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JP7734848B2 - Control device and drive control method - Google Patents
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JP7734848B2 - Control device and drive control method - Google Patents

Control device and drive control method

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JP7734848B2 JP2024533414A JP2024533414A JP7734848B2 JP 7734848 B2 JP7734848 B2 JP 7734848B2 JP 2024533414 A JP2024533414 A JP 2024533414A JP 2024533414 A JP2024533414 A JP 2024533414A JP 7734848 B2 JP7734848 B2 JP 7734848B2
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Description

本開示は、回転機の駆動制御を行う制御装置および駆動制御方法に関する。 This disclosure relates to a control device and a drive control method for controlling the drive of a rotating machine.

回転機の駆動には、回転子の位置情報が必要である。位置センサを用いれば、回転子位置を検出することができるが、位置センサを使用することによって、システムの大型化、高コスト化、耐環境性の低下といった問題が生じる。 To drive a rotating machine, rotor position information is required. Rotor position can be detected using a position sensor, but using a position sensor leads to problems such as an increase in system size, higher costs, and reduced environmental resistance.

これに対して、特許文献1では、位置センサを用いずに回転子位置を推定する方法が開示されている。特許文献1に開示された方法では、有効電圧ベクトル印加中の回転機電流の変化量が回転子位置の2倍角で変化することを利用して、回転子位置を推定する。In contrast, Patent Document 1 discloses a method for estimating rotor position without using a position sensor. The method disclosed in Patent Document 1 estimates rotor position by utilizing the fact that the amount of change in rotating machine current during application of an effective voltage vector changes at an angle twice that of the rotor position.

特開2018-153027号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-153027

しかしながら、上記従来の技術によれば、回転機電流の微分情報が断片的な信号となるような有効電圧ベクトルの出現パターンにおいては、位置推定誤差が増大する場合があるという問題があった。例えば、三相共通三角波キャリアPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)を用いて電流ベクトル制御を行う場合、電流ベクトル制御により出現する有効電圧ベクトルの種類と回転子位置とには相関があり、回転機が低速で駆動する場合には、特定の種類の有効電圧ベクトルが長時間にわたり出現する。このような条件において有効電圧ベクトルに対する回転機電流の変化量を取得した場合、回転機電流の変化量は断片的な信号となる。However, the above-mentioned conventional technology poses a problem in that position estimation errors can increase in the occurrence pattern of effective voltage vectors in which the differential information of the rotating machine current is a fragmented signal. For example, when current vector control is performed using a three-phase common triangular wave carrier PWM (Pulse Width Modulation), there is a correlation between the type of effective voltage vector that appears due to current vector control and the rotor position, and when the rotating machine is driven at low speed, a specific type of effective voltage vector appears for a long period of time. Under such conditions, when the change in rotating machine current relative to the effective voltage vector is obtained, the change in rotating machine current becomes a fragmented signal.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、有効電圧ベクトルに対する回転機電流の変化量が断片的となる条件においても、高精度に回転子位置を推定することが可能な制御装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to provide a control device that can estimate rotor position with high accuracy even under conditions where the amount of change in rotating machine current relative to the effective voltage vector is fragmented.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の制御装置は、突極性を有する多相の回転機の駆動制御を行う制御装置であって、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、回転機電流と回転機の回転子位置の推定値とに基づいて回転機を駆動するための駆動電圧指令を生成する駆動電圧指令演算部と、生成された駆動電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加器と、回転機電流に基づいて回転子位置を推定する位置推定部と、を備え、位置推定部は、電圧印加器のゲート信号に基づき電圧印加器が出力する電圧ベクトルの種類を判定し、判定した電圧ベクトルの種類毎に回転機電流の変化量を演算し、演算結果である回転機電流変化量に基づいて直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号を生成し、交流信号に基づいて回転子位置を推定することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a control device disclosed herein is a control device that performs drive control of a multi-phase rotating machine having salient poles , and includes a current detection unit that detects a rotating machine current flowing through the rotating machine, a drive voltage command calculation unit that generates a drive voltage command for driving the rotating machine based on the rotating machine current and an estimated value of a rotor position of the rotating machine, a voltage applicator that applies a voltage to the rotating machine based on the generated drive voltage command, and a position estimator that estimates the rotor position based on the rotating machine current, wherein the position estimator determines the type of voltage vector output by the voltage applicator based on a gate signal of the voltage applicator, calculates an amount of change in the rotating machine current for each determined type of voltage vector, generates an AC signal that has zero DC component and changes at an angle twice the rotor position based on the amount of change in the rotating machine current that is the calculation result, and estimates the rotor position based on the AC signal.

本開示によれば、有効電圧ベクトルに対する回転機電流の変化量が断片的となる条件においても、高精度に回転子位置を推定することが可能な制御装置を得ることができるという効果を奏する。 The present disclosure has the advantage of being able to obtain a control device that can estimate rotor position with high accuracy even under conditions where the change in rotating machine current relative to the effective voltage vector is fragmented.

実施の形態1にかかる回転機の制御装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a control device for a rotating machine according to a first embodiment; 図1に示す電圧印加器の回路構成の一例を示す図FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of the voltage applicator shown in FIG. 1; 図1に示す電圧印加器の各相のスイッチング状態と電圧ベクトルの定義との対応関係の一例を示す図FIG. 2 is a diagram showing an example of the correspondence between the switching state of each phase of the voltage applicator shown in FIG. 1 and the definition of a voltage vector. 図3に示す8通りのスイッチング状態と電圧ベクトルとを示す図FIG. 4 shows the eight switching states and voltage vectors shown in FIG. 3. 図1に示す位置推定器における信号処理を説明するための図FIG. 2 is a diagram for explaining signal processing in the position estimator shown in FIG. 1; 図5に示す電流微分情報演算部の詳細な構成を示す図FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration of a current differential information calculation unit shown in FIG. 5 . 電流微分情報が含む直流成分と交流成分とを示す図FIG. 1 is a diagram showing DC and AC components included in current differential information; 図5に示す電流微分情報演算部の出力を示す図FIG. 6 is a diagram showing an output of the current differential information calculation unit shown in FIG. 5 . 分類器の行う分類について説明するための図A diagram to explain the classification performed by the classifier 図5に示す分類器の動作についての説明図An explanatory diagram of the operation of the classifier shown in FIG. 図5に示す位相同期演算部の構成を示すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the phase synchronization calculation unit shown in FIG. 図5に示す位置推定器の各部の出力を示す図FIG. 6 shows the output of each part of the position estimator shown in FIG. 5 . 実施の形態1および実施の形態2にかかる制御装置の機能を実現するためのハードウェア構成の第1の例を示す図FIG. 1 is a diagram illustrating a first example of a hardware configuration for realizing the functions of a control device according to the first and second embodiments. 実施の形態1および実施の形態2にかかる制御装置の機能を実現するためのハードウェア構成の第2の例を示す図FIG. 10 is a diagram illustrating a second example of a hardware configuration for realizing the functions of the control device according to the first and second embodiments.

以下に、本開示の実施の形態にかかる制御装置および駆動制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。 Below, the control device and drive control method relating to the embodiments of the present disclosure are described in detail with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる回転機の制御装置の構成を示す図である。以下では、「回転機の制御装置」を単に「制御装置」と称する場合がある。図1に示す制御装置100は、回転機1と、電流検出器2と、電圧印加器3と、位置推定器4と、制御器5とを有する。制御器5は、電流制御器6と、回転座標逆変換器7と、二相三相変換器8と、三相二相変換器9と、回転座標変換器10とを有する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a rotating machine control device according to a first embodiment. Hereinafter, the "rotating machine control device" may be simply referred to as the "control device." The control device 100 shown in FIG. 1 includes a rotating machine 1, a current detector 2, a voltage applicator 3, a position estimator 4, and a controller 5. The controller 5 includes a current controller 6, a rotating coordinate inverse converter 7, a two-phase to three-phase converter 8, a three-phase to two-phase converter 9, and a rotating coordinate converter 10.

回転機1は、回転子の突極性を利用してトルクを発生する三相の同期リラクタンスモータ(SynRM:Synchronous Reluctance Motor)である。回転機1には電圧印加器3が接続され、回転機1と電圧印加器3との間には電流検出器2が設けられている。 The rotating machine 1 is a three-phase synchronous reluctance motor (SynRM) that generates torque using rotor saliency. A voltage applicator 3 is connected to the rotating machine 1, and a current detector 2 is installed between the rotating machine 1 and the voltage applicator 3.

電流検出器2は、電圧印加器3から回転機1に供給される交流電流を検出して、その交流電流を回転機電流iu,iv,iwとして出力する。回転機電流iu,iv,iwは、回転機1に供給されると共に、位置推定器4および制御器5のそれぞれにも出力される。 The current detector 2 detects the AC current supplied from the voltage applicator 3 to the rotating machine 1 and outputs the AC current as rotating machine currents iu , iv , and iw . The rotating machine currents iu , iv , and iw are supplied to the rotating machine 1 and are also output to the position estimator 4 and the controller 5.

電圧印加器3は、制御器5から供給される回転機電圧指令vu*,vv*,vw*に従って交流電力を回転機1に供給する。 The voltage applicator 3 supplies AC power to the rotating machine 1 in accordance with rotating machine voltage commands v u *, v v *, and v w * supplied from the controller 5 .

位置推定器4は、電流検出器2で検出された回転機電流iu,iv,iwと、電圧印加器3の後述するゲート信号とを用いて、推定回転子位置を演算する。以下の説明中において、回転子位置を「θ」とし、回転子位置θの推定値を「θ」の上に「^」を付けて表すこととする。なお、「θ」の上に「^」を付けた符号を、「θ」の後に「^」を付することによって表す場合もある。同様に、あるパラメータを表す記号の上または後に「^」を付した符号は、そのパラメータの推定値を表すこととする。位置推定器4は、推定回転子位置θ^を制御器5に出力する。 The position estimator 4 calculates an estimated rotor position using the rotating machine currents iu , iv , and iw detected by the current detector 2 and a gate signal from the voltage applicator 3, which will be described later. In the following description, the rotor position is represented as "θ", and the estimated value of the rotor position θ is represented by adding "^" above "θ". Note that a symbol with "^" above "θ" can also be represented by adding "^" after "θ". Similarly, a symbol with "^" above or after a symbol representing a parameter represents the estimated value of that parameter. The position estimator 4 outputs the estimated rotor position θ^ to the controller 5.

制御器5は、回転機1の回転座標上の回転機電流id,iqが回転座標上の回転機電流指令id*,iq*で指示される値となるように、回転機1を駆動する回転機電圧指令vu*,vv*,vw*を演算し、演算した回転機電圧指令vu*,vv*,vw*を電圧印加器3に出力する。 The controller 5 calculates rotating machine voltage commands vu *, vv*, vw * to drive the rotating machine 1 so that the rotating machine currents id , iq on the rotating coordinates of the rotating machine 1 become values indicated by the rotating machine current commands id *, iq * on the rotating coordinates, and outputs the calculated rotating machine voltage commands vu *, vv *, vw * to the voltage applicator 3.

図2は、図1に示す電圧印加器3の回路構成の一例を示す図である。図2は、電圧印加器3が三相PWMインバータである場合の回路構成の一例を示している。電圧印加器3は、上アームの半導体素子UPと下アームの半導体素子UNとが直列に接続されたレグ30Aと、上アームの半導体素子VPと下アームの半導体素子VNとが直列に接続されたレグ30Bと、上アームの半導体素子WPと下アームの半導体素子WNとが直列に接続されたレグ30Cとを有する。レグ30A、レグ30Bおよびレグ30Cは、互いに並列に接続されている。 Figure 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the voltage applicator 3 shown in Figure 1. Figure 2 shows an example of the circuit configuration when the voltage applicator 3 is a three-phase PWM inverter. The voltage applicator 3 has leg 30A in which the upper arm semiconductor element UP and the lower arm semiconductor element UN are connected in series, leg 30B in which the upper arm semiconductor element VP and the lower arm semiconductor element VN are connected in series, and leg 30C in which the upper arm semiconductor element WP and the lower arm semiconductor element WN are connected in series. Leg 30A, leg 30B, and leg 30C are connected in parallel with each other.

電圧印加器3には、直流母線35a,35bを通じて、母線電圧が印加される。電圧印加器3は、直流母線35a,35bを通じて供給される電力源36の直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を回転機1に供給することで回転機1を駆動する。なお、図2では電流検出器2は省略されている。 A bus voltage is applied to the voltage applicator 3 via the DC buses 35a and 35b. The voltage applicator 3 converts the DC power of the power source 36 supplied via the DC buses 35a and 35b into AC power, and supplies the converted AC power to the rotating machine 1 to drive it. Note that the current detector 2 is omitted from Figure 2.

図2では、半導体素子UP,UN,VP,VN,WP,WNが金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である場合を例示している。半導体素子UP,UN,VP,VN,WP,WNのそれぞれは、トランジスタ30aと、トランジスタ30aに逆並列に接続されるダイオード30bとを含む。「逆並列に接続される」とは、MOSFETのソースに相当する第1端子にダイオードのアノード側が接続され、MOSFETのドレインに相当する第2端子にダイオードのカソード側が接続されることを意味する。 Figure 2 illustrates an example in which the semiconductor elements UP, UN, VP, VN, WP, and WN are metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). Each of the semiconductor elements UP, UN, VP, VN, WP, and WN includes a transistor 30a and a diode 30b connected in anti-parallel to the transistor 30a. "Connected in anti-parallel" means that the anode side of the diode is connected to a first terminal corresponding to the source of the MOSFET, and the cathode side of the diode is connected to a second terminal corresponding to the drain of the MOSFET.

なお、半導体素子UP,UN,VP,VN,WP,WNは、MOSFETに代えて、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いてもよい。 In addition, the semiconductor elements UP, UN, VP, VN, WP, and WN may be, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) instead of MOSFETs.

上アームの半導体素子UPと下アームの半導体素子UNとの接続点32は、回転機1の第1の相、例えばu相に接続されている。上アームの半導体素子VPと下アームの半導体素子VNとの接続点33は、回転機1の第2の相、例えばv相に接続されている。上アームの半導体素子WPと下アームの半導体素子WNとの接続点34は、回転機1の第3の相、例えばw相に接続されている。電圧印加器3において、接続点32,33,34は、交流端子を成す。 Connection point 32 between semiconductor element UP of the upper arm and semiconductor element UN of the lower arm is connected to the first phase of the rotating machine 1, for example, the u-phase. Connection point 33 between semiconductor element VP of the upper arm and semiconductor element VN of the lower arm is connected to the second phase of the rotating machine 1, for example, the v-phase. Connection point 34 between semiconductor element WP of the upper arm and semiconductor element WN of the lower arm is connected to the third phase of the rotating machine 1, for example, the w-phase. In voltage applicator 3, connection points 32, 33, and 34 form AC terminals.

ここで電圧印加器3が出力する電圧ベクトルについて説明する。電圧印加器3は、上述の通り三相PWMインバータであり、直流母線35a,35bを通じて供給される電力源36をPWM制御することにより所望の電圧を得る電力変換器である。三相PWMインバータには、一相につき上下に2つのスイッチング素子があり、上下のスイッチング素子はどちらか一方がオン状態となるように動作する。したがって、三相の三角波比較インバータでは、2の3乗通りつまり8通りのスイッチング状態が存在する。ここで、電圧印加器3におけるu相、v相、w相の上アームのゲート信号の状態をそれぞれGu,Gv,Gwと定義する。Gu,Gv,Gwの値が1の場合、対応する相の上アームの半導体素子が導通状態であることを意味し、Gu,Gv,Gwの値が0の場合、対応する相の下アームの半導体素子が導通状態であることを意味する。例えば、(Gu,Gv,Gw)=(1,0,0)の条件では、u相の上アームの半導体素子が導通し、v相およびw相の下アームの半導体素子が導通している状態を意味する。 Here, the voltage vector output by the voltage applicator 3 will be described. As described above, the voltage applicator 3 is a three-phase PWM inverter, a power converter that obtains a desired voltage by PWM-controlling the power source 36 supplied via DC buses 35a and 35b. The three-phase PWM inverter has two switching elements, one above the other, per phase, and operates so that one of the upper and lower switching elements is on. Therefore, a three-phase triangular wave comparison inverter has 2⅔, or eight, switching states. Here, the states of the gate signals of the upper arms of the u, v, and w phases of the voltage applicator 3 are defined as Gu , Gv , and Gw, respectively. When the value of Gu , Gv , or Gw is 1, it means that the semiconductor element of the upper arm of the corresponding phase is conductive, and when the value of Gu , Gv , or Gw is 0, it means that the semiconductor element of the lower arm of the corresponding phase is conductive. For example, when ( Gu , Gv , Gw ) = (1, 0, 0), the semiconductor element of the u-phase upper arm is conductive, and the semiconductor elements of the v-phase and w-phase lower arms are conductive.

ここで、電圧印加器3の8通りのスイッチング状態のそれぞれにおける電圧ベクトルを、V0~V7として定義する。図3は、図1に示す電圧印加器3の各相のスイッチング状態と電圧ベクトルの定義との対応関係の一例を示す図である。(Gu,Gv,Gw)=(0,0,0)の条件で、印加される電圧ベクトルをV0と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(1,0,0)の条件で、印加される電圧ベクトルをV1と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(1,1,0)の条件で、印加される電圧ベクトルをV2と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(0,1,0)の条件で、印加される電圧ベクトルをV3と定義する。また、(Gu,Gv,Gw)=(0,1,1)の条件で、印加される電圧ベクトルをV4と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(0,0,1)の条件で、印加される電圧ベクトルをV5と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(1,0,1)の条件で、印加される電圧ベクトルをV6と定義し、(Gu,Gv,Gw)=(1,1,1)の条件で、印加される電圧ベクトルをV7と定義する。この8通りの電圧ベクトルV0~V7のうち電圧ベクトルV0,V7を零電圧ベクトルと称し、それ以外、つまり、電圧ベクトルV1~V6を有効電圧ベクトルと称する。なお、電圧ベクトルV0~V7を、電圧ベクトルV0~7と表記する場合がある。同様に、有効電圧ベクトルV1~V6を、有効電圧ベクトルV1~6と表記する場合がある。 Here, the voltage vectors in the eight switching states of the voltage applicator 3 are defined as V0 to V7 . Figure 3 is a diagram showing an example of the correspondence between the switching states of each phase of the voltage applicator 3 shown in Figure 1 and the definitions of the voltage vectors. Under the condition (G u , G v , G w ) = (0, 0, 0), the applied voltage vector is defined as V0 ; under the condition (G u , G v , G w ) = (1, 0, 0), the applied voltage vector is defined as V1 ; under the condition (G u , G v , G w ) = (1, 1, 0), the applied voltage vector is defined as V2 ; and under the condition (G u , G v , G w ) = (0, 1, 0), the applied voltage vector is defined as V3 . Furthermore, when ( Gu , Gv , Gw ) = (0, 1, 1), the applied voltage vector is defined as V4 ; when ( Gu , Gv , Gw ) = (0, 0, 1), the applied voltage vector is defined as V5 ; when ( Gu , Gv , Gw ) = (1, 0, 1), the applied voltage vector is defined as V6 ; and when ( Gu , Gv , Gw ) = (1, 1, 1), the applied voltage vector is defined as V7 . Of these eight voltage vectors V0 to V7 , voltage vectors V0 and V7 are referred to as zero-voltage vectors, and the others, i.e., voltage vectors V1 to V6 , are referred to as effective voltage vectors. Note that voltage vectors V0 to V7 may also be referred to as voltage vectors V0 to V7 . Similarly, the effective voltage vectors V 1 to V 6 may be expressed as effective voltage vectors V 1 to V 6 .

図4は、図3に示す8通りのスイッチング状態と電圧ベクトルとを示す図である。図4には、各スイッチング状態における電圧ベクトルと、電圧印加器3の各半導体素子の導通状態とが示されている。 Figure 4 shows the eight switching states and voltage vectors shown in Figure 3. Figure 4 shows the voltage vectors in each switching state and the conduction state of each semiconductor element of the voltage applicator 3.

図5は、図1に示す位置推定器4における信号処理を説明するための図である。位置推定器4は、電流検出器2で検出される回転機電流iu,iv,iwと、電圧印加器3のゲート信号Gu,Gv,Gwとを用いて、回転機1の回転子の位置の推定値である推定回転子位置θ^を演算する。具体的には、位置推定器4は、電流微分情報演算部40と、分類器41と、直流成分除去器42と、三相二相変換器43と、位相同期演算部44とを有する。 5 is a diagram for explaining signal processing in the position estimator 4 shown in Fig. 1. The position estimator 4 calculates an estimated rotor position θ^, which is an estimate of the position of the rotor of the rotating machine 1, using the rotating machine currents iu , iv , and iw detected by the current detector 2 and the gate signals Gu , Gv , and Gw of the voltage applicator 3. Specifically, the position estimator 4 has a current differential information calculation unit 40, a classifier 41, a DC component remover 42, a three-phase to two-phase converter 43, and a phase synchronization calculation unit 44.

電流微分情報演算部40は、有効電圧ベクトルV1~V6のそれぞれに対応する電流微分情報を演算する。電流微分情報演算部40は、u相、v相、w相の回転機電流iu,iv,iwのそれぞれついて、有効電圧ベクトルV1~V6のそれぞれに対応する電流微分情報を演算する。このため、電流微分情報演算部40が出力する電流微分情報は、3×6=18種類となる。電流微分情報は、回転機電流変化量とも呼ばれる。電流微分情報演算部40には、電圧印加器3の各相の上アームの半導体素子のゲート信号Gu,Gv,Gwと、回転機電流iu,iv,iwとが入力される。 The current differential information calculation unit 40 calculates current differential information corresponding to each of the effective voltage vectors V1 to V6 . The current differential information calculation unit 40 calculates current differential information corresponding to each of the effective voltage vectors V1 to V6 for the u-phase, v-phase, and w-phase rotating machine currents iu , iv , and iw . Therefore, the current differential information calculation unit 40 outputs 3 x 6 = 18 types of current differential information. The current differential information is also called the rotating machine current change amount. The current differential information calculation unit 40 receives gate signals Gu , Gv , and Gw of the semiconductor elements in the upper arms of the voltage applicator 3 for each phase, and the rotating machine currents iu , iv , and iw .

図6は、図5に示す電流微分情報演算部40の詳細な構成を示す図である。電流微分情報演算部40は、電圧印加器3が出力する電圧ベクトルの種類を判定する電圧ベクトル判定器400と、電圧ベクトル判定器400の判定結果と回転機電流iu,iv,iwとを用いて、有効電圧ベクトルに対応する各相の電流微分情報を演算する電流微分演算器401とを有する。 Fig. 6 is a diagram showing a detailed configuration of the current differential information calculation unit 40 shown in Fig. 5. The current differential information calculation unit 40 has a voltage vector determiner 400 that determines the type of voltage vector output by the voltage applicator 3, and a current differential calculator 401 that calculates current differential information of each phase corresponding to the effective voltage vector using the determination result of the voltage vector determiner 400 and the rotating machine currents iu , iv , and iw .

電圧ベクトル判定器400は、図3に示した定義に基づいて、電圧印加器3の各相の上アームの半導体素子のゲート信号Gu,Gv,Gwから電圧印加器3が出力する電圧ベクトルの種類を判定する。電圧ベクトル判定器400は、ゲート信号Gu,Gv,Gwの値から電圧ベクトルの種類が電圧ベクトルV0~7のうちのいずれであるかを判定し、判定結果である電圧ベクトルV0~7を電流微分演算器401に出力する。 3, the voltage vector determiner 400 determines the type of voltage vector output by the voltage applicator 3 from the gate signals G u , G v , and G w of the semiconductor elements in the upper arm of each phase of the voltage applicator 3. The voltage vector determiner 400 determines which of the voltage vectors V 0 to V 7 the type of voltage vector is from the values of the gate signals G u , G v , and G w , and outputs the voltage vector V 0 to V 7, which is the determination result, to the current differential calculator 401.

電流微分演算器401は、電圧ベクトル判定器400の判定結果である電圧ベクトルV0~7と、回転機電流iu,iv,iwとに基づいて、有効電圧ベクトルV1~6のそれぞれに対応する各相の電流微分情報を演算する。電流微分演算器401は、現在の電圧ベクトルV0~7の種類と、1制御周期前の電圧ベクトルの種類とを記憶し、同一の有効電圧ベクトルが2制御周期以上にわたって出現した場合、その有効電圧ベクトルの種類に対応した各相の電流微分情報を演算する。制御周期は、有効電圧ベクトルを印加中の電流を2点以上サンプリングするため、電圧印加器3の三角波キャリアの周期に対して、十分短い値に設定する。現在の電圧ベクトルの種類がVNであって、1制御周期前の電圧ベクトルの種類がVNであった場合、電流微分演算器401は、VN印加時におけるu相、v相、w相の電流微分情報を、それぞれ「diuVN/dt」、「divVN/dt」、「diwVN/dt」として演算する。Nは1から6の整数である。電流微分演算器401は、V1~6の6種類の有効電圧ベクトルと三相の電流微分情報とを区別して演算することで、18種類の電流微分情報「diuV1~6/dt」、「divV1~6/dt」、「diwV1~6/dt」を出力する。 The current differential calculator 401 calculates current differential information for each phase corresponding to each of the effective voltage vectors V1 to V6 based on the voltage vectors V0 to V7 , which are the determination results of the voltage vector determiner 400, and the rotating machine currents iu , iv , and iw . The current differential calculator 401 stores the type of the current voltage vectors V0 to V7 and the type of the voltage vector from one control cycle ago, and if the same effective voltage vector appears for two or more control cycles, calculates current differential information for each phase corresponding to the type of that effective voltage vector. The control cycle is set to a value sufficiently shorter than the period of the triangular wave carrier of the voltage applicator 3, in order to sample the current at two or more points while the effective voltage vector is being applied. If the type of the current voltage vector is VN and the type of the voltage vector one control cycle ago was VN , the current differential calculator 401 calculates the current differential information of the u-phase, v-phase, and w-phase when VN is applied as "di uVN /dt,""di vVN /dt," and "di wVN /dt," respectively. N is an integer from 1 to 6. The current differential calculator 401 distinguishes between the six types of effective voltage vectors V1 to V6 and the three-phase current differential information, and outputs 18 types of current differential information: "di uV1-6 /dt,""di vV1-6 /dt," and "di wV1-6 /dt."

ここで、電流微分演算器401が出力する合計18種類の電流微分情報について説明する。電流微分情報は、直流成分と交流成分とを含む。図7は、電流微分情報が含む直流成分と交流成分とを示す図である。図7には、18種類の電流微分情報のそれぞれについて、信号名と、直流成分を示す数式と、交流成分を示す数式とが対応づけられている。「信号名」において、u,v,wは対応する回転機1の相を示しており、V1~V6は、対応する有効電圧ベクトルの種類を示している。 Here, a total of 18 types of current differential information output by the current differential calculator 401 will be described. The current differential information includes a DC component and an AC component. FIG. 7 is a diagram showing the DC component and AC component included in the current differential information. In FIG. 7, for each of the 18 types of current differential information, a signal name, a mathematical expression indicating the DC component, and a mathematical expression indicating the AC component are associated. In the "signal name," u, v, and w indicate the corresponding phase of the rotating machine 1, and V1 to V6 indicate the type of the corresponding effective voltage vector.

図7に示す電流微分情報の「直流成分」の特徴について説明する。ここで、Aを以下の数式(1)で定義した場合、電流微分情報の「直流成分」は、有効電圧ベクトルの方向の相に「2/A」の大きさで発生し、有効電圧ベクトルの方向の相以外の相に逆符号で「1/A」の大きさで発生する。したがって、同一の有効電圧ベクトル印加中のu相の直流成分と、v相の直流成分と、w相の直流成分との和はゼロとなる。ここで、Vdcは、電圧印加器3の電力源36の直流電圧である。 The characteristics of the "DC component" of the current differential information shown in Figure 7 will be described. Here, if A is defined by the following mathematical formula (1), the "DC component" of the current differential information occurs in the phase in the direction of the effective voltage vector with a magnitude of "2/A" and occurs in the phases other than the phase in the direction of the effective voltage vector with a magnitude of "1/A" with an opposite sign. Therefore, the sum of the DC component of the u-phase, the DC component of the v-phase, and the DC component of the w-phase when the same effective voltage vector is applied is zero. Here, Vdc is the DC voltage of the power source 36 of the voltage applicator 3.

数式(1)のL0は、以下の数式(2)で表される。また、数式(1)のL1は、以下の数式(3)で表される。ここで、Ldは回転機1のd軸インダクタンスであり、Lqは回転機1のq軸インダクタンスである。 L0 in formula (1) is expressed by the following formula (2): L1 in formula (1) is expressed by the following formula (3): Here, Ld is the d-axis inductance of the rotating machine 1, and Lq is the q-axis inductance of the rotating machine 1.

続いて、電流微分情報の「交流成分」の特徴について説明する。ここで、有効電圧ベクトルの番号をNとすると、u相の電流微分情報の交流成分は数式(4)で表され、v相の電流微分情報の交流成分は数式(5)で表され、w相の電流微分情報の交流成分は数式(6)で表される。Next, we will explain the characteristics of the "AC component" of the current differential information. Here, if the number of the effective voltage vector is N, the AC component of the current differential information for the u phase is expressed by equation (4), the AC component of the current differential information for the v phase is expressed by equation (5), and the AC component of the current differential information for the w phase is expressed by equation (6).

数式(4)~(6)に示すように、有効電圧ベクトルを印加することにより得られる電流微分情報は、回転子位置θの情報を持つ。図7の「交流成分」の列には、数式(4)~(6)における位相について展開したものが示されている。図7および数式(4)~(6)から明らかなように、同一の有効電圧ベクトルを印加期間中の電流微分情報の交流成分は、互いに「±2π/3」の位相差をもち、また、有効電圧ベクトルの印加方向により、それぞれの基準の位相がシフトする特徴がある。交流成分の振幅の大きさは、全ての有効電圧ベクトルおよび相の組み合わせで等しく、「(1/A)×(L1/L0)」となる。なお、埋込磁石型同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と同期リラクタンスモータとでは、d軸およびq軸インダクタンスの大小関係が異なるため、余弦関数の係数「(1/A)×(L1/L0)」の値は、埋込磁石型同期モータでは正の値となり、同期リラクタンスモータでは負の値となる。 As shown in equations (4) to (6), the current differential information obtained by applying an effective voltage vector contains information about the rotor position θ. The "AC Component" column in Figure 7 shows the expansion of the phases in equations (4) to (6). As is clear from Figure 7 and equations (4) to (6), the AC components of the current differential information during the period when the same effective voltage vector is applied have a phase difference of ±2π/3, and each reference phase shifts depending on the application direction of the effective voltage vector. The magnitude of the amplitude of the AC component is the same for all combinations of effective voltage vectors and phases, and is equal to (1/A) × ( L1 / L0 ). Note that, since the magnitude relationship between the d-axis and q-axis inductances differs between an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) and a synchronous reluctance motor, the value of the cosine function coefficient "(1/A) x ( L1 / L0 )" is a positive value in an interior permanent magnet synchronous motor and a negative value in a synchronous reluctance motor.

各相において、有効電圧ベクトルの増磁および減磁方向の関係にある組み合わせで得られる電流微分情報は、以下の数式(7)~(9)で表されるように、互いに逆符号の関係にある。数式(7)~(9)において、nは1から3の整数である。増磁および減磁方向の関係にある電圧ベクトルの組み合わせは、u相ではV1とV4、v相ではV3とV6、w相ではV5とV2である。 In each phase, the current differential information obtained by combinations of effective voltage vectors that are related in the direction of magnetization and demagnetization has a relationship of opposite signs, as expressed in the following equations (7) to (9). In equations (7) to (9), n is an integer from 1 to 3. The combinations of voltage vectors that are related in the direction of magnetization and demagnetization are V1 and V4 in the u-phase, V3 and V6 in the v-phase, and V5 and V2 in the w-phase.

図8は、図5に示す電流微分情報演算部40の出力を示す図である。図8は、低速で回転する同期リラクタンスモータに対して、電流ベクトル制御を行った場合のシミュレーション結果であり、電圧印加器3のPWMには、一般的に用いられる三相共通の三角波キャリア比較を用いている。電圧ベクトルの番号は、説明のために、V0およびV7は0番としている。ここで、回転子位置と印加されている電圧ベクトルの番号とに着目すると、回転子位置と電圧ベクトルの出現パターンとには、相関が確認できる。特定の有効電圧ベクトルが出現する期間においては、他の有効電圧ベクトルに対応する電流微分情報は取得することができないため、特定の有効電圧ベクトルが長時間に渡って発生するような有効電圧ベクトルの出現パターンでは、電流微分情報は断片的となる。さらに、各電流微分情報は取得することができるタイミングが異なり、信号により遅れ量が異なるという特徴がある。この特徴から、電圧ベクトルの出現パターンを考慮せずに信号処理を行うと、位置センサレス制御が不安定となってしまう。ここで、「電圧ベクトルの出現パターンを考慮せずに信号処理を行う」とは、例えば、出現する電圧ベクトルの種類によらず、回転子位置の推定に用いる電流微分情報の種類を固定する場合が該当する。Figure 8 shows the output of the current differential information calculation unit 40 shown in Figure 5. Figure 8 shows the simulation results of current vector control for a synchronous reluctance motor rotating at low speed. The PWM of the voltage applicator 3 uses a commonly used triangular wave carrier comparison common to all three phases. For illustrative purposes, voltage vector numbers V0 and V7 are numbered 0. Focusing on the rotor position and the applied voltage vector numbers, a correlation can be confirmed between the rotor position and the voltage vector appearance pattern. During the period when a specific effective voltage vector appears, current differential information corresponding to other effective voltage vectors cannot be obtained. Therefore, in the appearance pattern of an effective voltage vector in which a specific effective voltage vector occurs over a long period of time, the current differential information is fragmented. Furthermore, the timing at which each current differential information can be obtained varies, and the delay amount varies depending on the signal. Due to this characteristic, position sensorless control becomes unstable if signal processing is performed without considering the voltage vector appearance pattern. Here, "signal processing is performed without taking into consideration the appearance pattern of voltage vectors" refers to, for example, fixing the type of current differential information used to estimate the rotor position regardless of the type of voltage vector that appears.

このため、位置推定器4は、断片的な電流微分情報から、回転子位置情報をもつ連続な電流微分情報の交流成分を生成する信号処理を行う。以下、位置推定器4が行う信号処理方法について説明する。電流微分情報は、上記の数式(4)~(9)に示した特徴を有する。この特徴を利用すると、異なる電圧ベクトルおよび相の条件において、電流微分情報には、同一の波形形状が出現する。このため、位置推定器4は、異なる電圧ベクトルおよび相の条件において出現する波形形状を利用して、断片的となる電流微分情報を補間して連続な電流微分情報の交流成分を生成する。 For this reason, the position estimator 4 performs signal processing to generate, from the fragmented current differential information, the AC component of continuous current differential information that contains rotor position information. The signal processing method performed by the position estimator 4 is explained below. The current differential information has the characteristics shown in equations (4) to (9) above. By utilizing this characteristic, the same waveform shape appears in the current differential information under different voltage vector and phase conditions. For this reason, the position estimator 4 uses the waveform shapes that appear under different voltage vector and phase conditions to interpolate the fragmented current differential information and generate the AC component of continuous current differential information.

図5の説明に戻る。分類器41は、電流微分情報演算部40が出力する電流微分情報を、直流成分の大きさおよび基準位相で6種類の信号のいずれかに分類する。分類器41は、上記の数式(4)~(9)の特徴に基づいて、直流成分の大きさおよび交流成分の位相により、group(2/A,0°)、group(-1/A,120°)、group(-1/A,-120°)、group(2/A,-120°)、group(-1/A,0°)、group(2/A,120°)の6種類に分類する。Returning to the explanation of Figure 5, the classifier 41 classifies the current differential information output by the current differential information calculation unit 40 into one of six types of signals based on the magnitude of the DC component and the reference phase. Based on the characteristics of the above equations (4) to (9), the classifier 41 classifies the information into six types based on the magnitude of the DC component and the phase of the AC component: group (2/A, 0°), group (-1/A, 120°), group (-1/A, -120°), group (2/A, -120°), group (-1/A, 0°), and group (2/A, 120°).

図9は、分類器41の行う分類について説明するための図である。図9には、分類器41が分類する6つのグループそれぞれの「グループ」、「直流成分」、「交流成分」および「記号」が示されている。ここで「グループ」はグループの名称を示し、group(X,Y°)と記載したグループは、直流成分がXであって交流成分の基準位相がY°のグループを意味する。例えば、図9における交流成分の余弦成分「cos(2θ+2π/3)」における基準位相Yは、2π/3[rad]=120[°]である。「記号」は、同一の波形形状となる信号を示している。例えば、group(2/A,0°)のグループでは、有効電圧ベクトルV1を印加しているときのu相の電流微分情報の波形と、有効電圧ベクトルV4を印加しているときのu相の電流微分情報の波形とが同一となることを意味している。 Figure 9 is a diagram explaining the classification performed by classifier 41. Figure 9 shows the "group," "DC component," "AC component," and "symbol" for each of the six groups classified by classifier 41. Here, "group" refers to the name of the group, and a group described as group (X, Y°) refers to a group with a DC component of X and a reference phase of the AC component of Y°. For example, the reference phase Y for the cosine component of the AC component "cos(2θ + 2π/3)" in Figure 9 is 2π/3 [rad] = 120 [°]. The "symbol" indicates signals with the same waveform. For example, in group (2/A, 0°), the waveform of the current differential information for the u phase when the effective voltage vector V1 is applied is the same as the waveform of the current differential information for the u phase when the effective voltage vector V4 is applied.

図10は、図5に示す分類器41の動作についての説明図である。分類器41は、電流微分情報「diuV1~6/dt」、「divV1~6/dt」、「diwV1~6/dt」が入力されると、図9に示す分類に基づき6種類の信号を生成する。具体的には、分類器41は、6種類のグループのそれぞれに対応する変数を準備し、分類器41に入力される電流微分情報が分類されるグループの変数には、電流微分情報を代入し、それ以外のグループの変数は前回の値を保持するように動作する。ここで、説明のため、グループの名称を変数名として使用する。group(X,Y°)は、直流成分がXであって交流成分の基準位相がY°のグループの変数とする。例えば、分類器41は、group(2/A,0°)には、V1が印加された条件で「diuV1/dt」を代入し、V4が印加された条件で「-diuV4/dt」を代入し、V1およびV4以外の有効電圧ベクトル、つまりV2,V3,V5,V6が印加された条件では、前回値を保持するように動作する。同様に、分類器41は、group(-1/A,120°)には、V1が印加された条件で「divV1/dt」を代入し、V4が印加された条件で「-divV4/dt」を代入し、V3が印加された条件で「diuV3/dt」を代入し、V6が印加された条件で「-diuV6/dt」を代入し、V2,V5が印加された条件では、前回値を保持するように動作する。 FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation of the classifier 41 shown in FIG. 5. When the classifier 41 receives the current differential information "di uV1-6 /dt,""di vV1-6 / dt," and "di wV1-6 /dt," it generates six types of signals based on the classification shown in FIG. 9. Specifically, the classifier 41 prepares variables corresponding to each of the six groups, assigns the current differential information to the variables of the group into which the current differential information input to the classifier 41 is classified, and maintains the previous values of the variables of the other groups. Here, for the sake of explanation, the names of the groups are used as variable names. Let group(X, Y°) be the variable of the group whose DC component is X and whose reference phase of the AC component is Y°. For example, the classifier 41 assigns "di uV1 /dt" to group (2/A, 0°) when V1 is applied, assigns "-di uV4 /dt" when V4 is applied, and operates to hold the previous value when an effective voltage vector other than V1 and V4, i.e., V2, V3, V5, or V6, is applied. Similarly, the classifier 41 assigns "di vV1 /dt" to group (-1/A, 120°) when V1 is applied, assigns "-di vV4 /dt" when V4 is applied, assigns "di uV3 /dt" when V3 is applied, and assigns "-di uV6 /dt" when V6 is applied, and operates to hold the previous value when V2 and V5 are applied.

図5の説明に戻る。直流成分除去器42は、分類器41の出力から直流成分を抽出し、最新の有効電圧ベクトルを印加することにより得られる電流微分情報から直流成分を減算することで、連続な交流成分を生成する。実施の形態1では、三相平衡条件を用いて直流成分を抽出する例について説明する。三相平衡条件を用いて直流成分「1/A」を抽出するには、以下に示す数式(10)~(14)を用いる。つまり、直流成分除去器42は、分類器41の出力より、位相が0°、120°、-120°となる組み合わせの信号の和を演算し、直流成分への変換係数を乗じることで直流成分を演算する。ここでは5種類の数式(10)~(14)を示したが、直流成分除去器42は、最新の有効電圧ベクトルと、最新の有効電圧ベクトルとは異なる番号の直近の有効電圧ベクトルとの組み合わせにより、適切な数式を少なくとも1つ用いて、演算を行えばよい。Returning to the explanation of Figure 5, the DC component remover 42 extracts a DC component from the output of the classifier 41 and subtracts the DC component from the current differential information obtained by applying the latest effective voltage vector, thereby generating a continuous AC component. In the first embodiment, an example of extracting a DC component using a three-phase balance condition is described. To extract the DC component "1/A" using a three-phase balance condition, the following equations (10) to (14) are used. That is, the DC component remover 42 calculates the sum of signals from the output of the classifier 41 that have phases of 0°, 120°, and -120°, and multiplies this by a conversion coefficient to a DC component to calculate the DC component. While five equations (10) to (14) are shown here, the DC component remover 42 can perform the calculation using at least one appropriate equation based on the combination of the latest effective voltage vector and the most recent effective voltage vector with a different number from the latest effective voltage vector.

具体的には、直流成分除去器42は、数式(10)~(14)の中から、最新の有効電圧ベクトルと、最新の有効電圧ベクトルとは異なる番号の直近の有効電圧ベクトルとを使用する数式を使用する。ここで、例えば、group(2/A,0°)は、有効電圧ベクトルV1またはV4が印加されたときの電流微分情報に基づいて生成されており、group(2/A,120°)は、有効電圧ベクトルV5またはV2が印加されたときの電流微分情報に基づいて生成されており、group(2/A,-120°)は、有効電圧ベクトルV3またはV6が印加されたときの電流微分情報に基づいて生成されている。このため、数式(10)は、有効電圧ベクトルV1またはV4と、V5またはV2と、V3またはV6とを使用する数式であると言える。同様に、数式(11)は、有効電圧ベクトルV2またはV5と、V1またはV3またはV4またはV6とを使用する数式である。数式(12)は、有効電圧ベクトルV1またはV4と、V2またはV5とを使用する数式である。数式(13)は、有効電圧ベクトルV1またはV4と、V3またはV6とを使用する数式である。数式(14)は、有効電圧ベクトルV2またはV5と、V3またはV6とを使用する数式である。Specifically, the DC component remover 42 uses one of the formulas (10) to (14) that uses the latest effective voltage vector and the most recent effective voltage vector with a different number from the latest effective voltage vector. Here, for example, group (2/A, 0°) is generated based on the current differential information when effective voltage vector V1 or V4 is applied, group (2/A, 120°) is generated based on the current differential information when effective voltage vector V5 or V2 is applied, and group (2/A, -120°) is generated based on the current differential information when effective voltage vector V3 or V6 is applied. Therefore, formula (10) can be said to be a formula that uses effective voltage vectors V1 or V4, V5 or V2, and V3 or V6. Similarly, formula (11) is a formula that uses effective voltage vectors V2 or V5 and V1 or V3 or V4 or V6. Equation (12) uses the effective voltage vectors V1 or V4 and V2 or V5. Equation (13) uses the effective voltage vectors V1 or V4 and V3 or V6. Equation (14) uses the effective voltage vectors V2 or V5 and V3 or V6.

例えば、最新の有効電圧ベクトルと、最新の有効電圧ベクトルとは異なる番号の直近の有効電圧ベクトルとの組み合わせが、V1およびV2であった場合、これらの電圧ベクトルを使用する数式を数式(10)~(14)の中から少なくとも1つ選べばよい。有効電圧ベクトルV1およびV2を使用する数式は、数式(11)および数式(12)である。このため、直流成分除去器42は、数式(11)および数式(12)のうち少なくとも1つを用いて、直流成分「1/A」を演算する。複数の数式を用いる場合、直流成分除去器42は、複数の数式のそれぞれの演算結果の平均値を用いて、直流成分「1/A」を演算することができる。For example, if the combination of the latest effective voltage vector and the most recent effective voltage vector with a different number from the latest effective voltage vector is V1 and V2, then at least one formula using these voltage vectors can be selected from formulas (10) to (14). The formulas using the effective voltage vectors V1 and V2 are formulas (11) and (12). Therefore, the DC component remover 42 calculates the DC component "1/A" using at least one of formulas (11) and (12). When multiple formulas are used, the DC component remover 42 can calculate the DC component "1/A" using the average value of the calculation results of each of the multiple formulas.

続いて、直流成分除去器42は、抽出した直流成分を使用して、最新の有効電圧ベクトルを印加することにより得られる電流微分情報から直流成分を減算することで、最新の電流微分情報の交流成分を演算する。直流成分除去器42は、以下に示す数式(15)~(17)を用いて、最新の電流微分情報の交流成分を演算することができる。直流成分除去器42は、数式(15)~(17)のうち、最新の電圧ベクトルの種類に基づいて数式を選択する。 The DC component remover 42 then uses the extracted DC component to calculate the AC component of the latest current differential information by subtracting the DC component from the current differential information obtained by applying the latest effective voltage vector. The DC component remover 42 can calculate the AC component of the latest current differential information using the following equations (15) to (17). The DC component remover 42 selects one of equations (15) to (17) based on the type of the latest voltage vector.

直流成分除去器42は、演算結果であるgroup(0,0°)、group(0,120°)、group(0,-120°)を三相二相変換器43に出力する。直流成分除去器42の出力group(0,0°)、group(0,120°)、group(0,-120°)は、回転子位置情報を含む連続な交流成分となる。以下、この交流成分を用いた回転子位置の演算方法について説明する。互いに±2π/3の位相差をもつ交流成分より回転子位置を演算するには、これらの交流成分を三相二相変換し、逆正接演算する方法、三相二相変換結果に対し位相同期演算をして回転子位置を推定する方法などがある。ここでは、位相同期演算により回転子位置を推定する方法を例にして説明する。 The DC component remover 42 outputs the calculation results, group (0, 0°), group (0, 120°), and group (0, -120°), to the three-phase to two-phase converter 43. The outputs of the DC component remover 42, group (0, 0°), group (0, 120°), and group (0, -120°), are continuous AC components containing rotor position information. Below, we will explain how to calculate the rotor position using these AC components. To calculate the rotor position from AC components that have a phase difference of ±2π/3 from each other, there are several methods, including three-phase to two-phase conversion of these AC components and performing arctangent calculations, and performing phase-synchronous calculations on the three-phase to two-phase conversion results to estimate the rotor position. Here, we will explain the method of estimating the rotor position using phase-synchronous calculations as an example.

三相二相変換器43は、直交二軸の交流成分であるα軸交流成分α,β軸交流成分βを演算する。三相二相変換器43は、以下の数式(18)を用いて、α軸交流成分α,β軸交流成分βを演算し、演算したα軸交流成分αおよびβ軸交流成分βを位相同期演算部44に出力する。 The three-phase to two-phase converter 43 calculates the α-axis AC component α and the β-axis AC component β, which are AC components on two orthogonal axes. The three-phase to two-phase converter 43 calculates the α-axis AC component α and the β-axis AC component β using the following equation (18), and outputs the calculated α-axis AC component α and β-axis AC component β to the phase synchronization calculation unit 44.

位相同期演算部44は、三相二相変換器43が出力するα軸交流成分αおよびβ軸交流成分βに基づいて、回転機1の回転子位置を推定する。具体的には、位相同期演算部44は、α軸交流成分αおよびβ軸交流成分βに対して、位相同期演算を行うことにより、回転機1の回転子位置を推定する。 The phase synchronization calculation unit 44 estimates the rotor position of the rotating machine 1 based on the α-axis AC component α and the β-axis AC component β output by the three-phase to two-phase converter 43. Specifically, the phase synchronization calculation unit 44 estimates the rotor position of the rotating machine 1 by performing a phase synchronization calculation on the α-axis AC component α and the β-axis AC component β.

図11は、図5に示す位相同期演算部44の構成を示すブロック図である。位相同期演算部44は、位相誤差演算部441と、PI(Proportional Integral)制御器442と、積分器443と、比例器444,445とを有する。 Figure 11 is a block diagram showing the configuration of the phase synchronization calculation unit 44 shown in Figure 5. The phase synchronization calculation unit 44 has a phase error calculation unit 441, a PI (Proportional Integral) controller 442, an integrator 443, and proportional controllers 444 and 445.

位相誤差演算部441には、三相二相変換器43が出力するα軸交流成分αおよびβ軸交流成分βと、積分器443が出力する推定回転子位置2θ^とが入力される。位相誤差演算部441は、以下の数式(19)に従って、位相誤差ΔiAC*Δ2θを演算する。位相誤差演算部441は、演算した位相誤差ΔiAC*Δ2θをPI制御器442に出力する。 The phase error calculation unit 441 receives the α-axis AC component α and β-axis AC component β output by the three-phase to two-phase converter 43, and the estimated rotor position 2θ^ output by the integrator 443. The phase error calculation unit 441 calculates the phase error Δi AC *Δ2θ according to the following equation (19). The phase error calculation unit 441 outputs the calculated phase error Δi AC *Δ2θ to the PI controller 442.

ここで、数式(19)の「ΔiAC」は、以下の数式(20)で表される。 Here, "Δi AC " in equation (19) is expressed by the following equation (20).

PI制御器442には、位相誤差演算部441が出力した位相誤差ΔiAC*Δ2θが入力される。PI制御器442は、位相誤差ΔiAC*Δ2θがゼロになるように推定速度2ω^を出力する。 The phase error Δi AC *Δ2θ output from the phase error calculation unit 441 is input to the PI controller 442. The PI controller 442 outputs an estimated speed 2ω^ so that the phase error Δi AC *Δ2θ becomes zero.

積分器443は、PI制御器442が出力する推定速度2ω^を積分して、積分値を推定回転子位置2θ^として出力する。積分器443が出力する推定回転子位置2θ^は、位相誤差演算部441へとフィードバックされる。 The integrator 443 integrates the estimated speed 2ω^ output by the PI controller 442 and outputs the integrated value as the estimated rotor position 2θ^. The estimated rotor position 2θ^ output by the integrator 443 is fed back to the phase error calculation unit 441.

上記の数式(19)において、「2θ>2θ^」のとき、位相誤差ΔiAC*Δ2θは正の値となるため、推定速度2ω^および推定回転子位置2θ^は、増加する方向へ修正される。また、「2θ<2θ^」のとき、位相誤差ΔiAC*Δ2θは負の値となるため、推定速度2ω^および推定回転子位置2θ^は、減少する方向へ修正される。最終的には、「2θ=2θ^」となり、回転機1の電流微分情報の交流成分の位相および周波数が推定される。このように、位相同期演算部44は、位相同期ループ(Phase Locked Loop:PLL)の形態をとる。 In the above equation (19), when "2θ >2θ^", the phase error Δi AC *Δ2θ takes a positive value, and therefore the estimated speed 2ω^ and the estimated rotor position 2θ^ are corrected in an increasing direction. Furthermore, when "2θ <2θ^", the phase error Δi AC *Δ2θ takes a negative value, and therefore the estimated speed 2ω^ and the estimated rotor position 2θ^ are corrected in a decreasing direction. Ultimately, "2θ = 2θ^" is satisfied, and the phase and frequency of the AC component of the current differential information of the rotating machine 1 are estimated. In this way, the phase synchronization calculation unit 44 takes the form of a phase locked loop (PLL).

位相同期演算部44は、推定回転子位置2θ^を比例器444に入力し、0.5倍することで、推定回転子位置θ^を演算する。また、位相同期演算部44は、推定速度2ω^を比例器445に入力し、0.5倍することで、推定速度ω^を演算する。 The phase synchronization calculation unit 44 inputs the estimated rotor position 2θ^ into the proportional unit 444 and multiplies it by 0.5 to calculate the estimated rotor position θ^. The phase synchronization calculation unit 44 also inputs the estimated speed 2ω^ into the proportional unit 445 and multiplies it by 0.5 to calculate the estimated speed ω^.

図12は、図5に示す位置推定器4の各部の出力を示す図である。図12において、動作条件は図8と同様であり、電流微分情報が断片的となる条件である。図12の上から1段目の「回転子位置」には、回転子の真の位置と、位相同期演算部44が出力する推定位置とが示されている。図12の上から2段目から4段目には、電流微分情報演算部40の出力が示されている。図12の上から5段目には、分類器41の出力が示されている。図12の上から6段目には、直流成分除去器42の出力が示されている。図12の上から7段目には、三相二相変換器43の出力が示されている。図12の上から8段目には、各時点で印加されている電圧ベクトルの番号が示されている。なお、図12では、図8と同様に、電圧ベクトルの番号は、説明のために、V0およびV7は0番としている。 Figure 12 shows the output of each part of the position estimator 4 shown in Figure 5. In Figure 12, the operating conditions are the same as those in Figure 8, which are conditions under which the current differential information is fragmented. The "Rotor Position" column in the first row from the top of Figure 12 shows the true rotor position and the estimated position output by the phase synchronization calculation unit 44. The second to fourth rows from the top of Figure 12 show the output of the current differential information calculation unit 40. The fifth row from the top of Figure 12 shows the output of the classifier 41. The sixth row from the top of Figure 12 shows the output of the DC component remover 42. The seventh row from the top of Figure 12 shows the output of the three-phase to two-phase converter 43. The eighth row from the top of Figure 12 shows the numbers of the voltage vectors applied at each point in time. Note that, as in Figure 8, for the sake of explanation, voltage vectors V0 and V7 are numbered 0 in Figure 12.

図12より、分類器41は、図9に示す分類に基づいて6種類の信号を生成していることが分かる。また、直流成分除去器42の出力は、直流成分がゼロかつ回転子位置の2倍角で振動する直交二軸上で表現された交流成分となる。位置推定器4は、三相二相変換器43の出力を位相同期演算することで回転子位置を推定する。 From Figure 12, it can be seen that the classifier 41 generates six types of signals based on the classification shown in Figure 9. Furthermore, the output of the DC component remover 42 is an AC component expressed on two orthogonal axes with zero DC component and vibrating at twice the angle of the rotor position. The position estimator 4 estimates the rotor position by performing phase-synchronous calculations on the output of the three-phase to two-phase converter 43.

図1の説明に戻る。制御器5の三相二相変換器9には、電流検出器2で検出された回転機電流iu,iv,iwが入力される。三相二相変換器9は、三相座標上の回転機電流iu,iv,iwを静止二相座標上の回転機電流iα,iβへ変換する。三相二相変換器9は、回転機電流iα,iβを回転座標変換器10へ出力する。 Returning to the explanation of Fig. 1, the rotating machine currents iu , iv , and iw detected by the current detector 2 are input to the three-phase to two-phase converter 9 of the controller 5. The three-phase to two-phase converter 9 converts the rotating machine currents iu , iv , and iw on the three-phase coordinate system into rotating machine currents and on the stationary two-phase coordinate system. The three-phase to two-phase converter 9 outputs the rotating machine currents and to the rotating coordinate converter 10.

回転座標変換器10には、三相二相変換器9が出力する回転機電流iα,iβと、位置推定器4が出力する推定回転子位置θ^とが入力される。回転座標変換器10は、推定回転子位置θ^を用いて、静止二相座標上の回転機電流iα,iβを回転座標上の回転機電流id,iqに変換する。回転座標変換器10は、回転機電流id,iqを電流制御器6に出力する。 The rotating coordinate converter 10 receives the rotating machine currents and output by the three-phase to two-phase converter 9 and the estimated rotor position θ^ output by the position estimator 4. Using the estimated rotor position θ^, the rotating coordinate converter 10 converts the rotating machine currents and on the stationary two-phase coordinates into rotating machine currents id and iq on the rotating coordinates. The rotating coordinate converter 10 outputs the rotating machine currents id and iq to the current controller 6.

電流制御器6には、回転機電流指令id*,iq*と、回転機電流id,iqとが入力される。回転機電流指令id*は、回転機1の回転子の磁気抵抗が最も小さくなるd軸方向の電気子電流成分を示すd軸駆動電流の指令である。回転機電流指令iq*は、d軸に直交する方向となる1軸方向の電気子電流成分を示すq軸駆動電流の指令である。電流制御器6は、回転座標変換器10が出力する回転機電流id,iqが回転機電流指令id*,iq*となるように電流制御を行い、回転座標上の回転機電圧指令vd*,vq*を演算する。電流制御器6における電流制御は、例えばPI制御である。電流制御器6は、演算結果である回転機電圧指令vd*,vq*を回転座標逆変換器7に出力する。 The current controller 6 receives rotating machine current commands id *, iq * and rotating machine currents id , iq . The rotating machine current command id * is a d-axis drive current command indicating the armature current component in the d-axis direction at which the magnetic resistance of the rotor of the rotating machine 1 is smallest. The rotating machine current command iq * is a q-axis drive current command indicating the armature current component in the 1-axis direction, which is perpendicular to the d-axis. The current controller 6 controls the current so that the rotating machine currents id , iq output from the rotating coordinate converter 10 become the rotating machine current commands id *, iq *, and calculates rotating machine voltage commands vd *, vq * on the rotating coordinates. The current control in the current controller 6 is, for example, PI control. The current controller 6 outputs the calculated rotating machine voltage commands vd *, vq * to the rotating coordinate inverter 7.

回転座標逆変換器7には、回転機電圧指令vd*,vq*と、推定回転子位置θ^とが入力される。回転座標逆変換器7は、推定回転子位置θ^を用いて、電流制御器6で演算された回転座標上の回転機電圧指令vd*,vq*を静止二相座標上の回転機電圧指令vα*,vβ*へ変換する。回転座標逆変換器7は、回転機電圧指令vα*,vβ*を二相三相変換器8に出力する。 The rotating coordinate inverse converter 7 receives the rotating machine voltage commands v d *, v q * and the estimated rotor position θ^. Using the estimated rotor position θ^, the rotating coordinate inverse converter 7 converts the rotating machine voltage commands v d *, v q * on the rotating coordinates calculated by the current controller 6 into rotating machine voltage commands v α *, v β * on the stationary two-phase coordinates. The rotating coordinate inverse converter 7 outputs the rotating machine voltage commands v α *, v β * to the two-phase to three-phase converter 8.

二相三相変換器8には、回転機電圧指令vα*,vβ*が入力される。二相三相変換器8は、静止二相座標上の回転機電圧指令vα*,vβ*を、回転機1を駆動するための三相座標上の回転機電圧指令vu*,vv*,vw*に変換する。 The rotating machine voltage commands v α *, v β * are input to the two-phase to three-phase converter 8. The two-phase to three-phase converter 8 converts the rotating machine voltage commands v α *, v β * on the stationary two-phase coordinate system into rotating machine voltage commands v u *, v v *, v w * on the three-phase coordinate system for driving the rotating machine 1.

以上説明したように、実施の形態1にかかる制御装置100は、多相の回転機1の駆動制御を行う制御装置100であって、回転機1に流れる回転機電流を検出する電流検出部である電流検出器2と、回転機電流と回転機1の回転子位置の情報とに基づいて回転機1を駆動するための駆動電圧指令を生成する駆動電圧指令演算部である制御器5と、生成された駆動電圧指令に基づいて回転機1に電圧を印加する電圧印加器3と、電流検出器2が検出した回転機電流に基づいて回転子位置を推定する位置推定部である位置推定器4とを有する。位置推定器4は、電圧印加器3のゲート信号Gu,Gv,Gwに基づき電圧印加器3が出力する電圧ベクトルの種類を判定し、判定した電圧ベクトルの種類毎に回転機電流の変化量である電流微分情報を演算し、演算結果である回転機電流変化量から直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号を生成し、生成した交流信号に基づいて回転子位置を推定する。このような構成を有することにより、制御装置100は、電流微分情報が断片的となる有効電圧ベクトルの出現パターンにおいても、断片的な電流微分情報から、直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で振動する連続な交流信号を生成することで、高精度に回転子位置を推定することができる。 As described above, the control device 100 according to the first embodiment is a control device 100 that performs drive control of a polyphase rotating machine 1, and includes a current detector 2 that is a current detection unit that detects a rotating machine current flowing through the rotating machine 1, a controller 5 that is a drive voltage command calculation unit that generates a drive voltage command for driving the rotating machine 1 based on information about the rotating machine current and the rotor position of the rotating machine 1, a voltage applicator 3 that applies a voltage to the rotating machine 1 based on the generated drive voltage command, and a position estimator 4 that is a position estimator that estimates the rotor position based on the rotating machine current detected by the current detector 2. The position estimator 4 determines the type of voltage vector output by the voltage applicator 3 based on the gate signals Gu , Gv , and Gw of the voltage applicator 3, calculates current differential information that is the amount of change in the rotating machine current for each determined type of voltage vector, generates an AC signal that has zero DC component and changes at an angle twice the rotor position from the amount of change in the rotating machine current that is the calculation result, and estimates the rotor position based on the generated AC signal. With this configuration, the control device 100 can estimate the rotor position with high accuracy even in an appearance pattern of an effective voltage vector in which the current differential information is fragmented, by generating a continuous AC signal with zero DC component and oscillating at twice the angle of the rotor position from the fragmented current differential information.

位置推定器4は、例えば、上記の生成した交流信号を位相同期演算することで、回転子位置を推定することができる。また、位置推定器4は、電圧ベクトルおよび相の少なくとも1つが異なる複数の条件で得られる複数の電流微分情報のうち、同一の波形形状を含む複数の電流微分情報の組み合わせに基づいて、連続な波形形状の交流信号を生成する。より具体的には、位置推定器4は、電圧ベクトルの方向が互いに逆方向の関係にあって同一相の条件で得られる2つの電流微分情報が、互いに逆符号の関係にある特徴を利用して、電圧ベクトルの方向が互いに逆方向の関係にあって同一相の条件で得られる2つの電流微分情報のうちの一方をマイナス1倍した値を用いて、連続な交流信号を生成することができる。The position estimator 4 can estimate the rotor position, for example, by performing phase-synchronous calculations on the generated AC signal. Furthermore, the position estimator 4 generates an AC signal with a continuous waveform based on a combination of multiple pieces of current differential information, including the same waveform, obtained under multiple conditions where at least one of the voltage vector and phase is different. More specifically, the position estimator 4 utilizes the characteristic that two pieces of current differential information obtained under conditions where the voltage vector directions are opposite to each other and the same phase have opposite signs to each other, and can generate a continuous AC signal using a value obtained by multiplying one of the two pieces of current differential information obtained under conditions where the voltage vector directions are opposite to each other and the same phase by -1.

位置推定器4は、電圧ベクトルの方向に応じて電流微分情報の交流成分の位相がシフトする特徴を利用して、連続な交流信号を生成することができる。 The position estimator 4 can generate a continuous AC signal by utilizing the characteristic that the phase of the AC component of the current differential information shifts depending on the direction of the voltage vector.

また、上記の数式(10)~(14)に示したように、位置推定器4は、第1の電流微分情報と、第1の電流微分情報との位相差がプラス3分の2πである第2の電流微分情報と、第1の電流微分情報との位相差がマイナス3分の2πである第3の電流微分情報との和をとることによって、電流微分情報の直流成分を演算することができる。 Furthermore, as shown in the above equations (10) to (14), the position estimator 4 can calculate the DC component of the current differential information by taking the sum of the first current differential information, the second current differential information having a phase difference of plus 2/3π from the first current differential information, and the third current differential information having a phase difference of minus 2/3π from the first current differential information.

また、位置推定器4は、直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号と回転子位置の推定位置とに基づいて位相誤差を演算する位相誤差演算部441と、位相誤差に基づいて推定速度を出力する推定速度生成部であるPI制御器442と、推定速度を積分した値を推定位置として出力する積分器443とを有する。 The position estimator 4 also has a phase error calculation unit 441 that calculates a phase error based on an AC signal that has zero DC component and changes at twice the angle of the rotor position and the estimated rotor position, a PI controller 442 that is an estimated speed generation unit that outputs an estimated speed based on the phase error, and an integrator 443 that outputs the value obtained by integrating the estimated speed as the estimated position.

実施の形態2.
実施の形態2にかかる制御装置100は、実施の形態1と同様の構成を有する。実施の形態2において、制御装置100の全体構成は図1に示す構成と同様であり、位置推定器4の構成は図5に示す構成と同様である。このため、実施の形態2においても、実施の形態1と同様の符号を用いて説明を行う。ただし、実施の形態2では、図5に示した直流成分除去器42の行う処理内容が実施の形態1と異なる。以下では、実施の形態1と異なる部分について主に説明する。
Embodiment 2.
The control device 100 according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. In the second embodiment, the overall configuration of the control device 100 is the same as that shown in FIG. 1, and the configuration of the position estimator 4 is the same as that shown in FIG. 5. Therefore, the same reference numerals as those in the first embodiment will be used in the description of the second embodiment. However, in the second embodiment, the processing content performed by the DC component remover 42 shown in FIG. 5 differs from that in the first embodiment. The following description will mainly focus on the differences from the first embodiment.

実施の形態2において、直流成分除去器42は、上記の数式(10)~(14)の代わりに、下記の数式(21)~(23)を用いて、直流成分「1/A」を演算する。 In embodiment 2, the DC component remover 42 calculates the DC component "1/A" using the following equations (21) to (23) instead of the above equations (10) to (14).

数式(21)~(23)では、分類器41の出力のうち、直流成分が異なり、且つ、交流成分の基準位相が等しい信号の差分をとることで、直流成分「1/A」を演算する。ここでは、3つの数式(21)~(23)を示したが、直流成分除去器42は、最新の有効電圧ベクトルと最新の有効電圧ベクトルとは異なる番号の直近の有効電圧ベクトルとを使用する数式を少なくとも1つ用いればよい。ここで、例えば、group(2/A,0°)は、有効電圧ベクトルV1またはV4が印加されたときの電流微分情報に基づいて生成されており、group(-1/A,0°)は、有効電圧ベクトルV2またはV3またはV5またはV6が印加されたときの電流微分情報に基づいて生成されている。このため、数式(21)は、有効電圧ベクトルV1またはV4と、V2またはV3またはV5またはV6とを使用する数式であると言える。同様に、数式(22)は、有効電圧ベクトルV2またはV5と、V1またはV3またはV4またはV6とを使用する数式である。数式(23)は、有効電圧ベクトルV3またはV6と、V1またはV2またはV4またはV5とを使用する数式である。In equations (21) to (23), the DC component "1/A" is calculated by taking the difference between signals output by the classifier 41 that have different DC components and the same reference phase for the AC component. While three equations (21) to (23) are shown here, the DC component remover 42 only needs to use at least one equation that uses the latest effective voltage vector and the most recent effective voltage vector with a different number from the latest effective voltage vector. For example, group (2/A, 0°) is generated based on the current differential information when effective voltage vector V1 or V4 is applied, and group (-1/A, 0°) is generated based on the current differential information when effective voltage vector V2, V3, V5, or V6 is applied. Therefore, equation (21) can be considered to be an equation that uses effective voltage vector V1 or V4 and V2, V3, V5, or V6. Similarly, equation (22) is an equation using the effective voltage vectors V2 or V5 and V1 or V3 or V4 or V6, and equation (23) is an equation using the effective voltage vectors V3 or V6 and V1 or V2 or V4 or V5.

例えば、最新の有効電圧ベクトルと最新の有効電圧ベクトルとは異なる番号の直近の有効電圧ベクトルとが有効電圧ベクトルV1およびV2であった場合、有効電圧ベクトルV1およびV2を使用する数式(21)および数式(22)のうち少なくとも1つを使用して演算を行う。実施の形態1と同様に、複数の数式を用いる場合、直流成分除去器42は、複数の数式のそれぞれの演算結果の平均値を用いて、直流成分「1/A」を演算することができる。このように実施の形態2では、直流成分を抽出する処理が実施の形態1と異なり、その他の処理は実施の形態1と同様である。実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、制御装置100は、電流微分情報が断片的となる有効電圧ベクトルの出現パターンにおいても、断片的な電流微分情報から、直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で振動する連続な交流信号を生成することで、高精度に回転子位置を推定することができる。For example, if the latest effective voltage vector and the most recent effective voltage vector with a different number from the latest effective voltage vector are effective voltage vectors V1 and V2, the calculation is performed using at least one of Equation (21) and Equation (22), which use effective voltage vectors V1 and V2. As in embodiment 1, when multiple equations are used, the DC component remover 42 can calculate the DC component "1/A" using the average value of the calculation results of each of the multiple equations. Thus, in embodiment 2, the process for extracting the DC component differs from embodiment 1, but the other processes are the same as in embodiment 1. In embodiment 2, as in embodiment 1, the control device 100 can estimate the rotor position with high accuracy even in an appearance pattern of effective voltage vectors in which the current differential information is fragmented by generating a continuous AC signal with zero DC component and oscillating at twice the rotor position angle from the fragmented current differential information.

また、実施の形態1で用いた、数式(10)~(14)では、分類器41の出力のうち、3つの信号を必要とするのに対して、実施の形態2で用いる数式(21)~(23)では、分類器41の出力のうち2つの信号を用いて直流成分「1/A」を演算することができる。このため実施の形態2では、実施の形態1よりも演算負荷が低減されるという効果を得ることができる。さらに、数式(21)~(23)を用いる方法では、2種類の電圧ベクトルの印加を必要とするのに対して、数式(10)~(14)を用いる方法では、2種類または3種類の電圧ベクトルの印加を必要とする。位置推定応答の観点では、演算に用いる電圧ベクトルの種類は少ない方が応答性がよい。したがって、実施の形態2では、実施の形態1の方法と比較して、高応答に直流成分を抽出することができる。 Furthermore, while the formulas (10) to (14) used in embodiment 1 require three signals from the output of classifier 41, the formulas (21) to (23) used in embodiment 2 can calculate the DC component "1/A" using two signals from the output of classifier 41. Therefore, embodiment 2 has the advantage of reducing the computational load compared to embodiment 1. Furthermore, the method using formulas (21) to (23) requires the application of two types of voltage vectors, while the method using formulas (10) to (14) requires the application of two or three types of voltage vectors. From the perspective of position estimation response, the fewer types of voltage vectors used in the calculation, the better the responsiveness. Therefore, embodiment 2 can extract the DC component with higher response than the method of embodiment 1.

続いて、実施の形態1および実施の形態2にかかる制御装置100が備える各機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。ここで言う各機能とは、電流検出器2、電圧印加器3、位置推定器4および制御器5が有する機能のことを指す。Next, we will explain the hardware configuration for realizing each function of the control device 100 according to the first and second embodiments. The functions referred to here refer to the functions of the current detector 2, voltage applicator 3, position estimator 4, and controller 5.

図13は、実施の形態1および実施の形態2にかかる制御装置100の機能を実現するためのハードウェア構成の第1の例を示す図である。図14は、実施の形態1および実施の形態2にかかる制御装置100の機能を実現するためのハードウェア構成の第2の例を示す図である。図13に示す第1の例では、制御装置100は、専用処理回路1000と、電流検出器2と、電圧印加器3とを有する。ここで電流検出器2および電圧印加器3のそれぞれは、専用のハードウェアを用いてその機能が実現され、位置推定器4および制御器5の機能は、専用処理回路1000により実現される。また、図14に示す第2の例では、制御装置100は、プロセッサ1001と、記憶装置1002と、電流検出器2と、電圧印加器3とを有する。ここで電流検出器2および電圧印加器3のそれぞれは、専用のハードウェアを用いてその機能が実現され、位置推定器4および制御器5の機能は、プロセッサ1001および記憶装置1002を用いて実現される。専用処理回路1000およびプロセッサ1001は、制御回路とも呼ばれる。13 is a diagram illustrating a first example of a hardware configuration for realizing the functions of the control device 100 according to the first and second embodiments. FIG. 14 is a diagram illustrating a second example of a hardware configuration for realizing the functions of the control device 100 according to the first and second embodiments. In the first example illustrated in FIG. 13, the control device 100 has a dedicated processing circuit 1000, a current detector 2, and a voltage applicator 3. Here, the functions of the current detector 2 and the voltage applicator 3 are each realized using dedicated hardware, and the functions of the position estimator 4 and the controller 5 are realized by the dedicated processing circuit 1000. Also, in the second example illustrated in FIG. 14, the control device 100 has a processor 1001, a memory device 1002, a current detector 2, and a voltage applicator 3. Here, the functions of the current detector 2 and the voltage applicator 3 are each realized using dedicated hardware, and the functions of the position estimator 4 and the controller 5 are realized by the processor 1001 and the memory device 1002. The dedicated processing circuit 1000 and the processor 1001 are also referred to as control circuits.

専用処理回路1000は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置100は、1つの専用処理回路1000でまとめて上記の各機能を実現してもよいし、複数の専用処理回路1000を用いて上記の機能のそれぞれを実現してもよい。The dedicated processing circuit 1000 may be a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these. The control device 100 may implement all of the above functions using a single dedicated processing circuit 1000, or may implement each of the above functions using multiple dedicated processing circuits 1000.

プロセッサ1001は、記憶装置1002に記憶されたプログラムを読みだして実行することによって、制御装置100の各機能を実現することができる。なお、制御装置100は、複数のプロセッサ1001と複数の記憶装置1002とが連携して、上述した各機能を実現してもよい。The processor 1001 can realize each function of the control device 100 by reading and executing a program stored in the memory device 1002. Note that the control device 100 may realize each of the above-mentioned functions by having multiple processors 1001 and multiple memory devices 1002 work together.

プロセッサ1001および記憶装置1002を用いる場合、上述した各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置1002に記憶される。プロセッサ1001は、記憶装置1002に記憶されたプログラムを読みだして実行する。また、これらのプログラムは、各機能が実行される手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。 When using the processor 1001 and the storage device 1002, each of the above-mentioned functions is realized by software, firmware, or a combination of these. The software or firmware is written as a program and stored in the storage device 1002. The processor 1001 reads and executes the program stored in the storage device 1002. These programs can also be said to cause the computer to execute the procedures and methods for performing each function.

プロセッサ1001は、CPUであり、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)などとも呼ばれる。記憶装置1002は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disk)などである。 The processor 1001 is a CPU, also known as a processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, DSP (Digital Signal Processor), etc. The storage device 1002 is, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a minidisk, a DVD (Digital Versatile Disk), etc.

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are merely examples, and may be combined with other known technologies, or different embodiments may be combined with each other. Parts of the configuration may also be omitted or modified without departing from the spirit of the invention.

例えば、上記の実施の形態1および実施の形態2では、回転機1は、同期リラクタンスモータであることとしたが、回転機1の種類はこれに限定されない。回転機1は、埋込磁石型同期モータまたは表面磁石型同期モータ(SPMSM:Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)といった突極性を持つモータであってもよい。For example, in the above-described first and second embodiments, the rotating machine 1 is a synchronous reluctance motor, but the type of rotating machine 1 is not limited to this. The rotating machine 1 may also be a motor with salient poles, such as an interior permanent magnet synchronous motor or a surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM).

また、上記の実施の形態1および実施の形態2では、制御装置100の制御器5は、d軸電流およびq軸電流を制御するものとしたが、制御器5はトルク、回転速度などを制御する構成とすることもできる。 In addition, in the above-mentioned embodiments 1 and 2, the controller 5 of the control device 100 controls the d-axis current and the q-axis current, but the controller 5 can also be configured to control torque, rotational speed, etc.

また、上記の実施の形態1および実施の形態2では、電流検出器2が回転機1の相電流を検出する構成について説明したが、電流検出器2は電流検出部の一例であって、上記の例に限定されない。電流検出部は、相電流を検出することができればよく、電圧印加器3を構成する図示しないインバータに内蔵された電流センサであってもよい。 Furthermore, in the above-mentioned first and second embodiments, a configuration in which the current detector 2 detects the phase current of the rotating machine 1 has been described, but the current detector 2 is an example of a current detection unit and is not limited to the above example. The current detection unit only needs to be able to detect the phase current, and may be a current sensor built into an inverter (not shown) that constitutes the voltage applicator 3.

1 回転機、2 電流検出器、3 電圧印加器、4 位置推定器、5 制御器、6 電流制御器、7 回転座標逆変換器、8 二相三相変換器、9,43 三相二相変換器、10 回転座標変換器、30a トランジスタ、30b ダイオード、30A,30B,30C レグ、32,33,34 接続点、35a,35b 直流母線、36 電力源、40 電流微分情報演算部、41 分類器、42 直流成分除去器、44 位相同期演算部、100 制御装置、400 電圧ベクトル判定器、401 電流微分演算器、441 位相誤差演算部、442 PI制御器、443 積分器、444,445 比例器、1000 専用処理回路、1001 プロセッサ、1002 記憶装置、UP,UN,VP,VN,WP,WN 半導体素子。1 Rotating machine, 2 Current detector, 3 Voltage applicator, 4 Position estimator, 5 Controller, 6 Current controller, 7 Rotating coordinate inverse converter, 8 Two-phase to three-phase converter, 9, 43 Three-phase to two-phase converter, 10 Rotating coordinate converter, 30a Transistor, 30b Diode, 30A, 30B, 30C Leg, 32, 33, 34 Connection point, 35a, 35b DC bus, 36 Power source, 40 Current differential information calculation unit, 41 Classifier, 42 DC component remover, 44 Phase synchronization calculation unit, 100 Control device, 400 Voltage vector determiner, 401 Current differential calculator, 441 Phase error calculation unit, 442 PI controller, 443 Integrator, 444, 445 Proportional regulator, 1000 Dedicated processing circuit, 1001 Processor, 1002 Memory device, UP, UN, VP, VN, WP, WN semiconductor elements.

Claims (10)

突極性を有する多相の回転機の駆動制御を行う制御装置であって、
前記回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
前記回転機電流と前記回転機の回転子位置の推定値とに基づいて前記回転機を駆動するための駆動電圧指令を生成する駆動電圧指令演算部と、
生成された前記駆動電圧指令に基づいて前記回転機に電圧を印加する電圧印加器と、
前記回転機電流に基づいて前記回転子位置を推定する位置推定部と、
を備え、
前記位置推定部は、前記電圧印加器のゲート信号に基づき前記電圧印加器が出力する電圧ベクトルの種類を判定し、判定した前記電圧ベクトルの種類毎に前記回転機電流の変化量を演算し、演算結果である回転機電流変化量に基づいて直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号を生成し、前記交流信号に基づいて回転子位置を推定する
ことを特徴とする制御装置。
A control device for performing drive control of a multi-phase rotating machine having salient poles ,
a current detection unit that detects a rotating machine current flowing through the rotating machine;
a drive voltage command calculation unit that generates a drive voltage command for driving the rotating machine based on the rotating machine current and an estimated value of a rotor position of the rotating machine;
a voltage applicator that applies a voltage to the rotating machine based on the generated drive voltage command;
a position estimation unit that estimates the rotor position based on the rotating machine current;
Equipped with
the position estimation unit determines a type of voltage vector output by the voltage applicator based on a gate signal of the voltage applicator, calculates a change in the rotating machine current for each determined type of voltage vector, generates an AC signal having zero DC component and changing at twice the angle of the rotor position based on the calculated change in the rotating machine current, and estimates the rotor position based on the AC signal.
前記位置推定部は、前記交流信号を位相同期演算することで前記回転子位置を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The control device according to claim 1 , wherein the position estimation unit estimates the rotor position by performing a phase synchronous operation on the AC signal.
前記位置推定部は、電圧ベクトルおよび相の少なくとも1つが異なる複数の条件で得られる複数の前記回転機電流変化量のうち、同一の波形形状を含む複数の前記回転機電流変化量の組み合わせに基づいて、連続な波形形状の前記交流信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
2. The control device according to claim 1, wherein the position estimation unit generates the AC signal having a continuous waveform based on a combination of a plurality of the rotating machine current change amounts including the same waveform shape, among a plurality of the rotating machine current change amounts obtained under a plurality of conditions in which at least one of a voltage vector and a phase is different.
前記位置推定部は、電圧ベクトルの方向が互いに逆方向の関係にあって同一相の条件で得られる2つの前記回転機電流変化量が、互いに逆符号の関係にある特徴を利用して、電圧ベクトルの方向が互いに逆方向の関係にあって同一相の条件で得られる2つの前記回転機電流変化量のうちの一方をマイナス1倍した値を用いて、前記交流信号を生成する
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
4. The control device according to claim 3, wherein the position estimation unit utilizes a feature that the two rotating machine current change amounts obtained under the same phase condition with voltage vectors in opposite directions to each other have opposite signs to each other, and generates the AC signal using a value obtained by multiplying one of the two rotating machine current change amounts obtained under the same phase condition with voltage vectors in opposite directions to each other by minus one.
前記位置推定部は、電圧ベクトルの方向に応じて前記回転機電流変化量の交流成分の位相がシフトする特徴を利用して、前記交流信号を生成する
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
The control device according to claim 3 , wherein the position estimation unit generates the AC signal by utilizing a characteristic that a phase of an AC component of the amount of change in the rotating machine current shifts depending on the direction of a voltage vector.
前記位置推定部は、前記回転機電流変化量の直流成分を演算し、演算した前記直流成分を前記回転機電流変化量から減算することで前記回転機電流変化量の交流成分を演算し、前記交流成分に基づいて前記交流信号を生成する
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の制御装置。
6. The control device according to claim 3, wherein the position estimation unit calculates a DC component of the rotating machine current change amount, calculates an AC component of the rotating machine current change amount by subtracting the calculated DC component from the rotating machine current change amount, and generates the AC signal based on the AC component.
前記位置推定部は、前記回転機電流変化量のうち、第1の回転機電流変化量と、前記第1の回転機電流変化量との位相差がプラス3分の2πである第2の回転機電流変化量と、前記第1の回転機電流変化量との位相差がマイナス3分の2πである第3の回転機電流変化量との和をとることによって、前記直流成分を演算する
ことを特徴とする請求項6に記載の制御装置。
7. The control device according to claim 6, wherein the position estimation unit calculates the DC component by taking the sum of a first rotating machine current change amount, a second rotating machine current change amount having a phase difference of plus 2/3π with respect to the first rotating machine current change amount, and a third rotating machine current change amount having a phase difference of minus 2/3π with respect to the first rotating machine current change amount, among the rotating machine current change amounts.
前記位置推定部は、前記回転機電流変化量のうち、交流成分の位相が等しく、且つ、直流成分の大きさが異なる2つの前記回転機電流変化量の差をとることによって、前記直流成分を演算する
ことを特徴とする請求項6に記載の制御装置。
7. The control device according to claim 6, wherein the position estimation unit calculates the DC component by taking a difference between two of the rotating machine current change amounts, the two having AC components with the same phase but different DC components.
前記位置推定部は、
前記直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号と前記回転子位置の推定位置とに基づいて位相誤差を演算する位相誤差演算部と、
前記位相誤差に基づいて推定速度を出力する推定速度生成部と、
前記推定速度を積分した値を前記推定位置として出力する積分器と、
を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The position estimation unit
a phase error calculation unit that calculates a phase error based on the AC signal having zero DC component and changing at twice the angle of the rotor position and the estimated rotor position;
an estimated velocity generating unit that outputs an estimated velocity based on the phase error;
an integrator that outputs a value obtained by integrating the estimated velocity as the estimated position;
The control device according to claim 1 , further comprising:
突極性を有する多相の回転機の駆動制御方法であって、
前記回転機に流れる回転機電流を検出するステップと、
前記回転機電流と前記回転機の回転子位置の推定値とに基づいて前記回転機を駆動するための駆動電圧指令を生成するステップと、
生成された前記駆動電圧指令に基づいて前記回転機に電圧を印加するステップと、
前記回転機電流に基づいて前記回転子位置を推定するステップと、
を備え、
前記回転子位置を推定するステップでは、前記回転機に電圧を印加する電圧印加器のゲート信号に基づき前記電圧印加器が出力する電圧ベクトルの種類を判定し、判定した前記電圧ベクトルの種類毎に前記回転機電流の変化量を演算し、演算結果である回転機電流変化量に基づいて直流成分がゼロ、且つ、回転子位置の2倍角で変化する交流信号を生成し、前記交流信号に基づいて回転子位置を推定する
ことを特徴とする駆動制御方法。
A drive control method for a polyphase rotating machine having salient poles , comprising:
detecting a rotating machine current flowing through the rotating machine;
generating a drive voltage command for driving the rotating machine based on the rotating machine current and an estimated value of a rotor position of the rotating machine;
applying a voltage to the rotating machine based on the generated drive voltage command;
estimating the rotor position based on the rotating machine current;
Equipped with
a drive control method comprising: determining a type of voltage vector output by a voltage applicator that applies a voltage to the rotating machine based on a gate signal of the voltage applicator; calculating a change in the rotating machine current for each determined type of voltage vector; generating an AC signal having zero DC component and changing at twice the angle of the rotor position based on the calculated change in the rotating machine current; and estimating the rotor position based on the AC signal.
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WO2020230339A1 (en) 2019-05-16 2020-11-19 三菱電機株式会社 Rotating electrical machine control device

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