JP2006288083A - Control method of synchronous motor - Google Patents
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Abstract
【課題】周期性を有する負荷トルク変動に対して同期モータの回転数変動を効果的に抑えることが可能な同期モータの制御方法を提供する。
【解決手段】同期モータ20の1回転中に負荷トルクが変動する負荷が接続された前記同期モータを制御する方法であって、(a)前記負荷トルクの変動に対応したベクトルを算出するステップと、(b)前記算出されたベクトルを所望の制御量に制御するステップとを備えている。前記算出されたベクトルは、回転ベクトルであり、前記(b)は、前記回転ベクトルを回転座標変換してなる値を前記所望の制御量に制御することを含む。
【選択図】 図1
A synchronous motor control method capable of effectively suppressing fluctuations in the rotational speed of a synchronous motor against fluctuations in load torque having periodicity.
A method of controlling the synchronous motor to which a load whose load torque varies during one rotation of the synchronous motor 20 is connected, and (a) calculating a vector corresponding to the variation of the load torque; And (b) controlling the calculated vector to a desired control amount. The calculated vector is a rotation vector, and (b) includes controlling a value obtained by rotating coordinate conversion of the rotation vector to the desired control amount.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、同期モータの制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a synchronous motor.
国際公開第98/08297号公報(特許文献1)には、周期性のトルク変動(例えば1シリンダ圧縮機の回転角に対応する負荷トルクの変動)を有する負荷に対して、インバータで制御される同期モータにより1回転中の速度変動を抑制するトルク制御を行う技術が開示されている。 In International Publication No. 98/08297 (Patent Document 1), an inverter is used to control a load having periodic torque fluctuations (for example, load torque fluctuations corresponding to the rotation angle of a one-cylinder compressor). A technique for performing torque control for suppressing speed fluctuation during one rotation by a synchronous motor is disclosed.
上記特許文献1(図21)には、インバータ三相の出力端子にそれぞれ接続された抵抗により得られる第一中性点電圧と、モータの各相の固定子巻線により得られる第二中性点電圧との差を積分して同期モータの回転子位置を検出し、負荷トルクの脈動に同期して、負荷トルクの位相に対して進ませた変動位相を平均値位相指令に重畳してブラシレスDCモータに印加し、積分信号の波高値の変動を抑制することにより周期的な脈動を抑える技術が記載されている。 In Patent Document 1 (FIG. 21), a first neutral point voltage obtained by a resistor connected to each of the three-phase output terminals of the inverter and a second neutral point obtained by a stator winding of each phase of the motor. The difference from the point voltage is integrated to detect the rotor position of the synchronous motor, and in synchronization with the pulsation of the load torque, the fluctuation phase advanced with respect to the phase of the load torque is superimposed on the average value phase command and brushless. A technique is described in which periodic pulsations are suppressed by applying to a DC motor and suppressing fluctuations in the peak value of the integrated signal.
上記特許文献1の技術は、中性点電圧による回転子位置の推定をした後、トルク変動を計算するため、また、重畳という方法により周期的な脈動を抑えるために、トルク制御の精度が粗い。よって、十分にトルク変動を抑えることはできない。また、上記特許文献1のトルク制御は、第一及び第二中性点電圧から得られた出力値を利用するものであり、そのための回路を備えていることが前提となる。また、上記特許文献1のトルク制御において、第一及び第二中性点電圧の差を積分して回転子位置を推定する方法は、位置推定精度が粗い。
The technique of the above-mentioned
一方、モータ電流の値により回転子位置を推定することが知られており、この位置推定方法は、精度が良く、モータを最適に回転させることができる。このようなモータ電流の値により回転子位置を推定するモータ制御装置において、周期性を有する負荷トルク変動に対してモータの回転数変動を抑えることが望まれている。 On the other hand, it is known that the rotor position is estimated based on the value of the motor current. This position estimation method has high accuracy and can rotate the motor optimally. In a motor control device that estimates the rotor position based on such a motor current value, it is desired to suppress fluctuations in the rotational speed of the motor against fluctuations in load torque having periodicity.
周期性を有する負荷トルク変動に対して同期モータの回転数変動を効果的に抑えることが望まれている。 It is desired to effectively suppress the rotational speed fluctuation of the synchronous motor with respect to the load torque fluctuation having periodicity.
本発明の目的は、周期性を有する負荷トルク変動に対して同期モータの回転数変動を効果的に抑えることが可能な同期モータの制御方法を提供することである。 The objective of this invention is providing the control method of the synchronous motor which can suppress effectively the rotation speed fluctuation | variation of a synchronous motor with respect to the load torque fluctuation | variation which has periodicity.
本発明の同期モータの制御方法は、同期モータの1回転中に負荷トルクが変動する負荷が接続された前記同期モータを制御する方法であって、(a) 前記負荷トルクの変動に対応したベクトルを算出するステップと、(b) 前記算出されたベクトルを所望の制御量に制御するステップとを備えたことを特徴としている。 The synchronous motor control method of the present invention is a method for controlling the synchronous motor to which a load whose load torque varies during one rotation of the synchronous motor is connected, and (a) a vector corresponding to the load torque variation And (b) controlling the calculated vector to a desired control amount.
本発明の同期モータの制御方法において、前記算出されたベクトルは、回転ベクトルであり、前記(b)は、前記回転ベクトルを回転座標変換してなる値を前記所望の制御量に制御することを含むことを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the calculated vector is a rotation vector, and (b) controls that a value obtained by rotating coordinate conversion of the rotation vector to the desired control amount. It is characterized by including.
本発明の同期モータの制御方法において、前記所望の制御量は、一定の値であることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the desired control amount is a constant value.
本発明の同期モータの制御方法において、前記ベクトルは、前記同期モータの電流値に基づいて求められることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the vector is obtained based on a current value of the synchronous motor.
本発明の同期モータの制御方法において、前記ベクトルは、前記同期モータのd軸、q軸ごとに求められることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the vector is obtained for each of the d-axis and q-axis of the synchronous motor.
本発明の同期モータの制御方法において、前記算出されたベクトルに基づいて、前記同期モータの位相又は振幅が制御されることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the phase or amplitude of the synchronous motor is controlled based on the calculated vector.
本発明の同期モータの制御方法において、前記値は、前記同期モータの機械角に対応した値であり、前記値は、前記同期モータの電気角と極対数の乗算値を用いて求められることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the value is a value corresponding to a mechanical angle of the synchronous motor, and the value is obtained using a multiplication value of the electrical angle of the synchronous motor and the number of pole pairs. It is a feature.
本発明の同期モータの制御方法において、前記同期モータの制御は、センサレス制御により行われることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the synchronous motor is controlled by sensorless control.
本発明の同期モータの制御方法において、前記ベクトルの算出は、下記式[数5]または[数6]を用いて求められることを特徴としている。
本発明の同期モータの制御方法において、前記ベクトルの算出は、下記式[数7]または[数8]を用いて求められることを特徴としている。
本発明の同期モータの制御方法において、前記(b)は、前記ベクトルが制御器に入力され、前記制御器の出力がフィードバック制御されることにより、前記ベクトルが前記所望の制御量に制御されることを含むことを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, in (b), the vector is input to the controller, and the output of the controller is feedback controlled, so that the vector is controlled to the desired control amount. It is characterized by including.
本発明の同期モータの制御方法において、前記所望の制御量は、ゼロであることを特徴としている。 In the synchronous motor control method of the present invention, the desired control amount is zero.
本発明の同期モータの制御方法において、前記(a)は、前記同期モータの初期位相に関する情報を用いて前記ベクトルを算出することを含むことを特徴としている。 In the synchronous motor control method according to the present invention, (a) includes calculating the vector using information on an initial phase of the synchronous motor.
本発明によれば、周期性を有する負荷トルク変動に対して同期モータの回転数変動を効果的に抑えることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress effectively the rotation speed fluctuation | variation of a synchronous motor with respect to the load torque fluctuation | variation which has periodicity.
以下、本発明の同期モータの制御方法の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a synchronous motor control method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態は、同期モータの1回転中に負荷トルクが周期的に変動(例えば空気調和機に用いられる圧縮機の回転角に対応する負荷トルクの変動)する負荷に接続された同期モータにおいて、1回転中の速度変動を抑制するトルク制御に関するものである。 This embodiment is a synchronous motor connected to a load in which the load torque periodically varies during one rotation of the synchronous motor (for example, a load torque variation corresponding to a rotation angle of a compressor used in an air conditioner). The present invention relates to torque control that suppresses speed fluctuation during one rotation.
図9に示すように、本実施形態の同期モータ(永久磁石モータ、DCブラシレスモータ、IPMモータ)20には、負荷(例えば圧縮機)100が接続されている。モータ20のトルクをTMで示し、負荷100のトルクをTLで示すと、図10に示すように、負荷100の大きさが一定である場合には、負荷トルクTLは一定であるが、周期的に負荷の大きさが変動(負荷変動)する場合には、負荷トルクTLは、周期的に変動する。ここで、負荷100とモータ20は、軸で直結されているため、負荷トルクTLとモータトルクTMが等しいことが運転の安定性、装置の安定性や静粛性等の点で望ましい。
As shown in FIG. 9, a load (for example, a compressor) 100 is connected to the synchronous motor (permanent magnet motor, DC brushless motor, IPM motor) 20 of the present embodiment. When the torque of the
これに対して、図10に示すように、モータトルクTMが一定である場合において、負荷トルクTLが周期的に変動すると、それに応じて、モータ20の回転数が過渡的に変動する(瞬間的に、モータ回転数が上昇/下降して元に戻る)。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the motor torque T M is constant and the load torque T L changes periodically, the rotational speed of the
負荷トルクTLの周期的な変動に対して、モータ20の回転数の変動を抑制するためには、負荷トルクTLとモータトルクTMとの差が小さくなる(理想的にはゼロになる)ようにモータトルクTMが制御されればよい。即ち、図11に示すように、周期的に変動する負荷トルクTLに合わせて、モータトルクTMを制御することにより、負荷トルクTLとモータトルクTMとの差をゼロに近づけることができる。
Against periodic variations in load torque T L, in order to suppress the fluctuation of the rotational speed of the
モータトルクTMは、モータ電流に比例する。負荷トルクTLが変動すると、モータ電流が変動した後に、モータ回転数が変動する。即ち、負荷トルクTLの変動に対して直接的に変動するのは、モータ電流である。このことから、本実施形態では、モータ電流を推定又は検出し、そのモータ電流に基づいて、モータ20を制御することとする。ここで、モータ電流は、上記特許文献1の技術よりも短いサンプリング周期で検出可能であるため、高精度に検出することができる。
The motor torque T M is proportional to the motor current. When the load torque T L varies, the motor rotation speed varies after the motor current varies. That is, it is the motor current that varies directly with respect to the variation of the load torque TL . Therefore, in this embodiment, the motor current is estimated or detected, and the
負荷トルクTLの周期的な変動(交流波形)に対して、その負荷トルクTLとの差がゼロに近づくような値にモータトルクTMを制御することは困難である。交流波形で表される負荷トルクTLに対しては、その位相を合わせた上で、モータトルクTMを制御する必要があるためである。これに対して、周期性を有する負荷100の変動による影響(負荷変動成分)が直流値で表されれば、その負荷変動成分がゼロになるようにトルク制御すればよいことになるため、制御が比較的容易となり、また、安定的な制御が可能となる。 Periodic variations in load torque T L with respect to (AC waveform), it is difficult to difference between the load torque T L controls the motor torque T M to a value that approaches zero. For the load torque T L, represented by AC waveform, in terms of a combination of this phase, because it is necessary to control the motor torque T M. On the other hand, if the influence (load fluctuation component) due to the fluctuation of the load 100 having periodicity is expressed by a DC value, torque control may be performed so that the load fluctuation component becomes zero. Is relatively easy, and stable control is possible.
以下に、本実施形態によるトルク制御の基本原理について説明する。
図3の左のグラフに示すように、周期的にトルク変動がある場合に、フィルタを用いることにより、そのトルク変動成分(負荷変動成分)のみが直流値として推定される。即ち、下記[数9]に示すように、トルク変動成分を含む入力に対してフィルタをかけると、出力は、直流値となる。このような特徴をもつフィルタとしては、下記[数9]のようなものがある。
As shown in the left graph of FIG. 3, when there is periodic torque fluctuation, only the torque fluctuation component (load fluctuation component) is estimated as a DC value by using a filter. That is, as shown in [Equation 9] below, when an input including a torque fluctuation component is filtered, the output becomes a DC value. As a filter having such characteristics, there is the following [Equation 9].
ここで、上記[数9]において、出力として得られる直流値(特徴量)は、負荷変動の大きさ(負荷変動成分)に対応している。その直流値がゼロになるように、例えば通常一般のPIコントローラのような制御器を用いてトルク制御することにより、負荷トルクTLが周期的に変動する負荷100が接続されたモータ20において、回転数の変動を抑制することが可能となる。
Here, in the above [Equation 9], the DC value (feature value) obtained as an output corresponds to the magnitude of the load fluctuation (load fluctuation component). In the
ここで、上記トルク変動成分を有する入力値、即ち、トルク変動成分を含むモータ電流の値が検出または推定できることが必要となる。以下、図12及び図13を参照して、この問題について説明する。 Here, it is necessary that the input value having the torque fluctuation component, that is, the value of the motor current including the torque fluctuation component can be detected or estimated. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIGS.
図12において、トルク変動成分(負荷トルクTLの変動成分)を含むモータ電流をele’で示すと、その値ele’は、負荷トルクTLとモータ電流eleの合成波(重畳波)として表される。この場合、負荷トルクTLの周期TMech(機械角に対応)と、モータ電流eleの周期Tele(電気角に対応)が等しい場合には、モータ電流ele’に基づいて、モータ20に接続された負荷100の大きさが一定であるのか、それとも、モータ20に接続された負荷100の大きさが変動しているのか(トルク変動成分の有無)を検出することが困難である。モータ電流ele’の波形を見ただけでは、そのモータ電流ele’は、モータ20に接続された負荷100の大きさの変動(機械的な負荷変動)がある場合であって、そのトルク変動成分が重畳された結果を示しているのか、それとも、モータ20に接続された負荷100の大きさが一定(トルク変動成分がゼロ)である場合を示しているのかが識別困難であるためである。
In FIG. 12, when the motor current including the torque fluctuation component (the fluctuation component of the load torque T L ) is denoted by ele ′, the value ele ′ is expressed as a combined wave (superimposed wave) of the load torque T L and the motor current ele. Is done. In this case, when the cycle T Mech (corresponding to the mechanical angle) of the load torque T L is equal to the cycle T ele (corresponding to the electrical angle) of the motor current ele, the load is connected to the
一方、図13に示すように、負荷トルクTLの周期TMechと、モータ電流eleの周期Teleが異なる場合には、モータ電流ele’に基づいて、モータ20に接続された負荷100の大きさが一定であるのか、それとも、モータ20に接続された負荷100の大きさが変動しているのか(トルク変動成分の有無)を検出することが容易である。この場合には、モータ電流ele’の波形は、トルク変動成分が有る場合と無い場合とでは明らかに異なるためである。このように、本実施形態は、負荷トルクTLの周期TMechと、モータ電流eleの周期Teleが異なる場合に、より効果的である。このことから、本実施形態は、負荷トルクTLの周期TMechと、モータ電流eleの周期Teleが異なるものとなるように、極対数が2以上のモータ20に好適に用いられる(極対数が1のモータでは、負荷トルクTLの周期TMechと、モータ電流eleの周期Teleが等しくなるためである)。
On the other hand, as shown in FIG. 13, when the cycle T Mech of the load torque TL and the cycle T ele of the motor current ele are different, the magnitude of the load 100 connected to the
図1を参照して、本実施形態の同期モータの制御方法に係るモータ制御装置について説明する。 With reference to FIG. 1, a motor control apparatus according to the synchronous motor control method of the present embodiment will be described.
図1において、モータ制御装置10は、突極性を有する永久磁石モータ20をセンサレス駆動する。モータ制御装置10は、PWMインバータ17と、電流検出器(図示せず)と、座標変換演算部27,28と、位置誤差推定器21と、速度推定器24と、積分器26と、速度制御器12と、電流制御器14と、電圧生成部15と、電圧補償器16と、機械角誤差推定(γ)部41と、機械角誤差推定(δ)部42と、位相制御部43と、振幅制御部44とを備えている。
In FIG. 1, the
PWMインバータ17は、直流電圧を三相交流電圧に変換する。
電流検出器(図示せず)は、モータ20の電流i(u、w)を検出する。
座標変換演算部27は、その検出された電流i(u、w)を回転座標上に変換して、電流i(γ,δ)を出力する。
機械角誤差推定(γ)部41及び機械角誤差推定(δ)部42は、それぞれ、電流i(γ,δ)を入力して、電流i(γ,δ)に含まれるトルク変動成分Err(M)(γ,δ)を求める。
The
The current detector (not shown) detects the current i (u, w) of the
The coordinate
The mechanical angle error estimation (γ)
位相制御部43は、トルク変動成分Err(M)γに基づいて、位相補償θγδ(Err)^を求める。位相補償θγδ(Err)^は、電流制御器14に入力される。
振幅制御部44は、トルク変動成分Err(M)δに基づいて、振幅補償Vm(Err)^を求める。振幅補償Vm(Err)^は、電圧生成部15に入力される。
The
The
位置誤差推定器21は、回転子の位置誤差Δθ^を推定する。
速度推定器24は、その推定された位置誤差Δθ^がゼロになるような角速度ωre^を推定する。
積分器26は、その速度推定器24の出力ωre^を積分して、回転子の位置θ(γ、δ)^を算出する。
The
The
The
速度制御器12は、速度指令値ωre*と、速度推定器24の出力ωre^の誤差をゼロにするために用いられる。
電流制御器14は、γ軸(d軸)電流の指令値iγ*と、実際に検出された電流情報から求められたγ軸電流iγとの誤差をゼロにするために用いられる。
速度制御器12の出力の電圧指令値V(m)*と、電流制御器14の出力の位相指令値Vβ*とに基づいて、PWM出力値V(u,v,w)*が算出される。
The
The
The PWM output value V (u, v, w) * is calculated based on the voltage command value V (m) * output from the
電圧生成部15は、速度制御器12から出力される電圧振幅指令V(m)*と、加算器18から出力される電圧指令の位相V(θ)*とに基づいて、PWMインバータ17に出力される電圧指令V(u,v,w)*を生成する。
電圧補償器16は、電圧生成器15によって生成されたPWMインバータ17への電圧指令値V(u,v)*を入力し、その値V(u,v)*に対して位相、振幅を補正した電圧推定値Vmd(u,v)^を出力する。
座標変換演算部28は、電圧補償器16から出力された電圧推定値Vmd(u,v)^を回転座標上に変換する。
The
The
The coordinate
モータ制御装置10に対する指令値は、角速度ωre*とγ軸電流Iγ*である。
加算器11では、角速度指令値ωre*と、角速度推定値ωre^の偏差が算出される。その偏差は、PI(比例積分)制御器により構成される速度制御器12に入力される。速度制御器12から出力される出力指令は、電圧振幅指令V(m)*になる。この電圧振幅指令V(m)*は、モータ20の三相指令電圧の振幅指令である。
The command values for the
The
加算器13では、γ軸電流指令値Iγ*と、モータ電流より検出、演算されたIγの偏差が演算される。その偏差は、PI制御器により構成される電流制御器14に入力される。電流制御器14から出力される出力指令は、電圧位相の指令値Vβ*となる。この電圧位相の指令値Vβ*は、モータ20の三相指令電圧の位相指令である。図5に示すように、モータ20の運転を安定化させるために、この電圧位相の指令値Vβ*の出力をディジタルのLPFを通過させ、振動成分などを低減し、指令電圧位相を安定化させてもよい。
The
加算器18では、電圧の位相指令Vβ*と、推定された回転子の位置θ(γδ)^との和が、電圧指令の位相V(θ)*として求められる。その電圧指令の位相V(θ)*は、電圧生成部15に入力される。この電圧生成部15において、例えば、次のような指令電圧波形が生成される。
このような電圧指令V(u,v,w)*がPWMインバータ17に出力される。PWMインバータ17は、インバータ回路などにより構成され、PWMの波形を生成する。このPWMインバータ17としては、従来からよく用いられた一般のPWMインバータが使用されるため、その説明は省略する。
Such a voltage command V (u, v, w) * is output to the
PWMインバータ17により実際にIPMモータ20が駆動されているときに、モータ20の相電流が検出される。この検出回路は、CTなどを用い、CTの2次側にオペアンプによる増幅回路を構成すれば、容易に相電流を電圧信号に変換した値(波形)が得られる。このモータ相電流の波形は、アナログ値なので、これをADコンバータなどにより、ディジタル値に変換し、演算できる値に変換する。
When the
また、このモータの相電流iu、iwは、静止座標系からみた電流なので、これを座標変換演算部27にて、推定回転座標系に座標変換する。この変換行列は、次のような行列である(上記[数9]と同様である)。
上記[数11]ないし[数9]を用いて座標変換演算部27において行われる座標変換は、モータ電流の周期(図13のTele)でみたときの値iγ、iδが出力される。この演算された電流iγ、iδは、負荷100の回転の周期(機械的周期,図13のTMech)で変動するトルク変動成分が有ると、図4に示すように、電流iγ、iδの値が変動することとなる。即ち、1回転中に吐出工程と吸込工程がある圧縮機内のモータのように、周期的に負荷の大きさが変動する負荷に接続されたモータ20のモータ電流(iγ,iδ)は、モータ20の1回転周期で図4に示すように、その値が変動することとなる。
The coordinate transformation performed in the coordinate
この電流値(iγ,iδ)に対して、機械角誤差推定(γ)部41及び機械角誤差推定(δ)部42のそれぞれにおいて、下記式[数12]に示すように、フィルタをかけると、モータ電流(iγ,iδ)に含まれるトルク変動成分Err(M)(γ,δ)が得られる。
上記式[数12]により得られたトルク変動成分Err(M)(γ,δ)は、周期的なトルク変動の振幅に相当し、一定値となる。上記式[数12]において、pは極対数であり電気角と機械角の間の整数倍数を示す。θ(γδ)^は、上記推定された回転子の位置(回転子の機械的な角度の推定値)である。上記位相制御部43及び振幅制御部44を用いて、トルク変動成分をErr(M)(γ,δ)の各成分がなくなる(ゼロになる)ようにフィードバックループが構成されている。その結果、トルク変動によるモータ回転数の変動を抑制することが可能となる。
The torque fluctuation component Err (M) (γ, δ) obtained by the above equation [Equation 12] corresponds to the amplitude of the periodic torque fluctuation and has a constant value. In the above equation [Equation 12], p is the number of pole pairs and represents an integer multiple between the electrical angle and the mechanical angle. θ (γδ) ^ is the estimated rotor position (estimated value of the mechanical angle of the rotor). Using the
上記式[数12]では、極対数pを用いて、即ち、電気角θと極対数pの乗算値を用いて、図12及び図13の重畳波形ele’に対して、負荷100の回転周期(TMech)で回転座標変換することにより、トルク変動成分(負荷100の大きさの変動)をErr(M)(γ,δ)として検出することができる。 In the above equation [Equation 12], the rotation period of the load 100 is used for the superimposed waveform ele ′ of FIGS. 12 and 13 by using the pole pair number p, that is, the product of the electrical angle θ and the pole pair number p. By performing rotational coordinate conversion using (T Mech ), a torque fluctuation component (a fluctuation in the magnitude of the load 100) can be detected as Err (M) (γ, δ).
なお、上記式[数12]は、回転の方向や初期位相のとり方によって、種々変形することが可能である(下記式[数13]参照)。
図2を参照して、上記機械角誤差推定(γ)部41の構成について説明する。
The configuration of the mechanical angle error estimation (γ)
図2において、pθγδ(M)作成部413は、符号411のブロック内で行われる演算で用いられる機械的な位置(機械角に関する情報)pθγδを推定する。ここでは、モータ20が極対数が2のモータ(4極モータ)である場合を例にとり説明する。この場合、電気角(機械角誤差推定(γ)部41に入力されるθγδ)が例えば90°であるときに、機械角は45°又は225°となる。即ち、ある電気角に対して、機械角は2つの値をとる可能性がある。この場合、機械的な周期の前半(0〜180°)であれば、機械角は90°であり、後半(180〜360°)であれば、機械角は225°となる。電気角と、その電気角に対応する2つの機械角との関係は、初期位相推定部415に予め設定されている。
In FIG. 2, a pθγδ (M)
図13のele’に示すように、機械的な周期の前半と後半とでは、速度推定器24の出力ωre^(負荷変動の仕方)は、異なることから、速度変動検出部414は、ωre^に基づいて、機械的な周期の前半と後半のいずれであるかを判定し、その判定結果をpθγδ(M)作成部413に出力する。pθγδ(M)作成部413は、初期位相推定部415からの2つの機械角の情報と、上記判定結果に基づいて、機械角を特定し、その情報を符号411で示す演算ブロックに出力する。その演算ブロックの演算結果(出力)に対して、符号412の演算ブロックにて定数Kが乗算されることにより、上記トルク変動成分をErr(M)(γ,δ)が出力される。
As shown by ele ′ in FIG. 13, the output ωre ^ (how to change the load) of the
また、初期位相推定部415には、モータ20の起動時毎の初期位相に関する情報が記憶されている。この初期位相の情報が用いられることにより、ある電気角に対応する上記2つの機械角のうちいずれか1つの機械角を特定する作業が間違いなく行われる。初期位相の情報を用いることにより、予期せぬ外乱等があったときに、モータの運転を安定化させることが有効に行われ、また、応答性も向上する。
The initial
図1に示すように、加算器13において、電流iγとγ軸電流指令値iγ*との偏差が算出され、その偏差が電流制御器14に入力される。また、電流iγは、位置誤差推定器21における演算や、インダクタンス補償器22における演算に用いられる。一方、電流iδは、位置誤差推定器21における演算や、インダクタンス補償器22における演算に用いられる。
As shown in FIG. 1, the
インダクタンス補償器22におけるインダクタンス補償は、インダクタンスの飽和やモデル化誤差などを補償する構成とする。このインダクタンス補償は、少なくとも、電流(iγ、iδ)や回転数の一つ以上の変数の関数になるように構成される。この補償は、近似式やテーブルなどを用いればよい。
The inductance compensation in the
電圧補償器16は、電圧生成器15によって生成されたPWMインバータ17への電圧指令値V(u,v)*を入力し、その値V(u,v)*に対して位相、振幅を補正した電圧推定値Vmd(u,v)^を出力する。この電圧補償器16で行われる補正は、PWMインバータ17における入出力の非線形性を考慮したものであり、PWMインバータ17からモータ20への出力に対応するように行われる。
The
以下に、位置誤差推定器21における演算について説明する。
Hereinafter, the calculation in the
d−q軸実回転座標系でのモータモデルによる電圧方程式を下記式[数14]に示す。
γ−δ軸推定回転座標系でのモータモデルによる電圧方程式は、下記式[数15]で表される。
ここで、インダクタンスLのそれぞれのパラメータは、下記式[数16]で表される。
ここで、Δθがゼロになるように制御していることから、Δθ≒0であり、よって、sinΔθ≒0、cosΔθ≒1である。この近似を用いると、Δθについて、下記式[数17]が得られる。
ここで、誘起電圧Vは、磁束φを微分したものであるので、磁束量についての関係式として下記式[数18]が得られる。即ち、上記[数17]の電圧方程式を角速度ωreで除算することにより、下記[数18]の磁束方程式が得られる。
Δθre≒sinΔθreの近似を使うと、下記式[数19]が得られる。
DCモータが回転するために、Vはωに比例した値となることから、上記[数19]の式において、Vγは、ωに比例した値である。よって、上記[数19]式の(Vγ―Riγ)/ωreの項は、ωに依存した値とはならない。このことから、上記[数19]式からΔθreを求め、そのΔθreをゼロにする制御を行えば、安定的な制御が行える。 Since the DC motor rotates, V becomes a value proportional to ω. Therefore, in the equation [Equation 19], Vγ is a value proportional to ω. Therefore, the term of (Vγ−Riγ) / ωre in the above [Formula 19] does not depend on ω. From this, stable control can be performed by obtaining Δθre from the above [Equation 19] and performing control to make Δθre zero.
さらに、p(i)≠0とし、過渡項を考慮すると、下記式[数20]のようになる。
図1において、R*は、モータの巻線抵抗である。q軸インダクタンスLq*は、インダクタンス補償器22により求められる。q軸インダクタンスLq*は、予めセンサ付のモータで実験により求められたiγ、iδ、ωreの関数である。
In FIG. 1, R * is the winding resistance of the motor. The q-axis inductance Lq * is obtained by the
図1に示すように、位置誤差推定器21により求められた位置誤差Δθre(Δθ^)は、速度推定器24に出力される。
As shown in FIG. 1, the position error Δθre (Δθ ^) obtained by the
位置誤差推定器21にて算出された位置誤差Δθ^は、PI制御器により構成された速度推定器24に入力される。速度推定器24は、そのΔθ^がゼロになるような角速度推定値ωre^を算出する。ここで、速度推定器24としては、通常一般のPI制御器が使用される。速度推定器24における演算式は、下記式[数21]に示す通りである。
速度推定器24により求められた角速度推定値ωre^は、加算器11に出力され、上述したように、速度のフィードバック制御に用いられる。その速度フィードバック制御によって、電圧振幅指令V(m)*が生成される。また、角速度推定値ωre^を積分器26で積分して、回転子の位置推定値θre(γδ)^を算出する。その算出された位置推定値θre(γδ)^は、電圧位相指令の加算器18及び座標変換器27、28のそれぞれに入力される。
The estimated angular velocity value ωre ^ obtained by the
加算器18では、位置推定値θre(γδ)^に基づいて、電圧生成部15に入力される電圧位相指令V(θ)*が生成される。このように、位置誤差推定器21により推定されたΔθ^の位置ずれが電圧位相指令V(θ)*に反映されることで、Δθ^の位置ずれがモータ20に反映される。
The
モータ20の実際の位置が推定値と一致するように、角速度推定値ωre^の調整を行い、その積分値である推定座標系上の位置θre(γδ)^を求め、そのd−q軸とγ−δ軸の位置が一致するようにフィードバック制御が行われる。
The angular velocity estimated value ωre ^ is adjusted so that the actual position of the
上記のように、本実施形態のモータ制御装置10では、電流値としては、センサにより検出された値が使用されるが、電圧値としては、指令値又は推定値が使用される(電圧センサは使用されていない)。突極性をもつモータ(IPMモータ)の運転に際して重要な要素であるインダクタンスについては、インダクタンス推定値(指令値)が、インダクタンス補償器22によって求められる。角速度ωに関しては、本実施形態では、過渡的なものが表されることを考慮して推定値が使用されるが、指令値が使用されることも可能である。
As described above, in the
上記実施形態では、図1に示したモータ制御装置10の構成の中で、同期モータの制御方法が適用されたが、図5から図8の負荷変動制御部410A〜410Dにおいても、上記制御方法が適用されることができる。
In the above embodiment, the synchronous motor control method is applied in the configuration of the
図6は、モータ電流を検出し、そのモータ電流に基づいて位置推定(位置推定部300B)を行うセンサレス制御の一般的な制御フローを示している。位置推定部300Bは、モータ20Bの二相電流を検出し、γ−δ軸座標軸へ変換する。その座標変換後の電流値からモータ20Bの回転子位置、軸ずれを計算し、軸ずれを0にするように速度指令値ω*に関してフィードバック制御を行う。
FIG. 6 shows a general control flow of sensorless control in which a motor current is detected and position estimation (
トルク制御部400Bは、図1の座標変換演算部27、28、機械角誤差推定(γ,δ)部41,42、位相制御部43、及び振幅制御部44に対応している。負荷変動制御部410Bは、そのうちの機械角誤差推定(γ,δ)部41,42、位相制御部43、及び振幅制御部44に対応している。負荷変動制御部410Bでは、モータ電流に所定のフィルタを通すことにより、トルク変動成分のみを検出・推定することが可能となる。トルク変動分を所定値に追従させる制御構成が容易となり、制御系の安定性が向上する。
The
図5は、上記図6の構成例に対応しており、図5では、制御装置200Aの内部構成と、トルク制御部400Aの信号の出力先が明示されている。
FIG. 5 corresponds to the configuration example of FIG. 6 described above. In FIG. 5, the internal configuration of the
図7は、モータ電流により位置推定を行う構成であり、上記特許文献2の技術に類似した構成である。図8のように、ホールIC等の位置検出器500が設けられている構成であってもよい。 FIG. 7 shows a configuration in which position estimation is performed using a motor current, and is a configuration similar to the technique of Patent Document 2. As shown in FIG. 8, the position detector 500 such as a Hall IC may be provided.
本実施形態の作用は以下の通りである。
図1に示すように、速度生成値及び電流生成値に対してトルク制御のための補償が行われる。前者に対しては、機械角誤差推定(δ)により、Err(M)δが計算され、振幅補償した後にθδ(M)の補償が行われる。後者に対しては、機械角誤差推定(γ)により、Err(M)γが計算され、位相補償した後にθγ(M)の補償が行われる。
The operation of this embodiment is as follows.
As shown in FIG. 1, compensation for torque control is performed on the speed generation value and the current generation value. For the former, Err (M) δ is calculated by mechanical angle error estimation (δ), and after compensating for amplitude, θδ (M) is compensated. For the latter, Err (M) γ is calculated by mechanical angle error estimation (γ), and after phase compensation, θγ (M) is compensated.
本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
例えば、低速域におけるトルク変動などを抑えることが可能となることにより、運転範囲が広がる。エアコンのコンプレッサにおいては、低速域での運転範囲が広がり、電気代などが低減し、高効率化の可能なシステムが実現できる。
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
For example, it becomes possible to suppress torque fluctuations in the low speed range, thereby expanding the operating range. In the compressor of an air conditioner, the operating range in the low speed range is widened, the electricity cost is reduced, and a system capable of high efficiency can be realized.
また、トルク成分に相当する電流を検出又は推定し、トルク変動を抑える方法であるため、外乱などにも強いシステムが構築できる。また、電流値にフィルタをかけることにより、フィードバック制御をある設定された所定値に追従させることができるので、制御系の構成が容易となり、制御の安定性が向上する。 Further, since the current corresponding to the torque component is detected or estimated and the torque fluctuation is suppressed, a system that is resistant to disturbances can be constructed. In addition, by applying a filter to the current value, the feedback control can be made to follow a predetermined set value, so that the configuration of the control system is facilitated and the stability of the control is improved.
10 モータ制御装置
11 加算器
12 速度制御器
13 加算器
14 電流制御器
15 電圧生成部
16 電圧補償器
17 PWMインバータ
21 位置誤差推定器
22 インダクタンス補償器
24 速度推定器
26 積分器
27 座標変換演算部
28 座標変換演算部
41 機械角誤差推定(γ)部
42 機械角誤差推定(δ)部
43 位相制御部
44 振幅制御部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
(a) 前記負荷トルクの変動に対応したベクトルを算出するステップと、
(b) 前記算出されたベクトルを所望の制御量に制御するステップと
を備えたことを特徴とする同期モータの制御方法。 A method of controlling the synchronous motor to which a load whose load torque varies during one rotation of the synchronous motor is connected,
(A) calculating a vector corresponding to the variation of the load torque;
(B) A step of controlling the calculated vector to a desired control amount. A method for controlling a synchronous motor, comprising:
前記算出されたベクトルは、回転ベクトルであり、
前記(b)は、前記回転ベクトルを回転座標変換してなる値を前記所望の制御量に制御することを含む
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to claim 1,
The calculated vector is a rotation vector;
Said (b) includes controlling the value formed by carrying out the rotation coordinate transformation of the said rotation vector to the said desired control amount. The synchronous motor control method characterized by the above-mentioned.
前記所望の制御量は、一定の値である
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to claim 1 or 2,
The method for controlling a synchronous motor, wherein the desired control amount is a constant value.
前記ベクトルは、前記同期モータの電流値に基づいて求められる
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 3,
The method for controlling a synchronous motor, wherein the vector is obtained based on a current value of the synchronous motor.
前記ベクトルは、前記同期モータのd軸、q軸ごとに求められる
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 4,
The vector is obtained for each of the d-axis and q-axis of the synchronous motor.
前記算出されたベクトルに基づいて、前記同期モータの位相又は振幅が制御される
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the control method of the synchronous motor according to any one of claims 1 to 5,
A method for controlling a synchronous motor, wherein the phase or amplitude of the synchronous motor is controlled based on the calculated vector.
前記値は、前記同期モータの機械角に対応した値であり、
前記値は、前記同期モータの電気角と極対数の乗算値を用いて求められる
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to claim 2,
The value is a value corresponding to the mechanical angle of the synchronous motor,
The said value is calculated | required using the multiplication value of the electrical angle of the said synchronous motor, and the number of pole pairs. The synchronous motor control method characterized by the above-mentioned.
前記同期モータの制御は、センサレス制御により行われる
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 7,
The method for controlling a synchronous motor, wherein the control of the synchronous motor is performed by sensorless control.
前記ベクトルの算出は、下記式[数1]または[数2]を用いて求められる
The calculation of the vector is obtained using the following equation [Equation 1] or [Equation 2].
前記ベクトルの算出は、下記式[数3]または[数4]を用いて求められる
The calculation of the vector is obtained using the following equation [Equation 3] or [Equation 4].
前記(b)は、前記ベクトルが制御器に入力され、前記制御器の出力がフィードバック制御されることにより、前記ベクトルが前記所望の制御量に制御されることを含む
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 10,
(B) includes that the vector is input to a controller, and that the output of the controller is feedback controlled to control the vector to the desired control amount. Control method.
前記所望の制御量は、ゼロである
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 11,
The method for controlling a synchronous motor, wherein the desired control amount is zero.
前記(a)は、前記同期モータの初期位相に関する情報を用いて前記ベクトルを算出することを含む
ことを特徴とする同期モータの制御方法。 In the synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 12,
Said (a) includes calculating the said vector using the information regarding the initial phase of the said synchronous motor. The control method of the synchronous motor characterized by the above-mentioned.
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