JP2013192396A - Motor drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a motor driving apparatus that drives a permanent magnet synchronous motor.
複数の相巻線を有するステータおよび複数の永久磁石を有するロータからなる永久磁石同期モータ(ブラシレスDCモータともいう)を駆動するモータ駆動装置は、各相巻線に対する電力供給用のインバータを備え、起動時、各相巻線を直流励磁してロータの位置決めを行い、この後、ロータ軸上の界磁軸(d軸)座標に換算された界磁成分電流(d軸電流)Idを各相巻線に印加して強制転流を行う。この起動の完了後、各相巻線に流れる電流(相電流)を検出し、その検出結果に基づいてロータ速度(=角速度)を推定し、この推定ロータ速度が目標速度となるよう上記インバータを制御するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行う。 A motor drive device for driving a permanent magnet synchronous motor (also referred to as a brushless DC motor) comprising a stator having a plurality of phase windings and a rotor having a plurality of permanent magnets includes an inverter for supplying power to each phase winding, At startup, each phase winding is DC-excited to position the rotor, and then the field component current (d-axis current) Id converted to the field axis (d-axis) coordinates on the rotor axis is set for each phase. Apply to the winding to perform forced commutation. After the start-up is completed, the current (phase current) flowing in each phase winding is detected, the rotor speed (= angular speed) is estimated based on the detection result, and the inverter is operated so that the estimated rotor speed becomes the target speed. So-called sensorless vector control is performed.
このセンサレス・ベクトル制御では、モータ定数として予め定められている永久磁石同期モータのインダクタンスがロータ速度やロータ位置の推定に用いられる。 In this sensorless vector control, the inductance of a permanent magnet synchronous motor, which is predetermined as a motor constant, is used to estimate the rotor speed and rotor position.
永久磁石同期モータのインダクタンスは、モータ個々の製造ばらつき、据付環境、運転条件、経年変化などの影響により、変化する。このインダクタンスのばらつきを無視したままでは、ロータ速度を適切に制御することができず、永久磁石同期モータの運転性能を存分に発揮できない。 The inductance of a permanent magnet synchronous motor changes due to the influence of manufacturing variations of individual motors, installation environment, operating conditions, aging, and the like. If this variation in inductance is ignored, the rotor speed cannot be controlled appropriately, and the operation performance of the permanent magnet synchronous motor cannot be fully exhibited.
本発明の実施形態の目的は、モータのインダクタンスのばらつきに影響を受けることなくモータの速度を適切に制御することができる信頼性にすぐれたモータ駆動装置を提供することである。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a highly reliable motor drive device that can appropriately control the speed of a motor without being affected by variations in inductance of the motor.
請求項1のモータ駆動装置は、交流電圧を直流に変換しその直流電圧をスイッチングにより交流に変換してモータへの駆動電圧として出力するインバータと、前記モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出する検出手段と、第1制御手段と、第2制御手段とを備える。第1制御手段は、少なくとも前記検出手段の検出電流および前記モータのインダクタンスに基づいて前記モータのロータ速度を推定し、この推定ロータ速度が目標速度となるよう前記インバータのスイッチングを制御する。第2制御手段は、前記界磁成分電流または前記トルク成分電流に対応付けた前記インダクタンスの値の選定上限値および選定下限値からなる選定範囲内で前記検出手段の検出電流に対応する前記インダクタンスの適正値を選定し、選定した適正値を前記インダクタンスの値として前記第1制御手段によるロータ速度の推定に供するとともに、その推定に供する適正値を前記推定ロータ速度と前記目標速度とのずれが小さくなる方向に前記選定範囲内で逐次に探索して補正する。 The motor driving device according to claim 1 converts an alternating voltage into a direct current, converts the direct current voltage into an alternating current by switching, and outputs it as a driving voltage to the motor, and a field component current and a torque component current in the motor. Detection means for detecting, first control means, and second control means. The first control means estimates the rotor speed of the motor based on at least the detection current of the detection means and the inductance of the motor, and controls switching of the inverter so that the estimated rotor speed becomes a target speed. The second control means is configured to control the inductance corresponding to the detection current of the detection means within a selection range including a selection upper limit value and a selection lower limit value of the inductance value associated with the field component current or the torque component current. An appropriate value is selected, and the selected appropriate value is used as the inductance value for estimation of the rotor speed by the first control means, and the appropriate value used for the estimation is small in deviation between the estimated rotor speed and the target speed. In this direction, the search is sequentially performed within the selected range and corrected.
[1]以下、第1実施形態について図面を参照して説明する。
モータ駆動装置は、圧縮機やファンの駆動モータとして使用される永久磁石同期モータ(ブラシレスDCモータともいう)を駆動するもので、図1の構成を有する。
[1] A first embodiment will be described below with reference to the drawings.
The motor driving device drives a permanent magnet synchronous motor (also referred to as a brushless DC motor) used as a driving motor for a compressor or a fan, and has the configuration shown in FIG.
10は商用交流電源で、その商用交流電源10の交流電圧が整流回路11により直流電圧に変換され、その直流電圧が平滑コンデンサ12に印加される。この平滑コンデンサ12の電圧がスイッチング回路13のスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換される。このスイッチング回路3の出力が、永久磁石同期モータ20に駆動電力として供給される。これら整流回路11、平滑コンデンサ12、およびスイッチング回路13により、インバータが構成される。
永久磁石同期モータ20は、上記インバータの出力端に接続される入力端子21、複数の相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ(電機子)22、複数たとえば2極モータとして、4つの永久磁石が埋設されたロータ(回転子)23を有する。
The permanent magnet
上記スイッチング回路13は、各々に還流用のダイオードが逆並列接続された2つのスイッチング素子を直列に接続した回路を1相分とし、その直列回路を三相分設けたもので、各相における正側スイッチング素子と負側スイッチング素子との接続点が永久磁石同期モータ20の各相巻線にそれぞれ接続される。このスイッチング回路13の出力端と永久磁石同期モータ20の入力端子21との間のU相通電路、V相通電路、W相通電路に、永久磁石同期モータ20の相巻線Lu,Lv,Lwに流れる電流(相電流)を検知する電流センサである電流トランス31,32,33が配設される。この電流トランス31,32,33の出力がモータ制御部として機能するMCU40に供給される。
The
コントロールユニットであるMCU40は、空気調和機の制御部から指令される目標速度(指令速度ともいう)ωrefに応じたセンサレス・ベクトル制御により上記インバータのスイッチングを制御するもので、主要な機能として次の(1)〜(3)の手段を有する。
The
(1)電流トランス31,32,33によって検出された三相分の電流値から、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上の界磁軸(d軸)座標およびトルク軸(q軸)座標にそれぞれ換算された界磁成分電流(d軸電流ともいう)Idおよびトルク成分電流(q軸電流ともいう)Iqを検出する検出手段。
(1) From the current values for the three phases detected by the
(2)少なくとも上記検出手段の検出電流および永久磁石同期モータ20のインダクタンスに基づいて永久磁石同期モータ20のロータ速度ωestを推定し、この推定ロータ速度ωestが上記目標速度ωrefとなるよう上記インバータのスイッチングを制御する第1制御手段。
(2) The rotor speed ωest of the permanent magnet
(3)永久磁石同期モータ20のインダクタンスの値について、界磁成分電流またはトルク成分電流に対応付けたインダクタンスの値の選定上限値および選定下限値からなる予め設定された選定範囲内で上記検出手段の検出電流に対応するインダクタンスの適正値を選定し、選定した適正値を永久磁石同期モータ20の実際の値として上記第1制御手段によるロータ速度ωestの推定に供するとともに、その推定に供する適正値を推定ロータ速度ωestと目標速度ωrefとのずれが小さくなる方向に上記選定範囲内で逐次に探索して補正する第2制御手段。
(3) With respect to the inductance value of the permanent magnet
すなわち、MCU40は、具体的には、上記検出手段として機能する電流検出部41を有するとともに、上記第1および第2制御手段として機能する推定演算部42、積分部43、減算部44、PI制御部45、減算部46、演算部47、減算部48、PI制御部49、PI制御部50、PWM信号生成部51、記憶部52を有する。
Specifically, the
電流検出部41は、電流トランス31,32,32の検知電流および積分部43から供給される推定ロータ位置θestに基づく演算により、界磁成分電流Idおよびトルク成分電流Iqを検出する。この検出結果が推定演算部42に供給される。推定演算部42は、界磁成分電流Id、トルク成分電流Iq、後述の界磁成分電圧Vdおよびトルク成分電圧Vqに基づく演算により、永久磁石同期モータ20のロータ速度ωestを推定する。この推定ロータ速度ωestが積分部43および減算部44に供給される。
The
積分部43は、推定ロータ速度ωestを積分することにより、推定ロータ位置θestを得る。この推定ロータ位置θestが電流検出部41およびPWM信号生成部51に供給される。減算部44は、外部から入力される目標速度ωrefから推定ロータ速度ωestを減算する。この減算結果が速度ずれ量ωerrとしてPI制御部45に供給される。PI制御部45は、速度ずれ量ωerrを比例・積分演算することにより、トルク成分電流Iqの目標値Iqrefを得る。この目標値Iqrefが減算部46および演算部47に供給される。
The integrating
演算部47は、目標値Iqrefを界磁成分電流Idの目標値Idrefに変換する。この目標値Idrefが減算部48に供給される。減算部48は、目標値Idrefから界磁成分電流Idを減算する。この減算により得られる電流差ΔIdがPI制御部49に供給される。PI制御部49は、電流差ΔIdを比例・積分演算することにより、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上のd軸座標に換算された界磁成分電圧Vdを得る。この界磁成分電圧Vdが推定演算部42およびPWM信号生成部51に供給される。減算部46は、目標値Iqrefからトルク成分電流Iqを減算する。この減算により得られる電流差ΔIqがPI制御部50に供給される。PI制御部50は、電流差ΔIqを比例・積分演算することにより、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上のq軸座標に換算されたトルク成分電圧Vqを得る。このトルク成分電圧Vqが推定演算部42およびPWM信号生成部51に供給される。
The
PWM信号生成部51は、入力される推定ロータ位置θest、界磁成分電圧Vd、トルク成分電圧Vqに基づいて、永久磁石同期モータ20の各相巻線に対する駆動電圧Vu,Vv,Vwを上記インバータから出力させるのに必要なPWM信号を生成する。このPWM信号により、上記スイッチング回路13の各スイッチング素子がオン,オフ駆動される。
The PWM
このようなMCU40のセンサレス・ベクトル制御において、界磁成分電圧Vdおよびトルク成分電圧Vqは次の式で表わされる。
Vd=(R+PLd)・Id−ω・Lq・Iq+Ed
Vq=ω・Ld・Id+(R+PLq)・Iq+Eq
Rは電機子抵抗、Pは微分(=d/dt)、ωはモータ軸の電気的回転速度、Lqはステータ22のq軸インダクタンス、Edはd軸の誘起電圧、Ldはステータ22のd軸インダクタンス、Eqはq軸の誘起電圧(=ω・φ)である。なお、電機子抵抗は、インバータの出力が3相変調の場合、1つの相巻線の抵抗の2倍の値、また2相変調で1相(下相)100%通電方式の場合には、巻線への通電パターンとして下側が並列となることから1つの相巻線の抵抗の1.5倍の値が用いられる。
In such sensorless vector control of the
Vd = (R + PLd) · Id−ω · Lq · Iq + Ed
Vq = ω · Ld · Id + (R + PLq) · Iq + Eq
R is the armature resistance, P is the differential (= d / dt), ω is the electric rotational speed of the motor shaft, Lq is the q-axis inductance of the stator 22, Ed is the induced voltage of the d-axis, and Ld is the d-axis of the stator 22. The inductance, Eq, is an induced voltage (= ω · φ) on the q axis. Note that the armature resistance is twice the value of the resistance of one phase winding when the output of the inverter is three-phase modulation, or in the case of a one-phase (lower phase) 100% energization method with two-phase modulation, Since the lower side is parallel as the energization pattern for the winding, a value 1.5 times the resistance of one phase winding is used.
PLdとPLqは、微分項なので、定常状態では零となる。センサレス・ベクトル制御では、界磁軸(d軸)を基準にして各相巻線電流(電機子電流)が制御されるので、d軸の誘起電圧Edは基本的に零となるように制御される。
Vd=R・Id−ω・Lq・Iq
ω=(R・Id−Vd)/(Lq・Iq)
Vq=ω・Ld・Id+R・Iq+ω・φ
Vq−R・Iq=ω・Ld・Id+ω・φ
ω・(Ld・Id+φ)=Vq−R/Iq
ω=(Vq−R・Iq)/(Ld・Id+φ)
d軸の回路方程式が成り立つように、推定演算部42において推定ロータ速度ωestの演算が行われる。一方、d軸の誘起電圧Edは基本的に零となるように制御されるのであるが、推定ロータ速度ωestの演算のパラメータであるステータ22のq軸インダクタンスLqやd軸インダクタンスLdが実際の値と異なっていると、d軸の誘起電圧Edが零とならない。このd軸の誘起電圧Edは、推定値Ed^として、次のように求めることができる。
Ed^=Vd−(Id・R−ωest・Iq・Lq)
この推定値Ed^のPI制御により、速度ずれ量ωerrを推定することができる。
ωerr=PI(Ed^)
記憶部52は、例えば書替可能な不揮発性メモリであり、永久磁石同期モータ20に固有のq軸インダクタンスLqおよびd軸インダクタンスLdの最初の初期値Lq,Ldをモータ定数として記憶するとともに、q軸インダクタンスLqの初期適正値Lq-refとトルク成分電流Iqとの対応付けおよびd軸インダクタンスLdの初期適正値Ld-refと界磁成分電流Idとの対応付けをモータ定数として記憶し、さらに図2に示すインダクタンスの選定範囲を記憶している。このインダクタンスの選定範囲は、永久磁石同期モータ20のq軸インダクタンスLqの適正値Lq-refの選定上限値Lq-high(=初期適正値Lq-ref+Lqa)および選定下限値Lq-low(=初期適正値Lq-ref−Lqb)をトルク成分電流Iqに対応付けるとともに、永久磁石同期モータ20のd軸インダクタンスLdの適正値Ld-refの選定上限値Ld-high(=初期適正値Ld-ref+Lda)および選定下限値Ld-low(=初期適正値Ld-ref−Ldb)を界磁成分電流Idに対応付けたデータテーブルである。すなわち、q軸インダクタンスLqの適正値Lq-refは、トルク成分電流Iqで決まる選定上限値Lq-highおよび選定下限値Lq-lowの間で選定されることになる。同様にd軸インダクタンスLdの適正値Ld-refは、界磁成分電流Idで決まる選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowの間で選定される。なお、q軸インダクタンスLqの初期適正値Lq-refは、選定上限値Lq-highと選定下限値Lq-lowの中心値が用いられ、d軸インダクタンスLdの初期適正値Ld-refは、選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowの中心値が用いられる。
Since PLd and PLq are differential terms, they are zero in a steady state. In sensorless vector control, each phase winding current (armature current) is controlled on the basis of the field axis (d-axis), so the induced voltage Ed on the d-axis is basically controlled to be zero. The
Vd = R · Id−ω · Lq · Iq
ω = (R · Id−Vd) / (Lq · Iq)
Vq = ω · Ld · Id + R · Iq + ω · φ
Vq−R · Iq = ω · Ld · Id + ω · φ
ω · (Ld · Id + φ) = Vq−R / Iq
ω = (Vq−R · Iq) / (Ld · Id + φ)
The estimated rotor speed ωest is calculated in the estimated
Ed ^ = Vd− (Id · R−ωest · Iq · Lq)
The speed deviation amount ωerr can be estimated by PI control of the estimated value Ed ^.
ωerr = PI (Ed ^)
The
当初はq軸インダクタンスLqおよびd軸インダクタンスLdとしての記憶部52内の初期値Ld,Ldを用いた運転が開始され、続いて最初の適正値として記憶部52内の初期適正値Lq-ref、Ld-refが選定されるが、運転中には、後述するように選定上限値Lq-highおよび選定下限値Lq-lowの選定範囲内で適切な適正値Lq-refが選定されるとともに、選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowの選定範囲内で適切な適正値Lq-refが選定される。なお、初期値Lq-refは、当然、選定上限値Lq-highおよび選定下限値Lq-lowの間にあり、初期値Ld-refは、当然、選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowの間にある。
Initially, the operation using the initial values Ld and Ld in the
q軸インダクタンスLqの適正値の選定範囲、すなわち、選定上限値Lq-highおよび選定下限値Lq-lowの値とトルク成分電流Iqとの対応付け、およびd軸インダクタンスLdの適正値の選定範囲、すなわち、選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowの値と界磁成分電流Idとの対応付けについては、対象となく駆動モータのばらつきや運転温度範囲等の要素の変動範囲に基づき実験により予め確かめられている。 Selection range of appropriate values of q-axis inductance Lq, that is, correspondence between values of selection upper limit value Lq-high and selection lower limit value Lq-low and torque component current Iq, and selection range of appropriate value of d-axis inductance Ld, In other words, the correspondence between the selection upper limit value Ld-high and the selection lower limit value Ld-low and the field component current Id is not based on an experiment based on the variation range of elements such as variations in the drive motor and operating temperature range. Is confirmed in advance.
q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとを比較すると、一般的に埋込型の永久磁石同期モータにように逆突極性のあるモータではq軸インダクタンスLqはd軸インダクタンスLdよりも大きい。また、q軸インダクタンスLqはd軸インダクタンスLdに比べて電流による変化が大きい。したがって、埋込型の永久磁石同期モータにおけるセンサレス・ベクトル制御に与える影響は、q軸インダクタンスLqの方がd軸インダクタンスLdに比べ大きいといえる。このため、q軸インダクタンスLqの最適値を選定することを優先することが望ましい。 Comparing the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq is generally larger than the d-axis inductance Ld in a motor having reverse saliency, such as an embedded permanent magnet synchronous motor. Further, the q-axis inductance Lq has a larger change due to the current than the d-axis inductance Ld. Accordingly, it can be said that the influence on the sensorless vector control in the embedded permanent magnet synchronous motor is greater in the q-axis inductance Lq than in the d-axis inductance Ld. For this reason, it is desirable to give priority to selecting the optimum value of the q-axis inductance Lq.
推定演算部42は、図3のフローチャートに示す処理を実行する。
The
すなわち、永久磁石同期モータ20の起動時(ステップ101のYES)、記憶部52内のモータ定数であるq軸インダクタンスLqの初期値Lqおよびd軸インダクタンスLdの初期値Ldを用いた演算によりロータ速度ωestを推定する(ステップ102)。続いて、記憶部52内のインダクタンスの選定範囲を電流検出部41の検出電流であるトルク成分電流Iqに基づいて参照することにより永久磁石同期モータ20のq軸インダクタンスLqの初期適正値Lq-refを選定し(ステップ103)、選定した初期適正値Lq-refをq軸インダクタンスLqの実際の値としてロータ速度ωestの推定演算を続ける(ステップ104)。推定演算に必要なd軸インダクタンスLdについては、記憶部52内のモータ定数をそのまま用いる。
That is, when the permanent
続いて、界磁成分電圧Vd、界磁成分電流Id、電機子抵抗R、推定ロータ速度ωest、トルク成分電流Iq、および適正値Lq-ref(最初は初期適正値でその後は更新値)を用いる下式の演算により、誘起電圧Edの推定値Ed^を求める(ステップ105)。
Ed^=Vd−(Id・R−ωest・Iq・Lq-ref)
そして、図4および図5に示すように、求めた推定値Ed^が小さくなる方向、つまり推定ロータ速度ωestと目標速度ωrefとのずれωerrが小さくなる方向に、適正値Lq-refをいわゆる山登り法の要領で逐次に探索する(ステップ106)。具体的には、その時点の適正値Lq-refに対してわずかな値(Δl)だけ増加させた値の適正値Lq-ref(=その時点の適正値Lq-ref+Δl)を出力し、その結果、推定値Ed^が小さくなれば、さらにΔlだけ増加させたLq-ref(=その時点の適正値Lq-ref+Δl)を出力させることを繰り返す。一方、Ed^が大きくなれば、Δlだけ減少させた適正値Lq-ref(=その時点の適正値Lq-ref―Δl)を出力させることを繰り返す。これを繰り返すことで、推定値Ed^が最小となる適正値Lq-refを見出すことができる。すなわち、適正値Lq-refを+か−のいずれかの方向にわずかに変化させ、その結果、速度のずれ量ωerr(Ed^)が小さくなれば、さらにその方向に適正値Lq-refを変化させ、逆に速度のずれ量ωerr(Ed^)が大きくなれば、逆方向に適正値Lq-refを変化させ、最終的に速度のずれ量ωerr(Ed^)が最も小さくなる適正値Lq-refとなるまでインダクタンスの値の変更を逐次繰り返す。
Subsequently, the field component voltage Vd, the field component current Id, the armature resistance R, the estimated rotor speed ωest, the torque component current Iq, and the appropriate value Lq-ref (the initial appropriate value and then the updated value) are used. An estimated value Ed ^ of the induced voltage Ed is obtained by the calculation of the following equation (step 105).
Ed ^ = Vd- (Id.R-.omega.est.Iq.Lq-ref)
Then, as shown in FIGS. 4 and 5, the appropriate value Lq-ref is so-called hill-climbed in the direction in which the obtained estimated value Ed ^ decreases, that is, in the direction in which the difference ωerr between the estimated rotor speed ωest and the target speed ωref decreases. The search is sequentially performed in the manner of the law (step 106). Specifically, the appropriate value Lq-ref (= the appropriate value Lq-ref + Δl at that time), which is a value increased by a slight value (Δl) with respect to the appropriate value Lq-ref at that time, is output, and the result When the estimated value Ed ^ becomes smaller, the output of Lq-ref (= the appropriate value Lq-ref + Δl at that time) further increased by Δl is repeated. On the other hand, when Ed ^ increases, the output of the appropriate value Lq-ref (= the appropriate value Lq-ref-Δl at that time) decreased by Δl is repeated. By repeating this, it is possible to find an appropriate value Lq-ref that minimizes the estimated value Ed ^. That is, the appropriate value Lq-ref is slightly changed in either the + or − direction, and as a result, if the speed deviation amount ωerr (Ed ^) is reduced, the appropriate value Lq-ref is further changed in that direction. Conversely, if the speed deviation amount ωerr (Ed ^) increases, the appropriate value Lq-ref is changed in the reverse direction, and finally the appropriate value Lq− where the speed deviation amount ωerr (Ed ^) becomes the smallest. Repeatedly change the inductance value until ref.
図4,図5では、それぞれ同じトルク成分電流Iq電流、界磁成分電流Idの状態における探索結果をLqxとして示し、その探索結果Lqxの移行を矢印で示している。図4は探索結果Lqxが初期適正値Lq-refより低い側に移っていき、図5は探索結果Lqxが初期適正値Lq-refより高い側に移っていく例を示す。 4 and 5, search results in the same torque component current Iq current and field component current Id state are indicated as Lqx, and the transition of the search result Lqx is indicated by an arrow. FIG. 4 shows an example in which the search result Lqx moves to a lower side than the initial appropriate value Lq-ref, and FIG. 5 shows an example in which the search result Lqx moves to a higher side than the initial appropriate value Lq-ref.
図2のインダクタンスの選定範囲において、適正値Lq-refの選定上限値Lq-highおよび選定下限値Lq-lowは、図6に拡大して示すように、トルク成分電流Iqの所定幅Iqaごとに段階的に設定され、その所定幅ごとに矩形状の選定範囲を形成する。適正値Ld-refの選定上限値Ld-highおよび選定下限値Ld-lowも、同様に、界磁成分電流Idの所定幅Idaごとに段階的に設定され、その所定幅ごとに矩形状の選定範囲を形成する。 In the inductance selection range of FIG. 2, the selection upper limit value Lq-high and the selection lower limit value Lq-low of the appropriate value Lq-ref are, as shown in an enlarged view in FIG. 6, for each predetermined width Iqa of the torque component current Iq. It is set stepwise, and a rectangular selection range is formed for each predetermined width. Similarly, the selection upper limit value Ld-high and the selection lower limit value Ld-low of the appropriate value Ld-ref are set stepwise for each predetermined width Ida of the field component current Id, and a rectangular shape is selected for each predetermined width. Form a range.
図6のようにトルク成分電流Iqの増加と同時に探索結果Lqxが下降方向に移っていくとき、新たな探索結果Lqxが各選定範囲のいずれかに存すれば(ステップ107のYES)、その新たな探索結果Lqxをそのまま今回の探索結果としてそれを適正値Lq-refの更新値とするとともに(ステップ108)、その今回の探索結果Lqxを次の探索の始点とする(ステップ109)。 When the search result Lqx moves in the downward direction simultaneously with the increase of the torque component current Iq as shown in FIG. 6, if the new search result Lqx exists in any of the selection ranges (YES in step 107), the new The current search result Lqx is used as the current search result as it is, and is used as the updated value of the appropriate value Lq-ref (step 108), and the current search result Lqx is used as the start point of the next search (step 109).
ただし、探索結果Lqxが下降方向に移っていくとき、図7に示すように、新たな探索結果Lqxが他の選定範囲の選定上限値Lq-highを超えるところに存する場合は(ステップ107のNO、ステップ111のYES)、その新たな探索結果Lqxの近傍の選定上限値Lq-highを今回の探索結果としてそれを適正値Lq-refの更新値とするとともに(ステップ112)、その今回の探索結果である選定上限値Lq-highを次の探索の始点とする(ステップ113)。
However, when the search result Lqx moves in the downward direction, as shown in FIG. 7, when the new search result Lqx exceeds the selection upper limit Lq-high of another selection range (NO in step 107). In
図8に示すように、トルク成分電流Iqの減少と同時に探索結果Lqxが上昇方向に移っていくとき、新たな探索結果Lqxが他の選定範囲の選定下限値Lq-lowを下回るところに存する場合は(ステップ107のNO、ステップ111のNO)、その新たな探索結果Lqxの近傍の選定下限値Lq-lowを今回の探索結果としてそれを適正値Lq-refの更新値とするとともに(ステップ114)、その今回の探索結果である選定下限値Lq-lowを次の探索の始点とする(ステップ115)。
As shown in FIG. 8, when the search result Lqx moves in the upward direction simultaneously with the decrease of the torque component current Iq, the new search result Lqx is below the selection lower limit value Lq-low of the other selection range. (NO in
永久磁石同期モータ20の駆動が続く状態にあれば(ステップ110のNO)、適正値Lq-refの更新値を用いた推定演算を続ける(ステップ104)。そして、永久磁石同期モータ20の停止に際し(ステップ110のYES)、処理終了となる。
If the permanent
永久磁石同期モータ20のq軸インダクタンスLqおよびd軸インダクタンスLdは、モータ個々の製造ばらつき、据付環境、運転条件、経年変化などの影響により、変化する。このq軸インダクタンスLqおよびd軸インダクタンスLdのばらつきを無視したままでは、永久磁石同期モータ20のロータ速度を適切に制御することができず、永久磁石同期モータ20の運転性能を存分に発揮できない事態となる。
The q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld of the permanent
上記のように、q軸インダクタンスLqの適正値Lq-refを誘起電圧Edの推定値Ed^が小さくなる方向、つまり推定ロータ速度ωestと目標速度ωrefとのずれが小さくなる方向に逐次に探索しながら補正することで、たとえq軸インダクタンスLqにばらつきが生じても、最適なq軸インダクタンスLqを選定することができ、永久磁石同期モータ20のロータ速度を適切に制御することができる。これにより、永久磁石同期モータ20の運転性能を存分に発揮することができる。モータ駆動装置としての信頼性も向上する。また、適正値の選定において、上限値と下限値を設定しているため、インダクタンスの値は、その上限値と下限値の範囲内で選定され、このモータや巻線に何らかの異常等が発生した時に、異常な値のインダクタンスを選定するようなことはない。
As described above, the proper value Lq-ref of the q-axis inductance Lq is sequentially searched in the direction in which the estimated value Ed ^ of the induced voltage Ed decreases, that is, in the direction in which the deviation between the estimated rotor speed ωest and the target speed ωref decreases. However, even if the q-axis inductance Lq varies, the optimum q-axis inductance Lq can be selected and the rotor speed of the permanent
記憶部52内の初期適正値Lq-refおよびインダクタンスの選定範囲は書替可能なので、負荷である永久磁石同期モータ20に修理や交換など何らかの変更があっても、それに適応して永久磁石同期モータ20の高い運転性能を維持することができる。
Since the initial appropriate value Lq-ref and the selection range of the inductance in the
なお、上記実施形態では、センサレス・ベクトル制御に与える影響が大きいq軸インダクタンスLqの適正値Lq-refについてのみ選定・探索・補正を行う構成としたが、それに加え、q軸インダクタンスLqと同様にd軸インダクタンスLdの適正値Ld-refについても選定・探索・補正を行う構成としてもよい。q軸及びd軸インダクタンスの両方を同時に補正していくと収束が難しくなるので、同じトルク成分電流Iqの範囲にある状態で、まずはq軸インダクタンスLqの適正値Lq-refを探索し、これが適切な範囲に収束したところで、q軸インダクタンスLqを適正値Lq-refに固定し、その後、d軸インダクタンスの適正値Lq-refを探索すれば、安定して探索を行なうことができる。 In the above embodiment, only the appropriate value Lq-ref of the q-axis inductance Lq that has a great influence on the sensorless vector control is selected, searched, and corrected. An appropriate value Ld-ref of the d-axis inductance Ld may be selected, searched, and corrected. When both the q-axis and d-axis inductances are corrected simultaneously, convergence becomes difficult. First, in the state where the torque component current Iq is within the range, an appropriate value Lq-ref of the q-axis inductance Lq is searched and this is appropriate. When the q-axis inductance Lq is fixed to the appropriate value Lq-ref after the convergence to a certain range and then the appropriate value Lq-ref of the d-axis inductance is searched, the search can be performed stably.
また、インダクタンスの選定範囲としてデータテーブルを用いたが、そのインダクタンス選定範囲における初期適正値Lq-ref、選定上限値Lq-high、選定下限値Lq-low、初期適正値Ld-ref、選定上限値Ld-high、選定下限値Ld-lowと電流Iq,Idとの対応付けを電流Iq,Idの関数として表わす図9の関数データをデータベースに代えて保持してもよい。この関数は、トルク成分電流Iqの変化に応じて標準条件で試験した結果得られた適正なq軸インダクタンスLqの適正値Lq-refをプロットした点を接続する近似曲線式で構成される。すなわち、q軸インダクタンスLqの初期適正値Lq-refの関数は、トルク成分電流Iq1と初期適正値Lq-ref2の交点およびトルク成分電流Iq2と初期適正値Lq-ref1の交点を結ぶ曲線となる。そして、特定のトルク成分電流Iqnにおける選定上限値Lq-highn、選定下限値Lq-lownは、この初期適正値Lq-refの関数によって算出された特定のトルク成分電流Iqnにおける初期適正値Lq-refnに所定値Lqaだけ加算及びLqbだけ減産した値、選定上限値Lq-highn=Lq-refn+Lqa、選定下限値Lq-lown=Lq-refn−Lqb、として算定・保持できる。同様にd軸インダクタンスLdの初期適正値Ld-refも、界磁成分電流Idの変化に応じて標準条件で試験した結果得られた適正なd軸インダクタンスLdの適正値Ld-refnをプロットした点を接続した近似曲線式で構成される。この曲線上に界磁成分電流Id1と適正値Ld-ref2の交点および界磁成分電流Id2と適正値Ld-ref1も位置する。この場合も、特定の界磁成分電流Idnにおける選定上限値Ld-highn、選定下限値Ld-lownは、この初期適正値Ld-refの関数によって算出された特定の界磁成分電流Idnにおける初期適正値Ld-refnに所定値所定値Ldaだけ加算及びLdbだけ減産した値で算出・保持される。なお、これらの加減算値については、電流Id,Iqの大きさによって変化させてよい。 In addition, although a data table was used as the inductance selection range, the initial appropriate value Lq-ref, the selection upper limit value Lq-high, the selection lower limit value Lq-low, the initial appropriate value Ld-ref, and the selection upper limit value in the inductance selection range. The function data of FIG. 9 representing the correspondence between Ld-high, the selection lower limit Ld-low and the currents Iq, Id as a function of the currents Iq, Id may be held instead of the database. This function is configured by an approximate curve equation that connects points plotted with appropriate values Lq-ref of appropriate q-axis inductance Lq obtained as a result of testing under standard conditions in accordance with changes in torque component current Iq. That is, the function of the initial appropriate value Lq-ref of the q-axis inductance Lq is a curve connecting the intersection of the torque component current Iq1 and the initial appropriate value Lq-ref2, and the intersection of the torque component current Iq2 and the initial appropriate value Lq-ref1. The selection upper limit value Lq-highn and the selection lower limit value Lq-lown in the specific torque component current Iqn are the initial appropriate value Lq-refn in the specific torque component current Iqn calculated by the function of the initial appropriate value Lq-ref. Can be calculated and held as a value obtained by adding a predetermined value Lqa and reducing production by Lqb, a selection upper limit value Lq-highn = Lq-refn + Lqa, and a selection lower limit value Lq-lown = Lq-refn-Lqb. Similarly, the initial appropriate value Ld-ref of the d-axis inductance Ld is also plotted as the appropriate value Ld-refn of the appropriate d-axis inductance Ld obtained as a result of testing under standard conditions according to the change in the field component current Id. Consists of approximate curve formulas connected. On this curve, the intersection of the field component current Id1 and the appropriate value Ld-ref2 and the field component current Id2 and the appropriate value Ld-ref1 are also located. Also in this case, the selection upper limit value Ld-highn and the selection lower limit value Ld-lown in the specific field component current Idn are the initial appropriate values in the specific field component current Idn calculated by the function of the initial appropriate value Ld-ref. The value Ld-refn is calculated and held at a value obtained by adding a predetermined value Lda and reducing production by Ldb. Note that these addition / subtraction values may be changed depending on the magnitudes of the currents Id and Iq.
[2]第2実施形態について説明する。
この第2の実施形態においては、山登り法による応答の指標である速度のずれ量の算出パラメータを第1の実施形態から変更したもので、その他の構成は第1の実施形態と同じである。
[2] A second embodiment will be described.
In the second embodiment, the calculation parameter of the speed deviation amount which is an index of response by the hill-climbing method is changed from the first embodiment, and other configurations are the same as those of the first embodiment.
図10に示すように、減算部46の減算により得られる電流差ΔIq(=目標値Iqref−トルク成分電流の検出値Iq)が推定演算部42に供給される。電流差ΔIqは、推定ロータ速度ωestと目標速度ωrefとのずれ量に対応する。
As shown in FIG. 10, the current difference ΔIq (= target value Iqref−detected value Iq of torque component current) obtained by the subtraction of the
推定演算部42は、図11および図12に示すように、第1実施形態の推定値Ed^に代えて電流差ΔIqを用い、その電流差ΔIqが小さくなる方向、つまり推定ロータ速度ωestと目標速度ωrefとのずれが小さくなる方向に、適正値Lq-refをいわゆる山登り法の要領で逐次に探索する。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
弱め界磁制御が必要とされる高速度運転域を除き、通常の低速度から中速度の運転域では、界磁成分電流Idがわずかしか注入されない。したがって、モータの速度のずれ量の指標としては、目標値Idrefと界磁成分電流Idとの電流差ΔIdを用いるよりも、目標値Iqrefとトルク成分電流Iqとの電流差ΔIqを用いる方が都合がよい。
他の構成、制御、効果については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
Except for the high-speed operation range where field-weakening control is required, only a small amount of field component current Id is injected in the normal low-speed to medium-speed operation range. Therefore, it is more convenient to use the current difference ΔIq between the target value Iqref and the torque component current Iq as an index of the motor speed deviation amount than to use the current difference ΔId between the target value Idref and the field component current Id. Is good.
Other configurations, controls, and effects are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
[3]第3実施形態について説明する。
この第3実施形態は、第1実施形態に対し、トルク成分電流Iqまたは界磁成分電流Idが変化している状況における探索開始の初期適正値の決定方法が異なっている。
[3] A third embodiment will be described.
The third embodiment is different from the first embodiment in a method of determining an initial appropriate value for starting a search in a situation where the torque component current Iq or the field component current Id is changing.
この第3実施形態においては、推定演算部42は、図11のフローチャートに示すように、第1実施形態のステップ109の処理に代えてステップ201〜203の処理を行う。
すなわち、図12および図13に示すように、新たな探索結果Lqxを同じ選定範囲内での次の探索の始点とするとともに(ステップ201)、新たな探索結果Lqxを選定範囲ごとに最終探索結果Lqxnとして記憶部52に更新記憶する(ステップ202)。そして、もし選定範囲が移行するだけの大きさのトルク成分電流Iqが生じた場合、その新たな選定範囲において記憶部52に既に記憶されている最終探索結果Lqxnを、新たな選定範囲の探索移行に際しての最初の探索の開始点とするとともに、永久磁石同期モータ20が次に起動した際にステップ103で最初に選定される初期適正値として決めておく(ステップ203)。
In the third embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 11, the
That is, as shown in FIGS. 12 and 13, the new search result Lqx is set as the starting point of the next search within the same selection range (step 201), and the new search result Lqx is set as the final search result for each selection range. Lqxn is updated and stored in the storage unit 52 (step 202). If a torque component current Iq large enough to shift the selection range is generated, the final search result Lqxn already stored in the
図12は下降方向の探索移行を示し、図13は探索結果Lqxの上昇方向の探索移行を示す。 FIG. 12 shows the search transition in the downward direction, and FIG. 13 shows the search transition in the upward direction of the search result Lqx.
選定範囲ごとに過去の探索で選ばれた最終的な適正値である最終探索結果Lqxnを各選定範囲の相互間の探索移行に際しての最初の探索の開始点(初期適正値)とすることにより、探索結果Lqxが他の選定範囲に移行してからの探索が早くなる。 By using the final search result Lqxn, which is the final appropriate value selected in the past search for each selection range, as the starting point (initial appropriate value) of the first search when the search transition between the selection ranges is performed, The search after the search result Lqx shifts to another selection range is accelerated.
選定範囲ごとの最終探索結果をLqxnを永久磁石同期モータ20が次に起動した際に最初に選定する初期適正値として決めておくことにより、永久磁石同期モータ20が次に起動した場合の適正値の探索に要する時間を短縮できる。
By determining Lqxn as the initial appropriate value to be selected first when the permanent
また、選定範囲ごとの最終探索結果Lqxnを時間経過とともに記憶させておけば、その経時変化によって永久磁石同期モータ20の経年変化や異常の検出に用いることも可能である。
他の構成、制御、効果については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
Further, if the final search result Lqxn for each selected range is stored with the passage of time, it can also be used for detecting secular changes and abnormalities of the permanent
Other configurations, controls, and effects are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
なお、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, each said embodiment and modification are shown as an example, and are not intending limiting the range of invention. The novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…商用交流電源、11…整流回路、12…平滑コンデンサ、13…スイッチング回路、20…永久磁石同期モータ、22…ステータ、23…ロータ、31,32,33…電流センサ、40…MCU(モータ制御部)、41…電流検出部、42…推定演算部、43…積分部、44…減算部、45…PI制御部、46…減算部、47…演算部、48…減算部、49…PI制御部、50…PI制御部、51…PWM信号生成部、52…記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出する検出手段と、
少なくとも前記検出手段の検出電流および前記モータのインダクタンスに基づいて前記モータのロータ速度を推定し、この推定ロータ速度が目標速度となるよう前記インバータのスイッチングを制御する第1制御手段と、
前記界磁成分電流または前記トルク成分電流に対応付けた前記インダクタンスの値の選定上限値および選定下限値からなる選定範囲内で前記検出手段の検出電流に対応する前記インダクタンスの適正値を選定し、選定した適正値を前記インダクタンスの値として前記第1制御手段によるロータ速度の推定に供するとともに、その推定に供する適正値を前記推定ロータ速度と前記目標速度とのずれが小さくなる方向に前記選定範囲内で逐次に探索して補正する第2制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 An inverter that converts alternating current voltage into direct current, converts the direct current voltage into alternating current by switching, and outputs it as a drive voltage to the motor;
Detecting means for detecting a field component current and a torque component current in the motor;
First control means for estimating a rotor speed of the motor based on at least a detection current of the detection means and an inductance of the motor, and controlling switching of the inverter so that the estimated rotor speed becomes a target speed;
Selecting an appropriate value of the inductance corresponding to the detection current of the detection means within a selection range consisting of a selection upper limit value and a selection lower limit value of the inductance value associated with the field component current or the torque component current; The selected appropriate value is used as the inductance value for estimation of the rotor speed by the first control means, and the appropriate value used for the estimation is set in the direction in which the deviation between the estimated rotor speed and the target speed is reduced. A second control means for sequentially searching and correcting within,
A motor drive device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 The selection range of the second control means is a data table in which the selection upper limit value and the selection lower limit value are associated with the field component current or the torque component current, or the correspondence is the field component current or the Function data expressed as a function of torque component current,
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記第2制御手段は、探索結果が前記選定上限値を超える場合はその選定上限値を今回の探索結果および次の探索の始点とし、探索結果が前記選定下限値を下回る場合はその選定下限値を今回の探索結果および次の探索の始点とする、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 The selection upper limit value and the selection lower limit value of the inductance value are set stepwise for each predetermined width of the field component current or the torque component current, and form a rectangular selection range for each predetermined width. ,
When the search result exceeds the selection upper limit value, the second control means sets the selection upper limit value as the start point of the current search result and the next search, and when the search result falls below the selection lower limit value, the selection lower limit value. Is the search result of this time and the starting point of the next search,
The motor driving apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のモータ駆動装置。 The second control means stores a final search result in each of the selection ranges, and uses the stored final search result as a starting point of an initial search upon a search transition between the selection ranges. The initial appropriate value to be selected first at the next start of the motor
The motor driving device according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor driving device is provided.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015195715A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-05 | ダイキン工業株式会社 | Estimation method of q-axis inductance, and estimation device |
JP2018085851A (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日産自動車株式会社 | Current control method for variable magnetic flux motor, and current control device |
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2012
- 2012-03-14 JP JP2012057711A patent/JP2013192396A/en active Pending
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