JPH07308088A - Control device for synchronous motor - Google Patents

Control device for synchronous motor

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JPH07308088A
JPH07308088A JP6097253A JP9725394A JPH07308088A JP H07308088 A JPH07308088 A JP H07308088A JP 6097253 A JP6097253 A JP 6097253A JP 9725394 A JP9725394 A JP 9725394A JP H07308088 A JPH07308088 A JP H07308088A
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torque
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Masayuki Nashiki
政行 梨木
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Abstract

PURPOSE:To accomplish control applicable to a wide range o rotation, from low speed to high speed, and effective operation of a synchronous motor using relatively simple components at low cost with respect to a control device for synchronous motors that obtains rotational force using the phenomenon that magnetic resistance varies depending on the rotational position of the rotor of a motor. CONSTITUTION:The control device for synchronous motors includes a relative phase angle creating means 9 that creates such a relative phase angle A as to make proper the exciting current component of motor current; and a current amplitude commanding means 8 that compensates the non-linearity of motor current amplitude and generated torque and thereby creates a proper motor current amplitude.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ACサーボモータ特に
リラクタンスモータとして知られる同期電動機の制御装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an AC servomotor, particularly a synchronous motor known as a reluctance motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の改良されたリラクタンスモータの
制御装置として、図11に示すようなロータ位置、ロー
タ速度の検出を行い精密な速度制御を行う制御装置があ
る。
2. Description of the Related Art As a conventional improved reluctance motor controller, there is a controller for detecting a rotor position and a rotor speed as shown in FIG.

【0003】図11の従来例について説明する。The conventional example of FIG. 11 will be described.

【0004】同期電動機は突極型のロータ6をもち、こ
のロータ6に機械的に位置検出器5が結合され、位置信
号DSを出力する。
The synchronous motor has a salient-pole rotor 6, and a position detector 5 is mechanically coupled to the rotor 6 to output a position signal DS.

【0005】ロータ回転位置ARは、図11に示すよう
にU相の巻き線位置に対するロータ6の磁極の位置であ
る。
The rotor rotation position AR is the position of the magnetic pole of the rotor 6 with respect to the U-phase winding position as shown in FIG.

【0006】速度指令SIと速度検出手段3によって検
出された速度信号SDとが加算器1で突き合わされて速
度偏差ESを得、トルク制御手段2で比例・積分・微分
等の補償演算を行ってトルク指令Tを得る。
The speed command SI and the speed signal SD detected by the speed detecting means 3 are matched by the adder 1 to obtain the speed deviation ES, and the torque control means 2 performs the compensation calculation such as proportionality / integration / derivative. Obtain the torque command T.

【0007】界磁電流指令回路24は、ロータ位置検出
手段4により検出されたロータ回転位置ARと速度信号
SDを入力とし、下記の界磁電流指令SFIU、SFI
V,SFIWを作成する。
The field current command circuit 24 receives the rotor rotational position AR detected by the rotor position detecting means 4 and the speed signal SD as input, and the following field current commands SFIU, SFI.
V, SFIW is created.

【0008】SFIU=SF・SIN(AR) SFIV=SF・SIN(AR+120゜) SFIW=SF・SIN(AR+240゜) ここで、SFは界磁電流の振幅で速度信号SDに依存
し、電動機の基底回転数NB以下では、ある一定値で、
基底回転数NB以上ではNBとSFとを乗じた値が一定
値になるように速度信号SDが大きくなるにつれてSF
が減少していく特性となっている。
SFIU = SF.SIN (AR) SFIV = SF.SIN (AR + 120.degree.) SFIW = SF.SIN (AR + 240.degree.) Where SF is the amplitude of the field current and depends on the speed signal SD, and the base of the motor. Below a rotation speed NB, at a certain constant value,
Above the base speed NB, SF is increased as the speed signal SD increases so that the value obtained by multiplying NB and SF becomes a constant value.
Has a characteristic of decreasing.

【0009】電機子電流指令回路21は、トルク指令T
とロータ回転位置ARとを入力として以下の電機子電流
指令SAIU,SAIV,SAIWを出力する。
The armature current command circuit 21 uses the torque command T
And the rotor rotation position AR are input, and the following armature current commands SAIU, SAIV, SAIW are output.

【0010】SAIU=T・SIN(AR+90゜) SAIV=T・SIN(AR+90゜+120゜) SAIW=T・SIN(AR+90゜+240゜) 各電流指令SIU,SIV,SIWは、下式のように、
各電機子電流指令と各界磁電流指令とを各加算器25、
26、27により加算して得られる。
SAIU = T.SIN (AR + 90 °) SAIV = T.SIN (AR + 90 ° + 120 °) SAIW = T.SIN (AR + 90 ° + 240 °) Each current command SIU, SIV, SIW is expressed by the following equation.
Each armature current command and each field current command are added to each adder 25,
It is obtained by adding 26 and 27.

【0011】SIU=SAIU+SFIU SIV=SAIV+SFIV SIW=SAIW+SFIW これらの各相電流の合成ベクトルの向きを表す角度は図
11においてロータ磁極の向きに対して角度Aとなる。
SIU = SAIU + SFIU SIV = SAIV + SFIV SIW = SAIW + SFIW The angle representing the direction of the combined vector of these phase currents is angle A with respect to the direction of the rotor magnetic pole in FIG.

【0012】電流制御回路7は、電流指令SIU、SI
V,SIWを入力として増幅し、三相電動機の各巻き線
U,V,Wへ三相電流IU,IV,IWを供給する。
The current control circuit 7 controls the current commands SIU, SI
Amplification is performed by using V and SIW as inputs, and three-phase currents IU, IV and IW are supplied to the respective windings U, V and W of the three-phase motor.

【0013】このような制御が行われた結果、ロータ6
の磁極の向きに応じて界磁磁束の制御、トルクを発生す
る電機子電流成分とが適切に制御されるため、ロータ6
には右回転あるいは左回転のトルクが任意に発生でき、
電動機の速度制御がなされる。
As a result of such control, the rotor 6
Since the control of the field magnetic flux and the armature current component that generates torque are appropriately controlled according to the direction of the magnetic poles of the rotor 6,
The torque of right rotation or left rotation can be arbitrarily generated in
The speed of the electric motor is controlled.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】図11に示した制御装
置は、単純論理的には良くても実際には電動機特性が電
磁的非線形要素等を持っているので、以下の課題を有し
ていた。
The control device shown in FIG. 11 has the following problems because the electric motor characteristics actually have electromagnetic non-linear elements etc. even though it is good in terms of simple logic. It was

【0015】電動機磁気回路が非線形なため、界磁電流
に比例した界磁磁束が得られず期待する出力トルクを得
られない。
Since the magnetic circuit of the electric motor is non-linear, the field magnetic flux proportional to the field current cannot be obtained and the expected output torque cannot be obtained.

【0016】大きな出力トルクを得るため大きな電機子
電流成分を流すと、この電機子電流成分により界磁磁束
が変化し期待通りのトルクを得る事ができない。
When a large armature current component is supplied to obtain a large output torque, the field magnetic flux changes due to this armature current component, and the expected torque cannot be obtained.

【0017】電動機巻き線の漏れインダクタンスによる
電圧降下があり、高速回転で期待通りのトルクを得られ
ない。
There is a voltage drop due to the leakage inductance of the motor winding, and the expected torque cannot be obtained at high speed rotation.

【0018】より厳密に制御しようとするとそれぞれの
補償制御等が必要となり、結果的に制御の内容が複雑に
なり、コストも高くなる。
If stricter control is required, each compensation control or the like is required, and as a result, the control content becomes complicated and the cost also increases.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明では前記課題を解
決するため、ロータと電動機電流との相対的位相角を電
動機内の磁束が適切になるように、即ち、電動機電流の
励磁電流成分と電機子電流成分とが適切になるように相
対位相角を作成する相対位相角作成手段と、電動機電流
振幅と発生トルクとの非線形性を補償して適切な電動機
電流振幅を作成する電流振幅指令手段と、を備えるよう
にした。
In order to solve the above problems, the present invention determines the relative phase angle between the rotor and the motor current so that the magnetic flux in the motor becomes appropriate, that is, the exciting current component of the motor current. Relative phase angle creating means for creating a relative phase angle so that the armature current component becomes appropriate, and current amplitude command means for creating a suitable motor current amplitude by compensating for the non-linearity between the motor current amplitude and the generated torque. And so on.

【0020】[0020]

【作用】相対位相角作成手段により、電動機の回転数N
とトルク指令とにより決まる相対位相角Aを、ある関数
AS(T)とトルク指令値Tが大きい範囲では回転数に
応じて相対位相角Aを減ずる比較的簡単なアルゴリズム
により得ることができる。
Operation: The relative phase angle creating means allows the rotation speed N of the electric motor to be changed.
The relative phase angle A determined by the torque command can be obtained by a relatively simple algorithm that reduces the relative phase angle A according to the number of revolutions in a range in which a certain function AS (T) and the torque command value T are large.

【0021】電流振幅指令手段により、トルク指令が小
さい範囲では電流振幅指令をほぼ一定値にし、トルク指
令値Tが大きくなるとある関数IO(T)に従って大き
な値とし、回転数が基底回転数NBより高くなるとさら
に電流指令を増大させる比較的簡単なアルゴリズムより
最適電流振幅を得るようにした。
The current amplitude command means sets the current amplitude command to a substantially constant value in a range where the torque command is small, and when the torque command value T becomes large, it becomes a large value in accordance with a certain function IO (T), and the rotation speed is higher than the base rotation speed NB. The optimum current amplitude is obtained by a relatively simple algorithm that further increases the current command when it becomes higher.

【0022】[0022]

【実施例】図1に本発明の実施例を示す。従来例を示す
図11と同じ構成要素についてはその説明を省略する。
EXAMPLE FIG. 1 shows an example of the present invention. Description of the same components as those of the conventional example shown in FIG. 11 is omitted.

【0023】図1において、ロータ6の磁極と電動機電
流のベクトル方向との相対位相角Aを最適値に決定する
ため、相対位相角作成手段9が設けられ、その入力には
トルク指令Tと速度信号SDとが入力されている。求め
られた相対角Aは、ロータ回転位置ARと加算器15に
おいて加算され、電流指令手段10へ送られる。
In FIG. 1, in order to determine the relative phase angle A between the magnetic poles of the rotor 6 and the vector direction of the electric motor current to an optimum value, a relative phase angle creating means 9 is provided, the input of which is a torque command T and a speed. The signal SD and are input. The calculated relative angle A is added to the rotor rotational position AR by the adder 15 and sent to the current command means 10.

【0024】また、前記トルク指令Tと速度信号SD
は、更に電流振幅指令手段8へ送られ、その出力IOS
が電流指令手段10へ送られる。電流指令手段10の各
相に対する電流指令SIU、SIV、SIWは、それぞ
れ電流制御回路7において各巻き線U、V、Wへの3相
電流IU、IV、IWに変換される。
Further, the torque command T and the speed signal SD
Is further sent to the current amplitude command means 8 and its output IOS
Is sent to the current command means 10. The current commands SIU, SIV, SIW for each phase of the current command means 10 are converted into three-phase currents IU, IV, IW to each winding U, V, W in the current control circuit 7, respectively.

【0025】相対位相角作成手段9の特性を図2に示
す。トルク指令Tと電動機の回転速度Nに依存する特性
となっている。
The characteristics of the relative phase angle generating means 9 are shown in FIG. The characteristic depends on the torque command T and the rotation speed N of the electric motor.

【0026】図2の特性は、回転数が基底回転数NB以
下の時は関数AS(T)に従う特性であり、トルク指令
Tが−T1≦T≦+T1の時も関数AS(T)に従う特
性である。
The characteristic shown in FIG. 2 is a characteristic that follows the function AS (T) when the rotational speed is less than the basic rotational speed NB, and also a characteristic that follows the function AS (T) when the torque command T is -T1≤T≤ + T1. Is.

【0027】回転数が基底回転数NB以上で、かつ、ト
ルク指令値Tが所定値T1を越えるときはトルク指令T
とともに関数AS(T)より減少し、相対位相角Aの最
小値AMNに収束する。また、トルク指令値Tが所定値
−T1より減少するときには、トルク指令Tとともに相
対位相角Aは関数AS(T)より増加し、相対位相角A
の最大値AMXに収束する。この特性を実現する具体的
アルゴリズムの例を図6のフローチャートに示す。
When the rotation speed is equal to or higher than the base rotation speed NB and the torque command value T exceeds the predetermined value T1, the torque command T
Along with this, it decreases from the function AS (T) and converges to the minimum value AMN of the relative phase angle A. When the torque command value T decreases from the predetermined value −T1, the relative phase angle A increases from the function AS (T) along with the torque command T, and the relative phase angle A
Of the maximum value AMX. An example of a specific algorithm for realizing this characteristic is shown in the flowchart of FIG.

【0028】図4は、図2の特性において回転数依存性
およびトルク依存性のある部分の代表特性ADC(T)
である。
FIG. 4 shows a representative characteristic ADC (T) of a portion of the characteristic shown in FIG. 2 which has a rotational speed dependency and a torque dependency.
Is.

【0029】図6のフローチャートにおいて、まず、図
2の特性AS(T)を除いた特性AXを求める。
In the flowchart of FIG. 6, first, the characteristic AX excluding the characteristic AS (T) of FIG. 2 is obtained.

【0030】 AX=ADC(|T|)−(N3−|N|)・KA・・・・・(1) 但しAXがこの計算式により負となる場合は零と置き換
える。
AX = ADC (| T |)-(N3- | N |) · KA (1) However, when AX becomes negative according to this calculation formula, it is replaced with zero.

【0031】N3は最大回転数である。N3 is the maximum number of revolutions.

【0032】KAは回転数依存性を表す係数である。KA is a coefficient representing the rotation speed dependency.

【0033】次に、トルク指令値Tの方向判別をしてA
S(T)に前記変数AXを加算もしくは減算する事によ
り図2の相対位相角Aの特性が得られる。
Next, the direction of the torque command value T is discriminated and A
The characteristic of the relative phase angle A in FIG. 2 is obtained by adding or subtracting the variable AX to S (T).

【0034】但し、求めた相対位相角Aが相対位相角の
最大値AMX,最小値AMNの範囲に入っていない場合
は最大値AMXもしくは最小値AMNに置き換える。
However, when the calculated relative phase angle A is not within the range of the maximum value AMX and the minimum value AMN of the relative phase angle, the maximum value AMX or the minimum value AMN is replaced.

【0035】このように図2の特性を比較的容易なアル
ゴリズムで得る事ができる。
Thus, the characteristics shown in FIG. 2 can be obtained by a relatively easy algorithm.

【0036】また、変数AXは前記(1)式に定義して
いるがこれは一手法例として説明しているもので、他の
類似関数もしくはもっと厳密な関数にすることもでき
る。
The variable AX is defined in the equation (1), but this is explained as an example of the method, and other similar function or more strict function can be used.

【0037】電流振幅指令手段8の特性例を図3に示
す。トルク指令Tと電動機の回転速度Nに依存する特性
となっている。
An example of the characteristics of the current amplitude command means 8 is shown in FIG. The characteristic depends on the torque command T and the rotation speed N of the electric motor.

【0038】図3の特性は、回転数が基底回転数NB以
下の時は関数IO(T)に従う特性であり、トルク指令
Tが−T1≦T≦+T1の時も関数I0(T)に従う特
性である。
The characteristic shown in FIG. 3 is a characteristic that follows the function IO (T) when the rotational speed is less than the basic rotational speed NB, and also a characteristic that follows the function I0 (T) when the torque command T is -T1≤T≤ + T1. Is.

【0039】回転数が基底回転数NB以上で、かつ、ト
ルク指令値Tが所定値T1を越えるときはトルク指令T
とともに関数IO(T)より増加する。
When the rotation speed is equal to or higher than the base rotation speed NB and the torque command value T exceeds the predetermined value T1, the torque command T
With the function IO (T).

【0040】この特性を実現する具体的アルゴリズムの
例を図7のフローチャートに示す。
An example of a concrete algorithm for realizing this characteristic is shown in the flowchart of FIG.

【0041】図5は、図3の特性において回転数依存性
およびトルク依存性のある部分の代表特性IDC(T)
である。
FIG. 5 shows a representative characteristic IDC (T) of a portion of the characteristic shown in FIG. 3 which has a rotational speed dependency and a torque dependency.
Is.

【0042】図7のフローチャートにおいて、まず、図
3の特性IO(T)を除いた特性IOXを求める。
In the flowchart of FIG. 7, first, the characteristic IOX excluding the characteristic IO (T) of FIG. 3 is obtained.

【0043】 IOX=IDC(|T|)−(N3−|N|)・KB ・・(2) 但しIOXがこの計算式により負となる場合は零と置き
換える。
IOX = IDC (| T |)-(N3- | N |) KB (2) However, when IOX becomes negative according to this calculation formula, it is replaced with zero.

【0044】KBは回転数依存性を表す係数である。KB is a coefficient representing the rotation speed dependency.

【0045】次に、関数IO(T)に前記IOXを加え
る事により図3の電流振幅指令Aの特性を得る事ができ
る。
Next, the characteristic of the current amplitude command A in FIG. 3 can be obtained by adding the IOX to the function IO (T).

【0046】このように図3の特性を比較的容易なアル
ゴリズムで得る事ができる。
Thus, the characteristics shown in FIG. 3 can be obtained by a relatively easy algorithm.

【0047】また、変数IOXは前記(2)式に定義し
ているがこれは一手法例として説明しているもので、他
の類似関数もしくはもっと厳密な関数にすることもでき
る。
The variable IOX is defined in the equation (2), but this is explained as an example of the method, and other similar function or more strict function can be used.

【0048】電流指令手段10は各相の電流指令SI
U、SIV、SIWを下式に従って得る。
The current command means 10 is a current command SI for each phase.
U, SIV, SIW are obtained according to the formula below.

【0049】 SIU=IOS・SIN(AR−A+90゜) SIV=IOS・SIN(AR−A+90゜+120
゜) SIW=IOS・SIN(AR−A+90゜+240
゜) このように制御した結果、ロータを含む界磁磁気回路に
作用する起磁力成分はIOS・SIN(A)に比例した
値、ロータに対向した巻き線に流れる電流成分即ち電機
子電流成分はIOS・COS(A)に比例した値とな
る。
SIU = IOS.SIN (AR-A + 90 °) SIV = IOS.SIN (AR-A + 90 ° + 120)
SIW = IOS / SIN (AR-A + 90 ° + 240)
As a result of such control, the magnetomotive force component acting on the field magnetic circuit including the rotor is a value proportional to IOS.SIN (A), and the current component flowing in the winding facing the rotor, that is, the armature current component is The value is proportional to IOS · COS (A).

【0050】電動機の出力トルクは界磁磁束の大きさと
界磁磁束に直交する電機子電流の積に比例するので、電
流振幅値IOSと相対位相角Aとを任意に制御できれば
出力トルクも任意に制御できることになり、高精度な速
度制御、位置制御が可能となっている。
Since the output torque of the electric motor is proportional to the product of the field magnetic flux and the armature current orthogonal to the field magnetic flux, if the current amplitude value IOS and the relative phase angle A can be controlled arbitrarily, the output torque will also be arbitrary. Since it can be controlled, highly accurate speed control and position control are possible.

【0051】しかしどのような種類の同期電動機におい
ても前述の制御により効率よく運転できるわけではな
い。
However, any type of synchronous motor cannot be efficiently operated by the above control.

【0052】本発明は、ロータの磁極により安定に界磁
磁束を作ることができかつ界磁磁束に鎖交する電流を流
すことができる同期電動機においてより効率よい運転を
実現できる。
The present invention can realize more efficient operation in a synchronous motor in which a magnetic field flux can be stably generated by the magnetic poles of the rotor and a current interlinking with the magnetic field flux can flow.

【0053】特に本発明に適した同期電動機の例を示
す。
An example of a synchronous motor particularly suitable for the present invention will be shown.

【0054】図8は同期電動機のロータ断面図の例であ
る。30はロータの軸、31は電磁鋼板であり積層さ
れ、32は電磁鋼板を打ち抜いて作られた磁気的絶縁部
である。
FIG. 8 is an example of a rotor sectional view of a synchronous motor. Reference numeral 30 is a rotor shaft, 31 is an electromagnetic steel plate and is laminated, and 32 is a magnetic insulating portion made by punching out the electromagnetic steel plates.

【0055】ロータ外周部と各磁極中間の部分で各磁路
がつながっているが、これは電磁鋼板31の取扱い易
さ、組立易さ、ロータとして軸30に強固に固定する事
を主な目的としており、電磁気的には必然性は低い。
Each magnetic path is connected to the outer peripheral portion of the rotor and the middle portion of each magnetic pole. The main purpose of this is to make the electromagnetic steel plate 31 easy to handle and assemble, and to firmly fix it to the shaft 30 as a rotor. And electromagnetically, the necessity is low.

【0056】このような構造のロータでは、隣合う磁極
へは磁気抵抗が小さく容易に界磁磁束を励起することが
でき、各磁極の回転方向両端からみた磁気抵抗が大きい
ため各磁極に対向するステータ部に流れる電流による各
磁極の界磁磁束の乱れは小さい構造となっている。この
結果、より効率よい同期電動機の運転ができる。
In the rotor having such a structure, the magnetic resistance to the adjacent magnetic poles is small and the field magnetic flux can be easily excited, and the magnetic resistance seen from both ends in the rotational direction of the magnetic poles is large, so that the magnetic poles face each other. The disturbance of the field magnetic flux of each magnetic pole due to the current flowing through the stator is small. As a result, the synchronous motor can be operated more efficiently.

【0057】なお、ロータ外周部を接続した場合、スロ
ットに起因するトルクリップルを低減する効果、界磁の
磁気抵抗を低減するという効果がある。
When the outer peripheral portion of the rotor is connected, there is an effect of reducing the torque ripple caused by the slot and an effect of reducing the magnetic resistance of the field.

【0058】図9は同期電動機のロータ断面図の他の例
である。30はロータの軸、33は電磁鋼板であり積層
され、34は電磁鋼板を打ち抜いて作られた磁気的絶縁
部である。
FIG. 9 is another example of a sectional view of the rotor of the synchronous motor. Reference numeral 30 is a shaft of the rotor, 33 is a laminated electromagnetic steel plate, and 34 is a magnetic insulating portion formed by punching electromagnetic steel plates.

【0059】ロータ外周部と各磁極中間の部分で各磁路
がつながっているが、これは図8の例と同様な目的、効
果のためである。
The magnetic paths are connected to the outer peripheral portion of the rotor and the middle portions of the magnetic poles for the same purpose and effect as in the example of FIG.

【0060】図9の例は図8に比較し、各磁極の間が磁
極としてより有効に活用されている点、ロータ磁気抵抗
の回転方向の変化が比較的滑らかである点が異なる。
The example of FIG. 9 is different from that of FIG. 8 in that the space between the magnetic poles is more effectively utilized as magnetic poles, and the change in the rotational direction of the rotor magnetic resistance is relatively smooth.

【0061】電流制御回路7は、例えば図10のような
構成であり、パワートランジスタで構成されるインバー
タ54と電動機各相の電流IU、IV、IWを検出する
電流検出器55、56、57と各相の電流指令値SI
U、SIV、SIWへ各相の電流検出値をフィードバッ
クし、それぞれの差分信号から前記インバータ54の各
パワートランジスタへ駆動信号を供給する電流制御回路
51、52、53とで構成されている。
The current control circuit 7 has a structure as shown in FIG. 10, for example, and an inverter 54 composed of power transistors and current detectors 55, 56 and 57 for detecting the currents IU, IV and IW of the motor phases. Current command value SI for each phase
It is composed of current control circuits 51, 52 and 53 which feed back the detected current value of each phase to U, SIV and SIW and supply a drive signal from each difference signal to each power transistor of the inverter 54.

【0062】このような制御を行えば、具体的には電動
機の励磁電流成分IFを基底回転数NB以下ではほぼ一
定値に、基底回転数NB以上では電動機逆誘起電圧が制
御装置の電源電圧を越えないようにする事ができる。
By carrying out such control, specifically, the exciting current component IF of the electric motor is kept substantially constant below the base speed NB, and the back electromotive force of the electric motor corresponds to the power supply voltage of the control device above the base speed NB. You can prevent it from being exceeded.

【0063】また、図3に示す基底回転数NB以上にお
ける電流振幅値の増加は高速回転における界磁磁束の減
少により出力トルクが低減する事を補うものである。
Further, the increase of the current amplitude value at the base speed NB or more shown in FIG. 3 compensates for the decrease of the output torque due to the decrease of the field magnetic flux at the high speed rotation.

【0064】このような電動機制御をマイクロプロセッ
サで制御する場合の実現方法は、図2のAS(T)、図
3のIO(T)、図4、図5の関数の実現方法としては
類似関数を数式で記憶し、その都度計算して求めたり、
関数のパターンをメモリ上に記憶させ、その都度回転数
Nに該当するADC(N)の値を読みだしてくる方法な
どがある。
A method for realizing such electric motor control by a microprocessor is as follows: AS (T) in FIG. 2, IO (T) in FIG. 3, and functions similar to those in FIGS. 4 and 5. Is stored as a mathematical formula, and is calculated and calculated each time,
There is a method in which the function pattern is stored in the memory and the value of ADC (N) corresponding to the rotation speed N is read out each time.

【0065】もちろん、図6、図7などのアルゴリズム
の実現はマイクロプロセッサで容易に実現できる。
Of course, the algorithms shown in FIGS. 6 and 7 can be easily realized by a microprocessor.

【0066】本発明の実施例である図1の制御では、基
本的に優れた速度制御が実現するだけでなく、フレキシ
ビリテイの高い関数及びアルゴリズムにより実現してい
るため、種々補償制御を制御アルゴリズムをほとんど変
更することなく盛り込む事ができる。
In the control of FIG. 1 which is an embodiment of the present invention, not only basically excellent speed control is realized, but also it is realized by a function and an algorithm having high flexibility, so various compensation control is controlled. It can be incorporated with almost no change in the algorithm.

【0067】例えば補償例として、界磁電流成分と実際
の界磁磁束とが非線形でかつ飽和特性を持っている事の
補償制御は図2に示す前記関数AS(T)の傾きを非線
形性を逆補償するように変更する事により対応でき、電
機子電流成分による界磁磁束への影響であるいわゆる電
機子反作用の補償制御は、トルク指令の振幅値が大きく
なるにつれて前記関数AS(T)の傾きを緩やかにする
事により対応でき、電動機巻き線の漏れインダクタンス
による電圧降下による電流制御回路の電圧不足に関して
は最大相対位相角AMXを小さくし最小相対位相角AM
Nを大きくする事などにより対応できる。
For example, as an example of compensation, the compensation control of the fact that the field current component and the actual field magnetic flux are non-linear and have a saturation characteristic is performed by setting the slope of the function AS (T) shown in FIG. The compensation control of the so-called armature reaction, which is an influence of the armature current component on the field magnetic flux, can be dealt with by changing so as to perform inverse compensation, and as the amplitude value of the torque command increases, the function AS (T) This can be dealt with by making the slope gentle, and regarding the voltage shortage of the current control circuit due to the voltage drop due to the leakage inductance of the electric motor winding, the maximum relative phase angle AMX is reduced and the minimum relative phase angle AM is decreased.
It can be dealt with by increasing N.

【0068】このように同期電動機の種々特殊性、種々
非線形などによる不都合な現象に対して本発明制御装置
では、図2のAS(T)の変更、図3のIO(T)の変
更、図4、図5の関数の変更、図6、図7の制御変数の
計算アルゴリズムを少し変更することにより、種々補償
制御を比較的容易に実現する事ができる。
As described above, in the control device of the present invention, AS (T) in FIG. 2 is changed, IO (T) in FIG. 4. By changing the functions of FIGS. 4 and 5 and by slightly changing the control variable calculation algorithms of FIGS. 6 and 7, various compensation controls can be realized relatively easily.

【0069】従って、本発明では種々補償制御を行って
も、新規なアルゴリズム追加による制御CPUの負担
増、ハードウェア追加する事によるコストアップ等が発
生しない。
Therefore, in the present invention, even if various compensation controls are performed, the load on the control CPU due to the addition of a new algorithm and the cost increase due to the addition of hardware do not occur.

【0070】本発明の実施例においては、相対位相角A
が零から180゜の制御について紹介したが、本発明の
対象となる電動機の特性は相対位相角Aが零から180
゜の特性と180゜から360゜の特性は同じであり、
制御位相角を180゜シフトして制御しても同じ制御特
性を得る事ができる。
In the embodiment of the present invention, the relative phase angle A
Was introduced from 0 to 180 °, the characteristic of the electric motor of the present invention is that the relative phase angle A is from 0 to 180 °.
The characteristic of ° and the characteristic of 180 to 360 ° are the same,
Even if the control phase angle is shifted by 180 ° for control, the same control characteristic can be obtained.

【0071】なお、本発明例では電動機の電圧、電流の
制御を直接三相交流量で扱う方法の例について説明した
が、いわゆる、3相2相変換しd−q座標を用いて表
記、制御しても等価であり、本発明に含むものである。
In the example of the present invention, the method of directly controlling the voltage and current of the electric motor with the three-phase alternating current amount is described. However, so-called three-phase / two-phase conversion is performed and written and controlled using dq coordinates. However, they are equivalent and are included in the present invention.

【0072】三相交流以外の多相交流に付いても本発明
を変形する事により応用する事ができる。
The present invention can be applied to a multi-phase alternating current other than the three-phase alternating current by modifying the present invention.

【0073】また、速度制御部、位置検出部等において
も種々変形が可能であり、本発明に含むものである。
The speed control unit, the position detection unit, and the like can be modified in various ways and are included in the present invention.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明の制御装置では、低速回転から高
速回転までまた低トルク出力から高出力トルクまで高精
度な速度制御を比較的簡単な制御アルゴリズムで制御可
能である。
With the control device of the present invention, it is possible to control the speed from the low speed rotation to the high speed rotation and from the low torque output to the high output torque with high accuracy using a relatively simple control algorithm.

【0075】具体的には、電動機磁気回路が非線形性、
電機子電流成分による界磁磁束の変化、電動機巻き線の
漏れインダクタンスによる電圧降下等の影響を補償する
方法としては、図2、図3、図4、図5の特性を修正す
ることと、図6、図7の制御変数の計算アルゴリズムを
少し変更するだけで、基本的な制御形態を変えることな
く実現する事ができる。
Specifically, the magnetic circuit of the electric motor is non-linear,
As a method of compensating for the influence of the change in the field magnetic flux due to the armature current component and the voltage drop due to the leakage inductance of the motor winding, the characteristics of FIGS. 2, 3, 4, and 5 should be modified. 6 and FIG. 7 can be realized without changing the basic control form by only slightly changing the control variable calculation algorithm.

【0076】従って、高精密な速度制御を実現できると
同時に、制御装置構成を簡素化できるので低コスト化が
可能である。
Therefore, highly precise speed control can be realized, and at the same time, the structure of the control device can be simplified, so that the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るリラクタンスモータの制御装置の
実施例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a reluctance motor control device according to the present invention.

【図2】実施例におけるトルク指令Tと相対位相角Aと
の特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram of a torque command T and a relative phase angle A in the embodiment.

【図3】実施例におけるトルク指令Tと電流振幅指令I
OSとの特性図である。
FIG. 3 is a torque command T and a current amplitude command I in the embodiment.
It is a characteristic view with OS.

【図4】実施例におけるトルク指令Tと変数ADC
(T)との特性図である。
FIG. 4 is a torque command T and a variable ADC in the embodiment.
It is a characteristic view with (T).

【図5】実施例におけるトルク指令Tと変数IO(T)
との特性図である。
FIG. 5 is a torque command T and a variable IO (T) in the embodiment.
FIG.

【図6】実施例における相対位相角Aを求めるアルゴリ
ズムを表すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an algorithm for obtaining a relative phase angle A in the embodiment.

【図7】実施例における電流振幅指令IOSを求めるア
ルゴリズムを表すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing an algorithm for obtaining a current amplitude command IOS in the embodiment.

【図8】本発明に適した同期電動機のロータ断面図であ
る。
FIG. 8 is a rotor sectional view of a synchronous motor suitable for the present invention.

【図9】本発明に適した他の同期電動機のロータ断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of a rotor of another synchronous motor suitable for the present invention.

【図10】電流制御回路7の具体的な例を示す図であ
る。
10 is a diagram showing a specific example of a current control circuit 7. FIG.

【図11】従来技術の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 トルク制御手段 3 速度検出手段 4 ロータ位置検出手段 6 ロータ 7 電流制御回路 8 電流振幅指令手段 9 相対位相角作成手段 10 電流指令手段 2 torque control means 3 speed detection means 4 rotor position detection means 6 rotor 7 current control circuit 8 current amplitude command means 9 relative phase angle creation means 10 current command means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電動機のロータの回転位置により磁気抵
抗が異なることを利用して回転力を得る同期電動機の制
御装置において、 ロータの回転位置、速度を検出するための位置検出手段
と、 電動機の速度指令とロータの検出速度から速度偏差を
得、この速度偏差に比例・積分・微分などの補償を行っ
てトルク指令を出力するトルク制御手段と、 ロータの一つの磁極が向いている方向である回転子位置
とステータの三相交流巻き線に流す電動機電流のベクト
ル方向との相対位相角Aの値を、トルク指令値Tが零の
時は電気角で90゜とし、トルク指令値が零から増加す
るに従って徐々に減少させ、トルク指令値が最大値に近
づくと相対位相角Aも零度に漸近し、同様に、トルク指
令値が零から負の値に減少するに従って相対位相角Aも
徐々に180°に漸近する所定関数AS(T)の値を取
る相対位相角作成手段と、 電動機の電流振幅指令値IOSを、トルク指令値Tが零
から所定値T1まではほぼ一定の値もしくはトルク指令
Tに応じて一定の値からわずかに増加する値とし、トル
ク指令値がT1以上ではトルク指令値とともに徐々に増
加する所定関数IO(T)となる電流振幅指令手段と、 相対位相角Aと電流振幅指令値IOSとを入力し電動機
各相の電流指令値を作成する電流指令手段と、 電動機各相の電流指令値に従って電動機各相巻き線へ電
流を供給する電流制御回路と、 を備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
1. A control device for a synchronous motor that obtains a rotational force by utilizing the fact that magnetic resistance varies depending on the rotational position of a rotor of an electric motor, and a position detecting means for detecting the rotational position and speed of the rotor; This is the direction in which one magnetic pole of the rotor is oriented, and the torque control means that obtains a speed deviation from the speed command and the detected speed of the rotor, performs proportional, integral, and differential compensation on this speed deviation to output the torque command. When the torque command value T is zero, the value of the relative phase angle A between the rotor position and the vector direction of the motor current flowing through the three-phase AC winding of the stator is 90 ° in electrical angle, and the torque command value is zero. The relative phase angle A gradually decreases as the torque command value approaches the maximum value as the torque command value approaches the maximum value. Similarly, the relative phase angle A gradually decreases as the torque command value decreases from zero to a negative value. 1 Relative phase angle creating means for taking a value of a predetermined function AS (T) that asymptotically approaches 80 °, and a current amplitude command value IOS of the electric motor, which is a substantially constant value or torque command from a torque command value T of zero to a predetermined value T1. A value that slightly increases from a constant value according to T, and a current amplitude command means that becomes a predetermined function IO (T) that gradually increases with the torque command value when the torque command value is T1 or more, the relative phase angle A and the current. A current command means for inputting the amplitude command value IOS to create a current command value for each phase of the motor, and a current control circuit for supplying a current to each phase winding of the motor according to the current command value for each phase of the motor. Characteristic synchronous motor control device.
【請求項2】 前記相対位相角作成手段において、所定
回転数以上で所定トルク以上の時に電動機端子電圧が制
御可能な電圧値以下になるように、相対位相角Aは電動
機回転数とトルク指令値に応じて、トルク指令値が正の
時はトルク指令値の増加とともに前記所定関数AS
(T)の値より増加するようになっており、トルク指令
値が負の時はトルク指令値の減少とともに前記所定関数
AS(T)の値より減少するようになっていることを特
徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
2. The relative phase angle A is set to the motor rotation speed and the torque command value so that the motor terminal voltage becomes equal to or lower than a controllable voltage value when the rotation speed is equal to or higher than a predetermined torque and is equal to or higher than a predetermined torque. Accordingly, when the torque command value is positive, the predetermined function AS increases as the torque command value increases.
It is designed to increase from the value of (T), and when the torque command value is negative, it decreases from the value of the predetermined function AS (T) as the torque command value decreases. The control device for a synchronous motor according to claim 1.
【請求項3】 前記電流振幅指令手段において、所定回
転数以上で所定トルク以上の時に電動機の有効磁束が減
少してトルクが減少する減少比率を補うように電流振幅
指令値IOSは電動機回転数とトルク指令値に応じて前
記所定関数IO(T)の値より増加する様になっている
事を特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
3. The current amplitude command value IOS sets the current amplitude command value IOS to the motor rotation speed so as to compensate for the reduction ratio in which the effective magnetic flux of the motor decreases and the torque decreases when the current amplitude command means exceeds the predetermined rotation speed and exceeds the predetermined torque. The control device for a synchronous motor according to claim 1, wherein the control function is increased from the value of the predetermined function IO (T) according to the torque command value.
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