JP7023409B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本願は、回転機械を駆動する電動機の制御装置に関するものであり、電動機のトルク脈動または速度脈動を抑制する装置に関するものである。 The present application relates to a control device for an electric motor that drives a rotary machine, and relates to a device that suppresses torque pulsation or speed pulsation of the electric motor.
電動機自身及び電動機を駆動するインバータに起因して、電動機の出力トルクに脈動が発生する。電動機自身の要因としては、ロータの永久磁石により各相の電機子巻線の磁束に空間高調波成分が重畳されること、各相の電機子巻線のインダクタンスに高調波が重畳されること、電動機のロータの極数と固定子のスロット数の最小公倍数からなるコギングトルクが発生すること、更には電動機の構造的なアンバランスによるもの等が考えられる。 Pulsation occurs in the output torque of the motor due to the motor itself and the inverter that drives the motor. The factors of the motor itself are that the permanent magnet of the rotor superimposes the spatial harmonic component on the magnetic flux of the armature winding of each phase, and that the harmonic is superimposed on the inductance of the armature winding of each phase. It is conceivable that a cogging torque consisting of the minimum common multiple of the number of poles of the rotor of the motor and the number of slots of the stator is generated, and that it is due to the structural imbalance of the motor.
インバータが要因となる脈動発生原因としては、インバータの出力電流を検出する電流センサの誤差、インバータの上アーム及び下アームスイッチ間の短絡を防止するデッドタイムによるものが考えられる。電動機の構造を工夫することによりトルク脈動を低減できるが、設計的限界及び高コスト化による弊害も存在する。このため制御によって電動機の脈動を抑制するのがコスト的に有利である。 Possible causes of pulsation caused by the inverter are an error of the current sensor that detects the output current of the inverter and a dead time that prevents a short circuit between the upper arm and lower arm switches of the inverter. Torque pulsation can be reduced by devising the structure of the motor, but there are also adverse effects due to design limitations and high cost. Therefore, it is cost-effective to suppress the pulsation of the motor by control.
従来の制御による電動機の脈動抑制技術として、エンコーダ又はレゾルバ等の検出装置を用いて電動機の回転角速度を検出し、角速度の脈動成分を抽出し、抽出された角速度脈動成分を抑制することにより電動機の軸に発生するトルク脈動を抑制する技術があった(特許文献1参照)。 As a conventional control technology for suppressing the pulsation of a motor, the rotation angular velocity of the motor is detected using a detection device such as an encoder or a resolver, the pulsating component of the angular velocity is extracted, and the extracted angular velocity pulsating component is suppressed. There was a technique for suppressing torque pulsation generated in the shaft (see Patent Document 1).
また従来の電動機の脈動抑制技術としては、電動機を駆動するインバータの出力電圧と電流から回転角速度を取得し、回転角速度を微分して角加速度を取得し、角加速度の基本波成分を抽出してその逆相を平均電流指令に重畳することで電動機のトルク脈動を抑制する技術があった(特許文献2参照)。 In addition, as a conventional pulsation suppression technology for motors, the angular velocity is acquired from the output voltage and current of the inverter that drives the motor, the angular velocity is differentiated to obtain the angular acceleration, and the fundamental wave component of the angular acceleration is extracted. There was a technique for suppressing the torque pulsation of the motor by superimposing the opposite phase on the average current command (see Patent Document 2).
上記特許文献1において、エンコーダ等の検出装置を用いて電動機の回転角速度を検出して、角速度の脈動成分抽出を行うことにより電動機の脈動を抑制する技術は、高い分解性能を有するエンコーダ又はレゾルバ等の検出装置を用いることにより電動機の角速度に重畳される脈動を検出できる。しかし高い性能を有する検出装置がシステムのコストを増加させるという問題がある。更には検出装置が故障した場合に2重冗長の機能を保証できなくなるという問題があった。
この2重冗長の機能については後に詳しく説明する。In
This double redundancy function will be described in detail later.
上記特許文献2において、インバータの出力電圧と電流を用いて電動機の回転角速度を取得し、回転角速度を微分して角加速度を取得し、更に角加速度の基本波成分抽出を行うことによる電動機の脈動抑制においては、電動機の特性が変動した場合に脈動抑制効果が低下するという問題があった。
In
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、システムのコストが増加すること、並びに2重冗長の機能問題、更には脈動抑制効果が低下するという問題を解決するためになされたものである。即ち検出装置を用いる電動機の回転角速度の検出と、インバータの出力電圧と電流を用いる回転角速度の推定とを組み合わせることにより電動機の回転角速度を検出し、電動機の角速度に重畳される脈動成分を抑制することにより電動機の脈動を抑制することを目的とするものである。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and solves the problems that the cost of the system increases, the functional problem of double redundancy, and the pulsation suppressing effect decrease. It was done for the sake of. That is, the rotational angular velocity of the motor is detected by combining the detection of the rotational angular velocity of the motor using the detection device and the estimation of the rotational angular velocity using the output voltage and current of the inverter, and the pulsating component superimposed on the angular velocity of the motor is suppressed. The purpose is to suppress the pulsation of the motor.
本願に開示される電動機の制御装置は、電動機の回転指令値をベクトル制御における回転座標系のd軸電流指令値及びq軸電流指令値に変換する電流指令変換部と、
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値に基づいて前記電動機の制御を行うインバータと、
前記電動機の回転角速度を検出する角速度検出部と、
検出された回転角速度に重畳される脈動を抑制するための指令補正値を生成する補正指令生成部を備えたものであって、
前記角速度検出部は、前記電動機の回転を検出する検出部の出力に基づき前記電動機の回転角速度を検出する回転速度計算部と、前記インバータの出力電圧と電流とを用いて前記電動機の回転角速度を推定する回転速度推定部と、前記回転速度計算部により検出された回転角速度の平均値と脈動角速度を合算させる合成部を有し、
前記脈動角速度は、前記角速度検出部により生成された回転角速度と前記回転速度推定部により推定された回転角速度との差分を用いて生成されたものである。
The motor control device disclosed in the present application includes a current command conversion unit that converts a motor rotation command value into a d-axis current command value and a q-axis current command value in a rotating coordinate system in vector control.
An inverter that controls the motor based on the d-axis current command value and the q-axis current command value, and
An angular velocity detection unit that detects the rotational angular velocity of the motor,
It is equipped with a correction command generation unit that generates a command correction value for suppressing the pulsation superimposed on the detected rotational angular velocity.
The angular velocity detection unit uses a rotation speed calculation unit that detects the rotation angular velocity of the electric motor based on the output of the detection unit that detects the rotation of the electric motor, and the output voltage and current of the inverter to determine the rotation angular velocity of the electric motor. It has a rotation speed estimation unit for estimation and a synthesis unit for summing the average value of rotation angular velocities detected by the rotation speed calculation unit and the pulsating angular velocity.
The pulsating angular velocity is generated by using the difference between the rotational angular velocity generated by the angular velocity detection unit and the rotational angular velocity estimated by the rotational speed estimation unit.
本願に開示される電動機の制御装置によれば、電動機の特性が変動した場合にも電動機自身とインバータと負荷とに起因して電動機の軸に発生する周期的な脈動を抑制することができる。 According to the motor control device disclosed in the present application, even when the characteristics of the motor fluctuate, it is possible to suppress the periodic pulsation generated in the shaft of the motor due to the motor itself, the inverter, and the load.
実施の形態1.
図1は実施の形態1による電動機の脈動抑制手段を備えた制御装置を示すブロック構成図である。本実施の形態による電動機の制御システムは、電流指令変換部1と、制御器2と、制御器3と、abc/dq座標変換部4と、インバータ5と、電動機6及び負荷7と、dq/abc座標変換部11と、角速度検出部9と、補正指令生成部10とを備えている。そして電流指令変換部1は回転指令値であるトルク指令値T*(あるいは速度指令値)をベクトル制御における回転座標系のd軸電流成分Id
*及びq軸電流成分Iq
*に変換し、その出力をd軸電流指令値及びq軸電流指令値とする。制御器2は後述の電流補正値を重畳したIq
**にインバータの電流検出値Ia、Ibから得たq軸電流Iqを追従させる。制御器3はd軸電流指令値Id
*にインバータの電流検出値Ia、Ibから得たd軸電流Idを追従させる。abc/dq座標変換部4は制御器3の出力信号ud、制御器2の出力信号uqを静止座標系の信号ua、ub、ucに変換する。インバータ5は信号ua、ub、ucにより制御される。電動機6及び負荷7はインバータ5の出力電圧と電流により駆動される。dq/abc座標変換部11はインバータ5の出力電流Ia、Ibを回転座標系の電流Id、Iqに変換する。角速度検出部9は電動機6の回転角速度を検出する。補正指令生成部10は検出された角速度に重畳される速度脈動を抑制するための指令補正値を生成する。
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a control device including the pulsation suppressing means of the electric motor according to the first embodiment. The motor control system according to the present embodiment includes a current
又制御器2、3等により電流制御部8が構成されている。又図1には出力電流Ia、Ibのみが記載されているが、インバータ5が出力する電流は3相であり、Icも存在する。但しIa、Ib、Icの間の関係にはIc=-Ia-Ibの関係があるので、二相の検出のみで良い。又edは制御器3に対する入力値であり、ed=Id
*-Idである。同様にeqは制御器2に対する入力値である。又制御器2、3としてはPI(PROPORTIONAL INTEGRAL)制御器等が該当する。
図9は実施の形態1による電動機の制御装置の動作を実現させるためのハードウェア構成図である。図9において、制御装置は、プロセッサおよびメモリを有するマイクロコントローラ(MCU(MICRO CONTROL UNIT))34を備えている。マイクロコントローラ34は、電流センサ40によって検出された電流検出値Ia、Ibと、角速度検出部9によって検出された回転速度ω4と、上位のコントローラから入力されるトルク指令値T*を受け取り、電圧の信号ua、ub、ucをインバータ5に出力する。上記メモリに保存されたプログラムを実行するプロセッサにより図1に示された電流制御部8と角速度検出部9と補正指令生成部10を動作させる。Further, the current control unit 8 is configured by the
FIG. 9 is a hardware configuration diagram for realizing the operation of the motor control device according to the first embodiment. In FIG. 9, the control device includes a microcontroller (MCU (MICRO CONTROL UNIT)) 34 having a processor and a memory. The
次に電動機6のトルク脈動の発生原因について説明する。電動機6自身並びにインバータ5に起因して、電動機6の出力トルクに脈動が発生する。電動機6自身による要因の1つについて以下説明する。電動機6のロータの永久磁石による磁束は電動機6の固定子における各相の電機子巻線(固定子巻線)に対して歪みのない正弦波状に鎖交するのではなく、空間高調波成分が重畳される。また、電動機6の電機子巻線のインダクタンスに磁気飽和が発生した場合、磁気特性が非線形となることにより高調波成分が電機子巻線の磁束に重畳される。この高調波成分の影響の程度は巻線方式(集中巻と分布巻)によって異なり、集中巻の方が影響が大きくなる傾向にある。
Next, the cause of the torque pulsation of the
次に電動機6自身による要因の2つ目について説明する。永久磁石式同期電動機では、永久磁石により無通電時にも電動機内に磁束が通るため、電動機6の電機子のスロット及びティースとロータとの相対位置関係によって回転方向に対して正又は負のトルクが発生する。このトルクはコギングトルクと呼ばれ、回転時にはトルク脈動となる。埋込型永久磁石式同期電動機ではロータ構造に突極性を有するため影響が大きい。コギングトルクはその発生原理から、ロータ極数とスロット数の最小公倍数に基づいて発生する。
電動機6自身による要因の3つ目としては、電動機6の構造的なアンバランスを有する場合には極数およびスロット数それぞれの倍数による次数のトルク脈動が発生するものである。Next, the second factor due to the
The third factor caused by the
次にインバータ5を要因とする出力トルクに発生する脈動について以下説明する。インバータ5の出力電流を検出する電流センサ40の誤差並びにインバータ5の上アーム及び下アームスイッチ間の短絡を防止するデッドタイムが要因として考えられる。インバータ5の電流センサ40の誤差にオフセット誤差及びゲイン誤差がある。これらの誤差を有する場合、オフセット誤差により電動機6の電気角周波数と同じ周波数を有する空間高調波電流が回転座標系のd軸電流及びq軸電流に発生し、ゲイン誤差からは2倍の周波数を有する高調波電流を生じる。高調波電流によって電動機6の出力トルクには同期周波数の1倍、2倍とさらに高次のトルク脈動が引き起こされる。尚電気角周波数について簡単に説明すると、モータの軸の回転速度が一般的に機械角周波数であり、モータの構造によりインバータからモータに流れ込む電流の周波数は機械角周波数の倍数となり、この周波数を電気角周波数という。
Next, the pulsation generated in the output torque caused by the
インバータ5のデッドタイムを原因として主に6倍周波数のトルク脈動が発生する。上記の要因が同時に発生することにより複数の周波数成分が重なり合った複雑な波形となって現れる。また、電動機6の負荷7がエアコン又はエレベータ等の場合、電動機6の軸回転に同期した周期的な負荷トルクの変動によりロータが脈動する。
本実施形態に用いられる4極6スロットの永久磁石式同期電動機を例にして、低負荷時のトルクを図2に示す。図3は図2に示されたトルクをフーリエ変換して電動機のトルクの脈動成分の一例を示した図である。図3に示すように、6次と12次のトルク脈動の割合が大きい。トルクの脈動抑制を行うには、図3に示すような脈動成分を抑制する必要がある。Torque pulsation with a frequency of 6 times is mainly generated due to the dead time of the
FIG. 2 shows the torque at a low load by taking as an example a permanent magnet type synchronous motor with 4 poles and 6 slots used in the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an example of the pulsating component of the torque of the electric motor by Fourier transforming the torque shown in FIG. As shown in FIG. 3, the ratio of the sixth-order and the twelfth-order torque pulsations is large. In order to suppress the pulsation of torque, it is necessary to suppress the pulsation component as shown in FIG.
上記に示したような電動機6のトルク脈動が発生する場合、電動機6の回転速度にも脈動が発生する。電動機6のトルク脈動または速度脈動は振動、騒音、並びにシステム運転特性悪化の一因となるため、電動機6のトルク脈動又は速度脈動を抑制する必要がある。図7は本願の比較例である電動機の脈動抑制装置を示すブロック構成図である。図7に示された脈動抑制原理を以下に記載する。エンコーダ等の速度検出手段28を用いて電動機の回転角速度を検出して、絶対位置検出部29により位置を検出すると共に、角速度の脈動成分をフーリエ変換部30またはフィルタにより抽出し、抽出された角速度の脈動成分の正負の逆を電流補償部31と補償演算要素32とで生成し、その角速度の正負の逆を速度指令に重畳することにより電動機の脈動を抑制する。このような電動機の脈動抑制は、高い分解性能を有するエンコーダ又はレゾルバ等の検出手段を用いる必要がある。
When the torque pulsation of the
また別の参考例においては、インバータの出力電圧と電流を用いて電動機の回転角速度と回転位置を検出し、回転角速度を微分して角加速度を求め、角加速度の基本波成分を抽出して振幅を調整してから、平均電流指令に重畳することで電動機の脈動を抑制する。このような電動機の脈動抑制技術においては、電動機の特性が変動した場合、例えば電動機の内部温度が変動するような場合に電動機のロータの永久磁石の磁束変動に対応できなくなり、電動機の脈動抑制効果が低下するという問題があった。 In another reference example, the rotation angular velocity and rotation position of the motor are detected using the output voltage and current of the inverter, the angular acceleration is differentiated to obtain the angular acceleration, and the fundamental wave component of the angular acceleration is extracted and the amplitude. After adjusting, the pulsation of the motor is suppressed by superimposing it on the average current command. In such a pulsation suppression technology for a motor, when the characteristics of the motor fluctuate, for example, when the internal temperature of the motor fluctuates, it becomes impossible to cope with the fluctuation of the magnetic flux of the permanent magnet of the rotor of the motor, and the pulsation suppression effect of the motor. There was a problem that it decreased.
次に本実施形態による電動機6の脈動抑制技術について説明する。まず、電動機6の角速度検出部9の原理を説明する。図1の電動機6の回転を検出する検出部17として、低い分解性能を有するエンコーダ又はホールセンサ等を使用し、検出部17の出力パルスに基づき回転速度計算部18により電動機6の回転角速度を検出する。
Next, the pulsation suppression technique of the
次にインバータ5の出力電圧と電流を用いる電動機6の回転角速度の推定原理について説明する。下記の式(1)に示すように、回転速度推定部20はインバータ5の出力電圧と電流とを用いて電動機6の推定角速度ω1を推定する。
ω1={vq-(Ra+sLq)Iq}/P(LdId+Φf)・・・(1)
ここで符号sは微分であり、Pはロータの極対数である。Raは電動機6の各相の電機子巻線の抵抗であり、Ld,Lqは電動機6の各相の電機子巻線のインダクタンスを回転座標系に変換した値であり、Φfは電動機6のロータの永久磁石による各相の電機子巻線への鎖交磁束である。電圧vqはインバータ5の出力であるが、インバータ5の出力電圧の検出が難しいためインバータ5に入力するバス電圧Vdを利用して次の式(2)で取得する。
vq=Vd×uq・・・(2)
ここで、uqは制御器2の出力である。
尚バス電圧Vdはインバータ5に接続する直流電源の電圧であり、インバータ5の入力側の直流母線間の電圧と同じものである。Next, the principle of estimating the rotational angular velocity of the
ω1 = {v q- (R a + sL q ) I q } / P (L d I d + Φ f ) ... (1)
Here, the reference numeral s is a derivative, and P is the pole logarithm of the rotor. R a is the resistance of the armature winding of each phase of the
v q = V d × u q ... (2)
Here, u q is the output of the
The bus voltage V d is the voltage of the DC power supply connected to the
1回転で単相に3600個のパルスを出力するやや高い分解性能を有するエンコーダを用いた場合の本実施の形態に使用する電動機の低回転時の回転速度を図4に示す。検出部17において低い分解性能を有するエンコーダまたはホールセンサまたはレゾルバを使用する場合には、検出部17の出力パルスの個数は図4に示されたものより少なくなる。例えば検出部17としてホールセンサを使用した場合、一例として図4の点A、B、Cでおいてのみホールセンサからパルスを出力することとなり、点A、B、Cにおける回転角速度のみを計算できることとなる。従って低い分解性能の検出部のみを使用する場合、電動機6の運転性能が悪化する。ただし、図4の点A、B、Cの回転位置から算出される回転角速度は電動機6の実際の回転速度であり、この回転角速度またはその平均値を基準値として用いて良い。
FIG. 4 shows the rotation speed of the motor used in the present embodiment at low rotation speed when an encoder having a slightly high decomposition performance that outputs 3600 pulses in a single phase in one rotation is used. When an encoder or Hall sensor or resolver having low decomposition performance is used in the detection unit 17, the number of output pulses of the detection unit 17 is smaller than that shown in FIG. For example, when the Hall sensor is used as the detection unit 17, the pulse is output from the Hall sensor only at the points A, B, and C in FIG. 4, and only the rotational angular velocity at the points A, B, and C can be calculated. It becomes. Therefore, when only the detection unit having low decomposition performance is used, the operating performance of the
一方式(1)に示すように、回転速度推定部20においては、電動機6のロータによる各相の電機子巻線への鎖交磁束Φfと各電機子巻線の抵抗Raを用いて計算する。電動機6の内部温度は鎖交磁束Φfへの影響が特に大きいため、電動機6の内部温度が変動した場合に式(1)により推定された回転角速度が変動する。
この推定回転角速度を修正するには、前述の検出部17により検出した回転1周期毎の回転角速度ω10の平均値ω2に脈動角速度ω3を合算させ、合成部23で生成された回転角速度ω4を用いる。On the other hand, as shown in the equation (1), in the rotation
In order to correct this estimated rotational angular velocity, the pulsating angular velocity ω3 is added to the average value ω2 of the rotational angular velocity ω10 for each rotation cycle detected by the above-mentioned detection unit 17, and the rotational angular velocity ω4 generated by the
この回転速度推定部20による推定回転角速度の修正を次に説明する。
合成部23で生成した回転角速度ω4と回転速度推定部20による推定角速度ω1との差ω5を求め、平均演算部21により回転1周期毎の平均値ω6を求め、この平均値ω6が目標値0になるように制御器22により制御されて脈動角速度ω3を生成する。
制御器22の一般例として、以下の(3)式に示されるようなPI制御を行うPI(PROPORTIONAL INTEGRAL)制御器がある。The correction of the estimated rotation angular velocity by the rotation
The difference ω5 between the rotation angular velocity ω4 generated by the
As a general example of the
ここで、kPとkIは制御器の係数であり、nは時刻であり、eωは入力値である。
この脈動角速度ω3を合成部23で平均演算部19で求められた平均値ω2と合算して回転角速度ω4を生成する。
回転角速度ω4から電気角速度変換部12により電気回転角速度ω7を求めて、積分器13により電動機6の回転位置θrを取得する。尚前述したように、回転角速度ω4は機械回転角速度であり、電気回転角速度ω7とは下記の関係がある。
ω7=P×ω4
ここで、Pはロータの極対数であり、ω7とω4の単位は同じで、rad/sである。
この回転位置θrをdq/abc座標変換部11とabc/dq座標変換部4に用いる。Here, k P and k I are the coefficients of the controller, n is the time, and eω is the input value.
The pulsating angular velocity ω3 is added up with the average value ω2 obtained by the
The electric angular velocity ω7 is obtained from the rotational angular velocity ω4 by the electric angular
ω7 = P × ω4
Here, P is the logarithm of the rotor, and the units of ω7 and ω4 are the same, which is rad / s.
This rotation position θr is used for the dq / abc coordinate
次に、電動機6の速度脈動を抑制するための補正指令生成部10の動作を説明する。角速度検出部9で取得した回転角速度ω4を速度脈動抽出部14に入力し、速度脈動抽出部14は抑制対象となる次数の脈動成分を抽出する。速度脈動抽出部14においてはフーリエ変換を用いて、抑制対象の次数成分のみを抽出できる。フーリエ変換を行うには速度データをある程度多く使う必要があるため、フーリエ変換の演算時間が長くなり、リアルタイム的な脈動抑制には不利である。
Next, the operation of the correction
そこでフーリエ変換の代わりに、速度脈動抽出部14においてバンドパスフィルタを用いても良い。ただし、電動機6の回転速度が変化する場合、可変通過帯域のバンドパスフィルタを用いる必要がある。
上記の抽出した速度脈動(脈動成分)の振幅ahを低減させ、振幅ahが0になるように、抽出した速度脈動の振幅ahと目標値0の差(入力値)ehを補正値生成部15に入力し、補正値生成部15により制御されて電流補正値Iqcを生成する。そして補正値生成部15の出力である電流補正値Iqcを電流重畳部16によりq軸電流指令値Iq
*に重畳して、電流Iqのq軸電流指令値Iq
**を生成する。
補正値生成部15の一般例として、下記(4)式に示すようなPI制御を行うPI制御器がある。Therefore, instead of the Fourier transform, a bandpass filter may be used in the velocity pulsation extraction unit 14. However, when the rotation speed of the
The difference (input value) eh between the extracted velocity pulsation amplitude ah and the
As a general example of the correction value generation unit 15, there is a PI controller that performs PI control as shown in the following equation (4).
ここで、kPとkIは制御器の係数であり、nは時刻、ehは入力値である。
補正値生成部15でIqc_ampを得、下記の式(5)により電流補正値Iqcを生成する。
Iqc=Iqc_amp×sin(ωc+δc)・・・(5)
ここで、ωcは抑制したいトルク脈動の角速度ωhに対するq軸電流の角速度である。但しモータによりωhからωcに変換する式が異なる。δcは初期位相角であり固定値である。Here, k P and k I are the coefficients of the controller, n is the time, and eh is the input value.
The correction value generation unit 15 obtains Iqc_amp, and the current correction value Iqc is generated by the following equation (5).
Iqc = Iqc_amp × sin (ω c + δc) ... (5)
Here, ω c is the angular velocity of the q-axis current with respect to the angular velocity ω h of the torque pulsation to be suppressed. However, the formula for converting ω h to ω c differs depending on the motor. δc is the initial phase angle and is a fixed value.
上記の原理で電動機6の速度に重畳される脈動を抑制して、速度脈動を低減すると共に電動機6のトルク脈動をも低減する。
このような電動機6の速度脈動抑制原理を用いて、速度脈動抽出部14で複数の脈動成分を抽出して複数の脈動を同時に抑制することができる。
更に補正値生成部15で電流補正値Idcを生成してd軸電流指令値Id
*に重畳しても良い。または補正値生成部15で電流補正値Iqc、Idcの両方を生成してq軸電流指令値Iq
*、d軸電流指令値Id
*のそれぞれに重畳しても良い。By the above principle, the pulsation superimposed on the speed of the
Using the velocity pulsation suppression principle of the
Further, the correction value generation unit 15 may generate a current correction value I dc and superimpose it on the d-axis current command value I d * . Alternatively, the correction value generation unit 15 may generate both the current correction values I qc and I dc and superimpose them on the q-axis current command value I q * and the d-axis current command value I d * , respectively.
補正値生成部15で電流補正値を生成する以外にも、トルク補正値を生成してトルク指令にトルク補正値を重畳することにより電動機6の脈動を抑制することもできる。または補正値生成部15で速度補正値を生成して速度指令に速度補正値を重畳することで電動機6の脈動を抑制することもできる。
このように低い分解性能を有するエンコーダまたはホールセンサを用いて電動機6の回転速度を検出することと、インバータ5の出力電圧と電流を用いて電動機6の回転速度の推定をすることとを組み合わせて、電動機6の速度脈動を抑制することができる。これによりシステムのコストを低減し、更に電動機6のトルク脈動を低減することができる。In addition to generating the current correction value by the correction value generation unit 15, it is also possible to suppress the pulsation of the
Combining the detection of the rotational speed of the
実施の形態2.
図5は実施の形態2による電動機の脈動抑制手段を備えた制御装置を示すブロック構成図である。図5において、補正指令生成部10以外の構造は図1に示した構造と同一である。又本実施形態の動作は、補正指令生成部10の動作以外、実施の形態1で説明した電動機6の電流制御と角速度検出部9の動作原理と同一である。
電動機6に結合された負荷7がエアコン又はエレベータ等の場合、電動機6の軸回転に同期した周期的な負荷トルクの変動が発生し、これによりロータが脈動し、ロータの回転速度の変動が発生するため、電動機6の角加速度を抑制する必要がある。
FIG. 5 is a block configuration diagram showing a control device including the pulsation suppressing means of the electric motor according to the second embodiment. In FIG. 5, the structure other than the correction
When the
図5に示された補正指令生成部10は、角速度検出部9で取得した角速度ω4を角加速度抽出部24で微分して角加速度αTを求める。そしてフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより、角加速度αTの脈動成分を抽出して、脈動成分の振幅ah1が0になるように補正値生成部25において制御されて電流補正値Iqcを生成する。この角加速度αTの脈動の抽出は、実施の形態1で述べた補正指令生成部10の原理と同一である。角加速度αTからフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより任意次数の脈動成分を抽出して抽出脈動成分の振幅ah1を取得する。抽出脈動成分の振幅ah1を低減させ、振幅ah1が0になるように制御することで、電流補正値またはトルク補正値または速度補正値を生成して、この補正指令を補正対象の指令に重畳する。図5においてehは目標値0とah1との差であり、補正値生成部25であるPI制御器の入力値となる。The correction
このように低い分解性能を有するエンコーダまたはホールセンサを用いて電動機6の回転速度の検出をすることと、インバータ5の出力電圧と電流を用いて電動機6の回転速度の推定をすることとを組み合わせて、電動機6の角加速度脈動を抑制することができる。特に負荷7から電動機6の軸に影響する脈動を低減できる。
Combining the detection of the rotational speed of the
実施の形態3.
図6は実施の形態3による同期電動機の脈動抑制手段を備えた制御装置を示すブロック構成図である。図6において、角速度検出部9以外の構成は図1に示した構成と同一である。
図6に示す角速度検出部9は回転角速度ω4と推定角速度ω1の両方を出力する以外は図1に示した角速度検出部9と同一の動作を行う。
図6に示された補正指令生成部10としては図1に示された補正指令生成部10、または図5に示された補正指令生成部10を用いる。本実施の形態においては、角速度切替え部26を追加する。
本実施の形態の動作については、電流制御部8の動作原理は実施の形態1で説明した原理と同一である。補正指令生成部10として図1に示した補正指令生成部10を用いる場合、図1の補正指令生成部10の動作原理と同一となる。補正指令生成部10として図5に示した補正指令生成部10を用いる場合、図5の補正指令生成部10の動作原理と同一となる。
FIG. 6 is a block configuration diagram showing a control device including the pulsation suppressing means of the synchronous motor according to the third embodiment. In FIG. 6, the configuration other than the angular
The angular
As the correction
Regarding the operation of the present embodiment, the operating principle of the current control unit 8 is the same as the principle described in the first embodiment. When the correction
次に角速度切替え部26の動作を説明する。角速度検出部9の検出部17の状態を監視して、例えばパルスが検出部17から正常に出なくなった場合、角速度切替え部26により、電流制御部8及び補正指令生成部10に用いる回転速度を回転角速度ω4から速やかに推定角速度ω1に切り替える。この角速度の切り替えにより、角速度検出部9の検出部17が故障した場合、図6に示したシステム全体の動作を維持して、システム全体の2重冗長の機能を保証できる。
即ち一方の検出部17が故障しても他方の回転速度推定部20の出力を利用すれば良い。このように低い分解性能を有するエンコーダまたはホールセンサを用いて電動機6の回転速度の検出をすることと、インバータ5の出力電圧と電流を用いて電動機6の回転速度の推定をすることとを組み合わせ、更には検出部17が故障した場合でも、電動機6の脈動を抑制することができる。更にはシステム全体の2重冗長の機能を保証できる。Next, the operation of the angular
That is, even if one of the detection units 17 fails, the output of the other rotation
モータ回転に、エンコーダ等の検出手段を2つ取り付けて、常にエンコーダの状態を監視して、通常は1つのエンコーダをモータの回転測定に使うが、1つが故障した際に正常なもう1つに切り替えて、同時に警告を出して運転の保全を保証するような2重冗長機能確保が業界で採用されている。一方、エンコーダ等の検出手段を1つ取り付けて、演算によるセンサーレス式の回転速度検出手段をも備えて、常に2つの検出手段の状態を監視して、エンコーダが故障した際に、センサーレス式の回転速度検出に切り換えるというような方法もある。本願は、後述の1つのエンコーダ等の検出手段とセンサーレス式の回転速度検出とを用いる方法に少々似ている。本願は、通常は低い分解性能を有するエンコーダまたはホールセンサ等の回転速度検出手段とセンサーレス式の回転速度検出手段との組合せを用いるが、エンコーダ等が故障した際に、センサーレス式の回転速度検出手段のみの使用に切り替えるものである。 Two detection means such as an encoder are attached to the motor rotation to constantly monitor the state of the encoder, and normally one encoder is used to measure the rotation of the motor, but when one fails, the other is normal. The industry has adopted a dual redundancy function that guarantees the maintenance of operation by switching and issuing a warning at the same time. On the other hand, one detection means such as an encoder is attached, and a sensorless rotation speed detection means by calculation is also provided to constantly monitor the status of the two detection means, and when the encoder fails, the sensorless type There is also a method such as switching to the rotation speed detection of. The present application is somewhat similar to a method using a detection means such as one encoder described later and a sensorless rotation speed detection. This application usually uses a combination of a rotation speed detection means such as an encoder or a hall sensor having low decomposition performance and a sensorless rotation speed detection means, but when the encoder or the like fails, the sensorless rotation speed is used. It switches to the use of detection means only.
実施の形態4.
図8は実施の形態4による電動機の脈動抑制手段を備えた制御装置を示すブロック構成図である。図8において、補正値テーブル33を設けると共に補正指令生成部10を削除した以外の構成は図1に示した構成と同一である。本実施の形態の動作については、電流制御部8と角速度検出部9の動作原理は実施の形態1で説明した原理と同一である。
図8に示された補正値テーブル33は事前に用意して、補正指令生成部10の代わりに、補正値テーブル33からd軸電流補正値またはq軸電流補正値を読み出して、d軸電流指令値またはq軸電流指令値に重畳する。
FIG. 8 is a block configuration diagram showing a control device including the pulsation suppressing means of the electric motor according to the fourth embodiment. In FIG. 8, the configuration is the same as that shown in FIG. 1 except that the correction value table 33 is provided and the correction
The correction value table 33 shown in FIG. 8 is prepared in advance, and instead of the correction
次に補正値テーブル33の作成方法について説明する。補正値テーブル33を下記の手順に従って作成する。
図1または図5の制御構成で電動機6を回転させて、d軸電流補正値またはq軸電流補正値を回転条件とともに、例えばパソコンのディスクメモリに記録して保存する。
次に上記保存した電流補正値と回転条件を用いて、例えば表1の補正値テーブル33を作成する。表1はトルク指令値を回転条件として補正値テーブル33から電流補正値を読み出す例であり、回転角速度ω1または回転角速度ω2と電流補正値とを記録して補正値テーブル33を作成することもできる。また、下記表1に示す補正値テーブル33は電動機6の回転速度の脈動成分、またはトルクリップルの脈動成分の1つ(例えば6次の脈動成分)を抑制する場合の補正値テーブルを示している。複数の脈動成分を抑制する場合、回転条件と複数の脈動成分を抑制するそれぞれの電流補正値とを記録して、補正値テーブル33を作成する必要がある。Next, a method of creating the correction value table 33 will be described. The correction value table 33 is created according to the following procedure.
The
Next, for example, the correction value table 33 in Table 1 is created by using the saved current correction value and the rotation condition. Table 1 is an example of reading the current correction value from the correction value table 33 with the torque command value as the rotation condition, and the correction value table 33 can be created by recording the rotation angular velocity ω1 or the rotation angular velocity ω2 and the current correction value. .. Further, the correction value table 33 shown in Table 1 below shows a correction value table in the case of suppressing one of the pulsation component of the rotational speed of the
上記の補正値テーブル33を事前に用意して、図8の制御構成で電動機6の回転時に上記補正値テーブル33からd軸電流補正値またはq軸電流補正値を読み出して、d軸電流指令値Id
*またはq軸電流指令値Iq
*に重畳して電動機6の回転速度またはトルクの脈動を抑制する。The correction value table 33 is prepared in advance, and the d-axis current correction value or the q-axis current correction value is read from the correction value table 33 when the
その他上記した構成部品の数、寸法及び材料等について適宜変更することができる。
更に本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。In addition, the number, dimensions, materials, etc. of the above-mentioned components can be changed as appropriate.
Further, the present application describes various exemplary embodiments and examples, although the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 電流指令変換部、5 インバータ、6 電動機、9 角速度検出部、10 補正指令生成部、12 電気角速度変換部、14 速度脈動抽出部、15 補正値生成部、17 検出部、18 回転速度計算部、20 回転速度推定部、24 角加速度抽出部、33 補正値テーブル。 1 Current command conversion unit, 5 Inverter, 6 Electric motor, 9 Angular velocity detection unit, 10 Correction command generation unit, 12 Electrical angular velocity conversion unit, 14 Speed pulsation extraction unit, 15 Correction value generation unit, 17 Detection unit, 18 Rotation speed calculation unit , 20 Rotation speed estimation unit, 24-angular acceleration extraction unit, 33 correction value table.
Claims (10)
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値に基づいて前記電動機の制御を行うインバータと、
前記電動機の回転角速度を検出する角速度検出部と、
検出された回転角速度に重畳される脈動を抑制するための指令補正値を生成する補正指令生成部を備えた電動機の制御装置であって、
前記角速度検出部は、前記電動機の回転を検出する検出部の出力に基づき前記電動機の回転角速度を検出する回転速度計算部と、前記インバータの出力電圧と電流とを用いて前記電動機の回転角速度を推定する回転速度推定部と、前記回転速度計算部により検出された回転角速度の平均値と脈動角速度を合算させる合成部を有し、
前記脈動角速度は、前記角速度検出部により生成された回転角速度と前記回転速度推定部により推定された回転角速度との差分を用いて生成されたものである電動機の制御装置。 A current command converter that converts the rotation command value of the motor into the d-axis current command value and the q-axis current command value of the rotating coordinate system in vector control.
An inverter that controls the motor based on the d-axis current command value and the q-axis current command value, and
An angular velocity detection unit that detects the rotational angular velocity of the motor,
It is a control device of an electric motor equipped with a correction command generation unit that generates a command correction value for suppressing pulsation superimposed on the detected rotational angular velocity.
The angular velocity detection unit uses a rotation speed calculation unit that detects the rotation angular velocity of the electric motor based on the output of the detection unit that detects the rotation of the electric motor, and the output voltage and current of the inverter to determine the rotation angular velocity of the electric motor. It has a rotation speed estimation unit for estimation and a synthesis unit for summing the average value of rotation angular velocities detected by the rotation speed calculation unit and the pulsating angular velocity.
The pulsating angular velocity is a control device for an electric motor generated by using the difference between the rotational angular velocity generated by the angular velocity detection unit and the rotational angular velocity estimated by the rotational speed estimation unit .
前記角速度検出部の前記検出部が故障した場合、前記補正指令生成部及び前記電気角速度変換部は、回転角速度として前記回転速度推定部により推定された回転角速度を利用する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動機の制御装置。 It has an electric angular velocity converter that obtains the electric angular velocity from the detected rotational angular velocity.
When the detection unit of the angular velocity detection unit fails, the correction command generation unit and the electric angular velocity conversion unit use the rotation angular velocity estimated by the rotation speed estimation unit as the rotation angular velocity according to claims 1 to 4 . The control device for the electric motor according to any one of the above items.
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
JP2011176951A (en) | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Meidensha Corp | Torque controller for motor |
JP2018148677A (en) | 2017-03-03 | 2018-09-20 | 株式会社コロナ | Motor control device and air conditioner |
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