JP6665745B2 - Rotating machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、位置センサレス制御を行う回転機の制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating machine control device that performs position sensorless control.
従来、複数のインバータにより多重巻線同期回転機を駆動する制御装置において、電圧や電流情報から磁極位置を推定する位置センサレス制御を行う制御装置が知られている。
例えば特許文献1に開示された同期機の位置センサレス制御装置では、マスターインバータ及びスレーブインバータでそれぞれ推定位置を演算した後、平均値を算出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a control device that drives a multiple winding synchronous rotating machine with a plurality of inverters, a control device that performs position sensorless control for estimating a magnetic pole position from voltage and current information is known.
For example, in a position sensorless control device for a synchronous machine disclosed in
本明細書では、回転機の巻線組への通電を制御する一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。特許文献1の図1等に開示されたマスターインバータ及びスレーブインバータを含む構成は、2系統の構成である。複数の系統間において、巻線抵抗、インダクタンス等のモータ定数や電源電圧には不平衡が存在し得るため、系統毎の電圧、電流に基づいて推定される拡張誘起電圧には誤差が含まれる。そして、拡張誘起電圧から演算される位置誤差を0にしようとするPI制御が行われる結果、推定された磁極位置に位置誤差が発生する。
In this specification, a unit of a group of components that controls the energization of a winding set of a rotating machine is defined as a “system”. The configuration including the master inverter and the slave inverter disclosed in FIG. 1 of
特許文献1の装置では、2系統の拡張誘起電圧の平均値、すなわち和(以下「系統和誘起電圧」)に基づいて位置を推定する。仮に第1系統の拡張誘起電圧の誤差と第2系統の拡張誘起電圧の誤差との符号が逆で、且つ絶対値が等しい場合、平均値を算出することで2系統の誤差が相殺し、系統和誘起電圧から演算される磁極位置の誤差は小さくなる。
しかし、2系統の拡張誘起電圧の誤差が同符号である場合や、拡張誘起電圧の誤差が一方の系統にのみ存在し他方の系統ではほぼ0である場合、系統和誘起電圧に誤差が残る。そのため、系統和誘起電圧の誤差に基づいて位置誤差が発生することとなる。
In the device of
However, when the error of the extended induced voltage of the two systems has the same sign, or when the error of the extended induced voltage exists only in one system and is almost zero in the other system, the error remains in the system sum induced voltage. Therefore, a position error occurs based on the error of the system sum induced voltage.
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の多相巻線組を有する回転機の位置センサレス制御において、系統間の不平衡による位置誤差を低減する回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to reduce a position error due to imbalance between systems in a position sensorless control of a rotating machine having a plurality of multi-phase winding sets. An object of the present invention is to provide a control device for a rotating machine.
本発明の回転機の制御装置は、3相以上の多相巻線組をステータ(84)に複数有する回転機(80)に対し、複数の巻線組への通電を位置センサレス制御で制御する。この回転機の制御装置は、複数の電力変換器(61、62)と、系統和誘起電圧推定部(41、42)と、系統差誘起電圧推定部(43、44、47)と、磁極位置推定部(56)とを備える。 The control device for a rotating machine of the present invention controls the energization of a plurality of winding sets by a position sensorless control for a rotating machine (80) having a plurality of multi-phase winding sets of three or more phases in a stator (84). . The control device for the rotating machine includes a plurality of power converters (61, 62), a system sum induced voltage estimation unit (41, 42), a system difference induced voltage estimation unit (43, 44, 47), a magnetic pole position. An estimating unit (56).
複数の電力変換器は、入力された電力を交流電力に変換し、回転機に供給する。
特定の前記巻線組への通電を制御する一群の構成要素の単位を「系統」と定義すると、系統和誘起電圧推定部は、複数系統から選択した特定の2系統の拡張誘起電圧の和である系統和誘起電圧(eγδw)を推定する。系統差誘起電圧推定部は、特定の2系統の拡張誘起電圧の差である系統差誘起電圧(eγδs)を推定する。
ここで、拡張誘起電圧の「和」には、加算値を2で除した平均値を含み、「差」には、減算値を2で除した半差分値を含むものと解釈する。
磁極位置推定部は、系統和誘起電圧、系統和誘起電圧に系統差誘起電圧を加算した値、及び、系統和誘起電圧から系統差誘起電圧を減算した値のうちから位置誤差(Δθ)が最小となるように選択されたいずれかの値に基づいて、回転機のロータ(85)の磁極位置(θγ)を推定する。
The plurality of power converters convert the input power into AC power and supply the AC power to the rotating machine.
When the unit of a group of components that controls the energization to the specific winding set is defined as “system”, the system sum induced voltage estimation unit calculates the sum of the extended induced voltages of two specific systems selected from a plurality of systems. Estimate a certain system sum induced voltage (e γδ w). Strain differences induced voltage estimation unit estimates the difference in a strain differences induced voltage of extension induction voltage of a particular two systems (e γδ s).
Here, the "sum" of the extended induced voltage includes the average value obtained by dividing the added value by 2, and the "difference" includes the half difference value obtained by dividing the subtracted value by 2.
The magnetic pole position estimating unit calculates the minimum position error (Δθ) from the system sum induced voltage, a value obtained by adding the system difference induced voltage to the system sum induced voltage, and a value obtained by subtracting the system difference induced voltage from the system sum induced voltage. The magnetic pole position (θγ) of the rotor (85) of the rotating machine is estimated based on one of the values selected so that
このように本発明は、特許文献1の従来技術のように常に系統和誘起電圧を用いるのではなく、場合に応じて、系統和誘起電圧と系統差誘起電圧との加減算値を利用しても磁極位置を推定可能である。3種類の拡張誘起電圧の演算値のうち位置誤差が最小となる値を適宜選択することで、磁極位置推定部が推定する位置誤差を低減することができる。
As described above, the present invention does not always use the system sum induced voltage as in the related art of
本発明の回転機の制御装置は、好ましくは判断部(53)をさらに備える。判断部は、系統和誘起電圧、系統和誘起電圧に系統差誘起電圧を加算した値、及び、系統和誘起電圧から系統差誘起電圧を減算した値のうち最小の値を選択し、磁極位置推定部による磁極位置の推定に用いる選択後拡張誘起電圧(eγδ#)として出力する。
具体的に判断部は、回転機の制御装置の動作中に都度入力される3種類の演算値のうち最小の値を選択し、選択後拡張誘起電として磁極位置推定部に出力する。これにより、誤差パターンが既知でない場合や経時変化する場合にも、磁極位置推定部による位置推定の周期毎に位置誤差を最小にすることができる。
The control device for a rotating machine of the present invention preferably further includes a determination unit (53). The determination unit selects the minimum value of the system sum induced voltage, the value obtained by adding the system difference induced voltage to the system sum induced voltage, and the value obtained by subtracting the system difference induced voltage from the system sum induced voltage, and estimates the magnetic pole position. It outputs the selected extended induced voltage (e γδ #) used for estimating the magnetic pole position by the section.
Specifically, the determination unit selects the minimum value among the three types of calculation values that are input each time the controller of the rotating machine is operating, and outputs the selected value as the extended induced electromotive force to the magnetic pole position estimation unit. Thus, even when the error pattern is not known or changes with time, the position error can be minimized in each cycle of the position estimation by the magnetic pole position estimation unit.
以下、回転機の制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。また、前出の実施形態で説明した事項について、後出の実施形態で異なる旨を記載する事項以外は、原則として共通に適用されるものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a rotating machine control device will be described with reference to the drawings. In a plurality of embodiments, substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and description thereof is omitted. In addition, the matters described in the above-mentioned embodiment are applied in principle in common, except for matters that are described differently in the following embodiment.
この回転機の制御装置は、例えば駆動力源としてエンジンを備える車両において、スタータ及びオルタネータの機能を統合したISG(Integrated Starter Generator)の通電を制御するシステムに適用される。
以下の実施形態の説明では、特許請求の範囲における「回転機」を「モータ」と記し、「回転機の制御装置」を「モータ制御装置」と記す。また、第1〜第4実施形態を包括して「本実施形態」という。
The control device of the rotating machine is applied to a system that controls the energization of an ISG (Integrated Starter Generator) in which the functions of a starter and an alternator are integrated in a vehicle having an engine as a driving force source, for example.
In the following description of the embodiments, the “rotating machine” in the claims is referred to as “motor”, and the “rotating machine control device” is referred to as “motor control device”. The first to fourth embodiments are collectively referred to as “the present embodiment”.
各実施形態のモータ制御装置は、3相以上の多相巻線組をステータに複数有するモータに対し、複数の電力変換器から対応する巻線組への通電を制御する装置である。以下、特定の巻線組への通電を制御する一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。具体的に、第1〜第4実施形態のモータの相数は、いずれも3相2系統である。そのような構成を前提として、各実施形態のモータ制御装置は、位置センサレス制御により、各系統の電力変換器の出力電圧を制御する。 The motor control device of each embodiment is a device that controls energization from a plurality of power converters to a corresponding winding set for a motor having a plurality of multi-phase winding sets of three or more phases in a stator. Hereinafter, a unit of a group of constituent elements that controls energization to a specific winding set is defined as “system”. Specifically, each of the motors of the first to fourth embodiments has three phases and two systems. Assuming such a configuration, the motor control device of each embodiment controls the output voltage of the power converter of each system by position sensorless control.
各実施形態によるモータ制御装置の符号は、「10」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。また、各実施形態の2系統のモータの符号は、「80」に続く3桁目に「2」を付す。各系統の構成要素である電力変換器、電流センサ等は、2桁又は3桁符号の末尾数字を系統の番号とする。例えば第1系統の構成要素は符号末尾を「1」、第2系統の構成要素は符号末尾を「2」とする。 The reference numeral of the motor control device according to each embodiment is the number of the embodiment in the third digit following “10”. In addition, the reference numerals of the two-system motor of each embodiment are “2” in the third digit following “80”. The power converter, the current sensor, and the like, which are components of each system, use the last number of the two- or three-digit code as the system number. For example, the first system component has a code suffix “1”, and the second system component has a code suffix “2”.
(第1実施形態)
第1実施形態による3相2系統のモータ制御装置について、図1〜図10を参照して説明する。図1に示すように、モータ制御装置101は、2系統の3相巻線組を有するモータ802に2台の電力変換器61、62から交流電力を供給するシステムに適用される。モータ802は、例えば永久磁石式同期型の3相交流モータである。モータ802には、ロータの磁極位置を検出する回転角センサは設けられていない。
(1st Embodiment)
A three-phase two-system motor control device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
図2(a)に示すように、モータ802の近傍には、インダクタンスMfの界磁巻線88を有し、界磁電流ifが流れる界磁回路87が設けられている。なお、界磁電流ifを制御する制御器の図示を省略する。
図2(b)に示すように、永久磁石同期型のモータ802は、周方向に磁極86が配置されたロータ85が、ステータ84の径内側に回転可能に支持されている。図2(b)には、ロータ85にN極及びS極が2対(すなわち計4極)設けられた例を示す。
ステータ84に巻回される巻線について、例えば「U1」は第1系統のU相巻線を意味し、「V2」は第2系統のV相巻線を意味する。第1系統と第2系統との同相巻線は、ステータ84の周方向に交互に配置されている。
As shown in FIG. 2A, near the
As shown in FIG. 2B, in a permanent
Regarding the windings wound around the
図3に、第1系統巻線81を実線、第2系統巻線82を破線で表し、3相2系統のモータ802の巻線の配置を模式的に示す。3相2系統のモータ802の各相巻線は、第1系統と第2系統との間の位相が電気角30(すなわち、60/2)°ずれている。
また、2相固定座標系のαβ軸は、α軸α1、α2がU相軸U1、U2と一致するように定義される。
In FIG. 3, the first system winding 81 is represented by a solid line, and the second system winding 82 is represented by a broken line. In each phase winding of the three-phase two-
The αβ axis of the two-phase fixed coordinate system is defined such that the α axes α1 and α2 coincide with the U-phase axes U1 and U2.
図1に戻り、第1系統及び第2系統の電力変換器61、62は、それぞれ第1系統巻線81及び第2系統巻線82に対応する。電力変換器61、62の入力側信号線及び出力側電力経路に付した3本の斜線は、3相であることを表す。典型的には、電力変換器61、62は、バッテリ等の直流電源から入力された直流電力を複数のスイッチング素子の動作により交流電力に変換するインバータである。
図1には、電力変換器61、62の入力側電力経路の図示を省略する。直流電源と電力変換器61、62との間にはDCDCコンバータ等が設けられてもよい。
また、3相上下アームの6個のスイッチング素子を含む3相交流インバータの構成も周知技術であるため図示を省略する。
Returning to FIG. 1, the first and
In FIG. 1, illustration of the input-side power paths of the
Also, the configuration of a three-phase AC inverter including six switching elements of three-phase upper and lower arms is well known in the art, and is not shown.
電力変換器61、62とモータ802との間の電力経路に図示される三角波マークは、各系統の相電流を検出する電流センサ71、72を示す。電流センサ71、72は、3相全てに設けられてもよく、3相のうち2相に設けられ、残る1相の電流をキルヒホッフの法則により算出するようにしてもよい。
The triangular-wave marks illustrated in the power path between the
モータ制御装置101は、例えば特許第3411878号公報等に開示された周知技術である位置センサレス制御でのベクトル制御の構成を基本とする。ここで、ベクトル制御に用いられる各座標系の軸の関係を図4に示す。αβ軸は2相固定座標系で互いに直交する軸であり、dq軸は2相回転座標系で互いに直交する軸である。ロータ85の回転により、電気角θ、すなわち、αβ軸に対するdq軸の位相は時間と共に変化する。
The
実際の電気角θを直接検出しない位置センサレス制御では、dq軸とは別に、2相推定回転座標系のγδ軸を定義する。γ軸は推定d軸であり、δ軸は推定q軸である。そして、γδ軸における推定磁極位置θγと実際の電気角θとの差を「位置誤差Δθ」と表す。位置センサレス制御では、位置誤差Δθを0に収束させるように、PI制御等により電気角速度ωを演算することにより、推定磁極位置θγを実際の電気角θとみなして制御演算を実行する。 In the position sensorless control that does not directly detect the actual electrical angle θ, the γδ axis of the two-phase estimated rotational coordinate system is defined separately from the dq axes. The γ axis is the estimated d axis, and the δ axis is the estimated q axis. The difference between the estimated magnetic pole position θγ on the γδ axis and the actual electrical angle θ is represented as “position error Δθ”. In the position sensorless control, an electrical angular velocity ω is calculated by PI control or the like so as to converge the position error Δθ to 0, and the control calculation is executed by regarding the estimated magnetic pole position θγ as the actual electrical angle θ.
以下の明細書及び図面において、記号「iγδ」は、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδを意味する。数式では、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδを別個に行列形式で表す。「vγδ」及び「eγδ」についても同様とする。またdq軸拡張誘起電圧についても「edq」と記す。
なお、「θγ」については、γを下付文字でなく通常文字で記載する。
In the following description and drawings, the symbol “i γδ ” means γ-axis current i γ and δ-axis current i δ . In the equations, the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ are separately represented in a matrix form. The same applies to “ vγδ ” and “ eγδ ”. The dq-axis extended induced voltage is also described as “ edq ”.
As for “θγ”, γ is described in normal characters instead of subscript characters.
図1に戻り、本実施形態のモータ制御装置101は、2系統の3相巻線組を有するモータ802の通電を位置センサレス制御により制御する。ここで、2系統のγδ軸電圧指令値v* γδ1、v* γδ2を演算するまでの構成は、いずれかの周知技術を適用可能であるものとし、図示を省略する。例えばγδ軸電圧指令値v* γδ1、v* γδ2は、検出された実電流を電流指令値に一致させる電流フィードバック制御により演算されてもよい。或いは、検出された実トルク、又は実電流から推定された推定トルクをトルク指令値に一致させるトルクフィードバック制御により演算されてもよい。
Returning to FIG. 1, the
モータ制御装置101は、第1系統の2相3相変換部171、3相2相変換部181、第2系統の2相3相変換部172、3相2相変換部182を備える。
また、モータ制御装置101は、電圧和算出器31、電流和算出器32、電圧差算出器33、電流差算出器34、系統和誘起電圧推定部41、系統差誘起電圧推定部43、和差加算器51、和差減算器52、判断部53、及び、磁極位置推定部56等を備える。
なお、一点鎖線で示すI部は、第4実施形態の説明で引用される。
The
Further, the
The portion I indicated by the dashed line is referred to in the description of the fourth embodiment.
破線で示すように、第1系統の2相3相変換部171及び3相2相変換部181には、磁極位置推定部56が推定した磁極位置θγが入力される。ここでは、磁極位置θγは、軸基準の定義により、第1系統の磁極位置を表すものとする。一方、第2系統の磁極位置は、第1系統の磁極位置を基準として電気角30°の位相差(図3参照)が加算される。したがって、第2系統の2相3相変換部172及び3相2相変換部182には、角度加算器272、282により、磁極位置θγに電気角30°が加算された位置が入力される。
As shown by the broken lines, the magnetic pole position θγ estimated by the magnetic pole
各系統の2相3相変換部171、172、及び3相2相変換部181、182は、入力された位置情報を用いて上記の座標変換演算を行う。
各系統の2相3相変換部171、172は、γδ軸電圧指令値v* γδ1、v* γδ2を3相電圧指令値v* UVW1、v* UVW2に変換し、電力変換器61、62に出力する。
各系統の3相2相変換部181、182は、電流センサ71、72が検出した相電流iUVW1、iUVW2を取得し、γδ軸電流検出値iγδ1、iγδ2に変換する。
以下、相電圧又は相電流との変換に関する記載以外では「γδ軸電圧指令値v* γδ1、v* γδ2」及び「γδ軸電流検出値iγδ1、iγδ2」の「γδ軸」を適宜省略し、「電圧指令値v* γδ1、v* γδ2」及び「電流検出値iγδ1、iγδ2」と記す。
The two-phase / three-
The two-phase / three-
The three-phase / two-
Hereinafter, `` γδ axis '' of `` γδ axis voltage command value v * γδ1 , v * γδ2 '' and `` γδ axis current detection value iγδ1 , iγδ2 '' is appropriately omitted except for the description regarding conversion with phase voltage or phase current. , “Voltage command values v * γδ1 , v * γδ2 ” and “current detection values iγδ1 , iγδ2 ”.
電圧和算出器31は、第1系統の電圧指令値v* γδ1と第2系統の電圧指令値v* γδ2との電圧和v* γδwを算出し、系統和誘起電圧推定部41に出力する。
電流和算出器32は、第1系統の電流検出値iγδ1と第2系統の電流検出値iγδ2との電流和iγδwを算出し、系統和誘起電圧推定部41に出力する。
電圧差算出器33は、第1系統の電圧指令値v* γδ1から第2系統の電圧指令値v* γδ2を減じた電圧差v* γδsを算出し、系統差誘起電圧推定部43に出力する。
電流差算出器34は、第1系統の電流検出値iγδ1から第2系統の電流検出値iγδ2を減じた電流差iγδsを算出し、系統差誘起電圧推定部43に出力する。
The
ここで、本明細書において、「AとBとの和」は、文字通り「A+B」の意味のみでなく、「(A+B)/2」、すなわち「AとBとの平均値」の意味で用いられる。また、「AからBを減じた差」は、文字通り「A−B」の意味のみでなく、「(A−B)/2」、すなわち「AからBを減じた値を2で除した半差分値」の意味で用いられる。
電圧和算出器31及び電流和算出器32は、平均値を意味する電圧和v* γδw及び電流和iγδwを算出し、電圧差算出器33及び電流差算出器34は、半差分値を意味する電圧差v* γδs及び電流差iγδsを算出する。なお、末尾記号「w」は「和」を意味し、末尾記号「s」は「差」を意味する。「w」、「s」は、明細書中では通常文字で記し、図及び数式中では下付文字として記載する。
Here, in the present specification, “the sum of A and B” is used not only literally for “A + B” but also for “(A + B) / 2”, that is, “mean value of A and B”. Can be In addition, “the difference obtained by subtracting B from A” literally means not only the meaning of “AB”, but also “(AB) / 2”, that is, “half the value obtained by subtracting B from A divided by 2”. It is used in the meaning of "difference value."
要するに、モータ制御装置101の各ブロックが扱う電圧及び電流値は、基本的に「1系統当たりに換算した値」である。換算のため2で除する演算は、単に調整の意味合いを持つにすぎない。それよりも本実施形態では、2系統の電圧及び電流値を加算するのか、又は減算するのか、という違いが重要な意味を持つ。
このような技術的思想により、本明細書では、「和」又は「差」の区別に重点を置く。したがって、本質的に「和」は平均値を含む概念であり、「差」は半差分値を含む概念であるものとして解釈する。
In short, the voltage and current values handled by each block of the
Due to such technical ideas, in this specification, emphasis is placed on the distinction between “sum” and “difference”. Therefore, "sum" is essentially interpreted as a concept including an average value, and "difference" is interpreted as a concept including a half difference value.
系統和誘起電圧推定部41は、電圧和v* γδw及び電流和iγδwに基づいて、2系統の拡張誘起電圧の和である系統和誘起電圧eγδwを推定する。
系統差誘起電圧推定部43は、電圧差v* γδs及び電流差iγδsに基づいて、2系統の拡張誘起電圧の差である系統差誘起電圧eγδsを推定する。
和差加算器51は、系統和誘起電圧eγδwと系統差誘起電圧eγδsとを加算し、判断部53に出力する。
和差減算器52は、系統和誘起電圧eγδwから系統差誘起電圧eγδsを減算し、判断部53に出力する。
The system sum induced
The system difference induced
The
The
判断部53は、系統和誘起電圧推定部41から系統和誘起電圧eγδwを直接取得する他、和差加算器51による加算結果(eγδw+eγδs)、及び、和差減算器52による減算結果(eγδw−eγδs)を取得する。すなわち、判断部53は、拡張誘起電圧eγδに関する3種類の演算値を取得する。
以下、文脈から自明である場合等、適宜、系統和誘起電圧eγδwを簡単に「和」と記す。また、和差加算器51による加算結果(eγδw+eγδs)を「和+差」と記し、和差減算器52による減算結果(eγδw−eγδs)を「和−差」と記す。
The determining
Hereinafter, the system sum induced voltage e γδ w will be simply referred to as “sum” as appropriate, for example, when it is obvious from the context. The addition result ( eγδw + eγδs ) of the sum-
判断部53は、「和」、「和+差」及び「和−差」の3種類の演算値のうち、磁極位置推定部56が磁極位置θγの推定に用いるのに最適なものを選択し、「選択後拡張誘起電圧eγδ#」として磁極位置推定部56に出力する。その選択方法については後述する。
ここで、磁極位置推定部56が用いる演算値は、原則として「和」が基準値であると考えると、「和+差」又は「和−差」を用いる場合、基準値である「和」を「差」により補正する処理が実行されると解することもできる。この考え方によると、「選択後拡張誘起電圧」を「補正後拡張誘起電圧」と言い換えてもよい。
The judging
Here, assuming that “sum” is a reference value in principle, the calculated value used by the magnetic pole
磁極位置推定部56は、判断部53から取得した選択後拡張誘起電圧eγδ#に基づいて、詳しくは後述する位置推定原理により、磁極位置θγ及び電気角速度ωを推定する。つまり、「磁極位置推定部」は、正確には「磁極位置及び速度推定部」として機能する。磁極位置推定部56の詳細な構成は、次に説明する図5に示される構成に準ずる。
以下、電気角速度ωを適宜、「速度ω」と記す。また、速度ωに比例定数を乗ずることによりモータ回転数となるため、モータ回転数の意味でも「ω」を用いる。
The magnetic pole
Hereinafter, the electrical angular velocity ω is appropriately referred to as “speed ω”. Further, since the motor rotation speed is obtained by multiplying the speed ω by the proportional constant, “ω” is also used in the meaning of the motor rotation speed.
ここで、位置センサレス制御における一般的な位置推定原理について、図5、図6を参照して説明する。
図5に、3相1系統のモータ801の駆動を制御するモータ制御装置100の制御ブロック図を示す。2相3相変換部171、3相2相変換部181、電力変換器61及び電流センサ71については、図1に示すモータ制御装置101における第1系統の構成要素の符号を援用する。
Here, a general position estimation principle in the position sensorless control will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a control block diagram of the
また、電流フィードバック制御の構成として、電流減算器14及び電流制御器15が示される。電流センサ71で検出された相電流iUVWは、3相2相変換部181でγδ軸電流検出値iγδに変換され、γδ軸電流指令値i* γδに対してフィードバックされる。電流制御器15は、電流減算器14で算出された電流指令値i* γδと電流検出値iγδとの差分を0に収束させるように、PI制御等により電圧指令値v* γδを演算する。
In addition, a
推定回転座標系の電圧方程式は数式1で表される。数式1中の下記の記号はモータ定数である。拡張誘起電圧推定部40は、電圧指令値v* γδ及び電流検出値iγδを取得し、数式1より、拡張誘起電圧eγδを演算する。
R :抵抗
Ld、Lq:d軸、q軸自己インダクタンス
KE:逆起電力定数
R: resistance L d , L q : d-axis, q-axis self-inductance K E : back electromotive force constant
磁極位置推定部56は、アークタンジェント演算部57、PI制御器58、及び積分器59を含む。
アークタンジェント演算部57は、数式1の「−sin△θ、cos△θ」に基づき、数式2により位置誤差Δθを演算する。
The arc
PI制御器58は、位置誤差Δθが0になるように、PI制御により速度ωの目標値を演算する。位置誤差Δθが0のとき、拡張誘起電圧eγδは数式3で表される。つまり、位置誤差Δθが0のとき、拡張誘起電圧eγδのγ軸成分eγは、「eγ=0」となる。
ところで、電圧指令値v* γδと実電圧との誤差、電流検出値iγδと実電流との誤差、又は、モータ定数の誤差が存在すると仮定する。すると、数式4に示すように、拡張誘起電圧推定部40が推定した拡張誘起電圧eγδは、実dq軸の拡張誘起電圧edqに対し、誤差Δeγδを含むものとなる。
例えばモータ定数である抵抗Rが誤差ΔRを含むとすると、これによる拡張誘起電圧の誤差Δeγδは、数式5で表される。
このように、拡張誘起電圧推定部40が推定した拡張誘起電圧に誤差Δeγδが含まれる場合でも、PI制御器58の作用により、位置誤差Δθが0になるように制御される。つまり、拡張誘起電圧の推定誤差Δeγδの分を補償するように速度ω及び磁極位置θγが演算されるため、その分の位置誤差Δθが発生する。
As described above, even when the extended induced voltage estimated by the extended induced
次に、図1に戻り、2系統のモータ制御装置101での位置推定について説明する。
2系統での電圧方程式には、モータ定数として、系統間干渉を考慮したd軸、q軸相互インダクタンスMd、Mqが含まれる。また、数式1における逆起電力定数KEに対応する定数として、数式6、7では、図2(a)に示す界磁回路87のインダクタンスMf及び界磁電流ifの積の値を用いる。
Next, returning to FIG. 1, the position estimation in the two-system
The voltage equations in the two systems include d-axis and q-axis mutual inductances M d and M q in consideration of inter-system interference as motor constants. Further, as a constant corresponding to the back electromotive force constant K E in
第1系統の推定回転座標系の電圧方程式、及び拡張誘起電圧eγδ1は、数式6で表される。各記号の添え字「1」は、第1系統の値であることを示す。
第2系統の推定回転座標系の電圧方程式、及び拡張誘起電圧eγδ2は、数式7で表される。各記号の添え字「2」は、第2系統の値であることを示す。
まず、第1系統及び第2系統の電圧、電流の「和」の情報のみを用いた位置推定について説明する。「和」の情報のみによる推定構成は、図1における電圧和算出器31、電流和算出器32、及び系統和誘起電圧推定部41により実行される。つまり、図1における電圧差算出器33、電流差算出器34及び系統差誘起電圧推定部43、更に、和差加算器51、和差減算器52、判断部53は、実質的に除外されたものとみなされる。
言い換えれば、図16に示す比較例のモータ制御装置109の構成が、「和」の情報のみによる推定構成に相当する。図16に示す比較例の構成は、基本的に、従来技術である特許文献1(特許第5527025号公報)の構成に相当するものである。
First, a description will be given of position estimation using only the information of the “sum” of the voltages and currents of the first system and the second system. The estimation configuration based on only the “sum” information is executed by the
In other words, the configuration of the
第1系統及び第2系統の電圧、電流、拡張誘起電圧のそれぞれの「和」(すなわち平均値)を数式8で定義する。
また、2系統の自己インダクタンスについて数式9の関係が成り立つと仮定する。
2系統の電圧、電流の「和」を用いた電圧方程式、及び拡張誘起電圧eγδwは、数式10で表される。比較例のモータ制御装置109において、磁極位置推定部56は、数式10により推定される位置誤差Δθを0にするようにPI制御し、速度ω及び磁極位置θγを推定する。
先に1系統モータ制御装置の例で説明した通り、推定された拡張誘起電圧eγδには、電圧、電流、モータ定数の誤差に基づく誤差Δeγδが生じる可能性がある。さらに、2系統のモータ構成では、系統間の電圧、電流、モータ定数の不平衡により、各系統の誘起電圧eγδ1、eγδ2にそれぞれ誤差Δeγδ1、Δeγδ2が生じると考えられる。そして、2系統の誤差Δeγδ1、Δeγδ2の関係には多様なパターンがあり得る。
続いて、比較例による「和の情報のみによる位置推定」の構成と対比しつつ、第1実施形態による「和と差の情報による位置推定」の構成について説明する。
As described above in the example of the single-system motor control device, the estimated extended induced voltage e γδ may have an error Δe γδ based on errors in voltage, current, and motor constant. Further, in the two-system motor configuration, it is considered that errors Δe γδ1 and Δe γδ2 occur in the induced voltages e γδ1 and e γδ2 of the respective systems due to imbalance in the voltage, current, and motor constant between the systems. There can be various patterns in the relationship between the two systems of errors Δe γδ1 and Δe γδ2 .
Next, the configuration of “position estimation based on sum and difference information” according to the first embodiment will be described in comparison with the configuration of “position estimation based on sum information only” according to a comparative example.
まず、2系統モータ制御装置における系統間の不平衡による拡張誘起電圧の誤差について、数式を用いて記述する。以下、拡張誘起電圧の推定値を「推定誘起電圧」と記す。
第1系統の推定誘起電圧eγδ1、及び第2系統の推定誘起電圧eγδ2は、数式11で表される。
Estimated induced voltage e Ganmaderuta2 the estimated induced voltage e Ganmaderuta1, and a second system of the first system is represented by Equation 11.
また、行列形式の数式11を簡略化し、γδ軸の推定誘起電圧をまとめて数式12のように表す。
2系統のdq軸誘起電圧の「和」(すなわち平均値)edqwを数式13のように定義する。
また、数式14のように、各系統のdq軸誘起電圧は等しいと仮定する。
2系統の推定誘起電圧の「和」(すなわち平均値)eγδwは、数式15で表される。
行列形式の数式15を簡略化し、γδ軸の推定誘起電圧の和をまとめて数式16のように表す。第2項をまとめた「Δeγδw」は、推定誘起電圧の「和の誤差」を示す。
また、第1系統の推定誘起電圧eγδ1から第2系統の推定誘起電圧eγδ2を減じた差(すなわち半差分値)eγδsは、数式17で表される。
行列形式の数式17を簡略化し、γδ軸の推定誘起電圧の差をまとめて数式18のように表す。
続いて図7を参照する。ここで、2系統の推定誘起電圧の誤差パターンとして、3通りのパターンを想定する。以下、「各系統の推定誘起電圧の誤差」を単に「各系統の誤差」という。また、「2系統の推定誘起電圧の和の誤差」を単に「和の誤差」といい、「2系統の推定誘起電圧の差」を単に「差」という。「和の誤差」は数式16、「差」は数式18に示す通りである。 Next, refer to FIG. Here, three patterns are assumed as error patterns of the estimated induced voltages of the two systems. Hereinafter, the “error of the estimated induced voltage of each system” is simply referred to as “error of each system”. The “error of the sum of the estimated induced voltages of the two systems” is simply called “sum error”, and the “difference of the estimated induced voltages of the two systems” is simply called “difference”. The “sum error” is as shown in Expression 16, and the “difference” is as shown in Expression 18.
パターン[A]は、「第1系統の誤差Δeγδ1が、第2系統の誤差Δeγδ2の符号を反転した値に等しい場合」である。つまり、第1系統の誤差Δeγδ1と第2系統の誤差Δeγδ2との符号が逆(Δeγδ1>0,Δeγδ2<0、又は、Δeγδ1<0,Δeγδ2>0)であり、且つ絶対値が等しい(|Δeγδ1|=|Δeγδ2|)場合である。
このとき、第1系統の誤差Δeγδ1と第2系統の誤差Δeγδ2とが相殺するため、和の誤差Δeγδwが0になる。なお、差eγδsは、第1系統の誤差Δeγδ1に等しくなる。
Pattern [A] is “when the error Δe γδ1 of the first system is equal to a value obtained by inverting the sign of the error Δe γδ2 of the second system”. In other words, the sign of the error .DELTA.e Ganmaderuta2 the error .DELTA.e Ganmaderuta1 of the first system a second system is reversed (Δe γδ1> 0, Δe γδ2 <0, or, Δe γδ1 <0, Δe γδ2 > 0) is, and the absolute values are equal (| Δe γδ1 | = | Δe γδ2 |) is the case.
In this case, since the error .DELTA.e Ganmaderuta1 of the first system and the error .DELTA.e Ganmaderuta2 of the second system is canceled, the error .DELTA.e the ?? w of the sum is zero. Note that the difference e γδ s is equal to the error Δe γδ1 of the first system.
パターン[B]は、「第1系統の誤差Δeγδ1が0の場合」である。このとき、和の誤差Δeγδwは、第2系統の誤差の2分の1(=Δeγδ2/2)に等しくなり、差eγδsは、第2系統の誤差の2分の1の符号反転値(=−Δeγδ2/2)に等しくなる。
したがって、「和の誤差+差(Δeγδw+eγδs)」が0になる。
パターン[C]は、「第2系統の誤差Δeγδ2が0の場合」である。このとき、和の誤差Δeγδw、差eγδsのいずれも、第1系統の誤差の2分の1(=Δeγδ1/2)に等しくなる。
したがって、「和の誤差−差(Δeγδw−eγδs)」が0になる。
Pattern [B] is “when the error Δe γδ1 of the first system is 0”. At this time, the sum error Δe γδ w is equal to half of the error of the second system (= Δe γδ2 / 2), and the difference e γδ s is the sign of half the error of the second system. equal to the inverted value (= -Δe γδ2 / 2).
Therefore, the "error + difference of the sum (Δe γδ w + e γδ s ) " is zero.
Pattern [C] is “when the error Δe γδ2 of the second system is 0”. At this time, both the sum error Δe γδ w and the difference e γδ s are equal to one half of the error of the first system (= Δe γδ1 / 2).
Therefore, the "error of the sum - difference (Δe γδ w-e γδ s ) " is zero.
このように、各パターンにおいて0となる演算値は、次のようになる。
パターン[A]:和の誤差Δeγδw
パターン[B]:和の誤差+差(Δeγδw+eγδs)
パターン[C]:和の誤差−差(Δeγδw−eγδs)
比較例による「和の情報のみによる位置推定」の構成は、パターン[A]の場合、推定誘起電圧の誤差Δeγδwが0となるため、位置誤差Δθを低減可能である。しかし、比較例の構成では、パターン[B]、[C]には対応することができず、位置誤差Δθの増大を招くおそれがある。
As described above, the calculated value that becomes 0 in each pattern is as follows.
Pattern [A]: Sum error Δe γδ w
Pattern [B]: sum error + difference (Δe γδ w + e γδ s)
Pattern [C]: error of the sum - difference (Δe γδ w-e γδ s )
In the configuration of “position estimation using only sum information” according to the comparative example, in the case of the pattern [A], the error Δe γδ w of the estimated induced voltage is 0, and thus the position error Δθ can be reduced. However, the configuration of the comparative example cannot respond to the patterns [B] and [C], and may cause an increase in the position error Δθ.
そこで、第1実施形態のモータ制御装置101は、構成の説明において上述した通り、系統和誘起電圧推定部41により「和eγδw」を演算することに加え、系統差誘起電圧推定部43により「差eγδs」を演算する。また、和差加算器51及び和差減算器52により、「和+差(eγδw+eγδs)」及び「和−差(eγδw−eγδs)」を演算する。したがって、「和eγδw」、「和+差(eγδw+eγδs)」、「和−差(eγδw−eγδs)」の3種類の演算値を利用することが可能となる。
Therefore, as described above in the description of the configuration, the
そして、現実の誤差パターンを[A]、[B]、[C]のうち最も近いパターンに分類し、磁極位置推定部56において、パターン毎に、3種類の演算値のうち最小の値を用いて磁極位置θγを推定することで、位置誤差Δθを低減することができる。
また、本実施形態では、判断部53が、モータ制御装置の動作中に都度入力される3種類の演算値のうち最小の値を選択し、選択後拡張誘起電圧eγδ#として磁極位置推定部56に出力する。
Then, the actual error pattern is classified into the closest pattern among [A], [B], and [C], and the magnetic pole
Further, in the present embodiment, the
続いて、判断部53が実行する「演算値選択処理」の3通りの具体例について、図8〜図10のフローチャートを参照する。
各フローチャートの説明で記号Sは「ステップ」を表す。また、図8〜図10において共通のステップには同一のステップ番号を付す。さらに、共通ではないが互いに対応するステップには、同一のステップ番号の後に枝番「−1、−2、−3」を付して記す。
Next, with reference to the flowcharts of FIGS. 8 to 10, three specific examples of the “operation value selection process” executed by the
In the description of each flowchart, the symbol S represents “step”. 8 to 10, the common steps are denoted by the same step numbers. Further, steps which are not common but correspond to each other are described by adding branch numbers "-1, -2, -3" after the same step number.
図8に、拡張誘起電圧ベクトルeγδの大きさに基づく選択処理のフローを示す。
S1にて、系統和誘起電圧推定部41及び系統差誘起電圧推定部43は、それぞれ系統和誘起電圧eγδw(以下「和eγδw」)及び系統差誘起電圧eγδs(以下「差eγδs」)を演算する。
S2−1にて、和差加算器51は、和eγδwに差eγδsを加算し、「和+差(eγδw+eγδs)」を算出する。和差減算器52は、和eγδwから差eγδsを減算し、「和−差(eγδw−eγδs)」を算出する。
FIG. 8 shows a flow of a selection process based on the magnitude of the extended induced voltage vector eγδ .
In S1, the system sum induced
At S2-1, sum and
S3−1、S4−1にて、判断部53は、「和eγδw」、「和+差(eγδw+eγδs)」、「和−差(eγδw−eγδs)」のうち最小の値を選択する。
まず、S3−1にて、「和eγδw」と、「和+差(eγδw+eγδs)、又は、和−差(eγδw−eγδs)の小さい方の値」とが比較される。「和eγδw」が小さい場合、YESと判断され、S5に移行する。
In S3-1 and S4-1, the
First, in S3-1, the “sum eγδw ” and the smaller value of “sum + difference ( eγδw + eγδs ) or sum−difference ( eγδw − eγδs )” are obtained. Be compared. If “sum e γδ w” is small, YES is determined, and the routine shifts to S5.
S3−1にて、「和+差(eγδw+eγδs)、又は、和−差(eγδw−eγδs)の小さい方の値」が小さい場合、NOと判断される。そして、S4−1にて、「和+差(eγδw+eγδs)」と「和−差(eγδw−eγδs)」とが比較される。
「和+差(eγδw+eγδs)」が小さい場合、YESと判断され、S6に移行する。
「和−差(eγδw−eγδs)」が小さい場合、NOと判断され、S7に移行する。
なお、判断の順番は上記の例に限らず、最終的に最小値が判別されればよい。
In S <b> 3-1, if “the sum + difference ( eγδw + eγδs ) or the sum−difference ( eγδw − eγδs )” is small, it is determined to be NO. Then, at S4-1, the "sum + difference (e γδ w + e γδ s ) " - and the "sum difference (e γδ w-e γδ s ) " are compared.
When “sum + difference ( eγδw + eγδs )” is small, it is determined as YES, and the process shifts to S6.
If “sum−difference ( eγδw − eγδs )” is small, it is determined as NO, and the process shifts to S7.
The order of the determination is not limited to the above example, and the minimum value may be finally determined.
S5では、「和eγδw」が選択後拡張誘起電圧eγδ#に選択される。
S6では、「和+差(eγδw+eγδs)」が選択後拡張誘起電圧eγδ#に選択される。
S7では、「和−差(eγδw−eγδs)」が選択後拡張誘起電圧eγδ#に選択される。
こうして選択された選択後拡張誘起電圧eγδ#は、磁極位置推定部56に出力され、位置推定のアークタンジェント演算に利用される。
In S5, “sum e γδ w” is selected as the selected extended induced voltage e γδ #.
In S6, “sum + difference ( eγδw + eγδs )” is selected as the selected expanded induced voltage eγδ #.
In S7, “sum−difference ( eγδw − eγδs )” is selected as the selected expanded induced voltage eγδ #.
The selected extended induced voltage e γδ # thus selected is output to the magnetic pole
図9に、拡張誘起電圧の推定d軸(γ軸)成分eγの大きさに基づく選択処理のフローを示す。拡張誘起電圧ベクトルeγδは、本来、推定q軸方向のベクトルであり、推定q軸成分の誤差Δeδは相対的に無視して良いレベルであると考えられる。図9の処理は、その点に着目し、推定d軸成分の誤差Δeγのみを用いて判断するものである。
図9において枝番S「−2」を付したステップ(S2−2、S3−2、S4−2)は、いずれも、図8における枝番「−1」のステップの「γδ」を「γ」に置き換えたものである。それ以外は図8と同様であるため、説明を省略する。また、図9のS1、S5、S6、S7において括弧内に示した値は、次の第2実施形態で用いられる。
図9の処理では推定d軸成分の値のみを扱うため、図8の処理に比べ演算量を低減することができる。
Figure 9 shows a flow of a selection process based on the estimated d-axis (gamma-axis) the magnitude of the component e gamma expansion induced voltage. The extended induced voltage vector e γδ is originally a vector in the estimated q-axis direction, and the error Δe δ of the estimated q-axis component is considered to be at a relatively negligible level. The processing in FIG. 9 focuses on this point, and makes a determination using only the error Δe γ of the estimated d-axis component.
In the steps (S2-2, S3-2, S4-2) with the branch number S "-2" in FIG. 9, "γδ" of the step with the branch number "-1" in FIG. ]. Other than that is the same as FIG. 8, and the description is omitted. The values shown in parentheses in S1, S5, S6, and S7 of FIG. 9 are used in the following second embodiment.
Since only the value of the estimated d-axis component is handled in the process of FIG. 9, the amount of calculation can be reduced as compared with the process of FIG.
図10に、拡張誘起電圧ベクトルeγδのδ軸基準位相に基づく選択処理のフローを示す。
S2−3にて、判断部53は、系統和誘起電圧eγδw及び系統差誘起電圧eγδsに基づいて、和、(和+差)、(和−差)の3通りのベクトル比率Xw、Xw+s、Xw−sを算出する。図6に示す通り、ベクトル比率Xは、誘起電圧ベクトルeγδのδ軸成分の大きさを1としたときのγ軸成分の大きさを表す値である。
FIG. 10 shows a flow of a selection process based on the δ-axis reference phase of the extended induced voltage vector eγδ .
At S2-3,
S3−3、S4−3にて、判断部53は、各ベクトル比率Xw、Xw+s、Xw−sのアークタンジェントtan-1|Xw|、tan-1|Xw+s|、tan-1|Xw−s|のうち最小の値を選択する。このステップでは、δ軸基準位相の絶対値が最小の値、言い換えれば、最もδ軸に一致する拡張誘起電圧ベクトルeγδに対応する値が選択される。最小値選択の考え方、及び、選択後拡張誘起電圧eγδ#を決定するS5、S6、S7は図8と同様であるため、説明を省略する
図10の処理では、図8の処理と同様に、拡張誘起電圧ベクトルeγδのγ軸成分及びδ軸成分の情報を反映した判断をすることができる。
In S3-3 and S4-3, the
(効果)
本実施形態の2系統のモータ制御装置は、図16に示す比較例の構成に対し、系統和誘起電圧推定部41に加えて系統差誘起電圧推定部43を備える。
磁極位置推定部56は、系統和誘起電圧eγδw、系統和誘起電圧に系統差誘起電圧を加算した値(eγδw+eγδs)、及び、系統和誘起電圧から系統差誘起電圧を減算した値(eγδw−eγδs)のうちから位置誤差Δθが最小となるように選択されたいずれかの値に基づいて、ロータの磁極位置θγを推定する。これら3種類の演算値は、図7に示す[A]、[B]、[C]の推定誘起電圧誤差パターンに対応し、各誤差パターンにおける位置誤差Δθを最小とするものである。
(effect)
The two-system motor control device of this embodiment includes a system difference induced
The magnetic pole
したがって、2系統の不平衡により生ずる現実の推定誘起電圧の誤差パターンを、図7の[A]、[B]、[C]のうち最も近いパターンに分類し、磁極位置推定部56において、パターン毎に最適な演算値を用いて磁極位置θγを推定することにより、位置誤差Δθを低減することができる。
また、本実施形態の判断部53は、モータ制御装置の動作中に都度入力される3種類の演算値のうち最小の値を選択し、選択後拡張誘起電圧eγδ#として磁極位置推定部56に出力する。これにより、誤差パターンが既知でない場合や経時変化する場合にも、磁極位置推定部56による位置推定の周期毎に位置誤差Δθを最小にすることができる。
Therefore, the error pattern of the actual estimated induced voltage caused by the unbalance of the two systems is classified into the closest pattern among [A], [B], and [C] in FIG. The position error Δθ can be reduced by estimating the magnetic pole position θγ using the optimum calculation value for each time.
In addition, the
(第2実施形態)
第2実施形態によるモータ制御装置について図11を参照して説明する。
第2実施形態のモータ制御装置102を構成する制御ブロックは、第1実施形態のモータ制御装置101と同じである。ただし、系統和誘起電圧推定部41から判断部53に対し、推定d軸の系統和誘起電圧eγwのみが出力される点が異なる。推定q軸の系統和誘起電圧eδwは、系統差誘起電圧eδsと加減算されることなく、磁極位置推定部56に直接出力される。
(2nd Embodiment)
A motor control device according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
The control blocks constituting the
拡張誘起電圧ベクトルeγδは、本来、推定q軸方向のベクトルであり、推定q軸成分の誤差Δeδは相対的に無視して良いレベルであると考えられる。そこで、第2実施形態では、推定d軸成分についてのみ、系統和誘起電圧eγwと系統差誘起電圧eγsとを加減算する。
第2実施形態の判断部53は、図9のフローチャートのS1、S5、S6、S7において括弧内に示すように、推定d軸成分についてのみ演算値選択処理を実行し、選択後拡張誘起電圧としてeγ#を出力するようにしてもよい。
第2実施形態は、第1実施形態に対し、選択処理の演算量を低減することができる。
The extended induced voltage vector e γδ is originally a vector in the estimated q-axis direction, and the error Δe δ of the estimated q-axis component is considered to be at a relatively negligible level. Thus, in the second embodiment, the system sum induced voltage e γ w and the system difference induced voltage e γ s are added or subtracted only for the estimated d-axis component.
As shown in parentheses in S1, S5, S6, and S7 of the flowchart of FIG. 9, the
The second embodiment can reduce the calculation amount of the selection process compared to the first embodiment.
(第3実施形態)
第3実施形態によるモータ制御装置について図12を参照して説明する。
第3実施形態のモータ制御装置103は、系統差誘起電圧eγδsを演算する構成が第1実施形態と異なる。つまり、モータ制御装置103は、第1系統誘起電圧推定部45、第2系統誘起電圧推定部46、及び、系統差誘起電圧推定部47を備える。
(Third embodiment)
A motor control device according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
The
第1系統誘起電圧推定部45は、基本的に第1系統の電圧指令値v* γδ1及び電流検出値iγδ1に基づいて、第1系統の拡張誘起電圧eγδ1を推定する。
第2系統誘起電圧推定部46は、基本的に第2系統の電圧指令値v* γδ2及び電流検出値iγδ2に基づいて、第2系統の拡張誘起電圧eγδ2を推定する。
このように、第1系統誘起電圧推定部45及び第2系統誘起電圧推定部46は、各系統の電圧及び電流を用いて系統毎に拡張誘起電圧を推定する。
The first system induced
The second system induced
As described above, the first system induced
なお、破線で示すように、第1系統の電圧指令値v* γδ1及び電流検出値iγδ1が更に第2系統誘起電圧推定部46に入力され、第2系統の電圧指令値v* γδ2及び電流検出値iγδ2が更に第1系統誘起電圧推定部45に入力されてもよい。例えば系統間の相互干渉を考慮する場合には、相手系統の電圧、電流値を用いて、干渉項を含む精密な演算をすることができる。
As indicated by the broken line, the first-system voltage command value v * γδ1 and the current detection value iγδ1 are further input to the second-system induced
系統差誘起電圧推定部47は、第1系統の拡張誘起電圧eγδ1から第2系統の拡張誘起電圧eγδ2を減算し、系統差誘起電圧eγδsを算出する。系統差誘起電圧eγδsは、和差加算器51及び和差減算器52にて、系統和誘起電圧の誤差Δeγδwと加減算され、判断部53に入力される。
なお、系統差誘起電圧推定部に代えて又は加えて、系統和誘起電圧推定部が、第1系統の拡張誘起電圧eγδ1と第2系統の拡張誘起電圧eγδ2と加算し、系統和誘起電圧eγδwを算出してもよい。この構成によっても、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
Strain differences induced
Instead of or in addition to the system difference induced voltage estimating unit, the system sum induced voltage estimating unit adds the first system extended induced voltage e γδ1 and the second system extended induced voltage e γδ2 to obtain the system sum induced voltage. e γδ w may be calculated. With this configuration, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
(第4実施形態)
第4実施形態によるモータ制御装置について図13〜図15を参照して説明する。
第4実施形態のモータ制御装置104は、第1実施形態のモータ制御装置101を示す図1のI部の構成に代えて、図13に示す構成を採用する。すなわち、第4実施形態のモータ制御装置104では、系統和誘起電圧推定部42及び系統差誘起電圧推定部44は、入力信号中の高周波成分を除去するフィルタとして構成されている。
(Fourth embodiment)
A motor control device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
The
系統和誘起電圧推定部42は、「電圧指令値の和v* γδwから、インピーダンスZwと電流検出値の和iγδwとの積を減じた値」を入力とし、カットオフ周波数fcowを用いて表される数式19の伝達関数Gw(s)を用いてフィルタ処理する。
系統差誘起電圧推定部44は、「電圧指令値の差v* γδsから、インピーダンスZsと電流検出値の和iγδsとの積を減じた値」を入力とし、カットオフ周波数fcosを用いて表される数式20の伝達関数Gs(s)を用いてフィルタ処理する。
また、系統和誘起電圧推定部42及び系統差誘起電圧推定部44には、磁極位置推定部56が演算した速度ωが入力される。
なお、インピーダンスZw、Zsは、数式6、数式7の行列式の値をまとめたものであり、演算式の精度によっては、「Zw=Zs」ともなり得る。ただし、和演算と差演算で考慮するモータ定数の精度を変更する場合、現実の演算では「Zw≠Zs」として扱ってもよい。
The speed ω calculated by the magnetic
The impedances Zw and Zs are obtained by summing up the values of the determinants of
一般に3相交流回転機の制御において、3相電流検出値iUVW1、iUVW2には、5次、7次、11次、13次等、(6k±1)次(kは自然数)の高調波成分が1次成分に重畳することが知られている。この高調波成分は、IPMモータにおけるロータマグネットの着磁不均一性やロータ及びステータの形状に起因する構造的要因やモータ動作中の外乱等により発生する。高調波成分は、脈動により、位置推定精度を低下させる要因となる。
相電流の1次成分に重畳する(6k±1)次成分は、座標変換により、γδ軸電流の6次、12次等の(6k)次成分となる。
Generally, in the control of a three-phase AC rotating machine, the three-phase current detection values i UVW1 and i UVW2 include harmonics of the (6k ± 1) order (k is a natural number) such as the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth orders. It is known that the components overlap the primary components. The harmonic component is generated due to a non-uniform magnetization of the rotor magnet in the IPM motor, a structural factor due to the shapes of the rotor and the stator, a disturbance during the operation of the motor, and the like. The harmonic component causes a reduction in position estimation accuracy due to pulsation.
The (6k ± 1) -order component superimposed on the first-order component of the phase current becomes the (6k) -order component such as the 6th or 12th order of the γδ-axis current by the coordinate transformation.
図14(a)に、6次成分が重畳した2系統のγ軸電流iγ1_6次、iγ2_6次、及び、それらの和(平均値)を示す。2系統のγ軸電流0次成分の値、及び、γ軸電流6次成分の振幅は同一であると仮定する。
1周期が電気角60°に相当する6次成分について、位相が電気角30°ずれた2系統のγ軸電流iγ1_6次、iγ2_6次は、ちょうど山と谷とが反転した逆位相となる。そこで、電流和算出器32により逆位相のγ軸電流iγ1_6次、iγ2_6次の「和」を演算すると、6次高調波成分は互いにキャンセルされて系統和誘起電圧推定部42に入力される。
FIG. 14A shows two systems of γ-axis currents i γ1 — sixth order , i γ2 — sixth order , and a sum (average value) thereof, in which the sixth order component is superimposed. It is assumed that the values of the zero-order component of the γ-axis current of the two systems and the amplitude of the sixth-order component of the γ-axis current are the same.
For the sixth-order component in which one cycle corresponds to an electrical angle of 60 °, the two systems of γ-axis currents i γ1_6 and i γ2_6 whose phases are shifted by an electrical angle of 30 ° have opposite phases in which the peaks and valleys are inverted. . Therefore, when the
一方、図14(b)に示すように、1周期が電気角30°に相当する12次成分について、位相が電気角30°ずれた2系統のγ軸電流iγ1_12次、iγ2_12次は同位相となる。したがって、電流和算出器32により「和」を演算しても12次高調波成分はキャンセルされずに系統和誘起電圧推定部42に入力される。
そこで、系統和誘起電圧推定部42のカットオフ周波数fcowは、少なくとも12次高調波成分を除去できるような周波数に設定されることが好ましい。
On the other hand, as shown in FIG. 14 (b), the γ-axis currents i γ1_12 and i γ2_12 of the two systems whose phases are shifted by an electrical angle of 30 ° are the same for the 12th-order component whose one cycle corresponds to an electrical angle of 30 °. Phase. Therefore, even when the “sum” is calculated by the
Therefore, it is preferable that the cutoff frequency f ow of the system sum induced
また、系統差誘起電圧推定部44に入力される電流検出値の「差」については、逆に、同位相の12次高調波成分がキャンセルされ、逆位相の6次高調波成分はキャンセルされない。そこで、系統差誘起電圧推定部44のカットオフ周波数fcosは、少なくとも6次高調波成分を除去できるような周波数に設定されることが好ましい。
Conversely, regarding the “difference” of the current detection values input to the system difference induced
これらの理由により、第4実施形態による系統和誘起電圧推定部42及び系統差誘起電圧推定部44のカットオフ周波数fcow、fcosは、図15に示すように設定される。
図15(a)に示すように、カットオフ周波数fcow、fcosは、速度(モータ回転数)ωが下限値ωLIM以上の領域では、速度(モータ回転数)ωが高くなるほど高くなるように設定される。
このように、モータ制御装置104の系統和誘起電圧推定部42及び系統差誘起電圧推定部44は、モータ回転数ωに応じてフィルタのカットオフ周波数が可変に設定される。これにより、高調波成分の影響を適切に低減することができる。
For these reasons, the cutoff frequencies f cow and f cos of the system sum induced
As shown in FIG. 15A, the cutoff frequencies f cow and f cos increase as the speed (motor rotation speed) ω increases in a region where the speed (motor rotation speed) ω is equal to or higher than the lower limit ω LIM. Is set to
As described above, in the system sum induced
図15(b)の周波数特性図には、ゲインが−3[dB]となる周波数をカットオフ周波数とする例を示す。6次高調波成分の除去を目的とする系統差誘起電圧推定部44(差フィルタ)のカットオフ周波数fcosは、12次高調波成分の除去を目的とする系統和誘起電圧推定部42(和フィルタ)のカットオフ周波数fcowよりも低く、例えば2分の1程度の値に設定される。
このように、モータ制御装置104の系統和誘起電圧推定部42及び系統差誘起電圧推定部44は、フィルタのカットオフ周波数fcow、fcosが互いに異なる値に設定される。これにより、高調波成分の影響を適切に低減することができる。
The frequency characteristic diagram of FIG. 15B shows an example in which the frequency at which the gain is -3 [dB] is set as the cutoff frequency. The cutoff frequency f cos of the system difference induced voltage estimating unit 44 (difference filter) for removing the sixth harmonic component is different from the system sum induced voltage estimating unit 42 (for removing the twelfth harmonic component). The sum filter is set to a value lower than the cutoff frequency f ow , for example, about a half.
As described above, in the system sum induced
(その他の実施形態)
(a)上記実施形態の判断部53は、モータ制御装置の動作中に都度、「和eγδw」、「和+差(eγδw+eγδs)」、「和−差(eγδw−eγδs)」のうち最小値を選択し、選択後拡張誘起電圧eγδ#として磁極位置推定部56に出力する。
しかし、例えば第1系統又は第2系統の拡張誘起電圧の誤差Δeγδ1、Δeγδ2が常に0であることが既知である場合、判断部53を設けず、「和+差(eγδw+eγδs)」又は「和−差(eγδw−eγδs)」を利用して位置推定することを予め選択してもよい。
同様に、第1系統の誤差Δeγδ1が第2系統の誤差Δeγδ2の符号を反転した値に常に等しいことが既知である場合、判断部53を設けず、「和eγδw」を利用して位置推定することを予め選択してもよい。
(Other embodiments)
(A) The
However, for example, when it is known that the errors Δe γδ1 and Δe γδ2 of the extended induced voltage of the first system or the second system are always 0, the
Similarly, when it is known that the error Δe γδ1 of the first system is always equal to the value obtained by inverting the sign of the error Δe γδ2 of the second system, the
(b)本発明の制御対象とする回転機は、3相回転機に限らず、4相以上の回転機であってもよい。
また、回転機の複数の巻線組の数、言い換えればモータ制御装置の系統数は3系統以上であってもよい。ただし、3系統以上のうち任意に選択した特定の2系統を対象として、本発明による位置推定が実行される。3系統のうち特定の2系統を固定するか、或いは、状況に応じていずれかの2系統を選択するか等の詳細な方法は、適宜決定してよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(B) The rotating machine to be controlled in the present invention is not limited to a three-phase rotating machine, but may be a four- or more-phase rotating machine.
The number of winding sets of the rotating machine, in other words, the number of systems of the motor control device may be three or more. However, position estimation according to the present invention is performed on two specific systems arbitrarily selected from three or more systems. A detailed method of fixing two specific systems among the three systems or selecting any two systems depending on the situation may be determined as appropriate.
As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
101、102、103、104・・・モータ制御装置(回転機の制御装置)、
41、42・・・系統和誘起電圧推定部、
43、44、47・・・系統差誘起電圧推定部、
53・・・判断部、
56・・・磁極位置推定部、
61、62・・・電力変換器、
80・・・モータ(回転機)。
101, 102, 103, 104: motor control device (control device for rotating machine)
41, 42 ... System sum induced voltage estimation unit,
43, 44, 47 ... system difference induced voltage estimation unit,
53 ... judgment unit,
56 magnetic pole position estimating unit
61, 62 ... power converter,
80 ... motor (rotary machine).
Claims (7)
入力された電力を交流電力に変換し、前記回転機に供給する複数の電力変換器(61、62)と、
一組の前記巻線組への通電を制御する一群の構成要素の単位を系統と定義すると、複数系統から選択した特定の2系統の拡張誘起電圧の和である系統和誘起電圧(eγδw)を推定する系統和誘起電圧推定部(41、42)と、
前記特定の2系統の拡張誘起電圧の差である系統差誘起電圧(eγδs)を推定する系統差誘起電圧推定部(43、44、47)と、
前記系統和誘起電圧、前記系統和誘起電圧に前記系統差誘起電圧を加算した値、及び、前記系統和誘起電圧から前記系統差誘起電圧を減算した値のうちから位置誤差(Δθ)が最小となるように選択されたいずれかの値に基づいて、前記回転機のロータ(85)の磁極位置(θγ)を推定する磁極位置推定部(56)と、
を備える回転機の制御装置。 A control device for a rotating machine that controls energization of the plurality of winding sets by a position sensorless control for a rotating machine (80) having a plurality of multi-phase winding sets of three or more phases in a stator (84),
A plurality of power converters (61, 62) for converting input power into AC power and supplying the power to the rotating machine;
If a unit of a group of constituent elements for controlling energization to one set of windings is defined as a system, a system sum induced voltage (e γδ w) which is a sum of extended induced voltages of two specific systems selected from a plurality of systems. ), A system sum induced voltage estimating unit (41, 42),
A system difference induced voltage estimating unit (43, 44, 47) for estimating a system difference induced voltage (e γδ s) which is a difference between the specific two systems of extended induced voltages;
The position error (Δθ) is minimized among the system sum induced voltage, a value obtained by adding the system difference induced voltage to the system sum induced voltage, and a value obtained by subtracting the system difference induced voltage from the system sum induced voltage. A magnetic pole position estimating unit (56) for estimating a magnetic pole position (θγ) of the rotor (85) of the rotating machine based on one of the values selected so that
A control device for a rotating machine comprising:
前記系統差誘起電圧推定部(43、44)は、前記特定の2系統の電圧差及び電流差に基づき前記系統差誘起電圧を推定する請求項1または2に記載の回転機の制御装置。 The system sum induced voltage estimating unit (41, 42) estimates the system sum induced voltage based on the voltage sum and the current sum of the specific two systems,
The control device for a rotating machine according to claim 1, wherein the system difference induced voltage estimating unit estimates the system difference induced voltage based on a voltage difference and a current difference between the specific two systems.
前記系統和誘起電圧推定部又は前記系統差誘起電圧推定部(47)の少なくともいずれか一方は、前記2つの系統誘起電圧推定部が推定した拡張誘起電圧の和又は差を算出する請求項1または2に記載の回転機の制御装置。 The system further includes two system induced voltage estimation units (45, 46) for estimating an extended induced voltage for each system using the voltage and current of each system for the specific two systems,
At least one of the system sum induced voltage estimation unit and the system difference induced voltage estimation unit (47) calculates the sum or difference of the extended induced voltages estimated by the two system induced voltage estimation units. 3. The control device for a rotary machine according to 2.
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