JP2008245410A - Permanent magnet synchronous motor controller, and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期モータ制御装置およびその方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor control apparatus and method.
永久磁石式同期モータの制御装置は、回転子の磁極位置に応じて電機子巻線に電流を流すことでトルク制御を行うため、一般にはエンコーダやレゾルバ等の位置センサを設けている。しかしながら、これらの位置センサは、モータ制御システムの大型化・コストアップの要因となるし、信頼性や耐環境性の面でも問題がある。そこで、位置センサを不要にしたセンサレス制御方式の研究が盛んに行われている。 In general, a permanent magnet synchronous motor control device is provided with a position sensor such as an encoder or a resolver in order to perform torque control by causing a current to flow through the armature winding in accordance with the magnetic pole position of the rotor. However, these position sensors cause an increase in size and cost of the motor control system, and there are problems in terms of reliability and environmental resistance. Therefore, researches on sensorless control methods that eliminate the need for position sensors have been actively conducted.
下記特許文献1には、PMモータやブラシレスモータ等の永久磁石式同期モータのセンサレス制御システムに係り、特にモータの停止状態での磁極位置を位置センサを用いることなく検出する磁極位置推定装置に関する技術、すなわち、永久磁石式同期モータの停止時の磁極位置を高い精度で確実に推定できるモータのセンサレス制御システムが開示されている。 Patent Document 1 below relates to a sensorless control system for a permanent magnet type synchronous motor such as a PM motor or a brushless motor, and particularly relates to a magnetic pole position estimation device that detects a magnetic pole position when the motor is stopped without using a position sensor. That is, a sensorless control system for a motor that can reliably and accurately estimate the magnetic pole position when the permanent magnet type synchronous motor is stopped is disclosed.
具体的には、PMモータのモデル式から、モータのインダクタンスが磁極位置によって変化することを利用して、磁極位置や回転子速度の情報を得るものでは、停止状態では磁極位置を推定できない。そのため、電圧ベクトル発生手段はモータの停止状態で、角度を変えた正負の一定電圧の電圧ベクトルをモータに印加し、電流検出手段は各電圧ベクトルの印加に対する固定座標のd軸電流値を検出する。第1の推定手段は大まかに角度を変えた電圧ベクトルを発生させたときのd軸電流値の差が最も大きくなる電圧ベクトルの位置を凡その磁極位置として推定し、第2の推定手段は推定した電圧ベクトル位置を中心にして、細かに角度を変えた電圧ベクトルを発生させたときのd軸電流値の差が最も大きくなる電圧ベクトルの位置を磁極位置と推定する処理を繰り返して最終的な磁極位置を推定する。 Specifically, the magnetic pole position cannot be estimated in the stopped state by using the PM motor model equation to obtain information on the magnetic pole position and the rotor speed by using the fact that the inductance of the motor changes depending on the magnetic pole position. For this reason, the voltage vector generation means applies a voltage vector of positive and negative constant voltages with different angles to the motor while the motor is stopped, and the current detection means detects the d-axis current value of fixed coordinates with respect to the application of each voltage vector. . The first estimating means estimates the position of the voltage vector at which the difference between the d-axis current values is the largest when the voltage vector is generated by roughly changing the angle as the approximate magnetic pole position, and the second estimating means is estimated. The process of estimating the position of the voltage vector at which the difference in the d-axis current value is the largest when the voltage vector is generated with the angle slightly changed around the determined voltage vector position as the magnetic pole position is repeated. Estimate the magnetic pole position.
従来のセンサレス制御方式は、そのほとんどがモータのモデル式に基づき、突極形モータのインダクタンスが磁極位置によって変化することを利用して、磁極位置や回転子速度の情報を得るものである。 Most conventional sensorless control methods are based on the motor model equation, and obtain information on the magnetic pole position and rotor speed by utilizing the fact that the inductance of the salient-pole motor changes depending on the magnetic pole position.
しかし、円筒形モータ等の場合、一般にd軸及びq軸のインダクタンス値の差がほとんど無いため、モデル式からの推定では、モータの始動時や停止時には、磁極位置等を推定することができない。そのため、不適切な位相の駆動電流を付与することになって、モータの始動時にトルクが減少する不具合のほか、一時的に大きな逆転を伴う。
しかしながら、特許文献1の技術では、円滑、迅速、確実なモータ起動という課題において改善余地が残されていた。本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、円滑、迅速、確実なモータ起動を実現することを目的とするものである。 However, the technique of Patent Document 1 leaves room for improvement in the problem of smooth, quick and reliable motor start-up. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to realize smooth, quick, and reliable motor start-up.
前記目的を達成するために、本発明に係る永久磁石同期モータ制御装置は、センサレス制御方式の永久磁石同期モータ制御装置において、所定時間だけ規定方向のモータ電流を流してロータ位置および回転方向を同期させた後に位置センサレス制御へ移行するように起動時のモータ電流を制御する起動制御手段を採用する。 In order to achieve the above object, a permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention is a sensorless control type permanent magnet synchronous motor control device in which a motor current in a specified direction is supplied for a predetermined time to synchronize the rotor position and the rotation direction. The start control means for controlling the motor current at the start is adopted so as to shift to the position sensorless control after the control.
この発明に係る永久磁石同期モータ制御装置によれば、センサレス制御方式の永久磁石同期モータは、停止状態ではロータ位置を確認できないために、逆転するような不具合もあったが、起動制御手段により所定時間だけ規定方向のモータ電流を流してロータ位置および回転方向を同期させた後に位置センサレス制御へ移行するため、円滑迅速に起動して、ごく短時間で安定させることが可能である。 According to the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention, the permanent magnet synchronous motor of the sensorless control system has a problem that the rotor position cannot be confirmed in the stopped state and thus has a problem of reverse rotation. Since the motor current in the specified direction is allowed to flow for the time to synchronize the rotor position and the rotation direction and then the control shifts to the position sensorless control, it is possible to start smoothly and quickly and to stabilize in a very short time.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御装置において、前記起動制御手段は、正弦波交流における0°〜90°の位相角度に相当する波形を時間軸方向に引き伸ばした波形の電流を流す波形生成手段を採用する。この発明によれば、正弦波交流における立ち上り期間を適宜引き延ばした波形の起動電流を流された永久磁石同期モータは、90°の電気角度に同期するロータ位置までロータを移動させるのに必要な起動トルクを確実に発生させることができる。このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。 Further, in the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention, the activation control means generates a waveform for passing a current having a waveform obtained by extending a waveform corresponding to a phase angle of 0 ° to 90 ° in a sinusoidal alternating current in the time axis direction. Adopt means. According to the present invention, a permanent magnet synchronous motor that is supplied with a startup current having a waveform with an appropriately extended rising period in a sinusoidal alternating current is required to move the rotor to a rotor position that is synchronized with an electrical angle of 90 °. Torque can be generated reliably. In this way, the rotor position is quickly moved to the synchronization position.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御装置において、前記起動制御手段は、ランプ指令により線形増加する電流を流すことを採用する。この発明によれば、ランプ指令により線形増加する電流を印加された永久磁石同期モータは、正弦波交流の最初の波高値までの4/1波長分(90°)にわたる電気角度分を線形増加する起動トルクを所定時間だけ確実にロータへ付与することができる。このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。 Further, in the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention, the activation control means employs a current that linearly increases according to a lamp command. According to the present invention, the permanent magnet synchronous motor to which a linearly increasing current is applied in accordance with the ramp command linearly increases the electrical angle portion over 4/1 wavelength (90 °) up to the first peak value of the sinusoidal alternating current. The starting torque can be reliably applied to the rotor for a predetermined time. In this way, the rotor position is quickly moved to the synchronization position.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御装置において、前記起動制御手段は、ステップ指令により線形増加する電流を流すことを採用する。この発明によれば、ステップ指令による直流のモータ電流を流された永久磁石同期モータは、同期しやすいロータ位置までロータを移動させるのに必要な起動トルクを、所定時間だけロータに付与することができる。このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。 Further, in the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention, the activation control means employs a flow of a linearly increasing current according to a step command. According to the present invention, a permanent magnet synchronous motor that has been supplied with a DC motor current according to a step command can apply a starting torque necessary for moving the rotor to a position where the rotor can be easily synchronized for a predetermined time. it can. In this way, the rotor position is quickly moved to the synchronization position.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御方法は、センサレス制御方式の永久磁石同期モータ制御方法であって、所定時間だけ規定方向のモータ電流を流してロータ位置および回転方向を同期させた後にセンサレス制御へ移行する方法を採用する。本発明によれば、円滑、迅速、確実なモータ起動を実現することが可能である。 Further, the permanent magnet synchronous motor control method according to the present invention is a sensorless control type permanent magnet synchronous motor control method, in which a motor current in a specified direction is supplied for a predetermined time to synchronize the rotor position and the rotation direction. Adopt a method to shift to control. According to the present invention, it is possible to realize smooth, quick and reliable motor start-up.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御方法において、前記規定方向のモータ電流は、正弦波交流における0°〜90°の位相角度に相当する波形を時間軸方向に引き伸ばした波形の電流を流すことを採用する。この発明によれば、このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。 Further, in the permanent magnet synchronous motor control method according to the present invention, the motor current in the prescribed direction flows a current having a waveform obtained by extending a waveform corresponding to a phase angle of 0 ° to 90 ° in a sinusoidal alternating current in the time axis direction. Adopt that. According to the present invention, the rotor position is quickly moved to the synchronous position in this way.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御方法において、前記規定方向のモータ電流は、ランプ指令により線形増加する電流を採用する。このようにして、ロータ位置を同期位置に整える。 In the permanent magnet synchronous motor control method according to the present invention, the motor current in the specified direction employs a current that linearly increases according to a lamp command. In this way, the rotor position is adjusted to the synchronous position.
また、本発明に係る永久磁石同期モータ制御方法において、前記規定方向のモータ電流は、ステップ指令により線形増加する電流を採用する。このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。 In the permanent magnet synchronous motor control method according to the present invention, the motor current in the specified direction employs a current that linearly increases according to a step command. In this way, the rotor position is quickly moved to the synchronization position.
本発明によれば、円滑、迅速、確実なモータ起動を実現することが可能である。 According to the present invention, it is possible to realize smooth, quick and reliable motor start-up.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。なお、各図に亘り、同一機能には同一符号を付して説明の重複を避ける。
図1は本実施形態に係る永久磁石同期モータ制御装置(以下、「モータドライバ」ともいう)Eの説明図であり、(a)主要構成を示すブロック図、(b)ランプ指令により起動時の過渡的な電流操作量Id*の変化を示すグラフ、(c)ステップ指令により起動時の過渡的な電流操作量Id*の変化を示すグラフである。図1(a)に示すように、モータドライバEは司令部4の指令に応じ、位置センサレス方式の永久磁石同期モータ(以下、「モータ」ともいう)3に駆動電流を供給する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same function over each figure, and duplication of description is avoided.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a permanent magnet synchronous motor control device (hereinafter also referred to as “motor driver”) E according to the present embodiment, (a) a block diagram showing a main configuration, and (b) a start-up time by a lamp command. It is a graph which shows the change of the transient electric current operation amount Id *, (c) The graph which shows the change of the transient electric current operation amount Id * at the time of starting by step command. As shown in FIG. 1A, the motor driver E supplies a drive current to a position sensorless type permanent magnet synchronous motor (hereinafter also referred to as “motor”) 3 in response to a command from the command section 4.
このモータドライバEは、直流電源6の供給を受けるインバータ8と、モータ3の回転位相(ロータ位置)に応じてインバータ8から適切な駆動電流を供給する同期モータ駆動手段により主要部を構成されている。この同期モータ駆動手段は、起動制御手段10、減算器20、速度制御器21、電流制御器22、座標変換器24,26、ロータ位置・速度推定器23、PWM信号発生器25、および速度検出器27から主要構成されている。また、電流検出器9u,9vはインバータ8のU,V,W各相出力がモータ3の固定子の各相駆動コイル(図示せず)へ接続される経路に配設されている。なお、指令部4と直流電源6は図1(a)に示すように、モータドライバEの何に含まれない。
The motor driver E is mainly composed of an
起動制御手段10は、波形生成手段28と制御モード切換スイッチ11により構成されている。起動制御手段10はモータ3の起動を円滑にするためのものであり、波形生成手段28により交流ではない規定波形の起動電流を生成し、制御モード切換スイッチ11をα側に接続している微小な時間だけ、モータ3に印加する。そしてロータ位置および回転方向を同期させた後に、制御モード切換スイッチ11をβ側に接続して通常のセンサレス制御に移行する。なお、図1の回路構成において、制御モード切換スイッチ11をβ側に接続しているままで、変則的かつ簡便な同期駆動制御ができるものとする。
The start control means 10 includes a waveform generation means 28 and a control mode changeover switch 11. The start control means 10 is for smooth start-up of the
また、起動制御手段10における波形生成手段28は、図1(b)に示すように、ランプ指令により線形増加する電流(以下、「ランプ電流」という)を生成する。このランプ電流によれば、ランプ指令により線形増加する電流を印加された永久磁石同期モータは、正弦波交流の最初の波高まで4/1波長分(90°)の電気角度を線形増加する起動トルクを所定時間だけ確実にロータへ付与することができる。このようにして、ロータ位置を同期位置へ移動させる。そのために、起動制御手段10の波形生成手段28が、正弦波交流における0°〜90°の位相角度に相当する波形を時間軸方向に引き伸ばした波形を生成して起動電流を流すのである。 Further, as shown in FIG. 1B, the waveform generation means 28 in the activation control means 10 generates a current that linearly increases in response to a lamp command (hereinafter referred to as “lamp current”). According to this lamp current, the permanent magnet synchronous motor to which a linearly increasing current is applied in accordance with the lamp command causes the starting torque to linearly increase the electrical angle of 4/1 wavelength (90 °) up to the first wave height of the sine wave AC. Can be reliably applied to the rotor for a predetermined time. In this way, the rotor position is moved to the synchronization position. For this purpose, the waveform generation means 28 of the activation control means 10 generates a waveform obtained by extending the waveform corresponding to the phase angle of 0 ° to 90 ° in the sinusoidal alternating current in the time axis direction and causes the activation current to flow.
また、起動制御手段10における波形生成手段28は、図1(c)に示すように、ステップ指令により線形増加する電流(以下、「ステップ電流」という)を印加することを採用する。この発明によれば、ステップ指令による直流のモータ電流を流された永久磁石同期モータは、90°の電気角度に相当するロータ位置まで移動させるのに必要な起動トルクを、所定時間だけロータに付与することができる。このようにして、ロータ位置を速やかに同期位置まで移動させる。そして、円滑、迅速、確実なモータ起動を実現することが可能である。 Further, as shown in FIG. 1C, the waveform generation means 28 in the activation control means 10 employs applying a current that linearly increases in accordance with a step command (hereinafter referred to as “step current”). According to the present invention, the permanent magnet synchronous motor that is supplied with a DC motor current according to the step command applies the starting torque necessary to move to the rotor position corresponding to the electrical angle of 90 ° to the rotor for a predetermined time. can do. In this way, the rotor position is quickly moved to the synchronization position. It is possible to realize smooth, quick and reliable motor start-up.
さらに詳細には、この起動制御手段10を形成する波形生成手段28(図2参照)として、図示せぬコンデンサと抵抗の組み合わせ回路による時定数を利用して緩慢OFFする電流制御が可能であるほか、マイクロコンピュータに予め記憶されたランプ(傾斜)関数を用いたランプ下降、またはクロックとビットの関係により多段階に下降する信号を生成して用いても良い。あるいは、速度制御機21の内部に類似の起動制御手段10を内蔵しても構わない。
More specifically, as the waveform generation means 28 (see FIG. 2) forming the activation control means 10, current control for slowly turning off using a time constant by a combination circuit of a capacitor and a resistor (not shown) is possible. Alternatively, a ramp down using a ramp (tilt) function stored in advance in the microcomputer, or a signal that falls in multiple stages according to the relationship between the clock and the bit may be used. Alternatively, a similar start control means 10 may be built in the
モータ3は、回転子3aが永久磁石から形成されると共に回転子3aの回転位置を検出するセンサを具備しないセンサレス永久磁石型同期モータである。なお、図1に示す回転子3aはNS2極の磁極が着磁されているが、極数が多くなることに制限はない。
The
回転検出器31は、モータ3の回転を所定の検出手法を用いて検出するものである。より詳細には、回転検出器31は、回転子3aの磁力をホール素子で検出し、回転子3aの1回転毎に1パルス(N極の位置を示すパルス)となるパルス信号を、速度検出器27へ入力する。
The
図1において、Vu*はU相の電圧操作量、Vv*はV相の電圧操作量、Vw*はW相の電圧操作量(以下、単に「電圧操作量」と略す)、IuはモータU相電流、IvはモータV相電流、Idはd軸電流、Iqはq軸電流、Vdはd軸電圧、Vqはq軸電圧、ωは速度(=回転速度)、θは回転角推定値、*は指令値(操作量)、を示している。なお、q軸,d軸とは、モータ3の回転子3a上に固定されたq軸とd軸とからなる2次元座標系である。すなわち、q軸は回転子3aの回転面上において永久磁石のS極とN極との対向方向に設定された座標軸であり、d軸は前記q軸に直交する座標軸である。
In FIG. 1, Vu * is a U-phase voltage manipulated variable, Vv * is a V-phase voltage manipulated variable, Vw * is a W-phase voltage manipulated variable (hereinafter simply referred to as “voltage manipulated variable”), and Iu is a motor U Phase current, Iv is motor V-phase current, Id is d-axis current, Iq is q-axis current, Vd is d-axis voltage, Vq is q-axis voltage, ω is speed (= rotation speed), θ is rotation angle estimated value, * Indicates a command value (operation amount). The q axis and the d axis are a two-dimensional coordinate system composed of a q axis and a d axis fixed on the rotor 3a of the
ここで、モータドライバEの制御形態として速度制御を行う場合、
ω*は指令部4より指令を受ける。
Id*は指令部4より指令を受けるか、もしくはインバータ8自身で設定する。
一方、モータドライバEの制御形態として電流制御を行う場合、
Iq*は指令部4より指令を受ける。
Id*は指令部4より指令を受けるか、またはインバータ8自身で設定する。
なお、電流制御のみでも本来の機能を発揮させられる場合、速度制御器21は無くても構わない。
Here, when performing speed control as a control form of the motor driver E,
ω * receives a command from the command unit 4.
Id * receives a command from the command unit 4 or is set by the
On the other hand, when performing current control as a control form of the motor driver E,
Iq * receives a command from the command unit 4.
Id * receives a command from the command unit 4 or is set by the
Note that the
モータドライバEは、直流電源6から出力された直流電圧(電源電圧)に基づいてモータ駆動電流を生成してモータ3を駆動するためにインバータ8をPWM制御することによってモータ3の回転を制御する。インバータ8は、PWM信号発生器25から供給されるPWM信号に基づいて昇圧回路7から供給された直流電圧をスイッチングすることにより、U相、V相およびW相からなる3相のモータ駆動電流を生成する。
The motor driver E controls the rotation of the
電流検出器9uは、インバータ8のU相出力端とモータ3のU相固定子巻線とを接続するU相接続線に設けられ、U相出力端からU相固定子巻線に流れるモータ駆動電流Iuを検出して座標変換器26へ入力する。一方、電流検出器9vは、インバータ8のV相出力端とモータ3のV相固定子巻線とを接続するV相接続線に設けられ、前記V相出力端からV相固定子巻線に流れるモータ駆動電流Ivを検出して座標変換器26へ入力する。
The
減算器20は、上位制御装置である指令部4から供給される角速度目標値ω*とロータ位置・速度推定器23から出力された角速度推定値ω1との差分を速度誤差△ωとして演算し速度制御器21へ入力する。
速度制御器21は、一種のPID制御器であり、前記速度誤差△ωに所定の比例積分・微分演算を施すことにより速度誤差△ωに対応する電流操作量としてのq軸電流(以下、「電流操作量」という)Iq*を演算して電流制御器22へ入力する。
The
The
電流制御器22は、一種のPID制御器であり、各電流操作量Iq*,Id*に所定の比例積分・微分演算を各々施すことにより電圧操作量Vq*,Vd*を生成する。すなわち、座標変換器26から入力されるq軸,d軸電流の検出電流Iq,Idに基づいて、電流操作量Iq*,Id*に各々対応するq軸,d軸それぞれの電圧操作量Vq*,Vd*を演算してロータ位置・速度推定器23および座標変換器24へ入力する。なお、d軸の電流操作量Id*は指令部4により指令され波形生成手段28により適宜に波形生成して供給される。
The
ロータ位置・速度推定器23は、検出電流Iq,Idおよび電圧操作量Vq*,Vd*に基づいてモータ3の回転状態を推定するものである。このロータ位置・速度推定器23は、内部にモータ3を模擬したモータモデルを備えており、このモータモデルに入力された電圧操作量Vq*,Vd*および検出電流Iq,Idに基づいて角速度推定値ω1および回転角推定値θを演算して出力する。このような手法で推定した回転角推定値θは、ロータ位置・速度推定器23から座標変換器24,26へ、それぞれ入力されると共に角速度推定値ω1を減算器20へも入力する。
The rotor position /
座標変換器24は、ロータ位置・速度推定器23から入力された回転角推定値θに基づき、電流制御器22から入力された電圧操作量Vq*,Vd*を、U相、V相およびW相からなる3次元座標系上の電圧操作量Vu*,Vv*,Vw*に変換する。その電圧操作量Vu*,Vv*,Vw*はPWM信号発生器25へ入力される。
The coordinate
PWM信号発生器25は、電圧操作量Vu*,Vv*,Vw*に基づいてインバータ8をスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ8へ入力する。このとき、インバータ8は、モータ3の全回転角(360°)にわたってモータ駆動電流を出力する。そうすると、モータドライバEは、正弦波通電方式に基づいて動作を継続する。
The
座標変換器26は、電流検出器9u,9vによって各々検出されたU相およびV相のモータ検出電流(以下、「検出電流」ともいう)Iu,Ivに基づいて、q軸,d軸それぞれの検出電流Iq,Idを生成する。より詳細には、座標変換器26は、検出電流Iu,Ivに基づく内部演算によってW相のモータ駆動電流Iwを求め、U相、V相およびW相からなる3次元座標系上の検出電流Iu,Iv,Iwに所定の座標変換を施すことにより検出電流Iq,Idを求める。
The coordinate
速度検出器27は、前記パルス信号をその繰り返し周波数に応じた直流電圧に変換する一種の信号変換器(F/Vコンバータ)であり、前記直流電圧を角速度検出値ωkとして指令部4へ入力する。
The
波形生成手段28は、起動制御手段10(図1)に含まれる機能であり、指令部4の指令を受けて適切な電流操作量Iq*,Id*を生成するように指令部4および/または速度制御器21を支援する。具体的には、図示せぬコンデンサと抵抗の組み合わせ回路による時定数を利用してタイミング設定する電流制御が可能であるほか、マイクロコンピュータに予め記憶されたランプ(傾斜)関数を用いたランプ指令、またはクロックとビットの関係により各種波形の信号を生成して用いても良い。波形生成手段28により生成された電流操作量Iq*,Id*は電流制御器22へ入力される。
The
なお、一般的なセンサレス永久磁石型同期モータの回転制御では、センサレス永久磁石型同期モータの角速度および回転角等を何らかの方法で推定し、その推定値に基づいてセンサレス永久磁石型同期モータをベクトル制御あるいはV/F制御する。これらベクトル制御およびV/F制御は周知であるため詳細な説明は省略する。 In general rotation control of a sensorless permanent magnet type synchronous motor, the angular velocity and rotation angle of the sensorless permanent magnet type synchronous motor are estimated by some method, and the sensorless permanent magnet type synchronous motor is vector controlled based on the estimated value. Alternatively, V / F control is performed. Since these vector control and V / F control are well known, detailed description thereof will be omitted.
モータドライバEは、入力された動作指示信号Jによって、モータドライバEを作動させることによってモータ3の駆動を行う。すなわち、駆動時においては、モータ駆動電流が各相の駆動電流線を介してインバータ8からモータ3に供給され、モータ3が回転駆動される。
The motor driver E drives the
そして、電流検出器9u,9vは、前記モータ駆動電流に基づくU相およびV相のモータ駆動電流Iu,Ivを座標変換器26へ入力し、当該座標変換器26は、もう1相つまりW相のモータ駆動電流IwをU相およびV相のモータ駆動電流Iu,Ivから算出し、3相(U相,V相およびW相)のモータ駆動電流Iu,Iv,Iwに回転角推定値θに応じた要素からなる変換マトリクスを用いて座標変換処理を施すことにより、モータ3に固有のq軸−d軸座標系におけるq軸の検出電流Iqとd軸の検出電流Idを生成する。
The
また、この駆動時には、指令部4から角速度目標値ω*が減算器20に入力されると共に、同じく指令部4から検出電流Idの目標値に相当する電流操作量Id*が電流制御器22に入力される。ここで、電流操作量Id*は「0」に設定される。
Further, at the time of this driving, the angular velocity target value ω * is input from the command unit 4 to the
減算器20は、前記角速度目標値ω*とロータ位置・速度推定器23から入力されたモータ3の角速度推定値ω1との差分を演算することにより速度誤差△ωを生成する。
速度制御器21は、速度誤差△ωに比例積分・微分処理を施すことによって検出電流Idに対応する電流操作量Iq*を生成する。
電流制御器22は、前記電流操作量Iqs,Idsに比例積分・微分演算を各々施することにより、モータ3に印加すべき駆動電圧に相当する電圧操作量Vq*,Vd*を生成する。
The
The
The
ロータ位置・速度推定器23は、モータ3の回転子3aに固定設定されたq軸−d軸座標系におけるq軸の検出電流Iqおよび電圧操作量Vq並びにd軸の検出電流Idおよび電圧操作量Vd*を入力信号として角速度推定値ω1および回転角推定値θを推定する。
座標変換器24は、前記回転角推定値θを用いることにより電圧操作量Vq*,Vd*をU相、V相およびW相からなる3次元座標系上の電圧操作量Vu*,Vv*,Vw*に変換する。
PWM信号発生器25は、これら電圧操作量Vu*,Vv*,Vw*に基づいてインバータ8をスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ8を駆動する。
The rotor position /
The coordinate
The
次に、図2〜図5を用いて、本装置Eの動作を詳しく説明する。
図2は本実施形態に係る永久磁石同期モータ制御装置における、起動電流を示すグラフであり、(a)第1試作結果、(b)第2試作結果である。
図3は本実施形態に係る永久磁石同期モータ制御装置における、起動電流を示すグラフであり、(a)第3試作結果、(b)第4試作結果である。
図2(a)〜図3(b)において、縦軸はモータ電流、横軸は時間を示している。
Next, the operation of the apparatus E will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 2 is a graph showing the starting current in the permanent magnet synchronous motor control device according to the present embodiment, and shows (a) the first trial result and (b) the second trial result.
FIG. 3 is a graph showing the starting current in the permanent magnet synchronous motor control apparatus according to the present embodiment, and shows (a) a third trial result and (b) a fourth trial result.
2A to 3B, the vertical axis represents motor current, and the horizontal axis represents time.
図2(a)に示すように、第1試作結果において、起動時から制御モード切換スイッチ11が接点β(図1)に接続されてまま固定されている。そして、起動後約200msecまでの間、V/F制御によりV/F値を一定に保つように同期駆動制御されている。すなわち、駆動電流の周波数および電流値を徐々に増加させ、起動後約200msec以後に、位置センサレス制御へと移行した。その結果、図1の回路構成のままで、変則的かつ簡便な同期駆動制御したことによる同期駆動の性能に問題が残り、切換えタイミングのベスト設定を模索する必要のあることがわかった。 As shown in FIG. 2 (a), in the first prototype result, the control mode changeover switch 11 is connected and fixed to the contact β (FIG. 1) from the start. Then, synchronous drive control is performed so as to keep the V / F value constant by V / F control for up to about 200 msec after activation. That is, the frequency and the current value of the drive current were gradually increased, and the position sensorless control was shifted to after about 200 msec after startup. As a result, it has been found that there remains a problem in the performance of the synchronous drive due to the irregular and simple synchronous drive control with the circuit configuration of FIG. 1, and it is necessary to search for the best setting of the switching timing.
図2(b)に示すように、第2試作結果において、起動電流値を初めから標準値で供給し、起動後約300msecまでの期間、標準値を目標として周波数のみを徐々に増加させるように設定し、初めから位置センサレス制御によって起動した。その結果、起動時のロータ位相(位置)が瞬間的に、逆回転の位相となる欠点が明らかとなり、目的が達成できなかった。 As shown in FIG. 2B, in the second trial result, the starting current value is supplied as a standard value from the beginning, and only the frequency is gradually increased with the standard value as a target for a period of about 300 msec after the starting. It was set and started from the beginning by position sensorless control. As a result, the disadvantage that the rotor phase (position) at the time of startup instantaneously becomes a reverse rotation phase became clear, and the object could not be achieved.
図3(a)に示すように、第3試作結果において、起動時は制御モード切換スイッチ11を接点αに接続しておく。そして、起動後約200msecまでの期間、駆動電流を線形増加(ランプ増加)させながら標準値の約2倍に到達した時点で、交流1/4波長(電気角90°)の位相が進んだものする。その時点で、制御モード切換スイッチ11を接点αから接点βへと切換える。それ以後、約200msecの間、V/F制御によりV/F値を一定に保つように簡便な同期駆動制御する。その同期駆動制御の期間に周波数を徐々に高めながら同期運転を継続する。最後に電流値を半減させて標準値に戻すと共に、位置センサレス制御に移行する。その結果、最終目標である位置センサレス制御に到達するまでに約400msecもの長時間を要する欠点が明らかとなった。 As shown in FIG. 3A, in the third trial result, the control mode changeover switch 11 is connected to the contact α at the time of activation. Then, the phase of AC 1/4 wavelength (electrical angle 90 °) has advanced when it reaches about twice the standard value while linearly increasing the drive current (increasing the lamp) for a period of about 200 msec after startup. To do. At that time, the control mode switch 11 is switched from the contact α to the contact β. After that, simple synchronous drive control is performed so as to keep the V / F value constant by V / F control for about 200 msec. The synchronous operation is continued while gradually increasing the frequency during the synchronous drive control period. Finally, the current value is halved to return to the standard value, and the control shifts to position sensorless control. As a result, it has become clear that it takes about 400 msec to reach the final target position sensorless control.
図3(b)に示すように、第4試作結果において、起動時は制御モード切換スイッチ11を接点αに接続しておく。そして、起動後約100msecまでの間、駆動電流を線形増加(ランプ増加)させながら標準値に到達した時点で、交流1/4波長(電気角90°)の位相が進んだものする。この期間にロータは同期可能な位置まで移動して位置決めされる。その時点で、制御モード切換スイッチ11をα側からβ側に切換えて、位置センサレス制御に移行すると共に、それ以後約150msecの期間で周波数を標準値まで高めながら位置センサレス制御を継続する。 As shown in FIG. 3B, in the fourth trial result, the control mode changeover switch 11 is connected to the contact α at the time of activation. Then, the phase of the AC 1/4 wavelength (electrical angle 90 °) advances at the time when the standard value is reached while linearly increasing the drive current (increasing the lamp) for about 100 msec after startup. During this period, the rotor is moved to a synchronizable position and positioned. At that time, the control mode changeover switch 11 is switched from the α side to the β side to shift to the position sensorless control, and thereafter the position sensorless control is continued while increasing the frequency to the standard value in a period of about 150 msec.
すなわち、ランプ増加電流(通称「直流ランプ電流」)によるロータの強制位置決めと、位置センサレスの2段階制御により、最も良好な結果が得られた。なお、ロータの強制位置決め運転から、位置センサレス制御への切換えは制御モード切換スイッチ11をα側からβ側に切換ることで実現するが、この切換タイミングに関しては、図示せぬマイコンプログラムが起動直後に実行されることで確実容易に実現できる。また、前記ランプ増加電流に代えて、図1(c)ステップ指令によるステップ電流を用いるようにすれば、波形生成手段28をより簡素なものすることも可能である。 That is, the best results were obtained by the forced positioning of the rotor by the ramp increasing current (commonly called “DC lamp current”) and the two-step control without the position sensor. Note that switching from the forced positioning operation of the rotor to position sensorless control is realized by switching the control mode changeover switch 11 from the α side to the β side. It can be surely and easily realized by being executed. Further, if the step current according to the step command of FIG. 1C is used instead of the ramp increasing current, the waveform generating means 28 can be made simpler.
図4は本実施形態に係る永久磁石同期モータ制御装置Eにおける、図2(b)に近い設定による起動特性の第1シミュレーションのグラフである。
図5は本実施形態に係る永久磁石同期モータ制御装置Eにおける、図3(b)に近い設定による起動特性の第2シミュレーションのグラフである。
図4、図5において、横軸は図2、図3とは若干異なる時間[msec]を示し、縦軸は位置推定誤差[rad]、モータ電流[A]、回転数[r/m]、推定位相角[rad]、モータトルク[Nm]、実位相角[rad]を示している。
FIG. 4 is a graph of the first simulation of the starting characteristics with the setting close to FIG. 2B in the permanent magnet synchronous motor control device E according to the present embodiment.
FIG. 5 is a graph of a second simulation of the start-up characteristic with a setting close to FIG. 3B in the permanent magnet synchronous motor control device E according to the present embodiment.
4 and 5, the horizontal axis indicates time [msec] slightly different from those in FIGS. 2 and 3, and the vertical axis indicates position estimation error [rad], motor current [A], rotational speed [r / m], The estimated phase angle [rad], motor torque [Nm], and actual phase angle [rad] are shown.
図4に示すように、第1シミュレーションにおける起動特性は、立ち上り時間が悪化する。しかもロータが逆方向にロックされてから回る。一方、図5に示すように、第2シミュレーションにおける起動特性は、予め直流電流(1/4波長より長い時間)を流すことにより、起動時間の短縮を図れることが明らかになった。すなわち、図3(b)に近い設定による図5に示した第2シミュレーションの結果により、本装置Eが優れた効果を奏するものであることが立証された。 As shown in FIG. 4, the start-up characteristic in the first simulation deteriorates the rise time. Moreover, the rotor rotates after being locked in the opposite direction. On the other hand, as shown in FIG. 5, it has been clarified that the startup characteristics in the second simulation can shorten the startup time by flowing a direct current (a time longer than ¼ wavelength) in advance. That is, the result of the second simulation shown in FIG. 5 with a setting close to FIG. 3B proves that the apparatus E has an excellent effect.
3 永久磁石同期モータ(モータ)
10 起動制御手段
E 永久磁石同期モータ制御装置(モータドライバ)
3 Permanent magnet synchronous motor (motor)
10 Start control means E Permanent magnet synchronous motor control device (motor driver)
Claims (8)
所定時間だけ規定方向のモータ電流を流してロータ位置および回転方向を同期させた後に位置センサレス制御へ移行するように起動時のモータ電流を制御する起動制御手段を備えたことを特徴とする永久磁石同期モータ制御装置。 In the sensorless control type permanent magnet synchronous motor control device,
A permanent magnet comprising start-up control means for controlling the motor current at the start-up so as to shift to position sensorless control after flowing a motor current in a specified direction for a predetermined time to synchronize the rotor position and rotation direction Synchronous motor control device.
正弦波交流における0°〜90°の位相角度に相当する波形を時間軸方向に引き伸ばした波形の電流を流す波形生成手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石同期モータ制御装置。 The activation control means includes
2. The permanent magnet synchronous motor control according to claim 1, further comprising waveform generation means for supplying a current having a waveform obtained by extending a waveform corresponding to a phase angle of 0 ° to 90 ° in a sinusoidal alternating current in the time axis direction. apparatus.
ランプ指令により線形増加する電流を流すことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期モータ制御装置。 The activation control means includes
The permanent magnet synchronous motor control device according to claim 1, wherein a linearly increasing current is caused to flow in response to a ramp command.
ステップ指令による電流を流すことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期モータ制御装置。 The activation control means includes
2. The permanent magnet synchronous motor control device according to claim 1, wherein a current according to a step command is passed.
所定時間だけ規定方向のモータ電流を流してロータ位置および回転方向を同期させた後にセンサレス制御へ移行することを特徴とする永久磁石同期モータ制御方法。 A sensorless control type permanent magnet synchronous motor control method,
A permanent magnet synchronous motor control method, wherein a motor current in a specified direction is supplied for a predetermined time to synchronize the rotor position and rotation direction, and then the control proceeds to sensorless control.
正弦波交流における0°〜90°の位相角度に相当する波形を時間軸方向に引き伸ばした波形の電流であることを特徴とする請求項5に記載の永久磁石同期モータ制御方法。 The motor current in the specified direction is
6. The permanent magnet synchronous motor control method according to claim 5, wherein the current is a waveform obtained by extending a waveform corresponding to a phase angle of 0 ° to 90 ° in a sinusoidal alternating current in the time axis direction.
ランプ指令により線形増加する電流であることを特徴とする請求項5に記載の永久磁石同期モータ制御方法。 The motor current in the specified direction is
6. The permanent magnet synchronous motor control method according to claim 5, wherein the current increases linearly with a ramp command.
ステップ指令による直流であることを特徴とする請求項5に記載の永久磁石同期モータ制御方法。 The motor current in the specified direction is
6. The method of controlling a permanent magnet synchronous motor according to claim 5, wherein the method is a direct current based on a step command.
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