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JP2015142464A - motor control device - Google Patents

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JP2015142464A
JP2015142464A JP2014014981A JP2014014981A JP2015142464A JP 2015142464 A JP2015142464 A JP 2015142464A JP 2014014981 A JP2014014981 A JP 2014014981A JP 2014014981 A JP2014014981 A JP 2014014981A JP 2015142464 A JP2015142464 A JP 2015142464A
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聖仁 下野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device which improves a start success rate in start-up operation of a synchronous motor and is capable of reducing vibrations during the start-up operation.SOLUTION: In the motor control device, a voltage setting unit 50 sets a voltage for positioning electrification of a rotor before starting activation of a synchronous motor M. A positioning control unit 62 uses the voltage for positioning electrification to perform positioning electrification of the synchronous motor M. In a two-phase/three-phase conversion unit 22, a voltage vector on a rotation coordinate system is converted into a voltage vector on a stationary coordinate system. In a three-phase/two-phase conversion unit 21, a current vector on the stationary coordinate system in the case of driving the synchronous motor M is converted into a current vector on the rotation coordinate system and a δ-axis current is calculated by a driving unit 10. When the δ-axis current is a predetermined current value and flows continuously for a predetermined time, a positioning determination processing unit 61 determines that the rotor is positioned, and a positioning control unit 62 determines that the rotor is positioned.

Description

本発明は、同期モータを駆動するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that drives a synchronous motor.

特許文献1に記載のモータ制御装置では、位置センサレス駆動を行う同期モータを起動する際に、停止しているロータ(回転子)の位置が分からない状態でモータを起動させるとモータがうまく起動しない虞がある。そこで、特許文献1では、ロータの位置を予め定めた所定の位置に位置決めする位置決め通電を行ってからモータを起動させるようにしている。即ち、特許文献1では、位置決め通電を行うことにより、ロータが所定の位置に位置決めされたことを前提として、次の起動シーケンスに移行するようにしている。   In the motor control device described in Patent Literature 1, when starting a synchronous motor that performs position sensorless driving, if the motor is started without knowing the position of the stopped rotor (rotor), the motor does not start well. There is a fear. Therefore, in Patent Document 1, the motor is started after performing energization for positioning the rotor at a predetermined position. That is, in Patent Document 1, by performing positioning energization, the process proceeds to the next startup sequence on the assumption that the rotor is positioned at a predetermined position.

特開2013−207868号公報JP2013-207868A

しかしながら、特許文献1に記載の技術にあっては、ロータの位置決め通電を行ってもロータが所定の位置に位置決めがされていないと、制御軸であるγ−δ軸と、実軸であるd−q軸との間に大きなずれがある状態で、モータの起動シーケンスが開始されることになるため、起動制御が正しく行われず、モータが起動できないことが想定される。特に、ロータの位置が所定の位置である電気角0度の位置と、その所定の位置に対して電気角で180度の位置にある場合は、位置決め通電を行ってもロータが回転しない。つまり、この電気角180度の位置にロータがある場合は位置決め通電を行ってもロータを所定の位置に位置決めすることができないため、従来のように位置決め通電によりロータが所定の位置に位置決めされたと想定して起動運転を行うと、起動制御が正しく行われず、起動成功率が低下するという問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, if the rotor is not positioned at a predetermined position even if the rotor is energized, the control axis γ-δ axis and the real axis d Since the motor start sequence is started in a state where there is a large deviation from the −q axis, it is assumed that the start control is not performed correctly and the motor cannot be started. In particular, when the position of the rotor is a predetermined position at an electrical angle of 0 degrees and the predetermined position is at an electrical angle of 180 degrees, the rotor does not rotate even if positioning energization is performed. In other words, if there is a rotor at the electrical angle of 180 degrees, the rotor cannot be positioned at a predetermined position even if positioning energization is performed. When the startup operation is performed assuming that the startup control is not performed correctly, there is a problem that the startup success rate decreases.

また、ロータが所定の位置に位置決めされていない状態でモータを起動するとロータが滑らかに回転しないため、起動運転時に振動が生じ、モータやモータを搭載した機器本体に対し振動によりダメージを与えるという問題がある。   In addition, if the motor is started without the rotor being positioned at a predetermined position, the rotor does not rotate smoothly, causing vibration during start-up operation, and causing damage to the motor or the device body equipped with the motor due to vibration. There is.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同期モータの起動運転時における起動成功率が高く、起動運転時の振動を低減することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a motor control device that has a high startup success rate during the startup operation of a synchronous motor and can reduce vibration during the startup operation.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第1の側面にかかるモータ制御装置は、ロータとステータを有する同期モータを制御するモータ制御装置であって、前記同期モータの起動開始前に、前記ロータを位置決めする位置決め通電を行うための位置決め通電電圧を設定して電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令生成部から出力された電圧指令に基づいて3相のPWM信号を生成するPWM生成部と、直流電源から供給された直流電力を前記PWM信号により3相の交流電力に変換して前記同期モータへ供給するインバータと、前記ステータの巻線に流れる相電流を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記同期モータの相電流に基づいて、3相の前記相電流(Iu、Iv、Iw)を算出し回転座標系の2相電流(Iγ、Iδ)に変換する3相−2相変換部と、前記3相−2相変換部から出力された2相電流のうちδ軸電流Iδを検出し、前記δ軸電流Iδが所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた場合前記ロータが位置決めされたと判定する位置決め判定処理部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a motor control device according to a first aspect of the present invention is a motor control device that controls a synchronous motor having a rotor and a stator, and starts up the synchronous motor. Before starting, a voltage command generation unit that sets a positioning energization voltage for performing positioning energization for positioning the rotor and generates a voltage command, and a three-phase based on the voltage command output from the voltage command generation unit A PWM generator that generates a PWM signal; an inverter that converts DC power supplied from a DC power source into three-phase AC power using the PWM signal; and supplies the synchronous motor; and a phase current that flows through the stator winding And a three-phase phase current (Iu, Iv, Iw) based on the phase current of the synchronous motor detected by the detection unit, and a rotary seat A three-phase to two-phase converter that converts the two-phase current (Iγ, Iδ) of the system, and a δ-axis current Iδ from the two-phase current output from the three-phase to two-phase converter, and the δ-axis And a positioning determination processing unit that determines that the rotor has been positioned when the current Iδ is equal to or greater than a predetermined current value and continuously flows for a predetermined time.

また、本発明にかかるモータ制御装置は、上記の発明において、前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定された場合、前記位置決め通電電圧の位相である位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな通電角度θを設定して前記電圧指令生成部に出力する位置決め通電角度設定部をさらに備え、前記位置決め通電角度設定部は、位置決め通電時に新たに設定された位置決め通電角度θを用いて、前記位置決め通電を行うことを行うことを特徴とする。   In the motor control device according to the present invention, in the above invention, when the positioning determination processing unit determines that the rotor is not positioned, a predetermined angle is set to the positioning energization angle θ that is a phase of the positioning energization voltage. A positioning energization angle setting unit that sets a new energization angle θ by adding φ and outputs it to the voltage command generation unit is further provided, and the positioning energization angle setting unit includes a positioning energization angle θ newly set during positioning energization The above-mentioned positioning energization is performed using

また、本発明にかかるモータ制御装置は、上記の発明において、前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定し続けた場合、前記位置決め通電角度設定部で設定される位置決め通電角度θが所定の角度になるまで前記位置決め通電を繰り返し行うことを特徴とする。   In the motor control device according to the present invention, in the above invention, when the positioning determination processing unit continues to determine that the rotor is not positioned, the positioning energization angle θ set by the positioning energization angle setting unit The positioning energization is repeated until the angle becomes a predetermined angle.

本発明にかかるモータ制御装置は、位置検出センサを持たない同期モータの起動成功率の向上と共に、起動時における振動低減を図ることができるという効果を奏する。   The motor control device according to the present invention has the effect of improving the startup success rate of the synchronous motor having no position detection sensor and reducing the vibration during startup.

図1は、実施の形態にかかるモータ制御装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device according to an embodiment. 図2は、実施の形態におけるU−V−W固定座標系とγ−δ座標系とd−q座標系との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship among the UVW fixed coordinate system, the γ-δ coordinate system, and the dq coordinate system in the embodiment. 図3は、実施の形態における起動開始前の位置決め通電処理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the positioning energization process before the start of the start in the embodiment. 図4は、実施の形態における起動運転時の処理フローを示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a processing flow during start-up operation in the embodiment.

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a motor control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態)
実施の形態にかかるモータ制御装置1について図1を用いて説明する。図1は本発明によるモータ制御装置の位置決め通電処理にかかわる構成を主に示している。モータ制御装置1は、PWM変調による制御信号を生成し同期モータであるモータMを制御する。モータMは、例えば、PMSM(永久磁石同期モータ)であり、永久磁石を有し回転するロータと、ステータコイルを有しロータを回転させるための回転磁界を発生するステータを備える。同期モータの駆動においては、ロータの回転とステータコイルが発生する回転磁界を同期させる必要があるため、ロータの位置(回転位置)検出をすることが必要である。上記のように、モータMが位置検出センサを持たない同期モータの場合には位置センサレス制御が必要である。
(Embodiment)
A motor control device 1 according to an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 mainly shows the configuration relating to the positioning energization processing of the motor control device according to the present invention. The motor control device 1 generates a control signal by PWM modulation and controls the motor M which is a synchronous motor. The motor M is, for example, a PMSM (permanent magnet synchronous motor), and includes a rotor that has a permanent magnet and rotates, and a stator that has a stator coil and generates a rotating magnetic field for rotating the rotor. In driving the synchronous motor, since it is necessary to synchronize the rotation of the rotor and the rotating magnetic field generated by the stator coil, it is necessary to detect the position (rotational position) of the rotor. As described above, when the motor M is a synchronous motor having no position detection sensor, position sensorless control is required.

モータ制御装置1は、位置検出センサを持たない同期モータ(以下、同期モータとする)Mを指令回転数で回転させるようにベクトル制御する定常運転を行う。モータ制御装置1は、同期モータMを起動する際に、この定常運転ではなく、まず、起動用に設けられた起動運転モードで同期モータMの起動運転を行い、その後、起動運転モードから定常運転モードへ移行して、定常運転モードで同期モータMの定常運転を行う。   The motor control device 1 performs a steady operation in which vector control is performed so that a synchronous motor (hereinafter referred to as a synchronous motor) M having no position detection sensor is rotated at a command rotational speed. When starting the synchronous motor M, the motor control device 1 does not start this steady operation, but first performs the startup operation of the synchronous motor M in the startup operation mode provided for startup, and then starts the steady operation from the startup operation mode. The mode is shifted to the mode, and the synchronous motor M is normally operated in the steady operation mode.

従来は上記した起動運転モードにおいて、位置センサレス制御を行う同期モータMを起動する際に、ロータの位置決め通電を行った後、ロータが所定の位置に位置決めされたことを前提として起動運転モードに入っていた。   Conventionally, when starting the synchronous motor M that performs position sensorless control in the start-up operation mode described above, the start-up operation mode is entered on the assumption that the rotor is positioned at a predetermined position after energizing the rotor. It was.

しかしながら、位置決め通電を行ってもロータが回転せずに所定の位置に位置決めされていない場合は、モータが起動しなかったり、起動しても振動が発生したりする虞があった。
そこで、本実施の形態では、位置センサレス制御を行う同期モータの起動時における問題として、位置決め通電後、位置決めされたことを前提に起動運転モードに入るのではなく、位置決め通電後にロータが回転して所定の位置に位置決めされたことを確認してから起動運転モードに入るようにする。
However, if the rotor does not rotate and is not positioned at a predetermined position even after positioning energization, there is a possibility that the motor will not start or vibration may occur even if it is started.
Therefore, in the present embodiment, as a problem at the time of starting the synchronous motor that performs position sensorless control, the rotor rotates after positioning current supply rather than entering the startup operation mode after positioning current supply and assuming that positioning has been performed. After confirming the positioning at a predetermined position, the start operation mode is entered.

すなわち、本実施の形態では、位置決め通電後に位置決め判定を行い、ロータが回転して位置決めされたと判定した場合のみ起動運転モードに入る。この位置決め判定は、位置決め通電後「ロータが回転して所定の位置に停止した」ことを「位置決めされた」と判定する。具体的には、位置決め通電を行い、ロータが回転しない場合は、流れる電流は全てγ軸(d軸)電流として流れ、δ軸(q軸)電流は流れず、ロータが回転した場合は、誘起電圧がq軸方向に発生し、その結果γ軸電流だけでなくδ軸(q軸)電流も流れ、ロータが停止するとδ軸電流は流れ無くなることを利用し、「ロータが回転した後、停止した」すなわち「位置決めされた」と判定するものである。このように、位置決め通電によってロータが回転した後、停止したことが分かれば、ロータは所定の位置に位置決めされていると判断できるので、その時点で同期モータMの起動運転を行えば同期モータMの起動成功率が向上すると共に、起動時における振動の低減を図ることができる。   That is, in the present embodiment, the positioning determination is performed after the energization of positioning, and the start operation mode is entered only when it is determined that the rotor is rotated and positioned. In this positioning determination, it is determined that “the rotor has been rotated and stopped at a predetermined position” after being energized as “positioned”. Specifically, when positioning energization is performed and the rotor does not rotate, all the flowing current flows as the γ-axis (d-axis) current, and the δ-axis (q-axis) current does not flow. A voltage is generated in the q-axis direction. As a result, not only the γ-axis current but also the δ-axis (q-axis) current flows. When the rotor stops, the δ-axis current stops flowing. That is, it is determined as “positioned”. In this way, if it is known that the rotor has stopped after rotating by positioning energization, it can be determined that the rotor is positioned at a predetermined position. Therefore, if the synchronous motor M is started at that time, the synchronous motor M As a result, the startup success rate can be improved, and vibration during startup can be reduced.

また、本実施の形態では、位置決め判定の演算量を低減するために、実際の磁束位置(d軸位置)の推定が必要なd−q回転座標系を用いずに、実際の磁束位置の推定を行なわない制御軸であるγ−δ回転座標系を用いている。図2に、同期モータMのステータ(固定子)のU相、V相、W相の3相巻線が発生する磁界の向きに対応したUVW固定座標系とロータに同期して回転するd−q回転座標系、ステータが発生する回転磁界に同期して回転するγ−δ回転座標系との関係を示す。   In this embodiment, in order to reduce the amount of calculation for positioning determination, the actual magnetic flux position is estimated without using the dq rotation coordinate system that requires the actual magnetic flux position (d-axis position) to be estimated. A γ-δ rotating coordinate system that is a control axis that does not perform the above is used. FIG. 2 shows a UVW fixed coordinate system corresponding to the direction of the magnetic field generated by the three-phase windings of the U-phase, V-phase, and W-phase of the stator (stator) of the synchronous motor M. The relationship between the q rotating coordinate system and the γ-δ rotating coordinate system rotating in synchronization with the rotating magnetic field generated by the stator is shown.

d軸は、同期モータMにおけるロータの磁極Nの向きとし、d軸から回転方向へ電気角90[deg]ずらした軸をq軸とする。ステータが発生する回転磁界に対してこのd−q軸に対応した座標軸をγ−δ軸とし、α軸(U相軸)からγ軸までの回転角をθeとする。ここでα軸はUVW固定座標系を3相−2相変換により2相の固定座標系に変換したα−β固定座標系の軸で、α軸をU軸と同じ方向にとっている。そして、γ軸とd軸のずれ、すなわち位相差Δθとし、ロータは角速度ωeで反時計回りに回転している。   The d-axis is the direction of the magnetic pole N of the rotor in the synchronous motor M, and the axis shifted from the d-axis in the rotational direction by 90 electrical degrees is the q-axis. A coordinate axis corresponding to the dq axis with respect to the rotating magnetic field generated by the stator is a γ-δ axis, and a rotation angle from the α axis (U-phase axis) to the γ axis is θe. Here, the α axis is an axis of an α-β fixed coordinate system obtained by converting the UVW fixed coordinate system into a two-phase fixed coordinate system by three-phase to two-phase conversion, and the α axis is set in the same direction as the U axis. The rotor is rotating counterclockwise at an angular velocity ωe, with a shift between the γ-axis and the d-axis, that is, a phase difference Δθ.

起動運転ではモータ制御装置1は、ロータの位置を推定しない場合、モータの起動運転時における起動成功率が高く、また、起動運転時の振動を低減するために、起動前の位置決め通電によりロータの初期位置を所定の位置に位置決めする必要がある。本発明のモータ制御装置1では、図3に示すように、特定相通電による位置決め制御を行う。   In the start-up operation, when the motor control device 1 does not estimate the rotor position, the motor start-up success rate is high during the start-up operation of the motor. It is necessary to position the initial position at a predetermined position. In the motor control device 1 of the present invention, as shown in FIG. 3, positioning control by specific phase energization is performed.

本実施例のモータ制御装置1では、例えば、図3に示すように、U軸の位置を所定の位置としd軸とU軸が一致するように位置決め通電を行う。   In the motor control device 1 of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 3, positioning energization is performed so that the U-axis position is a predetermined position and the d-axis and the U-axis coincide.

次に、本発明による位置決め通電の実施の形態にかかるモータ制御装置1の構成について図1を用いて具体的に説明する。図1は、モータ制御装置1の構成を示す図である。図1において、γ軸電圧指令値をVγ*とし、δ軸電圧指令値をVδ*とする(*は指令値を表す)。   Next, the configuration of the motor control device 1 according to the embodiment of the positioning energization according to the present invention will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the motor control device 1. In FIG. 1, the γ-axis voltage command value is Vγ *, and the δ-axis voltage command value is Vδ * (* represents the command value).

モータ制御装置1は、インバータ10、生成部20、及び検出部80を備え、同期モータのセンサレス制御を行なう。   The motor control device 1 includes an inverter 10, a generation unit 20, and a detection unit 80, and performs sensorless control of a synchronous motor.

インバータ10は、図示しない直流電源から直流電力を受け、3相(U相、V相、W相)のPWM信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成部20から受ける。インバータ10は、例えば図示しない6個のスイッチング素子を有し、3相のPWM信号Up〜Wnに従って、各々のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることで3相の交流信号U、V、Wを生成し同期モータMへ供給することにより、同期モータMを駆動する。   The inverter 10 receives DC power from a DC power source (not shown) and receives three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) PWM signals Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn from the generator 20. The inverter 10 has, for example, six switching elements (not shown), and performs switching operation of each switching element at a predetermined timing in accordance with the three-phase PWM signals Up to Wn, so that the three-phase AC signals U, V, W Is generated and supplied to the synchronous motor M to drive the synchronous motor M.

検出部80は、U相、V相、W相の3相のうち2相の電流を検出する。具体的には、検出部80は、電流センサ81、及び電流センサ82を含む。電流センサ81は、U相の電流iuを検出し、電流センサ82は、W相の電流iwを検出し、生成部20へ出力する。   The detection unit 80 detects a current of two phases among the three phases of the U phase, the V phase, and the W phase. Specifically, the detection unit 80 includes a current sensor 81 and a current sensor 82. The current sensor 81 detects a U-phase current iu, and the current sensor 82 detects a W-phase current iw and outputs it to the generation unit 20.

生成部20は、速度指令ωm*を外部(例えば、上位のコントローラ)から受け、検出部80から2相の電流iu,iwを受ける。生成部20は、2相の電流iu,iwから残りの1相の電流ivを算出して、速度指令ωm*、3相の電流iu,iv,iwに基づいて、3相のPWM信号Up〜Wnを生成する。例えば、生成部20は、モータMにおけるロータが速度指令ωm*に従って回転するように、3相のPWM信号Up〜Wnを生成する。   The generation unit 20 receives the speed command ωm * from the outside (for example, a host controller), and receives the two-phase currents iu and iw from the detection unit 80. The generation unit 20 calculates the remaining one-phase current iv from the two-phase currents iu and iw, and based on the speed command ωm * and the three-phase currents iu, iv and iw, the three-phase PWM signals Up to Wn is generated. For example, the generation unit 20 generates the three-phase PWM signals Up to Wn so that the rotor in the motor M rotates according to the speed command ωm *.

具体的には、生成部20は、3相−2相変換部21、PWM生成部23、電流指令生成部30、電圧指令生成部40を有する。   Specifically, the generation unit 20 includes a three-phase to two-phase conversion unit 21, a PWM generation unit 23, a current command generation unit 30, and a voltage command generation unit 40.

3相−2相変換部21は、同期モータMを駆動する際に検出部80で検出した2相の電流iu、iwから残りの1相の電流ivを関係式「iv=−iu−iw」を用いて算出し、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(iu,iv,iw)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)または、d−q座標系における電流ベクトル(id,iq)へ変換する。なお、回転座標系は位置決め通電を行なう時はγ−δ座標系を、起動運転からはγ−δ座標系とd−q座標系とが一致しているとしてd−q座標系を用いる。   The three-phase to two-phase conversion unit 21 calculates the remaining one-phase current iv from the two-phase currents iu and iw detected by the detection unit 80 when driving the synchronous motor M as a relational expression “iv = −iu−iw”. The current vector (iu, iv, iw) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) is converted into the current vector (iγ, iδ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) or the dq coordinate system. To the current vector (id, iq). Note that the rotating coordinate system uses the γ-δ coordinate system when positioning energization is performed, and uses the dq coordinate system assuming that the γ-δ coordinate system and the dq coordinate system coincide with each other from the start-up operation.

電流指令生成部30は、速度指令ωm*と3相−2相変換部21から受けた2相電流(id,iq)からd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*を生成し、電圧指令生成部40へ出力する。   The current command generation unit 30 generates a d-axis current command id * and a q-axis current command iq * from the speed command ωm * and the two-phase current (id, iq) received from the three-phase to two-phase conversion unit 21, and the voltage command Output to the command generator 40.

具体的には、電流指令生成部30は、位置・速度推定器31、減算器32、d軸電流設定器33、q軸電流設定器34、減算器35、減算器36を備える。   Specifically, the current command generator 30 includes a position / velocity estimator 31, a subtracter 32, a d-axis current setter 33, a q-axis current setter 34, a subtractor 35, and a subtractor 36.

位置・速度推定器31は、d軸電流id、q軸電流iqを3相−2相変換部21から受け、後述するd軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vq*を電圧設定器50から受ける。位置・速度推定器31は、d軸電流id、q軸電流iq、d軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vq*に基づいて、電気的な推定角速度ωe及び回転座標系の位相角θdqをそれぞれ推定する。位置・速度推定器31は、電気的な推定角速度ωeを1/Pn変換器37へ出力し、位相角θdqを3相−2相変換部21及び2相−3相変換部22へ出力する。   The position / velocity estimator 31 receives the d-axis current id and the q-axis current iq from the three-phase / two-phase converter 21 and receives a d-axis voltage command Vd * and a q-axis voltage command Vq *, which will be described later, from the voltage setter 50. receive. The position / speed estimator 31 calculates the electrical estimated angular velocity ωe and the phase angle θdq of the rotating coordinate system based on the d-axis current id, the q-axis current iq, the d-axis voltage command Vd *, and the q-axis voltage command Vq *. Estimate each. The position / velocity estimator 31 outputs the electrical estimated angular velocity ωe to the 1 / Pn converter 37 and outputs the phase angle θdq to the three-phase to two-phase converter 21 and the two-phase to three-phase converter 22.

1/Pn変換器37は、電気的な推定角速度ωeを位置・速度推定器31から受ける。1/Pn変換器37は、例えば電気的な推定角速度ωeに1/Pn(Pnは極対数)を乗算することにより、電気的な推定角速度ωeをモータMにおけるロータの機械的な推定角速度ωmに変換する。1/Pn変換器37は、機械的な推定角速度ωmを減算器32へ出力する。   The 1 / Pn converter 37 receives the electrical estimated angular velocity ωe from the position / velocity estimator 31. The 1 / Pn converter 37 multiplies the electrical estimated angular velocity ωe by, for example, 1 / Pn (Pn is the number of pole pairs) to convert the electrical estimated angular velocity ωe into the mechanical estimated angular velocity ωm of the rotor in the motor M. Convert. The 1 / Pn converter 37 outputs the mechanical estimated angular velocity ωm to the subtractor 32.

減算器32は、機械的な推定角速度ωmを1/Pn変換器37から受け、速度指令ωm*を外部(例えば、上位のコントローラ)から受ける。減算器52は、速度指令ωm*から推定角速度ωmを減算して速度偏差Δωを求め、求められた速度偏差Δωをq軸電流設定器34へ出力する。   The subtractor 32 receives the mechanical estimated angular velocity ωm from the 1 / Pn converter 37 and receives the velocity command ωm * from the outside (for example, a host controller). The subtractor 52 subtracts the estimated angular speed ωm from the speed command ωm * to obtain a speed deviation Δω, and outputs the obtained speed deviation Δω to the q-axis current setting unit 34.

q軸電流設定器34は、速度偏差Δωを減算器32から受ける。q軸電流設定器34は、速度偏差Δωをゼロに近づけるように、q軸電流指令iq*を設定する。q軸電流設定器34は、設定したq軸電流指令iq*を減算器36へ出力する。   The q-axis current setting unit 34 receives the speed deviation Δω from the subtractor 32. The q-axis current setting unit 34 sets the q-axis current command iq * so that the speed deviation Δω approaches zero. The q-axis current setting unit 34 outputs the set q-axis current command iq * to the subtracter 36.

減算器36は、q軸電流指令iq*をq軸電流設定器34から受け、q軸電流iqを3相−2相変換部21から受ける。減算器36は、q軸電流指令iq*からq軸電流iqを減算してq軸電流偏差Δiqを求め、求めたq軸電流偏差Δiqを電圧指令生成部40へ出力する。   The subtractor 36 receives the q-axis current command iq * from the q-axis current setter 34 and receives the q-axis current iq from the three-phase to two-phase conversion unit 21. The subtractor 36 subtracts the q-axis current iq from the q-axis current command iq * to obtain the q-axis current deviation Δiq, and outputs the obtained q-axis current deviation Δiq to the voltage command generation unit 40.

d軸電流設定器33は、d軸電流指令id*を予め定められた値(例えば、固定値)で生成して減算器35へ出力する。   The d-axis current setting unit 33 generates a d-axis current command id * with a predetermined value (for example, a fixed value) and outputs it to the subtracter 35.

減算器35は、d軸電流指令id*をd軸電流設定器33から受け、d軸電流idを3相−2相変換部21から受ける。減算器35は、d軸電流指令id*からd軸電流idを減算してd軸電流偏差Δidを求め、求めたd軸電流偏差Δidを電圧指令生成部40へ出力する。   The subtractor 35 receives the d-axis current command id * from the d-axis current setting unit 33 and receives the d-axis current id from the three-phase to two-phase conversion unit 21. The subtractor 35 subtracts the d-axis current id from the d-axis current command id * to obtain a d-axis current deviation Δid, and outputs the obtained d-axis current deviation Δid to the voltage command generation unit 40.

電圧指令生成部40は、電流指令生成部30からのd軸電流偏差Δid、q軸電流偏差Δiqに応じて、d軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vq*を求める。電圧指令生成部40は、求めたd軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vqを3相の電圧指令(Vu*、Vv*、Vw*)に変換してPWM生成部23へ出力する。   The voltage command generator 40 obtains a d-axis voltage command Vd * and a q-axis voltage command Vq * according to the d-axis current deviation Δid and the q-axis current deviation Δiq from the current command generator 30. The voltage command generation unit 40 converts the obtained d-axis voltage command Vd * and q-axis voltage command Vq into a three-phase voltage command (Vu *, Vv *, Vw *) and outputs it to the PWM generation unit 23.

具体的には、電圧指令生成部40は、電圧設定部50、2相−3相変換部22を備える。   Specifically, the voltage command generation unit 40 includes a voltage setting unit 50 and a two-phase to three-phase conversion unit 22.

電圧設定部50は、δ(q)軸電圧設定部51、γ(d)軸電圧設定部52を備える。γ(d)軸電圧設定部52は、減算器35から受けたd軸電流偏差Δidに応じて(例えば、d軸電流偏差Δidをゼロに近づけるように)d軸電圧指令Vd*を設定する。δ(q)軸電圧設定部51は、減算器36から受けるq軸電流偏差Δiqに応じて(例えば、q軸電流偏差Δiqをゼロに近づけるように)q軸電圧指令Vq*を設定する。電圧設定部50は、設定したd軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*を位置・速度推定器31及び2相−3相変換部22へ出力する。   The voltage setting unit 50 includes a δ (q) axis voltage setting unit 51 and a γ (d) axis voltage setting unit 52. The γ (d) axis voltage setting unit 52 sets the d axis voltage command Vd * according to the d axis current deviation Δid received from the subtractor 35 (for example, so that the d axis current deviation Δid approaches zero). The δ (q) axis voltage setting unit 51 sets the q axis voltage command Vq * according to the q axis current deviation Δiq received from the subtractor 36 (for example, so that the q axis current deviation Δiq approaches zero). The voltage setting unit 50 outputs the set d-axis voltage command Vd * and q-axis voltage command Vq * to the position / speed estimator 31 and the two-phase / three-phase conversion unit 22.

2相−3相変換部22は、電圧設定部から受けた2相のd軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*を3相の電圧指令(Vu*、Vv*、Vw*)に変換して、PWM生成部23へ出力する。   The two-phase / three-phase conversion unit 22 converts the two-phase d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * received from the voltage setting unit into three-phase voltage commands (Vu *, Vv *, Vw *). And output to the PWM generator 23.

PWM生成部23は、2相−3相変換部22から受けた3相の電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)に基づいて、3相(U相、V相、W相)のPWM信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成して、インバータ10へ出力する。   Based on the three-phase voltage command (Vu *, Vv *, Vw *) received from the two-phase / three-phase converter 22, the PWM generator 23 is a three-phase (U phase, V phase, W phase) PWM. Signals Up, Un, Vp, Vn, Wp, Wn are generated and output to inverter 10.

以上が、同期モータのセンサレス制御を行なうモータ制御装置の構成の説明である。ここからは本発明の位置決め制御に関する説明をする。位置決め制御にかかわる位置決め手段60の構成としては、上記生成部20の中の3相−2相変換部21と電圧指令生成部40の他に位置決め判定処理部61、位置決め制御部62、及び位置決め通電角度設定部63を備え、電流指令生成部30は使用しない。   The above is the description of the configuration of the motor control device that performs sensorless control of the synchronous motor. From here, the positioning control of the present invention will be described. As a configuration of the positioning means 60 related to the positioning control, in addition to the three-phase to two-phase conversion unit 21 and the voltage command generation unit 40 in the generation unit 20, a positioning determination processing unit 61, a positioning control unit 62, and positioning energization The angle setting unit 63 is provided, and the current command generation unit 30 is not used.

また、電圧指令生成部40に備えられた位置決め通電の電圧指令(Vγ*,Vδ*)を設定する電圧設定部50と、電圧設定部50で設定された回転座標系γ−δの電圧指令(Vγ*,Vδ*)を3つの固定座標系UVWの電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)に変換する2相−3相変換部22を位置決め手段60として使用する。   Further, the voltage setting unit 50 for setting the voltage command (Vγ *, Vδ *) for positioning energization provided in the voltage command generation unit 40, and the voltage command for the rotary coordinate system γ-δ set by the voltage setting unit 50 ( A two-phase / three-phase converter 22 that converts Vγ *, Vδ *) into three fixed coordinate system UVW voltage commands (Vu *, Vv *, Vw *) is used as the positioning means 60.

電圧設定部50は、同期モータMの起動運転開始前に同期モータのロータの位置決め通電に用いる2相電圧指令(Vγ*,Vδ*)を設定する。電圧設定部50は、δ(q)軸電圧設定部51及びγ(d)軸電圧設定部52を有する。なお、位置決め通電の際、γδ軸電圧指令として電圧指令の設定が行なわれる。   The voltage setting unit 50 sets a two-phase voltage command (Vγ *, Vδ *) used for positioning energization of the rotor of the synchronous motor before starting the start-up operation of the synchronous motor M. The voltage setting unit 50 includes a δ (q) axis voltage setting unit 51 and a γ (d) axis voltage setting unit 52. When energizing the positioning, the voltage command is set as the γδ axis voltage command.

γ(d)軸電圧設定部52は、位置決め通電によりロータを回転させるために必要な回転座標系(γ−δ座標系)上での電圧ベクトル(以下、位置決め通電電圧ベクトルと記載する)のγ成分Vγを発生させるγ軸電圧指令Vγ*を2相−3相変換部22へ出力する。γ軸電圧Vγは固定の電圧で、γ軸電圧指令Vγ*は同期モータMの静止負荷を駆動するために十分な大きさのトルクを得るγ軸電圧を発生させる電圧指令として予め設定されている。   The γ (d) -axis voltage setting unit 52 γ of a voltage vector (hereinafter referred to as a positioning energization voltage vector) on a rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) necessary for rotating the rotor by energizing positioning. A γ-axis voltage command Vγ * for generating the component Vγ is output to the two-phase to three-phase converter 22. The γ-axis voltage Vγ is a fixed voltage, and the γ-axis voltage command Vγ * is preset as a voltage command for generating a γ-axis voltage that obtains a sufficiently large torque to drive the stationary load of the synchronous motor M. .

δ(q)軸電圧設定部51は、回転座標系(γ−δ座標系)上で位置決め通電電圧ベクトルのδ成分Vδを予め定められた値(0V)とするδ軸電圧指令Vδ*を2相−3相変換部22へ出力する。   The δ (q) -axis voltage setting unit 51 sets a δ-axis voltage command Vδ * that sets the δ component Vδ of the positioning energization voltage vector to a predetermined value (0 V) on the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system). Output to the phase-3 phase converter 22.

このように、電圧設定部50のγ軸電圧設定部52とδ軸電圧設定部51では、同期モータMを起動する前に、例えば、Vδ*=0、Vγ*=(予め定められた値)とした位置決め通電用の電圧が設定される。   Thus, before starting the synchronous motor M, the γ-axis voltage setting unit 52 and the δ-axis voltage setting unit 51 of the voltage setting unit 50, for example, Vδ * = 0, Vγ * = (predetermined value). The positioning energization voltage is set.

2相−3相変換部(γ−δ/UVW)22は、後述する位置決め通電角度設定部63により設定された角度θと、電圧設定部50により設定された回転座標系(γ−δ座標系)上の位置決め通電電圧ベクトルを用いて固定座標系(UVW座標系)における位置決め通電電圧ベクトルを生成する。   The two-phase / three-phase conversion unit (γ-δ / UVW) 22 includes an angle θ set by a positioning energization angle setting unit 63 described later and a rotational coordinate system (γ-δ coordinate system set by a voltage setting unit 50). The positioning energization voltage vector in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) is generated using the above positioning energization voltage vector.

具体的には、2相−3相変換部22は、回転座標系(γ−δ座標系)における位置決め電圧ベクトル(Vγ,Vδ)、すなわちγ軸電圧指令値Vγ*及びδ軸電圧指令Vδ*を電圧設定部50から受ける。2相−3相変換部22は、後述する位置決め通電角度θを位置決め通電角度設定部63から受ける。2相−3相変換部22は、例えば、次の数式1〜数式3により、回転座標系(γ−δ座標系)における2相位置決め通電電圧ベクトル(Vγ,Vδ)を固定座標系(UVW座標系)における3相位置決め通電電圧ベクトル(Vu,Vv,Vw)へ変換する。
Vu=(√(2/3))×{Vγ×cosθ−Vδ×sinθ} ・・・数式1
Vv=(√(1/2)×Vγ+√(1/6)×Vδ)×sinθ
+(√(1/2)×Vδ−√(1/6)×Vγ)×cosθ・・・数式2
Vw=(√(1/6)×Vδ−√(1/2)×Vγ)×sinθ
−(√(1/6)×Vγ+√(1/2)×Vδ)×cosθ・・・数式3
Specifically, the two-phase / three-phase conversion unit 22 determines the positioning voltage vector (Vγ, Vδ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system), that is, the γ-axis voltage command value Vγ * and the δ-axis voltage command Vδ *. Is received from the voltage setting unit 50. The two-phase / three-phase conversion unit 22 receives a positioning energization angle θ described later from the positioning energization angle setting unit 63. The two-phase / three-phase conversion unit 22 converts the two-phase positioning energization voltage vector (Vγ, Vδ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system) into a fixed coordinate system (UVW coordinate) by using the following formulas 1 to 3, for example. System) to three-phase positioning energized voltage vectors (Vu, Vv, Vw).
Vu = (√ (2/3)) × {Vγ × cos θ−Vδ × sin θ} Equation 1
Vv = (√ (1/2) × Vγ + √ (1/6) × Vδ) × sin θ
+ (√ (1/2) × Vδ−√ (1/6) × Vγ) × cos θ (2)
Vw = (√ (1/6) × Vδ−√ (1/2) × Vγ) × sin θ
− (√ (1/6) × Vγ + √ (1/2) × Vδ) × cos θ (3)

2相−3相変換部22は、回転座標系(γ−δ座標系)から固定座標系(UVW座標系)に変換した位置決め通電電圧ベクトル(Vu,Vv,Vw)をPWM生成部23へ出力する。   The two-phase / three-phase conversion unit 22 outputs the positioning energization voltage vector (Vu, Vv, Vw) converted from the rotation coordinate system (γ-δ coordinate system) to the fixed coordinate system (UVW coordinate system) to the PWM generation unit 23. To do.

PWM生成部23は、2相−3相変換部22により変換された位置決め通電電圧ベクトルに対応した3相のU、V、W(θは固定値となる)電圧をインバータ10を介して同期モータMへ供給することにより、同期モータMに位置決め通電を行う。   The PWM generation unit 23 generates three-phase U, V, W (θ is a fixed value) voltage corresponding to the positioning energization voltage vector converted by the two-phase / three-phase conversion unit 22 via the inverter 10 and a synchronous motor. By supplying to M, positioning energization is performed to the synchronous motor M.

具体的には、PWM生成部23は、固定座標系(UVW座標系)における位置決め通電電圧ベクトル(Vu,Vv,Vw)、すなわちU相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、W相電圧指令Vw*を2相−3相変換部22から受ける。PWM生成部23は、U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、W相電圧指令Vw*に基づいてPWM信号を生成してインバータ10へ供給する。これにより、PWM生成部23は、インバータ10を介して同期モータMに位置決め通電を行う。   Specifically, the PWM generation unit 23 performs positioning energization voltage vectors (Vu, Vv, Vw) in a fixed coordinate system (UVW coordinate system), that is, a U-phase voltage command Vu *, a V-phase voltage command Vv *, and a W-phase voltage. Command Vw * is received from the two-phase / three-phase converter 22. The PWM generator 23 generates a PWM signal based on the U-phase voltage command Vu *, the V-phase voltage command Vv *, and the W-phase voltage command Vw * and supplies the PWM signal to the inverter 10. As a result, the PWM generator 23 energizes the synchronous motor M via the inverter 10.

3相−2相変換部21は、同期モータMを駆動する際に検出部80で検出した2相の電流iu、iwから残りの1相の電流ivを関係式「iv=−iu−iw」を用いて算出し、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(iu,iv,iw)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。   The three-phase to two-phase conversion unit 21 calculates the remaining one-phase current iv from the two-phase currents iu and iw detected by the detection unit 80 when driving the synchronous motor M as a relational expression “iv = −iu−iw”. The current vector (iu, iv, iw) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) is converted into the current vector (iγ, iδ) in the rotating coordinate system (γ-δ coordinate system).

3相−2相変換部21は、U相の電流iuの検出値を電流センサ81から受け、W相の電流iwの検出値を電流センサ82から受ける。また、3相−2相変換部21は、位置決め通電角度θを後述する位置決め通電角度設定部63から受ける。3相−2相変換部21は、例えば、次の数式4及び数式5により、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(iu,iv,iw)を回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトル(iγ,iδ)へ変換する。
iγ=(√2){iu×cos(θ+π/6)−iw×sinθ} ・・・数式4
iδ=−(√2){iu×sin(θ+π/6)+iw×cosθ}・・・数式5
The three-phase to two-phase converter 21 receives the detected value of the U-phase current iu from the current sensor 81 and receives the detected value of the W-phase current iw from the current sensor 82. Further, the three-phase to two-phase conversion unit 21 receives the positioning energization angle θ from the positioning energization angle setting unit 63 described later. For example, the three-phase to two-phase conversion unit 21 converts the current vector (iu, iv, iw) in the fixed coordinate system (UVW coordinate system) to the rotational coordinate system (γ-δ coordinate system) by the following formulas 4 and 5. To current vector (iγ, iδ).
iγ = (√2) {iu × cos (θ + π / 6) −iw × sin θ} Equation 4
iδ = − (√2) {iu × sin (θ + π / 6) + iw × cos θ} Equation 5

3相−2相変換部21は、変換した回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトルのδ成分、すなわちδ軸電流Iδを算出して後述する位置決め判定処理部61へ出力する。   The three-phase to two-phase conversion unit 21 calculates the δ component of the current vector in the converted rotational coordinate system (γ-δ coordinate system), that is, the δ-axis current Iδ, and outputs the calculated δ component to the positioning determination processing unit 61 described later.

位置決め判定処理部61は、後述する位置決め制御部62が起動運転開始前に位置決め通電を行う際に、3相−2相変換部21から出力されるδ軸電流Iδの絶対値(Iδは直流)が所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れたか否かを判断して、ロータが位置決めされたか否かを判定する。これは、ロータが回転しない場合は、流れる電流が全てγ軸(d軸)電流Iγとして流れ、δ軸(q軸)電流Iδは流れず、ロータが回転した場合は、γ軸電流Iγだけでなくδ軸電流Iδも流れるが(δ軸電流Iδはプラスだけでなく、マイナスの場合も考えられる)、ロータが停止するとδ軸電流Iδが流れ無くなることを利用している。具体的には、位置決め判定処理部61は、3相−2相変換部21から出力されるδ軸電流Iδの電流値を検出して、その検出した電流値の絶対値が所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた後、流れなくなると、「ロータが回転して停止した」、すなわち所定の位置にロータが「位置決めされた」と判定する。なお、所定の電流値、所定の時間については、実際に使用されるモータの定格やモータの負荷などにより実験結果に基づいて設定される。   The positioning determination processing unit 61 is an absolute value of the δ-axis current Iδ output from the three-phase to two-phase conversion unit 21 when the positioning control unit 62 (described later) performs positioning energization before the start-up operation starts (Iδ is DC). Is determined to be greater than or equal to a predetermined current value and continuously flowed for a predetermined time to determine whether or not the rotor has been positioned. When the rotor does not rotate, all the flowing current flows as the γ-axis (d-axis) current Iγ, and the δ-axis (q-axis) current Iδ does not flow. When the rotor rotates, only the γ-axis current Iγ Although the δ-axis current Iδ also flows (the δ-axis current Iδ is not only positive but can be negative), the fact that the δ-axis current Iδ stops flowing when the rotor stops is used. Specifically, the positioning determination processing unit 61 detects the current value of the δ-axis current Iδ output from the three-phase to two-phase conversion unit 21, and the absolute value of the detected current value is equal to or greater than a predetermined current value. And if it stops flowing after flowing continuously for a predetermined time, it is determined that “the rotor has rotated and stopped”, that is, the rotor has been “positioned” at a predetermined position. The predetermined current value and the predetermined time are set based on the experimental results depending on the rating of the motor actually used and the load of the motor.

位置決め制御部62は、位置決め通電を行い、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされたと判定されると、その時点で起動運転を開始する。つまり、ロータが所定の位置に位置決めされれば、高い起動成功率で起動させることができ、振動の少ないスムーズな起動運転が可能になる。   The positioning control unit 62 performs positioning energization. When the positioning determination processing unit 61 determines that the rotor is positioned, the positioning control unit 62 starts the starting operation at that time. That is, if the rotor is positioned at a predetermined position, the rotor can be started at a high startup success rate, and a smooth startup operation with less vibration is possible.

また、位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされていないと判定されると(位置決め通電開始後、δ軸電流Iδが所定の電流値で所定の時間連続して流れなかった場合)、ロータが回転していないか、回転したとしても所定の位置に位置決めされていない虞があるため、位置決め通電電圧ベクトルの位相(通電角度θ)を変更して、再度位置決め通電を行う。位置決め制御部62は、再度の位置決め通電で位置決めされたと判定されれば、その時点で起動運転を開始するが、位置決めされていないと判定された場合は、さらに位置決め通電電圧ベクトルの位相を変更して位置決め通電を所定回数リトライ(繰り返す)ようにする。この位置決め通電のリトライ回数は、設計仕様に応じて任意の回数に設定することができる。   Further, when the positioning determination processing unit 61 determines that the rotor is not positioned (after the start of positioning energization, the positioning control unit 62 did not continuously flow the δ-axis current Iδ at a predetermined current value for a predetermined time. In this case, the rotor is not rotating or may not be positioned at a predetermined position even if it is rotated. Therefore, positioning energization is performed again by changing the phase (energization angle θ) of the positioning energization voltage vector. If it is determined that positioning has been performed again by positioning energization, the positioning control unit 62 starts the startup operation at that time, but if it is determined that positioning has not been performed, the positioning control unit 62 further changes the phase of the positioning energization voltage vector. The positioning energization is retried (repeated) a predetermined number of times. The number of retries for positioning energization can be set to an arbitrary number according to design specifications.

位置決め通電角度設定部63は、位置決め通電処理を行う際の位置決め通電電圧の位相を決定するための位置決め通電角度θを設定する。位置決め通電角度θは、図2で示すα軸(U軸)からγ軸までの回転角θeに相当する。位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされたと判定されなければ、位置決め通電角度設定部63に対して位置決め通電角度θの変更を指示し位置決め通電をリトライする。位置決め通電角度設定部63は、位置決め制御部62から位置決め通電角度θの変更指示を受けると、変更指示前の位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな位置決め通電角度θを設定し、2相−3相変換部22と3相−2相変換部21にそれぞれ出力する。所定角度φは、ロータを回転させた後に停止させた位置決めする必要があるため、前の位置決め通電角度θから所定量離れた位相(例えば、φ=90°やφ=120°など)となるように設定することが望ましい。また、位置決め通電のリトライ回数は、このφとの関係で、ロータの1回転の電気角が例えば2極の同期モータの場合360°、4極の同期モータの場合720°であるので、その1回転の電気角を超えるまでリトライを繰り返すようにしても良い。   The positioning energization angle setting unit 63 sets the positioning energization angle θ for determining the phase of the positioning energization voltage when performing the positioning energization processing. The positioning energization angle θ corresponds to the rotation angle θe from the α axis (U axis) to the γ axis shown in FIG. If the positioning determination processing unit 61 does not determine that the rotor has been positioned, the positioning control unit 62 instructs the positioning energization angle setting unit 63 to change the positioning energization angle θ and retries the positioning energization. When receiving an instruction to change the positioning energization angle θ from the positioning control unit 62, the positioning energization angle setting unit 63 sets a new positioning energization angle θ by adding a predetermined angle φ to the positioning energization angle θ before the change instruction. It outputs to the phase-3 phase conversion part 22 and the 3 phase-2 phase conversion part 21, respectively. Since the predetermined angle φ needs to be positioned after the rotor has been rotated, the phase is separated from the previous positioning energization angle θ by a predetermined amount (for example, φ = 90 °, φ = 120 °, etc.). It is desirable to set to. Further, the number of retries for positioning energization is related to this φ, and the electrical angle of one rotation of the rotor is, for example, 360 ° for a 2-pole synchronous motor and 720 ° for a 4-pole synchronous motor. You may make it repeat retry until it exceeds the electrical angle of rotation.

本発明による位置決め通電処理を含めた同期モータの起動プロセスをフローにまとめると、図4となる。起動プロセスが開始されると、位置決め制御部62は、位置決め通電角度設定部63に対して位置決め通電角度を初期設定(θ=0°)するように指示し(ステップS1)、この位置決め通電角度θを用いて位置決め通電処理を開始する(ステップS2)。位置決め通電処理を行うと、検出部80は、同期モータMのU相の電流iuとW相の電流iwの2相の電流を検出し、3相−2相変換部21へ出力する。3相−2相変換部21は、3相の固定座標系(UVW座標系)の電流ベクトルの成分iuとW相の電流iwを2相の回転座標系(γ−δ座標系)における電流ベクトルに変換しそのδ成分であるδ軸電流Iδを位置決め判定処理部61へ出力する。位置決め判定処理部61は、位置決め通電開始後δ軸電流Iδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れたか否かを監視し位置決めされたか否かを判定する(ステップS3)。位置決め判定処理部61で位置決め通電開始後δ軸電流Iδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れ位置決めされたと判定された場合(ステップS3でYes)、位置決め制御部62はその判定結果を受けて起動運転を開始し(ステップS6)、起動プロセスが終了すると定常運転に移行する。位置決め判定処理部61で位置決め通電開始後δ軸電流Iδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れず位置決めされなかったと判定された場合(ステップS3でNo)、位置決め制御部62はその判定結果を受けて位置決め通電角度設定部63に対して位置決め通電角度θの再設定を指示する。位置決め通電角度設定部63は、位置決め通電角度θに所定角度φを加えた新たな位置決め通電角度θを設定する(ステップS4)。位置決め通電角度設定部63が指示している位置決め通電角度θが同期モータのロータ1回転の電気角の360°(同期モータが2極の場合)以上か否かを判断し(ステップS5)、360°未満であれば(ステップS5でNo)、その位置決め通電角度θを2相−3相変換部22と3相−2相変換部21に出力してステップS2に戻る。位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61の判定が位置決めされたとなるか(ステップS3でYes)、位置決め通電角度θが360°以上になるまで、位置決め通電処理を所定回数繰り返す。位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61の判定が位置決めされたとならずに(ステップS3でNo)、位置決め通電角度θが360°以上になった(ステップS5でYes)場合は、エラーとして判断して起動プロセスを停止する(ステップS7)。   FIG. 4 is a flow chart of the synchronous motor start-up process including the positioning energization process according to the present invention. When the activation process is started, the positioning control unit 62 instructs the positioning energization angle setting unit 63 to initially set the positioning energization angle (θ = 0 °) (step S1), and this positioning energization angle θ. The positioning energization process is started using (Step S2). When the positioning energization process is performed, the detection unit 80 detects the two-phase currents of the U-phase current iu and the W-phase current iw of the synchronous motor M and outputs them to the three-phase to two-phase conversion unit 21. The three-phase to two-phase converter 21 converts the current vector component iu of the three-phase fixed coordinate system (UVW coordinate system) and the current iw of the W-phase into a current vector in the two-phase rotational coordinate system (γ-δ coordinate system). And the δ-axis current Iδ, which is the δ component, is output to the positioning determination processing unit 61. The positioning determination processing unit 61 monitors whether or not the δ-axis current Iδ is greater than or equal to a predetermined current value and continuously flows for a predetermined time after the start of positioning energization to determine whether or not the positioning has been performed (step S3). If it is determined by the positioning determination processing unit 61 that the δ-axis current Iδ is equal to or greater than a predetermined current value after the start of positioning energization and is continuously flowed for a predetermined time (Yes in step S3), the positioning control unit 62 determines In response to the result, start-up operation is started (step S6). When the start-up process is completed, the operation is shifted to steady operation. When the positioning determination processing unit 61 determines that the δ-axis current Iδ is greater than or equal to a predetermined current value and does not continuously flow for a predetermined time after the start of positioning energization (No in step S3), the positioning control unit 62 In response to the determination result, the positioning energization angle setting unit 63 is instructed to reset the positioning energization angle θ. The positioning energization angle setting unit 63 sets a new positioning energization angle θ obtained by adding a predetermined angle φ to the positioning energization angle θ (step S4). It is determined whether or not the positioning energization angle θ indicated by the positioning energization angle setting unit 63 is equal to or greater than 360 ° (when the synchronous motor has two poles) of one rotation of the rotor of the synchronous motor (step S5). If it is less than ° (No in step S5), the positioning energization angle θ is output to the 2-phase-3 phase converter 22 and the 3-phase-2 phase converter 21 and the process returns to step S2. The positioning control unit 62 repeats the positioning energization processing a predetermined number of times until the determination of the positioning determination processing unit 61 is positioned (Yes in Step S3) or until the positioning energization angle θ becomes 360 ° or more. The positioning control unit 62 determines that an error has occurred if the positioning determination processing unit 61 has not been positioned (No in step S3) and the positioning energization angle θ is 360 ° or more (Yes in step S5). Then, the activation process is stopped (step S7).

以上のように、本実施の形態では、電圧設定部50が同期モータMの起動開始前に位置決め通電用の電圧指令を設定し、第1の変換部としての2相−3相変換部22で電圧設定部50から出力された2相γ−δ回転座標系上の位置決め通電電圧ベクトル(電圧指令)を3相UVW固定座標系における位置決め通電電圧ベクトルに変換し、駆動部10が第1の変換部としての2相−3相変換部22により変換され出力された位置決め通電電圧ベクトルに対応した電圧で同期モータMを駆動し、第2の変換部としての3相−2相変換部21で駆動部10から同期モータMを駆動する際の3相UVW固定座標系における電流ベクトルを2相γ−δ回転座標系における電流ベクトルへ変換し、その変換された電流ベクトルのうちδ成分のδ軸電流Iδが位置決め判定処理部61で所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れると、同期モータMのロータが位置決めされたと判定し、それ以外の場合は位置決めされていないと判定する。位置決め制御部62は、電圧設定部50で設定された電圧を用いて同期モータMのロータを位置決めする位置決め通電を行い、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされたと判定されると、前記同期モータの起動運転を開始する。これにより、起動運転開始前の位置決め通電後にロータが所定位置に位置決めされたか否かが判定できるので、同期モータをスムーズに起動することが可能となり、起動成功率が向上すると共に、起動時における振動を低減することができる。   As described above, in the present embodiment, the voltage setting unit 50 sets the voltage command for positioning energization before starting the synchronous motor M, and the two-phase to three-phase conversion unit 22 as the first conversion unit. The positioning energization voltage vector (voltage command) output from the voltage setting unit 50 on the two-phase γ-δ rotating coordinate system is converted into the positioning energization voltage vector in the three-phase UVW fixed coordinate system, and the driving unit 10 performs the first conversion. The synchronous motor M is driven by a voltage corresponding to the positioning energization voltage vector converted and output by the two-phase / three-phase conversion unit 22 as a unit, and driven by the three-phase / two-phase conversion unit 21 as a second conversion unit. The current vector in the three-phase UVW fixed coordinate system when driving the synchronous motor M from the unit 10 is converted into the current vector in the two-phase γ-δ rotating coordinate system, and the δ-axis current of the δ component of the converted current vector Iδ rank When in determining the determination processing unit 61 flows and continuous predetermined time at a predetermined current value or more, it determines that the rotor of the synchronous motor M is positioned, it is determined that otherwise not positioned. The positioning control unit 62 performs positioning energization for positioning the rotor of the synchronous motor M using the voltage set by the voltage setting unit 50, and when the positioning determination processing unit 61 determines that the rotor is positioned, the synchronous motor Start operation of. As a result, it is possible to determine whether or not the rotor has been positioned at a predetermined position after the energization of the positioning before starting the start-up operation, so that the synchronous motor can be started smoothly, the start-up success rate is improved, and vibration at start-up is also achieved. Can be reduced.

また、本実施の形態では、位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされていないと判定されると、そのときの位置決め通電角度θに所定角度φを加えた新たな位置決め通電角度θを用いて生成した位置決め通電電圧ベクトルにより再度位置決め通電を行い、位置決め判定処理部61で同期モータMのロータの位置決め判定を行う。これにより、位置決め通電を行って位置決めされていないと判定されても、所定量離れた電圧位相φをもつ位置決め通電電圧ベクトル用いて位置決め通電をリトライするので、位置決めを確実に行うことができ、同期モータの起動成功率を向上させることができる。   In the present embodiment, when the positioning determination processing unit 61 determines that the rotor is not positioned, the positioning control unit 62 adds new positioning energization by adding a predetermined angle φ to the positioning energization angle θ at that time. Positioning energization is performed again with the positioning energization voltage vector generated using the angle θ, and the positioning determination processing unit 61 determines the positioning of the rotor of the synchronous motor M. As a result, even if it is determined that positioning is not performed by positioning energization, positioning energization is retried using a positioning energization voltage vector having a voltage phase φ that is a predetermined distance away, so that positioning can be performed reliably and synchronized. The startup success rate of the motor can be improved.

また、本実施の形態では、位置決め制御部62は、位置決め判定処理部61でロータが位置決めされたと判定されるか、位置決め通電角度設定部63で設定される位置決め通電角度θが所定の電気角になるまで位置決め通電を繰り返す。これにより、位置決め通電角度を一通り試してみて、それでもロータが位置決めされたと判定されない場合は、ロータロック状態にある可能性があるため、必要以上に位置決め通電の繰り返しを防止することができる。   In the present embodiment, the positioning control unit 62 determines that the rotor is positioned by the positioning determination processing unit 61 or sets the positioning energization angle θ set by the positioning energization angle setting unit 63 to a predetermined electrical angle. Repeat the positioning energization until. As a result, if the positioning energization angle is tried once and it is still not determined that the rotor is positioned, there is a possibility that the rotor is in a locked state. Therefore, it is possible to prevent positioning energization from being repeated more than necessary.

なお、本実施の形態では、相電流を検出する方法として、2つの電流センサを用いて3相の相電流を算出しているが、電流センサを3つ用いて3相の相電流を検出したり、または、インバータの母線電流を検知する1シャント方式でもよい。   In this embodiment, as a method for detecting the phase current, the three-phase phase current is calculated using two current sensors. However, the three-phase phase current is detected using three current sensors. Alternatively, a single shunt system that detects the bus current of the inverter may be used.

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、同期モータの制御に有用である。   As described above, the motor control device according to the present invention is useful for controlling a synchronous motor.

1 モータ制御装置
10 インバータ
20 生成部
21 3相−2相変換部
22 2相−3相変換部
23 PWM生成部
30 電流指令生成部
31 位置・速度推定器
32 減算器
33 d軸電流設定器
34 q軸電流設定器
35 減算器
36 減算器
37 1/Pn変換器
40 電圧指令生成部
50 電圧設定部
51 δ(q)軸電圧設定部
52 γ(d)軸電圧設定部
60 位置決め手段
61 位置決め判定処理部
62 位置決め制御部
63 位置決め通電角度設定部
80 検出部
81 電流センサ
82 電流センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor control apparatus 10 Inverter 20 Generator 21 3-phase-2 phase converter 22 2-phase-3 phase converter 23 PWM generator 30 Current command generator 31 Position / speed estimator 32 Subtractor 33 d-axis current setter 34 q-axis current setting unit 35 subtractor 36 subtractor 37 1 / Pn converter 40 voltage command generation unit 50 voltage setting unit 51 δ (q) axis voltage setting unit 52 γ (d) axis voltage setting unit 60 positioning means 61 positioning determination Processing unit 62 Positioning control unit 63 Positioning energization angle setting unit 80 Detection unit 81 Current sensor 82 Current sensor

Claims (3)

ロータとステータを有する同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの起動開始前に、前記ロータを位置決めする位置決め通電を行うための位置決め通電電圧を設定して電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令生成部から出力された電圧指令に基づいて3相のPWM信号を生成するPWM生成部と、
直流電源から供給された直流電力を前記PWM信号により3相の交流電力に変換して前記同期モータへ供給するインバータと、
前記ステータの巻線に流れる相電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記同期モータの相電流に基づいて、3相の前記相電流(Iu、Iv、Iw)を算出し回転座標系の2相電流(Iγ、Iδ)に変換する3相−2相変換部と、
前記3相−2相変換部から出力された2相電流のうちδ軸電流Iδを検出し、前記δ軸電流Iδが所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた場合前記ロータが位置決めされたと判定する位置決め判定処理部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device for controlling a synchronous motor having a rotor and a stator,
A voltage command generating unit that sets a positioning energization voltage for performing positioning energization for positioning the rotor and generates a voltage command before starting the synchronous motor;
A PWM generator that generates a three-phase PWM signal based on the voltage command output from the voltage command generator;
An inverter that converts DC power supplied from a DC power source into three-phase AC power by the PWM signal and supplies the AC power to the synchronous motor;
A detection unit for detecting a phase current flowing through the stator winding;
Based on the phase current of the synchronous motor detected by the detection unit, the three-phase phase currents (Iu, Iv, Iw) are calculated and converted into two-phase currents (Iγ, Iδ) in a rotating coordinate system -2 phase converter,
The δ-axis current Iδ is detected from the two-phase currents output from the three-phase to two-phase converter, and the rotor is positioned when the δ-axis current Iδ flows continuously for a predetermined time for a predetermined current value or more. A motor control apparatus comprising: a positioning determination processing unit that determines that the operation has been performed.
前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定された場合、
前記位置決め通電電圧の位相である位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな通電角度θを設定して前記電圧指令生成部に出力する位置決め通電角度設定部をさらに備え、
前記位置決め通電角度設定部は、位置決め通電時に新たに設定された位置決め通電角度θを用いて、前記位置決め通電を行うことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
When the positioning determination processing unit determines that the rotor is not positioned,
A positioning energization angle setting unit configured to add a predetermined angle φ to the positioning energization angle θ which is a phase of the positioning energization voltage to set a new energization angle θ and output the same to the voltage command generation unit;
The motor control device according to claim 1, wherein the positioning energization angle setting unit performs the positioning energization using a positioning energization angle θ newly set at the time of positioning energization.
前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定し続けた場合、前記位置決め通電角度設定部で設定される位置決め通電角度θが所定の角度になるまで前記位置決め通電を繰り返し行うことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。   When the positioning determination processing unit continues to determine that the rotor is not positioned, the positioning energization is repeatedly performed until the positioning energization angle θ set by the positioning energization angle setting unit reaches a predetermined angle. The motor control device according to claim 2.
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