JPH11262286A - Controller of permanent magnet synchronous motor - Google Patents

Controller of permanent magnet synchronous motor

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Publication number
JPH11262286A
JPH11262286A JP10058238A JP5823898A JPH11262286A JP H11262286 A JPH11262286 A JP H11262286A JP 10058238 A JP10058238 A JP 10058238A JP 5823898 A JP5823898 A JP 5823898A JP H11262286 A JPH11262286 A JP H11262286A
Authority
JP
Japan
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current
permanent magnet
synchronous motor
magnet synchronous
electrical angle
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Pending
Application number
JP10058238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoya Ichino
智也 市野
Yasuhiko Ajiguchi
泰彦 味口
Kazuo Shimane
一夫 嶋根
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH11262286A publication Critical patent/JPH11262286A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller of a permanent magnet synchronous motor, whereby the position of its magnetic pole is estimated to enable it to start without reverse rotation, even though no positional sensor of its magnetic pole is mounted on it. SOLUTION: In the stationary state of a permanent magnet synchronous motor, the response times of the step-responses of its currents are measured at a plurality of electric angles. Since its inductance value becomes small by the effects of the saturation of its magnetic flux near its magnetic pole to make short its response time and conversely, its inductance value becomes large in a direction opposite to the position of its magnetic pole to make long its response time, searching for the electric angle in the opposite direction to the position of its magnetic pole, whereat its response time becomes the longest, 180 deg. is added/subtracted to/from the obtained electric angle for estimating the resultant electric angle value as the positional value of its magnetic pole.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石同期電動
機の制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】永久磁石同期電動機(Permanen
t Magnet Synchronous Moto
r、以下、PMSMと称す)は、誘導電動機に比へ高効
率で、同じ出力に対し小型に製作できるので、広く使わ
れつつある。
2. Description of the Related Art Permanent synchronous motors (Permanen)
t Magnet Synchronous Moto
r, hereinafter referred to as PMSM) is being used widely because it is more efficient than induction motors and can be made smaller for the same output.

【0003】PMSMの位置制御あるいは速度制御に
は、一般にはPG(パルスジェネレータ)及び磁極位置
センサを必要とするが、これらのセンサは高価であり、
また、設置環境、寿命、耐ノイズ性の点からもセンサレ
スでの制御が望まれている。
[0003] PMSM position control or speed control generally requires a PG (pulse generator) and a magnetic pole position sensor, which are expensive.
Also, sensorless control is desired from the viewpoint of installation environment, life, and noise resistance.

【0004】磁極位置センサがなく、PMSMが静止し
た状態では、磁極位置が全くわからないため、適当な電
気角から出発してインバータを起動すると、モータが一
時的に逆転したりガタついたりすることがある。これで
は用途によってはPMSMの適用が不可能になる。
When the PMSM is stationary and there is no magnetic pole position sensor, the magnetic pole position is not known at all. Therefore, when the inverter is started from an appropriate electrical angle, the motor may temporarily reverse or rattle. is there. This makes it impossible to apply PMSM in some applications.

【0005】回転中の速度推定には誘起電圧を用いるこ
とができ、推定法もいくつか提案されているが、始動時
には誘起電圧が全くないので、始動時の位置推定法の開
発が望まれている。
[0005] An induced voltage can be used for estimating the speed during rotation, and several estimation methods have been proposed. However, since there is no induced voltage at the time of starting, development of a position estimating method at the time of starting is desired. I have.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
以下の点に着目し、磁極位置センサを装備していなくて
も磁極位置を推定し、逆転を起こさずに始動することの
できる永久磁石同期電動機の制御装置を提供することを
目的とする。
Therefore, in the present invention,
Focusing on the following points, an object of the present invention is to provide a control device for a permanent magnet synchronous motor that can estimate a magnetic pole position without a magnetic pole position sensor and start without causing reverse rotation.

【0007】図19に、電機子に流れる電流ベクトル
と、モータ磁極の位置関係を示す。図19で電流ベクト
ルの大きさを一定とした場合、等価変換巻線に鎖交する
全磁束は、磁極軸と電流ベクトルの相対角度θ1 により
変化する。鎖交磁束が大きいときは鉄心の磁束飽和の影
響が大きいためインダクタンスが小さく、鎖交磁束が小
さいときは磁束飽和の影響が小さいためインダクタンス
が大きくなる。
FIG. 19 shows a current vector flowing through the armature and a positional relationship between the motor magnetic poles. When the magnitude of the current vector is constant in FIG. 19, the total magnetic flux linked to the equivalent conversion winding changes depending on the relative angle θ1 between the magnetic pole axis and the current vector. When the interlinkage magnetic flux is large, the inductance is small because the influence of the magnetic flux saturation of the iron core is large, and when the interlinkage magnetic flux is small, the inductance is large because the influence of the magnetic flux saturation is small.

【0008】図20にPMSMの電流制御系のブロック
図の一例を示す。101はインバータ、102はPMS
M、103A、103Bはインバータ出力電流を検出す
る電流センサ、104はインバータ出力電圧の電気角
(位相)θe を決める電気角発生器、105は電流セン
サ103A、103Bからの静止座標系電流信号iu ,
iw を直交静止座標系電流信号ix ,iy に変換する3
相/2相変換器、106は電気角発生器104からの電
気角θe に基づき直交静止座標系電流信号ix ,iy を
回転座標系電流信号id ,iq に変換するdq変換器、
107はd軸およびq輪の電流基準idref,iqrefを発
生する電流基準発生器である。
FIG. 20 shows an example of a block diagram of a current control system of the PMSM. 101 is an inverter, 102 is a PMS
M, 103A and 103B are current sensors for detecting the inverter output current, 104 is an electric angle generator for determining the electric angle (phase) θe of the inverter output voltage, and 105 is the stationary coordinate system current signal iu from the current sensors 103A and 103B.
convert iw into current signals ix and iy in the orthogonal stationary coordinate system 3
A phase / two-phase converter 106, a dq converter for converting the orthogonal stationary coordinate system current signals ix, iy into rotational coordinate system current signals id, iq based on the electric angle θe from the electric angle generator 104;
Reference numeral 107 denotes a current reference generator that generates current references idref and iqref for the d-axis and the q-wheel.

【0009】108A,108Bは電流基準idref,i
qrefと電流信号id ,iq の差を取る減算器、109
A,109Bは電流基準と電流信号の差に基づき回転座
標系での電圧指令信号Vd ,Vq を発生するPIコント
ローラ、110は電気角発生器104からの電気角θe
に基づき回転座標系電圧指令信号Vd ,Vq を直交静止
座標系電圧指令信号Vx ,Vy に変換する逆dq変換
器、111は直交静止座標系電圧指令信号Vx ,Vy を
静止座標系電圧指令信号Vu * ,Vv * ,Vw * に変換
する2相/3相変換器、112は電圧指令信号Vu *
Vv * ,Vw * に基づきインバータへのゲート信号を発
生するPWM回路である。
[0009] 108A, 108B are current references idref, i
subtracter 109 for taking the difference between qref and current signal id, iq, 109
A and 109B are PI controllers for generating voltage command signals Vd and Vq in a rotating coordinate system based on a difference between a current reference and a current signal, and 110 is an electric angle θe from the electric angle generator 104.
Is an inverse dq converter for converting the rotary coordinate system voltage command signals Vd, Vq into the orthogonal stationary coordinate system voltage command signals Vx, Vy based on the following. 111 is the orthogonal stationary coordinate system voltage command signals Vx, Vy, * , Vv * , Vw * , a two-phase / three-phase converter, 112 is a voltage command signal Vu * ,
This is a PWM circuit that generates a gate signal to the inverter based on Vv * and Vw * .

【0010】図21にPMSMの等価回路を示す。電流
制御系の観点からは、等価回路はインダクタンス、抵
抗、誘起電圧で表すことができる。電流基準として、ス
テップ状の電流を与えたときの電流の応答、すなわちス
テップ応答の波形の例を図22に示す。ここでは、電流
指令印加時刻を起点とし、実電流が95%に達するまで
の時間を「応答時間」と称することにするが、応答の速
さを示す指標としては他のものでもよい。ステップ応答
波形はPMSMの等価回路のインダクタンス値、抵抗
値、および電流制御系のPIコントローラの定数に依存
する。
FIG. 21 shows an equivalent circuit of the PMSM. From the viewpoint of the current control system, the equivalent circuit can be represented by inductance, resistance, and induced voltage. FIG. 22 shows an example of a current response when a step-like current is given as a current reference, that is, a waveform of a step response. Here, the time from when the current command is applied to the time when the actual current reaches 95% is referred to as "response time", but another index indicating the speed of response may be used. The step response waveform depends on the inductance value and the resistance value of the equivalent circuit of the PMSM, and the constant of the PI controller of the current control system.

【0011】既に述べたように、磁束飽和により、イン
ダクタンス値は変化する。すなわち、磁極のN極と電流
ベクトルが一致する方向では飽和の影響でインダクタン
ス値は小さくなり、180度異なる方向では飽和は発生
せずインダクタンス値は比較的大きい。
As described above, the inductance value changes due to magnetic flux saturation. That is, in the direction in which the N-pole of the magnetic pole and the current vector coincide, the inductance value decreases due to the influence of saturation, and in the direction different by 180 degrees, saturation does not occur and the inductance value is relatively large.

【0012】ロータを所定の位置に固定し、電気角を0
〜2π(rad)の範囲で少しずつ変化させ、各電気角
での電流ステップ応答波形から応答時間を測定する。そ
の測定結果の例を図23に示す。
The rotor is fixed at a predetermined position, and the electrical angle is set to 0.
The response time is measured from the current step response waveform at each electrical angle while gradually changing it within the range of 22π (rad). FIG. 23 shows an example of the measurement result.

【0013】図23では磁極位置0度、90度、180
度、270度でのデータを示しているが、いずれの場合
も磁極位置の付近では磁束飽和の影響でインダクタンス
値が小さく、応答時間が短くなり、それ以外の部分では
インダクタンス値が比較的大きく、応答時間も長くなっ
ていることがわかる。しかも、応答が速い部分(磁極位
置方向)では、電気角θe が大きく変わっても応答時間
の変化は少ないが、応答が遅い部分(磁極位置と反対方
向)では、電気角θe の小さな変化に対して応答時間は
比較的大きく変わることがわかる。
In FIG. 23, the magnetic pole positions are 0 degrees, 90 degrees, and 180 degrees.
In each case, the inductance value is small near the magnetic pole position due to the influence of magnetic flux saturation, the response time is short, and the inductance value is relatively large in other parts, It can be seen that the response time is also longer. In addition, in the portion where the response is fast (in the direction of the magnetic pole position), the change in the response time is small even if the electric angle θe largely changes. Thus, it can be seen that the response time changes relatively largely.

【0014】本発明はこの事実に着目し、電気角θe の
変化に対し感度の良い、応答時間の長い部分を用いて磁
極位置を推定する。すなわち、モータ拘束状態におい
て、電気角θe を変化させて、それぞれの電気角で電流
ステップ応答時間を測定する。応答時間が最大となった
電気角θe は磁極位置θに対し180度ずれているの
で、180度を加算して磁極位置θとする。
The present invention pays attention to this fact, and estimates the magnetic pole position using a portion having a long response time which is sensitive to a change in the electrical angle θe. That is, in the motor constrained state, the electric angle θe is changed, and the current step response time is measured at each electric angle. Since the electrical angle θe at which the response time becomes maximum is shifted by 180 degrees from the magnetic pole position θ, 180 degrees are added to obtain the magnetic pole position θ.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係る永久磁石同期電動機の制御
装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で複数の電気
角にて電流のステップ応答の応答時間を測定する。磁極
位置付近では磁束飽和の影響でインダクタンス値が小さ
く応答時間が短くなり、逆に磁極位置と反対方向ではイ
ンダクタンス値が大きく応答時間が長くなり、また、磁
極位置付近では電気角が大きく変わっても応答時間の変
化は少ないが、磁極位置と反対方向では電気角の変化に
対し応答時間が比較的大きく変化し感度がよい。よっ
て、応答時間が最も遅い電気角である磁極位置と反対方
向の電気角を探索し、求めた電気角に180度を加算ま
たは減算した角度値を磁極位置推定値とする。これによ
り、磁極位置センサを持たない永久磁石同期電動機の制
御装置において、電動機の静止状態でも十分な精度で磁
極位置を推定することができ、逆転のないスムーズな始
動が可能となる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a permanent magnet synchronous motor, comprising: Measure the response time of the step response. In the vicinity of the magnetic pole position, the inductance value is small due to the influence of magnetic flux saturation, and the response time is short.On the contrary, in the direction opposite to the magnetic pole position, the inductance value is large, and the response time is long. Although the change in the response time is small, the change in the electrical angle in the direction opposite to the magnetic pole position is relatively large and the sensitivity is good. Therefore, an electric angle in the opposite direction to the magnetic pole position having the slowest response time is searched for, and an angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to the obtained electric angle is used as the magnetic pole position estimated value. As a result, in the control device of the permanent magnet synchronous motor having no magnetic pole position sensor, the magnetic pole position can be estimated with sufficient accuracy even when the electric motor is at rest, and a smooth start without reversal becomes possible.

【0016】本発明の請求項2に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で一
定の角度刻みで電気角を変更し、各電気角にて電流のス
テップ応答の応答時間を測定する。磁極位置付近では磁
束飽和の影響でインダクタンス値が小さく応答時間が短
くなり、逆に磁極位置と反対方向ではインダクタンス値
が大きく応答時間が長くなり、また、磁極位置付近では
電気角が大きく変わっても応答時間の変化は少ないが、
磁極位置と反対方向では電気角の変化に対し応答時間が
比較的大きく変化し感度がよい。よって、応答時間が最
も遅い電気角である磁極位置と反対方向の電気角を選択
し、選択した電気角に180度を加算または減算した角
度値を磁極位置推定値とする。これにより、磁極位置セ
ンサを持たない永久磁石同期電動機の制御装置におい
て、電動機の静止状態でも十分な精度で磁極位置を推定
することができ、逆転のないスムーズな始動が可能とな
る。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a second aspect of the present invention, the electric angle is changed at regular angle intervals while the permanent magnet synchronous motor is at rest, and the response of the step response of the current at each electric angle. Measure time. In the vicinity of the magnetic pole position, the inductance value is small due to the influence of magnetic flux saturation, and the response time is short.On the contrary, in the direction opposite to the magnetic pole position, the inductance value is large, and the response time is long. The change in response time is small,
In the direction opposite to the magnetic pole position, the response time changes relatively largely with respect to the change in the electrical angle, and the sensitivity is good. Therefore, an electric angle in the direction opposite to the magnetic pole position having the slowest response time is selected, and an angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to or from the selected electric angle is used as the magnetic pole position estimated value. As a result, in the control device of the permanent magnet synchronous motor having no magnetic pole position sensor, the magnetic pole position can be estimated with sufficient accuracy even when the electric motor is at rest, and a smooth start without reversal becomes possible.

【0017】本発明の請求項3に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で3
個以上の電気角にて電流のステップ応答の応答時間を測
定する。そして、測定したそれぞれの点を通る曲線を算
出し、その曲線が最大値を取る電気角を求め、求めた電
気角に180度を加算または減算した角度値を磁極位置
推定値とする。これにより、応答を取った電気角の中で
最大のものを選ぶだけでなく、最大値の近くのデータが
あてはまるような曲線の最大値を求めるので、更に精度
良く磁極位置を推定できる。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a third aspect of the present invention, the control is performed when the permanent magnet synchronous motor is at rest.
The response time of the current step response is measured at more than one electrical angle. Then, a curve passing through each of the measured points is calculated, an electrical angle at which the curve takes the maximum value is obtained, and an angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to the obtained electrical angle is set as a magnetic pole position estimated value. This not only selects the largest electrical angle from which the response has been obtained, but also obtains the maximum value of the curve to which data near the maximum value applies, so that the magnetic pole position can be more accurately estimated.

【0018】本発明の請求項4に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で一
定の角度刻みで電気角を変更し、各電気角にて電流のス
テップ応答の応答時間を測定する。周期性を持つ関数は
フーリエ級数で近似でき、更に、電気角−応答時間特性
は直流信号と基本波周波数の余弦波信号と2倍周波数の
余弦波信号の和で近似できるので、これらの式を展開す
ると、応答時間が最大となる電気角はtan-1(フーリ
エ級数の基本波余弦波項の係数/基本波正弦波項の係
数)となり、この電気角に180度を加算または減算し
た角度値が磁極位置推定値となる。これにより、単に応
答時間の最大値を拾い上げる場合に比べて、簡単な積分
を実行するだけで、より高い精度で磁極位置推定値を得
ることができる。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a fourth aspect of the present invention, the electric angle is changed at regular angle intervals while the permanent magnet synchronous motor is stationary, and the response of the current step response at each electric angle. Measure time. A function having periodicity can be approximated by a Fourier series, and the electrical angle-response time characteristic can be approximated by the sum of a DC signal, a cosine wave signal of a fundamental frequency and a cosine wave signal of a double frequency. When expanded, the electrical angle at which the response time becomes maximum is tan -1 (the coefficient of the fundamental cosine wave term of the Fourier series / the coefficient of the fundamental sine wave term), and an angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to this electrical angle. Is the magnetic pole position estimated value. As a result, compared to the case where the maximum value of the response time is simply picked up, it is possible to obtain a magnetic pole position estimated value with higher accuracy only by performing simple integration.

【0019】本発明の請求項5に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で最
初に少なくとも2個の電気角にて電流のステップ応答の
応答時間を求め、応答時間が最も遅い電気角を選択す
る。この時点で応答時間が最も遅い電気角は、選択した
電気角を中心に応答時間を求めた隣り合う電気角の間に
有ることになるので、次は選択した電気角を中心に直前
に求めた電気角よりの狭い電気角で、電気角の電流のス
テップ応答の応答時間を求め、応答時間が最も遅い電気
角を選択する。これを前回電気角と今回電気角の差が所
定値以下になるまで繰り返し、その時点で最も遅い電気
角に180度を加算または減算した角度値を磁極位置推
定値とする。これにより、360度全体にわたって細か
い刻みで設定した電気角すべてに対して電流応答を取ら
なくても良いので探索時間を大幅に短くできる。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a fifth aspect of the present invention, the response time of the step response of the current is first determined at least at two electrical angles in the stationary state of the permanent magnet synchronous motor. Chooses the slowest electrical angle. At this point, the electric angle with the slowest response time is between the adjacent electric angles for which the response time was calculated with the selected electric angle as the center, so the next was obtained immediately before with the selected electric angle as the center. The response time of the step response of the current of the electrical angle is obtained with a smaller electrical angle than the electrical angle, and the electrical angle with the slowest response time is selected. This is repeated until the difference between the previous electrical angle and the current electrical angle becomes equal to or smaller than a predetermined value, and the angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to the latest electrical angle at that time is used as the magnetic pole position estimated value. As a result, it is not necessary to take a current response for all electrical angles set in fine steps over the entire 360 degrees, so that the search time can be greatly reduced.

【0020】本発明の請求項6に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、電流のステップ応答の応答時間は、
同じ電気角にて取った複数回の電流のステップ応答の応
答時間の平均値とする。これにより、測定誤差の影響を
小さくでき、より推定精度を上げることができる。
In the control device for a permanent magnet synchronous motor according to claim 6 of the present invention, the response time of the current step response is as follows:
The average value is the response time of the step response of a plurality of currents taken at the same electrical angle. Thereby, the influence of the measurement error can be reduced, and the estimation accuracy can be further improved.

【0021】本発明の請求項7に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、永久磁石同期電動機の静止状態で一
定周波数の基準信号を与えて運転させる。永久磁石同期
電動機において、一定周波数の電流基準信号を与えた場
合は、磁極方向とそれ以外の方向ではインダクタンス値
が異なるので直交静止座標系での電圧Vx 、Vy の軌跡
は楕円状の軌跡となり、この楕円軌跡の短径方向の電気
角が磁極位置のN極方向またはS極方向になる。同様に
一定周波数の電圧基準信号を与えた場合は、直交静止座
標系での電流ix 、iy の軌跡は楕円状の軌跡となり、
この楕円軌跡の長径方向の電気角が磁極位置のN極方向
またはS極方向になる。また、磁極のN極方向では磁束
飽和によってインダクタンスが小さくステップ応答が速
いので、各候補電気角における電流のステップ応答の応
答時間の短い方を磁極位置推定値とする。これにより、
高周波電流応答と電流ステップ応答を併用することで電
流ステップ応答の試行回数を減らすことができるため、
磁極位置推定時間を短縮できる。
In the permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a seventh aspect of the present invention, the permanent magnet synchronous motor is operated by supplying a reference signal having a constant frequency in a stationary state. In a permanent magnet synchronous motor, when a current reference signal having a constant frequency is given, since the inductance values are different between the magnetic pole direction and the other directions, the trajectories of the voltages Vx and Vy in the rectangular stationary coordinate system become elliptical trajectories, The electrical angle of the elliptical locus in the minor axis direction is the north pole direction or south pole direction of the magnetic pole position. Similarly, when a voltage reference signal having a constant frequency is given, the locus of the currents ix and iy in the rectangular stationary coordinate system becomes an elliptical locus,
The electrical angle in the major axis direction of the elliptical locus corresponds to the N pole direction or S pole direction of the magnetic pole position. In addition, since the inductance is small and the step response is fast due to magnetic flux saturation in the N pole direction of the magnetic pole, the shorter response time of the current step response at each candidate electrical angle is used as the magnetic pole position estimated value. This allows
By using high-frequency current response and current step response together, the number of trials of current step response can be reduced,
The magnetic pole position estimation time can be reduced.

【0022】本発明の請求項8に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、閉ループ電流制御を実行するときに
は電流コントローラ手段側にスイッチが切り換えられそ
の出力が変調信号発生手段に入力され、オープンループ
制御を実行するときには電圧基準発生手段側にスイッチ
が切り換えられその出力が変調信号発生手段に入力され
る。先ず、永久磁石同期電動機の静止状態でスイッチの
入力を電流コントローラ手段側に切り換え一定周波数の
電流基準信号を与えて運転する。永久磁石同期電動機に
おいて、一定周波数の電流基準信号を与えた場合は、磁
極方向とそれ以外の方向ではインダクタンス値が異なる
ので直交静止座標系での電圧Vx 、Vyの軌跡は楕円状
の軌跡となり、この楕円軌跡の短径方向の電気角が磁極
位置のN極方向またはS極方向になるので、電圧軌跡の
楕円の短径方向角度を磁極位置のN極方向またはS極方
向の候補電気角とする。次にスイッチの入力を電圧基準
発生手段側に切り換え各候補電気角にステップ状電圧基
準を与えたときの電流のステップ応答の応答時間を計測
する。磁極のN極方向では磁束飽和によってインダクタ
ンスが小さくステップ応答が速いので、各候補電気角に
おける電流のステップ応答の応答時間の短い方が磁極位
置推定値となる。これにより、高周波電流応答と電流ス
テップ応答を併用することで電流ステップ応答の試行回
数を減らすことができるため、磁極位置推定時間を短縮
できる。
In the control device for a permanent magnet synchronous motor according to the present invention, when executing the closed loop current control, a switch is switched to the current controller means, the output of which is input to the modulation signal generating means, and the open loop control is performed. Is executed, the switch is switched to the voltage reference generating means, and the output is input to the modulation signal generating means. First, when the permanent magnet synchronous motor is at a standstill, the input of the switch is switched to the current controller side to supply a current reference signal having a constant frequency to operate. In a permanent magnet synchronous motor, when a current reference signal having a constant frequency is given, the inductance values are different between the magnetic pole direction and the other direction, so that the locus of the voltages Vx and Vy in the rectangular stationary coordinate system becomes an elliptical locus, Since the electrical angle of the elliptical locus in the minor axis direction is the N pole direction or S pole direction of the magnetic pole position, the minor axis direction angle of the ellipse of the voltage locus is set to the candidate electrical angle of the magnetic pole position in the N pole direction or S pole direction. I do. Next, the input of the switch is switched to the voltage reference generating means, and the response time of the current step response when a step-like voltage reference is applied to each candidate electrical angle is measured. In the N-pole direction of the magnetic pole, the inductance is small due to magnetic flux saturation, and the step response is fast. Therefore, the shorter response time of the current step response at each candidate electrical angle is the magnetic pole position estimated value. This makes it possible to reduce the number of trials of the current step response by using both the high-frequency current response and the current step response, thereby shortening the magnetic pole position estimation time.

【0023】本発明の請求項9に係る永久磁石同期電動
機の制御装置では、閉ループ電流制御を実行するときに
は電流コントローラ手段側にスイッチが切り換えられそ
の出力が変調信号発生手段に入力され、オープンループ
制御を実行するときには電圧基準発生手段側にスイッチ
が切り換えられその出力が変調信号発生手段に入力され
る。先ず、永久磁石同期電動機の静止状態でスイッチの
入力を電圧基準発生手段側に切り換え一定周波数の電圧
基準信号を与えて運転する。永久磁石同期電動機におい
て、一定周波数の電圧基準信号を与えた場合は、直交静
止座標系での電流ix 、iy の軌跡は楕円状の軌跡とな
り、この楕円軌跡の長径方向の電気角が磁極位置のN極
方向またはS極方向になるので、電流軌跡の楕円の長径
方向角度を磁極位置のN極方向またはS極方向の候補電
気角とする。次にスイッチの入力を電流コントローラ手
段側に切り換え各候補電気角にステップ状電流基準を与
えたときの電流のステップ応答の応答時間を計測する。
磁極のN極方向では磁束飽和によってインダクタンスが
小さくステップ応答が速いので、各候補電気角における
電流のステップ応答の応答時間の短い方が磁極位置推定
値となる。これにより、高周波電流応答と電流ステップ
応答を併用することで電流ステップ応答の試行回数を減
らすことができるため、磁極位置推定時間を短縮でき
る。
In the control device for a permanent magnet synchronous motor according to the ninth aspect of the present invention, when executing the closed loop current control, the switch is switched to the current controller means, the output of which is input to the modulation signal generating means, and the open loop control is performed. Is executed, the switch is switched to the voltage reference generating means, and the output is input to the modulation signal generating means. First, when the permanent magnet synchronous motor is stationary, the input of the switch is switched to the voltage reference generating means, and the motor is operated by supplying a voltage reference signal of a constant frequency. In a permanent magnet synchronous motor, when a voltage reference signal of a constant frequency is given, the locus of the currents ix and iy in the rectangular stationary coordinate system becomes an elliptical locus, and the electrical angle of the elliptical locus in the major axis direction is the magnetic pole position. Since the direction is the N-pole direction or the S-pole direction, the major-axis angle of the ellipse of the current locus is set as the candidate electrical angle of the magnetic pole position in the N-pole direction or the S-pole direction. Next, the input of the switch is switched to the current controller means side, and the response time of the step response of the current when a step-like current reference is given to each candidate electrical angle is measured.
In the N-pole direction of the magnetic pole, the inductance is small due to magnetic flux saturation, and the step response is fast. Therefore, the shorter response time of the current step response at each candidate electrical angle is the magnetic pole position estimated value. This makes it possible to reduce the number of trials of the current step response by using both the high-frequency current response and the current step response, thereby shortening the magnetic pole position estimation time.

【0024】本発明の請求項10に係る永久磁石同期電
動機の制御装置では、可変電圧可変周波数交流電源はイ
ンバータとし、インバータを閉ループ電流制御系で制御
する。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a tenth aspect of the present invention, the variable voltage variable frequency AC power supply is an inverter, and the inverter is controlled by a closed loop current control system.

【0025】本発明の請求項11に係る永久磁石同期電
動機の制御装置では、可変電圧可変周波数交流電源はイ
ンバータとし、インバータをオープンループ制御系で制
御する。
In the control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to the present invention, the variable voltage variable frequency AC power supply is an inverter, and the inverter is controlled by an open loop control system.

【0026】本発明の請求項12に係る永久磁石同期電
動機の制御装置では、電流基準信号または電圧基準信号
の周波数を、永久磁石同期電動機の定格周波数より高く
する。すると、発生トルクの変化に機械的慣性が追従で
きず、静止したままになるので、このときの電気的特性
を利用して磁極位置を推定する。
In the control device for a permanent magnet synchronous motor according to a twelfth aspect of the present invention, the frequency of the current reference signal or the voltage reference signal is set higher than the rated frequency of the permanent magnet synchronous motor. Then, the mechanical inertia cannot follow the change in the generated torque and remains stationary. Therefore, the magnetic pole position is estimated using the electrical characteristics at this time.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施の形態について説明する。図1は本発明の第1の実
施の形態の始動時磁極位置推定アルゴリズムを説明する
図である。図1において、長方形で示すものは推定アル
ゴリズム中の演算処理を示し、菱形で示すものは条件判
断処理を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an algorithm for estimating a magnetic pole position at start according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a rectangle indicates a calculation process in the estimation algorithm, and a diamond indicates a condition determination process.

【0028】処理1は応答時間最大値探索用変数τmax
と応答時間が最大となる電気角を記憶する変数θemaxを
初期化するものである。処理2,7,8は番号Nを0か
らNX−1まで1ずつインクリメントしながらルーフ中
の処理を実行するための処理及び判断である。例えば、
NX=64の場合、電気角を5.625度ずつ増やしな
がら360度の範囲を探索することになる。
Process 1 is a response time maximum value search variable τmax
And a variable θemax that stores the electrical angle at which the response time becomes maximum. Processes 2, 7, and 8 are processes and determinations for executing processes in the roof while incrementing the number N from 0 to NX-1 by one. For example,
When NX = 64, the range of 360 degrees is searched for while increasing the electrical angle by 5.625 degrees.

【0029】処理3においては、番号Nに対応する電気
角θe を計算する。処理4においては、電気角θe にお
いてステップ状電流指令値をPMSM電流制御系に与え
てステップ応答のデータを取り、応答時間τを算出す
る。
In the process 3, the electrical angle θe corresponding to the number N is calculated. In process 4, a step-like current command value is given to the PMSM current control system at the electrical angle θe to obtain step response data, and a response time τ is calculated.

【0030】処理5,6では、今回の電気角θe におけ
る応答時間τとそれまでの応答時間の最大値τmax を比
較し、τの方が大きければ、τmax をτ更新する。ま
た、最大値を取るときの電気角θemaxもθe に更新す
る。
In processes 5 and 6, the response time τ at the current electrical angle θe is compared with the maximum value τmax of the response time up to that time. If τ is larger, τmax is updated by τ. The electric angle θemax at the time of taking the maximum value is also updated to θe.

【0031】ループが終了し、処理8から下に抜けた時
点で、θemaxには、360度の範囲で応答時間が最大に
なる電気角が記録されているので、処理9にてθemaxに
180度(πrad)加算することで、磁極位置9が算
出される。
At the time when the loop is completed and the processing goes down from the processing 8, the electric angle at which the response time becomes maximum within the range of 360 degrees is recorded in the θemax. By adding (πrad), the magnetic pole position 9 is calculated.

【0032】このように、磁極位置センサがない状態で
も十分な精度で磁極位置を推定できるので、スムーズな
始動が可能となり、しかもセンサを必要としないので、
安価で信頼性の高い永久磁石同期電動機の制御装置を構
成することができる。
As described above, since the magnetic pole position can be estimated with sufficient accuracy even in the absence of the magnetic pole position sensor, a smooth start is possible, and no sensor is required.
An inexpensive and highly reliable control device for a permanent magnet synchronous motor can be configured.

【0033】次に第2の実施の形態について説明する。
図2は本発明の第2の実施の形態の始動時磁極位置推定
アルゴリズムを説明する図である。図2において、図1
と同じ符号を付したものは同じものを示す。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining an algorithm for estimating a magnetic pole position at start according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, FIG.
The same reference numerals denote the same components.

【0034】図2において、電気角を少しずつ変えなが
ら電流ステップ応答を取り、応答時間の最大値を求める
のは、図1に示した実施例と同じである。但し、応答時
間が最大値を取るときのループカウンタNをNmax とし
て記録しておく。また、各電気角での応答時間一式も記
録しておく。ループ終了後、処理12において、応答時
間が最大となる電気角とその前後の電気角を求める。
In FIG. 2, the current step response is obtained while changing the electrical angle little by little, and the maximum value of the response time is obtained in the same manner as in the embodiment shown in FIG. However, the loop counter N when the response time takes the maximum value is recorded as Nmax. Also, a set of response times at each electrical angle is recorded. After the loop is completed, in step 12, the electrical angle at which the response time is maximized and the electrical angles before and after the electrical angle are obtained.

【0035】[0035]

【数1】 (Equation 1)

【0036】そして、それぞれの電気角における応答時
間τ1 ,τ2 ,τ3 のデータを用いてこれら3点を通る
放物線を求める。次に、処理13において放物線が最大
値を取る電気角θemaxを求める。ここで、図3を用いて
放物線近似を用いた最大値探索方法を説明する。電気角
θe1,θe2,θe3における電流ステップ応答の応答時間
τ1 ,τ2 ,τ3 に対して、この3点を通る放物線を表
わす式は
Then, a parabola passing through these three points is obtained by using the data of the response times τ1, τ2, and τ3 at the respective electrical angles. Next, in process 13, the electrical angle θemax at which the parabola takes the maximum value is determined. Here, a maximum value search method using parabolic approximation will be described with reference to FIG. With respect to the response times τ1, τ2, τ3 of the current step response at the electrical angles θe1, θe2, θe3, the equation representing the parabola passing through these three points is

【0037】[0037]

【数2】 となる。この放物線が最大値を取る電気角は、(Equation 2) Becomes The electrical angle at which this parabola takes the maximum value is

【0038】[0038]

【数3】 で計算できる。このように、本実施の形態においては、
応答を取った電気角の中で最大のものを選ぶだけでな
く、最大値の近くのデータがあてはまるような曲線の最
大値を求めるので、さらに精度良く磁極位置を推定でき
る。また、ここでは放物線を用いた近似の例を述べた
が、他の曲線を用いても良いことは言うまでもない。
(Equation 3) Can be calculated by Thus, in the present embodiment,
In addition to selecting the largest electrical angle from which the response was taken, the maximum value of the curve to which data near the maximum value applies is obtained, so that the magnetic pole position can be more accurately estimated. Although an example of approximation using a parabola has been described here, it goes without saying that another curve may be used.

【0039】次に本発明の第3の実施の形態について説
明する。図4は本発明の第3の実施の形態の始動時磁極
位置推定アルゴリズムを説明する図である。図4を説明
する前に、本実施例の原理を説明する。一般に、周期性
を持つ関数はフーリエ級数で近似できる。フーリエ級数
とその係数の一般式は下記である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a view for explaining an algorithm for estimating a magnetic pole position at start according to the third embodiment of the present invention. Before explaining FIG. 4, the principle of the present embodiment will be described. Generally, a function having periodicity can be approximated by a Fourier series. The general formula for the Fourier series and its coefficients is:

【0040】[0040]

【数4】 (Equation 4)

【0041】図23の電気角−応答時間特性を観察する
と、この特性は直流信号と基本波周波数の余弦波信号、
さらに2倍周波数の余弦波信号の和で近似できることが
わかる。
When observing the electrical angle-response time characteristic shown in FIG. 23, this characteristic shows that a DC signal and a cosine wave signal of a fundamental frequency,
Further, it can be seen that the approximation can be made by the sum of the cosine wave signals of the double frequency.

【0042】[0042]

【数5】τ(θe )=α0 +α1 ×cos(θe −θem
ax)+α2 ×cos(2(θe −θemax)) これを展開すると、
Τ (θe) = α0 + α1 × cos (θe−θem)
ax) + α2 × cos (2 (θe−θemax))

【0043】[0043]

【数6】τ(θe )=α0 +α1 ×cos(θemax)×
cos(θe )+α1 ×sin(θemax)×sin(θ
e )+α2 ×cos(2θemax)×cos(2θe )+
α2 ×sin(2θemax)×sin(2θe ) となる。一方、フーリエ級数とその係数計算式から、
Τ (θe) = α0 + α1 × cos (θemax) ×
cos (θe) + α1 × sin (θemax) × sin (θ
e) + α2 × cos (2θemax) × cos (2θe) +
α2 × sin (2θemax) × sin (2θe) On the other hand, from the Fourier series and its coefficient calculation formula,

【0044】[0044]

【数7】 なるので、応答時間が最大となる電気角は(Equation 7) Therefore, the electrical angle that maximizes the response time is

【0045】[0045]

【数8】 で計算できる。図4に示す実施の形態は以上の原理に基
づくもので、電気角−応答時間特性のデータを用いて上
式の数値積分を実行し、応答時間が最大値を取る電気角
θemaxを求めるものである。
(Equation 8) Can be calculated by The embodiment shown in FIG. 4 is based on the above principle, and performs the numerical integration of the above equation using the data of the electric angle-response time characteristic to obtain the electric angle θemax at which the response time takes the maximum value. is there.

【0046】図4において、図1と同じ符号を付したも
のは同じものを示すので説明は省略する。図4におい
て、処理14では積分のための変数SumA1,Sum
B1を初期化(ゼロクリア)している。ル一プ内では電
気角を少しずつ変えながら、電流ステップ応答を取り、
応答時間7を測定する。
In FIG. 4, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components, and the description will be omitted. In FIG. 4, in a process 14, variables SumA1 and Sum for integration are set.
B1 is initialized (cleared to zero). Within the loop, take the current step response while gradually changing the electrical angle,
The response time 7 is measured.

【0047】処理15では離散的に上式の積分部分を実
行している。数値積分には台形公式、シンプソン公式、
等いろいろの方法があるが、ここでは最も簡単な長方形
公式を利用している。
In the process 15, the integral part of the above equation is executed discretely. The trapezoidal formula, Simpson formula,
There are various methods, but here we use the simplest rectangle formula.

【0048】[0048]

【数9】 SumA1=SumA1+τ×sin(θe )×Δθ SumB1=SumB1+τ×cos(θe )×Δθ Δθ=2π/NX ループ終了後、処理16ではSumA1 = SumA1 + τ × sin (θe) × Δθ SumB1 = SumB1 + τ × cos (θe) × Δθ Δθ = 2π / NX After the loop is completed,

【0049】[0049]

【数10】 にて係数α1 ,b1 を計算する。処理17では(Equation 10) Calculate the coefficients α1 and b1. In process 17,

【0050】[0050]

【数11】 にてθemaxを計算する。そして、処理9にてθemaxに1
80度を加算することで磁極位置推定値θを得ることが
できる。
[Equation 11] To calculate θemax. Then, in processing 9, 1 is added to θemax.
By adding 80 degrees, a magnetic pole position estimated value θ can be obtained.

【0051】本実施の形態によれば、単に応答時間の最
大値を拾い上げる場合に比べて、簡単な積分を実行する
だけで、より高い精度で磁極位置推定値を得ることがで
きる。また、360度全体にわたる応答時間データを利
用しているので、測定誤差の影響を受けにくいという特
徴もある。
According to the present embodiment, it is possible to obtain a magnetic pole position estimated value with higher accuracy only by performing simple integration as compared with a case where the maximum value of the response time is simply picked up. In addition, since response time data over the entire 360 degrees is used, there is also a feature that it is hardly affected by measurement errors.

【0052】次に本発明の第4の実施の形態について説
明する。図5は本発明の第4の実施の形態の始動時磁極
位置推定アルゴリズムを説明する図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the starting magnetic pole position estimation algorithm according to the fourth embodiment of this invention.

【0053】図5において、処理21では、電気角45
度毎に電流ステップ応答を取り、応答時間を測定し、最
大値を取る角度θemax1 を選択する。この時点で、求め
たい電気角θemaxは区間[θemax1 −45°,θemax+
45°]に存在することがわかるので、次の段階ではこ
の区間に絞って探索を行う。
In FIG. 5, in process 21, the electrical angle 45
The current step response is taken every degree, the response time is measured, and the angle θemax1 that takes the maximum value is selected. At this point, the electrical angle θemax to be obtained is in the section [θemax1−45 °, θemax +
45 °], the next step is to narrow down the search to this section.

【0054】処理22では、θemax1 −22.5°,θ
emax1 +22.5°での電流ステップ応答を取り、応答
時間を測定し、θemax1 ,θemax1 −22.5°,θe
max1+22.5°での応答時間の3者の中の最大値
を取る角度θemax2 を選択する。
In step 22, θemax1 -22.5 °, θ
The current step response at emax1 + 22.5 ° is taken, the response time is measured, and θemax1, θemax1-22.5 °, θe
The angle θemax2 that takes the maximum value of the three response times at max1 + 22.5 ° is selected.

【0055】同様にして探索区間を絞っていき、処理2
3では、θemax2 −11.25°,θemax2 +11.2
5°での電流ステップ応答を取り、応答時間を測定し、
θemax2 ,θemax2 −11.25°,θemax2 +11.
25°での応答時間の3者の中の最大値を取る角度θem
ax3 を選択する。
In the same manner, the search section is narrowed down, and processing 2
In the case of 3, θemax2 -11.25 °, θemax2 +11.2
Take the current step response at 5 °, measure the response time,
θemax2, θemax2 -11.25 °, θemax2 +11.
Angle θem that takes the maximum value of the three response times at 25 °
Select ax3.

【0056】また、処理24では、θemax3 −5.62
5°,θemax3 +5.625°での電流ステップ応答を
取り、応答時間を測定し、θemax3 ,θemax3 −5.6
25°,θemax3 +5.625°での応答時間の3者の
中の最大値を取る角度θemax4 を選択する。
In the process 24, θemax3−5.62
The current step response at 5 ° and θemax3 + 5.625 ° is taken, the response time is measured, and θemax3 and θemax3−5.6.
The angle θemax4 which takes the maximum value of the three response times at 25 ° and θemax3 + 5.625 ° is selected.

【0057】充分探索区間が狭くなれば、探索を打ち切
り、処理25にて求めた電気角に180度を加算して磁
極位置推定値とする。本実施の形態によれば、360度
全体にわたって細かい刻みで設定した電気角のすべてに
対して電流応答を取らなくても良いので、探索時間を大
幅に短くできるという特徴がある。
When the search section becomes sufficiently narrow, the search is terminated, and 180 degrees are added to the electrical angle obtained in the process 25 to obtain a magnetic pole position estimated value. According to the present embodiment, since it is not necessary to take a current response for all electrical angles set in fine steps over 360 degrees, the search time can be greatly reduced.

【0058】次に本発明の第5の実施の形態について説
明する。図6は本発明の第5の実施の形態の始動時磁極
位置推定アルゴリズムの一実施例を説明する図である。
図6において、図1と同じ符号を付したものは同じ処理
を示すので、説明は省略する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a view for explaining an example of the magnetic pole position estimation algorithm at the time of starting according to the fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 6, those denoted by the same reference numerals as those in FIG.

【0059】図6において、処理26では電流ステップ
応答を4回取り、応答時間τ1 ,τ2 ,τ3 ,τ4 を測
定する。処理27では、それらの応答時間の平均値τav
e を算出する。
In FIG. 6, in a process 26, the current step response is taken four times, and the response times τ1, τ2, τ3, τ4 are measured. In process 27, the average value τav of those response times
Calculate e.

【0060】[0060]

【数12】 処理28では、それ以前の電気角までの応答時間の最大
値τmax と今回の電気角での応答時間平均値τave を比
較し、τave の方が大きければ処理29にて応答時間最
大値としてτave を登録し、応答時間最大値を取る電気
角としてθe を登録する。
(Equation 12) In processing 28, the maximum value τmax of the response time up to the previous electrical angle is compared with the average response time τave at the current electrical angle, and if τave is larger, τave is set as the maximum response time in processing 29. Then, θe is registered as the electrical angle that takes the maximum value of the response time.

【0061】本実施の形態においても、やはり電気角と
応答時間の関係を利用して磁極位置を推定できる。しか
も、電流ステップ応答を複数回試行し、平均値を取って
いるので、測定誤差の影響を小さくでき、さらに推定の
精度を上げることができる。
Also in the present embodiment, the magnetic pole position can be estimated using the relationship between the electrical angle and the response time. Moreover, since the current step response is tried a plurality of times and the average value is obtained, the influence of the measurement error can be reduced, and the estimation accuracy can be further improved.

【0062】ここでは4回電流ステップ応答を取って平
均値を計算する実施例を示したが、4回に限らず、一般
にM回の平均値を計算しても良いのは言うまでもない。
また、ここでは応答時間の最大値を探索する例につい
て、応答時間の平均値を用いる例を述べたが、カーブフ
ィッティングの実施例、フーリエ級数の係数を計算する
実施例、探索する電気角の範囲を少しずつ縮めていく実
施例においても、応答時間の平均値を利用できるのはも
ちろんである。
Here, the embodiment in which the average value is calculated by taking the current step response four times has been described. However, it is needless to say that the average value may be calculated not only four times but generally M times.
Further, here, the example of using the average value of the response time has been described for the example of searching for the maximum value of the response time. However, the embodiment of the curve fitting, the embodiment of calculating the Fourier series coefficient, and the range of the electrical angle to be searched are described. It is needless to say that the average value of the response time can also be used in the embodiment in which is gradually reduced.

【0063】次に本発明の他の実施の形態について説明
する。図7に、PMSMの応答を調べることができる別
の制御系のブロック図を示す。図7において、図20と
同じ符号を付したものは同じものを示す。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows a block diagram of another control system capable of checking the response of the PMSM. In FIG. 7, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 20 indicate the same components.

【0064】図7において、113は回転座標系での電
圧基準信号Vdref,Vqrefを発生する電圧基準発生器で
ある。逆dq変換器110及び2相/3相変換器111
は電気角発生器104が発生する電気角θe に応じて回
転座標系の電圧基準信号Vdref,Vqrefを静止座標系の
電圧指令信号Vu * ,Vv * ,Vw * に変換する。
In FIG. 7, reference numeral 113 denotes a voltage reference generator for generating voltage reference signals Vdref and Vqref in a rotating coordinate system. Inverse dq converter 110 and 2-phase / 3-phase converter 111
Converts the voltage reference signals Vdref, Vqref of the rotating coordinate system into voltage command signals Vu * , Vv * , Vw * of the stationary coordinate system according to the electric angle θe generated by the electric angle generator 104.

【0065】PWM回路112は電圧指令信号Vu *
Vv * ,Vw * に基づいてインバータヘの点弧信号を発
生する。PWMインバータ101及びPMSM102は
その動特性に応じて動作し、出力電流が流れる。出力電
流は電流検出器103A、103Bによって検出され、
3相/2相変換器105及びdq変換器106によって
回転座標系の電流信号id ,iq に変換される。従っ
て、電圧基準発生器113にステップ状の電圧信号を発
生させたときの電流応答のデータを得ることができる。
The PWM circuit 112 has a voltage command signal Vu * ,
A firing signal to the inverter is generated based on Vv * and Vw * . The PWM inverter 101 and the PMSM 102 operate according to their dynamic characteristics, and an output current flows. The output current is detected by the current detectors 103A and 103B,
The three-phase / two-phase converter 105 and the dq converter 106 convert the current signals into current signals id and iq in a rotating coordinate system. Therefore, current response data when the voltage reference generator 113 generates a step-like voltage signal can be obtained.

【0066】この制御系においても、電気角を少しずつ
変えて応答データを取り、応答時間を算出できる。そし
て、磁極の方向と電流ベクトルが一致する方向では磁気
飽和の影響でインダクタンスが減少して応答時間が短
く、磁極位置と反対の方向では逆に応答時間が長いのも
既に述べた閉ループ電流制御系の電流ステップ応答の場
合と同様である。
Also in this control system, response data can be obtained by gradually changing the electrical angle, and the response time can be calculated. In the direction in which the current vector coincides with the direction of the magnetic pole, the inductance is reduced due to the effect of magnetic saturation and the response time is short, and the response time is long in the direction opposite to the magnetic pole position. Is the same as in the case of the current step response.

【0067】以下、図8から図12に示す実施の形態
は、このオープンループ電流応答を利用するものであ
る。図8は、本発明の第6の実施の形態であり、一定の
刻みで電気角を少しずつ変えながら、各電気角にて電圧
ステップ基準を与え、その電流応答の応答時間から磁極
位置を推定するものである。図1における閉ルーフ電流
制御系の電流ステップ応答の応答時間を測定する処理4
が、図8ではオープンループでの電流応答時間を測定す
る処理41に替わったもので、それ以外は図1の実施の
形態と同じなので説明は省略する。
The embodiments shown in FIGS. 8 to 12 utilize this open loop current response. FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention, in which a voltage step reference is given at each electrical angle while changing the electrical angle little by little at a constant interval, and the magnetic pole position is estimated from the response time of the current response. Is what you do. Processing 4 for measuring the response time of the current step response of the closed roof current control system in FIG.
However, in FIG. 8, the process is replaced with a process 41 for measuring the current response time in the open loop, and the rest is the same as the embodiment of FIG.

【0068】図9は、本発明の第7の実施の形態であ
り、応答時間データのなかで最大となる電気角の前後の
データ3点を通る放物線を用いて磁極位置を推定するも
のである。図2における電流ステップ応答の応答時間を
測定する処理4が、図9ではオープンループでの電流応
答時間を測定する処理41に替わったもので、それ以外
は図2の実施の形態と同じなので説明は省略する。
FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention, in which a magnetic pole position is estimated by using a parabola passing through three points of data before and after the electrical angle which is the largest among the response time data. . The process 4 for measuring the response time of the current step response in FIG. 2 is replaced with the process 41 for measuring the current response time in the open loop in FIG. 9, and the other points are the same as those in the embodiment of FIG. Is omitted.

【0069】図10は、本発明の第8の実施の形態であ
り、フーリエ級数の係数から磁極位置を推定するもので
ある。図4における電流ステップ応答の応答時間を測定
する処理4が、図10ではオープンループでの電流応答
時間を測定する処理41に替わったもので、それ以外は
図4の実施の形態と同じなので説明は省略する。
FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention, in which magnetic pole positions are estimated from Fourier series coefficients. The processing 4 for measuring the response time of the current step response in FIG. 4 is replaced with the processing 41 for measuring the current response time in the open loop in FIG. 10, and the other points are the same as those in the embodiment of FIG. Is omitted.

【0070】図11は、本発明の第9の実施の形態であ
り、応答データを取る電気角の範囲を少しずつ縮めてい
くことで磁極位置を推定するものである。図5における
電流ステップ応答の応答時間を測定する処理21〜24
が、図11ではオープンループでの電流応答時間を測定
する処理42〜45に替わったもので、それ以外は図5
の実施の形態と同じなので説明は省略する。
FIG. 11 shows a ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic pole position is estimated by gradually narrowing the range of the electrical angle for obtaining response data. Processing 21 to 24 for measuring response time of current step response in FIG.
However, in FIG. 11, the processes 42 to 45 for measuring the current response time in the open loop are replaced with those in FIG.
The description is omitted because it is the same as that of the embodiment.

【0071】図12は、本発明の第10の実施の形態で
あり、応答データの平均値を用いるものである。図6に
おける電流ステップ応答の応答時間を測定する処理26
が、図12ではオープンループでの電流応答時間を測定
する処理46に替わったもので、それ以外は図6の実施
の形態と同じなので説明は省略する。
FIG. 12 shows a tenth embodiment of the present invention, in which an average value of response data is used. Processing 26 for measuring the response time of the current step response in FIG.
However, in FIG. 12, the processing is replaced with the processing 46 for measuring the current response time in the open loop, and the other parts are the same as those in the embodiment of FIG.

【0072】これらの実施の形態においても、磁極位置
センサなしでPMSMの始動時の磁極位置を推定できる
ので、逆転のないスムーズな始動が可能となるのは、同
様である。
Also in these embodiments, since the magnetic pole position at the time of starting the PMSM can be estimated without a magnetic pole position sensor, a smooth start without reverse rotation is possible.

【0073】次に、図13を用いて、PMSMの磁極位
置推定の別の実施例の動作原理を示す。一般に、静止状
態のPMSMに対して、定格周波数以上の電流を流す
と、発生トルクの変化に機械的慣性が追従できず、静止
したままになる。これを利用し、高周波電流を流した場
合の電気的特性を利用して磁極位置を推定する方法があ
る。以下にその一例を説明する。
Next, the operating principle of another embodiment of the PMSM magnetic pole position estimation will be described with reference to FIG. In general, when a current equal to or higher than the rated frequency is applied to a stationary PMSM, mechanical inertia cannot follow a change in generated torque, and the PMSM remains stationary. Using this, there is a method of estimating the magnetic pole position using electrical characteristics when a high-frequency current is applied. An example will be described below.

【0074】図20の電流制御系ブロック図において、
電流基準発生器107に一定基準値を出力させ、電気角
発生器104にて定格周波数より高い周波数のに基づい
た電気角を発生させる。
In the current control system block diagram of FIG.
The current reference generator 107 outputs a constant reference value, and the electrical angle generator 104 generates an electrical angle based on a frequency higher than the rated frequency.

【0075】電流制御系は電流フィードバック値id ,
iq を電流基準idref,iqrefに追従させるように動く
ので、定常状態ではid ,iq はidref,iqrefに一致
し、直交静止座標系でのix ,iy の軌跡は円になる。
一方、PMSMにおいては磁極方向とそれ以外の方向で
は図21の等価回路におけるインダクタンスの値が異な
るので、直交静止座標系でのix ,iy は図13に示す
ように楕円状の軌跡になる。この楕円軌跡の短径方向の
角度θr を求めることで、磁極の方向を算出できる。但
し、この段階では、N極かS極かは判断できない。
The current control system determines the current feedback value id,
Since iq moves so as to follow the current references idref and iqref, id and iq coincide with idref and iqref in a steady state, and the locus of ix and iy in the rectangular stationary coordinate system is a circle.
On the other hand, in the PMSM, the values of the inductances in the equivalent circuit of FIG. 21 are different between the magnetic pole direction and the other directions, so that ix and iy in the rectangular stationary coordinate system have elliptical trajectories as shown in FIG. The direction of the magnetic pole can be calculated by obtaining the angle θr of the elliptical locus in the minor axis direction. However, at this stage, it cannot be determined whether it is an N pole or an S pole.

【0076】次に、角度θr の方向に電気角を固定し、
ステップ状の電流基準を与え、その応答時間を測定す
る。同様に、角度θr +180度の方向に電気角を固定
し、電流ステップ応答の応答時間を測定する。既に図1
〜図6の実施例で説明したように、磁極のN極方向では
磁束飽和によってインダクタンスが小さく、応答が速い
ので、上記の角度θr での応答時間と角度θr +180
度での応答時間のうち、短い方をN極とすれば良い。
Next, the electrical angle is fixed in the direction of the angle θr,
A step-like current reference is given and its response time is measured. Similarly, the electrical angle is fixed in the direction of the angle θr + 180 degrees, and the response time of the current step response is measured. Figure 1 already
As described in the embodiment of FIG. 6, since the inductance is small and the response is fast due to the magnetic flux saturation in the N-pole direction of the magnetic pole, the response time at the above angle θr and the angle θr + 180
The shorter one of the response times in degrees may be the N pole.

【0077】図14に、この原理に基づいた本発明の第
11の実施の形態を示す。処理61では一定周波数、一
定振幅の電流基準をPMSM電流制御系に与え、そのと
きの直交静止座標系におけるVx ,Vy の軌跡から楕円
の短径方向角度θr を測定する。
FIG. 14 shows an eleventh embodiment of the present invention based on this principle. In a process 61, a current reference having a constant frequency and a constant amplitude is given to the PMSM current control system, and the minor axis direction angle θr of the ellipse is measured from the locus of Vx and Vy in the orthogonal stationary coordinate system at that time.

【0078】処理62及び63では電気角θr での電流
制御系ステップ応答から応答時間τ1 を測定する。処理
64及び65では電気角θr +180度での電流制御系
ステップ応答から応答時間τ2 を測定する。
In steps 62 and 63, the response time τ1 is measured from the step response of the current control system at the electrical angle θr. In steps 64 and 65, the response time .tau.2 is measured from the step response of the current control system at the electrical angle .theta.r +180 degrees.

【0079】条件判断66及び処理67,68では、処
理63で測定した応答時間τ1 と処理65で測定した応
答時間τ2 を比較し、応答時間が短いときの電気角を磁
極位置θとして採用する。
In the condition judgment 66 and the processes 67 and 68, the response time τ1 measured in the process 63 and the response time τ2 measured in the process 65 are compared, and the electrical angle when the response time is short is adopted as the magnetic pole position θ.

【0080】本実施の形態によれば、高周波電流応答と
電流ステップ応答を併用することにより、電流ステップ
応答の試行回数を減らすことができるため、さらに磁極
位置推定時間を短縮することができる。
According to the present embodiment, the number of trials of the current step response can be reduced by using both the high-frequency current response and the current step response, so that the magnetic pole position estimation time can be further reduced.

【0081】図14の例では楕円軌跡の短径方向の角度
を求めたが、長径方向の角度θr2を求め、θr2+90度
及びθr2−90度での電流ステップ応答を取っても良い
のは言うまでもない。
In the example of FIG. 14, the angle of the elliptical trajectory in the minor axis direction is obtained. However, it is needless to say that the angle θr2 of the major axis direction can be obtained and the current step response at θr2 + 90 degrees and θr2-90 degrees can be taken. .

【0082】図15に本発明の第12の実施の形態を示
す。本実施の形態は、図14の実施の形態が周波数一
定、振幅一定の電流基準を図20に示したPMSM電流
制御系に与え、そのときの直交静止座標系におけるVx
,Vy の軌跡が楕円状になることを利用したのに対
し、図7のオープンループ制御系を用いて振幅一定の高
周波電圧基準を与えたときの直交静止座標系の電流ix
,iy の軌跡が楕円状になることを利用する。この場
合、長径方向が磁極方向になる。
FIG. 15 shows a twelfth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the embodiment of FIG. 14 provides a current reference with a constant frequency and a constant amplitude to the PMSM current control system shown in FIG. 20, and Vx in the orthogonal stationary coordinate system at that time.
, Vy are made elliptical, while the current ix of the rectangular stationary coordinate system when a high-frequency voltage reference having a constant amplitude is given using the open loop control system of FIG.
, Iy are made elliptical. In this case, the major axis direction is the magnetic pole direction.

【0083】処理69では上記の電流軌跡から磁極方向
θr を算出する。次に、処理62及び70にて電気角θ
r でステップ状電圧基準を与えたときの電流応答から応
答時間τ1 を測定する。
In step 69, the magnetic pole direction θr is calculated from the current locus. Next, in processes 62 and 70, the electrical angle θ
The response time τ1 is measured from the current response when the step voltage reference is given by r.

【0084】処理64及び71では電気角θr +180
度でステップ状電圧基準を与えたときの電流応答から応
答時間τ2 を測定する。条件判断66及び処理67,6
8は図14の実施例と同じであり、応答時間の短い方の
電気角を磁極位置θとして採用する。
In processes 64 and 71, the electrical angle θr + 180
The response time τ2 is measured from the current response when a step-like voltage reference is given in degrees. Condition judgment 66 and processing 67, 6
Reference numeral 8 is the same as that of the embodiment of FIG. 14, and the electrical angle having the shorter response time is adopted as the magnetic pole position θ.

【0085】次に別の実施の形態について説明する。本
実施の形態では図16の制御系を用いる。図16におい
て、図7、図20と同じ番号を付したものは同じものを
示すので説明は省略する。
Next, another embodiment will be described. In this embodiment, the control system shown in FIG. 16 is used. In FIG. 16, the same reference numerals as in FIGS. 7 and 20 denote the same components, and a description thereof will not be repeated.

【0086】図16において、114はスイッチであ
り、閉ルーフ電流制御を実行するときにはPlコントロ
ーラ109A及び109Bの出カVd ,Vq が逆dq変
換器110の入力に接続される。また、オープンループ
制御を実行するときには、電圧基準発生器113の出力
Vdref,Vqrefが逆dq変換器110の入力に接続され
るようになっている。
Referring to FIG. 16, reference numeral 114 denotes a switch. Outputs Vd and Vq of the Pl controllers 109A and 109B are connected to the input of the inverse dq converter 110 when executing the closed roof current control. When performing open loop control, the outputs Vdref and Vqref of the voltage reference generator 113 are connected to the inputs of the inverse dq converter 110.

【0087】図17の第13の実施の形態において、処
理61の段階では図16のスイッチ114は閉ループ電
流制御系側に接続される。一定周波数、一定振幅の電流
基準がPMSM電流制御系に与えられ、そのときの直交
静止座標系におけるVx ,Vy の軌跡から楕円の短径方
向角度θr を測定する。
In the thirteenth embodiment of FIG. 17, at the stage of processing 61, the switch 114 of FIG. 16 is connected to the closed loop current control system side. A current reference having a constant frequency and a constant amplitude is given to the PMSM current control system, and the minor axis direction angle θr of the ellipse is measured from the locus of Vx and Vy in the orthogonal stationary coordinate system at that time.

【0088】次に処理62以降では図16のスイッチ1
14はオープンループ制御側に接続され、処理62及び
70では電気角θr でステップ状電圧基準を与えたとき
の電流応答から応答時間τ1 を測定する。
Next, in the processing 62 and thereafter, the switch 1 shown in FIG.
Reference numeral 14 is connected to the open loop control side, and in processes 62 and 70, the response time τ1 is measured from the current response when a step-like voltage reference is given at the electrical angle θr.

【0089】処理64及び71では電気角θr +180
度でステップ状電圧基準を与えたときの電流応答から応
答時間τ2 を測定する。条件判断66及び処理67,6
8は図14の実施の形態と同じであり、応答時間の短い
方の電気角を磁極位置θとして採用する。
In processes 64 and 71, the electrical angle θr + 180
The response time τ2 is measured from the current response when a step-like voltage reference is given in degrees. Condition judgment 66 and processing 67, 6
8 is the same as that of the embodiment of FIG. 14, and the electrical angle having the shorter response time is adopted as the magnetic pole position θ.

【0090】図18に本発明の第14の実施の形態を示
す。本実施の形態においても図16の制御系が用いられ
る。図18において、処理69の段階では図16のスイ
ッチ114はオープンループ制御側に接続され、振幅一
定の高周波電圧基準を与えたときの直交静止座標系の電
流ix ,iy の楕円状軌跡から楕円の長径方向角度θr
を測定する。
FIG. 18 shows a fourteenth embodiment of the present invention. The control system of FIG. 16 is also used in the present embodiment. In FIG. 18, at the stage of processing 69, the switch 114 of FIG. 16 is connected to the open-loop control side, and the elliptic trajectory of the currents ix and iy of the orthogonal stationary coordinate system when a high-frequency voltage reference with a constant amplitude is given is used. Long axis direction angle θr
Is measured.

【0091】次に処理62以降では図16のスイッチ1
14は閉ループ制御側に接続され、処理62及び63で
は電気角θr での電流制御系ステップ応答から応答時間
τ1を測定する。
Next, in the processing 62 and thereafter, the switch 1 shown in FIG.
14 is connected to the closed loop control side, and in processes 62 and 63, the response time τ1 is measured from the current control system step response at the electrical angle θr.

【0092】処理64及び71では電気角θr +180
度での電流制御系ステップ応答から応答時間τ2 を測定
する。条件判断66及び処理67,68は図14の実施
の形態と同じであり、応答時間の短い方の電気角を磁極
位置θとして採用する。
In processes 64 and 71, the electrical angle θr + 180
The response time τ2 is measured from the current control system step response in degrees. The condition judgment 66 and the processes 67 and 68 are the same as those in the embodiment of FIG. 14, and the electrical angle having the shorter response time is adopted as the magnetic pole position θ.

【0093】これらの実施の形態においても、高周波電
流応答と電流ステップ応答を併用することにより、電流
ステップ応答の試行回数を減らすことができるため、さ
らに磁極位置推定時間を短縮することができるのは同様
である。また、電流応答の応答時間の算出において、複
数回の応答時間の平均を用いる実施例が有りうるのは言
うまでもない。
Also in these embodiments, by using the high-frequency current response and the current step response together, the number of trials of the current step response can be reduced, so that the magnetic pole position estimation time can be further shortened. The same is true. Needless to say, there may be an embodiment using an average of a plurality of response times in calculating the response time of the current response.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、電
気角−応答時間特性を利用してPMSMの始動時の磁極
位置を推定し、逆転のないスムーズな始動が可能とな
り、しかも磁極位置センサを必要としないので、安価で
高性能のPMSM駆動システムを構成することができ
る。
As described above, according to the present invention, the position of the magnetic pole at the time of starting the PMSM is estimated by using the electrical angle-response time characteristic, and a smooth start without reversal is possible. Since a position sensor is not required, an inexpensive and high-performance PMSM drive system can be configured.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 1 is a flowchart of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 2 is a flowchart according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 放物線を用いたカーブフィッティングの原理
を説明図。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of curve fitting using a parabola.

【図4】 本発明の第3の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 4 is a flowchart according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第4の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 5 is a flowchart according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第5の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 6 is a flowchart according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】 オープンループ制御系のブロック図。FIG. 7 is a block diagram of an open loop control system.

【図8】 本発明の第6の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 8 is a flowchart according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第7の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 9 is a flowchart according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第8の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 10 is a flowchart according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第9の実施の形態のフローチャー
ト。
FIG. 11 is a flowchart according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第10の実施の形態のフローチャ
ート。
FIG. 12 is a flowchart according to the tenth embodiment of the present invention.

【図13】 高周波電流制御時の電流/電圧軌跡を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing a current / voltage locus during high-frequency current control.

【図14】 本発明の第11の実施の形態のフローチャ
ート。
FIG. 14 is a flowchart according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第12の実施の形態のフローチャ
ート。
FIG. 15 is a flowchart according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図16】 閉ループ/オープンループ切り換え制御系
のブロック図。
FIG. 16 is a block diagram of a closed loop / open loop switching control system.

【図17】 本発明の第13の実施の形態のフローチャ
ート。
FIG. 17 is a flowchart according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第14の実施の形態のフローチャ
ート。
FIG. 18 is a flowchart according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図19】 磁極位置と電流ベクトルの関係を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a magnetic pole position and a current vector.

【図20】 閉ループ電流制御系のブロック図。FIG. 20 is a block diagram of a closed loop current control system.

【図21】 永久磁石同期電動機の等価回路を示す図。FIG. 21 is a diagram showing an equivalent circuit of a permanent magnet synchronous motor.

【図22】 応答時間の定義を示す図。FIG. 22 is a diagram showing a definition of a response time.

【図23】 各磁極位置での電流ステップ応答時間を示
す図。
FIG. 23 is a diagram showing a current step response time at each magnetic pole position.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・インバータ 102・・・PMSM 103A、103B・・・電流センサ 104・・・電気角発生器 105・・・3相/2相変換器 106・・・dq変換器 107・・・電流基準発生器 108A,108B・・・減算器 109A,109B・・・Plコントローラ 110・・・逆dq変換器 111・・・2相/3相変換器 112・・・PWM回路 113・・・電圧基準発生器 114・・・スイッチ 101: inverter 102: PMSM 103A, 103B: current sensor 104: electric angle generator 105: three-phase / two-phase converter 106: dq converter 107: current reference Generator 108A, 108B ... Subtractor 109A, 109B ... Pl controller 110 ... Inverse dq converter 111 ... 2 phase / 3 phase converter 112 ... PWM circuit 113 ... Voltage reference generation Container 114 ・ ・ ・ Switch

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で複
数の電気角にて電流のステップ応答の応答時間を測定
し、応答時間が最も遅い電気角を探索し、求めた電気角
に180度を加算または減算した角度値を磁極位置推定
値とすることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装
置。
1. A control device for a permanent magnet synchronous motor that drives a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage variable frequency AC power supply, wherein a step response of a current at a plurality of electrical angles is obtained at a stationary state of the permanent magnet synchronous motor. A control device for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that a response time is measured, an electric angle having the slowest response time is searched, and an angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees from the obtained electric angle is used as an estimated magnetic pole position value. .
【請求項2】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で一
定の角度刻みで電気角を変更し、各電気角にて電流のス
テップ応答の応答時間を測定し、応答時間が最も遅い電
気角を選択し、選択した電気角に180度を加算または
減算した角度値を磁極位置推定値とすることを特徴とす
る永久磁石同期電動機の制御装置。
2. A control apparatus for a permanent magnet synchronous motor that drives a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage variable frequency AC power supply, wherein the electric angle is changed at regular angle intervals while the permanent magnet synchronous motor is stationary. Measure the response time of the current step response at each electrical angle, select the electrical angle with the slowest response time, and use the angle value obtained by adding or subtracting 180 degrees to the selected electrical angle as the magnetic pole position estimated value. Characteristic control device for permanent magnet synchronous motor.
【請求項3】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で3
個以上の電気角にて電流のステップ応答の応答時間を測
定し、応答時間のデータがフィットする曲線を算出し、
曲線が最大値を取る電気角を求め、求めた電気角に18
0度を加算または減算した角度値を磁極位置推定値とす
ることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
3. A permanent magnet synchronous motor control device for driving a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage / variable frequency AC power supply, wherein the permanent magnet synchronous motor is driven in a stationary state.
Measure the response time of the current step response at more than one electrical angle, calculate the curve to which the response time data fits,
The electric angle at which the curve takes the maximum value is obtained, and the obtained electric angle is 18
A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein an angle value obtained by adding or subtracting 0 degrees is used as a magnetic pole position estimated value.
【請求項4】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で一
定の角度刻みで電気角を変更し、各電気角にて電流のス
テップ応答の応答時間を測定し、電気角一応答時間特性
を近似するフーリエ級数の基本波余弦波項の係数と基本
波正弦波項の係数を計算し、それらの係数値から磁極位
置を推定することを特徴とする永久磁石同期電動機の制
御装置。
4. A permanent magnet synchronous motor control device for driving a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage variable frequency AC power supply, wherein the electric angle is changed at regular angle intervals while the permanent magnet synchronous motor is stationary. Measure the response time of the step response of the current at each electrical angle, calculate the coefficients of the fundamental cosine wave term and the fundamental sine wave term of the Fourier series that approximate the electrical angle-response time characteristics, and calculate their relationship. A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein a magnetic pole position is estimated from numerical values.
【請求項5】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で最
初に少なくとも2個の電気角にて電流のステップ応答の
応答時間を求め、応答時間が最も遅い電気角を選択し、
選択した電気角を中心に次に電流応答を取る電気角を逐
次的に決定し、選択した電気角と新たに決定された電気
角の電流のステップ応答の応答時間を求め、応答時間が
最も遅い電気角を選択し、前回電気角と今回電気角の差
が所定値以下になった時点で探索を打ち切ることで電気
角を求め、求めた電気角に180度を加算または減算し
た角度値を磁極位置推定値とすることを特徴とする永久
磁石同期電動機の制御装置。
5. A permanent magnet synchronous motor control device for driving a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage / variable frequency AC power supply, wherein the permanent magnet synchronous motor is initially stationary at least at two electrical angles in a stationary state. Find the response time of the step response, select the electrical angle with the slowest response time,
The electrical angle taking the next current response is sequentially determined around the selected electrical angle, the response time of the step response of the current of the selected electrical angle and the current of the newly determined electrical angle is determined, and the response time is the slowest. The electric angle is selected, and the electric angle is obtained by terminating the search when the difference between the previous electric angle and the current electric angle becomes a predetermined value or less, and adding or subtracting 180 degrees to the obtained electric angle to the magnetic pole. A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein the control device is a position estimation value.
【請求項6】 前記電流のステップ応答の応答時間は、
同じ電気角にて取った複数回の電流のステップ応答の応
答時間の平均値であることを特徴とする請求項1乃至請
求項5のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装
置。
6. The response time of the step response of the current is:
The control device for a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the average value is a response time of step responses of a plurality of currents taken at the same electrical angle.
【請求項7】 可変電圧可変周波数交流電源を用いて永
久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機の制御
装置において、前記永久磁石同期電動機の静止状態で一
定周波数の基準信号を与えて運転したときの電圧軌跡ま
たは電流軌跡より磁極位置のN極方向またはS極方向の
候補電気角を求め、各候補電気角における電流のステッ
プ応答の応答時間の短い方を磁極位置推定値とすること
を特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
7. A control device for a permanent magnet synchronous motor that drives a permanent magnet synchronous motor using a variable voltage / variable frequency AC power supply when the permanent magnet synchronous motor is operated by supplying a reference signal of a constant frequency in a stationary state. A candidate electric angle in the N-pole direction or S-pole direction of the magnetic pole position is obtained from the voltage locus or the current locus, and the shorter response time of the current step response at each candidate electric angle is used as the magnetic pole position estimated value. For permanent magnet synchronous motor.
【請求項8】 インバータを用いて永久磁石同期電動機
を駆動する永久磁石同期電動機の制御装置において、前
記インバータの制御手段は少なくとも前記インバータの
電流基準信号を発生する電流基準発生手段と、前記イン
バータの電圧基準信号を発生する電圧基準発生手段と、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータの電気角を発生する電気角発生手段と、
前記出力電流が前記電流基準信号に追従するように制御
する電流コントローラ手段と、前記電流コントローラ手
段の出力と前記電圧基準信号を切り替えるスイッチと、
前記前記スイッチの出力と前記電気角に応じて変調信号
を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号発生手段
から出力される変調信号に応じてパルス幅変調を行うP
WM手段と、前記PWM手段からのゲート信号を増幅し
てインバータ素子を駆動する手段とを具備し、前記永久
磁石同期電動機の静止状態で前記スイッチの入力を前記
電流コントローラ手段側に切り換え一定周波数の電流基
準信号を与えて運転したときの電圧軌跡の楕円の短径方
向角度を磁極位置のN極方向またはS極方向の候補電気
角とし、前記スイッチの入力を前記電圧基準発生手段側
に切り換え各候補電気角にステップ状電圧基準を与えた
ときの電流のステップ応答の応答時間の短い方を磁極位
置推定値とすることを特徴とする永久磁石同期電動機の
制御装置。
8. A permanent magnet synchronous motor control device for driving a permanent magnet synchronous motor using an inverter, wherein the inverter control means includes at least a current reference generation means for generating a current reference signal for the inverter; Voltage reference generating means for generating a voltage reference signal;
Current detection means for detecting an output current of the inverter;
Electrical angle generating means for generating an electrical angle of the inverter;
Current controller means for controlling the output current to follow the current reference signal, and a switch for switching between the output of the current controller means and the voltage reference signal,
A modulation signal generating means for generating a modulation signal in accordance with the output of the switch and the electrical angle; and a P which performs pulse width modulation in accordance with a modulation signal output from the modulation signal generation means.
WM means, and means for amplifying a gate signal from the PWM means to drive an inverter element, wherein the input of the switch is switched to the current controller means side when the permanent magnet synchronous motor is in a stationary state, and a constant frequency The short-axis direction angle of the ellipse of the voltage locus when the current reference signal is applied and the operation is performed is set as a candidate electrical angle in the N-pole direction or the S-pole direction of the magnetic pole position, and the input of the switch is switched to the voltage reference generating means side. A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein a shorter one of a response time of a step response of a current when a step voltage reference is applied to a candidate electrical angle is used as a magnetic pole position estimated value.
【請求項9】 インバータを用いて永久磁石同期電動機
を駆動する永久磁石同期電動機の制御装置において、前
記インバータの制御手段は少なくとも前記インバータの
電流基準信号を発生する電流基準発生手段と、前記イン
バータの電圧基準信号を発生する電圧基準発生手段と、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータの電気角を発生する電気角発生手段と、
前記出力電流が前記電流基準信号に追従するように制御
する電流コントローラ手段と、前記電流コントローラ手
段の出力と前記電圧基準信号を切り替えるスイッチと、
前記前記スイッチの出力と前記電気角に応じて変調信号
を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号発生手段
から出力される変調信号に応じてパルス幅変調を行うP
WM手段と、前記PWM手段からのゲート信号を増幅し
てインバータ素子を駆動する手段とを具備し、前記永久
磁石同期電動機の静止状態で前記スイッチの入力を前記
電圧基準発生手段側に切り換え一定周波数の電圧基準信
号を与えて運転したときの電流軌跡の楕円の長径方向角
度を磁極位置のN極方向またはS極方向の候補電気角と
し、前記スイッチの入力を前記電流コントローラ手段側
に切り換え各候補電気角にステップ状電流基準を与えた
ときの電流のステップ応答の応答時間の短い方を磁極位
置推定値とすることを特徴とする永久磁石同期電動機の
制御装置。
9. A permanent magnet synchronous motor control device for driving a permanent magnet synchronous motor using an inverter, wherein the inverter control means includes at least a current reference generating means for generating a current reference signal for the inverter; Voltage reference generating means for generating a voltage reference signal;
Current detection means for detecting an output current of the inverter;
Electrical angle generating means for generating an electrical angle of the inverter;
Current controller means for controlling the output current to follow the current reference signal, and a switch for switching between the output of the current controller means and the voltage reference signal,
A modulation signal generating means for generating a modulation signal in accordance with the output of the switch and the electrical angle; and a P which performs pulse width modulation in accordance with a modulation signal output from the modulation signal generation means.
WM means, and means for amplifying a gate signal from the PWM means to drive an inverter element, wherein the input of the switch is switched to the voltage reference generating means side when the permanent magnet synchronous motor is in a stationary state. The major axis angle of the ellipse of the current locus of the current locus when the operation is performed by applying the voltage reference signal is set as a candidate electrical angle in the N-pole direction or the S-pole direction of the magnetic pole position, and the input of the switch is switched to the current controller means side. A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein a shorter response time of a step response of a current when a step current reference is given to an electric angle is used as a magnetic pole position estimated value.
【請求項10】 前記可変電圧可変周波数交流電源はイ
ンバータとし、前記インバータの制御手段は少なくとも
前記インバータの電流基準信号を発生する電流基準発生
手段と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出
手段と、前記インバータの電気角を発生する電気角発生
手段と、前記出力電流が前記電流基準信号に追従するよ
うに制御する電流コントローラ手段と、前記電流コント
ローラ手段の出力と前記電気角に応じて変調信号を発生
する変調信号発生手段と、前記変調信号発生手段から出
力される変調信号に応じてパルス幅変調を行うPWM手
段と、前記PWM手段からのゲート信号を増幅してイン
バータ素子を駆動する手段とを具備したことを特徴とす
る請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の永久磁石同
期電動機の制御装置。
10. The variable voltage / variable frequency AC power supply is an inverter, the inverter control means includes at least a current reference generation means for generating a current reference signal for the inverter, and a current detection means for detecting an output current of the inverter. Electrical angle generating means for generating an electrical angle of the inverter; current controller means for controlling the output current to follow the current reference signal; and a modulation signal according to the output of the current controller means and the electrical angle. And PWM means for performing pulse width modulation in accordance with a modulation signal output from the modulation signal generation means, and means for amplifying a gate signal from the PWM means to drive an inverter element. The control device for a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 7, comprising: .
【請求項11】 前記可変電圧可変周波数交流電源はイ
ンバータとし、前記インバータの制御手段は少なくとも
前記インバータの電圧基準信号を発生する電圧基準発生
手段と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出
手段と、前記インバータの電気角を発生する電気角発生
手段と、前記電圧基準信号と前記電気角に応じて変調信
号を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号発生手
段から出力される変調信号に応じてパルス幅変調を行う
PWM手段と、前記PWM手段からのゲート信号を増幅
してインバータ素子を駆動する手段とを具備したことを
特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の永
久磁石同期電動機の制御装置。
11. The variable voltage variable frequency AC power supply is an inverter, and the control means of the inverter includes a voltage reference generating means for generating at least a voltage reference signal of the inverter, and a current detecting means for detecting an output current of the inverter. An electrical angle generating means for generating an electrical angle of the inverter, a modulation signal generating means for generating a modulation signal according to the voltage reference signal and the electrical angle, and a modulation signal output from the modulation signal generation means. 8. The permanent memory according to claim 1, further comprising: PWM means for performing pulse width modulation by means of a pulse signal, and means for amplifying a gate signal from said PWM means to drive an inverter element. Control device for magnet synchronous motor.
【請求項12】 前記電流基準信号または前記電圧基準
信号の周波数は前記永久磁石同期電動機の定格周波数よ
り高いことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれ
かに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
12. The permanent magnet synchronous motor according to claim 7, wherein a frequency of the current reference signal or the voltage reference signal is higher than a rated frequency of the permanent magnet synchronous motor. Control device.
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Cited By (7)

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