JPWO2009048066A1 - モータ制御装置と磁極位置推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、摩擦が大きい場合や負荷が重い場合でも磁極位置推定することができ、また、モータコギングトルクや外乱の影響を受けないモータ制御装置と磁極位置推定方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、磁極検出機能を持たないエンコーダで検出した同期モータの回転角を電源を投入した位置を基準として電気角に変換する電気角演算部と、前記電気角を使用して磁極位置を推定し推定磁極位置を生成する磁極位置推定部と、前記回転角を回転速度に変換する速度演算部と、前記回転速度と速度指令に基づいてd、q軸電流指令を生成する速度制御部と、前記同期モータの3相電流を検出する電流検出部と、前記3相電流をd、q軸電流に変換する3相/2相変換部と、前記d、q軸電流と前記d、q軸電流指令に基づいてd、q軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記d、q軸電圧指令をU、V、W相電圧指令に変換する2相/3相変換部と、前記U、V、W相電圧指令をパルス幅変調して電力増幅し前記同期モータを駆動するPWM電力変換部と、を備えたモータ制御装置において、前記磁極位置推定部は、10゜単位の大まかな第1推定磁極位置を生成する低精度磁極位置推定部と、第1推定磁極位置を生成後1゜単位の精密な第2推定磁極位置を生成する高精度磁極位置推定部と、前記第1推定磁極位置か前記第2推定磁極位置かを選択する推定磁極位置選択部と、磁極位置推定用速度指令を生成する速度指令自動生成部と、を備え、前記磁極位置推定用速度指令か通常速度指令かを選択する速度指令選択部を備えることを特徴とするものである。
請求項3記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記低精度磁極位置推定部は、逆走した電気角領域分布の中心位置を第1推定磁極位置としたことを特徴とするものである。
請求項4記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記速度指令自動生成部は、逆走と判定した場合、速度指令をただちにゼロにし、前記低精度磁極位置推定部は、現在の磁極位置に180°を加算することを特徴とするものである。
請求項5記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記低精度磁極位置推定部は、逆走回数があらかじめ設定した所定範囲外の場合、速度制御ゲインを所定量上げて磁極位置推定を行うことを特徴とするものである。
請求項6記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記高精度磁極位置推定部は、第1推定磁極位置に45゜を加算した磁極位置にて磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値と、第1推定磁極位置から45゜減算した時のq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値とを比較し、第1q軸電流最大値>第2q軸電流最大値の場合は、所定角度を第1推定磁極位置から減算し、第1q軸電流最大値<第2q軸電流最大値の場合は、所定角度加算して第2推定磁極位置とし、これ以後第1推定磁極位置の代わりに第2推定磁極位置から所定角度を加減算して第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下になるまで繰り返し、第2推定磁極位置を生成することを特徴とするものである。
請求項7記載の発明は、請求項6記載のモータ制御装置において、前記高精度磁極位置推定の終了判定を、第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下とする代わりに、繰り返し回数で判定し、繰り返し回数が設定可能な1以上の整数mを用いてm回目の場合、所定角度の2m分の1を加減算して第2推定磁極位置を生成することを特徴とするものである。
請求項8記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記高精度磁極位置推定部は、第1推定磁極位置にα゜を加算した磁極位置を使用し磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値をIqm1、第1推定磁極位置からα゜減算した時のq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値をIqm2として、第2推定磁極位置は第1推定磁極位置に(360/2π)・tan−1((Iqm2−Iqm1)/((Iqm1+Iqm2)・tan(α)))度を加算して生成することを特徴とするものである。
請求項9記載の発明は、請求項8記載のモータ制御装置において、前記α°は45°であることを特徴とするものである。
請求項12記載の発明は、請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法において、前記ステップS2は、第1推定磁極位置に45゜を加算した磁極位置にて磁極位置推定用速度指令で動作させq軸電流指令最大値を第1q軸電流最大値とするステップと、第1推定磁極位置から45゜減算した時のq軸電流指令最大値を第2q軸電流最大値とするステップと、第1q軸電流最大値>第2q軸電流最大値の場合は、所定角度を第1推定磁極位置から減算し、第1q軸電流最大値<第2q軸電流最大値の場合は、所定角度加算して第2推定磁極位置とするステップと、を備え、以後第1推定磁極位置の代わりに第2推定磁極位置から所定角度を加減算して第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下になるまで繰り返し、第2推定磁極位置を生成することを特徴とするものである。
請求項13記載の発明は、請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法において、前記ステップS2は、その終了判定を、第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下とする代わりに、繰り返し回数で判定し、繰り返し回数が設定可能な1以上の整数mを用いてm回目の場合、所定角度の2m分の1を加減算して第2推定磁極位置を生成することを特徴とするものである。
請求項14記載の発明は、請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法において、前記ステップS2は、第1推定磁極位置にα゜を加算した磁極位置を使用し磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値をIqm1、とするステップと、第1推定磁極位置からα゜減算した時のq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値をIqm2とするステップと、第2推定磁極位置は第1推定磁極位置に(360/2π)・tan−1((Iqm2−Iqm1)/((Iqm1+Iqm2)・tan(α)))度を加算して生成するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項15記載の発明は、請求項14記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法において、前記α°は45°であることを特徴とするものである。
2 電流制御部
3 2相/3相変換部
4 PWM電力変換部
5 電流検出部
6 3相/2相変換部
7 電気角演算部
8 速度演算部
9 磁極位置推定部
10 速度指令選択部
11 同期モータ
12 エンコーダ
21 速度指令自動生成部
22 低精度磁極位置推定部
23 高精度磁極位置推定部
24 推定磁極位置選択部
図3は、本発明で使用する速度指令である。同じ位置に戻ってくるように正負で1組としている。また、図中の最高速度、加減速時間、一定速時間、停止時間は自由に選ぶことができる。
図4は、ステップS1のフローチャートを示している。
ステップS101でまず、磁極位置を0°に設定し、ステップS102へ進む。ステップS102では、図3の速度指令で、動作を確認する。正常な方向に回転すればステップS103へ進む。逆走した場合は、ステップS104へ進む。次にステップS103で磁極位置を次の領域へ移すため、現在の磁極位置に360゜/nを加算し、ステップS108へ進む。ステップS104では速度指令をゼロにしステップS105へ進む。ステップS105で現在の磁極位置に180゜を加算し、ステップS106へ進む。ステップS106では逆走したときの磁極位置(現在の磁極位置−180゜)を保存し、ステップS107へ進む。ステップS107では磁極位置を次の領域へ移すため、現在の磁極位置に(−180゜+360゜/n)を加算し、ステップS108へ進む。ステップS108ではn回(全領域)終了か確認し、n回終了していれば、ステップS109へ進み、終了していなければステップS102へ戻る。ステップS109で逆走回数を確認し、あらかじめ設定した1以上b以下の整数aとしてa回以上であれば、ステップS110へ進みa回より少なければステップS112へ進む。ステップS110では逆走回数を確認し、a以上n以下の整数bとしてb回以下であればステップS111へ進み、b回より多ければステップS112へ進む。ステップS111では逆走磁極位置関係を確認し、磁極位置関係が正常であればステップS115へ進み、異常であればステップS112へ進む。ステップS112では速度ループゲインを上げてステップS113へ進む。ステップS113では逆走回数および逆走磁極位置をクリアしステップS114へ進む。ステップS114では磁極位置を0゜にしステップS102へ進む。ステップS115では逆走した磁極位置の平均値を計算しステップS116へ進む。ステップS116では逆走極位置平均値に180゜加算した値をステップ1の推定磁極位置とする。
図5および図6は、高精度磁極位置推定を行うステップS2の原理を示している。
ステップS2ではまず、図5に示すようにステップS1で推定した第1推定磁極位置に45゜を加算し、図3の速度指令で動作させた時に必要なq軸電流指令をIq*1dataとする。次に、図6に示すようにステップS1で推定した磁極位置から45゜を減算する。図3の速度指令で動作させた時に必要なq軸電流指令をIq*2dataとすると、磁極位置ずれ角θerrは次式で計算できる。
θerr = tan−1(Iq*2data/Iq*1data)−π/4 (1)
Claims (15)
- 磁極検出機能を持たないエンコーダで検出した同期モータの回転角を電源を投入した位置を基準として電気角に変換する電気角演算部と、前記電気角を使用して磁極位置を推定し推定磁極位置を生成する磁極位置推定部と、前記回転角を回転速度に変換する速度演算部と、前記回転速度と速度指令に基づいてd、q軸電流指令を生成する速度制御部と、前記同期モータの3相電流を検出する電流検出部と、前記3相電流をd、q軸電流に変換する3相/2相変換部と、前記d、q軸電流と前記d、q軸電流指令に基づいてd、q軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記d、q軸電圧指令をU、V、W相電圧指令に変換する2相/3相変換部と、前記U、V、W相電圧指令をパルス幅変調して電力増幅し前記同期モータを駆動するPWM電力変換部と、を備えたモータ制御装置において、
前記磁極位置推定部は、10゜単位の大まかな第1推定磁極位置を生成する低精度磁極位置推定部と、第1推定磁極位置を生成後1゜単位の精密な第2推定磁極位置を生成する高精度磁極位置推定部と、前記第1推定磁極位置か前記第2推定磁極位置かを選択する推定磁極位置選択部と、磁極位置推定用速度指令を生成する速度指令自動生成部と、を備え、
前記磁極位置推定用速度指令か通常速度指令かを選択する速度指令選択部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記低精度磁極位置推定部は、モータの電気角360゜を4以上の整数nを用いてn分割し、それぞれの電気角領域の中心を磁極位置0゜に設定し、自動生成した速度指令で動作をさせ、前記速度指令と反対方向に回転(以後逆走と呼ぶ)した電気角領域の分布から第1推定磁極位置を生成することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記低精度磁極位置推定部は、逆走した電気角領域の分布の中心位置を第1推定磁極位置としたことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記速度指令自動生成部は、逆走と判定した場合、速度指令をただちにゼロにし、前記低精度磁極位置推定部は、現在の磁極位置に180°を加算することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記低精度磁極位置推定部は、逆走回数があらかじめ設定した所定範囲外の場合、速度制御ゲインを所定量上げて磁極位置推定を行うことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記高精度磁極位置推定部は、第1推定磁極位置に45゜を加算した磁極位置にて磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値と、第1推定磁極位置から45゜減算したのq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値とを比較し、第1q軸電流最大値>第2q軸電流最大値の場合は、所定角度を第1推定磁極位置から減算し、第1q軸電流最大値<第2q軸電流最大値の場合は、所定角度加算して第2推定磁極位置とし、これ以後第1推定磁極位置の代わりに第2推定磁極位置から所定角度を加減算して第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下になるまで繰り返し、第2推定磁極位置を生成することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記高精度磁極位置推定の終了判定を、第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下とする代わりに、繰り返し回数で判定し、繰り返し回数が設定可能な1以上の整数mを用いてm回目の場合、所定角度の1/2mを加減算して第2推定磁極位置を生成することを特徴とする請求項6記載のモータ制御装置。
- 前記高精度磁極位置推定部は、第1推定磁極位置に設定可能なα゜を加算した磁極位置を使用し磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値をIqm1、第1推定磁極位置からα゜減算した時のq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値をIqm2として、第2推定磁極位置は第1推定磁極位置に(360/2π)・tan−1((Iqm2−Iqm1)/((Iqm1+Iqm2)・tan(α)))度を加算して生成することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記α°は45°であることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。
- 磁極検出機能を持たないエンコーダで検出した同期モータの回転角を電源を投入した位置を基準として電気角に変換する電気角演算部と、前記電気角を使用して磁極位置を推定し推定磁極位置を生成する磁極位置推定部と、前記回転角を回転速度に変換する速度演算部と、前記回転速度と速度指令に基づいてd、q軸電流指令を生成する速度制御部と、前記同期モータの3相電流を検出する電流検出部と、前記3相電流をd、q軸電流に変換する3相/2相変換部と、前記d、q軸電流とd、q軸電流指令に基づいてd、q軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記d、q軸電圧指令をU、V、W相電圧指令に変換する2相/3相変換部と、前記U、V、W相電圧指令をパルス幅変調して電力増幅し前記同期モータを駆動するPWM電力変換部と、を備えたモータ制御装置の磁極位置推定方法において、
10゜単位の大まかな第1推定磁極位置を生成するステップS1と、
第1推定磁極位置を生成後、1゜単位の精密な第2推定磁極位置を生成するステップS2と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置の磁極位置推定方法。 - 前記ステップS1は、
モータの電気角360゜を4以上の整数nを用いてn分割するステップと、
それぞれの電気角領域の中心を磁極位置0゜に設定するステップと、
自動生成した速度指令で動作をさせるステップと、
逆走した電気角領域の分布からから第1推定磁極位置を生成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法。 - 前記ステップS2は、
第1推定磁極位置に45゜を加算した磁極位置にて磁極位置推定用速度指令で動作させq軸電流指令最大値を第1q軸電流最大値とするステップと、
第1推定磁極位置から45゜減算した時のq軸電流指令最大値を第2q軸電流最大値とするステップと、
第1q軸電流最大値>第2q軸電流最大値の場合は、所定角度を第1推定磁極位置から減算し、第1q軸電流最大値<第2q軸電流最大値の場合は、所定角度加算して第2推定磁極位置とするステップと、
を備え、以後第1推定磁極位置の代わりに第2推定磁極位置から所定角度を加減算して第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下になるまで繰り返し、第2推定磁極位置を生成することを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法。 - 前記ステップS2は、その終了判定を、第1q軸電流最大値と第2q軸電流最大値との差が所定値以下とする代わりに、繰り返し回数で判定し、繰り返し回数が設定可能な1以上の整数mを用いてm回目の場合、所定角度の2m分の1を加減算して第2推定磁極位置を生成することを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法。
- 前記ステップS2は、第1推定磁極位置に設定可能なα゜を加算した磁極位置を使用し磁極位置推定用速度指令で動作させた時のq軸電流指令最大値の第1q軸電流最大値をIqm1、とするステップと、第1推定磁極位置からα゜減算した時のq軸電流指令最大値の第2q軸電流最大値をIqm2とするステップと、第2推定磁極位置は第1推定磁極位置に(360/2π)・tan−1((Iqm2−Iqm1)/((Iqm1+Iqm2)・tan(α)))度を加算して生成するステップと、を備えることを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法。
- 前記α°は45°であることを特徴とする請求項14記載のモータ制御装置の磁極位置推定方法。
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