JP6726390B2 - Controller for permanent magnet type synchronous motor - Google Patents
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Description
本発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置に関し、詳しくは、電動機の速度範囲に応じて各種の制御方式を切替える際のショックを低減して電動機をスムーズに加減速運転するための制御装置に関するものである。 The present invention relates to a controller for a permanent magnet type synchronous motor that does not have a magnetic pole position detector, and more specifically, it reduces shock when switching between various control methods according to the speed range of the motor to smoothly accelerate and decelerate the motor. The present invention relates to a control device for driving.
永久磁石形同期電動機の制御装置をコストダウンするため、回転子の磁極位置を検出するための磁極位置検出器を使用しないで運転する、いわゆる、センサレスベクトル制御が実用化されている。
センサレスベクトル制御は、電動機の端子電圧や電流の情報から回転子の磁極位置と速度とを演算し、これらに基づいて電流制御を行うことでトルク制御や速度制御を実現するものである。なお、センサレスベクトル制御の具体的な方法は良く知られているため、ここでは詳述を省略する。
In order to reduce the cost of the control device for the permanent magnet type synchronous motor, so-called sensorless vector control has been put into practical use, which operates without using a magnetic pole position detector for detecting the magnetic pole position of the rotor.
The sensorless vector control realizes torque control and speed control by calculating the magnetic pole position and speed of the rotor from information on the terminal voltage and current of the electric motor and performing current control based on these. Since a specific method of sensorless vector control is well known, its detailed description is omitted here.
しかしながら、センサレスベクトル制御は、始動時を始めとする低速域における安定性に問題があることから、電動機の電流の振幅を一定とし、電流の角速度を速度指令値に制御することで、電動機の回転子を電流に引き込んで運転する技術が適用されることがある。このような運転方式を、以下では「電流引込制御」と呼ぶ。 However, since the sensorless vector control has a problem in stability in the low speed range such as at the time of starting, the rotation speed of the electric motor is controlled by keeping the amplitude of the electric current of the electric motor constant and controlling the angular velocity of the electric current to the speed command value. A technique for drawing a child into an electric current to drive the child may be applied. Hereinafter, such an operation method is referred to as “current pull-in control”.
ここで、例えば特許文献1には、電流引込制御とセンサレスベクトル制御との相互間で制御方式を切り替える際の電圧や電流の急変を防止してショックを低減するようにした永久磁石形同期電動機の制御装置が開示されている。特に、特許文献1の請求項6や明細書の段落[0083]〜[0093]、図6等には、運転中の電動機を減速して停止する場合に、センサレスベクトル制御から電流引込制御へショックレスにて切り替える技術が記載されている。
Here, for example, in
上述した特許文献1では、センサレスベクトル制御から電流引込制御への切替前後で電動機の発生トルクが変化しないように、切替時におけるq軸電流指令値の初期値を数式23により演算すると共に、d軸電流指令値の初期値を、数式23により求めたq軸電流指令値の初期値と電流指令値振幅とを用いて数式24により演算している。
しかしながら、数式23はあくまで近似式であるため、その近似誤差に起因して電流指令値が適切な値にならず、結果として、電流引込制御への切替時に電動機の発生トルクにショックが発生する場合があった。
In
However, since the
そこで、本発明の解決課題は、センサレスベクトル制御から電流引込制御への切替時における電流指令値の初期値を適切に演算することにより、ショックレスにて制御方式の切替を可能にした永久磁石形同期電動機の制御装置を提供することにある。 Therefore, a problem to be solved by the present invention is to permanently calculate the initial value of the current command value at the time of switching from the sensorless vector control to the current pull-in control, so that the control method can be switched without a shock. It is to provide a control device for a synchronous motor.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機を電力変換器により運転するための制御装置において、
前記電動機の電流及び端子電圧をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
前記第2の運転モードから前記第1の運転モードへ切替えるときに、
前記電動機のトルク指令値と前記電流指令値の振幅とから、前記電流指令値と回転子の磁極位置との角度差を演算する手段と、
前記角度差から電気角補正値を求める手段と、
前記電気角補正値を用いて前記電流指令値の角度を初期化する手段と、
前記電気角補正値を用いて、前記電動機の端子電圧が急変しないように前記電動機の端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記速度指令値と前記速度推定値との偏差から求めた角速度補償値を用いて、前記電流指令値の角速度が急変しないように前記電流指令値の角速度を補正する手段と、
を備え、
前記電流指令値と前記磁極位置との角度差を演算する手段は、
前記電流指令値の振幅から、トルクが前記角度差の増加関数となる、前記角度差の区間を演算する手段と、前記角度差の区間から、前記トルク指令値に前記電動機のトルクが一致するように前記角度差を演算する手段と、を有するものである。
本発明によれば、第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御から第1の運転モードである電流引込制御へ切替える際のショックを従来よりも低減することができ、永久磁石形同期電動機をスムーズに運転可能であると共に、上述した制御切替時の演算を簡略化することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
Capturing the current and terminal voltage of the motor as a vector,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode in which the speed of the electric motor is controlled to a speed command value using an estimated magnetic pole position value and an estimated speed value of the rotor calculated from the electric current and the terminal voltage of the electric motor,
When switching from the second operation mode to the first operation mode,
Means for calculating an angular difference between the current command value and the magnetic pole position of the rotor from the torque command value of the electric motor and the amplitude of the current command value;
Means for obtaining an electrical angle correction value from the angle difference,
Means for initializing the angle of the current command value using the electrical angle correction value;
Means for initializing a terminal voltage command value of the electric motor so that the terminal voltage of the electric motor does not suddenly change using the electrical angle correction value;
A means for correcting the angular velocity of the current command value so that the angular velocity of the current command value does not change suddenly using the angular velocity compensation value obtained from the deviation between the speed command value and the estimated speed value;
Equipped with
Means for calculating the angle difference between the current command value and the magnetic pole position,
A means for calculating a section of the angle difference in which torque is an increasing function of the angle difference from the amplitude of the current command value, and a torque of the electric motor matches the torque command value from the section of the angle difference. And means for calculating the angle difference .
According to the present invention, it is possible to reduce the shock at the time of switching from the sensorless vector control which is the second operation mode to the current drawing control which is the first operation mode, as compared with the prior art, and to make the permanent magnet type synchronous motor smooth. with luck a rolling Friendly ability can be simplified calculation at the time of control switching as described above.
本発明によれば、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御方式をセンサレスベクトル制御から電流引込制御へ切り替える際のショックを低減し、例えば減速時におけるスムーズな運転を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the shock when switching the control method of the permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector from the sensorless vector control to the current drawing control, and to realize smooth operation during deceleration, for example. it can.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図であり、永久磁石形同期電動機の制御方式を、拡張誘起電圧を利用したセンサレスベクトル制御から電流引込制御へショックレスにて切替えるためのものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a control device according to this embodiment together with a main circuit. The control method of a permanent magnet type synchronous motor is changed from sensorless vector control using extended electromotive voltage to current drawing control without a shock. It is for switching.
制御装置における演算は、図2に示すように角速度ω1で回転するγ,δ軸からなる直交回転座標系により行う。なお、図2において、d軸は回転子の磁極方向の軸、q軸はd軸と直交する方向の軸、θerrは位置推定誤差である。 The calculation in the control device is performed by an orthogonal rotation coordinate system composed of γ and δ axes rotating at an angular velocity ω 1 , as shown in FIG. In FIG. 2, the d-axis is the axis in the direction of the magnetic pole of the rotor, the q-axis is the axis in the direction orthogonal to the d-axis, and θ err is the position estimation error.
まず、この実施形態の電流引込制御時の動作を、制御装置の構成と共に説明する。
図1に戻って、切替スイッチ23の入力側を「S1」に設定し、γ,δ軸の角速度ω1を加算器124から出力される速度指令値ω*に制御する。電気角演算器24は、角速度ω1を積分してγ,δ軸の角度θ1を演算する。
First, the operation at the time of current drawing control of this embodiment will be described together with the configuration of the control device.
Returning to FIG. 1, the input side of the
一方、切替スイッチ21a,21bの入力側を「S1」に設定する。第1の電流指令演算部41は、γ,δ軸電流指令値iγ *,iδ *を数式1のように制御する。
[数1]
iγ *=Iapull *
iδ *=0
ここで、
Iapull *>0
On the other hand, the input sides of the
[Equation 1]
i γ * =I apull *
i δ * =0
here,
I apull * >0
ローパスフィルタ22a,22bは、γ,δ軸電流指令値iγ *,iδ *の低周波成分iγf *,iδf *をそれぞれ演算する。
電流座標変換器14は、u相電流検出器11u、w相電流検出器11wによりそれぞれ検出した相電流検出値iu,iwを、γ,δ軸の角度θ1に基づいてγ,δ軸電流検出値iγ,iδに座標変換する。この角度θ1は、回転子の位置推定値に相当する。
The
減算器19a,19bにより、γ軸電流指令値iγf *とγ軸電流検出値iγとの偏差、及び、δ軸電流指令値iδf *とδ軸電流検出値iδとの偏差をそれぞれ演算し、電流調節器20は、上記偏差をそれぞれゼロにするようにγ軸電圧指令値vγ *、δ軸電圧指令値vδ *を演算する。
これらの電圧指令値vγ *,vδ *は、電圧座標変換器15により、γ,δ軸の角度θ1に基づいて相電圧指令値vu *,vv *,vw *に変換される。
The
These voltage command values v γ * , v δ * are converted by the voltage coordinate
三相交流電源50の電圧は整流回路60により直流電圧に変換され、インバータ等の電力変換器70に供給される。PWM回路13は、相電圧指令値vu *,vv *,vw *、及び、入力電圧検出回路12により検出した電力変換器70の直流入力電圧Edcから、電力変換器70の出力電圧を相電圧指令値vu *,vv *,vw *に制御するための駆動信号(ゲート信号)を生成する。
電力変換器70はこのゲート信号に基づいて内部のIGBT等の半導体スイッチング素子を制御することにより、永久磁石形同期電動機(PMSM)80の端子電圧を相電圧指令値vu *,vv *,vw *に制御する。
The voltage of the three-phase
The power converter 70 controls a semiconductor switching element such as an internal IGBT based on the gate signal to change the terminal voltage of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) 80 to the phase voltage command values v u * , v v * , Control to v w * .
上述した一連の制御により、振幅がIapull *、角速度が速度指令値ω*に等しい電流ベクトルが発生し、電動機80の回転子が電流ベクトルに引き込まれて回転子速度ωrを速度指令値ω*に制御することができる。
By the series of controls described above, a current vector whose amplitude is I apull * and whose angular velocity is equal to the speed command value ω * is generated, and the rotor of the
次に、センサレスベクトル制御時の動作について説明する。以下では、電流引込制御と異なる部分を中心に説明し、重複する部分については省略する。
速度指令値ω*と速度推定値ωrestとの偏差を減算器16により演算し、この偏差がゼロになるように速度調節器17がトルク指令値τ*を演算する。
Next, the operation during sensorless vector control will be described. In the following, a description will be given focusing on the parts different from the current drawing control, and overlapping parts will be omitted.
The
第2の電流指令演算部18は、トルク指令値τ*に基づき、トルク/電流が最大になる条件でd,q軸電流指令値id *,iq *を演算する。
切替スイッチ21a,21bの入力側を「S2」に設定することにより、γ,δ軸電流指令値iγ *,iδ *としてd,q軸電流指令値id *,iq *を設定する。
The second current
By setting the input sides of the changeover switches 21a and 21b to "S 2 ", the d and q axis current command values i d * and i q * are set as the γ and δ axis current command values i γ * and i δ *. To do.
ローパスフィルタ22a,22b、減算器19a,19b、電流調節器20、電流座標変換器14、電圧座標変換器15の動作は、電流引込制御の場合と同じであり、これらの動作によって、γ,δ軸電流検出値iγ,iδが各指令値iγ *,iδ *にそれぞれ一致するように相電圧指令値vu *,vv *,vw *が制御される。
The operations of the low-
また、拡張誘起電圧演算器31は、γ,δ軸電圧指令値vγ *,vδ *、γ,δ軸電流検出値iγ,iδ、及び角速度ω1を用いて、数式2により拡張誘起電圧を演算する。
なお、数式2の演算は、γ,δ軸電圧指令値vγ *,vδ *の代わりに、図示されていない電圧検出回路を用いて電動機80の相電圧または線間電圧を測定し、これらの測定値及び角度(位置推定値)θ1から演算したγ軸電圧vγ、δ軸電圧vδを用いて行っても良い。
In addition, in the calculation of
角度演算器32は、拡張誘起電圧の角度δeexestを数式3により演算する。
拡張誘起電圧の角度δeexestは位置推定誤差θerrに等しくなるので、位置推定誤差演算値θerrestを数式4とする。
[数4]
θerrest=δeexest
Since the angle δ eexest of the extended electromotive voltage becomes equal to the position estimation error θ err , the position estimation error calculation value θ errest is set to Expression 4.
[Equation 4]
θ errest = δ eexest
速度推定器33は、位置推定誤差演算値θerrestを入力とするPI調節器によって構成されており、速度推定値ωrestを数式5により演算する。
切替スイッチ23の入力側を「S2」に設定することにより、γ,δ軸の角速度ω1を速度推定値ωrestに制御する。
電気角演算器24は、電流引込制御の場合と同様に、角速度ω1を積分して回転子の位置推定値に相当する角度θ1を演算する。
By setting the input side of the
上述した拡張誘起電圧演算器31、角度演算器32、速度推定器33、電気角演算器24の動作により、γ,δ軸とd,q軸との角度差である位置推定誤差θerrを零に収束させることができ、回転子の速度及び磁極位置を正確に演算して電動機80のトルク及び速度を正確に制御することができる。
By the operations of the extended
次に、センサレスベクトル制御から電流引込制御への切替処理の原理について、図3のベクトル図に基づいて説明する。
センサレスベクトル制御の場合、トルク/電流が最大になるように電流指令ベクトルi*を制御するが、電流引込制御では、一般に、電流指令値を一定に制御し、電流指令ベクトルi*の方向をγ軸と定義して制御演算を行う。
Next, the principle of the switching process from the sensorless vector control to the current drawing control will be described based on the vector diagram of FIG.
In the sensorless vector control, the current command vector i * is controlled so that the torque/current is maximized, but in the current pull-in control, generally, the current command value is controlled to be constant, and the direction of the current command vector i * is γ. Control calculation is performed by defining it as an axis.
そこで、センサレスベクトル制御から電流引込制御へ切替えるときに、切替前後でトルクが変化しないように電流指令値を演算し、d軸(磁極位置)と電流指令ベクトルi*との角度差δiを演算し、この角度差δiを使ってγ,δ軸の角度θ1を初期化する。これと同時に、電圧指令ベクトルv*とローパスフィルタ22a,22bの出力である電流指令ベクトルif *とが切替前後で連続になるように初期化する。
Therefore, when the sensorless vector control is switched to the current drawing control, the current command value is calculated so that the torque does not change before and after the switching, and the angle difference δ i between the d-axis (magnetic pole position) and the current command vector i * is calculated. Then, this angle difference δ i is used to initialize the angle θ 1 of the γ and δ axes. At the same time, the voltage command vector v * and the current command vector if * , which is the output of the low-
次に、センサレスベクトル制御から電流引込制御に切替える場合の演算処理について説明する。
図1の電流指令初期値演算器121は、センサレスベクトル制御から電流引込制御への切替直後に、電動機80のトルクをセンサレスベクトル制御時のトルク指令値τ*に制御するための角度差δiを演算する。なお、電流指令初期値演算器121による演算内容は、後に詳述する。
Next, the calculation process when switching from sensorless vector control to current drawing control will be described.
Immediately after switching from the sensorless vector control to the current drawing control, the current command
ここで、上記の角度差δiから、電気角補正値δcompを数式6により演算する。
[数6]
δcomp=−δi
Here, the electrical angle correction value δ comp is calculated by the mathematical expression 6 from the above-mentioned angle difference δ i .
[Equation 6]
δ comp =−δ i
この電気角補正値δcompを用いて、電気角演算器24の出力である角度θ1を、数式7により初期化する。
[数7]
θ1(n)=θ1(n−1)−δcomp+ω1Ts
ここで、Ts:サンプル周期
なお、数式7において、添え字“n”はサンプル点を示し、“n”は今回値(切替後の値)、“n−1”は前回値(切替前の値)を示す。
Using this electrical angle correction value δ comp , the angle θ 1 which is the output of the
[Equation 7]
θ 1(n) =θ 1(n−1) −δ comp +ω 1 T s
Here, T s : sampling period In the formula 7, the subscript “n” indicates a sampling point, “n” is the current value (value after switching), and “n−1” is the previous value (before switching). Value).
数式7によってγ,δ軸の角度θ1をδcompだけ補正したことに伴い、ローパスフィルタ22a,22bの出力であるγ,δ軸電流指令値iγf *,iδf *、及び、電流調節器20の出力であるγ,δ軸電圧指令値vγ *,vδ *を、それぞれ数式8,数式9により初期化する。
数式8,9により、電動機80の電流と端子電圧とが急変しないように、γ,δ軸電流指令値iγf *,iδf *及びγ,δ軸電圧指令値vγ *,vδ *を初期化することができる。
The γ and δ axis current command values i γf * , i δf * and the γ and δ axis voltage command values v γ * , v δ * are set so that the current and the terminal voltage of the
角速度補償器123は、γ,δ軸の角速度ω1が切替え時に急変しないように、電流引込制御開始から角速度補償値ω1compを演算し、加算器124は速度指令値ω*と角速度補償値ω1compとを加算してγ,δ軸の角速度ω1を演算する。
図4は、角速度補償器123の動作原理を示す図である。角速度補償値ω1compの初期値は、切替え直前に図1の減算器122により演算したγ,δ軸の角速度ω1(速度推定値に等しい)と速度指令値ω*との偏差(ω1−ω*)とし、この角速度補償値ω1compを所定の変化率で零まで低減する。
The
FIG. 4 is a diagram showing the operating principle of the
次に、電流指令初期値演算器121による演算内容について詳述する。
電流引込制御によって運転している場合、電動機80のトルクτと角度差δiとの間には数式10の関係がある。
[数10]
τ=IaPULL *Ψmsinδi+IaPULL *2(Ld−Lq)sinδicosδi
ただし、Ψm:永久磁石磁束
角度差δiは、上記のトルクτをトルク指令値τ*に置き換えた方程式の解から求める。数式10は非線形方程式であるため、角度差δiは、ニュートンラプソン法や二分法などの数値計算によって求めれば良い。
Next, the contents of calculation by the current command
When operating by current drawing control, there is a relationship of Expression 10 between the torque τ of the
[Equation 10]
τ=I aPULL * Ψ m sin δ i +I aPULL *2 (L d −L q )sin δ i cos δ i
However, Ψ m : Permanent magnet magnetic flux Angle difference δ i is obtained from the solution of the equation in which the torque τ is replaced with the torque command value τ * . Since the mathematical expression 10 is a non-linear equation, the angular difference δ i may be obtained by numerical calculation such as the Newton-Raphson method or the bisection method.
一例として、角度差δiを二分法により求める方法について説明する。二分法は、ニュートンラプソン法などの他の計算方式と比べて演算を簡素化できる特徴がある。
図5は、数式10に示した角度差δiとトルクτとの関係を示している。図5において、トルクτをトルク指令値τ*とする角度差δiの解をδi(τ*)とする。
As an example, a method of obtaining the angle difference δ i by the bisection method will be described. The bisection method has a feature that the operation can be simplified as compared with other calculation methods such as the Newton-Raphson method.
FIG. 5 shows the relationship between the angular difference δ i and the torque τ shown in Expression 10. In FIG. 5, the solution of the angle difference δ i where the torque τ is the torque command value τ * is δ i (τ * ).
二分法を使って解を求める場合、解の区間を設定する必要がある。このため、角度差δiの下限値及び上限値を、それぞれδimin,δimaxとする。電流引込制御を安定に行えるのは、トルクτが角度差δiの増加関数となる場合である。そこで、角度差δiの下限値δimin及び上限値δimaxは、角度差δiの区間[δimin,δimax]においてトルクτが増加関数になるように決める。 When the solution is obtained using the dichotomy, it is necessary to set the interval of the solution. Therefore, the lower limit value and the upper limit value of the angle difference δ i are set to δ imin and δ imax , respectively. The current pull-in control can be performed stably when the torque τ is an increasing function of the angle difference δ i . Therefore, the lower limit value [delta] imin and an upper limit [delta] imax of angular difference [delta] i is the angular difference δi interval [δ imin, δ imax] torque τ in decide to be an increasing function.
次に、角度差δiの上限値δimaxの演算方法について説明する。図6は、角度差δiの上限値δimaxの演算原理を説明するためのベクトル図である。
電流の振幅を電流指令値振幅IaPULL *に制御し、角度差δiが角度差上限値δimaxであるときの電流ベクトルを図6の電流ベクトル(2)とする。
ここで、電流の振幅Iaとd,q軸電流id,iqとの間には、数式11の関係がある。
[数11]
Ia 2=id 2+iq 2
数式11より、電流ベクトル(2)は、円軌跡Ia=IaPULL *の上に制御される。
Next, a method of calculating the upper limit value δ imax of the angle difference δ i will be described. FIG. 6 is a vector diagram for explaining the calculation principle of the upper limit value δ imax of the angle difference δ i .
The current amplitude is controlled to the current command value amplitude I aPULL *, and the current vector when the angle difference δ i is the angle difference upper limit value δ imax is set as the current vector (2) in FIG. 6.
Here, there is a relationship of Expression 11 between the amplitude I a of the current and the d, q-axis currents i d , i q .
[Equation 11]
I a 2 = id 2 +i q 2
From Expression 11, the current vector (2) is controlled on the circular locus I a =I aPULL * .
一方、電動機のトルクτとd,q軸電流id,iqとの間には、数式12の関係がある。
[数12]
τ=Ψmiq+(Ld−Lq)idiq
数式12により、トルクτがトルク指令値τ*に等しい電流ベクトルは、放物線の軌跡τ=τ*である。トルクτがトルク指令値τ*よりも大きくなるための条件から、電流ベクトル(2)の動作点は、τ=τ*の放物線よりも上側にある必要がある。
On the other hand, there is a relationship of
[Equation 12]
τ=Ψ m i q +(L d −L q ) i d i q
From
更に、トルク/電流を最大とするd,q軸電流id,iqは、数式13の関係にある。
数式13より、トルク/電流が最大になる電流ベクトルの軌跡は、図6における原点を通る放物線の軌跡「トルク/電流最大条件」となる。トルクτが角度差δiの増加関数となるための条件から、電流ベクトル(2)は、トルク/電流最大条件の放物線よりも左側にある必要がある。
From
角度差上限値δimaxは、以上の条件を満たすように、以下に述べる手順によって演算する。
まず、トルク/電流最大条件でトルクτをトルク指令値τ*に制御したときの電流ベクトルを、電流ベクトル(1)とする。この電流ベクトル(1)は、τ=τ*の放物線とトルク/電流最大条件の放物線の交点に達する。電流ベクトル(1)は、トルク/電流最大条件であるので、電流ベクトル(1)の振幅は、電流指令値振幅IaPULL *よりも小さくなる。
The angle difference upper limit value δ imax is calculated by the procedure described below so as to satisfy the above conditions.
First, the current vector when the torque τ is controlled to the torque command value τ * under the torque/current maximum condition is set as the current vector (1). This current vector (1) reaches the intersection of the parabola of τ=τ * and the parabola of the torque/current maximum condition. Since the current vector (1) is the torque/current maximum condition, the amplitude of the current vector (1) becomes smaller than the current command value amplitude I aPULL * .
次に、電流ベクトル(2)を、電流振幅が電流指令値振幅IaPULL *に等しく、d軸電流が電流ベクトル(1)のd軸電流idMTPAに等しい動作点に選ぶ。具体的には、数式14により演算する。
角度差上限値δimaxは、d軸と電流ベクトル(2)との角度差から、数式15により演算する。
電流ベクトル(2)の動作点は、τ=τ*の放物線よりも上側であるため、トルクτは、トルク指令値τ*よりも大きくなる。また、トルク/電流最大条件の放物線の左側であるので、トルクτは角度差δiの増加関数となる。
これらのことから、d軸と電流ベクトル(2)との角度差から演算した角度差上限値δimaxは、必要とする条件を満たす。
Since the operating point of the current vector (2) is above the parabola of τ=τ * , the torque τ is larger than the torque command value τ * . Further, since it is on the left side of the parabola of the torque/current maximum condition, the torque τ is an increasing function of the angle difference δ i .
From these, the angle difference upper limit value δ imax calculated from the angle difference between the d-axis and the current vector (2) satisfies the necessary condition.
次に、角度差δiの下限値δiminの演算方法を説明する。図7は、角度差δiの下限値δiminの演算原理を説明するためのベクトル図である。
数式12より、埋込磁石永久磁石形同期電動機(IPMSM)のように、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さい電動機の場合、d軸電流idが大きくなるとトルクτがq軸電流iqの増加関数にならなくなる。トルクτがq軸電流iqの増加関数であるためのd軸電流idの上限値をIdlimpとすると、Idlimpは数式16によって演算することができる。
From
以上のことから、電流引込制御の場合には、電流指令値振幅IaPULL *が大きく、角度差δiが小さい軽負荷時にd軸電流idが上限値Idlimよりも大きくなりやすい。そこで、角度差の下限値δiminは、このことを考慮して設計する。 From the above, in the case of the current drawing control, the d-axis current i d is likely to be larger than the upper limit value I dlim at the time of a light load in which the current command value amplitude I aPULL * is large and the angle difference δ i is small. Therefore, the lower limit value δ imin of the angle difference is designed in consideration of this.
まず、電流指令値振幅IaPULL *がd軸電流idの上限値Idlimpより小さいときは、角度差δiが小さいときも、トルクτは角度差δiの増加関数になる。そこで、数式17に示すように、角度差の下限値δiminを0とする。
[数17]
δimin=0
First, when the current command value amplitude I aPULL * is smaller than the upper limit value I dlimp of the d-axis current i d , the torque τ becomes an increasing function of the angle difference δ i even when the angle difference δ i is small. Therefore, as shown in
[Equation 17]
δ imin =0
一方、電流指令値振幅IaPULL *がd軸電流idの上限値Idlimp以上の場合、トルクτを零とする電流ベクトルは、図7に示すように、振幅が電流指令値振幅IaPULL *に等しく、d軸電流がその上限値Idlimpに等しい電流ベクトル(3)となる。この電流ベクトル(3)のd,q軸電流は、数式18となる。
角度差の下限値δiminは、d軸と電流ベクトル(3)との角度差から、数式19により演算する。
以上説明した演算により、トルクτが増加関数になり、かつ、トルク指令値τ*が存在する角度差δiの区間[δimin,δimax]を演算することができる。この結果、数式10に示した角度差δiとトルクτとの関係式、及び、角度差δiの区間[δimin,δimax]から、トルクτをトルク指令値τ*に制御する角度差δi(τ*)を二分法によって演算することが可能である。 By the calculation described above, the section [δ imin , δ imax ] of the angle difference δ i in which the torque τ becomes an increasing function and the torque command value τ * exists can be calculated. As a result, from the relational expression between the angle difference δ i and the torque τ shown in Formula 10, and the section [δ imin , δ imax ] of the angle difference δ i , the angle difference for controlling the torque τ to the torque command value τ *. It is possible to calculate δ i (τ*) by the bisection method.
11u:u相電流検出回路
11w:w相電流検出回路
12:入力電圧検出回路
13:PWM回路
14:電流座標変換器
15:電圧座標変換器
16,19a,19b:減算器
17:速度調節器
18:電流指令演算部
20:電流調節器
21a,21b,23:切替スイッチ
22a,22b:ローパスフィルタ
24:電気角演算器
31:拡張誘起電圧演算器
32:角度演算器
33:速度推定器
41:電流指令演算部
50:三相交流電源
60:整流回路
70:電流変換器
80:永久磁石形同期電動機
121:電流指令初期値演算器
122:減算器
123:角速度補償器
124:加算器
11u: u-phase
Claims (1)
前記電動機の電流及び端子電圧をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
前記第2の運転モードから前記第1の運転モードへ切替えるときに、
前記電動機のトルク指令値と前記電流指令値の振幅とから、前記電流指令値と回転子の磁極位置との角度差を演算する手段と、
前記角度差から電気角補正値を求める手段と、
前記電気角補正値を用いて前記電流指令値の角度を初期化する手段と、
前記電気角補正値を用いて、前記電動機の端子電圧が急変しないように前記電動機の端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記速度指令値と前記速度推定値との偏差から求めた角速度補償値を用いて、前記電流指令値の角速度が急変しないように前記電流指令値の角速度を補正する手段と、
を備え、
前記電流指令値と前記磁極位置との角度差を演算する手段は、
前記電流指令値の振幅から、トルクが前記角度差の増加関数となる、前記角度差の区間を演算する手段と、
前記角度差の区間から、前記トルク指令値に前記電動機のトルクが一致するように前記角度差を演算する手段と、
を有することを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。 In a control device for operating a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector by a power converter,
Capturing the current and terminal voltage of the motor as a vector,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode in which the speed of the electric motor is controlled to a speed command value using an estimated magnetic pole position value and an estimated speed value of the rotor calculated from the electric current and the terminal voltage of the electric motor,
When switching from the second operation mode to the first operation mode,
Means for calculating an angular difference between the current command value and the magnetic pole position of the rotor from the torque command value of the electric motor and the amplitude of the current command value;
Means for obtaining an electrical angle correction value from the angle difference,
Means for initializing the angle of the current command value using the electrical angle correction value;
Means for initializing a terminal voltage command value of the electric motor so that the terminal voltage of the electric motor does not change suddenly using the electrical angle correction value;
A means for correcting the angular velocity of the current command value so that the angular velocity of the current command value does not change suddenly using the angular velocity compensation value obtained from the deviation between the speed command value and the estimated speed value;
Equipped with
Means for calculating the angle difference between the current command value and the magnetic pole position,
Means for calculating a section of the angular difference, where torque is an increasing function of the angular difference, from the amplitude of the current command value;
Means for calculating the angular difference so that the torque of the electric motor matches the torque command value from the angular difference section;
Controller for a permanent magnet synchronous motor and having a.
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