JP7256349B2 - Synchronous motor drive controller - Google Patents

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本発明は、同期電動機の駆動制御装置に関する。特に、基本的な駆動制御装置では抑圧しきれない6次、12次等のトルクリプルに対し、この抑圧が可能な同期電動機の駆動制御装置を提供するものである。The present invention relates to a drive control device for a synchronous motor. In particular, the object of the present invention is to provide a drive control device for a synchronous motor capable of suppressing torque ripples of the 6th order, 12th order, etc., which cannot be suppressed by a basic drive control device.

本発明では、d軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を、個別に、d軸初期電流指令値、d軸補償電流指令値、d軸最終電流指令値とも呼ぶ。同様に、q軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を、個別に、q軸初期電流指令値、q軸補償電流指令値、q軸最終電流指令値とも呼ぶ。また、各種電流指令値に関し、d軸、q軸の区別を特に必要としない場合には、単に、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値と呼ぶ。指令値には、当該記号に頭符「*」を付して、指令値であることを示す。In the present invention, the d-axis initial current command value, compensation current command value, and final current command value are also referred to as d-axis initial current command value, d-axis compensation current command value, and d-axis final current command value, respectively. Similarly, the q-axis initial current command value, compensation current command value, and final current command value are also referred to as q-axis initial current command value, q-axis compensation current command value, and q-axis final current command value, respectively. Further, regarding various current command values, when it is not particularly necessary to distinguish between the d-axis and the q-axis, they are simply referred to as the initial current command value, compensation current command value, and final current command value. The command value is indicated by adding a prefix "*" to the symbol.

本発明では、d軸、q軸に帰属する物理量、信号等には、当該記号に各々脚符「d」、「q」をつけて、帰属先を示す。In the present invention, physical quantities, signals, etc. belonging to the d-axis and the q-axis are indicated by adding footnotes "d" and "q" respectively to the symbols.

本発明では、初期電流指令値、補償電流指令値には、当該記号に各々脚符「f」、「h」を付して、「初期」、「補償」であることを明示する。なお、最終電流指令値には、この種の脚符は付与しない。In the present invention, the initial current command value and the compensating current command value are indicated with footmarks "f" and "h", respectively, to clearly indicate "initial" and "compensation". This type of footnote is not added to the final current command value.

初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の関係は、一般には、関数により表現される((1a)式参照)。簡単には積表現((1b)式参照)、和表現((1c)式参照)が可能である。
下の(1)式に、q軸の初期、補償、最終の3電流指令値を用いてこれを示した。

Figure 0007256349000001
3電流指令値の関係表現は、簡単な(1c)式を利用して、一般性を失うことはない。これは、(1a)式、(1b)式、(1c)式の各々に用いた異なる3種の補償電流指令値の相互関係を示した次式より自明である。
Figure 0007256349000002
本発明では、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の表現として、一般性を失うことなく、(1c)式の和表現を用いて、本発明の詳細を説明する。The relationship between the initial current command value, compensation current command value, and final current command value is generally expressed by a function (see formula (1a)). Simply, product expression (see formula (1b)) and sum expression (see formula (1c)) are possible.
This is shown in the following equation (1) using initial, compensation, and final three current command values on the q-axis.
Figure 0007256349000001
The relational expression of the three current command values utilizes a simple formula (1c) without loss of generality. This is self-evident from the following equation showing the interrelationship between the three different compensating current command values used in each of equations (1a), (1b) and (1c).
Figure 0007256349000002
In the present invention, as expressions of the initial current command value, the compensation current command value, and the final current command value, the sum expression of the equation (1c) is used without loss of generality to describe the details of the present invention.

本発明では、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスが異なる値をもつ同期電動機を突極形同期電動機と呼称し、両軸のインダクタンスが等しい同期電動機を非突極形同期電動機と呼称する。In the present invention, a synchronous motor with different d-axis inductance and q-axis inductance is called a salient pole synchronous motor, and a synchronous motor with the same inductance on both axes is called a non-salient pole synchronous motor.

同期電動機の高性能な制御は、いわゆるベクトル制御法により達成することができる。基本的なベクトル制御による場合、電力変換器が理想的な特性を有する場合にも、非正弦誘起電圧に代表される同期電動機の空間歪み的特性により、発生トルクは回転速度に応じた周期的なリプル(脈動)をもつ。High-performance control of synchronous motors can be achieved by so-called vector control methods. In basic vector control, even if the power converter has ideal characteristics, the generated torque is periodic depending on the rotation speed due to the spatial distortion characteristics of the synchronous motor represented by the non-sinusoidal induced voltage. It has a ripple (pulsation).

発生トルクに含まれるリプルの補償は、伝統的に、初期トルク指令値に対応した初期電流指令値に適切な補償電流指令値を重畳することによりなされる。これによれば、電流制御系が補償電流指令値に対して相応の追従性を有する場合には、有効な補償を期待することができる。参考までに、後掲の特許文献(1)において用いられたトルクリプル補償法(すなわち、初期電流指令値に補償電流指令値を重畳する補償法の1例)を図5に示した。同じく特許文献(2)において用いられたトルクリプル補償法(すなわち、初期トルク指令値(初期電流指令値と実質等価)に補償トルク指令値(補償電流指令値と実質等価)を重畳する補償法の1例)を図6に示した。Compensation for the ripple contained in the generated torque is traditionally made by superimposing an appropriate compensating current command value on the initial current command value corresponding to the initial torque command value. According to this, effective compensation can be expected when the current control system has a corresponding ability to follow the compensating current command value. For reference, FIG. 5 shows a torque ripple compensation method (that is, an example of a compensation method in which a compensation current command value is superimposed on an initial current command value) used in Patent Document (1) listed below. Similarly, the torque ripple compensation method used in Patent Document (2) (that is, the initial torque command value (substantially equivalent to the initial current command value) is superimposed on the compensation torque command value (substantially equivalent to the compensation current command value) 1 compensation method example) is shown in FIG.

上記先行発明の図5、図6が例示するように、補償電流指令値による初期電流指令値の補償は、q軸に関してのみ実施されている。非突極形同期電動機の場合には、一般にd軸電流をゼロに制御するため、上記先行発明で所期のトルクリプル抑圧を達成できる。しかし、突極形同期電動機の場合には、所期のトルクリプル抑圧を得ることができない。突極形同期電動機は、マグネットトルクに加え、リラクタンストルクの発生が可能である。両トルクの同時発生による高効率駆動を達成すべく、突極形同期電動機の駆動制御においては、一般に、d軸電流は非ゼロに制御される。非ゼロのd軸電流とq軸補償電流(q軸補償電流指令値の応答値)とは、q軸補償電流のリプル周波数に応じたリプル状のリラクタンストルクを新たに発生する。この結果、マグネットトルクとリラクタンストルクとを含む発生トルク全体としては、所期のトルクリプル抑圧性能が得られなくなる。トルクリプル抑圧性能の低減は、突極性が強くなるにつれ激しくなり、最終的には失われる。As illustrated in FIGS. 5 and 6 of the preceding invention, compensation of the initial current command value by the compensating current command value is performed only with respect to the q-axis. In the case of a non-salient pole synchronous motor, the d-axis current is generally controlled to zero, so the above prior art can achieve the desired torque ripple suppression. However, in the case of a salient pole type synchronous motor, it is not possible to obtain the desired torque ripple suppression. A salient pole synchronous motor can generate reluctance torque in addition to magnet torque. In drive control of a salient pole synchronous motor, the d-axis current is generally controlled to be non-zero in order to achieve high-efficiency drive by simultaneous generation of both torques. The non-zero d-axis current and q-axis compensation current (response value of the q-axis compensation current command value) newly generate ripple-like reluctance torque according to the ripple frequency of the q-axis compensation current. As a result, the desired torque ripple suppression performance cannot be obtained for the generated torque as a whole including the magnet torque and the reluctance torque. The reduction in torque ripple suppression performance becomes more severe as the saliency becomes stronger, and is eventually lost.

嶋根一夫:「エレベータ制御装置」、公開特許公報、特開2001-31339(1999-7-27)Kazuo Shimane: "Elevator Control Device", Unexamined Patent Publication, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-31339 (1999-7-27) 新中新二:「同期電動機の駆動制御装置」、公開特許公報、特開2012-100510(2010-10-31)Shinji Shinnaka: “Drive Control Device for Synchronous Motor”, Unexamined Patent Publication, JP 2012-100510 (2010-10-31)

関野真吾・新中新二:「PMSMのための簡易高品質トルク制御、誘起電圧歪みに起因したトルクリプルの補償」、電気学会論文誌D,Vol.136、No.10、pp.819-828(2016-10)Shingo Sekino and Shinji Shinnaka: "Simple High-Quality Torque Control for PMSM, Compensation for Torque Ripple Caused by Induced Voltage Distortion", IEEJ Transactions D, Vol. 136, No. 10, pp. 819-828 (2016-10)

本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は以下の通りである。
1) d軸電流の非ゼロ制御を想定した突極形同期電動機に適用可能な、トルクリプル抑圧機能を備えた駆動制御装置を提供する。
2) d軸電流ゼロ制御を想定した同期電動機のトルクリプル抑圧法を、d軸電流非ゼロ制御の突極形同期電動機にも適用できるようにした駆動制御装置を提供する。
3) 上記の第1)、第2)項に説明した機能・性能を、大きな演算負荷を用いることなく達成する駆動制御装置を提供する。
The present invention has been made under the above background, and its objects are as follows.
1) To provide a drive control device having a torque ripple suppression function that can be applied to a salient pole synchronous motor assuming non-zero control of the d-axis current.
2) To provide a drive control device in which a torque ripple suppression method for a synchronous motor assuming d-axis current zero control can also be applied to a salient pole synchronous motor with d-axis current non-zero control.
3) To provide a drive control device that achieves the functions and performances described in the above 1) and 2) without using a large computational load.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、固定子電流を、回転子N極位相をd軸位相とする直交d軸・q軸からなるdq同期座標系上のベクトル信号として捕らえ、初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値に追従するように、あるいは初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値を含む最終電流指令値に追従するように、制御する電流制御手段と、初期電流指令値を補償するための補償電流指令値を生成する補償電流指令値生成手段とを、少なくとも備える同期電動機の駆動制御装置であって、d軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を各々idf*、idh*、id*で表現し、q軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を各々iqf*、iqh*、iq*で表現し、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の相互関係を次の加法式で定義するとき、

Figure 0007256349000003
次の条件式を実質的に満たすように、
Figure 0007256349000004
補償電流指令値を生成するように該補償電流指令値生成手段を構成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 captures the stator current as a vector signal on a dq synchronous coordinate system consisting of orthogonal d-axes and q-axes with the rotor north pole phase as the d-axis phase, Current to be controlled to follow both the initial current command value and the compensation current command value, or to follow the final current command value including both the initial current command value and the compensation current command value A drive control device for a synchronous motor, comprising at least control means and compensation current command value generating means for generating a compensation current command value for compensating an initial current command value, wherein the initial current command value of the d-axis, the compensation The current command value and final current command value are expressed by idf*, idh* and id*, respectively, and the q-axis initial current command value, compensation current command value and final current command value are respectively expressed by iqf*, iqh* and iq*. and define the interrelationship among the initial current command value, compensation current command value, and final current command value by the following additive formula:
Figure 0007256349000003
In order to substantially satisfy the following conditional expression,
Figure 0007256349000004
The compensating current command value generating means is configured to generate the compensating current command value.

請求項2の発明は、請求項1記載の同期電動機の駆動制御装置であって、該補償電流指令値生成手段を、先ず、q軸補償電流指令値iqh*を生成し、次に、生成のq軸補償電流指令値を用いて、該条件式(すなわち(4)式)を実質的に満たすようにd軸補償電流指令値idh*を生成するように、構成したことを特徴とする。The invention of claim 2 is the drive control device for a synchronous motor of claim 1, wherein the compensation current command value generating means first generates the q-axis compensation current command value iqh*, and then generates The q-axis compensation current command value is used to generate the d-axis compensation current command value idh* so as to substantially satisfy the conditional expression (ie, equation (4)).

請求項1の発明の効果を説明する。効果の説明に際し、「同期電動機の駆動装置には、高い追従性能を有する電流制御系が既に構成されている」ものとする。すなわち、「電流指令値に対する同応答値である電流は、実質的に同一」とする。突極形同期電動機は、マグネットトルクに加え、リラクタンストルクを発生する。リラクタンストルクτrの発生式は次式で与えられる。

Figure 0007256349000005
ここに、Np、Ld、Lqは各々極対数、d軸インダクタンス、q軸インダクタンスである。また、id、iqは各々d軸電流、q軸電流である。d軸電流、q軸電流は、各々、d軸最終電流指令値の応答値、q軸最終電流指令値の応答値でもある。The effect of the invention of claim 1 will be described. In describing the effects, it is assumed that "the driving device for the synchronous motor is already configured with a current control system having high follow-up performance". That is, it is assumed that "currents that are the same response value to the current command value are substantially the same." A salient pole synchronous motor generates reluctance torque in addition to magnet torque. A formula for generating the reluctance torque τr is given by the following formula.
Figure 0007256349000005
Here, Np, Ld, and Lq are the number of pole pairs, d-axis inductance, and q-axis inductance, respectively. Also, id and iq are d-axis current and q-axis current, respectively. The d-axis current and the q-axis current are also the response values of the d-axis final current command value and the q-axis final current command value, respectively.

請求項1の発明における(3)式は、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の相互関係を定めたものである。同式は、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の関係表現は、(1c)式の和表現に基づくことを示すものである。前提「電流指令値に対する同応答値である電流は、実質的に同一」の下では、(5)式は、請求項1の発明による(3)式、(4)式に従うならば、次式のように展開整理される。

Figure 0007256349000006
突極形同期電動機の駆動制御においては、一般に、リラクタンストルクを活用した効率駆動を達成すべく、d軸電流は非ゼロに制御される。非ゼロのd軸電流とq軸補償電流(q軸補償電流指令値の応答値)とは、一般に、q軸補償電流のリプル周波数に応じたリプル状のリラクタンストルクを新たに発生する。以上は、一般論である。ところが、上の(6)式は、請求項1の発明に従うならば、「突極形同期電動機のd軸電流を非ゼロに制御する場合にも、同電動機が発生するリラクタンストルクは、リプルを有するq軸電流の影響を受けず、さらには、発生リラクタンストルクは、リプルを有しない初期電流指令値に従った発生リラクタンストルクと同様となる」という効果が得られることを示している。ひいては、請求項1の発明に従えば、「d軸電流の非ゼロ制御を想定した突極形同期電動機に適用可能な、トルクリプル抑圧機能を備えた駆動制御装置が実現できるようになる」という効果が得られる。The formula (3) in the invention of claim 1 defines the interrelationship among the initial current command value, compensation current command value, and final current command value. The same expression indicates that the relational expression of the initial current command value, the compensation current command value, and the final current command value is based on the sum expression of the formula (1c). Under the premise that "the currents that are the same response value to the current command value are substantially the same", the formula (5) follows the formulas (3) and (4) according to the invention of claim 1, then the following formula It is expanded and organized as follows.
Figure 0007256349000006
In drive control of a salient pole synchronous motor, generally, the d-axis current is controlled to be non-zero in order to achieve efficient drive utilizing reluctance torque. The non-zero d-axis current and q-axis compensation current (response value of the q-axis compensation current command value) generally newly generate ripple-like reluctance torque according to the ripple frequency of the q-axis compensation current. The above is a generalization. However, according to the first aspect of the invention, the above equation (6) is such that even when the d-axis current of a salient pole synchronous motor is controlled to be non-zero, the reluctance torque generated by the motor does not generate ripples. In addition, the generated reluctance torque is similar to the generated reluctance torque according to the initial current command value without ripple. Furthermore, according to the invention of claim 1, it is possible to realize a drive control device having a torque ripple suppression function that can be applied to a salient pole synchronous motor assuming non-zero control of the d-axis current. is obtained.

請求項2の発明の効果を説明する。非突極形同期電動機では、一般に、効率駆動の観点から、d軸電流はゼロに制御される。このため、非突極形同期電動機を想定したトルクリプル抑圧法では、q軸補償電流指令値iqh*の生成が重要かつ必須である(特許文献1、及び2を参照)。請求項2の発明によれば、先ずq軸補償電流指令値iqh*を生成し、次に生成のq軸補償電流指令値を用いて、(4)式の条件式を実質的に満たすようにd軸補償電流指令値idh*を生成できるようになる。本事実は、請求項2の発明を活用するならば、「d軸電流のゼロ制御」を条件として、q軸補償電流指令値iqh*の生成を示したトルクリプル抑圧法から、「d軸電流のゼロ制御」の条件を撤去できるようになるという効果が得られることを意味する。ひいては、請求項2の発明を利用するならば、非突極形同期電動機を想定したトルクリプル抑圧法を、効率駆動を追求しd軸電流の非ゼロ制御を伴う突極形同期電動機に適用できるようになると言う効果が得られる。The effect of the invention of claim 2 will be described. In non-salient pole synchronous motors, the d-axis current is generally controlled to zero from the viewpoint of driving efficiency. Therefore, generation of the q-axis compensation current command value iqh* is important and essential in the torque ripple suppression method assuming a non-salient pole synchronous motor (see Patent Documents 1 and 2). According to the second aspect of the invention, the q-axis compensation current command value iqh* is first generated, and then the generated q-axis compensation current command value is used to substantially satisfy the conditional expression (4). It becomes possible to generate the d-axis compensation current command value idh*. If the invention of claim 2 is utilized, this fact can be obtained from the torque ripple suppression method showing the generation of the q-axis compensation current command value iqh* under the condition of "zero control of the d-axis current". It means that the effect of being able to remove the condition of "zero control" can be obtained. Furthermore, if the invention of claim 2 is used, the torque ripple suppression method assuming a non-salient pole synchronous motor can be applied to a salient pole synchronous motor with non-zero control of the d-axis current in pursuit of efficient driving. The effect of becoming is obtained.

請求項1、請求項2の発明で使用する(4)式の条件式は、除算、乗算が各1回の簡単なものである。ひいては、請求項1、請求項2の発明によれば、簡単な演算で同発明の効果を得ることができると言う効果も得られる。The conditional expression (4) used in the inventions of claims 1 and 2 is simple, with one division and one multiplication. Furthermore, according to the inventions of claims 1 and 2, it is possible to obtain the effect of the invention with a simple calculation.

「1実施例における駆動制御装置の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing basic configuration of drive control device in one embodiment" 「1実施例における第2補償電流指令値生成器の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing basic configuration of second compensation current command value generator in one embodiment" 「1実施例における第2補償電流指令値生成器の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing basic configuration of second compensation current command value generator in one embodiment" 「1実施例における駆動制御装置の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing basic configuration of drive control device in one embodiment" 「従来の1駆動制御装置の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing the basic configuration of a conventional single-drive control device" 「従来の1駆動制御装置の基本構成を示すブロック図」 "Block diagram showing the basic configuration of a conventional single-drive control device"

以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。同期電動機に対し、本発明の駆動制御装置を適用した1例を図1に示す。1は同期電動機を、2は電力変換器を、3は電流検出器を、4a、4bは夫々3相2相変換器、2相3相変換器を、5a、5bは共にベクトル回転器を、6は高追従電流制御器を、7は位相検出器を、8は速度検出器を、9は余弦正弦信号発生器を、10は指令変換器を、11は本発明を利用した補償電流指令値生成器(補償電流指令値生成手段を実現したもの)を、各々示している。図1では、1の電動機を除く、2から11までの諸機器が駆動制御装置を構成している。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example in which the drive control device of the present invention is applied to a synchronous motor. 1 is a synchronous motor, 2 is a power converter, 3 is a current detector, 4a and 4b are three-phase two-phase converters and two-phase three-phase converters, respectively, 5a and 5b are both vector rotators, 6 is a high-following current controller, 7 is a phase detector, 8 is a speed detector, 9 is a cosine sine signal generator, 10 is a command converter, and 11 is a compensation current command value using the present invention. Generators (implementing compensation current command value generating means) are shown respectively. In FIG. 1, devices 2 to 11, excluding the motor 1, constitute a drive control device.

本図では、簡明性を確保すべく、3×1あるいは2×1のベクトル信号を1本の太い信号線で表現している。以下のブロック図表現もこれを踏襲する。なお、本図では、固定子電流、固定子電圧のベクトル表記に際して、これらが固定子側の物理量であることを示すべく、当該記号に脚符「1」を付している。また、ベクトル信号である固定子電流、固定子電圧の定義された座標系を明示すべく、これらベクトル信号を示す当該記号に脚符r(dq同期座標系)、s(αβ固定座標系)、t(uvw座標系)を付している。同様に、回転子側の物理量である回転子電気速度ω2nには、回転子側の物理量でることを示すべく脚符「2」を付している。In this figure, a 3×1 or 2×1 vector signal is represented by one thick signal line in order to ensure simplicity. The following block diagram representation also follows this. In this figure, when the stator current and the stator voltage are expressed in vectors, footmarks "1" are added to the symbols to indicate that these are physical quantities on the stator side. In addition, in order to clarify the coordinate system in which the stator current and stator voltage, which are vector signals, are defined, the symbols indicating these vector signals are added with footnotes r (dq synchronous coordinate system), s (αβ fixed coordinate system), t (uvw coordinate system) is attached. Similarly, the rotor electric speed ω2n, which is a physical quantity on the rotor side, is given a footnote “2” to indicate that it is a physical quantity on the rotor side.

電流検出器3で検出された3相の固定子電流は、3相2相変換器4aでαβ固定座標系上の2相電流に変換された後、ベクトル回転器5aでdq同期座標系の2相電流(d軸電流、q軸電流)に変換される。変換電流は同指令値(すなわち最終電流指令値)との制御偏差に変換され、高追従電流制御器6へ送られる。高追従電流制御器6は、制御偏差がゼロとなるように、換言するならば、dq同期座標系上の2相電流が、各軸の最終電流指令値i1*(図1ではベクトル表記、後掲の(7)式参照)に追随すべくdq同期座標系上の2相電圧指令値を生成する。dq同期座標系上の2相電圧指令値はベクトル回転器5bへ送られる。5bでは、dq同期座標系上の電圧指令値をαβ固定座標系の2相電圧指令値に変換し、2相3相変換器4bへ送る。4bでは、2相電圧指令値を3相電圧指令値に変換し、電力変換器2への電圧指令値として出力する。電力変換器2は、3相電圧指令値に応じた電圧を発生し、同期電動機1へ印加しこれを駆動する。The three-phase stator currents detected by the current detector 3 are converted into two-phase currents on the αβ fixed coordinate system by the three-phase to two-phase converter 4a, and then converted to two-phase currents on the dq synchronous coordinate system by the vector rotator 5a. It is converted into phase currents (d-axis current, q-axis current). The converted current is converted into a control deviation from the same command value (that is, the final current command value) and sent to the high follow-up current controller 6 . The high-following current controller 6 adjusts the two-phase current on the dq synchronous coordinate system so that the control deviation becomes zero, in other words, the final current command value i1* (in FIG. A two-phase voltage command value on the dq synchronous coordinate system is generated so as to follow the above equation (7). The two-phase voltage command values on the dq synchronous coordinate system are sent to the vector rotator 5b. At 5b, the voltage command values on the dq synchronous coordinate system are converted into two-phase voltage command values on the αβ fixed coordinate system and sent to the two-to-three phase converter 4b. In 4b, the 2-phase voltage command value is converted into a 3-phase voltage command value and output to the power converter 2 as the voltage command value. The power converter 2 generates a voltage corresponding to the three-phase voltage command value and applies it to the synchronous motor 1 to drive it.

図1の実施例における指令変換器10は、入力信号として初期トルク指令値τfを受け取り、d軸とq軸の初期電流指令値i1f*(図1ではベクトル表記、後掲の(7)式参照)を生成・出力している。初期電流指令値i1f*と、補償電流指令値生成器11より出力されたd軸とq軸の補償電流指令値i1h*(図1ではベクトル表記、後掲の(7)式参照)とは加算され、d軸とq軸の最終電流指令値i1*(図1ではベクトル表記、後掲の(7)式参照)が合成されている。各種電流指令値のベクトル表記は、正確には、次の(7)式の通りである。

Figure 0007256349000007
The command converter 10 in the embodiment of FIG. 1 receives the initial torque command value τf as an input signal, and the initial current command value i1f* of the d-axis and the q-axis (in FIG. ) is generated and output. The initial current command value i1f* and the d-axis and q-axis compensation current command values i1h* output from the compensation current command value generator 11 (vector representation in FIG. 1, see equation (7) below) are added , and the final current command value i1* (vector notation in FIG. 1, see formula (7) below) for the d-axis and the q-axis is synthesized. Vector notation of various current command values is exactly as shown in the following equation (7).
Figure 0007256349000007

以上の説明より明白なように、諸機器2~11で構成された駆動制御装置において、2から9までの諸機器が、「固定子電流を、回転子N極位相をd軸位相とする直交d軸・q軸からなるdq同期座標系上のベクトル信号として捕らえ、初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値を含む最終電流指令値に追従するように制御する電流制御手段」を実現している。また、補償電流指令値生成器11が、「初期電流指令値を補償するための補償電流指令値を生成する補償電流指令値生成手段」を実現している。As is clear from the above description, in the drive control device composed of the devices 2 to 11, the devices 2 to 9 are configured to set the stator current in quadrature with the rotor north pole phase as the d-axis phase. A current control means for capturing as a vector signal on a dq synchronous coordinate system consisting of d-axis and q-axis, and controlling to follow the final current command value including both the initial current command value and the compensation current command value. Realized. Further, the compensation current command value generator 11 implements "compensation current command value generating means for generating a compensation current command value for compensating the initial current command value".

本発明の核心は、駆動制御装置の構成要素の1つである補償電流指令値生成器11にある。補償電流指令値生成器11の実施例について説明する。特に、請求項1~2の両発明に基づき構成された補償電流指令値生成器11の実施例を説明する。図1の実施例では、同図に明示しているように、補償電流指令値生成器11は、第1補償電流指令値生成器11aと第2補償電流指令値生成器11bの直列結合により構成されている。本実施例では、第1補償電流指令値生成器11aは、固定子電流情報(検出値)、固定子電圧情報(電圧指令値)と回転子電気速度情報(検出値)を利用して、q軸補償電流指令値iqh*を生成している。q軸補償電流指令値iqh*のこのような生成を遂行する第1補償電流指令値生成器11aは、例えば特許文献2の発明に従えば、容易に実現される。The core of the present invention lies in the compensating current command value generator 11, which is one of the components of the drive control device. An embodiment of the compensation current command value generator 11 will be described. In particular, an embodiment of the compensating current command value generator 11 configured based on the inventions of claims 1 and 2 will be described. In the embodiment of FIG. 1, as clearly shown in the figure, the compensating current command value generator 11 is composed of a series combination of a first compensating current command value generator 11a and a second compensating current command value generator 11b. It is In this embodiment, the first compensation current command value generator 11a uses the stator current information (detected value), the stator voltage information (voltage command value), and the rotor electrical speed information (detected value) to generate q A shaft compensation current command value iqh* is generated. The first compensation current command value generator 11a that performs such generation of the q-axis compensation current command value iqh* can be easily implemented according to the invention of Patent Document 2, for example.

第1補償電流指令値生成器11aにより生成されたq軸補償電流指令値iqh*は、第2補償電流指令値生成器11bへ送られる。第2補償電流指令値生成器11bは、q軸補償電流指令値iqh*とd軸、q軸の初期電流指令値とを用いて、d軸、q軸の最終補償電流指令値を出力している。図2に、(4)式に基づき構成した第2補償電流指令値生成器11bの1例を示した。同図より明白なように、第2補償電流指令値生成器11bは、請求項1及び請求項2の発明に従い構成されている。すなわち、本器は、本願発明による条件式である(4)式の第1式、第2式を正確に満足する形で、構成されている。The q-axis compensation current command value iqh* generated by the first compensation current command value generator 11a is sent to the second compensation current command value generator 11b. The second compensation current command value generator 11b uses the q-axis compensation current command value iqh* and the initial current command values for the d-axis and q-axis to output final compensation current command values for the d-axis and q-axis. there is FIG. 2 shows an example of the second compensation current command value generator 11b configured based on the formula (4). As is clear from the figure, the second compensation current command value generator 11b is constructed according to the first and second inventions. That is, the present device is constructed so as to accurately satisfy the first and second expressions of the expression (4), which are the conditional expressions according to the present invention.

第2補償電流指令値生成器11bは、本願発明による条件式である(4)式を実質的に満足すればよく、(4)式を次の(8)式のように近似し、(8)式を利用して構成してよいことを指摘しておく。

Figure 0007256349000008
(8)式に基づき構成された第2補償電流指令値生成器11bの1例を図3に示した。The second compensation current command value generator 11b may substantially satisfy the conditional expression (4) according to the present invention. ) can be constructed using the formula
Figure 0007256349000008
FIG. 3 shows an example of the second compensation current command value generator 11b configured based on the formula (8).

第3の実施例を示す。同期電動機に対し、本発明の駆動制御装置を適用した1例を図4に示す。電圧、電流のベクトル表記に代表される表記ルールは、図1の場合と同一である。図4の駆動制御装置において、図1と同一の機器名を利用した機器に関しては、図1と同様である。このため、これらの機器の説明は省略する。本実施例の図4と図1の大きな違いは、高追従電流制御器と補償電流生成器にある。図4は、高追従電流制御機能を、第1高追従電流制御器6aと第1高追従電流制御器6bとを用いて構成している。第1高追従電流制御器6aは、主として初期電流指令値への追従機能を得るための電流制御器である。代わって、第2高追従電流制御器6bは、主として補償電流指令値への追従機能を得るための電流制御器である。すなわち、図4に示した駆動制御装置は、2から9までの諸機器を用い、「固定子電流を、回転子N極位相をd軸位相とする直交d軸・q軸からなるdq同期座標系上のベクトル信号として捕らえ、初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値に追従するように、制御する電流制御手段」を実現している。なお、図4の駆動制御装置では、電流制御ループへの補償電流指令値の入力端子が図1の駆動制御装置と異なっている点には、注意を要する。特に、第1高追従電流制御器6aへの入力信号(電流制御偏差)は、(3)式に基づく次の(9)式右辺に従って合成している。

Figure 0007256349000009
なお、第1高追従電流制御器6aと第1高追従電流制御器6bの構成法の詳細は、非特許文献1に詳しく解説されているので、これ以上の説明は省略する。A third embodiment is shown. FIG. 4 shows an example in which the drive control device of the present invention is applied to a synchronous motor. The notation rule represented by the vector notation of voltage and current is the same as in FIG. In the drive control device of FIG. 4, devices using the same device names as in FIG. 1 are the same as in FIG. Therefore, description of these devices is omitted. The major difference between FIG. 4 and FIG. 1 of this embodiment lies in the high-following current controller and the compensation current generator. In FIG. 4, the high-following current control function is configured using a first high-following current controller 6a and a first high-following current controller 6b. The first high follow-up current controller 6a is a current controller mainly for obtaining a follow-up function to the initial current command value. Instead, the second high follow-up current controller 6b is a current controller mainly for obtaining a follow-up function to the compensating current command value. That is, the drive control device shown in FIG. A current control means is realized which catches the current as a vector signal on the system and performs control so as to follow both the initial current command value and the compensation current command value. It should be noted that the drive control device of FIG. 4 differs from the drive control device of FIG. 1 in the input terminal for the compensation current command value to the current control loop. In particular, the input signal (current control deviation) to the first high-following current controller 6a is synthesized according to the right side of the following equation (9) based on equation (3).
Figure 0007256349000009
The details of the configuration of the first high-following current controller 6a and the first high-following current controller 6b are explained in detail in Non-Patent Document 1, so further explanation will be omitted.

本発明の核心は、駆動制御装置の構成要素の1つである補償電流指令値生成器(補償電流指令値生成手段を実現したもの)11にある。補償電流指令値生成器11の実施例について説明する。すなわちに請求項1~2の両発明に基づき構成された補償電流指令値生成器11の実施例を説明する。図4の実施例では、同図に明示しているように、補償電流指令値生成器11は、第1補償電流指令値生成器11aと第2補償電流指令値生成器11bの直列結合により構成されている。本実施例では、第1補償電流指令値生成器11aは、初期電流指令値i1f*(ベクトル量、d軸、q軸の初期電流指令値)と回転子位相(電気位相)θαの2信号を利用して、q軸補償電流指令値iqh*を生成している。q軸補償電流指令値iqh*のこのような生成を遂行する第1補償電流指令値生成器11aは、例えば非特許文献1の発明に従えば、容易に実現される。The heart of the present invention lies in a compensating current command value generator (implementing compensating current command value generating means) 11, which is one of the components of the drive control device. An embodiment of the compensation current command value generator 11 will be described. That is, an embodiment of the compensating current command value generator 11 configured based on the inventions of claims 1 and 2 will be described. In the embodiment of FIG. 4, as clearly shown in the figure, the compensating current command value generator 11 is composed of a series combination of a first compensating current command value generator 11a and a second compensating current command value generator 11b. It is In this embodiment, the first compensating current command value generator 11a generates two signals of an initial current command value i1f* (vector quantity, initial current command values of d-axis and q-axis) and rotor phase (electrical phase) θα. is used to generate the q-axis compensation current command value iqh*. The first compensation current command value generator 11a that performs such generation of the q-axis compensation current command value iqh* can be easily implemented according to the invention of Non-Patent Document 1, for example.

第1補償電流指令値生成器11aにより生成されたq軸補償電流指令値iqh*は、第2補償電流指令値生成器11bへ送られる。第2補償電流指令値生成器11bは、q軸補償電流指令値iqh*とd軸、q軸の初期電流指令値とを用いて、d軸、q軸の最終補償電流指令値を出力している。第2補償電流指令値生成器11bの構成例は、請求項1および請求項2の発明に基づく図2(条件式である(4)式を正確に満足する形)、あるいは図3(条件式である(4)式を近似的に満足する形)の通りである。The q-axis compensation current command value iqh* generated by the first compensation current command value generator 11a is sent to the second compensation current command value generator 11b. The second compensation current command value generator 11b uses the q-axis compensation current command value iqh* and the initial current command values for the d-axis and q-axis to output final compensation current command values for the d-axis and q-axis. there is An example of the configuration of the second compensation current command value generator 11b is shown in FIG. (4) which approximately satisfies the formula).

図1、図4を用いた実施例では、電流制御手段をフィードバック電流制御系として実現した。本発明が適用される電流制御手段は、フィードバック電流制御系に限定されるものでないことを指摘しておく。より具体的には、電流制御手段を、全体的にあるいは部分的にフィードフォワード電流制御系として実現してよいことを指摘しておく。In the embodiment using FIGS. 1 and 4, the current control means is implemented as a feedback current control system. It should be pointed out that the current control means to which the invention applies is not limited to a feedback current control system. More specifically, it is pointed out that the current control means may be implemented wholly or partly as a feedforward current control system.

図1~図4を用いた実施例では、請求項1と請求項2の両発明を用いた例とした。請求項1の発明のみを用いて補償電流指令値生成手段(補償電流指令値生成器)の実現も可能であることを指摘しておく。本実現による補償電流指令値生成器は、一般に、図1、図4に例示した第1補償電流指令値生成器と第2補償電流指令値生成器の直列結合とはならず、d軸補償電流指令値とq軸補償電流指令値を並列的に生成するものとなる。本願発明は、このような並列生成を行う補償電流指令値生成器を排除するものでないことを指摘しておく。In the embodiment using FIGS. 1 to 4, both the inventions of claim 1 and claim 2 are used. It should be pointed out that the compensating current command value generating means (compensating current command value generator) can also be realized using only the first invention. The compensating current command value generator according to this implementation is generally not a series combination of the first compensating current command value generator and the second compensating current command value generator illustrated in FIGS. A command value and a q-axis compensation current command value are generated in parallel. It should be pointed out that the present invention does not exclude compensation current command value generators that perform such parallel generation.

本発明の条件式(すなわち(4)式)を実質的に満たす補償電流指令値の1生成例として、(4)式を正確に満たす図2の実施例を示した。また、(4)式を実質的に満たす補償電流指令値の1生成例として、(4)式の近似式である(8)式に基づく図3の生成例を示した。(4)式を実質的に満たす補償電流指令値の生成は、図2、図3の実施例に限定されるものでないことを、指摘しておく。(4)式の近似式としては、種々のものが存在することを指摘しておく。As an example of generating a compensating current command value that substantially satisfies the conditional expression (that is, expression (4)) of the present invention, the example of FIG. 2 that exactly satisfies expression (4) is shown. As an example of generation of the compensation current command value that substantially satisfies the expression (4), the generation example of FIG. 3 based on the expression (8), which is an approximation of the expression (4), is shown. It should be pointed out that the generation of the compensation current command value that substantially satisfies the equation (4) is not limited to the embodiments of FIGS. It should be pointed out that there are various approximation formulas for formula (4).

本発明は、突極形同期電動機を用いた応用の中で、特に、高効率で高品質のトルク発生を必要とする用途に好適である。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly suitable for applications that require high efficiency and high quality torque generation among applications using salient pole synchronous motors.

1 同期電動機
2 電力変換器
3 電流検出器
4a 3相2相変換器
4b 2相3相変換器
5a ベクトル回転器
5b ベクトル回転器
6 高追従電流制御器
6a 第1高追従電流制御器
6b 第2高追従電流制御器
7 位相検出器
8 速度検出器
9 余弦正弦信号発生器
10 指令変換器
11 補償電流指令値生成器
11a 第1補償電流指令値生成器
11b 第2補償電流指令値生成器
1 synchronous motor 2 power converter 3 current detector 4a 3-phase 2-phase converter 4b 2-phase 3-phase converter 5a vector rotator 5b vector rotator 6 high-following current controller 6a first high-following current controller 6b second High follow-up current controller 7 Phase detector 8 Speed detector 9 Cosine sine signal generator 10 Command converter 11 Compensation current command value generator 11a First compensation current command value generator 11b Second compensation current command value generator

Claims (2)

固定子電流を、回転子N極位相をd軸位相とする直交d軸・q軸からなるdq同期座標系上のベクトル信号として捕らえ、初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値に追従するように、あるいは初期電流指令値と補償電流指令値の両電流指令値を含む最終電流指令値に追従するように、制御する電流制御手段と、
初期電流指令値を補償するための補償電流指令値を生成する補償電流指令値生成手段とを、少なくとも備える同期電動機の駆動制御装置であって、
d軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を各々idf*、idh*、id*で表現し、q軸の初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値を各々iqf*、iqh*、iq*で表現し、初期電流指令値、補償電流指令値、最終電流指令値の相互関係を次の加法式で定義するとき、
Figure 0007256349000010
次の条件式を実質的に満たすように、
Figure 0007256349000011
補償電流指令値を生成するように該補償電流指令値生成手段を構成したことを特徴とする同期電動機の駆動制御装置。
The stator current is captured as a vector signal on a dq synchronous coordinate system consisting of orthogonal d-axes and q-axes with the rotor north pole phase as the d-axis phase. current control means for controlling to follow or to follow a final current command value including both the initial current command value and the compensation current command value;
A drive control device for a synchronous motor, comprising at least compensating current command value generating means for generating a compensating current command value for compensating the initial current command value,
The d-axis initial current command value, compensation current command value, and final current command value are represented by idf*, idh*, and id*, respectively, and the q-axis initial current command value, compensation current command value, and final current command value are respectively When expressed by iqf*, iqh*, iq* and the mutual relationship between the initial current command value, compensation current command value, and final current command value is defined by the following additive formula,
Figure 0007256349000010
In order to substantially satisfy the following conditional expression,
Figure 0007256349000011
A drive control device for a synchronous motor, wherein said compensating current command value generating means is configured to generate a compensating current command value.
該補償電流指令値生成手段を、先ず、q軸補償電流指令値iqh*を生成し、次に、生成のq軸補償電流指令値を用いて、該条件式を実質的に満たすようにd軸補償電流指令値idh*を生成するように、構成したことを特徴とする請求項1記載の同期電動機の駆動制御装置。The compensation current command value generation means first generates a q-axis compensation current command value iqh*, and then uses the generated q-axis compensation current command value to substantially satisfy the conditional expression for the d-axis 2. A drive control device for a synchronous motor according to claim 1, wherein said device is configured to generate a compensation current command value idh*.
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