JP5469897B2 - AC motor control device and AC motor drive system - Google Patents
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Description
本発明は、交流モータの制御装置及び交流モータ駆動システムに関わり、特に永久磁石同期モータに適した交流モータの制御装置及び交流モータ駆動システムに関する。 The present invention relates to an AC motor control device and an AC motor drive system, and more particularly to an AC motor control device and an AC motor drive system suitable for a permanent magnet synchronous motor.
交流モータ、特に永久磁石同期モータ(以下、PMモータと称する)は、小形・高効率という特徴を活かし、家電,産業,自動車等、適用用途を拡大している。特に近年は、更なる小形化の結果として、モータを構成する磁気回路の飽和特性が顕著なモータが出現している。このようなモータでは、従来定数として扱ってきたインダクタンスが電流によって大きく変動するために、電流制御精度が劣化する。 AC motors, in particular permanent magnet synchronous motors (hereinafter referred to as PM motors), are expanding their application in home appliances, industries, automobiles, etc., taking advantage of their small size and high efficiency. In particular, in recent years, as a result of further miniaturization, motors have appeared in which the saturation characteristics of the magnetic circuit constituting the motor are remarkable. In such a motor, since the inductance that has been treated as a constant in the prior art varies greatly depending on the current, the current control accuracy deteriorates.
こうした課題に対して、交流モータの電気定数設定値を、電流に応じて変化させる技術が特許文献1に示されている。この技術は、同期モータの磁束と電流の関係を非線形関数として電流指令生成部に持たせ、トルク精度を改善する技術である(以下、従来技術1と記す)。
For such a problem,
さらに、特許文献2では、電流フィードバック制御に用いる制御ゲインを、自軸電流変動Δiに対する自軸鎖交磁束数変動Δφの変動率Δφ/Δiに比例した値とすることで、電流フィードバック制御の高精度化を図っている(以下、従来技術2と記す)。
Further, in
従来技術1によれば、磁束の飽和特性を考慮した電流指令値を演算することにより、トルク精度の向上が期待できる。しかし、電流制御系の過渡応答を改善する手段は明示されていない。
According to the
一方、従来技術2では、電流フィードバック制御に用いる制御ゲインを、磁束の飽和特性を考慮した関数、またはテーブルによる可変値、とすることで電流制御系の過渡応答の改善を図っている。しかし、d軸とq軸の磁束の干渉作用までを考慮したフィードバック制御系を構成するには至っていない。
On the other hand, in the
本発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答が得られる交流モータの制御装置及び交流モータ駆動システムの提供を目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and a current control transient response as set can be obtained even for a PM motor in which magnetic flux saturation is remarkable and there is a large amount of mutual interference magnetic flux between shafts. An object is to provide an AC motor control device and an AC motor drive system.
上記課題を解決するために、本発明では、d軸とq軸間の磁束の相互干渉作用までを考慮したフィードバック制御系を構成する。本発明では、磁束と電流の非線形関数を準備し、それらを用いて、電圧指令生成部における各軸磁束偏差、および各軸磁束に相当する演算を実行することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答を実現する。とりわけ、モータの回転座標系において直交するdq制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両偏差を用いて生成することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention configures a feedback control system that takes into account the mutual interference effect of magnetic flux between the d-axis and the q-axis. In the present invention, a non-linear function of magnetic flux and current is prepared, and using these, the magnetic flux deviation in each voltage command and the calculation corresponding to the magnetic flux in each axis are executed. A current control transient response as set is realized even for a PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux between them. In particular, the voltage command value to the power converter defined on one of the dq control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor is the current command value and current detection value defined on the same axis. And a deviation between the current command value defined on the other axis and the detected current value.
具体的には、上記課題を実現するために本発明は交流モータを駆動する電力変換器の出力電圧を制御する交流モータの制御装置において、前記制御装置は、モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両方の情報を用いて生成することを特徴とするものである。 Specifically, in order to achieve the above object, the present invention relates to an AC motor control device that controls the output voltage of a power converter that drives an AC motor, and the control device is orthogonal to the rotational coordinate system of the motor. Among the two control axes, the voltage command value to the power converter defined on one axis is the difference between the current command value defined on the same axis and the current detection value, and the other axis. It is generated using information on both of the deviation between the current command value and the current detection value defined in (1).
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記一方の軸上で定義される電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を変数とする関数を乗じた値と、前記他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を変数とする関数を乗じた値との和に基づいて生成することを特徴とするものである。 Further, according to the present invention, in the AC motor control device, the voltage command value to the power converter defined on the one axis is converted into a deviation between the current command value defined on the same axis and the current detection value. On the other hand, a value obtained by multiplying a current detection value defined on the same axis and a function having at least one of the current detection value defined on the other axis as a variable and the current detection value defined on the other axis. A function having at least one of the current detection value defined on the same axis and the current detection value defined on the other axis as a variable with respect to the deviation between the current command value and the current detection value It produces | generates based on the sum with the value which multiplied by.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記一方の軸上で定義される電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を参照するテーブルデータを乗じた値と、前記他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を参照するテーブルデータを乗じた値との和に基づいて生成することを特徴とするものである。 Further, according to the present invention, in the AC motor control device, the voltage command value to the power converter defined on the one axis is converted into a deviation between the current command value defined on the same axis and the current detection value. On the other hand, the current detection value defined on the same axis and the value obtained by multiplying the table data referring to at least one of the current detection value defined on the other axis, and the definition on the other axis Table data referring to at least one of the current detection value defined on the same axis and the current detection value defined on the other axis with respect to the deviation between the current command value and the current detection value It produces | generates based on the sum with the value which multiplied by.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記関数は、前記モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、何れかの軸上で定義される前記モータのコイル鎖交磁束関数を、同一の軸上または他方の軸上で定義される電流で偏微分した関数であることを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides an AC motor control device, wherein the function is a coil interlinkage flux function of the motor defined on one of two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor. , A function that is partially differentiated by a current defined on the same axis or the other axis.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記テーブルデータは、前記モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、何れかの軸上で定義される前記モータのコイル鎖交磁束関数または、前記コイル鎖交磁束関数のテーブルデータを、同一の軸上または他方の軸上で定義される電流で偏微分した関数または、テーブルデータであることを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides an AC motor control apparatus, wherein the table data is a coil linkage flux function of the motor defined on one of two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor. Alternatively, it is a function or table data obtained by partial differentiation of the table data of the coil linkage magnetic flux function with a current defined on the same axis or the other axis.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記モータの回転座標系において直交する前記2つの制御軸をそれぞれd軸,q軸とするとき、d軸上で定義される電流指令値をid *、d軸上で定義される電流検出値をid、前記id *とidとの偏差をΔid、q軸上で定義される電流指令値をiq *、q軸上で定義される電流検出値をiq、前記iq *とiqとの偏差をΔiq、d軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数をΦd(id,iq)、前記Φd(id,iq)を前記電流idで偏微分した関数を∂Φd(id,iq)/∂id、前記Φd(id,iq)を前記電流iqで偏微分した関数を∂Φd(id,iq)/∂iq、とするとき、d軸上で定義される電力変換器への電圧指令値vd *を、(式1)から算出したd軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)の前記電流id,iqに関する変化量ΔΦd(id,iq)を用いて生成することを特徴とするものである。 Furthermore, in the control apparatus for an AC motor according to the present invention, when the two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor are d-axis and q-axis, respectively, the current command value defined on the d-axis is expressed as i d *, defines the current detection value which is defined on the d-axis i d, the i d * and i d and deviation .DELTA.i d of the current command value defined on the q-axis i q *, on the q-axis The detected current value is i q , the deviation between i q * and i q is Δi q , the coil linkage magnetic flux function defined on the d axis is Φ d ( id , i q ), and Φ d (i d, i q) of the current i d ∂Φ a partially differentiating the function with d (i d, i q) / ∂i d, polarized wherein [Phi d a (i d, i q) in the current i q When the differentiated function is ∂Φ d (i d , i q ) / qi q , the voltage command value v d * to the power converter defined on the d axis is calculated from (Equation 1). defined on the d-axis Is characterized in that generated using serial coil flux linkage function Φ d (i d, i q ) of the current i d, i q on the change amount ΔΦ d (i d, i q ).
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記モータの回転座標系において直交する前記2つの制御軸をそれぞれd軸,q軸とするとき、d軸上で定義される電流指令値をid *、d軸上で定義される電流検出値をid、前記id *とidとの偏差をΔid、q軸上で定義される電流指令値をiq *、q軸上で定義される電流検出値をiq、前記iq *とiqとの偏差をΔiq、q軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数をΦq(id,iq)、前記Φq(id,iq)を前記電流idで偏微分した関数を∂Φq(id,iq)/∂id、前記Φq(id,iq)を前記電流iqで偏微分した関数を∂Φq(id,iq)/∂iq、とするとき、q軸上で定義される電力変換器への電圧指令値vq *を、(式2)から算出したq軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)の前記電流id,iqに関する変化量ΔΦq(id,iq)を用いて生成することを特徴とするものである。 Furthermore, in the control apparatus for an AC motor according to the present invention, when the two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor are d-axis and q-axis, respectively, the current command value defined on the d-axis is expressed as i d *, defines the current detection value which is defined on the d-axis i d, the i d * and i d and deviation .DELTA.i d of the current command value defined on the q-axis i q *, on the q-axis The detected current value is i q , the deviation between i q * and i q is Δi q , the coil linkage magnetic flux function defined on the q axis is Φ q ( id , i q ), and Φ q (i d, i q) polarized the current i ∂Fai a partially differentiating the function with d q (i d, i q ) / ∂i d, wherein [Phi q (i d, i q) with the current i q When the differentiated function is ∂Φ q (i d , i q ) / ∂i q , the voltage command value v q * to the power converter defined on the q axis is calculated from (Equation 2). defined on the q-axis Is characterized in that generated using serial coil flux linkage function Φ q (i d, i q ) of the current i d, i q on the change amount ΔΦ q (i d, i q ).
更に、本発明は交流モータの制御装置において、d軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)として、d軸上で定義される電流をid、q軸上で定義される電流をiq、永久磁石磁束をφm、定数をk1,k2,k3,k4,K10,Im0とするとき、id>0ならば(式3)を、id<0ならば(式4)を用いることを特徴とする。 Further, in the present invention is a controller for an AC motor, said defined on the d-axis coil flux linkage function Φ d (i d, i q ) as a current defined on the d-axis i d, q-axis When the current defined above is i q , the permanent magnet magnetic flux is φ m , and the constants are k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , K 10 , and I m0 , if i d > 0 (Equation 3) If i d <0, (Equation 4) is used.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、q軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)として、d軸上で定義される電流をid、q軸上で定義される電流をiq、定数をk5,k6,K20とするとき(式5)を用いることを特徴とするものである。 Further, in the present invention is a controller for an AC motor, said defined over q-axis coil flux linkage function [Phi q (i d, i q) as a current defined on the d-axis i d, q-axis It is characterized by using (Formula 5) when the current defined above is i q and the constants are k 5 , k 6 , and K 20 .
更に、本発明は交流モータの制御装置において、k1,k2,k3,k4,K10,Im0を定数とするとき、d軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)を前記電流idで偏微分した前記関数∂Φd(id,iq)/∂idとして、id>0ならば(式6)を、id<0ならば(式7)を用い、前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)を前記電流iqで偏微分した前記関数∂Φd(id,iq)/∂iqとして、(式8)を用いることを特徴とするものである。 Furthermore, in the control apparatus for an AC motor according to the present invention, when k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , K 10 , and I m0 are constants, the coil linkage magnetic flux function Φ d defined on the d-axis is used. (i d, i q) the function obtained by partially differentiating the current i d a ∂Fai d (i d, i q) as / ∂i d, i d> 0 if the (expression 6), i d <0 If you are using (equation 7), wherein the coil flux linkage function Φ d (i d, i q ) the function obtained by partially differentiating the current i q ∂Φ d (i d, i q) as / ∂i q , (Equation 8) is used.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、k5,k6,K20を定数とするとき、q軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)を前記電流idで偏微分した前記関数∂Φq(id,iq)/∂idとして(式9)を用い、前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)を前記電流iqで偏微分した前記関数∂Φq(id,iq)/∂iqとして、(式10)を用いることを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention is the control apparatus for an AC motor, when the k 5, k 6, K 20 constant, the defined over q-axis coil flux linkage function Φ q (i d, i q ) the the partially differentiated by the current i d function ∂Φ q (i d, i q ) / ∂i using (equation 9) as d, the coil flux linkage function [Phi q (i d, i q) the current i the partially differentiated with q function ∂Φ q (i d, i q ) as / ∂i q, is characterized in the use of (equation 10).
更に、本発明は交流モータの制御装置において、d軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)として、d軸上で定義される電流をid、q軸上で定義される電流をiq、定数をK1,K2,K3,φ0,I0とするとき、(式11)を用いることを特徴とするものである。 Further, in the present invention is a controller for an AC motor, said defined on the d-axis coil flux linkage function Φ d (i d, i q ) as a current defined on the d-axis i d, q-axis When the current defined above is i q and the constants are K 1 , K 2 , K 3 , φ 0 , I 0 , (Equation 11) is used.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、q軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)として、d軸上で定義される電流をid、q軸上で定義される電流をiq、定数をK4,K5,K6,I1とするとき(式12)を用いることを特徴とするものである。 Further, in the present invention is a controller for an AC motor, said defined over q-axis coil flux linkage function [Phi q (i d, i q) as a current defined on the d-axis i d, q-axis It is characterized by using (formula 12) when the current defined above is i q and the constants are K 4 , K 5 , K 6 , and I 1 .
更に、本発明は交流モータの制御装置において、K1,K2,K3,I0を定数とするとき、d軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)を前記電流idで偏微分した前記関数∂Φd(id,iq)/∂idとして(式13)を用い、前記コイル鎖交磁束関数Φd(id,iq)を前記電流iqで偏微分した前記関数∂Φd(id,iq)/∂iqとして、iq>0ならば(式14)を用い、iq<0ならば(式15)を用いることを特徴とするものである。
Further, in the present invention is a controller for an
更に、本発明は交流モータの制御装置において、K4,K5,K6,I1を定数とするとき、q軸上で定義される前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)を前記電流idで偏微分した前記関数∂Φq(id,iq)/∂idとしてid+I1>0ならば(式16)を、id+I1<0ならば(式17)を用い、前記コイル鎖交磁束関数Φq(id,iq)を前記電流iqで偏微分した前記関数∂Φq(id,iq)/∂iqとして、(式18)を用いることを特徴とするものである。
Further, in the present invention is a controller for an
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記モータが前記制御軸間の磁束干渉を有せず、且つ、前記モータが停止状態の場合において、一方の軸上で定義される電流検出値を変化させた場合に、他方の軸上で定義される電流検出値が変化することを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides a control device for an AC motor, wherein when the motor does not have magnetic flux interference between the control shafts and the motor is in a stopped state, a current detection value defined on one shaft is obtained. When this is changed, the current detection value defined on the other axis changes.
更に、本発明は交流モータの制御装置において、前記モータを3つの独立した抵抗とインダクタンスの直列回路に置換し、且つ、前記モータが停止状態の場合において、一方の軸上で定義される電流検出値を変化させた場合に、他方の軸上で定義される電流検出値が変化することを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides an AC motor control device in which the motor is replaced with a series circuit of three independent resistors and inductances, and the current detection defined on one axis when the motor is stopped. When the value is changed, the current detection value defined on the other axis changes.
また、上記課題を解決するために本発明は交流モータに対してパルス幅変調された電圧を印加し、前記交流モータを駆動する電力変換器と、前記交流モータの電流を検出する手段と、前記電力変換器が出力する出力電圧を調整して前記交流モータを駆動する制御器とを備えた交流モータの制御装置システムにおいて、前記制御器は、モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両方の情報を用いて生成することを特徴とするものである。 In order to solve the above problem, the present invention applies a pulse-width modulated voltage to an AC motor, drives the AC motor, means for detecting the current of the AC motor, and And a controller for driving the AC motor by adjusting an output voltage output from the power converter. The controller includes two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor. The voltage command value for the power converter defined on one axis is defined as the deviation between the current command value defined on the same axis and the current detection value, and on the other axis. The information is generated using information on both the deviation between the current command value and the current detection value.
また、上記課題を解決するために本発明は交流モータと、該交流モータに対してパルス幅変調された電圧を印加し、前記交流モータを駆動するインバータと、前記交流モータの電流を検出する手段と、前記インバータが出力する出力電圧を調整して前記交流モータを駆動する制御器とを備えた交流モータ駆動システムにおいて、該交流モータ駆動システムは、モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両方の情報を用いて生成することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides an AC motor, an inverter for driving the AC motor by applying a pulse-width modulated voltage to the AC motor, and a means for detecting the current of the AC motor. And an AC motor drive system that adjusts an output voltage output from the inverter and drives the AC motor, wherein the AC motor drive system includes two control axes that are orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor. The voltage command value to the power converter defined on one axis is defined as the deviation between the current command value defined on the same axis and the current detection value, and the other axis. It is generated using information on both the deviation between the current command value and the detected current value.
更に、本発明は車両駆動装置に、前述の交流モータの制御装置、又は、交流モータ駆動システムを備えたことを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention is characterized in that the vehicle drive device includes the above-described AC motor control device or AC motor drive system.
以上述べたように、本発明では、磁束と電流の非線形関数を準備し、それらを用いて、電圧指令生成部における各軸磁束偏差、および各軸磁束に相当する演算を実行することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答を実現する。とりわけ、モータの回転座標系において直交するdq制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両偏差を用いて生成することを、解決手段における構成上の特徴とする。 As described above, in the present invention, magnetic flux and current non-linear functions are prepared, and using them, the magnetic flux deviations in the voltage command generation unit and the operations corresponding to the magnetic fluxes of each axis are executed, whereby the magnetic flux Even for PM motors where saturation is significant and there are many inter-interference magnetic fluxes between the axes, the current control transient response as set is realized. In particular, the voltage command value to the power converter defined on one of the dq control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor is the current command value and current detection value defined on the same axis. And a difference between the current command value defined on the other axis and the detected current value are characteristic features of the solution means.
本発明によれば、磁束飽和が顕著で、軸間の干渉磁束が多く存在するモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答が得られる。この結果、従来技術に比較して、制御系の安定性向上、オーバーシュート低減等の効果が得られる。 According to the present invention, a current control transient response as set can be obtained even for a motor in which magnetic flux saturation is remarkable and there is a large amount of inter-axis interference magnetic flux. As a result, effects such as improved control system stability and reduced overshoot can be obtained as compared with the prior art.
次に、図1〜図32を参照して、本発明による交流モータの制御装置の実施形態を説明する。尚、以下の実施形態では、交流モータとして永久磁石型同期モータ(以下、PMモータと略)を用いて説明するが、他のモータ(例えば、巻線型同期モータ,リラクタンスモータ,誘導モータなど)に関しても同様に実現可能である。 Next, with reference to FIGS. 1-32, embodiment of the control apparatus of the AC motor by this invention is described. In the following embodiments, a permanent magnet type synchronous motor (hereinafter abbreviated as PM motor) will be described as an AC motor. However, other motors (for example, a winding type synchronous motor, a reluctance motor, an induction motor, etc.) will be described. Is also feasible in the same way.
まず、本発明の実施形態を説明するために、従来技術を用いて説明する。従来技術での電圧指令生成部を図2を用いて説明する。図2に示す電圧指令生成部は、杉本英彦 編著「ACサーボシステムの理論と設計の実際」(総合電子出版社)4章記載内容(以下、従来技術3と記す)とほぼ同じ構成である。
First, in order to explain the embodiment of the present invention, it explains using a prior art. A voltage command generator in the prior art will be described with reference to FIG. The voltage command generation unit shown in FIG. 2 has almost the same configuration as the content described in Chapter 4 (hereinafter referred to as “
図2において、id *はd軸電流指令値、iq *はq軸電流指令値、idはd軸電流検出値、iqはq軸電流検出値である。この従来技術3では、減算器102によりid *とidのd軸電流偏差Δidを演算し、減算器103によりiq *とiqのq軸電流偏差Δiqを演算する。次に、ゲイン104において、電流偏差ΔidにPMモータのd軸インダクタンスLdを乗ずることで、d軸磁束偏差ΔΦdを算出する。同様に、ゲイン109において、電流偏差ΔiqにPMモータのq軸インダクタンスLqを乗ずることで、q軸磁束偏差ΔΦqを算出する。こうして得られたΔΦd,ΔΦqは、それぞれ各軸電流偏差Δid,Δiqに対応する各軸磁束成分の補償量と考えることができる。続くゲイン108,112では、それぞれ各軸の磁束偏差ΔΦd,ΔΦqを電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍し、それぞれ電圧非干渉制御前の電圧指令値vd′*,vq′*を演算する加算器121,122に入力することで、PMモータの巻線電流磁束を考慮した電流フィードバック制御系を各軸で構成している。一方、ゲインωacr(rad/s)付の積分器105,110は、それぞれ各軸電流偏差Δid,Δiqを入力し、その積分値を電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍したid′,iq′を出力する。さらにゲイン107,112は、それぞれid′,iq′にPMモータ電機子巻線抵抗Rを乗じた値を出力し、電圧非干渉制御前の電圧指令値vd′*,vq′*を演算する加算器121,122に入力することで、PMモータの電機子巻線抵抗による電圧降下を考慮した電流フィードバック制御系を各軸で構成している。
In FIG. 2, i d * is a d-axis current command value, i q * is a q-axis current command value, i d is a d-axis current detection value, and i q is a q-axis current detection value. In the
さらに、図2の従来技術3では、直交する2つの制御軸の内、一方の軸上で定義される磁束により他軸に誘起される電圧を相殺する目的の電圧非干渉制御が、次の様に構成されている。d軸電圧指令値vd *の生成に際して、ゲイン114において、iqにLqを乗ずることで、q軸磁束Φqを演算し、乗算器116において、ΦqにPMモータ回転子の電気角速度ω1を乗ずることで、q軸磁束Φqがd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φqω1を演算する。減算器117では、電圧非干渉制御前のd軸電圧指令値vd′*からΦqω1を減じたd軸電圧指令値vd *を出力する。これにより、PMモータ内部でd軸方向に発生するq軸磁束Φq由来の速度誘起電圧Φqω1を、相殺可能となる。q軸電圧指令値vq *の生成に際しても同様であり、ゲイン115において、idにLdを乗ずることで、d軸電流磁束Φidを演算し、加算器120でΦidにd軸方向の永久磁石磁束Φmを加算したd軸磁束Φdを算出し、乗算器118において、ΦdにPMモータ回転子の電気角速度ω1を乗ずることで、d軸磁束Φdがq軸と反対方向に発生させる速度誘起電圧Φdω1を演算する。加算器119では、電圧非干渉制御前のq軸電圧指令値vq′*にΦdω1を加えたq軸電圧指令値vq *を出力する。これにより、PMモータ内部でq軸と反対方向に発生するd軸磁束Φd由来の速度誘起電圧Φdω1を、相殺可能となる。
Further, in the
ただし、図2の従来技術3では、PMモータのd軸磁束および、q軸磁束には電流飽和が無く、また、d軸とq軸間の磁束の相互干渉作用も存在しない理想特性を前提としている。このような、理想的なPMモータの磁束と電流の関係模式図を、図3に示す。図3(a)はd軸電流idとd軸磁束Φdの線形関係を示しており、その関係式は、d軸方向の永久磁石磁束をΦmとするとき、(式19)で表現できる。
However, in the
このとき、d軸磁束偏差ΔΦdは、(式19)の傾き(=Ld)にd軸電流偏差Δidを乗じた値であり、(式20)で表現できる。 At this time, the d-axis magnetic flux deviation .DELTA..PHI d is a value obtained by multiplying the d-axis current deviation .DELTA.i d in slope (= L d) of the equation (19) can be expressed by Equation (20).
同様に、図3(b)はq軸電流iqとq軸磁束Φqの線形関係を示しており、その関係式は、(式21)で表現できる。 Similarly, FIG. 3B shows a linear relationship between the q-axis current i q and the q-axis magnetic flux Φ q , and the relational expression can be expressed by (Expression 21).
このとき、q軸磁束偏差ΔΦqは、(式21)の傾き(=Lq)にq軸電流偏差Δiqを乗じた値であり、(式22)で表現できる。 At this time, the q-axis magnetic flux deviation ΔΦ q is a value obtained by multiplying the slope (= L q ) of (Expression 21) by the q-axis current deviation Δi q and can be expressed by (Expression 22).
ここで、(式19)から(式22)において、確認すべき重要な事柄が2点存在する。1つ目は、電流偏差から磁束偏差を演算するゲイン104,109は、それぞれ(式20),(式22)に対応し、各々(式19),(式21)のグラフの傾きを意味する点である。2つ目は、電流磁束を演算するゲイン114,115は、それぞれ(式19)の右辺第一項と、(式21)のグラフの値に対応する点である。
Here, in (Equation 19) to (Equation 22), there are two important matters to be confirmed. First, the
以上説明した、理想的なPMモータに対する電圧指令生成部の構成手段を、本発明では、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータへの電圧指令生成部の構成に応用する。つまり、(式19)から(式22)に相当する各軸磁束偏差、および各軸磁束の演算式に対して、磁束と電流の非線形特性を導入する。本発明が制御対象とする非線形性の強いPMモータの磁束と電流の関係模式図を、図4に示す。図4(a)はd軸電流idおよびq軸電流iqがd軸磁束Φdに及ぼす関係を模式的に表している。また、その関係式を、d軸方向の永久磁石磁束をΦm、定数をk1,k2,k3,k4,K10,Im0とするとき、id>0ならば(式23)で、id<0ならば(式24)で近似的に与える。 In the present invention, the configuration means of the voltage command generation unit for the ideal PM motor described above is the configuration of the voltage command generation unit for the PM motor in which the magnetic flux saturation is remarkable and the mutual interference magnetic flux between the axes is large. Apply. That is, non-linear characteristics of the magnetic flux and current are introduced into the calculation formulas for the respective axis magnetic flux deviations and the respective axis magnetic fluxes corresponding to (Equation 19) to (Equation 22). FIG. 4 shows a schematic diagram of the relationship between the magnetic flux and current of a PM motor with strong non-linearity to be controlled by the present invention. FIG. 4A schematically shows the relationship between the d-axis current i d and the q-axis current i q on the d-axis magnetic flux Φ d . Further, when the relational expression is Φ m for the permanent magnet magnetic flux in the d-axis direction and k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , K 10 , and I m0 , if i d > 0 (Equation 23 ), If i d <0, it is approximately given by (Equation 24).
同様に図4(b)はd軸電流idおよびq軸電流iqがq軸磁束Φqに及ぼす関係を模式的に表しており、その関係式を、定数をk5,k6,K20とするとき(式25)で近似的に与える。 Similarly, FIG. 4B schematically shows the relationship between the d-axis current i d and the q-axis current i q on the q-axis magnetic flux Φ q, and the relationship is expressed by constants k 5 , k 6 , K When it is 20 , it is given approximately by (Equation 25).
上記(式23)から(式25)の磁束演算式は、簡潔ながら磁束飽和や、d軸とq軸間の磁束の相互干渉作用を精度良く表現している。さらに、(式23)から(式25)とは異なるが、同程度に高精度な磁束演算を実現する近似式として、定数をK1,K2,K3,K4,K5,K6,φ0,I0,I1とするとき、(式26),(式27)を用いても良い。 The magnetic flux calculation formulas of (Equation 23) to (Equation 25) express the magnetic flux saturation and the mutual interference action of the magnetic flux between the d-axis and the q-axis with high accuracy. Further, although different from (Equation 23) to (Equation 25), constants are set as K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K 6 as approximate equations for realizing magnetic flux calculation with the same high accuracy. , Φ 0 , I 0 , I 1 , (Equation 26) and (Equation 27) may be used.
以上の近似式(式23),(式24),(式25)もしくは、(式26),(式27)を(式19),(式21)の代わりに用いて電圧非干渉制御を行うことで、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、高精度な電圧非干渉制御を実現できる。さらに、電流フィードバック制御系で用いるΔΦd,ΔΦqを、軸間の相互干渉磁束を考慮して、それぞれ(式28),(式29)で算出する。これら、(式28),(式29)は、従来技術3における(式20),(式22)を他軸電流の影響を考慮して拡張したものであり、本発明において、特徴的な演算である。
The above approximate expression (Expression 23), (Expression 24), (Expression 25) or (Expression 26), (Expression 27) is used instead of (Expression 19) and (Expression 21) to perform voltage non-interference control. Thus, high-accuracy voltage non-interference control can be realized even for a PM motor in which magnetic flux saturation is significant and there is a large amount of mutual interference magnetic flux between the axes. Further, ΔΦ d and ΔΦ q used in the current feedback control system are respectively calculated by (Equation 28) and (Equation 29) in consideration of the mutual interference magnetic flux between the axes. These (Equation 28) and (Equation 29) are obtained by extending (Equation 20) and (Equation 22) in the
以上の構成により、(式23)から(式27)がPMモータの非線形特性を正確に表現しておれば、PMモータ側の磁束飽和および軸間の相互干渉磁束に関わらず、高精度な制御が期待できる。そこで、(式23),(式24)および(式25)の近似レベルを、あるモータを例に、磁界解析により算出した目標値と比較してみる。 With the above configuration, if (Equation 23) to (Equation 27) accurately represent the non-linear characteristics of the PM motor, high-precision control can be performed regardless of the magnetic flux saturation on the PM motor side and the mutual interference magnetic flux between the shafts. Can be expected. Therefore, the approximation levels of (Equation 23), (Equation 24), and (Equation 25) will be compared with the target value calculated by magnetic field analysis using a certain motor as an example.
図5(a)は、横軸にidをとり、iqを0A,100A,200A,300Aと変化させた時の磁束Φdについて、磁界解析により算出した目標値と(式23),(式24)の関数式で算出した近似値とを比較したグラフである。また、図5(b)は、横軸にiqをとり、idを−200A,−100A,0A,100A,200Aと変化させた時の磁束Φqについて、磁界解析により算出した目標値と(式25)の関数式で算出した近似値を比較したグラフである。 FIG. 5A shows the target value calculated by the magnetic field analysis with respect to the magnetic flux Φ d when the horizontal axis is i d and i q is changed to 0A, 100A, 200A, and 300A. It is the graph which compared with the approximate value calculated by the functional formula of Formula 24). FIG. 5B shows the target value calculated by the magnetic field analysis with respect to the magnetic flux Φ q when the horizontal axis is i q and i d is changed to −200 A, −100 A, 0 A, 100 A, and 200 A. It is the graph which compared the approximate value calculated by the functional formula of (Formula 25).
同様に、図6(a)は、横軸にidをとり、iqを0A,100A,200A,300Aと変化させた時の磁束Φdについて、磁界解析により算出した目標値と(式26),(式27)の関数式で算出した近似値とを比較したグラフである。また、図6(b)は、横軸にiqをとり、idを−200A,−100A,0A,100A,200Aと変化させた時の磁束Φqについて、磁界解析により算出した目標値と(式27)の関数式で算出した近似値を比較したグラフである。 Similarly, FIG. 6A shows the target value calculated by the magnetic field analysis with respect to the magnetic flux Φ d when the horizontal axis is i d and i q is changed to 0A, 100A, 200A, and 300A (formula 26). ), An approximate value calculated by the functional expression of (Expression 27). FIG. 6B shows the target value calculated by the magnetic field analysis with respect to the magnetic flux Φ q when i q is taken on the horizontal axis and i d is changed to −200 A, −100 A, 0 A, 100 A, and 200 A. It is the graph which compared the approximate value calculated with the functional formula of (Formula 27).
図5(a),(b)および図6(a),(b)の比較結果より、(式23)から(式27)の関数式近似を用いることにより、磁気飽和やdq軸間干渉の影響が強く、非線形な特性のモータに対しても、id,iqがd軸磁束φdや、q軸磁束φqへ与える影響を良好に近似できることが確認できる。ゆえに、(式23)から(式27)のid,iqによる偏微分関数を含む(式28),(式29)の高精度な演算も実現可能である。 From the comparison results of FIGS. 5 (a), 5 (b) and FIGS. 6 (a), 6 (b), by using the functional equation approximation of (Equation 23) to (Equation 27), It can be confirmed that the influence of i d and i q on the d-axis magnetic flux φ d and the q-axis magnetic flux φ q can be satisfactorily approximated even for a motor having a strong and nonlinear characteristic. Therefore, high-precision calculations of (Expression 28) and (Expression 29) including partial differential functions based on i d and i q of (Expression 23) to (Expression 27) can also be realized.
以上述べたように、本発明では、磁束と電流の非線形関数を準備し、それらを用いて、電圧指令生成部における各軸磁束偏差、および各軸磁束に相当する演算を実行することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答を実現する。とりわけ、モータの回転座標系において直交するdq制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両偏差を用いて生成することを特徴とするものである。 As described above, in the present invention, magnetic flux and current non-linear functions are prepared, and using them, the magnetic flux deviations in the voltage command generation unit and the operations corresponding to the magnetic fluxes of each axis are executed, whereby the magnetic flux Even for PM motors where saturation is significant and there are many inter-interference magnetic fluxes between the axes, the current control transient response as set is realized. In particular, the voltage command value to the power converter defined on one of the dq control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor is the current command value and current detection value defined on the same axis. And a deviation between the current command value defined on the other axis and the detected current value.
次に、本発明の詳細な実施例を図面を用いて説明する。 Next, detailed embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔実施形態1〕
図1は、本発明による交流モータ制御装置の実施形態1における電圧指令生成部1の構成を示すブロック図である。また、図7は、図1で構成する電圧指令生成部1を利用してトルク制御系を構成したブロック図である。本実施形態1の制御装置は、図7に示すように、PMモータ33にトルク指令τ*を与えるトルク指令発生部30と、トルク指令発生部30の出力するトルク指令τ*に対してトルク定数ktの逆数倍ゲインを与えてq軸電流指令値iq *を発生するゲイン31と、d軸電流指令値id *を発生するid *発生部32と、id *,iq *およびd軸電流検出値id,q軸電流検出値iq,PMモータ33の電気角速度ω1を入力し、dq座標逆変換部37に対してd軸電圧指令値vd *とq軸電圧指令値vq *とを出力する電圧指令生成部1と、PMモータ33の回転子位置情報を提供する位置検出器34と、位置検出器34の出力信号を入力し回転子の電気角θcを出力する電気角演算部35と、位置検出器34の出力信号を入力しPMモータ回転子の電気角速度ω1を出力する電気角速度演算部36と、vd *,vq *を、電気角θcによって三相交流電圧指令vu *,vv *,vw *に変換するdq座標逆変換部37と、三相交流電圧指令に基づいて三相交流電圧を発生するPWMインバータ38と、PWMインバータ38の出力するU相電流iuを検出するU相電流検出器39と、PWMインバータ38の出力するW相電流iwを検出する電流検出器40と、検出した電流iu,iwを、電気角θcによって、PMモータの回転座標系において直交するd,q各軸上の成分id,iqに座標変換するdq座標変換部41からなる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
さらに、本実施形態1において、特徴的な構造を有する電圧指令生成部1は、図1に示す通り、d軸電流指令値id *とd軸電流検出値idとのd軸電流偏差Δidを演算する減算器2と、q軸電流指令値iq *とq軸電流検出値iqとのq軸電流偏差Δiqを演算する減算器3と、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式28)に従いd軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を演算するd軸磁束偏差演算部4と、d軸電流偏差Δidを入力し、その積分値を電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍したid′を出力する積分演算器5と、id′を入力し、PMモータ33の電機子巻線抵抗R倍するゲイン7と、d軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を入力し、電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍するゲイン8と、ゲイン7とゲイン8の出力を加算し電圧非干渉制御前のd軸電圧指令値vd′*を出力する加算器6と、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式29)に従いq軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を演算するq軸磁束偏差演算部9と、q軸電流偏差Δiqを入力し、その積分値を電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍したiq′を出力する積分演算器10と、iq′を入力し、PMモータ33の電機子巻線抵抗R倍するゲイン12と、q軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を入力し、電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)倍するゲイン13と、ゲイン12とゲイン13の出力を加算し電圧非干渉制御前のq軸電圧指令値vq′*を出力する加算器11と、iq,idを入力し、(式25)に基づいてq軸磁束Φq(id,iq)を演算するq軸磁束演算部14と、iq,idを入力し、(式23),(式24)に基づいてd軸磁束Φd(id,iq)を演算するd軸磁束演算部15と、Φq(id,iq)にPMモータ回転子の電気角速度ω1を乗じてq軸磁束Φq(id,iq)がd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φqω1を演算する乗算器16と、vd′*からΦqω1を減算し、電圧非干渉制御を施したd軸電圧指令値vd *を出力する減算器17と、Φd(id,iq)にω1を乗じてd軸磁束Φd(id,iq)がq軸と反対方向に発生させる速度誘起電圧Φdω1を演算する乗算器18と、vq′*からΦdω1を減算し、電圧非干渉制御を施したq軸電圧指令値vq *を出力する加算器19とからなる。
Further, in the first embodiment, the voltage command generation unit 1 having a characteristic structure, as shown in FIG. 1, has a d-axis current deviation Δi between the d-axis current command value i d * and the d-axis current detection value i d. a subtractor 2 for calculating d , a subtractor 3 for calculating a q-axis current deviation Δi q between the q-axis current command value i q * and the q-axis current detection value i q, and i d , i q , Δi d , enter the .delta.i q, the d-axis magnetic flux deviation calculation unit 4 for calculating a d-axis magnetic flux deviation .DELTA..PHI d (i d, i q) in accordance with (equation 28), enter the d-axis current deviation .delta.i d, the integral value 'and integral calculator 5 for outputting, i d' current control response angular frequency ωacr (rad / s) multiplied by i d enter a, an armature winding resistance R multiplied gain 7 of the PM motor 33, d-axis the magnetic flux deviation ΔΦ d (i d, i q ) to enter, a current control response angular frequency ωacr (rad / s) multiplied gain 8, the voltage adds the output of the gain 7 and gain 8 An adder 6 for outputting the interference control before d-axis voltage command value v d '*, i d, i q, Δi d, enter the .DELTA.i q, q-axis magnetic flux deviation according equation (29) ΔΦ q (i d , I q ), q-axis magnetic flux deviation calculation unit 9, and q-axis current deviation Δi q are input, and the integral value is multiplied by current control response angular frequency ωacr (rad / s) to output i q ′ The calculator 10 and i q ′ are input, the gain 12 for multiplying the armature winding resistance R of the PM motor 33 and the q-axis magnetic flux deviation ΔΦ q (i d , i q ) are input, and the current control response angular frequency a gain 13 that is multiplied by ωacr (rad / s), an adder 11 that adds the outputs of the gain 12 and the gain 13 and outputs a q-axis voltage command value v q ′ * before voltage non-interference control, i q , i d And q-axis magnetic flux calculation unit 14 for calculating q-axis magnetic flux Φ q ( id , i q ) based on (Equation 25), and i q , i d are inputted, (Equation 2 3), d-axis magnetic flux calculation unit 15 for calculating d-axis magnetic flux Φ d ( id , i q ) based on (Equation 24), and Φ q ( id , i q ) multiplied by the omega 1 q-axis magnetic flux Φ q (i d, i q ) has a multiplier 16 for calculating a speed induction voltage [Phi q omega 1 to generate the d-axis direction, v d '* from [Phi q omega 1 subtraction The subtractor 17 that outputs the d-axis voltage command value v d * subjected to voltage non-interference control, and Φ d ( id , i q ) are multiplied by ω 1 to obtain the d-axis magnetic flux Φ d ( id , i q ) is a multiplier 18 for calculating a speed induced voltage Φ d ω 1 generated in the opposite direction to the q axis, and a q axis voltage command obtained by subtracting Φ d ω 1 from v q ′ * and performing voltage non-interference control. And an
次に、d軸磁束偏差演算部4の内部構成について、図8を用いて説明する。図8において、id,iqを入力変数とし、d軸磁束Φd(id,iq)をidで偏微分した∂Φd(id,iq)/∂idを出力する演算ブロック50を有し、定数k3,k4,K10をパラメータとして事前に与えておき、(式30)の右辺を演算することによりid≧0のときの結果を出力する関数演算部51と、定数k1,k2,K10をパラメータとして事前に与えておき、(式31)の右辺を演算することによりid<0のときの結果を出力する関数演算部52と、関数演算部51および関数演算部52の出力を入力し、id≧0ならば関数演算部51の出力を採用し、id<0ならば関数演算部52の出力を採用し、∂Φd(id,iq)/∂idとして出力する選択手段53を備える。また、id,iqを入力変数とし、d軸磁束Φd(id,iq)をiqで偏微分した∂Φd(id,iq)/∂iqを出力する関数演算部56を有し、定数K10,Im0をパラメータとして事前に与えておき、(式32)の右辺を演算する。乗算器54は、d軸電流偏差Δidと演算ブロック50の出力する∂Φd(id,iq)/∂idとを乗算し、(式28)の右辺第一項目として(∂Φd(id,iq)/∂id)Δidを出力する。乗算器57はq軸電流偏差Δiqと関数演算部56の出力する∂Φd(id,iq)/∂iqとを乗算し、(式28)の右辺第二項目として(∂Φd(id,iq)/∂iq)Δiqを出力する。加算器55は(式28)の右辺第一項目と右辺第二項目を加算する演算に相当し、乗算器54と乗算器57の出力を加算し、d軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を出力する。
Next, the internal configuration of the d-axis magnetic flux
次に、q軸磁束偏差演算部9の内部構成について、図9を用いて説明する。図9において、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φq(id,iq)をidで偏微分した∂Φq(id,iq)/∂idを出力する関数演算部60と、定数K20をパラメータとして事前に与えておき、(式33)の右辺を演算する。また、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φq(id,iq)をiqで偏微分した∂Φq(id,iq)/∂iqを出力する関数演算部63を有し、定数k5,k6,K20をパラメータとして事前に与えておき、(式34)の右辺を演算する。乗算器61は、d軸電流偏差Δidと関数演算部60の出力する∂Φq(id,iq)/∂idとを乗算し、(式29)の右辺第一項目として(∂Φq(id,iq)/∂id)Δidを出力する。乗算器64はq軸電流偏差Δiqと関数演算部63の出力する∂Φq(id,iq)/∂iqとを乗算し、(式29)の右辺第二項目として(∂Φq(id,iq)/∂iq)Δiqを出力する。加算器62は(式29)の右辺第一項目と右辺第二項目を加算する演算に相当し、乗算器61と乗算器64の出力を加算し、q軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を出力する。
Next, the internal configuration of the q-axis magnetic flux
次に、d軸磁束演算部15の内部構成について、図10を用いて説明する。図10において、id,iqを入力変数とし、id≧0のときのd軸磁束Φd(id,iq)を出力する関数演算部70を有し、定数k3,k4,K10,Im0および永久磁石磁束φmをパラメータとして事前に与えておき、(式23)の右辺を演算する。また、id,iqを入力変数とし、id<0のときのd軸磁束Φd(id,iq)を出力する関数演算部71を有する。定数k1,k2,K10,Im0および永久磁石磁束φmをパラメータとして事前に与えておき、(式24)の右辺を演算する。関数演算部70と関数演算部71の各出力結果を入力とし、id≧0ならば、関数演算部70の出力を選択し、id<0ならば、関数演算部71の出力を選択する選択手段72を有し、d軸磁束Φd(id,iq)を出力する。
Next, the internal configuration of the d-axis magnetic
次に、q軸磁束演算部14の詳細について、図11を用いて説明する。図11において、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φd(id,iq)を出力する関数演算処理を実施する関数演算処理手段14であり、定数k5,k6,K20をパラメータとして事前に与えておき、(式25)の右辺を演算し出力する。
Next, details of the q-axis
以上述べた、本実施形態1では、トルク制御系において(式23),(式24),(式25)で表現される磁束演算式を導入することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、設定通りの電流制御過渡応答が実現される。 In the first embodiment described above, by introducing the magnetic flux calculation expression expressed by (Expression 23), (Expression 24), and (Expression 25) in the torque control system, the magnetic flux saturation is remarkable, and A current control transient response as set is also realized for a PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux.
〔実施形態2〕
実施形態1では、トルク制御系において(式23),(式24),(式25)で表現される磁束演算式を導入したが、以下説明する実施形態2は、実施形態1と同一構成のトルク制御系に対して(式26),(式27)で表現される別の磁束演算式を導入したものである。このため、本実施形態2においても、電圧指令生成部1の構成を示す図1、および図1に示す電圧指令生成部1を内包したトルク制御系の構成を示す図7は同一である。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the magnetic flux calculation expression expressed by (Equation 23), (Equation 24), and (Equation 25) is introduced in the torque control system. However, the second embodiment described below has the same configuration as the first embodiment. Another magnetic flux calculation expression expressed by (Expression 26) and (Expression 27) is introduced into the torque control system. Therefore, also in the second embodiment, FIG. 1 showing the configuration of the voltage
実施形態1との相違点は、実施形態1におけるd軸磁束偏差演算部4,q軸磁束偏差演算部9,q軸磁束演算部14、およびd軸磁束演算部15を、各々後述するd軸磁束偏差演算部80,q軸磁束偏差演算部90,q軸磁束演算部98、およびd軸磁束演算部99に置き換えた点である。
The difference from the first embodiment is that the d-axis magnetic flux
まず、d軸磁束偏差演算部80の内部構成について、図12を用いて説明する。図12において、id,iqを入力変数とし、d軸磁束Φd(id,iq)をidで偏微分した∂Φd(id,iq)/∂idを出力する関数演算部81と、定数K1,K2,K3,I0をパラメータとして事前に与えておき、(式35)の右辺を演算する。id,iqを入力変数とし、d軸磁束Φd(id,iq)をiqで偏微分した∂Φd(id,iq)/∂iqを出力する演算ブロック84を有する。定数K1,K2,K3,I0をパラメータとして事前に与えておき、(式36)の右辺を演算することによりiq≧0のときの結果を出力する関数演算部85と、定数K1,K2,K3,I0をパラメータとして事前に与えておき、(式37)の右辺を演算することによりiq<0のときの結果を出力する関数演算部86と、関数演算部85および関数演算部86の出力を入力し、iq≧0ならば関数演算部85の出力を採用し、iq<0ならば関数演算部86の出力を採用し、∂Φd(id,iq)/∂iqとして出力する選択手段87を備える。
First, the internal configuration of the d-axis magnetic flux
乗算器82は、d軸電流偏差Δidと関数演算部81の出力する∂Φd(id,iq)/∂idとを乗算し、(式28)の右辺第一項目として(∂Φd(id,iq)/∂id)Δidを出力する。乗算器88はq軸電流偏差Δiqと演算ブロック84の出力する∂Φd(id,iq)/∂iqとを乗算し、(式28)の右辺第二項目として(∂Φd(id,iq)/∂iq)Δiqを出力する。加算器83は(式28)の右辺第一項目と右辺第二項目を加算する演算に相当し、乗算器82と乗算器88の出力を加算し、d軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を出力する。
The multiplier 82, ∂Φ d (i d, i q) output from the d-axis current deviation .DELTA.i d and
次に、q軸磁束偏差演算部90の内部構成について、図13を用いて説明する。図13において、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φq(id,iq)をidで偏微分した∂Φq(id,iq)/∂idを出力する演算ブロック600と、定数K4,K5,K6,I1をパラメータとして事前に与えておき、(式38)の右辺を演算することによりid+I1≧0のときの結果を出力する関数演算部91と、定数K4,K5,K6,I1をパラメータとして事前に与えておき、(式39)の右辺を演算することによりid+I1<0のときの結果を出力する関数演算部92と、関数演算部91および関数演算部92の出力を入力し、id+I1≧0ならば関数演算部91の出力を採用し、id+I1<0ならば関数演算部92の出力を採用し、∂Φq(id,iq)/∂idとして出力する選択手段93を備える。また、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φq(id,iq)をiqで偏微分した∂Φq(id,iq)/∂iqを出力する関数演算部96を有し、定数K4,K5,K6,I1をパラメータとして事前に与えておき、(式40)の右辺を演算する。乗算器94は、d軸電流偏差Δidと演算ブロック500の出力する∂Φq(id,iq)/∂idとを乗算し、(式29)の右辺第一項目として(∂Φq(id,iq)/∂id)Δidを出力する。乗算器97はq軸電流偏差Δiqと関数演算部96の出力する∂Φq(id,iq)/∂iqとを乗算し、(式29)の右辺第二項目として(∂Φq(id,iq)/∂iq)Δiqを出力する。加算器95は(式29)の右辺第一項目と右辺第二項目を加算する演算に相当し、乗算器94と乗算器97の出力を加算し、q軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を出力する。
Next, the internal configuration of the q-axis magnetic flux deviation calculator 90 will be described with reference to FIG. In FIG. 13, iΦ q (i d , i q ) / ∂ i d obtained by partial differentiation of the q-axis magnetic flux Φ q (i d , i q ) by i d is output using i d and i q as input variables. The
次に、d軸磁束演算部99の詳細について、図14を用いて説明する。図14において、id,iqを入力変数とし、d軸磁束Φd(id,iq)を出力する関数演算処理を実施する関数演算処理部99は、定数K1,K2,K3,I0,φ0をパラメータとして事前に与えておき、(式26)の右辺を演算し出力する。
Next, details of the d-axis magnetic
次に、q軸磁束演算部98の詳細について、図15を用いて説明する。図15において、id,iqを入力変数とし、q軸磁束Φq(id,iq)を出力する関数演算処理を実施する関数演算処理部98は、定数K4,K5,K6,I1をパラメータとして事前に与えておき、(式27)の右辺を演算し出力する。
Next, details of the q-axis magnetic
以上述べた、本実施形態2では、トルク制御系において(式26),(式27)で表現される磁束演算式を導入することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、実施形態1と同様に、設定通りの電流制御過渡応答が実現される。 In the second embodiment described above, by introducing the magnetic flux calculation expressions expressed by (Equation 26) and (Equation 27) in the torque control system, the magnetic flux saturation is remarkable and the mutual interference magnetic flux between the axes is large. Also for the existing PM motor, the current control transient response as set is realized as in the first embodiment.
〔実施形態3〕
実施形態1では、電圧非干渉制御に用いるd軸磁束Φdおよびq軸磁束Φqの算出に際して、d軸電流検出値id、およびq軸電流検出値iqを用いたが、以下説明する実施形態3では、実施形態1と同一構成のトルク制御系に対して、d軸電流指令値id *,q軸電流指令値iq *を用いた、電圧非干渉制御を行う。このため、本実施形態3においても、トルク制御系の全体構成は実施形態1と同じく図7である。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, the d-axis current detection value i d and the q-axis current detection value i q are used when calculating the d-axis magnetic flux Φ d and the q-axis magnetic flux Φ q used for voltage non-interference control. In the third embodiment, voltage non-interference control using the d-axis current command value i d * and the q-axis current command value i q * is performed on the torque control system having the same configuration as that of the first embodiment. Therefore, also in the third embodiment, the overall configuration of the torque control system is FIG.
実施形態1との相違点は、実施形態1の電圧指令生成部1におけるd軸磁束Φdおよびq軸磁束Φqを、図16に示す電圧指令生成部200の如く、d軸模擬磁束Φd′およびq軸模擬磁束Φq′に置き換えた点のみである。
The difference from the first embodiment is that the d-axis magnetic flux Φ d and the q-axis magnetic flux Φ q in the voltage
まず、本実施形態3の特徴である電圧指令生成部200の内部構成について、図16を用いて説明する。図16において、符号2−13、および符号16−18の構成は実施形態1における説明と同一もしくは同等の構成である。また、d軸磁束偏差演算部4には、図8に示したd軸磁束偏差演算部4を、q軸磁束偏差演算部9には、図9に示したq軸磁束偏差演算部9を用いる。
First, the internal configuration of the
q軸電流指令値iq *を入力し、q軸電流模擬値iq′を出力する一次遅れフィルタ201は、そのカットオフ角周波数を、電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)に等しく設定する。同様に、d軸電流指令値id *を入力し、d軸電流模擬値id′を出力する一次遅れフィルタ202はそのカットオフ角周波数を、電流制御応答角周波数ωacr(rad/s)に等しく設定する。一次遅れフィルタ201,202の出力するid′,iq′を入力し、(式41)に基づいてq軸模擬磁束Φq′(id′,iq′)を演算するq軸模擬磁束演算部203を有し、一次遅れフィルタ201,202の出力するid′,iq′を入力し、(式42),(式43)に基づいてd軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を演算するd軸模擬磁束演算部204を有する。そして、乗算器16,18において、これらq軸模擬磁束Φq′(id′,iq′),Φd′(id′,iq′)にPMモータ回転子の電気角速度ω1を乗じることで、直交する異なる軸に対して発生する速度誘起電圧Φq′ω1,Φd′ω1を推定し、各々減算器17,加算器19に入力し、これらの影響を制御器内部で相殺している。
First-
次に、d軸模擬磁束演算部204の内部構成について、図17を用いて説明する。図17において、id′,iq′を入力変数とし、id′≧0のときのd軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を出力する関数演算部210は、定数k3,k4,K10,Im0および永久磁石磁束φmをパラメータとして事前に与えておき、(式23)の入力変数をid,iqからid′,iq′に置換した(式42)の右辺を演算する。また、id′,iq′を入力変数とし、id′<0のときのd軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を出力する関数演算部211は、定数k1,k2,K10,Im0および永久磁石磁束φmをパラメータとして事前に与えておき、(式24)の入力変数をid,iqからid′,iq′に置換した(式43)の右辺を演算する。関数演算部210と関数演算部211の各出力結果を入力とし、id′≧0ならば、関数演算部210の出力を選択し、id′<0ならば、関数演算部211の出力を選択する選択手段212は、d軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を出力する。
Next, the internal configuration of the d-axis simulated magnetic
次に、q軸模擬磁束演算部203の詳細について、図18を用いて説明する。図18において、id′,iq′を入力変数とし、q軸模擬磁束Φq′(id′,iq′)を出力する関数演算処理を実施するq軸模擬磁束演算部203は、定数k5,k6,K20をパラメータとして事前に与えておき、(式25)の入力変数をid,iqからid′,iq′に置換した(式41)の右辺を演算し出力する。
Next, details of the q-axis simulated magnetic
以上述べた、本実施形態3では、トルク制御系において、d軸電流指令値id *,q軸電流指令値iq *を用いた、電圧非干渉制御を行うが、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、実施形態1と同様に、設定通りの電流制御過渡応答が実現される。 In the third embodiment described above, voltage non-interference control is performed using the d-axis current command value i d * and the q-axis current command value i q * in the torque control system. Similarly to the first embodiment, a current control transient response as set is realized for a PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux between the axes.
〔実施形態4〕
実施形態3では、トルク制御系において実施形態1と同様に(式23),(式24),(式25)で表現される磁束演算式を導入したが、以下説明する実施形態4では、実施形態3と同一構成のトルク制御系に対して(式26),(式27)で表現される別の磁束演算式を導入する。このため、本実施形態4においても、電圧指令生成部200の構成を示す図16、および図16に示す電圧指令生成部200を内包したトルク制御系の構成を示す図7は同一である。
[Embodiment 4]
In the third embodiment, a magnetic flux calculation expression expressed by (Equation 23), (Equation 24), and (Equation 25) is introduced in the torque control system in the same way as in the first embodiment. Another magnetic flux calculation expression expressed by (Expression 26) and (Expression 27) is introduced to the torque control system having the same configuration as that of
実施形態3との相違点は、実施形態3におけるd軸磁束偏差演算部4,q軸磁束偏差演算部9,q軸模擬磁束演算部203、およびd軸模擬磁束演算部204を、各々d軸磁束偏差演算部80,q軸磁束偏差演算部90,q軸模擬磁束演算部223、およびd軸模擬磁束演算部224に置き換えた点である。このうち、d軸磁束偏差演算部80,q軸磁束偏差演算部90については、実施形態2で説明済である。そこで、まず、d軸模擬磁束演算部224の詳細について、図19を用いて説明する。図19において、id′,iq′を入力変数とし、d軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を出力する関数演算処理を実施するd軸模擬磁束演算部224は、定数K1,K2,K3,I0,φ0をパラメータとして事前に与えておき、(式26)の入力変数をid,iqからid′,iq′に置換した(式44)の右辺を演算し出力する。
The difference from the third embodiment is that the d-axis magnetic flux
次に、q軸模擬磁束演算部223の詳細について、図20を用いて説明する。図20において、id′,iq′を入力変数とし、q軸模擬磁束Φq′(id′,iq′)を出力する関数演算処理を実施するq軸模擬磁束演算部223は、定数K4,K5,K6,I1をパラメータとして事前に与えておき、(式27)の入力変数をid,iqからid′,iq′に置換した(式45)の右辺を演算し出力する。
Next, details of the q-axis simulated magnetic
以上述べた、本実施形態4では、実施形態3と同一構成のトルク制御系に対して、(式26),(式27)で表現される磁束演算式を導入することにより、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、実施形態3と同様に、設定通りの電流制御過渡応答が実現される。 In the fourth embodiment described above, magnetic flux saturation is remarkable by introducing the magnetic flux calculation expressions expressed by (Expression 26) and (Expression 27) to the torque control system having the same configuration as that of the third embodiment. Thus, as with the third embodiment, the current control transient response as set is also realized for the PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux between the axes.
ここで、以上示した実施形態2,4の電流制御過渡応答シミュレーション波形を、従来技術2,3と比較して図21に示す。シミュレーションに用いるPMモータのモデル式には、(式26),(式27)をid,iqについて解き直した関数を用いた。また、電流指令値は、id *=0[A]としたまま、iq *を時刻1.0[s]において、0[A]から磁束飽和が顕著に発生する400[A]までステップ状に変化させた。図21において、図21(a)はq軸電流iqの過渡応答結果であり、図21(b)はd軸電流idの過渡応答結果である。また、波形230,234が、磁束飽和を全く考慮していない従来技術3に対応し、波形231,235が、電流フィードバック制御に磁束飽和を考慮するもd軸とq軸間の磁束干渉作用までは考慮していない従来技術2に対応し、波形232,236,233,237が実施形態2,4に対応し、殆ど同一波形となる。以上の結果から、従来技術3では、q軸電流の立ち上がり波形230が、理想的な一次遅れ波形から外れるだけでなく、本来id=0[A]に維持されるべきd軸電流波形234が0[A]から大きく変動することが確認できる。一方、従来技術2では、q軸電流の立ち上がり波形231は理想的な一次遅れ波形となるが、d軸電流波形235は0[A]から変動する。これに対して、実施形態2,4では、q軸電流の立ち上がり波形232,233が理想的な一次遅れ波形となり、さらに、d軸電流波形236,237が0[A]を維持することが確認できる。こうした優れた制御性能は、上記実施形態において、d軸とq軸間の磁束の相互干渉作用までを考慮したフィードバック制御系を構成した効果と考えられる。
Here, the current control transient response simulation waveforms of the
〔実施形態5〕
本実施形態5では、既述した図7に示すトルク制御系における電圧指令生成部300として、図24を用いる。図24は、平成16年電気学会産業応用部門大会予稿集、No.1−12、I(平16−8)「高速用永久磁石同期モータの新ベクトル制御方式における安定性解析」において、戸張,遠藤,岩路,伊藤らが提案している「カスケード型ベクトル制御系」(以下、従来技術4と記す)に対して、前記実施形態1または前記実施例2と同じく(式23),(式24),(式25)または、(式26),(式27)で表現される磁束演算式を導入した構成を特徴とする。
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, FIG. 24 is used as the voltage
そこでまず、本実施形態5を構成する基礎の従来技術4について図22を用いて説明しておく。図22は、従来技術4の構成原理を表現したブロック線図であり、図22において、d軸電圧指令値vd *とq軸電圧指令値vq *とを、それぞれd軸方向,q軸方向への印加電圧成分とし、その結果としてd軸電流検出値idおよびq軸電流検出値iqを、それぞれd軸方向,q軸方向への流入電流成分とするモータモデル266と、id *,iq *はそれぞれd軸電流指令値、およびq軸電流指令値、id *からidを減算し、軸電流偏差Δidを演算する減算器262と、iq *からiq減算し、軸電流偏差Δiq演算する減算器263と、Δidを入力し、第2のd軸電流指令値id **を演算するゲインωacr付の積分器260と、Δiqを入力し、第2のq軸電流指令値iq **を演算するゲインωacr付の積分器261,id **,iq **を入力し、vd *,vq *を出力するモータモデル266の逆伝達関数特性を実現したモータ逆モデル267である。また、モータモデル266において、回転子静止状態におけるd軸方向に関するidのvd *に対する伝達特性を表現するブロック250であり、Rはモータの電機子巻線抵抗、Ldはモータのd軸インダクタンス、sはラプラスの演算子を意味する。同様に、回転子静止状態におけるq軸方向に関するiqのvq *に対する伝達特性を表現するブロック251であり、Lqはモータのq軸インダクタンスを意味する。iqにモータ回転子の電気角速度ω1とLqを乗ずることで、iqがd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φq′ω1を演算する演算器252。演算した速度誘起電圧Φq′ω1をvd *に加算することで、d軸方向電圧に反映させる加算器254、idにモータ回転子の電気角速度ω1とLdを乗ずることで、idがq軸方向に発生させる速度誘起電圧Φd′ω1を演算する演算器253。演算した速度誘起電圧Φq′ω1と永久磁石磁束φmによる速度誘起電圧ω1Φmとを、vq *から減算することで、q軸方向電圧に反映させる減算器255である。これに対して、モータ逆モデル267では、ブロック250,251の逆伝達特性ブロックとして、各々逆伝達特性ブロック256,257をモータモデル266のブロック250,251に対して直列に配している。これにより、速度誘起電圧の影響を無視すれば、モータ逆モデル267とモータモデル266を図22の如く直列接続したブロックでは、トータルの伝達関数が1となり、入力と出力が理論的には一致する。即ち、id **=id,iq **=iqが成立する。ここで、id **=id,iq **=iqが成立していると仮定すれば、iq **にモータ回転子の電気角速度ω1とLqを乗ずる演算器258の出力はΦq′ω1に等しくなり、これを減算器264において、逆伝達特性ブロック256の出力から減ずることで、モータモデル266内部において、iqがd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φq′ω1を相殺できる。同様に、id **にモータ回転子の電気角速度ω1とLdを乗ずる演算器259の出力はΦd′ω1に等しくなり、これとω1Φmとを加算器265において、逆伝達特性ブロック257の出力に加算することで、モータモデル266内部において、idがd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φd′ω1と、永久磁石磁束φmによる速度誘起電圧ω1Φmとを相殺できる。かくして、図22においては、モータ内部における速度誘起電圧に関係なく、常にid **=id,iq **=iqが成立する。よって、各軸の電流制御系の閉ループ中には、ゲインωacr付の積分器260,261が各々存在するだけとなり、それらの閉ループ特性は、ゲイン交差角周波数ωacr(rad/s)の一次遅れ特性となる。
First, the basic
図23は、図21に示した従来技術4の原理説明図におけるカスケード型ベクトル制御器268を等価変換したブロック図である。図23において、符号102−105,107−110,112,113,121,122の構成および、id *,iq *,id,iq,id′,iq′,ω1,vd *,vq *,vd′*,vq′*,Δid,Δiq,ΔΦd,ΔΦq,φmは従来技術3(図2)と同一及び同等である。また、積分器280はゲイン108の出力を入力し、d軸電流模擬磁束Φid′を演算し、加算器286でΦid′にd軸方向の永久磁石磁束Φmを加算したd軸模擬磁束Φd′を算出し、乗算器281において、Φd′にPMモータ回転子の電気角速度ω1を乗ずることで、d軸模擬磁束Φd′がq軸と反対方向に発生させる速度誘起電圧Φd′ω1を演算する。加算器285では、電圧非干渉制御前のq軸電圧指令値vq′*にΦd′ω1を加算したd軸電圧指令値vq *を出力する。これにより、PMモータ内部でq軸と反対方向に発生するd軸模擬磁束Φd′由来の速度誘起電圧Φd′ω1を相殺する。d軸電圧指令値vd *の生成に際しても同様であり、積分器282でゲイン113の出力からq軸模擬磁束Φq′を演算し、乗算器283において、Φq′にω1を乗ずることで、q軸模擬磁束Φq′がd軸方向に発生させる速度誘起電圧Φq′ω1を演算する。減算器284では、電圧非干渉制御前のd軸電圧指令値vd′*からΦq′ω1を減じたd軸電圧指令値vd *を出力する。これにより、PMモータ内部でd軸方向に発生するq軸模擬磁束Φq′相当の速度誘起電圧Φq′ω1を相殺する。
FIG. 23 is a block diagram obtained by equivalently converting the cascade
以上説明した図23のカスケード型ベクトル制御器の等価変換ブロック図(A)に対して(式23),(式24),(式25)で表現される磁束演算式、または(式26),(式27)で表現される別の磁束演算式を導入する。その電圧指令生成部300の構成は、図24であり、図23におけるゲイン104を、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式28)に従いd軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を演算する前記d軸磁束偏差演算部4、または、前記d軸磁束偏差演算部80に置換し、図23におけるゲイン109を、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式29)に従いq軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を演算する前記q軸磁束偏差演算部9、または、前記q軸磁束偏差演算部90に置換したものである。但し、(式26),(式27)で表現される磁束演算式を導入する、場合には、永久磁石磁束φmを(式46)で算出する。
For the equivalent conversion block diagram (A) of the cascade type vector controller of FIG. 23 described above, a magnetic flux calculation expression expressed by (Expression 23), (Expression 24), (Expression 25), or (Expression 26), Another magnetic flux calculation expression expressed by (Expression 27) is introduced. Configuration of the voltage
本実施形態5によれば、カスケード型ベクトル制御器の特長とされる、低サンプリング演算周期で電流制御を行った場合での高速回転域における高安定性と、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対する、電流制御過渡応答精度の両立が実現される。 According to the fifth embodiment, the high stability in the high-speed rotation region when the current control is performed with the low sampling calculation period, and the magnetic flux saturation, which are the features of the cascade vector controller, are remarkable. It is possible to achieve both current control transient response accuracy for a PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux.
〔実施形態6〕
本実施形態6では、既述した図7に示すトルク制御系における電圧指令生成部400として、実施形態5と同様に、従来技術4に対して、(式23),(式24),(式25)または、(式26),(式27)で表現される磁束演算式を導入した構成とする。具体的には、図25のカスケード型ベクトル制御器の等価変換ブロック図(B)に対して、前記の磁束演算式を導入する。磁束演算式の導入対象とする図25は、図23で説明したカスケード型ベクトル制御器の等価変換ブロック図(A)と等価であるが、d軸電流模擬磁束Φid′とq軸模擬磁束Φiq′の算出手段のみ異なる。
[Embodiment 6]
In the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the voltage
図26は本実施形態6における電圧指令生成部400であり、図25におけるゲイン104を、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式28)に従いd軸磁束偏差ΔΦd(id,iq)を演算する前記d軸磁束偏差演算部4、または、前記d軸磁束偏差演算部80に置換し、図25におけるゲイン109を、id,iq,Δid,Δiqを入力し、(式29)に従いq軸磁束偏差ΔΦq(id,iq)を演算する前記q軸磁束偏差演算部9、または、前記q軸磁束偏差演算部90に置換し、さらに、図25におけるゲイン310と加算器286からなるd軸模擬磁束Φd′の演算手段を、id′,iq′を入力し、(式41)に基づいてq軸模擬磁束Φq′(id′,iq′)を演算する前記q軸模擬磁束演算部203、または、(式45)に基づいてq軸模擬磁束Φq′(id′,iq′)を演算する前記q軸模擬磁束演算部223に置換し、図25におけるゲイン311を、id′,iq′を入力し、(式42),(式43)に基づいてd軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を演算する前記d軸模擬磁束演算部204、または、(式44)に基づいてd軸模擬磁束Φd′(id′,iq′)を演算する前記d軸模擬磁束演算部224に置換したものである。
FIG. 26 shows a voltage
本実施形態6によれば、実施形態5と同様に、カスケード型ベクトル制御器の特長とされる、低サンプリング演算周期で電流制御を行った場合での高速回転域における高安定性と、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対する、電流制御過渡応答精度の両立が実現される。 According to the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the high stability in the high-speed rotation region and the magnetic flux saturation when the current control is performed with the low sampling calculation period, which are the features of the cascade vector controller. The current control transient response accuracy can be achieved for a PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux between the axes.
〔実施形態7〕
図27は、本発明による交流モータ制御装置の実施形態7の構成を示すブロック図である。図27は、位置・速度センサレスによる速度制御系を構成しており、PMモータ33に速度指令ω1 *を与える速度指令発生部415と、d軸電流指令値id *を発生するid *発生部32と、ω1 *からPMモータ33の電気角速度ω1を減算し速度偏差ωeを出力する減算器410と、ωeに対して比例積分演算を行い、q軸電流指令値iq *を出力する速度制御器411と、id *,iq *およびd軸電流検出値id,q軸電流検出値iq,PMモータ33の電気角速度ω1を入力し、dq座標逆変換部37に対してd軸電圧指令値vd *とq軸電圧指令値vq *を出力する電圧指令生成部1、または電圧指令生成部200、または電圧指令生成部300、または電圧指令生成部400と、vd *,vq *,id,iq,ω1を入力し、(式25)または(式27)から計算されるq軸磁束Φq(id,iq)と、モータの抵抗設定値Rを用いて(式47)と(式48)により軸誤差推定値Δθを演算する軸誤差推定部412と、Δθに対して比例積分演算もしくは比例演算を行い、電気角速度ω1を出力するPLL制御器413と、ω1を積分し、モータ回転子の電気角θcを出力する積分器414と、vd *,vq *を、電気角θcによって三相交流電圧指令vu *,vv *,vw *に変換するdq座標逆変換部37と、三相交流電圧指令に基づいて三相交流電圧を発生するPWMインバータ38と、PWMインバータ38の出力するU相電流iuを検出する電流検出器39と、PWMインバータ38の出力するW相電流iwを検出する電流検出器40と、検出した電流iu,iwを、電気角θcによって、PMモータの回転座標系において直交するd,q各軸上の成分id,iqに座標変換するdq座標変換部41からなる。
[Embodiment 7]
FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of an AC motor control device according to
本実施形態7では、電圧指令生成部に対して磁束演算式を導入し、図1または、図16または、図24または、図26に示す構成としている。さらに、位置・速度センサレスによる速度制御系における軸誤差推定部に対しても磁束演算式を導入したことで、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、高精度に回転子位置情報を取得し、かつ高応答な制御を実現することができる。 In the seventh embodiment, a magnetic flux calculation formula is introduced into the voltage command generation unit, and the configuration shown in FIG. 1, FIG. 16, FIG. 24, or FIG. Furthermore, by introducing a magnetic flux calculation formula to the axis error estimation unit in the position / speed sensorless speed control system, even for PM motors with a large amount of inter-interference magnetic flux between the axes, the rotor can be accurately detected. Position information can be acquired and highly responsive control can be realized.
〔実施形態8〕
図28は本発明による交流モータ制御装置の実施形態8の構成を示すブロック図である。図28は図7に示したトルク制御系において、本発明に特徴的な電圧ベクトル生成部の有無を、外部に追加した測定系の情報のみから判別するための構成である。よって、制御系の構成、符号は基本的に図7と同一であり、測定系のみが追加されている。但し、PWMインバータ38に接続するPMモータに関しては、磁束飽和や磁束干渉を、内部的に発生しない理想的なモータ420を準備する。こうした理想的なモータの代替品として、図29に示すように、単独の抵抗R,単独のインダクタンスLの直列接続要素3つを、スター結線した回路を用いても良い。
[Embodiment 8]
FIG. 28 is a block diagram showing a configuration of an AC motor control apparatus according to
以下、図7に対して追加した測定系と、その役割、および本発明に特徴的な電圧ベクトル生成部の有無を判別するための具体的手段を示す。まず、PMモータ33の回転子位置情報を提供する位置検出器34をPMモータ33のシャフトから取り外し、電気角演算部35の出力する電気角θcが不随意に変化しない状態とする。次に、モータ420の定格トルクまたは、PWMの定格電流以下となるトルク指令τ*をトルク指令発生部30に発生させる。このとき、新たに追加したU相電流iuを検出する電流検出器421の検出値を検出信号の接続先であるオシロスコープ424で観測し、何らかの直流電流が流れていることを確認する。もし、直流電流が確認できない場合には、位置検出器34のシャフトを回して、直流電流が正負に増減することを確認した上で、オシロスコープ1の観測電流がゼロとなる位置で位置検出器34のシャフトを固定する。これにより、U相電流iuがd軸電流に一致する。次に、特定の周波数を発生する交流電流源427の出力線を、U相電流検出器39に貫通させる。これにより、トルク制御系のU相電流検出器39の電流検出信号iu(今はidに等しい)に対して、交流電流源427の発生する周波数と等しい信号が重畳される。ここで、もし、電圧ベクトル生成部が本発明に特徴的な構造を有しないのであれば、モータ420内部のdq軸間の磁束干渉、および、速度誘起電圧による干渉項が発生しない測定条件であることを勘案すると、q軸電流には、d軸電流検出値idに対して重畳した交流電流源427が発生する周波数成分は検出されない筈である。そこで、新たに追加したV相電流ivを検出する電流検出器422の検出値から、新たに追加したW相電流iwを検出する電流検出器423の検出値を減算器425にて減算し、iq√3を算出する。こうして得たiqの大きさに比例する信号をオシロスコープ426で観測し、交流電流源427の発生する周波数と等しい信号の有無を確認し、もし認められれば、本発明に特徴的な電圧ベクトル生成部が存在すると言える。
Hereinafter, the measurement system added to FIG. 7, its role, and specific means for determining the presence or absence of a voltage vector generation unit characteristic of the present invention will be shown. First, the
〔実施形態9〕
以上述べてきた実施形態1から実施形態8においては、磁束偏差演算部,磁束演算部をiq,idに関する関数で算出した。しかし、これらを図30に示すような2次元テーブルデータで与えることでも同等の機能を、より高速で実現できる。例えば、q軸磁束偏差演算部9における関数演算部60の代わりに、予め(式33)の右辺の演算結果を格納した図30に示すような、テーブルデータを準備しておく。そして、iq,idに最も近い要素を選択し、出力する。
[Embodiment 9]
In the first to eighth embodiments described above, the magnetic flux deviation calculation unit and the magnetic flux calculation unit are calculated using functions relating to i q and i d . However, even if these are given as two-dimensional table data as shown in FIG. 30, equivalent functions can be realized at higher speed. For example, instead of the
以上述べた、本実施形態9では、トルク制御系において、磁束飽和が顕著で、軸間の相互干渉磁束が多く存在するPMモータに対しても、実施形態1から8と同様に、設定通りの電流制御過渡応答が実現される。 In the ninth embodiment described above, in the torque control system, the magnetic flux saturation is remarkable, and the PM motor having a large amount of mutual interference magnetic flux between the shafts is also set as in the first to eighth embodiments. A current control transient response is realized.
〔実施形態10〕
更に、以上述べた、実施形態1から6のトルク制御系を、車両駆動装置に応用したのが、図31に示す本実施例である。本実施例では、架線500からパンタグラフ501を介して受電された直流は、受電フィルタ502を介してPWMインバータ38に入力される。受電フィルタ502は、フィルタリアクトル502aとフィルタコンデンサ502bを備えており、PWMインバータ38からのリプル電流を平滑化する。主幹制御器505は、運転士のノッチ操作をトルク指令τ*に変換して、実施形態1から6のトルク制御系に入力する。PMモータ33は、トルク制御系により、トルク指令τ*に略等しいトルクを発生し、図示していないギアを介して車輪503を駆動する。
[Embodiment 10]
Further, the present embodiment shown in FIG. 31 applies the torque control system of the first to sixth embodiments described above to a vehicle drive device. In this embodiment, the direct current received from the overhead line 500 via the
〔実施形態11〕
更に、以上述べた、実施形態1から6のトルク制御系を、後輪駆動電気自動車に応用したのが、図32に示す本実施例である。本実施例では、二次電池611の直流電圧は、PWMインバータ38に入力される。コントロールユニット(CU)600は、図示していないアクセルペダルの踏み込み量に応じたトルク指令τ*を、実施形態1から6のトルク制御系に入力する。PMモータ33は、トルク制御系により、トルク指令τ*に略等しいトルクを発生し、モータ軸601,クラッチ602,クラッチ出力シャフト603,デファレンシャルギア604,後輪車軸605を介して、右後輪609,左後輪610を駆動する。
[Embodiment 11]
Furthermore, the present embodiment shown in FIG. 32 applies the torque control system of
1,200,300,400 電圧指令生成部
2,3,17,102,103,117,255,262,263,264,284,410,425 減算器
4,80 d軸磁束偏差演算部
5,10 積分演算器
6,11,19,55,62,83,95,119,120,121,122,254 加算器
7,8,12,13,31,104,107,108,109,112,113,114,115,310,311 ゲイン
9,90 q軸磁束偏差演算部
14,98 q軸磁束演算部
15,99 d軸磁束演算部
16,18,54,57,61,64,82,94,88,97,116,118,281,283 乗算器
30 トルク指令発生部
32 id *発生部
33 PMモータ
34 位置検出器
35 電気角演算部
36 電気角速度演算部
37 dq座標逆変換部
38 PWMインバータ
39 U相電流検出器
40 W相電流検出器
41 dq座標変換部
50,84,500 演算ブロック
51,52,56,60,63,70,71,81,85,86,91,92,96,210,211 関数演算部
53,72,87,93,212 選択手段
100 従来技術3の電圧指令生成部
105,110 積分器
201,202 一次遅れフィルタ
203,223 q軸模擬磁束演算部
204,224 d軸模擬磁束演算部
230 従来技術3のq軸電流過渡応答波形
231 従来技術2のq軸電流過渡応答波形
232 実施形態2のq軸電流過渡応答波形
233 実施形態4のq軸電流過渡応答波形
234 従来技術3のd軸電流過渡応答波形
235 従来技術2のd軸電流過渡応答波形
236 実施形態2のd軸電流過渡応答波形
237 実施形態4のd軸電流過渡応答波形
250 回転子静止状態におけるd軸方向に関するidのvd *に対する伝達特性を表現するブロック
251 回転子静止状態におけるq軸方向に関するiqのvq *に対する伝達特性を表現するブロック
252 Φq′ω1を演算する演算器
253 Φd′ω1を演算する演算器
256 250の逆伝達特性ブロック
257 251の逆伝達特性ブロック
258 Φq′ω1を演算する演算器
259 Φd′ω1を演算する演算器
260,261 ゲインωacr付の積分器
265,285,286 加算器
266 モータモデル
267 モータ逆モデル
268 カスケード型ベクトル制御器
280,282,414 積分器
411 速度制御器
412 軸誤差推定部
413 PLL制御器
415 速度指令発生部
420 理想的なモータ
421 U相電流検出器
422 V相電流検出器
423 W相電流検出器
424,426 オシロスコープ
427 交流電流源
501 パンタグラフ
502 受電フィルタ
502a フィルタリアクトル
502b フィルタコンデンサ
503 車輪
504 レール
505 主幹制御器
510 架線
600 コントロールユニット
601 モータシャフト
602 クラッチ
603 クラッチ出力シャフト
604 デファレンシャルギア
605 後輪車軸
606 前輪車軸
607 右前輪
608 左前輪
609 右後輪
610 左後輪
611 二次電池
id * d軸電流指令値
iq * q軸電流指令値
id d軸電流検出値
iq q軸電流検出値
ω1 電気角速度
Φd d軸磁束
Φq q軸磁束
Φid d軸電流磁束
Δid d軸電流偏差
Δiq q軸電流偏差
ΔΦd d軸磁束偏差
ΔΦq q軸磁束偏差
vd′* 電圧非干渉制御前のd軸電圧指令値
vq′* 電圧非干渉制御前のq軸電圧指令値
vd * d軸電圧指令値
vq * q軸電圧指令値
ωacr 電流制御応答角周波数
R PMモータ33の電機子巻線抵抗
τ* トルク指令値
kt モータ33のトルク定数
Vu * U相電圧指令
Vv * V相電圧指令
Vw * W相電圧指令
iu U相電流
iv V相電流
iw W相電流
θc モータ33の回転子電気角
id′ d軸電流模擬値
iq′ q軸電流模擬値
Φd′ d軸模擬磁束
Φq′ q軸模擬磁束
φm 永久磁石磁束
id ** 第2のd軸電流指令値
iq ** 第2のq軸電流指令値
Δθ 軸誤差推定値
ωe 速度偏差
ω1 * 速度指令
1,200,300,400 Voltage command generator 2,3,17,102,103,117,255,262,263,264,284,410,425 Subtractor 4,80 d-axis magnetic flux deviation calculator 5,10 Integration calculators 6, 11, 19, 55, 62, 83, 95, 119, 120, 121, 122, 254 Adders 7, 8, 12, 13, 31, 104, 107, 108, 109, 112, 113, 114, 115, 310, 311 Gain 9, 90 q-axis magnetic flux deviation calculator 14, 98 q-axis magnetic flux calculator 15, 99 d-axis magnetic flux calculator 16, 18, 54, 57, 61, 64, 82, 94, 88 , 97,116,118,281,283 multiplier 30 torque command generating unit 32 i d * generation unit 33 PM motor 34 the position detector 35 electrical angle calculation unit 36 electrical angular velocity calculating section 37 dq seat Inverse converter 38 PWM inverter 39 U-phase current detector 40 W-phase current detector 41 dq coordinate converters 50, 84, 500 Arithmetic blocks 51, 52, 56, 60, 63, 70, 71, 81, 85, 86, 91, 92, 96, 210, 211 Function calculation units 53, 72, 87, 93, 212 Selection means 100 Voltage command generation unit 105, 110 of prior art 3 Integrator 201, 202 Primary delay filter 203, 223 q-axis simulated magnetic flux Calculation unit 204, 224 d-axis simulated magnetic flux calculation unit 230 q-axis current transient response waveform 231 of prior art 3 q-axis current transient response waveform 232 of prior art 2 q-axis current transient response waveform 233 q of embodiment 4 Axis current transient response waveform 234 Prior art 3 d axis current transient response waveform 235 Prior art 2 d axis current transient response waveform 236 Embodiment 2 d axis current Transient response waveform 237 Embodiment 4 d-axis current of the transient response waveform 250 rotor in a static state of the i d the d-axis direction v d * i q related to the q-axis direction in the block 251 the rotor stationary state representing the transfer characteristic for Block 252 expressing the transfer characteristic for v q * 252 Φ q ′ ω 1 computing unit 253 Φ d ′ ω 1 computing unit 256 250 reverse transfer characteristic block 257 251 reverse transfer characteristic block 258 Φ q ′ calculator 259 [Phi d 'calculator calculates the omega 1 260, 261 gain ωacr with integrator 265,285,286 adder 266 motor model 267 motor inverse model 268 cascade vector controller for calculating a omega 1 280, 282 , 414 Integrator 411 Speed controller 412 Axis error estimator 413 PLL controller 415 Speed command generator 420 Ideal Motor 421 U-phase current detector 422 V-phase current detector 423 W-phase current detector 424, 426 Oscilloscope 427 AC current source 501 Pantograph 502 Power receiving filter 502a Filter reactor 502b Filter capacitor 503 Wheel 504 Rail 505 Main controller 510 Overhead 600 Control Unit 601 Motor shaft 602 Clutch 603 Clutch output shaft 604 Differential gear 605 Rear wheel axle 606 Front wheel axle 607 Right front wheel 608 Left front wheel 609 Right rear wheel 610 Left rear wheel 611 Secondary battery i d * d-axis current command value i q * q axis current value i d d-axis current detection value i q q-axis current detection value omega 1 electrical angular [Phi d d-axis magnetic flux [Phi q q-axis magnetic flux .PHI.i d d-axis current magnetic flux .DELTA.i d d-axis current deviation .DELTA.i q q-axis current deviation ΔΦ d d-axis magnetic flux deviation ΔΦ q q-axis magnetic flux deviation v d * Voltage decoupling control before d-axis voltage command value v q '* voltage decoupling control before the q-axis voltage command value v d * d-axis voltage command value v q * q-axis voltage command value ωacr current control response angular frequency R Armature winding resistance τ of PM motor 33 * Torque command value kt Torque constant V u * U phase voltage command V v * V phase voltage command V w * W phase voltage command i u U phase current i v V phase Current i w W phase current θ c rotor electrical angle i d ′ d axis current simulation value i q ′ q axis current simulation value Φ d ′ d axis simulation magnetic flux Φ q ′ q axis simulation magnetic flux φ m permanent magnet magnetic flux i d ** second d-axis current command value i q ** second q-axis current command value Δθ axis error estimated value ω e speed deviation ω 1 * speed command
Claims (3)
前記制御装置は、モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、一方の軸上で定義される前記電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差、および、他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差の両方の情報を用いて生成し、
前記一方の軸上で定義される電力変換器への電圧指令値を、同一の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を変数とする関数を乗じた値と、前記他方の軸上で定義される電流指令値と電流検出値との偏差に対して、前記同一の軸上で定義される電流検出値ならびに、前記他方の軸上で定義される電流検出値の少なくとも一方を変数とする関数を乗じた値との和に基づいて生成することを特徴とする交流モータの制御装置。 In an AC motor control device that controls the output voltage of a power converter that drives an AC motor,
The control device uses a current command value defined on the same axis as a voltage command value to the power converter defined on one of two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor. And the deviation between the current detection value and the deviation between the current command value defined on the other axis and the current detection value.
The voltage command value to the power converter defined on the one axis is defined on the same axis with respect to the deviation between the current command value and the current detection value defined on the same axis. Deviation between the current detection value and a value obtained by multiplying a function having at least one of the current detection value defined on the other axis as a variable, and the current command value defined on the other axis and the current detection value Is generated based on a sum of a current detection value defined on the same axis and a value obtained by multiplying a function having at least one of the current detection values defined on the other axis as a variable. An AC motor control device characterized by the above.
前記関数は、前記モータの回転座標系において直交する2つの制御軸の内、何れかの軸上で定義される前記モータのコイル鎖交磁束関数を、同一の軸上または他方の軸上で定義される電流で偏微分した関数であることを特徴とする交流モータの制御装置。 In claim 1,
The function defines a coil flux linkage function of the motor defined on one of two control axes orthogonal to each other in the rotational coordinate system of the motor on the same axis or the other axis. AC motor control device characterized in that it is a function that is partially differentiated by a current that is generated.
前記交流モータの制御装置を備えたことを特徴とする車両駆動装置。 In one of claim 1 or claim 2,
A vehicle drive device comprising a control device for the AC motor.
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