JP4053484B2 - Synchronous motor speed control device and magnetic pole position estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、リニアと回転機を含んだ同期電動機において、磁極位置センサを使用せずに回転角度信号のみからロータの初期磁極位置の推定を行う同期電動機の速度制御装置及び磁極位置推定方法に関するものである。 The present invention relates to a synchronous motor speed control apparatus and a magnetic pole position estimation method for estimating an initial magnetic pole position of a rotor from only a rotation angle signal without using a magnetic pole position sensor in a synchronous motor including a linear machine and a rotary machine. It is.
特許文献1には、同期電動機に対して、任意の初期磁極位置に相当する電圧を印加し、ロータの回転方向及び電動機の電流値に応じて、磁極位置に補正を加えながら、正しい磁極位置を探索する磁極位置推定法が開示されている。
In
上記従来技術は、初期磁極位置の広い推定誤差範囲から狭い推定誤差範囲へと接近しながら、同期電動機の初期磁極位置の真値を推定する試行錯誤的な繰返し探索法である。このため、初期磁極位置の推定精度を上げるには、運転回数を増やす必要があり、推定に要する時間が長くなる課題があった。 The prior art is a trial and error iterative search method that estimates the true value of the initial magnetic pole position of the synchronous motor while approaching a narrow estimated error range from a wide estimated error range of the initial magnetic pole position. For this reason, in order to increase the estimation accuracy of the initial magnetic pole position, it is necessary to increase the number of operations, and there is a problem that the time required for estimation becomes long.
また、磁極位置の真値に近づけば近づく程、推定に用いる電動機の電流には明確な差異が現れなくなり、高精度の推定には不向きであった。 In addition, the closer to the true value of the magnetic pole position, the clearer the difference in the electric current of the motor used for estimation, and it was not suitable for high-precision estimation.
本発明の目的は、速やかに高精度な初期磁極位置を推定できる同期電動機の速度制御装置及び磁極位置推定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a synchronous motor speed control device and a magnetic pole position estimation method capable of quickly estimating a highly accurate initial magnetic pole position.
本発明はその一面において、複数の磁極位置誤差角(θerr)にそれぞれ対応する複数のq軸電流(指令値iq*又は検出値iq)の関係データを、誤差角(θerr)対q軸電流(iq)の座標上で凹形の二次曲線に近似し、この二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて真の磁極位置誤差角(θerr)を演算することを特徴とする。 In one aspect of the present invention, relational data of a plurality of q-axis currents (command value iq * or detection value iq) respectively corresponding to a plurality of magnetic pole position error angles (θ err ) are expressed as error angle (θ err ) vs. q-axis. Approximating a concave quadratic curve on the current (iq) coordinates, and calculating the true magnetic pole position error angle (θ err ) based on the X coordinate indicating the minimum point of the quadratic curve .
本発明は他の一面において、誤差角(θerr)対q軸電流(iq)の座標上で、最小二乗法を用いて二次曲線に近似し、その二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて、真の磁極位置誤差角(θerr)を演算し、初期磁極位置を補正する。 In another aspect, the present invention approximates a quadratic curve using the least square method on the coordinates of error angle (θ err ) vs. q-axis current (iq), and indicates the minimum point of the quadratic curve. Based on the above, the true magnetic pole position error angle (θ err ) is calculated to correct the initial magnetic pole position.
本発明は、その望ましい実施態様において、予め準備した速度指令パターン、あるいは位置指令パターンを用いて速度制御又は位置制御に基づく運転動作を行う。このとき、制御に用いる3相/2相座標変換及び3相変換を仮のd−q軸上で行う。一方、実際のd−q軸の位置は未知であるが、その誤差角(θerr)を推定することができれば、仮のd−q軸をこの推定誤差角(θerr)だけ回転させることにより、実際のd−q軸に一致させることが可能である。 In the preferred embodiment, the present invention performs a speed control or a driving operation based on position control using a speed command pattern or position command pattern prepared in advance. At this time, three-phase / two-phase coordinate conversion and three-phase conversion used for control are performed on the temporary dq axes. On the other hand, the actual position of the dq axis is unknown, but if the error angle (θ err ) can be estimated, the temporary dq axis is rotated by this estimated error angle (θ err ). It is possible to match the actual dq axes.
推定に当たっては、予め準備した同一の速度指令パターン、あるいは同一の位置指令パターンに対して、磁極位置誤差角(θerr)を各運転時毎に変えながら、q軸電流(指令値iq*又は検出値iq)を測定する。横軸を(θerr)、縦軸をq軸電流(指令値iq*又は検出値iq)としたXY座標上で、測定した4点程度の関係をプロットする。これを最小二乗法を用いて二次曲線に近似し、その極小点のx座標から、磁極位置誤差角(θerr)の推定を行うのである。 For estimation, the q-axis current (command value iq * or detection) is detected while changing the magnetic pole position error angle (θ err ) for each operation with respect to the same speed command pattern or the same position command pattern prepared in advance. The value iq) is measured. The relationship of about four points measured is plotted on the XY coordinates with the horizontal axis being (θ err ) and the vertical axis being q-axis current (command value iq * or detection value iq). This is approximated to a quadratic curve using the method of least squares, and the magnetic pole position error angle (θ err ) is estimated from the x coordinate of the minimum point.
本発明では、限られた数の磁極位置誤差角(θerr)とq軸電流(指令値iq*又は検出値iq)の関係データから二次曲線近似により、真の磁極位置誤差角(θerr)の推定を行うことにより、少ない運転回数で高精度な磁極位置の推定と、これに基く速度制御が可能となる。 In the present invention, a true magnetic pole position error angle (θ err) is obtained by quadratic curve approximation from a relational data of a limited number of magnetic pole position error angles (θ err ) and q-axis current (command value iq * or detection value iq). ), It is possible to estimate the magnetic pole position with high accuracy and speed control based on this with a small number of operations.
本発明のその他の目的及び特徴は、以下の実施例の説明で明らかにする。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the description of the following examples.
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例による同期電動機の速度制御装置の全体概略構成図である。同期電動機1に対して、電力変換器2から3相交流電圧を印加する。同期電動機1に流れる3相交流電流I1は電流検出器3で検出する。回転角度検出器4は、同期電動機1の回転角度θMに応じたパルス列を発生する。したがって、この回転角度検出器4の出力パルスを電気角演算部5でカウントすれば、電動機回転子の磁極位置θEを知ることができる。この検出電気角θEを基に、磁極位置推定部6では、後述する磁極位置推定法により、補正後(推定)電気角θ^を出力する。この推定電気角θ^を基に、dq変換部7では、3相検出電流I1を2相検出電流iq及びidへ変換する。速度演算器8は、前述の回転角度θMから回転速度ωMを演算する。電流制御器9は、q軸電流指令値iq*及びd軸電流指令値id*に対して、dq変換部7の出力値であるq軸電流検出値iq及びd軸電流検出値idをそれぞれ一致させるべく、iq*−iq及びid*−idについて比例積分制御を行い、2相指令電圧vq*及びvd*を出力する。減算器10では、速度指令値ωM *と速度検出値ωMとの偏差を演算し、速度制御器11で、q軸電流指令値iq*を演算する。3相変換部12は、推定電気角θ^を用いて、2相指令電圧vq*及びvd*を3相指令電圧V1*へと変換する。切替スイッチ13は、磁極位置推定部6からの指示により速度指令値の選択動作を行う。負荷14は、駆動軸15を介して同期電動機1により駆動される。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a speed control apparatus for a synchronous motor according to a first embodiment of the present invention. A three-phase AC voltage is applied from the
この構成において、電気角演算部5の出力する検出電気角θEの初期値はゼロとする。即ち、磁極位置推定部6を含む速度制御装置の電源がオンとなった直後の電気角演算部5の出力θEはゼロであり、その後、電動機1の回転角ΔθMに応じて電動機1の極対数Pに比例して、θE=P×ΔθMなる値を出力する。
In this configuration, the initial value of the detected electrical angle theta E output from the electrical
図2は、電気角演算部5の出力する検出電気角θEを入力値とし、q軸電流指令iq*のt1時データを利用する磁極位置推定部6の内部ブロック図である。加算器34において、磁極位置誤差角θerrの値を検出電気角θEに加算した補正後の推定電気角θ^を出力する。管理部30は、後述するフローチャートに従い、磁極位置推定処理の全体を司る。指令値生成部31は、図4に示すような速度指令パターン50を出力する。メモリ32は、速度指令パターン50に対して、時刻t1のタイミングで取得したq軸電流指令値iq*と、その時の磁極位置誤差角θerrの値を後述するルールに従い格納する。最小二乗法演算部33は、メモリ32に格納されたθerrとiq*の関係データが後述する所定の条件を満たした場合に、最小二乗法による二次曲線近似演算を行い、高精度な磁極位置誤差角θerrを算出する。q軸電流指令値iq*に代えてq軸電流検出値iqを用いる場合には、検出値iqは、q軸電流指令値iq*に比較してノイズ成分を多く含むため、低域通過フィルタ37が必要である。
Figure 2 is an electric detection angle theta E output from the electrical
図3は、q軸電流指令iq*の絶対値の積分値を利用して、図2と同等の機能をもつ磁極位置推定部6の他の内部ブロック図である。絶対値演算器35は、入力信号iq*の絶対値を出力する。積分器36は、図4の運転パターン50による運転開始と同時に、初期値=0からq軸電流指令値iq*の絶対値の積分を開始し、積分値クリア機能をもつ。図3の磁極位置推定部6を用いれば、図4の運転パターン50による運転期間全体に亘るiq*のデータを利用することとなる。したがって、図2の磁極位置推定部6を用いる場合に比較して、iq*の値が微少となる条件での推定精度が向上する。また、絶対値演算器35を用いる理由は、図4の速度パターン50を速度制御装置の入力として与えた場合、q軸電流(指令iq*又は検出値iq)の波形52を単純にt0からt7まで積分すると零となってしまうからである。
FIG. 3 is another internal block diagram of the magnetic pole
ここで、図5及び図6を参照して本発明の望ましい実施態様における磁極位置誤差角θerrの推定原理を詳述する。概要は、発明の開示の項目で説明した通りである。 Here, the principle of estimating the magnetic pole position error angle θ err in the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The outline is as described in the item of the disclosure of the invention.
図5は、真のトルク電流Iと仮のq軸電流指令iq*の位相関係を説明する図である。まず、予め準備した速度指令パターン又は位置指令パターンを用いて、同期電動機の速度制御又は位置制御に基づく運転動作を行う。このとき、制御に用いる3相/2相座標変換及び3相変換を図5に示す仮のd−q軸上で行う。一方、実際のd−q軸の位置は未知であるが、その誤差角θerrを推定することができれば、仮のd−q軸をこの推定誤差角θerrだけ回転させることにより、実際のd−q軸に一致させることが可能である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the phase relationship between the true torque current I and the provisional q-axis current command iq * . First, an operation based on speed control or position control of the synchronous motor is performed using a speed command pattern or position command pattern prepared in advance. At this time, three-phase / two-phase coordinate conversion and three-phase conversion used for control are performed on the temporary dq axes shown in FIG. On the other hand, although the actual position of the dq axis is unknown, if the error angle θ err can be estimated, the actual dq axis is rotated by the estimated error angle θ err to thereby calculate the actual dq axis. It is possible to match the −q axis.
推定に当たっては、上記磁極位置誤差角θerrの値に関わらず、同一の運転動作をする際に同期電動機が要する推力は等しく、その推力をTe、推力定数をKTとすると、このとき必要となる実q軸方向の電流Iもまた、I=Te/KTと等しくなる関係を利用する。また、図5に示したように、仮のd−q軸上に存在する制御上のq軸電流指令値iq*と前述した実q軸方向の電流Iの関係は(1)式で表される。 For the estimation, the thrust required by the synchronous motor is the same for the same driving operation regardless of the value of the magnetic pole position error angle θ err , and it is necessary at this time if the thrust is T e and the thrust constant is K T. The current I in the actual q-axis direction also uses a relationship that is equal to I = T e / K T. Further, as shown in FIG. 5, the relationship between the control q-axis current command value iq * existing on the temporary dq axis and the current I in the actual q-axis direction is expressed by equation (1). The
iq*=I/cosθerr (1)
図6は、磁極位置誤差角θerrとq軸電流(指令iq*又は検出値iq)との関係を示すグラフである。同一の運転動作をする際には、Iが等しくなることから、Iを定数として(1)式を示したものである。予め準備した同一の速度指令パターン50あるいは同一の位置指令パターン51に対して、磁極位置誤差角θerrを各運転時毎に変えながら、q軸電流指令値iq*を測定し、誤差角θerrと電流iq*の関係をプロットしたグラフは凹形の関数となる。したがって、仮d−q軸と実d−q軸が一致する条件は、電流iq*の極小点となることが分かる。このことを踏まえて、本実施例では、同一の運転パターンに対して取得したθerrとiq*の関係データを、最小二乗法を用いて(2)式で表される二次曲線(a,b,cは定数)に近似する。そして、その極小点のx軸座標を表す(3)式を利用して、真の磁極位置誤差角θerrの推定を行う。
iq * = I / cos θ err (1)
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnetic pole position error angle θ err and the q-axis current (command iq * or detected value iq). Since I is equal when performing the same driving operation, equation (1) is shown with I as a constant. For the same
f(x)=ax2+bx+c (2)
xmin=−b/(2a) (3)
本実施例においては、各運転毎に変化させる磁極位置誤差角θerrの変化幅を30度の等幅で且つ測定点数を4点とした。以下、この測定間隔及び測定点数での推定誤差を幾つかの測定ケースについて図7を用いて評価することにする。
f (x) = ax 2 + bx + c (2)
x min = −b / (2a) (3)
In the present embodiment, the change width of the magnetic pole position error angle θ err that is changed for each operation is equal to 30 degrees, and the number of measurement points is four. Hereinafter, the estimation error in the measurement interval and the number of measurement points will be evaluated for several measurement cases with reference to FIG.
図7は、測定データ点と推定誤差角の関係を示すグラフである。図7の(a)〜(f)では、(1)式において、定数とみなせる実q軸方向の電流Iを1とした(4)式を解いて、測定データから求めた値をプロットしている。以下、(4)式から得られる理想的なデータを理想測定データ又は理想測定点と呼ぶことにする。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between measurement data points and estimated error angles. In (a) to (f) of FIG. 7, the value obtained from the measurement data is plotted by solving the equation (4) in which the current I in the real q-axis direction that can be regarded as a constant is 1 in the equation (1). Yes. Hereinafter, ideal data obtained from the equation (4) will be referred to as ideal measurement data or ideal measurement points.
iq*=1/cosθerr (4)
従って、図7において求めるべき磁極位置誤差角θerrの値は、この場合は零である。また、図7の(a)〜(f)のグラフ中に描いた曲線は、前述の測定点を模擬するプロット4点を基に、最小二乗法により求めた二次の近似曲線である。従って、各グラフ中に記載した推定誤差角の値は、この二次曲線の極小点のx軸座標と原点との距離に一致する。また、図7に示した各測定ケースでは、θerrの範囲は0度を含む−90度から+90度の範囲にあることを前提としている。しかし、これ以外のθerrの値では、実際には速度制御装置が発散系となる。従って、後述する方法で発散を検出することにより、θerrの範囲が0度を含む−90度から+90度の範囲となるように測定する。各θerrでの測定データのx座標をdata_x[k](θerrと同値)、y座標をdata_y[k]、k=1〜4とし、data_x[1]〜data_x[4]が昇順に並んでいると仮定する。すると、全ての測定結果は、表1に示すケース1〜5のどれかに分類することができる。
iq * = 1 / cos θerr (4)
Therefore, the value of the magnetic pole position error angle θ err to be obtained in FIG. 7 is zero in this case. Also, the curves drawn in the graphs (a) to (f) of FIG. 7 are quadratic approximate curves obtained by the method of least squares based on the four plot points that simulate the measurement points described above. Therefore, the value of the estimated error angle described in each graph coincides with the distance between the x-axis coordinate of the minimum point of the quadratic curve and the origin. Further, in each measurement case shown in FIG. 7, it is assumed that the range of θ err is in the range of −90 degrees to +90 degrees including 0 degrees. However, at other values of θ err , the speed control device is actually a divergent system. Accordingly, by detecting divergence by a method described later, the measurement is performed so that the range of θ err is in the range of −90 degrees including +0 degrees to +90 degrees. The x coordinate of the measurement data at each θ err is data_x [k] (equivalent to θ err ), the y coordinate is data_y [k], k = 1 to 4, and data_x [1] to data_x [4] are arranged in ascending order. Assuming that Then, all the measurement results can be classified into any of
表1に示す各分類ケースには互いに重複する条件が含まれており、この表だけでは、測定結果を一意に分類することはできない。しかし、後述する図11のフローチャートを用いることにより一意に分類することが可能となる。表2は、図7のグラフ(a)〜(f)に対応する理想測定データである。 Each classification case shown in Table 1 includes mutually overlapping conditions, and the measurement results cannot be uniquely classified only with this table. However, it is possible to classify uniquely by using the flowchart of FIG. Table 2 shows ideal measurement data corresponding to the graphs (a) to (f) in FIG.
図7をケース別に見ていくと、data_y[1]〜data_y[4]が降順に並ぶケース1と、data_y[1]〜data_y[4]が昇順に並ぶケース5では推定誤差角が、それぞれ−20度、14度と大きくなることが分かる。この理由は、極小点の存在自体が不明な単調減少又は単調増加データに対して、極小点を持つ関数である二次曲線を近似したためと考えられる。ケース2とケース4では推定誤差角が、それぞれ−3.9度、0.7度となり、ケース1とケース5に比較して大きく改善される。この理由は、ケース2では(data_x[3],data_y[3])のデータが、ケース4では(data_x[2],data_y[2])のデータがそれぞれ極小点となっているためと考えられる。ただし、ケース2の推定誤差角がまだ4度近く存在する。ケース3aとケース3bでは推定誤差角が、それぞれ1.7度、−1.1度となり安定して推定誤差角を小さくできそうである。その理由はケース3a、ケース3bの条件では、極小点の存在に加えて、各測定点を結ぶ線が左右対称形に近い形となり、左右対称系である二次曲線への近似が行い易くなったためと考えられる。
Looking at FIG. 7 by case, the estimated error angle in
以上、図7の理想測定データを用いて説明したように、最小二乗法を用いて、磁極位置誤差角θerrの値を高精度に推定するために、本実施例では、測定データが表1の分類表におけるケース3a又はケース3bの条件を満たすようにデータの取得を行う。以下、このような条件を満たす測定データを効率よく取得し、最小二乗法演算を行うまでの過程を詳細に説明する。 As described above with reference to the ideal measurement data of FIG. 7, in order to estimate the value of the magnetic pole position error angle θ err with high accuracy using the least square method, in this embodiment, the measurement data is shown in Table 1. The data is acquired so as to satisfy the condition of case 3a or case 3b in the classification table. In the following, a detailed description will be given of a process from efficiently obtaining measurement data that satisfies such conditions to performing a least squares calculation.
図8は、図2,3に記載したメモリ32の構成を模式的に説明する図である。図8において、60はdat_1のポインタ名で参照される読出基準ポインタであり、常に最小の磁極位置誤差角θerrの値を格納するメモリのアドレスを格納している。61はdat_wのポインタ名で参照される書込ポインタであり、測定データの書込み制御に利用する。62は測定データの記録用メモリであり、8個の数値を記録できるものとする。また、メモリ62のアドレスはmem_stからmem_end(=mem_st+7)までであり、アドレスに+1又は1加算する毎に隣接するデータを参照できるものとする。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating the configuration of the
次に、図8に示す構成のメモリを、データの破棄・再取得を効率良く行えるようにリングメモリとするための方法を説明する。リングメモリとは、メモリの持つ最大のアドレスに+1加算したアドレスでメモリの持つ最小のアドレスに対応するデータにアクセスできるメモリ構造であり、その構造が輪を想像させるためこのように呼ばれる。同様にリングメモリでは、メモリの持つ最小のアドレスに−1加算したアドレスでメモリの持つ最大のアドレスに対応するデータにアクセスすることも可能である。リングメモリの詳細は省くが、その実現は、読出基準ポインタdat_1及び書込ポインタdat_wのアドレス計算を図9に示すフローチャートに従って行うことで可能となる。 Next, a method for making the memory having the configuration shown in FIG. 8 a ring memory so that data can be efficiently discarded and reacquired will be described. The ring memory is a memory structure that can access data corresponding to the minimum address of the memory with an address obtained by adding +1 to the maximum address of the memory, and is called in this way because the structure makes you imagine a circle. Similarly, in the ring memory, it is possible to access data corresponding to the maximum address of the memory with an address obtained by adding −1 to the minimum address of the memory. Although details of the ring memory are omitted, the realization thereof can be realized by performing address calculation of the read reference pointer dat_1 and the write pointer dat_w according to the flowchart shown in FIG.
図9は、リングメモリアクセス用のアドレス計算法を示すフローチャートである。図において、70はアドレス演算のスタート地点であり、無条件で判定処理71に移行する。判定処理71ではdat_1又はdat_wを示すdat_xに対して、dat_x>mem_endが成立するか否かの判定を行う。成立するときには、処理72においてdat_xに対して(dat_x−mem_end)+mem_stの演算結果を代入する処理を行い、再度71の判定処理を行う。判定処理71において、dat_x>mem_endが成立しない場合には、判定処理73に移行する。判定処理73では、dat_x<mem_stが成立するか否かの判定を行う。成立するときには、処理74においてdat_xに対してmem_end−(mem_st−dat_x)の演算結果を代入する処理を行い、再度73の判定処理を行う。判定処理73において、dat_x<mem_stが成立しない場合には、75に移行し処理を終了する。
FIG. 9 is a flowchart showing an address calculation method for ring memory access. In the figure,
図10は、q軸電流指令値iq*の絶対値の積分値を取得するタイプの磁極位置推定部6における初期の4点データの取得法を示すフローチャートである。図において、130は初期の4点データの取得処理の起点であり、無条件に初期化処理131に移行する。初期化処理131では、まず、図1に示したSW1の接点2を選択する。これにより磁極位置推定部6における指令値生成部31の生成する図4の運転パターン50を速度制御装置の速度指令値ωM *として与えることが可能となる。次に、読出基準ポインタdat_1及び書込ポインタdat_wをメモリ62の開始アドレスであるmem_stで初期化する。次に、磁極位置誤差角θerrをθerr=0に初期化し、カウンタ変数countをcount=0に初期化し、フラグ変数flag_upをflag_up=+1に初期化する。以上の初期化処理が完了すると、判定処理132において、カウンタ変数countがcount<4の条件を満たすかどうかを判定する。4点分の測定データが得られていない場合は、この条件を満たすので、処理133に移行する。処理133では、積分器36を零で初期化し、処理134に移行する。処理134は図3の指令値生成部31に対して、前記速度パターンの生成開始を指示する。次に、判定処理135において、正常回転したかどうかの判定を行う。磁極位置のずれが±90度未満であれば、原理的には速度指令値ωM *と同一方向に回転を始めることから、具体的には回転方向が指令値と一致するかどうかの確認となる。方向が一致する場合、即ち正常回転する場合には、判定処理136に移行する。判定処理136では、同期電動機1が停止したか否かの判定を行い、停止した場合は処理137に移行し、停止していない場合は、停止するまで判定処理136を繰返し実行する。処理137では、現在の磁極位置誤差角θerrの値を書込ポインタdat_wが格納するアドレスに対応するメモリに保存し、処理138に移行する。処理138では、図3の積分器36の出力するq軸電流指令値iq*の絶対値の積分値を書込ポインタdat_wが格納する値(アドレス)に+1加算したアドレスに対応するメモリに保存し、処理139に移行する。処理139では、次回の測定に備えて書込ポインタdat_wに対して、<dat_w+flag_up×2>の値を代入し、カウンタ変数countを+1加算した上で、処理140に移行する。処理140では、次回の測定に備えて磁極位置誤差角θerrの値をθerr+(30°×flag_up)で更新し、判定処理132に移行する。判定処理135で正常回転しなかった場合には、判定処理141に移行する。判定処理141では、同期電動機1の制御が発散したか否かの判定を行う。発散した場合には、処理142に移行し速度指令値ωM *を零にし判定処理143に移行する。判定処理143ではカウンタ変数countがcount≧1を満たす場合は処理144に移行し、満たさない場合は処理147に移行する。処理144では、以前の測定ではcount回数だけ正常回転しデータ取得できているので、次回の測定に備えて磁極位置誤差角θerrの値をθerr−{30°×(count+1)}で更新し処理145に移行する。これにより、既測定の最小のθerrに対して30°小さなθerrの設定が可能となる。処理145ではフラグ変数flag_upを−1に変更する。これにより、前記140の処理は磁極位置誤差角θerrを、その時の値から30度減算する処理となる。また、書込ポインタdat_wの値を<dat_w−(count+1)×2>とし、読出基準ポインタdat_1の値を<dat_1+count×2>に更新し判定処理146に移行する。判定処理146では、同期電動機1が停止したか否かの判定を行い、停止した場合は処理132に移行し、停止していない場合は、停止するまで判定処理146を繰返し実行する。前述の判定処理143でカウンタ変数countがcount≧1を満たさない場合は、一度も正常に運転できていない場合であり、処理147で磁極位置誤差角θerrの値を180度進ませることにより、正常運転可能な磁極位置に更新し、前記処理146に移行する。判定処理141で制御が発散しないときは、磁極位置のずれが+90度近辺又は90度近辺のため、殆どトルクがでない場合であり、判定処理149に移行する。判定処理149ではカウンタ変数countがcount≧1を満たす場合は処理150、処理151を順次実行し判定処理132に移行する。処理150は処理144と同一であり、処理151は処理145と同一である。判定処理149でカウンタ変数countがcount≧1を満たさない場合は処理153にて磁極位置誤差角θerrの値を90度進ませることにより、正常運転可能もしくは制御が発散する磁極位置に更新し、前記判定処理132に移行する。判定処理132において、count<4の条件が成立しない場合には4点分の測定データが得られた場合であり、ノード154に移行する。ノード154は図11に示すフローチャートにおいて、ノード220に対応する。
FIG. 10 is a flowchart showing an initial four-point data acquisition method in the magnetic pole
このように、測定データの磁極位置誤差角θerrをdata_x[k]、対応するq軸電流指令値iq*をdata_y[k]、k=1〜4とするとき、昇順に並んだdata_x[1]〜data_x[4]を順番に取り出すことができる。すなわち、読出基準ポインタdat_1を基点として、アドレスを+2ずつ加算したデータにアクセスすることにより、昇順に並んだdata_x[1]〜data_x[4]を順番に取り出すことが可能となる。同様に、dat_1+1を基点としてアドレスを+2ずつ加算したデータにアクセスすることにより、対応するdata_y[1]〜data_y[4]を順番に取り出すことも可能となる。 Thus, when the magnetic pole position error angle θ err of the measurement data is data_x [k] and the corresponding q-axis current command value iq * is data_y [k], k = 1 to 4, data_x [1 arranged in ascending order. ] To data_x [4] can be taken out in order. That is, it is possible to sequentially retrieve data_x [1] to data_x [4] arranged in ascending order by accessing data obtained by adding +2 addresses by using the read reference pointer dat_1 as a base point. Similarly, by accessing data obtained by adding +2 to the address starting from data_1 + 1, the corresponding data_y [1] to data_y [4] can be sequentially extracted.
図11は、q軸電流指令値iq*の絶対値の積分値を取得するタイプの磁極位置推定部6における4点データ取得後のチェックと再取得法を示すフローチャートである。このフローチャートでは測定した4点のデータが前述の表2に示すケース3a、ケース3bに該当するかどうかをチェックし、該当する場合は何もせず、該当しない場合は、該当するまでデータを再取得する機能を実現する。ノード220に続く処理221では、ローカル変数kが1に初期化され、処理222に移行する。処理222では、アドレス<dat_1+(2k−1)>のメモリから読み出した値をdata_y[k]に代入し判定処理223に移行する。判定処理223ではk≧4が成立するか否かの判定を行い、成立しない場合は、処理224に移行する。処理224では、ローカル変数kを+1加算し、処理222に移行する。判定処理223でk≧4が成立する場合は、判定処理225に移行する。判定処理225においてはケース3aに該当するか否かの判定を行う。該当する場合はノード176に移行し、該当しない場合は判定処理227に移行する。判定処理227では、ケース3bに該当するか否かの判定を行う。該当する場合はノード176に移行し、該当しない場合は判定処理228に移行する。判定処理228ではケース2に該当するか否かの判定を行う。該当する場合は処理229に移行し、該当しない場合は判定処理230に移行する。判定処理230では、ケース1に該当するか否かの判定を行う。該当する場合は処理229に移行し、該当しない場合は判定処理239に移行する。処理229では、アドレス<dat_1 + 6>のメモリから読み出した既測定の最大θerr値をdata_x[4]に代入し、処理231に移行する。処理231では、θerrの値をdata_x[4]+30°とし処理232に移行する。処理232では、積分器36を零で初期化し、処理233に移行する。処理233は図5の指令値生成部31に対して、前記速度パターンの生成開始を指示する。次に判定処理234において、同期電動機1が停止したか否かの判定を行い、停止した場合は処理235に移行し、停止していない場合は、停止するまで判定処理234を繰返し実行する。処理235では書込ポインタdat_wの値を読出基準ポインタdat_1の値で更新し処理236に移行する。処理236では、現在の磁極位置誤差角θerrの値を書込ポインタdat_wが格納するアドレスに対応するメモリに保存し、処理237に移行する。処理237では、図3の積分器36の出力するq軸電流指令値iq*の絶対値の積分値を書込ポインタdat_wが格納する値(アドレス)に+1加算したアドレスに対応するメモリに保存し、処理238に移行する。処理238では読出基準ポインタdat_1の値を<dat_1+2>に更新し処理221に移行する。判定処理239ではケース4に該当するか否かの判定を行う。該当する場合は処理241に移行し、該当しない場合は判定処理240に移行する。判定処理240では、ケース5に該当するか否かの判定を行う。該当する場合は処理241に移行し、該当しない場合は処理250に移行し推定エラーとする。処理241では、アドレスdat_1のメモリから読み出した既測定の最小θerr値をdata_x[1]に代入し、処理242に移行する。処理242では、θerrの値をdata_x[1]−30°とし処理243に移行する。処理243では、積分器36を零で初期化し、処理244に移行する。処理244は図5の指令値生成部31に対して、速度パターンの生成開始を指示する。次に判定処理245において、同期電動機1が停止したか否かの判定を行い、停止した場合は処理246に移行し、停止していない場合は、停止するまで判定処理245を繰返し実行する。処理246では書込ポインタdat_wの値を<dat_1−2>の値で更新し処理247に移行する。処理247では、現在の磁極位置誤差角θerrの値を書込ポインタdat_wが格納するアドレスに対応するメモリに保存し、処理248に移行する。処理248では、図3の積分器36の出力するq軸電流指令値iq*の絶対値の積分値を書込ポインタdat_wが格納する値(アドレス)に+1加算したアドレスに対応するメモリに保存し、処理249に移行する。処理249では読出基準ポインタdat_1の値を<dat_1−2>に更新し処理221に移行する。以上、図11のフローチャートを実行することにより取得した測定点4点のデータは前述の表2に示すケース3a、ケース3bに該当するものとなる。
FIG. 11 is a flowchart showing a check and re-acquisition method after 4-point data acquisition in the magnetic pole
次に、iq*の値を極小とする磁極位置誤差角θerrの値を算出する際に利用する最小二乗法を使ったアルゴリズムを説明する。まず、最小二乗法による二次曲線近似の解法と基本式を説明する。 Next, an algorithm using the least square method used when calculating the value of the magnetic pole position error angle θ err that minimizes the value of iq * will be described. First, a method of solving a quadratic curve approximation by the least square method and a basic formula will be described.
最小二乗法による二次曲線近似においては、(xk,yk)(k=1,2,…n:自然数)を測定したデータとするとき、dk=yk−(a*xk 2+b*xk+c)なるdkを定義し、dkの二乗の総和を最小とする前記(2)式の二次曲線の係数a、b、cを求める。今、求める必要があるのは前記(3)式で求まる極小点を与えるx座標であるから、必要となる係数はa、bのみである。この解法は一般に知られており、(5)式から(11)式のようにSmy、Smxy、Smx2y、Smx、Smx2、Smx3、Smx4を定めるとき、係数a、bはそれぞれ(12)式、(13)式で与えられる。 In quadratic curve approximation by the method of least squares, when (x k , y k ) (k = 1, 2,... N: natural number) is used as measured data, d k = y k − (a * x k 2 Dk is defined as + b * x k + c), and the coefficients a, b, and c of the quadratic curve in Equation (2) that minimize the sum of the squares of d k are obtained . Since what is required now is the x-coordinate that gives the minimum point obtained by the above equation (3), only the necessary coefficients are a and b. This solution is generally known, and when determining Smy, Smxy, Smx2y, Smx, Smx2, Smx3, and Smx4 as shown in equations (5) to (11), coefficients a and b are expressed by equations (12) and (12), respectively. 13) It is given by the equation.
したがって、求めたいxminの値は、(12)、(13)式を(3)式に代入して、(14)式により算出できる。 Therefore, the value of x min to be obtained can be calculated by the equation (14) by substituting the equations (12) and (13) into the equation (3).
(xk,yk)=(data_x[k],data_y[k])と置いて、(5)〜(11)式を直接、(14)式に代入することによって、iq*の値を極小とする磁極位置誤差角θerrの値をxmin=θerrとして算出することが可能である。しかし、本実施例では、各運転毎に変化させる磁極位置誤差角θerrの変化幅をΔθの等幅とするとき、各測定点(data_x[k],data_y[k])(k=1,2,…n(n:自然数))をそれぞれ((data_x[k]−data_x[1])/Δθ,data_y[k])に写像し、この写像後の座標上で最小二乗法演算を行うことにより、演算量及び取扱い桁数の低減を図る。 By placing (x k , y k ) = (data_x [k], data_y [k]) and substituting the equations (5) to (11) directly into the equation (14), the value of iq * is minimized. The magnetic pole position error angle θ err can be calculated as x min = θ err . However, in this embodiment, when the change width of the magnetic pole position error angle θ err to be changed for each operation is equal to Δθ, each measurement point (data_x [k], data_y [k]) (k = 1, 2,..., N (n: natural number)) are mapped to ((data_x [k] −data_x [1]) / Δθ, data_y [k]), respectively, and a least-squares operation is performed on the coordinates after the mapping. Therefore, the calculation amount and the number of handling digits are reduced.
図12は、最小二乗法の演算に使用する座標の写像を説明する図である。以下、写像前の座標を座標平面A、写像後の座標を座標平面Bと呼ぶことにする。座標平面Bにおいては、各測定点のx座標の値は0から始まる整数となる。これにより、最小二乗法演算で利用する(8)〜(11)式の演算結果を格納するメモリの桁数を大幅に低減することが可能である。また、本実施例のように測定データ数が予め分かっている場合には、(8)〜(11)式を予め求めておくことにより演算量の低減が可能となる。n=4、Δθ=30、(xk,yk)=((data_x[k]−data_x[1])/Δθ,data_y[k])を(5)〜(11)式に代入する。これにより、座標平面B上でのSmy、Smxy、Smx2y、Smx、Smx2、Smx3、Smx4の値は、(15)〜(21)式となる。 FIG. 12 is a diagram for explaining the mapping of coordinates used for the calculation of the method of least squares. Hereinafter, the coordinates before mapping are referred to as a coordinate plane A, and the coordinates after mapping are referred to as a coordinate plane B. In the coordinate plane B, the value of the x coordinate of each measurement point is an integer starting from 0. Thereby, it is possible to greatly reduce the number of digits of the memory for storing the calculation results of the equations (8) to (11) used in the least square method calculation. Further, when the number of measurement data is known in advance as in this embodiment, the amount of calculation can be reduced by obtaining equations (8) to (11) in advance. n = 4, Δθ = 30, (x k , y k ) = ((data_x [k] −data_x [1]) / Δθ, data_y [k]) are substituted into equations (5) to (11). Thereby, the values of Smy, Smxy, Smx2y, Smx, Smx2, Smx3, and Smx4 on the coordinate plane B are expressed by equations (15) to (21).
次に、(15)〜(21)式を(14)式に代入すると、(22)式が得られる。 Next, when Expressions (15) to (21) are substituted into Expression (14), Expression (22) is obtained.
(22)式で求まるxminは座標平面B上での極小点を与えるx座標であるから、これを元の座標平面A上に逆写像する。x座標の逆写像は(23)式で表すことができるので、(22)式を(23)式に代入することにより、座標平面A上での極小点を与えるx座標である磁極位置誤差角θerrの値を(24)式の如く求めることができる。 Since x min obtained by the equation (22) is an x coordinate that gives a minimum point on the coordinate plane B, it is inversely mapped onto the original coordinate plane A. Since the inverse mapping of the x coordinate can be expressed by the equation (23), the magnetic pole position error angle that is the x coordinate that gives the minimum point on the coordinate plane A by substituting the equation (22) into the equation (23). The value of θ err can be obtained as in equation (24).
(xmin×Δθ)+data_x[1]−−−−−−−−(23) (X min × Δθ) + data_x [1] -------- (23)
このため、次に述べる図13のフローチャートでは、(15)〜(17)式によりSmy、Smxy、Smx2yを求めた後に、(24)式を演算することにより、磁極位置誤差角θerrの値を算出している。 Therefore, in the flowchart of FIG. 13 to be described next, after calculating Smy, Smxy, Smx2y by the equations (15) to (17), the value of the magnetic pole position error angle θ err is calculated by calculating the equation (24). Calculated.
図13は、図11のフローチャートに続く最小二乗法演算のフローチャートである。図において、ノード270は、図11の最下部のノード226と同一ノードを意味しており、無条件に処理271に移行する。処理271では、アドレスdat_1のメモリから読み出した測定データ4点中における最小のθerr値をdata_x[1]に代入し、処理272に移行する。処理272では、(15)〜(17)式によりSmy、Smxy、Smx2yを算出し、処理273に移行する。処理273では、(24)式に基づいて磁極位置誤差角θerrの値を算出し、処理274に移行する。処理274ではSW1の接点1を選択し、外部から与えられる速度指令値ωM *に基づいて速度制御装置が同期電動機1を速度制御可能な状態に戻した上で、処理275に移行し同期電動機の磁極位置推定処理を終了する。
FIG. 13 is a flowchart of the least square method calculation following the flowchart of FIG. In the figure, a
図14は、以上の実施例による磁極位置推定結果と真の磁極位置との推定誤差をシミュレーションにより求めたグラフである。図において、横軸は初期磁極位置誤差であり、磁極位置推定を全く行わない場合に発生する真の磁極位置と制御上の磁極位置との誤差角を意味するものである。図14から、本実施例によれば、原理的には、磁極位置を推定誤差2度以内の精度で求めることが可能であることが分かる。 FIG. 14 is a graph in which the estimation error between the magnetic pole position estimation result and the true magnetic pole position according to the above embodiment is obtained by simulation. In the figure, the horizontal axis represents the initial magnetic pole position error, which means the error angle between the true magnetic pole position and the control magnetic pole position that occur when no magnetic pole position estimation is performed. FIG. 14 shows that according to the present embodiment, in principle, the magnetic pole position can be obtained with an accuracy within an estimation error of 2 degrees.
図15は、本発明の第2の実施例による同期電動機の速度制御装置の全体概略構成図である。各構成要素は図1に示した第1の実施例とすべて同一であるが、磁極位置推定部6に入力するq軸電流信号を、q軸電流指令値iq*からq軸電流検出値iqに変更した点のみが異なる。機能的には第1の実施例と同等であるが、q軸電流検出値iqは、q軸電流指令値iq*に比較してノイズ成分を多く含むため、磁極位置推定部6の内部構成は、図2や図3に示す低域通過フィルタ37が必須である点でのみ第1の実施例とは異なる。第1の実施例におけるiq*をiqに置き換えれば、第2の実施例においても、図12〜16のフローチャートは同様に利用可能である。
FIG. 15 is an overall schematic configuration diagram of a speed control device for a synchronous motor according to a second embodiment of the present invention. Each component is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the q-axis current signal input to the magnetic pole
図16は、本発明の第3の実施例による同期電動機の速度制御装置の全体概略構成図である。第3の実施例が、第1及び第2の実施例と異る点は、位置制御系を備えていることである。切替スイッチ20は、磁極位置推定部6からの指示により速度指令値ωM *の選択動作を行うSW3であり、通常は接点1を選択した状態で位置制御器21の出力を速度指令値とする。後述する同期電動機1の制御が発散した場合には、接点2を選択することで、速度指令値ωM *=0とする機能を果たす。位置制御器21は、減算器22で求めた位置指令値θM *と位置検出値θMの偏差値を増幅する機能をもつ。切替スイッチ23は、磁極位置推定部6からの指示により、位置指令値の選択動作を行うSW2であり、通常は接点1を選択した状態にある。このとき、外部より与えられる位置指令値θM *に基づいて、位置制御系が、同期電動機1を位置制御可能な状態となる。
FIG. 16 is an overall schematic configuration diagram of a speed control apparatus for a synchronous motor according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first and second embodiments in that a position control system is provided. The change-
磁極位置推定動作を行う場合には、切替えスイッチ23の接点2を選択することで、磁極位置推定部6における指令値生成部31の生成する図4の速度指令曲線51に対応するような運転パターンを位置指令値θM *として与えることが可能となる。本実施例では、運転パターンを図4の速度指令曲線51に示すような波形とし、その積分値を位置指令値θM *として与えることにより、既に説明した図12〜15のフローチャートをそのまま適用可能である。
When performing the magnetic pole position estimation operation, an operation pattern corresponding to the
以上の実施例を要約すると次の通りである。まず、同期電動機1と、この電動機に3相交流を供給する電力変換器2と、前記電動機に流れる3相交流電流を検出する電流検出手段3を備えている。次に、電動機が回転した角度に応じた信号θMを出力する回転角度検出手段4と、この回転角度信号θMを用いて前記電動機の電気角θEを演算する電気角演算手段5を備えている。この演算した電気角θEを基に、3相検出電流から2相電流への3相/2相座標変換を行うdq変換手段7と、回転角度信号θMから回転速度を演算する速度演算手段8を備える。また、q軸電流指令iq*及びd軸電流指令id*にdq変換手段の出力であるq軸電流検出値iq及びd軸電流検出値idをそれぞれ一致させるように制御する電流制御手段9を備えている。さらに、この電流制御手段の入力値となるq軸電流指令値iq*を速度指令値ωM *と検出速度ωMとの偏差より演算する速度制御手段10,11を備える。また、演算電気角θEを用いて電流制御手段の出力する2相指令電圧vq*,vd*を3相指令電圧Vl*へ変換する3相変換手段12とを備えた同期電動機の速度制御装置を対象としている。ここで、複数の磁極位置誤差角θerrにそれぞれ対応する複数のq軸電流(指令値iq*又は検出値iq)の関係データを凹形の二次曲線に近似する手段(6:30)を備えている。次に、この二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて磁極位置誤差角θerrを演算する誤差角演算手段(6:30)と、演算電気角θEに磁極位置誤差角θerrを加減算して推定電気角θ^を推定する磁極位置推定手段(6:図2,3)を備えている。
The above embodiment is summarized as follows. First, a
図17は、以上の実施例に共通するリニアモータを同期電動機1とするハードウェアシステムの構成図である。図において、サーボアンプ290に対し、上位コントローラ291から、位置指令値又は速度指令値を発行する。リニアタイプの同期電動機292は、負荷295を駆動する。同期電動機の可動子296の動きは、移動距離に応じたパルス列として位置検出器297で検出される。この位置検出器297で検知すべき位置情報は、リニアスケール298に記録されている。サーボアンプ290が出力する電動機駆動電力は、ケーブル299で伝送される。電動機292の位置検出信号をケーブル301でサーボアンプ290に伝送する。上位コントローラ291の発生する位置指令信号を、ケーブル302でサーボアンプ290に伝送する。サーボアンプ290には、電源ケーブル303によって電源を供給する。
FIG. 17 is a configuration diagram of a hardware system in which the linear motor common to the above embodiments is the
次に、図17の符号と、前述の実施例の符号との対応関係を説明する。同期電動機1は同期電動機292に、同期電動機1の回転角度検出器4は位置検出器297に、負荷14は負荷295に対応し、駆動軸15には対応部分がない。電力変換器2以下、符号3、5〜13、20〜23は、サーボアンプ290内に含まれる。
Next, the correspondence between the codes in FIG. 17 and the codes in the above-described embodiment will be described. The
この構成において、リニアタイプの同期電動機292の側面に固定したリニアスケール298上の目盛りを位置検出器297で読み取ることにより、可動子296の移動量に比例したパルス数の出力が可能である。このように、第1〜3の実施例は、図17のハードウェア構成で実現可能である。
In this configuration, the scale on the
1…同期電動機、2…電力変換器、3…電流検出器、4…回転角度検出器、5…電気角演算部、6…磁極位置推定部、7…dq変換部、8…速度演算器、9…電流制御器、11…速度制御器、12…3相変換部、13…入力信号切替スイッチSW1、14…負荷、15…駆動軸又は結合部材、20…入力信号切替スイッチSW2、21…位置制御器、23…入力信号切替スイッチSW1、33…最小二乗法演算部、35…絶対値演算器、36…積分値クリア機能付き積分器、50…速度指令パターン、51…位置指令パターン、52…q軸電流(トルク)波形、ωM *…速度指令値、ωM…速度検出値、iq*…q軸電流指令値、iq…q軸電流検出値、id*…d軸電流指令値、id…d軸電流検出値、vq*…q軸電圧指令値、vd*…d軸電圧指令値、V1*…3相指令電圧、I1…同期電動機1に流れる3相交流電流、θ^…補正後の推定電気角、θE…検出電気角、θM…回転子位置、θerr…磁極位置誤差角、θM *…位置指令値。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
予め準備した同一の速度指令パターンあるいは同一の位置指令パターンを用い、制御に用いる3相/2相座標変換及び3相変換を仮のd−q軸上で行いながら、速度制御又は位置制御に基づく複数回の運転動作を行う運転手段と、
これら各運転時毎に磁極位置誤差角(θ err )を変えながら、q軸電流を測定する手段と、
これら各運転毎の磁極位置誤差角(θ err )と測定した対応するq軸電流の関係を、横軸を(θ err )、縦軸をq軸電流としたXY座標上で、複数点をプロットする手段と、
前記複数点のプロットに基く複数の磁極位置誤差角(θerr)にそれぞれ対応する複数のq軸電流(指令値又は検出値)の関係データを、誤差角対q軸電流の座標上で二次曲線に近似する手段を備え、
前記誤差角演算手段は、前記二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて前記磁極位置誤差角(θerr)を演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。 A synchronous motor, a power converter that supplies three-phase alternating current to the electric motor, current detection means for detecting the three-phase alternating current flowing through the electric motor, and a signal (θ M ) corresponding to the angle at which the electric motor rotates A rotation angle detecting means for calculating the electric angle (θ E ) of the rotating shaft of the electric motor using the rotation angle signal (θ M ), the calculated electric angle (θ E ) and the electric angle Q-axis current calculation means for calculating a q-axis current based on the output of the current detection means; current command means for outputting a q-axis current command (iq * ); and the q-axis current calculated from the q-axis current command; Current control means for controlling the power converter so as to reduce the deviation of the electric power, error angle calculation means for calculating a magnetic pole position error angle (θ err ) included in the calculated electric angle (θ E ), and the electric angle (theta E) and the magnetic pole position error angle The control apparatus for a synchronous motor provided with a magnetic pole position estimation means for calculating an estimated magnetic pole position (theta ^) based on theta err) and,
Based on speed control or position control, using the same speed command pattern or the same position command pattern prepared in advance and performing three-phase / two-phase coordinate conversion and three-phase conversion used for control on the temporary dq axis Driving means for performing a plurality of driving operations;
Means for measuring the q-axis current while changing the magnetic pole position error angle (θ err ) for each of these operations ;
The relationship between the magnetic pole position error angle (θ err ) and the corresponding q-axis current measured for each operation is plotted on the XY coordinates with the horizontal axis (θ err ) and the vertical axis the q-axis current. Means to
The relational data of a plurality of q-axis currents (command value or detection value) respectively corresponding to a plurality of magnetic pole position error angles (θ err ) based on the plurality of plots are quadratic on the coordinates of error angle vs. q-axis current. A means of approximating a curve,
The control apparatus for a synchronous motor, wherein the error angle calculation means calculates the magnetic pole position error angle (θ err ) based on an X coordinate indicating a minimum point of the quadratic curve.
予め準備した同一の速度指令パターンを用い、制御に用いる3相/2相座標変換及び3相変換を仮のd−q軸上で行いながら、速度制御に基づく複数回の運転動作を行う運転手段と、
これら各運転時毎に磁極位置誤差角(θ err )を変えながら、q軸電流を測定する手段と、
これら各運転毎の磁極位置誤差角(θ err )と測定した対応するq軸電流の関係を、横軸を(θ err )、縦軸をq軸電流としたXY座標上で、複数点をプロットする手段と、
前記複数点のプロットに基く複数の磁極位置誤差角(θerr)にそれぞれ対応する複数のq軸電流指令値又はq軸電流検出値(iq*又はiq)の関係データを凹形の二次曲線に近似する手段と、
この二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて前記磁極位置誤差角(θerr)を演算する誤差角演算手段と、
前記演算電気角(θE)に前記磁極位置誤差角(θerr)を加減算して推定電気角(θ^)を推定する磁極位置推定手段を備えたことを特徴とする同期電動機の速度制御装置。 A synchronous motor, a power converter that supplies three-phase alternating current to the electric motor, current detection means for detecting the three-phase alternating current flowing through the electric motor, and a signal (θ M ) corresponding to the angle at which the electric motor rotates A rotation angle detection means for calculating the electrical angle (θ E ) of the motor using the rotation angle signal (θ M ), and a three-phase based on the calculated electrical angle (θ E ). Dq conversion means for performing a three-phase / two-phase coordinate conversion from a detected current to a two-phase current, a speed calculation means for calculating a rotation speed from the rotation angle signal (θ M ), a q-axis current command (iq * ) and Current control means for controlling the d-axis current command (id * ) so that the q-axis current detection value (iq) and the d-axis current detection value (id), which are outputs of the dq conversion means, are matched with each other, and the current control Q-axis current command value (i *) A speed command value (omega M *) and the rotational speed (omega a speed control means for computing on the basis of the deviation between M), calculation electrical angle (theta E) 2 to output of said current control means with In a speed control device for a synchronous motor comprising three-phase conversion means for converting a phase command voltage (vq * , vd * ) into a three-phase command voltage (Vl * ),
Driving means for performing a plurality of driving operations based on speed control while performing three-phase / two-phase coordinate conversion and three-phase conversion used for control on a temporary dq axis using the same speed command pattern prepared in advance. When,
Means for measuring the q-axis current while changing the magnetic pole position error angle (θ err ) for each of these operations ;
The relationship between the magnetic pole position error angle (θ err ) and the corresponding q-axis current measured for each operation is plotted on the XY coordinates with the horizontal axis (θ err ) and the vertical axis the q-axis current. Means to
A relational data of a plurality of q-axis current command values or q-axis current detection values (iq * or iq) respectively corresponding to a plurality of magnetic pole position error angles (θ err ) based on the plurality of plots is a concave quadratic curve. Means to approximate
Error angle calculation means for calculating the magnetic pole position error angle (θ err ) based on the X coordinate indicating the minimum point of the quadratic curve;
A speed control apparatus for a synchronous motor, comprising magnetic pole position estimation means for estimating an estimated electrical angle (θ ^) by adding / subtracting the magnetic pole position error angle (θ err ) to / from the calculated electrical angle (θ E ). .
予め準備した同一の速度指令パターンあるいは同一の位置指令パターンを用い、制御に用いる3相/2相座標変換及び3相変換を仮のd−q軸上で行いながら、速度制御又は位置制御に基づく複数回の運転動作を行う運転ステップと、
これら各運転時毎に磁極位置誤差角(θ err )を変えながら、q軸電流を測定する測定ステップと、
これら各運転毎の磁極位置誤差角(θ err )と測定した対応するq軸電流の関係を、横軸を(θ err )、縦軸をq軸電流としたXY座標上で、複数点をプロットするプロットステップと、
前記複数点のプロットに基く複数の磁極位置誤差角(θerr)のそれぞれに対応する複数のq軸電流指令値(又はq軸電流検出値)の関係データを、誤差角対q軸電流の座標上で凹型の二次曲線に近似するステップと、
この二次曲線の極小点を示すX座標に基づいて前記磁極位置誤差角(θerr)を算出するステップを備えたことを特徴とする同期電動機の磁極位置推定方法。 A step of supplying a three-phase alternating current from a power converter to a synchronous motor, a step of detecting a three-phase alternating current flowing through the motor, a step of detecting a rotation angle of the motor, and a motor using the rotation angle detection output a step of computing an electrical angle theta E of the rotary shaft, a step of computing the q-axis current based on the calculated electrical angle theta E and the detected current, and generating a q-axis current command, the q-axis current command Controlling the power converter to reduce the deviation from the calculated q-axis current and calculating the magnetic pole position error angle (θ err ) included in the calculated electrical angle (θ E ); In the magnetic pole position estimation method for a synchronous motor, including the step of calculating an estimated electrical angle (θ ^) by adding and subtracting the electrical angle (θ E ) and the magnetic pole position error angle (θ err ),
Based on speed control or position control, using the same speed command pattern or the same position command pattern prepared in advance and performing three-phase / two-phase coordinate conversion and three-phase conversion used for control on the temporary dq axis An operation step for performing a plurality of driving operations;
A measurement step for measuring the q-axis current while changing the magnetic pole position error angle (θ err ) for each of these operations ;
The relationship between the magnetic pole position error angle (θ err ) and the corresponding q-axis current measured for each operation is plotted on the XY coordinates with the horizontal axis (θ err ) and the vertical axis the q-axis current. Plot step to
The relational data of a plurality of q-axis current command values (or q-axis current detection values) corresponding to each of a plurality of magnetic pole position error angles (θ err ) based on the plot of the plurality of points is expressed as error angle vs. q-axis current coordinates. Approximating a concave quadratic curve above,
A method for estimating a magnetic pole position of a synchronous motor, comprising: calculating the magnetic pole position error angle (θ err ) based on an X coordinate indicating a minimum point of the quadratic curve.
15. The method according to claim 14, wherein the relationship data of the magnetic pole position error angle versus the q-axis current command value or the q-axis current detection value is monotonously decreased (or increased) with respect to a change in the magnetic pole position error angle (θ err ). Te, comprising the steps of: setting a greater than the maximum of the magnetic pole position error angle previously determined (theta err) (or smaller) magnetic pole position error angle (theta err), the step of performing remeasurement of the related data based on this A magnetic pole position estimation method for a synchronous motor, characterized in that:
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