JP2022101783A - Control device, motor system, and identification method - Google Patents

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Abstract

To provide a control device, a motor system, and an identification method that can reduce a calculation process for estimating the inertia and viscosity coefficient of a motor.SOLUTION: In an identification method, a rise time of the speed of a motor is measured by changing a q-axis current of the motor in a stepwise manner, the inertia of the motor is estimated according to the measured value of the rise time, the q-axis current of the motor is measured at each of first rotation speed and second rotation speed, the viscous resistance of the motor is estimated on the basis of a speed difference between the first rotation speed and the second rotation speed, and a current difference between the measured value of the q-axis current at the first rotation speed and the measured value of the q-axis current at the second rotation speed, and the estimated value of the inertia is corrected by using the estimated value of the viscous resistance.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、制御装置、モータシステム及び同定方法に関する。 The present disclosure relates to control devices, motor systems and identification methods.

モータの発生トルクからモータ速度への伝達関数の係数を最小二乗法により推定することで、モータのイナーシャと粘性係数を同定する同定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、トルク指令とモータ位置情報に基づき最小二乗推定処理を行い、イナーシャ推定値及び粘性摩擦係数推定値を出力する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、q軸の電流指令値をステップ状に変化させることで上昇する角速度推定値の上昇カーブから角加速度を算出し、角加速度の算出値を用いてモータの全慣性モーメントを算出する技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。 An identification device that identifies the inertia and viscosity coefficient of a motor by estimating the coefficient of the transfer function from the generated torque of the motor to the motor speed by the least squares method is known (see, for example, Patent Document 1). Further, there is known a technique of performing a minimum square estimation process based on a torque command and motor position information and outputting an inertia estimated value and a viscous friction coefficient estimated value (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, the technology to calculate the total moment of inertia of the motor by calculating the angular acceleration from the rising curve of the estimated angular velocity value that rises by changing the current command value of the q-axis in steps and using the calculated value of the angular acceleration is known. (See, for example, Patent Document 3).

特開平8-220197号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-201097 国際公開第2014/156164号International Publication No. 2014/156164 特開2004-242430号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-242430

しかしながら、モータのイナーシャと粘性係数を推定するため、最小二乗法による同定方法を用いると、計算処理が増大する場合がある。 However, if the identification method by the least squares method is used to estimate the inertia and the viscosity coefficient of the motor, the calculation process may increase.

本開示は、モータのイナーシャと粘性係数を推定する計算処理を低減可能な制御装置、モータシステム及び同定方法を提供する。 The present disclosure provides a control device, a motor system, and an identification method capable of reducing the calculation process for estimating the inertia and viscosity coefficient of a motor.

本開示の一態様では、
モータのq軸電流をステップ状に変化させることで前記モータの速度の立ち上がり時間を測定する測定部と、
前記立ち上がり時間の測定値に応じて、前記モータのイナーシャを推定するイナーシャ推定部と、
第1回転速度と第2回転速度のそれぞれにおける前記モータのq軸電流を計測する計測部と、
前記第1回転速度と前記第2回転速度との速度差と、前記第1回転速度における前記q軸電流の測定値と前記第2回転速度における前記q軸電流の測定値との電流差とに基づいて、前記モータの粘性抵抗を推定する粘性抵抗推定部と、
前記イナーシャの推定値を前記粘性抵抗の推定値を用いて補正する補正部と、を備える、制御装置が提供される。
In one aspect of the disclosure,
A measuring unit that measures the rise time of the speed of the motor by changing the q-axis current of the motor in steps.
An inertia estimation unit that estimates the inertia of the motor according to the measured value of the rise time, and an inertia estimation unit.
A measuring unit that measures the q-axis current of the motor at each of the first rotation speed and the second rotation speed,
The speed difference between the first rotation speed and the second rotation speed, and the current difference between the measured value of the q-axis current at the first rotation speed and the measured value of the q-axis current at the second rotation speed. Based on the viscous resistance estimation unit that estimates the viscous resistance of the motor,
A control device is provided that includes a correction unit that corrects the estimated value of the inertia by using the estimated value of the viscous resistance.

本開示によれば、モータのイナーシャと粘性係数を推定する計算処理を低減できる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the calculation process for estimating the inertia and the viscosity coefficient of the motor.

本開示の実施の形態1に係るモータシステムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the motor system which concerns on Embodiment 1 of this disclosure. モータの機械的パラメータを同定する同定部の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of the identification part which identifies the mechanical parameter of a motor. 同定方法1を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the identification method 1. 粘性抵抗の推定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of estimating viscous resistance.

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態に係るモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the motor control device, the motor system, and the motor control method according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本開示の実施の形態1に係るモータシステム1の構成例を示す図である。図1に示すモータシステム1は、モータ4のロータと同期して回転する直交回転座標軸であるdq軸上でモータ4を制御することで、高性能なトルク制御や速度制御を実現する。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motor system 1 according to the first embodiment of the present disclosure. The motor system 1 shown in FIG. 1 realizes high-performance torque control and speed control by controlling the motor 4 on the dq axis, which is an orthogonal rotation coordinate axis that rotates in synchronization with the rotor of the motor 4.

d軸は、ロータの実際の磁極位置を表す実角度方向(ロータの磁石により発生する磁束の方向)に伸びる軸であり、q軸は、d軸から電気角で90°進んだ方向に伸びる軸である。d軸及びq軸は、合わせて、dq軸又はd,q軸と称することがある。dq軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸である。ロータの磁極位置θは、モータの基準コイル(例えば、U相コイル)の位置を基準に、d軸が進む角度で表される。なお、d軸及びq軸は、ベクトル制御におけるモデル上の軸であり、各種センサの有無にかかわらず、d軸及びq軸を用いることができる。 The d-axis is an axis extending in the real angle direction (direction of the magnetic flux generated by the magnet of the rotor) representing the actual magnetic pole position of the rotor, and the q-axis is an axis extending in a direction advanced by 90 ° in electrical angle from the d-axis. Is. The d-axis and q-axis may be collectively referred to as dq-axis or d, q-axis. The dq axis is the axis on the model in vector control. The magnetic pole position θ of the rotor is represented by an angle at which the d-axis advances with respect to the position of the reference coil (for example, the U-phase coil) of the motor. The d-axis and the q-axis are axes on the model in vector control, and the d-axis and the q-axis can be used regardless of the presence or absence of various sensors.

モータシステム1が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫、ポンプ等であるが、当該機器は、これらに限られない。モータシステム1は、モータ4と、モータ制御装置100とを少なくとも備える。 The equipment on which the motor system 1 is mounted is, for example, a copier, a personal computer, a refrigerator, a pump, and the like, but the equipment is not limited thereto. The motor system 1 includes at least a motor 4 and a motor control device 100.

モータ4は、複数のコイルを有するモータである。モータ4は、例えば、U相コイルとV相コイルとW相コイルとを含む3相コイルを有する。モータ4の具体例として、3相のブラシレス直流モータ、ステッピングモータなどが挙げられる。モータ4は、少なくとも一つの永久磁石が配置されるロータと、ステータとを有する。モータ4は、例えば、送風用のファンを回すファンモータである。モータ4は、ロータの磁石の角度位置(磁極位置)を検出する位置センサを使用しないモータ(センサレス型モータ)でも、位置センサを使用するモータ(センサ付きモータ)でもよい。 The motor 4 is a motor having a plurality of coils. The motor 4 has, for example, a three-phase coil including a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil. Specific examples of the motor 4 include a three-phase brushless DC motor, a stepping motor, and the like. The motor 4 has a rotor in which at least one permanent magnet is arranged and a stator. The motor 4 is, for example, a fan motor that rotates a fan for ventilation. The motor 4 may be a motor that does not use a position sensor for detecting the angular position (pole position) of the magnet of the rotor (sensorless type motor) or a motor that uses a position sensor (motor with a sensor).

モータ制御装置100は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、3相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を3相のPWM信号を含む通電パターンに従いオンオフ(ON、OFF)制御することで、インバータ12を介してモータ4を駆動する。モータ制御装置100は、モータ4がステッピングモータの場合、例えば2相接続された複数のスイッチング素子を2相のPWM信号を含む通電パターンに従いオンオフ制御することで、インバータ12を介してモータ4を駆動する。 When the motor 4 is a three-phase brushless DC motor, the motor control device 100 controls a plurality of switching elements connected by a three-phase bridge on / off (ON / OFF) according to an energization pattern including a three-phase PWM signal. The motor 4 is driven via the inverter 12. When the motor 4 is a stepping motor, the motor control device 100 drives the motor 4 via the inverter 12, for example, by controlling on / off of a plurality of switching elements connected in two phases according to an energization pattern including a two-phase PWM signal. do.

モータ制御装置100は、例えば、インバータ12、PWM回路13、電流検出部11、位置・速度検出部19、速度制御部20、電流制御部30、電流座標変換器14、電圧座標変換器15及び同定部40を備える。同定部40等の各部の機能は、メモリに記憶されたプログラムに従ってCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが動作することにより実現される。 The motor control device 100 includes, for example, an inverter 12, a PWM circuit 13, a current detection unit 11, a position / speed detection unit 19, a speed control unit 20, a current control unit 30, a current coordinate converter 14, a voltage coordinate converter 15, and identification. A unit 40 is provided. The functions of each part such as the identification unit 40 are realized by operating a processor such as a CPU (Central Processing Unit) according to a program stored in the memory.

インバータ12は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって3相交流に変換し、3相交流の駆動電流をモータ4に流すことによって、モータ4のロータを回転させる回路である。インバータ12は、PWM回路13によって生成される複数の通電パターン(より具体的には、3相のPWM信号)に基づいて、モータ4を駆動する。PWMとは、Pulse Width Modulation(パルス幅変調)を意味する。インバータ12は、モータ4がステッピングモータの場合、直流電源から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって複数の交流に変換し、複数の駆動電流をモータ4に流すことによって、モータ4のロータを回転させる回路である。 When the motor 4 is a three-phase brushless DC motor, the inverter 12 converts the DC supplied from the DC power supply into a three-phase alternating current by switching a plurality of switching elements, and causes the drive current of the three-phase alternating current to flow to the motor 4. This is a circuit for rotating the rotor of the motor 4. The inverter 12 drives the motor 4 based on a plurality of energization patterns (more specifically, three-phase PWM signals) generated by the PWM circuit 13. PWM means Pulse Width Modulation. When the motor 4 is a stepping motor, the inverter 12 converts the direct current supplied from the direct current power supply into a plurality of alternating currents by switching of a plurality of switching elements, and causes a plurality of drive currents to flow through the motor 4 to cause the rotor of the motor 4 to flow. It is a circuit to rotate.

電流検出部11は、モータ4が3相のブラシレス直流モータの場合、PWM回路13によって生成される複数の通電パターン(より具体的には、3相のPWM信号)に基づいて、モータ4に流れるU,V,W各相の相電流Iu,Iv,Iwを検出する。例えば、電流検出部11は、インバータ12の直流側に設けられる1つのシャント抵抗に発生する電圧に基づいて、各相の相電流Iu,Iv,Iwを検出する。電流検出部11は、インバータ12とモータ4との間に流れる電流を検出する電流センサによって、相電流Iu,Iv,Iwを検出してもよい。電流検出部11は、モータ4がステッピングモータの場合、PWM回路13によって生成される複数の通電パターンに基づいて、モータ4に流れる各相の相電流を検出する。 When the motor 4 is a three-phase brushless DC motor, the current detection unit 11 flows to the motor 4 based on a plurality of energization patterns (more specifically, a three-phase PWM signal) generated by the PWM circuit 13. The phase currents Iu, Iv, and Iw of each of the U, V, and W phases are detected. For example, the current detection unit 11 detects the phase currents Iu, Iv, and Iw of each phase based on the voltage generated in one shunt resistance provided on the DC side of the inverter 12. The current detection unit 11 may detect the phase currents Iu, Iv, Iw by the current sensor that detects the current flowing between the inverter 12 and the motor 4. When the motor 4 is a stepping motor, the current detection unit 11 detects the phase current of each phase flowing through the motor 4 based on a plurality of energization patterns generated by the PWM circuit 13.

位置・速度検出部19は、電流座標変換器14により生成されたd軸電流検出値i及びq軸電流検出値iと、電流制御部30により生成されたd軸電圧指令値v 及びq軸電圧指令値v とに基づいて、ロータの磁極位置θ及び回転速度ωを検出する。位置・速度検出部19は、モータ4に位置センサが取り付けられている場合、当該位置センサの出力信号に基づいて、磁極位置θ及び回転速度ωを検出してもよい。磁極位置θは、モータ4のロータの磁極位置(電気角)を表し、回転速度ωは、モータ4のロータの電気角速度を表す。位置・速度検出部19により検出される回転速度ωの検出値を、速度検出値ωとも称する。 The position / velocity detection unit 19 has a d-axis current detection value id and a q-axis current detection value i q generated by the current coordinate converter 14, and a d-axis voltage command value v d * generated by the current control unit 30. And the magnetic pole position θ and the rotation speed ω of the rotor are detected based on the q-axis voltage command value v q * . When the position sensor is attached to the motor 4, the position / speed detection unit 19 may detect the magnetic pole position θ and the rotation speed ω based on the output signal of the position sensor. The magnetic pole position θ represents the magnetic pole position (electrical angle) of the rotor of the motor 4, and the rotational speed ω represents the electric angular velocity of the rotor of the motor 4. The detection value of the rotation speed ω detected by the position / speed detection unit 19 is also referred to as a speed detection value ω.

速度制御部20は、外部からの速度指令値ωと位置・速度検出部19によって検出される速度検出値ωとの差が零に収束するように、d-q座標系におけるd軸電流指令値i 及びq軸電流指令値i を生成する。速度指令値ωは、モータ4のロータの電気角速度で表される回転速度の指令値を表す。速度制御部20は、例えば、減算器16、速度調節器17及び電流指令演算部18を有する。 The speed control unit 20 gives a d-axis current command in the dq coordinate system so that the difference between the speed command value ω * from the outside and the speed detection value ω detected by the position / speed detection unit 19 converges to zero. Generates the values id * and the q-axis current command value i q * . The speed command value ω * represents the command value of the rotation speed represented by the electric angular velocity of the rotor of the motor 4. The speed control unit 20 includes, for example, a subtractor 16, a speed controller 17, and a current command calculation unit 18.

減算器16は、速度指令値ωと速度検出値ωとの偏差を演算する。速度調節器17は、減算器16により演算された偏差を増幅することで、電流指令値iを演算する。トルク指令値τは、電流指令値iに係数を掛けたもので、電流値に比例する値と等価であり、モータ4のトルクTの指令値を表す。 The subtractor 16 calculates the deviation between the speed command value ω * and the speed detection value ω. The speed controller 17 calculates the current command value i * by amplifying the deviation calculated by the subtractor 16. The torque command value τ * is obtained by multiplying the current command value i * by a coefficient, is equivalent to a value proportional to the current value, and represents the command value of the torque T of the motor 4.

電流指令演算部18は、電流指令値i及び速度検出値ωに基づき、モータ4のd軸方向に流すd軸電流の指令値であるd軸電流指令値i とモータ4のq軸方向に流すq軸電流の指令値であるq軸電流指令値i を演算する。モータ4に生じるトルクTは、q軸電流指令値i に比例して大きくなる。 Based on the current command value i * and the speed detection value ω, the current command calculation unit 18 has a d -axis current command value id * , which is a command value of the d-axis current flowing in the d-axis direction of the motor 4, and the q-axis of the motor 4. The q-axis current command value i q * , which is the command value of the q-axis current flowing in the direction, is calculated. The torque T generated in the motor 4 increases in proportion to the q-axis current command value i q * .

電流制御部30は、d軸電流指令値i とd軸電流検出値iとの差が零に収束するように、モータ4のd軸方向に生じるd軸電圧の指令値であるd軸電圧指令値v を生成する。電流制御部30は、q軸電流指令値i とq軸電流検出値iとの差が零に収束するように、モータ4のq軸方向に生じるq軸電圧の指令値であるq軸電圧指令値v を生成する。 The current control unit 30 is a command value of the d-axis voltage generated in the d-axis direction of the motor 4 so that the difference between the d -axis current command value id * and the d -axis current detection value id converges to zero. Generates the shaft voltage command value v d * . The current control unit 30 is a command value of the q-axis voltage generated in the q-axis direction of the motor 4 so that the difference between the q-axis current command value i q * and the q-axis current detection value i q converges to zero. Generates the shaft voltage command value v q * .

モータ4がブラシレスモータ直流モータの場合、電圧座標変換器15は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、d軸電圧指令値v 及びq軸電圧指令値v を、U,V,W各相の相電圧指令v*,v*,v*に変換する。電流座標変換器14は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部11により検出された3相の相電流Iu,Iv,Iwを、2相のd軸電流検出値i及びq軸電流検出値iに変換する。 When the motor 4 is a brushless motor DC motor, the voltage coordinate converter 15 uses the magnetic pole position θ detected by the position / speed detection unit 19 to obtain a d-axis voltage command value v d * and a q-axis voltage command value v q . * Is converted into the phase voltage commands v u *, v v *, v w * for each of the U, V, and W phases. The current coordinate converter 14 uses the magnetic pole position θ detected by the position / velocity detection unit 19 to convert the three-phase phase currents Iu, Iv, and Iw detected by the current detection unit 11 into two-phase d-axis currents. It is converted into the detected value id and the q-axis current detected value i q .

モータ4がステッピングモータの場合、電圧座標変換器15は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、d軸電圧指令値v 及びq軸電圧指令値v を、各相の相電圧指令値に変換する。電流座標変換器14は、位置・速度検出部19によって検出された磁極位置θを用いて、電流検出部11により検出された各相の相電流を、2相のd軸電流検出値i及びq軸電流検出値iに変換する。 When the motor 4 is a stepping motor, the voltage coordinate converter 15 uses the magnetic pole position θ detected by the position / velocity detection unit 19 to generate a d-axis voltage command value v d * and a q-axis voltage command value v q * . , Convert to the phase voltage command value of each phase. The current coordinate converter 14 uses the magnetic pole position θ detected by the position / velocity detection unit 19 to convert the phase current of each phase detected by the current detection unit 11 into the two-phase d -axis current detection value id and. Convert to q-axis current detection value i q .

同定部40は、モータ4の機械的パラメータ(イナーシャ、粘性抵抗など)を同定する。モータ4に機械的負荷が接続されている場合、同定部40は、その機械的負荷とモータ4を合わせた状態での機械的パラメータ(イナーシャJと粘性係数D)を同定する。同定部40は、モータ制御装置100の内部又は外部にある。 The identification unit 40 identifies the mechanical parameters (inertia, viscous resistance, etc.) of the motor 4. When a mechanical load is connected to the motor 4, the identification unit 40 identifies the mechanical parameters (inertia J and viscosity coefficient D) in the state where the mechanical load and the motor 4 are combined. The identification unit 40 is inside or outside the motor control device 100.

図2は、モータの機械的パラメータを同定する同定部の一例を示す機能ブロック図である。図2に示す同定部40は、測定部55、イナーシャ推定部56、計測部58、粘性抵抗推定部59及び補正部50を備える。 FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of an identification unit that identifies mechanical parameters of a motor. The identification unit 40 shown in FIG. 2 includes a measurement unit 55, an inertia estimation unit 56, a measurement unit 58, a viscosity resistance estimation unit 59, and a correction unit 50.

測定部55は、モータ4のq軸電流をステップ状に変化させることでモータ4の回転速度ωの立ち上がり時間trを測定する。イナーシャ推定部56は、測定部55により得られた立ち上がり時間trの測定値に応じて、モータ4のイナーシャJを推定する。計測部58は、第1回転速度ω1と第2回転速度ω2のそれぞれにおけるモータ4のq軸電流を計測する。粘性抵抗推定部59は、第1回転速度ω1と第2回転速度ω2との速度差と、第1回転速度ω1におけるq軸電流の計測値Iq1と第2回転速度ω2におけるq軸電流の計測値Iq2との電流差とに基づいて、粘性抵抗Dを推定する。補正部50は、イナーシャ推定部56により得られたイナーシャJの推定値を粘性抵抗推定部59により得られた粘性抵抗Dの推定値を用いて補正する。 The measuring unit 55 measures the rise time tr of the rotational speed ω of the motor 4 by changing the q-axis current of the motor 4 in steps. The inertia estimation unit 56 estimates the inertia J of the motor 4 according to the measured value of the rise time tr obtained by the measurement unit 55. The measuring unit 58 measures the q-axis current of the motor 4 at each of the first rotation speed ω1 and the second rotation speed ω2. The viscous resistance estimation unit 59 is the speed difference between the first rotation speed ω1 and the second rotation speed ω2, and the measured value of the q-axis current at the first rotation speed ω1 Iq1 and the measured value of the q-axis current at the second rotation speed ω2. The viscous resistance D is estimated based on the current difference from Iq2. The correction unit 50 corrects the estimated value of the inertia J obtained by the inertia estimation unit 56 by using the estimated value of the viscous resistance D obtained by the viscous resistance estimation unit 59.

補正部50は、イナーシャJの補正後の推定値及び粘性抵抗Dの推定値を同定値としてメモリに保存する。イナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値は、速度制御部20(図1)の制御ゲインの設定に利用される。なお、制御ゲインを設定するにあたり、必ずしもイナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値を速度制御部20に用いなくてもよい。例えば、同定部40は、イナーシャJ及び粘性抵抗Dの各々の同定値をユーザに提示し、ユーザから入力される情報に応じて、制御ゲインを設定してもよい。 The correction unit 50 stores the corrected estimated value of the inertia J and the estimated value of the viscous resistance D as identification values in the memory. The identification values of the inertia J and the viscous resistance D are used to set the control gain of the speed control unit 20 (FIG. 1). In setting the control gain, it is not always necessary to use the identification values of the inertia J and the viscous resistance D in the speed control unit 20. For example, the identification unit 40 may present the identification values of the inertia J and the viscous resistance D to the user, and set the control gain according to the information input from the user.

<同定方法1>
図3は、同定方法1を示すフローチャートである。最初に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による電流制御に設定し、d軸電流指令値i を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定する(ステップS10)。
<Identification method 1>
FIG. 3 is a flowchart showing the identification method 1. First, the identification unit 40 sets the motor control device 100 to the current control by vector control, and sets the d -axis current command value id * to the current control for controlling the q-axis current while being fixed to zero (step). S10).

次に、同定部40は、ステップ状のq軸電流(I電流)の電流値を設定し、I電流が零から所定の電流値に変化するステップ状のq軸電流を印加する(ステップS11)。同定部40は、モータ4の回転速度ωを観測し、回転速度ωが所定の速度に上昇するまでの立ち上がり時間trを測定する(ステップS12)。例えば、同定部40の測定部55は、q軸電流指令値i をステップ状に変化させることで、立ち上がり時間trを測定する。 Next, the identification unit 40 sets the current value of the step-shaped q-axis current (I q current), and applies the step-shaped q-axis current in which the I q current changes from zero to a predetermined current value (step). S11). The identification unit 40 observes the rotation speed ω of the motor 4 and measures the rise time tr until the rotation speed ω rises to a predetermined speed (step S12). For example, the measuring unit 55 of the identification unit 40 measures the rise time tr by changing the q-axis current command value i q * in steps.

同定部40のイナーシャ推定部56は、立ち上がり時間trとイナーシャに相関関係があることから(実際のイナーシャが大きいほど立ち上がり時間trは長くなる)、立ち上がり時間trの測定値に対応するイナーシャJを推定する(ステップS13)。同定部40のイナーシャ推定部56は、例えば、立ち上がり時間trとイナーシャとの関係則(例えば、対応テーブルや演算式など)に基づいて、立ち上がり時間trの測定値に対応するイナーシャJを推定する。対応テーブル等の関係則又は関係則を導出するためのデータは、予め、メモリ等に記憶されている。 Since the inertia estimation unit 56 of the identification unit 40 has a correlation between the rise time tr and the inertia (the larger the actual inertia, the longer the rise time tr), the inertia J corresponding to the measured value of the rise time tr is estimated. (Step S13). The inertia estimation unit 56 of the identification unit 40 estimates the inertia J corresponding to the measured value of the rise time tr, for example, based on the relational rule between the rise time tr and the inertia (for example, a corresponding table or an arithmetic expression). The relational rules such as the correspondence table or the data for deriving the relational rules are stored in the memory or the like in advance.

次に、同定部40は、モータ制御装置100をベクトル制御による速度制御に設定する(ステップS14)。このとき、同定部40の計測部58は、ステップS13で得られたイナーシャJの推定値を用いて、速度制御部20の制御ゲインを算出して設定する(ステップS15)。 Next, the identification unit 40 sets the motor control device 100 to speed control by vector control (step S14). At this time, the measurement unit 58 of the identification unit 40 calculates and sets the control gain of the speed control unit 20 using the estimated value of the inertia J obtained in step S13 (step S15).

計測部58は、d軸電流指令値i を零に固定した状態で、ステップS15で設定した制御ゲインで、互いに相違する複数の回転速度(例えば、第1回転速度ω1及び第2回転速度ω2)でモータ4を定速度回転させる。計測部58は、複数の回転速度のそれぞれにおけるモータ4のq軸電流を計測する。例えば、計測部58は、第1回転速度ω1におけるq軸電流検出値iを計測し(ステップS16)、第2回転速度ω2におけるq軸電流検出値iを計測する(ステップS17)。 The measuring unit 58 has a plurality of rotation speeds (for example, the first rotation speed ω1 and the second rotation speed) different from each other with the control gain set in step S15 in a state where the d -axis current command value id * is fixed to zero. The motor 4 is rotated at a constant speed by ω2). The measuring unit 58 measures the q-axis current of the motor 4 at each of the plurality of rotation speeds. For example, the measuring unit 58 measures the q-axis current detection value i q at the first rotation speed ω 1 (step S16), and measures the q-axis current detection value i q at the second rotation speed ω 2 (step S17).

粘性抵抗推定部59は、第1回転速度ω1と第2回転速度ω2との速度差と、第1回転速度ω1におけるq軸電流検出値iの計測値Iq1と第2回転速度ω2におけるq軸電流検出値iの計測値Iq2との電流差とに基づいて、粘性抵抗Dを推定する(ステップS18)。 The viscous resistance estimation unit 59 has a speed difference between the first rotation speed ω1 and the second rotation speed ω2, and the measured value Iq1 of the q -axis current detection value iq at the first rotation speed ω1 and the q-axis at the second rotation speed ω2. The viscous resistance D is estimated based on the current difference between the current detection value i q and the measured value I q 2 (step S18).

粘性抵抗Dの推定についてより詳細に説明する。モータ4のトルクをT、モータ4の回転速度をω、モータ4の加速度をα、モータ4の粘性抵抗をDとすると、
T=J×α+D×ω ・・・式1
という関係式が成立する。回転速度ωを等速度とすると、加速度αは零であるから、イナーシャJの成分を無視できるので、
T=D×ω ・・・式2
という関係式が成立する。トルクTはq軸電流Iqに比例するので、モータ4のトルク定数をKtとすると、
T=Kt×Iq ・・・式3
となるので、式2及び式3より、粘性抵抗Dは、
D=Kt×Iq/ω ・・・式4
という関係式で表される。したがって、図4及び式4によれば、測定点(ω1,Iq1)と測定点(ω2,Iq2)とを通る直線の傾きから、粘性抵抗Dを精度良く求められる。よって、粘性抵抗推定部59は、
D=Kt×(Iq2-Iq1)/(ω2-ω1) ・・・式5
に従って、粘性抵抗Dを算出できる。つまり、式5によれば、粘性抵抗推定部59は、第1回転速度ω1と第2回転速度ω2との速度差と、第1回転速度ω1におけるq軸電流の計測値Iq1と第2回転速度ω2におけるq軸電流の計測値Iq2との電流差とに基づいて、粘性抵抗Dを推定できる(ステップS18)。
The estimation of the viscous resistance D will be described in more detail. Assuming that the torque of the motor 4 is T, the rotation speed of the motor 4 is ω, the acceleration of the motor 4 is α, and the viscous resistance of the motor 4 is D.
T = J × α + D × ω ・ ・ ・ Equation 1
The relational expression is established. If the rotation speed ω is a constant velocity, the acceleration α is zero, so the component of inertia J can be ignored.
T = D × ω ・ ・ ・ Equation 2
The relational expression is established. Since the torque T is proportional to the q-axis current Iq, assuming that the torque constant of the motor 4 is Kt,
T = Kt × IQ ・ ・ ・ Equation 3
Therefore, from Equation 2 and Equation 3, the viscous resistance D is
D = Kt × Iq / ω ・ ・ ・ Equation 4
It is expressed by the relational expression. Therefore, according to FIGS. 4 and 4, the viscous resistance D can be accurately obtained from the slope of the straight line passing through the measurement points (ω1, Iq1) and the measurement points (ω2, Iq2). Therefore, the viscosity resistance estimation unit 59 is
D = Kt × (Iq2-Iq1) / (ω2-ω1) ・ ・ ・ Equation 5
The viscous resistance D can be calculated accordingly. That is, according to the equation 5, the viscous resistance estimation unit 59 has the speed difference between the first rotation speed ω1 and the second rotation speed ω2, and the measured values Iq1 and the second rotation speed of the q-axis current at the first rotation speed ω1. The viscous resistance D can be estimated based on the current difference between the measured value of the q-axis current in ω2 and the measured value Iq2 (step S18).

補正部50は、ステップS18で得られた粘性抵抗Dの推定値に対応する補正量Cを導出し、ステップS13で得られたイナーシャJの推定値に補正量Cを加えることで、ステップS13で得られたイナーシャJを補正する(ステップS19)。これにより、粘性抵抗Dに違いによるイナーシャJの推定値のずれを抑制できる。補正部50は、例えば、粘性抵抗Dと補正量Cとの関係則(例えば、対応テーブルや演算式など)に基づいて、粘性抵抗Dの推定値に対応する補正量Cを導出する。対応テーブル等の関係則又は関係則を導出するためのデータは、予め、メモリ等に記憶されている。 The correction unit 50 derives a correction amount C corresponding to the estimated value of the viscous resistance D obtained in step S18, and adds the correction amount C to the estimated value of the inertia J obtained in step S13 in step S13. The obtained inertia J is corrected (step S19). As a result, it is possible to suppress the deviation of the estimated value of the inertia J due to the difference in the viscous resistance D. The correction unit 50 derives a correction amount C corresponding to an estimated value of the viscous resistance D, for example, based on a relational rule between the viscous resistance D and the correction amount C (for example, a corresponding table or an arithmetic expression). The relational rules such as the correspondence table or the data for deriving the relational rules are stored in the memory or the like in advance.

補正部50は、ステップS19で得られたイナーシャJの補正後の推定値及びステップS18で得られた粘性抵抗Dの推定値を同定値として確定し、メモリに保存する(ステップS20)。 The correction unit 50 determines the corrected estimated value of the inertia J obtained in step S19 and the estimated value of the viscous resistance D obtained in step S18 as identification values, and stores them in the memory (step S20).

このように、同定方法1では、同定部40は、モータ4を複数の回転速度で定速度回転させることで粘性抵抗を推定でき、ステップ状のq軸電流の入力に対する回転速度ωの立ち上がり時間の測定によってイナーシャを推定できる。したがって、最小二乗法による同定方法に比べて、イナーシャ及び粘性抵抗を推定する計算処理を低減することが可能となる。 As described above, in the identification method 1, the identification unit 40 can estimate the viscous resistance by rotating the motor 4 at a constant speed at a plurality of rotation speeds, and the rise time of the rotation speed ω with respect to the input of the stepped q-axis current. Inertia can be estimated by measurement. Therefore, it is possible to reduce the calculation process for estimating the inertia and the viscous resistance as compared with the identification method by the least squares method.

なお、同定方法1では、回転速度のステップ応答によってイナーシャを推定してから、モータを定速度回転させることで粘性抵抗を推定している。しかしながら、順序を逆にして、モータを定速度回転させることで粘性抵抗を推定してから、回転速度のステップ応答によってイナーシャを推定してもよい。例えば、計測部58は、d軸電流指令値i を零に固定した状態で、速度制御部20のデフォルトの制御ゲインで、互いに相違する複数の回転速度でモータ4を定速度回転させることで、粘性抵抗Dを推定する。その後、測定部55は、d軸電流指令値i を零に固定した状態でq軸電流を制御する電流制御に設定して、ステップ状のq軸電流の入力に対する回転速度ωの立ち上がり時間の測定によってイナーシャJを推定する。補正部50は、粘性抵抗Dの推定値を用いてイナーシャJを補正する。 In the identification method 1, the inertia is estimated by the step response of the rotation speed, and then the viscous resistance is estimated by rotating the motor at a constant speed. However, the order may be reversed, the viscous resistance may be estimated by rotating the motor at a constant speed, and then the inertia may be estimated by the step response of the rotation speed. For example, the measuring unit 58 rotates the motor 4 at a constant speed at a plurality of rotation speeds different from each other with the default control gain of the speed control unit 20 in a state where the d -axis current command value id * is fixed to zero. Then, the viscous resistance D is estimated. After that, the measuring unit 55 sets the current control to control the q-axis current with the d -axis current command value id * fixed to zero, and sets the rise time of the rotation speed ω with respect to the input of the step-shaped q-axis current. The inertia J is estimated by the measurement of. The correction unit 50 corrects the inertia J using the estimated value of the viscous resistance D.

以上、制御装置、モータシステム及び同定方法を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the control device, the motor system, and the identification method have been described above by the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.

例えば、ステップ状のq軸電流の電流値は、予め決められた固定値でも、ユーザ等により調整される値でも、モータ4の定格値に応じて設定される値でもよい。定格値は、モータの特性を表す値(特性値)の一例である。定格値には、例えば、モータの容量、電圧又は電流などがある。 For example, the current value of the step-shaped q-axis current may be a predetermined fixed value, a value adjusted by a user or the like, or a value set according to the rated value of the motor 4. The rated value is an example of a value (characteristic value) representing the characteristics of the motor. Rated values include, for example, motor capacity, voltage or current.

同定部40は、電流値(ステップの高さ)が異なる複数のステップ状のq軸電流を複数回印加して得られる複数の立ち上が時間Trの平均値又は中央値を算出し、当該平均値又は中央値に対応するイナーシャを推定してもよい。 The identification unit 40 calculates the average value or the median value of the time Tr for a plurality of rises obtained by applying a plurality of step-shaped q-axis currents having different current values (step heights) a plurality of times, and the average value thereof. The inertia corresponding to the value or median may be estimated.

1 モータシステム
4 モータ
11電流検出部
12 インバータ
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
16 減算器
17 速度調節器
18 電流指令演算部
19 位置・速度検出部
20 速度制御部
30 電流制御部
33 モータ速度系
34 機械系モデル
40 同定部
50 補正部
55 測定部
56 イナーシャ推定部
58 計測部
59 粘性抵抗推定部
100 モータ制御装置
1 Motor system 4 Motor 11 Current detector 12 Inverter 13 PWM circuit 14 Current coordinate converter 15 Voltage coordinate converter 16 Subtractor 17 Speed regulator 18 Current command calculation unit 19 Position / speed detection unit 20 Speed control unit 30 Current control unit 33 Motor speed system 34 Mechanical system model 40 Identification unit 50 Correction unit 55 Measurement unit 56 Inertia estimation unit 58 Measurement unit 59 Viscous resistance estimation unit 100 Motor control device

Claims (6)

モータのq軸電流をステップ状に変化させることで前記モータの速度の立ち上がり時間を測定する測定部と、
前記立ち上がり時間の測定値に応じて、前記モータのイナーシャを推定するイナーシャ推定部と、
第1回転速度と第2回転速度のそれぞれにおける前記モータのq軸電流を計測する計測部と、
前記第1回転速度と前記第2回転速度との速度差と、前記第1回転速度における前記q軸電流の測定値と前記第2回転速度における前記q軸電流の測定値との電流差とに基づいて、前記モータの粘性抵抗を推定する粘性抵抗推定部と、
前記イナーシャの推定値を前記粘性抵抗の推定値を用いて補正する補正部と、を備える、制御装置。
A measuring unit that measures the rise time of the speed of the motor by changing the q-axis current of the motor in steps.
An inertia estimation unit that estimates the inertia of the motor according to the measured value of the rise time, and an inertia estimation unit.
A measuring unit that measures the q-axis current of the motor at each of the first rotation speed and the second rotation speed,
The speed difference between the first rotation speed and the second rotation speed, and the current difference between the measured value of the q-axis current at the first rotation speed and the measured value of the q-axis current at the second rotation speed. Based on the viscous resistance estimation unit that estimates the viscous resistance of the motor,
A control device including a correction unit for correcting an estimated value of inertia using the estimated value of viscous resistance.
前記計測部は、前記イナーシャの推定値を用いて前記モータの速度制御の制御ゲインを設定し、前記制御ゲインで前記モータを前記第1回転速度及び前記第2回転速度で回転させ、前記第1回転速度と前記第2回転速度のそれぞれにおける前記モータのq軸電流を計測する、請求項1に記載の制御装置。 The measuring unit sets a control gain for speed control of the motor using the estimated value of the inertia, rotates the motor at the first rotation speed and the second rotation speed with the control gain, and causes the first rotation speed. The control device according to claim 1, wherein the q-axis current of the motor at each of the rotation speed and the second rotation speed is measured. 前記モータの速度指令値と前記モータの速度検出値との差が零に収束するようにq軸電流指令値を生成し、前記q軸電流指令値と前記モータのq軸電流検出値との差が零に収束するように前記モータを制御する制御部を備え、
前記測定部は、前記q軸電流指令値をステップ状に変化させることで、前記立ち上がり時間を測定する、請求項1又は2に記載の制御装置。
A q-axis current command value is generated so that the difference between the speed command value of the motor and the speed detection value of the motor converges to zero, and the difference between the q-axis current command value and the q-axis current detection value of the motor. A control unit that controls the motor so that the current converges to zero is provided.
The control device according to claim 1 or 2, wherein the measuring unit measures the rise time by changing the q-axis current command value in steps.
前記補正部は、前記粘性抵抗の推定値に対応する補正量を導出し、前記イナーシャの推定値に前記補正量を加えることで、前記イナーシャを補正する、請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。 The correction unit derives a correction amount corresponding to the estimated value of the viscous resistance, and corrects the inertia by adding the correction amount to the estimated value of the inertia, according to any one of claims 1 to 3. The control device described in. 請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置と、前記モータと、を備える、モータシステム。 A motor system comprising the control device according to any one of claims 1 to 4 and the motor. モータのq軸電流をステップ状に変化させることで前記モータの速度の立ち上がり時間を測定し、
前記立ち上がり時間の測定値に応じて、前記モータのイナーシャを推定し、
第1回転速度と第2回転速度のそれぞれにおける前記モータのq軸電流を測定し、
前記第1回転速度と前記第2回転速度との速度差と、前記第1回転速度における前記q軸電流の測定値と前記第2回転速度における前記q軸電流の測定値との電流差に基づいて、前記モータの粘性抵抗を推定し、
前記イナーシャの推定値を前記粘性抵抗の推定値を用いて補正する、同定方法。
By changing the q-axis current of the motor in steps, the rise time of the speed of the motor is measured.
The inertia of the motor is estimated according to the measured value of the rise time.
The q-axis current of the motor at each of the first rotation speed and the second rotation speed was measured, and
Based on the speed difference between the first rotation speed and the second rotation speed, and the current difference between the measured value of the q-axis current at the first rotation speed and the measured value of the q-axis current at the second rotation speed. To estimate the viscous resistance of the motor,
An identification method in which the estimated value of inertia is corrected by using the estimated value of viscous resistance.
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