JP7151872B2 - Controller for permanent magnet synchronous machine - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石同期機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous machine.
特許文献1は、永久磁石同期電動機の制御方法の例を開示する。当該方法において、回転子の位置は、位相補正値によって補正される。位相補正値は、電動機を据付けた後の調整中に算出される。
しかしながら、特許文献1において、位相補正値は、駆動電圧を測定して算出される。このため、制御装置は、駆動電圧を測定する電圧センサを必要とする。これにより、制御装置のハードウェア構成が複雑になる。
However, in
本発明は、このような課題を解決するためになされた。本発明の目的は、簡易な構成によって磁極位置の補正値を計算できる永久磁石同期機の制御装置を提供することである。 The present invention was made to solve such problems. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device for a permanent magnet synchronous machine that can calculate correction values for magnetic pole positions with a simple configuration.
本発明に係る電動機の制御装置は、永久磁石同期機のd軸電流およびq軸電流の指令値を生成する電流指令生成部と、電流指令生成部が生成した指令値を入力として永久磁石同期機のd軸電圧およびq軸電圧の指令値を算出する電流制御部と、電流制御部が算出したd軸電圧の指令値に基づいて第1補正位相を算出する第1補正位相算出部と、電流制御部が算出したq軸電流の指令値または永久磁石同期機のq軸電流の実際値の少なくともいずれかおよび永久磁石同期機のパラメータに基づいて第2補正位相を算出する第2補正位相算出部と、第1補正位相および第2補正位相の和である第3補正位相によって補正された永久磁石同期機の電気角を用いて電流制御部におけるd-q座標についての座標変換を行う変換部と、を備える。 A control apparatus for an electric motor according to the present invention includes a current command generator that generates command values for a d-axis current and a q-axis current of a permanent magnet synchronous machine; a current control unit for calculating command values for the d-axis voltage and the q-axis voltage of the current control unit; a first correction phase calculation unit for calculating a first correction phase based on the command value for the d-axis voltage calculated by the current control unit; a second correction phase calculation unit for calculating a second correction phase based on at least one of the command value of the q-axis current calculated by the control unit and the actual value of the q-axis current of the permanent magnet synchronous machine and parameters of the permanent magnet synchronous machine; and a conversion unit that performs coordinate conversion on dq coordinates in the current control unit using the electrical angle of the permanent magnet synchronous machine corrected by the third correction phase that is the sum of the first correction phase and the second correction phase. , provided.
本発明によれば、制御装置は、電流指令生成部と、電流制御部と、第1補正位相算出部と、第2補正位相算出部と、変換部と、を備える。電流指令生成部は、永久磁石同期機のd軸電流およびq軸電流の指令値を生成する。電流制御部は、電流指令生成部が生成した指令値を入力として、永久磁石同期機のd軸電圧およびq軸電圧の指令値を算出する。第1補正位相算出部は、電流制御部が算出したd軸電圧の指令値に基づいて第1補正位相を算出する。第2補正位相算出部は、電流制御部が算出したq軸電流の指令値または永久磁石同期機のq軸電流の実際値の少なくともいずれかおよび永久磁石同期機のパラメータに基づいて第2補正位相を算出する。変換部は、第1補正位相および第2補正位相の和である第3補正位相によって補正された永久磁石同期機の電気角を用いて電流制御部におけるd-q座標についての座標変換を行う。これにより、制御装置は、簡易な構成によって磁極位置の補正値を計算できる。 According to the present invention, a control device includes a current command generation section, a current control section, a first correction phase calculation section, a second correction phase calculation section, and a conversion section. The current command generator generates command values for d-axis current and q-axis current of the permanent magnet synchronous machine. The current control unit receives the command values generated by the current command generation unit and calculates command values for the d-axis voltage and the q-axis voltage of the permanent magnet synchronous machine. The first corrected phase calculator calculates the first corrected phase based on the command value of the d-axis voltage calculated by the current controller. The second correction phase calculation unit calculates a second correction phase based on at least one of the command value of the q-axis current calculated by the current control unit and the actual value of the q-axis current of the permanent magnet synchronous machine and parameters of the permanent magnet synchronous machine. Calculate The conversion unit performs coordinate conversion on the dq coordinates in the current control unit using the electrical angle of the permanent magnet synchronous machine corrected by the third correction phase that is the sum of the first correction phase and the second correction phase. Thereby, the control device can calculate the correction value of the magnetic pole position with a simple configuration.
本発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化または省略する。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are appropriately simplified or omitted.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control device according to
制御装置1は、永久磁石同期機を駆動する装置である。この例において、永久磁石同期機は、電動機2である。電動機2は、例えば3相電動機である。この例において、電動機2の回転子の形状は、例えば非突極型の形状である。電動機2は、例えばエレベータに適用される。電動機2は、例えばエレベータの巻上機またはドアなどに適用される。
A
一般に、3相交流電動機の制御において、U相、V相およびW相からなる3相の電流および電圧は、2軸に変換して取り扱われることが多い。3相のうちU相の軸にα軸を合わせた静止2軸上の座標系は、α-β座標系と呼ばれる。回転子の磁界の方向にd軸を合わせた回転2軸上の座標系は、d-q座標系と呼ばれる。電動機2の回転子の電気角θreは、α-β座標系から見たd-q座標系の回転角度である。Generally, in the control of a three-phase AC motor, three-phase current and voltage consisting of U-phase, V-phase, and W-phase are often converted into two axes and handled. A coordinate system on stationary two axes in which the U-phase axis of the three phases is aligned with the α-axis is called an α-β coordinate system. A coordinate system on two axes of rotation with the d-axis aligned with the direction of the magnetic field of the rotor is called a dq coordinate system. The electrical angle θ re of the rotor of the
制御装置1は、電流検出器3と、回転角検出器4と、位相算出部5と、速度算出部6と、電流指令生成部7と、電流制御部8と、第1補正位相算出部9と、第2補正位相算出部10と、座標変換部11と、電力変換器12と、を備える。
The
電流検出器3は、電動機2に流れる電流を測定する機器である。電流検出器3は、例えば電動機2に入力される3相の相電流を測定しうるように各相の配線に設けられる。この例において、電流検出器3は、U相の電流iU、V相の電流iV、およびW相の電流iWをそれぞれ測定する。The
回転角検出器4は、電動機2の回転角を検出する機器である。回転角検出器4は、例えば光学式のエンコーダ、レゾルバまたは磁気センサなどを含む。
The
位相算出部5は、電動機2の回転子の電気角θreを算出する部分である。位相算出部5における電気角θreの算出において、例えば回転角検出器4に検出される電動機2の回転角が用いられる。The
速度算出部6は、電動機2の回転速度ωを算出する部分である。回転速度ωの算出において、例えば回転角検出器4に検出される電動機2の回転角の時間微分が用いられる。
The
電流指令生成部7は、d-q座標系における電流指令値として、d軸電流の指令値id
*、およびq軸電流の指令値iq
*を生成する部分である。この例において、回転子の形状が非突極型である場合などに、d軸電流の指令値id
*は、0に設定される。q軸電流の指令値iq
*は、例えば、電動機2の回転速度の指令値および実際値の偏差に基づいて算出されたトルクの指令値を電流の指令値に換算することで算出される。トルクの指令値は、例えばP制御(P:Proportional)、PI制御(I:Integral)、PID制御(D:Differential)、またはその他の制御方法などによって算出される。The current command generator 7 is a part that generates a d-axis current command value i d * and a q-axis current command value i q * as current command values in the dq coordinate system. In this example, the command value i d * of the d-axis current is set to 0 when the shape of the rotor is non-salient. The q-axis current command value i q * is calculated, for example, by converting the torque command value calculated based on the deviation between the rotation speed command value and the actual value of the
電流制御部8は、d-q座標系における電圧指令値として、d軸電圧の指令値vd、およびq軸電圧の指令値vqを算出する部分である。電流制御部8による電圧指令値の算出は、d-q座標系における電流の指令値id
*およびiq
*と、d-q座標系における電流の実際値idおよびiqと、電動機2の回転速度ωと、を入力として行われる。The
電流制御部8は、d-q座標系における電流の指令値id
*およびiq
*と、d-q座標系における電流の実際値idおよびiqとの偏差に基づいて、ベクトル制御によって実際値を指令値に追従させる補償電圧を算出する。補償電圧は、フィードバック制御によって算出される。補償電圧は、例えばP制御、PI制御、PID制御、またはその他の制御方法などによって算出される。Based on the deviation between the current command values i d * and i q * in the dq coordinate system and the actual current values i d and i q in the dq coordinate system, the
また一般に、d軸およびq軸の間において電圧干渉が生じる。このため、電流制御部8において、電圧干渉を非干渉化する非干渉化電圧によってフィードフォワード補償が行われる。非干渉化電圧は、電動機2の電気角速度と、d-q座標系における電流の実際値と、電動機2のパラメータと、によって算出される。電気角速度は、速度算出部6が算出した電動機2の回転速度ωに電動機2の極対数を乗算することで算出される。電動機2のパラメータは、例えばインダクタンス、および誘起電圧定数を含む。
Also, voltage interference generally occurs between the d-axis and the q-axis. Therefore, in the
電流制御部8は、上記のように得られた補償電圧と干渉電圧との和を、d-q座標系における電圧指令値として出力する。
The
第1補正位相算出部9は、第1補正位相Δθ1を算出する部分である。第2補正位相算出部10は、第2補正位相Δθ2を算出する部分である。第1補正位相Δθ1および第2補正位相Δθ2は、位相算出部5が算出した電気角θreの補正に用いられる。The first
座標変換部11は、補正された電気角に基づいて、電流制御部8におけるd-q座標についての座標変換を行う部分である。座標変換部11は、変換部の例である。座標変換部11は、3相/2軸変換部13と、2軸/3相変換部14と、を備える。3相/2軸変換部13は、電流検出器3が検出した電動機2の3相の電流iU、iV、およびiWを、d-q座標系における2軸の電流idおよびiqに座標変換する部分である。2軸/3相変換部14は、電流制御部8が算出したd-q座標系における2軸の電圧指令値vdおよびvqを、3相の電圧指令値vU、vV、およびvWに座標変換する部分である。The coordinate
電力変換器12は、入力される電圧指令値に基づいて、図示されない電源の電圧を可変電圧可変周波数の電圧に変換する機器である。この例において、電力変換器12は、交流の電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータによって変換された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するインバータと、を備える。
The
続いて図2および図3を用いて、制御装置1における電気角の補正の例を説明する。
Next, an example of electrical angle correction in the
図2は、実施の形態1に係る第1補正位相算出部の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a first correction phase calculator according to
第1補正位相算出部9は、電流制御部8が出力するd軸電圧の指令値vdに基づいて第1補正位相Δθ1を算出する。第1補正位相算出部9は、ゲインアンプ15と、積分器16と、を備える。ゲインアンプ15は、d軸電圧の指令値に定数を乗じて積分器16に出力する。積分器16は、入力された値を積分して第1補正位相Δθ1として出力する。The first
この例において、d軸電流の指令値id
*は0に設定されている。位相算出部5が算出した電気角θreが電動機2の実際の磁極位置からずれていない場合に、電流のフィードバック制御によってd軸電流の指令値および実際値の偏差が0であるならば、電流制御部8は、定常状態においてd軸の補償電圧を0として算出する。一方、位相算出部5が算出した電気角θreが電動機2の実際の磁極位置からずれている場合に、q軸電流がd軸に流れ込むので、d軸電流を0に制御したとしてもd軸の補償電圧は0にならない。In this example, the d-axis current command value i d * is set to zero. If the electrical angle θ re calculated by the
第1補正位相算出部9は、この特性を利用することで、d軸電圧の指令値vdが0になるまで第1補正位相Δθ1を算出する。これにより、第1補正位相Δθ1は、位相算出部5が算出する電気角θreと電動機2の実際の磁極位置とのずれを補正する補正値となる。The first
ここで、d軸電圧の指令値vdは、補償電圧の他に非干渉化電圧を含む。このため、第1補正位相は、非干渉化電圧に対応する誤差を含んでいる。そこで、第2補正位相算出部10は、非干渉化電圧に対応する誤差を補正する補正値である第2補正位相Δθ2を算出する。Here, the command value vd of the d -axis voltage includes the non-coupling voltage in addition to the compensating voltage. Therefore, the first corrected phase contains an error corresponding to the decoupling voltage. Therefore, the second corrected
図3は、実施の形態1に係る電動機の実際の磁極位置による座標系と非干渉化電圧に対応する誤差のずれを含む座標系との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the coordinate system based on the actual magnetic pole positions of the motor according to
図3において、d軸およびq軸は、電動機2の実際の磁極位置によるd-q座標系を表す。dc軸およびqc軸は、非干渉化電圧に対応する誤差のずれを含むd-q座標系を表す。このとき、d軸とdc軸との間、およびq軸とqc軸との間において、Δθの角度誤差がある。
In FIG. 3, the d-axis and the q-axis represent a dq coordinate system according to the actual magnetic pole positions of the
電動機2における実際のd軸電流およびq軸電流は、図3に示される座標系の関係から、電流値iqcを用いて次の式(1)および式(2)のように表される。ここで、電流値iqcは、第2補正位相Δθ2による補正がない場合の制御装置1においてq軸電流の実際値として扱われる電流値である。また、この例において、d軸電流は0に制御されている。The actual d-axis current and q-axis current in the
また、式(1)および式(2)を用いて、電動機2の実際のd-q座標系における電圧vdおよびvqは、次の式(3)および式(4)のように表わされる。ここで、Rは、抵抗値を表す。LdおよびLqは、d軸およびq軸のインダクタンスを表す。φは、誘起電圧定数を表す。ωreは、電気角速度を表す。Also, using equations (1) and (2), the voltages v d and v q in the actual dq coordinate system of the
式(1)および式(2)式と同様に、図3に示される座標系の関係から、d軸電圧およびq軸電圧とdc軸電圧およびqc軸電圧との関係が導かれる。このとき、式(3)および式(4)を考慮すると、dc軸電圧は、次の式(5)のように表される。 Similar to equations (1) and (2), the relationship between the d-axis voltage and q-axis voltage and the dc-axis voltage and qc-axis voltage is derived from the relationship of the coordinate system shown in FIG. At this time, considering equations (3) and (4), the dc-axis voltage is represented by the following equation (5).
ここで、式(5)の右辺第一項がdc軸の非干渉化電圧なので、右辺第二項および第三項が補償電圧であることが分かる。第1補正位相Δθ1は制御装置1におけるdc軸電圧の指令値vdcが0になるように算出されるので、第1補正位相Δθ1による補正を考慮すると式(5)の左辺は0になる。このとき、式(5)をΔθについて解くと、Δθは、式(6)に表されるように、電動機2のインダクタンス、誘起電圧定数およびqc軸電流の関数となる。Here, since the first term on the right side of Equation (5) is the decoupling voltage on the dc axis, it can be seen that the second and third terms on the right side are the compensation voltages. Since the first correction phase Δθ 1 is calculated so that the command value vdc of the dc -axis voltage in the
すなわち、第1補正位相算出部9が算出するΔθ1は、磁極位置のずれの正しい補正値に対して式(6)の誤差を持った値となる。この誤差を補正するために、第2補正位相算出部10は、第2補正位相Δθ2を式(6)によってΔθ2=Δθとして算出する。したがって、磁極位置のずれの補正値である第3補正位相Δθ3は、第1補正位相Δθ1と第2補正位相Δθ2とを加算することによって得られる。That is, Δθ1 calculated by the first
なお、電流制御部8によりq軸電流の実際値が指令値に追従している場合において、第2補正位相算出部10は、式(6)のq軸電流として指令値または実際値のいずれを用いてもよい。
Note that when the
座標変換部11は、位相算出部5が算出した電気角θreに第3補正位相Δθ3を加算することで補正された電気角を用いて、電流制御部8におけるd-q座標についての座標変換を行う。The coordinate
以上に説明したように、実施の形態1に係る制御装置1は、電流指令生成部7と、電流制御部8と、第1補正位相算出部9と、第2補正位相算出部10と、変換部と、を備える。電流指令生成部7は、永久磁石同期機のd軸電流およびq軸電流の指令値を生成する。電流制御部8は、電流指令生成部7が生成した指令値を入力として永久磁石同期機のd軸電圧およびq軸電圧の指令値を算出する。第1補正位相算出部9は、電流制御部8が算出したd軸電圧の指令値vdに基づいて第1補正位相Δθ1を算出する。第2補正位相算出部10は、電流制御部8が算出したq軸電流の指令値iq
*または永久磁石同期機のq軸電流の実際値iqの少なくともいずれかおよび永久磁石同期機のパラメータに基づいて第2補正位相Δθ2を算出する。変換部は、第3補正位相Δθ3によって補正された永久磁石同期機の電気角を用いて電流制御部8におけるd-q座標についての座標変換を行う。第3補正位相Δθ3は、第1補正位相Δθ1および第2補正位相Δθ2の和である。As described above, the
これにより、制御装置1は、電圧センサなどの追加のハードウェアを電気角の補正のために必要としない。このため、制御装置1は、簡易な構成によって磁極位置の補正値を計算できる。
Thereby, the
一般に、永久磁石同期機である電動機の電流制御は、回転座標であるd-q軸上の座標系の電流値に基づいて実施される。このため、電動機の回転子の磁極位置は、電流制御の基準となる重要な情報である。ここで、例えばエレベータなどの低回転大トルクが求められる電動機において、磁石極数が数十にも及ぶ多極の設計が採用される場合が多い。この場合に、電動機の回転角のずれは電気角に換算すると大きなずれとなる。このため、電気角のずれを小さくするためには、回転角検出器などのセンサそのものの検出精度に加え、当該センサの取付け精度についても、十分に高い精度が求められる。一方で、電気角のずれを数度に抑えるように機器を取り付けることは、電気角の精度よりさらに高い取付け精度が要求されるため、電動機の製造コストの上昇に繋がる。 In general, current control of a motor, which is a permanent magnet synchronous motor, is performed based on current values in a coordinate system on dq axes, which are rotational coordinates. Therefore, the magnetic pole position of the rotor of the motor is important information that serves as a reference for current control. Here, for example, in an electric motor such as an elevator that requires a large torque at a low rotation speed, a multi-pole design with as many as several tens of magnet poles is often adopted. In this case, the deviation of the rotation angle of the electric motor becomes a large deviation when converted to an electrical angle. Therefore, in order to reduce the deviation of the electrical angle, in addition to the detection accuracy of the sensor itself such as the rotation angle detector, the installation accuracy of the sensor is required to be sufficiently high. On the other hand, mounting the equipment so as to limit the deviation of the electrical angle to a few degrees requires mounting accuracy higher than the accuracy of the electrical angle, which leads to an increase in the manufacturing cost of the electric motor.
このため、制御装置1は、磁極位置のずれを、算出された第3補正位相Δθ3によって補正する。これにより、電動機2は、磁極位置がずれたまま運転されることを回避できる。制御装置1は、電動機2を正常に制御できる。このため、磁極位置のずれによる制御性能の悪化および不安定化が防止される。Therefore, the
また、第1補正位相算出部9は、補償電圧と、非干渉化電圧と、の和であるd軸電圧の指令値vdに基づいて第1補正位相を算出する。補償電圧は、d軸電流の指令値id
*および実際値idの偏差に基づいて計算される。非干渉化電圧は、d軸およびq軸の間における電圧干渉を非干渉化する。Further, the first
位相算出部5が算出した電気角θreが電動機2の実際の磁極位置からずれている場合に、d軸電流を0に制御したとしてもd軸の補償電圧は0にならない。このように、d軸電圧の指令値は、磁極位置のずれを反映する。d軸電圧の指令値は、非干渉化電圧によって電圧干渉が非干渉化されている。このため、第1補正位相算出部9は、d軸電圧をq軸電圧から独立したものとして第1補正位相Δθ1を算出できる。このとき、第1補正位相Δθ1は、非干渉化電圧に由来する誤差を含む。第2補正位相Δθ2は、第1補正位相Δθ1に含まれる当該誤差を補正する。このため、制御装置1は、補償電圧および非干渉化電圧を考慮して磁極位置のずれの補正値を算出できる。When the electrical angle θ re calculated by the
また、第1補正位相算出部9は、d軸電圧の指令値vdに定数を乗じて積分することによって第1補正位相Δθ1を算出する。Further, the first
これにより、第1補正位相算出部9は、簡易な方法により第1補正位相Δθ1を算出できる。また、第1補正位相算出部9は、電気角の補正による影響を受けたd軸電圧の指令値によって第1補正位相Δθ1を算出する。これにより、電源電圧の設計値と実際値との間に誤差があったとしても、d軸電圧が0となるように第1補正位相Δθ1が算出される。Thereby, the first
また、第2補正位相算出部10は、永久磁石同期機のインダクタンスおよび誘起電圧定数をパラメータとして第2補正位相Δθ2を算出する。Further, the second corrected
これにより、第2補正位相算出部10は、永久磁石同期機に関する既知の値に基づいて第2補正位相Δθ2を算出できる。Thereby, the second corrected
なお、電流検出器3は、3相の相電流のうち2相のみを測定してもよい。電流検出器3は、電動機2に流れる電流を測定する機器であればよく、電力変換器12の出力電流を測定する機器に限られない。電流検出器3は、例えばワンシャント抵抗による電流測定法のように、電力変換器12の母線電流を測定することで各相の電流を推定してもよい。
Note that the
また、回転角検出器4は、電動機2の回転角を検出する機器であればよく、例えばエンコーダなどに限られない。回転角検出器4は、例えば回転速度を検出する機能を搭載し、検出された回転速度の時間積分によって電動機2の回転角を算出するものであってもよい。
Further, the
また、速度算出部6は、回転速度ωの算出において、例えばローパスフィルターによる平滑化によって回転角の時間微分によるノイズを除去してもよい。速度算出部6は、一定時間ごとに電動機2の回転速度を算出してもよい。速度算出部6は、時間を計測する手段を備えてもよい。このとき、速度算出部6は、一定回転角ごとに回転速度を算出してもよい。
Further, in calculating the rotation speed ω, the
また、電流指令生成部7は、電動機2の回転角を制御するようにq軸電流指令値iq
*を算出してもよい。電流指令生成部7は、例えば電動機2に一定のトルクを出力させる場合に、当該一定のトルクの指令値を電流の指令値に換算することでq軸電流指令値iq
*を算出してもよい。Also, the current command generator 7 may calculate the q-axis current command value i q * so as to control the rotation angle of the
また、電力変換器12は、入力される電圧指令値に基づいて電源の電圧を可変電圧可変周波数の電圧に変換する機器であればよく、例えばコンバータおよびインバータによって変換を行う機器に限られない。電力変換器12は、例えばマトリクスコンバータなどのように、交流電圧を直接的に交流の可変電圧可変周波数の電圧に変換する機器であってもよい。また、電力変換器12は、インバータのデッドタイムを補正する手段を備えてもよい。
Further, the
また、2軸/3相変換部14は、例えば電力変換器12と一体のハードウェアに設けられてもよい。すなわち、電力変換器12および2軸/3相変換部14を含むハードウェアは、d軸電圧およびq軸電圧の指令値の入力に基づいて、U相、V相およびW相からなる3相の可変電圧可変周波数の電圧に電源の電圧を変換してもよい。
Also, the 2-axis/3-phase converter 14 may be provided in hardware integrated with the
また、制御装置1は、例えばd軸電流またはd軸電圧の指令値などの値を0に設定する場合に、当該値を0とみなせる値に設定してもよい。
In addition, when setting a value such as a command value for the d-axis current or the d-axis voltage to 0, the
続いて、図4を用いて制御装置1のハードウェア構成の例について説明する。
図4は、実施の形態1に係る制御装置の主要部のハードウェア構成を示す図である。Next, an example of the hardware configuration of the
FIG. 4 is a diagram showing the hardware configuration of main parts of the control device according to the first embodiment.
制御装置1の各機能は、処理回路により実現し得る。処理回路は、少なくとも1つのプロセッサ1bと少なくとも1つのメモリ1cとを備える。処理回路は、プロセッサ1bおよびメモリ1cと共に、あるいはそれらの代用として、少なくとも1つの専用のハードウェア1aを備えてもよい。
Each function of the
処理回路がプロセッサ1bとメモリ1cとを備える場合、制御装置1の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。そのプログラムはメモリ1cに格納される。プロセッサ1bは、メモリ1cに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置1の各機能を実現する。
When the processing circuit includes the
プロセッサ1bは、CPU(Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSPともいう。メモリ1cは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD等により構成される。
The
処理回路が専用のハードウェア1aを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらの組み合わせで実現される。
If the processing circuit comprises
制御装置1の各機能は、それぞれ処理回路で実現することができる。あるいは、制御装置1の各機能は、まとめて処理回路で実現することもできる。制御装置1の各機能について、一部を専用のハードウェア1aで実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア1a、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで制御装置1の各機能を実現する。
Each function of the
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1で開示された例と相違する点について詳しく説明する。実施の形態2で説明しない特徴については、実施の形態1で開示された例のいずれの特徴が採用されてもよい。
In the second embodiment, differences from the example disclosed in the first embodiment will be described in detail. Any feature of the example disclosed in the first embodiment may be employed for features not described in the second embodiment.
図5は、実施の形態2に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a control device according to
電動機2において、磁極位置のずれは、電動機2と回転角検出器4との取付け状態によって一意に決まる。このため、電動機2と回転角検出器4との取付け状態が変わらなければ、制御装置1は、磁極位置のずれを補正する補正値である第3補正位相Δθ3として、学習によって得られた同一の値を継続して使用できる。In the
電動機2は、複数の運転モードを有する。電動機2の運転モードは、例えば通常運転モードと、学習運転モードと、を含む。通常運転モードは、例えば電動機2が設けられる装置に駆動力を供給する電動機2の通常の運転が行われる運転モードである。学習運転モードは、第3補正位相Δθ3を得るための電動機2の学習運転が行われる運転モードである。学習運転は、例えば電動機2が据え付けられたときに行われる。なお、学習運転は、回転角検出器4が交換されたときに行われてもよい。The
また、制御装置1への電力供給が遮断された後に電力供給が再開された場合、電動機2の保守などによって電力供給の遮断の前後において電動機2と回転角検出器4との取付け状態が変化している可能性がある。このとき、電力供給の遮断の前の学習によって得られた第3補正位相Δθ3は、電力供給の遮断の後の電動機2と回転角検出器4との取付け状態に対応した値であるか否かが不明である。このため、学習運転は、制御装置1に電力供給が開始されたときに行われてもよい。Further, when the power supply to the
ここで、実施の形態1において説明した式(1)から式(6)は、電動機2の定常状態を前提とした式である。このため、学習運転において、第3補正位相Δθ3は、電動機2が一定速度および一定トルクで運転しているとき、または電動機2が一定速度および一定トルクで運転しているとみなせるときに算出される。すなわち、学習運転において、電流指令生成部7は、d軸電流の指令値id
*を0に設定する。電流指令生成部7は、第3補正位相Δθ3を算出するときに、電動機2の回転速度が一定になるように、または電動機2の回転速度が一定とみなせるようにq軸電流の指令値iq
*を生成する。Here, equations (1) to (6) explained in the first embodiment are equations based on the premise that the
制御装置1は、運転モード設定部17を備える。運転モード設定部17は、電動機2の運転モードを設定する部分である。運転モード設定部17は、設定された電動機2の運転モードに応じて、第3補正位相Δθ3を出力する機能を備える。The
図6は、実施の形態2に係る運転モード設定部の構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of an operation mode setting unit according to
運転モード設定部17は、記憶部18を備える。記憶部18は、学習運転において得られた第3補正位相Δθ3を記憶する部分である。電動機2の運転モードが通常運転モードである場合に、運転モード設定部17は、記憶部18に記憶されている第3補正位相Δθ3を出力する。一方、電動機2の運転モードが学習運転モードである場合に、第1補正位相算出部9が算出した第1補正位相Δθ1と、第2補正位相算出部10が算出した第2補正位相Δθ2との和を第3補正位相Δθ3として出力する。記憶部18は、例えば、運転モードが学習運転モードから切り替わるときに、第1補正位相Δθ1と第2補正位相Δθ2との和を第3補正位相Δθ3として記憶する。The operation
実施の形態1において述べた電気角の補正値は、補償電圧と非干渉化電圧との和であるd軸電圧の指令値vdに基づいて算出される。ここで、磁極位置のずれの方向および大きさによって、磁極位置のずれがあるにも関わらずd軸電圧の指令値vdが0に近い値をとる可能性がある。このとき、制御装置1は、電気角の補正値として正しい値を得ることができない場合がある。このため、制御装置1は、学習運転において算出される第3補正位相Δθ3の精度を向上させるために、学習運転において例えば次のように電動機2を制御する。The electrical angle correction value described in the first embodiment is calculated based on the command value vd of the d -axis voltage, which is the sum of the compensation voltage and the decoupling voltage. Here, there is a possibility that the command value vd of the d -axis voltage will take a value close to 0 despite the deviation of the magnetic pole position, depending on the direction and magnitude of the deviation of the magnetic pole position. At this time, the
図7および図8は、実施の形態2に係る制御装置の学習運転における動作の例を示すフローチャートである。 7 and 8 are flowcharts showing an example of the operation of the control device according to the second embodiment in learning operation.
図7において、学習運転において電動機2の回転速度を変更することによって第3補正位相Δθ3の精度を向上させる制御装置1の動作の例が示される。FIG. 7 shows an example of the operation of the
ステップS71において、制御装置1は、d軸電圧の指令値vdが予め設定された閾値以上であるかを判定する。当該判定は、例えば運転モード設定部17において行われる。ここで、当該閾値は、例えば、発生しうる磁極位置のずれ、学習運転における電動機2の運転速度、または電動機2のパラメータなどに基づいて設定される。d軸電圧の指令値vdについての判定結果がNoの場合に、制御装置1の動作は、ステップS72に進む。当該判定結果がYesの場合に、制御装置1の動作は、ステップS73に進む。In step S71, the
ステップS72において、制御装置1は、一定速度で運転される電動機2の回転速度を変更する。ここで、制御装置1は、例えば電流指令生成部7が生成する電流指令値によって電動機2の回転速度を変更する。電流指令生成部7は、例えば、現在運転されている回転速度と異なる一定の回転速度で電動機2が運転されるようにq軸電流の指令値iq
*を生成する。その後、制御装置1の動作は、ステップS71に進む。In step S72, the
ステップS73において、運転モード設定部17は、運転モードを学習運転モードに継続して設定する。制御装置1は、学習運転において、第3補正位相Δθ3を算出する。学習運転は、例えば算出される第3補正位相Δθ3が変化しなくなったときに完了する。学習運転が完了したときに、運転モード設定部17の記憶部18は、算出された第3補正位相Δθ3を記憶する。その後、学習運転における制御装置1の動作は、終了する。In step S73, the operation
図8において、学習運転において電動機2の回転方向を変更することによって第3補正位相Δθ3の精度を向上させる制御装置1の動作の例が示される。FIG. 8 shows an example of the operation of the
ステップS81において、制御装置1は、d軸電圧の指令値vdが予め設定された閾値以上であるかを判定する。当該判定は、例えば運転モード設定部17において行われる。ここで、当該閾値は、例えば、発生しうる磁極位置のずれ、学習運転における電動機2の運転速度、または電動機2のパラメータなどに基づいて設定される。d軸電圧の指令値vdについての判定結果がNoの場合に、制御装置1の動作は、ステップS82に進む。当該判定結果がYesの場合に、制御装置1の動作は、ステップS83に進む。In step S81, the
ステップS82において、制御装置1は、一定速度で運転される電動機2の回転方向を変更する。ここで、制御装置1は、例えば電流指令生成部7が生成する電流指令値によって電動機2の回転方向を変更する。電流指令生成部7は、例えば、現在運転されている回転方向と異なる回転方向で電動機2が運転されるようにq軸電流の指令値iq
*を生成する。その後、制御装置1の動作は、ステップS81に進む。In step S82, the
ステップS83において、運転モード設定部17は、運転モードを学習運転モードに継続して設定する。制御装置1は、学習運転において、第3補正位相Δθ3を算出する。学習運転は、例えば算出される第3補正位相Δθ3が変化しなくなったときに完了する。学習運転が完了したときに、運転モード設定部17の記憶部18は、算出された第3補正位相Δθ3を記憶する。その後、学習運転における制御装置1の動作は、終了する。In step S83, the operation
以上に説明したように、実施の形態2に係る制御装置1は、運転モード設定部17を備える。運転モード設定部17は、永久磁石同期機の運転モードを設定する。運転モード設定部17は、記憶部18を有する。記憶部18は、運転モードが学習運転モードであるときに算出された第3補正位相Δθ3を記憶する。運転モードが通常運転モードであるときに、変換部は、記憶部18が記憶している第3補正位相Δθ3によって補正された電気角を用いて座標変換を行う。As described above, the
電動機2と回転角検出器4との取付け状態が変わらない間、変換部は、学習によって既に得られた同一の値を継続して第3補正位相Δθ3として使用できる。これにより、制御装置1は、磁極位置のずれの補正値を都度計算する必要がない。As long as the mounting state of the
また、運転モードが学習運転モードであるときに、電流指令生成部7は、d軸電流の指令値vdを0に設定する。このときに、電流指令生成部7は、永久磁石同期機の回転速度が一定となるようにq軸電流の指令値iq *を生成する。Further, when the operation mode is the learning operation mode, the current command generator 7 sets the command value vd of the d -axis current to zero. At this time, the current command generator 7 generates a q-axis current command value i q * so that the rotation speed of the permanent magnet synchronous machine is constant.
これにより、学習運転は電動機2の回転速度が一定の条件において行われる。このため、磁極位置の補正値の学習に誤差が含まれる条件が回避される。したがって、制御装置1は、より高い精度で補正された磁極位置に基づいて、より安定して電動機2を制御できる。
As a result, the learning operation is performed under the condition that the rotation speed of the
また、運転モードが学習運転モードであるときにd軸電圧の指令値vdが予め設定された閾値より小さい場合に、電流指令生成部7は、学習運転モードにおいて永久磁石同期機の回転速度を変更するようにq軸電流の指令値iq *を生成する。Further, when the operation mode is the learning operation mode and the command value vd of the d -axis voltage is smaller than a preset threshold value, the current command generator 7 adjusts the rotation speed of the permanent magnet synchronous machine in the learning operation mode. Generate a command value i q * for the q-axis current to change.
回転速度が変更されることによって、d軸電圧の指令値vdを構成する補償電圧および干渉電圧が変化する。これにより、磁極位置のずれがあるにも関わらずd軸電圧の指令値vdが0に近い値をとることが回避される。これにより、より高い精度で磁極位置の補正値が学習される。By changing the rotation speed, the compensation voltage and the interference voltage that constitute the command value vd of the d -axis voltage change. This prevents the command value vd of the d -axis voltage from taking a value close to 0 despite the deviation of the magnetic pole position. Thereby, the correction value of the magnetic pole position is learned with higher accuracy.
また、運転モードが学習運転モードであるときにd軸電圧の指令値vdが予め設定された閾値より小さい場合に、電流指令生成部7は、学習運転モードにおいて永久磁石同期機の回転方向を変更するようにq軸電流の指令値iq *を生成する。Further, when the operation mode is the learning operation mode and the command value vd of the d -axis voltage is smaller than a preset threshold value, the current command generation unit 7 changes the rotation direction of the permanent magnet synchronous machine in the learning operation mode. Generate a command value i q * for the q-axis current to change.
電動機2に負荷が接続されている場合に、電動機2の電流値の大きさが回転方向に依ることがある。電動機2の電流値が変化すると、d軸電圧の指令値vdの大きさも変化する。このため、磁極位置のずれがあるにも関わらずd軸電圧の指令値vdが0に近い値をとることが回避される。これにより、より高い精度で磁極位置の補正値が学習される。When a load is connected to the
また、運転モード設定部17は、電力供給が開始されたときに運転モードを学習運転モードに設定する。
Moreover, the operation
これにより、電力供給が遮断されている間に電動機2と回転角検出器4との取付け状態が変化している場合においても、制御装置1は、学習運転によって電動機2と回転角検出器4との取付け状態に対応した補正値を得ることができる。
As a result, even if the attachment state between the
なお、制御装置1は、学習運転において電動機2の回転速度および回転方向の両方を変更することによって第3補正位相Δθ3の精度を向上させてもよい。Note that the
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態1および実施の形態2で開示された例と相違する点について詳しく説明する。実施の形態2で説明しない特徴については、実施の形態1および実施の形態2で開示された例のいずれの特徴が採用されてもよい。
電動機2の経時変化などにより、通常運転において磁極位置のずれが生じる可能性がある。このとき、制御装置1による電動機2の制御性能の悪化または電動機2の不安定化が生じる場合がある。このため、制御装置1は、q軸電流の値を監視することで磁極位置のずれを判定する。ここで、q軸電流は、電動機2のトルクに対応する電流値である。制御装置1は、磁極位置のずれを判定する場合に、電動機2の運転モードを学習運転モードに切り替える。
There is a possibility that the magnetic pole position will shift during normal operation due to aging of the
図9を用いて、制御装置1の動作の例を説明する。
図9は、実施の形態3に係る制御装置の通常運転における動作の例を示すフローチャートである。An example of the operation of the
FIG. 9 is a flow chart showing an example of operations in normal operation of the control device according to the third embodiment.
ステップS91において、制御装置1は、q軸電流の値が予め設定された閾値以下であるかを判定する。当該判定は、例えば運転モード設定部17において行われる。ここで、当該閾値は、例えば、通常運転における電動機2の運転パターンまたは負荷が決まっている場合に、予め見積もった通常運転において必要なトルクに基づいて設定される。あるいは、当該閾値は、電動機2の定格トルクに基づいて設定されてもよい。q軸電流の値についての判定結果がNoの場合に、制御装置1の動作は、ステップS92に進む。当該判定結果がYesの場合に、運転モード設定部17は、運転モードを通常運転モードに継続して設定する。その後、制御装置1の動作は、再びステップS91に進む。
In step S91, the
ステップS92において、運転モード設定部17は、電動機2の運転モードを学習運転モードに切り替える。その後、制御装置1の動作は、ステップS91に進む。
In step S92, the operation
以上に説明したように、実施の形態3に係る制御装置1において、運転モードが通常運転モードであるときにq軸電流の指令値または実際値が予め設定された閾値を超える場合に、運転モード設定部17は、運転モードを学習運転モードに設定する。
As described above, in the
磁極位置にずれが発生している場合に、q軸に流れるように制御された電流はd軸にも流れ込む。このため、指令されたトルクを発生させるために必要なq軸電流が大きくなる。よって、q軸電流を監視することで、磁極位置のずれを判定できる。磁極位置がずれていると判定された場合に、運転モード設定部17は、運転モードを学習運転モードに設定する。これにより、制御装置1は、磁極位置がずれたまま電動機2が運転されることを回避できる。制御装置1は、電動機2を安定して駆動できる。
When there is a deviation in the magnetic pole position, the current controlled to flow along the q-axis also flows into the d-axis. Therefore, the q-axis current required to generate the commanded torque increases. Therefore, by monitoring the q-axis current, it is possible to determine the deviation of the magnetic pole position. When it is determined that the magnetic pole positions have shifted, the operation
なお、q軸電流の値は、磁極位置のずれに関わらず突発的に閾値を超える可能性もある。このため、運転モード設定部17は、q軸電流の指令値または実際値が予め設定された閾値を複数回超える場合に運転モードを学習運転モードに設定してもよい。あるいは、運転モード設定部17は、q軸電流の指令値または実際値が予め設定された閾値を予め定められた時間の間継続して超えている場合に運転モードを学習運転モードに設定してもよい。
Note that the value of the q-axis current may suddenly exceed the threshold regardless of the deviation of the magnetic pole position. Therefore, the operation
また、制御装置1は、報知部を備えてもよい。報知部は、例えば電動機2を管理する者に警告などの情報を報知する部分である。例えば電動機2の負荷の状態などによって学習運転モードへ移行できない場合に、報知部は、電動機2の運転を停止する警告を報知する。
Moreover, the
本発明に係る制御装置は、永久磁石同期機の制御に適用できる。 A control device according to the present invention can be applied to control a permanent magnet synchronous machine.
1 制御装置、 2 電動機、 3 電流検出器、 4 回転角検出器、 5 位相算出部、 6 速度算出部、 7 電流指令生成部、 8 電流制御部、 9 第1補正位相算出部、 10 第2補正位相算出部、 11 座標変換部、 12 電力変換器、 13 3相/2軸変換部、 14 2軸/3相変換部、 15 ゲインアンプ、 16 積分器、 17 運転モード設定部、 18 記憶部
1
Claims (10)
前記電流指令生成部が生成した指令値を入力として前記永久磁石同期機のd軸電圧およびq軸電圧の指令値を算出する電流制御部と、
前記電流制御部が算出したd軸電圧の指令値に基づいて第1補正位相を算出する第1補正位相算出部と、
前記電流制御部が算出したq軸電流の指令値または前記永久磁石同期機のq軸電流の実際値の少なくともいずれかおよび前記永久磁石同期機のパラメータに基づいて第2補正位相を算出する第2補正位相算出部と、
前記第1補正位相および前記第2補正位相の和である第3補正位相によって補正された前記永久磁石同期機の電気角を用いて前記電流制御部におけるd-q座標についての座標変換を行う変換部と、
を備える永久磁石同期機の制御装置。a current command generator that generates command values for the d-axis current and the q-axis current of the permanent magnet synchronous machine;
a current control unit for calculating command values for the d-axis voltage and the q-axis voltage of the permanent magnet synchronous machine based on the command value generated by the current command generation unit;
a first correction phase calculation unit that calculates a first correction phase based on the command value of the d-axis voltage calculated by the current control unit;
A second correction phase for calculating a second correction phase based on at least one of the command value of the q-axis current calculated by the current control unit and the actual value of the q-axis current of the permanent magnet synchronous machine and parameters of the permanent magnet synchronous machine a correction phase calculator;
Transformation for performing coordinate transformation on dq coordinates in the current control unit using the electrical angle of the permanent magnet synchronous machine corrected by a third correction phase that is the sum of the first correction phase and the second correction phase Department and
A control device for a permanent magnet synchronous machine.
請求項1に記載の永久磁石同期機の制御装置。The first correction phase calculator calculates a compensating voltage calculated based on a deviation between a command value and an actual value of the d-axis current, and a non-interfering voltage for decoupling voltage interference between the d-axis and the q-axis. 2. The controller for a permanent magnet synchronous machine according to claim 1, wherein the first correction phase is calculated based on a command value of the d-axis voltage, which is the sum of .
請求項1または請求項2に記載の永久磁石同期機の制御装置。3. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to claim 1, wherein the first correction phase calculator calculates the first correction phase by multiplying the command value of the d-axis voltage by a constant and integrating the result.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の永久磁石同期機の制御装置。The permanent magnet synchronous machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the second corrected phase calculator calculates the second corrected phase using an inductance and an induced voltage constant of the permanent magnet synchronous machine as the parameters. machine controller.
を備え、
前記変換部は、前記運転モードが通常運転モードであるときに、前記記憶部が記憶している前記第3補正位相によって補正された前記電気角を用いて座標変換を行う
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の永久磁石同期機の制御装置。an operation mode setting unit having a storage unit that sets an operation mode of the permanent magnet synchronous machine and stores the third correction phase calculated when the operation mode is the learning operation mode,
When the operation mode is the normal operation mode, the conversion unit performs coordinate conversion using the electrical angle corrected by the third correction phase stored in the storage unit. 5. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to any one of items 4 to 5.
請求項5に記載の永久磁石同期機の制御装置。When the operation mode is the learning operation mode, the current command generator sets the command value of the d-axis current to 0, and the q-axis current so that the rotation speed of the permanent magnet synchronous machine is constant. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to claim 5, which generates a command value.
請求項5または請求項6に記載の永久磁石同期機の制御装置。The current command generator adjusts the rotation speed of the permanent magnet synchronous machine in the learning operation mode when the command value of the d-axis voltage is smaller than a preset threshold when the operation mode is the learning operation mode. 7. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to claim 5, wherein the command value of the q-axis current is generated so as to change.
請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の永久磁石同期機の制御装置。When the operation mode is the learning operation mode and the command value of the d-axis voltage is smaller than a preset threshold value, the current command generation unit changes the rotation direction of the permanent magnet synchronous machine in the learning operation mode. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to any one of claims 5 to 7, wherein the command value of the q-axis current is generated so as to change.
請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の永久磁石同期機の制御装置。The operation mode setting unit sets the operation mode to the learning operation mode when the operation mode is the normal operation mode and the command value or the actual value of the q-axis current exceeds a preset threshold value. The control device for a permanent magnet synchronous machine according to any one of claims 5 to 8.
請求項5から請求項9のいずれか一項に記載の永久磁石同期機の制御装置。The control device for a permanent magnet synchronous machine according to any one of claims 5 to 9, wherein the operation mode setting unit sets the operation mode to the learning operation mode when power supply is started.
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