JP2024122139A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、制御装置に関する。 This disclosure relates to a control device.
位置センサを用いないでモータを制御する位置センサレス制御が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Position sensorless control, which controls a motor without using a position sensor, is known (see, for example, Patent Document 1).
d-q座標系の電流位相を用いてモータの制御を行うことが考えられる。しかしながら、位置センサレス制御では、d軸電流値及びq軸電流値が得られないので、d-q座標系の電流位相を直接計算することができない。位置センサレス制御においては、d-q座標系の電流位相を推定する手法は知られていない。 It is possible to control a motor using the current phase in the d-q coordinate system. However, in position sensorless control, the d-axis current value and the q-axis current value cannot be obtained, so the current phase in the d-q coordinate system cannot be directly calculated. In position sensorless control, there is no known method for estimating the current phase in the d-q coordinate system.
本開示では、位置センサレス制御において、d-q座標系の電流位相を推定可能な制御装置を説明する。 This disclosure describes a control device that can estimate the current phase in the d-q coordinate system in position sensorless control.
本開示の一側面に係る制御装置は、モータを駆動させるインバータを制御する駆動信号を生成する装置である。この制御装置は、モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ-δ電流指令値出力部と、γ軸電流値とγ軸電流指令値とに基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともにδ軸電流値とδ軸電流指令値とに基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ-δ電圧指令値算出部と、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を駆動信号に変換する駆動信号出力部と、γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、γ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を導入することによって、d-q座標系の電流位相の推定値である推定dq電流位相を算出する推定部と、を備える。 A control device according to one aspect of the present disclosure is a device that generates a drive signal to control an inverter that drives a motor. This control device includes a current value conversion unit that converts a current flowing through the motor into a γ-axis current value and a δ-axis current value, a γ-δ current command value output unit that outputs a γ-axis current command value and a δ-axis current command value, a γ-δ voltage command value calculation unit that calculates a γ-axis voltage command value based on the γ-axis current value and the γ-axis current command value and calculates a δ-axis voltage command value based on the δ-axis current value and the δ-axis current command value, a drive signal output unit that converts the γ-axis voltage command value and the δ-axis voltage command value into a drive signal, and an estimation unit that calculates an estimated dq current phase, which is an estimated value of the current phase in the d-q coordinate system, by introducing the γ-axis current value, the δ-axis current value, the γ-axis voltage command value, and the δ-axis voltage command value into a derivation formula for instantaneous active power and a derivation formula for instantaneous reactive power expressed using an extended induced voltage model on the γ-δ coordinate system.
上記制御装置においては、推定dq電流位相は、γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、γ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を導入することによって算出される。瞬時有効電力をγ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値、及びδ軸電圧指令値で表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時有効電力の導出式には、拡張誘起電圧とq軸電流値との積の項が含まれる。同様に、瞬時無効電力をγ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値、及びδ軸電圧指令値で表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時無効電力の導出式には、拡張誘起電圧とd軸電流値との積の項が含まれる。例えば、瞬時有効電力の導出式を拡張誘起電圧とq軸電流値との積の項について解き、瞬時無効電力の導出式を拡張誘起電圧とd軸電流値との積の項について解き、逆正接演算を行うことにより、推定dq電流位相を得ることができる。以上のように、位置センサレス制御において、推定dq電流位相を算出することが可能となる。すなわち、位置センサレス制御において、d-q座標系の電流位相を推定することが可能となる。 In the above control device, the estimated dq current phase is calculated by introducing the γ-axis current value, δ-axis current value, γ-axis voltage command value, and δ-axis voltage command value into the derivation formula for instantaneous active power and the derivation formula for instantaneous reactive power expressed using the extended induced voltage model on the γ-δ coordinate system. When the instantaneous active power is expressed using the γ-axis current value, δ-axis current value, γ-axis voltage command value, and δ-axis voltage command value and then rearranged using the extended induced voltage model, the derivation formula for instantaneous active power includes a term for the product of the extended induced voltage and the q-axis current value. Similarly, when the instantaneous reactive power is expressed using the γ-axis current value, δ-axis current value, γ-axis voltage command value, and δ-axis voltage command value and then rearranged using the extended induced voltage model, the derivation formula for instantaneous reactive power includes a term for the product of the extended induced voltage and the d-axis current value. For example, the equation for deriving instantaneous active power can be solved for the product of the extended induced voltage and the q-axis current value, and the equation for deriving instantaneous reactive power can be solved for the product of the extended induced voltage and the d-axis current value, and an arctangent calculation can be performed to obtain the estimated dq current phase. As described above, it is possible to calculate the estimated dq current phase in position sensorless control. In other words, it is possible to estimate the current phase in the d-q coordinate system in position sensorless control.
上記制御装置は、γ軸電流値及びδ軸電流値に基づいて、γ-δ座標系の電流位相であるγδ電流位相を算出する算出部と、推定dq電流位相及びγδ電流位相に基づいて、モータの脱調を検出する検出部と、を更に備えてもよい。dq電流位相とγδ電流位相との誤差が大きいと、モータの脱調が生じる。上記構成によれば、モータの脱調を検出することができる。 The control device may further include a calculation unit that calculates a γδ current phase, which is the current phase in the γ-δ coordinate system, based on the γ-axis current value and the δ-axis current value, and a detection unit that detects motor out-of-step based on the estimated dq current phase and the γδ current phase. If the error between the dq current phase and the γδ current phase is large, the motor will out-of-step. With the above configuration, it is possible to detect motor out-of-step.
本開示によれば、位置センサレス制御において、d-q座標系の電流位相を推定することができる。 According to this disclosure, it is possible to estimate the current phase in the d-q coordinate system in position sensorless control.
以下、添付図面を参照しながら一実施形態に係る制御装置を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。 The control device according to one embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.
図1を参照しながら、一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略構成を説明する。図1は、一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略構成図である。図1に示される制御システム1は、モータ(電動機)Mの位置センサレス制御を行うシステムである。モータMは、位置センサレスのモータであり、例えば、永久磁石同期モータ(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。モータMは、例えば、電動フォークリフト及びプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される。制御システム1は、インバータ回路2と、制御装置3と、電流センサSe1,Se2,Se3と、を含む。
With reference to FIG. 1, a schematic configuration of a control system including a control device according to one embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control system including a control device according to one embodiment. The
インバータ回路2は、直流電源PSから供給される直流電力によりモータMを駆動する。インバータ回路2は、コンデンサCと、スイッチング素子SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6と、を含む。
The
コンデンサCは、直流電源PSから出力され、インバータ回路2へ入力される電圧を平滑する。
Capacitor C smoothes the voltage output from DC power supply PS and input to
スイッチング素子SW1~SW6は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子SW1は、U相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子SW2は、U相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子SW3は、V相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子SW4は、V相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子SW5は、W相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子SW6は、W相の下アームのスイッチング素子である。コンデンサCの一方の端子は、直流電源PSの正極端子及びスイッチング素子SW1,SW3,SW5のそれぞれのコレクタ端子に接続されている。コンデンサCの他方の端子は、直流電源PSの負極端子及びスイッチング素子SW2,SW4,SW6のそれぞれのエミッタ端子に接続されている。 The switching elements SW1 to SW6 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The switching element SW1 is the switching element of the upper arm of the U phase. The switching element SW2 is the switching element of the lower arm of the U phase. The switching element SW3 is the switching element of the upper arm of the V phase. The switching element SW4 is the switching element of the lower arm of the V phase. The switching element SW5 is the switching element of the upper arm of the W phase. The switching element SW6 is the switching element of the lower arm of the W phase. One terminal of the capacitor C is connected to the positive terminal of the DC power supply PS and the collector terminals of the switching elements SW1, SW3, and SW5. The other terminal of the capacitor C is connected to the negative terminal of the DC power supply PS and the emitter terminals of the switching elements SW2, SW4, and SW6.
スイッチング素子SW1のエミッタ端子とスイッチング素子SW2のコレクタ端子との接続点は、電流センサSe1を介してモータMのU相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW3のエミッタ端子とスイッチング素子SW4のコレクタ端子との接続点は、電流センサSe2を介してモータMのV相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW5のエミッタ端子とスイッチング素子SW6のコレクタ端子との接続点は、電流センサSe3を介してモータMのW相の入力端子に接続されている。 The connection point between the emitter terminal of switching element SW1 and the collector terminal of switching element SW2 is connected to the U-phase input terminal of motor M via current sensor Se1. The connection point between the emitter terminal of switching element SW3 and the collector terminal of switching element SW4 is connected to the V-phase input terminal of motor M via current sensor Se2. The connection point between the emitter terminal of switching element SW5 and the collector terminal of switching element SW6 is connected to the W-phase input terminal of motor M via current sensor Se3.
スイッチング素子SW1~SW6のそれぞれのゲートには、制御装置3から駆動信号が供給される。スイッチング素子SW1~SW6のそれぞれは、ゲートに供給される駆動信号に基づいて、オン又はオフする。スイッチング素子SW1~SW6がそれぞれオン又はオフすることで、直流電源PSから出力される直流電力が、互いに位相が120度ずつ異なる3つの交流電力に変換され、それらの交流電力がモータMの3つの相(U相、V相、及びW相)の入力端子に入力されてモータMの回転子が回転する。
A drive signal is supplied from the
電流センサSe1~Se3は、ホール素子又はシャント抵抗などによって構成される。電流センサSe1は、モータMのU相に流れる交流電流の電流値であるU相電流値Iuを検出して制御装置3に出力する。電流センサSe2は、モータMのV相に流れる交流電流の電流値であるV相電流値Ivを検出して制御装置3に出力する。電流センサSe3は、モータMのW相に流れる交流電流の電流値であるW相電流値Iwを検出して制御装置3に出力する。なお、本実施形態では、制御システム1は、3つの電流センサ(電流センサSe1~Se3)を備えているが、2つの電流センサを備えてもよい。
The current sensors Se1 to Se3 are configured with Hall elements, shunt resistors, or the like. The current sensor Se1 detects a U-phase current value Iu , which is the current value of the AC current flowing through the U-phase of the motor M, and outputs it to the
制御装置3は、モータMの位置センサレス制御を行う装置である。制御装置3は、インバータ回路2を制御することによって、モータMを駆動させる。制御装置3は、ドライブ回路4と、演算器5と、を含む。
The
ドライブ回路4は、IC(Integrated Circuit)などによって構成さる。ドライブ回路4は、演算器5から出力されるU相電圧指令値V*
u、V相電圧指令値V*
v、及びW相電圧指令値V*
wと搬送波(三角波、ノコギリ波、又は逆ノコギリ波など)とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号をスイッチング素子SW1~SW6のそれぞれのゲート端子に出力する。
The
演算器5は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)などから構成される電子制御ユニットである。例えばROMに格納されているプログラムがRAM上にロードされてCPUで実行されることにより、図2に示される演算器5の各種機能が実現される。
The
次に、図2及び図3を参照しながら、演算器5の機能構成を説明する。図2は、図1に示される演算器の機能構成を示すブロック図である。図3は、d軸とγ軸との関係を説明するための図である。図2に示されるように、演算器5は、機能的な構成要素として、座標変換部51と、γ-δ電流指令値出力部52と、γ-δ電圧指令値算出部53と、座標変換部54と、位置推定部55と、電流位相推定部56(推定部)と、電流位相算出部57(算出部)と、算出部58と、検出部59と、を含む。
Next, the functional configuration of the
座標変換部51は、U相電流値Iu、V相電流値Iv及びW相電流値Iwをγ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδに変換する。座標変換部51は、位置推定部55から出力される推定位置θ^reに基づいて、U相電流値Iu、V相電流値Iv及びW相電流値Iwをγ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδに変換する。すなわち、座標変換部51は、モータMに流れる電流をγ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδに変換する電流値変換部として機能する。推定位置θ^reは、モータMの回転子の位置θreの推定値である。位置θreは、電気角とも称される。この変換方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。座標変換部51は、γ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδをγ-δ電圧指令値算出部53、位置推定部55、電流位相推定部56及び電流位相算出部57に出力する。座標変換部51には、U相電流値Iu、V相電流値Iv及びW相電流値Iwのうち、二相の電流値が入力され、残りの一相の電流値は、入力された二相の電流値から算出されてもよい。
The
なお、「θ^re」の表記では「^」が「θ」の右上に位置しているが、「θ^re」と図2の位置推定部55から座標変換部51に向かう矢印に記載されている記号とは同じ意味である。他の「^」の表記についても同様とする。本明細書において記号「^」は、推定値を意味する。
In the notation "θ^ re ", "^" is located to the upper right of "θ", but "θ^ re " has the same meaning as the symbol written on the arrow from the
図3に示されるように、位置θreは、α-β座標系のα軸とd-q座標系のd軸とが成す角度である。推定位置θ^reは、α-β座標系のα軸とγ-δ座標系のγ軸とが成す角度である。α-β座標系は、固定座標系である。d-q座標系は、モータMの磁石のN極方向をd軸とし、d軸に直交する方向をq軸とした回転座標系である。γ-δ座標系は、位置センサレス制御における推定回転座標系であり、d-q座標系のd軸に相当する軸をγ軸とし、q軸に相当する軸をδ軸とした座標系である。γ-δ座標系のγ軸とd-q座標系のd軸とは、位置誤差Δθreだけずれている。 As shown in FIG. 3, the position θ re is the angle between the α axis of the α-β coordinate system and the d axis of the d-q coordinate system. The estimated position θ^ re is the angle between the α axis of the α-β coordinate system and the γ axis of the γ-δ coordinate system. The α-β coordinate system is a fixed coordinate system. The d-q coordinate system is a rotating coordinate system in which the direction of the north pole of the magnet of the motor M is the d axis and the direction perpendicular to the d axis is the q axis. The γ-δ coordinate system is an estimated rotating coordinate system in position sensorless control, in which the axis equivalent to the d axis of the d-q coordinate system is the γ axis and the axis equivalent to the q axis is the δ axis. The γ axis of the γ-δ coordinate system and the d axis of the d-q coordinate system are shifted by a position error Δθ re .
γ-δ電流指令値出力部52は、トルク指令値T*を用いてγ軸電流指令値I*
γ及びδ軸電流指令値I*
δを算出する。γ-δ電流指令値出力部52は、γ軸電流指令値I*
γ及びδ軸電流指令値I*
δをγ-δ電圧指令値算出部53に出力する。
The γ-δ current command
γ-δ電圧指令値算出部53は、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δを生成する。γ-δ電圧指令値算出部53は、例えば、γ軸電流指令値I*
γとγ軸電流値Iγとの差である差分γ軸電流指令値ΔI*
γを算出するとともに、δ軸電流指令値I*
δとδ軸電流値Iδとの差である差分δ軸電流指令値ΔI*
δを算出し、差分γ軸電流指令値ΔI*
γ及び差分δ軸電流指令値ΔI*
δをγ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δに変換する。すなわち、γ-δ電圧指令値算出部53は、γ軸電流指令値I*
γとγ軸電流値Iγとに基づいてγ軸電圧指令値V*
γを算出するとともに、δ軸電流指令値I*
δとδ軸電流値Iδとに基づいてδ軸電圧指令値V*
δを算出する。γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δの生成方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。γ-δ電圧指令値算出部53は、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δを座標変換部54及び電流位相推定部56に出力する。
The γ-δ voltage command
座標変換部54は、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δをU相電圧指令値V*
u、V相電圧指令値V*
v、及びW相電圧指令値V*
wに変換する機能部である。座標変換部54は、位置推定部55から出力される推定位置θ^reに基づいて、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δをU相電圧指令値V*
u、V相電圧指令値V*
v、及びW相電圧指令値V*
wに変換する。この変換方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。座標変換部54は、U相電圧指令値V*
u、V相電圧指令値V*
v、及びW相電圧指令値V*
wをドライブ回路4に出力する。すなわち、座標変換部54とドライブ回路4とは、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δを駆動信号に変換する駆動信号出力部として機能するといえる。
The coordinate
位置推定部55は、推定角速度ω^re及び推定位置θ^reを算出する。位置推定部55は、γ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ及び予め推定可能な推定モータパラメータに基づいて、モータMにおいて生じる拡張誘起電圧(EEMF:Extended ElectroMotive Force)eの推定値である推定拡張誘起電圧e^を算出し、推定拡張誘起電圧e^に基づいてモータMの位置の推定値である推定位置θ^reを算出する。具体的には、例えば、位置推定部55は、推定拡張誘起電圧e^から位置誤差Δθ^reを算出し、位置誤差Δθ^reと所定の伝達関数とを乗算して推定角速度ω^reを求める。そして、位置推定部55は、推定角速度ω^reと位置誤差Δθ^reとに基づいて推定位置θ^reを算出する。位置推定部55は、推定位置θ^reを座標変換部51及び座標変換部54に出力し、推定角速度ω^reを電流位相推定部56に出力する。
The
電流位相推定部56は、推定dq電流位相θ^iを算出する機能部である。推定dq電流位相θ^iは、d-q座標系の電流位相であるdq電流位相θiの推定値である。d軸電流値Id及びq軸電流値Iqは未知であるので、電流位相推定部56は、γ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ、γ軸電圧指令値V* γ及びδ軸電圧指令値V* δに基づいて、推定dq電流位相θ^iを算出する。推定dq電流位相θ^iの算出には、γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデル、瞬時有効電力Pの導出式、及び瞬時無効電力Qの導出式が用いられる。具体的には、推定dq電流位相θ^iは、γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力Pの導出式及び瞬時無効電力Qの導出式に、γ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ、γ軸電圧指令値V* γ及びδ軸電圧指令値V* δを導入することによって算出される。 The current phase estimator 56 is a functional unit that calculates an estimated dq current phase θ^ i . The estimated dq current phase θ^ i is an estimated value of the dq current phase θi , which is the current phase in the d-q coordinate system. Since the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq are unknown, the current phase estimator 56 calculates the estimated dq current phase θ^ i based on the γ-axis current value Iγ , the δ-axis current value Iδ , the γ-axis voltage command value V * γ , and the δ-axis voltage command value V * δ . To calculate the estimated dq current phase θ^ i , an extended induced voltage model on the γ-δ coordinate system, a derivation formula for the instantaneous active power P, and a derivation formula for the instantaneous reactive power Q are used. Specifically, the estimated dq current phase θ^ i is calculated by introducing the γ-axis current value I γ , the δ-axis current value I δ , the γ-axis voltage command value V *γ, and the δ-axis voltage command value V* δ into the derivation equation for the instantaneous active power P and the derivation equation for the instantaneous reactive power Q, which are expressed using the extended induced voltage model on the γ- δ coordinate system.
γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデル(γ軸電圧値Vγ及びδ軸電圧値Vδ)は、式(1)及び式(2)で表される。なお、pは、時間微分演算子d/dtを表す。巻線抵抗R^、d軸インダクタンスL^d、及びq軸インダクタンスL^qは、制御対象のモータMのモータパラメータの推定値であり、モータMを用いた測定などによって予め推定される。モータMのモータパラメータの実値ではなく推定値としているのは、モータMに流れる電流及び温度によってモータパラメータは変動するためである。位置誤差Δθreは、γ-δ座標系のγ軸とd-q座標系のd軸とが成す角度(又はγ-δ座標系のδ軸とd-q座標系のq軸とが成す角度)の真値である。位置誤差Δθreがゼロである場合、γ軸はd軸と一致し、δ軸はq軸に一致する。式(1)の右辺第2項の1番目の要素は、位置誤差Δθreの微分値を表す。拡張誘起電圧eは、q軸にのみ発生する成分である。
式(1)及び式(2)を用いて瞬時有効電力Pの導出式及び瞬時無効電力Qの導出式を変形することにより、式(3)及び式(4)がそれぞれ得られる。
電流振幅Iは、γ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδを用いて、式(5)で表される。
式(3)には、拡張誘起電圧eとq軸電流値Iqとの積の項が含まれており、式(4)には、拡張誘起電圧eとd軸電流値Idとの積の項が含まれている。したがって、推定dq電流位相θ^iは、式(6)によって算出される。
ここで、位置誤差Δθreの微分値は、未知の値であるが、無視できるほどに小さい。したがって、式(6)において位置誤差Δθreの微分値をゼロとすることによって、式(7)が得られる。
式(8)に示されるように、位置誤差Δθreの微分値の項と電流微分項とが打ち消し合うと仮定すると、式(6)から式(9)が得られる。
電流位相推定部56は、式(7)又は式(9)を用いて推定dq電流位相θ^iを算出する。γ軸電圧値Vγとしてγ軸電圧指令値V*
γが用いられ、δ軸電圧値Vδとしてδ軸電圧指令値V*
δが用いられる。電流位相推定部56は、推定dq電流位相θ^iを算出部58に出力する。
The current phase estimator 56 calculates the estimated dq current phase θ^ i by using the formula (7) or (9). The γ-axis voltage command value V * γ is used as the γ-axis voltage value Vγ , and the δ-axis voltage command value V * δ is used as the δ-axis voltage value Vδ . The current phase estimator 56 outputs the estimated dq current phase θ^ i to the
電流位相算出部57は、γδ電流位相θγδを算出する機能部である。γδ電流位相θγδは、γ-δ座標系の電流位相である。電流位相算出部57は、γ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδに基づいて、γδ電流位相θγδを算出する。具体的には、電流位相算出部57は、式(10)により、γδ電流位相θγδを算出する。電流位相算出部57は、γδ電流位相θγδを算出部58に出力する。
算出部58は、推定位置誤差Δθ^reを算出する機能部である。推定位置誤差Δθ^reは、位置誤差Δθreの推定値である。算出部58は、推定dq電流位相θ^i及びγδ電流位相θγδに基づいて、推定位置誤差Δθ^reを算出する。具体的には、算出部58は、式(11)に示されるように、推定dq電流位相θ^iからγδ電流位相θγδを減算することによって推定位置誤差Δθ^reを算出する。算出部58は、推定位置誤差Δθ^reを検出部59に出力する。
検出部59は、モータMの脱調を検出する機能部である。検出部59は、推定位置誤差Δθ^reに基づいて、モータMの脱調を検出する。したがって、検出部59は、推定dq電流位相θ^i及びγδ電流位相θγδに基づいて、モータMの脱調を検出しているともいえる。具体的には、検出部59は、推定位置誤差Δθ^reと予め定められた閾値とを比較し、推定位置誤差Δθ^reが閾値よりも大きい場合にモータMの脱調が生じたと判定し、推定位置誤差Δθ^reが閾値以下である場合にモータMの脱調が生じていないと判定する。閾値としては、例えば、π/2(rad)が用いられる。なお、モータMの脱調が生じたと判定された場合、モータMが停止されてもよい。
The
次に、図4を参照しながら、推定dq電流位相θ^iの精度を説明する。図4は、推定dq電流位相θ^iの精度を説明するための図である。図4の横軸は時間(単位:秒)を示し、図4の縦軸は電流位相(単位:ラジアン)を示す。dq電流位相θiは、制御対象のモータMにセンサを取り付けることによって得られた真値である。推定dq電流位相θ^iは、式(9)によって算出された推定値である。 Next, the accuracy of the estimated dq current phase θ^ i will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram for explaining the accuracy of the estimated dq current phase θ^ i . The horizontal axis of Fig. 4 indicates time (unit: seconds), and the vertical axis of Fig. 4 indicates the current phase (unit: radians). The dq current phase θ^ i is a true value obtained by attaching a sensor to the motor M to be controlled. The estimated dq current phase θ^ i is an estimated value calculated by equation (9).
図4に示されるように、モータMの脱調が発生していない期間においては、推定dq電流位相θ^iはdq電流位相θiと実質的に一致している。モータMの脱調が発生している期間においては、推定dq電流位相θ^iはdq電流位相θiとはわずかに異なるものの、概ね一致しているといえる。したがって、モータMの脱調が発生しているか否かに関わらず、推定dq電流位相θ^iは精度良く算出されているといえる。 4, in a period when the motor M is not losing synchronism, the estimated dq current phase θ^ i substantially coincides with the dq current phase θi . In a period when the motor M is losing synchronism, the estimated dq current phase θ^ i is slightly different from the dq current phase θi , but it can be said that they generally coincide with each other. Therefore, it can be said that the estimated dq current phase θ^ i is calculated with high accuracy, regardless of whether the motor M is losing synchronism or not.
以上説明した制御装置3においては、推定dq電流位相θ^iは、γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力Pの導出式及び瞬時無効電力Qの導出式に、γ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ、γ軸電圧指令値V*
γ及びδ軸電圧指令値V*
δを導入することによって算出される。瞬時有効電力Pをγ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ、γ軸電圧指令値V*
γ、及びδ軸電圧指令値V*
δで表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時有効電力Pの導出式には、拡張誘起電圧eとq軸電流値Iqとの積の項が含まれる。同様に、瞬時無効電力Qをγ軸電流値Iγ、δ軸電流値Iδ、γ軸電圧指令値V*
γ、及びδ軸電圧指令値V*
δで表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時無効電力Qの導出式には、拡張誘起電圧eとd軸電流値Idとの積の項が含まれる。瞬時有効電力Pの導出式を拡張誘起電圧eとq軸電流値Iqとの積の項について解き、瞬時無効電力Qの導出式を拡張誘起電圧eとd軸電流値Idとの積の項について解き、逆正接演算を行うことにより、推定dq電流位相θ^iを得ることができる。以上のように、位置センサレス制御において、推定dq電流位相θ^iを算出することが可能となる。すなわち、位置センサレス制御において、d-q座標系の電流位相を推定することが可能となる。
In the
dq電流位相θiとγδ電流位相θγδとの誤差が大きいと、モータMの脱調が生じる。制御装置3においては、電流位相算出部57は、γ軸電流値Iγ及びδ軸電流値Iδに基づいて、γδ電流位相θγδを算出する。検出部59は、推定dq電流位相θ^i及びγδ電流位相θγδに基づいて算出された推定位置誤差Δθ^reに基づいて、モータMの脱調を検出する。したがって、モータMの脱調を検出することができる。
When the error between the dq current phase θi and the γδ current phase θγδ is large, the motor M will lose synchronization. In the
以上、本開示の一実施形態について詳細に説明されたが、本開示に係る制御装置は上記実施形態に限定されない。 Although one embodiment of the present disclosure has been described in detail above, the control device according to the present disclosure is not limited to the above embodiment.
上記実施形態では、推定dq電流位相θ^iは、モータMの脱調の検出に用いられているが、モータMの脱調の検出以外にも用いられ得る。例えば、推定dq電流位相θ^iは、PWM(Pulse Width Modulation)制御へのフィードバックに用いられてもよい。この場合、推定dq電流位相θ^iの算出には、γ軸電流値Iγとしてγ軸電流指令値I*
γが用いられてもよく、δ軸電流値Iδとしてδ軸電流指令値I*
δが用いられてもよい。演算器5は、電流位相算出部57、算出部58、及び検出部59を含まなくてもよい。
In the above embodiment, the estimated dq current phase θ^ i is used to detect loss of synchronism of the motor M, but it may be used for purposes other than detecting loss of synchronism of the motor M. For example, the estimated dq current phase θ^ i may be used for feedback to PWM (Pulse Width Modulation) control. In this case, in calculating the estimated dq current phase θ^ i , the γ-axis current command value I * γ may be used as the γ-axis current value Iγ , and the δ-axis current command value I * δ may be used as the δ-axis current value Iδ . The
3…制御装置、4…ドライブ回路(駆動信号出力部)、51…座標変換部(電流値変換部)、52…γ-δ電流指令値出力部、53…γ-δ電圧指令値算出部、54…座標変換部(駆動信号出力部)、55…位置推定部、56…電流位相推定部(推定部)、57…電流位相算出部(算出部)、58…算出部、59…検出部、M…モータ。 3...Control device, 4...Drive circuit (drive signal output section), 51...Coordinate conversion section (current value conversion section), 52...γ-δ current command value output section, 53...γ-δ voltage command value calculation section, 54...Coordinate conversion section (drive signal output section), 55...Position estimation section, 56...Current phase estimation section (estimation section), 57...Current phase calculation section (calculation section), 58...Calculation section, 59...Detection section, M...Motor.
Claims (2)
前記モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、
γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ-δ電流指令値出力部と、
前記γ軸電流値と前記γ軸電流指令値とに基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともに前記δ軸電流値と前記δ軸電流指令値とに基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ-δ電圧指令値算出部と、
前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を前記駆動信号に変換する駆動信号出力部と、
γ-δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、前記γ軸電流値、前記δ軸電流値、前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を導入することによって、d-q座標系の電流位相の推定値である推定dq電流位相を算出する推定部と、
を備える、制御装置。 A control device that generates a drive signal to control an inverter that drives a motor,
a current value converter for converting a current flowing through the motor into a γ-axis current value and a δ-axis current value;
a γ-δ current command value output unit that outputs a γ-axis current command value and a δ-axis current command value;
a γ-δ voltage command value calculation unit that calculates a γ-axis voltage command value based on the γ-axis current value and the γ-axis current command value, and calculates a δ-axis voltage command value based on the δ-axis current value and the δ-axis current command value;
a drive signal output unit that converts the γ-axis voltage command value and the δ-axis voltage command value into the drive signals;
an estimation unit that calculates an estimated dq current phase, which is an estimated value of a current phase in a d-q coordinate system, by introducing the γ-axis current value, the δ-axis current value, the γ-axis voltage command value, and the δ-axis voltage command value into a derivation equation for instantaneous active power and a derivation equation for instantaneous reactive power expressed using an extended induced voltage model on a γ-δ coordinate system;
A control device comprising:
前記推定dq電流位相及び前記γδ電流位相に基づいて、前記モータの脱調を検出する検出部と、を更に備える、請求項1に記載の制御装置。 a calculation unit that calculates a γδ current phase, which is a current phase in a γ-δ coordinate system, based on the γ-axis current value and the δ-axis current value;
The control device according to claim 1 , further comprising: a detection unit that detects a loss of synchronization of the motor based on the estimated dq current phase and the γδ current phase.
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- 2023-02-28 JP JP2023029510A patent/JP2024122139A/en active Pending
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