JP2005229738A - Electric motor drive - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築し、安定した電動機の駆動を実現すること。
【解決手段】電動機駆動装置3は、電動機4の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出部9と、目標速度ω*と電動機4の回転速度ω1との速度誤差から電流指令値I*を作成する速度制御部11と、電動機4の回転出力に関する値を検出する回転出力検出部18と、検出された回転出力値に基づいて予め設定された電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正部16と、補正された電流制御ゲインを用いて電流指令値I*と検出された電流値との電流誤差から電圧指令値V*を作成する電流制御部12とを備え、この電流制御ゲイン補正部16により、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。
【選択図】図1
An object of the present invention is to constantly build an optimal current control system independent of load conditions and realize stable driving of an electric motor.
An electric motor drive device 3 includes a current detection unit 9 that detects a current flowing in a stator winding of an electric motor 4, and a current command value I * from a speed error between a target speed ω * and a rotational speed ω1 of the electric motor 4. A speed control unit 11 for generating a rotation output, a rotation output detection unit 18 for detecting a value related to the rotation output of the electric motor 4, and a current control gain correction unit for correcting a preset current control gain based on the detected rotation output value 16 and a current control unit 12 that creates a voltage command value V * from a current error between the current command value I * and the detected current value using the corrected current control gain, and this current control gain correction unit 16 makes it possible to always construct an optimum current control system regardless of the load condition and to realize stable driving of the electric motor.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ブラシレスDCモータなどの電動機を任意の回転数で駆動する電動機駆動装置に関するものである。 The present invention relates to an electric motor drive device that drives an electric motor such as a brushless DC motor at an arbitrary rotation speed.
近年、空気調和機における圧縮機などの電動機を駆動する装置においては、地球環境保護の観点から消費電力を低減する必要性が大きくなっている。その中で、省電力の技術の一つとして、ブラシレスDCモータのような効率の高い電動機を任意の周波数で駆動するインバータなどが広く一般に使用されている。さらに、駆動する技術としては、矩形波状の電流により駆動を行う矩形波駆動に対して、より効率が高く、騒音も低くすることが可能な正弦波駆動技術が注目されている。 In recent years, in an apparatus for driving an electric motor such as a compressor in an air conditioner, there is an increasing need to reduce power consumption from the viewpoint of protecting the global environment. Among them, as one of the power saving technologies, an inverter that drives a highly efficient electric motor such as a brushless DC motor at an arbitrary frequency is widely used. Furthermore, as a driving technique, a sine wave driving technique that is more efficient and can reduce noise is attracting attention as compared with the rectangular wave driving that is driven by a rectangular wave current.
空気調和機における圧縮機のような電動機を駆動する場合、電動機の回転子の位置を検出するセンサを取りつけることが困難であるため、回転子の位置を何らかの方法で推定しながら駆動を行う位置センサレス正弦波駆動の技術が考案されている。回転子の位置を推定する方法としては、電動機の固定子巻線に生ずる誘起電圧を推定することにより行う方法がある(例えば、特許文献1参照)。 When driving an electric motor such as a compressor in an air conditioner, it is difficult to mount a sensor that detects the position of the rotor of the electric motor. A sinusoidal drive technology has been devised. As a method for estimating the position of the rotor, there is a method in which an induced voltage generated in a stator winding of an electric motor is estimated (see, for example, Patent Document 1).
図7に特許文献1の電動機駆動装置のシステム構成を示す。電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15とを備える。
FIG. 7 shows a system configuration of the electric motor drive device of
交流電源1からの入力電圧は整流回路2で直流に整流され、その直流電圧は交流直流変換部5により3相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスDCモータである電動機4が駆動される。
The input voltage from the
電動機駆動装置3では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部11は目標速度ω*と現在の速度ω1(回転子磁極位置速度推定手段15により推定された推定速度の現在値)との速度誤差Δωがゼロとなるように比例積分制御(以下、PI制御という)により電流指令値I*を演算する。
In the
電流制御部12は速度制御部11により演算された電流指令値I*に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるようにPI制御により電圧指令値V*を演算する。
The
誘起電圧推定部14は電流検出器7a、7bおよび電流検出部9により検出された電動機4の電流検出値と、電圧指令値V*と、分圧抵抗8a、8bおよび直流電圧検出部10により検出されたインバータ5の直流電圧の情報とに基づいて、電動機4の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。
The induced
回転子位置速度推定手段15は、誘起電圧推定部14により推定された誘起電圧を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部12では、インバータ5が電圧指令値V*を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はPWM信号生成部13により、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する
。
The rotor position speed estimation means 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated by the induced
以上の構成によって、位置センサレス正弦波駆動を行っている。
しかしながら、前記従来の構成では、予め設定したPI制御ゲインを電動機の回転出力に関する値(電動機の電流や回転速度など)に応じて補正する手段を備えておらず、PI制御ゲインは概ね電動機のインダクタンスに比例させて決定し、特に集中巻ステータから構成される電動機では負荷により電動機のインダクタンス値が変化するため、電動機のインダクタンス値が変化すると見掛け上のPI制御ゲインの応答性が変わることになり、予め設定したPI制御ゲインでは満足ゆく制御仕様が得られないだけでなく、PI制御ゲインの最適な調整を行うための設計工数が増えるという課題を有していた。 However, the conventional configuration does not include means for correcting a preset PI control gain in accordance with a value related to the rotational output of the motor (such as the current and rotational speed of the motor), and the PI control gain is approximately equal to the inductance of the motor. In particular, in an electric motor composed of a concentrated winding stator, since the inductance value of the motor changes depending on the load, the apparent PI control gain responsiveness changes when the inductance value of the motor changes, In addition to not being able to obtain a satisfactory control specification with a preset PI control gain, there is a problem that the number of design man-hours for optimal adjustment of the PI control gain increases.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築し、安定した電動機の駆動を実現するための電動機駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide an electric motor drive device for always constructing an optimal current control system independent of load conditions and realizing stable electric motor drive. And
前記従来の課題を解決するために、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、電動機の回転出力に関する値に基づいて、電流制御手段における電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正手段とを備え、該電流制御ゲイン補正手段は、電動機の回転出力に関する値に比例して電流制御ゲインが小さくなるように電流制御ゲインを補正するものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a plurality of pairs of switching elements including an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side are provided, and a DC voltage is generated by the operation of each switching element. An inverter that converts to an AC voltage of a desired frequency and voltage and supplies it as a driving voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting current flowing in the stator winding of the motor, current command value and current for the motor Current control means for creating a voltage command value from a current error from the detected current value detected by the detection means, and PWM signal generation for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value And a current control gain for correcting the current control gain in the current control means based on the value related to the rotational output of the motor and the motor. And a correction means, said current control gain correction means is that in proportion to the value relating to the rotation output of the motor to correct the current control gain so that the current control gain is reduced.
この電流制御ゲイン補正手段によって、予め設定された電流制御ゲインを電動機の回転出力に関する値に応じて補正することができる。 By this current control gain correction means, a preset current control gain can be corrected according to a value relating to the rotation output of the electric motor.
また、本発明の電動機駆動装置は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、電動機の回転出力に関する値に基づいて、電圧指令値を補正する電圧指令補正手段とを備え、該電圧指令補正手段は、電動機の回転出力に関する値に比例して電圧指令値が小さくなるように電圧指令値を補正するものである。 The electric motor drive device of the present invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and a DC voltage is generated by the operation of each switching element. An inverter that converts to an AC voltage of a desired frequency and voltage and supplies it as a driving voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting current flowing in the stator winding of the motor, current command value and current for the motor Current control means for creating a voltage command value from a current error from the detected current value detected by the detection means, and a PWM signal for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value Generating means, and voltage command correction means for correcting the voltage command value based on a value related to the rotation output of the electric motor. Decree correcting means is for correcting the voltage command value such that the voltage command value in proportion to the value relating to the rotation output of the electric motor is reduced.
この電圧指令補正手段によって、予め設定された電流制御ゲインを用いて電流制御手段により算出された電圧指令値を電動機の回転出力に関する値に応じて補正することで、予め設定された電流制御ゲインを電動機の回転出力に関する値に応じて補正する場合と同等の効果を得るだけでなく、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリを低減するこ
とができる。
The voltage command correction means corrects the voltage command value calculated by the current control means using the preset current control gain according to the value related to the rotation output of the electric motor, thereby setting the preset current control gain. In addition to obtaining the same effect as that obtained by performing correction according to the value related to the rotation output of the electric motor, it is possible to reduce the amount of calculation and the memory in the calculation means such as a microcomputer.
本発明の電動機駆動装置は、予め設定された電流制御ゲインを電動機の回転出力に関する値に応じて補正することで、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。 The electric motor drive device of the present invention corrects a preset current control gain according to a value related to the rotational output of the electric motor, so that an optimum current control system can always be constructed without depending on the load state, and a stable electric motor Can be realized.
第1の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、電動機の回転出力に関する値に基づいて、電流制御手段における電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正手段とを備え、該電流制御ゲイン補正手段は、電動機の回転出力に関する値に比例して電流制御ゲインが小さくなるように電流制御ゲインを補正することにより、予め設定された電流制御ゲインを電動機の回転出力に関する値に応じて補正することで、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。 The first invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and a DC voltage is converted to a desired frequency by the operation of each switching element. Detected by an inverter that converts the voltage into an AC voltage and supplies it as a drive voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting the current flowing in the stator winding of the motor, and a current command value and current detection means for the motor Current control means for creating a voltage command value from a current error with respect to the detected current value, PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value, and an electric motor Current control gain correction means for correcting the current control gain in the current control means based on the value related to the rotational output of the current control means The current control gain correction means corrects the current control gain so that the current control gain becomes smaller in proportion to the value related to the rotation output of the electric motor, so that the preset current control gain becomes a value related to the rotation output of the electric motor. By correcting accordingly, an optimal current control system can always be constructed without depending on the load status, and a stable motor drive can be realized.
第2の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、電動機の回転出力に関する値に基づいて、電圧指令値を補正する電圧指令補正手段とを備え、該電圧指令補正手段は、電動機の回転出力に関する値に比例して電圧指令値が小さくなるように電圧指令値を補正することで、予め設定された電流制御ゲインを電動機の回転出力に関する値に応じて補正する場合と同等の効果が得られ、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できるだけでなく、さらに第1の発明に比してマイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。 The second invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and the DC voltage is converted to a desired frequency by the operation of each switching element. Detected by an inverter that converts the voltage into an AC voltage and supplies it as a drive voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting the current flowing in the stator winding of the motor, and a current command value and current detection means for the motor Current control means for creating a voltage command value from a current error with respect to the detected current value, PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value, and an electric motor Voltage command correcting means for correcting a voltage command value based on a value related to the rotation output of the motor, the voltage command correcting means comprising: By correcting the voltage command value so that the voltage command value becomes smaller in proportion to the value related to the rotation output, the same effect as when the preset current control gain is corrected according to the value related to the rotation output of the motor can be obtained. As a result, the optimum current control system can always be constructed without depending on the load status, and stable driving of the motor can be realized. Further, compared with the first invention, the calculation amount and memory in the calculation means such as a microcomputer And the cost of the calculation means can be reduced.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の電動機駆動装置は、電流制御ゲイン(または電圧指令値)は、予め設定された下限値を有することで、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の過度な補正を防止することができ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を回避できる。 In the third aspect of the invention, in particular, in the motor drive device of the first or second aspect of the invention, the current control gain (or voltage command value) has a preset lower limit value, so that the current control gain (or voltage command value) Value) can be prevented, and unstable operation of the motor, such as hunting and turbulence, can be avoided.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の電動機駆動装置は、電動機の回転出力に関する値が予め設定された基準値よりも大きい場合にのみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正し、基準値以下の場合には電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正をしないものであり、電流制御ゲインの補正の効果が大きい場合(予め設定された電基準値以下の場合)のみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the electric motor drive device according to any one of the first to third aspects of the present invention has a current control gain (or voltage command) only when a value related to the rotational output of the electric motor is larger than a preset reference value. The current control gain (or voltage command value) is not corrected when the value is less than the reference value, and when the effect of the current control gain correction is large (below the preset power reference value) Only when the current control gain (or voltage command value) is corrected, the amount of computation and memory in the computing means such as a microcomputer can be reduced, and the cost of the computing means can be reduced.
第5の発明は、特に、第4の発明の電動機駆動装置は、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なうことで、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正ありなしの切り替えに伴う制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the motor driving device of the fourth aspect of the invention performs switching of correction so that the value becomes continuous when switching with or without correction of the current control gain (or voltage command value). Control stability and reliability associated with switching with and without correction of the current control gain (or voltage command value) can be improved, and unstable operation of the motor such as hunting and turbulence can be prevented.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明の電動機駆動装置は、インバータの制御周期と同期して電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正するものであり、少なくともインバータの制御周期の1周期毎に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することが可能であり、負荷の状況をリアルタイムに電流制御系に反映できる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, the electric motor drive device according to any one of the first to fifth aspects of the invention corrects the current control gain (or voltage command value) in synchronization with the control cycle of the inverter, and at least the inverter It is possible to correct the current control gain (or voltage command value) for each of the control cycles, and the load status can be reflected in the current control system in real time.
第7の発明は、特に、第6の発明の電動機駆動装置は、電動機の回転出力に関する値が予め設定された基準値以下の場合にのみインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正するものであり、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正の効果が小さい場合(予め設定された変動幅の設定値内の場合)にはインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。 According to the seventh aspect of the invention, in particular, the electric motor drive device of the sixth aspect of the invention is provided every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle only when the value related to the rotational output of the electric motor is equal to or less than a preset reference value. This is to correct the current control gain (or voltage command value), and when the effect of correcting the current control gain (or voltage command value) is small (within the preset value of the fluctuation range), By correcting the current control gain (or voltage command value) every n control cycles (n ≧ 2), it is possible to reduce the amount of calculation and memory in the calculation means such as a microcomputer, and the cost of the calculation means can be reduced. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図1において、電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、電圧検出部10と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13と、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15と、電流制御ゲイン補正部16とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram of an electric motor drive device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the electric
交流電源1からの入力電圧は整流回路2で直流に整流され、その直流電圧は交流直流変換部5により3相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスDCモータである電動機4が駆動される。
The input voltage from the
電動機駆動装置3では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部11は目標速度ω*と現在の速度ω1(回転子磁極位置速度推定手段15により推定された推定速度の現在値)との速度誤差ΔωがゼロとなるようにPI制御により電流指令値I*を演算する。
In the
電流制御ゲイン補正部16は、回転出力検出部18により検出された電動機4の回転出力に関する値に基づいて、予め設定された電流制御部12の電流制御ゲイン(PI制御ゲイン)を補正する。
The current control
電流制御部12は、速度制御部11により演算された電流指令値I*に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン補正部16により補正された電流制御ゲインを用いてPI制御により電圧指令値V*を演算する。
The
誘起電圧推定部14は、電流検出器7a、7bおよび電流検出部9により検出された電動機4の電流検出値と、電圧指令値V*と、分圧抵抗8a、8bおよび直流電圧検出部10により検出されたインバータ5の直流電圧の情報とに基づいて、電動機4の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。
The induced
回転子位置速度推定手段15は、誘起電圧推定部14により推定された誘起電圧を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部12では、インバータ5が電圧指令値V*を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はPWM信号生成部13により、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。
The rotor position speed estimation means 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated by the induced
なお、図1では電動機4の相電流を検出する2つの電流検出器7a、7bを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ5の入力側の直流電流(インバータ5の母線電流)から電動機4の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。
In FIG. 1, two
また、図1では外部から与えられた目標速度ω*に対して、電動機4の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機4のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。 In FIG. 1, the speed control is performed so that the speed of the motor 4 follows the target speed ω * given from the outside. However, the torque of the motor 4 may be controlled. It goes without saying that it is good.
まず始めに、電流制御ゲインを補正する必要性について説明する。 First, the necessity of correcting the current control gain will be described.
図5は後程説明する電流制御部12のブロック図の一例を示した図であるが、電動機の電流の応答性については、制御側のPI補償部の応答と電動機側の抵抗RやインダクタンスLによる回路応答によって決まる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a block diagram of the
しかしながら、図6に示すように電動機のインダクタンスは、電動機に流れる電流により飽和してインダクタンス値が低下していく。特に、集中巻ステータから構成される電動機では磁束が集中することにより、その飽和が顕著に表れる。 However, as shown in FIG. 6, the inductance of the motor is saturated by the current flowing through the motor and the inductance value decreases. In particular, in an electric motor composed of a concentrated winding stator, the saturation appears remarkably when the magnetic flux concentrates.
そこで、図5の電流制御部12のブロック図では、電動機のインダクタンス値が変化することにより、見掛け上電動機に流れる電流の応答性が変化し、例えば負荷が大きい場合には制御が効き過ぎてハンチングするといった不具合が生じるため、負荷の状況に応じて電流制御ゲインを補正する必要がある。
Therefore, in the block diagram of the
ここで、図6に示すように電動機のインダクタンス特性は、概ね1次関数で表されるため、電流制御ゲインの補正についても負荷の状況に応じて1次関数的に変化させる。 Here, as shown in FIG. 6, since the inductance characteristic of the motor is approximately expressed by a linear function, the correction of the current control gain is also changed in a linear function according to the load condition.
なお、電動機のインダクタンス特性を1次関数で近似することにしたが、特に1次関数に限定しているわけでなく、例えば実際のインダクタンス特性の通りに電流制御ゲインを補正しても良いことは言うまでもない。 Although the inductance characteristic of the motor is approximated by a linear function, it is not particularly limited to a linear function. For example, the current control gain may be corrected according to the actual inductance characteristic. Needless to say.
また、負荷の状況を知るために回転出力検出部18では、後程説明する速度制御部11から得られる電流指令値I*または電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる相電流検出値(iu、iv、iw)のいずれかの電流値、もしくは目標速度ω*または推定速度ω1(後程説明する回転子磁極位置速度推定手段15により推定される)のいずれかの速度値、もしくは電流指令値I*または相電流検出値(iu、iv、iw)のいずれかの電流値と、目標速度ω*または推定速度ω1のいずれかの速度値との積により得られる等価電動機出力を出力する。
In order to know the load condition, the rotation
なお、相電流指令値I*、目標速度ω*、推定速度ω1については、運転状況や負荷の状況に対して一つの値が定まるため、回転出力検出部18の出力値は一つとなるが、相電
流検出値(iu、iv、iw)は3相分あるため、例えば1相分の実効値I1を計算することにより一つの値に定めることができる。また、等価電動機出力については、電流値(I*または実効値I1)と速度値(ω*またはω1)との積により導出することができる。
As for the phase current command value I *, the target speed ω *, and the estimated speed ω1, one value is determined for the driving situation and the load situation, so the output value of the rotation
しかしながら、上述の通り電動機のインダクタンスは電動機に流れる電流により変化するため電流指令値I*または実効値I1のいずれかの電流値を本来なら用いるべきであるが、例えば電動機の回転速度に応じて負荷が比例的に上昇していく場合には、目標速度ω*または推定速度ω1のいずれかの速度値を用いても良い。さらに、電流値と速度値との積により得られる等価電動機出力を用いることで、より負荷の状況を伺い知ることができる。 However, since the inductance of the motor changes depending on the current flowing through the motor as described above, either the current command value I * or the effective value I1 should be used originally. For example, the load depends on the rotation speed of the motor. May increase in proportion, the speed value of either the target speed ω * or the estimated speed ω1 may be used. Further, by using the equivalent motor output obtained by the product of the current value and the speed value, it is possible to know the situation of the load more.
以下では、回転出力検出部18の出力が電流指令値I*である場合について具体的に説明していく。
Below, the case where the output of the rotation
まず、速度制御部11では、外部から与えられる目標速度ω*と推定速度ω1との速度誤差Δω(=ω*−ω1/np)がゼロとなるように式(1)で表されるPI制御により電流指令値I*を演算する。
First, the
I*=KPW・(ω*−ω1/np)+KIW・Σ(ω*−ω1/np)
=KPW・Δω+KIW・ΣΔω (1)
(KPW:速度制御比例ゲイン、KIW:速度制御積分ゲイン)
ただし、目標速度ω*は機械角速度、推定速度ω1は電気角速度であるため、ω1を機械角速度とするために電動機4の極対数np(極数の1/2)で除算している。
I * = KPW · (ω * −ω1 / np) + KIW · Σ (ω * −ω1 / np)
= KPW · Δω + KIW · ΣΔω (1)
(KPW: Speed control proportional gain, KIW: Speed control integral gain)
However, since the target speed ω * is the mechanical angular speed and the estimated speed ω1 is the electrical angular speed, the number of pole pairs np (1/2 of the number of poles) of the electric motor 4 is divided in order to set ω1 to the mechanical angular speed.
次に、電流制御ゲイン補正部16では、回転出力検出部18の出力値である電流指令値I*に基づいて予め設定された電流制御ゲインを式(2)、式(3)で表される演算により補正する。
Next, in the current control
KPKn’=Kg・KPKn (2)
KIKn’=Kg・KIKn (3)
(KPKn’:電流制御比例ゲイン補正値、KPKn:電流制御比例ゲイン設定値、
KIKn’:電流制御積分ゲイン補正値、KIKn:電流制御比例ゲイン設定値、
n=1、2、3(3相分)、Kg:補正係数)
ここで、図3は本発明にかかる補正係数Kgの第1の実施形態における動作説明図を示した図で、予め設定された下限値Kminを有するものである(回転出力に関する値(ここでは電流指令値I*)がP1より大きければ補正係数をKminとする)。
KPKn '= Kg · KPKn (2)
KIKn '= Kg · KIKn (3)
(KPKn ′: current control proportional gain correction value, KPKn: current control proportional gain setting value,
KIKn ′: current control integral gain correction value, KIKn: current control proportional gain setting value,
n = 1, 2, 3 (for three phases), Kg: correction coefficient)
Here, FIG. 3 is a diagram showing an operation explanatory diagram in the first embodiment of the correction coefficient Kg according to the present invention, and has a preset lower limit value Kmin (value relating to rotation output (here, current If the command value I *) is larger than P1, the correction coefficient is Kmin).
具体的には、補正係数Kgは補正係数の初期値K0と下限値Kminを用いて式(4)で導出することができる。 Specifically, the correction coefficient Kg can be derived by the equation (4) using the initial value K0 and the lower limit value Kmin of the correction coefficient.
Kg= α1・(I*−P1)+Kmin (I*<P1)
= Kmin (I*≧P1)
ただし、α1=−(K0−Kmin)/P1 (4)
なお、下限値Kminが無い場合、補正係数Kgが極端に小さくなると、応答性が極端に低下し過ぎるため収束性が悪化してしまう。
Kg = α1 · (I * −P1) + Kmin (I * <P1)
= Kmin (I * ≧ P1)
However, α1 = − (K0−Kmin) / P1 (4)
In the case where there is no lower limit value Kmin, if the correction coefficient Kg is extremely small, the responsiveness is excessively lowered and the convergence is deteriorated.
以上により、補正係数Kgは下限値Kminを設定することで、電流制御ゲインの過度
な補正を防止することができ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を回避できる。
As described above, by setting the lower limit value Kmin as the correction coefficient Kg, excessive correction of the current control gain can be prevented, and unstable operation of the electric motor such as hunting and turbulence can be avoided.
また、本発明にかかる補正係数Kgの第2の実施形態における動作説明図を図4に示す。
ここで、回転出力に関する値(ここでは電流指令値I*)が予め設定された基準値P2よりも大きい場合にのみ電流制御ゲインを補正し、基準値P2以下の場合には電流制御ゲインの補正をせず初期値K0を維持するものである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the correction coefficient Kg according to the present invention in the second embodiment.
Here, the current control gain is corrected only when the value related to the rotation output (here, the current command value I *) is larger than the preset reference value P2, and when the value is less than the reference value P2, the current control gain is corrected. The initial value K0 is maintained without performing any operation.
なお、図4では電流制御ゲインの補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なっている。 In FIG. 4, the correction is switched so that the value becomes continuous when the current control gain is corrected or not.
具体的には、補正係数Kgは補正係数の初期値K0と下限値Kminを用いて式(5)で導出することができる。 Specifically, the correction coefficient Kg can be derived from Equation (5) using the initial value K0 and the lower limit value Kmin of the correction coefficient.
Kg= K0 (I*≦P2)
= α2・(I*−P2)+Kmin (P2<I*≦P1)
= Kmin (I*≧P1)
ただし、α2=−(K0−Kmin)/(P1−P2) (5)
即ち、図6に示す電動機のインダクタンス特性に合わせて補正係数Kgを変化させるようにすることになる。ここで、基準値P2は、概ね図6に示す電動機のインダクタンスの飽和開始点に一致させるように設定する。
Kg = K0 (I * ≦ P2)
= Α2 · (I * −P2) + Kmin (P2 <I * ≦ P1)
= Kmin (I * ≧ P1)
However, α2 = − (K0−Kmin) / (P1−P2) (5)
That is, the correction coefficient Kg is changed in accordance with the inductance characteristics of the motor shown in FIG. Here, the reference value P2 is set to substantially coincide with the saturation start point of the inductance of the motor shown in FIG.
以上により、電流制御ゲインの補正の効果が大きい場合(予め設定された基準値以下の場合)のみ電流制御ゲインを補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。 As described above, by correcting the current control gain only when the effect of correcting the current control gain is large (when the current control gain is equal to or less than a preset reference value), it is possible to reduce the calculation amount and memory in the calculation means such as a microcomputer. The cost of the means can be reduced.
さらに、電流制御ゲインの補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なうことで、電流制御ゲインの補正ありなしの切り替えに伴う制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。 Furthermore, by performing correction switching so that the value is continuous when switching with and without correction of the current control gain, control stability and reliability associated with switching with and without correction of the current control gain can be improved, Unstable operation of the motor, such as hunting and turbulence, can be prevented.
また、本発明にかかる電流制御ゲインの補正のタイミングに関する具体的な方法について以下に説明する。 Further, a specific method relating to the correction timing of the current control gain according to the present invention will be described below.
本発明の電動機駆動装置は、インバータの制御周期と同期して電流制御ゲインを補正するものであり、インバータの制御周期の1周期毎に電流制御ゲインを補正し、その結果をリアルタイムにインバータ出力(PWM信号)に反映することが可能であるため、時間遅れなく負荷の状況を電動機の駆動性能に反映できる。 The electric motor drive device of the present invention corrects the current control gain in synchronization with the control cycle of the inverter, corrects the current control gain for each cycle of the inverter control cycle, and outputs the result in real time to the inverter output ( PWM signal) can be reflected, so that the load condition can be reflected in the drive performance of the electric motor without time delay.
また、本発明の電動機駆動装置は、電動機の回転出力に関する値が予め設定された基準値P2以下の場合にのみインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正する。 In addition, the electric motor drive device of the present invention is configured such that the current control gain (or voltage command) is increased every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle only when the value related to the rotational output of the electric motor is equal to or less than a preset reference value P2. Value).
ここで、図5に示す電動機のインダクタンス特性を参照すると、インダクタンスの変化が小さいため、この場合電流制御ゲインの補正の効果が小さくなる。 Here, referring to the inductance characteristics of the motor shown in FIG. 5, since the change in inductance is small, the effect of correcting the current control gain is small in this case.
そのため、電流制御ゲインの補正の効果が小さい場合(予め設定された基準値P2以下の場合)にはインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲインを補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。 Therefore, when the effect of the correction of the current control gain is small (when the reference value P2 or less is set in advance), the microcomputer corrects the current control gain every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle. The amount of calculation and memory in the calculation means such as can be reduced, and the cost of the calculation means can be reduced.
次に、電流制御部12は、速度制御部11により演算された電流指令値I*と電流指令位相βTとを用いて式(6)、式(7)の演算によりdq軸電流指令値(id*、iq*)を求める。
Next, the
id*=−I*・sin(βT) (6)
iq*=I*・cos(βT) (7)
また、固定子巻線の相電流指令値(iu*、iv*、iw*)は、dq軸電流指令値(id*、iq*)と現在の位置θ1(回転子磁極位置速度推定手段15により推定された推定位置の現在値)を用いて式(8)〜式(10)の演算により2相−3相変換を行うことで求める。
id * = − I * · sin (βT) (6)
iq * = I * · cos (βT) (7)
Further, the phase current command value (iu *, iv *, iw *) of the stator winding is determined by the dq axis current command value (id *, iq *) and the current position θ1 (by the rotor magnetic pole position speed estimation means 15). The current value of the estimated position) is obtained by performing two-phase to three-phase conversion by the calculation of equations (8) to (10).
ただし、推定位置θ1は電気角度である。 However, the estimated position θ1 is an electrical angle.
なお、2相−3相変換については公知のため、その説明は省略する。 Since the two-phase to three-phase conversion is publicly known, the description thereof is omitted.
iu*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1)
−iq*・sin(θ1)} (8)
iv*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1−120°)
−iq*・sin(θ1−120°)} (9)
iw*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1+120°)
−iq*・sin(θ1+120°)} (10)
そこで、相電流指令値(iu*、iv*、iw*)と電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる相電流検出値(iu、iv、iw)との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン補正値(KPKn’、KIKn’、n=1、2、3(3相分))を用いて式(11)〜式(13)で表されるPI制御により電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を演算する。
iu * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1)
−iq * · sin (θ1)} (8)
iv * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1−120 °)
−iq * · sin (θ1−120 °)} (9)
iw * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1 + 120 °)
−iq * · sin (θ1 + 120 °)} (10)
Therefore, the current error between the phase current command value (iu *, iv *, iw *) and the phase current detection value (iu, iv, iw) obtained from the
vu*=KPK1’・(iu*−iu)+KIK1’・Σ(iu*−iu)
(11)
vv*=KPK2’・(iv*−iv)+KIK2’・Σ(iv*−iv)
(12)
vw*=KPK3’・(iw*−iw)+KIK3’・Σ(iw*−iw)
(13)
なお、相電流検出値(iu、iv、iw)を3相−2相変換してdq軸電流検出値(id、iq)を求め、dq軸電流指令値(id*、iq*)とdq軸電流検出値(id、iq)との電流誤差がゼロとなるようにPI制御によりdq軸電圧指令値(vd*、vq*)を求めてから、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)を2相−3相変換して相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求めても良い。
vu * = KPK1 ′ · (iu * −iu) + KIK1 ′ · Σ (iu * −iu)
(11)
vv * = KPK2 ′ · (iv * −iv) + KIK2 ′ · Σ (iv * −iv)
(12)
vw * = KPK3 ′ · (iw * −iw) + KIK3 ′ · Σ (iw * −iw)
(13)
The phase current detection values (iu, iv, iw) are subjected to three-phase to two-phase conversion to obtain dq-axis current detection values (id, iq), and dq-axis current command values (id *, iq *) and dq-axis After obtaining the dq axis voltage command value (vd *, vq *) by PI control so that the current error from the current detection value (id, iq) becomes zero, the dq axis voltage command value (vd *, vq *) The phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) may be obtained by performing two-phase to three-phase conversion.
ただし、この場合には電流制御ゲイン補正部16により、予め設定されたdq軸電流制御ゲインと補正係数Kpnを乗算することで補正しておく必要がある。
However, in this case, the current control
なお、3相−2相変換についても2相−3相変換と同様に公知のため、その説明は省略する。 Since the three-phase to two-phase conversion is also known in the same manner as the two-phase to three-phase conversion, its description is omitted.
具体的には、dq軸電流指令値(id、iq)は式(14)、式(15)の演算により求められる。 Specifically, the dq-axis current command value (id, iq) is obtained by the calculations of Expressions (14) and (15).
id={√(2)}・{iu・sin(θ1+60°)+iv・sin(θ1)}
(14)
iq={√(2)}・{iu・cos(θ1+60°)+iv・cos(θ1)}
(15)
また、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)は式(16)、式(17)の演算により求められる。
id = {√ (2)} · {iu · sin (θ1 + 60 °) + iv · sin (θ1)}
(14)
iq = {√ (2)} · {iu · cos (θ1 + 60 °) + iv · cos (θ1)}
(15)
Further, the dq-axis voltage command values (vd *, vq *) are obtained by the calculations of equations (16) and (17).
vd*=KPD’・(id*−id)+KID’・Σ(id*−id)
(16)
vq*=KPQ’・(iq*−iq)+KIQ’・Σ(iq*−iq)
(17)
(KPD’:d軸電流比例ゲイン補正値、KID’:d軸電流積分ゲイン補正値、
KPQ’:q軸電流比例ゲイン補正値、KIQ’:q軸電流積分ゲイン補正値)
そこで、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)を2相−3相変換することで相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)は式(18)〜式(20)の演算により求められる。
vd * = KPD ′ · (id * −id) + KID ′ · Σ (id * −id)
(16)
vq * = KPQ ′ · (iq * −iq) + KIQ ′ · Σ (iq * −iq)
(17)
(KPD ′: d-axis current proportional gain correction value, KID ′: d-axis current integral gain correction value,
(KPQ ': q-axis current proportional gain correction value, KIQ': q-axis current integral gain correction value)
Therefore, the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) are calculated by Equations (18) to (20) by performing two-phase to three-phase conversion on the dq-axis voltage command values (vd *, vq *). Is required.
vu*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1)
−vq*・sin(θ1)} (18)
vv*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1−120°)
−vq*・sin(θ1−120°)} (19)
vw*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1+120°)
−vq*・sin(θ1+120°)} (20)
ここで、インバータ5が上述のように求められた相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成される。
vu * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1)
−vq * · sin (θ1)} (18)
vv * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1−120 °)
−vq * · sin (θ1−120 °)} (19)
vw * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1 + 120 °)
-Vq * · sin (θ1 + 120 °)} (20)
Here, in order for the inverter 5 to output the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) obtained as described above, signals for driving the
次に、本実施形態における電動機の誘起電圧の推定方法について説明する。 Next, a method for estimating the induced voltage of the electric motor in this embodiment will be described.
各相の巻線に誘起される誘起電圧値(eu、ev、ew)は、相電流検出値(iu、iv、iw)と、相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を用いて式(21)〜式(23)の演算により求められる。 The induced voltage values (eu, ev, ew) induced in the windings of the respective phases use the phase current detection values (iu, iv, iw) and the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *). Is obtained by the calculation of the equations (21) to (23).
eu=vu*−R・iu−L・d(iu)/dt (21)
ev=vv*−R・iv−L・d(iv)/dt (22)
ew=vw*−R・iw−L・d(iw)/dt (23)
ここで、Rは電動機4の巻線一相あたりの抵抗、Lはそのインダクタンスである。また、d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dtはそれぞれiu、iv、iwの時間微分である。
eu = vu * -R.iu-L.d (iu) / dt (21)
ev = vv * −R · iv−L · d (iv) / dt (22)
ew = vw * −R · iw−L · d (iw) / dt (23)
Here, R is the resistance per phase of the winding of the electric motor 4, and L is its inductance. D (iu) / dt, d (iv) / dt, and d (iw) / dt are time derivatives of iu, iv, and iw, respectively.
また、式(21)〜式(23)を展開すると次式を得る。 Further, when the formulas (21) to (23) are expanded, the following formula is obtained.
eu=vu*
− R・iu
−(la+La)・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1)}/dt
+0.5・La・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1―120°)}/dt
+0.5・La・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1+120°)}/dt (24)
ev=vv*
−R・iv
−(la+La)・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1+120°)}/dt
+0.5・La・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1)}/dt
+0.5・La・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1―120°)}/dt (25)
ew=vw*
−R・iw
−(la+La)・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1−120°)}/dt
+0.5・La・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1+120°)}/dt
+0.5・La・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1)}/dt (26)
ここで、Rは巻線一相あたりの抵抗、laは巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Laは巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Lasは巻線一相あたりの有効インダクタンスの振幅である。また、d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dtは、1次オイラー近似で求める。なお、u相電流iuは、v相電流ivとw相電流iwとの和の符号を変えたものとする。
eu = vu *
-R.iu
− (La + La) · d (iu) / dt
-Las · cos (2θ1) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1)} / dt
+ 0.5 · La · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1−120 °) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1-120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iw) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt (24)
ev = vv *
-R ・ iv
− (La + La) · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iw) / dt
−Las · cos (2θ1) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1)} / dt
+ 0.5 · La · d (iu) / dt
−Las · cos (2θ1−120 °) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1-120 °)} / dt (25)
ew = vw *
-R ・ iw
− (La + La) · d (iw) / dt
-Las · cos (2θ1-120 °) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1-120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iu) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1)} / dt (26)
Where R is the resistance per winding phase, la is the leakage inductance per winding phase, La is the average effective inductance per winding phase, and Las is the effective inductance amplitude per winding phase. It is. D (iu) / dt, d (iv) / dt, and d (iw) / dt are obtained by first-order Euler approximation. Note that the u-phase current iu is obtained by changing the sign of the sum of the v-phase current iv and the w-phase current iw.
さらに、式(24)〜式(26)を簡略化すると、以下に示す式(27)〜式(29)を得る。ここでは、相電流検出値(iu、iv、iw)が正弦波であると仮定し、電流指令振幅I*と電流指令位相βTとから相電流検出値(iu、iv、iw)を作成して簡略化した。 Furthermore, when Expressions (24) to (26) are simplified, Expressions (27) to (29) shown below are obtained. Here, assuming that the phase current detection values (iu, iv, iw) are sine waves, the phase current detection values (iu, iv, iw) are created from the current command amplitude I * and the current command phase βT. Simplified.
eu=vu*
+R・I*・sin(θ1+βT)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT)
−1.5・Las・cos(θ1―βT) (27)
ev=vv*
+R・I*・sin(θ1+βT−120°)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT−120°)
−1.5・Las・cos(θ1―βT−120°) (28)
ew=vw*
+R・I*・sin(θ1+βT+120°)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT+120°)
−1.5・Las・cos(θ1―βT+120°) (29)
本実施形態において、誘起電圧推定部14では、式(27)〜式(29)により誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を求める。
eu = vu *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT)
+1.5 · (la + La) · cos (θ1 + βT)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT) (27)
ev = vv *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT−120 °)
+1.5 ・ (la + La) ・ cos (θ1 + βT−120 °)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT-120 °) (28)
ew = vw *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT + 120 °)
+1.5 ・ (la + La) ・ cos (θ1 + βT + 120 °)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT + 120 °) (29)
In the present embodiment, the induced
次に、回転子位置速度推定部15では、誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。回転子位置速度推定部15は、電動機駆動装置3が認識している推定位置θ1を誘起電圧の誤差を用いて補正することにより、推定位置θ1を真値に収束させて求める。また、そこから、推定速度ω1を生成する。
Next, the rotor position speed estimation unit 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated values (eu, ev, ew). The rotor position / speed estimation unit 15 corrects the estimated position θ1 recognized by the electric
まず、各相の誘起電圧基準値(eum、evm、ewm)を次式により求める。 First, an induced voltage reference value (eum, evm, ewm) of each phase is obtained by the following equation.
eum=em・sin(θ1+βT) (30)
evm=em・sin(θ1+βT−120°) (31)
ewm=em・sin(θ1+βT+120°) (32)
ここで、誘起電圧振幅値emは、eu、ev、ewの振幅値と一致させることにより求める。
eum = em · sin (θ1 + βT) (30)
evm = em · sin (θ1 + βT−120 °) (31)
ewm = em · sin (θ1 + βT + 120 °) (32)
Here, the induced voltage amplitude value em is obtained by matching the amplitude values of eu, ev, and ew.
このようにして求めた誘起電圧基準値esm(s=u、v、w(sは相を表す))と、誘起電圧推定値esとの偏差εを求める。 A deviation ε between the induced voltage reference value esm (s = u, v, w (s represents a phase)) thus obtained and the induced voltage estimated value es is obtained.
ε=es−esm (s=u、v、w) (33)
この偏差εが0になれば推定位置θ1が真値になるので、偏差εを0に収斂させるように、推定位置θ1を、偏差εを用いたPI演算などを行って求める。また、推定位置θ1の変動値を演算することにより、推定速度ω1を求める。
ε = es-esm (s = u, v, w) (33)
Since the estimated position θ1 becomes a true value when the deviation ε becomes 0, the estimated position θ1 is obtained by performing PI calculation using the deviation ε so that the deviation ε is converged to 0. Further, the estimated speed ω1 is obtained by calculating the fluctuation value of the estimated position θ1.
最後に、PWM信号生成部13では、電流制御部12から得られる駆動信号に基づいて、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。
Finally, the PWM
このように、本実施形態による電動機駆動装置3は、誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ1を生成し、正弦波状の相電流を流すとともに、予め設定された電流制御ゲインを電流制御ゲイン補正部16により電動機4の回転出力に応じて補正することで、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。
As described above, the electric
(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図1に示す電動機駆動装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、以下異なる部分について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a system configuration diagram of an electric motor drive device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the motor drive device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated. Hereinafter, different portions will be described.
図2において、電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、電圧検出部10と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13と、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15と、電圧指令補正部17とを備える。
In FIG. 2, the
図1に示す電動機駆動装置3と異なる部分については次の通りである。
Parts different from the
電流制御部12では予め設定された電流制御ゲインを用いて電圧指令V*を求める。また、電圧指令補正部17では回転出力検出部18により得られた電動機4の回転出力に関する値に基づいて、電圧指令補正値Vh*を補正する。さらに、誘起電圧推定部14では電圧指令補正値Vh*に基づいて誘起電圧を推定し、PWM信号生成部13ではインバータ5が電圧指令補正値Vh*を出力するための駆動信号に基づいて、スイッチング素子5
a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換され、ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。
The
The signals a to 5f are converted into drive signals for electrically driving, and the
なお、図2では電動機4の相電流を検出する2つの電流検出器7a、7bを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ5の入力側の直流電流(インバータ5の母線電流)から電動機4の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。
In FIG. 2, two
また、図2では外部から与えられた目標速度ω*に対して、電動機4の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機4のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。 In FIG. 2, the speed control is performed so that the speed of the motor 4 follows the target speed ω * given from the outside. However, the torque of the motor 4 may be controlled. It goes without saying that it is good.
以下では、具体的な方法について説明する。 Hereinafter, a specific method will be described.
まず、電流制御部12では、例えば式(11)〜式(13)において電流制御ゲイン補正値(KPKn’、KIKn’、n=1、2、3(3相分))の代わりに電流制御ゲイン設定値(KPKn、KIKn、n=1、2、3(3相分))を用いて相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求める。
First, in the
なお、図1に示す電動機駆動装置と同様に、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)から相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求めても良い。 Similarly to the motor driving device shown in FIG. 1, the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) may be obtained from the dq axis voltage command values (vd *, vq *).
すなわち、式(17)、式(18)において電流制御ゲイン補正値(KPD’、KID’、KPQ’、KIQ’)の代わりにそれぞれ電流制御ゲイン設定値を用いてdq軸電圧指令値(vd*、vq*)を求め、これを式(18)〜式(20)のように2相−3相変換することにより相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求める。 That is, in the equations (17) and (18), the dq axis voltage command value (vd *) is obtained by using the current control gain setting value instead of the current control gain correction value (KPD ′, KID ′, KPQ ′, KIQ ′). , Vq *) is obtained, and the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) are obtained by performing two-phase to three-phase conversion as shown in equations (18) to (20).
次に、電圧指令補正部17では、次式のように電流制御部12から得られる相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)と式(5)で表される補正係数Kgとを乗算することにより相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を求める。
Next, the voltage
なお、この場合の補正係数Kgは実施の形態1で説明したものと同じものであり、ここでは上述の説明において、電流制御ゲインの変わりに電圧指令値と置き換えれば良い。 Note that the correction coefficient Kg in this case is the same as that described in the first embodiment, and here, in the above description, the voltage command value may be substituted for the current control gain.
vuh*=Kg・vu* (34)
vvh*=Kg・vv* (35)
vwh*=Kg・vw* (36)
なお、本実施形態による電動機駆動装置における相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)と第1の実施形態による電動機駆動装置における相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)とは同じ値になることは上述した内容や式から明らかであるが、本実施形態による電動機駆動装置では補正に伴なう演算回数が第1の実施形態における電動機駆動装置に対して半分になっている(3相分まとめて、第1の実施形態では電流制御ゲインが6つ設定されているため補正に伴なう演算が6回必要であるが、本実施形態では電圧指令値の補正に伴なう演算が3回で済む)。
vuh * = Kg · vu * (34)
vvh * = Kg · vv * (35)
vwh * = Kg · vw * (36)
The phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) in the electric motor drive device according to the present embodiment and the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) in the electric motor drive device according to the first embodiment. It is clear from the contents and formulas described above that the number of computations associated with the correction is halved compared to the motor driving device in the first embodiment. (Since three phases are combined, six current control gains are set in the first embodiment, so six calculations are required for correction. In this embodiment, the voltage command value is corrected. The operation involved is only 3 times).
ここで、インバータ5が上述のように求められた相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成される。
Here, in order for the inverter 5 to output the phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) obtained as described above, signals for driving the
また、誘起電圧推定部14では、式(27)〜式(29)において相電圧指令値(vu
*、vv*、vw*)の代わりに相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を用いて誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を求める。
Further, in the induced
Induced voltage estimated values (eu, ev, ew) are obtained using phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) instead of *, vv *, vw *).
最後に、PWM信号生成部13では、電圧指令補正部17から得られる駆動信号に基づいて、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。
Finally, the PWM
このように、本実施形態による電動機駆動装置3は、誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ1を生成し、正弦波状の相電流を流すとともに、予め設定された電流制御ゲインを用いて電流制御部12により算出された電圧指令値を電動機4の回転出力に関する値に応じて補正することで、予め設定された電流制御ゲインを電動機4の回転出力に関する値に応じて補正する場合と同等の効果が得られ、負荷の状況に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機4の駆動を実現できるだけでなく、さらに第1の実施形態に比してマイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。
As described above, the electric
以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正することで、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できるため、空気調和機における圧縮機駆動用電動機などのようにエンコーダなどの位置センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように位置センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。 As described above, the electric motor drive device according to the present invention can always build an optimal current control system without depending on the power supply situation by correcting the preset current control gain according to the DC voltage of the inverter. Since a stable motor drive can be realized, a position sensor such as a servo drive is provided, not only when a position sensor such as an encoder cannot be used like a compressor drive motor in an air conditioner. The present invention can be applied even when it is possible.
1 交流電源
2 整流回路
3 電動機駆動装置
4 電動機
5 インバータ
5a〜5f スイッチング素子
6a〜6f 還流ダイオード
7a、7b 電流検出器
8a、8b 分圧抵抗
9 電流検出部
10 直流電圧検出部
11 速度制御部
12 電流制御部
13 PWM信号生成部
14 誘起電圧推定部
15 回転子位置速度推定部
16 電流制御ゲイン補正部
17 電圧指令補正部
18 回転出力検出部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
電流値である請求項1〜8のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 The electric motor drive device according to any one of claims 1 to 8, wherein the value related to the rotational output of the electric motor is a current value of either the current command value or the detected current value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004036359A JP2005229738A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Electric motor drive |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2004036359A JP2005229738A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Electric motor drive |
Publications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2005229738A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014176236A (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Toshiba Carrier Corp | Motor drive unit |
| JP2019068599A (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 日産自動車株式会社 | Control method of motor, and control arrangement of motor |
| JP2023119456A (en) * | 2022-02-16 | 2023-08-28 | 日産自動車株式会社 | Electric motor control method and electric motor control device |
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2004
- 2004-02-13 JP JP2004036359A patent/JP2005229738A/en not_active Withdrawn
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| JP7055001B2 (en) | 2017-09-29 | 2022-04-15 | 日産自動車株式会社 | Motor control method and motor control device |
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