JP6711170B2 - Motor controller - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
一般的に、モータをベクトル制御で駆動制御するモータ制御装置は、モータの速度指令値(目標速度)に応じたd軸電流指令値及びq軸電流指令値を生成し、そのd軸電流指令値及びq軸電流指令値をd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値へ変換する。さらにそのd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を3相電圧へ変換し、その3相電圧に応じた出力によりモータを駆動する。ここで、モータの速度(回転速度)と回転数は等価である。 Generally, a motor control device that drives and controls a motor by vector control generates a d-axis current command value and a q-axis current command value according to a motor speed command value (target speed), and then outputs the d-axis current command value. And the q-axis current command value is converted into a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value. Further, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are converted into a three-phase voltage, and the motor is driven by the output according to the three-phase voltage. Here, the speed (rotation speed) of the motor and the rotation speed are equivalent.
さらに、モータ制御装置は、モータが速度指令値に達するための制御として、モータの3相電流(モータに流れる電流)を検出し、その3相電流を2相の回転座標系のd軸電流とq軸電流へ変換し、そのd軸電流、q軸電流をもとにモータの実速度を算出し、その実速度と速度指令値の差が0になるようにしフィードバック制御を行う。 Further, the motor control device detects a three-phase current of the motor (current flowing in the motor) as control for the motor to reach the speed command value, and the three-phase current is used as the d-axis current of the two-phase rotating coordinate system. It is converted into a q-axis current, the actual speed of the motor is calculated based on the d-axis current and the q-axis current, and feedback control is performed so that the difference between the actual speed and the speed command value becomes zero.
また、モータ制御装置は、モータが速度指令値に達するための制御として、上記のd軸電流及びq軸電流と、実速度と速度指令値の差分に基づいて求めたd軸電流指令値及びq軸電流指令値それぞれの差が0になるようにフィードバック制御を行う。 Further, the motor control device controls the d-axis current and the q-axis current, and the d-axis current command value and the q-axis current obtained based on the difference between the actual speed and the speed command value, as control for the motor to reach the speed command value. Feedback control is performed so that the difference between the respective axis current command values becomes zero.
このように、モータをベクトル制御にて駆動するモータ制御装置は、二系統のフィードバックループを持ち、モータの駆動精度が3相電流の検出精度に依存することから、3相電流を精度よく検出することが求められる。 As described above, the motor control device that drives the motor by the vector control has the two-system feedback loop, and the drive accuracy of the motor depends on the detection accuracy of the three-phase current, so that the three-phase current is accurately detected. Is required.
モータ制御装置は、検出した3相電流から、モータ制御に必要な信号を生成するために、3相電流をアナログ値からデジタル値へ変換するA/D(Analog/Digital)変換を行う。このA/D変換の高精度及び高応答性を実現するために、ΔΣ変調型A/D変換器を備えたモータ制御装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 The motor control device performs A/D (Analog/Digital) conversion for converting the three-phase current from an analog value to a digital value in order to generate a signal necessary for motor control from the detected three-phase current. In order to realize the high precision and high responsiveness of this A/D conversion, a motor control device provided with a ΔΣ modulation type A/D converter has been proposed (for example, refer to Patent Document 1).
ここで、上述の特許文献1では、3相電流を高精度で検出し、A/D変換したとしても、d軸電流及びq軸電流への変換や、d軸電圧及びq軸電圧から3相電圧への変換などの際の変換精度まで補償することはできない。これらの変換に対して、変換精度を補償するような制御を追加することも考えられるが、変換処理に係る演算量の増加や、その演算量の増加に伴う応答性の低下などの問題がある。
Here, in the above-mentioned
本願の実施形態の一例は、上記に鑑みてなされたものであり、例えば、モータ制御で行われる電流や電圧の変換に起因する誤差をより小さくできるモータ制御装置を提供することを目的とする。 An example of the embodiment of the present application has been made in view of the above, and an object thereof is to provide, for example, a motor control device capable of further reducing an error caused by current or voltage conversion performed in motor control.
本願の開示の技術の一例は、例えば、モータ制御装置は、第1のΔΣ部、第2のΔΣ部、駆動部、検出部を有する。第1のΔΣ部は、モータの速度指令値に対してΔΣ演算を行い出力する。第2のΔΣ部は、第1のΔΣ部の出力に対してΔΣ演算を行い出力する。駆動部は、第2のΔΣ部出力を量子化して得た電圧をモータに印可して駆動する。検出部は、モータの電流を検出する。そして、第1のΔΣ部は、モータの回転数指令値から検出部により検出されたモータの電流から推定されるモータの実速度を減算して積分し第2のΔΣ部へ出力する。第2のΔΣ部は、第1のΔΣ部出力から検出部により検出されたモータの電流に基づいて求めたd軸電流及びq軸電流を減算して積分し駆動部へ出力する。 In an example of the technology disclosed in the present application, for example, a motor control device includes a first ΔΣ unit, a second ΔΣ unit, a drive unit, and a detection unit. The first ΔΣ unit performs a ΔΣ calculation on the motor speed command value and outputs it. The second ΔΣ unit performs a ΔΣ operation on the output of the first ΔΣ unit and outputs it. The drive unit applies a voltage obtained by quantizing the output of the second ΔΣ unit to the motor to drive it. The detector detects the motor current. Then, the first ΔΣ unit subtracts the actual speed of the motor estimated from the motor current detected by the detection unit from the motor rotation speed command value, and integrates and outputs the integrated value to the second ΔΣ unit. The second ΔΣ unit subtracts the d-axis current and the q-axis current obtained based on the motor current detected by the detection unit from the output of the first ΔΣ unit, integrates them, and outputs the integrated result to the drive unit.
本願の開示の技術の一例によれば、例えば、モータ制御で行われる電流や電圧の変換に起因する誤差をより小さくできる。また、変換処理に係る演算量の増加や、その演算量の増加に伴う応答性の低下などをまねくことがない。 According to an example of the technology disclosed in the present application, for example, an error caused by conversion of current or voltage performed in motor control can be further reduced. In addition, an increase in the amount of calculation related to the conversion process and a decrease in responsiveness due to the increase in the amount of calculation will not occur.
以下に添付図面を参照して本願に係るモータ制御装置の実施形態について説明する。以下の実施形態は、周期的な負荷トルク変動を有する圧縮機を駆動するモータのトルク制御を、位置センサレスベクトル制御により行う、例えば空気調和装置又は低温保存装置等のモータ制御装置に関する。しかし、開示の技術は、位置センサレスベクトル制御を行うモータ制御装置に広く適用可能である。 Embodiments of a motor control device according to the present application will be described below with reference to the accompanying drawings. The following embodiments relate to a motor control device such as an air conditioner or a cryogenic storage device that performs torque control of a motor that drives a compressor having periodic load torque fluctuations by position sensorless vector control. However, the disclosed technique is widely applicable to motor control devices that perform position sensorless vector control.
なお、以下に示す実施形態は、一例を示すに過ぎず、開示の技術を限定するものではない。また、以下に示す実施形態及びその変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることができる。また、以下に示す実施形態及びその変形例は、開示の技術に係る構成及び処理について主に示し、その他の構成及び処理の説明を簡略又は省略する。また、以下に示す実施形態及びその変形例において、同一の構成及び処理には同一の符号を付与し、既出の構成及び処理の説明は省略する。 The embodiments described below are merely examples and do not limit the disclosed technology. Further, the embodiments and the modifications thereof described below can be appropriately combined within a range that does not contradict. In addition, in the embodiments and modifications thereof described below, configurations and processes according to the disclosed technology are mainly shown, and description of the other configurations and processes is simplified or omitted. Further, in the embodiments and the modifications thereof described below, the same configurations and processes are denoted by the same reference numerals, and the description of the configurations and processes already described is omitted.
[実施形態1]
先ず、実施形態1の背景及び概略について説明する。図1は、従来のベクトル制御を行うモータ制御装置の基本的な構成例を示す図である。モータ制御装置100Xは、減算器11、速度制御器12、励磁電流制御器13、減算器14、減算器15、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、PWM(Pulse Width Modulation)生成器22、IPM(Intelligent Power Module)23、1シャント電流検出器を構成する抵抗R、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、位置推定器30、1/Pn処理器31を有する。
[Embodiment 1]
First, the background and outline of the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration example of a conventional motor control device that performs vector control. The
減算器11は、モータ制御装置100Xへ入力された速度指令値(目標速度、ここでは機械角目標速度)ωm*から、1/Pn処理器31により出力された推定された現在の角速度である実速度(機械角実速度)ωmを減算した速度偏差(機械角速度偏差)Δωを速度制御器12へ出力する。
The
速度制御器12は、減算器11から出力された速度偏差Δωが小さくなるようなq軸電流指令値Iq*を生成し、励磁電流制御器13及び減算器15へ出力する。励磁電流制御器13は、速度制御器12から出力されたq軸電流指令値Iq*からd軸電流指令値Id*を生成し、減算器14へ出力する。ここで、速度制御器12と励磁電流制御器13を合わせ電流指令値生成部とも呼ぶ。また、d軸とq軸は2相の回転座標系の座標軸を表し、Id、Iq及び後述するVd、Vqはこの座標軸上の電流及び電圧である。
The
減算器14は、励磁電流制御器13から出力されたd軸電流指令値Id*から、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idを減算してd軸電流偏差ΔIdを生成しd軸電流制御器16へ出力する。減算器15は、速度制御器12から出力されたq軸電流指令値Iq*から、3φ/dq変換器25から出力されたq軸電流Iqを減算してq軸電流偏差ΔIqを生成しq軸電流制御器17へ出力する。
The
d軸電流制御器16は、減算器14から出力されたd軸電流偏差ΔIdからd軸電圧指令値Vd**を生成する。q軸電流制御器17は、減算器15から出力されたq軸電流偏差ΔIqからq軸電圧指令値Vq**を生成する。
The d-axis
非干渉化制御器18は、d軸とq軸の干渉をキャンセルしそれぞれを独立に制御するための非干渉化補正値を生成する。具体的には、3φ/dq変換器25から出力されたd軸電流IdとPLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、d軸電圧指令値Vd**を非干渉化するためのd軸非干渉化補正値Vdaを生成し、減算器19へ出力する。また、非干渉化制御器18は、3φ/dq変換器25から出力されたq軸電流IqとPLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、q軸電圧指令値Vq**を非干渉化するためのq軸非干渉化補正値Vqaを生成し、加算器20へ出力する。
The
減算器19は、d軸電流制御器16から出力されたd軸電圧指令値Vd**から、非干渉化制御器18から出力されたd軸非干渉化補正値Vdaを減算してd軸電圧指令値Vd**を非干渉化したd軸電圧指令値Vd*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。加算器20は、q軸電流制御器17から出力されたq軸電圧指令値Vq**へ、非干渉化制御器18から出力されたq軸非干渉化補正値Vqaを加算してq軸電圧指令値Vq**を非干渉化したq軸電圧指令値Vq*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The
dq/3φ変換器21は、位置推定器30により出力された現在のロータの位置である電気角位相(dq軸位相)θeを用いて、非干渉化された2相のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、3相のU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*へ変換する。そして、dq/3φ変換器21は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*をPWM生成器22へ出力する。なお、Vu*とVv*とVw*及び後述のIuとIvとIwは3相の固定座標系の電圧及び電流である。
The dq/
PWM生成器22は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*と、PWMキャリア信号から、6相のPWM信号を生成し、IPM23へ出力する。
The PWM generator 22 generates a 6-phase PWM signal from the U-phase output voltage command value Vu * , the V-phase output voltage command value Vv * , the W-phase output voltage command value Vw *, and the PWM carrier signal, and sends it to the
IPM23は、PWM生成器22から出力された6相のPWM信号をもとに、モータMのU相、V相、W相それぞれへ印可する交流電圧を、外部から供給される直流電圧Vdcから変換して生成し、それぞれの交流電圧をモータMのU相、V相、W相へ印加する。
The
3φ電流算出器24は、PWM生成器22から出力された6相PWMスイッチング情報と、抵抗Rによって1シャント電流検出方式で検出された母線電流から、モータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを算出する。または、モータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwは、2つのCT(Current Transformer)でU相電流Iu及びV相電流Ivを検出し、残りのW相電流Iwを、Iu+Iv+Iw=0の関係式より算出する2CT方式であってもよい。3φ電流算出器24は、算出したモータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、3φ/dq変換器25へ出力する。
The 3φ
3φ/dq変換器25は、位置推定器30から出力された電気角位相θeを用いて、3φ電流算出器24から出力された3相のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、2相のd軸電流Id及びq軸電流Iqへ変換する。そして、3φ/dq変換器25は、d軸電流Idを減算器14、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理部26へ、q軸電流Iqを減算器15、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理部26へ、それぞれ出力する。
The 3φ/
軸誤差演算処理部26は、減算器19から出力されたd軸電圧指令値Vd*と加算器20から出力されたq軸電圧指令値Vq*、3φ/dq変換器25から出力されたd軸電流Id及びq軸電流Iqから、軸誤差変動Δθを算出し、PLL制御器29へ出力する。ここで、軸誤差とは実際のdq軸と制御上のdq軸とのずれのことである。
The axis error
PLL制御器29は、軸誤差演算処理部26から出力された軸誤差変動Δθから、推定された現在のモータの回転の角速度である電気角推定速度ωeを算出し、非干渉化制御器18、位置推定器30、1/Pn処理器31へそれぞれ出力する。
The
位置推定器30は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、ロータ位置を推定する電気角位相(dq軸位相)θeを算出する。そして、位置推定器30は、電気角位相θeをdq/3φ変換器21及び3φ/dq変換器25へそれぞれ出力する。
The
1/Pn処理器31は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeをモータMの極対数Pnで除算して算出した、推定された現在の角速度である実速度(機械角実速度)ωmを、減算器11へ出力する。
The 1/
ここで、図1に示すモータ制御装置100Xの構成には、3つの特徴がある。第1番目の特徴は、図1に示す第1のフィードバック(FB:Feed Back)経路FB1と第2のフィードバック経路FB2の二つのフィードバック経路を有し、各フィードバック経路でそれぞれの指令値(目標値)からそれぞれの検出値(推定値)を減算していることである。なお、本発明の実施例において、第1のフィードバック経路FB1は実速度ωmのフィードバック経路、第2のフィードバック経路FB2はq軸電流Iq及びd軸電流Idのフィードバック経路である。第2番目の特徴は、dq/3φ変換器21、3φ/dq変換器25、PWM生成器22、3φ電流算出器24の各変換器を有していることである。3番目の特徴は、位置推定器30によるモータMの回転位相(電気角位相θe)は、dq/3φ変換器21へフィードフォワード(図1中のFF:Feed Forward)され、3φ/dq変換器25へフィードバック(図1中の第3のフィードバック経路FB3)されていることである。
Here, the
第2番目の特徴に注目して、図2に示すように、図1におけるd軸電流制御器16及びq軸電流制御器17から3φ/dq変換器25までの経路を、量子化器Qと見なして置き換えることができる。図2は、従来のモータ制御装置において量子化器へ置き換えることができる要素を示す図である。これにより、量子化器Qの入出力は、d軸電流Id及びq軸電流Iqとなる。
Focusing on the second feature, as shown in FIG. 2, the path from the d-axis
第3番目の特徴において、図3の(a)に示すように、位置推定器30からの出力が3φ/dq変換器25へフィードバックされているので、図3の(b)に示すように、位置推定器30の処理を1キャリア遅れの処理とみなして、位置推定器30を遅延器32及び遅延器33と置き換えることができる。遅延器32はd軸1次遅延器であり、遅延器33はq軸1次遅延器である。図3は、従来のモータ制御装置における位置推定器の置き換えを示す図である。
In the third feature, as shown in (a) of FIG. 3, since the output from the
よって、図1の構成に、図2及び図3の置き換えを適用すると、図4のように表すことができる。図4は、従来のモータ制御装置において要素の置き換えを行った構成を示す図である。 Therefore, when the replacement of FIGS. 2 and 3 is applied to the configuration of FIG. 1, it can be expressed as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a configuration in which elements are replaced in the conventional motor control device.
ここで、図4に示すモータ制御装置100Yの構成と、図5に示す2次ΔΣ変調型A/D変換器の構成モデルとを比較する。図4のFB1と図5のFB1、図4のFB2と図5のFB2とが対応するフィードバック経路である。また、図4の減算器11と図5の減算器S1、図4の減算器14及び減算器15と図5の減算器S2がそれぞれ対応する要素である。そして、図4及び図5の(a)は、ともに量子化器Q及び遅延器Dを有する。
Here, the configuration of the
以上から、図4に示すモータ制御装置100Yは、図5の(a)に示す2次ΔΣ変調型A/D変換器と類似する部分を有している。そして、上記のとおり、図4に示すモータ制御装置100Yの減算器11、減算器14、減算器15のそれぞれを図5の減算器S1、減算器S2とみなし、図5の(a)と同様に積分器I1を減算器S1と減算器S2の間へ、積分器I2を減算器S2と量子化器Qの間へ追加することで、2次ΔΣ変調型A/D変換器の構成を得ることができる。
From the above, the
上記のとおり、図5(a)の量子化器Qには図2の要素が含まれる。図5(b)は図5(a)の量子化器Qに含まれる図2の要素に量子化誤差Q1を加算する加算器A1を加えたものである。この量子化誤差Q1は、図2におけるd軸電流制御器16及びq軸電流制御器17から3φ/dq変換器25までの要素における電流や電圧の変換、PWM変調、IPMの駆動、1シャント電流検出等に起因する変換誤差を量子化誤差とみなしたもので、この量子化誤差Q1が加算器A1によって量子化器Qに加算される。
As described above, the quantizer Q shown in FIG. 5A includes the elements shown in FIG. FIG. 5B is a diagram in which an adder A1 for adding the quantization error Q1 is added to the elements of FIG. 2 included in the quantizer Q of FIG. 5A. This quantization error Q1 is the conversion of current and voltage in the elements from the d-axis
ここで、図5の(b)に示す2次ΔΣ変調型A/D変換器の入出力の関係を、下記(1)式に示す。下記(1)式における“X”“Y”“Z−1”“Q1”は、図5の(b)に示すものと同一である。 Here, the input/output relationship of the secondary ΔΣ modulation type A/D converter shown in FIG. 5B is shown in the following expression (1). “X”, “Y”, “Z −1 ”, and “Q1” in the following equation (1) are the same as those shown in FIG. 5B.
上記(1)式における量子化誤差Q1は上述のように量子化器Qによる変換誤差を表し、その量子化誤差Q1にかかる係数(1−Z−1)が減衰係数(微分項)になる。この減衰係数に含まれるZ−1は低周波領域において1と見なせる。これは、Z=exp(jωn)(ただしnは遅延のクロック数、expは指数関数、jは虚数単位)と表されるためである。この特性により、低周波領域(駆動回転数領域)において変換誤差(量子化誤差)を小さくすることができる(ノイズシェーピング特性)。 The quantization error Q1 in the above equation (1) represents the conversion error by the quantizer Q as described above, and the coefficient (1-Z- 1 ) related to the quantization error Q1 becomes the attenuation coefficient (differential term). Z −1 included in this attenuation coefficient can be regarded as 1 in the low frequency region. This is because Z=exp(jωn) (where n is the number of delay clocks, exp is an exponential function, and j is an imaginary unit). With this characteristic, the conversion error (quantization error) can be reduced in the low frequency region (driving speed region) (noise shaping characteristic).
この特性をベクトル制御に適用するため、本発明では図6に示すように、図1に示す従来のモータ制御装置の構成に、図5に示す積分器I1、I2に相当する積分器35、積分器36、積分器37をそれぞれ追加した構成とする。図6は、実施形態1に係る2次ΔΣ変調型のモータ制御装置の構成を示す図である。図6に示す実施形態1に係る2次ΔΣ変調型のモータ制御装置100Aは、積分器35、積分器36、積分器37により量子化誤差Q1を積分することにより、変換誤差を小さくする機能を発揮する。言い換えると、積分器35、積分器36、積分器37は減算器11、減算器14、減算器15による入出力の差分を足し合わせ、現在のサンプリングデータ(現在のキャリアで処理を行ったデータ)とそれ以前のサンプリングデータ(現在より前のキャリアで処理を行ったデータ)の情報を持つことで、入力信号(速度指令値、目標速度)の再現性を高める(変換誤差を低減し高精度化する)。
In order to apply this characteristic to vector control, in the present invention, as shown in FIG. 6, the
なお、図6において、減算器11は本発明の第1の減算器、積分器35は本発明の第1の積分器であり、第1のΔΣ部は一例としてこれら第1の減算器と第1の積分器を有する。また、減算器14と減算器15は本発明の第2の減算器であり、積分器36と積分器37は本発明の第2の積分器であり、本発明の第2のΔΣ部は一例としてこれら第2の減算器と第2の積分器を有する。また、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、PWM生成器22、IPM23は、本発明の駆動部の一例である。また、抵抗R、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25は、本発明の検出部の一例である。また、遅延器34は、本発明の第1の遅延部の一例である。また、遅延器32と遅延器33は、本発明の第2の遅延部の一例である。また、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、1/Pn処理器31は本発明の位置・速度推定部の一例である。そして、第1のΔΣ部は入力された速度指令値(目標速度)ωm*と位置・速度推定部で検出したモータの実速度(機械角実速度)ωmとの差分である速度偏差(機械角速度偏差)Δωを積分して出力し、第2のΔΣ部は第1のΔΣ部の出力に基づいて電流指令値生成部である速度制御器12と励磁電流制御器13で生成された電流指令値I*(d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*)と検出部で検出したモータの電流I(ここでは、検出部で検出して3相の固定座標系の電流から2相の回転座標系の電流に変換したd軸電流Idとq軸電流Iq)との差分ΔI(ここでは、d軸電流偏差ΔId及びq軸電流偏差ΔIq)を積分して駆動部に出力する。
In FIG. 6, the
図6の入出力の関係は、下記(2)式のようになる。下記(2)式では、Q1を、図6において量子化器Qへ置き換えた要素の量子化誤差とする。下記(2)式における“ω”“ω*”“Z−1”“Q1”は、図5の(b)及び図6に示すものと同一である。 The relationship between input and output in FIG. 6 is as shown in the following expression (2). In the following equation (2), Q1 is the quantization error of the element replaced by the quantizer Q in FIG. “Ω”, “ω * ”, “Z −1 ”, and “Q1” in the following equation (2) are the same as those shown in FIG. 5B and FIG. 6.
実施形態1によれば、ベクトル制御を行うモータ制御装置の構成をΔΣ変調型とすることにより、ベクトル制御の制御系内で生じる変換誤差に対して低減効果をもたらし、ベクトル制御全体での精度向上を図ることができる。例えば、実施形態1に係るモータ制御装置100Aは、図6に示す量子化器Qへ置き換えた要素の量子化誤差Q1を小さくすることができる。また、ベクトル制御を行うモータ制御装置の構成に、現在の値に1キャリア前の値を加算していくだけの積分処理を行う積分器を追加するだけなので、変換処理に係る演算量の増加や、その演算量の増加に伴う応答性の低下、処理時間の増加などをまねくことがない。 According to the first embodiment, the configuration of the motor control device that performs vector control is a ΔΣ modulation type, which brings about a reduction effect on a conversion error that occurs in the control system of vector control, and improves the accuracy of the entire vector control. Can be planned. For example, the motor control device 100A according to the first embodiment can reduce the quantization error Q1 of the element replaced with the quantizer Q shown in FIG. Further, since only an integrator that performs an integration process for adding the value of one carrier before to the current value is added to the configuration of the motor control device that performs vector control, an increase in the amount of calculation related to the conversion process, There is no decrease in responsiveness or increase in processing time due to the increase in the amount of calculation.
[実施形態2]
実施形態1では、量子化器Qへ置き換えた要素の量子化誤差Q1を小さくすることができるが、モータ制御装置が駆動するモータMの負荷トルク脈動による速度変動を小さくすることはできない。すなわち、実施形態1では、ベクトル制御を実行するモータ制御装置内のA/D変換誤差やD/A変換誤差等の変換誤差を低減するのみであり、モータの負荷トルク脈動による速度変動までは低減できない。つまり、制御系内に存在しない誤差(外的要因)には対応できない。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the quantization error Q1 of the element replaced with the quantizer Q can be reduced, but the speed fluctuation due to the load torque pulsation of the motor M driven by the motor control device cannot be reduced. That is, in the first embodiment, conversion errors such as A/D conversion error and D/A conversion error in the motor control device that executes vector control are only reduced, and speed fluctuation due to load torque pulsation of the motor is also reduced. Can not. That is, it is impossible to deal with an error (external factor) that does not exist in the control system.
すなわち、コンプレッサ等の周期的な負荷トルク脈動を有する負荷を駆動する場合、負荷トルク脈動によりモータの速度(回転数)が変動し、騒音や振動を引き起こし問題となる。そのため、モータ制御装置には負荷トルク脈動による速度変動を抑えることが求められる。 That is, when a load having a periodic load torque pulsation such as a compressor is driven, the speed (rotation speed) of the motor fluctuates due to the load torque pulsation, causing noise and vibration, which is a problem. Therefore, the motor control device is required to suppress the speed fluctuation due to the load torque pulsation.
そこで、実施形態2では、モータの速度(回転数)が変動することに注目してモータMを周波数変換器として捉え、本発明を適用することにより、負荷トルク脈動による速度変動を小さくする。 Therefore, in the second embodiment, attention is paid to the fact that the speed (rotation speed) of the motor fluctuates, the motor M is regarded as a frequency converter, and the present invention is applied to reduce the speed fluctuation due to load torque pulsation.
ここで、図6に示すモータ制御装置100Aの構成と、図7に示す2次ΔΣ変調型A/D変換器の構成モデルとを比較する。図7は、モータを周波数変換器とみた場合の2次ΔΣ変調型A/D変換器の構成モデルを示す図である。図7の(a)は、図5の(a)に相当し、図6のモータ制御装置100AにおいてモータMを周波数変換器FCとみなした構成モデルである。 Here, the configuration of the motor control device 100A shown in FIG. 6 will be compared with the configuration model of the second-order ΔΣ modulation type A/D converter shown in FIG. 7. FIG. 7 is a diagram showing a configuration model of a secondary ΔΣ modulation type A/D converter when the motor is regarded as a frequency converter. 7A corresponds to FIG. 5A and is a configuration model in which the motor M is regarded as the frequency converter FC in the motor control device 100A of FIG.
そして、図7の(a)に示す量子化器Qは、図6における量子化器Qに含まれる量子化誤差Q1を加算したものである。また、周波数変換器FCは、図6におけるモータMを周波数変換器FCと見なしたとき、モータMの負荷トルク脈動による速度変動を周波数変換誤差Q2(以下、速度誤差Q2ともいう)として加算するものである。これより、図7の(a)を図7の(b)のように置き換えることができる((図7(a)の周波数変換器FCを、図7(b)の加算器A2に置き換えることができる)。このとき、図7の(b)における入出力はΔΣ変調型A/D変換器の特性を得ることができる。図6において量子化器Qと置き換えた要素の総変換誤差を量子化誤差Q1とし、モータMの速度変動(速度誤差)をQ2とすると、図7の(a)における入力X及び出力Yの関係は、下記(3)式のように表される。 The quantizer Q shown in (a) of FIG. 7 is obtained by adding the quantization error Q1 included in the quantizer Q of FIG. Further, when the frequency converter FC regards the motor M in FIG. 6 as the frequency converter FC, the frequency converter FC adds the speed fluctuation due to the load torque pulsation of the motor M as a frequency conversion error Q2 (hereinafter, also referred to as speed error Q2). It is a thing. From this, (a) of FIG. 7 can be replaced as shown in (b) of FIG. 7 ((the frequency converter FC of FIG. 7(a) can be replaced with the adder A2 of FIG. 7(b). At this time, the characteristic of the ΔΣ modulation type A/D converter can be obtained at the input/output in (b) of Fig. 7. The total conversion error of the element replaced with the quantizer Q in Fig. 6 is quantized. If the error is Q1 and the speed fluctuation (speed error) of the motor M is Q2, the relationship between the input X and the output Y in (a) of FIG. 7 is expressed by the following equation (3).
ここで、上記(3)式では、モータMの負荷トルク脈動による速度誤差Q2には、実施形態1で説明したような減衰係数が係らないため、モータMの負荷トルク脈動による速度誤差Q2を小さくできないことがわかる。ΔΣ変調型A/D変換器の特徴として、量子化誤差Q1のように、制御系内に誤差が含まれる場合は、減衰係数が係り誤差を小さくできる。そのため、図8に示すように、制御系内に速度誤差(周波数変換誤差)Q2と同じ量を加算する加算器A3を追加する。図8は、負荷トルク変動による誤差へ対応した2次ΔΣ変調型A/D変換器の構成モデルを示す図である。図8に示す入力X及び出力Yの関係は、下記(4)式のように表される。 Here, in the above formula (3), since the speed error Q2 due to the load torque pulsation of the motor M does not have the damping coefficient as described in the first embodiment, the speed error Q2 due to the load torque pulsation of the motor M is reduced. I see that I can't. A characteristic of the ΔΣ modulation type A/D converter is that when an error is included in the control system like the quantization error Q1, the attenuation coefficient is involved and the error can be reduced. Therefore, as shown in FIG. 8, an adder A3 for adding the same amount as the speed error (frequency conversion error) Q2 is added in the control system. FIG. 8 is a diagram showing a configuration model of a second-order ΔΣ modulation type A/D converter that copes with an error due to load torque fluctuation. The relationship between the input X and the output Y shown in FIG. 8 is expressed by the following equation (4).
上記(4)式によれば、速度誤差(周波数変換誤差)Q2には減衰係数が係るため、速度誤差Q2を小さくすることが可能となる。 According to the above equation (4), since the speed error (frequency conversion error) Q2 is related to the damping coefficient, it is possible to reduce the speed error Q2.
図8の構成モデルを適用した実施形態2に係るモータ制御装置100Bは、図9Aに示すようになる。モータ制御装置100Bは、図1に示す従来のモータ制御装置100Xと比較して、位置推定器30に代えて位置推定器30Bを有し、減算器11と速度制御器12の間に積分器35を有し、減算器14とd軸電流制御器16の間に積分器36を有し、減算器15とq軸電流制御器17の間に積分器37を有し、3φ/dq変換器25と減算器14、15それぞれの間に電流補正器38を有する。
A
位置推定器30Bは、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、電気角位相(dq軸位相)θe及び機械角位相θdを算出し、電気角位相θeをdq/3φ変換器21及び3φ/dq変換器25へ出力し、機械角位相θdを電流補正器38へ出力する。
The
なお、図9Aにおいて、減算器11は本発明の第1の減算器、積分器35は本発明の第1の積分器であり、本発明の第1のΔΣ部は一例としてこれら第1の減算器と第1の積分器を有する。また、減算器14と減算器15は本発明の第2の減算器であり、積分器36と積分器37は本発明の第2の積分器であり、本発明の第2のΔΣ部は一例としてこれら第2の減算器と第2の積分器を有する。また、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、PWM生成器22、IPM23は、本発明の駆動部の一例である。また、抵抗R、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25は、本発明の検出部の一例である。また、電流補正器38は、電流補正部の一例である。また、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、1/Pn処理器31は、本発明の位置・速度推定部の一例である。
In FIG. 9A, the
図9Bは、実施形態2に係る2次ΔΣ変調型のモータ制御装置の電流補正器の構成を示す図である。モータ制御装置100Bの電流補正器38は、減算器38a、加算器38b、補正電流算出器38cを有する。また、1キャリア遅れの処理を実行する遅延器39a、遅延器39bを有する。
FIG. 9B is a diagram showing the configuration of the current corrector of the second-order ΔΣ modulation type motor control device according to the second embodiment. The
補正電流算出器38cは、位置推定器30Bから出力された機械角位相θd、減算器11から出力された速度偏差Δω(=ωm*−ωm)から電流補正値ΔIcを生成する。
The correction
速度誤差(周波数変換誤差)Q2を電流帰還路に加算するため、速度誤差Q2の振幅と位相を速度の次元から電流の次元に変換する。そのため、生成された機械角位相θdと速度偏差Δωにより、補正電流振幅Aωと補正位相θωを計算する。なお、下記(5)式においては、位相検出及び振幅検出は、相関演算を用いた既知の手法を用いることができる。 Since the speed error (frequency conversion error) Q2 is added to the current feedback path, the amplitude and phase of the speed error Q2 are converted from the speed dimension to the current dimension. Therefore, the correction current amplitude Aω and the correction phase θω are calculated from the generated mechanical angle phase θd and the speed deviation Δω. In the equation (5) below, a known method using a correlation calculation can be used for the phase detection and the amplitude detection.
上記(5)式をもとに、図9A及び図9Bに示す電流補正器38において、補正電流算出器38cは、位置推定器30Bから出力された機械角位相θd、減算器11から出力された速度偏差(機械角速度偏差)Δω(=ωm*−ωm)から電流補正値ΔIcを生成する。減算器38aは、3φ/dq変換器25から出力されたd軸電流Idから電流補正値ΔIcを減算した結果である補正d軸電流Id´を減算器14へ出力する。加算器38bは、3φ/dq変換器25から出力されたq軸電流Iqへ電流補正値ΔIcを加算した結果である補正q軸電流Iq´を減算器15へ出力する。
In the
速度誤差Q2は、検出部から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqからは検出できない(d軸電流Id及びq軸電流Iqは実速度による電流であり、速度誤差を認識できない)。このため、実施形態2では速度誤差Q2を表す量として、電流補正器38により、速度指令値ωm*と実速度ωmの差分である速度偏差Δωに基づく電流補正値ΔIcを生成し、これをd軸電流Id及びq軸電流Iqから減算して第2のΔΣ部へフィードバックする。つまり電流補正器38が速度誤差Q2を検出する機能と図8に示す加算器A3の機能を果たす。
The speed error Q2 cannot be detected from the d-axis current Id and the q-axis current Iq output from the detector (the d-axis current Id and the q-axis current Iq are currents at the actual speed, and the speed error cannot be recognized). Therefore, in the second embodiment, as the amount representing the speed error Q2, the
以上で説明したように、実施形態2では、第1のΔΣ部は入力された速度指令値(目標速度)ωm*と位置・速度推定部で検出されたモータの実速度(機械角実速度)ωmとの差分である速度偏差(機械角速度偏差)Δωを積分して出力し、第2のΔΣ部は第1のΔΣ部の出力に基づいて電流指令値生成部である速度制御器12と励磁電流制御器13で生成された電流指令値I*(d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*)と補正電流I´(ここでは、検出部で検出して3相の固定座標系の電流を2相の回転座標系の電流に変換したd軸電流Idとq軸電流Iqから電流補正器38で電流補正値ΔIcを生成し、さらにd軸電流Idとq軸電流Iqから電流補正値ΔIcを減算した補正d軸電流Id´及び補正q軸電流Iq´)との差分ΔI(ここでは、d軸電流偏差ΔId及びq軸電流偏差ΔIq)を積分して駆動部に出力する。
As described above, in the second embodiment, the first ΔΣ unit has the input speed command value (target speed) ωm * and the actual speed (mechanical angular speed) of the motor detected by the position/speed estimation unit. The velocity deviation (mechanical angular velocity deviation) Δω, which is the difference from ωm, is integrated and output, and the second ΔΣ unit is excited based on the output of the first ΔΣ unit with the
(実施形態2の変形例)
実施形態2では、モータMを周波数変換器とみなし、その周波数変換誤差を低減する。しかし、これに限らず、モータMの外的要因である出力トルクリプルや電気特性のバラツキ等の誤差や、図7の(a)の量子化器Qの後段に接続されうるその他の要素が発生させる種々の誤差も、図8に示すように制御系内にその誤差を加算することで、周波数変換誤差と同様に低減できる。
(Modification of Embodiment 2)
In the second embodiment, the motor M is regarded as a frequency converter and the frequency conversion error is reduced. However, the present invention is not limited to this, and an error such as an output torque ripple that is an external factor of the motor M, a variation in electric characteristics, and other elements that may be connected to the subsequent stage of the quantizer Q in FIG. Various errors can be reduced similarly to the frequency conversion error by adding the errors in the control system as shown in FIG.
実施形態2によれば、ベクトル制御を行うモータ制御装置の構成を、モータを周波数変換器とみなし、負荷トルク脈動による回転数変動(速度変動)を回転数指令値(目標回転数、目標速度)との誤差と捉えたΔΣ変調型とすることにより、モータの負荷トルク脈動による速度変動(周波数変換誤差)も低減し、周波数変換誤差の低減を含めてベクトル制御全体での精度向上を図ることができる。例えば、実施形態2に係るモータ制御装置100Bは、図9Aに示す量子化器Qへ置き換えた要素の量子化誤差Q1及びモータMの周波数変換誤差Q2を小さくすることができる。また、ベクトル制御を行うモータ制御装置の構成に、処理時間の増加がない積分器と電流補正器を追加するだけなので、変換処理に係る演算量の増加や、その演算量の増加に伴う応答性の低下、処理時間の増加などをまねくことがない。
According to the second embodiment, in the configuration of the motor control device that performs vector control, the motor is regarded as a frequency converter, and the rotation speed fluctuation (speed fluctuation) due to load torque pulsation causes the rotation speed command value (target rotation speed, target speed). By adopting the ΔΣ modulation type, which is regarded as an error with, the speed fluctuation (frequency conversion error) due to the load torque pulsation of the motor can be reduced, and the accuracy of the entire vector control including the reduction of frequency conversion error can be improved. it can. For example, the
上述の実施形態及び図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータやパラメータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。また、上述の実施形態における各部もしくは各装置の構成は、処理負荷や実装効率等から適宜分散及び統合されてもよい。 The above-described embodiment and the specific names, processes, controls, and information including various data and parameters shown in the drawings are merely examples, and can be appropriately changed unless otherwise specified. Further, the configuration of each unit or each device in the above-described embodiments may be appropriately distributed and integrated in view of processing load, mounting efficiency, and the like.
上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The broader aspects of the embodiments described above are not limited to the particular details and representative embodiments described and described above. Therefore, various changes may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept defined by the appended claims and their equivalents.
S1、S2 減算器
I1、I2 積分器
A1、A2、A3 加算器
Q 量子化器
D 遅延器
FC 周波数変換器
100X、100A、100B モータ制御装置
11、14、15、19減算器
12 速度制御器
13 励磁電流制御器
16 d軸電流制御器
17 q軸電流制御器
18 非干渉化制御器
20 加算器
21 dq/3φ変換器
22 PWM生成器
23 IPM
24 3φ電流算出器
25 3φ/dq変換器
26 軸誤差演算処理部
29 PLL制御器
30、30B 位置推定器
31 1/Pn処理器
32、33、34 遅延器
35、36、37 積分器
38 電流補正器
38a 減算器
38b 加算器
38c 補正電流算出器
39a、39b 遅延器
S1, S2 Subtractors I1, I2 Integrators A1, A2, A3 Adder Q Quantizer D Delay device
24 3φ
Claims (3)
前記モータ制御装置は、第1の減算器と第1の積分器を備えた第1のΔΣ部と、第2の減算器と第2の積分器を備えた第2のΔΣ部とを有し、
前記第1のΔΣ部は前記速度指令値と前記位置・速度推定部で検出されたモータの実速度との差分を積分して出力し、前記第2のΔΣ部は前記第1のΔΣ部の出力に基づいて生成された電流指令値と前記検出部で検出されたモータの電流との差分を積分して前記駆動部に出力することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that has a detection unit that detects the motor current, a position/speed estimation unit that detects the actual speed of the motor, and a drive unit that drives the motor, and that controls the speed of the motor based on the speed command value. And
The motor control device includes a first ΔΣ unit including a first subtractor and a first integrator, and a second ΔΣ unit including a second subtractor and a second integrator. ,
The first ΔΣ unit integrates and outputs the difference between the speed command value and the actual speed of the motor detected by the position/speed estimation unit, and the second ΔΣ unit outputs the integrated value of the first ΔΣ unit. A motor control device characterized by integrating a difference between a current command value generated based on an output and a motor current detected by the detection unit and outputting the result to the drive unit.
前記第2のΔΣ部は、前記第1のΔΣ部の出力に基づいて生成された電流指令値から前記電流補正部で生成された補正電流を減算して積分し前記駆動部へ出力する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 Further comprising a current correction unit that generates a correction current for correcting the speed error of the motor based on the current of the motor detected by the detection unit,
The second ΔΣ unit subtracts the correction current generated by the current correction unit from the current command value generated based on the output of the first ΔΣ unit, integrates the current, and outputs the integrated value to the drive unit. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is a motor control device.
前記モータの電流値をもとに推定される前記モータの機械角位相と、前記モータの速度指令値及び前記検出部により検出された前記モータの電流値から推定される前記モータの実速度の差分とから前記補正電流を生成する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 The current correction unit,
The difference between the mechanical angle phase of the motor estimated based on the current value of the motor and the actual speed of the motor estimated from the speed command value of the motor and the current value of the motor detected by the detection unit. The motor control device according to claim 2, wherein the correction current is generated from
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