JP6848680B2 - Synchronous motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石同期電動機(以下、PMSM)やシンクロナスリラクタンスモータ(以下、SynRM)等の同期電動機の最大出力を増大させ、かつ、高精度なトルク制御を実現する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for increasing the maximum output of a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor (hereinafter, PMSM) and a synchronous reluctance motor (hereinafter, SynRM) and realizing highly accurate torque control.

従来より、同期電動機の効率を向上し、かつ、高精度なトルク制御を実現する技術が開発されている。
例えば、特許文献1に記載されたPMSMの制御装置では、電動機の端子電圧が制限値よりも低い場合は、トルク/電流が最大になるように磁束指令値を制御し、端子電圧が制限値よりも高い場合は、端子電圧が制限値以下になるように磁束指令値を制御する。そして、電動機のトルクがトルク指令値に等しくなるように負荷角調節器により負荷角指令値を演算し、磁束指令値と負荷角指令値とから電流指令値を演算する。この電流指令値に従って電動機の電流を制御することにより、効率の向上及び高精度なトルク制御を可能にしている。
Conventionally, technologies have been developed that improve the efficiency of synchronous motors and realize highly accurate torque control.
For example, in the PMSM control device described in Patent Document 1, when the terminal voltage of the electric motor is lower than the limit value, the magnetic flux command value is controlled so that the torque / current is maximized, and the terminal voltage is lower than the limit value. If it is also high, the magnetic flux command value is controlled so that the terminal voltage is below the limit value. Then, the load angle command value is calculated by the load angle adjuster so that the torque of the electric motor becomes equal to the torque command value, and the current command value is calculated from the magnetic flux command value and the load angle command value. By controlling the current of the electric motor according to this current command value, it is possible to improve efficiency and control torque with high accuracy.

特開2009−124811号公報(図1〜図5等)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-124811 (FIGS. 1 to 5 and the like)

特許文献1に記載された電流指令値の演算方法では、原理的に、負荷角がトルクの増加関数である必要がある。
一方、電動機の端子電圧を制限値に制御した場合、その出力が最大になるのはトルク/電圧が最大になる動作点であり、この動作点は、トルク/磁束が最大になる動作点にほぼ等しい。しかし、トルク/磁束が最大になる動作点では、負荷角がトルクの増加関数ではなくなるので、特許文献1に記載された技術では電流指令値を演算できなくなり、結果として電動機の最大出力まで運転することができないという問題がある。
In the method of calculating the current command value described in Patent Document 1, in principle, the load angle needs to be an increasing function of torque.
On the other hand, when the terminal voltage of the motor is controlled to the limit value, the output is maximized at the operating point where the torque / voltage is maximized, and this operating point is almost the operating point where the torque / magnetic flux is maximized. equal. However, at the operating point where the torque / magnetic flux is maximized, the load angle is no longer a torque increasing function, so the current command value cannot be calculated by the technique described in Patent Document 1, and as a result, the motor operates to the maximum output. There is a problem that it cannot be done.

そこで、本発明の解決課題は、同期電動機の最大出力を増大させると共に効率を向上させ、高精度なトルク制御を実現可能とした同期電動機の制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a synchronous motor that can increase the maximum output of the synchronous motor, improve the efficiency, and realize highly accurate torque control.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、
半導体電力変換器により同期電動機を制御するための制御装置であって、前記同期電動機のトルク指令値から電流指令値を演算する電流指令演算器を備えた制御装置において、
前記電流指令演算器は、
前記トルク指令値から磁束上限値を演算する磁束上限値演算手段と、
前記トルク指令値から磁束下限値を演算する磁束下限値演算手段と、
前記同期電動機の磁束指令値を前記磁束上限値及び前記磁束下限値により基準化して基準化磁束指令値を演算する基準化変換手段と、
前記トルク指令値及び前記基準化磁束指令値を入力とする関数により前記電流指令値を演算して出力する手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、同期電動機の最大出力まで安定的に運転することができ、しかもトルクを高精度に制御することが可能である。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is
In a control device for controlling a synchronous motor by a semiconductor power converter, in a control device including a current command calculator that calculates a current command value from a torque command value of the synchronous motor.
The current command calculator
A magnetic flux upper limit value calculating means for calculating the magnetic flux upper limit value from the torque command value, and
A magnetic flux lower limit value calculating means for calculating the magnetic flux lower limit value from the torque command value, and
A standardized conversion means for calculating a standardized magnetic flux command value by standardizing the magnetic flux command value of the synchronous motor based on the magnetic flux upper limit value and the magnetic flux lower limit value.
It is characterized by including means for calculating and outputting the current command value by a function that inputs the torque command value and the standardized magnetic flux command value.
As a result, stable operation can be performed up to the maximum output of the synchronous motor, and torque can be controlled with high accuracy.

請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束上限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束上限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減でき、トルク制御精度をより向上させることができる。
The invention according to claim 2 is the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value and the torque / current is maximized in the control device for the synchronous motor according to claim 1. Is calculated as the upper limit value of the magnetic flux.
As a result, the calculation error can be reduced and the torque control accuracy can be further improved.

請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束下限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減でき、トルク制御精度をより向上させることができる。
The invention according to claim 3 is the control device for the synchronous motor according to claim 1 or 2, wherein the magnetic flux lower limit value calculation means equals the torque command value and maximizes the torque / magnetic flux. It is characterized in that the magnetic flux of is calculated as the lower limit value of the magnetic flux.
As a result, the calculation error can be reduced and the torque control accuracy can be further improved.

請求項4に記載した発明は、請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束下限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする。
これにより、演算誤差を低減すると共にトルク制御精度を一層向上させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the control device for the synchronous motor according to the first or second aspect, the magnetic flux lower limit value calculation means increases the torque when the current of the synchronous motor becomes equal to or more than the current limit value. It is characterized in that the magnetic flux when it is equal to the torque command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value is calculated as the magnetic flux lower limit value.
As a result, the calculation error can be reduced and the torque control accuracy can be further improved.

請求項5に記載した発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記磁束指令値からトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、前記トルク制限値の範囲内に前記トルク指令値を制限する手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、磁束指令値に応じてトルクを適切に制限することができる。
The invention according to claim 5 is a torque limit value calculation means for calculating a torque limit value from the magnetic flux command value and the torque limit in the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 4. It is characterized by providing means for limiting the torque command value within the range of the value.
Thereby, the torque can be appropriately limited according to the magnetic flux command value.

請求項6に記載した発明は、請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする。
これにより、トルクを同期電動機の最大トルク以下に制限することができる。
The invention according to claim 6 is the control device for the synchronous motor according to claim 5, wherein the torque limit value calculation means makes the magnetic flux of the synchronous motor equal to the magnetic flux command value and maximizes the torque / magnetic flux. It is characterized in that the torque at that time is calculated as the torque limit value.
As a result, the torque can be limited to the maximum torque of the synchronous motor or less.

請求項7に記載した発明は、請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする。
これにより、同期電動機の電流を電流制限値以下に制御することができる。
The invention according to claim 7 is the control device for the synchronous motor according to claim 5, wherein when the current of the synchronous motor becomes equal to or more than the current limit value, the torque limit value calculation means of the synchronous motor. It is characterized in that the torque when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value is calculated as the torque limit value.
As a result, the current of the synchronous motor can be controlled to be equal to or less than the current limit value.

請求項8に記載した発明は、請求項1〜7の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記トルク指令値から前記磁束指令値を演算する磁束指令値演算手段を備え、 前記磁束指令値演算手段は、前記同期電動機のトルクが前記トルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束指令値として演算することを特徴とする。
これにより、トルク/電流を最大に制御することができる。
The invention according to claim 8 comprises a magnetic flux command value calculating means for calculating the magnetic flux command value from the torque command value in the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 7. The magnetic flux command value calculating means is characterized in that the torque of the synchronous motor is equal to the torque command value and the magnetic flux when the torque / current is maximized is calculated as the magnetic flux command value.
Thereby, the torque / current can be controlled to the maximum.

請求項9に記載した発明は、請求項1〜8の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、前記同期電動機の端子電圧が電圧制限値以下になるように前記磁束指令値を制御する手段を有することを特徴とする。
これにより、同期電動機の端子電圧を電圧制限値以下に制御することができる。
The invention according to claim 9 controls the magnetic flux command value so that the terminal voltage of the synchronous motor becomes equal to or less than the voltage limit value in the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 8. It is characterized by having a means for doing so.
As a result, the terminal voltage of the synchronous motor can be controlled to be equal to or lower than the voltage limit value.

本発明によれば、同期電動機の最大出力を増大させると共に、高精度なトルク制御を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the maximum output of the synchronous motor and realize highly accurate torque control.

本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control device which concerns on embodiment of this invention. 図1における電流指令演算器のブロック図である。It is a block diagram of the current command arithmetic unit in FIG. 図2における基準化変換器の入出力特性を示す図である。It is a figure which shows the input / output characteristic of the standardized converter in FIG. 図2における電流指令生成部のトルク指令値と基準化磁束指令値Ψa(Table) との関係を示すテーブルである。It is a table which shows the relationship between the torque command value of the current command generation part in FIG. 2 and the standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) *.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
周知のように、同期電動機は、回転子に同期した直交回転座標を構成するd,q軸上で制御を行うことで、高性能なトルク制御や速度制御を実現することができる。
PMSMの場合、回転子の磁極のN極方向をd軸と定義し、このd軸から90°進み方向をq軸と定義する。また、SynRMの場合、インダクタンスが最大になる方向をd軸と定義し、このd軸から90°進み方向をq軸と定義する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As is well known, a synchronous motor can realize high-performance torque control and speed control by controlling on the d and q axes constituting orthogonal rotating coordinates synchronized with the rotor.
In the case of PMSM, the north pole direction of the magnetic poles of the rotor is defined as the d-axis, and the 90 ° advancing direction from this d-axis is defined as the q-axis. Further, in the case of SynRM, the direction in which the inductance becomes maximum is defined as the d-axis, and the direction 90 ° ahead of the d-axis is defined as the q-axis.

図1は、この実施形態に係るPMSM等の同期電動機80の制御装置を示すブロック図である。
まず、図1に基づいて、同期電動機80の速度制御、電流制御、及び、電圧制御について説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a synchronous motor 80 such as a PMSM according to this embodiment.
First, speed control, current control, and voltage control of the synchronous motor 80 will be described with reference to FIG.

位置・速度検出回路91は、同期電動機80に取り付けられた位置・速度センサ90の出力信号から、速度検出値ωと位置検出値θとを求める。なお、これらの検出値ω,θは、位置・速度センサ90及び位置・速度検出回路91を用いずに、電動機80の電流及び端子電圧から演算しても良い。 The position / speed detection circuit 91 obtains the speed detection value ω r and the position detection value θ r from the output signal of the position / speed sensor 90 attached to the synchronous motor 80. The detected values ω r and θ r may be calculated from the current and terminal voltage of the electric motor 80 without using the position / speed sensor 90 and the position / speed detection circuit 91.

減算器16は、速度指令値ω と速度検出値ωとの偏差を求め、速度調節器17は上記偏差を零にするように動作してトルク指令値τを演算する。電流指令演算器18は、トルク指令値τ、速度検出値ω、電圧制限値Valim、電圧指令値振幅V に基づいて、電動機80の端子電圧が電圧制限値Valim以下の条件で電動機80の効率を最大にし、かつ、トルクをトルク指令値τに制御するようなd,q軸電流指令値i ,i を演算する。 The subtractor 16 obtains the deviation between the speed command value ω r * and the speed detection value ω r, and the speed controller 17 operates so as to make the deviation zero and calculates the torque command value τ *. Current command calculator 18, the torque command value tau *, the speed detection value omega r, voltage limit value V alim, based on voltage command value amplitude V a *, the terminal voltage of the motor 80 is a voltage limit value V alim following conditions Calculates the d, q-axis current command values id * and i q * that maximize the efficiency of the motor 80 and control the torque to the torque command value τ *.

電圧振幅演算器21は、d,q軸電圧指令値v ,v のベクトル和から、電圧指令値振幅V を演算する。電圧制限値演算器22は、直流電圧検出回路12により得た直流電圧検出値Edcから、電圧制限値Valimを演算する。 The voltage amplitude calculator 21, d, q-axis voltage command value v d *, v from the vector sum of q *, calculates the voltage command value amplitude V a *. Voltage limit value calculation unit 22, the DC voltage detection value E dc obtained by the DC voltage detection circuit 12, calculates a voltage limit value V alim.

一方、u相電流検出器11u、w相電流検出器11wは、電動機80に流れる相電流i,iをそれぞれ検出する。座標変換器14は、これらの相電流検出値i,i、及び、演算により求めた残りのv相電流演算値iを、位置検出値θを用いて二相量のd,q軸電流検出値i,iに座標変換する。 On the other hand, the u-phase current detectors 11u and the w-phase current detectors 11w detect the phase currents i u and i w flowing through the electric motor 80, respectively. Coordinate converter 14, these phase current detection value i u, i w, and the remaining v-phase current calculation value i v obtained by the calculation, the two-phase quantity with the detected position value theta r d, q Coordinates are converted to the axial current detection values id and i q.

減算器19aは、d軸電流指令値i とd軸電流検出値iとの偏差を求め、d軸電流調節器20aは、上記偏差を零にするように動作してd軸電圧指令値v を演算する。また、減算器19bは、q軸電流指令値i とq軸電流検出値iとの偏差を求め、q軸電流調節器20bは、上記偏差を零にするように動作してq軸電圧指令値v を演算する。
座標変換器15は、d,q軸電圧指令値v ,v を、位置検出値θを用いて三相量の相電圧指令値v ,v ,v に座標変換し、PWM回路13に出力する。
The subtractor 19a obtains the deviation between the d-axis current command value id * and the d-axis current detection value id, and the d-axis current regulator 20a operates so as to make the deviation zero and the d-axis voltage command. Calculate the value v d *. Further, the subtractor 19b obtains the deviation between the q-axis current command value i q * and the q-axis current detection value i q, and the q-axis current regulator 20b operates so as to make the deviation zero. Calculate the voltage command value v q *.
The coordinate converter 15 converts the d, q-axis voltage command values v d * , v q * into the three-phase quantity phase voltage command values v u * , v v * , v w * using the position detection value θ r. The coordinates are converted and output to the PWM circuit 13.

整流回路60は、三相交流電源50を整流して得た直流電圧をインバータ等の電力変換器70に供給する。
PWM回路13は、電力変換器70の出力電圧を相電圧指令値v ,v ,v に制御するためのゲート信号を生成する。電力変換器70は、ゲート信号に基づいて内部の半導体スイッチング素子を制御し、電動機80の端子電圧を相電圧指令値v ,v ,v に制御する。
以上に述べた制御により、電動機80の速度及びトルク等を指令値通りに制御することができる。
The rectifier circuit 60 supplies a DC voltage obtained by rectifying the three-phase AC power supply 50 to a power converter 70 such as an inverter.
The PWM circuit 13 generates a gate signal for controlling the output voltage of the power converter 70 to the phase voltage command values v u * , v v * , v w *. The power converter 70 controls the internal semiconductor switching element based on the gate signal, and controls the terminal voltage of the electric motor 80 to the phase voltage command values v u * , v v * , v w * .
By the control described above, the speed, torque, etc. of the electric motor 80 can be controlled according to the command value.

次に、図1における電流指令演算器18の詳細を、図2に基づいて説明する。
図2において、磁束指令演算器121は、トルク指令値τから磁束指令値ΨaMTPAを演算する。この磁束指令値ΨaMTPAは、トルクがトルク指令値τに等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束とする。なお、ΨaMTPAを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
Next, the details of the current command calculator 18 in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the magnetic flux command calculator 121 calculates the magnetic flux command value Ψ aMTPA from the torque command value τ * . This magnetic flux command value Ψ aMTPA is the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ * and the torque / current is maximized. Since it is difficult to obtain Ψ a MTPA by an arithmetic expression, the polygonal line approximation function is used for the calculation.

磁束制限値演算器122は、磁束制限値Ψalimを数式1により演算する。

Figure 0006848680
The magnetic flux limit value calculator 122 calculates the magnetic flux limit value Ψ alim by the mathematical formula 1.
Figure 0006848680

磁束指令演算器121から出力された磁束指令値ΨaMTPAは、出力制限器123により上限値が磁束制限値Ψalimに制限され、磁束指令値Ψa0 として出力される。 The upper limit of the magnetic flux command value Ψ aMTPA output from the magnetic flux command calculator 121 is limited to the magnetic flux limit value Ψ alim by the output limiter 123, and the magnetic flux command value Ψ a0 * is output.

また、電圧制限値Valimと電圧指令値振幅V との偏差を減算器124により求める。積分調節器からなる磁束調節器125は、上記偏差を零にするように動作して磁束補正係数KΨaを演算し、この磁束補正係数KΨaは、出力制限器126により上限値が1.0倍、下限値が零に制限される。 Further, a deviation between the voltage limit value V alim and the voltage command value amplitude V a * by the subtractor 124. Flux adjuster 125 having integrated regulator, operate to zero the deviation calculates the flux correction factor K [psi, the flux correction factor K [psi is an upper limit by the output limiter 126 1.0 Double, the lower limit is limited to zero.

出力制限器123,126からそれぞれ出力された磁束指令値Ψa0 と磁束補正係数KΨaとは乗算器127により乗算され、磁束指令値Ψ が演算される。これにより、電動機80の端子電圧を電圧制限値Valim以下に制御するための磁束指令値Ψ を演算することができる。 The magnetic flux command value Ψ a0 * output from the output limiters 123 and 126 and the magnetic flux correction coefficient K Ψ a are multiplied by the multiplier 127, and the magnetic flux command value Ψ a * is calculated. As a result, the magnetic flux command value Ψ a * for controlling the terminal voltage of the electric motor 80 to be equal to or lower than the voltage limit value of Valim can be calculated.

磁束指令値Ψ はトルク制限値演算器131に入力されてトルク制限値τlimが演算される。
このトルク制限値τlimは、磁束が磁束指令値Ψ に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクとする。ただし、電流が電流制限値以上になる場合は、磁束が磁束指令値Ψ に等しく、かつ、電流が電流制限値に等しいときのトルクとする。
トルク制限値τlimを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
The magnetic flux command value Ψ a * is input to the torque limit value calculator 131, and the torque limit value τ lim is calculated.
This torque limit value τ lim is the torque when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value Ψ a * and the torque / magnetic flux is maximized. However, when the current exceeds the current limit value, the torque is used when the magnetic flux is equal to the magnetic flux command value Ψ a * and the current is equal to the current limit value.
Since it is difficult to obtain the torque limit value τ lim by the calculation formula, the calculation is performed using the polygonal line approximation function.

トルク指令値τは、出力制限器132により上限値がトルク制限値τlim、下限値が(−τlim)に制限され、トルク指令値τ**として出力される。これにより、磁束指令値Ψ に応じてトルクを電動機80の最大トルク以下に制限し、かつ、電流を電流制限値以下に制限することができる。 The torque command value τ * is output as the torque command value τ ** by limiting the upper limit value to the torque limit value τ lim and the lower limit value to (−τ lim ) by the output limiter 132. Thereby, the torque can be limited to the maximum torque or less of the electric motor 80 and the current can be limited to the current limit value or less according to the magnetic flux command value Ψ a *.

基準化変換器141は、図3に示す入出力特性に基づき、後述の磁束上限値Ψamax、磁束下限値Ψaminを含む磁束指令値Ψ に応じた基準化磁束指令値Ψa(Table) を演算し、電流指令生成部144に出力する。 Based on the input / output characteristics shown in FIG. 3, the standardized converter 141 has a standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) according to a magnetic flux command value Ψ a * including a magnetic flux upper limit value Ψ amax and a magnetic flux lower limit value Ψ amin, which will be described later. ) * Is calculated and output to the current command generation unit 144.

また、前述のトルク指令値τ**は磁束上限値演算器142及び磁束下限値演算器143に入力され、磁束上限値Ψamax及び磁束下限値Ψaminがそれぞれ演算される。ここで、磁束上限値Ψamaxは、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束とする。磁束下限値Ψaminは、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束とする。
ただし、電流が制限値以上になる場合は、トルクがトルク指令値τ**に等しく、かつ、電流が制限値に等しいときの磁束とする。磁束上限値Ψamax及び磁束下限値Ψaminを演算式により求めるのは困難であるため、折線近似関数を利用して演算する。
Further, the above-mentioned torque command value τ ** is input to the magnetic flux upper limit value calculator 142 and the magnetic flux lower limit value calculator 143, and the magnetic flux upper limit value Ψ amax and the magnetic flux lower limit value Ψ amin are calculated, respectively. Here, the magnetic flux upper limit value Ψ amax is the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ ** and the torque / current is maximized. The lower limit of magnetic flux Ψ amin is the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value τ ** and the torque / magnetic flux is maximized.
However, when the current exceeds the limit value, the magnetic flux is used when the torque is equal to the torque command value τ ** and the current is equal to the limit value. Since it is difficult to obtain the magnetic flux upper limit value Ψ amax and the magnetic flux lower limit value Ψ amin by an arithmetic expression, the calculation is performed using a polygonal line approximation function.

電流指令生成部144は、トルク指令値τ**及び基準化磁束指令値Ψa(Table) に基づいて、トルクをトルク指令値τ**に制御し、かつ、磁束を基準化磁束指令値Ψa(Table) に制御するようなd,q軸電流指令値i ,i を演算する。この演算を演算式により行うのは困難であるため、トルク指令値τ**と基準化磁束指令値Ψa(Table) とを入力とし、d,q軸電流指令値i ,i を出力とするテーブルを線形補間することにより、d,q軸電流指令値i ,i を演算する。 The current command generation unit 144 controls the torque to the torque command value τ ** based on the torque command value τ ** and the standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) * , and sets the magnetic flux to the standardized magnetic flux command value. Calculate the d, q-axis current command values id * , i q * that are controlled by Ψ a (Table) *. Since it is difficult to perform this calculation by an arithmetic expression, the torque command value τ ** and the standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) * are input, and the d, q-axis current command values id * , i q. By linearly interpolating the table that outputs * , the d and q-axis current command values id * and i q * are calculated.

図4は、電流指令生成部144におけるトルク指令値と基準化磁束指令値Ψa(Table) とのテーブルの例を示している。
磁束のテーブルは、通常使用する磁束上限値Ψamaxと磁束下限値Ψaminとの間を0〜1[pu]の範囲で用意しておく。これにより、テーブル数を低減し、線形補間に起因する誤差を低減できると共に線形補間演算を簡素化することができる。
また、弱め磁束制御を行う場合には速度が高いため、小さな磁束制御誤差が大きな電圧制御誤差になりやすい。そこで、図4に示すように磁束とトルクとが小さい領域では、テーブルを多く設けることにより、線形補間に起因する磁束制御誤差を低減する。
FIG. 4 shows an example of a table of the torque command value and the standardized magnetic flux command value Ψ a (Table) * in the current command generation unit 144.
The magnetic flux table is prepared in the range of 0 to 1 [pu] between the normally used magnetic flux upper limit value Ψ amax and the magnetic flux lower limit value Ψ amin. As a result, the number of tables can be reduced, the error caused by linear interpolation can be reduced, and the linear interpolation operation can be simplified.
Further, when the weak magnetic flux control is performed, the speed is high, so that a small magnetic flux control error tends to become a large voltage control error. Therefore, as shown in FIG. 4, in the region where the magnetic flux and the torque are small, the magnetic flux control error due to the linear interpolation is reduced by providing a large number of tables.

本発明は、PMSMやSynRM等の各種の同期電動機をインバータ等の電力変換器により駆動する制御装置として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a control device for driving various synchronous motors such as PMSM and SynRM by a power converter such as an inverter.

50 三相交流電源
60 整流回路
70 電力変換器
80 同期電動機
90 位置・速度センサ
91 位置・速度検出回路
11u u相電流検出器
11w w相電流検出器
12 直流電圧検出回路
13 PWM回路
14 座標変換器
15 座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 電流指令演算器
19a,19b 減算器
20a d軸電流調節器
20b q軸電流調節器
21 電圧振幅演算器
22 電圧制限値演算器
121 磁束指令演算器
122 磁束制限値演算器
123 出力制限器
124 減算器
125 磁束調節器
126 出力制限器
127 乗算器
131 トルク制限値演算器
132 出力制限器
141 基準化変換器
142 磁束上限値演算器
143 磁束下限値演算器
144 電流指令生成部
50 Three-phase AC power supply 60 Rectifier circuit 70 Power converter 80 Synchronous electric motor 90 Position / speed sensor 91 Position / speed detection circuit 11u u-phase current detector 11w w-phase current detector 12 DC voltage detection circuit 13 PWM circuit 14 Coordinate converter 15 Coordinate converter 16 Subtractor 17 Speed controller 18 Current command calculator 19a, 19b Subtractor 20a d-axis current regulator 20b q-axis current regulator 21 Voltage amplitude calculator 22 Voltage limit calculator 121 Voltage limit calculator 122 Voltage limit calculator 123 Output limiter 124 Subtractor 125 Current flux regulator 126 Output limiter 127 Multiplier 131 Torque limit value calculator 132 Output limiter 141 Standardized converter 142 Voltage upper limit calculator 143 Voltage lower limit calculator 143 144 Current command generator

Claims (9)

半導体電力変換器により同期電動機を制御するための制御装置であって、前記同期電動機のトルク指令値から電流指令値を演算する電流指令演算器を備えた制御装置において、
前記電流指令演算器は、
前記トルク指令値から磁束上限値を演算する磁束上限値演算手段と、
前記トルク指令値から磁束下限値を演算する磁束下限値演算手段と、
前記同期電動機の磁束指令値を前記磁束上限値及び前記磁束下限値により基準化して基準化磁束指令値を演算する基準化変換手段と、
前記トルク指令値及び前記基準化磁束指令値を入力とする関数により前記電流指令値を演算して出力する手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
In a control device for controlling a synchronous motor by a semiconductor power converter, in a control device including a current command calculator that calculates a current command value from a torque command value of the synchronous motor.
The current command calculator
A magnetic flux upper limit value calculating means for calculating the magnetic flux upper limit value from the torque command value, and
A magnetic flux lower limit value calculating means for calculating the magnetic flux lower limit value from the torque command value, and
A standardized conversion means for calculating a standardized magnetic flux command value by standardizing the magnetic flux command value of the synchronous motor based on the magnetic flux upper limit value and the magnetic flux lower limit value.
A means for calculating and outputting the current command value by a function that inputs the torque command value and the standardized magnetic flux command value, and
A control device for a synchronous motor, which is characterized by being equipped with.
請求項1に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束上限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束上限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to claim 1,
The magnetic flux upper limit value calculating means is a control device for a synchronous motor, characterized in that the torque is equal to the torque command value and the magnetic flux when the torque / current is maximized is calculated as the magnetic flux upper limit value.
請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束下限値演算手段は、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to claim 1 or 2.
The magnetic flux lower limit value calculation means is a control device for a synchronous motor, characterized in that the torque is equal to the torque command value and the magnetic flux when the torque / magnetic flux is maximized is calculated as the magnetic flux lower limit value.
請求項1または2に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束下限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、トルクがトルク指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときの磁束を前記磁束下限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to claim 1 or 2.
When the current of the synchronous motor becomes equal to or more than the current limit value, the magnetic flux lower limit value calculation means obtains the magnetic flux when the torque is equal to the torque command value and the current of the synchronous motor is equal to the current limit value. A control device for a synchronous motor, which is characterized in that it is calculated as the lower limit of magnetic flux.
請求項1〜4の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記磁束指令値からトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、
前記トルク制限値の範囲内に前記トルク指令値を制限する手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 4.
A torque limit value calculation means for calculating a torque limit value from the magnetic flux command value, and
A means for limiting the torque command value within the range of the torque limit value, and
A control device for a synchronous motor, which is characterized by being equipped with.
請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、トルク/磁束を最大にするときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to claim 5.
The torque limit value calculating means is a control device for a synchronous motor, wherein the magnetic flux of the synchronous motor is equal to the magnetic flux command value, and the torque when the torque / magnetic flux is maximized is calculated as the torque limit value. ..
請求項5に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク制限値演算手段は、前記同期電動機の電流が電流制限値以上になる場合には、前記同期電動機の磁束が磁束指令値に等しく、かつ、前記同期電動機の電流が電流制限値に等しいときのトルクを前記トルク制限値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to claim 5.
When the current of the synchronous motor exceeds the current limit value, the torque limit value calculation means equals the magnetic flux of the synchronous motor to the magnetic flux command value and the current of the synchronous motor equals the current limit value. A control device for a synchronous motor, characterized in that the torque of is calculated as the torque limit value.
請求項1〜7の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記トルク指令値から前記磁束指令値を演算する磁束指令値演算手段を備え、
前記磁束指令値演算手段は、前記同期電動機のトルクが前記トルク指令値に等しく、かつ、トルク/電流を最大にするときの磁束を前記磁束指令値として演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 7.
A magnetic flux command value calculating means for calculating the magnetic flux command value from the torque command value is provided.
The magnetic flux command value calculating means controls the synchronous motor, wherein the torque of the synchronous motor is equal to the torque command value, and the magnetic flux when the torque / current is maximized is calculated as the magnetic flux command value. apparatus.
請求項1〜8の何れか1項に記載した同期電動機の制御装置において、
前記同期電動機の端子電圧が電圧制限値以下になるように前記磁束指令値を制御する手段を有することを特徴とする同期電動機の制御装置。
In the control device for the synchronous motor according to any one of claims 1 to 8.
A control device for a synchronous motor, which comprises means for controlling the magnetic flux command value so that the terminal voltage of the synchronous motor becomes equal to or lower than a voltage limit value.
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