JP2019161874A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石同期モータのモータインダクタンスを精度よく同定し、動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができるモータ制御装置を実現する。【解決手段】モータロータを所定位置に停止させた状態で、インバータ制御部110のスイッチング素子を上アームと下アームから1石ずつ選択して通電して永久磁石同期モータ101に流れる第1の出力電流ベクトルと、前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるようにインバータ制御部110に通電して永久磁石同期モータ101に流れる第2の出力電流ベクトルとからそれぞれ同定を行った2つのモータインダクタンスの平均値を算出するインダクタンス同定手段109は、インバータ制御部110の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を電流センサ102から出力される相電流値の3相2相変換値で除算する。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a motor control device capable of accurately identifying a motor inductance of a permanent magnet synchronous motor and preventing an operation failure such as a decrease in operation responsiveness and a step-out. A first output current flowing through a permanent magnet synchronous motor by energizing by selecting switching elements of an inverter control unit one by one from an upper arm and a lower arm while the motor rotor is stopped at a predetermined position. The two motor inductances are identified from a vector and a second output current vector flowing through the permanent magnet synchronous motor 101 by energizing the inverter control unit 110 so as to be in a direction opposite to the first output current vector. The inductance identifying means 109 for calculating the average value sequentially integrates the output voltage of the inverter control unit 110 and divides the successively obtained integral value by the three-phase to two-phase conversion value of the phase current value output from the current sensor 102. I do. [Selection diagram] FIG.
Description
本発明は永久磁石同期モータのモータ制御装置に関し、特にモータ定数の自動計測技術に関する。 The present invention relates to a motor controller for a permanent magnet synchronous motor, and more particularly to an automatic measurement technique for motor constants.
永久磁石同期モータは、ベクトル制御することによって、制御性能の向上および運転時の電力損失を低減させることができる。ベクトル制御におけるdq軸電流およびdq軸電圧の関係を表す電圧方程式は、永久磁石同期モータの電機子巻線抵抗、インダクタンスおよび誘起電圧定数によって構成されている。近年、位置センサを用いずに、dq軸電流およびdq軸電圧を用いて電機子の位置および速度推定を行うセンサレス方式が多く採用されている。この方式においては、電圧方程式に基づいて電機子の位置および速度推定が行われるため、モータ定数の誤差が、永久磁石同期モータの動作の応答性の低下や脱調の顕著な原因となる。 The permanent magnet synchronous motor can improve the control performance and reduce power loss during operation by vector control. The voltage equation representing the relationship between the dq-axis current and the dq-axis voltage in vector control is constituted by the armature winding resistance, inductance, and induced voltage constant of the permanent magnet synchronous motor. In recent years, many sensorless systems have been adopted in which the position and speed of the armature are estimated using the dq-axis current and the dq-axis voltage without using the position sensor. In this method, since the position and speed of the armature are estimated based on the voltage equation, an error in the motor constant causes a significant decrease in responsiveness and step-out of the operation of the permanent magnet synchronous motor.
従来のモータ制御においては、モータ定数としてある一定の仕様値を用いるため、実際のモータ定数と誤差を生じることがある。これを解決する方法の一つとして、永久磁石同期モータの停止時に、モータ定数を同定し、同定結果を電圧方程式に反映する技術が提案されている。 In the conventional motor control, since a certain specification value is used as a motor constant, an error may occur with an actual motor constant. As one method for solving this, a technique has been proposed in which a motor constant is identified when the permanent magnet synchronous motor is stopped, and the identification result is reflected in the voltage equation.
この種の永久磁石同期モータ定数を自動計測する代表的な技術は、永久磁石同期モータの電機子巻線抵抗、d軸インダクタンス、q軸インダクタンスおよび誘起電圧定数を停止中または運転中に自動計測するものである(例えば、特許文献1参照)。 A typical technique for automatically measuring this type of permanent magnet synchronous motor constant is to automatically measure the armature winding resistance, d-axis inductance, q-axis inductance, and induced voltage constant of the permanent magnet synchronous motor during stoppage or operation. (For example, see Patent Document 1).
また、永久磁石同期モータ定数のd軸インダクタンス自動計測方法の一つとして、d軸電流に同定用の矩形波電流を重畳し、微小時間あたりの電流振幅の差分を利用して、d軸インダクタンスを同定する方法が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。 Also, as one of the automatic d-axis inductance measurement methods for permanent magnet synchronous motor constants, a rectangular wave current for identification is superimposed on the d-axis current, and the difference in current amplitude per minute time is used to calculate the d-axis inductance. A method for identification is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、非特許文献1に記載された技術は、モータ停止時のインダクタンス計測時に同定用電流信号に矩形波電流を用いる方法である。この方法によれば、過渡変化前後で同期して電流サンプルが採取されると、インダクタンス演算式で用いられる電流差分値が小さくなるため、同定誤差が増加するという課題があった。そのため、非特許文献1に記載された技術においては、過渡変化前後で電流サンプリングの間引きを行うことによって、上記課題に対する対策を行っている。 However, the technique described in Non-Patent Document 1 is a method in which a rectangular wave current is used for the identification current signal when measuring the inductance when the motor is stopped. According to this method, when current samples are collected in synchronism before and after the transient change, the current difference value used in the inductance calculation formula becomes small, and there is a problem that the identification error increases. Therefore, in the technique described in Non-Patent Document 1, countermeasures against the above problem are taken by thinning out current sampling before and after a transient change.
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、上アームに3石および
下アームに3石のスイッチング素子を有し3相の永久磁石同期モータを駆動するインバータ制御を備え、前記永久磁石同期モータのモータロータを所定位置に停止させた状態で、前記上アームのスイッチング素子のうち1石または2石を選択するとともに、前記上アームで選択されなかったスイッチング素子に接続された下アームのスイッチング素子のうち少なくとも1石を選択して通電することにより、前記永久磁石同期モータに流れる第1の出力電流ベクトルからモータインダクタンス1を同定し、また、前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように、前記上アームおよび前記下アームからスイッチング素子を選択して通電することにより、前記永久磁石同期モータに流れる第2の出力電流ベクトルからモータインダクタンス2を同定し、前記モータインダクタンス1および前記モータインダクタンス2の平均値を算出することにより、前記永久磁石同期モータのモータインダクタンスを同定するインダクタンス同定手段を有し、前記インダクタンス同定手段は、前記モータインダクタンスの同定に際し、前記インバータ制御部の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を電流検出部から出力される相電流値の3相2相変換値で除算するように構成される。
In order to solve the above-described conventional problems, the motor control device of the present invention includes inverter control that has a switching element of three stones in the upper arm and three stones in the lower arm and drives a three-phase permanent magnet synchronous motor, While the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped at a predetermined position, one stone or two stones are selected from the switching elements of the upper arm, and the bottom connected to the switching element not selected by the upper arm. By selecting and energizing at least one stone among the switching elements of the arm, the motor inductance 1 is identified from the first output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor, and the reverse of the first output current vector. By selecting a switching element from the upper arm and the lower arm and energizing the Inductance for identifying the motor inductance of the permanent magnet synchronous motor by identifying the motor inductance 2 from the second output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor and calculating the average value of the motor inductance 1 and the motor inductance 2 The inductance identification unit sequentially integrates the output voltage of the inverter control unit when identifying the motor inductance, and the successive integration value obtained thereby is obtained as the phase current value output from the current detection unit. It is configured to divide by the three-phase two-phase conversion value.
これによって、モータインダクタンスを小電流領域から大電流領域まで精度良く算出し、演算誤差を小さくすることができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができる。 As a result, the motor inductance can be accurately calculated from the small current region to the large current region, the calculation error can be reduced, and the operation responsiveness of the permanent magnet synchronous motor can be prevented from being deteriorated or malfunctioned. be able to.
本発明のモータ制御装置は、永久磁石同期モータのモータロータの停止時において、同定用信号を重畳するインバータ制御において、過渡変化中のインダクタンス電流を検出することによってモータインダクタンスを同定するに際し、モータインダクタンスを小電流領域から大電流領域まで精度よく同定することができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができる。 The motor control device according to the present invention determines the motor inductance when the motor inductance is identified by detecting the inductance current during the transient change in the inverter control in which the identification signal is superimposed when the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped. It is possible to accurately identify from a small current region to a large current region, and it is possible to prevent the occurrence of operation troubles such as a decrease in operation responsiveness and a step-out of the permanent magnet synchronous motor.
第1の発明は、回転子に永久磁石を有する永久磁石同期モータの電機子電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部から出力される相電流値を用いて前記永久磁石同期モータの回転速度および出力トルクを所定値に制御するベクトル制御部と、上アームに3石および下アームに3石のスイッチング素子を有し3相の前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ制御部とを備えたモータ制御装置において、前記ベクトル制御部は、前記電機子電流の電流制御により前記永久磁石同期モータのモータロータを所定位置に停止させた状態で、前記上アームのスイッチング素子のうち1石または2石を選択して通電するとともに、前記上アームで選択されなかったスイッチング素子に接続された下アームのスイッチング素子のうち少なくとも1石を選択して通電することにより、前記永久磁石同期モータに流れる第1の出力電流ベクトルから前記永久磁石同期モータのモータインダクタンス1を同定し、また、前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように、前記上アームおよび前記下アームからスイッチング素子を選択して通電することにより、前記永久磁石同期
モータに流れる第2の出力電流ベクトルから前記永久磁石同期モータのモータインダクタンス2を同定し、前記モータインダクタンス1および前記モータインダクタンス2の平均値を算出することにより、前記永久磁石同期モータのモータインダクタンスを同定するインダクタンス同定手段を有し、前記インダクタンス同定手段は、前記モータインダクタンスの同定に際し、前記インバータ制御部の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を前記電流検出部から出力される相電流値の3相2相変換値で除算するように構成されるモータ制御装置である。この構成により、モータインダクタンスを小電流領域から大電流領域まで高精度に同定することができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a current detection unit for detecting an armature current of a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, and rotation of the permanent magnet synchronous motor using a phase current value output from the current detection unit. A vector control unit for controlling the speed and output torque to predetermined values, and an inverter control unit for driving the three-phase permanent magnet synchronous motor having switching elements of three stones in the upper arm and three stones in the lower arm. In the motor control device, the vector control unit may select one or two of the switching elements of the upper arm in a state where the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped at a predetermined position by current control of the armature current. At least one of the switching elements of the lower arm connected to the switching element not selected by the upper arm while being selected and energized By selecting and energizing, the motor inductance 1 of the permanent magnet synchronous motor is identified from the first output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor, and the direction is opposite to that of the first output current vector. In addition, by selecting a switching element from the upper arm and the lower arm and energizing, the motor inductance 2 of the permanent magnet synchronous motor is identified from the second output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor, and the motor Inductance identification means for identifying the motor inductance of the permanent magnet synchronous motor by calculating an average value of the inductance 1 and the motor inductance 2 is provided, and the inductance identification means controls the inverter control in identifying the motor inductance. Product of output voltage And a motor controller configured to divide a sequentially integrated values thereby obtained a three-phase two-phase converted value of the phase current value output from the current detector. With this configuration, the motor inductance can be identified with high accuracy from a small current region to a large current region, and it is possible to prevent the occurrence of operational troubles such as a decrease in operational responsiveness and a step-out of the permanent magnet synchronous motor.
第2の発明は、特に、第1の発明のモータ制御装置において、前記インダクタンス同定手段は、前記インバータ制御部の第1の出力電流ベクトルを前記モータロータの磁束に平行な電流成分となるように制御し、また、前記インバータ制御部の第2の出力電流ベクトルを前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように制御することにより、前記永久磁石同期モータのd軸インダクタンスを同定するように構成される。この構成により、永久磁石同期モータのd軸インダクタンスを小電流領域から大電流領域まで高精度に同定することができる。 In a second aspect of the invention, in particular, in the motor control device of the first aspect of the invention, the inductance identifying means controls the first output current vector of the inverter control unit to be a current component parallel to the magnetic flux of the motor rotor. And the d-axis inductance of the permanent magnet synchronous motor is identified by controlling the second output current vector of the inverter control unit so as to be in the direction opposite to the first output current vector. Is done. With this configuration, the d-axis inductance of the permanent magnet synchronous motor can be identified with high accuracy from a small current region to a large current region.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のモータ制御装置において、前記インダクタンス同定手段は、前記モータロータを停止させた所定位置からいずれかのモータ回転方向に電気角90度回転移動させ、前記インバータ制御部の第1の出力電流ベクトルを前記モータロータの磁束と直交する電流成分となるように制御し、また、前記インバータ制御部の第2の出力電流ベクトルを前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように制御することにより、前記永久磁石同期モータのq軸インダクタンスを同定するように構成される。この構成により、永久磁石同期モータのq軸インダクタンスを小電流領域から大電流領域まで高精度に同定することができる。 In a third aspect of the invention, in particular, in the motor control device of the first or second aspect of the invention, the inductance identifying means rotates the electrical angle by 90 degrees in any motor rotation direction from a predetermined position where the motor rotor is stopped. , Controlling the first output current vector of the inverter control unit to be a current component orthogonal to the magnetic flux of the motor rotor, and changing the second output current vector of the inverter control unit to the first output current vector. The q-axis inductance of the permanent magnet synchronous motor is identified by controlling so as to be in the opposite direction. With this configuration, the q-axis inductance of the permanent magnet synchronous motor can be identified with high accuracy from a small current region to a large current region.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の構成図である。図1に示されるように、モータ制御装置は、永久磁石同期モータ101をインバータ駆動するインバータ制御部110と、永久磁石同期モータ101の三相巻線に流れる電機子電流を検出する3個の電流センサ102a、102b、102c(電流検出部)と、三相二相変換手段103、モータロータ位置・速度推定手段104、二相三相変換手段108、電流制御手段107、速度制御手段106、インダクタンス同定手段109からなり、永久磁石同期モータ101の回転速度および出力トルクを制御するベクトル制御部(103〜109)とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the motor control device includes an inverter control unit 110 that drives the permanent magnet synchronous motor 101 as an inverter, and three currents that detect an armature current flowing in the three-phase winding of the permanent magnet synchronous motor 101. Sensors 102a, 102b, 102c (current detection unit), three-phase two-phase conversion means 103, motor rotor position / speed estimation means 104, two-phase three-phase conversion means 108, current control means 107, speed control means 106, inductance identification means 109 and a vector control unit (103 to 109) for controlling the rotation speed and output torque of the permanent magnet synchronous motor 101.
図2は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のインバータ制御部110の詳細構成図である。図2に示されるように、インバータ制御部110は、還流ダイオード121〜126が並列に備えられたIGBTのようなスイッチング素子111〜116により構成される上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子による直列回路を3相分有している。インバータ制御部110は、上記3相分の直列回路における上アームと下アームの相互接続点が、負荷である永久磁石同期モータ101の三相巻線にそれぞれ接続されている。二相三相変換手段108が、出力電圧を実現するためのパルスパターン信号をドライバ131に出力する。ドライバ131は、そのドライブ信号に従ってスイッチング素子111〜116を駆動する信号を出力する。 FIG. 2 is a detailed configuration diagram of inverter control unit 110 of the motor control device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the inverter control unit 110 includes switching elements on the upper arm side and switching on the lower arm side configured by switching elements 111 to 116 such as IGBTs provided with free-wheeling diodes 121 to 126 in parallel. It has three phases of series circuit with elements. In the inverter control unit 110, the interconnection points of the upper arm and the lower arm in the three-phase series circuit are respectively connected to the three-phase windings of the permanent magnet synchronous motor 101 as a load. The two-phase / three-phase converter 108 outputs a pulse pattern signal for realizing the output voltage to the driver 131. Driver 131 outputs a signal for driving switching elements 111 to 116 in accordance with the drive signal.
インバータ制御部110は、U、V、Wの3相の交流電圧を出力するスイッチング回路である。インバータ制御部110は、スイッチング素子のゲートに接続されたマイクロコンピュータなどの制御アプリケーションから駆動信号を受け、スイッチング素子を順序よくオンオフすることによって、印加されている直流電圧Vdcを3相の交流電圧に変換し、制御対象である永久磁石同期モータ101を駆動する。マイクロコンピュータには、インバータ制御部110を駆動するための周辺回路が搭載されており、それらの周辺回路の一つであるAD変換手段によって、インバータ制御部110は、3個の電流センサ102a、102b、102cによって得られた3相の検出電流を用いてフィードバック制御を行う。 The inverter control unit 110 is a switching circuit that outputs three-phase AC voltages of U, V, and W. The inverter control unit 110 receives a drive signal from a control application such as a microcomputer connected to the gate of the switching element, and converts the applied DC voltage Vdc into a three-phase AC voltage by turning on and off the switching element in order. Then, the permanent magnet synchronous motor 101 to be controlled is driven. The microcomputer is equipped with a peripheral circuit for driving the inverter control unit 110, and the inverter control unit 110 includes three current sensors 102a and 102b by AD conversion means which is one of the peripheral circuits. , 102c is used to perform feedback control using the three-phase detection current obtained.
本実施の形態においては、ホール素子のような位置センサを用いることなく、dq軸座標の電流、電圧および永久磁石同期モータ101が有するパラメータを使用してモータロータの位置と速度を推定する、いわゆるセンサレス制御が行われることを想定している。なお、本発明は、位置センサを用いたベクトル制御においても適用可能である。 In this embodiment, without using a position sensor such as a Hall element, the position and speed of the motor rotor are estimated using the current and voltage of the dq axis coordinates and the parameters of the permanent magnet synchronous motor 101, so-called sensorless. It is assumed that control is performed. The present invention can also be applied to vector control using a position sensor.
センサレスベクトル制御の分野においては、γδ軸と表記される事もあるが、本実施の形態の以下の記載においては、dq軸の表記とγδ軸の表記を区別せずに用いる。また、電流値は大文字Iもしくは小文字iで表記されており、電圧値は大文字Vもしくは小文字vで表記されている。 In the field of sensorless vector control, it may be expressed as γδ axis, but in the following description of the present embodiment, the notation of dq axis and γδ axis is used without distinction. In addition, the current value is written in capital letter I or small letter i, and the voltage value is written in capital letter V or small letter v.
永久磁石同期モータ101の駆動時におけるベクトル制御部の動作の概要を説明する。図1に示されるように、外部より与えられる目標回転数ω*の情報に基づいて、速度制御手段106によりdq軸における電流指令Id*、Iq*がそれぞれ作成される。ここで、モータロータの界磁方向をd軸(界磁軸)、d軸と直交する方向をq軸とする。 An outline of the operation of the vector control unit when the permanent magnet synchronous motor 101 is driven will be described. As shown in FIG. 1, current commands Id * and Iq * on the dq axis are created by the speed control means 106 based on information on the target rotational speed ω * given from the outside. Here, the field direction of the motor rotor is d-axis (field axis), and the direction orthogonal to the d-axis is q-axis.
電流センサ102a、102b、102cによって得られた相電流Iu、Iv、Iwは、三相二相変換手段103によりdq座標上の検出電流Id、Iqに変換される。検出電流Id、Iqと、電流指令Id*、Iq*との偏差に基づき、電流制御手段107は、電圧指令Vd*、Vq*を作成する。電圧指令Vd*、Vq*に基づき、二相三相変換手段108が出力デューティを決定し、インバータ制御部110が出力デューティに基づいた3相交流電圧を永久磁石同期モータ101に出力する。このようにして、永久磁石同期モータ101は、実回転数ωが目標回転数ω*に追従するように制御が行われる。 The phase currents Iu, Iv, Iw obtained by the current sensors 102a, 102b, 102c are converted into detected currents Id, Iq on the dq coordinate by the three-phase / two-phase conversion means 103. Based on the deviation between the detected currents Id and Iq and the current commands Id * and Iq * , the current control means 107 creates voltage commands Vd * and Vq * . Based on the voltage commands Vd * and Vq * , the two-phase / three-phase converter 108 determines an output duty, and the inverter control unit 110 outputs a three-phase AC voltage based on the output duty to the permanent magnet synchronous motor 101. In this way, the permanent magnet synchronous motor 101 is controlled so that the actual rotational speed ω follows the target rotational speed ω * .
次に、インダクタンス同定手段109の動作について説明する。インダクタンス同定処理は、永久磁石同期モータ101の起動命令が与えられた場合に行うことができる。当該同定処理で求められたモータ定数を用いて、永久磁石同期モータ101の駆動を行うことができる。この同定処理によって同定されるモータ定数は、d軸インダクタンスLdである。 Next, the operation of the inductance identification unit 109 will be described. The inductance identification process can be performed when a start command for the permanent magnet synchronous motor 101 is given. The permanent magnet synchronous motor 101 can be driven using the motor constant obtained in the identification process. The motor constant identified by this identification process is the d-axis inductance Ld.
インダクタンス同定処理が開始されると、まず、永久磁石同期モータ101のモータロータが静止した状態でモータ定数の同定を行うために、モータロータを所定位置に引き込んで固定する位置決め動作が行われる。図3は、本発明の実施の形態1におけるd軸インダクタンスLd同定時の永久磁石同期モータ101のU、V、W座標とモータロータ(永久磁石)の位置、およびdq座標との関係を示す図である。 When the inductance identification process is started, first, in order to identify the motor constant while the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor 101 is stationary, a positioning operation for pulling and fixing the motor rotor to a predetermined position is performed. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the U, V, W coordinates of the permanent magnet synchronous motor 101, the position of the motor rotor (permanent magnet), and the dq coordinates when the d-axis inductance Ld is identified in the first embodiment of the present invention. is there.
モータロータの位置決めを行うために、永久磁石同期モータ101の回転座標系の界磁軸であるd軸に電流指令を与える。与える電流指令として、所定の直流電流指令Id*を設定し、q軸の電流指令Iq*をゼロに設定する。トルクが生じないようq軸電流はゼロに設定している。このときの電流指令Id*、Iq*の設定は、速度制御手段106が行う。 In order to position the motor rotor, a current command is given to the d-axis which is the field axis of the rotating coordinate system of the permanent magnet synchronous motor 101. A predetermined DC current command Id * is set as a current command to be applied, and a q-axis current command Iq * is set to zero. The q-axis current is set to zero so that no torque is generated. The speed control means 106 sets the current commands Id * and Iq * at this time.
U相にIa、V相に−Ia/2、W相に−Ia/2の直流が流れるように電流指令Id*、Iq*を設定すると、電機子巻線のU相電流による起磁力を基準とし、θ=0の基準位置として扱うことができる。次に、U相にIa、W相に−Iaの直流が流れるように、電流指令Id*、Iq*を設定すると、電機子巻線のU相の基準位置からθ=30度の位置にモータロータを固定することができる。この位置をd軸インダクタンスLdを同定する際のモータロータの位置決め位置とする。 When current commands Id * and Iq * are set so that a direct current of Ia for the U phase, -Ia / 2 for the V phase and -Ia / 2 for the W phase flows, the magnetomotive force due to the U phase current of the armature winding is used as a reference And can be treated as a reference position of θ = 0. Next, when current commands Id * and Iq * are set so that a direct current of Ia flows in the U phase and −Ia flows in the W phase, the motor rotor is positioned at θ = 30 degrees from the reference position of the U phase of the armature winding. Can be fixed. This position is a positioning position of the motor rotor when the d-axis inductance Ld is identified.
一般的に、永久磁石同期モータの2相電圧方程式は下記の数式1によって与えられる。数式1において、Raは電機子巻線抵抗、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、ωは回転数、Ψaは永久磁石による磁束鎖交数、pは微分演算子を表す。 In general, the two-phase voltage equation of a permanent magnet synchronous motor is given by the following Equation 1. In Equation 1, Ra is an armature winding resistance, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, ω is a rotational speed, ψa is a flux linkage number by a permanent magnet, and p is a differential operator.
本実施の形態においては、モータ定数を同定する際に、直流電流指令Id*、Iq*を印加し、所定の位置、ここではθ=30度の位置に位置決めを行った後、直流電流指令Id*=0とし、検出電流Idが0Aとなることを確認する。 In the present embodiment, when the motor constant is identified, DC current commands Id * and Iq * are applied and positioned at a predetermined position, in this case, θ = 30 degrees, and then the DC current command Id * Confirm that the detection current Id is 0 A with 0.
次に、インバータ制御部110の3相のうち、2相を通電し、残りの1相を開放するように制御を行う。すなわち、上アームのスイッチング素子111と下アームのスイッチング素子116をオンすることで、U相にIa、W相に−Iaの直流が流れるように、任意のd軸電圧指令Vd_sigを印加する。このとき、V相のスイッチング素子は全てオフされており、ハイインピーダンス状態として開放されていることが特徴である。 Next, control is performed so that two of the three phases of the inverter control unit 110 are energized and the remaining one phase is opened. That is, by turning on the upper arm switching element 111 and the lower arm switching element 116, an arbitrary d-axis voltage command Vd_sig is applied so that a direct current of Ia flows in the U phase and −Ia flows in the W phase. At this time, the V-phase switching elements are all turned off and are opened as a high impedance state.
d軸電圧指令Vd_sigに基づいて二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=30度となり、インダクタンス同定手段109は、三相二相変換手段103から検出電流Idを所定のサンプリング周期Tsで取得する。サンプリング周期Tsは、任意のキャリア周波数により算出され設定される。そして、d軸電圧指令Vd_sig、検出電流値Id、回転速度(ω=0)および回転子位置(θ=30度)を用いて、後述される方法によってd軸インダクタンスLdの同定を行う。 Based on the d-axis voltage command Vd_sig, the output current vector output from the two-phase three-phase conversion means 108 is θ = 30 degrees, and the inductance identification means 109 performs a predetermined sampling of the detection current Id from the three-phase two-phase conversion means 103. Obtained at period Ts. The sampling period Ts is calculated and set by an arbitrary carrier frequency. Then, the d-axis inductance Ld is identified by a method described later using the d-axis voltage command Vd_sig, the detected current value Id, the rotation speed (ω = 0), and the rotor position (θ = 30 degrees).
なお、モータロータの位置決め位置はθ=30度に限られるものではない。位置決め位置と出力電流ベクトルの位相が平行であり、かつ永久磁石同期モータ101の3相のうち、1相を開放し、他の2相を通電するようにインバータ制御部110のスイッチング素子を上アームと下アームから1石ずつ選択して通電することで実現できる位置ならいずれの位置でも構わない。もしくは、少なくとも2相を、あるいは3相を通電するようにインバータ制御部110のスイッチング素子を選択し通電してもよい。 The positioning position of the motor rotor is not limited to θ = 30 degrees. The switching element of the inverter control unit 110 is opened so that the positioning position and the phase of the output current vector are parallel and one of the three phases of the permanent magnet synchronous motor 101 is opened and the other two phases are energized. Any position can be used as long as it can be realized by selecting and energizing one stone at a time from the lower arm. Alternatively, the switching element of the inverter control unit 110 may be selected and energized so as to energize at least two phases or three phases.
d軸インダクタンスLdの同定方法について電圧方程式を用いて詳しく説明する。数式1の電圧方程式のd軸成分は、下記の数式2で表される。 A method for identifying the d-axis inductance Ld will be described in detail using voltage equations. The d-axis component of the voltage equation of Equation 1 is expressed by Equation 2 below.
次に、数式2の電圧方程式を差分方程式に変換して、サンプリング周期Tsを代入して整理すると、数式3で表される。 Next, when the voltage equation of Formula 2 is converted into a difference equation and the sampling period Ts is substituted and arranged, it is expressed by Formula 3.
本実施の形態においては、モータ定数を同定する際に、θ=30度の位置にモータロータの位置決めを行った後、二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=30度となるように設定しているので、モータロータは静止状態であるためω=0である。また、出力電流ベクトルの位相は、モータロータによる磁束の向き、すなわちd軸の位相と合致している。すなわち、出力電流ベクトルをモータロータの磁束に平行な電流成分となるように制御することによって、ω=0を数式3に代入して得られる下記の数式4によりd軸インダクタンスLdを求めることができる。 In the present embodiment, when the motor constant is identified, after the motor rotor is positioned at the position of θ = 30 degrees, the output current vector output from the two-phase / three-phase conversion means 108 is θ = 30 degrees. Since the motor rotor is stationary, ω = 0. The phase of the output current vector matches the direction of the magnetic flux by the motor rotor, that is, the d-axis phase. That is, by controlling the output current vector to be a current component parallel to the magnetic flux of the motor rotor, the d-axis inductance Ld can be obtained by the following formula 4 obtained by substituting ω = 0 into the formula 3.
しかしながら、数式4はサンプリング周期Tsが短い場合、分母式の差分値が極めて小さくなりLd算出値が大きく変動する場合がある。その対策として、Tsを大きくするかフィルタ関数を使うなどが考えられるが、Ldの算出誤差が逆に増える恐れもある。そこで、代替の一手法として数式2からω=0として積分形に変形・近似して導き出される下記の数式5を用いる。これによって、Ld算出上の変動要因を極力小さくすることができ、高精度にd軸インダクタンスLdを同定することができる。 However, in Equation 4, when the sampling cycle Ts is short, the difference value of the denominator equation may become extremely small and the Ld calculated value may fluctuate greatly. As a countermeasure, it is conceivable to increase Ts or use a filter function. However, there is a possibility that the calculation error of Ld may increase. Therefore, as an alternative method, the following formula 5 derived from the formula 2 by transforming and approximating the integral form with ω = 0 is used. As a result, the variation factor in the Ld calculation can be minimized, and the d-axis inductance Ld can be identified with high accuracy.
数式5において、k、nは離散化自然数(1≦k≦n)、Vd1はd軸一定電圧、LdnはIdn時のd軸インダクタンス、Idnはk=n時のd軸電流Idである。 In Equation 5, k and n are discrete natural numbers (1 ≦ k ≦ n), Vd1 is a constant d-axis voltage, Ldn is a d-axis inductance at Idn, and Idn is a d-axis current Id at k = n.
本数式5を図4を用いて説明する。図4は、モータインダクタンス同定における離散化演算の説明図である。図4に示されるように、vdが印加された時のサンプリング周期Ts毎のd軸パルス指令電圧401およびd軸瞬時電流402が、離散化自然数k(1≦k
≦n)毎に示されている。なお、Tn=n・Tsである。
Equation 5 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the discretization calculation in motor inductance identification. As shown in FIG. 4, the d-axis pulse command voltage 401 and the d-axis instantaneous current 402 for each sampling period Ts when vd is applied are a discretized natural number k (1 ≦ k).
≦ n) is shown. Note that Tn = n · Ts.
また、1≦k≦nの区間においては、d軸パルス指令電圧401は一定単パルスとしているので、
d軸パルス指令電圧401=Vd1
である。
Further, in the section of 1 ≦ k ≦ n, the d-axis pulse command voltage 401 is a constant single pulse.
d-axis pulse command voltage 401 = Vd1
It is.
このような条件下では、d軸電流Idは、d軸瞬時電流402で示される特性図を描くことになり、k=n時点のLdをLdn、IdをIdnとすると、Ldnは、数式5として、数式2より導出できる(ここで、ω=0)。従って、nを増加させながらIdnに対応するLdnを逐次計算することにより、d軸インダクタンスLd−d軸電流Id特性を求めることができる。 Under such conditions, the d-axis current Id draws a characteristic diagram represented by the d-axis instantaneous current 402. When Ld at the time point k = n is Ldn and Id is Idn, Ldn is expressed as Equation 5. , Can be derived from Equation 2 (where ω = 0). Therefore, the d-axis inductance Ld-d-axis current Id characteristic can be obtained by sequentially calculating Ldn corresponding to Idn while increasing n.
次に、V相を開放したままで、上アームのスイッチング素子113と下アームのスイッチング素子114をオンすることで、U相に−Ia、W相にIaの直流が流れるように、任意のd軸電圧指令Vd_sigを印加する。d軸電圧指令Vd_sigに基づいて二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=210度となり、インダクタンス同定手段109は、三相二相変換手段103から検出電流Idを所定のサンプリング周期Tsで取得する。そして、d軸電圧指令Vd_sig、検出電流値Id、回転速度(ω=0)および回転子位置(θ=30度)を用いて、d軸インダクタンスLdの同定を行う。出力電流ベクトルは、θ=30度から180度回転移動させたもので、U相およびW相の巻線コイルに流れる電流の向きがθ=30度の場合とは逆になる。 Next, with the V-phase open, the upper arm switching element 113 and the lower arm switching element 114 are turned on so that a direct current of -Ia flows in the U phase and Ia flows in the W phase. A shaft voltage command Vd_sig is applied. Based on the d-axis voltage command Vd_sig, the output current vector output from the two-phase / three-phase conversion means 108 is θ = 210 degrees, and the inductance identification means 109 performs a predetermined sampling of the detected current Id from the three-phase / two-phase conversion means 103. Obtained at period Ts. Then, the d-axis inductance Ld is identified using the d-axis voltage command Vd_sig, the detected current value Id, the rotation speed (ω = 0), and the rotor position (θ = 30 degrees). The output current vector is rotated 180 degrees from θ = 30 degrees, and the direction of the current flowing through the U-phase and W-phase winding coils is opposite to that when θ = 30 degrees.
上記同定したθ=210度でのd軸インダクタンスLdの値と、θ=30度となるように設定した場合に算出したd軸インダクタンスLdの値との平均値を算出する。また、それぞれの回転子位置におけるd軸インダクタンスLd(モータインダクタンス)は、数式5に示されるように、インバータ出力電圧を逐次積分し、その逐次積分値を相電流値Iaの3相2相変換値Idで除算することによって算出される。これらにより、d軸インダクタンスLdを小電流領域から大電流領域まで精度よく同定することができる。d軸インダクタンスLdの同定が完了すると、d軸電圧指令Vd_sigの印加を終了する。 An average value of the identified value of the d-axis inductance Ld at θ = 210 degrees and the value of the d-axis inductance Ld calculated when θ = 30 degrees is set is calculated. Further, as shown in Equation 5, the d-axis inductance Ld (motor inductance) at each rotor position is obtained by sequentially integrating the inverter output voltage, and the successive integration value is a three-phase two-phase conversion value of the phase current value Ia. Calculated by dividing by Id. As a result, the d-axis inductance Ld can be accurately identified from the small current region to the large current region. When the identification of the d-axis inductance Ld is completed, the application of the d-axis voltage command Vd_sig is terminated.
以上、本実施の形態についての詳細な説明から明らかなように、本発明のモータ制御装置は次の効果を奏する。本発明のモータ制御装置は、永久磁石同期モータのモータロータを所定位置に停止させた状態で、上アームのスイッチング素子のうち1石または2石を選択するとともに、前記上アームで選択されなかったスイッチング素子に接続された下アームのスイッチング素子のうち少なくとも1石を選択して通電することにより、永久磁石同期モータに流れる第1の出力電流ベクトルからモータインダクタンス1としてd軸インダクタンス1を同定し、また、第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように、上アームおよび下アームからスイッチング素子を選択して通電することにより、永久磁石同期モータに流れる第2の出力電流ベクトルからモータインダクタンス2としてd軸インダクタンス2を同定し、d軸インダクタンス1およびd軸インダクタンス2の平均値を算出することにより、永久磁石同期モータのモータインダクタンスを同定するインダクタンス同定手段を有し、インダクタンス同定手段は、モータインダクタンスの同定に際し、インバータ制御部の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を電流検出部から出力される相電流値の3相2相変換値で除算するように構成される。これにより、モータインダクタンスを小電流領域から大電流領域まで精度よく同定することができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができる。 As is apparent from the detailed description of the present embodiment, the motor control device of the present invention has the following effects. The motor control device of the present invention selects one stone or two stones among the switching elements of the upper arm while the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped at a predetermined position, and the switching not selected by the upper arm. By selecting and energizing at least one switching element of the lower arm connected to the element, the d-axis inductance 1 is identified as the motor inductance 1 from the first output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor, and By selecting and energizing the switching element from the upper arm and the lower arm so as to be in the opposite direction to the first output current vector, the motor inductance 2 is obtained from the second output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor. Identifies axis inductance 2, and d-axis inductance 1 and d-axis inductor By calculating the average value of the transformer 2, it has inductance identifying means for identifying the motor inductance of the permanent magnet synchronous motor, and the inductance identifying means sequentially integrates the output voltage of the inverter control unit when identifying the motor inductance, The sequential integration value obtained thereby is divided by the three-phase two-phase conversion value of the phase current value output from the current detection unit. As a result, the motor inductance can be accurately identified from the small current region to the large current region, and it is possible to prevent the operation responsiveness of the permanent magnet synchronous motor from deteriorating or causing malfunctions such as step-out.
(実施の形態2)
以下、本発明のモータ制御装置の別の実施の形態について説明する。本発明の実施の形
態2におけるモータ制御装置の構成は、図1に示された実施の形態1と同じであるが、モータインダクタンス同定時のモータロータの位置決め位置が実施の形態1とは異なる。
(Embodiment 2)
Hereinafter, another embodiment of the motor control device of the present invention will be described. The configuration of the motor control apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the positioning position of the motor rotor at the time of motor inductance identification is different from that of the first embodiment.
実施の形態1においては、位置決めを行ったモータロータのd軸の位相と、モータインダクタンスを測定する際に印加されるVd_sigに基づく二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルの位相とが同一方向となるように制御していた。 In the first embodiment, the phase of the d-axis of the positioned motor rotor and the phase of the output current vector output from the two-phase three-phase conversion means 108 based on Vd_sig applied when measuring the motor inductance are obtained. It was controlled to be in the same direction.
本実施の形態においては、位置決めをするモータロータのd軸の位相と、モータインダクタンスを測定する際に印加されるVq_sigに基づく二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルの位相とが90度ずれた方向となるように制御する。図5は、本発明の実施の形態2におけるq軸インダクタンスLq同定時の永久磁石同期モータ101のU、V、W座標とモータロータ(永久磁石)の位置、およびdq座標との関係を示す図である。 In the present embodiment, the phase of the d-axis of the motor rotor to be positioned and the phase of the output current vector output from the two-phase / three-phase conversion means 108 based on Vq_sig applied when measuring the motor inductance is 90. The direction is controlled so as to be deviated. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the U, V, W coordinates of the permanent magnet synchronous motor 101, the position of the motor rotor (permanent magnet), and the dq coordinates when the q-axis inductance Lq is identified in the second embodiment of the present invention. is there.
インダクタンス同定手段109の動作について説明する。インダクタンス同定処理は、永久磁石同期モータ101の起動命令が与えられた場合に行うことができる。当該同定処理で求められたモータ定数を用いて、永久磁石同期モータ101の駆動を行うことができる。この同定処理によって同定されるモータ定数は、q軸インダクタンスLqである。 The operation of the inductance identification unit 109 will be described. The inductance identification process can be performed when a start command for the permanent magnet synchronous motor 101 is given. The permanent magnet synchronous motor 101 can be driven using the motor constant obtained in the identification process. The motor constant identified by this identification process is the q-axis inductance Lq.
本実施の形態においては、永久磁石同期モータ101のモータロータが静止した状態でモータ定数の同定を行うために、電機子巻線のU相電流による起磁力を基準とし、θ=0の基準位置として扱う。 In the present embodiment, in order to identify the motor constant while the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor 101 is stationary, the magnetomotive force due to the U-phase current of the armature winding is used as a reference, and the reference position of θ = 0 is used. deal with.
上アームのスイッチング素子112と下アームのスイッチング素子114、116をオンすることによって、V相にIa、U相に−Ia/2、W相に−Ia/2の直流が流れるように電流指令Id*、Iq*を設定すると、θ=120度の位置にモータロータを固定することができる。この位置をq軸インダクタンスLqを同定する際のモータロータの位置決め位置とする。この位置決め位置は、d軸インダクタンスLdを同定した場合のモータロータの位置決め位置から90度回転移動させた位置である。なお、上記とは逆方向に90度回転移動させた位置を位置決め位置としてもよい。 By turning on the switching element 112 of the upper arm and the switching elements 114 and 116 of the lower arm, a current command Id so that a direct current of Ia in the V phase, -Ia / 2 in the U phase and -Ia / 2 in the W phase flows. When * and Iq * are set, the motor rotor can be fixed at a position of θ = 120 degrees. This position is set as the positioning position of the motor rotor when the q-axis inductance Lq is identified. This positioning position is a position rotated 90 degrees from the positioning position of the motor rotor when the d-axis inductance Ld is identified. The position rotated 90 degrees in the opposite direction to the above may be used as the positioning position.
本実施の形態においては、モータ定数を同定する際に、直流電流指令Id*、Iq*を印加し、所定の位置、ここではθ=120度の位置に位置決めを行った後、直流電流指令Id*=0とし、検出電流Idが0Aとなることを確認する。θ=120度の位置は、実施の形態1におけるモータロータの位置決め位置から90度回転移動させ、回転移動させたモータロータの磁束に直交する電流成分と出力電流ベクトルが平行となるようにしたものである。 In the present embodiment, when the motor constant is identified, the DC current commands Id * and Iq * are applied and positioned at a predetermined position, in this case, the position of θ = 120 degrees, and then the DC current command Id * Confirm that the detection current Id is 0 A with 0. The position of θ = 120 degrees is rotated 90 degrees from the motor rotor positioning position in the first embodiment, and the current component orthogonal to the magnetic flux of the rotated motor rotor and the output current vector are parallel. .
次に、インバータ制御部110の3相のうち、2相を通電し、残りの1相を開放するように制御を行う。すなわち、上アームのスイッチング素子111と下アームのスイッチング素子116をオンすることで、V相を開放し、U相にIa、W相に−Iaの直流が流れるように、任意のq軸電圧指令Vq_sigを印加する。 Next, control is performed so that two of the three phases of the inverter control unit 110 are energized and the remaining one phase is opened. In other words, by turning on the switching element 111 of the upper arm and the switching element 116 of the lower arm, the V phase is released, and a direct current of Ia flows in the U phase and −Ia flows in the W phase. Vq_sig is applied.
q軸電圧指令Vq_sigに基づいて二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=30度となるように設定し、インダクタンス同定手段109によって三相二相変換手段103から検出電流Iqを所定のサンプリング周期Tsで取得する。ここで、モータロータの位置決め位置であるθ=120度の位置は、印加された出力電流ベクトルと直交しているので、q軸のインダクタンスLqを算出できる。なお、サンプリング周期Tsは、任意のキャリア周波数により算出され設定される。そして、q軸電圧指令Vq_sig、検出電流値Iq、回転速度(ω=0)および回転子位置(θ=120度)を用
いて、後述される方法によってq軸インダクタンスLqの同定を行う。
Based on the q-axis voltage command Vq_sig, the output current vector output from the two-phase / three-phase conversion unit 108 is set to θ = 30 degrees, and the inductance identification unit 109 detects the detected current Iq from the three-phase / two-phase conversion unit 103. Are acquired at a predetermined sampling period Ts. Here, since the position of θ = 120 degrees, which is the positioning position of the motor rotor, is orthogonal to the applied output current vector, the q-axis inductance Lq can be calculated. The sampling period Ts is calculated and set by an arbitrary carrier frequency. Then, the q-axis inductance Lq is identified by a method described later using the q-axis voltage command Vq_sig, the detected current value Iq, the rotation speed (ω = 0), and the rotor position (θ = 120 degrees).
なお、モータロータの位置決め位置はθ=120度に限られるものではない。位置決め位置と出力電流ベクトルの位相が直交し、かつ永久磁石同期モータ101の3相のうち、1相を開放し、他の2相を通電するようにインバータ制御部110のスイッチング素子を上アームと下アームから1石ずつ選択して通電することで実現できる位置ならいずれの位置でも構わない。もしくは、少なくとも2相を、あるいは3相を通電するようにインバータ制御部110のスイッチング素子を選択し通電してもよい。 The positioning position of the motor rotor is not limited to θ = 120 degrees. The switching element of the inverter control unit 110 is the upper arm so that the positioning position and the phase of the output current vector are orthogonal, and one of the three phases of the permanent magnet synchronous motor 101 is opened and the other two phases are energized. Any position can be used as long as it can be realized by selecting and energizing one stone at a time from the lower arm. Alternatively, the switching element of the inverter control unit 110 may be selected and energized so as to energize at least two phases or three phases.
q軸インダクタンスLqの同定方法について電圧方程式を用いて詳しく説明する。数式1の電圧方程式のq軸成分は、下記の数式6で表される。 A method for identifying the q-axis inductance Lq will be described in detail using voltage equations. The q-axis component of the voltage equation of Equation 1 is expressed by Equation 6 below.
次に、数式6の電圧方程式を差分方程式に変換して、サンプリング周期をTsを代入して整理する。そして、本実施の形態においては、モータ定数を同定する際に、θ=120度の位置にモータロータの位置決めを行った後、二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=30度となるように設定しており、モータロータの回転が無視できるほどの短時間の内に行われるとすると、静止状態であるためω=0である。また、モータロータによる磁束の向きと、出力電流ベクトルの位相、すなわちq軸の位相とは直交している。すなわち、出力電流ベクトルをモータロータの磁束と直交する電流成分となるように制御することによって、下記の数式7のように変形でき、q軸インダクタンスLqを求めることができる。 Next, the voltage equation of Equation 6 is converted into a difference equation, and the sampling period is arranged by substituting Ts. In this embodiment, when the motor constant is identified, after positioning the motor rotor at the position of θ = 120 degrees, the output current vector output from the two-phase / three-phase conversion means 108 is θ = 30. If the rotation of the motor rotor is performed within a short time that can be ignored, ω = 0 because it is in a stationary state. Further, the direction of the magnetic flux by the motor rotor and the phase of the output current vector, that is, the q-axis phase are orthogonal to each other. That is, by controlling the output current vector so as to be a current component orthogonal to the magnetic flux of the motor rotor, it can be transformed as shown in Equation 7 below, and the q-axis inductance Lq can be obtained.
ここで、数式7も前記数式4と同様の分母特性を有する。数式5導出過程と同様にして、数式6よりω=0として積分形に変形・近似して導き出される下記の数式8を用いることによって、高精度にq軸インダクタンスLqを同定することができる。 Here, Formula 7 also has the same denominator characteristic as Formula 4. Similarly to the derivation process of Equation 5, the q-axis inductance Lq can be identified with high accuracy by using the following Equation 8 derived from Equation 6 by transforming and approximating the integral form with ω = 0.
ここで、k、nは離散化自然数(1≦k≦n)、Vq1はq軸一定電圧、LqnはIqn時のq軸インダクタンスLq、Iqnはk=n時のq軸電流Iqである。 Here, k and n are discretized natural numbers (1 ≦ k ≦ n), Vq1 is a q-axis constant voltage, Lqn is a q-axis inductance Lq when Iqn, and Iqn is a q-axis current Iq when k = n.
また、1≦k≦nの区間においては、q軸パルス電圧は一定単パルスとしているので、q軸パルス電圧=Vq1
である。
Further, in the section of 1 ≦ k ≦ n, the q-axis pulse voltage is a constant single pulse, so that q-axis pulse voltage = Vq1.
It is.
従って、nを増加させながらIqnに対応するLqnを逐次計算することにより、q軸インダクタンスLq−q軸電流Iq特性を求めることができる。 Therefore, the q-axis inductance Lq-q-axis current Iq characteristic can be obtained by sequentially calculating Lqn corresponding to Iqn while increasing n.
次に、出力電流ベクトルを180度回転移動させた場合のq軸インダクタンスLqを算出する。V相を開放したままで、上アームのスイッチング素子113と下アームのスイッチング素子114をオンすることで、U相に−Ia、W相にIaの直流が流れるように、任意のq軸電圧指令Vq_sigを印加する。q軸電圧指令Vq_sigに基づいて二相三相変換手段108から出力される出力電流ベクトルはθ=210度となり、インダクタンス同定手段109は、三相二相変換手段103から検出電流Iqを所定のサンプリング周期Tsで取得する。そして、q軸電圧指令Vq_sig、検出電流値Iq、回転速度(ω=0)および回転子位置(θ=120度)を用いて、q軸インダクタンスLqの同定を行う。出力電流ベクトルは、θ=30度から180度回転移動させたもので、U相およびW相の巻線コイルに流れる電流の向きがθ=30度の場合とは逆になる。 Next, the q-axis inductance Lq when the output current vector is rotated 180 degrees is calculated. With the V-phase open, by turning on the switching element 113 of the upper arm and the switching element 114 of the lower arm, an arbitrary q-axis voltage command can be set so that a direct current of -Ia flows in the U phase and Ia flows in the W phase. Vq_sig is applied. Based on the q-axis voltage command Vq_sig, the output current vector output from the two-phase three-phase conversion means 108 is θ = 210 degrees, and the inductance identification means 109 performs a predetermined sampling of the detected current Iq from the three-phase two-phase conversion means 103. Obtained at period Ts. Then, the q-axis inductance Lq is identified using the q-axis voltage command Vq_sig, the detected current value Iq, the rotation speed (ω = 0), and the rotor position (θ = 120 degrees). The output current vector is rotated 180 degrees from θ = 30 degrees, and the direction of the current flowing through the U-phase and W-phase winding coils is opposite to that when θ = 30 degrees.
上記同定したθ=210度でのq軸インダクタンスLqの値と、θ=30度となるように設定した場合に算出したq軸インダクタンスLqの値との平均値を算出する。また、それぞれの回転子位置におけるq軸インダクタンスLq(モータインダクタンス)は、数式8に示されるように、インバータ出力電圧を逐次積分し、その逐次積分値を相電流値Iaの3相2相変換値Iqで除算することによって算出される。これらにより、q軸インダクタンスLqを小電流領域から大電流領域まで精度よく同定することができる。q軸インダクタンスLqの同定が完了すると、q軸電圧指令Vq_sigの印加を終了する。 The average value of the q-axis inductance Lq value at θ = 210 degrees identified above and the q-axis inductance Lq value calculated when θ = 30 degrees is set is calculated. Further, the q-axis inductance Lq (motor inductance) at each rotor position is obtained by sequentially integrating the inverter output voltage as shown in Equation 8, and the successive integration value is converted into a three-phase two-phase conversion value of the phase current value Ia. Calculated by dividing by Iq. As a result, the q-axis inductance Lq can be accurately identified from the small current region to the large current region. When the identification of the q-axis inductance Lq is completed, the application of the q-axis voltage command Vq_sig is terminated.
以上、本実施の形態についての詳細な説明から明らかなように、本発明のモータ制御装置は次の効果を奏する。本発明のモータ制御装置は、永久磁石同期モータのモータロータを所定位置に停止させた状態で、上アームのスイッチング素子のうち1石または2石を選択するとともに、前記上アームで選択されなかったスイッチング素子に接続された下アームのスイッチング素子のうち少なくとも1石を選択して通電することにより、永久磁石同期モータに流れる第1の出力電流ベクトルからモータインダクタンス1としてq軸インダクタンス1を同定し、また、第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように、上アームおよび下アームからスイッチング素子を選択して通電することにより、永久磁石同期モータに流れる第2の出力電流ベクトルからモータインダクタンス2としてq軸インダクタンス2を同定し、q軸インダクタンス1およびq軸インダクタンス2の平均値を算出することにより、永久磁石同期モータのモータインダクタンスを同定するインダクタンス同定手段を有し、インダクタンス同定手段は、モータインダクタンスの同定に際し、インバータ制御部の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を相電流値の3相2相変換値で除算するように構成される。これにより、モータインダクタンスを小電流領域から大電流領域まで精度よく同定することができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができる。 As is apparent from the detailed description of the present embodiment, the motor control device of the present invention has the following effects. The motor control device of the present invention selects one stone or two stones among the switching elements of the upper arm while the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped at a predetermined position, and the switching not selected by the upper arm. By selecting and energizing at least one of the switching elements of the lower arm connected to the element, the q-axis inductance 1 is identified as the motor inductance 1 from the first output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor, and When the switching element is selected from the upper arm and the lower arm so as to be in the opposite direction to the first output current vector and energized, the second output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor is converted into a motor inductance 2 q Identify the axis inductance 2, q-axis inductance 1 and q-axis inductor By calculating the average value of the transformer 2, it has inductance identifying means for identifying the motor inductance of the permanent magnet synchronous motor, and the inductance identifying means sequentially integrates the output voltage of the inverter control unit when identifying the motor inductance, The successive integration value obtained thereby is divided by the three-phase two-phase conversion value of the phase current value. As a result, the motor inductance can be accurately identified from the small current region to the large current region, and it is possible to prevent the operation responsiveness of the permanent magnet synchronous motor from deteriorating or causing malfunctions such as step-out.
なお、上記実施の形態1と実施の形態2とが併用される形態のモータ制御装置であってもよい。 In addition, the motor control apparatus of the form with which the said Embodiment 1 and Embodiment 2 are used together may be sufficient.
本発明のモータ制御装置は、精度の高いモータ定数の同定を実現することができ、永久磁石同期モータの動作応答性の低下や脱調等の動作不具合の発生を防止することができるので、インバータ駆動される永久磁石同期モータを有した電気機器に使用されるモータ制
御装置等として有用である。
The motor control device of the present invention can realize the identification of the motor constant with high accuracy and can prevent the occurrence of operation troubles such as a decrease in operation responsiveness and step-out of the permanent magnet synchronous motor. It is useful as a motor control device used for an electric device having a driven permanent magnet synchronous motor.
101 永久磁石同期モータ
102a、102b、102c 電流センサ(電流検出部)
103 三相二相変換手段
104 モータロータ位置・速度推定手段
106 速度制御手段
107 電流制御手段
108 二相三相変換手段
109 インダクタンス同定手段
110 インバータ制御部
111、112、113、114、115、116 スイッチング素子
121、122、123、124、125、126 還流ダイオード
131 ドライバ
401 d軸パルス指令電圧
402 d軸瞬時電流
101 Permanent magnet synchronous motor 102a, 102b, 102c Current sensor (current detection unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 Three-phase two-phase conversion means 104 Motor rotor position and speed estimation means 106 Speed control means 107 Current control means 108 Two-phase three-phase conversion means 109 Inductance identification means 110 Inverter control part 111, 112, 113, 114, 115, 116 Switching element 121, 122, 123, 124, 125, 126 Free-wheeling diode 131 Driver 401 d-axis pulse command voltage 402 d-axis instantaneous current
Claims (3)
前記ベクトル制御部は、前記電機子電流の電流制御により前記永久磁石同期モータのモータロータを所定位置に停止させた状態で、前記上アームのスイッチング素子のうち1石または2石を選択するとともに、前記上アームで選択されなかったスイッチング素子に接続された下アームのスイッチング素子のうち少なくとも1石を選択して通電することにより、前記永久磁石同期モータに流れる第1の出力電流ベクトルから前記永久磁石同期モータのモータインダクタンス1を同定し、また、前記第1の出力電流ベクトルと逆方向となるように、前記上アームおよび前記下アームからスイッチング素子を選択して通電することにより、前記永久磁石同期モータに流れる第2の出力電流ベクトルから前記永久磁石同期モータのモータインダクタンス2を同定し、前記モータインダクタンス1および前記モータインダクタンス2の平均値を算出することにより、前記永久磁石同期モータのモータインダクタンスを同定するインダクタンス同定手段を有し、
前記インダクタンス同定手段は、前記モータインダクタンスの同定に際し、前記インバータ制御部の出力電圧を逐次積分し、それによって得られる逐次積分値を前記電流検出部から出力される相電流値の3相2相変換値で除算するように構成される、
モータ制御装置。 A current detection unit for detecting an armature current of a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in the rotor, and a phase current value output from the current detection unit is used to set a rotation speed and an output torque of the permanent magnet synchronous motor. A motor control device comprising: a vector control unit that controls the value; and an inverter control unit that has three stones in the upper arm and three stones in the lower arm and drives the three-phase permanent magnet synchronous motor.
The vector control unit selects one stone or two stones among the switching elements of the upper arm in a state where the motor rotor of the permanent magnet synchronous motor is stopped at a predetermined position by current control of the armature current, and By selecting and energizing at least one of the switching elements of the lower arm connected to the switching element not selected by the upper arm, the permanent magnet synchronization is obtained from the first output current vector flowing in the permanent magnet synchronous motor. The permanent magnet synchronous motor is identified by identifying the motor inductance 1 of the motor and energizing the switching element by selecting a switching element from the upper arm and the lower arm so as to be in a direction opposite to the first output current vector. Motor inductance of the permanent magnet synchronous motor from the second output current vector flowing in the motor Identified 2, by calculating the average value of the motor inductance 1 and the motor inductance 2, it has an inductance identifying means for identifying the motor inductance of the permanent magnet synchronous motor,
The inductance identification means sequentially integrates the output voltage of the inverter control unit when identifying the motor inductance, and converts the successive integration value obtained thereby into three-phase to two-phase conversion of the phase current value output from the current detection unit. Configured to divide by value,
Motor control device.
請求項1記載のモータ制御装置。 The inductance identifying means controls the first output current vector of the inverter control unit to be a current component parallel to the magnetic flux of the motor rotor, and the second output current vector of the inverter control unit is the first output current vector. Configured to identify the d-axis inductance of the permanent magnet synchronous motor by controlling to be opposite to the output current vector of 1.
The motor control device according to claim 1.
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| CN113691183A (en) * | 2021-08-26 | 2021-11-23 | 上海儒竞智控技术有限公司 | Method, system, medium and terminal for identifying inductance of permanent magnet synchronous motor |
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| WO2024183238A1 (en) * | 2023-03-03 | 2024-09-12 | 中山大洋电机股份有限公司 | Output voltage-based self-adaptive rotor pre-positioning control method for permanent magnet synchronous motor |
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