JP6237798B2 - Load angle estimation device - Google Patents
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Description
この発明は、界磁と電機子とを備える同期電動機を制御する技術に関する。特に、いわゆる一次磁束に基づいて、同期電動機を制御する技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling a synchronous motor including a field and an armature. In particular, the present invention relates to a technique for controlling a synchronous motor based on a so-called primary magnetic flux.
従来から、一次磁束に基づいた同期電動機の制御、いわゆる一次磁束制御が種々提案されている。一次磁束制御は、簡単に言えば、同期電動機の一次磁束をその指令値に従って制御することにより、同期電動機を安定に制御する技術である。 Conventionally, various types of so-called primary magnetic flux control have been proposed for synchronous motor control based on primary magnetic flux. Simply speaking, the primary magnetic flux control is a technique for stably controlling the synchronous motor by controlling the primary magnetic flux of the synchronous motor according to the command value.
界磁磁束の位相と一次磁束の位相との位相差は負荷角と呼ばれ、例えば特許文献1では一次磁束の推定に用いられる。かかる負荷角を推定する技術が、下記の特許文献1によって紹介されている。特許文献1では、電機子のインダクタンス成分や抵抗成分という設計上の機器定数と、同期電動機に印加される電圧及び同期電動機に流れる電流という可観測量とに基づいて負荷角が推定される。
The phase difference between the phase of the field magnetic flux and the phase of the primary magnetic flux is called a load angle. For example, in
しかしながら、負荷角の推定は、上記機器定数が実機と設定値とで異なる場合や、可観測量の誤差に起因して、誤差を伴う。 However, the estimation of the load angle involves an error when the device constant is different between the actual machine and the set value, or due to an error in the observable amount.
よって、この発明は負荷角の推定値の精度を向上することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the accuracy of the estimated value of the load angle.
この発明にかかる負荷角推定装置は、同期電動機(3)に流れる電流([I])によって発生する電機子反作用の磁束([λa])と、前記同期電動機の界磁磁束([Λf])との合成である一次磁束([λ0])の、前記界磁磁束に対する位相差たる負荷角(δ)を推定する装置である。 The load angle estimation device according to the present invention includes an armature reaction magnetic flux ([λa]) generated by a current ([I]) flowing through a synchronous motor (3) and a field magnetic flux ([Λf]) of the synchronous motor. Is a device that estimates a load angle (δ) that is a phase difference of the primary magnetic flux ([λ0]), which is a combination of the above and the field magnetic flux.
その第1の態様(100B)は、前記負荷角の第1の推定値(δc)を求める負荷角粗推定部(101)と、前記第1の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値(Δδ2)を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部(107)と、前記誤差推定値に基づく補償値(K2・Δδ2)と前記第1の推定値とを合成して前記負荷角の第2の推定値(δcc)を得る合成部(108,105)とを備える。 The first mode (100B) includes a rough load angle estimator (101) for obtaining a first estimated value (δc) of the load angle, and an estimated value of an error between the first estimated value and the load angle. A load angle error estimator ( 107 ) for obtaining an estimated error value ( Δδ2 ) as an arctangent function value of the magnetic flux ratio, a compensation value ( K2 · Δδ2 ) based on the error estimate value, and the first estimated value. And a combining unit ( 108, 105) for combining and obtaining a second estimated value (δcc) of the load angle .
但し前記磁束比は、前記一次磁束([λ0])の推定値([λ0^])の、前記一次磁束([λ0])の指令値たる一次磁束指令([λ0*])と同相の成分に対する、前記一次磁束の前記推定値の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分の比である。 However, the magnetic flux ratio is a component in phase with the primary magnetic flux command ([λ0 *]) that is the command value of the primary magnetic flux ([λ0]) of the estimated value ([λ0 ^]) of the primary magnetic flux ([λ0]). for the ratio of the component 90 DoSusumusho to the primary magnetic flux command of the estimated value of the primary flux.
この発明にかかる負荷角推定装置の第2の態様(100A)は、前記負荷角の第1の推定値(δc)を求める負荷角粗推定部(101)と、前記第1の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値(Δδ1)を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部(102)と、前記誤差推定値に基づく補償値(K1・Δδ1)と前記第1の推定値とを合成して前記負荷角の第2の推定値(δcc)を得る合成部(103,104)とを備える。前記磁束比は第1値を第2値で除した値として求められる。前記電流([I])の前記一次磁束([λ0])の指令値たる一次磁束指令([λ0*])と同相の成分たるMc軸電流iMcと、前記電流の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電流iTcと、前記同期電動機(3)に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるMc軸電圧指令vMc*と、前記電圧の前記指令値の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電圧指令vTc*と、前記同期電動機の抵抗成分Rとを導入して、前記第1値は(R・iMc−vMc*)であり、前記第2値は(vTc*−R・iTc)である。 A second aspect (100A) of the load angle estimation device according to the present invention includes a load angle rough estimation unit (101) for obtaining a first estimated value (δc) of the load angle, the first estimated value, and the A load angle error estimator (102) for obtaining an error estimated value (Δδ1) as an estimated value of an error from the load angle as an arctangent function value of the magnetic flux ratio, a compensation value (K1 · Δδ1) based on the error estimated value, and And a combining unit (103, 104) that combines the first estimated value to obtain a second estimated value (δcc) of the load angle. The magnetic flux ratio is obtained as a value obtained by dividing the first value by the second value. With respect to the primary magnetic flux command ([λ0 *]) that is the command value of the primary magnetic flux ([λ0]) of the current ([I]), the Mc axis current iMc that is in phase with the primary magnetic flux command ([λ0 *]), and the primary magnetic flux command of the current The Tc axis current iTc, which is a component advanced by 90 degrees, the Mc axis voltage command vMc *, which is a component in phase with the primary magnetic flux command of the voltage command value applied to the synchronous motor (3), and the command of the voltage The first value is (R · iMc−vMc *) by introducing the Tc-axis voltage command vTc *, which is a component advanced by 90 degrees with respect to the primary magnetic flux command, and the resistance component R of the synchronous motor. And the second value is (vTc * −R · iTc).
この発明にかかる負荷角推定装置の第3の態様は、その第1の態様であって、前記負荷角の前記第1の推定値(δc)を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω*と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して90度進相する成分たるq軸インダクタンスLqと、前記電流の前記一次磁束指令([λ0*])と同相の成分たるMc軸電流iMcと、前記電流の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電流iTcと、前記同期電動機に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるMc軸電圧指令vMc*と、前記電圧の指令値の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電圧指令vTc*と、前記同期電動機の抵抗成分Rとを導入して、(vMc*−R・iMc+ω*・Lq・iTc)/(vTc*−R・iTc−ω*・Lq・iMc)で表される値の逆正接関数値で求める。
この発明にかかる負荷角推定装置の第4の態様は、その第2の態様であって、前記負荷角粗推定部(101)は、前記負荷角の前記第1の推定値(δc)を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω*と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して90度進相する成分たるq軸インダクタンスLqとを更に導入して、(vMc*−R・iMc+ω*・Lq・iTc)/(vTc*−R・iTc−ω*・Lq・iMc)で表される値の逆正接関数値で求める。
A third aspect of the load angle estimating device according to the present invention is the first aspect, wherein the first estimated value (δc) of the load angle is used as a command value ω * for the rotational angular velocity of the synchronous motor. A q-axis inductance Lq which is a component advanced by 90 degrees with respect to the field magnetic flux of the inductance of the synchronous motor, and an Mc-axis current iMc which is a component in phase with the primary magnetic flux command ([λ0 *]) of the current. A Tc-axis current iTc that is a component advanced by 90 degrees with respect to the primary magnetic flux command of the current, and an Mc-axis voltage command that is a component in phase with the primary magnetic flux command of the command value of the voltage applied to the synchronous motor vMc *, a Tc-axis voltage command vTc * that is a component advanced by 90 degrees with respect to the primary magnetic flux command of the command value of the voltage, and a resistance component R of the synchronous motor are introduced, and (vMc * -R・ IMc + ω * ・ Lq ・Tc) / (determined by inverse tangent function of the value represented by vTc * -R · iTc-ω * · Lq · iMc).
A fourth aspect of the load angle estimation device according to the present invention is the second aspect thereof, wherein the load angle rough estimation unit (101) calculates the first estimated value (δc) of the load angle, A command value ω * of the rotational angular velocity of the synchronous motor and a q-axis inductance Lq that is a component advanced by 90 degrees with respect to the field magnetic flux of the inductance of the synchronous motor are further introduced, and (vMc * −R · iMc + ω * · Lq · iTc) / (vTc * −R · iTc−ω * · Lq · iMc).
望ましくは前記合成部は、前記誤差推定値(Δδ1;Δδ2)に対して比例制御を行って前記補償値(K1・Δδ1;K2・Δδ2)を得る比例制御部(103)と、前記補償値を前記第1の推定値(δc)に加算する加算器(104;105)とを有する。 Preferably, the combining unit performs proportional control on the error estimated value (Δδ1; Δδ2) to obtain the compensation value (K1 · Δδ1; K2 · Δδ2), and the compensation value. And an adder (104; 105) for adding to the first estimated value (δc).
この発明にかかる負荷角推定装置によれば負荷角が精度良く推定される。 According to the load angle estimating device of the present invention, the load angle is estimated with high accuracy.
第1の実施の形態.
以下、界磁磁束[Λf]([]およびこれらで挟まれた記号は、その示す量がベクトルであることを示す:以下同様)の位相を回転座標系のd軸に採用し、一次磁束[λ0]の位相を他の回転座標系のM軸に採用する。このような設定では、M軸のd軸に対する位相差が負荷角δとして考えられる。なおM軸に対して90度進相のT軸も想定する。
First embodiment.
Hereinafter, the phase of the field magnetic flux [Λf] ([] and the symbol between them indicates that the indicated quantity is a vector: the same applies hereinafter) is adopted for the d-axis of the rotating coordinate system, and the primary magnetic flux [ The phase of [lambda] 0] is adopted for the M-axis of another rotating coordinate system. In such a setting, the phase difference between the M axis and the d axis is considered as the load angle δ. A T-axis that is advanced by 90 degrees with respect to the M-axis is also assumed.
一次磁束[λ0]は、界磁磁束[Λf]と、電機子巻線に流れる電機子電流によって発生する電機子反作用の磁束[λa]との合成である。 The primary magnetic flux [λ0] is a combination of the field magnetic flux [Λf] and the armature reaction magnetic flux [λa] generated by the armature current flowing in the armature winding.
一次磁束の制御で採用する回転座標系の座標軸としてMc軸及びTc軸を採用する。Mc軸及びTc軸はそれぞれM軸及びT軸に対応しており、Mc軸のd軸に対する位相差をδcとする。Mc軸は一次磁束[λ0]の指令値(以下「一次磁束指令」と称す)[λ0*]と同相に設定される。一次磁束指令[λ0*]のMc軸成分は値λ0*を有し、Tc軸成分は零であるとする。 The Mc axis and the Tc axis are employed as the coordinate axes of the rotating coordinate system employed in the control of the primary magnetic flux. The Mc axis and the Tc axis correspond to the M axis and the T axis, respectively, and the phase difference of the Mc axis with respect to the d axis is δc. The Mc axis is set in phase with the command value of primary magnetic flux [λ0] (hereinafter referred to as “primary magnetic flux command”) [λ0 *]. It is assumed that the Mc-axis component of the primary magnetic flux command [λ0 *] has a value λ0 * and the Tc-axis component is zero.
一次磁束[λ0]が一次磁束指令[λ0*]と一致すれば、一次磁束[λ0]のMc軸成分λ0Mcは値λ0*に等しく、位相差δcは負荷角δと等しく、Mc軸がM軸に一致する。 If the primary magnetic flux [λ0] matches the primary magnetic flux command [λ0 *], the Mc axis component λ0Mc of the primary magnetic flux [λ0] is equal to the value λ0 *, the phase difference δc is equal to the load angle δ, and the Mc axis is the M axis. Matches.
図1は界磁磁束[Λf]、一次磁束[λ0]、電圧[V0]の関係を示すベクトル図である。図1では一次磁束[λ0]が一次磁束指令[λ0*]と一致し、従って位相差δcは負荷角δと等しく、Mc軸がM軸に一致し、Tc軸がT軸に一致する。 FIG. 1 is a vector diagram showing the relationship between field magnetic flux [Λf], primary magnetic flux [λ0], and voltage [V0]. In FIG. 1, the primary magnetic flux [λ0] coincides with the primary magnetic flux command [λ0 *]. Therefore, the phase difference δc is equal to the load angle δ, the Mc axis coincides with the M axis, and the Tc axis coincides with the T axis.
電圧[V0]は同期電動機が回転することにより誘起される誘起電圧である。その大きさ|V0|は同期電動機の回転角速度をωとして積ω・|λ0|で表され(一次磁束[λ0]の大きさ|λ0|を導入した:δ=δcならば|λ0|=λ0Mc)、一次磁束[λ0]に対して電気角で90度進相し、よってその向きはT軸と一致することが周知である。図1では界磁磁束[Λf]の大きさ|Λf|も導入して図示している。以下同様に、ベクトル[G]の大きさは記号|G|を用いる。 The voltage [V0] is an induced voltage induced by the rotation of the synchronous motor. The magnitude | V0 | is represented by the product ω · | λ0 | where the rotational angular velocity of the synchronous motor is ω (the magnitude | λ0 | of the primary magnetic flux [λ0] is introduced: if δ = δc, | λ0 | = λ0Mc ), It is known that the electrical angle is advanced by 90 degrees with respect to the primary magnetic flux [λ0], and the direction thereof coincides with the T-axis. In FIG. 1, the magnitude | Λf | of the field magnetic flux [Λf] is also introduced and illustrated. Similarly, the symbol | G | is used as the magnitude of the vector [G].
同期電動機の抵抗成分Rと、同期電動機のインダクタンスのq軸成分Lq(以下「q軸インダクタンス」と称す)及びd軸成分Ld(以下「d軸インダクタンス」と称す)と、同期電動機に流れる電流[I]のT軸成分iT(以下「T軸電流」と称す)及びM軸成分iM(以下「M軸電流」と称す)と、同期電動機に印加される電圧[Va]のT軸成分vT(以下「T軸電圧」と称す)及びM軸成分vM(以下「M軸電圧」と称す)とを導入すると、これらと負荷角δとの間には特許文献1(特にその式(8))に鑑みて式(1)の関係がある。 The resistance component R of the synchronous motor, the q-axis component Lq (hereinafter referred to as “q-axis inductance”) and the d-axis component Ld (hereinafter referred to as “d-axis inductance”) of the inductance of the synchronous motor, and the current [ I] T-axis component iT (hereinafter referred to as “T-axis current”) and M-axis component iM (hereinafter referred to as “M-axis current”), and T-axis component vT (Va) applied to the synchronous motor. Introducing an M-axis component vM (hereinafter referred to as “M-axis voltage”) and a load angle δ between these and the load angle δ (especially, the equation (8)). In view of the above, there is a relationship of the formula (1).
このような関係に基づいて、右辺の諸量を用いて負荷角δを推定することを考える。当該推定は一次磁束制御において行われるので、当該制御における諸量が採用される。つまり負荷角δの推定値は、Mc軸及びTc軸を有する回転座標系における諸量を用いて推定されるので、上記位相差δcとして求められる。よって以下、位相差δcを第1の推定値δcと称す。 Based on such a relationship, it is considered to estimate the load angle δ using various quantities on the right side. Since the estimation is performed in the primary magnetic flux control, various amounts in the control are adopted. That is, since the estimated value of the load angle δ is estimated using various quantities in the rotating coordinate system having the Mc axis and the Tc axis, it is obtained as the phase difference δc. Therefore, hereinafter, the phase difference δc is referred to as a first estimated value δc.
特許文献1で例示されるように,一次磁束制御での観測量は同期電動機に流れる電流[I]である。よって第1の推定値δcを求める際には式(1)のT軸電流iT、M軸電流iMに代えて、電流[I]の観測値のTc軸成分iTc(以下「Tc軸電流」と称す)、Mc軸成分iMc(以下「Mc軸電流」と称す)を採用する。
As exemplified in
一方、同期電動機に印加される電圧[Va]は通常は測定されないので、式(1)から第1の推定値δcを求める際にはT軸電圧vT、M軸電圧vMに代えて、それぞれTc軸、Mc軸における電圧の指令値vTc*,vMc*(以下、それぞれ「Tc軸電圧指令vTc*」、「Mc軸電圧指令vMc*」と称す)を採用する。以下、回転角速度ωは直接には観測できないので、その指令値たる速度指令ω*を採用する。速度指令ω*は、特許文献1に示される様に、Tc軸電流iTcの高周波成分を除去した値を採用してもよい。
On the other hand, since the voltage [Va] applied to the synchronous motor is not normally measured, instead of the T-axis voltage vT and the M-axis voltage vM when obtaining the first estimated value δc from the equation (1), Tc Voltage command values vTc * and vMc * (hereinafter referred to as “Tc-axis voltage command vTc *” and “Mc-axis voltage command vMc *”, respectively) on the axis and the Mc axis are employed. Hereinafter, since the rotational angular velocity ω cannot be observed directly, the velocity command ω * as the command value is adopted. As the speed command ω *, a value obtained by removing a high frequency component of the Tc-axis current iTc may be adopted as disclosed in
以上の事から、式(1)に倣って第1の推定値δcは式(2)で求められる。通常、同期電動機3は平衡負荷であり、抵抗成分Rは座標系に依存しないと考えることができる。 From the above, following the equation (1), the first estimated value δc is obtained by the equation (2). Usually, the synchronous motor 3 is a balanced load, and it can be considered that the resistance component R does not depend on the coordinate system.
さて、可観測量に誤差が発生することを想定する。例えば、電流[I]を測定する電流センサそれ自体に誤差がある場合である。あるいは電流センサに誤差がなくとも、同期電動機に電力を供給するインバータの動作不良によって電流[I]それ自体が変動する場合もある。後者の例としては、Tc軸電圧指令vTc*、Mc軸電圧指令vMc*に対するインバータの追従性が悪い場合が挙げられる。かかる追従性の悪化は例えばインバータ内部における電圧センサの不良が原因となる場合もあり得る。 Now, assume that an error occurs in the observable amount. For example, there is an error in the current sensor itself that measures the current [I]. Alternatively, even if there is no error in the current sensor, the current [I] itself may fluctuate due to malfunction of the inverter that supplies power to the synchronous motor. An example of the latter is a case where the followability of the inverter with respect to the Tc axis voltage command vTc * and the Mc axis voltage command vMc * is poor. Such deterioration in follow-up performance may be caused by, for example, a defective voltage sensor inside the inverter.
また、同期電動機のばらつきに起因して、機器定数たるq軸インダクタンスLq、d軸インダクタンスLd、抵抗成分Rが設計値と異なる値を持っている可能性がある。 Further, due to variations in the synchronous motor, the q-axis inductance Lq, the d-axis inductance Ld, and the resistance component R, which are device constants, may have values different from the design values.
このようにして式(1)のように実際に生じている負荷角δと式(2)で得られる第1の推定値δcとは相違する可能性がある。 Thus, there is a possibility that the load angle δ actually generated as in equation (1) and the first estimated value δc obtained in equation (2) are different.
図2は、Mc軸成分λ0Mcが値λ0*と異なり、よって第1の推定値δcは負荷角δと異なり、Mc軸がM軸と相違する場合を示すベクトル図である。 FIG. 2 is a vector diagram showing a case where the Mc axis component λ0Mc is different from the value λ0 *, and therefore the first estimated value δc is different from the load angle δ, and the Mc axis is different from the M axis.
特許文献1では負荷角δから第1の推定値δcを差し引いた角χの推定値χ^を、式(3)で示している(記号は本件に整合させて示した)。
In
よって、第1の推定値δcよりも、負荷角δにより近い第2の推定値δccを得るためには、式(4)の演算を行えば良い。ここで上記推定値χ^に相当する誤差推定値Δδ1と、比例ゲインK1(>0)とを導入した。 Therefore, in order to obtain the second estimated value δcc closer to the load angle δ than the first estimated value δc, the calculation of Expression (4) may be performed. Here, an error estimated value Δδ1 corresponding to the estimated value χ ^ and a proportional gain K1 (> 0) were introduced.
図3は、本実施の形態にかかる負荷角推定装置100Aの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置100Aは式(2),(4)に則って第2の推定値δccを得る。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the load
負荷角推定装置100Aは、負荷角粗推定部101、負荷角誤差推定部102、比例制御部103(図において「P制御部」と表記)、加算器104を備えている。負荷角粗推定部101は、速度指令ω*、Tc軸電圧指令vTc*、Mc軸電圧指令vMc*と、q軸インダクタンスLqと、抵抗成分Rと、Tc軸電流iTc、Mc軸電流iMcとを用い、式(2)に則って第1の推定値δcを求める。
The load
より具体的には、負荷角粗推定部101は、第1値を第2値で除した値の逆正接関数値を第1の推定値δcとして求める。第1値は、速度指令ω*とq軸インダクタンスLqとTc軸電流iTcとの積と、Mc軸電圧指令vMc*との和から、Mc軸電流iMcと抵抗成分Rとの積を減じた値である。第2値は、速度指令ω*とq軸インダクタンスLqとMc軸電流iMcとの積と、Tc軸電流iTcと抵抗成分Rとの積との和を、Tc軸電圧指令vTc*から減じた値である。
More specifically, the load angle
負荷角誤差推定部102は、Tc軸電圧指令vTc*、Mc軸電圧指令vMc*と、抵抗成分Rと、Tc軸電流iTc、Mc軸電流iMcとを用い、式(4)に則って誤差推定値Δδ1を求める。
The load angle
より具体的には、負荷角誤差推定部102は、第3値を第4値で除した値の逆正接関数値を誤差推定値Δδ1として求める。第3値は、Mc軸電圧指令vMc*を、Mc軸電流iMcと抵抗成分Rとの積から減じた値である。第4値は、Tc軸電圧指令vTc*から、Tc軸電流iTcと抵抗成分Rとの積を減じた値である。
More specifically, the load angle
比例制御部103は、誤差推定値Δδ1に対して比例ゲインK1を用いて比例制御を行って値K1・Δδ1を得る。加算器104は値K1・Δδ1を第1の推定値δcに加えて第2の推定値δccを得る。つまり値K1・Δδ1は第1の推定値δcを補償する補償値として考えることができる。比例制御部103と加算器104とを併せて、誤差推定値Δδ1に基づく補償値K1・Δδ1と第1の推定値δcとを合成する合成部と考えることもできる。
The
このように負荷角の誤差推定値Δδ1を用いて補償値K1・Δδ1を得ることにより、負荷角が精度良く推定される。 Thus, by obtaining the compensation value K1 · Δδ1 using the estimated error value Δδ1 of the load angle, the load angle is accurately estimated.
図4は、負荷角推定装置100Aを用いて、同期電動機3の駆動を制御する技術を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a technique for controlling the driving of the synchronous motor 3 using the load
同期電動機3は例えば三相の電動機であり、不図示の電機子と、界磁たる回転子を備える。技術的な常識として、電機子は電機子巻線を有し、回転子は電機子と相対的に回転する。界磁は例えば界磁磁束を発生させる磁石を備える。 The synchronous motor 3 is, for example, a three-phase motor, and includes an armature (not shown) and a rotor that is a field. As technical common sense, the armature has an armature winding, and the rotor rotates relative to the armature. The field includes, for example, a magnet that generates a field magnetic flux.
電圧供給源2は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、三相の電圧指令値[V*]に基づいて、三相電圧を同期電動機3に印加する。これにより、同期電動機3には三相電流[I]が流れる。
The
電動機制御装置1は、同期電動機3に対し、一次磁束[λ0]及び回転角速度ωを制御する装置である。電動機制御装置1は、負荷角推定装置100と、一次磁束推定部110と、電圧指令計算部120と、第1座標変換部130と、第2座標変換部140と、積分器150とを備えている。
The
第1座標変換部130は、Mc軸電圧指令vMc*、Tc軸電圧指令vTc*を電圧指令値[V*]へ変換する。第2座標変換部140は、三相電流[I]を、一次磁束制御を行うMc−Tc回転座標系におけるMc軸電流iMc及びTc軸電流iTcに変換する。
The first coordinate
積分器150は回転角速度ωの指令値たる速度指令ω*を積分し、固定軸座標、例えばU相電圧と同相のα軸に対するMc軸の位相θを計算する。位相θに基づいて、第1座標変換部130及び第2座標変換部140は、上述の座標変換を行うことができる。
The
位相θを求めるに際して、速度指令ω*に代えて、特許文献1のように、Tc軸電流iTcの変動分を考慮した回転角速度ωを採用してもよい。
When obtaining the phase θ, instead of the speed command ω *, a rotational angular speed ω in consideration of the variation of the Tc-axis current iTc may be employed as in
負荷角推定装置100は、Mc軸電圧指令vMc*、Tc軸電圧指令vTc*、速度指令ω*、抵抗成分R、q軸インダクタンスLq、d軸インダクタンスLdを入力して負荷角の第2の推定値δccを出力する。具体的には、負荷角推定装置100には、上述の負荷角推定装置100Aを採用することができる。
The load
一次磁束推定部110は第2の推定値δcc、抵抗成分R、q軸インダクタンスLq、d軸インダクタンスLdを入力して一次磁束の推定値[λ0^]を求める。一次磁束推定部110の構成は公知の技術(例えば特許文献1で紹介される)を採用して実現することができる。
The primary magnetic
負荷角推定装置100として負荷角推定装置100Aを採用する場合、負荷角推定装置100と一次磁束推定部110とは全体として、Mc軸電圧指令vMc*、Tc軸電圧指令vTc*、速度指令ω*、抵抗成分R、q軸インダクタンスLq、d軸インダクタンスLdを入力して推定値[λ0^]を求める、一次磁束推定値として考えることもできる。
When the load
電圧指令計算部120は、一次磁束の推定値[λ0^]と、一次磁束指令[λ0*]と、Mc軸電流iMcと、Tc軸電流iTc、速度指令ω*とを入力し、Mc軸電圧指令vMc*と、Tc軸電圧指令vTc*とを求める計算を行う。かかる計算は特許文献1においてフィードフォワード項と、フィードバック項とを求める計算及び両者の和として開示されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
The voltage
第2の実施の形態.
特許文献1で示される様に、式(3)の分子は同期電動機3の内部誘起電圧のTc軸成分と等しく、分母は内部誘起電圧のMc軸成分と等しい。内部誘起電圧は回転角速度ωと一次磁束[λ0]との積である。よって一次磁束の推定値[λ0^]のMc軸成分λ0Mc^と、Tc軸成分λ0Tc^とを導入することにより、式(4)と同様にして、第2の推定値δccを式(5)によって得ることができる。
Second embodiment.
As shown in
つまり、誤差推定値Δδ2、比例ゲインK2を導入し、補償値K2・Δδ2求め、これを第1の推定値δcに加えて第2の推定値δccが得られる。 That is, the error estimated value Δδ2 and the proportional gain K2 are introduced to obtain the compensation value K2 · Δδ2, and this is added to the first estimated value δc to obtain the second estimated value δcc.
図5は本実施の形態にかかる負荷角推定装置100Bの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置100Bは式(2),(5)に則って第2の推定値δccを得る。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the load
負荷角推定装置100Bは、負荷角粗推定部101、負荷角誤差推定部107、比例制御部108(図において「P制御部」と表記)、加算器105、一次磁束推定部106を備えている。負荷角粗推定部101は、第1実施の形態で示された負荷角粗推定部101と同じ機能を果たす。
The load
負荷角誤差推定部107は、一次磁束推定部106から後述するようにして得られる一次磁束の推定値[λ0^]のMc軸成分λ0Mc^と、Tc軸成分λ0Tc^を用い、式(5)に則って誤差推定値Δδ2を求める。
The load angle
より具体的には、負荷角誤差推定部107は、Tc軸成分λ0Tc^をMc軸成分λ0Mc^で除した値の逆正接関数値を誤差推定値Δδ2として求める。
More specifically, the load angle
比例制御部108は、誤差推定値Δδ2に対して比例ゲインK2を用いて比例制御を行って値K2・Δδ2を得る。加算器105は値K2・Δδ2を第1の推定値δcに加えて第2の推定値δccを得る。比例制御部108と加算器105とを併せて、誤差推定値Δδ2に基づく補償値K2・Δδ2と第1の推定値δcとを合成する合成部と考えることもできる。
The
このように負荷角の誤差推定値Δδ2を用いて補償値K2・Δδ2を得ることにより、負荷角の推定値が精度良く推定される。 Thus, the estimated value of the load angle is accurately estimated by obtaining the compensation value K2 · Δδ2 using the estimated error value Δδ2 of the load angle.
一次磁束推定部106は、第2の推定値δccと、q軸インダクタンスLqと、d軸インダクタンスLdと、Mc軸電流iMcと、Tc軸電流iTcと、界磁磁束[Λf]の大きさ|Λf|とから、一次磁束の推定値[λ0^]を計算する。かかる計算は周知であり、例えば特許文献1にも紹介されているので、ここではその詳細な説明を省略する。
The primary
負荷角推定装置100Bは、図4に示された負荷角推定装置100と一次磁束推定部110とに置換することができる。あるいは逆に、負荷角推定装置100Bの一次磁束推定部106の代わりに、一次磁束推定部110を採用してもよい。
The load
変形.
上述の様に、誤差推定値Δδ1はMc軸成分λ0Mc^と回転角速度ω(あるいは速度指令ω*)との積を、Tc軸成分λ0Tc^と回転角速度ω(あるいは速度指令ω*)との積で除した値の逆正接関数の価である。誤差推定値Δδ2はMc軸成分λ0Mc^をTc軸成分λ0Tc^で除した値の逆正接関数の値である。
Deformation.
As described above, the estimated error value Δδ1 is the product of the Mc axis component λ0Mc ^ and the rotational angular velocity ω (or speed command ω *), and the product of the Tc axis component λ0Tc ^ and the rotational angular velocity ω (or speed command ω *). The value of the arctangent function of the value divided by. The estimated error value Δδ2 is a value of an arctangent function obtained by dividing the Mc axis component λ0Mc ^ by the Tc axis component λ0Tc ^.
よって誤差推定値Δδ1,Δδ2は、いずれも、一次磁束の推定値[λ0^]のMc軸成分λ0Mc^に対する、Tc軸成分λ0Tc^の比たる磁束比についての逆正接関数の値として考えることができる。 Therefore, the error estimated values Δδ1 and Δδ2 can be considered as values of arctangent functions with respect to the magnetic flux ratio that is the ratio of the Tc-axis component λ0Tc ^ to the Mc-axis component λ0Mc ^ of the estimated value [λ0 ^] of the primary magnetic flux. it can.
しかしながらそれぞれ逆正接関数を得るためのパラメタとなる値は異なる。よって補償値K1・Δδ1,K2・Δδ2の両方を用いて第2の推定値δccを求めてもよい。 However, the values used as parameters for obtaining the arc tangent function are different. Therefore, the second estimated value δcc may be obtained using both the compensation values K1 · Δδ1, K2 · Δδ2.
図6は第1の実施の形態と第2の実施の形態との変形にかかる負荷角推定装置100Cの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置100Cは、負荷角推定装置100Aが備える負荷角粗推定部101及び負荷角誤差推定部102及び比例制御部103と、負荷角推定装置100Bが備える負荷角誤差推定部107及び比例制御部108と、加算器109とを備える。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a load angle estimation device 100C according to a modification between the first embodiment and the second embodiment. The load angle estimation device 100C includes a load angle
負荷角粗推定部101、負荷角誤差推定部102,107の動作は既述であるので、これらへの入力の図示は省略している。比例制御部103,108は、それぞれ第1の実施の形態及び第2の実施の形態で説明されたように、誤差推定値Δδ1,Δδ2に対して比例ゲインK1,K2を以て比例制御を行う。
Since the operations of the load angle
加算器109は、補償値K1・Δδ1、K2・Δδ2と第1の推定値δcとの和を採り、当該和が第2の推定値δccとして出力する。比例制御部103,108と加算器109とを併せて、誤差推定値Δδ1,Δδ2に基づく補償値K1・Δδ1,K2・Δδ2と第1の推定値δcとを合成する合成部と考えることもできる。
The adder 109 takes the sum of the compensation values K1 · Δδ1, K2 · Δδ2 and the first estimated value δc, and outputs the sum as the second estimated value δcc. The
このように二つの補償値を併用して第2の推定値δccを得ても、これらの補償値を得るためのパラメタとなる値(補償値K1・Δδ1について見れば、Mc軸電圧指令vMc*、Tc軸電圧指令vTc*、Mc軸電流iMc、Tc軸電流iTc及び抵抗成分R;補償値K2・Δδ2について見れば、Mc軸成分λ0Mc^及びTc軸成分λ0Tc^)であるので、第2の推定値δccを求めることができる。 Thus, even if the two estimated values δcc are obtained by using the two compensation values together, the values that serve as parameters for obtaining these compensation values (the compensation values K1 · Δδ1 are the Mc-axis voltage command vMc * , Tc-axis voltage command vTc *, Mc-axis current iMc, Tc-axis current iTc and resistance component R; the compensation value K2 · Δδ2 is Mc-axis component λ0Mc ^ and Tc-axis component λ0Tc ^), so the second An estimated value δcc can be obtained.
3 同期電動機
100,100A,100B,100C 負荷角推定装置
101 負荷角粗推定部
102,107 負荷角誤差推定部
103,108 比例制御部
104,105 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Synchronous motor 100,100A, 100B, 100C Load
Claims (5)
前記負荷角の第1の推定値(δc)を求める負荷角粗推定部(101)と、
前記第1の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値(Δδ2)を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部(107)と、
前記誤差推定値に基づく補償値(K2・Δδ2)と前記第1の推定値とを合成して前記負荷角の第2の推定値(δcc)を得る合成部(108,105)と
を備え、
前記磁束比は、前記一次磁束([λ0])の推定値([λ0^])の、前記一次磁束([λ0])の指令値たる一次磁束指令([λ0*])と同相の成分に対する、前記一次磁束の前記推定値の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分の比である、負荷角推定装置(100B)。 The primary magnetic flux ([λ0], which is a combination of the magnetic flux ([λa]) of the armature reaction generated by the current ([I]) flowing through the synchronous motor (3) and the field magnetic flux ([Λf]) of the synchronous motor. ]) For estimating a load angle (δ) as a phase difference with respect to the field magnetic flux,
A rough load angle estimator (101) for obtaining a first estimated value (δc) of the load angle;
A load angle error estimator ( 107 ) for obtaining an error estimated value ( Δδ2 ) as an estimated value of an error between the first estimated value and the load angle as an arctangent function value of a magnetic flux ratio;
A combining unit ( 108 , 105 ) that combines the compensation value ( K2 · Δδ2 ) based on the error estimated value and the first estimated value to obtain the second estimated value (δcc) of the load angle ;
The magnetic flux ratio corresponds to a component in phase with the primary magnetic flux command ([λ0 *]), which is the command value of the primary magnetic flux ([λ0]), of the estimated value ([λ0 ^]) of the primary magnetic flux ([λ0]) . the is the ratio of the component 90 DoSusumusho to the primary magnetic flux command of the estimated value of the primary flux, the load angle estimating device (100B).
前記負荷角の第1の推定値(δc)を求める負荷角粗推定部(101)と、
前記第1の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値(Δδ1)を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部(102)と、
前記誤差推定値に基づく補償値(K1・Δδ1)と前記第1の推定値とを合成して前記負荷角の第2の推定値(δcc)を得る合成部(103,104)と
を備え、
前記磁束比は第1値を第2値で除した値として求められ、
前記電流([I])の前記一次磁束([λ0])の指令値たる一次磁束指令([λ0*])と同相の成分たるMc軸電流iMcと、前記電流の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電流iTcと、前記同期電動機(3)に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるMc軸電圧指令vMc*と、前記電圧の前記指令値の前記一次磁束指令に対して90度進相する成分たるTc軸電圧指令vTc*と、前記同期電動機の抵抗成分Rとを導入して、前記第1値は(R・iMc−vMc*)であり、前記第2値は(vTc*−R・iTc)である、負荷角推定装置(100A)。 The primary magnetic flux ([λ0], which is a combination of the magnetic flux ([λa]) of the armature reaction generated by the current ([I]) flowing through the synchronous motor (3) and the field magnetic flux ([Λf]) of the synchronous motor. ]) For estimating a load angle (δ) as a phase difference with respect to the field magnetic flux,
A rough load angle estimator (101) for obtaining a first estimated value (δc) of the load angle;
A load angle error estimator (102) for obtaining an error estimated value (Δδ1) as an estimated value of an error between the first estimated value and the load angle as an arctangent function value of a magnetic flux ratio;
A combining unit (103, 104) that combines the compensation value (K1 · Δδ1) based on the error estimated value and the first estimated value to obtain the second estimated value (δcc) of the load angle;
With
The flux ratio was calculated as a value obtained by dividing the first value by the second value,
With respect to the primary magnetic flux command ([λ0 *]) as the command value of the primary magnetic flux ([λ0]) of the current ([I]), the Mc axis current iMc that is a component in phase with the primary magnetic flux command ([λ0 *]), and the primary magnetic flux command of the current The Tc axis current iTc, which is a component advanced by 90 degrees, the Mc axis voltage command vMc *, which is a component in phase with the primary magnetic flux command of the voltage command value applied to the synchronous motor (3), and the command of the voltage The first value is (R · iMc−vMc *) by introducing the Tc-axis voltage command vTc *, which is a component advanced by 90 degrees with respect to the primary magnetic flux command, and the resistance component R of the synchronous motor. and a, the second value is (vTc * -R · iTc), the load angle estimating device (100A).
前記誤差推定値(Δδ1;Δδ2)に対して比例制御を行って前記補償値(K1・Δδ1;K2・Δδ2)を得る比例制御部(103)と、
前記補償値を前記第1の推定値(δc)に加算する加算器(104;105)と
を有する、請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の負荷角推定装置(100A;100B)。 The synthesis unit is
A proportional control unit (103) that performs proportional control on the estimated error value (Δδ1; Δδ2) to obtain the compensation value (K1 · Δδ1; K2 · Δδ2);
The load angle estimating device (100A; 100B) according to any one of claims 1 to 4 , further comprising an adder (104; 105) for adding the compensation value to the first estimated value (δc). ).
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