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JP2018121394A - Rotating machine control device and rotating machine control method - Google Patents

Rotating machine control device and rotating machine control method Download PDF

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JP2018121394A
JP2018121394A JP2017009521A JP2017009521A JP2018121394A JP 2018121394 A JP2018121394 A JP 2018121394A JP 2017009521 A JP2017009521 A JP 2017009521A JP 2017009521 A JP2017009521 A JP 2017009521A JP 2018121394 A JP2018121394 A JP 2018121394A
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JP
Japan
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command
torque
rotating machine
phase
magnetic flux
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Application number
JP2017009521A
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Japanese (ja)
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松山 哲也
Tetsuya Matsuyama
哲也 松山
淳貴 吉本
Junki Yoshimoto
淳貴 吉本
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

【課題】3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制するのに適した制御装置を提供する。【解決手段】移動量特定部111は、3相回転機102の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、第1制御モードにおいては推定トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり第2制御モードにおいては指令トルクと推定トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、積と第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する。【選択図】図4A control device capable of switching between a control mode capable of suppressing a decrease in control performance when the rotational speed of a three-phase rotating machine is low and a control mode capable of ensuring high responsiveness to torque when the rotational speed is high. And the control apparatus suitable for suppressing the torque fluctuation at the time of control mode switching is provided. A movement amount specifying unit 111 calculates a product of a command speed of a three-phase rotating machine 102 and a cycle of a control cycle, and in a first control mode, a vibration component of an estimated torque approaches zero. In the control mode, the first movement amount, which makes the difference between the command torque and the estimated torque close to zero, is specified, and the phase of the primary magnetic flux vector moves in one control cycle by summing the product and the first movement amount. The second movement amount to be performed is specified. [Selection] Figure 4

Description

本開示は、回転機制御装置及び回転機制御方法に関するものである。   The present disclosure relates to a rotating machine control device and a rotating machine control method.

従来から、直接トルク制御(DTC:Direct Torque Control)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献2では、3相回転機の回転速度が低い場合に顕在化する制御性能の低下を抑制する技術が提案されている。   Conventionally, direct torque control (DTC) has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 2 proposes a technique for suppressing a reduction in control performance that becomes apparent when the rotational speed of a three-phase rotating machine is low.

特許第3485844号明細書Japanese Patent No. 3485844 特開2016−100994号公報JP 2006-100994 A

3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制するのに適した制御装置は、従来提案されていない。そこで、本発明者らは、そのような制御装置の作製を目指した。   A control device capable of switching between a control mode capable of suppressing a decrease in control performance when the rotational speed of the three-phase rotating machine is low and a control mode capable of ensuring high responsiveness to torque when the rotational speed is high. A control device suitable for suppressing torque fluctuation during control mode switching has not been proposed. Therefore, the present inventors aimed to produce such a control device.

すなわち、本開示は、
3相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記3相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
前記回転機制御装置は、前記3相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第2制御モードと、前記第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御装置は、
前記一次磁束ベクトルと、前記3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記3相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
前記3相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第1制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第2制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、前記積と前記第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する移動量特定部と、
推定された前記位相と、前記第2移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置を提供する。
That is, this disclosure
A rotating machine control device that applies a voltage vector to the three-phase rotating machine using an inverter so that a primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine follows the command magnetic flux vector,
The rotating machine control device can switch between a second control mode for causing the torque of the three-phase rotating machine to follow a command torque, and a first control mode different from the second control mode,
The rotating machine control device includes:
A torque estimator that estimates the torque of the three-phase rotating machine using the primary magnetic flux vector and the current vector of the three-phase rotating machine;
A phase estimator for estimating the phase of the primary magnetic flux vector;
The product of the command speed of the three-phase rotating machine and the cycle of the control cycle is calculated, and the estimated vibration component of the torque is approximated to zero in the first control mode, and the command in the second control mode. By identifying a first movement amount that approximates the difference between the torque and the estimated torque to zero, and summing the product and the first movement amount, the phase of the primary magnetic flux vector is determined in one control cycle. A movement amount specifying unit for specifying the second movement amount to be moved;
A command phase specifying unit that specifies a command phase that is a phase of the command magnetic flux vector using the estimated phase and the second movement amount;
There is provided a rotating machine control device comprising: a command magnetic flux specifying unit that specifies the command magnetic flux vector using the command phase.

本開示に係る回転機制御装置は、3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。   The rotating machine control device according to the present disclosure includes a control mode capable of suppressing a decrease in control performance when the rotational speed of the three-phase rotating machine is low, and a control mode capable of ensuring high response to torque when the rotational speed is high. And can be switched. In addition, this rotating machine control device can suppress torque fluctuations during control mode switching.

3相回転機、インバータ及び回転機制御装置のブロック図Block diagram of three-phase rotating machine, inverter and rotating machine control device dq座標系を説明するための図Diagram for explaining the dq coordinate system αβ座標系を説明するための図Diagram for explaining αβ coordinate system 実施形態1に係る回転機制御部のブロック図The block diagram of the rotary machine control part which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る移動量特定部のブロック図The block diagram of the movement amount specific | specification part which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1における制御モードの切換方法を説明するための図The figure for demonstrating the switching method of the control mode in Embodiment 1. FIG. PWMインバータの構成図Configuration diagram of PWM inverter 実施形態2に係る回転機制御部のブロック図Block diagram of rotating machine control unit according to embodiment 2 実施形態2に係る移動量特定部のブロック図The block diagram of the movement amount specific | specification part which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る回転機制御部のブロック図Block diagram of a rotating machine control unit according to Embodiment 3 実施形態3に係る移動量特定部のブロック図The block diagram of the movement amount specific | specification part which concerns on Embodiment 3. FIG. 磁束ベクトル及び電流ベクトルを説明するための図Diagram for explaining magnetic flux vector and current vector 指令振幅を得るための計算式の例を説明するための図Diagram for explaining examples of calculation formulas for obtaining command amplitude 振幅修正量生成部のブロック図Block diagram of amplitude correction amount generator

(本発明者らによる知見)
直接トルク制御の一例では、3相回転機の電圧ベクトルに基づいて3相回転機の回転速度を推定する。速度制御部において、回転速度に基づいて3相回転機の参照トルクを生成する。そして、参照トルクを指令トルクとして用い、3相回転機のトルクが指令トルクに追従するように、3相回転機が制御される。本発明者らの検討によれば、このようにすれば、回転速度が高い場合には、トルクに対する高い応答性を確保することができる。しかし、回転速度が低い場合には、制御が不安定になり易い。なぜなら、この場合には、制御で情報として用いられる電圧ベクトルと実際に3相回転機に印加されている電圧ベクトルとの間の誤差(電圧誤差)が大きくなり易く、回転速度の推定精度を確保し難く、参照トルクが脈動し易いためである。
(Knowledge by the present inventors)
In an example of direct torque control, the rotational speed of the three-phase rotating machine is estimated based on the voltage vector of the three-phase rotating machine. The speed controller generates reference torque for the three-phase rotating machine based on the rotation speed. Then, using the reference torque as the command torque, the three-phase rotating machine is controlled so that the torque of the three-phase rotating machine follows the command torque. According to the study by the present inventors, in this way, when the rotational speed is high, high responsiveness to torque can be ensured. However, when the rotation speed is low, the control tends to become unstable. This is because in this case, an error (voltage error) between the voltage vector used as information in the control and the voltage vector actually applied to the three-phase rotating machine tends to be large, and the rotational speed estimation accuracy is ensured. This is because it is difficult to pulsate the reference torque.

特許文献2では、3相回転機の回転速度が低い場合における制御性能の低下を抑制する技術が提案されている。しかし、本発明者らの検討によれば、この技術は、3相回転機の回転速度が高い場合にトルクに対する高い応答性を確保することには必ずしも適していない。   Patent Document 2 proposes a technique for suppressing a decrease in control performance when the rotational speed of a three-phase rotating machine is low. However, according to the study by the present inventors, this technique is not necessarily suitable for ensuring high response to torque when the rotational speed of the three-phase rotating machine is high.

回転速度が低い場合と高い場合とで別の制御モードを用いる場合、制御モードの切換時に3相回転機の電圧が急激に変動し、トルクが大きく変動するおそれがある。本発明者らの知る限り、この変動の抑制に適した技術は提案されていない。   When different control modes are used depending on whether the rotational speed is low or high, the voltage of the three-phase rotating machine may suddenly vary when the control mode is switched, and the torque may vary greatly. As far as the present inventors know, no technology suitable for suppressing this variation has been proposed.

そこで、本発明者らは、3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能な制御装置の作製を目指した。   Therefore, the present inventors have a control mode capable of suppressing a decrease in control performance when the rotational speed of the three-phase rotating machine is low, and a control mode capable of ensuring high responsiveness to torque when the rotational speed is high. The present invention aims to produce a control device that can be switched, and that can suppress torque fluctuations during control mode switching.

本開示の第1態様は、
3相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記3相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
前記回転機制御装置は、前記3相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第2制御モードと、前記第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御装置は、
前記一次磁束ベクトルと、前記3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記3相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
前記3相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第1制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第2制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、前記積と前記第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する移動量特定部と、
推定された前記位相と、前記第2移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
A rotating machine control device that applies a voltage vector to the three-phase rotating machine using an inverter so that a primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine follows the command magnetic flux vector,
The rotating machine control device can switch between a second control mode for causing the torque of the three-phase rotating machine to follow a command torque, and a first control mode different from the second control mode,
The rotating machine control device includes:
A torque estimator that estimates the torque of the three-phase rotating machine using the primary magnetic flux vector and the current vector of the three-phase rotating machine;
A phase estimator for estimating the phase of the primary magnetic flux vector;
The product of the command speed of the three-phase rotating machine and the cycle of the control cycle is calculated, and the estimated vibration component of the torque is approximated to zero in the first control mode, and the command in the second control mode. By identifying a first movement amount that approximates the difference between the torque and the estimated torque to zero, and summing the product and the first movement amount, the phase of the primary magnetic flux vector is determined in one control cycle. A movement amount specifying unit for specifying the second movement amount to be moved;
A command phase specifying unit that specifies a command phase that is a phase of the command magnetic flux vector using the estimated phase and the second movement amount;
There is provided a rotating machine control device comprising: a command magnetic flux specifying unit that specifies the command magnetic flux vector using the command phase.

第1態様に係る回転機制御装置は、3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モード(第1制御モード)と、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モード(第2制御モード)とを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。   The rotating machine control device according to the first aspect includes a control mode (first control mode) capable of suppressing a decrease in control performance when the rotation speed of the three-phase rotating machine is low, and a high response to torque when the rotation speed is high. It is possible to switch between a control mode (second control mode) that can ensure safety. In addition, this rotating machine control device can suppress torque fluctuations during control mode switching.

本開示の第2態様は、第1態様に加え、
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける前記第1移動量を特定する回転機制御装置を提供する。
The second aspect of the present disclosure includes, in addition to the first aspect,
In the first control mode, the moving amount specifying unit provides the rotating machine control device that specifies the first moving amount that brings a high frequency component that is a frequency component higher than the cutoff angular frequency in the estimated torque close to zero. To do.

第2態様では、第1制御モードにおいて、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。   In the second mode, in the first control mode, control is performed to bring the high frequency component, which is a frequency component higher than the cutoff angular frequency in the estimated torque, close to zero. In this way, the estimated vibration component of the torque can be easily brought close to zero.

本開示の第3態様は、第2態様に加え、
前記第1制御モードにおいて、前記高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第2制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定される回転機制御装置を提供する。
The third aspect of the present disclosure includes, in addition to the second aspect,
In the first control mode, the first movement amount is specified by feedback control that brings the high-frequency component close to zero,
In the second control mode, there is provided a rotating machine control device in which the first movement amount is specified by feedback control for bringing a difference between the command torque and the estimated torque close to zero.

第3態様では、第1制御モードにおいて、高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第3態様では、第2制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。   In the third mode, in the first control mode, feedback control is performed to bring the high frequency component close to zero. In this way, the estimated vibration component of the torque can be easily brought close to zero. In the third mode, in the second control mode, feedback control is performed so that the difference between the command torque and the estimated torque approaches zero. In this way, the difference between the command torque and the estimated torque can be easily brought close to zero.

本開示の第4態様は、第2態様又は第3態様に加え、
前記回転機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、(i)同じ固定値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、又は(ii)同じ計算式を用いて得た値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。
In addition to the second aspect or the third aspect, the fourth aspect of the present disclosure includes:
The rotating machine control device includes a command amplitude specifying unit,
In both the first control mode and the second control mode, (i) the same fixed value is used as the command amplitude which is the amplitude of the command magnetic flux vector, or (ii) the value obtained using the same calculation formula is Used as a command amplitude which is the amplitude of the command magnetic flux vector,
In both the first control mode and the second control mode, the command magnetic flux specifying unit provides a rotating machine control device that specifies the command magnetic flux vector using the command amplitude.

第1態様から理解されるように、第1制御モードと第2制御モードとでは、指令磁束ベクトルの位相(指令位相)の特定方法が異なる。回転機制御装置における他の制御及び3相回転機の使用条件にもよるが、両制御モードで指令磁束ベクトルの振幅(指令振幅)の特定方法が大きく異なる場合、指令位相の特定方法の相違と指令振幅の特定方法の相違の両方の影響で、制御モード切換時に大きなトルク変動が生じるおそれがある。この点、第4態様では、第1制御モード及び第2制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。このため、第4態様は、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。   As understood from the first mode, the method for specifying the phase of the command magnetic flux vector (command phase) differs between the first control mode and the second control mode. Depending on the other control in the rotating machine control device and the use conditions of the three-phase rotating machine, if the method of specifying the command magnetic flux vector amplitude (command amplitude) differs greatly between the two control modes, Due to the influence of both differences in the method of specifying the command amplitude, a large torque fluctuation may occur when switching the control mode. In this regard, in the fourth aspect, the common method of specifying the command amplitude in the first control mode and the second control mode is high. For this reason, the 4th mode is advantageous from a viewpoint of torque fluctuation control at the time of control mode change.

本開示の第5態様は、第1態様に加え、
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と、前記低周波成分と推定された前記トルクとの差分である第1差分をゼロに近づける前記第1移動量と、を特定する回転機制御装置を提供する。
The fifth aspect of the present disclosure includes, in addition to the first aspect,
In the first control mode, the movement amount specifying unit is a difference between a low-frequency component that is a frequency component lower than a cutoff angular frequency in the estimated torque and the torque estimated as the low-frequency component. There is provided a rotating machine control device that identifies the first movement amount that brings a first difference close to zero.

第5態様では、第1制御モードにおいて、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と推定されたトルクとの差分である第1差分をゼロに近づけるように制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。   In the fifth aspect, in the first control mode, control is performed so that the first difference, which is the difference between the low frequency component that is a frequency component lower than the cutoff angular frequency in the estimated torque and the estimated torque, approaches zero. Is done. In this way, the estimated vibration component of the torque can be easily brought close to zero.

本開示の第6態様は、第5態様に加え、
前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記3相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第1制御モードにおいて、前記低周波成分が前記指令トルクとして用いられ、
前記第2制御モードにおいて、前記参照トルクが前記指令トルクとして用いられ、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。
The sixth aspect of the present disclosure includes, in addition to the fifth aspect,
The rotating machine control device includes a reference torque specifying unit and a command amplitude specifying unit,
The reference torque specifying unit specifies the reference torque that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine follows the command speed,
In the first control mode, the low frequency component is used as the command torque,
In the second control mode, the reference torque is used as the command torque,
In both the first control mode and the second control mode, the first movement amount is specified by feedback control that brings the difference between the command torque and the estimated torque close to zero,
In both the first control mode and the second control mode, the command amplitude specifying unit uses the command torque to specify a command amplitude that is an amplitude of the command magnetic flux vector, and the command magnetic flux specifying unit includes the command amplitude. A rotating machine control device that specifies the command magnetic flux vector using the above is provided.

第6態様では、第1制御モードにおいて、第5態様の第1差分と同じ値をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。従って、第1制御モードにおいて、第1差分を容易にゼロに近づけることができ、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第6態様では、第2制御モードにおいて、指令トルクと推定されたトルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。   In the sixth aspect, in the first control mode, feedback control is performed to bring the same value as the first difference of the fifth aspect close to zero. Therefore, in the first control mode, the first difference can be easily brought close to zero, and the estimated vibration component of the torque can be easily brought close to zero. In the sixth mode, feedback control is performed in the second control mode so that the difference between the command torque and the estimated torque approaches zero. In this way, the difference between the command torque and the estimated torque can be easily brought close to zero.

第6態様の第1制御モードにおいて指令振幅の特定に用いられる指令トルクは、トルクの低周波成分に対応する。このため、3相回転機の回転速度が低いときに第1制御モードが用いられるようにすれば、回転速度の低さに起因する脈動が指令振幅に反映され難くなる。このため、特定される指令振幅の脈動が抑制され、安定した指令磁束ベクトルが生成され、その安定した指令磁束ベクトルに一次磁束ベクトルが追従する。このため、第6態様の第1制御モードは、回転速度が低いときに安定した制御を行う観点から有利である。また、第1制御モードにより得られる安定性により、第1制御モードと第2制御モードとの切換時におけるトルク変動も緩和される。また、第6態様の第2制御モードにおいて指令振幅の特定に用いられる指令トルクは、参照トルクに対応する。参照トルクは、トルクの低周波成分と同様、トルクに関連するものである。つまり、第6態様では、第1制御モード及び第2制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。この高い共通性も、制御モード切換時のトルク変動緩和に有利である。   The command torque used for specifying the command amplitude in the first control mode of the sixth aspect corresponds to the low frequency component of the torque. For this reason, if the first control mode is used when the rotation speed of the three-phase rotating machine is low, pulsation caused by the low rotation speed is not easily reflected in the command amplitude. For this reason, the pulsation of the specified command amplitude is suppressed, a stable command magnetic flux vector is generated, and the primary magnetic flux vector follows the stable command magnetic flux vector. For this reason, the first control mode of the sixth aspect is advantageous from the viewpoint of performing stable control when the rotational speed is low. Further, due to the stability obtained by the first control mode, torque fluctuation at the time of switching between the first control mode and the second control mode is also alleviated. The command torque used for specifying the command amplitude in the second control mode of the sixth aspect corresponds to the reference torque. The reference torque is related to the torque as well as the low frequency component of the torque. That is, in the sixth aspect, the common method of specifying the command amplitude in the first control mode and the second control mode is high. This high commonality is also advantageous in reducing torque fluctuations when switching control modes.

また、指令トルクとして用いられるトルクの低周波成分も参照トルクも、指令振幅を特定するのに役立つ情報である。このため、第6態様では、第1制御モード及び第2制御モードの両方において(回転速度が低い場合と高い場合の両方において)、制御目的に即した指令振幅を特定し易い。例えば、両制御モードにおいて最大トルク/電流(MTPA: Maximum Torque Per Ampere)制御を行うことができる。このようにすれば、回転速度が低い場合と高い場合の両方において、3相回転機を高効率に制御することが可能となる。   Further, the low frequency component of the torque used as the command torque and the reference torque are information useful for specifying the command amplitude. For this reason, in the sixth aspect, in both the first control mode and the second control mode (in both cases where the rotational speed is low and high), it is easy to specify the command amplitude in accordance with the control purpose. For example, maximum torque / current (MTPA) control can be performed in both control modes. This makes it possible to control the three-phase rotating machine with high efficiency both when the rotational speed is low and when the rotational speed is high.

本開示の第7態様は、第1態様に加え、
前記移動量特定部は、リミッタを有し、
前記リミッタは、前記リミッタへの入力が上限値以上である場合は前記上限値を出力し、前記リミッタへの入力が下限値以下である場合は前記下限値を出力し、前記リミッタへの入力が前記下限値よりも大きく前記上限値よりも小さい場合は前記リミッタへの入力を出力するものであり、
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分を前記リミッタに入力させ、前記リミッタの出力と推定された前記トルクとの差分である第2差分をゼロに近づける前記第1移動量を特定する回転機制御装置を提供する。
The seventh aspect of the present disclosure includes, in addition to the first aspect,
The movement amount specifying unit has a limiter,
The limiter outputs the upper limit value when the input to the limiter is greater than or equal to an upper limit value, and outputs the lower limit value when the input to the limiter is less than or equal to a lower limit value, and the input to the limiter is When the value is larger than the lower limit value and smaller than the upper limit value, the input to the limiter is output.
In the first control mode, the movement amount specifying unit causes the limiter to input a low frequency component that is a frequency component lower than the cutoff angular frequency in the estimated torque, and the torque estimated as the output of the limiter. The rotating machine control apparatus which specifies the said 1st movement amount which makes the 2nd difference which is a difference close | similar to zero is provided.

第7態様では、第1制御モードにおいて、推定されたトルクの低周波成分をリミッタに入力させ、リミッタの出力と推定されるトルクの差分(第2差分)をゼロに近づけるように制御が行われる。このようにすれば、結果として、推定されるトルクの振動成分をゼロに近づけることができる。   In the seventh aspect, in the first control mode, the low frequency component of the estimated torque is input to the limiter, and control is performed so that the difference between the output of the limiter and the estimated torque (second difference) approaches zero. . In this way, as a result, the estimated vibration component of the torque can be brought close to zero.

リミッタの出力は、極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。このため、リミッタによれば、3相回転機に流れる電流が過大となる事態を回避できる。つまり、3相回転機、インバータ等における異常な発熱を回避できる。この点で、リミッタは、信頼性の高い回転機制御装置の実現に寄与するといえる。   The output of the limiter does not become an extremely small value or an extremely large value. For this reason, according to the limiter, it is possible to avoid a situation in which the current flowing through the three-phase rotating machine becomes excessive. That is, abnormal heat generation in a three-phase rotating machine, an inverter, or the like can be avoided. In this respect, it can be said that the limiter contributes to the realization of a highly reliable rotating machine control device.

本開示の第8態様は、第7態様に加え、
前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記3相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第2制御モードにおいて、前記参照トルクが前記リミッタに入力され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記リミッタの出力が前記指令トルクとして用いられ、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。
The eighth aspect of the present disclosure includes, in addition to the seventh aspect,
The rotating machine control device includes a reference torque specifying unit and a command amplitude specifying unit,
The reference torque specifying unit specifies the reference torque that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine follows the command speed,
In the second control mode, the reference torque is input to the limiter,
In both the first control mode and the second control mode, the output of the limiter is used as the command torque, and the first movement is performed by feedback control that brings the difference between the command torque and the estimated torque close to zero. The quantity is identified,
In both the first control mode and the second control mode, the command amplitude specifying unit uses the command torque to specify a command amplitude that is an amplitude of the command magnetic flux vector, and the command magnetic flux specifying unit includes the command amplitude. A rotating machine control device that specifies the command magnetic flux vector using the above is provided.

第8態様では、第1制御モードにおいて、第7態様の第2差分と同じ値をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。従って、第1制御モードにおいて、第2差分を容易にゼロに近づけることができ、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第8態様では、第2制御モードにおいて、指令トルクと推定されたトルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。   In the eighth mode, in the first control mode, feedback control is performed to bring the same value as the second difference of the seventh mode close to zero. Therefore, in the first control mode, the second difference can be easily brought close to zero, and the estimated vibration component of the torque can be easily brought close to zero. In the eighth mode, feedback control is performed in the second control mode so that the difference between the command torque and the estimated torque approaches zero. In this way, the difference between the command torque and the estimated torque can be easily brought close to zero.

第8態様では、第1制御モード及び第2制御モードの両方において、リミッタの出力を用いた制御が行われる。上述のように、リミッタの出力は、極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。第8態様では、第1制御モード及び第2制御モードの両方において、そのようなリミッタの出力を用いて指令磁束ベクトルの振幅(指令振幅)を特定する。このようにすれば、指令振幅が極端に小さくなったり大きくなったりすることが防止される。つまり、安定した指令磁束ベクトルが生成され、その安定した指令磁束ベクトルに一次磁束ベクトルが追従する。このため、トルク等、3相回転機の種々の物理量が全体的に安定する。このような安定性により、第1制御モードと第2制御モードの切換時におけるトルク変動も緩和される。また、トルクの低周波成分も参照トルクもトルクに関連するものであり、両制御モードにおいて、そのトルク関連情報がリミッタに入力され、リミッタの出力が指令トルクとして用いられ、指令トルクから指令振幅が特定される。つまり、第8態様では、両制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。この高い共通性も、制御モード切換時のトルク変動緩和に有利である。   In the eighth aspect, control using the output of the limiter is performed in both the first control mode and the second control mode. As described above, the output of the limiter does not become an extremely small value or an extremely large value. In the eighth aspect, in both the first control mode and the second control mode, the amplitude of the command magnetic flux vector (command amplitude) is specified using the output of such a limiter. This prevents the command amplitude from becoming extremely small or large. That is, a stable command magnetic flux vector is generated, and the primary magnetic flux vector follows the stable command magnetic flux vector. For this reason, various physical quantities of the three-phase rotating machine such as torque are stabilized as a whole. Such stability also reduces torque fluctuations when switching between the first control mode and the second control mode. Further, the low frequency component of the torque and the reference torque are both related to the torque. In both control modes, the torque related information is input to the limiter, the output of the limiter is used as the command torque, and the command amplitude is calculated from the command torque. Identified. That is, in the eighth aspect, the common method of specifying the command amplitude in both control modes is high. This high commonality is also advantageous in reducing torque fluctuations when switching control modes.

なお、第7及び第8態様の第1制御モード及び第2制御モードにおいてリミッタへの入力が下限値よりも大きく上限値よりも小さい場合には、第7及び第8態様により、第5及び第6態様と同様の効果を得ることができる。   When the input to the limiter is larger than the lower limit value and smaller than the upper limit value in the first control mode and the second control mode of the seventh and eighth modes, the fifth and fifth modes are performed according to the seventh and eighth modes. The same effect as in the sixth aspect can be obtained.

本開示の第9態様は、
3相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記3相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御方法であって、
前記回転機制御方法は、前記3相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第2制御モードと、前記第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御方法は、
前記一次磁束ベクトルと、前記3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記3相回転機のトルクを推定するトルク推定ステップと、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定ステップと、
前記3相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第1制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第2制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、前記積と前記第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する移動量特定ステップと、
推定された前記位相と、前記第2移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定ステップと、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定ステップと、を備えた、回転機制御方法を提供する。
The ninth aspect of the present disclosure is:
A rotating machine control method for applying a voltage vector to the three-phase rotating machine using an inverter so that a primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine follows the command magnetic flux vector,
The rotating machine control method can switch between a second control mode in which the torque of the three-phase rotating machine follows the command torque and a first control mode different from the second control mode,
The rotating machine control method includes:
A torque estimation step of estimating a torque of the three-phase rotating machine using the primary magnetic flux vector and a current vector of the three-phase rotating machine;
A phase estimating step for estimating a phase of the primary magnetic flux vector;
The product of the command speed of the three-phase rotating machine and the cycle of the control cycle is calculated, and the estimated vibration component of the torque is approximated to zero in the first control mode, and the command in the second control mode. By identifying a first movement amount that approximates the difference between the torque and the estimated torque to zero, and summing the product and the first movement amount, the phase of the primary magnetic flux vector is determined in one control cycle. A movement amount specifying step for specifying a second movement amount to be moved;
A command phase specifying step of specifying a command phase that is a phase of the command magnetic flux vector using the estimated phase and the second movement amount;
There is provided a rotating machine control method comprising: a command magnetic flux specifying step for specifying the command magnetic flux vector using the command phase.

第9態様によれば、第1態様の効果と同じ効果を得ることができる。   According to the ninth aspect, the same effect as that of the first aspect can be obtained.

回転機制御装置の技術は、回転機制御方法に適用できる。回転機制御方法の技術は、回転機制御装置に適用できる。   The technology of the rotating machine control device can be applied to a rotating machine control method. The technology of the rotating machine control method can be applied to the rotating machine control device.

本開示の第10態様は、第9態様の回転機制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。   A tenth aspect of the present disclosure provides a computer program including instructions for executing the rotating machine control method of the ninth aspect.

本開示の第11態様は、第10態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリを提供する。   An eleventh aspect of the present disclosure provides a computer-readable memory storing the computer program according to the tenth aspect.

本開示の第12態様は、第10態様のコンピュータプログラムを実行するプロセッサを提供する。   A twelfth aspect of the present disclosure provides a processor that executes the computer program of the tenth aspect.

本開示の第13態様は、
第10態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリと、
前記コンピュータプログラムを実行するプロセッサと、を備えた制御システムを提供する。
The thirteenth aspect of the present disclosure includes
A computer-readable memory storing the computer program of the tenth aspect;
A control system comprising a processor for executing the computer program is provided.

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail based on the drawings.

図1に示すように、本開示の回転機制御装置100(,200a,200b)は、第1電流センサ105a、第2電流センサ105b、回転機制御部101(,201a,201b)及びデューティ生成部103を含んでいる。回転機制御装置100は、PWMインバータ(PWM方式で電力変換を行う電力変換回路)104及び3相回転機102に接続され得る。   As illustrated in FIG. 1, the rotating machine control device 100 (, 200a, 200b) of the present disclosure includes a first current sensor 105a, a second current sensor 105b, a rotating machine control unit 101 (, 201a, 201b), and a duty generation unit. 103 is included. The rotating machine control device 100 can be connected to a PWM inverter (a power conversion circuit that performs power conversion by a PWM method) 104 and a three-phase rotating machine 102.

回転機制御部101は、3相回転機102を所望の指令速度で駆動させるための構成を有している。また、回転機制御部101は、3相回転機102の速度・位置センサレス運転を実行するように構成されている。速度・位置センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。本実施形態のセンサレス運転では、3相回転機102の磁束ベクトルを推定する。そして、推定された磁束ベクトルの位相を用いて磁束ベクトルを制御する。磁束ベクトルは、3相回転機102に印加されている3相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。同様に、電流ベクトルは、3相回転機102を流れている3相交流座標上の電流ベクトルと、この電流ベクトルを座標変換することにより得た電流ベクトルの両方を含む概念である。同様に、電圧ベクトルは、3相回転機102に印加されている3相交流座標上の電圧ベクトルと、この電圧ベクトルを座標変換することにより得た電圧ベクトルの両方を含む概念である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ(絶対値)を指す場合がある。   The rotating machine control unit 101 has a configuration for driving the three-phase rotating machine 102 at a desired command speed. The rotating machine control unit 101 is configured to execute speed / position sensorless operation of the three-phase rotating machine 102. The speed / position sensorless operation is an operation that does not use a position sensor such as an encoder or a resolver. In the sensorless operation of the present embodiment, the magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 is estimated. Then, the magnetic flux vector is controlled using the estimated phase of the magnetic flux vector. The magnetic flux vector is a concept including both the armature linkage magnetic flux on the three-phase AC coordinate applied to the three-phase rotating machine 102 and the magnetic flux obtained by coordinate conversion of this armature linkage flux. Similarly, the current vector is a concept including both a current vector on a three-phase AC coordinate flowing through the three-phase rotating machine 102 and a current vector obtained by coordinate conversion of the current vector. Similarly, the voltage vector is a concept including both a voltage vector on a three-phase AC coordinate applied to the three-phase rotating machine 102 and a voltage vector obtained by coordinate conversion of the voltage vector. In this specification, “amplitude” may simply refer to magnitude (absolute value).

回転機制御装置100の一部又は全部の要素は、DSP(Digital Signal Processor)又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。DSP又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、A/D変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、回転機制御装置100の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。   Some or all elements of the rotating machine control device 100 may be provided by a control application executed in a DSP (Digital Signal Processor) or a microcomputer. The DSP or microcomputer may include peripheral devices such as a core, a memory, an A / D conversion circuit, and a communication port. Further, some or all of the elements of the rotating machine control device 100 may be configured by a logic circuit.

(回転機制御装置100を用いた制御の概要)
図1を参照しながら、回転機制御装置100を用いた制御の概要を説明する。電流センサ105a,105bによって、相電流iu,iwが検出される。相電流iu,iwは、U相電流iu及びW相電流iwをまとめて記載したものである。U相電流iu及びW相電流iwは、それぞれ検出された電流ベクトルiaのU相成分及びW相成分である。回転機制御部101によって、指令速度ωref *及び相電流iu,iwから、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *が特定される。指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *の各成分は、それぞれ3相交流座標上のU相電圧、V相電圧及びW相電圧に対応する。デューティ生成部103によって、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *から、デューティDu,Dv,Dwが生成される。PWMインバータ104によって、デューティDu,Dv,Dwから、3相回転機102に印加するべき電圧ベクトルvu,vv,vwが生成される。指令速度ωref *は、上位制御装置から回転機制御装置100に与えられる。指令速度ωref *は、3相回転機102の回転速度が追従するべき回転速度(単位:rad/秒)を表す。このような制御により、3相回転機102は、回転速度が指令速度ωref *に追従するように制御される。
(Outline of control using the rotating machine control device 100)
An outline of control using the rotating machine control device 100 will be described with reference to FIG. The phase currents i u and i w are detected by the current sensors 105a and 105b. The phase currents i u and i w collectively describe the U-phase current i u and the W-phase current i w . U-phase current i u and the W-phase current i w is the U-phase component and a W-phase component of the current vector i a respectively detected. The rotating machine control unit 101 specifies command voltage vectors v u * , v v * , v w * from the command speed ω ref * and the phase currents i u , i w . Each component of the command voltage vectors v u * , v v * , v w * corresponds to a U-phase voltage, a V-phase voltage, and a W-phase voltage on a three-phase AC coordinate, respectively. The duty generation unit 103, the command voltage vector v u *, v v *, the v w *, the duty D u, D v, D w is generated. The PWM inverter 104 generates voltage vectors v u , v v , v w to be applied to the three-phase rotating machine 102 from the duties D u , D v , D w . The command speed ω ref * is given to the rotating machine control device 100 from the host control device. The command speed ω ref * represents the rotation speed (unit: rad / sec) that the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 should follow. By such control, the three-phase rotating machine 102 is controlled such that the rotation speed follows the command speed ω ref * .

指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *は、逐次更新される。本明細書では、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *が更新されてから次に更新されるまでのサイクルを「制御サイクル」と称する。本実施形態では、制御サイクル毎に、指令トルク及び指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *が特定される。特定された指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *は、次の制御サイクルにおいて3相回転機102に印加される電圧ベクトルvu,vv,vwを規定する。本実施形態の各制御サイクルは、周期Tsを有する。 The command voltage vectors v u * , v v * , v w * are updated sequentially. In the present specification, a cycle from the update of the command voltage vectors v u * , v v * , v w * to the next update is referred to as a “control cycle”. In the present embodiment, the command torque and the command voltage vectors v u * , v v * , v w * are specified for each control cycle. The specified command voltage vectors v u * , v v * , v w * define the voltage vectors v u , v v , v w applied to the three-phase rotating machine 102 in the next control cycle. Each control cycle of the present embodiment has a period T s .

図2Aに示すdq座標系は、回転座標系である。d軸及びq軸は、回転子磁束ベクトル(二次磁束ベクトル)の回転速度(角速度)と同じ速度で回転する。反時計回り方向が、位相の進み方向である。d軸は、回転子磁束ベクトルの方向に延びる軸として設定されている。q軸は、d軸を進み方向に90度回転させた軸として設定されている。U軸は、U相巻線に対応する。V軸は、V相巻線に対応する。W軸は、W相巻線に対応する。U軸、V軸及びW軸は、回転子が回転しても、回転しない。つまり、U軸、V軸及びW軸は、固定軸である。   The dq coordinate system shown in FIG. 2A is a rotating coordinate system. The d-axis and the q-axis rotate at the same speed as the rotational speed (angular speed) of the rotor magnetic flux vector (secondary magnetic flux vector). The counterclockwise direction is the phase advance direction. The d-axis is set as an axis extending in the direction of the rotor magnetic flux vector. The q-axis is set as an axis obtained by rotating the d-axis by 90 degrees in the advance direction. The U axis corresponds to the U phase winding. The V axis corresponds to the V phase winding. The W axis corresponds to the W phase winding. The U-axis, V-axis, and W-axis do not rotate even when the rotor rotates. That is, the U axis, the V axis, and the W axis are fixed axes.

回転子速度ω2nは、回転子の速度を表す(図示していない)。二次磁束回転速度ω2fは、二次磁束ベクトルの回転速度を表す。誘導機のような非同期機の場合は回転子速度(回転子の速度)ω2nと二次磁束の回転速度ω2fの間には差があり、この差はすべり角速度ωsと呼ばれる。本明細書では、特に断りが無い限り、角度は電気角を意味する。d軸とq軸との間の角度、角度θ、回転子角速度ω2n及び二次磁束回転速度ω2fは、電気角に基づいた値である。回転子速度ω2n及び二次磁束回転速度ω2fの単位はrad/秒である。 The rotor speed ω 2n represents the speed of the rotor (not shown). The secondary magnetic flux rotational speed ω 2f represents the rotational speed of the secondary magnetic flux vector. In the case of an asynchronous machine such as an induction machine, there is a difference between the rotor speed (rotor speed) ω 2n and the secondary magnetic flux speed ω 2f , and this difference is called the slip angular speed ω s . In this specification, unless otherwise specified, an angle means an electrical angle. The angle between the d-axis and the q-axis, the angle θ, the rotor angular velocity ω 2n, and the secondary magnetic flux rotational velocity ω 2f are values based on the electrical angle. The unit of the rotor speed ω 2n and the secondary magnetic flux rotation speed ω 2f is rad / sec.

図2Bに示すαβ座標系は、固定座標系である。α軸及びβ軸は、固定軸である。反時計回り方向が、位相の進み方向である。α軸は、U軸と同一方向に延びる軸として設定されている。β軸は、α軸を進み方向に90度回転させた軸として設定されている。   The αβ coordinate system shown in FIG. 2B is a fixed coordinate system. The α axis and the β axis are fixed axes. The counterclockwise direction is the phase advance direction. The α axis is set as an axis extending in the same direction as the U axis. The β axis is set as an axis obtained by rotating the α axis by 90 degrees in the advance direction.

(実施形態1)
(回転機制御部101について)
図3に示すように、回転機制御部101は、u,w/α,β変換部(3相2相座標変換部)106、指令電圧特定部107、磁束推定部108、トルク推定部109、速度・位相推定部110、参照トルク特定部121、指令振幅特定部122、移動量特定部111、指令位相特定部127、指令磁束特定部112、α軸磁束偏差特定部113a、β軸磁束偏差特定部113b及びα,β/u,v,w変換部(2相3相座標変換部)114を含んでいる。
(Embodiment 1)
(About the rotating machine control unit 101)
As shown in FIG. 3, the rotating machine control unit 101 includes a u, w / α, β conversion unit (three-phase two-phase coordinate conversion unit) 106, a command voltage identification unit 107, a magnetic flux estimation unit 108, a torque estimation unit 109, Speed / phase estimation unit 110, reference torque specifying unit 121, command amplitude specifying unit 122, movement amount specifying unit 111, command phase specifying unit 127, command magnetic flux specifying unit 112, α-axis magnetic flux deviation specifying unit 113a, β-axis magnetic flux deviation specifying Part 113b and α, β / u, v, w converter (two-phase three-phase coordinate converter) 114.

回転機制御部101では、u,w/α,β変換部106によって、相電流iu,iwが、軸電流iα,iβに変換される。軸電流iα,iβは、3相回転機102のα−β座標上におけるα軸電流iα及びβ軸電流iβをまとめて記載したものである。相電流iu,iw及び軸電流iα,iβは電流ベクトルであるので、相電流iu,iw及び軸電流iα,iβをそれぞれ電流ベクトルiu,iw及び電流ベクトルiα,iβと称することができる。磁束推定部108によって、指令軸電圧vα *,vβ *及び軸電流iα,iβから、3相回転機102の一次磁束ベクトルが推定される(推定一次磁束ψsが特定される)。推定一次磁束ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定一次磁束ψα及び推定一次磁束ψβと記載する。推定一次磁束ψsの振幅を|ψs|と記載する。軸指令電圧vα *,vβ *は、次の制御サイクルにおいて回転機に印加される電圧ベクトルを規定するものである。速度・位相推定部110によって、推定一次磁束ψα,ψβから、3相回転機102の一次磁束ベクトルの位相と、一次磁束の回転速度が推定される(推定位相θsと推定一次磁束速度ω1fが特定される)。図3の例では、一次磁束の回転速度と回転子の回転速度は同じである。つまり、速度・位相推定部110によって、推定回転子速度ω2nが特定される。トルク推定部109によって、推定一次磁束ψα,ψβ及び軸電流iα,iβから、3相回転機102のトルクが推定される(推定トルクTeが特定される)。参照トルク特定部121によって、推定回転子速度ω2nが指令速度ωref *に一致するように、参照トルクTrefが特定される。移動量特定部111によって、参照トルクTref、指令速度ωref *及び推定トルクTeから、第2移動量Δθsが特定される。指令振幅特定部122によって、参照トルクTrefから指令振幅|ψs *|が特定される。指令位相特定部127によって、第2移動量Δθs及び推定位相θsから、指令位相θs *が特定される。指令磁束特定部112によって、指令位相θs *及び指令振幅|ψs *|から、指令磁束ベクトルψs *が特定される。指令磁束ベクトルψs *のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束ψα *及びβ軸指令磁束ψβ *と記載する。α軸磁束偏差特定部113aによって、α軸指令磁束ψα *と推定一次磁束ψαとの偏差(磁束偏差Δψα=ψα *−ψα)が求められる。β軸磁束偏差特定部113bによって、β軸指令磁束ψβ *と推定一次磁束ψβとの偏差(磁束偏差Δψβ=ψβ *−ψβ)が求められる。指令電圧特定部107によって、磁束偏差Δψα,Δψβ及び軸電流iα,iβから、指令軸電圧vα *,vβ *が特定される。指令軸電圧vα *,vβ *は、3相回転機102のα−β座標上におけるα軸指令電圧vα *及びβ軸指令電圧vβ *をまとめて記載したものである。指令軸電圧vα *,vβ *は電圧ベクトルであるので、指令軸電圧vα *,vβ *を指令電圧ベクトルvα *,vβ *と称することができる。α,β/u,v,w変換部114によって、指令軸電圧vα *,vβ *が、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *に変換される。なお、本実施形態では、後述の第1制御モードにおいては、参照トルク特定部121および指令振幅特定部122では機能せず、移動量特定部111において参照トルクTrefは用いられない。 In the rotating machine control unit 101, the phase currents i u and i w are converted into axial currents i α and i β by the u, w / α, β conversion unit 106. The axial currents i α and i β are collectively described as the α-axis current i α and the β-axis current i β on the α-β coordinate of the three-phase rotating machine 102. Since the phase currents i u and i w and the shaft currents i α and i β are current vectors, the phase currents i u and i w and the shaft currents i α and i β are respectively converted into the current vectors i u and i w and the current vector i. α and i β can be referred to. The magnetic flux estimation unit 108 estimates the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 from the command shaft voltages v α * , v β * and the shaft currents i α , i β (the estimated primary magnetic flux ψ s is specified). . Estimated to as primary magnetic flux [psi respectively estimated primary flux of alpha-axis component and beta-axis component of s [psi alpha and estimated primary flux [psi beta. The amplitude of the estimated primary magnetic flux ψ s is described as | ψ s |. The shaft command voltages v α * and v β * define a voltage vector applied to the rotating machine in the next control cycle. The speed / phase estimation unit 110 estimates the phase of the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 and the rotational speed of the primary magnetic flux from the estimated primary magnetic fluxes ψ α and ψ β (the estimated phase θ s and the estimated primary magnetic flux velocity). ω 1f is specified). In the example of FIG. 3, the rotational speed of the primary magnetic flux and the rotational speed of the rotor are the same. That is, the estimated rotor speed ω 2n is specified by the speed / phase estimation unit 110. The torque estimation unit 109 estimates the torque of the three-phase rotating machine 102 from the estimated primary magnetic fluxes ψ α , ψ β and the shaft currents i α , i β (the estimated torque Te is specified). The reference torque specifying unit 121 specifies the reference torque T ref so that the estimated rotor speed ω 2n matches the command speed ω ref * . By the movement amount determination section 111, the reference torque T ref, the command velocity omega ref * and the estimated torque T e, the second movement amount [Delta] [theta] s are identified. The command amplitude specifying unit 122 specifies the command amplitude | ψ s * | from the reference torque T ref . The command phase identification unit 127 identifies the command phase θ s * from the second movement amount Δθ s and the estimated phase θ s . The command magnetic flux specifying unit 112 specifies the command magnetic flux vector ψ s * from the command phase θ s * and the command amplitude | ψ s * |. The α-axis component and β-axis component of the command magnetic flux vector ψ s * are described as α-axis command magnetic flux ψ α * and β-axis command magnetic flux ψ β * , respectively. The deviation (flux deviation Δψ α = ψ α * −ψ α ) between the α-axis command magnetic flux ψ α * and the estimated primary magnetic flux ψ α is obtained by the α-axis magnetic flux deviation specifying unit 113a. the beta-axis magnetic flux deviation particular portion 113b, beta axis command flux [psi beta * and the estimated primary flux [psi beta and deviation (the magnetic flux deviation Δψ β = ψ β * -ψ β ) is obtained. The command voltage specifying unit 107 specifies the command shaft voltages v α * and v β * from the magnetic flux deviations Δψ α and Δψ β and the shaft currents i α and i β . The command axis voltages v α * and v β * are a summary of the α axis command voltage v α * and the β axis command voltage v β * on the α-β coordinate of the three-phase rotating machine 102. Since the command axis voltages v α * and v β * are voltage vectors, the command axis voltages v α * and v β * can be referred to as command voltage vectors v α * and v β * . The α, β / u, v, w conversion unit 114 converts the command axis voltages v α * , v β * into command voltage vectors v u * , v v * , v w * . In this embodiment, in the first control mode described later, the reference torque specifying unit 121 and the command amplitude specifying unit 122 do not function, and the movement amount specifying unit 111 does not use the reference torque T ref .

このような制御(フィードバック制御)により、3相回転機102の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψs *に追従する(3相回転機102の一次磁束ベクトルの振幅が指令振幅|ψs *|に追従する)ように、PWMインバータ104を介して3相回転機102に電圧ベクトルが印加される。 By such control (feedback control), the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 follows the command magnetic flux vector ψ s * (the amplitude of the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 becomes the command amplitude | ψ s * | The voltage vector is applied to the three-phase rotating machine 102 via the PWM inverter 104.

本明細書では、軸電流iα,iβは、実際に3相回転機102を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。指令軸電圧vα *,vβ *、推定一次磁束ψs(磁束ψα,ψβ)、推定位相θs、推定トルクTe、参照トルクTref、指令トルクTe *、指令速度ωref *、指令位相θs *、指令振幅|ψs *|、指令磁束ベクトルψs *、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *等も同様である。 In the present specification, the shaft currents i α and i β mean current values transmitted as information, not currents actually flowing through the three-phase rotating machine 102. Command shaft voltage v α * , v β * , estimated primary magnetic flux ψ s (magnetic flux ψ α , ψ β ), estimated phase θ s , estimated torque T e , reference torque T ref , command torque T e * , command speed ω ref The same applies to * , command phase θ s * , command amplitude | ψ s * |, command magnetic flux vector ψ s * , command voltage vectors v u * , v v * , v w *, and the like.

本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。   Each component regarding control of this embodiment is explained below.

(第1電流センサ105a、第2電流センサ105b)
第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bは、3相回転機102の相電流(電流ベクトル)iu,iwを検出する。図1に示す第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第1電流センサ105aは、u相を流れる相電流iuを測定するように設けられている。第2電流センサ105bは、w相を流れる相電流iwを測定するように設けられている。ただし、第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bは、u相及びw相の2相以外の組み合わせの2相の電流を測定するように設けられていてもよい。以下では、第1電流センサ105a及び第2電流センサ105bの組み合わせを電流検出部と称することがある。電流検出部は、電流ベクトルiaを検出する。
(First current sensor 105a, second current sensor 105b)
The first current sensor 105a and the second current sensor 105b detect phase currents (current vectors) i u and i w of the three-phase rotating machine 102. As the first current sensor 105a and the second current sensor 105b shown in FIG. 1, known current sensors can be used. In the present embodiment, the first current sensor 105a is provided to measure the phase current i u flowing through the u phase. The second current sensor 105b is provided to measure the phase current i w flowing through the w phase. However, the first current sensor 105a and the second current sensor 105b may be provided so as to measure a two-phase current of a combination other than the u-phase and w-phase two phases. Hereinafter, the combination of the first current sensor 105a and the second current sensor 105b may be referred to as a current detection unit. Current detector detects a current vector i a.

(u,w/α,β変換部106)
図3に示すu,w/α,β変換部106は、相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換する。具体的に、u,w/α,β変換部106は、式(1−1)及び(1−2)により、相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換して、軸電流iα,iβを出力する。
(U, w / α, β converter 106)
The u, w / α, β converter 106 shown in FIG. 3 converts the phase currents i u , i w into axial currents i α , i β . Specifically, the u, w / α, β conversion unit 106 converts the phase currents i u , i w into axial currents i α , i β according to equations (1-1) and (1-2), The shaft currents i α and i β are output.

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
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(磁束推定部108)
磁束推定部108は、前の制御サイクルにおいて特定された指令軸電圧(指令電圧ベクトル)vα *,vβ *を用いて、現在の制御サイクルにおける3相回転機102の一次磁束ベクトルを推定する(推定一次磁束ψsを特定する)。具体的には、磁束推定部108は、軸電流iα,iβ及び指令軸電圧vα *,vβ *から、推定一次磁束ψs(推定一次磁束ψα,ψβ)を求める。より具体的には、磁束推定部108は、式(1−3)、(1−4)及び(1−5)を用いて、推定一次磁束ψα,ψβ、及び推定一次磁束ψsの振幅|ψs|を求める。式(1−3)及び(1−4)におけるψα|t=0、ψβ|t=0は、それぞれ推定一次磁束ψα,ψβの初期値である。式(1−3)及び(1−4)におけるRaは、3相回転機102の固定子抵抗である。本実施形態では、式(1−3)及び(1−4)における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されている。
(Magnetic flux estimation unit 108)
The magnetic flux estimation unit 108 estimates the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine 102 in the current control cycle using the command shaft voltages (command voltage vectors) v α * and v β * specified in the previous control cycle. (The estimated primary magnetic flux ψ s is specified). Specifically, the magnetic flux estimation unit 108 obtains an estimated primary magnetic flux ψ s (estimated primary magnetic flux ψ α , ψ β ) from the shaft currents i α and i β and the command shaft voltages v α * and v β * . More specifically, the magnetic flux estimation unit 108 uses the equations (1-3), (1-4), and (1-5) to calculate the estimated primary magnetic fluxes ψ α and ψ β and the estimated primary magnetic flux ψ s . Determine the amplitude | ψ s |. Equation (1-3) and (1-4) in ψ α | t = 0, ψ β | t = 0 , respectively estimated primary flux [psi alpha, which is the initial value of [psi beta. R a in the expressions (1-3) and (1-4) is a stator resistance of the three-phase rotating machine 102. In the present embodiment, the integrator required for the calculations in equations (1-3) and (1-4) is configured as a discrete system.

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
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推定一次磁束ψsの特定の際に、指令電圧ベクトル(指令軸電圧vαβ *)に代えて、検出された3相回転機102の電圧ベクトル(2相電圧vαβ)を用いることもできる。すなわち、式(1−3)の「vα *」を「vα」に置き換え、式(1−4)の「vβ *」を「vβ」に置き換えることができる。具体的には、磁束推定部108は、3相回転機102に印加されている電圧ベクトルの検出値を3相2相変換させて得た2相電圧(2相電圧vαβ)を用いて推定一次磁束ψsを特定するものであってもよい。 When the estimated primary magnetic flux ψ s is specified, the detected voltage vector (two-phase voltage v αβ ) of the three-phase rotating machine 102 can be used instead of the command voltage vector (command shaft voltage v αβ * ). That is, “v α * ” in equation (1-3) can be replaced with “v α ”, and “v β * ” in equation (1-4) can be replaced with “v β ”. Specifically, the magnetic flux estimation unit 108 performs estimation using a two-phase voltage (two-phase voltage v αβ ) obtained by three-phase to two-phase conversion of a detected voltage vector applied to the three-phase rotating machine 102. The primary magnetic flux ψ s may be specified.

(トルク推定部109)
トルク推定部109は、検出された電流ベクトルia(軸電流iα,iβ)と、現在の制御サイクルにおいて推定された一次磁束ベクトルである推定一次磁束ψα,ψβとから、現在の制御サイクルにおけるトルクを推定する(推定トルクTeを特定する)。具体的には、トルク推定部109は、式(1−6)を用いて、推定トルクTeを求める。式(1−6)におけるNpは、3相回転機102の極対数である。
(Torque estimation unit 109)
The torque estimation unit 109 calculates the current current value i a (axis current i α , i β ) and the estimated primary magnetic flux vectors ψ α and ψ β that are the primary magnetic flux vectors estimated in the current control cycle from the current The torque in the control cycle is estimated (estimated torque Te is specified). Specifically, the torque estimation unit 109, using Equation (1-6), obtaining the estimated torque T e. N p in Expression (1-6) is the number of pole pairs of the three-phase rotating machine 102.

Figure 2018121394
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(速度・位相推定部110)
速度・位相推定部110は、推定一次磁束ψs(推定一次磁束ψα,ψβ)から一次磁束ベクトルの位相を推定する(推定位相θsを特定する)。具体的に、速度・位相推定部110は、式(1−7)により、推定位相θsを求める。また、速度・位相推定部110は、現在の制御サイクルにおいて求めた推定位相θs(n)と、前回の制御サイクルにおいて求めた推定位相θs(n−1)とを用いて、式(1−8)により、3相回転機102の一次磁束の角速度ω1fすなわち回転子の角速度(回転子速度)ω2nを推定する。本実施形態の3相回転機102は、後述のように同期回転機であるため、一次磁束の角速度ω1fと回転子の角速度ω2nは一致する。速度・位相推定部110は、公知の速度・位相推定器である。ここで、Tsは各制御サイクルの周期(制御周期)を意味する。nは、n番目の制御サイクルであることを示す。nは整数である。
(Velocity / phase estimation unit 110)
The speed / phase estimation unit 110 estimates the phase of the primary magnetic flux vector (specifies the estimated phase θ s ) from the estimated primary magnetic flux ψ s (estimated primary magnetic flux ψ α , ψ β ). Specifically, the speed / phase estimation unit 110 obtains the estimated phase θ s by Expression (1-7). Further, the speed / phase estimation unit 110 uses the estimated phase θ s (n) obtained in the current control cycle and the estimated phase θ s (n−1) obtained in the previous control cycle, to obtain the equation (1). -8), the angular velocity ω 1f of the primary magnetic flux of the three-phase rotating machine 102, that is, the angular velocity (rotor velocity) ω 2n of the rotor is estimated. Since the three-phase rotating machine 102 of the present embodiment is a synchronous rotating machine as will be described later, the angular velocity ω 1f of the primary magnetic flux coincides with the angular velocity ω 2n of the rotor. The speed / phase estimation unit 110 is a known speed / phase estimator. Here, T s means the period of each control cycle (control period). n indicates the nth control cycle. n is an integer.

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
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3相回転機102が誘導機の場合、回転子の角速度ω2nは一次磁束の回転速度ω1fに対してすべり角速度ωs分ずれた角速度となる。このため、式(1−8)により回転子速度ω2nを求めることはできない。3相回転機102が誘導機である変形例では、式(1−8)の左辺と中辺の間の関係式を用いて求めた3相回転機102の一次磁束の回転速度ω1fと、正規化二次磁束ψ2nと、推定トルクTeとから、回転子の速度を推定する(回転子速度ω2nを特定する)。具体的には、式(1−9A)を用いて、すべり角速度ωsを求める。さらに、算出したすべり角速度ωsと一次磁束の回転速度ω1fから回転子速度ω2nを式(1−10)により求める。式(1−9A)におけるR2nは、3相誘導機102の正規化回転子抵抗である。Mは、相互インダクタンスである。R2は、回転子抵抗である。L2は、回転子インダクタンスである。なお、正規化二次磁束ψ2nは回転子磁束(二次磁束)ψ2のM/L2倍の値であり、正規化二次磁束ψ2nの回転速度は二次磁束ψ2の回転速度と同じである。式(1−9A)の導出方法は、例えば公知の文献(新中新二:「瞬時速度推定同伴の最小次元D因子磁束状態オブザーバを用いた誘導モータのセンサレスベクトル制御」、電気学会論文誌D、Vol.135、No.3、pp.299−307、(2015))に記載されている。正規化二次磁束ψ2nのノルムが一定の条件においては二次磁束(正規化二次磁束)の回転速度ω2fではなく一次磁束の回転速度ω1fを利用できることも上記公知の文献に記載のとおりである。正規化二次磁束ψ2nは、例えば、式(1−9B)を用いて求めることができる。式(1−9B)におけるl1taは、3相誘導機102の仮想電機子反作用磁束である。l1tは、固定子総合漏れインダクタンスである。仮想電機子反作用磁束l1ta及び固定子総合漏れインダクタンスの詳細については後述する。 When the three-phase rotating machine 102 is an induction machine, the angular velocity ω 2n of the rotor is an angular velocity shifted by the slip angular velocity ω s from the rotational velocity ω 1f of the primary magnetic flux. For this reason, the rotor speed ω 2n cannot be obtained from the equation (1-8). In the modification in which the three-phase rotating machine 102 is an induction machine, the rotational speed ω 1f of the primary magnetic flux of the three-phase rotating machine 102 obtained using the relational expression between the left side and the middle side of the formula (1-8), normalized rotor flux [psi 2n, from the estimated torque T e, for estimating the speed of the rotor (specifying the rotor speed omega 2n). Specifically, the slip angular velocity ω s is obtained using Expression (1-9A). Further, the rotor speed ω 2n is obtained from the calculated slip angular speed ω s and the primary magnetic flux rotational speed ω 1f by the equation (1-10). R 2n in the formula (1-9A) is a normalized rotor resistance of the three-phase induction machine 102. M is a mutual inductance. R 2 is the rotor resistance. L 2 is the rotor inductance. Note that the normalized secondary magnetic flux ψ 2n is M / L 2 times the rotor magnetic flux (secondary magnetic flux) ψ 2 , and the rotational speed of the normalized secondary magnetic flux ψ 2n is the rotational speed of the secondary magnetic flux ψ 2 . Is the same. The derivation method of the formula (1-9A) is, for example, a known document (Shinji Shinnaka: “Sensorless vector control of an induction motor using a minimum-dimensional D-factor magnetic flux state observer accompanied by instantaneous speed estimation”, IEEJ Transaction D Vol.135, No.3, pp.299-307, (2015)). It is also described in the above-mentioned known literature that the rotation speed ω 1f of the primary magnetic flux can be used instead of the rotation speed ω 2f of the secondary magnetic flux (normalized secondary magnetic flux) under the condition that the norm of the normalized secondary magnetic flux ψ 2n is constant. It is as follows. The normalized secondary magnetic flux ψ 2n can be obtained using, for example, the formula (1-9B). L 1t i a in the formula (1-9B) is a virtual armature reaction magnetic flux of the three-phase induction machine 102. l 1t is the stator total leakage inductance. Will be described in detail later virtual armature reaction flux l 1t i a and the stator total leakage inductance.

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
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本実施形態では、速度・位相推定部110は、速度推定部(速度特定部)と位相推定部(位相特定部)とを含んでいる。これらは、組み合わされて単一の推定部を構成していてもよく別個独立に設けられていてもよい。   In the present embodiment, the speed / phase estimation unit 110 includes a speed estimation unit (speed identification unit) and a phase estimation unit (phase identification unit). These may be combined to form a single estimation unit, or may be provided separately.

(参照トルク特定部121)
参照トルク特定部121は、指令速度ωref *及び推定回転子速度ω2nから、参照トルクTrefを特定する。具体的に、参照トルク特定部121は、式(1−11)により、参照トルクTrefを求める。式(1−11)におけるKspは比例ゲインである。KsIは積分ゲインである。参照トルク特定部121は、公知のPI補償器である。本実施形態では、参照トルク特定部121は、後述の第2制御モードで動作し、第1制御モードでは動作しない。この点は、実施形態2及び3でも同様である。ただし、必要であれば、第1制御モードにおいて参照トルク特定部121を動作させてもよい。
(Reference torque specifying unit 121)
The reference torque specifying unit 121 specifies the reference torque T ref from the command speed ω ref * and the estimated rotor speed ω 2n . Specifically, the reference torque specifying unit 121 obtains the reference torque T ref according to the equation (1-11). K sp in equation (1-11) is a proportional gain. K sI is an integral gain. The reference torque specifying unit 121 is a known PI compensator. In the present embodiment, the reference torque specifying unit 121 operates in a second control mode described later and does not operate in the first control mode. This is the same in the second and third embodiments. However, if necessary, the reference torque specifying unit 121 may be operated in the first control mode.

Figure 2018121394
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(移動量特定部111)
移動量特定部111は、参照トルクTref、推定トルクTe及び指令速度ωref *から第2移動量Δθsを求める。第2移動量Δθsは、1制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき移動量である。図4に示すように、移動量特定部111は、トルク減算部141と、ハイパスフィルタ(HPF)142と、乗算部143と、切り換えスイッチ144と、PI補償器145と、乗算部146と、加算部147と、を有している。
(Movement amount specifying unit 111)
The movement amount specifying unit 111 obtains the second movement amount Δθ s from the reference torque T ref , the estimated torque Te and the command speed ω ref * . The second movement amount Δθ s is a movement amount that the phase of the primary magnetic flux vector should move in one control cycle. As illustrated in FIG. 4, the movement amount specifying unit 111 includes a torque subtracting unit 141, a high-pass filter (HPF) 142, a multiplying unit 143, a changeover switch 144, a PI compensator 145, a multiplying unit 146, and an addition Part 147.

移動量特定部111では、切り換えスイッチ144を切り換えることにより、第1制御モードと第2制御モードとを切り換えることができる。第1制御モードは、3相回転機102の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードである。第2制御モードは、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードである。第2制御モードにおいて、回転機制御装置102は、3相回転機102のトルクを指令トルクTe *(本実施形態では参照トルクTrefと同じである)に追従させる。 The movement amount specifying unit 111 can switch between the first control mode and the second control mode by switching the changeover switch 144. The first control mode is a control mode in which a decrease in control performance can be suppressed when the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 is low. The second control mode is a control mode that can ensure high responsiveness to torque when the rotational speed is high. In the second control mode, the rotating machine control device 102 causes the torque of the three-phase rotating machine 102 to follow the command torque Te * (which is the same as the reference torque Tref in this embodiment).

第1制御モードでは、HPF142が、推定トルクTeの高周波成分を抽出(特定)する。次に、乗算部143が、高周波成分の符合を反転させる。これにより、推定トルクTeの振動成分(トルクの変動分)ΔT1が得られる。HPF142及び乗算部143の動作は、式(1−12)によって表現される。式(1−12)におけるωcは遮断角周波数である。 In the first control mode, HPF142 extracts a high frequency component of the estimated torque T e (specific). Next, the multiplication unit 143 inverts the sign of the high frequency component. Thus, (variation in torque) vibration component of the estimated torque T e [Delta] T 1 is obtained. The operations of the HPF 142 and the multiplication unit 143 are expressed by Expression (1-12). In Expression (1-12), ω c is a cutoff angular frequency.

Figure 2018121394
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第1制御モードでは、次に、切り換えスイッチ144が、振動成分ΔT1を選択する。次に、PI補償器145が、式(1−13A)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。式(1−13A)におけるKθPは比例ゲインである。KθIは積分ゲインである。本実施形態では、式(1−13A)における演算のために必要となる積分器は、離散系で構成されている。式(1−13A)から理解されるように、PI補償器145は、自身への入力をゼロに近づける(具体的には収束させる)フィードバック制御を行うことによって第1移動量Δθを特定するフィードバック補償部として機能する(この点は、実施形態1の第2制御モード並びに実施形態2及び3の第1及び第2制御モードでも同様である)。第1制御モードでは、PI補償器145が行うフィードバック制御により、振動成分ΔT1がゼロに近づく。結果として、HPF142の出力もゼロに近づく。なお、実施形態2及び3においても、実施形態1同様、第1制御モードにおける第1移動量Δθは、推定トルクTeの振動成分をゼロに近づけるように生成される。 Next, in the first control mode, the changeover switch 144 selects the vibration component ΔT 1 . Next, the PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on the equation (1-13A). In the equation (1-13A), KθP is a proportional gain. K θI is an integral gain. In this embodiment, the integrator required for the calculation in Expression (1-13A) is configured as a discrete system. As can be understood from the equation (1-13A), the PI compensator 145 performs feedback control that makes the input to itself approach zero (specifically, converges), thereby specifying the first movement amount Δθ. It functions as a compensation unit (this is the same in the second control mode of the first embodiment and the first and second control modes of the second and third embodiments). In the first control mode, the vibration component ΔT 1 approaches zero by feedback control performed by the PI compensator 145. As a result, the output of HPF 142 also approaches zero. Also in the second and third embodiments, similar embodiment 1, the first movement amount Δθ in the first control mode is generated so as to approach the vibration component of the estimated torque T e to zero.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

第1制御モードでは、乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせる。これにより、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsが特定される。乗算部146及び加算部147の動作は、式(1−14)によって表現される。 In the first control mode, the multiplication unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 adds the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . Thus, the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s is specified. The operations of the multiplying unit 146 and the adding unit 147 are expressed by Expression (1-14).

Figure 2018121394
Figure 2018121394

このように、第1制御モードにおいて、移動量特定部111は、推定トルクTeにおける遮断角周波数ωcよりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける第1移動量Δθを特定する。そして、第1移動量Δθと積ωref *sとを合計することにより、第2移動量Δθsを特定する。 Thus, in a first control mode, the movement amount determination unit 111 determines a first movement amount Δθ to approximate the high-frequency component is a frequency component higher than the cutoff angular frequency omega c in the estimated torque T e to zero. Then, the second movement amount Δθ s is specified by summing the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s .

第2制御モードでは、トルク減算部141が、参照トルクTrefを指令トルクTe *として用い、指令トルクTe *から推定トルクTeを差し引くことによって、トルク偏差ΔT2(=Te *−Te)を特定する。次に、切り換えスイッチ144が、トルク偏差ΔT2を選択する。次に、PI補償器145が、式(1−13B)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。式(1−13B)から理解されるように、第2制御モードにおける第1移動量Δθは、指令トルクTe *(本実施形態では参照トルクTrefと同じである)と推定トルクTeとの差分をゼロに近づけるものである。 In the second control mode, the torque subtraction unit 141, using the reference torque T ref as the command torque T e *, by subtracting the estimated torque T e from the command torque T e *, the torque deviation [Delta] T 2 (= T e * - T e ) is specified. Next, the changeover switch 144 selects the torque deviation ΔT 2 . Next, the PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on the equation (1-13B). As it can be understood from formula (1-13B), the first movement amount Δθ in the second control mode, the command torque T e * (in the present embodiment is the same as the reference torque T ref) and the estimated torque T e Is close to zero.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

その後、第2制御モードでは、乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせることにより、第2移動量Δθsを得る。第2制御モードにおける乗算部146及び加算部147の動作も、上記の式(1−14)によって表現される。 Thereafter, in the second control mode, the multiplying unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 obtains the second movement amount Δθ s by adding the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . The operations of the multiplying unit 146 and the adding unit 147 in the second control mode are also expressed by the above equation (1-14).

本実施形態における制御モードの切換方法について、図5を用いて説明する。図5における左右に延びる2つの半直線のうち、下側の半直線が第1制御モードに対応し、上側の半直線が第2制御モードに対応する。図5に示すように、第1制御モードが選択された状態において、3相回転機102が加速して回転子速度ω2nがωth2以上になると、制御モードは第2制御モードに切り換わる。第2制御モードが選択された状態において、3相回転機102が減速して回転子速度ω2nがωth1以下になると、制御モードは第1制御モードに切り換わる。これらの切り換えは、切り換えスイッチ144が担う。 A control mode switching method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Of the two half lines extending in the left-right direction in FIG. 5, the lower half line corresponds to the first control mode, and the upper half line corresponds to the second control mode. As shown in FIG. 5, when the three-phase rotating machine 102 accelerates and the rotor speed ω 2n becomes equal to or higher than ω th2 in the state where the first control mode is selected, the control mode is switched to the second control mode. When the second control mode is selected, when the three-phase rotating machine 102 decelerates and the rotor speed ω 2n becomes equal to or less than ω th1 , the control mode is switched to the first control mode. These switches are performed by the switch 144.

3相回転機102の回転速度が低い領域では、回転子速度の推定精度を確保するのが難しい。参照トルクTrefは推定回転子速度ω2nに基づいて生成されるため、参照トルクTrefの精度を確保するのも難しい。この点、本実施形態では、回転速度が低いときに、第1制御モードを選択し、参照トルクTrefを用いずに第2移動量Δθsを特定する。これにより、3相回転機102の低速駆動時における安定性が確保される。一方、回転速度が高いときには、第2制御モードを選択し、参照トルクTrefを用いて第2移動量Δθsを特定する。これにより、トルクに対する高い応答性が確保される。 In the region where the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 is low, it is difficult to ensure the estimation accuracy of the rotor speed. Since the reference torque T ref is generated based on the estimated rotor speed ω 2n , it is difficult to ensure the accuracy of the reference torque T ref . In this regard, in the present embodiment, when the rotation speed is low, the first control mode is selected, and the second movement amount Δθ s is specified without using the reference torque T ref . Thereby, stability at the time of low-speed driving of the three-phase rotating machine 102 is ensured. On the other hand, when the rotational speed is high, the second control mode is selected, and the second movement amount Δθ s is specified using the reference torque T ref . Thereby, the high responsiveness with respect to a torque is ensured.

また、図5を用いた説明から理解されるように、3相回転機102の回転速度と制御モード切り換えのタイミングとの関係は、ヒステリシスループを構成する。このようなヒステリシスループによれば、制御モード切換時のチャタリングを防止することができる。   As can be understood from the description using FIG. 5, the relationship between the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 and the control mode switching timing constitutes a hysteresis loop. According to such a hysteresis loop, chattering at the time of control mode switching can be prevented.

なお、乗算部143による高周波成分の符合の反転は必須ではない。つまり、乗算部143を省略することもできる。この高周波成分自体が振動成分であると考えることもできる。この省略を行った場合であっても、適切な第2移動量Δθsが得られるように移動量特定部111を構成することは可能である。 Note that inversion of the sign of the high-frequency component by the multiplier 143 is not essential. That is, the multiplication unit 143 can be omitted. It can be considered that the high frequency component itself is a vibration component. Even when this omission is performed, it is possible to configure the movement amount specifying unit 111 such that an appropriate second movement amount Δθ s can be obtained.

(指令位相特定部127)
指令位相特定部127は、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθs及び推定位相θsから、指令位相θs *を特定する。指令位相θs *は、指令磁束ベクトルψs *の位相である。具体的には、指令位相特定部127は、式(1−15)により指令位相θs *を求める。
(Command phase specifying unit 127)
The command phase identification unit 127 identifies the command phase θ s * from the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s and the estimated phase θ s . The command phase θ s * is the phase of the command magnetic flux vector ψ s * . Specifically, the command phase specifying unit 127 obtains the command phase θ s * using the equation (1-15).

Figure 2018121394
Figure 2018121394

(指令振幅特定部122)
振幅指令生成部122は、参照トルクTrefを指令トルクTe *として用い、指令トルクTe *から指令振幅|ψs *|を特定することができるように構成されている。指令振幅|ψs *|は、指令磁束ベクトルψs *の振幅である。指令振幅特定部122は、ルックアップテーブル、計算式(近似式)が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、指令トルクTe *と指令振幅|ψs *|との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備することができる。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。指令振幅|ψs *|の具体的な特定方法は、公知の文献(武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、2001年10月25日発行、等)を参照することにより理解され得る。本実施形態では、最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク/電流制御(MTPA)を満たすトルクと磁束との関係を利用する。本実施形態における指令振幅特定部122は、磁束パラメータ|ψa|を用いて指令振幅|ψs *|を求める。磁束パラメータ|ψa|は、3相回転機(本実施形態では同期回転機)102における永久磁石が作る磁石磁束の振幅として与えられた定数である。
(Command amplitude specifying unit 122)
The amplitude command generator 122 is configured to use the reference torque T ref as the command torque T e * and to specify the command amplitude | ψ s * | from the command torque T e * . The command amplitude | ψ s * | is the amplitude of the command magnetic flux vector ψ s * . The command amplitude specifying unit 122 can be configured using a lookup table, an operator storing a calculation formula (approximation formula), or the like. When using a look-up table, a look-up table representing the correspondence between the command torque T e * and the command amplitude | ψ s * | can be prepared in advance. Calculation formulas for operators can also be prepared in advance. Such a lookup table and calculation formula can be set based on measurement data or theory performed in advance. The specific method of specifying the command amplitude | ψ s * | is known in the literature (Yoji Takeda, Shigeo Morimoto, Nobuyuki Matsui, Yukio Honda, “Design and Control of an Embedded Magnet Synchronous Motor”, Ohm Corporation, 2001. Reference is made to October 25, etc.). In this embodiment, the relationship between the torque and the magnetic flux satisfying the maximum torque / current control (MTPA) that can generate the maximum torque with the minimum current is used. The command amplitude specifying unit 122 in the present embodiment obtains the command amplitude | ψ s * | using the magnetic flux parameter | ψ a |. The magnetic flux parameter | ψ a | is a constant given as the amplitude of the magnetic flux generated by the permanent magnet in the three-phase rotating machine (synchronous rotating machine in this embodiment) 102.

実施形態1では、第2制御モードにおいて、指令振幅特定部122により指令振幅|ψs *|を特定する。第1制御モードにおいては、指令振幅特定部122を用いず指令振幅|ψs *|を得る。具体的に、第1制御モードにおいては、指令振幅|ψs *|として、固定値、又は、計算式を用いて得た値を用いる。ただし、必要であれば、実施形態1の第1制御モードにおいても、指令振幅特定部122により指令振幅|ψs *|を特定してもよい。 In the first embodiment, the command amplitude | ψ s * | is specified by the command amplitude specifying unit 122 in the second control mode. In the first control mode, the command amplitude | ψ s * | is obtained without using the command amplitude specifying unit 122. Specifically, in the first control mode, a fixed value or a value obtained using a calculation formula is used as the command amplitude | ψ s * |. However, if necessary, the command amplitude | ψ s * | may be specified by the command amplitude specifying unit 122 also in the first control mode of the first embodiment.

実施形態1の変形例では、第1制御モード及び第2制御モードの両方において、(i)同じ固定値が指令振幅|ψs *|として用いられる、又は(ii)同じ計算式を用いて得た値が指令振幅|ψs *|として用いられる。この変形例では、第1制御モード及び第2制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。このため、この変形例は、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。(ii)の計算式の例については、後述の「指令振幅|ψs *|を得るための計算式の例」の項目で説明する。この計算式は、第2制御モードにおいて指令振幅特定部122を用いる場合にも、第1制御モードの指令振幅|ψs *|の特定に使用可能である。 In the modification of the first embodiment, in both the first control mode and the second control mode, (i) the same fixed value is used as the command amplitude | ψ s * |, or (ii) obtained using the same calculation formula. Is used as the command amplitude | ψ s * |. In this modification, the common method of specifying the command amplitude in the first control mode and the second control mode is high. For this reason, this modification is advantageous from the viewpoint of torque fluctuation suppression at the time of control mode switching. An example of the calculation formula (ii) will be described in the item “Example of calculation formula for obtaining command amplitude | ψ s * |” described later. This calculation formula can also be used to specify the command amplitude | ψ s * | in the first control mode even when the command amplitude specifying unit 122 is used in the second control mode.

なお、後述の第2実施形態及び第3実施形態においては、第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令振幅特定部122により指令振幅|ψs *|を特定する。ただし、第2実施形態及び第3実施形態においても、第1制御モード及び/又は第2制御モードにおいて上述の固定値を用いたり計算式を用いてもよい。 In the second and third embodiments described later, the command amplitude | ψ s * | is specified by the command amplitude specifying unit 122 in both the first control mode and the second control mode. However, also in the second embodiment and the third embodiment, the above-mentioned fixed values or calculation formulas may be used in the first control mode and / or the second control mode.

(指令磁束特定部112)
指令磁束特定部112は、制御サイクル毎に、指令位相θs *及び指令振幅|ψs *|を用いて、指令磁束ベクトルψs *を特定する。特定された指令磁束ベクトルψs *は、次の制御サイクルにおいて3相回転機102に印加される一次磁束ベクトルを規定する。具体的に、式(1−16)及び(1−17)を用いて、指令磁束ベクトルψα *,ψβ *を求める。指令磁束ψα *は、指令磁束ベクトルψα *,ψβ *のα軸成分である。指令磁束ψβ *は、指令磁束ベクトルψα *,ψβ *のβ軸成分である。
(Command magnetic flux specifying unit 112)
The command magnetic flux specifying unit 112 specifies the command magnetic flux vector ψ s * using the command phase θ s * and the command amplitude | ψ s * | for each control cycle. The specified command magnetic flux vector ψ s * defines a primary magnetic flux vector applied to the three-phase rotating machine 102 in the next control cycle. Specifically, the command magnetic flux vectors ψ α * and ψ β * are obtained using equations (1-16) and (1-17). The command magnetic flux ψ α * is an α-axis component of the command magnetic flux vectors ψ α * and ψ β * . The command magnetic flux ψ β * is a β-axis component of the command magnetic flux vectors ψ α * , ψ β * .

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
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なお、指令振幅特定部122、指令位相特定部127及び指令磁束特定部112は、1つのまとまった演算部を構成していてもよい。   Note that the command amplitude specifying unit 122, the command phase specifying unit 127, and the command magnetic flux specifying unit 112 may constitute one united calculation unit.

(α軸磁束偏差特定部113a、β軸磁束偏差特定部113b)
α軸磁束偏差特定部113aは、指令磁束ψα *と推定一次磁束ψαを取得し、これらの偏差(磁束偏差Δψα:ψα *−ψα)を求める。β軸磁束偏差特定部113bは、指令磁束ψβ *と推定一次磁束ψβを取得し、これらの偏差(磁束偏差Δψβ:ψβ *−ψβ)を求める。磁束偏差特定部113a,113bとしては、公知の演算子を用いることができる。
(Α-axis magnetic flux deviation specifying unit 113a, β-axis magnetic flux deviation specifying unit 113b)
alpha -axis magnetic flux deviation identifying unit 113a acquires the command flux [psi alpha * and the estimated primary flux [psi alpha, these deviations (the magnetic flux deviation Δψ α: ψ α * -ψ α ) obtained. beta-axis magnetic flux deviation identifying unit 113b acquires the command flux [psi beta * and the estimated primary flux [psi beta, these deviations (the magnetic flux deviation Δψ β: ψ β * -ψ β ) obtained. As the magnetic flux deviation specifying parts 113a and 113b, known operators can be used.

(指令電圧特定部107)
指令電圧特定部107は、制御サイクル毎に、指令軸電圧(指令電圧ベクトル)vα *,vβ *を特定する。特定された指令軸電圧vα *,vβ *は、次の制御サイクルにおいて3相回転機102に印加される電圧ベクトルを規定する。具体的には、指令電圧特定部107は、磁束偏差Δψα,Δψβ及び軸電流iα,iβから、指令軸電圧vα *,vβ *を求める。より具体的には、指令電圧特定部107は、式(1−18)を用いてα軸指令電圧vα *を求め、式(1−19)を用いてβ軸指令電圧vβ *を求める。
(Command voltage specifying unit 107)
The command voltage specifying unit 107 specifies the command axis voltage (command voltage vector) v α * , v β * for each control cycle. The specified command axis voltages v α * and v β * define a voltage vector applied to the three-phase rotating machine 102 in the next control cycle. Specifically, the command voltage specifying unit 107 obtains command shaft voltages v α * and v β * from the magnetic flux deviations Δψ α and Δψ β and the shaft currents i α and i β . More specifically, the command voltage specifying unit 107 obtains the α-axis command voltage v α * using the equation (1-18), and obtains the β-axis command voltage v β * using the equation (1-19). .

Figure 2018121394
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Figure 2018121394
Figure 2018121394

(α,β/u,v,w変換部114)
α,β/u,v,w変換部114は、指令軸電圧vα *,vβ *を、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *に変換する。具体的に、α,β/u,v,w変換部114は、式(1−20)により、指令軸電圧vα *,vβ *を指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *に変換して、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *を出力する。
(Α, β / u, v, w converter 114)
The α, β / u, v, w conversion unit 114 converts the command axis voltages v α * , v β * into command voltage vectors v u * , v v * , v w * . Specifically, the α, β / u, v, w conversion unit 114 converts the command axis voltages v α * , v β * into the command voltage vectors v u * , v v * , v w according to Expression (1-20). The command voltage vectors v u * , v v * , v w * are output after being converted to * .

Figure 2018121394
Figure 2018121394

(デューティ生成部103)
図1に示すデューティ生成部103は、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *から、デューティDu,Dv,Dwを生成する。本実施形態では、デューティ生成部103は、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *の各成分を、各相のデューティDu,Dv,Dwに変換する。デューティDu,Dv,Dwの生成方法としては、一般的な電圧形PWMインバータに用いられる方法を用いることができる。例えば、デューティDu,Dv,Dwは、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *を、直流電源118(図6)の電圧値Vdcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティDuは、2×vu */Vdcである。デューティDvは、2×vv */Vdcである。デューティDwは、2×vw */Vdcである。デューティ生成部103は、デューティDu,Dv,Dwを出力する。
(Duty generator 103)
Duty generation unit 103 shown in FIG. 1, the command voltage vector v u *, v v *, v from w *, the duty D u, D v, to produce a D w. In the present embodiment, the duty generation unit 103 converts each component of the command voltage vectors v u * , v v * , and v w * into the duty Du , D v , and D w of each phase. As a method for generating the duties D u , D v , and D w, a method used for a general voltage source PWM inverter can be used. For example, the duty D u, D v, D w is the command voltage vector v u *, v v *, and v w *, by dividing in half the value of the voltage value V dc of the DC power supply 118 (FIG. 6) You may ask for it. In this case, the duty Du is 2 * vu * / Vdc . The duty D v is 2 × v v * / V dc . The duty D w is 2 × v w * / V dc . Duty generation unit 103, duty D u, D v, and outputs the D w.

(PWMインバータ104)
図1及び図6に示すように、PWMインバータ104は、スイッチング素子119a,119b,119c,119d,119e,119f及び還流ダイオード120a,120b,120c,120d,120e,120fが対になった変換回路、ベースドライバ116、平滑コンデンサ117及び直流電源118を含む。直流電源118は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。
(PWM inverter 104)
As shown in FIGS. 1 and 6, the PWM inverter 104 includes a conversion circuit in which switching elements 119a, 119b, 119c, 119d, 119e, and 119f and freewheeling diodes 120a, 120b, 120c, 120d, 120e, and 120f are paired. A base driver 116, a smoothing capacitor 117, and a DC power supply 118 are included. The DC power supply 118 represents an output rectified by a diode bridge or the like.

PWMインバータ104は、PWM制御によって3相回転機102に電圧ベクトルを印加する。具体的には、3相回転機102への給電は、スイッチング素子119a〜119fを介して、直流電源118から行われる。より具体的には、まず、デューティDu,Dv,Dwがベースドライバ116に入力される。次に、デューティDu,Dv,Dwがスイッチング素子119a〜119fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子119a〜119fが動作する。 The PWM inverter 104 applies a voltage vector to the three-phase rotating machine 102 by PWM control. Specifically, power is supplied to the three-phase rotating machine 102 from the DC power source 118 via the switching elements 119a to 119f. More specifically, first, the duty D u, D v, D w is input to the base driver 116. Then, the duty D u, D v, D w is converted into a drive signal for electrically driving the switching elements 119A~119f. Next, each of the switching elements 119a to 119f operates according to the drive signal.

本実施形態では、PWMインバータ104は、スイッチング素子119a〜119fを用いた3相スイッチング回路である。スイッチング素子119a〜119fとしては、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が挙げられる。   In the present embodiment, the PWM inverter 104 is a three-phase switching circuit using switching elements 119a to 119f. Examples of the switching elements 119a to 119f include a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

本実施形態の回転機制御装置100は、PMWインバータ104を用いて、電圧ベクトルを3相回転機102に印加する。具体的には、回転機制御装置100は、PMWインバータ104を用いて、前の制御サイクルにおいて特定された現在の制御サイクル用の指令電圧ベクトルを平均値とする電圧ベクトルを3相回転機102に印加する。   The rotating machine control device 100 of this embodiment applies a voltage vector to the three-phase rotating machine 102 using the PMW inverter 104. Specifically, the rotating machine control device 100 uses the PMW inverter 104 to supply, to the three-phase rotating machine 102, a voltage vector having an average value of the command voltage vector for the current control cycle specified in the previous control cycle. Apply.

(3相回転機102)
図1に示す3相回転機102は、回転機制御装置100の制御対象である。3相回転機102は、電動機であってもよく発電機であってもよい。3相回転機102には、PWMインバータ104によって、電圧ベクトルが印加される。「3相回転機102に電圧ベクトルが印加される」とは、3相回転機102における3相交流座標上の3相(U相、V相、W相)の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、3相(U相、V相、W相)の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との2種類から選択されるいずれかとなるように、3相回転機102が制御される。
(3-phase rotating machine 102)
A three-phase rotating machine 102 illustrated in FIG. 1 is a control target of the rotating machine control device 100. The three-phase rotating machine 102 may be an electric motor or a generator. A voltage vector is applied to the three-phase rotating machine 102 by the PWM inverter 104. “A voltage vector is applied to the three-phase rotating machine 102” means that a voltage is applied to each of the three phases (U phase, V phase, W phase) on the three-phase AC coordinate in the three-phase rotating machine 102. Point to. In the present embodiment, each of the three phases (U phase, V phase, W phase) is selected from two types: a high voltage phase having a relatively high voltage and a low voltage phase having a relatively low voltage. The three-phase rotating machine 102 is controlled so as to be one of the following.

本実施形態における3相回転機102は、例えば、永久磁石同期回転機である。永久磁石同期回転機としては、IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)及びSPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)が挙げられる。IPMSMは、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが相違する突極性(一般には、Lq>Ldの逆突極性)を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、IPMSMの駆動効率は極めて高い。3相回転機102としては、誘導機、シンクロリラクタンスモータを用いることもできる。   The three-phase rotating machine 102 in the present embodiment is, for example, a permanent magnet synchronous rotating machine. Examples of the permanent magnet synchronous rotating machine include IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) and SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor). The IPMSM has a saliency in which the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq are different (generally, a reverse saliency of Lq> Ld), and a reluctance torque can be used in addition to the magnet torque. For this reason, the driving efficiency of the IPMSM is extremely high. As the three-phase rotating machine 102, an induction machine or a synchronous reluctance motor can also be used.

(本実施形態の効果)
3相回転機102の回転速度が低いときは、回転子速度の推定精度を確保するのが難しく、従って参照トルクTrefの精度を確保するのが難しい。この点、本実施形態の第1制御モードでは、参照トルクTrefを用いずに第2移動量Δθsを特定する。このため、第1制御モードは、3相回転機102の回転速度が低いときに3相回転機102の駆動を安定させる(ロバスト性を確保する)のに適している。また、本実施形態の第1制御モードでは、推定トルクTeの振動成分ΔT1をゼロに近づける(具体的にはゼロに収束させる)第1移動量Δθが特定される。その第1移動量Δθが指令磁束ベクトルψs *の位相(指令位相)θs *に反映され、その指令磁束ベクトルψs *に一次磁束ベクトルが追従する。推定トルクTeの振動成分ΔT1の情報が指令位相θs *に反映されることは、3相回転機102の駆動を安定させることに役立つ。このため、第1制御モードによれば、3相回転機102の回転速度が低い場合においても、制御性能が低下し難い。
(Effect of this embodiment)
When the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 is low, it is difficult to ensure the estimation accuracy of the rotor speed, and therefore it is difficult to ensure the accuracy of the reference torque T ref . In this regard, in the first control mode of the present embodiment, the second movement amount Δθ s is specified without using the reference torque T ref . For this reason, the first control mode is suitable for stabilizing the driving of the three-phase rotating machine 102 (to ensure robustness) when the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 is low. In the first control mode of the present embodiment, the vibration component [Delta] T 1 of the estimated torque T e close to zero (specifically to converge to zero) the first movement amount Δθ is identified. A first movement amount Δθ is reflected to the command flux vector [psi s * phase (command phase) θ s *, the command flux vector [psi s * to the primary flux vector to follow. The information of the vibration component [Delta] T 1 of the estimated torque T e is reflected in the command phase theta s * helps to stabilize the driving of the 3-phase rotating machine 102. For this reason, according to the first control mode, even when the rotation speed of the three-phase rotating machine 102 is low, the control performance is unlikely to deteriorate.

本実施形態の第2制御モードでは、参照トルクTrefを指令トルクTe *として用い、指令トルクTe *と推定トルクとの差分をゼロに近づける(具体的にはゼロに収束させる)第1移動量Δθが特定される。その第1移動量Δθが第2移動量Δθsに反映され、その第2移動量Δθsが指令磁束ベクトルψs *の位相(指令位相)θs *に反映され、その指令磁束ベクトルψs *に一次磁束ベクトルが追従する。このような第2制御モードは、トルクに対する高い応答性を確保するのに適している。 In the second control mode of this embodiment, with reference torque T ref as the command torque T e *, the command torque T e * and close the difference between the estimated torque to zero (specifically to converge to zero) first The movement amount Δθ is specified. A first movement amount [Delta] [theta] is reflected in the second movement amount [Delta] [theta] s, the second movement amount [Delta] [theta] s is reflected to the command flux vector [psi s * phase (command phase) θ s *, the command flux vector [psi s The primary magnetic flux vector follows * . Such a second control mode is suitable for ensuring high response to torque.

また、本実施形態には、第1制御モード及び第2制御モードの両方を、速度センサ及び位置センサを用いずに実現できるというメリットもある。   In addition, the present embodiment also has an advantage that both the first control mode and the second control mode can be realized without using a speed sensor and a position sensor.

(実施形態2)
以下、実施形態2の回転機制御装置200aについて説明する。なお、実施形態2では、実施形態1と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the rotating machine control apparatus 200a of Embodiment 2 will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.

図7に示すように、実施形態2の回転機制御部201aは、移動量特定部211aを有している。   As illustrated in FIG. 7, the rotating machine control unit 201a of the second embodiment includes a movement amount specifying unit 211a.

(移動量特定部211a)
移動量特定部211aは、参照トルクTref、推定トルクTe及び指令速度ωref *から第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsを求める。図8に示すように、移動量特定部211aは、ローパスフィルタ(LPF)252と、切り換えスイッチ251と、トルク減算部250と、PI補償器145と、乗算部146と、加算部147と、を有している。
(Movement amount specifying unit 211a)
The movement amount specifying unit 211a obtains the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s from the reference torque T ref , the estimated torque Te and the command speed ω ref * . As shown in FIG. 8, the movement amount specifying unit 211a includes a low-pass filter (LPF) 252, a changeover switch 251, a torque subtracting unit 250, a PI compensator 145, a multiplying unit 146, and an adding unit 147. Have.

移動量特定部211aでは、切り換えスイッチ251を切り換えることにより、第1制御モードと第2制御モードとを切り換えることができる。具体的に、移動量特定部211aは、移動量特定部111と同様、図5に従って制御モードを切り換えることができる。第2制御モードにおいて、回転機制御装置102は、3相回転機102のトルクを指令トルクTe *に追従させる。 In the movement amount specifying unit 211a, the first control mode and the second control mode can be switched by switching the changeover switch 251. Specifically, the movement amount specifying unit 211a can switch the control mode according to FIG. In the second control mode, the rotating machine control device 102 causes the torque of the three-phase rotating machine 102 to follow the command torque Te * .

第1制御モードでは、LPF252が、推定トルクTeの低周波成分T1を抽出(特定)する。具体的には、LPF252は、式(1−21)に従って低周波成分T1を求める。式(1−21)におけるωcは遮断角周波数である。 In the first control mode, LPF252 extracts the low frequency component T 1 of the estimated torque T e (specific). Specifically, the LPF 252 obtains the low frequency component T 1 according to the equation (1-21). In Expression (1-21), ω c is a cutoff angular frequency.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

第1制御モードでは、次に、切り換えスイッチ251が、低周波成分T1を、指令トルクTe *として選択する。次に、トルク減算部250が、指令トルクTe *(低周波成分T1)から推定トルクTeを差し引くことによって、トルク偏差ΔT(=Te *−Te)を特定する。このトルク偏差ΔTは、実施形態1の振動成分ΔT1と同じ意味合いを有する。従って、このトルク偏差ΔTを、振動成分と称することができる。 Next, in the first control mode, the changeover switch 251 selects the low frequency component T 1 as the command torque Te * . Next, the torque subtracting unit 250, by subtracting the command torque T e * estimated torque T e (low frequency component T 1), to identify the torque deviation ΔT (= T e * -T e ). This torque deviation ΔT has the same meaning as the vibration component ΔT 1 of the first embodiment. Therefore, this torque deviation ΔT can be referred to as a vibration component.

第1制御モードでは、その後、PI補償器145は、式(1−13C)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせる。これにより、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsが得られる。 In the first control mode, thereafter, the PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on Expression (1-13C). The multiplication unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 adds the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . As a result, the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s is obtained.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

このように、第1制御モードにおいて、移動量特定部211aは、推定トルクTeにおける遮断角周波数ωcよりも低い周波数成分である低周波成分T1と、低周波成分T1と推定トルクTeとの差分である第1差分をゼロに近づける第1移動量Δθと、を特定する。そして、第1移動量Δθと積ωref *sとを合計することにより、第2移動量Δθsを特定する。 Thus, in a first control mode, the movement amount determination section 211a includes a low-frequency component T 1, which is a frequency component lower than the cutoff angular frequency omega c in the estimated torque T e, the low-frequency components T 1 and the estimated torque T A first movement amount Δθ that makes the first difference, which is a difference from e , close to zero is specified. Then, the second movement amount Δθ s is specified by summing the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s .

第2制御モードでは、切り換えスイッチ251が、参照トルクTrefを、指令トルクTe *として選択する。トルク減算部250が、指令トルクTe *(参照トルクTref)から推定トルクTeを差し引くことによって、トルク偏差ΔT(=Te *−Te)を特定する。PI補償器145は、式(1−13C)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせる。これにより、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsが得られる。 In the second control mode, the changeover switch 251 selects the reference torque T ref as the command torque T e * . Torque subtraction section 250, by subtracting the command torque T e * (see torque T ref) from the estimated torque T e, identifies the torque deviation ΔT (= T e * -T e ). The PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on the formula (1-13C). The multiplication unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 adds the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . As a result, the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s is obtained.

第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令トルクTe *が指令振幅特定部122に与えられる。指令振幅特定部122では、指令トルクTe *から指令振幅|ψs *|が特定される。 In both the first control mode and the second control mode, the command torque T e * is given to the command amplitude specifying unit 122. The command amplitude specifying unit 122 specifies the command amplitude | ψ s * | from the command torque T e * .

(本実施形態の効果)
実施形態2の第1制御モードでは、実施形態1の第1制御モードと同様、第2移動量Δθsを特定するのに参照トルクTrefを用いない。従って、実施形態2の第1制御モードも、3相回転機102の低速駆動時における安定性確保に有利である。さらに、実施形態2の第1制御モードでは、ローパスフィルタ(LPF)252の出力が指令トルクTe *として用いられ、その指令トルクTe *が指令位相θs *及び指令振幅|ψs *|に反映される。これにより、安定した指令磁束ベクトルψs *が生成され、その安定した指令磁束ベクトルψs *に一次磁束ベクトルが追従する。このような第1制御モードにより得られる安定性により、第1制御モードと第2制御モードとの間の切換時におけるトルク変動が緩和される。また、実施形態2の第2制御モードは、実施形態1の第2制御モードと同様、トルクに対する高い応答性を確保するのに有利である。
(Effect of this embodiment)
In the first control mode of the second embodiment, as in the first control mode of the first embodiment, the reference torque T ref is not used to specify the second movement amount Δθ s . Therefore, the first control mode of the second embodiment is also advantageous for ensuring stability when the three-phase rotating machine 102 is driven at a low speed. Furthermore, in the first control mode of the second embodiment, the output of the low-pass filter (LPF) 252 is used as the command torque T e *, the command torque T e * is the command phase theta s * and instruction amplitude | ψ s * | It is reflected in. Thereby, a stable command magnetic flux vector ψ s * is generated, and the primary magnetic flux vector follows the stable command magnetic flux vector ψ s * . Due to the stability obtained by the first control mode, torque fluctuation at the time of switching between the first control mode and the second control mode is alleviated. In addition, the second control mode of the second embodiment is advantageous in securing high responsiveness to torque, as in the second control mode of the first embodiment.

本実施形態によれば、第1制御モードと第2制御モードとを移動量特定部211aの動作を変更することのみによって切り換えることができる。実際に、本実施形態では、第1制御モード及び第2制御モードにおいて、回転機制御装置100のうち移動量特定部211a以外の要素は同様に動作する(この点は、実施形態3においても同様である)。つまり、両制御モードの制御態様の共通性を高くすることができる。すなわち、本実施形態によれば、制御モード切換時に制御が不安定になったり3相回転機102の物理量が大きく振動したりすることを回避し易い。制御モード切換時のトルク変動も抑制され易い。   According to the present embodiment, it is possible to switch between the first control mode and the second control mode only by changing the operation of the movement amount specifying unit 211a. Actually, in the present embodiment, in the first control mode and the second control mode, the elements other than the movement amount specifying unit 211a in the rotating machine control device 100 operate in the same manner (this also applies to the third embodiment). Is). That is, the commonality of the control modes in both control modes can be increased. That is, according to the present embodiment, it is easy to avoid the control becoming unstable when the control mode is switched or the physical quantity of the three-phase rotating machine 102 greatly vibrating. Torque fluctuations during control mode switching are also easily suppressed.

また、上述のように両制御モードの切り換えを移動量特定部211aの動作変更のみで行えること、すなわち両制御モードで多くの演算が共通することは、制御システムのシンプル化及び省メモリ化等の観点から有利である。   In addition, as described above, switching between the two control modes can be performed only by changing the operation of the movement amount specifying unit 211a, that is, many operations are common in both control modes, such as simplification of the control system and memory saving. It is advantageous from the viewpoint.

(実施形態3)
以下、実施形態3の回転機制御装置200bについて説明する。なお、実施形態3では、実施形態2と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the rotating machine control apparatus 200b of Embodiment 3 will be described. In the third embodiment, the same parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図9に示すように、実施形態3の回転機制御部201bは、移動量特定部211bを有している。   As illustrated in FIG. 9, the rotating machine control unit 201b according to the third embodiment includes a movement amount specifying unit 211b.

(移動量特定部211b)
移動量特定部211bは、参照トルクTref、推定トルクTe及び指令速度ωref *から第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsを求める。図10に示すように、移動量特定部211bは、ローパスフィルタ(LPF)252と、切り換えスイッチ251と、リミッタ(トルク制限部)253と、トルク減算部250と、PI補償器145と、乗算部146と、加算部147と、を有している。
(Movement amount specifying unit 211b)
The movement amount specifying unit 211b obtains the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s from the reference torque T ref , the estimated torque Te and the command speed ω ref * . As illustrated in FIG. 10, the movement amount specifying unit 211b includes a low-pass filter (LPF) 252, a changeover switch 251, a limiter (torque limiting unit) 253, a torque subtracting unit 250, a PI compensator 145, and a multiplying unit. 146 and an adder 147.

移動量特定部211bでは、切り換えスイッチ251を切り換えることにより、第1制御モードと第2制御モードとを切り換えることができる。具体的に、移動量特定部211bは、移動量特定部111と同様、図5に従って制御モードを切り換えることができる。第2制御モードにおいて、回転機制御装置102は、3相回転機102のトルクを指令トルクTe *に追従させる。 In the movement amount specifying unit 211b, the first control mode and the second control mode can be switched by switching the changeover switch 251. Specifically, the movement amount specifying unit 211b can switch the control mode according to FIG. In the second control mode, the rotating machine control device 102 causes the torque of the three-phase rotating machine 102 to follow the command torque Te * .

第1制御モードでは、LPF252が、推定トルクTeの低周波成分T1を抽出(特定)する。具体的には、LPF252は、式(1−21)に従って低周波成分T1を求める。切り換えスイッチ251が、低周波成分T1を選択する。 In the first control mode, LPF252 extracts the low frequency component T 1 of the estimated torque T e (specific). Specifically, the LPF 252 obtains the low frequency component T 1 according to the equation (1-21). The changeover switch 251 selects the low frequency component T 1 .

第1制御モードでは、リミッタ253が、低周波成分T1から指令トルクTe *を特定する。具体的に、リミッタ253は、式(1−22A)に従って、指令トルクTe *を求める。なお、式(1−22A)の例では、上限値Tlimの絶対値と下限値−Tlimの絶対値は同じであるが、これらは同じでなくてもよい。この点は、式(1−22B)についても同様である。 In the first control mode, the limiter 253, to identify the command torque T e * from the low-frequency component T 1. Specifically, the limiter 253, in accordance with equation (1-22A), obtains the command torque T e *. In the example of Expression (1-22A), the absolute value of the upper limit value T lim and the absolute value of the lower limit value −T lim are the same, but they may not be the same. This also applies to the formula (1-22B).

Figure 2018121394
Figure 2018121394

第1制御モードでは、その後、トルク減算部250が、リミッタ253の出力から推定トルクTeを差し引くことによって、トルク偏差ΔTを特定する。PI補償器145は、式(1−13C)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせる。これにより、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsが得られる。 In the first control mode, then the torque subtraction unit 250, by subtracting the estimated torque T e from the output of the limiter 253, to identify the torque deviation [Delta] T. The PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on the formula (1-13C). The multiplication unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 adds the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . As a result, the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s is obtained.

第1制御モードにおいてPI補償器145が行う制御により、リミッタ253の出力と推定トルクTeの差分がゼロに近づく(具体的にはゼロに収束する)。このようにすれば、結果として、推定トルクTeの振動成分もゼロに近づく(具体的にはゼロに収束する)。 The control PI compensator 145 performs the first control mode, and output the difference between the estimated torque T e of the limiter 253 is close to zero (specifically, converges to zero). In this way, as a result, (converges to zero in particular) vibration component of the estimated torque T e also approaches zero.

第2制御モードでは、切り換えスイッチ251が、参照トルクTrefを選択する。 In the second control mode, the changeover switch 251 selects the reference torque Tref .

第2制御モードでは、リミッタ253が、参照トルクTrefから指令トルクTe *を特定する。具体的に、リミッタ253は、式(1−22B)に従って、指令トルクTe *を求める。 In the second control mode, the limiter 253 specifies the command torque Te * from the reference torque Tref . Specifically, the limiter 253, in accordance with equation (1-22B), obtains the command torque T e *.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

第2制御モードでは、その後、トルク減算部250が、リミッタ253の出力から推定トルクTeを差し引くことによって、トルク偏差ΔTを特定する。PI補償器145は、式(1−13C)に基づいて、第1移動量Δθを特定する。乗算部146が、指令速度ωref *に制御周期Tsを乗算することによって、積ωref *sを特定する。加算部147は、第1移動量Δθと積ωref *sとを足し合わせる。これにより、第2移動量(一次磁束ベクトルの移動量)Δθsが得られる。 In the second control mode, then the torque subtraction unit 250, by subtracting the estimated torque T e from the output of the limiter 253, to identify the torque deviation [Delta] T. The PI compensator 145 specifies the first movement amount Δθ based on the formula (1-13C). The multiplication unit 146 identifies the product ω ref * T s by multiplying the command speed ω ref * by the control period T s . The adding unit 147 adds the first movement amount Δθ and the product ω ref * T s . As a result, the second movement amount (movement amount of the primary magnetic flux vector) Δθ s is obtained.

第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令トルクTe *が指令振幅特定部122に与えられる。指令振幅特定部122では、指令トルクTe *から指令振幅|ψs *|が特定される。 In both the first control mode and the second control mode, the command torque T e * is given to the command amplitude specifying unit 122. The command amplitude specifying unit 122 specifies the command amplitude | ψ s * | from the command torque T e * .

(本実施形態の効果)
実施形態3の第1制御モードでは、低周波成分T1が上限値Tlim以上であったり下限値−Tlim以下であったりする場合に、上限値Tlim又は下限値−Tlimを指令トルクTe *として用いる。実施形態3の第2制御モードでは、参照トルクTrefが上限値Tlim以上であったり下限値−Tlim以下であったりする場合に、上限値Tlim又は下限値−Tlimを指令トルクTe *として用いる。つまり、両制御モードにおいて、指令トルクTe *が極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。その指令トルクTe *が指令位相θs *及び指令振幅|ψs *|に反映される。これにより、安定した指令磁束ベクトルψs *が生成され、その安定した指令磁束ベクトルψs *に一次磁束ベクトルが追従する。従って、リミッタ253によれば、制御モードの切換時の過渡時においても、トルク変動が抑制される。
(Effect of this embodiment)
In the first control mode of the third embodiment, when the low frequency component T 1 is equal to or higher than the upper limit value T lim or lower than the lower limit value −T lim , the upper limit value T lim or the lower limit value −T lim is set as the command torque. Used as Te * . In the second control mode of the third embodiment, when the reference torque T ref is or not more than the upper limit T lim Exceeded or lower limit -T lim, it commands the upper limit T lim or the lower limit value -T lim torque T Used as e * . That is, in both control modes, the command torque Te * does not become an extremely small value or an extremely large value. The command torque T e * is reflected in the command phase θ s * and the command amplitude | ψ s * |. Thereby, a stable command magnetic flux vector ψ s * is generated, and the primary magnetic flux vector follows the stable command magnetic flux vector ψ s * . Therefore, according to the limiter 253, torque fluctuation is suppressed even during a transition during switching of the control mode.

また、リミッタ253によれば、3相回転機102に流れる電流が過大となる事態を回避できる。つまり、3相回転機102、インバータ104等における異常な発熱を回避できる。この点で、リミッタ253は、信頼性の高い回転機制御装置の実現に寄与するといえる。   Further, according to the limiter 253, a situation in which the current flowing through the three-phase rotating machine 102 becomes excessive can be avoided. That is, abnormal heat generation in the three-phase rotating machine 102, the inverter 104, and the like can be avoided. In this respect, it can be said that the limiter 253 contributes to the realization of a highly reliable rotating machine control device.

[式(1−9B)の導出]
以下、式(1−9B)の導出について説明する。誘導機の一般座標系(より具体的には、任意の速度ωrで回転するγδ一般座標系)での数学モデルは公知の文献(新中新二:「瞬時速度推定同伴の最小次元D因子磁束状態オブザーバを用いた誘導モータのセンサレスベクトル制御」、電気学会論文誌D、Vol.135、No.3、pp.299−307、(2015))より式(2−1)、(2−2)、(2−3)で表され、ψ2nd=Mnid、ψ2nq=0を考慮すると、dq座標系では式(2−5)、(2−6)、(2−7)のように表せる。また、式(2−4A)及び式(2−4B)の関係が成り立つ。Mは相互インダクタンス、L1は固定子インダクタンス、L2は回転子インダクタンス、Raは固定子抵抗、R2は回転子抵抗、Mnは正規化相互インダクタンス、R2nは正規化回転子抵抗、l1tは固定子総合漏れインダクタンス、W2は回転子逆時定数(回転子時定数の逆数)、ψ2は回転子磁束(二次磁束)、ψ2nは正規化回転子磁束(正規化二次磁束)、vは固定子電圧、iは固定子電流、ω1は固定子磁束回転速度、ω2nは回転子速度、Npは極対数、Tはトルク、Iは2×2単位行列、Jは2×2交代行列であり、D(s,ωr)はD因子であり、sは微分演算子d/dtである。
[Derivation of Formula (1-9B)]
Hereinafter, derivation of the formula (1-9B) will be described. The mathematical model in the general coordinate system of the induction machine (more specifically, the γδ general coordinate system rotating at an arbitrary speed ω r ) is a well-known document (Shinji Shinnaka: “Minimum Dimension D Factor Associated with Instantaneous Speed Estimation” Sensorless vector control of induction motor using magnetic flux state observer ", IEEJ Transactions D, Vol.135, No.3, pp.299-307, (2015)), equations (2-1), (2-2 ), (2-3), and ψ 2nd = M n i d , ψ 2nq = 0, the equations (2-5), (2-6) and (2-7) in the dq coordinate system It can be expressed as follows. Moreover, the relationship of Formula (2-4A) and Formula (2-4B) is established. M is mutual inductance, L 1 is stator inductance, L 2 is rotor inductance, Ra is stator resistance, R 2 is rotor resistance, M n is normalized mutual inductance, R 2n is normalized rotor resistance, l 1t is a stator total leakage inductance, W 2 is a rotor reverse time constant (reciprocal of the rotor time constant), ψ 2 is a rotor magnetic flux (secondary magnetic flux), ψ 2n is a normalized rotor magnetic flux (normalized two Secondary magnetic flux), v is the stator voltage, i is the stator current, ω 1 is the stator magnetic flux rotational speed, ω 2n is the rotor speed, N p is the number of pole pairs, T is the torque, I is the 2 × 2 unit matrix, J is a 2 × 2 alternating matrix, D (s, ω r ) is a D factor, and s is a differential operator d / dt.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

(一次磁束と正規化二次磁束の関係)
定常状態においては、式(2−5)に基づいて、一次磁束に関する式(2−9)と、正規化二次磁束に関する式(2−10)とが導かれる。一次磁束と正規化二次磁束との間では式(2−11)の関係が成立する。図11のベクトル図に、この関係を示す。ψsは固定子磁束(一次磁束)である。
(Relationship between primary magnetic flux and normalized secondary magnetic flux)
In the steady state, an expression (2-9) relating to the primary magnetic flux and an expression (2-10) relating to the normalized secondary magnetic flux are derived based on the expression (2-5). The relationship of Formula (2-11) is established between the primary magnetic flux and the normalized secondary magnetic flux. This relationship is shown in the vector diagram of FIG. ψ s is a stator magnetic flux (primary magnetic flux).

Figure 2018121394
Figure 2018121394

式(2−11)及び図11から、一次磁束ψsは正規化二次磁束ψ2nと仮想電機子反作用磁束l1taからなることが分かる。式(2−11)を変形することにより、式(1−9B)が導かれる。 From equation (2-11) and 11, it can be seen that consists of a rotor flux [psi s virtual armature reaction flux normalized rotor flux ψ 2n l 1t i a. By transforming equation (2-11), equation (1-9B) is derived.

[指令振幅|ψs *|を得るための計算式の例]
以下、指令振幅特定部122を用いずに指令振幅|ψs *|を得るための計算式の例について、図12及び図13を参照しながら説明する。
[Example of calculation formula to obtain command amplitude | ψ s * |]
Hereinafter, an example of a calculation formula for obtaining the command amplitude | ψ s * | without using the command amplitude specifying unit 122 will be described with reference to FIGS. 12 and 13.

この例では、指令振幅|ψs *|は、仮設定部330と、振幅修正量生成部317と、加算部331と、によって計算される(図12参照)。この計算では、軸電流iα,iβと推定磁束ψs(推定磁束ψα,ψβ)とから、指令振幅|ψs *|が計算される。 In this example, the command amplitude | ψ s * | is calculated by the temporary setting unit 330, the amplitude correction amount generation unit 317, and the addition unit 331 (see FIG. 12). In this calculation, the command amplitude | ψ s * | is calculated from the axial currents i α and i β and the estimated magnetic flux ψ s (estimated magnetic flux ψ α , ψ β ).

(仮設定部330)
仮設定部330では、指令磁束ベクトルψs *の仮振幅|ψref|が設定(特定)される。この例では、仮設定部330に、予め仮振幅|ψref|が格納されている。仮振幅|ψref|を定数である。例えば、仮振幅|ψref|を、磁束パラメータψaとすることができる。
(Temporary setting unit 330)
The temporary setting unit 330 sets (specifies) the temporary amplitude | ψ ref | of the command magnetic flux vector ψ s * . In this example, the temporary amplitude | ψ ref | is stored in the temporary setting unit 330 in advance. The provisional amplitude | ψ ref | is a constant. For example, the temporary amplitude | ψ ref | can be used as the magnetic flux parameter ψ a .

(振幅修正量生成部317)
振幅修正量生成部317は、軸電流iα,iβと推定磁束ψs(推定磁束ψα,ψβ)とから、振幅修正量Δψを特定する。図13に示すように、振幅修正量生成部317は、誤差パラメータ演算部321と、誤差パラメータ偏差演算部322と、PI補償部323とを有している。
(Amplitude correction amount generation unit 317)
The amplitude correction amount generation unit 317 specifies the amplitude correction amount Δψ from the axial currents i α and i β and the estimated magnetic flux ψ s (estimated magnetic flux ψ α , ψ β ). As illustrated in FIG. 13, the amplitude correction amount generation unit 317 includes an error parameter calculation unit 321, an error parameter deviation calculation unit 322, and a PI compensation unit 323.

振幅修正量生成部317は、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが相違する場合でも、一致する場合においても、同じ動作を実施する。具体的には、インダクタンス差がある場合において、インダクタンスLとして、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの間の値を用いることができる。また、磁気的突極性が大きくない場合は、L=Ldと取り扱っても差し支えがない。つまり、インダクタンスの値として、d軸インダクタンスの値、d軸インダクタンスよりも大きくq軸インダクタンスよりも小さい値、又はd軸インダクタンスよりも小さくq軸インダクタンスよりも大きい値を用いることができる。 The amplitude correction amount generation unit 317 performs the same operation regardless of whether the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q are different from each other. Specifically, when there is an inductance difference, a value between the d-axis inductance and the q-axis inductance can be used as the inductance L. Further, if the magnetic saliency is not large, there is no harm in handling the L = L d. That is, as the inductance value, a d-axis inductance value, a value larger than the d-axis inductance and smaller than the q-axis inductance, or a value smaller than the d-axis inductance and larger than the q-axis inductance can be used.

特許第4972135号明細書は、上記のようにインダクタンスLを設定する上で参考になる。特許第4972135号明細書には、dm−qm座標系に関する技術が記載されている。dm−qm座標系は、埋込磁石構造の永久磁石同期モータ等の磁気的突極性を有するモータを、磁気的突極性を有していない永久磁石同期モータと同様に扱うことを可能とする。dm−qm座標系を用い、dm軸電流(制御座標系ではγ軸電流)をゼロにすることによって、最大トルク制御(最大トルク/電流制御)を行うことができる。3相回転機102が磁気的突極性を有する場合、d軸電流をdm軸電流に、磁石磁束ψaを拡張鎖交磁束ベクトルΦexmに、インダクタンスLを仮想インダクタンスLmに、それぞれ置き換えることができる。dm軸電流、拡張鎖交磁束ベクトルΦexm及び仮想インダクタンスLmの詳細については、特許第4972135号明細書(数式36及び段落0182〜0183等)を参照されたい。なお、Lmは、Ld≦Lm<Lqを満たす。また、インダクタンス差がない場合においては、dm−qm座標系と、一般的なd−q座標系とは一致し、Lm=Ld=Lqとすればよい。すなわち、インダクタンス差がある場合についての考え方は、インダクタンス差がない場合の考え方を包含することになる。 The specification of Japanese Patent No. 4972135 is helpful in setting the inductance L as described above. Japanese Patent No. 4972135 describes a technique related to a dm-qm coordinate system. The dm-qm coordinate system makes it possible to treat a motor having magnetic saliency such as a permanent magnet synchronous motor having an embedded magnet structure in the same manner as a permanent magnet synchronous motor having no magnetic saliency. Maximum torque control (maximum torque / current control) can be performed by using the dm-qm coordinate system and setting the dm-axis current (γ-axis current in the control coordinate system) to zero. When the three-phase rotating machine 102 has magnetic saliency, the d-axis current can be replaced with the dm-axis current, the magnetic flux ψ a can be replaced with the extended flux linkage vector Φ exm , and the inductance L can be replaced with the virtual inductance L m. it can. For details of the dm-axis current, the extended flux linkage vector Φ exm and the virtual inductance L m , refer to Japanese Patent No. 4972135 (Formula 36 and paragraphs 0182 to 0183). Note that L m satisfies L d ≦ L m <L q . When there is no inductance difference, the dm-qm coordinate system and the general dq coordinate system coincide with each other, and Lm = Ld = Lq may be set. That is, the idea about the case where there is an inductance difference includes the idea about the case where there is no inductance difference.

(誤差パラメータ演算部321)
誤差パラメータ演算部321は、仮想インダクタンス(3相回転機102のインダクタンス)Lmと軸電流iα,iβと推定磁束ψs(推定磁束ψα,ψβ)とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、まず、電機子反作用磁束を推定する(推定電機子反作用磁束Lmaを求める)。推定電機子反作用磁束Lmaのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定電機子反作用磁束Lmα、推定電機子反作用磁束Lmβと記載する。推定電機子反作用磁束Lmα、推定電機子反作用磁束Lmβは、仮想インダクタンスLmと、軸電流iα,iβとの積である。次に、推定磁束ψs(推定磁束ψα,ψβ)及び推定電機子反作用磁束Lma(推定電機子反作用磁束Lmα,Lmβ)から、磁石磁束を推定する(推定磁石磁束ψ’aeを求める)。推定磁石磁束ψ’aeのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定磁石磁束ψ’aeα,ψ’aeβと記載する。具体的には、式(3−1)及び(3−2)に示すように、推定磁束ψα,ψβから推定電機子反作用磁束Lmα,Lmβを減じることにより推定磁石磁束ψ’aeα,ψ’aeβを求める。次に、推定磁石磁束ψ’aeα,ψ’aeβと軸電流iα,iβとから誤差パラメータεを式(3−3)のように計算する。
(Error parameter calculation unit 321)
The error parameter calculation unit 321 calculates the error parameter ε from the virtual inductance (inductance of the three-phase rotating machine 102) L m , the shaft currents i α , i β, and the estimated magnetic flux ψ s (estimated magnetic flux ψ α , ψ β ). To do. Specifically, first, estimate the armature reaction magnetic flux (obtain the estimated armature reaction flux L m i a). The alpha-axis component and beta-axis component of the estimated armature reaction flux L m i a, respectively estimated armature reaction flux L m i α, referred to as estimated armature reaction flux L m i β. The estimated armature reaction magnetic flux L m i α and the estimated armature reaction magnetic flux L m i β are the products of the virtual inductance L m and the axial currents i α and i β . Next, the magnet magnetic flux is estimated from the estimated magnetic flux ψ s (estimated magnetic flux ψ α , ψ β ) and the estimated armature reaction magnetic flux L m i a (estimated armature reaction magnetic flux L m i α , L m i β ) ( Estimated magnet magnetic flux ψ ′ ae is obtained). The α-axis component and β-axis component of the estimated magnet magnetic flux ψ ′ ae are described as estimated magnet magnetic flux ψ ′ aeα and ψ ′ aeβ , respectively. Specifically, as shown in the equations (3-1) and (3-2), the estimated magnet is obtained by subtracting the estimated armature reaction magnetic fluxes L m i α and L m i β from the estimated magnetic fluxes ψ α and ψ β. The magnetic fluxes ψ ′ aeα and ψ ′ aeβ are obtained. Next, the error parameter ε is calculated from the estimated magnet magnetic fluxes ψ ′ aeα and ψ ′ aeβ and the shaft currents i α and i β as shown in the equation (3-3).

Figure 2018121394
Figure 2018121394

(誤差パラメータ偏差演算部322)
誤差パラメータ偏差演算部322は、指令誤差パラメータε*と誤差パラメータεを取得し、これらの偏差(誤差パラメータ偏差Δε:ε*−ε)を求める。誤差パラメータ偏差演算部322としては、公知の演算子を用いることができる。指令誤差パラメータε*は、任意の値とすることができる。この例では、振幅修正量生成部317は、MTPA用に構成されている。MTPAが成立するには、推定磁石磁束ψ’aeと軸電流iα,iβとを直交させる必要がある。そこで、この例では、推定磁石磁束ψ’aeと軸電流iα,iβとの内積をゼロにするために、指令誤差パラメータε*をゼロに設定している。
(Error parameter deviation calculation unit 322)
The error parameter deviation calculation unit 322 acquires the command error parameter ε * and the error parameter ε, and obtains the deviation (error parameter deviation Δε: ε * −ε). As the error parameter deviation calculation unit 322, a known operator can be used. The command error parameter ε * can be an arbitrary value. In this example, the amplitude correction amount generation unit 317 is configured for MTPA. In order to establish MTPA, it is necessary to make the estimated magnetic flux ψ ′ ae orthogonal to the axial currents i α and i β . Therefore, in this example, the command error parameter ε * is set to zero in order to make the inner product of the estimated magnetic flux ψ ′ ae and the shaft currents i α and i β zero.

(PI補償部323)
PI補償部323は、誤差パラメータ偏差Δεを取得し、これがゼロとなるように振幅修正量Δψを特定する。具体的には、式(3−4)に示すように、誤差パラメータ偏差Δεを入力とする比例・積分演算を実施することにより振幅修正量Δψを求める。上述のように、この例では、誤差パラメータ偏差演算部322において、MTPA用の誤差パラメータ偏差Δεが生成される。従って、PI補償部323において、MTPAに適合した振幅修正量Δψが生成される。
(PI compensation unit 323)
The PI compensation unit 323 obtains the error parameter deviation Δε and specifies the amplitude correction amount Δψ so that it becomes zero. Specifically, as shown in Expression (3-4), the amplitude correction amount Δψ is obtained by performing a proportional / integral calculation using the error parameter deviation Δε as an input. As described above, in this example, the error parameter deviation calculation unit 322 generates an error parameter deviation Δε for MTPA. Therefore, the PI compensation unit 323 generates an amplitude correction amount Δψ that is suitable for MTPA.

Figure 2018121394
Figure 2018121394

(加算部331)
加算部331は、仮振幅|ψref|と振幅修正量Δψとから、指令振幅|ψs *|を特定する。指令振幅|ψs *|は、仮振幅|ψref|と振幅修正量Δψとの合計である。このようにすれば、MTPAを行うことが可能となる。
(Adder 331)
The adder 331 specifies the command amplitude | ψ s * | from the temporary amplitude | ψ ref | and the amplitude correction amount Δψ. The command amplitude | ψ s * | is the sum of the temporary amplitude | ψ ref | and the amplitude correction amount Δψ. In this way, MTPA can be performed.

以上のように、実施形態1〜3に係る回転機制御装置(100,200a,200b)は、3相回転機(102)の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψs *に追従するように、インバータ(104)を用いて3相回転機に電圧ベクトルを印加する。回転機制御装置は、3相回転機のトルクを指令トルクTe *に追従させる第2制御モードと、第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能である。回転機制御装置は、トルク推定部(109)と、位相推定部(速度・位相推定部110に含まれている)と、移動量特定部(111,211a,211b)と、指令位相特定部(127)と、指令磁束特定部(112)と、を備えている。トルク推定部は、一次磁束ベクトルと、3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、3相回転機のトルクを推定する(推定トルクTeを特定する)。位相推定部は、一次磁束ベクトルの位相を推定する(推定位相θsを特定する)。移動量特定部は、3相回転機の指令速度ωref *と制御サイクルの周期Tsの積ωref *sを計算し、第1制御モードにおいては推定トルクTeの振動成分をゼロに近づけるものであり第2制御モードにおいては指令トルクTe *と推定されるトルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量Δθを特定し、積ωref *sと第1移動量Δθとを合計することによって1制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量Δθsを特定する。指令位相特定部は、推定位相θsと、第2移動量Δθsと、を用いて、指令磁束ベクトルψs *の位相である指令位相θs *を特定する。指令磁束特定部は、指令位相θs *を用いて指令磁束ベクトルψs *を特定する。この回転機制御装置は、3相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モード(第1制御モード)と、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モード(第2制御モード)とを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。 As described above, the rotating machine control devices (100, 200a, 200b) according to the first to third embodiments are arranged so that the primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine (102) follows the command magnetic flux vector ψ s *. A voltage vector is applied to the three-phase rotating machine using (104). The rotating machine control device can switch between a second control mode in which the torque of the three-phase rotating machine follows the command torque Te * and a first control mode different from the second control mode. The rotating machine control device includes a torque estimation unit (109), a phase estimation unit (included in the speed / phase estimation unit 110), a movement amount identification unit (111, 211a, 211b), and a command phase identification unit ( 127) and a command magnetic flux specifying unit (112). Torque estimating unit includes a primary flux vector, using a current vector of a three-phase rotary machine, (which identifies the estimated torque T e) estimates the torque of the three-phase rotary machine. The phase estimation unit estimates the phase of the primary magnetic flux vector (identifies the estimated phase θ s ). Movement amount determination section, the product omega ref * T s command speed omega ref * to the period T s of the control cycle of the 3-phase rotating machine is calculated, the zero vibration component estimated torque T e in the first control mode In the second control mode, the first movement amount Δθ that specifies the difference between the command torque T e * and the estimated torque to be close to zero is specified, and the product ω ref * T s and the first movement amount are specified. By adding Δθ, the second movement amount Δθ s to which the phase of the primary magnetic flux vector should move in one control cycle is specified. The command phase specifying unit uses the estimated phase θ s and the second movement amount Δθ s to specify the command phase θ s * that is the phase of the command magnetic flux vector ψ s * . The command magnetic flux specifying unit specifies the command magnetic flux vector ψ s * using the command phase θ s * . This rotating machine control device can secure a high response to torque when the rotation speed is high, and a control mode (first control mode) that can suppress a decrease in control performance when the rotation speed of the three-phase rotating machine is low. Can be switched between different control modes (second control mode). In addition, this rotating machine control device can suppress torque fluctuations during control mode switching.

実施形態1では、第1制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクTeにおける遮断角周波数ωcよりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける第1移動量Δθを特定する。このようにすれば、推定トルクTeの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。 In Embodiment 1, in a first control mode, the movement amount determination unit identifies the first movement amount Δθ to approximate the high-frequency component is a frequency component higher than the cutoff angular frequency omega c in the estimated torque T e to zero. Thus, the vibration component of the estimated torque T e can be easily brought close to zero.

実施形態1では、第1制御モードにおいて、高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第1移動量Δθが特定される。第2制御モードにおいて、指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第1移動量Δθが特定される。このようにすれば、第1制御モードにおいて、推定トルクTeの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第2制御モードにおいて、指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分を容易にゼロに近づけることができる。 In the first embodiment, in the first control mode, the first movement amount Δθ is specified by feedback control that brings the high-frequency component closer to zero. In the second control mode, the first movement amount Δθ is identified by a feedback control closer to zero the difference between the command torque T e * and the estimated torque T e. Thus, in a first control mode, the vibration component of the estimated torque T e can be easily brought close to zero. In the second control mode, the difference between the command torque T e * and the estimated torque T e can be brought close to easily zero.

実施形態1の変形例に係る回転機制御装置(100)は、指令振幅特定部(122)を備えている。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、(i)同じ固定値が指令磁束ベクトルψs *の振幅である指令振幅|ψs *|として用いられ、又は(ii)同じ計算式を用いて得た値が指令磁束ベクトルψs *の振幅である指令振幅|ψs *|として用いられる。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令磁束特定部は指令振幅|ψs *|を用いて指令磁束ベクトルψs *を特定する。このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。 The rotating machine control device (100) according to the modification of the first embodiment includes a command amplitude specifying unit (122). In both the first control mode and the second control mode, (i) the same fixed value is used as the command amplitude | ψ s * |, which is the amplitude of the command magnetic flux vector ψ s * , or (ii) the same calculation formula is used. The value obtained in this way is used as the command amplitude | ψ s * | which is the amplitude of the command magnetic flux vector ψ s * . In both the first control mode and the second control mode, the command magnetic flux specifying unit specifies the command magnetic flux vector ψ s * using the command amplitude | ψ s * |. This is advantageous from the viewpoint of suppressing torque fluctuation at the time of control mode switching.

実施形態2では、第1制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクTeにおける遮断角周波数ωcよりも低い周波数成分である低周波成分と、低周波成分と推定トルクTeとの差分である第1差分(トルク偏差ΔT)をゼロに近づける第1移動量Δθと、を特定する。このようにすれば、推定トルクTeの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。 In Embodiment 2, in the first control mode, the movement amount determination section, the difference between the low frequency component which is a frequency component lower than the cutoff angular frequency omega c in the estimated torque T e, and the estimated torque T e and the low-frequency component The first movement amount Δθ that makes the first difference (torque deviation ΔT) close to zero is specified. Thus, the vibration component of the estimated torque T e can be easily brought close to zero.

実施形態2に係る回転機制御装置(201a)は、参照トルク特定部(121)と、指令振幅特定部(122)と、を備えている。参照トルク特定部は、3相回転機(102)の回転子速度を指令速度ωref *に追従させる場合に3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクTrefを特定する。第1制御モードにおいて、低周波成分が指令トルクTe *として用いられる。第2制御モードにおいて、参照トルクTrefが指令トルクTe *として用いられる。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第1移動量Δθが特定される。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令振幅特定部は指令トルクTe *を用いて指令磁束ベクトルψs *の振幅である指令振幅|ψs *|を特定し、指令磁束特定部は指令振幅|ψs *|を用いて指令磁束ベクトルψs *を特定する。このようにすれば、第1制御モードにおいて、推定トルクTeの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第2制御モードにおいて、指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分を容易にゼロに近づけることができる。また、このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。また、このようにすれば、第1制御モード及び第2制御モードの両方において、制御目的(最大トルク/電流等)に即した指令振幅を特定し易い。 The rotating machine control device (201a) according to the second embodiment includes a reference torque specifying unit (121) and a command amplitude specifying unit (122). The reference torque specifying unit specifies the reference torque T ref that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine (102) is made to follow the command speed ω ref * . In the first control mode, the low frequency component is used as the command torque Te * . In the second control mode, the reference torque T ref is used as the command torque T e * . In both the first and second control modes, the first movement amount Δθ is identified by a feedback control closer to zero the difference between the command torque T e * and the estimated torque T e. In both the first and second control modes, instruction amplitude specifying unit instruction amplitude is commanded flux vector [psi s * of amplitude using command torque T e * | ψ s * | identifies the command flux particular The unit specifies the command magnetic flux vector ψ s * using the command amplitude | ψ s * |. Thus, in a first control mode, the vibration component of the estimated torque T e can be easily brought close to zero. In the second control mode, the difference between the command torque T e * and the estimated torque T e can be brought close to easily zero. Further, this is advantageous from the viewpoint of suppressing torque fluctuation at the time of control mode switching. In this way, it is easy to specify the command amplitude in accordance with the control purpose (maximum torque / current, etc.) in both the first control mode and the second control mode.

実施形態3に係る移動量特定部(211b)は、リミッタ(253)を有している。リミッタは、リミッタへの入力が上限値以上である場合は上限値を出力し、リミッタへの入力が下限値以下である場合は下限値を出力し、リミッタへの入力が下限値よりも大きく上限値よりも小さい場合はリミッタへの入力を出力するものである。第1制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクTeにおける遮断角周波数ωcよりも低い周波数成分である低周波成分をリミッタに入力させ、リミッタの出力と推定トルクTeとの差分である第2差分(トルク偏差ΔT)をゼロに近づける第1移動量Δθを特定する。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分をゼロに近づけることができる。また、3相回転機に流れる電流が過大となる事態を回避でき、信頼性の高い回転機制御装置の実現が可能となる。 The movement amount specifying unit (211b) according to the third embodiment includes a limiter (253). The limiter outputs an upper limit value when the input to the limiter is greater than or equal to the upper limit value, outputs a lower limit value when the input to the limiter is less than or equal to the lower limit value, and the input to the limiter is higher than the lower limit value. When the value is smaller than the value, the input to the limiter is output. In the first control mode, the movement amount determination section, a low-frequency component is a frequency component lower than the cutoff angular frequency omega c in the estimated torque T e is inputted to the limiter, the difference of the output of the limiter and the estimated torque T e A first movement amount Δθ that makes a certain second difference (torque deviation ΔT) close to zero is specified. In this way, the estimated vibration component of the torque can be brought close to zero. Further, it is possible to avoid a situation in which the current flowing through the three-phase rotating machine is excessive, and it is possible to realize a highly reliable rotating machine control device.

実施形態3に係る回転機制御装置(201b)は、参照トルク特定部(121)と、指令振幅特定部(122)と、を備えている。参照トルク特定部は、3相回転機(102)の回転子速度を指令速度ωref *に追従させる場合に3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクTrefを特定する。第2制御モードにおいて、参照トルクTrefがリミッタ(253)に入力される。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、リミッタの出力が指令トルクTe *として用いられ、指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第1移動量Δθが特定される。第1制御モード及び第2制御モードの両方において、指令振幅特定部は指令トルクTe *を用いて指令磁束ベクトルψs *の振幅である指令振幅|ψs *|を特定し、指令磁束特定部は指令振幅|ψs *|を用いて指令磁束ベクトルψs *を特定する。このようにすれば、第1制御モードにおいて、推定トルクTeの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第2制御モードにおいて指令トルクTe *と推定トルクTeとの差分をゼロに近づけることができる。また、このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。 The rotating machine control device (201b) according to the third embodiment includes a reference torque specifying unit (121) and a command amplitude specifying unit (122). The reference torque specifying unit specifies the reference torque T ref that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine (102) is made to follow the command speed ω ref * . In the second control mode, the reference torque T ref is input to the limiter (253). In both the first and second control modes, the output of the limiter is used as the command torque T e *, the first moving amount by the feedback control to bring the difference between the command torque T e * and the estimated torque T e to zero Δθ is specified. In both the first and second control modes, instruction amplitude specifying unit instruction amplitude which is a command flux vector [psi s * of amplitude using command torque T e * | ψ s * | identifies the command flux particular The unit specifies the command magnetic flux vector ψ s * using the command amplitude | ψ s * |. Thus, in a first control mode, the vibration component of the estimated torque T e can be easily brought close to zero. Further, it is possible to close to zero a difference between the command torque T e * and the estimated torque T e in the second control mode. Further, this is advantageous from the viewpoint of suppressing torque fluctuation at the time of control mode switching.

本開示に係る技術は、かご型誘導機や同期機のような3相回転機に適用できる。本開示に係る技術が適用された3相回転機は、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。また、本開示に係る技術は、ファン、ブロアの制御装置に適している。   The technology according to the present disclosure can be applied to a three-phase rotating machine such as a cage induction machine or a synchronous machine. The three-phase rotating machine to which the technology according to the present disclosure is applied is suitable for a heat pump type refrigeration apparatus used in an air conditioner or a hot water heater. The technology according to the present disclosure is suitable for a fan and blower control device.

100,200a,200b 回転機制御装置
101,201a,201b 回転機制御部
102 3相回転機
103 デューティ生成部
104 PWMインバータ
105a 第1電流センサ
105b 第2電流センサ
106 u,w/α,β変換部
107 指令電圧特定部
108 磁束推定部
109 トルク推定部
110 速度・位相推定部
111,211a,211b 移動量特定部
112 指令磁束特定部
113a α軸磁束偏差特定部
113b β軸磁束偏差特定部
114 α,β/u,v,w変換部
116 ベースドライバ
117 平滑コンデンサ
118 直流電源
119a〜119f スイッチング素子
120a〜120f 還流ダイオード
121 参照トルク特定部
122 指令振幅特定部
127 指令位相特定部
141,250 トルク減算部
142 ハイパスフィルタ(HPF)
143,146 乗算部
144,251 切り換えスイッチ
145 PI補償器
147 加算部
252 ローパスフィルタ(LPF)
253 リミッタ
317 振幅修正量生成部
321 誤差パラメータ演算部
322 誤差パラメータ偏差演算部
323 PI補償部
330 仮設定部
331 加算部
100, 200a, 200b Rotating machine control devices 101, 201a, 201b Rotating machine control unit 102 Three-phase rotating machine 103 Duty generation unit 104 PWM inverter 105a First current sensor 105b Second current sensor 106 u, w / α, β conversion unit 107 Command voltage specifying unit 108 Magnetic flux estimating unit 109 Torque estimating unit 110 Speed / phase estimating unit 111, 211a, 211b Movement amount specifying unit 112 Command magnetic flux specifying unit 113a α-axis magnetic flux deviation specifying unit 113b β-axis magnetic flux deviation specifying unit 114 α, β / u, v, w conversion unit 116 Base driver 117 Smoothing capacitor 118 DC power supply 119a to 119f Switching element 120a to 120f Freewheeling diode 121 Reference torque specifying unit 122 Command amplitude specifying unit 127 Command phase specifying unit 141, 250 Torque subtracting unit 142 High pass filter HPF)
143, 146 Multiplier 144, 251 Changeover switch 145 PI compensator 147 Adder 252 Low-pass filter (LPF)
253 Limiter 317 Amplitude correction amount generator 321 Error parameter calculator 322 Error parameter deviation calculator 323 PI compensation unit 330 Temporary setting unit 331 Adder

Claims (9)

3相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記3相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
前記回転機制御装置は、前記3相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第2制御モードと、前記第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御装置は、
前記一次磁束ベクトルと、前記3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記3相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
前記3相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第1制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第2制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、前記積と前記第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する移動量特定部と、
推定された前記位相と、前記第2移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置。
A rotating machine control device that applies a voltage vector to the three-phase rotating machine using an inverter so that a primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine follows the command magnetic flux vector,
The rotating machine control device can switch between a second control mode for causing the torque of the three-phase rotating machine to follow a command torque, and a first control mode different from the second control mode,
The rotating machine control device includes:
A torque estimator that estimates the torque of the three-phase rotating machine using the primary magnetic flux vector and the current vector of the three-phase rotating machine;
A phase estimator for estimating the phase of the primary magnetic flux vector;
The product of the command speed of the three-phase rotating machine and the cycle of the control cycle is calculated, and the estimated vibration component of the torque is approximated to zero in the first control mode, and the command in the second control mode. By identifying a first movement amount that approximates the difference between the torque and the estimated torque to zero, and summing the product and the first movement amount, the phase of the primary magnetic flux vector is determined in one control cycle. A movement amount specifying unit for specifying the second movement amount to be moved;
A command phase specifying unit that specifies a command phase that is a phase of the command magnetic flux vector using the estimated phase and the second movement amount;
A rotating machine control device comprising: a command magnetic flux specifying unit that specifies the command magnetic flux vector using the command phase.
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける前記第1移動量を特定する、請求項1に記載の回転機制御装置。   The said movement amount specific | specification part specifies the said 1st movement amount which brings the high frequency component which is a frequency component higher than the cutoff angular frequency in the estimated said torque close | similar to zero in the said 1st control mode. Rotating machine control device. 前記第1制御モードにおいて、前記高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第2制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定される、請求項2に記載の回転機制御装置。
In the first control mode, the first movement amount is specified by feedback control that brings the high-frequency component close to zero,
3. The rotating machine control device according to claim 2, wherein in the second control mode, the first movement amount is specified by feedback control that brings a difference between the command torque and the estimated torque close to zero.
前記回転機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、(i)同じ固定値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、又は(ii)同じ計算式を用いて得た値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項2又は3に記載の回転機制御装置。
The rotating machine control device includes a command amplitude specifying unit,
In both the first control mode and the second control mode, (i) the same fixed value is used as the command amplitude which is the amplitude of the command magnetic flux vector, or (ii) the value obtained using the same calculation formula is Used as a command amplitude which is the amplitude of the command magnetic flux vector,
4. The rotating machine control device according to claim 2, wherein the command magnetic flux specifying unit specifies the command magnetic flux vector using the command amplitude in both the first control mode and the second control mode. 5.
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と、前記低周波成分と推定された前記トルクとの差分である第1差分をゼロに近づける前記第1移動量と、を特定する、請求項1に記載の回転機制御装置。   In the first control mode, the movement amount specifying unit is a difference between a low-frequency component that is a frequency component lower than a cutoff angular frequency in the estimated torque and the torque estimated as the low-frequency component. The rotating machine control device according to claim 1, wherein the first movement amount that causes the first difference to approach zero is specified. 前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記3相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第1制御モードにおいて、前記低周波成分が前記指令トルクとして用いられ、
前記第2制御モードにおいて、前記参照トルクが前記指令トルクとして用いられ、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項5に記載の回転機制御装置。
The rotating machine control device includes a reference torque specifying unit and a command amplitude specifying unit,
The reference torque specifying unit specifies the reference torque that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine follows the command speed,
In the first control mode, the low frequency component is used as the command torque,
In the second control mode, the reference torque is used as the command torque,
In both the first control mode and the second control mode, the first movement amount is specified by feedback control that brings the difference between the command torque and the estimated torque close to zero,
In both the first control mode and the second control mode, the command amplitude specifying unit uses the command torque to specify a command amplitude that is an amplitude of the command magnetic flux vector, and the command magnetic flux specifying unit includes the command amplitude. The rotating machine control device according to claim 5, wherein the command magnetic flux vector is specified by using.
前記移動量特定部は、リミッタを有し、
前記リミッタは、前記リミッタへの入力が上限値以上である場合は前記上限値を出力し、前記リミッタへの入力が下限値以下である場合は前記下限値を出力し、前記リミッタへの入力が前記下限値よりも大きく前記上限値よりも小さい場合は前記リミッタへの入力を出力するものであり、
前記第1制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分を前記リミッタに入力させ、前記リミッタの出力と推定された前記トルクとの差分である第2差分をゼロに近づける前記第1移動量を特定する、請求項1に記載の回転機制御装置。
The movement amount specifying unit has a limiter,
The limiter outputs the upper limit value when the input to the limiter is greater than or equal to an upper limit value, and outputs the lower limit value when the input to the limiter is less than or equal to a lower limit value, and the input to the limiter is When the value is larger than the lower limit value and smaller than the upper limit value, the input to the limiter is output.
In the first control mode, the movement amount specifying unit causes the limiter to input a low frequency component that is a frequency component lower than the cutoff angular frequency in the estimated torque, and the torque estimated as the output of the limiter. 2. The rotating machine control device according to claim 1, wherein the first movement amount that causes the second difference, which is a difference between the first movement amount and the second difference to approach zero, is specified.
前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記3相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記3相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第2制御モードにおいて、前記参照トルクが前記リミッタに入力され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記リミッタの出力が前記指令トルクとして用いられ、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第1移動量が特定され、
前記第1制御モード及び前記第2制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項7に記載の回転機制御装置。
The rotating machine control device includes a reference torque specifying unit and a command amplitude specifying unit,
The reference torque specifying unit specifies the reference torque that the torque of the three-phase rotating machine should follow when the rotor speed of the three-phase rotating machine follows the command speed,
In the second control mode, the reference torque is input to the limiter,
In both the first control mode and the second control mode, the output of the limiter is used as the command torque, and the first movement is performed by feedback control that brings the difference between the command torque and the estimated torque close to zero. The quantity is identified,
In both the first control mode and the second control mode, the command amplitude specifying unit uses the command torque to specify a command amplitude that is an amplitude of the command magnetic flux vector, and the command magnetic flux specifying unit includes the command amplitude. The rotating machine control device according to claim 7, wherein the command magnetic flux vector is specified using a command.
3相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記3相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御方法であって、
前記回転機制御方法は、前記3相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第2制御モードと、前記第2制御モードとは異なる第1制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御方法は、
前記一次磁束ベクトルと、前記3相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記3相回転機のトルクを推定するトルク推定ステップと、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定ステップと、
前記3相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第1制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第2制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第1移動量を特定し、前記積と前記第1移動量とを合計することによって1制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第2移動量を特定する移動量特定ステップと、
推定された前記位相と、前記第2移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定ステップと、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定ステップと、を備えた、回転機制御方法。
A rotating machine control method for applying a voltage vector to the three-phase rotating machine using an inverter so that a primary magnetic flux vector of the three-phase rotating machine follows the command magnetic flux vector,
The rotating machine control method can switch between a second control mode in which the torque of the three-phase rotating machine follows the command torque and a first control mode different from the second control mode,
The rotating machine control method includes:
A torque estimation step of estimating a torque of the three-phase rotating machine using the primary magnetic flux vector and a current vector of the three-phase rotating machine;
A phase estimating step for estimating a phase of the primary magnetic flux vector;
The product of the command speed of the three-phase rotating machine and the cycle of the control cycle is calculated, and the estimated vibration component of the torque is approximated to zero in the first control mode, and the command in the second control mode. By identifying a first movement amount that approximates the difference between the torque and the estimated torque to zero, and summing the product and the first movement amount, the phase of the primary magnetic flux vector is determined in one control cycle. A movement amount specifying step for specifying a second movement amount to be moved;
A command phase specifying step of specifying a command phase that is a phase of the command magnetic flux vector using the estimated phase and the second movement amount;
And a command magnetic flux specifying step for specifying the command magnetic flux vector using the command phase.
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WO2025204530A1 (en) * 2024-03-27 2025-10-02 株式会社デンソー Power converter control device, program, and power converter control method

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