JP7154987B2 - 永久磁石同期電動機の制御装置,マイクロコンピュータ,電動機システム及び永久磁石同期電動機の運転方法 - Google Patents
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Description
Errlow=sin(2Δθ) …(1)
Errhigh=sin(Δθ) …(2)
これらを、例えば重み0.5ずつで加算すると(3)式のようになる。
Errsum=0.5sin(2Δθ)+0.5sin(Δθ) …(3)
Errlow=sin(2Δθ+π/6) …(4)
Errsum=0.5sin(2Δθ+π/6)+0.5sinΔθ …(5)
前記永久磁石同期電動機の回転子の回転速度を推定し、推定した回転速度より前記回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部と、
推定された磁極位置を、前記回転子の出力トルクを決定するパラメータに基づいて補正する位置補正部と、
前記電流を、推定された磁極位置に基づいてd,q軸上の電流に変換する座標変換部と、
d,q軸電流指令値とd,q軸電流との各差分に基づいて、d,q軸電圧指令値を生成するように電流制御する電流制御部と、
前記d,q軸電圧指令値と推定された磁極位置とに基づいて複数の相のPWM信号指令値を生成する変調制御部と、
補正された磁極位置を用いた座標変換により得られるd,q軸上の電流変化量に基づき、低速側の位置誤差を演算する低速側誤差演算部と、
前記永久磁石同期電動機の電圧方程式に基づいて得られる誘起電圧又は回転子磁束に基づき、高速側の位置誤差を出力する高速側誤差演算部と、
前記低速側の位置誤差と前記高速側の位置誤差とを、それぞれ所定の割合で重み付け加算する加算部とを備え、
前記磁極位置推定部は、前記加算部の加算結果に基づき前記回転子の回転速度を推定する。
実施形態のマイクロコンピュータは、実施形態の永久磁石同期電動機の制御装置を搭載する。
実施形態の電動機システムは、永久磁石同期電動機と、実施形態の永久磁石同期電動機の制御装置とを備える。
以下、第1実施形態について図1から図10を参照して説明する。図1は、永久磁石同期電動機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。直流電源1は、永久磁石同期電動機2を駆動する電力源であり、交流電源より交流→直流変換を行って生成したものを代用しても良い。永久磁石同期電動機2は、以下モータ2と称す。インバータ3は、例えばNチャネルMOSFET4をスイッチング素子として、6個のFET4を3相ブリッジ接続して構成されている。インバータ3は、後述するPWM生成部10で生成される6つのスイッチング信号に基づいて、モータ2を駆動する電圧を生成する。
R:巻線抵抗[Ω]
φf:永久磁石による電機子鎖交磁束[Wb]
ω:モータ回転数[rad/s]
ここで、右辺第2項はモータの回転による誘起電圧項であり、(7)式に示すようにq軸のみに発生する。
Edc=Vdc-R・Idc+ωc・Lq・Iqc …(9)
ωcは推定速度,Iqcはセンサレス制御で認識している座標軸で変換した電流であるが、以下の記載及び図面中では全て「Iq」と表記する。
L1:角度に応じて変化するインダクタンスの変位値[H]
各相インダクタンスは磁極位置に応じて変化するので、この特性を利用して位置を推定する。
Vdc:直流電圧[V]
θc=θ+Δθ …(14)
(13)式右辺の3相電流変化量に(11)式右辺を代入して式を展開すると、(15)式で表されるdId/dt,dIq/dtが求められる。
Errlow=dIq/dtとすることで妥当な誤差量が得られる。
θc2=θc+θe …(19)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図11に示す第2実施形態の制御装置21は、高周波電圧印加部22と、低速側軸誤差演算部12に替わる3相/dq座標変換部23及び低速側軸誤差演算部24とを備えている。第2実施形態では、低速域における位置推定方法にdq軸高周波電圧印加法を用いる。
Vdh=Vh・cos(ωht)
Vqh=Vh・sin(ωht) …(20)
低速域,高速域の位置推定方式を例示したが,例示したもの以外の手法を用いても良い。
第2実施形態において、高周波電圧をd軸,q軸の一方のみに印加しても良い。
電流検出部はシャント抵抗でもCTでも良い。
スイッチング素子はMOSFET,IGBT,パワートランジスタ、SiC,GaN等のワイドバンドギャップ半導体等を使用しても良い。
Claims (9)
- 永久磁石同期電動機の固定子に通電される電流の変化量を演算する電流変化量演算部と、
前記永久磁石同期電動機の回転子の回転速度を推定し、推定した回転速度より前記回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部と、
推定された磁極位置を、前記回転子の出力トルクを決定するパラメータに基づいて補正する位置補正部と、
前記電流を、推定された磁極位置に基づいてd,q軸上の電流に変換する座標変換部と、
d,q軸電流指令値とd,q軸電流との各差分に基づいて、d,q軸電圧指令値を生成するように電流制御する電流制御部と、
前記d,q軸電圧指令値と推定された磁極位置とに基づいて複数の相のPWM信号指令値を生成する変調制御部と、
補正された磁極位置を用いた座標変換により得られるd,q軸上の電流変化量に基づき、低速側の位置誤差を演算する低速側誤差演算部と、
前記永久磁石同期電動機の電圧方程式に基づいて得られる誘起電圧又は回転子磁束に基づき、高速側の位置誤差を出力する高速側誤差演算部と、
前記低速側の位置誤差と前記高速側の位置誤差とを、それぞれ所定の割合で重み付け加算する加算部とを備え、
前記磁極位置推定部は、前記加算部の加算結果に基づき前記回転子の回転速度を推定する永久磁石同期電動機の制御装置。 - 前記低速側誤差演算部は、q軸上の電流変化量を、低速側の位置誤差として出力する請求項1記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
- 前記変調制御部は、各相のPWM信号指令値に応じた信号パルスの位相を、前記電流変化量演算部が前記電流の変化量を演算可能となるようにシフトする請求項2記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
- 前記変調制御部は、前記加算部が前記所定の割合を低速側から高速側に変化させる際に、低速側の重みと高速側の重みとが等しくなった時点以降に、前記信号パルスの位相シフトを停止させる請求項3記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
- 永久磁石同期電動機の固定子に通電される電流を検出する電流検出部と、
前記永久磁石同期電動機の回転子の回転速度を推定し、推定した回転速度より前記回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部と、
推定された磁極位置を、前記回転子の出力トルクを決定するパラメータに基づいて補正する位置補正部と、
前記電流を、推定された磁極位置に基づいてd,q軸上の電流に変換する座標変換部と、
d,q軸電流指令値とd,q軸電流との各差分に基づいて、d,q軸電圧指令値を生成するように電流制御する電流制御部と、
前記d,q軸電圧指令値と推定された磁極位置とに基づいて複数の相のPWM信号指令値を生成する変調制御部と、
前記d,q軸電圧指令値の少なくとも一方に高周波信号を印加する高周波信号印加部と、
補正された磁極位置に基づいた座標変換によりd,q軸上の電流を求め、それらの少なくとも一方を、前記高周波信号により同期検波した結果から低速側の位置誤差を生成する低速側誤差演算部と、
前記永久磁石同期電動機の電圧方程式に基づいて得られる誘起電圧又は回転子磁束に基づき、高速側の位置誤差を出力する高速側誤差演算部と、
前記低速側の位置誤差と前記高速側の位置誤差とを、それぞれ所定の割合で重み付け加算する加算部とを備え、
前記磁極位置推定部は、前記加算部の加算結果に基づき前記回転子の回転速度を推定する永久磁石同期電動機の制御装置。 - 前記加算部は、前記所定の割合を、前記回転子の回転速度に応じて変化させる請求項1から5の何れか一項に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
- 請求項1から6の何れか一項に記載の永久磁石同期電動機の制御装置を搭載するマイクロコンピュータ。
- 永久磁石同期電動機と、
請求項1から6の何れか一項に記載の永久磁石同期電動機の制御装置とを備える電動機システム。 - 永久磁石同期電動機の固定子に通電される電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流の変化量を演算する電流変化量演算ステップと、
前記永久磁石同期電動機の回転子の回転速度を推定し、推定した回転速度より前記回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定ステップと、
推定された磁極位置を、前記回転子の出力トルクを決定するパラメータに基づいて補正する位置補正ステップと、
前記電流を、推定された磁極位置に基づいてd,q軸上の電流に変換する座標変換ステップと、
d,q軸電流指令値とd,q軸電流との各差分に基づいて、d,q軸電圧指令値を生成するように電流制御する電流制御ステップと、
前記d,q軸電圧指令値と推定された磁極位置とに基づいて3相のPWM信号指令値を生成する変調制御ステップと、
補正された磁極位置を用いた座標変換により得られるd,q軸上の電流変化量に基づき、低速側の位置誤差を演算する低速側誤差演算ステップ,及び前記永久磁石同期電動機の電圧方程式に基づいて得られる誘起電圧又は回転子磁束に基づき、高速側の位置誤差を出力する高速側誤差演算ステップと、
前記低速側の位置誤差と前記高速側の位置誤差とを、それぞれ所定の割合で重み付け加算する加算ステップとを備え、
前記磁極位置推定ステップは、前記加算ステップの加算結果に基づき前記回転子の回転速度を推定する永久磁石同期電動機の運転方法。
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