JPH06233574A - モータおよび回路混在シミュレーション方法 - Google Patents

モータおよび回路混在シミュレーション方法

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JPH06233574A
JPH06233574A JP5015231A JP1523193A JPH06233574A JP H06233574 A JPH06233574 A JP H06233574A JP 5015231 A JP5015231 A JP 5015231A JP 1523193 A JP1523193 A JP 1523193A JP H06233574 A JPH06233574 A JP H06233574A
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JP
Japan
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motor
circuit
model
simulation
mixed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5015231A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichi Hayashi
晋一 林
Chiaki Hirai
千秋 平井
Hideyuki Osawa
秀行 大沢
Kenji Nishimura
健二 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Microcomputer System Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Microcomputer System Ltd
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Publication of JPH06233574A publication Critical patent/JPH06233574A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/82Elements for improving aerodynamics

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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】設計者がモータ駆動回路11の回路情報を入力
し、モータのモデル14とリンクする手段15と、モー
タ駆動回路およびモータ混在モデルを機能記述と回路記
述に分離する手段16と、機能モデルと回路モデルのい
ずれかを選択しながら時刻管理する手段18と、モータ
および駆動回路混在系を解析する手段17と、波形出力
手段19とを備える。 【効果】シミュレーション時間とシミュレーション精度
を任意に制御でき、機能−回路モデルの接続が容易とな
り、モータのモデル化が容易となり、計算機上でモータ
および回路混在のシミュレーションが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はモータ制御回路とモータ
とからモータ系の機能および回路混在シミュレーション
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術の一例として、日経エレクトロ
ニクス1991.9.16(No.536)のpp.120−1
21 に記載の日本サーボが開発したモータモデルを使
用して説明する。図2は、従来のモータの機能モデルの
説明図である。モータ全体を電気回路部の部分を除くと
二つの部分に分けることができる。すなわち、(b)電気
部と(c)機械部の二つである。電気部はバイファイラ巻
きの2相ステッピングモータの概略図を示す。A相とB
相は電気的にも機械的にも直交しており、干渉はないも
のとする。電気部のモデル式を同図(b)に示した。図中
に示す式(1)と式(4)は巻き線ごとに作る。モータ全体
ではそれぞれ四つずつになる。式(1)ないし式(6)でア
ンダーラインが付いている変数は、シミュレーションの
際、ユーザが値を直接指定するパラメータである。K
m)はnとdφi/dθmから算出する。dφi/dθm
は、モータを外部から強制回転させて発生する逆起電圧
を測定して求める。
【0003】図2を解析するための従来技術として、モ
ータ制御回路もモータも伝達関数あるいは回路モデルの
いずれかで記述するモータおよび回路混在シミュレーシ
ョン方法がある。公知例に示すように、モータ制御回
路もモータも伝達関数により指定する方法、モータ制
御回路もモータも回路モデルにより指定する方法、の二
つの方法がある。前者の記述方法は、いわゆる、機能シ
ミュレータ用記述言語に変換され、前者の記述方法はい
わゆる回路シミュレータ用記述言語に変換され、それぞ
れ別々のシミュレーションにかけて実行するものであっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては次
のような課題がある。 モータ制御回路もモータも伝達関数で記述を行う
と、系の細かい振舞いの把握が困難となる。 モータ制御回路もモータも回路モデルで記述を行う
と、系の細かい振舞いの把握が容易であるが、シミュレ
ーション時間の増大を招く。
【0005】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段は次のとおりである。 モータを伝達関数で記述し、モータ制御回路を回路
モデルで記述する。 モータの半分を伝達関数で記述し、残り半分とモー
タ制御回路を回路モデルで記述する。
【0006】
【作用】上記手段は下記の作用を持っている。 モータ制御回路の細かい設計を容易にすると同時
に、系の把握を短時間で行え、定常時の動作を正確に把
握できる。 モータ制御回路の細かい設計を容易にすると同時
に、系の把握に多少時間がかかるが、過渡波形を正確に
把握できる。
【0007】
【実施例】図1は、本発明によるモータのモデリングと
シミュレーション方法のフローチャートである。モータ
設計者は、モータ制御回路11の回路モデルを回路およ
びモータ混在シミュレータ12に入力する。このシミュ
レータの出力として出力波形13が取りだされる。シミ
ュレータの構成は次の通りである。すなわち、機能およ
び回路混在モデル化されたモータモデル14と入力され
たモータ制御回路モデルが同一ファイルにまとめられた
ためのリンク手段15を経由して、このファイルの中身
を機能モデルと回路モデルとに分離するための機能およ
び回路分離手段16でモデルのレベル分離を行う。この
レベル分離されたモデルを解析手段17で解析する。こ
の解析に当たって時刻管理手段18により前進法積分と
か後退法積分とか種々の積分法をモデルのレベルに応じ
て選択する。解析されたデータは波形出力手段19によ
り波形を出力するためのデータに変換される。
【0008】図3は、モータおよび駆動回路の回路記述
の説明図である。同図は通常の回路シミュレータの記述
に従っており、いわゆる、ネットリスト形式で記述され
ている。I1,I2,I3=mcirc(Vu,Vv,Vw,
Ve1,Ve2,Ve3)は、駆動回路が回路記述化さ
れた回路ブロックを示す。入力電圧Vu,Vv,Vwと
逆起電力Ve1,Ve2,Ve3が与えられた時の出力
電流I1,I2,I3を求める場合の回路ブロックであ
る。入力電流を与えて出力電圧を求める場合の回路ブロ
ックも同様である。QXXはトランジスタであり、モー
タ駆動回路を構成している。TRAN1はNPNトラン
ジスタを示し、TRAN2はPNPトランジスタを示
す。R1は電流駆動のための抵抗を示す。RU,LU,
RV,LV,RW,LWは3相コイルの抵抗とインダク
タンスをそれぞれ示す。
【0009】図4は、モータの機能記述の説明図であ
る。まず左端において、正弦波が2π/3,4π/3へ
とそれぞれシフトされて、3相交流が生成される。3相
交流はそれぞれ三つのプッシュプル増幅器を通して、モ
ータへ入力される。ただし、この駆動回路は回路記述さ
れる。これらの出力は逆起電力分だけ引かれて、リアル
ポール(Real Pole)モデル(1/(R+sL))によりコ
イル電流に変換される。このコイル電流の一部は駆動回
路へ帰還され、残りはトルク定数Km を乗じてトルクに
変換される。3相分のトルクが合成されて、一つのトル
クTm となる。Tm から乾性摩擦トルク係数Tl だけ減
じたものがReal Poleモデル(1/(D+sJ))により角
周波数ωに変換される。このD(粘性摩擦係数)を大き
くしていくと、モータの回転が早く収束するということ
を利用して、長時間を要するモータおよび回路混在シミ
ュレーションの高速化にも利用できる。なお、この角周
波数に逆起定数Ke を掛けたものが逆起電力となる。
【0010】また、3相コイルの合流点にコンデンサC
を設けて、電荷を蓄積させて、過渡状態のシミュレーシ
ョンを省略し、シミュレーション時間を短縮するといっ
た利用法もある。
【0011】図5は、本発明によるモータのマクロモデ
ルの説明図である。
【0012】
【数1】θ,ω=motor[極数N,トルク定数Km ,逆
起定数Ke ,抵抗R,コイルL,慣性モーメントJ,制
動係数D,コイル位置オフセットos,ホールセンサの
高周波成分fH,外乱Δ] …(数1) このように記述しておけば、モータのモデルのパラメー
タを容易に変化させることができる。また、このモータ
のマクロモデルをベースにして、駆動回路の設計を容易
に行える。以上の記述の他に、種々変形されたマクロモ
デルが考えられるが、モータの基本的な特性はこれでカ
バーされる。
【0013】図6は、本発明によるコギングトルクの説
明図である。逆起電力とトルクの計算式は次の通りであ
るといわれている。
【0014】
【数2】 Vbn=Cb・S・sin(A・θ−(N−1)*2.0*π/P) Tdn=Ct・in・sin(A・θ−(N−1)*2.0*π/P) (θ=ωt) Vbn:n相巻線の逆起電圧 Cb:逆起電圧係数(volts・sec/rev) Tdn:n相巻線による駆動トルク Ct:トルク定数(g・cm/amp) in:n相巻線の電流(amp) S :軸速度(S=rω,r=1) N :位相番号(1,2,3等) P :モータの位相数 A :ロータにあるN極磁石数 …(数2) 同図(a)は3相モータの磁極の最適化を説明したもの
で、初期形状と最終形状とを示したものである。同図
(b)はコギングトルクの形状を示しており、正弦波の一
次高調波から三次高調波を示したものである。高調波成
分になる程、磁極の最終形状に近い値になるようにモデ
ル化できる。
【0015】図7は、本発明によるモータの定常波形の
説明図である。同図(a)に3相交流の1相分のコイル電
流i1 の入力波形を示す。同図(b)にトルクtm の定常
波形を示す。
【0016】図8は、本発明によるモータの過渡波形の
説明図である。同図(a)に3相交流の1相分の波形
u ,コイル電流i1 ,トルクtm の過渡波形を示す。
同図(b)に角周波数ωの過渡波形を示す。
【0017】図9は、本発明によるホールセンサのモデ
ル化の説明図である。同図(a)は角周波数ωと初期位相
αとを与えて、ホール電圧Vを得る方法を示す。ただ
し、1/sは積分モデルで、sin は正弦波モデルであ
る。同図(b)は角周波数ωと時間tと初期位相αとを与
えて、ホール電圧Vを得る方法を示す。ただし、*は乗
算モデルで、+は加算モデルである。
【0018】一つの計算機マシンにおいて、モータおよ
び回路混在シミュレーションを行う際に、機能モデルの
みのシミュレーションの実行と機能および回路混在シミ
ュレーションの実行とを選択的に行い、あるいは、複数
の計算機マシン上においてモータおよび回路混在シミュ
レーションを行う際に、一つの計算機マシンで機能モデ
ルのみのシミュレーションの実行を行い、別の計算機マ
シンで機能および回路混在シミュレーションの実行とを
並列・同時に行う方法もある。
【0019】モデル記述言語としてはFORTRAN の他に、
C言語等への言語変換機能を備えることは、計算機マシ
ンに依存しないで、モータモデルの汎用性にも役立つ。
【0020】
【発明の効果】(1) 階層化モデル表現になっているた
め、シミュレーション時間とシミュレーション精度を任
意に制御できる。 (2) 機能および回路混在の階層化モデル表現になって
いるため、機能−回路モデルの接続が容易となった。 (3) モータおよび回路混在の階層化モデル表現になっ
ているため、従来困難であったモータのモデル化が容易
となり、計算機上にてモータおよび回路混在のシミュレ
ーションが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるモータのモデリングとシミュレー
ション方法のフローチャート。
【図2】従来のモータの機能モデルの説明図。
【図3】モータの回路記述の説明図。
【図4】モータの機能記述の説明図。
【図5】本発明によるモータのマクロモデルの説明図。
【図6】本発明によるコギングトルクの説明図。
【図7】本発明によるモータの定常波形の説明図。
【図8】本発明によるモータの過渡波形の説明図。
【図9】本発明によるホールセンサのモデル化の説明
図。
【符号の説明】
11…モータ制御回路、12…回路および混在シミュレ
ータ、13…出力波形、14…モータモデル、15…リ
ンク手段、16…機能および回路分離手段、17…解析
手段、18…時刻管理手段、19…波形出力手段。
フロントページの続き (72)発明者 大沢 秀行 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体設計開発センタ内 (72)発明者 西村 健二 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立マイコンシステム内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータ制御回路を回路モデルで記述し、モ
    ータを機能モデルで記述し、前記モータ制御回路とモー
    タとの間の電圧および電流の受渡しの記述手段と、回路
    記述を前進形積分法で、機能記述を後退形積分法で、そ
    れぞれ解析を行いながら、両者のモデルがリンクされた
    混在モデルの時刻管理を制御するための手段とを設けた
    ことを特徴とするモータおよび回路混在シミュレーショ
    ン方法。
  2. 【請求項2】モータ制御回路を機能モデルで記述し、モ
    ータを機能モデルで記述し、前記モータ制御回路とモー
    タとの間の電圧および電流の受渡しの記述手段と、回路
    記述と機能記述を前進形積分法で、それぞれ解析を行い
    ながら、両者のモデルがリンクされた混在モデルの時刻
    管理を制御するための手段とを設けたことを特徴とする
    モータおよび回路混在シミュレーション方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、モータのモデルを用い
    ることにより、トルクリップルの減少、起動時のモータ
    の過渡応答の高速化の設計に適用し、モータ駆動回路の
    最適化を図るモータおよび回路混在シミュレーション方
    法。
  4. 【請求項4】請求項1において、モータをマクロモデル
    で記述することにより、このマクロモデルのパラメータ
    を種々変えることにより、種々のモータを計算機上に実
    現するモータおよび回路混在のシミュレーション方法。
  5. 【請求項5】請求項1において、逆起定数とトルク定数
    のモデルとして、種々の正弦波の合成関数を種々用意す
    ることにより、コギングトルクの減少の目安を与えるモ
    ータおよび回路混在のシミュレーション方法。
  6. 【請求項6】請求項1において、モータコイルの合流点
    にコンデンサを設けて、電荷を蓄積させて、過渡状態の
    シミュレーションを省略し、シミュレーション時間を短
    縮化したモータおよび回路混在のシミュレーション方
    法。
  7. 【請求項7】請求項1において、モータ制御回路及びモ
    ータの電気系を回路モデルで記述し、モータの機械系を
    機能モデルで記述し、これらの機能および回路モデルを
    リンクするための手段と、リンクされた混在モデルの時
    刻管理を制御するための手段とを設けたモータおよび回
    路混在のシミュレーション方法。
  8. 【請求項8】請求項1において、Dを粘性摩擦係数と
    し、Jを慣性モーメントとして、機械系の回転機構の伝
    達関数をD+sJとした時、Dを大きくして、早く回転
    を安定させて、シミュレーション時間を短縮化したモー
    タおよび回路混在シミュレーション方法。
  9. 【請求項9】請求項1において、モータの出力回転を検
    出しモータ制御回路へ帰還させるホールセンサの記述手
    段として、出力回転の角速度をωとし、回転角をθとし
    て、v=A*sine(s0,ω,θ0)(但し、v:ホール
    センサ出力電圧,A:電圧振幅,s0:正弦波の出発
    点,ω:角速度,θ0 :位相差)として制御回路へ入力
    させる手段を設けたモータおよび回路混在シミュレーシ
    ョン方法。
  10. 【請求項10】請求項1において、一つの計算機マシン
    上においてモータおよび回路混在シミュレーションを行
    う際に、機能モデルのみのシミュレーションの実行と機
    能および回路混在シミュレーションの実行とを選択的に
    行い、あるいは、複数の計算機マシン上においてモータ
    および回路混在シミュレーションを行う際に、一つの計
    算機マシンで機能モデルのみのシミュレーションの実行
    を行い、別の計算機マシンで機能および回路混在シミュ
    レーションの実行とを並列・同時に行い、モータ駆動回
    路の設計支援を行うモータおよび回路混在記述方法。
  11. 【請求項11】請求項1において、モデル記述言語とし
    てFORTRAN の他に、C言語等への言語変換機能を備え、
    計算機マシンに依存しないで、モータ駆動回路の設計支
    援を行うモータおよび回路混在記述方法。
JP5015231A 1993-02-02 1993-02-02 モータおよび回路混在シミュレーション方法 Withdrawn JPH06233574A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2173778A1 (es) * 1999-11-25 2002-10-16 Univ Alcala Henares Sistema electronico para el desarrollo integrado de aplicaciones de control en tiempo real de actuadores de movimiento basados en motores decontinua.
JP5340514B1 (ja) * 2013-01-11 2013-11-13 三菱電機株式会社 エネルギアシストシステム選定支援装置、容量選定装置、消費電力計算装置、及びレイアウト生成装置

Cited By (3)

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ES2173778A1 (es) * 1999-11-25 2002-10-16 Univ Alcala Henares Sistema electronico para el desarrollo integrado de aplicaciones de control en tiempo real de actuadores de movimiento basados en motores decontinua.
JP5340514B1 (ja) * 2013-01-11 2013-11-13 三菱電機株式会社 エネルギアシストシステム選定支援装置、容量選定装置、消費電力計算装置、及びレイアウト生成装置
US9343907B2 (en) 2013-01-11 2016-05-17 Mitsubishi Electric Corporation Energy assist system selection supporting apparatus, capacity selecting apparatus, power consumption calculating apparatus, and layout generating apparatus

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