JP2020036513A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
開示の技術は、モータ制御装置に関する。 The disclosed technology relates to a motor control device.
一般的に、位置センサレスベクトル制御でモータを駆動制御するモータ制御装置は、モータの回転速度が速度指令値(目標速度)になるようにd軸電流指令値及びq軸電流指令値を生成し、d軸電流指令値及びq軸電流指令値からd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を生成する。さらに、モータ制御装置は、d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を三相の電圧指令値へ変換し、PWM(Pulse Width Modulation)生成器にて三相の電圧指令値をもとにPWM信号を生成し、IPM(Intelligent Power Module)へ出力する。IPMは、入力されたPWM信号に応じてスイッチング制御を行うことにより、モータに三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)を印可してモータを駆動制御する。 Generally, a motor control device that drives and controls a motor by position sensorless vector control generates a d-axis current command value and a q-axis current command value such that the rotation speed of the motor becomes a speed command value (target speed). A d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value are generated from the d-axis current command value and the q-axis current command value. Further, the motor control device converts the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value into a three-phase voltage command value, and a PWM (Pulse Width Modulation) generator performs PWM based on the three-phase voltage command value. A signal is generated and output to an IPM (Intelligent Power Module). The IPM controls the driving of the motor by applying three-phase voltages (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, and W-phase voltage Vw) to the motor by performing switching control according to the input PWM signal.
また、モータ制御装置は、モータを起動する際、停止状態であるモータをゼロ速度から極低速度の領域において運転する。極低回転では誘起電圧が極小であるため、ロータ位置を正確に検出することが困難である。そのため、モータ制御装置は、誘起電圧を大きくしてロータの正確な位置検出を行うことができるように、モータの回転速度を上げる制御を行う。モータを起動する際、モータのステータ(固定子)によって発生される回転磁界とロータとを同期させながらモータの回転速度を上げる制御を「同期運転」という。モータ制御装置は、モータの同期運転を行った後、「通常運転」へとモード移行する。 When starting the motor, the motor control device operates the stopped motor in a range from zero speed to extremely low speed. At extremely low rotation speed, the induced voltage is extremely small, so that it is difficult to accurately detect the rotor position. Therefore, the motor control device performs control to increase the rotation speed of the motor so that the induced voltage can be increased to perform accurate position detection of the rotor. When the motor is started, the control for increasing the rotation speed of the motor while synchronizing the rotating magnetic field generated by the stator (stator) of the motor with the rotor is called "synchronous operation". After performing the synchronous operation of the motor, the motor control device shifts the mode to “normal operation”.
しかし、同期運転ではモータ制御装置はロータ位置を検出しないため、モータの負荷の状態によっては制御が困難となる場合がある。そこで、モータの負荷の状態に応じた起動制御を行う種々の技術が提案されている。 However, in synchronous operation, the motor control device does not detect the rotor position, so that control may be difficult depending on the state of the motor load. Therefore, various techniques for performing start control according to the state of the load of the motor have been proposed.
例えば、モータの同期運転の際、負荷が小さいときには、モータの回転速度を上げることにより、モータの駆動電圧の余剰電力を回転速度の増加分で消費する技術がある。 For example, there is a technique in which, when the load is small during synchronous operation of the motor, the rotational speed of the motor is increased so that the surplus power of the drive voltage of the motor is consumed by the increase in the rotational speed.
しかしながら、上述の技術では、駆動電圧のq軸電圧が予め決められた値である。このため、上述の技術では、モータの負荷が小さい場合において過剰な電圧がモータへ印加されないようにする一方で、モータの負荷が大きい場合においてモータへ印加される電圧が不十分とならないように適切な制御を行うことが難しい。 However, in the above-described technique, the q-axis voltage of the driving voltage is a predetermined value. For this reason, in the above-mentioned technology, while preventing excessive voltage from being applied to the motor when the load on the motor is small, it is appropriate to prevent the voltage applied to the motor from becoming insufficient when the load on the motor is large. Difficult to control.
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、モータの起動時において、適切な電圧をモータへ印可することを目的とする。 The disclosed technology has been made in view of the above, and has as its object to apply an appropriate voltage to a motor when the motor is started.
開示の態様では、モータ制御装置は、駆動部と、検出部と、速度推定部と、d軸電圧生成部と、q軸電圧生成部と、駆動電圧生成部とを有する。前記駆動部は、モータの目標速度と前記モータの現在速度との差をもとに生成された駆動電圧を前記モータへ供給してモータを駆動する。前記検出部は、前記モータを流れる電流を検出する。前記速度推定部は、前記検出部により検出された電流のdq座標系におけるd軸電流から前記現在速度を推定する。前記d軸電圧生成部は、dq座標系におけるd軸の前記駆動電圧としてd軸駆動電圧を生成する。前記q軸電圧生成部は、dq座標系におけるq軸の前記駆動電圧としてq軸駆動電圧を生成する。前記駆動電圧生成部は、前記d軸駆動電圧と前記q軸駆動電圧とから前記駆動電圧を生成する。そして、前記モータの起動の際に、前記d軸電圧生成部は、前記d軸駆動電圧として負の電圧を出力し、前記q軸電圧生成部は、初期駆動電圧を出力し、その後、少なくとも、前記初期駆動電圧と前記目標速度と前記現在速度とから前記q軸駆動電圧を生成する。 In an aspect of the disclosure, a motor control device includes a drive unit, a detection unit, a speed estimation unit, a d-axis voltage generation unit, a q-axis voltage generation unit, and a drive voltage generation unit. The driving unit supplies a driving voltage generated based on a difference between a target speed of the motor and a current speed of the motor to the motor to drive the motor. The detection unit detects a current flowing through the motor. The speed estimating unit estimates the current speed from a d-axis current in a dq coordinate system of the current detected by the detecting unit. The d-axis voltage generation unit generates a d-axis drive voltage as the d-axis drive voltage in a dq coordinate system. The q-axis voltage generator generates a q-axis drive voltage as the q-axis drive voltage in the dq coordinate system. The drive voltage generation unit generates the drive voltage from the d-axis drive voltage and the q-axis drive voltage. Then, at the time of starting the motor, the d-axis voltage generator outputs a negative voltage as the d-axis drive voltage, and the q-axis voltage generator outputs an initial drive voltage. The q-axis drive voltage is generated from the initial drive voltage, the target speed, and the current speed.
開示の態様によれば、モータの起動時において、適切な電圧をモータへ印可できる。特に、モータの負荷が大きい場合でも必要なトルクを得ながらモータを起動することができる。 According to the aspect of the disclosure, an appropriate voltage can be applied to the motor when the motor is started. In particular, even when the load on the motor is large, the motor can be started while obtaining the required torque.
以下に、本願の開示技術に係るモータ制御装置の基本形態、実施形態及び変形例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の基本形態、実施形態及び変形例により開示技術が限定されるものではない。以下の基本形態、実施形態及び変形例で示すモータ制御装置は、空気調和機等に用いられるプロペラファンや冷媒等を負荷とするモータの制御装置として説明するが、これに限られず、広くモータ一般の制御に適用できる。以下の基本形態、実施形態及び変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せて実施できる。 Hereinafter, basic modes, embodiments, and modifications of a motor control device according to the disclosed technology of the present application will be described in detail with reference to the drawings. The disclosed technology is not limited by the following basic modes, embodiments, and modified examples. The motor control device shown in the following basic modes, embodiments, and modifications will be described as a control device for a motor loaded with a propeller fan, a refrigerant, or the like used in an air conditioner or the like. Applicable to the control of The following basic modes, embodiments, and modified examples can be implemented in appropriate combinations within a consistent range.
また、以下の基本形態、実施形態及び変形例は、開示技術に係る構成及び処理について主に説明し、その他の構成及び処理の説明を、適宜、簡略又は省略する。また、以下の基本形態、実施形態及び変形例において、同一の構成及び処理には同一の符号を付与し、既出の構成及び処理の説明を省略する。 In the following basic modes, embodiments, and modifications, configurations and processes according to the disclosed technology are mainly described, and descriptions of other configurations and processes are appropriately simplified or omitted. In the following basic modes, embodiments, and modifications, the same reference numerals are given to the same configurations and processes, and the description of the already-described configurations and processes will be omitted.
[基本形態]
(基本形態に係る通常運転時におけるモータ制御装置)
実施形態の説明に先立ち、前提となる基本形態について説明する。図1は、基本形態に係る通常運転時におけるモータ制御装置の構成の一例を示す図である。図1は、通常運転時のモータ制御装置によるモータの位置センサレスベクトル制御の一般的な基本構成を示す。
[Basic form]
(Motor control device during normal operation according to basic mode)
Prior to the description of the embodiment, a basic mode which is a premise will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control device during a normal operation according to the basic mode. FIG. 1 shows a general basic configuration of motor position sensorless vector control by a motor control device during normal operation.
通常運転とは、位置センサレスベクトル制御によりフィードバックされるロータ位置に基づいてモータの回転速度が適切となるように電流及び電圧が制御されることでモータが駆動制御されるモードをいう。なお、図1では、基本形態に係るモータ制御装置が有するマイクロコンピュータの構成要素について、モータの通常運転時における構成のみを示す。 The normal operation refers to a mode in which the motor is drive-controlled by controlling the current and the voltage so that the rotation speed of the motor is appropriate based on the rotor position fed back by the position sensorless vector control. FIG. 1 shows only components of the microcomputer included in the motor control device according to the basic mode during normal operation of the motor.
基本形態に係る通常運転時におけるモータ制御装置100Xは、マイクロコンピュータ10X、IPM(Intelligent Power Module)23、スイッチSW1、3φ電流算出器24を有する。モータ制御装置100Xには、モータ1が接続されている。
The
また、マイクロコンピュータ10Xは、制御器2X、減算器11、速度制御器12、励磁電流制御器13、減算器14、減算器15、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、PWM(Pulse Width Modulation)生成器22、3φ/dq変換器25、軸誤差演算処理器26、PLL制御器29、位置推定器30、1/Pn処理器31を有する。
The
減算器11は、モータ制御装置100Xへ入力された速度指令値(機械角目標速度)ω*から、1/Pn処理器31により出力された推定値としての現在のモータ1の回転速度(機械角推定速度)ωを減算した速度偏差(機械角速度偏差)Δωを速度制御器12へ出力する。
The
速度制御器12は、減算器11により出力された速度偏差Δωがより小さくなるようなq軸電流指令値Iq*を生成し、励磁電流制御器13及び減算器15へ出力する。励磁電流制御器13は、速度制御器12により出力されたq軸電流指令値Iq*からd軸電流指令値Id*を生成し、減算器14へ出力する。また、d軸及びq軸は、2相の回転座標系(電流ベクトル座標)の座標軸を表し、Id、Iq、後述のVd、Vqは、この座標軸上の電流及び電圧を示す。2相の回転座標系は、dq座標系ともいう。
The speed controller 12 generates a q-axis current command value Iq * such that the speed deviation Δω output by the
減算器14は、励磁電流制御器13により出力されたd軸電流指令値Id*から3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idを減算してd軸電流偏差ΔIdを生成し、d軸電流制御器16へ出力する。減算器15は、速度制御器12により出力されたq軸電流指令値Iq*から3φ/dq変換器25により出力されたq軸電流Iqを減算してq軸電流偏差ΔIqを生成し、q軸電流制御器17へ出力する。
The
d軸電流制御器16は、減算器14により出力されたd軸電流偏差ΔIdからd軸電圧指令値Vd**を生成する。q軸電流制御器17は、減算器15により出力されたq軸電流偏差ΔIqからq軸電圧指令値Vq**を生成する。
The d-axis
非干渉化制御器18は、d軸とq軸の干渉をキャンセルし、それぞれを独立に制御するための非干渉化補正値を生成する。具体的には、非干渉化制御器18は、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流IdとPLL制御器29により出力された電気角推定速度ωeから、d軸電圧指令値Vd**を非干渉化するためのd軸非干渉化補正値Vdaを生成し、減算器19へ出力する。また、非干渉化制御器18は、3φ/dq変換器25により出力されたq軸電流IqとPLL制御器29により出力された電気角推定速度ωeから、q軸電圧指令値Vq**を非干渉化するためのq軸非干渉化補正値Vqaを生成し、加算器20へ出力する。
The
減算器19は、d軸電流制御器16により出力されたd軸電圧指令値Vd**から、非干渉化制御器18により出力されたd軸非干渉化補正値Vdaを減算してd軸電圧指令値Vd**を非干渉化したd軸電圧指令値Vd*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。加算器20は、q軸電流制御器17により出力されたq軸電圧指令値Vq**に、非干渉化制御器18により出力されたq軸非干渉化補正値Vqaを加算してq軸電圧指令値Vq**を非干渉化したq軸電圧指令値Vq*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The
dq/3φ変換器21は、位置推定器30により出力された現在のロータの位置である電気角位相(dq軸位相)θeを用いて、非干渉化された2相のd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、3相の電圧指令値であるU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*へ変換する。そして、dq/3φ変換器21は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*をPWM生成器22へ出力する。なお、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*及び後述のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwは3相の固定座標系の電圧及び電流である。
The dq /
PWM生成器22は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*と、PWMキャリア信号から、6相のPWM信号を生成し、IPM23へ出力する。PWM生成器22は、信号生成器の一例である。なお、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を電圧指令値とし、dq/3φ変換器21が信号生成器に含まれるとしてもよい。
The
IPM23は、PWM生成器22から出力された6相のPWM信号をもとに、モータ1のU相、V相、W相それぞれへ印可する交流電圧を、外部から供給される直流電圧Vdcから生成し、それぞれの交流電圧をモータ1のU相、V相、W相へ印加する。IPM23は、モータの目標速度と現在速度との差をもとに生成された駆動電圧をモータへ供給してモータを駆動する駆動部の一例である。IPM23は、例えばトランジスタやダイオードを集積したIC(Integral Circuit)でもよいが、例えばそれぞれの部品を回路基板上に配置した構成でもよい。
The
スイッチSW1は、接点CO0、接点CO1、接点CO2を有する。スイッチSW1は、制御器2Xの制御により、接点CO0と接点CO1の接続、及び、接点CO0と接点CO2の接続を切り替える。
The switch SW1 has a contact point CO0, a contact point CO1, and a contact point CO2. The switch SW1 switches the connection between the contact points CO0 and CO1 and the connection between the contact points CO0 and CO2 under the control of the
3φ電流算出器24は、スイッチSW1の接点CO0が接点CO1と接続された状態のとき、1シャント電流検出方式により、PWM生成器22により出力された6相のPWMスイッチング情報と、シャント抵抗(図示せず)を用いて母線電流を検出し、母線電流からモータ1のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを算出する。そして、3φ電流算出器24は、算出したモータ1のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、3φ/dq変換器25へ出力する。
When the contact point CO0 of the switch SW1 is connected to the contact point CO1, the 3φ
または、3φ電流算出器24は、スイッチSW1の接点CO0が接点CO2と接続された状態のとき、2CT電流検出方式により、モータ1のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwのうち、2つのCT(Current Transformer)で2相の電流を検出し、残りの相の電流を、キルヒホッフ法則の関係式Iu+Iv+Iw=0から算出する。
Alternatively, when the contact CO0 of the switch SW1 is in a state of being connected to the contact CO2, the 3φ
なお、電流検出は1シャント電流検出方式、2CT電流検出方式等のうちの1つの方式のみを用いればよく、その場合は、用いる電流検出方式以外の検出回路とスイッチSW1を省略できる。3φ電流算出器24は、モータを流れる電流を検出する検出部の一例である。
The current detection may use only one of the one shunt current detection method, the 2CT current detection method, and the like. In this case, a detection circuit other than the current detection method and the switch SW1 can be omitted. The 3φ
3φ/dq変換器25は、位置推定器30により出力された電気角位相θeを用いて、3φ電流算出器24により出力された3相のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、2相のd軸電流Id及びq軸電流Iqへ変換する。そして、3φ/dq変換器25は、d軸電流Idを減算器14、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理器26へ、q軸電流Iqを減算器15、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理器26へ、それぞれ出力する。
The 3φ /
軸誤差演算処理器26は、減算器19により出力されたd軸電圧指令値Vd*及び加算器20により出力されたq軸電圧指令値Vq*と、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Id及びq軸電流Iqとから、軸誤差Δθを算出し、PLL制御器29へ出力する。ここで、軸誤差Δθとは、実際のdq軸と制御上のdq軸(γδ軸)とのズレのことである。
The axis error
PLL制御器29は、軸誤差演算処理器26により出力された軸誤差Δθから、推定された現在のモータ1の回転の角速度である電気角推定速度ωeを算出し、非干渉化制御器18、位置推定器30、1/Pn処理器31へそれぞれ出力する。
The
位置推定器30は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、ロータ位置を推定する電気角位相(dq軸位相)θeを算出する。そして、位置推定器30は、電気角位相θeをdq/3φ変換器21及び3φ/dq変換器25へそれぞれ出力する。
The
1/Pn処理器31は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeをモータ1の極対数Pnで除算し、現在のモータ1の回転速度ωを算出し、減算器11へ出力する。
The 1 /
(基本形態に係るモータ起動制御)
モータ1の通常運転時は、モータ1において十分な誘起電圧が発生するため、モータ制御装置100Xは、軸誤差の演算を行う位置フィードバック制御によりモータ1の駆動を行う。しかし、モータ1の起動時では、極低回転の状況下であり、十分な誘起電圧が発生しないため、軸誤差の演算が行えない(軸誤差の検出を行うことができない)ことから、モータ制御装置100Xは、通常運転の制御方式を用いてモータ1を起動することができない。
(Motor start control according to basic mode)
During normal operation of the
そこで、モータ制御装置100Xは、通常運転とは異なる起動制御によりモータ1を起動させる。モータ制御装置100Xは、モータ1の起動制御において、第1に、初期のロータ(回転子)位置を合わせるロータ位置決めステップを実行し、第2に、位置検出ができるまでモータ1を加速させる同期運転ステップを実行し、その後、位置センサレスベクトル制御でモータ1を駆動する通常運転へモード移行する。
Therefore, the
(基本形態に係るロータ位置決め)
図2A及び図2Bは、基本形態に係るロータ位置決めステップの一例を示す概要図である。図2A及び図2Bに示すように、ロータ位置決めは、dq軸座標系のd軸方向へ電圧(電流)をかけることで、制御側のロータ位置(γδ座標系)と実際のロータ位置(dq座標系)を合わせる。このとき、図2A及び図2Bに示すように、ロータが所定位置(制御側の位置)へ動くため、動作環境下の負荷トルクよりも大きいトルクが発生している。このときの電圧を同期運転ステップの初期q電圧V0(q軸電圧)とすることで、駆動トルクを発生させることが可能となる。
(Rotor positioning according to basic form)
2A and 2B are schematic diagrams illustrating an example of a rotor positioning step according to the basic mode. As shown in FIGS. 2A and 2B, the rotor positioning is performed by applying a voltage (current) in the d-axis direction of the dq-axis coordinate system to thereby control the rotor position on the control side (γδ coordinate system) and the actual rotor position (dq coordinate system). System). At this time, as shown in FIGS. 2A and 2B, since the rotor moves to the predetermined position (the position on the control side), a torque larger than the load torque under the operating environment is generated. By setting the voltage at this time as the initial q voltage V0 (q-axis voltage) in the synchronous operation step, it is possible to generate a driving torque.
(基本形態に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成)
図3は、基本形態に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成の一例を示す図である。同期運転ステップは、通常運転とは異なり、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を用いずにd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*が生成されることでモータが駆動制御されるモードをいう。
(Configuration of motor control device in synchronous operation step according to basic mode)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control device in a synchronous operation step according to the basic mode. In the synchronous operation step, unlike the normal operation, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are generated without using the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *. Means a mode in which the motor is drive-controlled.
基本形態に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Xは、マイクロコンピュータ10X、IPM23、スイッチSW1、3φ電流算出器24を有する。
The
また、マイクロコンピュータ10Xは、d軸電圧生成器16X、q軸電圧生成器17X、dq/3φ変換器21、PWM生成器22、IPM23、接点CO0〜CO1を含むスイッチSW1、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25、速度推定器29X、位置推定器30Xを有する。また、マイクロコンピュータ10Xは、d軸電圧生成器16X、q軸電圧生成器17X、dq/3φ変換器21、PWM生成器22、IPM23、制御器2Xを有する。
The
制御器2Xは、接点CO0〜CO1を含むスイッチSW1及びマイクロコンピュータ10X全体の制御を行うと共に、例えば、モータ1の同期運転ステップから通常運転へのモード移行を制御する。
The
なお、図3では、基本形態に係るモータ制御装置が有するマイクロコンピュータの構成要素について、モータの同期運転ステップにおける構成のみを示す。 Note that FIG. 3 shows only the configuration of the microcomputer included in the motor control device according to the basic mode in the synchronous operation step of the motor.
d軸電圧生成器16Xは、同期運転ステップにおけるd軸電圧指令値Vd*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。q軸電圧生成器17Xは、同期運転ステップにおけるq軸電圧指令値Vq*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The d-
dq/3φ変換器21は、位置推定器30Xにより出力されたロータの位置である電気角位相θeを用いて、d軸電圧生成器16Xにより出力されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧生成器17Xにより出力されたq軸電圧指令値Vq*をU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*へ変換し、PWM生成器22へ出力する。
The dq /
PWM生成器22、IPM23、3φ電流算出器24は、基本形態に係る通常運転時におけるモータ制御装置100Xと同様である。
The
3φ/dq変換器25は、位置推定器30Xにより出力された電気角位相θeを用いて、3φ電流算出器24により出力された3相のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、2相のd軸電流Id及びq軸電流Iqへ変換する。そして、3φ/dq変換器25は、d軸電流Idを速度推定器29Xへ出力する。
The 3φ /
速度推定器29Xは、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idから、推定された現在のモータの角速度である電気角推定速度ωeを算出し、位置推定器30Xへ出力する。
The
位置推定器30Xは、速度推定器29Xにより出力された電気角推定速度ωeから、ロータ位置を推定する電気角位相(dq軸位相)θeを算出し、dq/3φ変換器21及び3φ/dq変換器25へそれぞれ出力する。
The
ここで、d軸電圧生成器16Xにより生成されるd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧生成器17Xにより生成されるq軸電圧指令値Vq*について説明する。以下では、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*それぞれを、d軸電圧Vd*及びq軸電圧Vq*にそれぞれ読み替える。
Here, the d-axis voltage command value Vd * generated by the d-
先ず、d軸電圧生成器16Xにより生成されるd軸電圧Vd*について説明する。d軸電圧生成器16Xにより生成されるd軸電圧Vd*は、通常運転においてdq軸モータモデル式から、下記(1)式で与えられる。なお、下記(1)式の右辺において、“R”はモータ1の巻線抵抗、“Id”はモータ1のd軸電流、“ω”はモータ1の電気角推定速度、“Lq”はモータ1のq軸インダクタンス、“Iq”はモータ1のq軸電流、“ρ”は(d/dt)の微分演算子、“Ld”はモータ1のd軸インダクタンスである。
上記(1)式の右辺第三項は、定常状態においては0と見なせるので、定常状態では、上記(1)式は、下記(2)式となる。
なお、上記(2)式で示されるd軸電圧Vdは、図4のベクトル図に示す通りである。図4は、定常状態におけるモータモデル式を表すベクトル図である。上記(2)式における、右辺第一項が図4におけるterm2−1であり、右辺第二項が図4におけるterm2−2である。ここで、図4に示す“Ψ”は、モータ1の鎖交磁束である。
The d-axis voltage Vd expressed by the above equation (2) is as shown in the vector diagram of FIG. FIG. 4 is a vector diagram showing a motor model equation in a steady state. In the above equation (2), the first term on the right side is term2-1 in FIG. 4, and the second term on the right side is term2-2 in FIG. Here, “Ψ” shown in FIG. 4 is a linkage magnetic flux of the
上記(2)式から、d軸電流Idが負方向に、q軸電流Iqが正方向に流れている状態では、d軸電圧Vdは負となることが分かる。しかし、モータ1の起動直後におけるd軸電流Idは、正方向に流れる。これは、同期運転ステップの初期q軸電圧V0が駆動トルクを発生させるためであり、モータ1の起動直後におけるd軸電圧Vd*は、最適な電圧ではないことになる。最適な電圧とは、最適な状態を作り出す電圧であり、最適な状態とは余剰電力が少ない状態をいう。同期運転ステップへの移行直後においては瞬間的に電圧過多である。そのため、モータ1の起動直後におけるd軸電圧Vd*は、モータ1の回転に必要な電力以外の余剰電力は無効分として、d軸側の正方向に発生する。
From the above equation (2), it can be seen that the d-axis voltage Vd becomes negative when the d-axis current Id flows in the negative direction and the q-axis current Iq flows in the positive direction. However, the d-axis current Id immediately after the start of the
マグネットトルクだけでなくリラクタンストルクも考慮してモータを高効率で運転するには、一般的には、d軸電流Idが負方向に発生するようにd軸電圧Vd*を調整する。しかし、モータ1の起動直後においては、電流ベクトル(d軸電流Id及びq軸電流Iq)が電流ベクトル座標の第一象限にある方が好ましい。電流ベクトルが第一象限にあると、モータ1の負荷の増減や回転速度の増加に対して余裕度が高くなるためである。そこで、モータ1の起動直後においてd軸側の正方向に発生するd軸電流Idを利用して、d軸電流Idを正方向に制御する。この場合の電流ベクトル(d軸電流Id及びq軸電流Iq)は、d軸電流Id及びq軸電流Iqが共に正方向、すなわち電流ベクトル座標の第一象限にある。
In order to operate the motor with high efficiency considering not only the magnet torque but also the reluctance torque, generally, the d-axis voltage Vd * is adjusted so that the d-axis current Id is generated in the negative direction. However, immediately after the
そこで、上記(2)式において、d軸電流Id及びq軸電流Iqを共に正方向とするためには、q軸電流Iqが正であることから、d軸電圧Vdを0としてd軸電流Idも正とする。これは、上記(2)式において、Vd=0とおき、下記(3)式のように式変形することからも分かる。すなわち、q軸電流Iqは正方向に流れるため、上記(3)式からd軸電流Idも正方向に流れることになり、電流ベクトル(d軸電流Id及びq軸電流Iq)を電流ベクトル座標の第一象限に留めておくことができる。
図3へ戻り、q軸電圧生成器17Xにより生成されるq軸電圧Vq*について説明する。q軸電圧生成器17Xは、ロータ位置決めステップにおける位置決め時のd軸電圧と同一の大きさのq軸電圧を初期q軸電圧V0とすることで、駆動トルクを発生させる。このとき発生する余剰電力は、モータ1の回転数が上昇することで、モータ1に接続されている負荷の回転に必要な電力として消費されるため、余剰電力は徐々に0となっていき、d軸電流Idは正方向から徐々に負方向に向かう。
Returning to FIG. 3, the q-axis voltage Vq * generated by the q-
速度推定器29Xは、d軸電流Idを0にするという考えに基づくもので、後述する図5の構成とすることで実現できる。すなわち、q軸電圧生成器17Xにより出力されるq軸駆動電圧Vq*は、余剰電力を発生させる。モータ1の回転数が上昇することで無効分(余剰電力)がなくなることから、d軸電流Idが正方向から負方向へ向かう。すなわち、モータ1の回転速度ωが上昇することにより、d軸電流Idは正方向から負方向へ向かい、d軸電流Idは0になる。言い換えると、速度推定器29Xにより推定されるモータ1の現在速度としての電気角推定速度ωeは、d軸電流Idが0となる速度である。
The
(基本形態に係る速度推定器(電気角)の構成)
図5は、基本形態に係る速度推定器(電気角)の構成の一例を示す図である。速度推定器29Xは、d軸電流Idの入力に対して並列接続された比例項計算処理器29X−1及び積分項計算処理器29X−2、比例項計算処理器29X−1及び積分項計算処理器29X−2それぞれの処理結果を加算する加算器29X−3を有する。速度推定器29Xは、モータ1の速度が上昇することにより軸誤差Δθが減少し、余剰電力がトルクに変換されてd軸電流Idが0になるという特性を利用して、d軸電流Idを積分比例制御(PI制御)で処理することにより速度推定を行う。d軸電流Idが0になるとき、与えられたq軸電圧Vqでのモータ1の電気角推定速度ωeが求まる。
(Configuration of speed estimator (electrical angle) according to basic mode)
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a speed estimator (electrical angle) according to the basic mode. The
具体的には、速度推定器29Xは、下記(4)式に基づき、d軸電流Idを比例積分制御(PI制御)を行うことにより、モータ1の電気角推定速度ωeを算出する。下記(4)式において、“Kp”は比例ゲイン、“Ki”は積分ゲインである。なお、下記(4)式の右辺の積分の区間は、モータ1の同期運転ステップ開始から現在までの時間である。
しかし、図3に示す基本構成に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Xでは、電流ベクトル(d軸電流Id及びq軸電流Iq)が電流ベクトル座標の第一象限にあるため、動作環境に応じたモータ1の負荷に対しての余裕度は確保されるものの、負荷に応じてモータ1の回転速度ωにバラツキが生じる。このため、同期運転ステップから通常運転へモード移行が正常に行われたとしても、モータ1の回転速度ωが軸誤差Δθの演算が行うことができる程度に十分な速度でない場合がある。この問題を解決するためには、動作環境下の負荷に対応しながら、モータ1の回転速度ωを軸誤差Δθの演算を行うために十分な回転速度まで高めることが好ましい。
However, in the
[実施形態1]
(実施形態1に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成)
そこで、実施形態1では、図3の基本形態に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成に代えて、図6に示す速度指令型の構成とする。図6は、実施形態1に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成の一例を示す図である。
[Embodiment 1]
(Configuration of Motor Control Device in Synchronous Operation Step According to First Embodiment)
Therefore, in the first embodiment, a speed command type configuration shown in FIG. 6 is used instead of the configuration of the motor control device in the synchronous operation step according to the basic mode of FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of the motor control device in the synchronous operation step according to the first embodiment.
実施形態1に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Aは、基本形態のマイクロコンピュータ10Xに代えてマイクロコンピュータ10Aを有する。そして、マイクロコンピュータ10Aは、基本形態の制御器2Xに代えて制御器2Aを有し、基本形態のq軸電圧生成器17Xに代えてq軸電圧生成器17Aを有し、基本形態の速度推定器29Xに代えて速度推定器29Aを有する。実施形態1に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Aの構成は、制御器2A、q軸電圧生成器17A及び速度推定器29A以外は、基本形態に係るモータ制御装置100Xと同様である。
The
制御器2Aは、接点CO0〜CO1を含むスイッチSW1及びマイクロコンピュータ10A全体の制御を行うと共に、例えば、モータ1の同期運転ステップから通常運転へのモード移行を制御する。
The
q軸電圧生成器17Aは、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idと、速度推定器29Aにより出力された電気角推定速度ωeと、モータ1の電気角初速度ωe0と、q軸電圧生成器17Aの内部で生成される電気角速度指令値ωe*と、初期q軸電圧V0とから、同期運転ステップにおけるq軸電圧指令値Vq*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The q-
q軸電圧生成器17Aは、基本形態のq軸電圧生成器17Xと同様に、ロータ位置決めステップにおける位置決め時のd軸電圧と同一の大きさのq軸電圧を初期q軸電圧V0とすることで、駆動トルクを発生させる。このとき発生する余剰電力は、モータ1の回転数が上昇することで、モータ1に接続されている実負荷の回転に必要な電力として使用されるため、無効分(余剰電力)がなくなる。
The q-
ここで、q軸電圧生成器17Aが、余剰電力を最小に制御しつつ、モータ1の速度を上昇させるための適切なq軸電圧Vqを生成することが可能であれば、軸誤差Δθの演算に必要な誘起電圧を発生させるだけの速度を確保することが可能となり、同期運転ステップから通常運転へのモード移行が可能となる。
Here, if the q-
速度推定器29Aは、基本形態に係る速度推定器29Xと同様の構成であるが、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idから、推定された現在のモータの角速度である電気角推定速度ωeを算出し、q軸電圧生成器17A及び位置推定器30Xへそれぞれ出力する。速度推定器29Aは、検出部により検出された電流のdq座標系におけるd軸電流から現在速度を推定する速度推定部の一例である。
The
ここで、q軸電圧生成器17Aにより生成されるq軸電圧Vqについて説明する。以下では、q軸電圧指令値Vq*を、q軸電圧Vqに読み替える。q軸電圧生成器17Aにより生成されるq軸電圧Vqは、通常運転においてdq軸モータモデル式から、下記(5)式で与えられる。なお、下記(5)式の右辺において、“ωe”は電気角速度、“Lq”はモータ1のq軸インダクタンス、“Id”はd軸電流、“R”はモータ1の巻線抵抗、“Iq”はq軸電流、“Ψ”はモータ1の鎖交磁束、“ρ”は(d/dt)の微分演算子、“Ld”はモータ1のd軸インダクタンスである。
上記(5)式の右辺第四項は、定常状態においては0と見なせるので、定常状態では、上記(5)式は、下記(6)式となる。
なお、上記(6)式で示されるq軸電圧Vqは、図4のベクトル図に示す通りである。上記(6)式における、右辺第一項が図4におけるterm6−1であり、右辺第二項が図4におけるterm6−2であり、右辺第三項が図4におけるterm6−3である。 The q-axis voltage Vq expressed by the above equation (6) is as shown in the vector diagram of FIG. In the above expression (6), the first term on the right side is term 6-1 in FIG. 4, the second term on the right side is term 6-2 in FIG. 4, and the third term on the right side is term 6-3 in FIG.
ロータ位置決めステップ完了後から、モータ1の起動直後の初期q軸電圧V0と、初期q軸電圧V0で生じる電気角初速度ωe0と、電気角速度指令値ωe*とから、q軸電圧Vqは、下記(7)式で表される。
上記(7)式には、q軸電流Iqを含む項が存在する。基本形態と同様に、速度推定器29Aは、d軸電流Idが0になるような電気角推定速度ωeを算出する。また、q軸電圧Vqによりモータ1の速度が上昇すれば、余剰電力である無効分がなくなり、d軸電流Idは0に向かう。すなわち、q軸電圧Vq及びd軸電流Idは、同期運転ステップにおいて、モータ1の速度と密接な関係を有するといえる。d軸電流Idを0としつつ、q軸電圧Vqを制御してロータの速度を制御するために、ロータの指令速度からモータ1に印加すべきq軸電圧Vqを算出できるようにするために、q軸電流Iqを速度へ変換する。
The equation (7) includes a term including the q-axis current Iq. As in the basic mode, the
q軸電流Iqを速度に変換するために、下記(8)式に示すように、q軸電流Iqを、モータ1のトルクT及び鎖交磁束Ψを用いて表す。
また、下記(9)式に示すように、モータ1のトルクTは、モータ1のイナーシャJ及び加速度aを用いて表される。
なお、上記(9)式において、加速度aは角加速度である。下記(10)式に示すように、角加速度aは、電気角速度指令値ωe*及び電気角推定速度ωeを用いて表される。
すなわち、角加速度は、速度偏差で表され、この速度偏差を積分することで電気角速度指令値ωe*に必要なq軸電圧を生成する。以上の上記(8)式〜(10)式から、q軸電流Iqは、下記(11)式のようになる。なお、下記(11)式の右辺の積分の区間は、モータ1の同期運転ステップ開始から現在までの時間である。
上記(11)式を、上記(7)式の右辺第二項の“Iq”へ代入して整理することにより、下記(12)式に示すように、q軸電圧Vqは、q軸電流Iqの因子を含まず表される。なお、下記(12)式における“Kc”は、積分ゲイン調整係数であり、特定の定数である。q軸電圧生成器17Aは、下記(12)式によりq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を生成して出力する。
(実施形態1に係る同期運転ステップにおけるq軸電圧生成器)
図7は、実施形態1に係る同期運転ステップにおけるq軸電圧生成器の構成の一例を示す図である。実施形態1に係る同期運転ステップにおけるq軸電圧生成器17Aは、Ld乗算器17A−1、減算器17A−2、積分器17A−3、減算器17A−4、Ψ乗算器17A−5、加算器17A−6、加算器17A−7、電気角速度指令生成器17A−8を有する。
(Q-axis voltage generator in synchronous operation step according to Embodiment 1)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of the q-axis voltage generator in the synchronous operation step according to the first embodiment. The q-
電気角速度指令生成器17A−8は、モータが起動される際の同期運転ステップにおける電気角速度指令値ωe*を生成し、生成した電気角速度指令値ωe*をLd乗算器17A−1、減算器17A−2、減算器17A−4のそれぞれへ出力する。
The electric angular
Ld乗算器17A−1は、d軸電流Id及び電気角速度指令値ωe*を入力とし、2つの入力の乗算結果と、d軸インダクタンスLdを乗算した結果を加算器17A−6へ出力する。上記(12)式における右辺第二項は、Ld乗算器17A−1による演算結果に対応する。
The
減算器17A−2は、電気角速度指令値ωe*及び電気角推定速度ωeを入力とし、電気角速度指令値ωe*から電気角推定速度ωeを減算した結果を積分器17A−3へ出力する。上記(12)式における右辺第三項の被積分関数は、減算器17A−2による演算に対応する。
The
積分器17A−3は、減算器17A−2からの入力を積分した結果を加算器17A−6へ出力する。上記(12)式における右辺第三項の積分は、積分器17A−3による演算に対応する。
減算器17A−4は、電気角速度指令値ωe*及び電気角初速度ωe0を入力とし、電気角速度指令値ωe*から電気角初速度ωe0を減算した結果をΨ乗算器17A−5へ出力する。上記(12)式における右辺第一項の第一因子は、減算器17A−4による演算に対応する。
The
Ψ乗算器17A−5は、減算器17A−4からの入力と、モータ1の鎖交磁束Ψを乗算した結果を加算器17A−6へ出力する。上記(12)式における右辺第一項は、Ψ乗算器17A−5による演算に対応する。
{
加算器17A−6は、Ld乗算器17A−1、積分器17A−3、Ψ乗算器17A−5による出力を加算した結果を加算器17A−7へ出力する。上記(12)式における右辺第一項〜第三項の加算は、加算器17A−6による演算に対応する。
The
加算器17A−7は、加算器17A−6による出力と、初期q軸電圧V0とを入力とし、2つの入力の加算結果をq軸電圧Vqとして出力する。上記(12)式における右辺第四項の加算は、加算器17A−7による演算に対応する。
The
(実施形態1に係る同期運転ステップの処理)
図8は、実施形態1に係る同期運転ステップの処理の一例を示すフローチャート示す図である。実施形態1に係る同期運転ステップの処理は、モータ1の起動開始を契機として、制御器2Aにより実行される。
(Process of synchronous operation step according to Embodiment 1)
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a process of a synchronous operation step according to the first embodiment. The process of the synchronous operation step according to the first embodiment is executed by the
q軸電圧生成器17Aは、電気角速度指令生成器17A−8で生成される電気角速度指令値ωe*と電気角推定速度ωeとの偏差を用いてq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を生成する。このため、同期運転ステップでは、電気角推定速度ωeが帰還路(フィードバック)制御となり、閉ループを形成する。ここで、q軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*の生成と回転速度の応答速度に差が生じる。つまり、回転速度が同期運転から通常運転に移行できる速度である目標到達速度に達してもq軸電圧に余剰電力が発生している場合がある。その場合には回転速度に対して適切なq軸電圧に収束させるための収束時間を設けることで、より切り換え時のショックが少ないシームレスな通常運転への移行が可能となる。
The q-
ここで、収束時間は、q軸電圧生成器17A及び速度推定器29Aの入出力から求められる。すなわち、収束時間は、q軸電圧生成器17A及び速度推定器29Aの入力であるd軸電流Idと、出力であるq軸電圧Vqとの関係を示す上記(12)式を、収束時間について解くことで求める。よって、収束時間は、上記(12)式で与えられている各定数から、演算量が少ない計算で求めることができる。
Here, the convergence time is obtained from the input and output of the q-
実施形態1に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Aにおいて、先ず、ステップS11では、制御器2Aは、電気角速度指令生成器17A−8で生成される電気角速度指令値ωe*を増加していき、電気角速度指令値ωe*が予め定められた目標到達速度に達したか否かを判定する。制御器2Aは、ステップS11:Yesの場合、すなわち、電気角速度指令値ωe*が予め定められた目標到達速度に達した場合、ステップS12へ処理を移す。一方、制御器2Aは、ステップS11:Noの場合、すなわち、電気角速度指令値ωe*が予め定められた目標到達速度に達していない場合、ステップS15へ処理を移す。
In the
ステップS12では、制御器2Aは、上述の収束時間が経過したか否かを判定する。制御器2Aは、ステップS12:Yesの場合、すなわち、収束時間が経過した場合、ステップS13へ処理を移す。一方、制御器2Aは、ステップS12:Noの場合、すなわち、収束時間が経過していない場合、ステップS16へ処理を移す。
In step S12, the
ステップS13では、制御器2Aは、電気角推定速度ωeが、ステップS11同様の目標到達速度に達したか否かを判定する。ステップS13は、モータ1が軸誤差Δθを演算することができる速度に達しているか否かを判定するものである。制御器2Aは、ステップS13:Yesの場合、すなわち、電気角推定速度ωeが目標到達速度に達した場合、ステップS14へ処理を移す。一方、制御器2Aは、ステップS13:Noの場合、すなわち、電気角推定速度ωeが目標到達速度に達していない場合、ステップS17へ処理を移す。
In step S13, the
ステップS14では、制御器2Aは、同期運転ステップから通常運転へのモード移行処理を実行する。
In step S14, the
ステップS15では、制御器2Aは、q軸電圧生成器17Aを制御してq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*の生成処理を実行開始又は実行継続する。制御器2Aは、ステップS15の処理が終了すると、ステップS11へ処理を移す。また、ステップS16では、制御器2Aは、q軸電圧生成器17Aを制御してq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*の生成処理を実行継続する。制御器2Aは、ステップS16の処理が終了すると、ステップS12へ処理を移す。
In step S15, the
ステップS17では、制御器2Aは、電気角速度指令値ωe*が目標到達速度に達し、かつ、収束経過時間が経過してもなお、電気角推定速度ωeが目標到達速度に達しないためにモード移行できないエラーが発生した際のエラー処理(例えば、モータ起動停止、モータ起動の再実行、エラー報知等)を実行する。ステップS17が終了すると、制御器2Aは、実施形態1に係る同期運転ステップの処理を終了する。
In step S17, the
以上の実施形態1によれば、電気角速度指令値ωe*と電気角推定速度ωeの差に応じてq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*が制御される。このため、モータ1の負荷の状態に応じたq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を求めることができる。また、実施形態1によれば、モータ1の負荷の状態に応じたq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を求めることで、電圧過多(過電流)になることを抑制できる。
According to the first embodiment, the q-axis voltage (q-axis drive voltage) Vq * is controlled according to the difference between the electric angular velocity command value ωe * and the estimated electric angular velocity ωe. Therefore, a q-axis voltage (q-axis drive voltage) Vq * according to the load state of the
また、実施形態1によれば、d軸電圧を0に固定し、q軸電圧のみを制御することで、モータ1の速度を容易に制御でき、余剰電力を抑制できる。また、電流ベクトルを電流ベクトル座標の第一象限に留めておくことができるので、モータ1の負荷変動やモータ1の加速変動に対する余裕度を高めることができる。
Further, according to the first embodiment, by fixing the d-axis voltage to 0 and controlling only the q-axis voltage, the speed of the
また、実施形態1によれば、電気角推定速度ωeがモータ1のd軸電流Idを0とし、d軸電流が正方向に過剰に生じないようにq軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を調整することで、余剰電力の発生を抑制できる。また、q軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*のみでモータ1を回転させることができる速度を確保できる。さらに、実施形態1によれば、上記(12)式から、q軸電圧(q軸駆動電圧)Vq*を容易に生成できる。
Further, according to the first embodiment, the electric angle estimation speed ωe sets the d-axis current Id of the
また、実施形態1によれば、ロータ位置決めステップで用いたd軸電圧と同一の大きさのq軸電圧を初期q軸電圧V0とすることで、モータ1のロータ位置合わせステップで生じるモータ1の駆動トルクと、同期運転ステップ開始時の駆動トルクとを同一にし、ロータ位置合わせステップから同期運転ステップへとスムーズに移行することができる。
Further, according to the first embodiment, by setting the q-axis voltage having the same magnitude as the d-axis voltage used in the rotor positioning step as the initial q-axis voltage V0, the
また、実施形態1によれば、モータ1が、軸誤差Δθを演算することができる速度に達しているか否かを判定し、軸誤差Δθを演算することができる速度に達している場合に、同期運転ステップから通常運転へとモード移行するので、モータ1の加速不足によるモード移行失敗を防止することができる。
Further, according to the first embodiment, it is determined whether or not the
(実施形態1の変形例)
上述の実施形態1では、推定されるモータ1の現在速度は、d軸電流Idが0となる速度であるとした。しかし、これに限られず、推定されるモータ1の現在速度は、d軸電流Idが所定値以下となる速度であってもよい。
(Modification of First Embodiment)
In the first embodiment described above, the estimated current speed of the
以上、実施形態1について説明した。 The first embodiment has been described above.
[実施形態2]
実施形態1では、モータ1を起動するときにモータ1にかかる負荷として、モータ1の通常運転時の約3倍程度の大きさの負荷を想定した。このモータ1の負荷は小型の圧縮機である。これに対し、大型の圧縮機を負荷として実施形態1の起動制御を実行すると、小型の圧縮機で想定していた負荷よりも大きい負荷がかかる場合がある。実施形態2では、モータ1を起動するときにモータ1にかかる負荷が実施形態1のモータ1の通常運転時の約6倍程度の大きさの負荷である場合を想定した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the load applied to the
実施形態1で述べた通り、モータ1の起動直後においては、電流ベクトル(d軸電流Id及びq軸電流Iq)が電流ベクトル座標の第一象限にある方が好ましい。d軸電圧Vdを0とすることで電流ベクトルを電流ベクトル座標の第一象限に留めておくことができる。一方、負荷トルクが大きい場合、モータ1の回転数を上げるためには負荷トルクよりも大きい起動トルクが必要となるが、起動トルクが不十分だと回転数が上がらない。回転数が上がらないと、モータが与えられた電力を消費しきれず、余剰電力が増えてしまう。余剰電力が増えるとd軸電流が正方向に大きく流れてしまう。実施形態2は、実施形態1と同様に、d軸電流から推定したロータの速度推定値を速度指令値に到達するように制御するが、d軸電流が大きくなると上記(4)式から電気角推定速度ωe(以下、「速度推定値」と呼ぶことがある)が大きくなってしまう。速度推定値が速度指令値に対して大きくなると、上記(12)式からq軸電圧は小さくなる方向に働く。これにより、起動トルクを大きくすることができず、回転数が上がらず余剰電力が増え、d軸電流が正方向に大きく流れる、という悪循環に陥る。すなわち、起動時に負荷トルクが大きい場合に電流ベクトルを第一象限に置くと、起動トルクが下がる方向に制御される。また、十分な駆動トルクを確保できていない状態では、同期運転ステップから通常運転へのモード移行をスムーズに行うことが困難になる可能性がある。例えば、実施形態1において通常の負荷の5倍の負荷がモータ1にかかる場合には、実施形態1では、同期運転ステップから通常運転へのモード移行をスムーズに行うことが困難になる可能性がある。
As described in the first embodiment, it is preferable that the current vectors (the d-axis current Id and the q-axis current Iq) be in the first quadrant of the current vector coordinates immediately after the
そこで、上述の実施形態1ではd軸電圧Vdを0に固定するとしたのに対し、実施形態2では、負荷トルクに対して十分な起動トルクをかけられるように、d軸電圧Vdを負の電圧とする。本実施形態では、この電圧を可変電圧として説明するが、これに限られず、所定の固定電圧としてもよい。 Therefore, in the first embodiment, the d-axis voltage Vd is fixed to 0, whereas in the second embodiment, the d-axis voltage Vd is set to a negative voltage so that a sufficient starting torque can be applied to the load torque. And In the present embodiment, this voltage is described as a variable voltage, but is not limited thereto and may be a predetermined fixed voltage.
(実施形態2に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成)
実施形態2では、図3の基本形態に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成に代えて、図9に示す大きい負荷トルクにも対応した速度指令型の構成とする。図9は、実施形態2に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置の構成の一例を示す図である。
(Configuration of Motor Control Device in Synchronous Operation Step According to Second Embodiment)
In the second embodiment, a speed command type configuration corresponding to a large load torque shown in FIG. 9 is used instead of the configuration of the motor control device in the synchronous operation step according to the basic mode of FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control device in a synchronous operation step according to the second embodiment.
実施形態2に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Bは、基本形態のマイクロコンピュータ10Xに代えてマイクロコンピュータ10Bを有する。そして、マイクロコンピュータ10Bは、基本形態の制御器2Xに代えて制御器2Bを有し、基本形態のd軸電圧生成器16Xに代えてd軸電圧生成器16Bを有し、基本形態のq軸電圧生成器17Xに代えてq軸電圧生成器17Bを有し、基本形態の速度推定器29Xに代えて速度推定器29Bを有する。実施形態2に係る同期運転ステップにおけるモータ制御装置100Bの構成は、制御器2B、d軸電圧生成器16B、q軸電圧生成器17B及び速度推定器29B以外は、基本形態に係るモータ制御装置100Xと同様である。
The
制御器2Bは、接点CO0〜CO1を含むスイッチSW1及びマイクロコンピュータ10B全体の制御を行うと共に、例えば、モータ1の同期運転ステップから通常運転へのモード移行を制御する。
The
d軸電圧生成器16Bは、3φ/dq変換器25により出力されたq軸電流Iq、速度推定器29Bにより出力された電気角推定速度ωeから、同期運転ステップにおけるd軸電圧指令値Vd*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The d-
ここでd軸電圧生成器16Bにより生成されるd軸電圧Vdについて説明する。以下ではd軸電圧指令値Vd*をd軸電圧Vdに読み替える。
Here, the d-axis voltage Vd generated by the d-
d軸電圧生成器16Bにより生成されるd軸電圧Vdは、通常運転においてdq軸モータモデル式から、上記(1)式で与えられる。
The d-axis voltage Vd generated by the d-
上記(1)式の右辺第三項は、定常状態においては0と見なせるので、定常状態では、上記(1)式は、上記(2)式となる。 The third term on the right-hand side of the above equation (1) can be regarded as 0 in the steady state, so that in the steady state, the above equation (1) becomes the above equation (2).
大きな負荷トルクが発生している際に起動する場合、d軸電流が正方向に大きくなると速度推定値が大きくなる。速度推定値が速度指令値に対して大きくなると、上記(12)式からq軸電圧は小さくなる方向に働く。これにより、起動トルクを大きくすることができず、回転数が上がらず余剰電力が増えてしまい、d軸電流が正方向に大きく流れる。 When starting when a large load torque is being generated, the estimated speed value increases when the d-axis current increases in the positive direction. When the speed estimation value becomes larger than the speed command value, the q-axis voltage acts in the direction of decreasing from the above equation (12). As a result, the starting torque cannot be increased, the number of revolutions does not increase, the surplus power increases, and the d-axis current largely flows in the positive direction.
これに対し、上記(2)式から、d軸電流が0になるようにd軸電圧を制御すれば、大きな負荷トルクが発生している際にモータ1が起動する場合でも、d軸電流が正方向に大きくなることが抑止され、速度推定値が過剰に大きくならない。速度推定値が速度指令値に対して大きくならなければ、q軸電圧は小さくなる方向に働かず、正常に必要な起動トルクをかけるためのq軸電流を流すことができる。
On the other hand, from the above equation (2), if the d-axis voltage is controlled so that the d-axis current becomes 0, the d-axis current is reduced even when the
上記(2)式から、d軸電流が0となるときのd軸電圧Vdは下記(13)式となる。
一方、実施形態1のVd=0と異なり、上記(13)式のようにd軸電圧の制御を加えることで、d軸とq軸との間で干渉が発生してしまう。このため、d軸及びq軸の各電圧生成器には干渉の影響をキャンセルするための非干渉項があることが好ましい。 On the other hand, unlike Vd = 0 in the first embodiment, interference is generated between the d-axis and the q-axis by controlling the d-axis voltage as in the above equation (13). For this reason, each of the d-axis and q-axis voltage generators preferably has a non-interference term for canceling the influence of interference.
d軸電圧は上記(13)式の右辺がそのまま非干渉項となるため、q軸側の干渉の影響をキャンセルできる。一方、q軸電圧は上記(12)式の右辺で第一項と第二項がそのまま非干渉項となるため、d軸側の干渉の影響をキャンセルできる。このことから、d軸及びq軸の各電圧生成器は非干渉な電圧指令値を生成できる。 As for the d-axis voltage, the right side of the above equation (13) becomes a non-interference term as it is, so that the influence of the interference on the q-axis side can be canceled. On the other hand, as for the q-axis voltage, the first term and the second term are non-interference terms as they are on the right side of the above equation (12), so that the influence of interference on the d-axis side can be canceled. From this, each of the d-axis and q-axis voltage generators can generate a non-interfering voltage command value.
q軸電圧生成器17Bは、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idと、速度推定器29Bにより出力された電気角推定速度ωeと、モータ1の電気角初速度ωe0と、q軸電圧生成器17B内部で生成される電気角速度指令値ωe*と、初期q軸電圧V0とから、同期運転ステップにおけるq軸電圧指令値Vq*を生成し、生成したq軸電圧指令値Vq*をdq/3φ変換器21へ出力する。つまり、q軸電圧生成器17Bは、実施形態1のq軸電圧生成器17Aと同様の構成を採る。
The q-
q軸電圧生成器17Bは、ロータ位置決めステップにおける位置決め時のd軸電圧と同一の大きさのq軸電圧を初期q軸電圧V0とすることで、起動トルクを発生させる。q軸電圧生成器17Bは、モータ1の速度を上昇させるための適切なq軸電圧Vqを生成しながら、余剰電力を最小に制御することで、同期運転ステップから通常運転へのモード移行が可能となると共に、通常運転における軸誤差Δθの演算に必要な誘起電圧を発生させるだけの速度を確保する。
The q-
速度推定器29Bは、基本形態に係る速度推定器29Xと同様の構成であるが、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idから、推定された現在のモータの角速度である電気角推定速度ωeを算出し、q軸電圧生成器17B及び位置推定器30Xへそれぞれ出力する。速度推定器29Bは、検出部により検出された電流のdq座標系におけるd軸電流から現在速度を推定する速度推定部の一例である。
The
(実施形態2に係る同期運転ステップにおけるd軸電圧生成器)
図10は、実施形態2に係る同期運転ステップにおけるd軸電圧生成器の構成の一例を示す図である。実施形態2に係る同期運転ステップにおけるd軸電圧生成器16Bは、乗算器16B−1、減算器16B−2を有する。
(D-axis voltage generator in synchronous operation step according to Embodiment 2)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a d-axis voltage generator in a synchronous operation step according to the second embodiment. The d-
乗算器16B−1は、電気角推定速度ωe、q軸電流Iq及びq軸インダクタンスLqを入力として、電気角推定速度ωeとq軸電流Iqとq軸インダクタンスLqとの乗算結果を減算器16B−2へ出力する。減算器16B−2は、乗算器16B−1で乗算した結果を負の値にするために0と乗算器16B−1の出力との偏差(0−ωe・Lq・Iq)を算出することによりd軸電圧Vdを生成する。乗算器16B−1の出力に−1を乗算した結果は、0から乗算器16B−1の出力を減算した結果と同一になるため、減算器16B−2の代わりに乗算器を用いて乗算器16B−1の出力と−1とを乗算してもよい。また、乗算器16B−1には電気角推定速度ωeを入力しているが、電気角推定速度ωeが電気角速度指令値ωe*に達して速度が一定の速度では、電気角推定速度ωeの代わりに電気角速度指令値ωe*を乗算器16B−1に入力してもよい。
The
以上から、実施形態2においてd軸電圧生成器16Bが出力するd軸電圧Vd(d軸駆動電圧Vd)は、実施形態1におけるVd=0に代えて、上記(13)式のようになる。d軸電圧生成器16Bは、上記(13)式によりd軸電圧Vdを生成して出力する。上記(13)式において、右辺が、減算器16B−2による演算結果に対応する。
As described above, the d-axis voltage Vd (d-axis drive voltage Vd) output from the d-
(実施形態2に係る同期運転ステップの処理)
実施形態2に係る同期運転ステップの処理は、図8に示した実施形態1に係る同期運転ステップの処理と同様になる。ここで、実施形態2において、実際の回転速度が最適回転速度に収束するための収束時間は、実施形態1と同様に、q軸電圧生成器17B、速度推定器29Bの入力であるd軸電流Idと、出力であるq軸電圧Vqとの関係を示す上記(12)式を、収束時間について解くことで求められる。実施形態2における電気角速度指令値ωe*及び電気角推定速度ωeの目標到達速度は、実施形態1と同様である。
(Process of synchronous operation step according to Embodiment 2)
The process of the synchronous operation step according to the second embodiment is the same as the process of the synchronous operation step according to the first embodiment shown in FIG. Here, in the second embodiment, the convergence time for the actual rotation speed to converge to the optimum rotation speed is equal to the d-axis current which is the input of the q-
(実施形態2に係る各値の推移)
以下、図11A〜図14Bを参照して、実施形態2と実施形態1とについて、モータの負荷が大きな場合の、d軸電流及びq軸電流の推移、d軸電圧及びq軸電圧の推移、軸誤差Δθの推移、電気角推定速度及び速度指令値の推移を比較して説明する。
(Change of each value according to the second embodiment)
Hereinafter, with reference to FIG. 11A to FIG. 14B, regarding
なお、図11A〜図14Bにおいて、横軸の時刻tを区分する(1)の区間はロータ位置決めステップの区間、(2)の区間は同期運転の区間を示し、(2)の区間をさらに区分する(2)’の区間は目標到達速度へ向けての加速領域の区間、(2)”の区間は目標到達速度到達後の定速領域の区間を示す。なお、加速領域の区間は指令速度が上昇している区間であり、定速領域の区間は指令速度が一定となる区間である。また、図11A、図12A、図13A、図14Aにおける(3)の区間は通常運転の区間を示す。 11A to 14B, the section (1) that divides the time t on the horizontal axis indicates the section of the rotor positioning step, the section (2) indicates the section of the synchronous operation, and the section (2) is further divided. The section (2) ′ indicates the section of the acceleration region toward the target arrival speed, and the section (2) ″ indicates the section of the constant speed region after reaching the target arrival speed. The section of the acceleration region indicates the command speed. 11A is a section where the command speed is constant, and a section of (3) in FIGS. 11A, 12A, 13A, and 14A is a section of the normal operation. Show.
(モータの負荷が大きな場合の実施形態2におけるd軸電圧及びq軸電圧の推移と、d軸電流及びq軸電流の推移(図11A,図12A))
図11Aは、モータの負荷が大きな場合の実施形態2に係るd軸電流及びq軸電流の推移の一例を示す図である。図12Aは、モータの負荷が大きな場合の実施形態2に係るd軸電圧及びq軸電圧の推移の一例を示す図である。
(Changes in d-axis voltage and q-axis voltage and changes in d-axis current and q-axis current in the second embodiment when the motor load is large (FIGS. 11A and 12A))
FIG. 11A is a diagram illustrating an example of changes in the d-axis current and the q-axis current according to the second embodiment when the load on the motor is large. FIG. 12A is a diagram illustrating an example of transition of the d-axis voltage and the q-axis voltage according to the second embodiment when the load on the motor is large.
図12Aに示すように、(1)のロータ位置決めステップにおいて、q軸電圧Vqを0とし、一定のd軸電圧Vdがモータ1へ印可される。これにより、図11Aに示すように、(1)のロータ位置決めステップにおいて、モータ1にd軸電流Idが流れる。
As shown in FIG. 12A, in the rotor positioning step (1), the q-axis voltage Vq is set to 0, and a constant d-axis voltage Vd is applied to the
次に、実施形態2では、図12Aに示すように、(2)’の加速領域において、上記(13)式に基づいて算出されたd軸電圧Vdと、上記(12)式に基づいて算出されたq軸電圧Vqとがモータ1へ印可される。そして、(2)’の加速領域において、d軸電圧Vdが徐々に小さくなっていく一方で、q軸電圧Vqが、d軸電圧Vdの減少する大きさよりも増加する大きさが大きくなっていくことでq軸電流Iqが正方向に増加していく。
Next, in the second embodiment, as shown in FIG. 12A, in the acceleration region of (2) ′, the d-axis voltage Vd calculated based on the above equation (13) and the d-axis voltage Vd calculated based on the above equation (12) The applied q-axis voltage Vq is applied to the
そして、図12Aに示すように、(2)’の加速領域に続く(2)”の定速領域において、上記(12)式に基づいて算出されたq軸電圧Vqにおいて、上記(12)式の第二項と第三項の積分項が働いて、最適なq軸電圧に収束する。すなわち、(2)”の定速領域においては、(2)’の加速領域とは異なり、q軸電圧Vqが少しであるけれども低下へと転じる。また、d軸電圧Vdの負の電圧も低下する。q軸電圧Vq、d軸電圧が低下へと転じたことに伴い、図11Aに示すように、q軸電流Iq、d軸電流Idともに小さくなる。そして、図11Aに示すように、モータ1の速度指令値ω*が目標到達速度に達し、かつ、回転速度に対して適切なq軸電圧に収束させるための収束時間が経過し、かつ、モータ1の電気角推定速度ωeが目標到達速度に達したタイミングt1において、モータ1の同期運転ステップから通常運転へとモード移行が行われる。
Then, as shown in FIG. 12A, in the constant speed region of (2) ″ following the acceleration region of (2) ′, in the q-axis voltage Vq calculated based on the above expression (12), the above expression (12) is obtained. Converges to the optimal q-axis voltage by operating the integral terms of the second and third terms, that is, in the constant speed region of (2) ″, unlike the acceleration region of (2) ′, the q-axis voltage Although the voltage Vq is small, it starts to decrease. Further, the negative voltage of the d-axis voltage Vd also decreases. As the q-axis voltage Vq and the d-axis voltage start to decrease, both the q-axis current Iq and the d-axis current Id decrease as shown in FIG. 11A. Then, as shown in FIG. 11A, the speed command value ω * of the
(モータの負荷が大きな場合の実施形態1におけるd軸電圧及びq軸電圧の推移と、d軸電流及びq軸電流の推移(図11B,図12B))
図11Bは、モータの負荷が大きな場合の実施形態1に係るd軸電流及びq軸電流の推移の一例を示す図である。図12Bは、モータの負荷が大きな場合の実施形態1に係るd軸電圧及びq軸電圧の推移の一例を示す図である。
(Changes in d-axis voltage and q-axis voltage and changes in d-axis current and q-axis current in
FIG. 11B is a diagram illustrating an example of transition of the d-axis current and the q-axis current according to the first embodiment when the load of the motor is large. FIG. 12B is a diagram illustrating an example of changes in the d-axis voltage and the q-axis voltage according to the first embodiment when the load on the motor is large.
図12Bに示すように、(1)のロータ位置決めステップにおいて、q軸電圧Vqを0とし、一定のd軸電圧Vdがモータ1へ印可される。これにより、図11Bに示すように、(1)のロータ位置決めステップにおいて、モータ1にd軸電流Idが流れる。
As shown in FIG. 12B, in the rotor positioning step (1), the q-axis voltage Vq is set to 0, and a constant d-axis voltage Vd is applied to the
次に、実施形態1では、図12Bに示すように、(2)’の加速領域において、d軸電圧Vdを0とし、上記(12)式に基づいて算出されたq軸電圧Vqがモータ1へ印可される。しかし、モータの負荷が大きな場合、実施形態1では、図12Bに示すように、(2)’の加速領域の後半において、q軸電圧Vqの制御が不能となってq軸電圧Vqが低下してしまう。これは、後述の図14Bに示すように、電気角推定速度ωeが、(2)’の加速領域の後半で、電気角目標速度ωe*に対して追従することが困難になって速度が速くなり、速度を下げようとしてq軸電圧Vqが低下するからである。これに伴い、図11Bに示すように、(2)’の加速領域の後半において、q軸電流Iqの制御が不能になってq軸電流Iqが低下してしまうとともに、d軸電流Idの制御も不能になる。
Next, in the first embodiment, as shown in FIG. 12B, in the acceleration region of (2) ′, the d-axis voltage Vd is set to 0, and the q-axis voltage Vq calculated based on the above equation (12) is set to the
(モータの負荷が大きな場合の実施形態2及び実施形態1における軸誤差Δθの推移(図13A,図13B))
図13Aは、モータの負荷が大きな場合の実施形態2に係る軸誤差Δθの推移の一例を示す図である。図13Bは、モータの負荷が大きな場合の実施形態1に係る軸誤差Δθの推移の一例を示す図である。
(Transition of axis error Δθ in
FIG. 13A is a diagram illustrating an example of a change in the axis error Δθ according to the second embodiment when the motor load is large. FIG. 13B is a diagram illustrating an example of a change in the axis error Δθ according to the first embodiment when the motor load is large.
図13Aに示すように、実施形態2では、(2)’の加速領域の前半で、軸誤差Δθが0付近に収束している。 As shown in FIG. 13A, in the second embodiment, the axis error Δθ converges to around 0 in the first half of the acceleration region of (2) ′.
これに対し、実施形態1では、図13Bに示すように、(2)’の加速領域及び(2)”の定速領域の何れにおいても、軸誤差Δθは0付近に収束することなく、大きな値となる。特に、図13Bでは、q軸電流Iq及びd軸電流Idの制御が不能になる(2)’の加速領域の後半で(図11B)、軸誤差Δθが発散する。 On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 13B, in both the acceleration region of (2) ′ and the constant speed region of (2) ″, the axis error Δθ does not converge to around 0 and is large. 13B, the axis error Δθ diverges in the latter half of the acceleration region (2) ′ where the control of the q-axis current Iq and the d-axis current Id becomes impossible (FIG. 11B).
(モータの負荷が大きな場合の実施形態2及び実施形態1における電気角推定速度及び電気角目標速度の推移)
図14Aは、モータの負荷が大きな場合の実施形態2に係る電気角推定速度及び電気角目標速度の推移の一例を示す図である。図14Bは、モータの負荷が大きな場合の実施形態1に係る電気角推定速度及び電気角目標速度の推移の一例を示す図である。
(Changes in estimated electric angle speed and target electric angle speed in the second and first embodiments when the motor load is large)
FIG. 14A is a diagram illustrating an example of transitions of the estimated electric angle speed and the target electric angle speed according to the second embodiment when the motor load is large. FIG. 14B is a diagram illustrating an example of changes in the estimated electric angle speed and the target electric angle speed according to the first embodiment when the load on the motor is large.
図14Aに示すように、実施形態2では、(2)’の加速領域及び(2)”の定速領域の何れにおいても、電気角推定速度ωeが、電気角速度指令値(つまり、電気角目標速度)ωe*に追従して加速している。 As shown in FIG. 14A, in the second embodiment, in both the acceleration region (2) ′ and the constant speed region (2) ″, the estimated electric angle ωe is equal to the electric angular speed command value (that is, the electric angle target). (Speed) ωe * to accelerate.
これに対し、実施形態1では、図14Bに示すように、電気角推定速度ωeが、(2)’の加速領域の後半で、電気角速度指令値ωe*(つまり、電気角目標速度)に追従することが困難になって制御不能となり、(2)”の定速領域において、0になってしまう。 On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 14B, the estimated electric angular velocity ωe follows the electric angular velocity command value ωe * (that is, the electric angular target velocity) in the latter half of the acceleration region of (2) ′. It becomes difficult to perform the control and control becomes impossible, and the value becomes 0 in the constant speed region of (2) ″.
(dq軸の電流ベクトルとγδ軸の電流ベクトルとの関係)
図15は、dq軸の電流ベクトルとγδ軸の電流ベクトルとの理想的な関係の一例を示す図である。図16は、実施形態1に係るdq軸の電流ベクトルとγδ軸の電流ベクトルとの関係の一例を示す図である。図17は、実施形態2に係るdq軸の電流ベクトルとγδ軸の電流ベクトルとの関係の一例を示す図である。
(Relationship between dq-axis current vector and γδ-axis current vector)
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an ideal relationship between a current vector on the dq axis and a current vector on the γδ axis. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the relationship between the dq-axis current vector and the γδ-axis current vector according to the first embodiment. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a relationship between a dq-axis current vector and a γδ-axis current vector according to the second embodiment.
図15に示すように、dq軸の電流ベクトルIdq0の方向がq軸上にあるときに、ロータに対して最も回転力が与えられる。また、γδ軸の電流ベクトルIγδ0の方向が電流ベクトルIdq0の方向と等しい状態が、軸誤差Δθが0となる状態であるため、理想的な状態である。 As shown in FIG. 15, when the direction of the dq-axis current vector I dq 0 is on the q-axis, the rotational force is applied to the rotor most. Moreover, equal status and direction of the direction of current vector I dq 0 of the current vector I the ?? 0 of the ?? axes, since the axis error Δθ is in a state to be 0, it is an ideal state.
これに対し、実施形態1の場合には、図16に示すように、モータ1の負荷により軸誤差Δθ1が生じることで、電流ベクトルIγδ0の方向が電流ベクトルIdq0の方向に対してΔθ1だけ進みすぎてしまう。これに対し、実施形態1では、d軸電圧を0とした上でq軸電圧Vq*を上記(12)式に従って制御する。これにより、実施形態1では、図16に示す電流ベクトルIγδ1のように、方向が進みすぎた電流ベクトルIγδ0の方向を軸誤差Δθ1の分だけ戻すことができるため、電流ベクトルIγδ1をdq座標の第一象限に留めておくことができる。但し、実施形態1では、γδ軸の電流ベクトルの方向の変化は可能だが、大きさは変化しない。また、γ軸を0度、δ軸を90度とした場合、実施形態1では、上記(12)式より、γδ軸の電流ベクトルの制御幅は90度から45度の範囲となる。
In contrast, in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 16, that the axis error Δθ1 is caused by the load of the
一方で、実施形態2の場合には、d軸電圧Vdを上記(13)式に従って算出するため、図17に示す電流ベクトルIγδ2Aのように、γδ軸の電流ベクトルの大きさ電流ベクトルIγδ0よりも増加させることができる。よって、実施形態2では、モータ1の負荷が大きい場合でも、軸誤差を実施形態1よりも小さくすることができる(Δθ2<Δθ1)。また、実施形態2では、実施形態1と同様に、q軸電圧Vq*を上記(12)式に従って制御する。このため、実施形態2では、図17に示す電流ベクトルIγδ2Bのように、方向が進みすぎている電流ベクトルIγδ2Aの方向を軸誤差Δθ2の分だけ戻すことができるため、実施形態1と同様に、電流ベクトルIγδ2Bをdq座標の第一象限に留めておくことができる。但し、実施形態2では、d軸電圧Vdを上記(13)式に従って算出するため、γ軸を0度、δ軸を90度とした場合、γδ軸の電流ベクトルの制御幅は、90度から80度の範囲となって、実施形態1よりも小さくなる。しかし、実施形態2では、d軸電圧Vdを上記(13)式に従って算出することにより軸誤差が実施形態1よりも小さくなるため、γδ軸の電流ベクトルの制御幅は、実施形態1よりも小さい制御幅で足りる。
On the other hand, in the case of the second embodiment, since the d-axis voltage Vd is calculated according to the above equation (13), the magnitude of the γδ-axis current vector, such as the
以上のように、実施形態2では、d軸電圧生成器16Bは、d軸電圧として負の電圧を出力する。d軸電圧生成器16Bは、例えば、上記(13)式に従って算出したd軸電圧を出力する。よって、実施形態2では、実施形態1よりもモータ1の負荷が大きい場合であっても、必要なトルクを得ながら実施形態1と同等のq軸電圧の制御が可能になる。
As described above, in the second embodiment, the d-
以上、実施形態2について説明した。 The second embodiment has been described above.
上述の実施形態及び図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータやパラメータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。また、上述の実施形態における各部もしくは各装置の構成は、処理負荷や実装効率等から適宜分散又は統合されてもよい。また、上述の実施形態における各処理は、処理負荷や実装効率等から、処理順序を適宜入れ替えて実行されてもよい。 The information including the specific names, processes, controls, and various types of data and parameters in the above-described embodiment and illustrations are merely examples, and can be appropriately changed unless otherwise specified. In addition, the configuration of each unit or each device in the above-described embodiment may be appropriately dispersed or integrated based on processing load, mounting efficiency, and the like. In addition, each processing in the above-described embodiment may be executed by appropriately changing the processing order from the processing load and the mounting efficiency.
上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The broader aspects of the above-described embodiments are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the general inventive concept or scope as defined by the appended claims and equivalents thereof.
2X、2A、2B 制御器
10X、10A、10B マイクロコンピュータ
11 減算器
12 速度制御器
13 励磁電流制御器
14 減算器
15 減算器
16 d軸電流制御器
16X d軸電圧生成器
17 q軸電流制御器
17X、17A q軸電圧生成器
17A−1 Ld乗算器
17A−2 減算器
17A−3 積分器
17A−4 減算器
17A−5 Ψ乗算器
17A−6 加算器
17A−7 加算器
17A−8 電気角速度指令生成器
18 非干渉化制御器
19 減算器
20 加算器
21 dq/3φ変換器
22 PWM生成器
23 IPM
24 3φ電流算出器
25 3φ/dq変換器
26 軸誤差演算処理器
29 PLL制御器
29X、29A、29B 速度推定器
29X−1 比例項計算処理器
29X−2 積分項計算処理器
29X−3 加算器
30、30X 位置推定器
31 1/Pn処理器
100X、100A、100B モータ制御装置
CO0、CO1、CO2 接点
SW1 スイッチ
2X, 2A,
24 3φ
Claims (6)
前記モータを流れる電流を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記電流のdq座標系におけるd軸電流から前記現在速度を推定する速度推定部と、
dq座標系におけるd軸の前記駆動電圧としてd軸駆動電圧を生成するd軸電圧生成部と、
dq座標系におけるq軸の前記駆動電圧としてq軸駆動電圧を生成するq軸電圧生成部と、
前記d軸駆動電圧と前記q軸駆動電圧とから前記駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、を備え、
前記モータの起動の際に、
前記d軸電圧生成部は、前記d軸駆動電圧として負の電圧を出力し、
前記q軸電圧生成部は、初期駆動電圧を出力し、その後、少なくとも、前記初期駆動電圧と前記目標速度と前記現在速度とから前記q軸駆動電圧を生成する、
モータ制御装置。 A drive unit that drives a motor by supplying a drive voltage generated based on a difference between a target speed of the motor and a current speed of the motor to the motor,
A detection unit that detects a current flowing through the motor,
A speed estimating unit that estimates the current speed from a d-axis current in a dq coordinate system of the current detected by the detecting unit;
a d-axis voltage generator that generates a d-axis drive voltage as the d-axis drive voltage in a dq coordinate system;
a q-axis voltage generation unit that generates a q-axis drive voltage as the q-axis drive voltage in the dq coordinate system;
A drive voltage generation unit that generates the drive voltage from the d-axis drive voltage and the q-axis drive voltage,
When starting the motor,
The d-axis voltage generation unit outputs a negative voltage as the d-axis drive voltage,
The q-axis voltage generation unit outputs an initial drive voltage, and thereafter, at least, generates the q-axis drive voltage from the initial drive voltage, the target speed, and the current speed,
Motor control device.
請求項1に記載のモータ制御装置。 The d-axis voltage generation unit generates -ωe · Lq · Iq (where “ωe” is the current speed, “Lq” is the q-axis inductance of the motor, and “Iq” is the q-axis current ),
The motor control device according to claim 1.
請求項1または2に記載のモータ制御装置。 The current speed is a speed at which the d-axis current becomes 0,
The motor control device according to claim 1.
請求項2に記載のモータ制御装置。
The motor control device according to claim 2.
請求項1から4の何れか一つに記載のモータ制御装置。 The initial drive voltage has the same voltage value as the voltage applied to the d-axis in the dq coordinate system for positioning the rotor during the initial drive.
The motor control device according to claim 1.
請求項1から5の何れか一つに記載のモータ制御装置。 After the target speed reaches the target arrival speed at which the axis error of the motor can be calculated, after a lapse of a predetermined time, the mode shifts to the position feedback operation mode of the motor for calculating the axis error of the motor.
The motor control device according to claim 1.
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