JP2011066990A - Control device of rotating machine - Google Patents
Control device of rotating machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011066990A JP2011066990A JP2009214418A JP2009214418A JP2011066990A JP 2011066990 A JP2011066990 A JP 2011066990A JP 2009214418 A JP2009214418 A JP 2009214418A JP 2009214418 A JP2009214418 A JP 2009214418A JP 2011066990 A JP2011066990 A JP 2011066990A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- phase
- rotating machine
- signal
- signal pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
この発明は、誘導機や同期機といった回転機を、位置センサを用いることなく回転子位置情報を得て制御できる、回転機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a rotating machine that can control a rotating machine such as an induction machine or a synchronous machine by obtaining rotor position information without using a position sensor.
回転機を精度よく制御する場合、回転機の位置情報が必要である。そのため、従来は位置センサ等を回転機に取付けることにより位置情報を得ていたが、コスト削減、省スペース化、信頼性の向上という観点から位置センサレス化が要求されている。
回転機の位置センサレス制御方法として、主に回転機の誘起電圧より回転機の位置を推定する方法と突極性を利用して回転機の位置を推定する方法の2つがある。前者の方法で用いる誘起電圧の大きさは回転機の速度に比例するという特徴があるため、零速や低速域では誘起電圧が小さくなりS/N比が悪化し、回転機の位置を推定することは困難になる。
後者の、突極性を利用した方法は、回転機の位置を推定するための、位置推定用信号なるものを回転機に重畳注入しなければならないが、回転機の速度に関係せず回転機の位置を推定出来るため、零速や低速域では突極性を利用した位置センサレス制御が用いられる。
In order to control the rotating machine with high accuracy, position information of the rotating machine is necessary. For this reason, position information has conventionally been obtained by attaching a position sensor or the like to a rotating machine. However, the position sensor is required to be reduced from the viewpoint of cost reduction, space saving, and reliability improvement.
As a position sensorless control method for a rotating machine, there are mainly two methods: a method for estimating the position of the rotating machine from an induced voltage of the rotating machine and a method for estimating the position of the rotating machine using saliency. Since the magnitude of the induced voltage used in the former method is proportional to the speed of the rotating machine, the induced voltage becomes small and the S / N ratio deteriorates at the zero speed and low speed ranges, and the position of the rotating machine is estimated. It becomes difficult.
In the latter method using saliency, a signal for position estimation for estimating the position of the rotating machine must be superimposed and injected into the rotating machine. Since the position can be estimated, position sensorless control using saliency is used at zero speed or low speed.
突極性を利用した位置センサレス制御法において、例えば、特許文献1では、回転子あるいは磁束ベクトルに同期して回転するd−q軸直交座標系を制御座標として使用し、d軸励磁分電流指令値に高周波信号を重畳し、検出するモータに供給する電流を三相−二相変換して得られる二相電流の二乗和である検出電流ベクトルの振幅の二乗を計算し、d軸励磁分電流指令値の二乗とq軸トルク分電流指令値の二乗との和である指令値電流ベクトルの振幅の二乗を計算し、検出電流ベクトル振幅の二乗から指令値電流ベクトル振幅の二乗を差し引いて得られる値に基づいて制御座標との誤差を演算することで回転機の位置を推定している。
In a position sensorless control method using saliency, for example, in
また、例えば、特許文献2では、突極性を利用した位置センサレス制御法と母線電流検出方式とを組み合わせている。位置推定については、γδ軸上で高周波電圧を重畳した場合に回転機に流れる高周波電流のγ軸成分とδ軸成分の積の直流分がゼロに収束するように制御すれば、γ軸が回転位置と等しくなるとしている。しかしながら、母線電流検出方式を用いているため、三相電流を再生するために電圧指令を補正する必要がある。この補正により重畳する高調波電圧に誤差が生じ、その結果として推定位置にも誤差が発生する。この誤差を低減するために、重畳する高周波電圧の電圧ベクトル軌跡を楕円としている。
Further, for example, in
この母線電流検出方式は、例えば、特許文献3のように、直流電源とインバータの間に電流検出器をただ一つ設けて、直流母線電流とインバータの半導体スイッチング素子のスイッチング状態とから三相電流を再生する母線電流検出方式がある。具体的には、異なる二つの相電流が母線電流に流れるスイッチングパターンにおいて電流を検出すれば、三相電流の和がゼロであることを利用して三相電流を検出することができる。
In this bus current detection method, for example, as in
特許文献1の手法では、位置推定のための高周波信号をd−q軸上で作成し、さらに推定位置の演算には電流指令と検出電流の2つの情報が必要なため、演算が多くなるという課題がある。
また、特許文献2の手法では、上記の課題に加えて母線電流検出方式と組み合わせたことにより2つの課題がある。1つ目は、電流再生のための電圧補正により印加する高調波電圧に誤差が生じ、その結果として推定位置に誤差が生じることである。2つ目は、特許文献3のような方式を採用した場合、三相電流の再生において誤差が生じることである。具体的には、二相分の回転機電流を母線電流から直接検出し、残りの一相分は三相電流の和がゼロであることを利用して求めるが、二相分の電流は検出タイミングが異なるため、三相電流の和はゼロにならない。
According to the method of
Moreover, in the method of
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、位置推定のための高周波信号を重畳する、また、位置推定のための複雑な演算が必要となるという不利を改善し、簡便な方式で回転子位置の推定が可能となる回転機制御装置を得ることを目的とする。
更に、簡便な母線電流検出方式と組み合わせた場合にも正確に位置を推定することができる回転機制御装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and improves the disadvantage of superimposing a high-frequency signal for position estimation and requiring complicated calculation for position estimation. It is an object of the present invention to obtain a rotating machine control device capable of estimating the rotor position by a simple method.
It is another object of the present invention to provide a rotating machine control device capable of accurately estimating a position even when combined with a simple bus current detection method.
この発明に係る回転機制御装置は、各相のスイッチング素子を備え直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して突極性の回転機に出力するインバータ、回転機の電流を検出する電流検出手段、指令値と回転機の回転子位置とに基づき各相のスイッチング素子をスイッチング周期でオンオフするパルス状のオンオフ信号を作成するオンオフ信号作成手段、各相のスイッチング素子へのオン信号パルスの幅を変化させることなく、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングと当該特定のスイッチング周期と異なるスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングとを各相で同一の時間だけシフトさせるオン信号パルスシフト手段、電流検出手段の出力からオン信号パルスの発生タイミングのシフトに基づく各相の電流の変動成分を抽出する変動電流成分検出手段、およびこの変動電流成分検出手段からの各相の電流の変動成分に基づき回転機の回転子位置を推定演算する位置推定手段を備えたものである。 A rotating machine control device according to the present invention includes an inverter that includes a switching element of each phase, converts a DC voltage of a DC power source into an AC voltage, and outputs the AC voltage to a rotating machine having a saliency, current detection means for detecting a current of the rotating machine, Based on the command value and the rotor position of the rotating machine, on / off signal generating means for generating a pulse-like on / off signal for turning on / off each phase switching element at the switching cycle, and changing the width of the on signal pulse to the switching element for each phase On-signal pulse shift means for shifting the on-signal pulse generation timing in a specific switching cycle and the on-signal pulse generation timing in a switching cycle different from the specific switching cycle by the same time without causing the current to flow Each phase based on the shift of the on signal pulse generation timing from the output of the detection means Fluctuation current component detection means for extracting a fluctuation component of the flow, and position estimation means for estimating and calculating the rotor position of the rotating machine based on the fluctuation component of the current of each phase from the fluctuation current component detection means .
この発明に係る回転機制御装置は以上のように、オン信号パルスシフト手段により、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングと当該特定のスイッチング周期と異なるスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングとを各相で同一の時間だけシフトさせるようにしたので、等価的に回転機の各相に所定の電圧を重畳したことになり、この重畳電圧に基づき各相に発生する電流の変動成分を変動電流成分検出手段で抽出すると、位置推定手段により、この各相の電流の変動成分から回転機の回転子位置を演算で求めることができる。 As described above, the rotating machine control device according to the present invention uses the on signal pulse shift means to generate an on signal pulse in a specific switching period and an on signal pulse in a switching period different from the specific switching period. Since each phase is shifted by the same time, a predetermined voltage is equivalently superimposed on each phase of the rotating machine, and the fluctuation component of the current generated in each phase varies based on this superimposed voltage. When extracted by the current component detection means, the rotor position of the rotating machine can be obtained by calculation from the fluctuation component of the current of each phase by the position estimation means.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1の構成を図1に示す。回転機1は、ここでは、埋込磁石型の突極性同期機とする。回転機1には、直流電源2を入力とする、スイッチング素子Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwnを用いて交流電力を供給するインバータ3が、電流検出器4を通して接続されている。位置推定手段5は、電流検出器4で検出した回転機電流iu、iv、iwを用いて、回転機1の回転子位置である推定位置θLを演算する。
The configuration of
電流制御手段6は、回転機電流iu、iv、iwと推定位置θLとを用いて、回転機電流がモータを所望の状態にするための電流指令に追従するよう回転機1の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を出力する。オンオフ信号作成手段7は、インバータ3が電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を出力するように、スイッチング素子Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwnを駆動するオンオフ信号を出力する。
電流検出器4は、三相分の電流iu、iv、iwを検出するとしているが、二相分の電流を検出して残りの一相は三相電流の和がゼロであることを利用して求めるようにしてもよい。
Current control means 6, the rotating machine current iu, iv, iw and using the estimated position theta L, the voltage command of the
The current detector 4 detects the currents iu, iv and iw for three phases, but detects the current for two phases, and the remaining one phase uses the fact that the sum of the three phase currents is zero. You may make it ask.
オンオフ信号作成手段7では、例えば、所定のスイッチング周期で、図2に示すようなオンオフ信号を作成する。図2中のGup、Gun、Gvp、Gvn、Gwp、Gwnはそれぞれスイッチング素子Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwnをオンオフする信号であり、Hの時はスイッチング素子がオン、Lの時はスイッチング素子がオフする。また、QupとQun、QvpとQvn、QwpとQwnは相補であり、一方がオンの場合はもう一方はオフである。これら相補のスイッチング素子がオンオフする場合は、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイム期間を設けるのが一般的であるが、ここでは省略して説明する。図2中のDu、Dv、Dwは、U、V、W相の通流時間(パルス幅)であり、各相の通流時間の差分で、電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を出力する。
The on / off
図1では、個々には図示していないが、この発明では、オンオフ信号作成手段7には、オン信号パルスの発生タイミングをシフトさせるオン信号パルスシフト手段が備えられており、また、位置推定手段5には、上記シフトにより発生する各相の電流の変動成分を抽出する変動電流成分検出手段が備えられており、以下、このオン信号パルスシフト手段および変動電流成分検出手段の動作について説明する。
Although not shown individually in FIG. 1, in the present invention, the on / off
図3は、オン信号パルスシフト手段の動作を説明するための図である。ここでは、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しくシフトさせている。換言すると、各相のスイッチング素子へのオン信号パルスの幅を変化させることなくそのオン信号パルスの発生タイミングを各相で同一の時間だけシフトさせている。
説明を簡単にするため、電圧指令Vu*、Vv*、Vw*は等しい、即ち、図2中の通流時間Du、Dv、Dwは等しいとする。また、図中のtu1、tu2、tu3は、U相電流を検出するタイミングでそれぞれ等間隔である。同様に、tv1、tv2、tv3はV相電流を検出するタイミングで、tw1、tw2、tw3はW相電流を検出するタイミングであり、それぞれ等間隔である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the ON signal pulse shift means. Here, the on / off timing of the on / off signal is shifted equally. In other words, the generation timing of the on signal pulse is shifted by the same time in each phase without changing the width of the on signal pulse to the switching element of each phase.
In order to simplify the explanation, it is assumed that the voltage commands Vu *, Vv *, Vw * are equal, that is, the flow times Du, Dv, Dw in FIG. 2 are equal. Further, tu1, tu2, and tu3 in the figure are equally spaced at the timing of detecting the U-phase current. Similarly, tv1, tv2, and tv3 are timings for detecting the V-phase current, and tw1, tw2, and tw3 are timings for detecting the W-phase current, and are equally spaced.
そして、図3では、オンオフ信号Gup、Gvp、Gwpは、2回目のオンオフのタイミングが、1回目のタイミングよりΔtだけ時間軸の後にシフトしている。このシフトに伴って各相電流iu、iv、iwが変動する様子を図3の下段に示している。なお、Gup、Gvp、Gwpおよびiu、iv、iwの破線は、オンオフのタイミングをシフトさせなかった場合を示している。 In FIG. 3, the ON / OFF signals Gup, Gvp, and Gwp have the second on / off timing shifted behind the time axis by Δt from the first timing. A state in which the phase currents iu, iv, and iw fluctuate with this shift is shown in the lower part of FIG. Note that the broken lines of Gup, Gvp, Gwp and iu, iv, iw indicate a case where the on / off timing is not shifted.
図4に、図3のオンオフ信号のタイミングをシフトさせた場合とシフトさせなかった場合の2回分を重ねて示す。図4中の実線がシフトさせた場合で、破線がシフトさせなかった場合である。図4より、オンオフ信号のタイミングをシフトさせた分だけ、検出した回転機電流が変動している。詳細を述べると、例えばU相では、GupがH、GvpとGwpがLの期間がΔtだけシフトし、検出する回転機電流iuはΔihuだけ変動する。但し、オンオフ動作後の回転機電流iuは変動しない。同様に、V相ではGvpがH、GupとGwpがLの期間がΔtだけシフトし、検出する回転機電流ivはΔihvだけ変動し、W相ではGwpがH、GupとGvpがLの期間がΔtだけシフトし、検出する回転機電流iwはΔihwだけ変動する。オンオフ動作後の回転機電流iv、iwは変動しない。まとめると、各相とも等しく電圧がシフトした場合、即ち、上側のスイッチング素子だけがオンで他の二相は下側のスイッチング素子がオンしている期間がΔtだけシフトした場合の回転機電流の変動を検出できる。但し、オンとオフを等しくシフトさせているので、オンオフ完了後の電流には影響を与えない。 FIG. 4 shows two times when the on / off signal timing of FIG. 3 is shifted and when it is not shifted. This is a case where the solid line in FIG. 4 is shifted and the broken line is not shifted. As shown in FIG. 4, the detected rotating machine current fluctuates as much as the timing of the on / off signal is shifted. More specifically, for example, in the U phase, the period during which Gup is H and Gvp and Gwp are L is shifted by Δt, and the detected rotating machine current iu varies by Δihu. However, the rotating machine current iu after the on / off operation does not change. Similarly, in the V phase, the period in which Gvp is H, Gup and Gwp are L shifts by Δt, and the detected rotating machine current iv varies by Δihv. In the W phase, the period in which Gwp is H and Gup and Gvp are L is The detected rotating machine current iw is shifted by Δt and fluctuated by Δihw. The rotating machine currents iv and iw after the on / off operation do not vary. In summary, when the voltage is shifted equally in each phase, that is, when only the upper switching element is on and the other two phases are on when the lower switching element is on, the rotating machine current is shifted by Δt. Can detect fluctuations. However, since ON and OFF are shifted equally, the current after ON / OFF is not affected.
位置推定手段5内の変動電流成分検出手段は、スイッチング周期の1回目(第1のスイッチング周期)の各相電流検出タイミングtu1、tv1、tw1における電流検出器4の出力と2回目(第2のスイッチング周期)の各相電流検出タイミングtu2、tv2、tw2における電流検出器4の出力との差を各相電流変動成分Δihu、Δihv、Δihwとして出力する。 The fluctuation current component detection means in the position estimation means 5 outputs the output of the current detector 4 at each phase current detection timing tu1, tv1, tw1 of the first switching cycle (first switching cycle) and the second (second switching cycle). The difference from the output of the current detector 4 at each phase current detection timing tu2, tv2, tw2 in the switching cycle is output as each phase current fluctuation component Δihu, Δihv, Δihw.
ここで、各相のオン信号パルスをΔtだけシフトさせたときに各相電流が変動する現象を更に詳しく説明する。図3、図4では、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の1回目に対して2回目を各相とも等しくΔtだけ遅らせる方向にシフトさせている。ところで、この発明の検出対象である、回転機1の回転子位置の速度に相当する回転周期は、一般に、スイッチング素子をオンオフする周期であるスイッチング周期に対して十分長い。換言すると、スイッチング周波数は、回転周波数に対して十分高いと言える。この結果、回転周期の時間スケールで見た場合、上述したスイッチング周期の1回目と2回目との時間差はほぼゼロとみなすことができ、かつ、負荷がインダクタンスを含む回転機であることから、このオン信号パルスを各相等しくシフトさせることで、回転機1の各相に、上記シフト時間に応じて決まる所定の電圧を等しく重畳したとみなすことができる。
Here, the phenomenon in which each phase current fluctuates when the ON signal pulse of each phase is shifted by Δt will be described in more detail. In FIG. 3 and FIG. 4, the generation timing of the ON signal pulse is shifted in the direction in which the second time is delayed by Δt equally for each phase with respect to the first time of the switching cycle. By the way, the rotation cycle corresponding to the speed of the rotor position of the
今、この重畳したとみなせる電圧をΔvとすると、この電圧Δvの波形は、図4の実線の波形と破線の波形との差の波形に近いものと想定され、かつ、各相同一のものとなる。
ところで、回転機1に変動電圧Δvを印加すると、回転機1の突極性により、各相の回転機電流が後述する式(1)に示すように、回転子位置に応じてその振幅が余弦関数的に変化することが知られている(例えば、オーム社発行「埋め込み磁石同期モータの設計と制御」p.9〜参照)。
Now, assuming that the voltage that can be regarded as superimposed is Δv, the waveform of the voltage Δv is assumed to be close to the waveform of the difference between the solid line waveform and the broken line waveform in FIG. Become.
By the way, when the variable voltage Δv is applied to the
この発明は、上述したように、オン信号パルスを各相等しくシフトさせることにより、回転機1の各相に変動電圧Δvを重畳したと等価な状態を実現させ、この変動電圧Δvの印加で成立する式(1)の関係式を利用して回転子位置を推定するものである。
なお、この発明では、以下で詳述するように、式(1)を利用し、実質的に各相の変動電流の振幅比に基づき回転子位置を演算するようにしたので、電圧Δvの値そのものを使用する必要はない。従って、結果として、図に示すように、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスを各相等しくΔtだけシフトさせたときに発生する各相の電流変動成分を検出することで回転子位置を求めることができるわけである。
As described above, the present invention realizes an equivalent state in which the fluctuation voltage Δv is superimposed on each phase of the
In the present invention, as described in detail below, the rotor position is calculated based on the amplitude ratio of the fluctuation current of each phase by using the expression (1). There is no need to use it. Therefore, as a result, as shown in the figure, the rotor position can be obtained by detecting the current fluctuation component of each phase generated when the ON signal pulse in a specific switching period is shifted by Δt equally in each phase. It can be done.
以下、式(1)の関係式を利用して回転子位置を推定する方法について説明する。 Hereinafter, a method for estimating the rotor position using the relational expression of Expression (1) will be described.
但し、
Δihu、Δihv、Δihw:各相電流変動成分
Ih:変動電流振幅の平均値の比率
Iha:変動電流の回転子位置による変化量の比率
θ:回転子位置
Δv:変動電圧
なお、式(1)は、電流変動成分と変動電圧との関係を示すものであるが、厳密には、その右辺に各相共通のインピーダンスZの逆数を掛けると両辺の次元が一致する。しかし、いずれにしろ、以下の推定位置θLの導出方法には影響しないので上記の式(1)の形を踏襲するものとする。
However,
Δihu, Δihv, Δihw: each phase current fluctuation component Ih: ratio of average value of fluctuation current amplitude Iha: ratio of change amount of fluctuation current due to rotor position θ: rotor position Δv: fluctuation voltage Note that equation (1) is The relationship between the current fluctuation component and the fluctuation voltage is shown. Strictly speaking, when the right side of the current fluctuation component is multiplied by the reciprocal of the impedance Z common to each phase, the dimensions of both sides coincide with each other. However, in any event, we shall follow the form of the above equation (1) does not affect the method of deriving the following estimated position theta L.
式(1)に基づき式(2)の演算を行うことにより、各相電流変動成分の内の、回転子位置による変化量Ihua、Ihva、Ihwaを抽出することができる。 By calculating the expression (2) based on the expression (1), it is possible to extract the variations Ihua, Ihva, Ihwa due to the rotor position among the phase current fluctuation components.
更に、式(2)に基づき式(3)の演算を行うことにより、式(2)の各右辺の係数Δv・Iha/2を回転子位置による各相電流変動成分の変化量から求めることができる。 Further, by calculating the expression (3) based on the expression (2), the coefficient Δv · Iha / 2 on each right side of the expression (2) can be obtained from the amount of change of each phase current fluctuation component depending on the rotor position. it can.
式(3)を式(2)に代入することにより、各相電流変動成分の変化量Ihua、Ihva、Ihwaのいずれか1つの信号から逆余弦演算することにより回転子位置を求めることができる。あるいは、このIhua、Ihva、Ihwaを三相/二相変換した後に逆正接演算することにより回転子位置を求めることもできる。 By substituting Equation (3) into Equation (2), the rotor position can be obtained by performing an inverse cosine calculation from any one of the change amounts Ihua, Ihva, and Ihwa of each phase current fluctuation component. Alternatively, the rotor position can also be obtained by performing an arctangent calculation after three-phase / two-phase conversion of Ihua, Ihva, and Ihwa.
しかしながら、逆余弦演算や逆正接演算を用いると、必要な演算量や記憶容量が増加する。そこで、直線近似を利用して回転子位置を演算する方法について以下に示す。
先ず、各相電流変動成分の変化量Ihua、Ihva、Ihwaの相対大小関係より図5に示すようにI〜VIの区間に分け、それぞれの区間の中心位置を式(4)に示すようにθMとする。
However, if the inverse cosine calculation or arc tangent calculation is used, the required calculation amount and storage capacity increase. Therefore, a method for calculating the rotor position using linear approximation will be described below.
First, it is divided into sections I to VI as shown in FIG. 5 based on the relative magnitude relationship of the change amounts Ihua, Ihva, and Ihwa of each phase current fluctuation component, and the center position of each section is represented by θ as shown in Expression (4). Let it be M.
各区間において、変化量Ihua、Ihva、Ihwaのうち、各区間の中心でゼロクロスするものはsin−sin関数となるが、このsin−sin関数を直線とみなして直線近似し、式(5)より各区間の中心位置θMと回転子位置推定値θL(≒回転子位置θ)との偏差ΔθMLを求める。 In each section, among the variations Ihua, Ihva, and Ihwa, the one that zero-crosses at the center of each section is a sin-sin function, but this sin-sin function is regarded as a straight line and is approximated by a straight line. A deviation Δθ ML between the center position θ M of each section and the estimated rotor position θ L (≈rotor position θ) is obtained.
なお、式(5)のIhzcは、変化量Ihua、Ihva、Ihwaのうち各区間の中心位置θMでゼロクロスするものの値である。そして、式(6)に示すように、式(5)より求めたΔθMLと中心位置θMとを加算して回転子位置推定値θLを求めることができる。 Incidentally, Ihzc of formula (5) are variations of Ihua, Ihva, the value of those zero-cross at the center theta M of each section of the Ihwa. Then, as shown in Expression (6), Δθ ML obtained from Expression (5) and the center position θ M can be added to determine the estimated rotor position θ L.
以上のように、本発明の実施の形態1によれば、電圧重畳のための特別の電圧源を必要とすることなく、従って部品点数が減った分長期使用が可能となり、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の1回目に対して2回目を各相とも等しくシフトさせるといった簡単な処理で、回転機の突極性に依存して回転子位置に応じて変化する各相電流変動成分を検出でき、この検出した各相電流変動成分から回転子位置を推定することができ、推定のための演算量を低減することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, a special voltage source for voltage superposition is not required, and therefore, it can be used for a long time because the number of parts is reduced. Detects each phase current fluctuation component that changes according to the rotor position depending on the saliency of the rotating machine with simple processing such as shifting the timing equally for each phase for the second time with respect to the first time of the switching cycle In addition, the rotor position can be estimated from the detected phase current fluctuation components, and the amount of calculation for estimation can be reduced.
実施の形態2.
実施の形態1では、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の1回目に対して2回目を各相とも等しくシフトさせ、そのときの電流変動成分から回転子位置を推定するようにしたが、この実施の形態2においては、オン信号パルスの発生タイミングのシフトを周期的に行うことで、連続的かつより正確に位置推定できるようにしたものである。
本発明の実施の形態2では、オンオフ信号作成手段7と位置推定手段5の動作が実施の形態1の場合と異なる。
In the first embodiment, the on signal pulse generation timing is shifted equally for each phase for the second time with respect to the first time of the switching cycle, and the rotor position is estimated from the current fluctuation component at that time. In the second embodiment, the on-signal pulse generation timing is periodically shifted so that the position can be estimated continuously and more accurately.
In the second embodiment of the present invention, the operations of the on / off signal creating means 7 and the position estimating means 5 are different from those in the first embodiment.
即ち、オンオフ信号作成手段7内のオン信号パルスシフト手段は、図6に示すように、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しく周期的にシフトさせる。図6では、オンオフ信号Gup、Gvp、Gwpはオンオフを繰り替えす毎に、オンオフタイミングがΔtだけ時間軸の前後にシフトしている。Gup、Gvp、Gwpの破線は、オンオフタイミングをシフトさせなかった場合を示している。 That is, the on signal pulse shift means in the on / off signal creation means 7 periodically shifts the on and off timings of the on / off signal equally as shown in FIG. In FIG. 6, on / off signals Gup, Gvp, and Gwp are shifted on and off the time axis by Δt every time the on / off is repeated. Broken lines of Gup, Gvp, and Gwp indicate a case where the on / off timing is not shifted.
図7に、図6のオンオフそれぞれ2回分を重ねて示す。図7中の実線がオンオフタイミングを時間軸の後にシフトさせた場合で、破線が時間軸の前にシフトさせた場合である。図7より、オンオフ信号をシフトさせた分だけ、検出した回転機電流が変動している。詳細を述べると、例えば、U相では、GupがH、GvpとGwpがLの期間が2Δtだけシフトし、検出する回転機電流iuはΔihuだけ変動する。ただし、オンオフ動作後の回転機電流iuは変動しない。同様に、V相ではGvpがH、GupとGwpがLの期間が2Δtだけシフトし、検出する回転機電流ivはΔihvだけ変動し、W相ではGwpがH、GupとGvpがLの期間が2Δtだけシフトし、検出する回転機電流iwはΔihwだけ変動する。オンオフ動作後の回転機電流iv、iwは変動しない。まとめると、各相とも等しく電圧がシフトした場合、即ち、上側のスイッチング素子だけがオンで他の二相は下側のスイッチング素子がオンしている期間が2Δtだけシフトした場合の回転機電流の変動を検出できる。変動の周期はこの場合、オンオフ信号のオンとオフがそれぞれ2回繰り返す時間に相当する。但し、オンとオフを等しくシフトさせているので、オンオフ完了後の電流には影響を与えない。 FIG. 7 shows two on / off states in FIG. A solid line in FIG. 7 is a case where the on / off timing is shifted after the time axis, and a broken line is a case where the on / off timing is shifted before the time axis. As shown in FIG. 7, the detected rotating machine current fluctuates as much as the on / off signal is shifted. More specifically, for example, in the U phase, the period in which Gup is H, Gvp and Gwp are L is shifted by 2Δt, and the detected rotating machine current iu varies by Δihu. However, the rotating machine current iu after the on / off operation does not change. Similarly, in the V phase, the period in which Gvp is H, Gup and Gwp are L is shifted by 2Δt, and the detected rotating machine current iv is changed by Δihv, and in the W phase, the period in which Gwp is H and Gup and Gvp are L is The detected rotating machine current iw shifts by 2Δt and fluctuates by Δihw. The rotating machine currents iv and iw after the on / off operation do not vary. In summary, when the voltage is shifted equally in each phase, that is, when only the upper switching element is on and the period during which the other two phases are on the lower switching element is shifted by 2Δt, Can detect fluctuations. In this case, the period of variation corresponds to a time in which the on / off signal is repeatedly turned on and off twice. However, since ON and OFF are shifted equally, the current after ON / OFF is not affected.
位置推定手段5内の変動電流成分検出手段は、上述したオン信号パルスシフト手段によるシフト動作繰り返し周期の信号を通過させるフィルタを備え、電流検出器4により各相電流検出タイミングで検出された信号を更に上記フィルタを介して得られた信号を各相電流変動成分Δihu、Δihv、Δihwとして抽出する。 The fluctuation current component detection means in the position estimation means 5 includes a filter that passes the signal of the shift operation repetition period by the above-described ON signal pulse shift means, and the signal detected by the current detector 4 at each phase current detection timing. Further, the signal obtained through the filter is extracted as each phase current fluctuation component Δihu, Δihv, Δihw.
次に、回転子位置の推定方法について説明するが、以上のようにして、あるタイミングで求めた各相電流変動成分Δihu、Δihv、Δihwを、実施の形態1と同様、先の式(1)以下を適用して回転機の推定位置θLを得ることができるが、ここでは、更にその推定精度を上げる方法について説明する。 Next, a method for estimating the rotor position will be described. As in the first embodiment, each phase current fluctuation component Δihu, Δihv, Δihw obtained at a certain timing as described above is used as the above equation (1). Although it is possible to obtain an estimated position theta L of the rotating machine by applying the following, it will be described here further method of increasing the estimation accuracy.
即ち、図6の例では、オン信号パルスを交互に前後にシフトさせているので、各相の電流変動成分は、交互に正負の極性が変化することになる。そこで、電流検出周期、従って、スイッチング周期ごとに抽出した電流変動成分Δihu、Δihv、Δihwの絶対値あるいは二乗値を、所定に期間に亘って積分する。この積分期間は、長くすると精度は上がるが少なくとも変動電圧Δvの周期の少なくとも半周期の期間が必要である。 That is, in the example of FIG. 6, since the ON signal pulse is alternately shifted back and forth, the positive and negative polarity of the current fluctuation component of each phase changes alternately. Therefore, the absolute value or the square value of the current fluctuation components Δihu, Δihv, Δihw extracted for each current detection cycle, and thus every switching cycle, is integrated over a predetermined period. As the integration period is increased, the accuracy is improved, but at least a half period of the period of the fluctuation voltage Δv is required.
積分により求めた各相電流変動成分の振幅比Ihu、Ihv、Ihwを式(7)に示す。但し、積分に伴って必要な係数k(kはk>0の実数)を設定している。また、振幅比の抽出にはローパスフィルタを用いてもよい。 The amplitude ratios Ihu, Ihv, and Ihw of each phase current fluctuation component obtained by integration are shown in Expression (7). However, a necessary coefficient k (k is a real number where k> 0) is set along with the integration. A low-pass filter may be used for extracting the amplitude ratio.
式(7)を用いて、式(8)の演算により、各相の変動電流の回転子位置による変化量Ihua、Ihva、Ihwaを抽出する。 Using Expression (7), the amount of change Ihua, Ihva, Ihwa due to the rotor position of the fluctuation current of each phase is extracted by the calculation of Expression (8).
式(8)から回転機1の推定位置θLを演算する手法は、実施の形態1と同様である。
以上のように、本発明の実施の形態2では、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しく周期的にシフトさせるので、常に連続的に回転子位置を検出することができる。また、回転機電流の変動分Δihu、Δihv、Δihwを抽出する場合のバンドパスフィルタの通過帯域を狭くすることや、各相電流変動成分の振幅比Ihu、Ihv、Ihwを抽出する場合の積分期間を長くするあるいはローパスフィルタの時定数を長くすることによって、位置推定の精度を向上させることができる。
Method for calculating the estimated position theta L of the
As described above, in the second embodiment of the present invention, the ON / OFF timing of the ON / OFF signal is periodically shifted equally, so that the rotor position can always be detected continuously. In addition, it is possible to narrow the pass band of the band pass filter when extracting the fluctuations Δihu, Δihv, Δihw of the rotating machine current, and the integration period when extracting the amplitude ratios Ihu, Ihv, Ihw of each phase current fluctuation component It is possible to improve the accuracy of position estimation by increasing the time constant or the time constant of the low-pass filter.
実施の形態3.
本発明の実施の形態3の構成を図8に示す。実施の形態1と実施の形態2では、インバータ3の交流側に設けられた電流検出器4から回転機1の電流を検出していたが、本実施の形態3では、直流電源2とインバータ3との間に設けられた母線電流検出器9とオンオフ信号とから出力電流再生手段10により回転機1の電流を再生する。位置推定手段5と電流制御手段6の動作は、実施の形態1、実施の形態2と同様である。
The configuration of the third embodiment of the present invention is shown in FIG. In the first embodiment and the second embodiment, the current of the
出力電流再生手段10により、回転機電流を再生する原理を以下に説明する。先の図3と図6を参照して説明すると、同図に、本発明になるオンオフ信号と電流検出タイミングを示している。即ち、本発明のオンオフ信号作成手段7は、各スイッチング周期において各相のオン信号パルスが時間的に重ならないようにオンオフ信号を作成する。そして、各相のオン信号パルスの時間帯で母線電流検出器9の出力をサンプリングする。 The principle of regenerating the rotating machine current by the output current regenerating means 10 will be described below. Referring to FIG. 3 and FIG. 6, the on / off signal and current detection timing according to the present invention are shown in FIG. That is, the on / off signal creating means 7 of the present invention creates an on / off signal so that the on signal pulses of each phase do not overlap in time in each switching period. Then, the output of the bus current detector 9 is sampled in the time zone of the ON signal pulse of each phase.
従って、U相の電流検出タイミングtu1、tu2、tu3では、直流電源1の正側に接続された半導体スイッチング素子のうちU相だけがオンしており、母線電流検出器9からU相電流を検出できる。V相、W相についても同様に、V相電流検出タイミングtv1、tv2、tv3、W相電流検出タイミングtw1、tw2、tw3では、母線電流検出器9からV相電流、W相電流がそれぞれ検出できる。このようにして、母線電流検出器9から回転機1の電流を再生することができる。
Therefore, at the U-phase current detection timings tu1, tu2, and tu3, only the U-phase is turned on among the semiconductor switching elements connected to the positive side of the
一方、従来の方式では、図9のようにして、母線電流から回転機電流を検出していた。即ち、図9中のGup、Gvp、Gwpは、直流電源1の正側に接続されたインバータ3のU、V、W相のスイッチング素子をオンオフさせる信号であり、Hの時はスイッチング素子をオン、Lの時はオフさせる。図9中の検出タイミングtu’では、直流電源1の正側に接続された半導体スイッチング素子のうちU相だけがオンしているので、母線電流検出器9からU相電流を検出する。同様に、検出タイミングtw’では、母線電流検出器9からW相電流を検出する。残りのV相電流は、三相電流の和がゼロであることを利用して演算する。
On the other hand, in the conventional method, the rotating machine current is detected from the bus current as shown in FIG. That is, Gup, Gvp, and Gwp in FIG. 9 are signals for turning on / off the switching elements of the U, V, and W phases of the
しかし、二相分の電流の検出タイミングが異なるため、それらを用いた場合の三相電流の和はゼロにならず、三相電流の和がゼロであることを利用して残りの一相を演算する場合に誤差が発生する。
また、回転子位置推定のための変動電圧を重畳した場合に、正確には二相分の電流しか検出できないので、式(1)の電流変動成分から式(2)や式(8)の処理によって変動振幅の平均値を除去して推定位置の情報を取り出すことができない。
However, since the detection timings of the currents for the two phases are different, the sum of the three-phase currents when they are used is not zero, and the remaining one phase is calculated by utilizing the fact that the sum of the three-phase currents is zero. An error occurs when computing.
In addition, when the fluctuation voltage for estimating the rotor position is superimposed, since only the current for two phases can be detected accurately, the processing of Expression (2) and Expression (8) is performed from the current fluctuation component of Expression (1). Therefore, it is not possible to extract the estimated position information by removing the average value of the fluctuation amplitude.
更に、例として図9の場合、U相のオンタイミングを変えれば検出されるU相電流とW相電流が変動し、V相のオンタイミングを変えれば検出されるW相電流が変動する。このように、三相に等しく変動電圧を印加した場合の三相の変動電流を検出することが難しい。 Further, in the case of FIG. 9 as an example, the detected U-phase current and W-phase current vary if the U-phase on-timing is changed, and the detected W-phase current varies if the V-phase on-timing is changed. Thus, it is difficult to detect the three-phase fluctuation current when the fluctuation voltage is applied equally to the three phases.
これに対し、本発明では、実施の形態1と実施の形態2で説明した図3と図6に示すように、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しくシフトさせて、即ち、オン信号パルスの幅を変化させることなく、各相のオン信号パルスの発生タイミングを各相とも等しくシフトさせた場合に生じる各相の電流変動成分を検出する。また、各相のオンオフ信号をシフトさせたことによって、オンオフ完了後の電流値すなわち他相の検出電流に影響を与えない。更に、三相電流の和がゼロであることを利用する必要もないので、単一の母線電流検出器9から直接正確に必要な各相電流変動成分を検出することができる。従って、回転機1の回転子位置の推定を簡便にしかも精度良く演算することができる。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIGS. 3 and 6 described in the first and second embodiments, the on and off timing of the on / off signal is shifted equally, that is, the on signal pulse Without changing the width, the current fluctuation component of each phase generated when the generation timing of the ON signal pulse of each phase is shifted equally in each phase is detected. Further, by shifting the on / off signal of each phase, the current value after completion of on / off, that is, the detection current of the other phase is not affected. Furthermore, since it is not necessary to utilize that the sum of the three-phase currents is zero, it is possible to accurately detect each phase current fluctuation component directly from the single bus current detector 9. Therefore, the estimation of the rotor position of the
以上のように、本発明の実施の形態3では、回転機1を位置センサレスで駆動できることに加えて、インバータ3の電流検出器を1つにすることができ、小型・低コストな回転機制御装置を構成することができる。
As described above, in
なお、以上の各実施の形態例では、本発明を直流電源1の正側に接続されたスイッチング素子の動作を基準としてオン信号パルスをシフトさせる方式を説明したが、直流電源1の負側に接続されたスイッチング素子の動作を基準としてもよいことは言うまでもない。
また、本発明のオンオフ信号作成手段7は、電流指令と回転機電流と回転子位置とを入力して動作する電流制御手段6の出力である電圧指令に基づき各相のオンオフ信号を作成するものとしたが、これに限られるものではなく、本発明は、少なくとも指令値と回転子位置を入力して作成される信号に基づいて各相のオンオフ信号を作成するものにも同様に適用することができる。
In each of the above embodiments, the method of shifting the ON signal pulse based on the operation of the switching element connected to the positive side of the
The on / off signal generating means 7 of the present invention generates an on / off signal for each phase based on a voltage command which is an output of the current control means 6 which operates by inputting a current command, a rotating machine current and a rotor position. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is similarly applied to an apparatus for creating an on / off signal for each phase based on a signal created by inputting at least a command value and a rotor position. Can do.
また、本発明の回転機1は埋込磁石型の同期機として説明したが、シンクロナスリラクタンス型の同期機など他の同期機においても、本発明を適用できることは言うまでもない。
更に、本発明の直流電源とは、バッテリーやダイオード整流回路、PWMコンバータなど様々なものが考えられる。
Although the
Furthermore, various things, such as a battery, a diode rectifier circuit, and a PWM converter, can be considered as the DC power source of the present invention.
1 回転機、2 直流電源、3 インバータ、4 電流検出器、5 位置推定手段、
6 電流制御手段、7 オンオフ信号作成手段、8 回転機制御装置、
9 母線電流検出器、10 出力電流再生手段。
1 rotating machine, 2 DC power supply, 3 inverter, 4 current detector, 5 position estimation means,
6 current control means, 7 on / off signal creation means, 8 rotating machine control device,
9 Bus current detector, 10 Output current regeneration means.
Claims (5)
前記変動電流成分検出手段は、前記第1および第2のスイッチング周期の前記オン信号パルス発生期間内で設定された所定の検出タイミングにおける前記電流検出手段の出力差を前記電流変動成分とすることを特徴とする請求項1記載の回転機制御装置。 The on-signal pulse shifting means determines the generation timing of the on-signal pulse in a specific first switching period and the generation timing of the on-signal pulse in a second switching period subsequent to the first switching period. Shift the phase for the same amount of time,
The fluctuation current component detection means uses, as the current fluctuation component, an output difference of the current detection means at a predetermined detection timing set within the ON signal pulse generation period of the first and second switching periods. The rotating machine control device according to claim 1, wherein:
前記変動電流成分検出手段は、前記オン信号パルスシフト手段によるシフト動作繰り返し周期の信号を通過させるフィルタを備え、前記電流検出手段から前記フィルタを介して得られる信号を前記電流変動成分とすることを特徴とする請求項1記載の回転機制御装置。 The on-signal pulse shifting means determines the generation timing of the on-signal pulse in a specific first switching period and the generation timing of the on-signal pulse in a second switching period subsequent to the first switching period. Repeat the operation of shifting by the same time in the phase,
The fluctuation current component detection means includes a filter that allows a signal having a repetition period of a shift operation by the ON signal pulse shift means to pass, and a signal obtained from the current detection means through the filter is the current fluctuation component. The rotating machine control device according to claim 1, wherein:
前記電流検出手段は、前記直流電源と前記インバータとの間に挿入され前記直流電源の電流を検出する電流検出器、および前記電流検出器の出力を前記各相のオン信号パルスの時間帯でサンプリングすることにより各相の出力電流を再生演算する出力電流再生手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回転機制御装置。 The on / off signal creating means creates the on / off signal so that the on signal pulses of each phase do not overlap in time in each switching period,
The current detecting means is inserted between the DC power supply and the inverter to detect the current of the DC power supply, and the output of the current detector is sampled in the time zone of the ON signal pulse of each phase 4. The rotating machine control device according to claim 1, further comprising an output current regeneration unit configured to regenerate and calculate an output current of each phase. 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009214418A JP2011066990A (en) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | Control device of rotating machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009214418A JP2011066990A (en) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | Control device of rotating machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011066990A true JP2011066990A (en) | 2011-03-31 |
Family
ID=43952634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009214418A Pending JP2011066990A (en) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | Control device of rotating machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011066990A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015141482A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 日立オートモティブシステムズステアリング株式会社 | Power steering device and control device for power steering device |
CN108574434A (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 株式会社东芝 | Integrated circuit |
-
2009
- 2009-09-16 JP JP2009214418A patent/JP2011066990A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015141482A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 日立オートモティブシステムズステアリング株式会社 | Power steering device and control device for power steering device |
JP2015178328A (en) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | 日立オートモティブシステムズステアリング株式会社 | Power steering system and control unit for power steering systems |
US9906174B2 (en) | 2014-03-19 | 2018-02-27 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Power steering device and control device for power steering device |
CN108574434A (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 株式会社东芝 | Integrated circuit |
CN108574434B (en) * | 2017-03-14 | 2021-09-14 | 株式会社东芝 | Integrated circuit with a plurality of transistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101809857B (en) | Controller of rotary electric machine | |
JP4866216B2 (en) | Power converter | |
JP5348153B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP5900600B2 (en) | Electric motor magnetic pole position estimation device and control device using the same | |
JP2013066254A (en) | Motor controller | |
JPWO2019008676A1 (en) | Inverter device and electric power steering device | |
JP5333256B2 (en) | AC rotating machine control device | |
JP2018153028A (en) | Integrated circuit | |
WO2012066800A1 (en) | Electric current detection device and motor control device | |
JP5951208B2 (en) | Motor control device | |
JP2007151344A (en) | Magnetic pole position estimating method, motor speed estimating method, and motor controller | |
JP2008206330A (en) | Device and method for estimating magnetic pole position of synchronous electric motor | |
JP2011066990A (en) | Control device of rotating machine | |
JP2011217575A (en) | Power conversion apparatus | |
JP2017041965A (en) | Control device for rotary machine | |
JP6458684B2 (en) | Power control method and power control apparatus | |
JP6116449B2 (en) | Electric motor drive control device | |
JP2004023920A (en) | Ac motor controller | |
JP5538649B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP6756293B2 (en) | Rotating machine control device and control method | |
JP7385776B2 (en) | Electric motor control device | |
JP6447373B2 (en) | Rotating machine control device | |
JP6477397B2 (en) | Power control method and power control apparatus | |
JP6458683B2 (en) | Power control method and power control apparatus | |
JP2003274688A (en) | Method and apparatus for controlling inverter |