとしている。The “voltage equivalent value” in the present invention is a general term for signals having a correlation with the true voltage value applied to the AC motor. As a typical voltage equivalent value, there are a measured voltage value and a voltage command value. Further, the “power factor phase equivalent value” in the present invention is a general term for signals having a correlation with the power factor phase. Typical power factor phase equivalent values include the power factor phase itself and the tangent value of the power factor phase. The definition of the power factor phase equivalent command value is based on the definition of the power factor phase.

請求項1の発明の効果について説明する。説明を簡明性を確保すべく、ここでは代表的な交流電動機として永久磁石同期電動機を駆動対象として取り上げ、発明の効果を説明する。先ず、座標系の説明する。図1を考える。図1には、αβ固定座標系、dq同期座標系、γδ回転座標系を示している。αβ固定座標系は固定子に対応した座標系であり、一般に、α軸は、固定子u相巻線の中心に取られる。dq同期座標系のd軸は、回転子磁束と同期した座標系である。すなわち、dq同期座標系においては、d軸の位相は回転子磁束の位相と同一である。座標系の速度は、回転子速度ω2nと同一である。γδ回転座標系は、回転座標系の一種であり、その速度は、ωγとしている。α軸からみたγ軸の位相をθαγとして、γ軸からみたd軸の位相をθγとしている。The effect of the invention of claim 1 will be described. In order to ensure the simplicity of explanation, here, a permanent magnet synchronous motor is taken up as a drive object as a typical AC motor, and the effect of the invention will be described. First, the coordinate system will be described. Consider FIG. FIG. 1 shows an αβ fixed coordinate system, a dq synchronous coordinate system, and a γδ rotating coordinate system. The αβ fixed coordinate system is a coordinate system corresponding to the stator, and generally the α axis is taken at the center of the stator u-phase winding. The d axis of the dq synchronous coordinate system is a coordinate system synchronized with the rotor magnetic flux. That is, in the dq synchronous coordinate system, the phase of the d axis is the same as the phase of the rotor magnetic flux. The speed of the coordinate system is the same as the rotor speed ω2n. The γδ rotating coordinate system is a kind of rotating coordinate system, and its speed is ωγ. The phase of the γ axis viewed from the α axis is θαγ, and the phase of the d axis viewed from the γ axis is θγ.

請求項1の発明を利用して駆動制御装置を構成する場合、最も都合のよい座標系は、γδ回転座標系の一種であるγδ電流座標系である。図2にγδ電流座標系の1例を概略的に示した。本例では、2×1ベクトルとしての固定子電流i1の位相とδ軸の位相が一致している。換言するならば、γ軸電流は、常時ゼロになっている。γ軸電流を常時にゼロ制御することにより、簡単にγδ電流座標系は実現される。2×1ベクトルとしての固定子電流からみた2×1ベクトルとしての固定子電圧v1の位相はθivとしている。When the drive control apparatus is configured using the invention of claim 1, the most convenient coordinate system is a γδ current coordinate system which is a kind of γδ rotating coordinate system. FIG. 2 schematically shows an example of the γδ current coordinate system. In this example, the phase of the stator current i1 as a 2 × 1 vector matches the phase of the δ axis. In other words, the γ-axis current is always zero. A γδ current coordinate system is easily realized by constantly controlling the γ-axis current to zero. The phase of the stator voltage v1 as a 2 × 1 vector viewed from the stator current as a 2 × 1 vector is θiv.

図3は、交流電動機(永久磁石同期電動機)に対し、γδ電流座標系上の位相決定器を利用した駆動制御装置の代表的1例を概略的にブロック図で示したものである。1は交流電動機(永久磁石同期電動機)を、2は位相決定器を、3は電力変換器を、4は電流検出器を、5a、5bは夫々3相2相変換器、2相3相変換器を、6a、6bは共にベクトル回転器を、7は余弦正弦信号発生器を、8は電流制御器を、10は速度制御器を、11は機械速度推定器を示している。本図では、簡明性を確保すべく、2×1のベクトル信号を1本の太い信号線で表現している。以下のブロック図表現もこれを踏襲する。FIG. 3 is a block diagram schematically showing a typical example of a drive control device using a phase determiner on a γδ current coordinate system for an AC motor (permanent magnet synchronous motor). 1 is an AC motor (permanent magnet synchronous motor), 2 is a phase determiner, 3 is a power converter, 4 is a current detector, 5a and 5b are 3-phase 2-phase converter and 2-phase 3-phase conversion, respectively. 6a and 6b are vector rotators, 7 is a cosine sine signal generator, 8 is a current controller, 10 is a speed controller, and 11 is a mechanical speed estimator. In this figure, a 2 × 1 vector signal is represented by one thick signal line to ensure simplicity. The following block diagram expression follows this.

特に、2の位相決定器は、固定子の電圧、電流の相当値(実測値、指令値など)に加えて、回転子速度の相当値(指令値、推定値など)と電圧制限値cvを入力として得て、電流座標系の位相θαγ^と、回転子電気速度ω2nの推定値を出力している(記号^は、対応信号の推定値を意味する)。位相決定器への入力される電圧制限値cvは、一般には、電力変換器3のバス電圧(リンク電圧ともいう)が変動するので、時変である。余弦正弦信号発生器7は座標系位相推定値を余弦・正弦信号に変換して、これをベクトル回転器6a、6bへ伝達している。電気速度推定値は、機械速度推定器11において、極対数Npで除されて、機械速度推定値に変換されている。4、5a、5b、6a、6b、7、8の5種の機器は、固定子電流を、γδ電流座標系上のベクトル信号として捕らえ、γ軸及びδ軸の各成分を各軸電流指令値に追随するように制御するフィードバック電流制御手段を構成している。また、位相決定器2が、ベクトル回転器位相決定手段を構成している。In particular, the phase determiner 2 includes an equivalent value (command value, estimated value, etc.) of the rotor speed and a voltage limit value cv in addition to the equivalent value (actual value, command value, etc.) of the stator voltage and current. It is obtained as an input and outputs the phase θαγ ^ of the current coordinate system and the estimated value of the rotor electrical speed ω2n (the symbol ^ means the estimated value of the corresponding signal). The voltage limit value cv input to the phase determiner is generally time-varying since the bus voltage (also referred to as link voltage) of the power converter 3 varies. The cosine sine signal generator 7 converts the coordinate system phase estimation value into a cosine / sine signal and transmits it to the vector rotators 6a and 6b. The electrical speed estimated value is divided by the pole pair number Np in the mechanical speed estimator 11 and converted into a mechanical speed estimated value. 5, 5a, 5b, 6a, 6b, 7, and 8 capture the stator current as a vector signal on the γδ current coordinate system, and each component of the γ-axis and δ-axis each current command value The feedback current control means is configured to control so as to follow. The phase determiner 2 constitutes a vector rotator phase determining means.

電流検出器4で検出された3相の固定子電流は、3相2相変換器5aでαβ固定座標系上の2相電流に変換された後、ベクトル回転器6aでγδ電流座標系上の2相電流に変換され、電流制御器8へ送られる。電流制御器8は、γδ電流座標系上の2相電流が、各相の電流指令値に追随すべくγδ電流座標系上の2相電圧指令値を生成しベクトル回転器6bへ送る。6bでは、γδ電流座標系上の2相電圧指令値をαβ固定座標系上の2相電圧指令値に変換し、2相3相変換器5bへ送る。5bでは、2相電圧指令値を3相電圧指令値に変換し、電力変換器3への指令値として出力する。電力変換器3は、指令値に応じた電力を発生し、交流電動機(永久磁石同期電動機)1へ印加しこれを駆動する。電力変換器3は、電力発生の際、バス電圧に依存した電圧制限値cvを位相決定器2に向け出力をしている。The three-phase stator current detected by the current detector 4 is converted into a two-phase current on the αβ fixed coordinate system by the three-phase two-phase converter 5a, and then on the γδ current coordinate system by the vector rotator 6a. It is converted into a two-phase current and sent to the current controller 8. The current controller 8 generates a two-phase voltage command value on the γδ current coordinate system so that the two-phase current on the γδ current coordinate system follows the current command value of each phase, and sends it to the vector rotator 6b. In 6b, the two-phase voltage command value on the γδ current coordinate system is converted into the two-phase voltage command value on the αβ fixed coordinate system and sent to the two-phase three-phase converter 5b. In 5 b, the two-phase voltage command value is converted into a three-phase voltage command value and output as a command value to the power converter 3. The power converter 3 generates power corresponding to the command value, applies it to the AC motor (permanent magnet synchronous motor) 1 and drives it. The power converter 3 outputs a voltage limit value cv depending on the bus voltage to the phase determiner 2 when power is generated.

γδ電流座標系上の2相電流指令値を構成するγ軸電流指令値は常時ゼロに設定されている。電流制御が所期の性能を発揮している状況下では、このゼロ設定により、γδ電流座標系が実現される。δ軸電流指令値は、速度制御器の出力信号として得ている。図3においては、ベクトル回転器の左側に存在する固定子電圧、電流の信号は、γδ電流座標系上の信号であることを明示すべく、脚符にγδを付している。同様に、ベクトル回転器の右側に存在する固定子電圧、電流の信号は、αβ固定座標系上の信号であることを明示すべく、脚符にαβを付している。なお、ベクトル回転器6a、6bは、3相2相変換器、2相3相変換器5a、5bと各々一体的に構成されこともある。本発明では、一体的に構成されたこれらをベクトル回転器内蔵変換器と呼称している。The γ-axis current command value constituting the two-phase current command value on the γδ current coordinate system is always set to zero. Under the situation where the current control is exhibiting the desired performance, this zero setting realizes the γδ current coordinate system. The δ-axis current command value is obtained as an output signal of the speed controller. In FIG. 3, γδ is added to the foot mark to clearly indicate that the stator voltage and current signals present on the left side of the vector rotator are signals on the γδ current coordinate system. Similarly, αβ is added to the foot mark to clearly indicate that the stator voltage and current signals present on the right side of the vector rotator are signals on the αβ fixed coordinate system. The vector rotators 6a and 6b may be configured integrally with the three-phase two-phase converter and the two-phase three-phase converters 5a and 5b, respectively. In the present invention, these integrated components are referred to as a vector rotator built-in converter.

図3の本例では、速度制御系を構成した例を示しているので、速度指令値と速度推定値を入力とする速度制御器10の出力としてδ軸電流指令値iδ*を得ている(本発明では、頭符*を付して、対応信号の指令値を明示している)。また、位相決定器は、速度相当値として、速度指令値を得ている。当業者には周知のように、制御目的が電流制御にあり速度制御系を構成しない場合には、速度制御器10、機械速度推定器11は不要である。この場合には、δ軸電流指令値が外部から直接印加される。また、本場合には、位相決定器に使用する速度相当値としては、位相決定器が自ら生成する速度推定値が利用される。3 shows an example in which a speed control system is configured, and thus a δ-axis current command value iδ * is obtained as an output of the speed controller 10 that receives the speed command value and the speed estimation value ( In the present invention, a head value * is added to clearly indicate the command value of the corresponding signal). The phase determiner obtains a speed command value as a speed equivalent value. As is well known to those skilled in the art, the speed controller 10 and the machine speed estimator 11 are unnecessary when the control purpose is current control and the speed control system is not configured. In this case, the δ-axis current command value is directly applied from the outside. In this case, as the speed equivalent value used for the phase determiner, a speed estimated value generated by the phase determiner itself is used.

請求項1の発明によるベクトル回転器位相決定手段は、図3の構成例では、位相決定器2として実現されている。請求項1の発明の核心は、位相決定器2にある。この効果について説明する。図2に示したγδ電流座標系上では、永久磁石同期電動機の固定子の電圧と電流の関係は次の(1)式で表現される。

Figure 0006311105
上式においては、電圧vと電流iの脚符γ、δは、γ軸要素、δ軸要素を意味している。R1は巻線抵抗を、Φは回転子磁束強度を、Li、Lmは同相、鏡相インダクタンスを示している(詳しい説明は、公知の非特許文献(1)などを参照)。これより、γ軸とd軸との位相θγと力率位相θivに関して、次の(2)式の関係が成立していることが確認される。
Figure 0006311105
The vector rotator phase determination means according to the first aspect of the present invention is realized as the phase determiner 2 in the configuration example of FIG. The core of the invention of claim 1 resides in the phase determiner 2. This effect will be described. On the γδ current coordinate system shown in FIG. 2, the relationship between the voltage and current of the stator of the permanent magnet synchronous motor is expressed by the following equation (1).
Figure 0006311105
In the above formula, the symbols γ and δ of the voltage v and the current i mean the γ-axis element and the δ-axis element. R1 represents winding resistance, Φ represents rotor magnetic flux intensity, and Li and Lm represent in-phase and mirror phase inductances (for details, see known non-patent document (1)). From this, it is confirmed that the relationship of the following equation (2) is established regarding the phase θγ and the power factor phase θiv between the γ-axis and the d-axis.
Figure 0006311105

実効的な電圧制限のない状況下での最も基本的な電動機駆動は、γ軸とδ軸を一致させることである。本駆動は、位相θγ=0を意味する。簡単のため正回転・力行を想定して、(2)式に本条件を用いると次の(3)式の関係を得る。

Figure 0006311105
一方、実効的に電圧制限がある場合での高速回転には、「弱め磁束制御」が必須である。最大の弱め磁束制御は、γ軸とd軸との位相θγがθγ=−π/2(正回転、力行を想定)となる。本条件を、(2)式に用いると次の(4)式の関係を得る。
Figure 0006311105
The most basic motor drive under conditions where there is no effective voltage limit is to match the γ and δ axes. This driving means that the phase θγ = 0. For the sake of simplicity, assuming the normal rotation / power running, and using this condition in the equation (2), the relationship of the following equation (3) is obtained.
Figure 0006311105
On the other hand, “weakening magnetic flux control” is essential for high-speed rotation when voltage is effectively limited. In the maximum flux-weakening control, the phase θγ between the γ-axis and the d-axis is θγ = −π / 2 (assuming normal rotation and power running). When this condition is used in equation (2), the following relationship of equation (4) is obtained.
Figure 0006311105

(3)、(4)式は、次の4点を意味している。▲1▼電圧制限の状況に応じて、力率位相を制御できるならば、最大の弱め磁束を必要とする広範な速度領域で、電動機の駆動制御が可能である。▲2▼この際の力率位相の制御の方向は、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向とする必要がある。▲3▼正回転・力行の場合には、力率位相の制御の方向は、制限値到達の検出に応じて固定子電流が固定子電圧に対して位相進みの方向に、また、制限値未到達の検出に応じて固定子電流が固定子電圧に対して位相遅れの方向とする必要がある。力率位相およびその正接値は、正から負の広い値をとる。▲4▼力率位相およびその正接値は、正から負におよぶ範囲での値をとる。しかしながら、その範囲は、最大でも(3)式と(4)式とで示した限定的な範囲にとどまる。Equations (3) and (4) mean the following four points. {Circle around (1)} If the power factor phase can be controlled according to the voltage limit situation, the drive control of the motor can be performed in a wide range of speeds that require the maximum weakening magnetic flux. (2) The power factor phase is controlled in the direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of reaching the limit value, and in the direction corresponding to the anti-weak magnetic flux in response to detection of the limit value not reached. There is a need to. (3) In the case of forward rotation and power running, the power factor phase is controlled in the direction in which the stator current is advanced in phase with respect to the stator voltage in response to detection of reaching the limit value, and the limit value is not set. The stator current needs to be in a phase lag direction with respect to the stator voltage in response to detection of arrival. The power factor phase and its tangent value take a wide range from positive to negative. (4) The power factor phase and its tangent value take values in the range from positive to negative. However, the range is limited to the limited range indicated by the equations (3) and (4) at the maximum.

請求項1の発明によれば、ベクトル回転器位相決定手段(すなわち、位相決定器2)が電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出する電圧制限検出手段と、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、電動機の端子電力の力率位相相当値を検出する力率位相検出手段と、力率位相相当値が力率位相相当指令値に従うように回転器位相を制御・決定する位相制御手段と、を備える。ひいては、「限定的範囲」の一端を実効的な電圧制限がない場合に効率駆動をもたらす値に設定し、また他の一端を期待最高速度に対応する値に設定するだけで、「▲1▼実効的に電圧制限が存在しない定格速度以下の速度領域では、効率駆動性能を発揮する」、「▲2▼実効的に電圧制限が存在する定格速度以上の速度領域では、電圧制限下で使用できるように弱め磁束制御と同等な作用を伴う性能を発揮する。この際、電圧制限下での最良あるいは準最良な効率駆動を可能とする」という効果が得られる。しかも、この調整を指数的に(換言するならば段階的に)遂行するので、自動調整を容易に安定化できると言う効果も得られる。According to the first aspect of the present invention, the vector rotator phase determining means (that is, the phase determiner 2) detects whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value, and the limit value reached. The power factor phase equivalent command value is automatically adjusted exponentially within a limited range in the direction corresponding to the weak magnetic flux according to the detection and in the direction corresponding to the anti-weak magnetic flux according to the detection of the limit value not reached. Control / determine the rotor phase so that the power factor phase equivalent value follows the power factor phase equivalent command value, the exponent command generation means to generate, the power factor phase detection means to detect the power factor phase equivalent value of the terminal power of the motor Phase control means. As a result, one end of the “limited range” is set to a value that provides efficient driving when there is no effective voltage limit, and the other end is set to a value corresponding to the expected maximum speed. "Effective driving performance is exhibited in the speed range below the rated speed where there is no effective voltage limit", "(2) In the speed range above the rated speed where there is an effective voltage limit, it can be used under the voltage limit. In this case, an effect equivalent to that of the flux-weakening control is exhibited. In this case, the best or quasi-best efficiency drive under the voltage limit is made possible. In addition, since this adjustment is performed exponentially (in other words, stepwise), it is possible to obtain an effect that the automatic adjustment can be easily stabilized.

つづいて、請求項2の発明の効果を説明する。説明を簡明性を確保すべく、ここでも代表的な交流電動機として永久磁石同期電動機を駆動対象として取り上げ、発明の効果を説明する。請求項2の発明は、特に、γδ電圧座標系上で、フィードバック電流制御を含めた信号処理を遂行する点に特徴がある。図4にγδ電圧座標系の1例を概略的に示した。本例では、2×1ベクトルとしての固定子電圧v1の位相とδ軸の位相が一致している。換言するならば、γ軸電圧は、常時ゼロになっている。2×1ベクトルとしての固定子電流i1からみた2×1ベクトルとしての固定子電圧v1の位相はθivとしている。図4における固定子電圧と固定子電流の相対的関係は、図2における固定子電圧と固定子電流の相対的関係と同一である。Next, the effect of the invention of claim 2 will be described. In order to ensure the simplicity of explanation, a permanent magnet synchronous motor is taken up as a driving object as a typical AC motor here, and the effect of the invention will be described. The invention of claim 2 is particularly characterized in that signal processing including feedback current control is performed on the γδ voltage coordinate system. FIG. 4 schematically shows an example of the γδ voltage coordinate system. In this example, the phase of the stator voltage v1 as a 2 × 1 vector matches the phase of the δ axis. In other words, the γ-axis voltage is always zero. The phase of the stator voltage v1 as a 2 × 1 vector viewed from the stator current i1 as a 2 × 1 vector is θiv. The relative relationship between the stator voltage and the stator current in FIG. 4 is the same as the relative relationship between the stator voltage and the stator current in FIG.

図5は、交流電動機(永久磁石同期電動機)に対し、γδ電圧座標系上の位相決定器2を利用した駆動制御装置の代表的1例を概略的にブロック図で示したものである。図3に対する図5の大きな変更点は、位相決定器2とγ軸電流指令生成器9の2点である。他の機器は、同一であるので、これら機器の説明は省略する。図5の位相決定器は、ベクトル回転器位相決定手段を実現したものである。その役割は、γδ電圧座標系をつくるための位相θαγ^を生成することにある。この位相決定器は、特許文献(2)、非特許文献(2)に提示されているものと基本的に同一である。このため、これ以上の説明は省略する。γ軸電流指令生成器9は、δ軸電流相当値(実測値、指令値など)、回転子速度相当値(指令値、推定値など)に加えて、固定子電圧相当値(実測値、指令値など)、電圧制限値cvを入力として得て、γ軸電流指令値iγ*を出力している。電力変換器3から得ている電圧制限値cvは、一般には、電力変換器3のバス電圧が変動するので、時変である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a typical example of a drive control device using a phase determiner 2 on a γδ voltage coordinate system for an AC motor (permanent magnet synchronous motor). Major changes in FIG. 5 with respect to FIG. 3 are two points: a phase determiner 2 and a γ-axis current command generator 9. Since other devices are the same, description of these devices is omitted. The phase determiner of FIG. 5 implements a vector rotator phase determining means. Its role is to generate a phase θαγ ^ for creating a γδ voltage coordinate system. This phase determiner is basically the same as that presented in Patent Document (2) and Non-Patent Document (2). For this reason, further explanation is omitted. In addition to the δ-axis current equivalent value (actual value, command value, etc.) and the rotor speed equivalent value (command value, estimated value, etc.), the γ-axis current command generator 9 generates a stator voltage equivalent value (actual value, command value). Voltage limit value cv as an input, and a γ-axis current command value iγ * is output. The voltage limit value cv obtained from the power converter 3 is generally time-varying because the bus voltage of the power converter 3 varies.

図1より理解されるように、γδ電圧座標系上では、γ軸電流iγとδ軸電流iδの間には次の関係が成立している。

Figure 0006311105
フィードバック電流制御を介し(5)式の関係を達成すべく、たとえば、力率位相相当指令値としてθiv*の正接値を利用してγ軸電流指令値を以下のように生成する。
Figure 0006311105
力率位相の調整が、非電圧制限下の効率駆動、電圧制限下の弱め磁束と同等の作用を発揮する点は、電流座標系、電圧座標系のいずれにおいても同一である(図2、図4参照)。すなわち、この作用的特性に関しては、座標系の選定如何を問わない。As understood from FIG. 1, on the γδ voltage coordinate system, the following relationship is established between the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ .
Figure 0006311105
In order to achieve the relationship of the equation (5) through feedback current control, for example, a γ-axis current command value is generated as follows using a tangent value of θiv * as a command factor corresponding to the power factor phase.
Figure 0006311105
The fact that the adjustment of the power factor phase exhibits the same effect as the efficiency driving under the non-voltage limit and the weak magnetic flux under the voltage limit is the same in both the current coordinate system and the voltage coordinate system (FIG. 2, FIG. 4). That is, regarding this operational characteristic, it does not matter whether the coordinate system is selected.

したがって、(6)式に従い、γ軸電流指令値を生成するようにすれば、請求項1の発明と同様な効果が得られる。当然のことなから、このときの(6)式における力率位相相当指令値(本例では、tanθiv*)は、(3)〜(4)式に関連して説明したように、限定的範囲で、指数的に調整することになる。Therefore, if the γ-axis current command value is generated according to the equation (6), the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained. As a matter of course, the power factor phase equivalent command value (tan θiv * in this example) in the equation (6) at this time is a limited range as described in relation to the equations (3) to (4). So it will be adjusted exponentially.

請求項2の発明によれば、フィードバック電流制御手段が、電流指令生成手段を備える。このときの電流指令生成手段は、電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出する電圧制限検出手段と、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、生成された力率位相相当指令値に基づき、γ軸電流指令値、δ軸電流指令値の少なくとも1つを合成する力率位相形電流指令合成手段との3手段を具備する。ひいては、請求項1の発明と同様に、力率位相相当指令値の「限定的範囲」の一端を実効的な電圧制限がない場合に効率駆動をもたらす値に設定し、また他の一端を期待最高速度に対応する値に設定するだけで、「▲1▼実効的に電圧制限が存在しない定格速度以下の速度領域では、効率駆動性能を発揮する」、「▲2▼実効的に電圧制限が存在する定格速度以上の速度領域では、電圧制限下で使用できるように弱め磁束制御と同等な作用を伴う性能を発揮する。この際、電圧制限下での最良あるいは準最良な効率駆動を可能とする」という効果が得られる。しかも、この調整を指数的に(換言するならば段階的に)遂行するので、自動調整を容易に安定化できると言う効果も得られる。According to the invention of claim 2, the feedback current control means includes the current command generation means. The current command generation means at this time includes a voltage limit detection means for detecting whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value, a direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of the limit value arrival, and a limit Exponential command generation means for automatically adjusting and generating a power factor phase equivalent command value within a limited range in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux in response to detection of unreachable value, and the generated power factor phase equivalent Based on the command value, there are provided three means: a power factor phase type current command synthesis means for synthesizing at least one of the γ-axis current command value and the δ-axis current command value. Consequently, as in the first aspect of the invention, one end of the “limited range” of the power factor phase equivalent command value is set to a value that provides efficient driving when there is no effective voltage limit, and the other end is expected. Simply setting the value corresponding to the maximum speed, “(1) Demonstrate efficient drive performance in the speed range below the rated speed where there is no effective voltage limit”, “(2) Effective voltage limit. In the speed range above the existing rated speed, it exhibits the performance with the same effect as the flux-weakening control so that it can be used under the voltage limit, making it possible to drive the best or quasi-best efficiency under the voltage limit. Effect. In addition, since this adjustment is performed exponentially (in other words, stepwise), it is possible to obtain an effect that the automatic adjustment can be easily stabilized.

3座標系と回転子との位相関係例を示す図  The figure which shows the phase relationship example of 3 coordinate system and a rotor γδ電流座標系とdq同期座標系の関係例を示す図  The figure which shows the example of a relationship of (gamma) delta current coordinate system and dq synchronous coordinate system. 1実施形態例における駆動制御装置を含む駆動制御システムのブロック図  1 is a block diagram of a drive control system including a drive control device according to an embodiment. γδ電圧座標系とdq同期座標系の関係例を示す図  The figure which shows the example of a relationship of (gamma) delta voltage coordinate system and dq synchronous coordinate system. 1実施形態例における駆動制御装置を含む駆動制御システムのブロック図  1 is a block diagram of a drive control system including a drive control device according to an embodiment. 1実施形態例における位相決定器の基本構成を示すブロック図  The block diagram which shows the basic composition of the phase determiner in the example of 1 embodiment 1実施形態例におけるγ軸電流指令生成器の基本構成を示すブロック図  1 is a block diagram showing a basic configuration of a γ-axis current command generator in an embodiment.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態例を詳細に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図3の駆動制御システムの核心部である位相決定器2の実施例を説明する。図6は、請求項1の発明に従って構成した位相決定器の1実施例である。位相決定器2は、請求項1の発明に従い、電圧制限検出手段を実現した電圧制限検出器2a,指数指令生成手段を実現した力率位相指令器2b、力率位相検出手段を実現した力率位相検出器2c、位相制御手段を実現した位相制御器2dから構成されている。位相決定器2は、実際性を重視し、信号は離散時間的に処理されるものとして、離散時間表現を採用して描画している。以降では、制御周期をTsとする場合、時刻t=kTsの信号を単に(k)を用い表現する。An embodiment of the phase determiner 2 that is the core of the drive control system of FIG. 3 will be described. FIG. 6 shows an embodiment of a phase determiner constructed in accordance with the first aspect of the present invention. According to the invention of claim 1, the phase determiner 2 includes a voltage limit detector 2a that realizes a voltage limit detector, a power factor phase commander 2b that realizes an exponent command generator, and a power factor that realizes a power factor phase detector It comprises a phase detector 2c and a phase controller 2d that implements phase control means. The phase determiner 2 places importance on practicality and draws the signal using discrete time representation, assuming that the signal is processed in discrete time. Hereinafter, when the control cycle is Ts, the signal at time t = kTs is simply expressed using (k).

電圧制限検出器2aは電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出している。図6の例では、γδ電流座標系上の電圧指令値と電圧制限値cvとを比較し、次式のように、電圧制限値に未到達の場合は0を、到達の場合は1を検出信号uとして出力している。

Figure 0006311105
The voltage limit detector 2a detects whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value. In the example of FIG. 6, the voltage command value on the γδ current coordinate system and the voltage limit value cv are compared, and 0 is detected when the voltage limit value has not been reached, and 1 is detected when the voltage limit value has not been reached, as in the following equation. The signal u is output.
Figure 0006311105

力率位相指令器2bの1実現例は、次の(8)式で記述される。

Figure 0006311105
One implementation example of the power factor phase commander 2b is described by the following equation (8).
Figure 0006311105

(8a)式は、信号xは指数的に変化することを意味する。同式のα1は、指数変化の度合いを指定するための設計パラメータであり、その選定は設計者に委ねられている。選定範囲は、同式右端に明示している通りである。(8b)式と(8c)式は、基本的に、(3)式と(4)式から得られており、力率位相相当指令の2つの両端値を示している。(8b)式におけるiδは、電動機の定格電流を意味する。ω2n、ω2mは、回転子の電気速度、機械速度であり、記号^、記号*は、対応信号の推定値、指令値を意味する。Npは極対数であり、Ld、Lqはd軸、q軸インダクタンスである。またLmtはリミッタ関数を意味する。K2、K3は設計者に選定が委ねられた設計パラメータであり、その選定範囲は(8b)式に明示している

Figure 0006311105
いる(8d)式は、指数変化の信号xを用いて2個の両端値を加重平均している。総合的には、力率位相指令器2bは、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成している。Equation (8a) means that the signal x changes exponentially. Α1 in the equation is a design parameter for designating the degree of exponent change, and the selection is left to the designer. The selection range is as specified at the right end of the same formula. The expressions (8b) and (8c) are basically obtained from the expressions (3) and (4) and indicate the two end values of the power factor phase equivalent command. In the equation (8b), iδ ~ means the rated current of the electric motor. ω2n and ω2m are the electric speed and mechanical speed of the rotor, and the symbol ^ and the symbol * mean the estimated value and command value of the corresponding signal. Np is the number of pole pairs, and Ld and Lq are d-axis and q-axis inductances. Lmt means a limiter function. K2 and K3 are design parameters for which selection is entrusted to the designer, and the selection range is specified in the equation (8b).
Figure 0006311105
In the equation (8d), the two end values are weighted and averaged using the exponent change signal x. Overall, the power factor phase commander 2b moves in the direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of reaching the limit value, and in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux in response to detection of the limit value not reached. The rate phase equivalent command value is automatically adjusted and generated exponentially within a limited range.

力率位相検出器2cは、簡単な次式に従い、力率位相相当値を検出している。

Figure 0006311105
本例では、電圧実測値に代わって、電圧指令値の相対比の極性反転値を力率位相相当値として利用している。もちろん、電圧検出器のコストが問題ならない場合には、電圧実測値を利用してよい。The power factor phase detector 2c detects the power factor phase equivalent value according to the following equation.
Figure 0006311105
In this example, instead of the actually measured voltage value, the polarity reversal value of the relative ratio of the voltage command value is used as the power factor phase equivalent value. Of course, when the cost of the voltage detector is not a problem, the measured voltage value may be used.

位相制御器2dは、次式のように構成されている。

Figure 0006311105
(10e)式のFl(z−1)は、ローパスフィルタである。(10)式は、PLLの一種であり、力率位相相当値が力率位相相当指令値に従うように回転器位相を決定・制御する役割を遂行している。本PLLは、特許文献(1)、非特許文献(1)にも利用されて、これらにおいて詳しく説明されているので、これ以上の説明は省略する。The phase controller 2d is configured as follows.
Figure 0006311105
Fl (z-1) in the equation (10e) is a low-pass filter. Equation (10) is a kind of PLL and performs the role of determining and controlling the rotator phase so that the power factor phase equivalent value follows the power factor phase equivalent command value. Since this PLL is also used in Patent Document (1) and Non-Patent Document (1) and has been described in detail there, further description is omitted.

図6の位相決定器2に関し、力率位相指令器2bの第2の実施例を示す。(8b)式の値が高速回転時には、概ねK2・iδとなることを考慮すると、力率位相指令器2bの実施例として、次の(11)式のものを得ることができる。

Figure 0006311105
(11a)式は、信号xは指数的に変化することを意味する。同式のα1は、指数変化の度合いを指定するための設計パラメータであり、その選定は設計者に委ねられている。選定範囲は、同式右端に明示している通りである。(11b)式は、基本的に、(4)式から得られて
Figure 0006311105
値である。(11c)式は、指数変化の信号xを用いて2個の両端値(他の端値はK2)を加重平均している。(11d)式は、力率位相相当指令の最終生成を担っている。総合的には、力率位相指令器2bは、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成している。With respect to the phase determiner 2 of FIG. 6, a second embodiment of the power factor phase commander 2b is shown. Considering that the value of the equation (8b) is approximately K2 · iδ at the time of high speed rotation, the following equation (11) can be obtained as an example of the power factor phase commander 2b.
Figure 0006311105
Equation (11a) means that the signal x changes exponentially. Α1 in the equation is a design parameter for designating the degree of exponent change, and the selection is left to the designer. The selection range is as specified at the right end of the same formula. The expression (11b) is basically obtained from the expression (4).
Figure 0006311105
Value. In the equation (11c), two end values (the other end value is K2) are weighted and averaged using the exponent change signal x. Equation (11d) is responsible for the final generation of the power factor phase equivalent command. Overall, the power factor phase commander 2b moves in the direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of reaching the limit value, and in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux in response to detection of the limit value not reached. The rate phase equivalent command value is automatically adjusted and generated exponentially within a limited range.

図5の駆動制御システムの核心部は、γ軸電流指令生成器(電流指令生成手段)9にある。γ軸電流指令生成器9の実施例の詳細を説明する。図7は、請求項2の発明に従って構成したγ軸電流指令生成器(電流指令生成手段)9の1実施例である。電流指令生成手段であるγ軸電流指令生成器9は、請求項2の発明に従い、電圧制限検出手段を実現した電圧制限検出器9a,指数指令生成手段を実現した力率位相指令器9b、力率位相形電流指令合成手段を実現した乗算器9cから構成されている。γ軸電流指令生成器9は、実際性を重視し、信号は離散時間的に処理されるものとしている。The core of the drive control system of FIG. 5 is in the γ-axis current command generator (current command generation means) 9. Details of the embodiment of the γ-axis current command generator 9 will be described. FIG. 7 shows an embodiment of a γ-axis current command generator (current command generation means) 9 configured according to the invention of claim 2. According to the invention of claim 2, the γ-axis current command generator 9, which is a current command generation means, includes a voltage limit detector 9a that realizes a voltage limit detection means, a power factor phase command device 9b that realizes an exponent command generation means, It comprises a multiplier 9c that implements a rate phase current command combining means. The γ-axis current command generator 9 emphasizes practicality, and signals are processed in discrete time.

電圧制限検出器9aは電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出している。図7の例では、γδ電圧座標系上の電圧指令値と電圧制限値cvとを比較し、(7)式のように、電圧制限値に未到達の場合は0を、到達の場合は1を検出信号uとして出力している。
(7)式に関しては、既に詳しく説明しているので、これ以上の説明は省略する。力率位相指令器9bの1実現例は、(8)式のものである。(8)式に関しては、既に詳しく説明しているので、これ以上の説明は省略する。(8)式に関連して既に詳しく説明したように、力率位相指令器9bは、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成している。
The voltage limit detector 9a detects whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value. In the example of FIG. 7, the voltage command value on the γδ voltage coordinate system is compared with the voltage limit value cv, and as shown in the equation (7), 0 is reached when the voltage limit value is not reached, and 1 is reached when the voltage limit value is reached. Is output as a detection signal u.
Since the expression (7) has already been described in detail, further description is omitted. One example of realization of the power factor phase commander 9b is of the formula (8). Since the formula (8) has already been described in detail, further description will be omitted. As already described in detail with respect to the equation (8), the power factor phase commander 9b responds to detection of reaching the limit value in the direction corresponding to the weak magnetic flux, and in response to detection of the limit value not reached. The power factor phase equivalent command value is automatically adjusted exponentially within a limited range in the direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux.

力率位相形電流指令合成手段を実現した乗算器9cは、(6)式の中辺に従って、力率位相相当指令値としてのθiv*の正接値に、δ軸電流実測値を乗じて、γ軸電流指令値iγ*を合成している。こうして合成したγ軸電流指令値iγ*を、γ軸電流指令生成器9から出力していいる。The multiplier 9c realizing the power factor phase type current command synthesizing means multiplies the tangent value of θiv * as the power factor phase equivalent command value by the measured value of the δ-axis current according to the middle side of the equation (6) to obtain γ The shaft current command value iγ * is synthesized. The synthesized γ-axis current command value iγ * is output from the γ-axis current command generator 9.

図9のγ軸電流指令生成器(電流指令生成手段)9に関し、力率位相指令器9bの第2の実施例を示す。(8b)式の値が高速回転時には、概ねK2・iδとなることを考慮すると、力率位相指令器9bの実施例として、(11)式のものを利用してよいことがわかる。(11)式に基づく力率位相指令器9bは、既に詳しく説明したように、制限値到達の検出に応じて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する働きをもつ。Regarding the γ-axis current command generator (current command generating means) 9 in FIG. 9, a second embodiment of the power factor phase commander 9b will be shown. Considering that the value of the equation (8b) is approximately K2 · iδ at the time of high speed rotation, it can be understood that the equation (11) may be used as an example of the power factor phase commander 9b. As already described in detail, the power factor phase commander 9b based on the equation (11) is in a direction corresponding to the weak magnetic flux in response to detection of reaching the limit value, and is anti-weak in response to detection of not reaching the limit value. It has the function of automatically adjusting and generating a power factor phase equivalent command value within a limited range in the direction corresponding to the magnetic flux.

第3実施例、第4実施例では、(6)式の中辺に従って、力率位相相当指令値としてのθiv*の正接値に、δ軸電流実測値を乗じて、γ軸電流指令値iγ*を合成している。これに代わって、(6)式の右辺に示しているように、同正接値にδ軸電流指令値を乗じて、γ軸電流指令値iγ*を生成してよい。In the third and fourth embodiments, the γ-axis current command value iγ is obtained by multiplying the tangent value of θiv * as the power factor phase equivalent command value by the measured δ-axis current value according to the middle side of the equation (6). * Is synthesized. Alternatively, as shown on the right side of equation (6), the tangent value may be multiplied by the δ-axis current command value to generate the γ-axis current command value iγ *.

以上、代表的交流電動機として、永久磁石同期電動機を対象に、本発明の代表的な5つの実施例を与えた。本発明の実施形態は、これら例示に限定されるものでなく、本発明に従った種々の実施形態が存在することを指摘しておく。As described above, five typical examples of the present invention have been given for permanent magnet synchronous motors as representative AC motors. It should be pointed out that the embodiments of the present invention are not limited to these exemplifications, and there are various embodiments according to the present invention.

本発明を永久磁石同期電動機以外の交流電動機に適用する場合の注意点を述べておく。電動機に応じて(より正確には、電動機の特性に応じて)、機器の内部構成変更を要するのは、力率位相指令器2b、9bのみである(力率位相指令器の役割、作用、効果は、交流電動機に共通して同一である)。他の機器に関しては、基本的に内部構成変更の必要はない。このため、力率位相指令器の詳細な内部構成を説明した(8)式と(11)式に関して、補足説明する。Points to be noted when the present invention is applied to an AC motor other than a permanent magnet synchronous motor will be described. Depending on the motor (more precisely, depending on the characteristics of the motor), only the power factor phase commanders 2b and 9b need to be changed in the internal configuration of the device (the role, action, The effect is common to AC motors). For other devices, there is basically no need to change the internal configuration. For this reason, supplementary explanation will be given regarding the equations (8) and (11) that explain the detailed internal configuration of the power factor phase commander.

力率位相指令器の第1の内部構成例を示した(8)式に関しても、変更の必要がある箇所は限定されている。指数的に自動調整の根源である(8a)式は、すべての交流電動機に無修正で適用可能である。同様に、2個の力率位相相当指令値(2個の端値)を加重平均して最終的な力率位相相当指令値を生成する(8d)式も、すべての交流電動機に無修正で適用可能である。最終的な力率位相相当指令値生成に際して、その2個の端値を示した(8b)式、(8c)式に限り、交流電動機の個々の特性に応じて個別変更する必要がある。Also regarding the equation (8) showing the first internal configuration example of the power factor phase commander, the places that need to be changed are limited. The formula (8a), which is exponentially the basis of automatic adjustment, can be applied without modification to all AC motors. Similarly, equation (8d) that generates a final power factor phase equivalent command value by weighted averaging of two power factor phase equivalent command values (two end values) is also unmodified for all AC motors. Applicable. When the final power factor phase equivalent command value is generated, only the equations (8b) and (8c) showing the two end values need to be individually changed according to the individual characteristics of the AC motor.

力率位相指令器の第2の内部構成例を示した(11)式に関して説明する。指数的に自動調整の根源である(11a)式は、すべての交流電動機に無修正で適用可能である。最終的な力率位相相当指令値生成に際して、その2個の端値を示した、および端値の特性を利用した加重平均を示した(11b)〜(11d)式に限り、交流電動機の個々の特性に応じて個別に変更する必要がある。なお、(11c)式に提示したゲインに対する加重平均法は、他の交流電動機にも利用可能である。The expression (11) showing the second internal configuration example of the power factor phase commander will be described. The formula (11a), which is exponentially the basis of automatic adjustment, can be applied to all AC motors without modification. When the final power factor phase equivalent command value is generated, only the equations (11b) to (11d) showing the two end values and the weighted average using the characteristics of the end values are used. It is necessary to change individually according to the characteristics of. Note that the weighted average method for the gain presented in the equation (11c) can also be used for other AC motors.

本発明は、中速度域から定格速度を越える広い速度範囲で効率的なセンサレス駆動を必要とされ、さらには、計算負荷の低減が求められる応用に好適である。The present invention is suitable for applications that require efficient sensorless driving in a wide speed range from the middle speed range to the rated speed, and further require a reduction in calculation load.

1 交流電動機(永久磁石同期電動機)
2 位相決定器
2a 電圧制限検出器
2b 力率位相指令器
2c 力率位相検出器
2d 位相制御器
3 電力変換器
4 電流検出器
5a 3相2相変換器
5b 2相3相変換器
6a ベクトル回転器
6b ベクトル回転器
7 余弦正弦信号発生器
8 電流制御器
9 γ軸電流指令生成器
9a 電圧制限検出器
9b 力率位相指令器
9c 乗算器
10 速度制御器
11 機械速度推定器
1 AC motor (permanent magnet synchronous motor)
2 phase determiner 2a voltage limit detector 2b power factor phase commander 2c power factor phase detector 2d phase controller 3 power converter 4 current detector 5a 3 phase 2 phase converter 5b 2 phase 3 phase converter 6a vector rotation 6b Vector rotator 7 Cosine sine signal generator 8 Current controller 9 γ-axis current command generator 9a Voltage limit detector 9b Power factor phase commander 9c Multiplier 10 Speed controller 11 Machine speed estimator

Claims (2)

固定子電流を2×1ベクトルとして捕らえ、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器が指定したγδ回転座標系上のγ軸電流指令値、δ軸電流指令値に追従するように、固定子電流をフィードバック制御するフィードバック電流制御手段と、固定子電圧をγδ回転座標系上の2×1ベクトルとして捕らえ、固定子電流と固定子電圧との間の位相である力率位相の相当値が、指定の値に従うように、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する回転器位相を決定するベクトル回転器位相決定手段と、を有する交流電動機のセンサレス駆動制御装置であって、
該ベクトル回転器位相決定手段が、
電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出し2値の検出信号を出力する電圧制限検出手段と、
制限値到達の検出に応じた2値の内の1値の検出信号を用いて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じた2値の内の他の1値の検出信号を用いて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、
電動機の端子電力の力率位相相当値を検出する力率位相検出手段と、
検出した力率位相相当値が力率位相相当指令値に従うように回転器位相を制御・決定する位相制御手段と、
を備えることを特徴とする交流電動機のセンサレス駆動制御装置。
The stator current is captured as a 2 × 1 vector, and the stator current is adjusted so that the vector rotator or the converter with built-in vector rotator follows the γ-axis current command value and δ-axis current command value specified on the γδ rotation coordinate system. The feedback current control means for feedback control and the stator voltage is captured as a 2 × 1 vector on the γδ rotation coordinate system, and the power factor phase equivalent value that is the phase between the stator current and the stator voltage is specified. And a vector rotator phase determining means for determining a rotator phase used in a vector rotator or a vector rotator built-in converter so as to follow the value of
The vector rotator phase determining means comprises:
Voltage limit detection means for detecting whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value and outputting a binary detection signal ;
The detection signal of one of the two values corresponding to the detection of reaching the limit value is used in the direction corresponding to the weak magnetic flux, and the other one of the two values corresponding to the detection of not reaching the limit value Exponent command generation means for automatically adjusting and generating a power factor phase equivalent command value within a limited range in a direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux using the detection signal ;
Power factor phase detection means for detecting the power factor phase equivalent value of the terminal power of the motor;
Phase control means for controlling and determining the rotator phase so that the detected power factor phase equivalent value follows the power factor phase equivalent command value;
A sensorless drive control device for an AC electric motor.
固定子電流を2×1ベクトルとして捕らえ、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器が指定したγδ回転座標系上のγ軸電流指令値、δ軸電流指令値に追従するように、固定子電流をフィードバック制御するフィードバック電流制御手段と、固定子電圧をγδ回転座標系上の2×1ベクトルとして捕らえ、固定子電圧がδ軸上あるいはγ軸上に存在するように、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相を決定するベクトル回転器位相決定手段と、を有する交流電動機のセンサレス駆動制御装置であって、
該フィードバック電流制御手段が、
電圧相当値が電圧制限値に到達したか否かを検出し2値の検出信号を出力する電圧制限検出手段と、
制限値到達の検出に応じた2値の内の1値の検出信号を用いて弱め磁束に対応する方向に、また、制限値未到達の検出に応じた2値の内の他の1値の検出信号を用いて反弱め磁束に対応する方向に、力率位相相当指令値を限定的範囲内で指数的に自動調整し生成する指数指令生成手段と、
生成された力率位相相当指令値に基づき、γ軸電流指令値、δ軸電流指令値の少なくとも1つを合成する力率位相形電流指令合成手段との
3手段を具備する電流指令生成手段
を備えるようにしたことを特徴とする交流電動機のセンサレス駆動制御装置。
The stator current is captured as a 2 × 1 vector, and the stator current is adjusted so that the vector rotator or the converter with built-in vector rotator follows the γ-axis current command value and δ-axis current command value specified on the γδ rotation coordinate system. Feedback current control means for feedback control, and the stator voltage is captured as a 2 × 1 vector on the γδ rotation coordinate system, and the vector rotator or vector rotation is performed so that the stator voltage exists on the δ axis or the γ axis. A vector rotator phase determining means for determining a phase to be used for the converter built-in converter, and a sensorless drive control device for an AC motor,
The feedback current control means comprises:
Voltage limit detection means for detecting whether or not the voltage equivalent value has reached the voltage limit value and outputting a binary detection signal ;
The detection signal of one of the two values corresponding to the detection of reaching the limit value is used in the direction corresponding to the weak magnetic flux, and the other one of the two values corresponding to the detection of not reaching the limit value Exponent command generation means for automatically adjusting and generating a power factor phase equivalent command value within a limited range in a direction corresponding to the anti-weakening magnetic flux using the detection signal ;
Current command generating means comprising three means: power factor phase type current command synthesizing means for synthesizing at least one of the γ-axis current command value and the δ-axis current command value based on the generated power factor phase equivalent command value. A sensorless drive control device for an AC motor, comprising:
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