JP2010028981A - Rotor position estimating method for synchronous motor, and controller for the synchronous motor - Google Patents
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Abstract
【課題】高速回転時や誘起電圧が大きくなる場合においても高分解で高精度な位置推定を行えるようにする。
【解決手段】本発明の同期モータの回転子位置推定方法は、(a)固定子巻線の相電圧値、固定子巻線の相電流値、固定子巻線の抵抗および固定子巻線のインダクタンスに基づいて、同期モータの各相の誘起電圧を推定するステップと、(b)各相の誘起電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換した誘起電圧演算値を作成するステップと、(c)静止座標上における誘起電圧の基準値を制御軸へ座標変換した誘起電圧基準値を作成するステップと、(d)誘起電圧演算値と誘起電圧基準値の偏差を作成するステップと、(e)偏差が零に収束するように制御軸の位置を補正することで回転子位置を推定するステップと、を含む。
【選択図】図4An object of the present invention is to enable position estimation with high resolution and high accuracy even during high-speed rotation or when an induced voltage increases.
A method for estimating a rotor position of a synchronous motor according to the present invention includes: (a) a phase voltage value of a stator winding, a phase current value of a stator winding, a resistance of a stator winding, and a stator winding; A step of estimating the induced voltage of each phase of the synchronous motor based on the inductance; and (b) creating an induced voltage calculation value obtained by coordinate-converting the induced voltage of each phase to a control axis rotating at an arbitrary speed; (C) creating an induced voltage reference value obtained by converting the reference value of the induced voltage on the stationary coordinate to the control axis; (d) creating a deviation between the induced voltage calculated value and the induced voltage reference value; e) estimating the rotor position by correcting the position of the control axis so that the deviation converges to zero.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、同期モータの制御方法に関し、特に、同期モータの回転子位置の推定方法に関する。さらに、本発明は、位置センサレス方式を採用した、同期モータの制御装置に関する。 The present invention relates to a method for controlling a synchronous motor, and more particularly to a method for estimating a rotor position of a synchronous motor. Furthermore, the present invention relates to a synchronous motor control device employing a position sensorless system.
ブラシレスDCモータと呼ばれるモータは同期モータであるため、制御には回転子の位置情報が必要である。特に、広い速度範囲で高効率にモータを駆動するためには、高精度な位置情報に基づいて電流ベクトルを制御する必要があり、閉ループで駆動するのが通例である。高精度の位置情報を得るために回転子位置センサを設けると、位置センサによる配線本数の増加、保守性の低下、信頼性の低下、圧縮機内のように特殊雰囲気中での使用における耐環境性の低下、センサ自体の体格に基づく寸法拡大、コスト等の問題が発生する。この欠点をなくすために、センサを用いずに回転子位置を推定する位置センサレス制御装置が提案されている。 Since a motor called a brushless DC motor is a synchronous motor, position information of the rotor is required for control. In particular, in order to drive a motor with high efficiency in a wide speed range, it is necessary to control a current vector based on highly accurate position information, and it is usual to drive in a closed loop. If a rotor position sensor is provided to obtain high-accuracy position information, the number of wiring by the position sensor increases, the maintainability decreases, the reliability decreases, and the environment resistance when used in a special atmosphere such as in a compressor This causes problems such as a decrease in size, a size expansion based on the physique of the sensor itself, and cost. In order to eliminate this drawback, a position sensorless control device that estimates the rotor position without using a sensor has been proposed.
従来の位置センサレス制御装置は、磁気突極性を利用する方式のものと、モータ巻線に誘起される速度起電力を利用する方式のものとに大別できる。後者は、停止、極低速時は速度起電力が発生しないために位置推定が困難になるが、中・高速時には突極型および非突極型の両方に適用可能な特徴を持つ。速度起電力を利用した従来の位置センサレス制御装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。以下、特許文献1に記載された位置センサレス制御装置について簡単に説明する。
Conventional position sensorless control devices can be broadly classified into those using a magnetic saliency and those using a speed electromotive force induced in a motor winding. The latter makes it difficult to estimate the position because no speed electromotive force is generated at the time of stop and extremely low speed, but has the characteristics applicable to both salient pole type and non-salient pole type at medium and high speeds. As a conventional position sensorless control device using speed electromotive force, the one described in
特許文献1の位置センサレス制御装置によると、まず、静止座標において、ある相の誘起電圧の基準値em(誘起電圧基準値)を作成する。また、相電流値と相電圧値とから誘起電圧を演算して誘起電圧値e(誘起電圧演算値)を求め、誘起電圧基準値emと誘起電圧演算値eとの偏差εを求め、両者の位相を一致させることで回転子位置を推定する。位相を一致させる具体的な方法を以下に説明する。
According to the position sensorless control device of
例えば、U相の誘起電圧演算値(U相誘起電圧値eu)の位相とU相の誘起電圧基準値(U相誘起電圧基準値eum)の位相とが一致しないとき、これらの偏差(U相偏差εu)は0でない。そのため、このU相偏差εuが0に収斂するように、推定回転子位置θmを補正することで、位相を一致させる。ただし、U相誘起電圧値euとU相誘起電圧基準値eumとがクロスする位相範囲では正確な推定を行えないので、推定を行う相を推定回転子位置θmまたは誘起電圧演算値eに応じて選択する。特許文献1では、図11に示すように、推定する相を60°ごとに切り替えている。これにより、正弦波での位相差を直流成分の偏差として得ることができる。常に位相差の影響が偏差に最も影響を及ぼす相を用いて角度推定することで、推定精度が向上する。
For example, when the phase of the U-phase induced voltage calculation value (U-phase induced voltage value eu) does not match the phase of the U-phase induced voltage reference value (U-phase induced voltage reference value eu), these deviations (U-phase The deviation εu) is not zero. Therefore, the phases are matched by correcting the estimated rotor position θm so that the U-phase deviation εu converges to zero. However, since accurate estimation cannot be performed in the phase range where the U-phase induced voltage value eu and the U-phase induced voltage reference value eu cross, the phase to be estimated depends on the estimated rotor position θm or the induced voltage calculation value e. select. In
特許文献1の方法では、固定子巻線の各相の相電圧方程式に基づき、誘起電圧演算値を作成する。固定子巻線の電圧方程式は、瞬時値を利用しているため、相電流と相電圧が正弦波状でない場合、例えば、相電圧が飽和しても、推定回転子位置θmを推定できる。また、誘起電圧演算値を算出する際、相電圧値と相電流値とを用いるため、誘起電圧定数を使用しない。つまり、誘起電圧定数の変化の影響を受けないため、モータの駆動中に発生する発熱や、雰囲気によりモータ温度が上昇することで永久磁石の磁束量が変化し、誘起電圧定数が変化しても正しく位置を推定することができる。
特許文献1の技術は、三相静止座標に基づいているので、誘起電圧演算値と誘起電圧基準値はそれぞれ交流量となる。そのため、誘起電圧演算値と誘起電圧基準値との偏差εを求める際、一定の位相差がある場合でも偏差εには、正弦波を比較することに起因するリプルが原理的に含まれる。また、常に位相差の影響が偏差に最も影響を及ぼす相を用いて角度推定するため、偏差εに含まれるリプルも大きくなってしまう。また、推定する相の切り替えの前後で、偏差εには、当該切り替えに基づくリプルが含まれる。さらに、高速駆動時や誘起電圧の大きい同期モータを駆動する場合、比較する誘起電圧が大きくなるため、偏差εに含まれるリプルが大きくなり、その結果から算出される推定速度にもリプルの影響が表れ、推定速度自体が脈動し、制御に影響を及ぼす可能性があった。
Since the technique of
上記問題に鑑み、本発明は、先行技術の利点を損なうことなく、高速回転時や誘起電圧が大きくなる場合においても高分解で高精度な位置推定を行える方法および制御装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method and a control device that can perform high-resolution and high-precision position estimation even at the time of high-speed rotation or when the induced voltage becomes large without impairing the advantages of the prior art. And
本発明者は、回転子位置の推定精度を向上するために、交流量を比較する方法を用いないことに着目した。 The present inventor has paid attention to not using a method of comparing alternating current amounts in order to improve the estimation accuracy of the rotor position.
すなわち、本発明は、
固定子巻線の相電圧値、前記固定子巻線の相電流値、前記固定子巻線の抵抗および前記固定子巻線のインダクタンスに基づいて、同期モータの各相の誘起電圧を推定するステップと、
前記各相の誘起電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換した誘起電圧演算値を作成するステップと、
静止座標上における誘起電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換した誘起電圧基準値を作成するステップと、
前記誘起電圧演算値と前記誘起電圧基準値の偏差を作成するステップと、
前記偏差が零に収斂するように前記制御軸の位置を補正することで回転子位置を推定するステップと、
を含む、同期モータの回転子位置推定方法を提供する。
That is, the present invention
Estimating the induced voltage of each phase of the synchronous motor based on the phase voltage value of the stator winding, the phase current value of the stator winding, the resistance of the stator winding, and the inductance of the stator winding When,
Creating an induced voltage calculation value obtained by coordinate-transforming the induced voltage of each phase to a control axis rotating at an arbitrary speed;
Creating an induced voltage reference value obtained by coordinate-converting the reference value of the induced voltage on the stationary coordinate to the control axis;
Creating a deviation between the induced voltage calculation value and the induced voltage reference value;
Estimating the rotor position by correcting the position of the control shaft so that the deviation converges to zero;
A rotor position estimation method for a synchronous motor is provided.
上記方法を実施するために、本発明は、
電流指令に検出電流が追従するように、前記電流指令と前記検出電流との偏差に対応した電圧指令を回転子の推定位置を用いて演算し、出力する電圧指令演算部と、
前記電圧指令を反映した三相交流電圧が与えられる同期モータの相電流値を検出する電流センサと、
前記電圧指令に従い直流電圧を前記三相交流電圧に変換して前記同期モータに印加するインバータと、
固定子巻線の相電圧値、前記固定子巻線の相電流値、前記固定子巻線の抵抗および前記固定子巻線のインダクタンスに基づいて前記同期モータの各相の誘起電圧を推定するとともに、前記回転子の現在の推定位置を用い、前記各相の誘起電圧を直流成分に変換した誘起電圧演算値と、前記推定位置上での誘起電圧基準値とを求め、前記誘起電圧演算値と前記誘起電圧基準値との偏差を作成し、前記偏差が零に収斂するように前記推定位置を補正することで回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
を備えた、同期モータの制御装置を提供する。
In order to carry out the above method, the present invention provides:
A voltage command calculating unit that calculates and outputs a voltage command corresponding to a deviation between the current command and the detected current using an estimated position of the rotor so that a detected current follows the current command;
A current sensor for detecting a phase current value of a synchronous motor to which a three-phase AC voltage reflecting the voltage command is applied;
An inverter that converts a DC voltage into the three-phase AC voltage according to the voltage command and applies it to the synchronous motor;
Estimating the induced voltage of each phase of the synchronous motor based on the phase voltage value of the stator winding, the phase current value of the stator winding, the resistance of the stator winding, and the inductance of the stator winding Using the current estimated position of the rotor, an induced voltage calculation value obtained by converting the induced voltage of each phase into a DC component, and an induced voltage reference value on the estimated position, and the induced voltage calculated value and A rotor position estimating unit that creates a deviation from the induced voltage reference value and corrects the estimated position so that the deviation converges to zero, thereby estimating a rotor position;
A control device for a synchronous motor is provided.
他の側面において、本発明は、
同期モータの各相の相電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換したモータ端子電圧演算値を作成するステップと、
静止座標上におけるモータ端子電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換したモータ端子電圧基準値を作成するステップと、
前記モータ端子電圧演算値と前記モータ端子電圧基準値との偏差を作成するステップと、
前記偏差が零に収斂するように前記制御軸の位置を補正することで回転子位置を推定するステップと、
を含む、同期モータの回転子位置推定方法を提供する。
In another aspect, the present invention provides:
Creating a motor terminal voltage calculation value obtained by coordinate-converting the phase voltage of each phase of the synchronous motor to a control axis rotating at an arbitrary speed;
Creating a motor terminal voltage reference value obtained by converting the reference value of the motor terminal voltage on the stationary coordinate to the control axis; and
Creating a deviation between the motor terminal voltage calculation value and the motor terminal voltage reference value;
Estimating the rotor position by correcting the position of the control shaft so that the deviation converges to zero;
A rotor position estimation method for a synchronous motor is provided.
上記方法を実施するために、本発明は、
電流指令に検出電流が追従するように、前記電流指令と前記検出電流との偏差に対応した電圧指令を回転子の推定位置を用いて演算し、出力する電圧指令演算部と、
前記電圧指令を反映した三相交流電圧が与えられる同期モータの相電流値を検出する電流センサと、
前記電圧指令に従い直流電圧を前記三相交流電圧に変換して前記同期モータに印加するインバータと、
前記同期モータの各相の相電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換したモータ端子電圧演算値を作成し、静止座標上におけるモータ端子電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換したモータ端子電圧基準値を作成し、前記モータ端子電圧演算値と前記モータ端子電圧基準値との偏差を作成し、前記偏差が零に収斂するように前記推定位置を補正することで回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
を備えた、同期モータの制御装置を提供する。
In order to carry out the above method, the present invention provides:
A voltage command calculating unit that calculates and outputs a voltage command corresponding to a deviation between the current command and the detected current using an estimated position of the rotor so that a detected current follows the current command;
A current sensor for detecting a phase current value of a synchronous motor to which a three-phase AC voltage reflecting the voltage command is applied;
An inverter that converts a DC voltage into the three-phase AC voltage according to the voltage command and applies it to the synchronous motor;
A motor in which the phase voltage of each phase of the synchronous motor is coordinate-converted to a control axis that rotates at an arbitrary speed and a motor terminal voltage calculation value is created, and a motor terminal voltage reference value on a stationary coordinate is coordinate-converted to the control axis A terminal voltage reference value is created, a deviation between the motor terminal voltage calculation value and the motor terminal voltage reference value is created, and the estimated position is corrected so that the deviation converges to zero, thereby estimating the rotor position. A rotor position estimating unit,
A control device for a synchronous motor is provided.
上記本発明によると、固定子巻線の各相の相電圧方程式から電圧演算値を求め、この電圧演算値と電圧基準値との位相偏差を直流成分として抽出しうるように、ある任意の速度で回転する制御軸へと座標変換する。そして、制御軸上で位置誤差に依存した直流成分の偏差を求め、この偏差が零に収斂するように推定回転子位置(θm)を補正する。原理的に、推定位置が直流成分として導出されるため、得られた推定位置には正弦波を比較することに起因するリプルが重畳せず、制御性に優れる。また、推定アルゴリズムに誘起電圧定数等のモータ定数を使用せずに済むため、相電圧が飽和しても位置推定を実現できるとともに、モータの使用状況に応じてモータ定数が変化した場合においても高分解能で高精度な位置推定を実現できる。また、推定する相の切り替えを行わずに済むので、当該切り替えに基づくリプルを除去でき、これにより位置推定精度が向上する。 According to the present invention, a voltage calculation value is obtained from the phase voltage equation of each phase of the stator winding, and a phase deviation between the voltage calculation value and the voltage reference value can be extracted as a DC component at a certain speed. The coordinates are converted to the rotating control axis. Then, the deviation of the DC component depending on the position error on the control axis is obtained, and the estimated rotor position (θm) is corrected so that this deviation converges to zero. In principle, since the estimated position is derived as a direct current component, ripples resulting from comparing sine waves are not superimposed on the obtained estimated position, and the controllability is excellent. In addition, since it is not necessary to use a motor constant such as an induced voltage constant in the estimation algorithm, position estimation can be realized even when the phase voltage is saturated, and even when the motor constant changes depending on the motor usage status. Highly accurate position estimation with resolution can be realized. Further, since it is not necessary to switch the phase to be estimated, ripples based on the switching can be removed, thereby improving the position estimation accuracy.
制御軸上で抽出できる電圧演算値の直流成分の偏差は、制御軸上の推定回転子位置と実際の回転子位置との位置誤差に依存する。位置誤差から、実際の回転子位置より推定回転子位置が回転子の回転方向に進んでいるか、遅れているかを判断できる。進んでいる場合には、推定回転子位置を遅らせるように印加電圧の周波数および/またはトルク指令を補正する。遅れている場合には、推定回転子位置を進ませるように印加電圧の周波数および/またはトルク指令を補正する。 The deviation of the DC component of the voltage calculation value that can be extracted on the control axis depends on the position error between the estimated rotor position and the actual rotor position on the control axis. From the position error, it can be determined whether the estimated rotor position is advanced or delayed from the actual rotor position in the rotation direction of the rotor. If it is advanced, the frequency of the applied voltage and / or the torque command is corrected so as to delay the estimated rotor position. If it is delayed, the frequency of the applied voltage and / or the torque command is corrected to advance the estimated rotor position.
本発明の一態様では、制御軸に生じる電圧演算値と電圧基準値の偏差が直流情報として抽出できるため、回転子位置の推定に必要な情報のみを選択することで、簡単に回転子位置を推定できる。 In one aspect of the present invention, the deviation between the voltage calculation value generated on the control axis and the voltage reference value can be extracted as DC information. Therefore, by selecting only information necessary for estimating the rotor position, the rotor position can be easily determined. Can be estimated.
なお、本明細書において、「誤差」の語と、「偏差」の語は、同じ意味で用いられる。 In this specification, the term “error” and the term “deviation” are used interchangeably.
最初に、回転子位置推定方法について、永久磁石同期モータ(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)の電圧方程式から位置誤差Δθに依存した成分を導出する過程を含めて説明する。その後、それらの方法を採用した、同期モータの制御装置について説明する。 First, a rotor position estimation method will be described including a process of deriving a component depending on the position error Δθ from a voltage equation of a permanent magnet synchronous motor (PMSM). Then, the control apparatus of the synchronous motor which employ | adopted those methods is demonstrated.
<<1.誘起電圧を利用した回転子位置推定方法>>
(座標軸の定義)
まず、座標系について説明する。図3は、永久磁石同期モータの解析モデル図である。説明を簡単にするために、磁極数が2の埋込磁石同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)が示されている。d軸とq軸は、実際の回転子の位相θによる軸である。これ以後、d−q座標軸を単に実軸という。d軸を回転子に配置された永久磁石による磁束と同じ向きとし、q軸をd軸に対して90°進んだ向きとする。そして、固定子巻線とd軸のなす位相を回転子位置θとする。
<< 1. Rotor position estimation method using induced voltage >>
(Definition of coordinate axes)
First, the coordinate system will be described. FIG. 3 is an analysis model diagram of the permanent magnet synchronous motor. For simplicity of explanation, an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) having two magnetic poles is shown. The d-axis and the q-axis are axes based on the actual rotor phase θ. Hereinafter, the dq coordinate axes are simply referred to as real axes. The d-axis is set in the same direction as the magnetic flux generated by the permanent magnet disposed on the rotor, and the q-axis is set in a direction advanced by 90 ° with respect to the d-axis. The phase between the stator winding and the d axis is defined as the rotor position θ.
図3において、反時計回りの向きを正転とする。この正転の向きは、固定子巻線u、v、wに流れる電流が、u相、v相、w相の順に変化する向きである。また、dc軸とqc軸は、推定回転子位置θm(推定位置)により定められる軸である。これ以後、dc−qc座標軸を制御軸という。言い換えれば、制御軸の座標は、当該方法に基づいて同期モータの制御を実行する制御装置(図1)が回転子位置と認識する推定座標である。また、固定子巻線uから推定回転子位置θmだけ回転した軸をdc軸とし、qc軸をdc軸に対して90°進んだ向きとする。さらに、回転子位置θと推定回転子位置θmとの差を位置誤差Δθ(=θ−θm)とする。 In FIG. 3, the counterclockwise direction is assumed to be normal rotation. The direction of the forward rotation is a direction in which the current flowing through the stator windings u, v, and w changes in the order of the u phase, the v phase, and the w phase. The dc axis and the qc axis are axes determined by the estimated rotor position θm (estimated position). Hereinafter, the dc-qc coordinate axis is referred to as a control axis. In other words, the coordinates of the control axis are estimated coordinates that the control device (FIG. 1) that executes control of the synchronous motor based on the method recognizes as the rotor position. Further, the axis rotated by the estimated rotor position θm from the stator winding u is defined as the dc axis, and the qc axis is set to be advanced by 90 ° with respect to the dc axis. Further, a difference between the rotor position θ and the estimated rotor position θm is defined as a position error Δθ (= θ−θm).
図3では、正の位置誤差Δθがある状態を示しているが、位置推定に誤差がなく位置誤差Δθが0のとき、推定回転子位置θmと回転子位置θとが一致し、d軸とdc軸とが一致し、q軸とqc軸とが一致する。なお、以下の説明では、回転子位置θと推定回転子位置θmと位置誤差Δθとを電気角で表す。以下、特に明記しないとき、位相(角度)に関する値は電気角で表わす。ここで、機械角は回転子そのものの角度を表し、(電気角)=(p/2)(機械角)である。なお、pは磁極数である。 FIG. 3 shows a state where there is a positive position error Δθ. However, when there is no error in position estimation and the position error Δθ is 0, the estimated rotor position θm and the rotor position θ match, and the d-axis The dc axis coincides, and the q axis and the qc axis coincide. In the following description, the rotor position θ, the estimated rotor position θm, and the position error Δθ are represented by electrical angles. Hereinafter, unless otherwise specified, a value related to a phase (angle) is represented by an electrical angle. Here, the mechanical angle represents the angle of the rotor itself, and (electrical angle) = (p / 2) (mechanical angle). P is the number of magnetic poles.
(誘起電圧演算値esd(edc、eqc)の導出)
次に、誘起電圧演算値esd(dc軸の誘起電圧演算値edc、qc軸の誘起電圧演算値eqc)の導出方法について詳しく説明する。
(Derivation of induced voltage calculation value esd (edc, eqc))
Next, a method for deriving the induced voltage calculation value esd (the induced voltage calculation value edc on the dc axis and the induced voltage calculation value eqc on the qc axis) will be described in detail.
まず、既知である同期モータの相電圧方程式より、各相の誘起電圧演算値es(u相誘起電圧演算値eu、v相誘起電圧演算値ev、w相誘起電圧演算値ew)を作成する。具体的には、(1)(2)(3)式に基づいて各相の誘起電圧演算値esを作成する。ここで、d/dtは時間微分を表す。三角関数に関する微分の演算に現れるdθ/dtには、推定速度ωmを電気角速度に変換したものを用いる。また、d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dtは、1次オイラー近似で求める。具体的には、ΔTを位置推定周期、i(n)を今回の相電流値、i(n−1)を前回の相電流値として、di/dt={i(n)−i(n−1)}/ΔTで近似する。また、Rは固定子巻線一相あたりの抵抗、laは固定子巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Laは固定子巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Lasは固定子巻線一相あたりの有効インダクタンスの振幅を表す。w相電流値iwは、u相電流値iuとv相電流値ivとの和の符号を変えたもの(iw=−(iu+iv))として求める。 First, an induced voltage calculation value es (u-phase induced voltage calculation value eu, v-phase induced voltage calculation value ev, w-phase induced voltage calculation value ew) of each phase is created from a known phase voltage equation of a synchronous motor. Specifically, the induced voltage calculation value es for each phase is created based on the equations (1), (2), and (3). Here, d / dt represents time differentiation. As dθ / dt appearing in the differential calculation regarding the trigonometric function, a value obtained by converting the estimated speed ωm into the electrical angular speed is used. D (iu) / dt, d (iv) / dt, and d (iw) / dt are obtained by first-order Euler approximation. Specifically, di / dt = {i (n) −i (n−) where ΔT is the position estimation period, i (n) is the current phase current value, and i (n−1) is the previous phase current value. 1) Approximate by} / ΔT. R is a resistance per phase of the stator winding, la is a leakage inductance per phase of the stator winding, La is an average value of effective inductance per phase of the stator winding, and Las is a value of the stator winding. Represents the amplitude of effective inductance per phase. The w-phase current value iw is obtained as a value obtained by changing the sign of the sum of the u-phase current value iu and the v-phase current value iv (iw = − (iu + iv)).
(1)(2)(3)式で求めた各相の誘起電圧演算値esを簡略化することもできる。具体的には、相電流値iu、iv、iwが正弦波であると仮定し、電流指令振幅ia(電流ベクトルの絶対値)と電流指令位相βT(q軸からの電流ベクトルの進み角)とから相電流iu、iv、iwを作成し、これらを(1)(2)(3)式にそれぞれ代入する。さらに、(1)(2)(3)式を相電流の振幅最大値Ifを用いて表し、簡略化すると(4)(5)(6)式を得る。相電流値iu、iv、iwとして、電流センサから得られた値を用いてもよい。電流センサから得られた値に基づいて相電流の振幅最大値Ifを導出しうる。 (1) The induced voltage calculation value es of each phase obtained by the equations (2) and (3) can be simplified. Specifically, assuming that the phase current values iu, iv, and iw are sine waves, the current command amplitude ia (the absolute value of the current vector) and the current command phase βT (the advance angle of the current vector from the q axis) and Phase currents iu, iv, and iw are created and substituted into equations (1), (2), and (3), respectively. Furthermore, when the equations (1), (2), and (3) are expressed using the maximum amplitude value If of the phase current and simplified, equations (4), (5), and (6) are obtained. Values obtained from current sensors may be used as the phase current values iu, iv, iw. The maximum amplitude value If of the phase current can be derived based on the value obtained from the current sensor.
このように、固定子巻線に流れる相電流が正弦波であると仮定し、固定子巻線の相電圧から固定子巻線の抵抗および固定子巻線のインダクタンスに基づく電圧降下分を減ずることによって、各相の誘起電圧を推定できる。簡略化した相電圧方程式を用いて誘起電圧演算値esを求めても、(1)(2)(3)式を用いる場合と同じ結果および効果が得られる。簡略化した相電圧方程式を用いることで、演算時間を短縮できる。 As described above, assuming that the phase current flowing in the stator winding is a sine wave, the voltage drop based on the resistance of the stator winding and the inductance of the stator winding is subtracted from the phase voltage of the stator winding. Thus, the induced voltage of each phase can be estimated. Even if the induced voltage calculation value es is obtained using the simplified phase voltage equation, the same results and effects as those obtained when the equations (1), (2), and (3) are used are obtained. By using a simplified phase voltage equation, the calculation time can be shortened.
(1)(2)(3)式または(4)(5)(6)式で求めた各相の誘起電圧演算値は、静止座標上で定義されているため、交流量となる。本発明ではこれらを制御軸(dc−qc座標軸)へ写像することにより、直流量に変換する。具体的には、(7)式に基づき、各相の誘起電圧演算値es(u相誘起電圧演算値eu、v相誘起電圧演算値ev、w相誘起電圧演算値ew)を座標変換することで、dc−qc軸上の誘起電圧演算値esd(dc軸誘起電圧演算値edc、qc軸誘起電圧演算値eqc)を導出する。 Since the induced voltage calculation value of each phase obtained by the equations (1), (2), (3) or (4), (5), and (6) is defined on the stationary coordinates, it is an AC amount. In the present invention, these are converted into a direct current amount by mapping them to the control axis (dc-qc coordinate axis). Specifically, coordinate conversion of the induced voltage calculation value es (u-phase induced voltage calculation value eu, v-phase induced voltage calculation value ev, w-phase induced voltage calculation value ew) of each phase is performed based on the equation (7). Thus, an induced voltage calculation value esd (dc axis induced voltage calculation value edc, qc axis induced voltage calculation value eqc) on the dc-qc axis is derived.
(誘起電圧基準値esdm(edcm、eqcm)の導出)
次に、基準となるdc−qc軸上の誘起電圧基準値esdm(dc軸の誘起電圧基準値edcm、qc軸の誘起電圧基準値eqcm)の導出方法について詳しく説明する。
(Derivation of induced voltage reference value esdm (edcm, eqcm))
Next, a method for deriving the reference induced voltage reference value esdm on the dc-qc axis (the induced voltage reference value edcm on the dc axis, the induced voltage reference value eqcm on the qc axis) will be described in detail.
まず、誘起電圧振幅推定値emを求める方法について説明する。各相の誘起電圧値の絶対値を加算した結果に基づき、誘起電圧振幅演算値ecを作成する。具体的には、(8)式のように、u相誘起電圧演算値euの絶対値と、v相誘起電圧演算値evの絶対値と、w相誘起電圧演算値ewの絶対値との和に、ある設定された係数KECを乗じたものを誘起電圧振幅演算値ecとする。ここで、係数KECは(9)式で与えられ、各相の誘起電圧が正弦波であるとして、各相の誘起電圧値の絶対値の和を振幅に変換するために乗算される。なお、θm%(π/3)は推定回転子位置θm(°)をπ/3(60°)で除算したときの剰余である。 First, a method for obtaining the induced voltage amplitude estimation value em will be described. Based on the result obtained by adding the absolute values of the induced voltage values of the respective phases, an induced voltage amplitude calculation value ec is created. Specifically, as in equation (8), the sum of the absolute value of the u-phase induced voltage calculation value eu, the absolute value of the v-phase induced voltage calculation value ev, and the absolute value of the w-phase induced voltage calculation value ew. Is multiplied by a certain set coefficient KEC as an induced voltage amplitude calculation value ec. Here, the coefficient KEC is given by equation (9) and is multiplied to convert the sum of the absolute values of the induced voltage values of each phase into amplitude, assuming that the induced voltage of each phase is a sine wave. Note that θm% (π / 3) is a remainder when the estimated rotor position θm (°) is divided by π / 3 (60 °).
さらに、(8)式で求めた誘起電圧振幅演算値ecに1次ディジタルローパスフィルタ(LPF)を作用したものを誘起電圧振幅推定値emとする。具体的には、(10)式に基づいて誘起電圧振幅推定値emを求める。ここで、em(n)は今回の制御周期における誘起電圧振幅推定値であり、em(n−1)は前回の制御周期における誘起電圧振幅推定値である。また、KLEMはローパスフィルタの係数であり、0から1までの値をとり、小さくなるほどローパスフィルタの効果が大きくなる。(10)式では、誘起電圧振幅演算値ecと前回の誘起電圧振幅推定値em(n−1)との誤差(振幅誤差)を求め、この振幅誤差に係数KLEMを乗じて得た値と前回の誘起電圧振幅推定値em(n−1)とを加え、今回の誘起電圧振幅推定値em(n)としている。このように、ローパスフィルタを用いることで、振幅誤差を算出し、この振幅誤差が小さくなるように、誘起電圧振幅推定値em(n)を補正する。 Further, an induced voltage amplitude estimated value em is obtained by applying a primary digital low-pass filter (LPF) to the induced voltage amplitude calculation value ec obtained by the equation (8). Specifically, the induced voltage amplitude estimated value em is obtained based on the equation (10). Here, em (n) is an estimated voltage amplitude estimated value in the current control cycle, and em (n-1) is an induced voltage amplitude estimated value in the previous control cycle. KLEM is a coefficient of the low-pass filter and takes a value from 0 to 1, and the effect of the low-pass filter increases as the value decreases. In equation (10), an error (amplitude error) between the induced voltage amplitude calculation value ec and the previous induced voltage amplitude estimated value em (n-1) is obtained, and the value obtained by multiplying the amplitude error by the coefficient KLEM is compared with the previous value. The induced voltage amplitude estimated value em (n-1) is added to the induced voltage amplitude estimated value em (n) of this time. Thus, by using the low-pass filter, the amplitude error is calculated, and the induced voltage amplitude estimated value em (n) is corrected so that the amplitude error becomes small.
次に、推定回転子位置θmでの誘起電圧の基準値である誘起電圧基準値esdmを作成する。まず、(11)(12)(13)式のようにして、上述の誘起電圧振幅推定値emを振幅値として、u相の誘起電圧基準値(u相誘起電圧基準値eum)、v相の誘起電圧基準値(v相誘起電圧基準値evm)、w相の誘起電圧基準値(w相誘起電圧基準値ewm)を求める。ロータの永久磁石に正弦波着磁がなされているとして、各相の誘起電圧基準値esmは正弦波とする。 Next, an induced voltage reference value esdm that is a reference value of the induced voltage at the estimated rotor position θm is created. First, as in the equations (11), (12), and (13), the induced voltage amplitude estimated value em described above is used as the amplitude value, and the u-phase induced voltage reference value (u-phase induced voltage reference value eum) An induced voltage reference value (v-phase induced voltage reference value evm) and a w-phase induced voltage reference value (w-phase induced voltage reference value ewm) are obtained. Assuming that the permanent magnet of the rotor is sinusoidally magnetized, the induced voltage reference value esm of each phase is a sine wave.
(11)(12)(13)式で求めた各相の誘起電圧基準値esmは静止座標上で定義されているため、交流量となる。したがって、本発明ではこれらを制御軸へ写像することにより、直流量に変換する。(14)式に基づき、各相の誘起電圧基準値esm(u相誘起電圧基準値eum、v相誘起電圧基準値evm、w相誘起電圧基準値ewm)を座標変換することで、dc−qc軸上の誘起電圧基準値esdm(dc軸誘起電圧基準値edcm、qc軸誘起電圧基準値eqcm)を導出する。 (11) (12) The induced voltage reference value esm of each phase determined by the equations (13) is defined on the stationary coordinates, and thus is an AC amount. Therefore, in the present invention, these are converted to a direct current amount by mapping them to the control axis. Based on the equation (14), coordinate conversion is performed on the induced voltage reference value esm (u-phase induced voltage reference value eum, v-phase induced voltage reference value evm, w-phase induced voltage reference value ewm) of each phase, so that dc−qc An induced voltage reference value esdm (dc axis induced voltage reference value edcm, qc axis induced voltage reference value eqcm) on the axis is derived.
(偏差の導出)
次に、誘起電圧演算値esdと誘起電圧基準値esdmとの偏差εを作成する。(15)式のように、誘起電圧演算値esdから誘起電圧基準値esdmを減算したものを偏差εにする。
(Derivation of deviation)
Next, a deviation ε between the induced voltage calculation value esd and the induced voltage reference value esdm is created. As in the equation (15), the difference ε is obtained by subtracting the induced voltage reference value esdm from the induced voltage calculation value esd.
(15)式に基づいて、dc軸での偏差εdcと、qc軸上での偏差εqcとを導出する。実際の回転子位置θと推定回転子位置θmが一致している場合、これらの誘起電圧演算値esdと誘起電圧基準値esdmは一致し、偏差は0となる。しかし、位置誤差Δθをもって回転している場合、実際の回転子位置θを持つ実軸に生じる誘起電圧を推定回転子位置θmの制御軸へ写像すると、実際の回転子位置θと推定回転子位置θmとの位相差(位置誤差Δθ)に依存した偏差εが生じる。これによって、本発明の位置センサレスによる回転子位置の推定が可能となる。 Based on the equation (15), a deviation εdc on the dc axis and a deviation εqc on the qc axis are derived. When the actual rotor position θ matches the estimated rotor position θm, the induced voltage calculation value esd and the induced voltage reference value esdm match, and the deviation becomes zero. However, if the induced voltage generated on the real axis having the actual rotor position θ is mapped to the control axis of the estimated rotor position θm when rotating with a position error Δθ, the actual rotor position θ and the estimated rotor position A deviation ε depending on the phase difference (position error Δθ) from θm occurs. This makes it possible to estimate the rotor position without the position sensor of the present invention.
(回転子の推定回転子位置θmの導出)
推定回転子位置θmの導出は、(15)式により求めた偏差εを0に収斂させるように推定回転子位置θmを補正することで実現する。上記導出方法を具体的に説明する。例えば、図3に示すように、推定回転子位置θmと実際の回転子位置θとが一致する場合、dc軸誘起電圧演算値edcとdc軸誘起電圧基準値edcmは等しくなり、また、qc軸誘起電圧演算値eqcとqc軸誘起電圧基準値eqcmは等しくなる。しかし、推定回転子位置θmが実際の回転子位置θよりも遅れているとき、dc軸での偏差εdcは位置誤差Δθに依存した負の値が出力される。また、qc軸上での偏差εqcは位置誤差Δθに依存した負の値が出力される。したがって、これらの条件が満たされれば、推定回転子位置θmが遅れていると判断し、推定回転子位置θmを進めるように補正する。次に、推定回転子位置θmが実際の回転子位置θよりも進んでいるとき、dc軸での偏差εdcは位置誤差Δθに依存した正の値が出力される。また、qc軸上での偏差εqcは位置誤差Δθに依存した負の値が出力される。したがって、これらの条件が満たされれば、推定回転子位置θmが進んでいると判断し、推定回転子位置θmを遅らせるように補正する。これによって、高分解能で高精度な角度の推定を実現することができる。
(Derivation of estimated rotor position θm of rotor)
Derivation of the estimated rotor position θm is realized by correcting the estimated rotor position θm so that the deviation ε obtained by the equation (15) is converged to zero. The derivation method will be specifically described. For example, as shown in FIG. 3, when the estimated rotor position θm and the actual rotor position θ match, the dc-axis induced voltage calculation value edc and the dc-axis induced voltage reference value edcm are equal, and the qc axis The induced voltage calculation value eqc is equal to the qc-axis induced voltage reference value eqcm. However, when the estimated rotor position θm is delayed from the actual rotor position θ, a negative value depending on the position error Δθ is output as the deviation εdc on the dc axis. Further, a negative value depending on the position error Δθ is output as the deviation εqc on the qc axis. Therefore, if these conditions are satisfied, it is determined that the estimated rotor position θm is delayed, and the estimated rotor position θm is corrected to advance. Next, when the estimated rotor position θm is ahead of the actual rotor position θ, a positive value depending on the position error Δθ is output as the deviation εdc on the dc axis. Further, a negative value depending on the position error Δθ is output as the deviation εqc on the qc axis. Therefore, if these conditions are satisfied, it is determined that the estimated rotor position θm is advanced, and the estimated rotor position θm is corrected to be delayed. This makes it possible to estimate the angle with high resolution and high accuracy.
また、dc軸での偏差εdcのみに着目して、偏差εdc(磁束方向成分)が0に収斂するように推定回転子位置θmを補正してもよい。言い換えると、qc軸での偏差εqcを導出しなくてもよい。このようにすれば、演算時間をより短くすることができる。 Alternatively, the estimated rotor position θm may be corrected so that the deviation εdc (magnetic flux direction component) converges to 0, focusing only on the deviation εdc on the dc axis. In other words, the deviation εqc on the qc axis need not be derived. In this way, the calculation time can be further shortened.
また、上述した方式では偏差εが位置誤差Δθに依存することを利用していたが、直接(16)式に示すように位置誤差Δθmを偏差εとして求め、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正してもよい。 In the above-described method, the fact that the deviation ε depends on the position error Δθ is used. However, as shown in the equation (16), the position error Δθm is obtained as the deviation ε so that the deviation ε converges to zero. The estimated rotor position θm may be corrected.
<<2.モータ電圧を利用した推定方法>>
次に、位置誤差Δθに依存した直流成分の偏差εを求める他の方法について説明する。前述の誘起電圧を利用した推定方法では、制御軸として、推定回転子位置θmを基準とするdc−qc座標を用いた。他方、本推定法では、制御軸として、モータ端子電圧位置θvを基準とするγ−δ座標を用いる。すなわち、γ−δ座標は、当該方法に基づいて同期モータの制御を実行する制御装置が回転子の位置を認識する推定座標と同じ角速度で、ある一定の位相をもって回転するモータ端子電圧の座標である。
<< 2. Estimation method using motor voltage >>
Next, another method for obtaining the DC component deviation ε depending on the position error Δθ will be described. In the estimation method using the above-described induced voltage, the dc-qc coordinate based on the estimated rotor position θm is used as the control axis. On the other hand, in this estimation method, γ-δ coordinates based on the motor terminal voltage position θv are used as the control axis. That is, the γ-δ coordinates are the coordinates of the motor terminal voltage that rotates with a certain phase at the same angular velocity as the estimated coordinates at which the control device that executes the control of the synchronous motor recognizes the position of the rotor based on the method. is there.
(モータ端子電圧演算値vsd(vγ、vδ)の導出)
以下に、モータ端子電圧演算値vsd(γ軸のモータ端子電圧演算値vγ、δ軸のモータ端子電圧演算値vδ)の導出方法について詳しく説明する。
(Derivation of motor terminal voltage calculation value vsd (vγ, vδ))
Hereinafter, a method for deriving the motor terminal voltage calculation value vsd (γ-axis motor terminal voltage calculation value vγ, δ-axis motor terminal voltage calculation value vδ) will be described in detail.
まず、既知である同期モータの相電圧値より、各相のモータ端子電圧演算値vs(u相モータ端子電圧演算値vu、v相モータ端子電圧演算値vv、w相モータ端子電圧演算値vw)を作成する。各相のモータ端子電圧演算値vsとして、(17)式に示すように、後述する電圧指令演算部109(図1等)で生成した電圧指令vs*(vu*、vv*、vw*)を用いる。 First, the motor terminal voltage calculation value vs (phase u motor terminal voltage calculation value vu, v phase motor terminal voltage calculation value vv, w phase motor terminal voltage calculation value vw) of each phase from the known phase voltage value of the synchronous motor. Create As the motor terminal voltage calculation value vs of each phase, as shown in the equation (17), a voltage command vs * (vu * , vv * , vw * ) generated by a voltage command calculation unit 109 (FIG. 1 or the like) described later is used. Use.
(17)式で求めた各相のモータ端子電圧演算値vsは、静止座標上で定義されているため、交流量となる。したがって、本発明ではこれらを制御軸(γ−δ座標軸)へ写像することにより、直流量に変換する。 Since the motor terminal voltage calculation value vs of each phase obtained by the equation (17) is defined on the stationary coordinates, it is an AC amount. Therefore, in the present invention, these are converted into a direct current amount by mapping them to the control axis (γ-δ coordinate axis).
次に、モータ端子電圧位置θvの導出方法について説明する。まず、dc−qc軸上において、電圧方程式は(18)式のように表される。dc軸電流値idc、qc軸電流値iqcを制御したとき、dc軸電圧値vdc、qc軸電圧値vqcは一意に決まるため、その電圧位相βvも一意に決まり、(19)式のようになる。ここで、モータ端子電圧位置θv、電圧位相βvおよび推定回転子位置θmの関係は、(20)式のようになる。 Next, a method for deriving the motor terminal voltage position θv will be described. First, on the dc-qc axis, the voltage equation is expressed as equation (18). When the dc-axis current value idc and the qc-axis current value iqc are controlled, the dc-axis voltage value vdc and the qc-axis voltage value vqc are uniquely determined. Therefore, the voltage phase βv is also uniquely determined as shown in Equation (19). . Here, the relationship between the motor terminal voltage position θv, the voltage phase βv, and the estimated rotor position θm is expressed by the equation (20).
(21)式により各相のモータ端子電圧演算値vs(u相モータ端子電圧演算値vu、v相モータ端子電圧演算値vv、w相モータ端子電圧演算値vw)を座標変換することで、γ−δ軸上のモータ端子電圧演算値vsd(γ軸モータ端子電圧演算値vγ、δ軸モータ端子電圧演算値vδ)を導出する。 By converting the motor terminal voltage calculation value vs (u-phase motor terminal voltage calculation value vu, v-phase motor terminal voltage calculation value vv, w-phase motor terminal voltage calculation value vw) of each phase by the equation (21), γ The motor terminal voltage calculation value vsd on the −δ axis (γ axis motor terminal voltage calculation value vγ, δ axis motor terminal voltage calculation value vδ) is derived.
(モータ端子電圧基準値vsdm(vγm、vδm)の導出)
次に、基準となるγ−δ軸上のモータ端子電圧基準値vsdm(γ軸のモータ端子電圧基準値vγm、δ軸のモータ端子電圧基準値vδm)の導出方法について詳しく説明する。
(Derivation of motor terminal voltage reference value vsdm (vγm, vδm))
Next, a method for deriving the motor terminal voltage reference value vsdm on the reference γ-δ axis (γ-axis motor terminal voltage reference value vγm, δ-axis motor terminal voltage reference value vδm) will be described in detail.
まず、モータ端子電圧振幅推定値vmを求める方法について説明する。各相のモータ端子電圧値の絶対値を加算した結果に基づき、モータ端子電圧振幅演算値vcを作成する。(22)式のように、u相モータ端子電圧演算値vuの絶対値と、v相モータ端子電圧演算値vvの絶対値と、w相モータ端子電圧演算値vwの絶対値との和に、ある設定された係数KECを乗じたものをモータ端子電圧振幅演算値vcとする。ここで、係数KECは(23)式のように与えられ、各相のモータ端子電圧が正弦波であるとして、各相のモータ端子電圧の絶対値の和を振幅に変換するために乗算される。なお、θv%(π/3)はモータ端子電圧位置θv(°)を(π/3)(60°)で除算したときの剰余である。 First, a method for obtaining the motor terminal voltage amplitude estimated value vm will be described. Based on the result obtained by adding the absolute values of the motor terminal voltage values of the respective phases, the motor terminal voltage amplitude calculation value vc is created. As in equation (22), the sum of the absolute value of the u-phase motor terminal voltage calculation value vu, the absolute value of the v-phase motor terminal voltage calculation value vv, and the absolute value of the w-phase motor terminal voltage calculation value vw A product of a certain set coefficient KEC is used as a motor terminal voltage amplitude calculation value vc. Here, the coefficient KEC is given by the equation (23), and is multiplied to convert the sum of the absolute values of the motor terminal voltages of the respective phases into the amplitude, assuming that the motor terminal voltages of the respective phases are sine waves. . Note that θv% (π / 3) is a remainder when the motor terminal voltage position θv (°) is divided by (π / 3) (60 °).
さらに、(22)式で求めたモータ端子電圧振幅演算値vcに1次ディジタルローパスフィルタ(LPF)を作用したものをモータ端子電圧振幅推定値vmとする。具体的には、(24)式に基づいてモータ端子電圧振幅推定値vmを求める。ここで、vm(n)は今回の制御周期におけるモータ端子電圧振幅推定値であり、vm(n−1)は前回の制御周期におけるモータ端子電圧振幅推定値である。また、KLEMはローパスフィルタの係数であり、0から1までの値をとり、小さくなるほどローパスフィルタの効果が大きくなる。(24)式では、モータ端子電圧振幅演算値vcと前回のモータ端子電圧振幅推定値vm(n−1)との誤差(振幅誤差)を求め、この振幅誤差に係数KLEMを乗じて得た値と前回のモータ端子電圧振幅推定値vm(n−1)とを加え、今回のモータ端子電圧振幅推定値vm(n)としている。このように、ローパスフィルタを用いることで、振幅誤差を算出し、この振幅誤差が小さくなるように、モータ端子電圧振幅推定値vm(n)を補正する。 Further, the motor terminal voltage amplitude estimated value vm is obtained by applying a first-order digital low-pass filter (LPF) to the motor terminal voltage amplitude calculated value vc obtained by the equation (22). Specifically, the estimated motor terminal voltage amplitude value vm is obtained based on the equation (24). Here, vm (n) is a motor terminal voltage amplitude estimated value in the current control cycle, and vm (n−1) is a motor terminal voltage amplitude estimated value in the previous control cycle. KLEM is a coefficient of the low-pass filter and takes a value from 0 to 1, and the effect of the low-pass filter increases as the value decreases. In equation (24), an error (amplitude error) between the motor terminal voltage amplitude calculation value vc and the previous motor terminal voltage amplitude estimated value vm (n-1) is obtained, and a value obtained by multiplying this amplitude error by a coefficient KLEM. And the previous motor terminal voltage amplitude estimated value vm (n-1) are added to obtain the current motor terminal voltage amplitude estimated value vm (n). Thus, by using the low-pass filter, the amplitude error is calculated, and the motor terminal voltage amplitude estimated value vm (n) is corrected so that the amplitude error becomes small.
次に、モータ端子電圧位置θvでのモータ端子電圧の基準値であるモータ端子電圧基準値vsdmを作成する。まず、(25)(26)(27)式のようにして、上述のモータ端子電圧振幅推定値vmを振幅値として、u相のモータ端子電圧基準値(u相モータ端子電圧基準値vum)、v相のモータ端子電圧基準値(v相モータ端子電圧基準値vvm)、w相のモータ端子電圧基準値(w相モータ端子電圧基準値vwm)を求める。ロータの永久磁石に正弦波着磁がなされているとして、各相のモータ端子電圧基準値vsmは正弦波とする。 Next, a motor terminal voltage reference value vsdm, which is a reference value of the motor terminal voltage at the motor terminal voltage position θv, is created. First, as in the equations (25), (26), and (27), the motor terminal voltage amplitude estimated value vm described above is used as the amplitude value, the u-phase motor terminal voltage reference value (u-phase motor terminal voltage reference value vum), A v-phase motor terminal voltage reference value (v-phase motor terminal voltage reference value vvm) and a w-phase motor terminal voltage reference value (w-phase motor terminal voltage reference value vwm) are obtained. Assuming that the permanent magnet of the rotor is sine wave magnetized, the motor terminal voltage reference value vsm of each phase is a sine wave.
(25)(26)(27)式で求めた各相のモータ端子電圧基準値vsmは静止座標上で定義されているため、交流量となる。したがって、本発明ではこれらを制御軸へ写像することにより、直流量に変換する。(28)式に基づき、各相のモータ端子電圧基準値vsm(u相モータ電圧基準値vum、v相モータ端子電圧基準値vvm、w相モータ端子電圧基準値vwm)を座標変換することで、γ−δ軸上のモータ端子電圧基準値vsdm(γ軸モータ端子電圧基準値vγm、δ軸モータ端子電圧基準値vδm)を導出することができる。 (25) (26) The motor terminal voltage reference value vsm of each phase obtained by the equations (27) is defined on the stationary coordinates, and thus is an AC amount. Therefore, in the present invention, these are converted to a direct current amount by mapping them to the control axis. Based on the equation (28), by coordinate-transforming the motor terminal voltage reference value vsm (u-phase motor voltage reference value vum, v-phase motor terminal voltage reference value vvm, w-phase motor terminal voltage reference value vwm) of each phase, The motor terminal voltage reference value vsdm (γ-axis motor terminal voltage reference value vγm, δ-axis motor terminal voltage reference value vδm) on the γ-δ axis can be derived.
(偏差の導出)
次に、モータ端子電圧演算値vsdとモータ端子電圧基準値vsdmとの偏差εを作成する。(29)式のように、モータ端子電圧演算値vsdからモータ端子電圧基準値vsdmを減算したものを偏差εにする。
(Derivation of deviation)
Next, a deviation ε between the motor terminal voltage calculation value vsd and the motor terminal voltage reference value vsdm is created. As shown in the equation (29), a deviation ε is obtained by subtracting the motor terminal voltage reference value vsdm from the motor terminal voltage calculation value vsd.
(29)式に基づいて、γ軸での偏差εγと、δ軸上での偏差εδとを導出する。実際の回転子位置θと推定回転子位置θmとが一致する場合、モータ端子電圧演算値vsdとモータ端子電圧基準値vsdmとは一致し、偏差は0となる。しかし、位置誤差Δθをもって回転している場合、実際の回転子位置θを持つ実軸に生じるモータ端子電圧をモータ端子電圧位置θvである制御軸へ写像すると、実際の回転子位置θと推定回転子位置θmの位相差(位置誤差Δθ)に依存した偏差εが生じる。これによって、本発明の位置センサレスによる回転子位置の推定が可能となる。 Based on the equation (29), a deviation εγ on the γ-axis and a deviation εδ on the δ-axis are derived. When the actual rotor position θ matches the estimated rotor position θm, the motor terminal voltage calculation value vsd matches the motor terminal voltage reference value vsdm, and the deviation is zero. However, if the motor terminal voltage generated on the real axis having the actual rotor position θ is mapped to the control axis that is the motor terminal voltage position θv when rotating with the position error Δθ, the actual rotor position θ and the estimated rotation A deviation ε depending on the phase difference (position error Δθ) of the child position θm occurs. This makes it possible to estimate the rotor position without the position sensor of the present invention.
(回転子の推定回転子位置θmの導出)
推定回転子位置θmの導出は、誘起電圧を利用した推定方法と同様に実現することができる。
(Derivation of estimated rotor position θm of rotor)
The derivation of the estimated rotor position θm can be realized in the same manner as the estimation method using the induced voltage.
また、γ軸での偏差εγのみに着目して、偏差εγが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正してもよい。言い換えると、δ軸での偏差εδを導出しなくてもよい。このようにすれば、演算時間をより短くすることができる。 Alternatively, the estimated rotor position θm may be corrected so that the deviation εγ converges to 0 by paying attention only to the deviation εγ on the γ axis. In other words, it is not necessary to derive the deviation εδ on the δ axis. In this way, the calculation time can be further shortened.
また、上述した方式では偏差εが位置誤差Δθに依存することを利用していたが、直接(30)式に示すように位置誤差Δθmを偏差εとして求め、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正してもよい。 In the above-described method, the fact that the deviation ε depends on the position error Δθ is used. However, as shown in the equation (30), the position error Δθm is obtained as the deviation ε so that the deviation ε converges to zero. The estimated rotor position θm may be corrected.
次に、上述した方法を実行しうる同期モータの制御装置の具体的な構成を説明する。 Next, a specific configuration of a synchronous motor control apparatus capable of executing the above-described method will be described.
<<第1実施形態>>
図1に示すように、同期モータの制御装置100は、駆動部104、2個の電流センサ105a,105b、2軸電流変換部106、回転子位置回転数推定部107、電圧指令演算部109、電流制御部110、電流指令作成部111および回転数制御部112を備えている。
<< first embodiment >>
As shown in FIG. 1, the synchronous
駆動部104は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチング素子を用いた三相スイッチング回路でありうる。上述した他の制御部は、DSP(Distal Signal Processor)またはマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供されうる。DSPまたはマイクロコンピュータは、コア、メモリ、A/D変換回路および通信ポートのような周辺装置を含んでいてもよい。もちろん、上述した他の制御部の一部が論理回路によって構成されていてもよい。
The driving
制御対象の同期モータ102は、例えば、IPMSMやSPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)のような永久磁石同期モータである。IPMSMは、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが相違する突極性(一般には、Lq>Ldの逆突極性)を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できるので、極めて高い駆動効率を達成できる。
The
本実施形態では、ホール素子やレゾルバのような位置センサを使用することなく回転子の位置を推定し、同期モータ102の制御を行う。なお、本明細書では、制御装置100が認識する同期モータ102のd軸をdc軸、q軸をqc軸と表記する。
In the present embodiment, the position of the rotor is estimated without using a position sensor such as a Hall element or a resolver, and the
(モータ制御装置の動作)
同期モータ102の駆動時における制御装置100の動作の概要を説明する。図1に示すように、外部より与えられる目標回転数ω*の情報に基づいて、回転数制御部112により電流指令I*(トルク指令)が作成され、電流指令作成部111によりdc−qc軸における電流指令idc*,iqc*が作成される。電流センサ105a,105bによって得られた相電流iu,ivは、2軸電流変換部106によりdc−qc座標上の検出電流idc,iqcに変換される。検出電流idc,iqcと電流指令idc*,iqc*との偏差に基づき、電流制御部110は、電圧指令vdc*,vqc*を作成する。電圧指令vdc*,vqc*に基づき、電圧指令演算部109は、三相電圧指令vu*,vv*,vw*を作成する。駆動部104は、三相電圧指令vu*,vv*,vw*に対応したデューティを有する三相交流電圧を作り、同期モータ102に出力する。このようにして、同期モータ102は、実回転数ωが目標回転数ω*に追従するように制御される。
(Operation of motor controller)
An outline of the operation of the
(駆動部104)
図2に示すように、駆動部104は、スイッチング素子113a,113b,113c,113d,113e,113fおよび還流ダイオード114a,114b,114c,114d,114e,114fが対になった変換回路、ベースドライバ116、平滑コンデンサ117および直流電源118を含む。同期モータ102への給電は、スイッチング素子113a〜113fを介して、直流電源118から行われる。直流電源118は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力に相当する。電圧指令演算部109によって作成されたスイッチングパターン信号は、ベースドライバ116によってスイッチング素子113a〜113fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換され、これらのドライブ信号にしたがって各スイッチング素子113a〜113fが動作する。
(Driver 104)
As shown in FIG. 2, the
(回転数制御部112)
制御装置100の動作について、さらに詳しく説明する。まず、外部より与えられる目標回転数ω*を実現するように、現在の回転数ω(後述する推定回転数ωm)との偏差から電流指令I*が、(31)式を用いて回転数制御部112により演算される。演算方法としては、一般的なPI制御方式による。ここで、Gpω,Giωはそれぞれ速度制御比例ゲインと積分ゲイン、ωは回転数、ω*は目標回転数、I*は電流指令を表す。
(Rotation speed control unit 112)
The operation of the
I*=Gpω×(ω*−ω)+Giω×Σ(ω*−ω) (31) I * = Gpω × (ω * −ω) + Giω × Σ (ω * −ω) (31)
(電流指令作成部111)
さらに、電流指令I*を用い、電流指令作成部111は、dc軸電流指令idc*およびqc軸電流指令iqc*を(32)(33)式により演算する。ここで、βは電流位相である。
(Current command generator 111)
Furthermore, using the current command I * , the current
idc*=I*×−sin(β) (32)
iqc*=I*×cos(β) (33)
idc * = I * × −sin (β) (32)
iqc * = I * × cos (β) (33)
(2軸電流変換部106)
電流センサ105a,105bにより検出された同期モータ102の相電流iu,ivは、(34)式に基づき、2軸電流変換部106により、同期モータ102のマグネットトルクに寄与するqc軸検出電流iqcと、それに直交するdc軸検出電流idcの2軸電流に変換される。ここで、推定回転子位置θmとして、先に説明した方法によって導いた値が使用される。
(Biaxial current converter 106)
The phase currents iu and iv of the
(電流制御部110の説明)
そして、電流制御部110は、与えられた電流指令idc*,iqc*と、検出電流idc,iqcを用いて、(35)(36)式により電流指令idc*,iqc*に検出電流idc,iqcが追従するように制御演算を行い、電圧指令vdc*,vqc*を求める。ここで、Gpd,Gidはそれぞれdc軸電流制御比例ゲインと積分ゲイン、Gpq,Giqはそれぞれqc軸電流制御比例ゲインと積分ゲインである。
(Description of current control unit 110)
Then, the
vdc*=Gpd×(idc*−idc)+Gid×Σ(idc*−idc) (35)
vqc*=Gpq×(iqc*−iqc)+Giq×Σ(iqc*−iqc) (36)
vdc * = Gpd × (idc * −idc) + Gid × Σ (idc * −idc) (35)
vqc * = Gpq × (iqc * −iqc) + Giq × Σ (iqc * −iqc) (36)
(電圧指令演算部109)
さらに、電圧指令演算部109は、電圧指令vdc*,vqc*と、回転子位置回転数推定部107により推定された回転子位置θmとに基づいて、同期モータ102を駆動するための電圧指令(ドライブ信号)を駆動部104に出力する。具体的には、二相の電圧指令vdc*,vqc*から、出力波形が正弦波となるように三相電圧指令vu*,vv*,vw*が、回転子位置θmを用いて、(37)式で示される一般的な二相三相変換により求められる。
(Voltage command calculation unit 109)
Further, the voltage
(駆動部104)
そして、駆動部104は、そのドライブ信号に従って、U相、V相、W相の電圧を出力する。これにより、同期モータ107が目標とする回転数(速度)にて駆動される。つまり、駆動部104のスイッチング素子113a〜113fのスイッチングパターンを、電流センサ105a,105bから得られる同期モータ102の電流情報と、同期モータ102の推定された磁極位置の情報と、同期モータ102の推定された回転数の情報と、外部から与えられる目標回転数の情報とから決定する。
(Driver 104)
The
(回転子位置回転数推定部107)
次に、回転子位置回転数推定部107の動作の詳細を説明する。図4に示すように、回転子位置回転数推定部107は、ある設定された周期(位置推定周期:ΔT)ごとに起動され、相電圧値作成部71、誘起電圧値演算部72、誘起電圧振幅値作成部73、誘起電圧基準値作成部74、偏差作成部75、角度速度補正部76の順に下記の動作をさせ、推定回転子位置θmと推定速度ωmとを作成する。また、電流制御部110、回転子位置回転数推定部107の順に動作させ、位置推定周期ΔTと電流制御周期とを同一とする。
(Rotor position rotational speed estimation unit 107)
Next, details of the operation of the rotor position rotational
位置推定周期ΔTは、モータの構造に依存せず、マイコンやDSPの処理能力に依存する。例えば、位置推定周期ΔTが67μ秒であり、回転子の磁極数が4極、モータ回転数が1800rpm(角速度60π/秒)である場合、下記の式より、位置推定周期ΔTを電気角ΔΘで表すと1.45度になる。ΔΘ=360度×(4極/2)×67μs×(1800rpm/60s)=1.45度。このように、ΔTは非常に小さな値であり、リアルタイムに近い位置推定が行われている。このリアルタイムに近い応答性は、モータの急加速や急減速等において、高い追随性を実現する。 The position estimation period ΔT does not depend on the structure of the motor but depends on the processing capability of the microcomputer or DSP. For example, when the position estimation period ΔT is 67 μs, the number of magnetic poles of the rotor is 4, and the motor rotation speed is 1800 rpm (angular velocity 60π / second), the position estimation period ΔT is expressed by the electrical angle ΔΘ from the following equation. When expressed, it becomes 1.45 degrees. ΔΘ = 360 degrees × (4 poles / 2) × 67 μs × (1800 rpm / 60 s) = 1.45 degrees. Thus, ΔT is a very small value, and position estimation close to real time is performed. This response close to real time realizes high follow-up in sudden acceleration or rapid deceleration of the motor.
(相電圧値作成部71)
相電圧値作成部71は、(38)(39)(40)式のように、電圧指令vu*、vv*、vw*を相電圧値vu、vv、vwとする。
(Phase voltage value creation unit 71)
The phase voltage
vu=vu* (38)
vv=vv* (39)
vw=vw* (40)
vu = vu * (38)
vv = vv * (39)
vw = vw * (40)
(誘起電圧値演算部72)
誘起電圧値演算部72は、(1)(2)(3)式または(4)(5)(6)式により各相の誘起電圧演算値(u相誘起電圧演算値eu、v相誘起電圧演算値ev、w相誘起電圧演算値ew)を作成する。
(Induced voltage value calculation unit 72)
The induced voltage
(誘起電圧振幅値作成部73)
誘起電圧振幅値作成部73は、まず、各相の誘起電圧値の絶対値を加算した結果に基づき誘起電圧振幅演算値ecを作成する。(8)式に示したように、u相誘起電圧値euの絶対値と、v相誘起電圧値evの絶対値と、w相誘起電圧値ewの絶対値との和に、ある設定された係数KEC((9)式参照)を乗じたものを誘起電圧振幅演算値ecとする。さらに、誘起電圧振幅演算値ecに1次ディジタルローパスフィルタ(LPF)を作用したものを(10)式より求め、誘起電圧振幅推定値emとする。
(Induced voltage amplitude value creation unit 73)
The induced voltage amplitude
(誘起電圧基準値作成部74)
誘起電圧基準値作成部74は、誘起電圧振幅値作成部73により作成された誘起電圧振幅推定値emと制御装置100が現在認識している推定回転子位置θmとを取得し、誘起電圧値の基準値である誘起電圧基準値eum、evm、ewmを作成する。
(Induced voltage reference value creation unit 74)
The induced voltage reference
(偏差作成部75)
偏差作成部75は、誘起電圧演算値esdと誘起電圧基準値esdmとの偏差εを作成する。まず、誘起電圧値演算部72により得られた誘起電圧演算値esと誘起電圧基準値作成部74により得られた誘起電圧基準値esdmとを、(7)(14)式に示したように、現在の推定回転子位置θmを用いてそれぞれ直流成分へと座標変換し、誘起電圧演算値esdと誘起電圧基準値esdmとを得る。次に、(41)式のように、dc軸の誘起電圧演算値edcから誘起電圧基準値edcmを減算したものを偏差εにする。ここでは、dc軸における偏差を利用しているが、qc軸における偏差を利用してもよい。
(Deviation creation part 75)
The
ε=edc−edcm (41) ε = edc-edcm (41)
(角度速度補正部76)
角度速度補正部76は、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正する。また、推定速度ωmを作成する。まず、位置推定周期ΔT毎に推定回転子位置θmをどれだけ進めるかを示す進み量θmpを作成する。(42)式のように、偏差εに比例ゲインκpを乗じ、その乗算結果の絶対値が比例リミットζpを越えないように制限した値を進み量比例項θmppとする。また、(43)式のように、偏差εに積分ゲインκiを乗じ、その乗算結果の絶対値が積分リミットζiを越えないように制限した値を進み量積分項θmpiとする。そして、(44)式のように、進み量積分項θmpiを積分した結果と進み量比例項θmppとの加算結果を進み量θmpとする。
(Angular speed correction unit 76)
The angular
θmpp=κp・ε、−ζp≦θmpp≦ζp (42)
θmpi=κi・ε、−ζi≦θmpi≦ζi (43)
θmp=θmpp+Σθmpi (44)
θmpp = κp · ε, −ζp ≦ θmpp ≦ ζp (42)
θmpi = κi · ε, −ζi ≦ θmpi ≦ ζi (43)
θmp = θmpp + Σθmpi (44)
次に、推定回転子位置θmを進み量θmpだけ進める。(45)式のように、進み量θmpを積分したものを推定回転子位置θmとする。新たな推定回転子位置θmをメモリに保存する。 Next, the estimated rotor position θm is advanced by the advance amount θmp. The estimated rotor position θm is obtained by integrating the advance amount θmp as shown in equation (45). The new estimated rotor position θm is stored in the memory.
θm=Σθmp (45) θm = Σθmp (45)
そして、進み量θmpに1次ディジタルローパスフィルタ(LPF)を作用したものを推定速度ωmとする。具体的には、(46)式に基づいて推定速度ωmを求める。ここで、ωm(n)は今回の推定速度であり、ωm(n−1)は前回の推定速度である。また、KTPWは進み量を速度の単位に変化する係数である。さらに、KLWはローパスフィルタの係数であり、0から1までの値をとり、小さくなるほどローパスフィルタの効果が大きくなる。 The estimated speed ωm is obtained by applying a primary digital low-pass filter (LPF) to the advance amount θmp. Specifically, the estimated speed ωm is obtained based on the equation (46). Here, ωm (n) is the current estimated speed, and ωm (n−1) is the previous estimated speed. KTPW is a coefficient for changing the advance amount into a unit of speed. Furthermore, KLW is a coefficient of the low-pass filter and takes a value from 0 to 1, and the effect of the low-pass filter increases as the value decreases.
ωm(n)=KLW・(KTPW・θmp)+(1−KLW)・ωm(n−1) (46) ωm (n) = KLW · (KTPW · θmp) + (1−KLW) · ωm (n−1) (46)
本実施形態では、偏差作成部75によって求めた位置誤差Δθに依存した偏差をもとに、推定速度であるインバータ出力周波数ωmを調節する。モータ正転時に位置誤差Δθが正のときは、推定回転子位置θmが実際の回転子位置θより遅れていることを意味するので、インバータ周波数ωmを上げ、制御軸の回転を加速させる。逆に、モータ正転時に位置誤差Δθが負のときは、推定回転子位置θmが実際の回転子位置θより進んでいることを意味するので、インバータ周波数ωmを下げ、制御軸の回転を減速させる。
In the present embodiment, the inverter output frequency ωm, which is an estimated speed, is adjusted based on the deviation depending on the position error Δθ obtained by the
また、角度速度補正部76は、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正するために、同じ機能を有するPI補償以外の手段を用いてもよい。
Further, the angular
(効果)
本実施形態の回転子位置推定方法および同期モータの制御装置100では、誘起電圧基準値と誘起電圧演算値を共に直流量とするために座標変換を行う。誘起電圧基準値と誘起電圧演算値を共に直流量で扱うことにより、位相誤差に依存した偏差εは直流量となり、交流量による変動がなく、推定回転子位置θmおよび推定速度ωmの精度が高まる。また、推定を行う相を選択するための選択部(特許文献1および図11参照)を必要としない。
(effect)
In the rotor position estimation method and the synchronous
<<第2実施形態>>
図5に示す第2実施形態は、図1に示す第1実施形態とほぼ共通であるが、回転子位置回転数推定部207の構成が第1実施形態とは異なる。本実施形態では、dc軸に発生する誘起電圧基準値edcmが0であるという条件を用いることで、誘起電圧基準値esdmを求める演算を行わない。
<< Second Embodiment >>
The second embodiment shown in FIG. 5 is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. 1, but the configuration of the rotor position rotational
(回転子位置回転数推定部207)
図6に回転子位置回転数推定部207の構成を示す。回転子位置回転数推定部207は、ある設定された周期(位置推定周期:ΔT)ごとに起動され、相電圧値作成部71、誘起電圧値演算部72、偏差作成部275、角度速度補正部76の順に下記の動作をさせ、推定回転子位置θmと推定速度ωmとを作成する。また、電流制御部110、回転子位置回転数推定部207の順に動作させ、位置推定周期ΔTと電流制御周期とを同一とする。
(Rotor position rotational speed estimation unit 207)
FIG. 6 shows the configuration of the rotor position rotational
(相電圧値作成部71、誘起電圧値演算部72)
相電圧値作成部71と誘起電圧値演算部72は、第1実施形態と同じ動作を行う。
(Phase voltage
The phase voltage
(偏差作成部275)
偏差作成部275は、dc軸における誘起電圧演算値edcと誘起電圧基準値edcmとの偏差εを作成する。ここで、誘起電圧基準値edcmが0であることを利用し、誘起電圧基準値esdmを計算しない。また、誘起電圧値演算部72により得られた誘起電圧演算値esを現在の推定回転子位置θmを用いて直流成分へと座標変換し、第1実施形態と同様に、誘起電圧演算値esdを得る。ここで、dc軸での誘起電圧に注目すると、(47)式に示すように、偏差εは、誘起電圧演算値edcとなる。
(Deviation creation unit 275)
The
ε=edc (47) ε = edc (47)
(角度速度補正部76)
第1実施形態と同様に、角度速度補正部76は、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正する。つまり、本実施形態においては、偏差ε、すなわちdc軸での誘起電圧演算値edcを0にすることと等しくなる。また、推定速度ωm、推定回転子位置θmの導出は、第1実施形態と同様である。
(Angular speed correction unit 76)
Similar to the first embodiment, the angular
(効果)
本実施形態によると、推定を行う相を選択するための選択部やLPF(ローパスフィルタ)を必要としないため、構成の簡素化(推定アルゴリズムの簡素化)を図れる。また、第1実施形態に比べ演算量も少ない。
(effect)
According to the present embodiment, since a selection unit and an LPF (low pass filter) for selecting a phase to be estimated are not required, the configuration can be simplified (the estimation algorithm can be simplified). Also, the amount of calculation is small compared to the first embodiment.
<<第3実施形態>>
図7に示す本実施形態は、回転子位置回転数推定部307の構成が第1実施形態とは異なる。具体的には、U相電流iuおよびV相電流ivに代えて、dc−qc座標軸におけるdc軸電流idcおよびqc軸電流iqcを回転子位置回転数推定部307に入力する点で、第1実施形態とは異なる。
<< Third Embodiment >>
This embodiment shown in FIG. 7 differs from the first embodiment in the configuration of the rotor position rotation
(回転子位置回転数推定部307)
図8に回転子位置回転数推定部307の構成を示す。回転子位置回転数推定部307は、ある設定された周期(位置推定周期:ΔT)ごとに起動され、相電圧値作成部71、モータ端子電圧振幅値作成部373、電圧位相作成部377、モータ端子電圧基準値作成部374、偏差作成部375、角度速度補正部76の順に下記の動作をさせ、推定回転子位置θmと推定速度ωmとを作成する。また、電流制御部110、回転子位置回転数推定部307の順に動作させ、位置推定周期ΔTと電流制御周期とを同一とする。
(Rotor position rotational speed estimation unit 307)
FIG. 8 shows the configuration of the rotor position rotational
(相電圧値作成部71)
相電圧値作成部71は、前述した(17)式に基づき、電圧指令vu*、vv*、vw*を相電圧値vu、vv、vwとする。
(Phase voltage value creation unit 71)
The phase voltage
(モータ端子電圧振幅値作成部373)
モータ端子電圧振幅値作成部373は、まず、各相のモータ端子電圧値の絶対値を加算した結果に基づき、モータ端子電圧振幅演算値vcを作成する。(22)式のように、u相モータ端子電圧値vuの絶対値と、v相モータ端子電圧値vvの絶対値と、w相モータ端子電圧値vwの絶対値との加算結果に、ある設定された係数KEC((23)式参照)を乗じたものをモータ端子電圧振幅演算値vcとする。さらに、モータ端子電圧振幅演算値vcに1次ディジタルローパスフィルタ(LPF)を作用したものを(10)式より求め、モータ端子電圧振幅推定値vmとする。
(Motor terminal voltage amplitude value creation unit 373)
The motor terminal voltage amplitude
(電圧位相作成部377)
電圧位相作成部377は、2軸電流変換部106で作成されたidc,iqcと、現在の推定速度ωmとを取得し、(18)式を用いて、dc軸電圧値vdcとqc軸電圧値vqcを求める。さらに、(19)(20)式を用いて、誘起電圧が発生するqc軸からモータ端子電圧位置θvに対応するδ軸までの位相βvを求め、その位相βvからモータ端子電圧位置θvを求める。
(Voltage phase creation unit 377)
The voltage
(モータ端子電圧基準値作成部374)
モータ端子電圧基準値作成部374は、モータ端子電圧振幅値作成部373により作成されたモータ端子電圧振幅推定値vmと、角度速度補正部76により得られた推定回転子位置θmと、電圧位相作成部377により作成されたqc軸からδ軸までの位相βvとを取得し、(25)(26)(27)式を用いてモータ端子電圧値の基準値であるモータ端子電圧基準値vum、vvm、vwmを作成する。
(Motor terminal voltage reference value creation unit 374)
The motor terminal voltage reference
(偏差作成部375)
偏差作成部375は、モータ端子電圧演算値vsdとモータ端子電圧基準値vsdmとの偏差εを作成する。まず、相電圧作成部71により得られた各相のモータ端子電圧演算値vsと、モータ端子電圧基準値作成部374により得られた各相のモータ端子電圧基準値vsmを、(21)(28)式に示したように現在のモータ端子電圧位置θvを用いてそれぞれ直流成分へと座標変換し、γ−δ軸上でのモータ端子電圧演算値vsdとモータ端子電圧基準値vsdmとを得る。次に、(48)式のように、γ軸のモータ端子電圧演算値vγからモータ端子電圧基準値vγmを減算したものを偏差εにする。ここでは、γ軸における偏差を利用しているが、δ軸における偏差を利用してもよい。
(Deviation creation part 375)
The
ε=vγ−vγm (48) ε = vγ−vγm (48)
(角度速度補正部76)
第1実施形態と同様に、角度速度補正部78は、偏差εが0に収斂するように推定回転子位置θmを補正する。つまり、本実施形態においては、γ軸での偏差εγを0にすることと等しくなる。また、推定速度ωm、推定回転子位置θmの導出は、実施形態1と同様である。
(Angular speed correction unit 76)
Similar to the first embodiment, the angular velocity correction unit 78 corrects the estimated rotor position θm so that the deviation ε converges to zero. That is, in this embodiment, this is equivalent to setting the deviation εγ on the γ axis to zero. The estimation speed ωm and the estimation rotor position θm are derived in the same manner as in the first embodiment.
(効果)
本実施形態によると、推定を行う相を選択するための選択部やLPF(ローパスフィルタ)を必要としないため、構成の簡素化(制御プログラムの簡素化)を図れる。また、第1実施形態に比べ演算量も少ない。
(effect)
According to this embodiment, since a selection unit and an LPF (low pass filter) for selecting a phase to be estimated are not required, the configuration can be simplified (simplification of the control program). Also, the amount of calculation is small compared to the first embodiment.
<<第4実施形態>>
図9に示す本実施形態は、図7に示す第3実施形態とほぼ共通であるが、回転子位置回転数推定部407の構成が第3実施形態とは異なる。本実施形態では、γ軸に発生するモータ端子電圧基準値vγmが0であるという条件を用いることで、モータ端子電圧基準値vsdmを求める演算を行わない。
<< Fourth embodiment >>
The present embodiment shown in FIG. 9 is substantially the same as the third embodiment shown in FIG. 7, but the configuration of the rotor position rotational
(回転子位置回転数推定部407)
図10に回転子位置回転数推定部407の構成を示す。回転子位置回転数推定部407は、ある設定された周期(位置推定周期:ΔT)ごとに起動され、相電圧値作成部71、電圧位相作成部377、偏差作成部475、角度速度補正部76の順に下記の動作をさせ、推定回転子位置θmと推定速度ωmとを作成する。また、電流制御部110、回転子位置回転数推定部407の順に動作させ、位置推定周期ΔTと電流制御周期とを同一とする。
(Rotor position rotational speed estimation unit 407)
FIG. 10 shows the configuration of the rotor position rotational
(相電圧値作成部71、電圧位相作成部377)
相電圧値作成部71と電圧位相作成部377は、第3実施形態と同じ動作を行う。
(Phase voltage
The phase voltage
(偏差作成部475)
偏差作成部475は、γ軸におけるモータ端子電圧演算値vγとモータ端子電圧基準値vγmとの偏差εを作成する。ここで、モータ端子電圧基準値vγmの値が0であることを利用し、モータ端子電圧基準値vsdmを計算しない。また、相電圧値作成部71により得られた各相のモータ端子電圧演算値vsを現在のモータ端子電圧位置θvを用いて直流成分へと座標変換し、第3実施形態と同様に、モータ端子電圧演算値vγを得る。ここで、γ軸でのモータ端子電圧に注目すると、(49)式に示すように、偏差εは、γ軸におけるモータ端子電圧演算値vγとなる。
(Deviation creation part 475)
The
ε=vγ (49) ε = vγ (49)
(角度速度補正部76)
第3実施形態と同様に、角度速度補正部76は、偏差εが0に収斂するようにモータ端子電圧位置θvを補正する。本実施形態においては、偏差ε、すなわちγ軸でのモータ端子電圧値vγを0にすることと等しくなる。また、推定速度ωm、推定回転子位置θmの導出は、第3実施形態と同様である。
(Angular speed correction unit 76)
Similar to the third embodiment, the angular
(効果)
本実施形態によると、推定を行う相を選択するための選択部やLPF(ローパスフィルタ)を必要としないため、構成の簡素化(制御プログラムの簡素化)を図れる。また、第3実施形態に比べ演算量も少ない。
(effect)
According to this embodiment, since a selection unit and an LPF (low pass filter) for selecting a phase to be estimated are not required, the configuration can be simplified (simplification of the control program). Also, the amount of calculation is small compared to the third embodiment.
以上、本発明によれば、短い位置推定周期ごとに偏差を求め、推定位置を逐次補正することで、高分解能で高精度なモータ制御が可能になる。また、速度変化への応答性も改善される。推定回転子位置θmおよび推定速度ωmにリプル等の脈動の影響が及びにくいので、例えばロータリコンプレッサのモータのように、周期的な負荷外乱に起因した振動を本質的に有するモータの制御においても、制御性の改善を期待できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform motor control with high resolution and high accuracy by obtaining a deviation for each short position estimation cycle and sequentially correcting the estimated position. Moreover, the responsiveness to the speed change is also improved. Since it is difficult for the estimated rotor position θm and the estimated speed ωm to be affected by ripples such as ripple, even in the control of a motor that essentially has vibration caused by periodic load disturbance, such as a rotary compressor motor, Improvement in controllability can be expected.
本発明は、他の同期モータの制御、例えばSPMSMの制御にも採用しうる。また、本発明の適用対象は特に限定されないが、例えば、冷暖房装置や給湯機等のヒートポンプ式冷凍装置に用いられる同期モータの制御装置に本発明が有用である。 The present invention can also be applied to control of other synchronous motors, for example, control of SPMSM. Moreover, although the application object of this invention is not specifically limited, For example, this invention is useful for the control apparatus of the synchronous motor used for heat pump refrigeration apparatuses, such as an air conditioning apparatus and a water heater.
100,200,300,400 同期モータの制御装置
102 同期モータ
104 駆動部
105a,105b 電流センサ
106 2軸電流変換部
107,207,307,407 回転子位置回転数推定部
109 電圧指令演算部
110 電流制御部
111 電流指令作成部
112 回転数制御部
113a〜113f スイッチング素子
114a〜114f 還流ダイオード
116 ベースドライバ
117 平滑コンデンサ
118 直流電源
100, 200, 300, 400 Synchronous
Claims (13)
前記各相の誘起電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換した誘起電圧演算値を作成するステップと、
静止座標上における誘起電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換した誘起電圧基準値を作成するステップと、
前記誘起電圧演算値と前記誘起電圧基準値との偏差を作成するステップと、
前記偏差が零に収斂するように前記制御軸の位置を補正することで回転子位置を推定するステップと、
を含む、同期モータの回転子位置推定方法。 Estimating the induced voltage of each phase of the synchronous motor based on the phase voltage value of the stator winding, the phase current value of the stator winding, the resistance of the stator winding, and the inductance of the stator winding When,
Creating an induced voltage calculation value obtained by coordinate-transforming the induced voltage of each phase to a control axis rotating at an arbitrary speed;
Creating an induced voltage reference value obtained by coordinate-converting the reference value of the induced voltage on the stationary coordinate to the control axis;
Creating a deviation between the induced voltage calculation value and the induced voltage reference value;
Estimating the rotor position by correcting the position of the control shaft so that the deviation converges to zero;
A rotor position estimation method for a synchronous motor.
前記電圧指令を反映した三相交流電圧が与えられる同期モータの相電流値を検出する電流センサと、
前記電圧指令に従い直流電圧を前記三相交流電圧に変換して前記同期モータに印加するインバータと、
固定子巻線の相電圧値、前記固定子巻線の相電流値、前記固定子巻線の抵抗および前記固定子巻線のインダクタンスに基づいて前記同期モータの各相の誘起電圧を推定するとともに、前記回転子の現在の推定位置を用い、前記各相の誘起電圧を直流成分に変換した誘起電圧演算値と、前記推定位置上での誘起電圧基準値とを求め、前記誘起電圧演算値と前記誘起電圧基準値との偏差を作成し、前記偏差が零に収斂するように前記推定位置を補正することで回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
を備えた、同期モータの制御装置。 A voltage command calculating unit that calculates and outputs a voltage command corresponding to a deviation between the current command and the detected current using an estimated position of the rotor so that a detected current follows the current command;
A current sensor for detecting a phase current value of a synchronous motor to which a three-phase AC voltage reflecting the voltage command is applied;
An inverter that converts a DC voltage into the three-phase AC voltage according to the voltage command and applies it to the synchronous motor;
Estimating the induced voltage of each phase of the synchronous motor based on the phase voltage value of the stator winding, the phase current value of the stator winding, the resistance of the stator winding, and the inductance of the stator winding Using the current estimated position of the rotor, an induced voltage calculation value obtained by converting the induced voltage of each phase into a DC component, and an induced voltage reference value on the estimated position, and the induced voltage calculated value and A rotor position estimating unit that creates a deviation from the induced voltage reference value and corrects the estimated position so that the deviation converges to zero, thereby estimating a rotor position;
A control device for a synchronous motor.
静止座標上におけるモータ端子電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換したモータ端子電圧基準値を作成するステップと、
前記モータ端子電圧演算値と前記モータ端子電圧基準値との偏差を作成するステップと、
前記偏差が零に収斂するように前記制御軸の位置を補正することで回転子位置を推定するステップと、
を含む、同期モータの回転子位置推定方法。 Creating a motor terminal voltage calculation value obtained by coordinate-converting the phase voltage of each phase of the synchronous motor to a control axis rotating at an arbitrary speed;
Creating a motor terminal voltage reference value obtained by converting the reference value of the motor terminal voltage on the stationary coordinate to the control axis; and
Creating a deviation between the motor terminal voltage calculation value and the motor terminal voltage reference value;
Estimating the rotor position by correcting the position of the control shaft so that the deviation converges to zero;
A rotor position estimation method for a synchronous motor.
前記電圧指令を反映した三相交流電圧が与えられる同期モータの相電流値を検出する電流センサと、
前記電圧指令に従い直流電圧を前記三相交流電圧に変換して前記同期モータに印加するインバータと、
前記同期モータの各相の相電圧を任意の速度で回転する制御軸へ座標変換したモータ端子電圧演算値を作成し、静止座標上におけるモータ端子電圧の基準値を前記制御軸へ座標変換したモータ端子電圧基準値を作成し、前記モータ端子電圧演算値と前記モータ端子電圧基準値との偏差を作成し、前記偏差が零に収斂するように前記推定位置を補正することで回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
を備えた、同期モータの制御装置。 A voltage command calculating unit that calculates and outputs a voltage command corresponding to a deviation between the current command and the detected current using an estimated position of the rotor so that a detected current follows the current command;
A current sensor for detecting a phase current value of a synchronous motor to which a three-phase AC voltage reflecting the voltage command is applied;
An inverter that converts a DC voltage into the three-phase AC voltage according to the voltage command and applies it to the synchronous motor;
A motor in which the phase voltage of each phase of the synchronous motor is coordinate-converted to a control axis that rotates at an arbitrary speed and a motor terminal voltage calculation value is created, and a motor terminal voltage reference value on a stationary coordinate is coordinate-converted to the control axis A terminal voltage reference value is created, a deviation between the motor terminal voltage calculation value and the motor terminal voltage reference value is created, and the estimated position is corrected so that the deviation converges to zero, thereby estimating the rotor position. A rotor position estimating unit,
A control device for a synchronous motor.
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| JP2008187921A JP2010028981A (en) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | Rotor position estimating method for synchronous motor, and controller for the synchronous motor |
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2008
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