JP6414771B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method.
従来から、同期モータの駆動方法として、直接トルク制御(DTC:Direct Torque Control)が知られている。一般的な直接トルク制御では、まず、インバータに接続された同期モータの相電流及び相電圧を検出する。次に、相電流及び相電圧から、同期モータの電機子鎖交磁束及びトルクを求める。次に、求められたトルクと、指令トルクと、指令振幅と、電機子鎖交磁束の位相とから、指令磁束ベクトルを求める。指令振幅は、電機子鎖交磁束の振幅が追従するべき振幅である。指令トルク及び指令振幅は、例えば、速度制御装置で求められる。次に、指令磁束ベクトルと、電機子鎖交磁束とから、インバータから同期モータに印加されるべき電圧ベクトルを決定する。次に、決定された電圧ベクトルが同期モータに印加されるように、インバータのスイッチングを制御する。 Conventionally, direct torque control (DTC) is known as a method for driving a synchronous motor. In general direct torque control, first, the phase current and phase voltage of a synchronous motor connected to an inverter are detected. Next, the armature flux linkage and torque of the synchronous motor are obtained from the phase current and phase voltage. Next, a command magnetic flux vector is obtained from the obtained torque, command torque, command amplitude, and armature linkage magnetic flux phase. The command amplitude is an amplitude that the amplitude of the armature flux linkage should follow. The command torque and the command amplitude are obtained by a speed control device, for example. Next, a voltage vector to be applied from the inverter to the synchronous motor is determined from the command magnetic flux vector and the armature linkage magnetic flux. Next, switching of the inverter is controlled so that the determined voltage vector is applied to the synchronous motor.
直接トルク制御の駆動アルゴリズムはシンプルである。また、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを省略できる。 The drive algorithm for direct torque control is simple. Further, position sensors such as encoders and resolvers can be omitted.
非特許文献1には、直接トルク制御を用いたモータ制御装置の一例が記載されている。
Non-Patent
直接トルク制御を用いた従来のモータ制御装置には、起動期間(起動時点を含む期間)における安定性を改善させる余地がある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。 The conventional motor control device using direct torque control has room for improving the stability in the start-up period (period including the start time). The present invention has been made in view of such circumstances.
すなわち、本開示は、
同期モータの磁束であるモータ磁束を推定する磁束推定部と、
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、前記磁束推定部で推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転への切り替えを制御する切替部と、
を備え、
前記切替部による運転モードの切り替えの前における前記同期電流、及び、前記切替部による運転モードの切り替えの後における前記指令振幅の少なくとも1つを調節することによって、前記切替部による運転モードの切り替えの前又は後において、前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差を連続的又は段階的に減少させる、モータ制御装置を提供する。
That is, this disclosure
A magnetic flux estimator for estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Regardless of the phase of the motor magnetic flux, while referring to the phase of the motor magnetic flux estimated by the magnetic flux estimator from the start synchronous operation for supplying the synchronous current necessary for starting the synchronous motor to the synchronous motor A position sensorless operation that is executed, and a switching unit that controls switching to a position sensorless operation that sets a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude; ,
With
By adjusting at least one of the synchronous current before switching of the operation mode by the switching unit and the command amplitude after switching of the operation mode by the switching unit, switching of the operation mode by the switching unit is performed. A motor control device is provided that reduces the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the target amplitude continuously or stepwise before or after.
上記のモータ制御装置によれば、同期モータの起動期間における安定性が改善される。 According to the motor control device described above, the stability during the startup period of the synchronous motor is improved.
直接トルク制御等を用いた位置センサレス運転では、同期モータに印加されている磁束(モータ磁束)を推定する。指令振幅と推定されたモータ磁束の振幅との差(振幅偏差)が大きいほど、同期モータに大きな電圧を印加する。 In position sensorless operation using direct torque control or the like, the magnetic flux (motor magnetic flux) applied to the synchronous motor is estimated. The greater the difference (amplitude deviation) between the command amplitude and the estimated motor magnetic flux amplitude, the greater the voltage applied to the synchronous motor.
上記のような位置センサレス運転では、同期モータの回転数が低いときには、十分な精度でモータ磁束を推定することができない。このため、同期モータの起動期間において、同期運転により同期モータの回転数を増加させ、その後位置センサレス運転に切り替えることが考えられる。このようにして同期モータを起動させる場合、同期運転を実行している期間においてもモータ磁束を推定し、運転モードの切り替え時において、指令振幅と同期運転で推定されたモータ磁束の振幅との差を仮の振幅偏差として用いることが考えられる。 In the position sensorless operation as described above, the motor magnetic flux cannot be estimated with sufficient accuracy when the rotational speed of the synchronous motor is low. For this reason, in the starting period of a synchronous motor, it is possible to increase the rotation speed of a synchronous motor by synchronous operation and to switch to position sensorless operation after that. When starting the synchronous motor in this way, the motor magnetic flux is estimated even during the period in which the synchronous operation is performed, and the difference between the command amplitude and the motor magnetic flux amplitude estimated by the synchronous operation is changed when the operation mode is switched. Can be used as a temporary amplitude deviation.
典型的な同期運転では、位置センサレス運転のときに同期モータに供給される電流よりも大幅に大きな電流(同期電流)を同期モータに供給する。このことは、同期運転を実行している期間において推定されるモータ磁束の振幅は、位置センサレス運転において用いられる指令振幅よりも大幅に大きいことを意味する。この理由で、上述の仮の振幅偏差は、位置センサレス運転の定常状態における振幅偏差よりも大幅に大きい。結果として、運転モードの切り替え時において、著しく大きな電圧が同期モータに印加される(電圧サージが発生する)。また、電圧サージの発生に伴い、トルク脈動が発生したり、同期モータが脱調したりする。 In typical synchronous operation, a current (synchronous current) that is significantly larger than the current supplied to the synchronous motor during position sensorless operation is supplied to the synchronous motor. This means that the amplitude of the motor magnetic flux estimated during the period in which the synchronous operation is performed is significantly larger than the command amplitude used in the position sensorless operation. For this reason, the temporary amplitude deviation described above is significantly larger than the amplitude deviation in the steady state of the position sensorless operation. As a result, a remarkably large voltage is applied to the synchronous motor (voltage surge occurs) when the operation mode is switched. Further, with the occurrence of the voltage surge, torque pulsation occurs or the synchronous motor steps out.
本発明者は、このような事情に鑑み、同期モータの起動期間における安定性を改善することを検討した。 In view of such circumstances, the present inventor has studied to improve the stability of the synchronous motor during the startup period.
すなわち、本開示の第1態様は、
同期モータの磁束であるモータ磁束を推定する磁束推定部と、
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、前記磁束推定部で推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転への切り替えを制御する切替部と、
を備え、
(i)前記切替部による運転モードの切り替えの前に前記同期電流を連続的又は段階的に減少させる、及び/又は、(ii)前記切替部による運転モードの切り替え時において前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差よりも前記モータ磁束の振幅と前記指令振幅との差が小さくなるように前記指令振幅を設定し、その後、前記指令振幅を前記目標振幅に連続的又は段階的に接近させるモータ制御装置を提供する。
That is, the first aspect of the present disclosure is:
A magnetic flux estimator for estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Regardless of the phase of the motor magnetic flux, while referring to the phase of the motor magnetic flux estimated by the magnetic flux estimator from the start synchronous operation for supplying the synchronous current necessary for starting the synchronous motor to the synchronous motor A position sensorless operation that is executed, and a switching unit that controls switching to a position sensorless operation that sets a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude; ,
With
(I) The synchronous current is decreased continuously or stepwise before switching the operation mode by the switching unit, and / or (ii) the amplitude of the motor magnetic flux at the time of switching the operation mode by the switching unit The command amplitude is set so that the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the command amplitude is smaller than the difference from the target amplitude, and then the command amplitude is made to approach the target amplitude continuously or stepwise. A motor control device is provided.
第1態様によれば、運転モードの切り替え時における電圧サージの発生を抑制できる。 According to the 1st aspect, generation | occurrence | production of the voltage surge at the time of switching of an operation mode can be suppressed.
本開示の第2態様は、第1態様に加え、前記モータ制御装置は、前記運転モードの切り替え時において前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差よりも前記モータ磁束の振幅と前記指令振幅との差が小さくなるように前記指令振幅を設定し、その後、前記指令振幅を前記目標振幅に漸次接近させる遅延フィルタを備えているモータ制御装置を提供する。 According to a second aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the motor control device causes the motor magnetic flux amplitude and the command amplitude to be larger than the difference between the motor magnetic flux amplitude and the target amplitude when the operation mode is switched. The motor control device includes a delay filter that sets the command amplitude so that the difference between the command amplitude and the target amplitude gradually approaches the target amplitude.
本開示の第3態様は、第2態様に加え、前記遅延フィルタは、ローパスフィルタ又は重み関数に基づくフィルタであるモータ制御装置を提供する。 According to a third aspect of the present disclosure, in addition to the second aspect, the delay filter provides a motor control device that is a low-pass filter or a filter based on a weight function.
第2態様又は第3態様のモータ制御装置を用いれば、運転モードの切り替え時における指令振幅と同期運転で推定されたモータ磁束の振幅との差(仮の振幅偏差)を小さくすることができる。これにより、運転モードの切り替え時における電圧サージの発生が抑制される。また、第2態様又は第3態様のモータ制御装置によれば、位置センサレス運転が始まるとモータ磁束の振幅が目標振幅へと漸次接近する。これにより、モータ磁束の振幅を目標振幅に接近させる際の電圧サージの発生が抑制される。 If the motor control device of the second mode or the third mode is used, the difference (temporary amplitude deviation) between the command amplitude at the time of switching the operation mode and the amplitude of the motor magnetic flux estimated by the synchronous operation can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the voltage surge at the time of switching of an operation mode is suppressed. Further, according to the motor control device of the second aspect or the third aspect, when the position sensorless operation starts, the amplitude of the motor magnetic flux gradually approaches the target amplitude. Thereby, generation | occurrence | production of the voltage surge at the time of making the amplitude of a motor magnetic flux approach target amplitude is suppressed.
本開示の第4態様は、第1〜3態様のいずれか1つに加え、前記モータ制御装置は、前記運転モードの切り替えの前に前記同期電流を連続的又は段階的に減少させるモータ制御装置を提供する。第4態様のモータ制御装置を用いれば、運転モードの切り替えの前に、モータ磁束の振幅が減少する。このため、上述の仮の振幅偏差を小さくすることができる。従って、運転モードの切り替え時における電圧サージの発生が抑制される。 According to a fourth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first to third aspects, the motor control device reduces the synchronous current continuously or stepwise before switching the operation mode. I will provide a. If the motor control device according to the fourth aspect is used, the amplitude of the motor magnetic flux decreases before the operation mode is switched. For this reason, the above-mentioned temporary amplitude deviation can be reduced. Therefore, the occurrence of a voltage surge when switching the operation mode is suppressed.
本開示の第5態様は、第1〜4態様のいずれか1つに加え、当該モータ制御装置は、前記起動同期運転を実行する同期制御部と、前記位置センサレス運転を実行する位置センサレス制御部とを備え、前記同期制御部は、前記同期モータにおける3相交流座標上の相電流を、第1の2相座標上の第1の軸電流に変換する第1の3相2相座標変換部と、前記第1の軸電流から、前記同期モータに印加するべき電圧ベクトルに対応する前記第1の2相座標上の第1の軸電圧を生成する第1の電圧指令演算部と、を有し、前記位置センサレス制御部は、前記相電流を、第2の2相座標上の第2の軸電流に変換する第2の3相2相座標変換部と、前記第2の軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記第2の2相座標上の第2の軸電圧とから、前記モータ磁束を推定する前記磁束推定部と、前記第2の軸電流と、推定された前記モータ磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算部と、推定された前記モータトルクと前記モータトルクが追従するべき指令トルクとの間のトルク偏差と、推定された前記モータ磁束の位相と、前記指令振幅とから、前記モータ磁束が追従するべき指令磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、前記指令磁束ベクトルと推定された前記モータ磁束との間の磁束偏差から、前記第2の軸電圧を特定する第2の電圧指令演算部と、を有し、当該モータ制御装置は、前記起動同期運転を実行している期間において、前記第2の軸電流及び前記第1の軸電圧に基づいて、前記位置センサレス制御部における前記磁束推定部を用いて、前記モータ磁束を推定するように構成されているモータ制御装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first to fourth aspects, the motor control device includes: a synchronous control unit that executes the startup synchronous operation; and a position sensorless control unit that executes the position sensorless operation. And the synchronous control unit converts a phase current on the three-phase AC coordinate in the synchronous motor into a first axial current on the first two-phase coordinate. And a first voltage command calculation unit that generates a first axis voltage on the first two-phase coordinates corresponding to a voltage vector to be applied to the synchronous motor from the first axis current. The position sensorless control unit includes a second three-phase two-phase coordinate conversion unit that converts the phase current into a second axis current on a second two-phase coordinate; the second axis current; From the second axis voltage on the second two-phase coordinate corresponding to the voltage vector, the mode From the magnetic flux estimation unit that estimates magnetic flux, the second shaft current, and the estimated motor magnetic flux, the torque calculation unit that estimates the motor torque, and the estimated motor torque and the motor torque follow. A magnetic flux command calculation unit that specifies a command magnetic flux vector that the motor magnetic flux should follow from the torque deviation between the command torque to be performed, the estimated phase of the motor magnetic flux, and the command amplitude; and the command magnetic flux A second voltage command calculation unit that specifies the second shaft voltage from a magnetic flux deviation between the vector and the estimated motor magnetic flux, and the motor control device executes the start-up synchronous operation The motor magnetic flux is estimated using the magnetic flux estimator in the position sensorless controller based on the second axial current and the first axial voltage during the current period. To provide a motor controller configured to.
第5態様のモータ制御装置は、簡便に構成できる。なお、第5態様のモータ制御装置の一部の構成のみを用いたモータ制御装置を構成してもよい。例えば、モータ制御装置を、前述の同期制御部を含む装置としてもよい。また、モータ制御装置を、前述の位置センサレス制御部を含む装置としてもよい。磁束推定部は、同期制御部に属していてもよく、位置センサレス部に属していてもよく、これらから独立していてもよい。第1の2相座標と第2の2相座標とは同じであっても異なっていてもよい。ソフトウエアにより第5態様のモータ制御装置を実現する場合、モータ制御装置の各構成要素は明確には区別されない。 The motor control device of the fifth aspect can be simply configured. In addition, you may comprise the motor control apparatus using only the one part structure of the motor control apparatus of a 5th aspect. For example, the motor control device may be a device including the above-described synchronization control unit. The motor control device may be a device including the above-described position sensorless control unit. The magnetic flux estimation unit may belong to the synchronization control unit, may belong to the position sensorless unit, or may be independent of these. The first two-phase coordinates and the second two-phase coordinates may be the same or different. When the motor control device of the fifth aspect is realized by software, each component of the motor control device is not clearly distinguished.
本開示の第6態様は、
同期モータの磁束であるモータ磁束を推定するステップと、
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転へと運転モードを切り替えるステップと、
を含み、
i)前記運転モードの切り替えの前に前記同期電流を連続的又は段階的に減少させる、及び/又は、(ii)前記運転モードの切り替え時において前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差よりも前記モータ磁束の振幅と前記指令振幅との差が小さくなるように前記指令振幅を設定し、その後、前記指令振幅を前記目標振幅に連続的又は段階的に接近させるモータ制御方法を提供する。
The sixth aspect of the present disclosure is:
Estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Position sensorless, which is executed while referring to the estimated phase of the motor magnetic flux from the start synchronous operation that supplies the synchronous motor with the synchronous current necessary for starting the synchronous motor regardless of the phase of the motor magnetic flux. A step of switching the operation mode to a position sensorless operation for setting a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude;
Including
i) decreasing the synchronous current continuously or stepwise before switching the operation mode, and / or (ii) from the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the target amplitude at the time of switching the operation mode Also provided is a motor control method in which the command amplitude is set so that the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the command amplitude is small, and then the command amplitude is made to approach the target amplitude continuously or stepwise.
本開示の第7態様は、
同期モータの磁束であるモータ磁束を推定する磁束推定部と、
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、前記磁束推定部で推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転への切り替えを制御する切替部と、
を備え、
前記切替部による運転モードの切り替えの前における前記同期電流、及び、前記切替部による運転モードの切り替えの後における前記指令振幅の少なくとも1つを調節することによって、前記切替部による運転モードの切り替えの前又は後において、前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差を連続的又は段階的に減少させるモータ制御装置を提供する。
The seventh aspect of the present disclosure is:
A magnetic flux estimator for estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Regardless of the phase of the motor magnetic flux, while referring to the phase of the motor magnetic flux estimated by the magnetic flux estimator from the start synchronous operation for supplying the synchronous current necessary for starting the synchronous motor to the synchronous motor A position sensorless operation that is executed, and a switching unit that controls switching to a position sensorless operation that sets a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude; ,
With
By adjusting at least one of the synchronous current before switching of the operation mode by the switching unit and the command amplitude after switching of the operation mode by the switching unit, switching of the operation mode by the switching unit is performed. Provided is a motor control device that reduces the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the target amplitude continuously or stepwise before or after.
第6態様及び第7態様によれば、第1態様により得られる効果と同様の効果が得られる。 According to the sixth aspect and the seventh aspect, the same effect as that obtained by the first aspect can be obtained.
モータ制御装置に関する技術は、モータ制御方法に適用できる。モータ制御方法に関する技術は、モータ制御装置に適用することができる。 The technology related to the motor control device can be applied to a motor control method. The technology related to the motor control method can be applied to a motor control device.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1に示すように、モータ制御装置100は、第1電流センサ105a、第2電流センサ105b、同期制御部131、位置センサレス制御部132、切替部133及びデューティ生成部103を備えている。モータ制御装置100は、PWMインバータ104及び同期モータ102に接続される。
(First embodiment)
As illustrated in FIG. 1, the
同期制御部131は、同期モータ102の起動同期運転を実行するように構成されている。位置センサレス制御部132は、同期モータ102の位置センサレス運転を実行するように構成されている。起動同期運転は、同期モータ102に印加されるモータ磁束の回転速度(同期速度)に同期モータ102のロータの回転速度(回転数)を確実に一致させるための運転である。本実施形態では、位置センサレス運転が実行されている期間においても、同期モータ102のロータの回転速度が同期速度に一致する。位置センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。ただし、本実施形態では、起動同期運転が実行されている期間においても、位置センサは用いられない。本明細書では、説明の便宜上、推定されたモータ磁束の位相を用いることなくモータ磁束を制御する運転を起動同期運転と称する。推定されたモータ磁束の位相を用いてモータ磁束を制御する運転を位置センサレス運転と称する。モータ磁束は、同期モータ102に印加されている3相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ(絶対値)を指す場合がある。
The
モータ制御装置100の一部又は全部の要素は、DSP(Digital Signal Processor)又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。DSP又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、A/D変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、モータ制御装置100の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。
Some or all of the elements of the
(モータ制御装置100による制御の概要)
モータ制御装置100は、指令回転数ωref *及び相電流iu,iwから、デューティDu,Dv,Dwを生成する。PWMインバータ104によって、デューティDu,Dv,Dwから、同期モータ102に印加するべき電圧ベクトルvu,vv,vwが生成される。指令回転数ωref *は、上位制御装置からモータ制御装置100に与えられる。指令回転数ωref *は、同期モータ102の回転数が追従するべき回転数を表す。
(Outline of control by the motor control device 100)
The
図1を参照しながら、モータ制御装置100の動作の概要を説明する。電流センサ105a,105bによって、相電流iu,iwが検出される。起動同期運転を実行しているときは、同期制御部131によって、指令回転数ωref *及び相電流iu,iwから、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *が生成される。指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *の各成分は、それぞれ3相交流座標上のU相電圧、V相電圧及びW相電圧に対応する。位置センサレス運転を実行しているときは、位置センサレス制御部132によって、指令回転数ωref *及び相電流iu,iwから、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *が生成される。指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *の各成分は、それぞれ3相交流座標上のU相電圧、V相電圧及びW相電圧に対応する。起動同期運転を実行しているときは、切替部133によって、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *が、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *として選択され、出力される。位置センサレス運転を実行しているときは、切替部133によって、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *が、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *として選択され、出力される。デューティ生成部103によって、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *から、デューティDu,Dv,Dwが生成される。デューティDu,Dv,Dwは、PWMインバータ104に入力される。このような制御により、同期モータ102は、回転数が指令回転数ωref *に追従するように制御される。
An outline of the operation of the
以下では、d−q座標(第1の2相座標)に基づいてモータ制御装置100を説明することがある。また、α−β座標(第2の2相座標)に基づいてモータ制御装置100を説明することもある。図2に、d−q座標及びα−β座標を示す。α−β座標は、固定座標である。α−β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、U軸(図2では省略)と同一方向に延びる軸として設定される。d−q座標は、回転座標である。θは、U軸からみたd軸の進み角である。θは、ロータ位置とも称される。
Hereinafter, the
(同期制御部131による制御の概要)
同期制御部131は、モータ磁束の位相によらず、同期モータ102を起動させるのに必要な同期電流を同期モータ102に供給する起動同期運転を実行する。
(Outline of control by the synchronization control unit 131)
The
図3に示すように、同期制御部131は、同期電流指令部124、電圧指令演算部(第1の電圧指令演算部)125、d,q/u,v,w変換部(第1の2相3相座標変換部)126、u,w/d,q変換部(第1の3相2相座標変換部)127及び積分器128を備えている。
As shown in FIG. 3, the
同期制御部131では、積分器128によって、指令回転数ωref *からロータ位置θが特定される。ロータ位置θは、同期モータ102のロータの位置を表す。ロータ位置θは、モータ磁束の位相に対応する。u,w/d,q変換部127によって、相電流iu,iwが軸電流id,iq(第1の軸電流)に変換される。この変換では、ロータ位置θが用いられる。軸電流id,iqは、同期モータ102のd−q座標上におけるd軸電流id及びq軸電流iqをまとめて記載したものである。同期電流指令部124によって、指令軸電流id *,iq *が生成される。指令軸電流id *,iq *は、軸電流id,iqが追従するべき軸電流である。指令軸電流id *,iq *は、同期モータ102のd−q座標上におけるd軸指令軸電流id *及びq軸指令軸電流iq *をまとめて記載したものである。電圧指令演算部125によって、指令軸電流id *,iq *及び軸電流id,iqから、指令軸電圧vd *,vq *(第1の軸電圧)を生成する。指令軸電圧vd *,vq *は、同期モータ102のd−q座標上におけるd軸指令電圧vd *及びq軸指令電圧vq *をまとめて記載したものである。d,q/u,v,w変換部126によって、指令軸電圧vd *,vq *が指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *に変換される。この変換では、ロータ位置θが用いられる。起動同期運転においては、このような制御により、回転数が指令回転数ωref *に追従し、軸電流id,iqが指令軸電流id *,iq *に追従する。
In the
(位置センサレス制御部132による制御の概要)
位置センサレス制御部132は、モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように指令振幅を設定する位置センサレス運転を実行する。位置センサレス運転は、磁束演算部(磁束推定部)で推定されたモータ磁束の位相を参照しながら実行される。目標振幅は、モータ磁束の振幅が最終的に到達するべき振幅である。指令振幅は、モータ磁束の振幅が追従するべき振幅である。
(Outline of control by position sensorless control unit 132)
The position
図4に示すように、位置センサレス制御部132は、u,w/α,β変換部(第2の3相2相座標変換部)106、電圧指令演算部(第2の電圧指令演算部)107、磁束演算部(磁束推定部)108、トルク演算部109、速度・位置演算部110、トルク指令演算部121、トルク偏差演算部111、振幅指令生成部122、振幅指令修正部123、磁束指令演算部112、α軸磁束偏差演算部113a、β軸磁束偏差演算部113b及びα,β/u,v,w変換部(第2の2相3相座標変換部)114を備えている。
As shown in FIG. 4, the position
位置センサレス制御部132では、u,w/α,β変換部106によって、相電流iu,iwが、軸電流iα,iβ(第2の軸電流)に変換される。軸電流iα,iβは、同期モータ102のα−β座標上におけるα軸電流iα及びβ軸電流iβをまとめて記載したものである。磁束演算部108によって、モータ磁束が推定される(推定磁束Ψsが求められる)。推定磁束Ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψα,Ψβと記載する。速度・位置演算部110によって、推定磁束Ψsから、同期モータ102の回転数及びモータ磁束の位相が推定される(推定回転数ωr及び推定磁束Ψsの位相θsが求められる)。トルク演算部109によって、推定磁束Ψs及び軸電流iα,iβから、モータトルクが推定される(推定トルクTeが求められる)。トルク指令演算部121によって、推定回転数ωr及び指令回転数ωref *から、指令トルクTe *が生成される。指令トルクTe *は、モータトルクが追従するべきトルクを表す。振幅指令生成部122によって、指令トルクTe *から指令振幅|Ψs *|が生成される。振幅指令修正部123によって、指令振幅|Ψs *|が指令振幅|Ψs **|に修正される。トルク偏差演算部111によって、推定トルクTeと指令トルクTe *との偏差(トルク偏差)ΔTが求められる。磁束指令演算部112によって、指令振幅|Ψs **|、トルク偏差ΔT及び位相θsから、指令磁束ベクトルΨs *が求められる。指令磁束ベクトルΨs *のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令振幅Ψα *、β軸指令振幅Ψβ *と記載する。α軸磁束偏差演算部113aによって、α軸指令振幅Ψα *と推定磁束Ψαとの偏差(磁束偏差)ΔΨαが求められる。β軸磁束偏差演算部113bによって、β軸指令振幅Ψβ *と推定磁束Ψβとの偏差(磁束偏差)ΔΨβが求められる。電圧指令演算部107によって、磁束偏差ΔΨα,ΔΨβ及び軸電流iα,iβから、指令軸電圧vα *,vβ *(第2の軸電圧)が求められる。指令軸電圧vα *,vβ *は、同期モータ102のα−β座標上におけるα軸指令電圧vα *及びβ軸指令電圧vβ *をまとめて記載したものである。α,β/u,v,w変換部114によって、指令軸電圧vα *,vβ *が、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *に変換される。
In the position
位置センサレス運転においては、このような制御により、回転数が指令回転数ωref *に追従し、モータトルクが指令トルクTe *に追従し、モータ磁束の振幅が指令振幅|Ψs **|に追従し、モータ磁束が指令磁束ベクトルΨs *に追従する。また、モータ磁束の振幅が、最終的に指令振幅|Ψs *|へと収束する。上述のように、「位置センサレス制御部132は、モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように、指令振幅を設定する位置センサレス運転を実行する」と表現する場合、「目標振幅」は、指令振幅|Ψs *|に対応する。これを考慮して、以下では、指令振幅|Ψs *|を目標振幅|Ψs *|と称することがある。また、このように表現する場合、「指令振幅」は、指令振幅|Ψs **|に対応する。
In the position sensorless operation, by such control, the rotation speed follows the command rotation speed ω ref * , the motor torque follows the command torque T e * , and the motor magnetic flux amplitude changes to the command amplitude | Ψ s ** | The motor magnetic flux follows the command magnetic flux vector Ψ s * . Further, the amplitude of the motor magnetic flux finally converges to the command amplitude | Ψ s * |. As described above, when the expression “the position
位置センサレス運転を実行しているときは、図4に示すように、磁束演算部108を用いて、軸電流iα,iβ及び指令軸電圧vα *,vβ *から、推定磁束Ψsを求める。また、起動同期運転を実行しているときは、軸電流iα,iβ及び指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *に基づいて、磁束演算部108を用いて、推定磁束Ψsを求める。具体的には、図5に示すように、u,v,w/α,β変換部(第3の2相3相座標変換部)150を用いて、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *を、参照用軸電圧vα’,vβ’に変換する。その後、磁束演算部108によって、軸電流iα,iβ及び参照用軸電圧vα’,vβ’から、推定磁束Ψsを求める。
When the position sensorless operation is being executed, as shown in FIG. 4, the estimated magnetic flux Ψ s is calculated from the axial currents i α and i β and the command axial voltages v α * and v β * using the magnetic
「同期電流を同期モータ102に供給する起動同期運転」は、起動同期運転において指令軸電流を用いることが必須であることを趣旨とする表現ではない。指令軸電流を用いずに起動同期運転を実行することもできる。例えば、指令軸電圧を用いればよい。この場合の起動同期運転の詳細は、当業者にとって自明であるため、説明を省略する。要するに、本実施形態の起動同期運転では、指令トルクTe *ではない指令が用いられる。そして、位置センサレス運転へと切り替わると、指令トルクTe *を用いた制御が開始される。
“Start-up synchronous operation for supplying synchronous current to the
本明細書では、軸電流id,iqは、実際に同期モータ102を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。指令軸電流id *,iq *、指令軸電圧vd *,vq *、指令回転数ωref *、ロータ位置θ及び指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *も情報として伝達される値を意味する。軸電流iα,iβ、指令軸電圧vα *,vβ *、推定磁束Ψs、位相θs、推定トルクTe、指令トルクTe *、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)、指令振幅|Ψs **|、指令磁束ベクトルΨs *、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *等も同様である。
In this specification, the shaft currents i d and iq mean current values transmitted as information, not currents actually flowing through the
図3に示す同期制御部131の構成要素について、以下で説明する。
The components of the
(積分器128)
積分器128は、指令回転数ωref *を取得し、指令回転数ωref *を積算(積分)する。このようにして、積分器128は、ロータ位置θを求める。具体的に、積分器128は、式(1)によりロータ位置θを計算する。sは、ラプラス演算子である。積分器128は、公知の積分器である。
The
(u,w/d,q変換部127)
u,w/d,q変換部127は、ロータ位置θを取得し、ロータ位置θを用いて相電流iu,iwを軸電流id,iqに変換する。具体的に、u,w/d,q変換部127は、式(2)及び(3)により相電流iu,iwを軸電流id,iqに変換して、軸電流id,iqを出力する。
(U, w / d, q converter 127)
The u, w / d,
(同期電流指令部124)
同期電流指令部124は、指令軸電流id *,iq *を生成し、指令軸電流id *,iq *を出力する。指令軸電流id *,iq *は、同期モータ102に供給するべき同期電流に対応する。本実施形態では、指令軸電流id *,iq *は、予め定められた電流である。また、指令軸電流id *,iq *は、大きさが一定の電流である。本実施形態では、d軸指令軸電流id *はゼロである。具体的に、同期電流指令部124は、式(4)により指令軸電流id *,iq *を生成し、指令軸電流id *,iq *を出力する。
(Synchronous current command section 124)
Synchronous
(電圧指令演算部125)
電圧指令演算部125は、軸電流id,iq及び指令軸電流id *,iq *から、指令軸電圧vd *,vq *を生成する。指令軸電圧vd *,vq *は、軸電流id,iqが指令軸電流id *,iq *に追従するように特定される。具体的に、電圧指令演算部125は、式(5)及び(6)により指令軸電圧vd *,vq *を生成し、出力する。式(5)及び(6)におけるKcdP及びKcqPは比例ゲインである。KcdI及びKcqIは積分ゲインである。電圧指令演算部125は、公知のPI補償器である。
(Voltage command calculation unit 125)
The voltage
(d,q/u,v,w変換部126)
d,q/u,v,w変換部126は、ロータ位置θを用いて、指令軸電圧vd *,vq *を指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *に変換する。具体的に、d,q/u,v,w変換部126は、式(7)により指令軸電圧vd *,vq *を指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *に変換して、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *を出力する。
(D, q / u, v, w converter 126)
d, q / u, v,
なお、積分器128によって指令回転数ωref *を積算する以外の方法でロータ位置θが得られるように、同期制御部131を構成することもできる。ロータ位置θは、外部から与えられる値であってもよい。例えば、上位制御装置から、ロータ位置θを同期制御部131に与えることができる。
Note that the
図4に示す位置センサレス制御部132の構成要素について、以下で説明する。
The components of the position
(u,w/α,β変換部106)
u,w/α,β変換部106は、相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換する。具体的に、u,w/α,β変換部106は、式(8)、(9)により、相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換して、軸電流iα,iβを出力する。
(U, w / α, β converter 106)
The u, w / α,
(磁束演算部108)
磁束演算部108は、位置センサレス運転を実行しているときは、軸電流iα,iβ及び指令軸電圧vα *,vβ *から、推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)を求める。具体的に、磁束演算部108は、式(10)、(11)及び(12)を用いて、推定磁束Ψα,Ψβ、及び推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|を求める。式(10)及び(11)におけるΨα|t=0、Ψβ|t=0は、それぞれ推定磁束Ψα,Ψβの初期値である。式(10)及び(11)におけるRは、同期モータ102の巻線抵抗である。磁束演算部108がDSP、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式(10)及び(11)における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。この場合には、1制御周期前における推定磁束Ψα,Ψβに、現在の制御周期に由来する値を加減算すればよい。
(Magnetic flux calculator 108)
When performing the position sensorless operation, the magnetic
磁束演算部108は、起動同期運転を実行しているときにも用いられる。この場合、磁束演算部108は、u,v,w/α,β変換部150(図5)と協働して、軸電流iα,iβ及び指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *に基づいて、推定磁束Ψα,Ψβを求める。具体的には、u,v,w/α,β変換部150は、式(13)及び(14)を用いて、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *を参照用軸電圧vα’,vβ’に変換する。磁束演算部108は、軸電流iα,iβ及び参照用軸電圧vα’,vβ’から、推定磁束Ψα,Ψβを求める。推定磁束Ψα,Ψβを求める際には、式(10)及び(11)の指令軸電圧vα *,vβ *が参照用軸電圧vα’,vβ’に置き換えられた式が用いられる。軸電流iα,iβは、位置センサレス運転を実行しているときと同様、電流センサ105a,105b及びu,w/α,β変換部106から特定される。
The magnetic
(トルク演算部109)
トルク演算部109は、軸電流iα,iβ及び推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)から推定トルクTeを求める。具体的に、トルク演算部109は、式(15)を用いて、推定トルクTeを求める。式(15)におけるPnは、同期モータ102の極対数である。
(Torque calculation unit 109)
(速度・位置演算部110)
速度・位置演算部110は、推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)から推定磁束Ψsの位相θsを求める。具体的に、速度・位置演算部110は、式(16)により、推定磁束Ψsの位相θsを求める。また、速度・位置演算部110は、現在の制御周期において求めた位相θs(n)と、前回の制御周期において求めた位相θs(n−1)とを用いて、式(17)により、推定回転数ωrを求める。速度・位置演算部110は、公知の位相推定器である。ここで、Tsは本制御における制御周期(サンプリング周期)を意味する。nは、タイムステップである。
(Speed / position calculation unit 110)
The speed /
(トルク指令演算部121)
トルク指令演算部121は、指令回転数ωref *及び推定回転数ωrから、指令トルクTe *を求める。具体的に、トルク指令演算部121は、式(18)により、指令トルクTe *を求める。式(18)におけるKsPは比例ゲインである。KsIは積分ゲインである。トルク指令演算部121は、公知のPI補償器である。
(Torque command calculation unit 121)
Torque
(振幅指令生成部122)
振幅指令生成部122は、指令トルクTe *から、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)を求める。振幅指令生成部122は、ルックアップテーブル、計算式(近似式)が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、指令トルクTe *と目標振幅|Ψs *|との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備すればよい。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。目標振幅|Ψs *|の具体的な特定方法は、公知の文献(武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、2001年10月25日発行、等)を参照することにより理解され得る。本実施形態では、最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク/電流制御(MTPA)を満たすトルクと磁束との関係を利用する。
(Amplitude command generator 122)
(振幅指令修正部123)
振幅指令修正部123は、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)を、指令振幅|Ψs **|に修正する。振幅指令修正部123は、遅延フィルタである。本実施形態では、振幅指令修正部123は、積分器として機能する1次のローパスフィルタである。振幅指令修正部123は、式(19)により、指令振幅|Ψs **|を求める。式(19)におけるgは、カットオフ周波数である。
(Amplitude command correction unit 123)
The amplitude
(トルク偏差演算部111)
トルク偏差演算部111は、指令トルクTe *と推定トルクTeとの偏差(トルク偏差ΔT:Te *−Te)を求める。トルク偏差演算部111としては、公知の演算子を用いればよい。
(Torque deviation calculator 111)
Torque
(磁束指令演算部112)
磁束指令演算部112は、指令振幅|Ψs **|、トルク偏差ΔT及び位相θsから、指令磁束ベクトルΨs *(指令振幅Ψα *,Ψβ *)を求める。具体的には、式(20)により、モータ磁束の回転量Δθsを求める。式(21)を用いて、指令磁束ベクトルΨs *の位相θs *を求める。式(22)及び(23)を用いて、指令振幅Ψα *,Ψβ *を求める。式(20)におけるKθPは比例ゲインである。KθIは積分ゲインである。磁束指令演算部112は、トルク偏差ΔTをゼロに近づける。この点で、磁束指令演算部112は、トルクの補償機構を構成するともいえる。磁束指令演算部112がDSP、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式(20)における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。
(Magnetic flux command calculation unit 112)
The magnetic flux
(α軸磁束偏差演算部113a、β軸磁束偏差演算部113b)
α軸磁束偏差演算部113aは、指令振幅Ψα *と推定磁束Ψαを取得し、これらの偏差(磁束偏差ΔΨα:Ψα *−Ψα)を求める。β軸磁束偏差演算部113bは、指令振幅Ψβ *と推定磁束Ψβを取得し、これらの偏差(磁束偏差ΔΨβ:Ψβ *−Ψβ)を求める。磁束偏差演算部113a,113bとしては、公知の演算子を用いればよい。
(Α-axis magnetic
The α-axis magnetic flux
(電圧指令演算部107)
電圧指令演算部107は、磁束偏差ΔΨα,ΔΨβ及び軸電流iα,iβから、指令軸電圧vα *,vβ *を求める。具体的に、電圧指令演算部107は、式(24)を用いて、α軸指令電圧vα *を求める。また、電圧指令演算部107は、式(25)を用いて、β軸指令電圧vβ *を求める。
(Voltage command calculation unit 107)
The voltage
(α,β/u,v,w変換部114)
α,β/u,v,w変換部114は、指令軸電圧vα *,vβ *を、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *に変換する。具体的に、α,β/u,v,w変換部114は、式(26)により、指令軸電圧vα *,vβ *を指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *に変換して、指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *を出力する。
(Α, β / u, v, w converter 114)
α, β / u, v,
図1に戻って、モータ制御装置100の残りの構成要素及びモータ制御装置100に接続される構成要素について、以下で説明する。
Returning to FIG. 1, the remaining components of the
(第1電流センサ105a、第2電流センサ105b)
第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第1電流センサ105aは、u相を流れる相電流iuを測定するように設けられている。第2電流センサ105bは、w相を流れる相電流iwを測定するように設けられている。ただし、第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bは、u相及びw相の2相以外の組み合わせの2相の電流を測定するように設けられていてもよい。
(First
A known current sensor can be used as the first
(切替部133)
切替部133は、指令電圧ベクトルv1u *,v1v *,v1w *及び指令電圧ベクトルv2u *,v2v *,v2w *の一方を選択し、選択した一方を指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *として出力する。つまり、切替部133は、起動同期運転から位置センサレス運転への切り替えを制御する。切替部133は、例えばアナログスイッチ、マルチプレクサ等である。図6に、切替部133の構成図を示す。
(Switching unit 133)
(デューティ生成部103)
デューティ生成部103は、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *から、デューティDu,Dv,Dwを生成する。本実施形態では、デューティ生成部103は、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *の各成分を、各相のデューティDu,Dv,Dwに変換する。デューティDu,Dv,Dwの生成方法としては、一般的な電圧形PWMインバータに用いられる方法を用いればよい。例えば、デューティDu,Dv,Dwは、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *を、直流電源118(図7)の電圧値Vdcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティDuは、2×vu */Vdcである。デューティDvは、2×vv */Vdcである。デューティDwは、2×vw */Vdcである。デューティ生成部103は、デューティDu,Dv,Dwを出力する。
(Duty generator 103)
(PWMインバータ104)
図7に示すように、PWMインバータ104は、スイッチング素子119a,119b,119c,119d,119e,119f及び還流ダイオード120a,120b,120c,120d,120e,120fが対になった変換回路、ベースドライバ116、平滑コンデンサ117及び直流電源118を含む。直流電源118は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。なお、本明細書では、変換回路及び平滑コンデンサ117を併せた構成をインバータと記載する。
(PWM inverter 104)
As shown in FIG. 7, the
PWMインバータ104は、PWM制御によって同期モータ102に電圧ベクトルを印加する。具体的には、同期モータ102への給電は、スイッチング素子119a〜119fを介して、直流電源118から行われる。より具体的には、まず、デューティDu,Dv,Dwがベースドライバ116に入力される。次に、デューティDu,Dv,Dwがスイッチング素子119a〜119fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子119a〜119fが動作する。
The
本実施形態では、PWMインバータ104は、スイッチング素子119a〜119fを用いた3相スイッチング回路である。スイッチング素子119a〜119fとしては、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が挙げられる。
In the present embodiment, the
(同期モータ102)
同期モータ102は、モータ制御装置100の制御対象である。同期モータ102には、PWMインバータ104によって、電圧ベクトルが印加される。「同期モータ102に電圧ベクトルが印加される」とは、同期モータ102における3相交流座標上の3相(U相、V相、W相)の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、3相(U相、V相、W相)の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との2種類から選択されるいずれかとなるように、同期モータ102が制御される。
(Synchronous motor 102)
The
同期モータ102は、例えば、永久磁石同期モータである。永久磁石同期モータとしては、IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)及びSPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)が挙げられる。IPMSMは、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが相違する突極性(一般には、Lq>Ldの逆突極性)を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、IPMSMの駆動効率は極めて高い。同期モータ102としては、シンクロナスリラクタンスモータを用いることもできる。
The
(モータ制御装置100による同期モータ102の起動方法及びその効果)
モータ制御装置100による同期モータ102の起動方法及びその効果を、図8を参照しながら説明する。図8において、第1期間は、同期モータ102の起動時点を含む期間である。第2期間は、第1期間に続く期間である。第1期間において、起動同期運転を実行する。第2期間において、位置センサレス運転を実行する。以下の説明では、起動同期運転から位置センサレス運転に切り替わる時点を運転モードの切り替え時と称する。図8では、運転モードの切り替え時は、第1期間から第2期間に切り替わる時点に相当する。
(Starting method of
A method of starting the
第1期間において、モータ磁束を推定しながら、起動同期運転を実行する。ただし、起動同期運転では、推定されたモータ磁束の位相は参照されない。起動同期運転では、指令回転数ωref *を徐々に増加させる。これに伴い、同期モータ102の回転数は、徐々に増加し、位置センサレス運転を実行できる回転数に到達する。同期モータ102のモータ磁束の振幅も、徐々に増加し、最高振幅Ψ1に到達する。最高振幅Ψ1は、起動同期運転が実行される期間におけるモータ磁束の最大の振幅である。
In the first period, the start-up synchronous operation is executed while estimating the motor magnetic flux. However, in the start synchronous operation, the estimated phase of the motor magnetic flux is not referred to. In the start synchronous operation, the command rotational speed ω ref * is gradually increased. Accordingly, the rotational speed of the
同期モータ102の回転数が位置センサレス運転を実行できる回転数に到達した後に、起動同期運転から位置センサレス運転に切り替わる。つまり、第2期間が始まる。第2期間は、例えば、同期モータ102の回転数が閾値回転数となったときに開始すればよい。閾値回転数は、磁束演算部108が位置センサレス運転に支障をきたさない程度に高い精度でモータ磁束を推定できる回転数に設定すればよい。閾値回転数は、例えば、定格回転数の数分の1から数十分の1程度とすればよい。
After the rotational speed of the
位置センサレス運転は、第1期間において推定されたモータ磁束を用いて開始される。具体的に、第2期間の開始時点において、指令振幅|Ψs **|を第1期間の終了時点における推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|(本実施形態では、振幅Ψ1)に設定する。つまり、振幅指令修正部123において、指令振幅|Ψs **|の初期値|Ψs **(t=0)|が、式(27)のように設定される。
The position sensorless operation is started using the motor magnetic flux estimated in the first period. Specifically, at the start time of the second period, the command amplitude | Ψ s ** | is set to the absolute value | Ψ s | of the estimated magnetic flux Ψ s at the end time of the first period (in this embodiment, the amplitude Ψ1). To do. That is, the amplitude
位置センサレス運転においても、モータ磁束を推定する。位置センサレス運転では、モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように、モータ振幅が追従するべき指令振幅を定める。位置センサレス運転では、推定されたモータ磁束の位相が参照される。 The motor magnetic flux is estimated also in the position sensorless operation. In the position sensorless operation, the command amplitude that the motor amplitude should follow is determined so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to the target amplitude. In the position sensorless operation, the estimated phase of the motor magnetic flux is referred to.
本実施形態では、振幅指令生成部122は、振幅Ψ2を、目標振幅|Ψs *|として出力し続ける。振幅Ψ2は、MTPA制御に由来するため、相対的に小さい。振幅指令修正部123には、振幅Ψ2が入力され続ける。運転モードの切り替え時において、振幅指令修正部123における指令振幅|Ψs **|の初期値は、振幅Ψ1に設定される。振幅Ψ1は、起動同期運転に由来するため、相対的に大きい。つまり、第2期間の開始時点において、振幅指令修正部123に相対的に小さい振幅Ψ2が入力され、振幅指令修正部123から相対的に大きい振幅Ψ1が指令振幅|Ψs **|として出力される。第2期間の開始時点以降において、振幅指令修正部123の出力は、入力振幅Ψ2に近づく。ただし、振幅指令修正部123はローパスフィルタ(積分器)であるため、指令振幅|Ψs **|は、振幅Ψ1から振幅Ψ2へと徐々に減少する(図8)。図8から理解されるように、この例では、運転モードの切り替え時からモータ磁束の振幅が振幅Ψ2へと収束するまでの期間において、モータ磁束の振幅が時間微分可能な態様で変化する。
In the present embodiment, the
振幅指令修正部123に基づく効果を、図9A〜10Bを用いて説明する。図10A及び10Bは、モータ制御装置100を用いた場合のシミュレーション結果を表す。図9A及び9Bは、モータ制御装置100から振幅指令修正部123を取り除いた場合(従来例)のシミュレーション結果を表す。図9A〜10Bの上から1段目は、軸電流iα,iβの時間変化を表す。2段目は、軸電圧vα,vβの時間変化を表す。3段目は、目標振幅|Ψs *|及び推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|の時間変化を表す。4段目は、推定磁束Ψsの位相θsの時間変化を表す。このシミュレーションでは、0.48s付近で、起動同期運転を位置センサレス運転に切り替えている。
The effect based on the amplitude
図9A及び9Bから、振幅指令修正部123を用いない場合には、10V以上のサージ電圧が発生していることが分かる。これに対し、図10A及び図10Bから、振幅指令修正部123を用いた場合には、電圧変動が2V程度に抑制されていることが分かる。図9A〜10Bの1段目から、振幅指令修正部123を用いた場合には、起動同期運転から位置センサレス運転への運転モードの切り替えに伴う電流変動も抑制されていることが把握され、トルク脈動が抑制され得ることが理解される。
9A and 9B, it can be seen that a surge voltage of 10 V or more is generated when the amplitude
本実施形態では、運転モードの切り替え時においてモータ磁束の振幅と目標振幅との差よりもモータ磁束の振幅と指令振幅との差が小さくなるように指令振幅を設定し、その後、指令振幅を目標振幅に連続的に接近させる。これにより、切替部による運転モードの切り替えに伴うサージ電圧が抑制される。具体的に、運転モードの切り替え時において、指令振幅|Ψs **|を運転モードの切り替え時における推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|に設定している。つまり、運転モードの切り替え時において、指令振幅|Ψs **|も推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|もΨ1=3.8Wbとなり、これらの差は実質的にゼロとなる。このため、従来のモータ制御装置とは異なり、指令振幅と起動同期運転で推定されたモータ磁束の振幅との差(仮の振幅偏差)が大きいことに伴う電圧サージは発生し難い。また、図10A及び図10Bから分かるように、振幅指令修正部123がローパスフィルタであることにより、第2期間においてモータ磁束が収束するまでに長い時間をかけることができる。このことも、電圧サージの発生を抑制する。振幅指令修正部123を省略した場合(図9A及び9B)に比べて振幅指令修正部123を用いた場合(図10A及び10B)に電圧サージが大幅に抑制されているのは、これらの作用によるものであると考えられる。なお、運転モードの切り替え時においてモータ磁束の振幅と目標振幅との差よりもモータ磁束の振幅と指令振幅との差が小さくなるように指令振幅を設定し、その後、指令振幅を目標振幅に段階的に接近させてもよい。
In the present embodiment, the command amplitude is set so that the difference between the motor magnetic flux amplitude and the command amplitude is smaller than the difference between the motor magnetic flux amplitude and the target amplitude when the operation mode is switched, and then the command amplitude is set to the target amplitude. Continuously approach the amplitude. Thereby, the surge voltage accompanying the switching of the operation mode by the switching unit is suppressed. Specifically, when the operation mode is switched, the command amplitude | Ψ s ** | is set to the absolute value | Ψ s | of the estimated magnetic flux Ψ s when the operation mode is switched. That is, at the time of switching the operation mode, the command amplitude | Ψ s ** | and the absolute value | Ψ s | of the estimated magnetic flux Ψ s are both Ψ1 = 3.8 Wb, and the difference between them is substantially zero. For this reason, unlike a conventional motor control device, a voltage surge due to a large difference (temporary amplitude deviation) between the command amplitude and the amplitude of the motor magnetic flux estimated by the start-up synchronous operation is unlikely to occur. Further, as can be seen from FIGS. 10A and 10B, since the amplitude
ローパスフィルタに代えて、重み関数に基づくフィルタ等の別の遅延フィルタを用いてもよい。重み関数に基づくフィルタも、時間が経過するに従って、指令振幅|Ψs **|の時間変化率が線形的に減少するように構成されうる。また、運転モードの切り替え時において、指令振幅|Ψs **|を、運転モードの切り替え時における推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|まで上げきらなくてもよい。要するに、振幅指令修正部123は、運転モードの切り替え時においてモータ磁束の振幅と目標振幅との差よりもモータ磁束の振幅と指令振幅との差が小さくなるように指令振幅を設定し、その後、指令振幅を目標振幅に漸次接近させる遅延フィルタでありうる。
Instead of the low-pass filter, another delay filter such as a filter based on a weight function may be used. The filter based on the weight function can also be configured such that the time change rate of the command amplitude | Ψ s ** | decreases linearly with time. Further, at the time of switching the operation mode, the command amplitude | Ψ s ** | does not have to be increased to the absolute value | Ψ s | of the estimated magnetic flux Ψ s at the time of switching the operation mode. In short, the amplitude
(第2の実施形態)
以下、本発明における第2の実施形態のモータ制御装置について説明する。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described. Note that in the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図11に示すモータ制御装置200は、同期制御部131及び位置センサレス制御部132の代わりに、同期制御部231及び位置センサレス制御部232を有している。
A
(位置センサレス制御部232)
位置センサレス制御部232は、図12に示すように、振幅指令修正部123を有さない。このため、磁束指令演算部112は、指令振幅|Ψs **|の代わりに、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)を用いる。位置センサレス制御部232は、位置センサレス運転の開始直後から、モータ磁束の振幅を目標振幅|Ψs *|に追従させるよう動作する。「位置センサレス制御部232は、モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように、指令振幅を設定する位置センサレス運転を実行する」と表現した場合、「指令振幅」は「目標振幅」と同じであり、これらの両方が指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)に対応することになる。位置センサレス制御部232は、起動同期運転が実行されている期間においても、指令振幅|Ψs *|を求める。
(Position sensorless control unit 232)
The position
(同期制御部231)
同期制御部231は、図13に示すように、同期電流指令部124の代わりに、同期電流指令部224を有している。同期電流指令部224は、指令軸電流id *,iq *を出力する。指令軸電流id *,iq *は、第1の実施形態とは異なる方法で生成される(図14参照)。
(Synchronization control unit 231)
As shown in FIG. 13, the
起動同期運転から位置センサレス運転への切り替え方を、図14を参照しながら説明する。 A method of switching from the start synchronous operation to the position sensorless operation will be described with reference to FIG.
ステップS101は、指令軸電流id *,iq *を初期値に設定するステップである。本実施形態では、ステップS101において、d軸指令軸電流id *をゼロに、q軸指令軸電流iq *をIq_doukiに、それぞれ設定する。 Step S101 is a step of setting the command axis currents i d * and i q * to initial values. In the present embodiment, in step S101, the d-axis command axis current i d * is set to zero, and the q-axis command axis current i q * is set to I q_douki .
ステップS102は、指令回転数ωref *を取得するステップである。 Step S102 is a step of acquiring the command rotational speed ω ref * .
ステップS103は、指令回転数ωref *が閾値回転数以上であるか否かを判断するステップである。ステップS103において、指令回転数ωref *が閾値回転数以上であると判断されると、ステップS104に進む。ステップS103において、指令回転数ωref *が閾値回転数未満であると判断されると、ステップS102に戻る。起動同期運転の初期では、指令回転数ωref *がゼロから徐々に増加する。ステップS102及びステップS103は、指令回転数ωref *が閾値回転数に到達するまで繰り返される。閾値回転数は、磁束演算部108が位置センサレス運転に支障をきたさない程度に高い精度でモータ磁束を推定できる回転数に設定される。閾値回転数は、例えば、定格回転数の数分の1から数十分の1程度とすればよい。
Step S103 is a step of determining whether or not the command rotational speed ω ref * is greater than or equal to the threshold rotational speed. If it is determined in step S103 that the command rotational speed ω ref * is greater than or equal to the threshold rotational speed, the process proceeds to step S104. If it is determined in step S103 that the command rotational speed ω ref * is less than the threshold rotational speed, the process returns to step S102. In the initial stage of the start-up synchronous operation, the command rotational speed ω ref * gradually increases from zero. Steps S102 and S103 are repeated until the command rotational speed ω ref * reaches the threshold rotational speed. The threshold rotational speed is set to a rotational speed at which the magnetic
ステップS104は、指令振幅|Ψs *|を取得するステップである。 Step S104 is a step of obtaining the command amplitude | Ψ s * |.
ステップS105は、推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|を取得するステップである。 Step S105 is a step of obtaining the absolute value | ψ s | of the estimated magnetic flux ψ s .
ステップS106は、指令振幅|Ψs *|と絶対値|Ψs|との差(振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|)が許容値よりも小さいか否かを判断するステップである。ステップS106において、振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値よりも小さいと判断されると、起動同期運転から位置センサレス運転へと切り替わる。ステップS106において、振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値以上であると判断されると、指令軸電流iq *を減少させ(ステップS107)、ステップS104に戻る。振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値未満となるまでは、ステップS104〜S107が繰り返され、指令軸電流iq *及び絶対値|Ψs|が徐々に減少する。 Step S106 is a step of determining whether or not the difference between the command amplitude | Ψ s * | and the absolute value | Ψ s | (amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * |) is smaller than an allowable value. . In step S106, when it is determined that the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | is smaller than the allowable value, the start-up synchronous operation is switched to the position sensorless operation. If it is determined in step S106 that the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | is equal to or greater than the allowable value, the command axis current i q * is decreased (step S107), and the process returns to step S104. Until the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | becomes less than the allowable value, Steps S104 to S107 are repeated, and the command axis current i q * and the absolute value | Ψ s | gradually decrease.
本実施形態の起動同期運転では、推定磁束Ψsのみならず、指令振幅|Ψs *|の演算も必要である。本実施形態では、図5を用いて説明したように推定磁束Ψsが求められる。トルク制御部109によって、推定磁束Ψsと軸電流iα,iβとから、推定トルクTeが求められる。振幅指令生成部122によって、指令トルクTe *ではなく推定トルクTeから指令振幅|Ψs *|が生成される。
In the start-up synchronous operation of the present embodiment, not only the estimated magnetic flux Ψ s but also the calculation of the command amplitude | Ψ s * | is necessary. In this embodiment, the estimated magnetic flux Ψ s is obtained as described with reference to FIG. The
なお、図14に示すステップS101〜S107に基づく動作は、図示している何れの要素に担当させてもよく、図示していない別途の要素により担当させてもよい。これらの動作は、例えば、切替部133に担当させることができる。
Note that the operation based on steps S101 to S107 shown in FIG. 14 may be assigned to any element shown in the figure, or may be assigned to another element not shown. These operations can be performed by the
(モータ制御装置200による同期モータ102の起動方法及びその効果)
モータ制御装置200による同期モータ102の起動方法及びその効果を、図15を参照しながら説明する。図15において、第1期間は、同期モータ102の起動時点を含む期間である。第2期間は、第1期間に続く期間である。第1期間において、起動同期運転を実行する。第2期間において、位置センサレス運転を実行する。
(Starting method of
A method of starting the
第1期間において、モータ磁束を推定しながら、起動同期運転を実行する。ただし、第1期間では、推定されたモータ磁束の位相は参照されない。起動同期運転では、指令回転数ωref *及び同期モータ102の回転数を徐々に増加させ、閾値回転数に到達させる。同期モータ102のモータ磁束の振幅(推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|)は、徐々に増加し、最高振幅Ψ1に到達する。
In the first period, the start-up synchronous operation is executed while estimating the motor magnetic flux. However, in the first period, the estimated phase of the motor magnetic flux is not referred to. In the start synchronous operation, the command rotational speed ω ref * and the rotational speed of the
指令回転数ωref *が閾値回転数に到達したときに振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値以上である場合、振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値未満となるまで、q軸指令軸電流iq *が徐々に減少する。 If the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | is equal to or greater than the allowable value when the command rotational speed ω ref * reaches the threshold rotational speed, the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | The q-axis command axis current i q * gradually decreases until it becomes less than the value.
振幅偏差|Ψs|−|Ψs *|が許容値未満となったとき、位置センサレス運転が開始される。つまり、第2期間が始まる。振幅指令生成部122は、MTPA制御を実行する。このため、振幅指令生成部122から、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)として、相対的に小さい振幅Ψ2が出力される。本実施形態では、振幅Ψ2が、そのまま磁束指令演算部112に入力される。このため、モータ磁束の振幅は、第2期間の開始直後に振幅Ψ2へと減少する。
When the amplitude deviation | Ψ s | − | Ψ s * | becomes less than the allowable value, the position sensorless operation is started. That is, the second period starts. The
図15に示す例では、モータ磁束は、時間tpかけて振幅Ψ1から振幅Ψ3へと徐々に減少する。tpは、数十msから数百ms程度である。図15から理解されるように、この例では、モータ磁束が振幅Ψ1から振幅Ψ3に減少するまでの期間において、モータ磁束は時間微分可能な態様で変化する。 In the example shown in FIG. 15, the motor flux, over time t p decreases gradually from the amplitude Ψ1 to amplitude? 3. t p is about several tens of ms to several hundreds of ms. As can be understood from FIG. 15, in this example, the motor magnetic flux changes in a time-differentiable manner during the period until the motor magnetic flux decreases from the amplitude ψ1 to the amplitude ψ3.
振幅Ψ1まで増加したモータ磁束の振幅を運転モードの切り替え時まで維持すると、第2期間の開始直後においてモータ磁束の振幅が大幅に減少することになる。これに対し、本実施形態では、振幅Ψ1まで増加したモータ磁束の振幅を、第1期間において振幅Ψ3へと減少させる。従って、第2期間の開始直後におけるモータ磁束の振幅の減少幅が減少する。 If the amplitude of the motor magnetic flux increased to the amplitude ψ1 is maintained until the switching of the operation mode, the amplitude of the motor magnetic flux is greatly reduced immediately after the start of the second period. On the other hand, in the present embodiment, the amplitude of the motor magnetic flux increased to the amplitude ψ1 is decreased to the amplitude ψ3 in the first period. Therefore, the decrease width of the amplitude of the motor magnetic flux immediately after the start of the second period is reduced.
本実施形態に基づく効果を、図16A及び16Bを用いて説明する。図16A及び16Bは、モータ制御装置200を用いた場合のシミュレーション結果を表す。図16A及び16Bの上から1段目は、軸電流iα,iβの時間変化を表す。2段目は、軸電圧vα,vβの時間変化を表す。3段目は、指令振幅|Ψs *|(目標振幅|Ψs *|)及び推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|の時間変化を表す。4段目は、推定磁束Ψsの位相θsの時間変化を表す。このシミュレーションでは、0.3s付近でq軸指令軸電流iq *の減少が始まっており、0.56s付近で起動同期運転が位置センサレス運転に切り替わっている。
The effect based on this embodiment is demonstrated using FIG. 16A and 16B. 16A and 16B show simulation results when the
図16A及び図16Bから、本実施形態では、電圧変動が2V程度に抑制されていることが分かる。図16A及び図16Bから、起動同期運転から位置センサレス運転への切り替えに伴う電流変動も抑制されていることが把握され、トルク脈動が抑制されることが理解される。 From FIG. 16A and FIG. 16B, it turns out that voltage fluctuation is suppressed to about 2V in this embodiment. From FIG. 16A and FIG. 16B, it is understood that the current fluctuation accompanying the switching from the start synchronous operation to the position sensorless operation is suppressed, and it is understood that the torque pulsation is suppressed.
本実施形態では、運転モードの切り替えの前に同期電流を連続的に減少させる。これにより、モータ磁束の振幅を振幅Ψ2まで減少させる。本実施形態では、このようにして、運転モードの切り替え時におけるモータ磁束の振幅の減少幅を減少させている。このため、指令振幅と起動同期運転で推定されたモータ磁束との差(仮の振幅偏差)が大きいことに伴う電圧サージが抑制される。従来のモータ制御装置を用いた場合(図9A及び9B)に比べてモータ制御装置200を用いた場合(図16A及び16B)に電圧サージが大幅に抑制されているのは、この作用によるものであると考えられる。なお、運転モードの切り替えの前に同期電流を段階的に減少させてもよい。 In this embodiment, the synchronous current is continuously reduced before the operation mode is switched. Thereby, the amplitude of the motor magnetic flux is reduced to the amplitude Ψ2. In the present embodiment, the amount of decrease in the amplitude of the motor magnetic flux when the operation mode is switched is thus reduced. For this reason, the voltage surge accompanying the large difference (temporary amplitude deviation) between the command amplitude and the motor magnetic flux estimated by the start synchronous operation is suppressed. This is the reason why the voltage surge is greatly suppressed in the case of using the motor control device 200 (FIGS. 16A and 16B) compared to the case of using the conventional motor control device (FIGS. 9A and 9B). It is believed that there is. Note that the synchronous current may be decreased stepwise before switching the operation mode.
なお、第1の実施形態で説明した技術と第2実施形態で説明した技術とを組み合わせることもできる。つまり、(i)切替部による運転モードの切り替えの前に同期電流を連続的又は段階的に減少させ、かつ、(ii)切替部による運転モードの切り替え時においてモータ磁束の振幅と目標振幅との差よりもモータ磁束の振幅と指令振幅との差が小さくなるように指令振幅を設定し、その後、指令振幅を目標振幅に連続的又は段階的に接近させる、という構成を採用してもよい。 The technique described in the first embodiment can be combined with the technique described in the second embodiment. That is, (i) the synchronous current is decreased continuously or stepwise before switching of the operation mode by the switching unit, and (ii) the motor magnetic flux amplitude and the target amplitude at the time of switching of the operation mode by the switching unit. A configuration may be employed in which the command amplitude is set so that the difference between the motor magnetic flux amplitude and the command amplitude is smaller than the difference, and then the command amplitude is made to approach the target amplitude continuously or stepwise.
また、第1の実施形態及び第2の実施形態で説明した構成以外の構成を有するモータ制御装置を用いることもできる。要するに、本開示に係るモータ制御装置は、切替部による運転モードの切り替えの前における同期電流、及び、切替部による運転モードの切り替えの後における指令振幅の少なくとも1つを調節することによって、切替部による運転モードの切り替えの前又は後において、モータ磁束の振幅と目標振幅との差を連続的又は段階的に減少させる。 In addition, a motor control device having a configuration other than the configurations described in the first embodiment and the second embodiment can be used. In short, the motor control device according to the present disclosure adjusts at least one of the synchronous current before switching of the operation mode by the switching unit and the command amplitude after switching of the operation mode by the switching unit. Before or after the switching of the operation mode by, the difference between the motor magnetic flux amplitude and the target amplitude is decreased continuously or stepwise.
本発明は、SPMSM、IPMSM等の同期モータに適用できる。それらの同期モータは、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。 The present invention can be applied to synchronous motors such as SPMSM and IPMSM. Those synchronous motors are suitable for a heat pump refrigeration apparatus used in an air conditioner or a water heater.
100,200 モータ制御装置
102 同期モータ
104 PWMインバータ
105a 第1電流センサ
105b 第2電流センサ
106 u,w/α,β変換部
107 電圧指令演算部
108 磁束演算部
109 トルク演算部
110 速度・位置演算部
111 トルク偏差演算部
112 磁束指令演算部
113a α軸磁束偏差演算部
113b β軸磁束偏差演算部
114 α,β/u,v,w変換部
116 ベースドライバ
117 平滑コンデンサ
118 直流電源
119a〜119f スイッチング素子
120a〜120f 還流ダイオード
121 トルク指令演算部
122 振幅指令生成部
123 振幅指令修正部
124,224 同期電流指令部
125 電圧指令演算部
126 d,q/u,v,w変換部
127 u,w/d,q変換部
128 積分器
131,231 同期制御部
132,232 位置センサレス制御部
133 切替部
150 u,v,w/d,q変換部
100, 200
Claims (7)
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、前記磁束推定部で推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転への切り替えを制御する切替部と、
を備え、
(i)前記切替部による運転モードの切り替えの前に前記同期電流を連続的又は段階的に減少させる、及び/又は、(ii)前記切替部による運転モードの切り替え時において前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差よりも前記モータ磁束の振幅と前記指令振幅との差が小さくなるように前記指令振幅を設定し、その後、前記指令振幅を前記目標振幅に連続的又は段階的に接近させ、
前記位置センサレス運転が実行されている期間において、前記モータ磁束が追従するべき指令磁束ベクトルに前記モータ磁束が追従するように、前記指令磁束ベクトルと推定された前記モータ磁束との間の磁束偏差を用いて、前記同期モータに印加される電圧を制御し、
前記位置センサレス運転の開始時において、前記磁束推定部は、新たな前記モータ磁束を推定するために用いる過去の推定された前記モータ磁束として、前記起動同期運転において推定された前記モータ磁束を用いる、モータ制御装置。 A magnetic flux estimator for estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Regardless of the phase of the motor magnetic flux, while referring to the phase of the motor magnetic flux estimated by the magnetic flux estimator from the start synchronous operation for supplying the synchronous current necessary for starting the synchronous motor to the synchronous motor A position sensorless operation that is executed, and a switching unit that controls switching to a position sensorless operation that sets a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude; ,
With
(I) The synchronous current is decreased continuously or stepwise before switching the operation mode by the switching unit, and / or (ii) the amplitude of the motor magnetic flux at the time of switching the operation mode by the switching unit The command amplitude is set so that the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the command amplitude becomes smaller than the difference from the target amplitude, and then the command amplitude is made to approach the target amplitude continuously or stepwise. ,
The magnetic flux deviation between the command magnetic flux vector and the estimated motor magnetic flux is set so that the motor magnetic flux follows the command magnetic flux vector that the motor magnetic flux should follow during the period in which the position sensorless operation is performed. Using to control the voltage applied to the synchronous motor,
At the start of the position sensorless operation, the magnetic flux estimation unit uses the motor magnetic flux estimated in the start-up synchronous operation as the past estimated motor magnetic flux used for estimating the new motor magnetic flux. Motor control device.
前記同期制御部は、
前記同期モータにおける3相交流座標上の相電流を、第1の2相座標上の第1の軸電流に変換する第1の3相2相座標変換部と、
前記第1の軸電流から、前記同期モータに印加するべき電圧ベクトルに対応する前記第1の2相座標上の第1の軸電圧を生成する第1の電圧指令演算部と、を有し、
前記位置センサレス制御部は、
前記相電流を、第2の2相座標上の第2の軸電流に変換する第2の3相2相座標変換部と、
前記第2の軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記第2の2相座標上の第2の軸電圧とから、前記モータ磁束を推定する前記磁束推定部と、
前記第2の軸電流と、推定された前記モータ磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算部と、
推定された前記モータトルクと前記モータトルクが追従するべき指令トルクとの間のトルク偏差と、推定された前記モータ磁束の位相と、前記指令振幅とから、前記モータ磁束が追従するべき前記指令磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記指令磁束ベクトルと推定された前記モータ磁束との間の前記磁束偏差から、前記第2の軸電圧を特定する第2の電圧指令演算部と、を有し、
当該モータ制御装置は、前記起動同期運転を実行している期間において、前記第2の軸電流及び前記第1の軸電圧に基づいて、前記位置センサレス制御部における前記磁束推定部を用いて、前記モータ磁束を推定するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The motor control device includes a synchronous control unit that executes the startup synchronous operation, and a position sensorless control unit that executes the position sensorless operation,
The synchronization control unit
A first three-phase two-phase coordinate converter for converting a phase current on the three-phase AC coordinate in the synchronous motor into a first axis current on the first two-phase coordinate;
A first voltage command calculation unit that generates a first axis voltage on the first two-phase coordinates corresponding to a voltage vector to be applied to the synchronous motor from the first axis current;
The position sensorless controller is
A second three-phase two-phase coordinate converter for converting the phase current into a second axial current on a second two-phase coordinate;
The magnetic flux estimator for estimating the motor magnetic flux from the second axial current and the second axial voltage on the second two-phase coordinates corresponding to the voltage vector;
A torque calculator for estimating the motor torque from the second shaft current and the estimated motor magnetic flux;
The command magnetic flux that the motor magnetic flux should follow from the torque deviation between the estimated motor torque and the command torque that the motor torque should follow, the estimated phase of the motor magnetic flux, and the command amplitude. A magnetic flux command calculation unit for specifying a vector;
A second voltage command calculation unit that specifies the second shaft voltage from the magnetic flux deviation between the command magnetic flux vector and the estimated motor magnetic flux,
The motor control device uses the magnetic flux estimator in the position sensorless controller based on the second axis current and the first axis voltage during the start-up synchronous operation. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is configured to estimate a motor magnetic flux.
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転へと運転モードを切り替えるステップと、
を含み、
(i)前記運転モードの切り替えの前に前記同期電流を連続的又は段階的に減少させる、及び/又は、(ii)前記運転モードの切り替え時において前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差よりも前記モータ磁束の振幅と前記指令振幅との差が小さくなるように前記指令振幅を設定し、その後、前記指令振幅を前記目標振幅に連続的又は段階的に接近させ、
前記位置センサレス運転が実行されている期間において、前記モータ磁束が追従するべき指令磁束ベクトルに前記モータ磁束が追従するように、前記指令磁束ベクトルと推定された前記モータ磁束との間の磁束偏差を用いて、前記同期モータに印加される電圧を制御し、
前記位置センサレス運転の開始時において、前記磁束推定部は、新たな前記モータ磁束を推定するために用いる過去の推定された前記モータ磁束として、前記起動同期運転において推定された前記モータ磁束を用いる、モータ制御方法。 Estimating a motor magnetic flux, which is a magnetic flux of the synchronous motor, using a magnetic flux estimator ;
Position sensorless, which is executed while referring to the estimated phase of the motor magnetic flux from the start synchronous operation that supplies the synchronous motor with the synchronous current necessary for starting the synchronous motor regardless of the phase of the motor magnetic flux. A step of switching the operation mode to a position sensorless operation for setting a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude;
Including
(I) reducing the synchronous current continuously or stepwise before switching the operation mode; and / or (ii) difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the target amplitude at the time of switching the operation mode. Setting the command amplitude so that the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the command amplitude becomes smaller, and then causing the command amplitude to approach the target amplitude continuously or stepwise,
The magnetic flux deviation between the command magnetic flux vector and the estimated motor magnetic flux is set so that the motor magnetic flux follows the command magnetic flux vector that the motor magnetic flux should follow during the period in which the position sensorless operation is performed. Using to control the voltage applied to the synchronous motor,
At the start of the position sensorless operation, the magnetic flux estimation unit uses the motor magnetic flux estimated in the start-up synchronous operation as the past estimated motor magnetic flux used for estimating the new motor magnetic flux. Motor control method.
前記モータ磁束の位相によらず、前記同期モータを起動させるのに必要な同期電流を前記同期モータに供給する起動同期運転から、前記磁束推定部で推定された前記モータ磁束の位相を参照しながら実行される位置センサレス運転であって、前記モータ磁束の振幅が目標振幅へと収束するように前記モータ磁束の振幅が追従するべき指令振幅を設定する位置センサレス運転への切り替えを制御する切替部と、
を備え、
前記切替部による運転モードの切り替えの前における前記同期電流、及び、前記切替部による運転モードの切り替えの後における前記指令振幅の少なくとも1つを調節することによって、前記切替部による運転モードの切り替えの前又は後において、前記モータ磁束の振幅と前記目標振幅との差を連続的又は段階的に減少させ、
前記位置センサレス運転が実行されている期間において、前記モータ磁束が追従するべき指令磁束ベクトルに前記モータ磁束が追従するように、前記指令磁束ベクトルと推定された前記モータ磁束との間の磁束偏差を用いて、前記同期モータに印加される電圧を制御し、
前記位置センサレス運転の開始時において、前記磁束推定部は、新たな前記モータ磁束を推定するために用いる過去の推定された前記モータ磁束として、前記起動同期運転において推定された前記モータ磁束を用いる、モータ制御装置。 A magnetic flux estimator for estimating a motor magnetic flux that is a magnetic flux of the synchronous motor;
Regardless of the phase of the motor magnetic flux, while referring to the phase of the motor magnetic flux estimated by the magnetic flux estimator from the start synchronous operation for supplying the synchronous current necessary for starting the synchronous motor to the synchronous motor A position sensorless operation that is executed, and a switching unit that controls switching to a position sensorless operation that sets a command amplitude that the amplitude of the motor magnetic flux should follow so that the amplitude of the motor magnetic flux converges to a target amplitude; ,
With
By adjusting at least one of the synchronous current before switching of the operation mode by the switching unit and the command amplitude after switching of the operation mode by the switching unit, switching of the operation mode by the switching unit is performed. Before or after, the difference between the amplitude of the motor magnetic flux and the target amplitude is decreased continuously or stepwise,
The magnetic flux deviation between the command magnetic flux vector and the estimated motor magnetic flux is set so that the motor magnetic flux follows the command magnetic flux vector that the motor magnetic flux should follow during the period in which the position sensorless operation is performed. Using to control the voltage applied to the synchronous motor,
At the start of the position sensorless operation, the magnetic flux estimation unit uses the motor magnetic flux estimated in the start-up synchronous operation as the past estimated motor magnetic flux used for estimating the new motor magnetic flux. Motor control device.
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