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JP5408918B2 - Motor control method and control apparatus - Google Patents

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JP5408918B2 JP2008185065A JP2008185065A JP5408918B2 JP 5408918 B2 JP5408918 B2 JP 5408918B2 JP 2008185065 A JP2008185065 A JP 2008185065A JP 2008185065 A JP2008185065 A JP 2008185065A JP 5408918 B2 JP5408918 B2 JP 5408918B2
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知紀 間下
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Nagaoka University of Technology
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Nagaoka University of Technology
Oriental Motor Co Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、モータの駆動電流を制御するモータの制御方法および制御装置に関し、特に、電流センサのオフセットを補正する方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a motor control method and control apparatus for controlling a drive current of a motor, and more particularly to a method and apparatus for correcting offset of a current sensor.

従来、モータの駆動電流値を電流検出器で検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックする制御装置が知られている。この種の装置では、電流検出器の検出値がオフセットしている場合には、その分モータの駆動電流が正側または負側にオフセットし、これによりロータ内に磁束変動による渦電流が生じ、発熱による永久磁石の減磁によるトルク低下や、トルク脈動による振動/騒音の増大といった問題が発生する場合がある。
このような駆動電流のオフセットを補正する技術として、例えば特開2001−298992号公報(特許文献1参照)に開示されるモータの制御装置がある。
特開2001−298992号公報
Conventionally, there has been known a control device that detects a drive current value of a motor with a current detector and feeds back the drive current value to drive control. In this type of device, when the detection value of the current detector is offset, the motor drive current is offset to the positive side or the negative side, thereby generating an eddy current due to magnetic flux fluctuation in the rotor, There may be problems such as a decrease in torque due to demagnetization of the permanent magnet due to heat generation and an increase in vibration / noise due to torque pulsation.
As a technique for correcting such an offset of the drive current, there is a motor control device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-289992 (see Patent Document 1).
JP 2001-298990 A

しかしながら、特許文献1の技術にあっては、モータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に応じた駆動電流をモータに供給する電流供給部とを備えたモータの制御装置において、モータの駆動電流の電流値を検出する電流検出部と、モータ駆動時において検出された電流値に基づいて前記駆動電流のオフセット量を算出するオフセット量算出部と、前記算出したオフセット量に基づいて前記駆動信号の補正を行う駆動信号補正部とを有し、モータの検出電流に基づいて駆動電流を補正するため、オフセット量の算出値が不正確であるという問題がある。   However, in the technique of Patent Literature 1, in a motor control device including a drive signal generation unit that generates a drive signal for a motor and a current supply unit that supplies a drive current corresponding to the drive signal to the motor A current detection unit that detects a current value of a drive current of the motor, an offset amount calculation unit that calculates an offset amount of the drive current based on a current value detected when the motor is driven, and based on the calculated offset amount And a drive signal correction unit that corrects the drive signal, and corrects the drive current based on the detected current of the motor. Therefore, there is a problem that the calculated value of the offset amount is incorrect.

本発明は、以上のような問題を解決し、より正確なオフセット値を推定することができるモータの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a motor control method and control apparatus that can solve the above-described problems and can estimate a more accurate offset value.

本発明は、上記課題を解決するため、モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1を、A/Dコンバータ(10)によってそれぞれiu+Δiu1とiv+Δiv1に該A/Dコンバータによるオフセット成分Δu2,Δv2を加算した値を離散値に変換したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を、3相/dq変換器(11)によって、3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流idsim´,iqsim´と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定するとともに、前記推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 前記モータ(7)の抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて、前記オフセット値を推定することにある。
また、本発明は、モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、前記位置検出器(8)から得られる前記モータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、前記電流検出器(6)から得られる該電流検出器によるオフセット値Δu1、Δv1が加算されたiu+Δu1、iv+Δv1と、A/Dコンバータ(10)のオフセット値Δu2, Δv2をそれぞれ加算したiuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を離散化する該A/Dコンバータ(10)と、離散化されたiuoff,ivoffを3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、この電流シミュレータ(12)からの推定電流idsim´,iqsim´と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備え、前記電流シミュレータ(12)の推定電流(idsim´,iqsim´)の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて前記電流オフセット推定器(13)でオフセット値を推定することにある。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention converts the output vd and vq from the current controller (2) for controlling the excitation current id and the torque current iq of the motor (7) into dq / 3-phase conversion. The voltage command on the dq coordinate is converted into a three-phase alternating current coordinate system by the device (3), the PWM control of the PWM inverter (5) is performed based on the voltage instruction from the dq / 3-phase converter (3), and the motor In the motor control method of applying a power supply voltage to (7), detecting a current flowing through the motor (7), and feeding back the drive current value to the drive control, the three-phase current flowing through the motor (7) Two-phase current is detected by the current detector (6), the position of the rotor of the motor (7) is detected by the position detector (8), and the motor (7) obtained from the position detector (8) is detected. ) Position information of the rotor The iu + Δu1 and iv + Δv1 to which the offset values Δu1 and Δv1 obtained by the current detector (6) are converted to the speed and added from the current detector (6) are added to the A / D converter. Iuoff (= iu + Δu1 + Δu2), ivoff (= iv + Δv1) obtained by converting the values obtained by adding the offset components Δu2, Δv2 by the A / D converter to iu + Δiu1 and iv + Δiv1, respectively, according to (10) + Δv2) is converted from the three-phase alternating current coordinate system to the dq coordinate system by the three-phase / dq converter (11), the velocity information output from the position / velocity converter (9), and the current control The current on the dq coordinate is estimated based on the outputs vd and vq of the generator (2), and the difference between the estimated currents idsim 'and iqsim' and the current output from the three-phase / dq converter (11) from, together with estimates the offset value of the current detector (6), the DC component of the estimated current It becomes an error due to fluctuations in electrical parameters, and by utilizing the fact that the offset of the current detector (6) becomes a ripple component, even when the resistance and inductance parameters of the motor (7) change, the current detector The offset value is estimated based on both output signals of (6) and the A / D converter (10) .
The present invention also includes a speed controller (1) for controlling the speed of the motor (7), and a current controller (for controlling the excitation current id and the torque current iq of the motor (7)). 2), a dq / 3-phase converter (3) for converting the output vd, vq from the current controller (2) from a voltage command on the dq coordinate to a three-phase AC coordinate system, and the dq / 3 Position for detecting the position of the inverter (5) for applying PWM control based on the voltage instruction from the phase converter (3) and applying the power supply voltage to the motor (7) and the rotor of the motor (7) A three-phase current flowing through the motor (7) in a motor control device that detects a current flowing through the motor (7) and feeds back the drive current value to the drive control. Said current detection for detecting the current of two phases (6), a position / speed converter (9) for converting the position information of the rotor of the motor 7 obtained from the position detector (8) into a speed, and the current detector (6) Iuoff (= iu + Δu1 + Δu2) and ivoff obtained by adding iu + Δu1 and iv + Δv1 obtained by adding offset values Δu1 and Δv1 by the current detector and offset values Δu2 and Δv2 of the A / D converter (10), respectively. The A / D converter (10) for discretizing (= iv + Δv1 + Δv2), and the three-phase / dq converter (11) for converting the discretized iuoff and ivoff from the three-phase AC coordinate system to the dq coordinate system ), Velocity information output from the position / velocity converter (9), and a current simulator (12) for estimating the current on the dq coordinate based on the outputs vd and vq of the current controller (2) The estimated currents idsim ′ and iqsim ′ from the current simulator (12) and the three phases A current offset estimator (13) for estimating the offset value of the current detector (6) from the difference from the current output from the / dq converter (11), and an estimated current of the current simulator (12) By utilizing the fact that the DC component of ( idsim ', iqsim' ) becomes an error due to fluctuations in electrical parameters, and the offset of the current detector (6) becomes a ripple component, when the motor resistance and inductance parameters change The current offset estimator (13) estimates the offset value based on both output signals of the current detector (6) and the A / D converter (10) .

本発明のモータの制御方法および制御装置によれば、電流検出器のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。   According to the motor control method and control apparatus of the present invention, a robust current control system that does not cause torque pulsation or the like can be obtained by removing the offset of the current detector.

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態を示すモータの制御装置のブロック図である。図1の点線内部は中央処理装置CPUを構成している。
まず、図1の回路構成を説明すると、1は多相、例えば3相の交流電動機(以下モータと略称する。)7の速度を制御するための速度制御器である。2は速度制御器1からの信号(iqref)が入力され、励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器であり、その電流制御器2の出力はdq座標軸上の電圧指令vd,vqとなる。3は電流制御器2からの出力、電圧指令vd,vqを、dq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器である。4はモータ7を駆動するための交流電源である。5は交流電源4からの出力である電圧を、前記dq/3相変換器3から得られる電圧指示になるようにPWM制御を行い、前記モータ7に駆動電流を供給するためのインバータである。6はインバータ5とモータ7との間に接続された電流検出器であり、この電流検出器6は、モータ7に流れる3相電流のうちU,V相の電流を検出するためのものである。この電流検出器6からの出力には、電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)を乗じている。前記モータ7は、インバータ5からモータ7の各相(U相、V相、W相)に供給される駆動電流により制御される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a motor control apparatus showing an embodiment of the present invention. The inside of the dotted line in FIG. 1 constitutes the central processing unit CPU.
First, the circuit configuration of FIG. 1 will be described. Reference numeral 1 denotes a speed controller for controlling the speed of a multi-phase, for example, three-phase AC motor (hereinafter abbreviated as a motor) 7. Reference numeral 2 denotes a current controller for inputting the signal (iqref) from the speed controller 1 to control the excitation current id and the torque current iq. The output of the current controller 2 is a voltage on the dq coordinate axis. The commands are vd and vq. Reference numeral 3 denotes a dq / 3-phase converter for converting the output from the current controller 2 and the voltage commands vd and vq from the voltage command on the dq coordinate to the three-phase AC coordinate system. Reference numeral 4 denotes an AC power source for driving the motor 7. Reference numeral 5 denotes an inverter for performing PWM control so that the voltage output from the AC power supply 4 becomes a voltage instruction obtained from the dq / 3-phase converter 3 and supplying a drive current to the motor 7. 6 is a current detector connected between the inverter 5 and the motor 7, and this current detector 6 is for detecting U-phase and V-phase currents among the three-phase currents flowing through the motor 7. . The output from the current detector 6 is multiplied by an offset (Δu1, Δv1) by the current detector 6. The motor 7 is controlled by a drive current supplied from the inverter 5 to each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor 7.

8は前記モータ7に内蔵あるいは併設され、前記モータ7の回転子の位置を検出するエンコーダ等の位置検出器である。9は前記位置検出器8に接続され、この位置検出器8から得られるモータ7の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器である。10は前記電流検出器6に接続され、この電流検出器6から得られる電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)の乗っている電流をCPUに取り込むためのA/Dコンバータ(アナログ/デジタル変換器)であり,CPUに取り込む際にA/Dコンバータ10自身のオフセット値が前記電流検出器の出力に乗ぜられる。11はA/Dコンバータの出力iuoff(=iu+Δu1+Δu2),ivoff(=iv+Δv1+Δv2)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器である。この3相/dq変換器11の出力側には、前記電流制御器2が接続されている。
12は前記位置速度変換器9と、前記電流制御器2の出力側に接続され、前記位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力vd、vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータであり,その出力はidsim´,iqsim´で表される。
Reference numeral 8 denotes a position detector such as an encoder that is built in or is provided with the motor 7 and detects the position of the rotor of the motor 7. A position / speed converter 9 is connected to the position detector 8 and converts the position information of the rotor of the motor 7 obtained from the position detector 8 into a speed. Reference numeral 10 is connected to the current detector 6, and an A / D converter (analog / digital conversion) for taking into the CPU the current on the offset (Δu1, Δv1) obtained from the current detector 6 by the current detector 6 The offset value of the A / D converter 10 itself is multiplied by the output of the current detector when it is taken into the CPU. A three-phase / dq converter 11 converts the outputs iuoff (= iu + Δu1 + Δu2) and ivoff (= iv + Δv1 + Δv2) of the A / D converter from the three-phase AC coordinate system to the dq coordinate system. The current controller 2 is connected to the output side of the three-phase / dq converter 11.
12 is connected to the position / speed converter 9 and the output side of the current controller 2, and dq based on the motor speed ω obtained by the position / speed converter 9 and the outputs vd and vq of the current controller 2. It is a current simulator that estimates current on coordinates, and its output is represented by idsim 'and iqsim' .

13は,前記3相/dq変換器11の出力側と電流シミュレータ12の出力側が接続され、3相/dq変換器11の出力である,前記A/Dコンバータ10の出力(iuoff,ivoff)をdq座標軸上に変換した電流(idoff,iqoff)と,電流シミュレータ12の出力である推定したdq座標軸上の電流(idsim´,iqsim´)をもとに,dq軸上のオフセット電流(iddet,iqdet)を推定する電流オフセット推定器である。14は電流オフセット推定器13の出力であるdq軸上のオフセット電流値(iddet,iqdet)をU,V各相のオフセット値に変換するdq/3相変換器である。
実施の形態では点線内についてはCPUを用いて行ったが,CPUを用いずに同じ構成を組み、実施することも可能である。
Reference numeral 13 denotes an output (iuoff, ivoff) of the A / D converter 10 which is an output of the three-phase / dq converter 11 by connecting the output side of the three-phase / dq converter 11 and the output side of the current simulator 12. current converted on the dq coordinate axis (idoff, iqoff) and the current on the dq coordinate axis which is estimated is the output of the current simulator 12 (idsim', iqsim') based on the offset current on dq axes (iddet, iqdet ) Is a current offset estimator. Reference numeral 14 denotes a dq / 3-phase converter that converts an offset current value (iddet, iqdet) on the dq axis, which is an output of the current offset estimator 13, into an offset value for each of the U and V phases.
In the embodiment, the dotted line is used for the CPU, but the same configuration can be assembled and implemented without using the CPU.

次に、上記のモータの制御装置の作用を説明する。
電流検出器6より得られる電流は数1に示すように電流検出器6によるオフセット(Δu1,Δv1)が乗っており、電流検出器6より得られる電流をCPUに入力する場合には必ずA/Dコンバータ10(アナログ/デジタル変換器)を用いることになる。電流をA/Dコンバータ10で離散化する際に乗るオフセット(Δu2,Δv2)と,電流検出器6によるオフセット値(Δu1,Δv1)とあわせれば数1である。
Next, the operation of the motor control apparatus will be described.
As shown in Equation 1, the current obtained from the current detector 6 is offset by the current detector 6 (Δu1, Δv1). When the current obtained from the current detector 6 is input to the CPU, it is always A / A D converter 10 (analog / digital converter) is used. The sum of the offset (Δu 2, Δv 2) that is applied when the current is discretized by the A / D converter 10 and the offset value (Δu 1, Δv 1) by the current detector 6 is given by Equation 1.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

A/Dコンバータ10の出力は数2(iuoff,ivoff)であり,iu,ivは実際にモータ7に流れているU相分,V相分の電流である。Δu,Δvは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットである。   The output of the A / D converter 10 is Equation 2 (iuoff, ivoff), and iu and iv are currents for the U phase and V phase that are actually flowing through the motor 7, respectively. Δu and Δv are offsets by the current detector 6 and the A / D converter 10.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

このようにオフセットを含む電流を用いると、電流制御器2で用いるdq座標上の電流は、3相/dq変換器11によって数3の演算を行えば、idoff,iqoffのように電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットΔu,Δvを含む値となり、図2のセンサ電流波形のようになる。数3において、id,iqは電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセット分を含まないdq座標軸上のセンサ電流であるθeはモータの電気角である。
When the current including the offset is used as described above, the current on the dq coordinate used in the current controller 2 is calculated by the three-phase / dq converter 11 as shown in idoff and iqoff. And a value including the offsets Δu and Δv by the A / D converter 10, and the sensor current waveform of FIG. In Equation 3, id and iq are sensor currents on the dq coordinate axis that do not include offsets by the current detector 6 and the A / D converter 10 . θe is the electrical angle of the motor.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

次に、電流シミュレータ12は、位置速度変換器9によって得られるモータ速度ωと、電流制御器2の出力であるdq座標上の電圧指令値vd,vqからモータの電気的パラメータである巻線抵抗、巻線インダクタンスを用いてdq座標上の電流であるidsimとiqsimを推定するものであり、図3のブロック図で表される。電流検出器6とA/Dコンバータ10によるオフセットがない場合には数4,数5,数6に示す差分方程式により、idsim,iqsimを推定する。数4〜数6において、Rnはモータ7の巻線抵抗のノミナル値、Lnはモータ7の巻線インダクタンスのノミナル値、ωreはモータ7の回転電気角速度、ΔVqはインバータの出力誤差補正値、φfnはモータの磁束鎖交数のノミナル値、Tcはサンプリング時間である。ここでΔVqは、図1のPWMインバータ5によるモータ7への印加電圧を補正するものである。   Next, the current simulator 12 calculates the winding resistance, which is an electric parameter of the motor, from the motor speed ω obtained by the position / speed converter 9 and the voltage command values vd and vq on the dq coordinate as the output of the current controller 2. The idsim and iqsim, which are currents on the dq coordinate, are estimated using the winding inductance, and are represented by the block diagram of FIG. When there is no offset by the current detector 6 and the A / D converter 10, idsim and iqsim are estimated by the differential equations shown in Equations 4, 5, and 6. In Equations 4 to 6, Rn is the nominal value of the winding resistance of the motor 7, Ln is the nominal value of the winding inductance of the motor 7, ωre is the rotational electrical angular velocity of the motor 7, ΔVq is the output error correction value of the inverter, φfn Is the nominal value of the number of flux linkages of the motor, and Tc is the sampling time. Here, ΔVq is for correcting the voltage applied to the motor 7 by the PWM inverter 5 of FIG.

前述の様に電流シミュレータ12は電流制御器2より出力される電圧指令vd,vqを用いる。電圧指令vd,vqは、実際にはdq/3相変換器3において3相電圧指令vu,vv,vwに変換され、PWMインバータ5に入力される。しかしながら、PWMインバータ5はIGBTやMOSFETなどのスイッチング素子により、デッドタイムやフォワードドロップ等により,3相電圧指令値に対して出力電圧誤差が発生する。この実際にかかる電圧をdq座標上の電圧値に変換しても,電流制御器2から出力される電圧指令値vd,vqとは誤差が生じる。これを補正するのが図3のΔVqであり,数7によって表される。数7において、VfdはIGBTのフォワードドロップ電圧、Tdはデッドタイム、ton,toffはそれぞれスイッチング素子のターンオン,ターンオフ時間を示す。   As described above, the current simulator 12 uses the voltage commands vd and vq output from the current controller 2. The voltage commands vd, vq are actually converted into three-phase voltage commands vu, vv, vw by the dq / 3-phase converter 3 and input to the PWM inverter 5. However, the PWM inverter 5 generates an output voltage error with respect to the three-phase voltage command value due to dead time, forward drop, or the like due to a switching element such as IGBT or MOSFET. Even if this actually applied voltage is converted into a voltage value on the dq coordinate, an error occurs from the voltage command values vd and vq output from the current controller 2. This is corrected by ΔVq in FIG. In Equation 7, Vfd represents the IGBT forward drop voltage, Td represents the dead time, and ton and toff represent the turn-on and turn-off times of the switching element, respectively.

Figure 0005408918
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Figure 0005408918
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Figure 0005408918
Figure 0005408918

Figure 0005408918
Figure 0005408918

電流検出器6にオフセットがある場合には、電流制御器2にオフセットを含んだ電流であるidoff,iqoffがフィードバックされるため、電流制御器2の出力vd,vqもオフセットを含めた形で出力され定常状態では数8、数9である。   When the current detector 6 has an offset, idoff and iqoff, which are currents including the offset, are fed back to the current controller 2, so that the outputs vd and vq of the current controller 2 are also output including the offset. In the steady state, Equations 8 and 9 are obtained.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

Figure 0005408918
Figure 0005408918

電流シミュレータ12にも数8が入力されるため、数4,数5のvd,vqに数8のvdoff,vqoffが入力されることになり電流シミュレータ12の出力は数10,数11となり図4で表される。   Since Equation 8 is also input to the current simulator 12, vdoff and vqoff of Equation 8 are input to vd and vq of Equations 4 and 5, and the output of the current simulator 12 is Equations 10 and 11, respectively. It is represented by

Figure 0005408918
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Figure 0005408918
Figure 0005408918

次に電流オフセット推定器13では電流検出器6の出力をdq軸に変換した値(idoff,iqoff)と電流シミュレータ12の出力(idsim´,iqsim´)を用いて数12によりdq軸上のオフセットによる電流誤差分(iddet,iqdet)は推定され、それぞれd軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図5、q軸のセンサ電流と推定電流の差分を表した図6のようになる。
Next, the current offset estimator 13 uses the values obtained by converting the output of the current detector 6 to the dq axis (idoff, iqoff) and the output of the current simulator 12 ( idsim ′, iqsim ′ ) to obtain the offset on the dq axis using Equation 12. The current error (iddet, iqdet) is estimated as shown in FIG. 5 showing the difference between the d-axis sensor current and the estimated current, and FIG. 6 showing the difference between the q-axis sensor current and the estimated current, respectively.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

オフセット推定器13の出力をもとにdq/3相変換器14において数13によって、U,V各相のオフセット電流(iudet,ivdet)は、オフセット推定のシミュレーション結果を表した図7のように推定することができる。   Based on the output of the offset estimator 13, the offset current (iudet, ivdet) of each phase of U and V is expressed by Equation 13 in the dq / 3-phase converter 14 as shown in FIG. Can be estimated.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

(他の実施の形態1)
電気的パラメータのノミナル値Rn,Lnにパラメータ誤差を含む場合の電流検出器6のオフセット推定についての他の実施の形態について示す。
この場合でも、用いる図は、図1である。しかしながら、その実施手順が異なる。センサ電流と推定電流を表した図8は電気的パラメータに誤差があるとき(Ra=αRn,La=βLn)の検出電流id,iqと、電流シミュレータ12の出力(idsim´、iqsim´)であり、定常状態時に直流分のオフセットが乗っている。パラメータ誤差がある場合にはパラメータ誤差による影響は電流シミュレータ12の直流分に現れる。
(Other embodiment 1)
Another embodiment of the offset estimation of the current detector 6 in the case where a parameter error is included in the nominal values Rn and Ln of the electrical parameters will be described.
Even in this case, FIG. 1 is used. However, the implementation procedure is different. FIG. 8 showing the sensor current and the estimated current is the detection current id, iq when there is an error in the electrical parameter (Ra = αRn, La = βLn), and the output of the current simulator 12 (idsim ′, iqsim ′). In the steady state, there is a direct current offset. When there is a parameter error, the effect of the parameter error appears in the DC component of the current simulator 12.

この状態で電流シミュレータ12の抵抗のノミナル値Rnを図9のようにidsim´,の直流分がidと重なるように調節すると数14が成り立つ。
In this state, when the nominal value Rn of the resistance of the current simulator 12 is adjusted so that the direct current component of idsim 'overlaps with id as shown in FIG.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

数14が成立すれば、電流シミュレータ12の出力は数15,数16のようになる。   If Expression 14 is established, the output of the current simulator 12 becomes Expression 15 and Expression 16.

Figure 0005408918
Figure 0005408918

Figure 0005408918
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(他の実施の形態2)
実際の巻線抵抗Ra,巻線インダクタンスLaに対して電流シミュレータ12で用いるノミナル値(カタログ値)Rn0,Ln0がそれぞれα倍、β倍の誤差を持っている場合。Ra=αRn0,La=βLn0となる。
(Other embodiment 2)
The nominal values (catalog values) Rn0 and Ln0 used in the current simulator 12 have errors of α times and β times, respectively, with respect to the actual winding resistance Ra and winding inductance La. Ra = αRn0 and La = βLn0.

これを図10に示すフローチャートで説明すると、
ステップ1では、一定負荷を掛け、速度指令としてステップ状の指令を与える(S1)。
そして、ステップ2では、電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S2)。このときの波形は図8に示されている。
次に、ステップ3では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid(id=0)と同じように0になるように電流シミュレータ12のRnを調節しRn1とする。Ra=βRn1(S3)このときの波形は図9に示されている。
また、ステップ4では、Rn1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりβを算出する。β=iqsim´/iq、得られたβを用いて、La=βLn0よりLaを算出する(S4)。
次に、ステップ5では、電流シミュレータ12のRnをRn0に戻し、得られたLa=βLn0を用いて、電流シミュレータ12を構成し、再度電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する(S5)。この時の波形を図11に示す。
そして、ステップ6では、電流シミュレータ出力idsim´の直流分が、電流検出器出力のid=0と同じように0になるように電流シミュレータ12のLnを調節しLn1とする(S6)。Ln=αLn1となる。この時の波形を図12に示す。
最後に、ステップ7では、Ln1を用いた電流シミュレータ12のq軸電流出力iqsim´と電流検出器6より得られるq軸電流iqよりαを算出する。α=iqsim´/iq,Ra=αRnよりRaを同定する(S7)。
This will be explained with reference to the flowchart shown in FIG.
In step 1, a constant load is applied, and a step-like command is given as a speed command (S1).
In step 2, the current simulator output is compared with the id and idsim ′ of the current detector output (S2). The waveform at this time is shown in FIG.
Next, in step 3, Rn of the current simulator 12 is adjusted to Rn1 so that the direct current component of the current simulator output idsim ′ becomes 0 in the same manner as the id (id = 0) of the current detector output. Ra = βRn1 (S3) The waveform at this time is shown in FIG.
In step 4, β is calculated from the q-axis current output iqsim ′ of the current simulator 12 using Rn 1 and the q-axis current iq obtained from the current detector 6. La is calculated from La = βLn0 using β = iqsim ′ / iq and the obtained β (S4).
Next, in step 5, Rn of the current simulator 12 is returned to Rn0, the obtained La = βLn0 is used to configure the current simulator 12, and the current simulator output and the id and idsim ′ of the current detector output are again set. Compare (S5). The waveform at this time is shown in FIG.
In step 6, Ln of the current simulator 12 is adjusted to Ln1 so that the direct current component of the current simulator output idsim 'becomes 0 in the same manner as id = 0 of the current detector output (S6). Ln = αLn1. The waveform at this time is shown in FIG.
Finally, in step 7, α is calculated from the q-axis current output iqsim ′ of the current simulator 12 using Ln1 and the q-axis current iq obtained from the current detector 6. Ra is identified from α = iqsim ′ / iq, Ra = αRn (S7).

本発明は、モータの速度情報ωとdq座標上の電圧指令のみに基づき推定した推定電流と、センサ電流との差分から電流センサのオフセット値を推定する方法とその装置である。
また、推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 電流センサのオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、電流センサとA/D コンバータ10の両方によりオフセット値の推定を行う方法とその装置である。
上記の実施の形態によれば、電流検出器6のオフセットを除去することでトルク脈動などを起こさない頑健な電流制御系を得ることができる。
The present invention is a method and apparatus for estimating an offset value of a current sensor from a difference between an estimated current estimated based only on motor speed information ω and a voltage command on dq coordinates and a sensor current.
In addition, the DC component of the estimated current becomes an error due to fluctuations in the electrical parameters, and the offset of the current sensor becomes a ripple component. A method and apparatus for estimating an offset value by both D converters 10.
According to the above embodiment, a robust current control system that does not cause torque pulsation or the like can be obtained by removing the offset of the current detector 6.

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜、変更して実施することができるのは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within a scope not changing the gist of the present invention.

本発明の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of this invention. 本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、3相/dq変換器の出力電流を示す図である。It is a figure which shows the output current of a three phase / dq converter by the simulation result of the offset estimation by this invention. 電流シミュレータのブロック図である。It is a block diagram of a current simulator. 本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定電流を示す図である。It is a figure which shows an estimated electric current by the simulation result of the offset estimation by this invention. 本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、d軸の検出電流と推定電流との差分を示す図である。It is a simulation result of offset estimation by this invention, and is a figure which shows the difference of the d-axis detected current and an estimated current. 本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、q軸の検出電流と推定電流の差分を示す図である。It is a simulation result of offset estimation by this invention, and is a figure which shows the difference of the detected current of q-axis, and an estimated current. 本発明によるオフセット推定のシミュレーション結果で、推定オフセットを示す図である。It is a figure which shows an estimated offset in the simulation result of the offset estimation by this invention. パラメータ誤差時の検出電流および推定電流である。The detected current and the estimated current at the time of parameter error. 図8よりidsimの直流成分をidに近づくように調整した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which adjusted the direct current component of idsim so that it might approach id from FIG. 本発明の他の実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態による電流シミュレータ出力と、電流検出器出力のid,idsim´を比較する波形図である。It is a wave form diagram which compares the current simulator output by other embodiment of this invention, and id and idsim 'of a current detector output. 本発明の他の実施の形態による電流シミュレータのLnを調節した波形図である。It is the wave form diagram which adjusted Ln of the current simulator by other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 速度制御器
2 電流制御器
3 dq/3相変換器
4 交流電源
5 インバータ
6 電流検出器
7 電動機(モータ)
8 位置検出器
9 位置・速度変換器
10 A/Dコンバータ
11 3相/dq変換器
12 電流シミュレータ
13 オフセット推定器
14 dq/3相変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Speed controller 2 Current controller 3 dq / 3 phase converter 4 AC power supply 5 Inverter 6 Current detector 7 Electric motor (motor)
8 Position detector 9 Position / speed converter 10 A / D converter 11 3 phase / dq converter 12 Current simulator 13 Offset estimator 14 dq / 3 phase converter

Claims (2)

モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)からの出力vd,vqを、dq/3相変換器(3)によってdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換し、前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWMインバータ(5)のPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するとともに、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御方法において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二相の電流を電流検出器(6)により検出し、前記モータ(7)の回転子の位置を位置検出器(8)により検出し、該位置検出器(8)から得られるモータ(7)の回転子の位置情報を位置・速度変換器(9)によって速度に変換し、前記電流検出器(6)から得られるオフセットが乗っている電流iuoff,ivoffを、3相/dq変換器(11)によって3相交流座標系からdq座標系へ変換するとともに、前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定し、この推定電流(idsim´,iqsim´)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定するとともに、
前記推定電流の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 前記モータ(7)の抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて、前記オフセット値を推定することを特徴とするモータの制御方法。
A voltage command on the dq coordinate is output by the dq / 3-phase converter (3) from the output vd, vq from the current controller (2) for controlling the excitation current id of the motor (7) and the torque current iq. To a three-phase alternating current coordinate system, PWM control of the PWM inverter (5) is performed based on a voltage instruction from the dq / 3-phase converter (3), a power supply voltage is applied to the motor (7), and In the motor control method of detecting the current flowing through the motor (7) and feeding back the drive current value to the drive control,
Two-phase current out of the three-phase currents flowing through the motor (7) is detected by a current detector (6), and the position of the rotor of the motor (7) is detected by a position detector (8). The position information of the rotor of the motor (7) obtained from the detector (8) is converted into speed by the position / speed converter (9), and the current iuoff on which the offset obtained from the current detector (6) is mounted. , Ivoff is converted from the three-phase alternating current coordinate system to the dq coordinate system by the three-phase / dq converter (11), the velocity information output from the position / velocity converter (9), and the current controller ( The current on the dq coordinate is estimated based on the outputs vd and vq of 2), and the difference between this estimated current ( idsim ', iqsim' ) and the current output from the three-phase / dq converter (11) To turn off the current detector (6). With estimating the Tsu bet value,
Using the fact that the DC component of the estimated current becomes an error due to fluctuations in electrical parameters, and the offset of the current detector (6) becomes a ripple component, the resistance and inductance parameters of the motor (7) change In the motor control method , the offset value is estimated based on both output signals of the current detector (6) and the A / D converter (10) .
モータ(7)の速度を制御するための速度制御器(1)と、
前記モータ(7)の励磁分電流idおよび、トルク分電流iqを制御するための電流制御器(2)と、
該電流制御器(2)からの出力vd,vqをdq座標上の電圧指令から3相交流座標系へ変換するためのdq/3相変換器(3)と、
前記dq/3相変換器(3)からの電圧指示に基づきPWM制御を行い、前記モータ(7)に電源電圧を印加するためのインバータ(5)と、
前記モータ(7)の回転子の位置を検出する位置検出器(8)と、
を備え、前記モータ(7)に流れる電流を検出し、この駆動電流値を駆動制御にフィードバックするモータの制御装置において、
前記モータ(7)に流れる3相電流のうち二つの相の電流を検出するための前記電流検出器(6)と、
前記位置検出器(8)から得られる前記モータ(7)の回転子の位置情報を速度に変換する位置・速度変換器(9)と、
前記電流検出器(6)から得られるオフセットの乗っている電流(iuoff,ivoff)を3相交流座標系からdq座標系へ変換する3相/dq変換器(11)と、
前記位置・速度変換器(9)から出力される速度情報と、前記電流制御器(2)の出力vd,vqをもとにdq座標上の電流を推定する電流シミュレータ(12)と、
この電流シミュレータ(12)からの推定電流(idsim´,iqsim´)と、前記3相/dq変換器(11)から出力される電流との差分から、前記電流検出器(6)のオフセット値を推定する電流オフセット推定器(13)とを備え、
前記電流シミュレータ(12)の推定電流(idsim´,iqsim´)の直流成分が電気的パラメータの変動による誤差分となり、 前記電流検出器(6)のオフセットがリップル成分となることを利用して、 モータの抵抗とインダクタンスのパラメータ変動時においても、 前記電流検出器(6)とA/Dコンバータ(10)の両出力信号に基づいて前記電流オフセット推定器(13)でオフセット値を推定することを特徴とするモータの制御装置。
A speed controller (1) for controlling the speed of the motor (7);
A current controller (2) for controlling an excitation current id and a torque current iq of the motor (7);
A dq / 3-phase converter (3) for converting the output vd, vq from the current controller (2) from a voltage command on the dq coordinate to a three-phase AC coordinate system;
An inverter (5) for performing PWM control based on a voltage instruction from the dq / 3-phase converter (3) and applying a power supply voltage to the motor (7);
A position detector (8) for detecting the position of the rotor of the motor (7);
A motor control device that detects a current flowing through the motor (7) and feeds back the drive current value to the drive control.
The current detector (6) for detecting the current of two phases of the three-phase current flowing through the motor (7);
A position / speed converter (9) for converting the position information of the rotor of the motor (7) obtained from the position detector (8) into a speed;
A three-phase / dq converter (11) for converting a current (iuoff, ivoff) with an offset obtained from the current detector (6) from a three-phase AC coordinate system to a dq coordinate system;
A current simulator (12) for estimating the current on the dq coordinate based on the velocity information output from the position / velocity converter (9) and the outputs vd and vq of the current controller (2);
From the difference between the estimated current ( idsim ', iqsim ') from the current simulator (12) and the current output from the three-phase / dq converter (11), the offset value of the current detector (6) is calculated. A current offset estimator (13) for estimating,
Utilizing the fact that the DC component of the estimated current ( idsim ', iqsim' ) of the current simulator (12) becomes an error due to fluctuations in electrical parameters, and the offset of the current detector (6) becomes a ripple component, Even when the motor resistance and inductance parameters fluctuate, the current offset estimator (13) estimates the offset value based on both output signals of the current detector (6) and the A / D converter (10). A motor control device.
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