JP5862690B2 - Control device for motor drive device and motor drive system - Google Patents

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Description

本発明は、電動機駆動装置の制御装置および電動機駆動システムに関し、例えば同期電動機へと交流電圧を印加する電動機駆動装置に関する。   The present invention relates to a control device for an electric motor drive device and an electric motor drive system, for example, an electric motor drive device that applies an AC voltage to a synchronous motor.

非特許文献1,2には、同期電動機の制御方法について記載されている。同期電動機は巻線を有する電機子と、界磁とを有している。特許文献1では同期電動機の一次磁束が制御される。より詳細には、制御軸として、互いに直交するγ軸及びδ軸を採用し、一次磁束のγ軸成分を零に、δ軸成分を一次磁束指令値に、それぞれ制御する。   Non-Patent Documents 1 and 2 describe a method for controlling a synchronous motor. The synchronous motor has an armature having windings and a field. In Patent Document 1, the primary magnetic flux of the synchronous motor is controlled. More specifically, the γ-axis and δ-axis that are orthogonal to each other are adopted as the control axes, and the γ-axis component of the primary magnetic flux is controlled to zero and the δ-axis component is controlled to the primary magnetic flux command value.

また非特許文献1,2では、制御の安定性を向上すべく、γ軸電流に基づく補正量で補正を行なって、δ−γ回転座標系の回転速度を算出している。当該補正量としては、非特許文献1では、γ軸電流とゲインとの積が採用され、非特許文献2では、γ軸電流から直流成分を除去して得られる高調波成分と、ゲインとの積が採用されている。   In Non-Patent Documents 1 and 2, in order to improve control stability, correction is performed with a correction amount based on the γ-axis current, and the rotational speed of the δ-γ rotational coordinate system is calculated. As the correction amount, in Non-Patent Document 1, the product of the γ-axis current and the gain is adopted, and in Non-Patent Document 2, the harmonic component obtained by removing the DC component from the γ-axis current and the gain are used. Product is adopted.

角、山村、常広、「DCブラシレスモータの位置センサレス制御方法」、電気学会論文誌D、1991年、第111巻、第8号、p.639―644Kaku, Yamamura, Tsunehiro, “Position Sensorless Control Method for DC Brushless Motor”, IEEJ Transactions D, 1991, Vol. 111, No. 8, p.639-644 瓜田、山村、常広、「同期機駆動用汎用インバータについて」、電気学会論文誌D、1999年、第119巻、第5号、p.707―712Hamada, Yamamura, Tsunehiro, "General-purpose inverter for driving synchronous machines", IEEJ Transactions D, 1999, Vol.119, No.5, p.707-712

しかしながら、非特許文献1,2では、ゲインをどのように決定するかについて記載も示唆もない。   However, Non-Patent Documents 1 and 2 neither describe nor suggest how to determine the gain.

本願出願人は、電動機の回転速度制御についての制御性とゲインとの間に関連性を見出した。   The applicant of the present application has found a relationship between controllability and gain for controlling the rotational speed of the electric motor.

そこで、本発明は、回転速度制御の制御性を向上できる電動機駆動装置の制御技術を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control technique for an electric motor drive device that can improve the controllability of the rotational speed control.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第1の態様は、界磁(23)と電機子(21)とを有する同期電動機(2)へと交流電圧を印加し、交流電流(iu,iv,iw)を出力する駆動装置(1)を制御する制御装置(3)であって、δc軸と前記δc軸に対して所定の進み方向に90度進むγc軸とを有する回転座標系の、固定座標系に対する回転角(θ)に基づいて、前記交流電流を、前記回転座標系におけるδc軸電流(iδc)およびγc軸電流(iγc)に、変換する座標変換部(34)と、補償ゲイン(Km)と前記γc軸電流に依存する補償値との積で求まる補正量で、前記回転座標系の回転速度(ω1)の指令値(ω1)を補正して、前記回転速度(ω1)を求める回転速度演算部と、前記回転速度に基づいて前記回転角を算出する位相演算部(33)と、前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)と、前記交流電流によって発生する電機子反作用の磁束との合成である一次磁束(λ)が、前記回転座標系において前記δc軸に沿うように、前記交流電圧についての前記回転座標系における電圧指令値([vδγ ])を生成する電圧指令演算部(35)と、前記電圧指令値および前記回転角に基づいて、前記駆動装置による前記交流電圧の印加を制御する制御信号を生成する制御信号生成部(36)とを備える電動機駆動装置の制御装置であって、前記補償ゲインは、前記回転速度が基準値よりも小さいときに第1ゲイン値を採り、前記回転速度が前記基準値よりも大きいときに、前記第1ゲイン値よりも大きい第2ゲイン値を採る。 The first aspect of the control device for the motor drive device according to the present invention applies an AC voltage to the synchronous motor (2) having the field (23) and the armature (21), and generates an AC current (iu, iv). , iw), a control device (3) for controlling the drive device (1), which is a rotary coordinate system having a δc axis and a γc axis that advances 90 degrees in a predetermined advance direction with respect to the δc axis, Based on the rotation angle (θ) with respect to the fixed coordinate system, the AC current is converted into a δc-axis current (iδc) and a γc-axis current (iγc) in the rotary coordinate system, and a compensation gain The rotational speed (ω1) is corrected by correcting the command value (ω1 * ) of the rotational speed (ω1) of the rotational coordinate system with a correction amount obtained by the product of (Km) and the compensation value depending on the γc-axis current. A rotation speed calculation unit for calculating the phase, a phase calculation unit (33) for calculating the rotation angle based on the rotation speed, and a flux linkage (Λ0) to the armature by the field A voltage command value in the rotating coordinate system for the AC voltage such that a primary magnetic flux (λ), which is a combination of the armature reaction magnetic flux generated by the AC current, is along the δc axis in the rotating coordinate system. a voltage command calculation unit (35) for generating ([v δγ * ]), and a control signal for generating a control signal for controlling the application of the AC voltage by the driving device based on the voltage command value and the rotation angle A control device for an electric motor drive device comprising a generator (36), wherein the compensation gain takes a first gain value when the rotational speed is smaller than a reference value, and the rotational speed is less than the reference value. When it is larger, a second gain value larger than the first gain value is taken.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第2の態様は、第1の態様にかかる電動機駆動装置の制御装置であって、前記補償値は、時定数(Tm)で抽出される前記γc軸電流(iγc)の高調波成分であり、前記時定数は、前記回転速度が基準値よりも小さいときに第1時定数値を採り、前記回転速度が前記基準値よりも大きいときに、前記第1時定数値よりも大きい第2時定数値を採る。   A second aspect of the motor drive device control device according to the present invention is the motor drive device control device according to the first aspect, wherein the compensation value is extracted by a time constant (Tm). The time constant takes a first time constant value when the rotational speed is smaller than a reference value, and the time constant takes the first time constant value when the rotational speed is larger than the reference value. A second time constant value larger than the first time constant value is taken.

本発明にかかる電動機駆動システムの第1の態様は、第1または第2の態様にかかる電動機駆動装置の制御装置と、前記駆動装置とを備える。   A first aspect of an electric motor drive system according to the present invention includes a control device for an electric motor drive device according to the first or second aspect, and the drive device.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第1の態様および電動機駆動システムの態様によれば、補償ゲインと補正量とで補正を行なって回転速度を求め、これに基づいて、一次磁束がδc軸に沿うように駆動装置が制御されることになる。これにより、同期電動機の負荷トルクに対する出力トルクの伝達関数の周波数特性の位相遅れは、補償ゲインが大きいほど、低域側において増大する。また、この制御により、伝達関数の周波数特性のゲイン(伝達ゲイン)のピーク値は、補償ゲインが大きいほど、低減することになる。   According to the first aspect of the motor drive control device and the motor drive system according to the present invention, the rotational speed is obtained by performing correction with the compensation gain and the correction amount, and based on this, the primary magnetic flux is δc. The drive device is controlled along the axis. Thereby, the phase delay of the frequency characteristic of the transfer function of the output torque with respect to the load torque of the synchronous motor increases on the low frequency side as the compensation gain increases. Further, by this control, the peak value of the gain (transfer gain) of the frequency characteristic of the transfer function is reduced as the compensation gain is increased.

第1の態様によれば、補償ゲインは、回転速度が基準値よりも小さいときに第1ゲイン値を採り、回転速度が基準値よりも大きいときに、第1ゲイン値よりも大きい第2ゲイン値を採る。これにより、実施の形態で詳述するように、回転速度の広い範囲で回転速度の制御性を高めることができる。   According to the first aspect, the compensation gain takes the first gain value when the rotational speed is smaller than the reference value, and the second gain larger than the first gain value when the rotational speed is larger than the reference value. Take the value. Thereby, as will be described in detail in the embodiment, the controllability of the rotation speed can be enhanced in a wide range of the rotation speed.

本発明にかかる電動機駆動装置の制御装置の第2の態様によれば、位相遅れは、時定数が大きいほど低域側において増大することになる。また伝達ゲインのピーク値は、時定数が大きいほど低減することになる。時定数は、回転速度が基準値よりも小さいときに第1時定数値を採り、回転速度が基準値よりも大きいときに、第1時定数値よりも大きい第2時定数値を採るので、回転速度の広い範囲で回転速度の制御性を高めることができる。   According to the second aspect of the control device for the electric motor drive device of the present invention, the phase delay increases on the low frequency side as the time constant increases. The peak value of the transfer gain decreases as the time constant increases. The time constant takes the first time constant value when the rotational speed is smaller than the reference value, and takes the second time constant value larger than the first time constant value when the rotational speed is larger than the reference value. The controllability of the rotation speed can be enhanced in a wide range of the rotation speed.

回転座標と磁束との一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a rotation coordinate and a magnetic flux typically. 電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a power converter device. 伝達ゲインおよび伝達位相の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a transmission gain and a transmission phase. 伝達ゲインおよび伝達位相の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a transmission gain and a transmission phase. 伝達ゲインおよび伝達位相の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a transmission gain and a transmission phase.

実施の形態の詳細な説明に入る前に、この発明の前提について説明する。   Before going into the detailed description of the embodiment, the premise of the present invention will be described.

<1.前提>
図1は同期電動機(以下、単に「電動機」と称す。なお同期電動機の特殊なものとして、スイッチトリラクタンスモータのように界磁を有しないものもある。しかしここでは同期電動機とは界磁を有しているものを指す。)における空隙磁束[λ](記号[]はベクトル量を表す:以下同様)と、界磁による電機子への鎖交磁束[Λ0](以下、単に「鎖交磁束」と称す)との関係を示すベクトル図である。鎖交磁束[Λ0]は例えば電動機が永久磁石を有している場合には当該永久磁石によって発生するし、電動機が界磁巻線を有している場合には当該界磁巻線に電流が流れることによって発生する。
<1. Premise>
FIG. 1 shows a synchronous motor (hereinafter, simply referred to as “motor”. As a special type of synchronous motor, there is a motor that does not have a field such as a switched reluctance motor. Air gap magnetic flux [λ] (symbol [] represents a vector quantity; the same applies hereinafter) and interlinkage magnetic flux [Λ0] (hereinafter referred to simply as “linkage”) to the armature by the field. It is a vector diagram showing the relationship with "magnetic flux". For example, when the motor has a permanent magnet, the linkage flux [Λ0] is generated by the permanent magnet, and when the motor has a field winding, a current flows through the field winding. Generated by flowing.

電動機の回転と同期する回転座標系としてd−q回転座標系を導入する。ここではd軸を鎖交磁束[Λ0]と同相に設定し、q軸はd軸に対して、電動機の制御によって回転させたい方向(以下、単に「回転方向」と称す)に向かって位相が90度進む。   A dq rotating coordinate system is introduced as a rotating coordinate system synchronized with the rotation of the electric motor. Here, the d-axis is set in phase with the flux linkage [Λ0], and the q-axis has a phase toward the direction (hereinafter simply referred to as “rotation direction”) that is desired to rotate with respect to the d-axis. Advance 90 degrees.

また回転座標系としてδ−γ回転座標系とδc−γc回転座標系とを導入する。δ軸はd軸に対して、γ軸はq軸に対して、それぞれ電動機の回転方向に向かって位相角φで位相が進む。δc軸はd軸に対して、γc軸はq軸に対して、それぞれ電動機の回転方向に向かって位相角φcで位相が進む。以下、説明の便宜上、δ軸のd軸に対する位相角φを実位相角φと称し、δc軸のd軸に対する位相角φcを推定位相角φcと称する。   Further, a δ-γ rotating coordinate system and a δc-γc rotating coordinate system are introduced as rotating coordinate systems. The phase advances at a phase angle φ in the direction of rotation of the motor with respect to the δ axis with respect to the d axis and the γ axis with respect to the q axis. The phase advances at a phase angle φc toward the rotational direction of the motor with respect to the δc axis relative to the d axis and the γc axis relative to the q axis, respectively. Hereinafter, for convenience of explanation, the phase angle φ of the δ axis with respect to the d axis is referred to as an actual phase angle φ, and the phase angle φc of the δc axis with respect to the d axis is referred to as an estimated phase angle φc.

例えば、「一次磁束制御」として知られている電動機の制御方法では、空隙磁束[λ]と同相にδ軸を設定する。この場合、実位相角φは負荷角(鎖交磁束[Λ0]と空隙磁束[λ]との間の位相角)として把握される。   For example, in a motor control method known as “primary magnetic flux control”, the δ axis is set in phase with the gap magnetic flux [λ]. In this case, the actual phase angle φ is grasped as a load angle (phase angle between the interlinkage magnetic flux [Λ0] and the gap magnetic flux [λ]).

さて、空隙磁束[λ]は周知のように、電動機(より詳細には電動機が備える電機子が有する電機子巻線)に供給される電圧及び電流と、電動機の機器定数(例えばインダクタンス、電機子巻線の抵抗成分、鎖交磁束)と、電動機の回転速度とで決定される。よって空隙磁束[λ]の推定値[λ^]は、上記の電圧及び電流、機器定数、回転速度の実測値(あるいは指令値、推定値)から得られる。上述の「一次磁束制御」では、指令値[λ]のγ軸成分は0である。 As is well known, the gap magnetic flux [λ] is a voltage and current supplied to an electric motor (more specifically, an armature winding included in an armature included in the electric motor) and device constants (for example, inductance, armature) of the electric motor. The resistance component of the winding, the flux linkage) and the rotational speed of the motor. Therefore, the estimated value [λ ^] of the air gap magnetic flux [λ] is obtained from the measured values (or command values, estimated values) of the voltage and current, the device constants, and the rotation speed. In the “primary magnetic flux control” described above, the γ-axis component of the command value [λ * ] is zero.

かかる制御においてδc−γc回転座標系を採用すると、推定位相角φcが実位相角φと一致することで、電動機の回転を適切に制御することができる。機器定数、回転速度、電動機に与えられる電圧及び電流が完全に把握されていれば、これらに基づいて得られる推定値[λ^]を指令値[λ]と等しくなるように制御することにより、空隙磁束[λ]が指令値[λ]と一致するからである。 When the δc-γc rotational coordinate system is employed in such control, the estimated phase angle φc matches the actual phase angle φ, so that the rotation of the motor can be appropriately controlled. If the device constant, rotational speed, voltage and current applied to the motor are fully understood, the estimated value [λ ^] obtained based on these is controlled to be equal to the command value [λ * ]. This is because the gap magnetic flux [λ] matches the command value [λ * ].

<2.電力変換装置の構成>
図2は上記の前提に基づいて、本実施の形態にかかる電動機制御装置3の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。
<2. Configuration of power conversion device>
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the motor control device 3 according to the present embodiment and its peripheral devices based on the above premise.

電動機2は三相の電動機であり、電機子21と、界磁23たる回転子を備える。技術的な常識として、電機子21は電機子巻線22を有し、回転子は電機子21と相対的に回転する。界磁23は例えば鎖交磁束を発生させる磁石を備える場合について説明される。   The electric motor 2 is a three-phase electric motor, and includes an armature 21 and a rotor as a field magnet 23. As technical common sense, the armature 21 has an armature winding 22, and the rotor rotates relative to the armature 21. The case where the field magnet 23 is provided with, for example, a magnet that generates an interlinkage magnetic flux will be described.

電圧供給源1は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、三相の電圧指令値[v ]=[v (括弧の後の上付の“t”は行列の転置を示す。以下同様)に基づいて、三相電圧v,v,vを電動機2に印加する。これにより、電動機2には三相電流[i]=[iが流れる。但し、電圧指令値[v ]や三相電流[i]が有する成分は、例えばU相成分、V相成分、W相成分の順に記載されている。 The voltage supply source 1 includes, for example, a voltage control type inverter and its control unit, and a three-phase voltage command value [v x * ] = [v u * v v * v w * ] t (“ t ″ indicates transposition of the matrix. The same applies hereinafter), and three-phase voltages v u , v v , and v w are applied to the motor 2. As a result, a three-phase current [i x ] = [i u i v i w ] t flows in the electric motor 2. However, components included in the voltage command value [v x * ] and the three-phase current [i x ] are described, for example, in the order of the U-phase component, the V-phase component, and the W-phase component.

電動機制御装置3は、電動機2に対し、空隙磁束[λ]及び回転速度(以下の例では回転角速度)を制御する装置である。空隙磁束[λ]は一次磁束とも称され、鎖交磁束[Λ0]と、電機子21に流れる電機子電流(これは三相電流[i]でもある)によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。 The motor control device 3 is a device that controls the air gap magnetic flux [λ] and the rotation speed (rotation angular velocity in the following example) with respect to the motor 2. The gap magnetic flux [λ] is also referred to as a primary magnetic flux, and the flux of the armature reaction generated by the interlinkage magnetic flux [Λ0] and the armature current (which is also the three-phase current [i x ]) flowing through the armature 21. Is a synthesis of

電動機制御装置3は、座標変換部34と、制御信号生成部36と、電圧指令演算部35と、回転速度演算部32と、位相演算部33とを備えている。   The electric motor control device 3 includes a coordinate conversion unit 34, a control signal generation unit 36, a voltage command calculation unit 35, a rotation speed calculation unit 32, and a phase calculation unit 33.

座標変換部34は、電流検出部5によって検出される三相電流[i]を、δc−γc回転座標系における電流[iδγc]=[iδcγcに変換する。この変換には電動機2についての固定座標系(例えばUVW固定座標系またはα−β固定座標系)に対するδc−γc回転座標系の回転角θが用いられる。これらの変換は周知の技術で実現されるので、ここではその詳細を省略する。 Coordinate conversion unit 34 converts the three-phase current [i x] detected by the current detection unit 5, the current in .delta.c-[gamma] c rotating coordinate system [i δγc] = in [i δc i γc] t. For this conversion, the rotation angle θ of the δc-γc rotating coordinate system with respect to the fixed coordinate system (for example, the UVW fixed coordinate system or the α-β fixed coordinate system) of the electric motor 2 is used. Since these conversions are realized by a known technique, the details thereof are omitted here.

制御信号生成部36は、δc−γc回転座標系における電圧指令値[vδγ ]と回転角θとに基づいて、制御信号を電圧供給源1に出力する。例えば制御信号生成部36は座標変換部であり、回転角θに基づいて、δc−γc回転座標系の電圧指令値[vδγ ]を三相の電圧指令値[v ]に変換する。電圧供給源1の制御部は制御信号に基づいて、電圧制御型インバータを制御する。 The control signal generation unit 36 outputs a control signal to the voltage supply source 1 based on the voltage command value [v δγ * ] and the rotation angle θ in the δc-γc rotating coordinate system. For example, the control signal generator 36 is a coordinate converter, and converts the voltage command value [v δγ * ] of the δc-γc rotating coordinate system into a three-phase voltage command value [v x * ] based on the rotation angle θ. . The control unit of the voltage supply source 1 controls the voltage control type inverter based on the control signal.

位相演算部33は回転速度ω1を積分して回転角θを計算する。回転速度ω1は回転速度演算部32の出力として得られる。回転速度演算部32については後に詳述する。   The phase calculator 33 integrates the rotational speed ω1 and calculates the rotational angle θ. The rotational speed ω1 is obtained as an output of the rotational speed calculation unit 32. The rotation speed calculation unit 32 will be described in detail later.

電圧指令演算部35は、電流[iδγc]、回転速度ω1および一次磁束指令値[λ]を入力し、電圧指令値[vδγ ]を出力する。この電圧指令値[vδγ ]は例えば電圧方程式に基づいて算出される。一般に、δc−γc回転座標系において次式の電圧方程式(1)が成立する。但し、[I],[J]及びそれらの要素を囲む記号[]は行列を示す。 The voltage command calculation unit 35 inputs the current [i δγc ], the rotation speed ω1 and the primary magnetic flux command value [λ * ], and outputs the voltage command value [v δγ * ]. This voltage command value [v δγ * ] is calculated based on, for example, a voltage equation. In general, the following voltage equation (1) is established in the δc-γc rotating coordinate system. However, [I], [J] and the symbol [] surrounding these elements indicate a matrix.

Figure 0005862690
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ここで、Rは電機子巻線22の抵抗成分の抵抗値を示し、sは微分演算子を示し、[λδγc]=[λδc λγcは、δc−γc回転座標における一次磁束[λ]を示す。抵抗値Rは予め電圧指令演算部35内に格納しておくことができる。 Here, R represents indicates the resistance value of the resistance component of the armature winding 22, s represents a differential operator, [λ δγc] = [λ δc λ γc] t , the primary magnetic flux in .delta.c-[gamma] c rotated coordinates [ λ]. The resistance value R can be stored in the voltage command calculation unit 35 in advance.

さて、定常状態においては微分演算子sによる演算結果は0となることから、定常状態における電圧方程式は式(1)から下式(2)として導かれる。   Now, since the calculation result by the differential operator s is 0 in the steady state, the voltage equation in the steady state is derived from the equation (1) as the following equation (2).

Figure 0005862690
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電圧指令演算部35は式(3)で示すようにフィードフォワード量[F]とフィードバック量[B]とを加算し、電圧指令値[vδγ ]を求める。フィードフォワード量[F]は、式(2)の右辺において、一次磁束[λδγc]を一次磁束指令値[λ]=[λδ 0(=λγ )]と置くことで求められる。フィードバック量[B]は例えば一次磁束[λδγc]と一次磁束指令値[λ]との偏差に基づく量を採用できる。具体的には一次磁束指令値[λ]と一次磁束[λδγc]との偏差にフィードバックゲインGλを乗じる。フィードバックゲインGλは電圧指令演算部35に予め格納しておくことができる。 The voltage command calculation unit 35 adds the feedforward amount [F] and the feedback amount [B] as shown by the equation (3) to obtain the voltage command value [v δγ * ]. The feedforward amount [F] is obtained by placing the primary magnetic flux [λ δγc ] as the primary magnetic flux command value [λ * ] = [λ δ * 0 (= λ γ * )] t on the right side of the equation (2). It is done. As the feedback amount [B], for example, an amount based on the deviation between the primary magnetic flux [λ δγc ] and the primary magnetic flux command value [λ * ] can be adopted. Specifically, the feedback gain Gλ is multiplied by the deviation between the primary magnetic flux command value [λ * ] and the primary magnetic flux [λ δγc ]. The feedback gain Gλ can be stored in the voltage command calculation unit 35 in advance.

Figure 0005862690
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式(3)においては、フィードバックゲインGλはスカラー量として示したが、一次磁束の偏差に対して作用する2行2列の非零行列であってもよい。   In the expression (3), the feedback gain Gλ is shown as a scalar quantity, but it may be a non-zero matrix of 2 rows and 2 columns that acts on the deviation of the primary magnetic flux.

理想的には、フィードバック量[B]が0となれば、δ軸成分λδ とδc軸成分λδcが、γ軸成分λγ とγc軸成分λγcが、それぞれ一致していることになり、式(2)で示される定常状態が、δc−γc回転座標系における制御で実現できていることになる。 Ideally, when the feedback amount [B] is 0, the δ-axis component λ δ * and the δc-axis component λ δc are the same, and the γ-axis component λ γ * and the γc-axis component λ γc are the same. Thus, the steady state represented by the equation (2) is realized by the control in the δc-γc rotating coordinate system.

また、フィードバック量[B]を電流の偏差から求めてもよい。具体的には式(4)に従ってフィードバック量[B]を求める。但しフィードバックゲインGi(≠0)及び電流[iδγc]の指令値[iδγ ]=[iδ γ を導入した。フィードバックゲインGiは電流の偏差に対して作用する2行2列の非零行列であってもよい。 Further, the feedback amount [B] may be obtained from the current deviation. Specifically, the feedback amount [B] is obtained according to Equation (4). However, the feedback gain Gi (≠ 0) and the command value [i δγ * ] = [i δ * i γ * ] t of the current [i δγc ] were introduced. The feedback gain Gi may be a non-zero matrix of 2 rows and 2 columns that acts on the current deviation.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

このようにしてフィードバック量[B]を求める場合、電圧指令演算部35には電流指令値[iδγ ]が入力される。なお電流と磁束の関係([λ]=[L・i]+[Λ0])に基づいて、電流指令値[iδγ ]を一次磁束指令値[λ]から求めても良い。 When the feedback amount [B] is obtained in this way, the current command value [i δγ * ] is input to the voltage command calculation unit 35. The current command value [i δγ * ] may be obtained from the primary magnetic flux command value [λ * ] based on the relationship between the current and the magnetic flux ([λ] = [L · i] + [Λ0]).

電圧指令値[vδγ ]はフィードバック量[B]のみから求められてもよい。 The voltage command value [v δγ * ] may be obtained only from the feedback amount [B].

回転速度演算部32は、回転速度指令値ω1に対して電流iγcに基づく補正量を用いた補正を行なって回転速度ω1を算出する。かかる補正は非特許文献1,2にも記載されている。ここではまず、非特許文献1で示す回転速度ω1の補正について説明する。より詳細には、以下の式を用いて回転速度ω1を算出する。 The rotational speed calculation unit 32 performs a correction using a correction amount based on the current i γc on the rotational speed command value ω1 * to calculate the rotational speed ω1. Such correction is also described in Non-Patent Documents 1 and 2. First, correction of the rotational speed ω1 shown in Non-Patent Document 1 will be described. More specifically, the rotational speed ω1 is calculated using the following equation.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

ここで、ωrmは電動機2の機械的な回転速度についての回転速度指令を示し、nは界磁23の極対数を示し、ωcorrは補償量を示し、Kmはゲイン(以下、補償ゲインと呼ぶ)を示す。補償量ωcorrは、例えば定常状態において、電流iγcと補償ゲインKmとの積である。簡単のため、電動機2の機械的負荷が正転している場合の回転方向と、機械的な回転速度指令値ωrm、回転座標系の回転速度ω1および指令値ω1が正転している場合の回転方向は同一とする。言い換えれば、ここでは簡単のために、回転速度指令値ωrm、回転速度ω1および指令値ω1についての正転の方向を、機械的負荷の正転の方向と同じ方向に設定するのである。そして例えば正転のときに各値が正の値を採るものとする。 Here, ωrm * indicates a rotational speed command for the mechanical rotational speed of the electric motor 2, n indicates the number of pole pairs of the field 23, ωcorr indicates a compensation amount, and Km is a gain (hereinafter referred to as a compensation gain). ). The compensation amount ωcorr is, for example, the product of the current i γc and the compensation gain Km in a steady state. For simplicity, the rotation direction when the mechanical load of the electric motor 2 is rotating forward, the mechanical rotation speed command value ωrm * , the rotation speed ω1 of the rotating coordinate system, and the command value ω1 * are rotating forward. In this case, the rotation direction is the same. In other words, for the sake of simplicity, the forward rotation direction with respect to the rotational speed command value ωrm * , the rotational speed ω1 and the command value ω1 * is set to the same direction as the forward rotation direction of the mechanical load. For example, each value assumes a positive value during forward rotation.

式(5)によれば、電流iγcが大きいほど回転速度指令値ω1を低減するように補正することになる。これにより、非特許文献1で説明されるように、制御をより安定化することができる。 According to the equation (5), correction is performed so that the rotational speed command value ω1 * is reduced as the current i γc increases. Thereby, as explained in Non-Patent Document 1, the control can be further stabilized.

図2の例示では、回転速度演算部32は、速度指令補正部321と速度補償部322と減算器323とを有している。速度補償部322は電流iγcを入力し、この電流iγcに補償ゲインKmを乗じた値を補正量(Km・iγc)として出力する。なお図2の例示では、速度補償部322には回転速度ω1も入力される。本実施の形態では、後に詳述するように、回転速度ω1に応じて補償ゲインKmを決定するからである。 In the illustration of FIG. 2, the rotation speed calculation unit 32 includes a speed command correction unit 321, a speed compensation unit 322, and a subtracter 323. The speed compensation unit 322 receives the current i γc and outputs a value obtained by multiplying the current i γc by the compensation gain Km as a correction amount (Km · i γc ). In the example of FIG. 2, the rotational speed ω <b> 1 is also input to the speed compensation unit 322. This is because in the present embodiment, as will be described in detail later, the compensation gain Km is determined according to the rotational speed ω1.

速度指令補正部321は回転速度指令値ωrmと補正量(Km・iγc)とを入力する。ただし、図2では、速度指令補正部321への補正量の入力を省略して示している。速度指令補正部321は、補正量(Km・iγc)の平均値を算出して補償量ωcorrを算出し、さらに式(6)に基づいて回転速度指令値ω1を算出する。減算器323は回転速度指令値ω1と補正量(Km・iγc)とを入力し、回転速度指令値ω1から補正量を減算して回転速度ω1を算出する(式(5))。 Speed command correcting unit 321 inputs the correction amount and the rotation speed command value ωrm * (Km · i γc) . However, in FIG. 2, the input of the correction amount to the speed command correction unit 321 is omitted. The speed command correction unit 321 calculates the average value of the correction amount (Km · i γc ) to calculate the compensation amount ωcorr, and further calculates the rotational speed command value ω1 * based on the equation (6). The subtractor 323 receives the rotational speed command value ω1 * and the correction amount (Km · iγc), and calculates the rotational speed ω1 by subtracting the correction amount from the rotational speed command value ω1 * (formula (5)).

次に、非特許文献2の回転速度ω1の算出について説明する。より詳細には、以下の式を用いて回転速度ω1を算出する。   Next, calculation of the rotational speed ω1 of Non-Patent Document 2 will be described. More specifically, the rotational speed ω1 is calculated using the following equation.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

ここで、Tmは、ハイパスフィルタの時定数を示す。「Tm・s/(1+Tm・s)」で示される要素は、時定数Tmを用いたハイパスフィルタ処理を示す。よって式(7)によれば、時定数Tmで抽出された電流iγcの高調波成分と、補償ゲインKmとの積を用いて回転速度ω1を補正することになる。なお補償ゲインKmは、ハイパスフィルタ処理のゲインと把握することもできる。 Here, Tm represents a time constant of the high-pass filter. An element indicated by “Tm · s / (1 + Tm · s)” indicates high-pass filtering using a time constant Tm. Therefore, according to Equation (7), the rotational speed ω1 is corrected using the product of the harmonic component of the current i γc extracted with the time constant Tm and the compensation gain Km. The compensation gain Km can also be grasped as a gain of high-pass filter processing.

定常状態において電流iγcがほぼ一定と考えられるので、「Tm・s/(1+Tm・s)・iγc」はほぼ零となり、回転速度ω1が回転速度指令値ω1と等しくなる。一方で、電流iγcが比較的高い周波数で変動すると、電流iγcの高調波成分に基づいて回転速度ω1が補正される。これにより、非特許文献2で説明されるように、乱調を抑制した電動機2の安定な運転が実現される。 Since the current i γc is considered to be substantially constant in the steady state, “Tm · s / (1 + Tm · s) · i γc ” is substantially zero, and the rotational speed ω1 is equal to the rotational speed command value ω1 * . On the other hand, when the current i γc fluctuates at a relatively high frequency, the rotational speed ω1 is corrected based on the harmonic component of the current i γc . Thereby, as explained in Non-Patent Document 2, stable operation of the electric motor 2 with suppressed turbulence is realized.

この場合、速度指令補正部321は回転速度指令値ωrmを入力し、式(8)を用いて回転速度指令値ω1を算出する。速度補償部322は、電流iγcを入力し、この電流iγcに対してハイパスフィルタ処理を行なって直流成分を除去し、これに補償ゲインKmを乗じた値を補正量として出力する。この場合でも、後に詳述するように、回転速度ω1に応じて補償ゲインKmを決定する。減算器323は、回転速度指令値ω1から補正量を減算して回転速度ω1を算出する。 In this case, the speed command correction unit 321 inputs the rotational speed command value Omegarm *, calculates the rotational speed command value .omega.1 * using the equation (8). The speed compensation unit 322 receives the current i γc , performs high-pass filter processing on the current i γc to remove a direct current component, and outputs a value obtained by multiplying the current i γc by the compensation gain Km as a correction amount. Even in this case, as will be described in detail later, the compensation gain Km is determined according to the rotational speed ω1. The subtracter 323 calculates the rotational speed ω1 by subtracting the correction amount from the rotational speed command value ω1 * .

本実施の形態においても、非特許文献1,2と同様にして、電流iγcに依存する値と補償ゲインKmとの積で求まる補償量で補正を行なって、回転速度ω1を算出する。さらに本実施の形態では、補償ゲインKmの設定方法により、回転速度制御の制御性を向上することを企図する。 Also in the present embodiment, similarly to Non-Patent Documents 1 and 2, the rotational speed ω1 is calculated by performing correction with the compensation amount obtained by the product of the value depending on the current i γc and the compensation gain Km. Furthermore, this embodiment intends to improve the controllability of the rotational speed control by the method of setting the compensation gain Km.

<3.補償ゲインKmの設定方法>
<3−1.式(7)および式(8)に基づく回転速度の補償>
回転速度制御の制御性を考慮するために、電動機2の負荷トルクτLに対する電動機2の出力トルクτeの伝達関数を考慮する。この伝達関数を算出するために要する式を、以下に列挙する。
<3. Setting method of compensation gain Km>
<3-1. Compensation of Rotational Speed Based on Equation (7) and Equation (8)>
In order to consider the controllability of the rotational speed control, the transfer function of the output torque τe of the electric motor 2 with respect to the load torque τL of the electric motor 2 is considered. The equations required to calculate this transfer function are listed below.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

式(9)は電動機2の運動方程式であり、Jはイナーシャを示す。式(10)は、δc−γc回転座標系の回転速度ω1と、d−q回転座標系の回転速度(n・ωrm)との関係を示す式であり(図1も参照)、回転速度ω1,(n・ωrm)の差が位相角φcの微分値と一致する。式(11)は、出力トルクτeを示す式である。式(12)は、一次磁束[λ]のγc軸成分λγcを示す式である。式(12)において、Lは電機子巻線22についてのインダクタンスを示し、Λ0は鎖交磁束[Λ0]の大きさ(スカラー量)を示す。式(12)は、周知のように、一次磁束[λ]が電気子反作用による磁束[L・i]と鎖交磁束[Λ0]との合成であることから導かれる式である。 Expression (9) is an equation of motion of the electric motor 2, and J indicates inertia. Expression (10) is an expression showing the relationship between the rotational speed ω1 of the δc-γc rotational coordinate system and the rotational speed (n · ωrm) of the dq rotational coordinate system (see also FIG. 1), and the rotational speed ω1. , (N · ωrm) is equal to the differential value of the phase angle φc. Expression (11) is an expression indicating the output torque τe. Equation (12) is an expression showing the [gamma] c-axis component lambda [gamma] c of the primary magnetic flux [lambda]. In equation (12), L represents the inductance of the armature winding 22, and Λ0 represents the magnitude of the flux linkage [Λ0] (scalar amount). As is well known, the equation (12) is derived from the fact that the primary magnetic flux [λ] is a combination of the magnetic flux [L · i] and the interlinkage magnetic flux [Λ0] due to the electron reaction.

また、理想的な一次磁束制御が行なわれていると仮定すると、λγc≒0の近似式が成立する。また、非特許文献1,2にも記載されているように、通常、一次磁束制御では、位相角φcが小さい範囲で行なわれる。よって、sinφc≒φcの近似式が成立する。さらに定常状態では回転速度指令値ω1の時間変化(s・ω1)は零に近似される。 Assuming that ideal primary magnetic flux control is performed, an approximate expression of λ γc ≈0 is established. Further, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, the primary magnetic flux control is usually performed in a range where the phase angle φc is small. Therefore, an approximate expression of sin φc≈φc is established. Further, in a steady state, the time change (s · ω1 * ) of the rotational speed command value ω1 * is approximated to zero.

式(7)および式(8)に示す回転速度ω1の算出式と、式(9)〜(12)と、上記の近似とを用いて、負荷トルクτLに対する出力トルクτeの伝達関数を導くと、伝達関数は以下の式で表される。   Using the calculation formula of the rotational speed ω1 shown in the equations (7) and (8), the equations (9) to (12), and the above approximation, the transfer function of the output torque τe with respect to the load torque τL is derived. The transfer function is expressed by the following equation.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

図3は、この伝達関数の周波数特性におけるゲイン(以下、伝達ゲインと呼ぶ)と位相(以下、伝達位相と呼ぶ)との一例を示している。図3においては、補償ゲインKmがそれぞれ値Km1〜Km6を採るときの伝達ゲインと伝達位相とが示されている。値Km1〜Km6は、その添え字の数字が大きいほど大きい。よって値Km1が最も小さく、値Km6が最も大きい。   FIG. 3 shows an example of a gain (hereinafter referred to as a transfer gain) and a phase (hereinafter referred to as a transfer phase) in the frequency characteristic of this transfer function. FIG. 3 shows the transfer gain and the transfer phase when the compensation gain Km takes values Km1 to Km6, respectively. The values Km1 to Km6 increase as the subscript number increases. Therefore, the value Km1 is the smallest and the value Km6 is the largest.

伝達ゲインは負荷トルクτLの大きさ(振幅)に対する出力トルクτeの大きさ(振幅)の比であるので、伝達ゲインが1(零dB)から遠ざかると、負荷トルクτLと出力トルクτeとの差が増大する。式(9)からも理解できるように、負荷トルクτLと出力トルクτeとの差は回転速度ωrmの変動を生じさせる。したがって回転速度ωrmの変動を低減する観点からは、伝達ゲインは1(零dB)に近いことが望ましい。   Since the transfer gain is the ratio of the magnitude (amplitude) of the output torque τe to the magnitude (amplitude) of the load torque τL, the difference between the load torque τL and the output torque τe when the transfer gain moves away from 1 (zero dB). Will increase. As can be understood from the equation (9), the difference between the load torque τL and the output torque τe causes a change in the rotational speed ωrm. Therefore, from the viewpoint of reducing fluctuations in the rotational speed ωrm, it is desirable that the transfer gain is close to 1 (zero dB).

伝達位相は負荷トルクτLと出力トルクτeとの位相差であり、この位相差によっても負荷トルクτLと出力トルクτeとに差が生じる。したがって、伝達位相は零に近いほうが望ましい。なお伝達位相が負の範囲で低減することは、出力トルクτeの負荷トルクτLに対する位相遅れが大きくなることを意味する。   The transmission phase is a phase difference between the load torque τL and the output torque τe, and this phase difference also causes a difference between the load torque τL and the output torque τe. Therefore, it is desirable that the transmission phase is close to zero. A reduction in the transmission phase in the negative range means that the phase delay of the output torque τe with respect to the load torque τL increases.

さて、本実施の形態では、回転速度ω1に基づいて補償ゲインKmを決定するところ、まずは負荷トルクτLに含まれる周波数成分に対する補償ゲインKmの影響について考慮する。負荷トルクτLが回転位置に応じて変化するとき、負荷トルクτLの主たる周波数成分は回転速度ωrmと正の相関関係を有するからである。例えば、電動機2が1シリンダの圧縮機を駆動している場合には、回転速度ωrmと同じ周波数成分が、主として負荷トルクτLに含まれる。よって回転速度ωrmが小さいときには、負荷トルクτLの主たる周波数成分の周波数は小さくなる。   In the present embodiment, when the compensation gain Km is determined based on the rotational speed ω1, first, the influence of the compensation gain Km on the frequency component included in the load torque τL is considered. This is because when the load torque τL changes according to the rotational position, the main frequency component of the load torque τL has a positive correlation with the rotational speed ωrm. For example, when the electric motor 2 drives a one-cylinder compressor, the same frequency component as the rotational speed ωrm is mainly included in the load torque τL. Therefore, when the rotational speed ωrm is small, the frequency of the main frequency component of the load torque τL is small.

図3の伝達ゲインのグラフから理解できるように、補償ゲインKmが小さいほど、伝達ゲインのQ値は増大してピーク値も増大し、また、ピーク値を採るときの周波数(以下、共振周波数とも呼ぶ)は補償ゲインKmが小さいほど高まる。図3の例示では、補償ゲインKmが値Km1を採るときに、共振周波数は最も高く20強rad/sであり、ピーク値は最も高く30弱dBである。   As can be understood from the graph of the transfer gain in FIG. 3, the smaller the compensation gain Km, the higher the Q value of the transfer gain and the peak value, and the frequency at which the peak value is taken (hereinafter also referred to as the resonance frequency). Called) increases as the compensation gain Km decreases. In the illustration of FIG. 3, when the compensation gain Km takes the value Km1, the resonance frequency is the highest and is 20 strong rad / s, and the peak value is the highest and is slightly less than 30 dB.

そして図3に示すとおり、低周波数領域(周波数がおよそ10rad/s程度よりも低い領域)において、伝達ゲインは、補償ゲインが小さくなるほど広い範囲で1(零dB)に近づく。よって、負荷トルクτLが低周波数領域内の周波数成分を多く含む場合には、伝達ゲインを1(零dB)に近づけるべく、補償ゲインKmとして小さい値を採用する。   As shown in FIG. 3, in the low frequency region (region where the frequency is lower than about 10 rad / s), the transfer gain approaches 1 (zero dB) in a wider range as the compensation gain becomes smaller. Therefore, when the load torque τL includes many frequency components in the low frequency region, a small value is adopted as the compensation gain Km so that the transfer gain approaches 1 (zero dB).

また図3の伝達位相のグラフから理解できるように、低周波数領域においては、補償ゲインKmが小さいほど、伝達位相はより広い範囲で零に近づく。よって、伝達位相を零に近づけるという観点でも、負荷トルクτLが低周波数領域内の周波数成分を多く含む場合には、補償ゲインKmとして小さい値を採用することが望ましい。   As can be understood from the graph of the transmission phase in FIG. 3, in the low frequency region, the smaller the compensation gain Km, the closer the transmission phase approaches zero. Therefore, also from the viewpoint of bringing the transmission phase close to zero, when the load torque τL includes many frequency components in the low frequency region, it is desirable to employ a small value as the compensation gain Km.

このように補償ゲインKmとして小さい値を採用することにより、低周波数領域において、回転速度ωrmの変動を抑制して制御することができる。言い換えれば、高い制御性で回転速度制御を行なうことができる。   By adopting a small value as the compensation gain Km as described above, it is possible to control the fluctuation of the rotational speed ωrm while suppressing the fluctuation in the low frequency region. In other words, the rotational speed can be controlled with high controllability.

一方で、高周波数領域(周波数がおよそ10rad/s程度よりも高い領域)には、低周波数領域とは違って、補償ゲインKmが小さいときの伝達ゲインのピーク値が含まれている。図3の例示では、補償ゲインKmが値Km1,Km2を採るときのピーク値は、いずれも20dBを超えている。よって負荷トルクτLが高周波数領域内の周波数成分を多く含む場合には、特に共振周波数付近の周波数成分において、出力トルクτeが大幅に増大し、回転速度ωrmの変動を生じさせる。よって、負荷トルクτLが高周波数領域内の周波数成分を多く含む場合には、伝達ゲインのピーク値を低減すべく、補償ゲインKmはより大きい値を採用することが望ましい。   On the other hand, unlike the low frequency region, the high frequency region (region where the frequency is higher than about 10 rad / s) includes the peak value of the transfer gain when the compensation gain Km is small. In the illustration of FIG. 3, the peak values when the compensation gain Km takes the values Km1 and Km2 are both greater than 20 dB. Therefore, when the load torque τL includes a lot of frequency components in the high frequency region, the output torque τe is greatly increased, particularly in the frequency components near the resonance frequency, causing fluctuations in the rotational speed ωrm. Therefore, when the load torque τL includes many frequency components in the high frequency region, it is desirable to employ a larger value for the compensation gain Km in order to reduce the peak value of the transfer gain.

その一方で、高周波数領域においても、位相遅れは、補償ゲインKmが大きいほど、より低域側において零付近から増大し始める。しかしながら、高周波数領域においては、伝達位相よりも優先して伝達ゲインを零(dB)に近づけるほうが望ましい。その理由を以下に考察する。   On the other hand, even in the high frequency region, the phase delay starts to increase from near zero on the lower frequency side as the compensation gain Km increases. However, in the high frequency region, it is desirable to make the transmission gain close to zero (dB) in preference to the transmission phase. The reason is discussed below.

高周波数領域では、補償ゲインKmが小さいときの伝達ゲインのピーク値が含まれており、このピーク値は例えば20dBを超える。よって、共振周波数における出力トルクτeの振幅は、共振周波数における負荷トルクτLの振幅の数十倍にも達する。このような場合に、伝達位相を零に近づけたとしても、負荷トルクτLと出力トルクτeとの差を効率的に低減することはできない(出力トルクτeの振幅の数十分の1%を低減できるに過ぎない)。例えば負荷トルクτLおよび出力トルクτeの振幅をそれぞれ1,50とすると、{50・sin(θ−Δθ)}と{sinθ}との差の最大値は、伝達位相Δθが0度であるときに最小となるものの、その値は49(低減量は1%)である。つまり、効率的に当該差を低減できない。よって、この場合には、伝達ゲインそのものの低減が望まれるのである。   In the high frequency region, the peak value of the transfer gain when the compensation gain Km is small is included, and this peak value exceeds, for example, 20 dB. Therefore, the amplitude of the output torque τe at the resonance frequency reaches several tens of times the amplitude of the load torque τL at the resonance frequency. In such a case, even if the transmission phase is brought close to zero, the difference between the load torque τL and the output torque τe cannot be reduced efficiently (a few tens of percent of the amplitude of the output torque τe is reduced) I can only do it). For example, if the amplitudes of the load torque τL and the output torque τe are 1 and 50, respectively, the maximum value of the difference between {50 · sin (θ−Δθ)} and {sinθ} is when the transmission phase Δθ is 0 degree. Although the value is minimum, the value is 49 (the reduction amount is 1%). That is, the difference cannot be reduced efficiently. Therefore, in this case, it is desired to reduce the transfer gain itself.

つまり低周波数領域においては、伝達ゲインが小さいので、伝達位相を低減することによって、出力トルクτeと負荷トルクτLとの差を効率的に低減する。他方、高周波数領域においては、伝達ゲインが大きいので、伝達ゲインを優先的に低減することで、当該差を効率的に低減するのである。   That is, since the transfer gain is small in the low frequency region, the difference between the output torque τe and the load torque τL is efficiently reduced by reducing the transfer phase. On the other hand, since the transfer gain is large in the high frequency region, the difference is efficiently reduced by preferentially reducing the transfer gain.

上述の内容に鑑みて、本実施の形態では、回転速度ω1に基づいて補償ゲインKmを決定する。負荷トルクτLの主たる周波数成分は、回転速度ω1と正の相関関係を有するので、回転速度ω1が基準値ωrefよりも小さいときに、補償ゲインKmとして第一ゲイン値K1を採用し、回転速度ω1が基準値ωrefよりも大きいときに、補償ゲインKmとして第二ゲイン値K2(>K1)を採用する。ゲイン値K1,K2および基準値ωrefは、予め実験またはシミュレーションにより決定することができ、例えば速度補償部322内に格納される。速度補償部322は、回転速度ω1と基準値ωrefとの大小関係を判別し、その判別結果に基づいて上記のように補償ゲインKmを決定する。   In view of the above contents, in the present embodiment, the compensation gain Km is determined based on the rotational speed ω1. Since the main frequency component of the load torque τL has a positive correlation with the rotational speed ω1, when the rotational speed ω1 is smaller than the reference value ωref, the first gain value K1 is adopted as the compensation gain Km, and the rotational speed ω1. Is greater than the reference value ωref, the second gain value K2 (> K1) is adopted as the compensation gain Km. The gain values K1 and K2 and the reference value ωref can be determined in advance by experiment or simulation, and are stored in the speed compensation unit 322, for example. The speed compensation unit 322 determines the magnitude relationship between the rotational speed ω1 and the reference value ωref, and determines the compensation gain Km as described above based on the determination result.

基準値ωrefは、例えば次のように決定できる。即ち、回転速度ω1が小さいときに採用する補償ゲインKm(例えば値Km1)を用いて電動機2を運転し、回転速度ω1を徐々に大きくする。そして、負荷トルクτLの周波数成分(特に高次の周波数成分)が共振周波数に近づくことにより生じる回転速度ωrmの変動幅が許容値を超えるときの回転速度ω1を、基準値ωrefとして採用すればよい。   The reference value ωref can be determined as follows, for example. That is, the motor 2 is operated using the compensation gain Km (for example, the value Km1) employed when the rotational speed ω1 is low, and the rotational speed ω1 is gradually increased. Then, the rotational speed ω1 when the fluctuation range of the rotational speed ωrm generated when the frequency component (particularly higher-order frequency component) of the load torque τL approaches the resonance frequency may be adopted as the reference value ωref. .

以上のように、本実施の形態によれば、より広い回転速度範囲において、良好な制御性で電動機2の回転速度を制御することができる。   As described above, according to the present embodiment, the rotation speed of electric motor 2 can be controlled with good controllability in a wider rotation speed range.

なお回転速度ω1の大小に基づいて補償ゲインKmの値を設定しているものの、より細かく補償ゲインKmの値を設定しても良い。例えば回転速度ω1が第1基準値よりも小さいときに、第1値を採用し、回転速度ω1が第1基準値よりも大きく第2基準値よりも小さいときに、第2値(>第1値)を採用し、回転速度ω1が第2基準値よりも大きいときに、第3値(>第2値)を採用しても良い。要するに、補償ゲインKmは回転速度ω1と正の相関関係を有していれば良い。言い替えれば、補償ゲインKmは回転速度ω1に対して単調非減少で増加すればよい。いずれにおいても、補償ゲインKmは、回転速度ω1がある基準値よりも小さいときに、第1値を採り、回転速度ω1がその基準値よりも大きいときに、第1値よりも大きい第2値を採るからである。   Although the value of the compensation gain Km is set based on the magnitude of the rotational speed ω1, the value of the compensation gain Km may be set more finely. For example, when the rotational speed ω1 is smaller than the first reference value, the first value is adopted, and when the rotational speed ω1 is larger than the first reference value and smaller than the second reference value, the second value (> first Value) and the third value (> second value) may be adopted when the rotational speed ω1 is larger than the second reference value. In short, the compensation gain Km only needs to have a positive correlation with the rotational speed ω1. In other words, the compensation gain Km may be increased in a non-monotonic manner with respect to the rotational speed ω1. In any case, the compensation gain Km takes the first value when the rotation speed ω1 is smaller than a certain reference value, and the second value larger than the first value when the rotation speed ω1 is larger than the reference value. It is because it takes.

また、電動機2の機械的負荷が正転している場合の回転方向と、回転座標系の回転速度ω1が正転している場合の回転方向が異なる場合についても考慮する。つまり、機械的負荷の正転の方向と、回転速度指令値ωrm、回転速度ω1および指令値ω1の正転の方向とを互いに反対に設定した場合についても考慮する。この場合、機械的負荷の回転方向と同一となるように(−1)を乗じた回転速度(−ω1)の大小に基づいて補償ゲインKmを設定しても良い。 In addition, the case where the rotation direction when the mechanical load of the electric motor 2 is rotating forward and the rotation direction when the rotation speed ω1 of the rotating coordinate system is rotating forward is also considered. That is, the case where the direction of forward rotation of the mechanical load and the direction of forward rotation of the rotational speed command value ωrm * , rotational speed ω1 and command value ω1 * are set opposite to each other is also considered. In this case, the compensation gain Km may be set based on the magnitude of the rotational speed (−ω1) multiplied by (−1) so as to be the same as the rotational direction of the mechanical load.

或いは、回転速度ω1の絶対値に基づいて補償ゲインKmを設定しても良い。これにより、回転速度ω1が正負両方を採る場合(四象限運転)でも、適切に制御できる。   Alternatively, the compensation gain Km may be set based on the absolute value of the rotational speed ω1. Thereby, even when the rotational speed ω1 takes both positive and negative (four-quadrant operation), it is possible to appropriately control.

<3−2.式(5)及び式(6)に基づく回転速度の補償>
式(7)において時定数Tmを無限大に近づけたときの、「Tm・s/(1+Tm・s)」の極限値は1である。この極限値を用いれば式(7)は式(5)と一致する。したがって、簡単のために補償量ωcorrを無視すると、式(13)の伝達関数において、Tmを無限大に近づけることで、式(5)および式(6)の速度補償を用いた場合の伝達関数を導出することができる。式(5)および式(6)の速度補償を用いた伝達関数は以下のように導かれる。
<3-2. Compensation of Rotational Speed Based on Equation (5) and Equation (6)>
In Equation (7), the limit value of “Tm · s / (1 + Tm · s)” is 1 when the time constant Tm approaches infinity. If this limit value is used, Expression (7) matches Expression (5). Therefore, if the compensation amount ωcorr is ignored for the sake of simplicity, in the transfer function of Expression (13), Tm is brought close to infinity, so that the transfer function when the speed compensation of Expression (5) and Expression (6) is used. Can be derived. The transfer function using the speed compensation of the equations (5) and (6) is derived as follows.

Figure 0005862690
Figure 0005862690

図4は、この伝達関数の周波数特性における伝達ゲインと伝達位相との一例を示している。また図4では、補償ゲインKmがそれぞれKm1〜Km6を採るときの伝達ゲインと伝達位相とが示されている。図4から理解できるように、補償ゲインKmが大きいほど、伝達ゲインのピーク値は低減する。また補償ゲインKmが大きいほど、周波数が20強rad/sよりも低い領域において、低周波数領域側において位相遅れが大きくなる。   FIG. 4 shows an example of transfer gain and transfer phase in the frequency characteristic of this transfer function. FIG. 4 shows the transmission gain and the transmission phase when the compensation gain Km takes Km1 to Km6, respectively. As can be understood from FIG. 4, the peak value of the transfer gain decreases as the compensation gain Km increases. Further, as the compensation gain Km is increased, the phase delay is increased on the low frequency region side in the region where the frequency is lower than 20 strong rad / s.

図4の伝達位相のグラフから理解できるように、低周波数領域においては、補償ゲインKmを小さくするほど、より広い周波数領域において位相遅れが小さくなる。また伝達ゲインのグラフから理解できるように、低周波数領域においては、伝達ゲインは比較的広い範囲で1(零dB)に近い値を維持する。よって、回転速度ω1が基準値ωrefよりも小さいときには、補償ゲインKmとして小さい値(第一ゲイン値)を採用する。   As can be understood from the transmission phase graph of FIG. 4, in the low frequency region, the smaller the compensation gain Km, the smaller the phase delay in the wider frequency region. Further, as can be understood from the graph of the transfer gain, the transfer gain maintains a value close to 1 (zero dB) in a relatively wide range in the low frequency region. Therefore, when the rotational speed ω1 is smaller than the reference value ωref, a small value (first gain value) is adopted as the compensation gain Km.

一方で、高周波数領域には、伝達ゲインのピーク値が含まれており、補償ゲインKmとして最も小さい値を採用するほど、伝達ゲインが共振して大きく増大する。よって回転速度ω1が基準値ωrefよりも大きいときには、伝達ゲインを優先的に低減すべく、補償ゲインKmとして第一ゲイン値よりも大きい第二ゲイン値を採用する。   On the other hand, the peak value of the transfer gain is included in the high frequency region, and the transfer gain resonates and greatly increases as the compensation gain Km is the smallest value. Therefore, when the rotational speed ω1 is larger than the reference value ωref, a second gain value larger than the first gain value is adopted as the compensation gain Km in order to preferentially reduce the transfer gain.

これにより、より広い回転速度範囲において、良好な回転速度特性で電動機2の回転速度を制御することができる。   Thereby, the rotational speed of the electric motor 2 can be controlled with a favorable rotational speed characteristic in a wider rotational speed range.

<4.時定数Tmの設定方法>
図5は、式(13)の伝達関数の周波数特性における伝達ゲインと伝達位相との一例を示している。また図5では、時定数Tmがそれぞれ値Tm1〜Tm5を採るときの伝達ゲインと伝達位相とが示されている。値Tm1〜Tm5は、その添え字の数字が小さいほど小さい。図5から理解できるように、時定数Tmが大きいほど、伝達ゲインのピーク値は低減する。また補償ゲインKmが大きいほど、周波数が20強rad/sよりも低い領域において、より低周波数領域側で位相遅れが大きくなる。
<4. Setting method of time constant Tm>
FIG. 5 shows an example of the transfer gain and the transfer phase in the frequency characteristic of the transfer function of Expression (13). FIG. 5 shows the transfer gain and the transfer phase when the time constant Tm takes values Tm1 to Tm5, respectively. The values Tm1 to Tm5 are smaller as the subscript number is smaller. As can be understood from FIG. 5, the peak value of the transfer gain decreases as the time constant Tm increases. Further, as the compensation gain Km is larger, the phase delay is larger on the lower frequency region side in the region where the frequency is lower than 20 strong rad / s.

図5の伝達位相のグラフから理解できるように、低周波数領域においては、時定数Tmを小さくするほど、より広い周波数領域において位相遅れが小さくなる。また伝達ゲインのグラフから理解できるように、低周波数領域においては、伝達ゲインは比較的広い範囲で1(零dB)に近い値を維持する。よって、回転速度ω1が基準値ωrefより小さいときには、時定数Tmとして第一時定数値を採用する。   As can be understood from the transmission phase graph of FIG. 5, in the low frequency region, the smaller the time constant Tm, the smaller the phase delay in the wider frequency region. Further, as can be understood from the graph of the transfer gain, the transfer gain maintains a value close to 1 (zero dB) in a relatively wide range in the low frequency region. Therefore, when the rotational speed ω1 is smaller than the reference value ωref, the first temporary constant value is adopted as the time constant Tm.

一方で、高周波数領域には、伝達ゲインのピーク値が含まれており、時定数Tmとして最も小さい値Km1を採用すると、伝達ゲインが共振して大きく増大する。よって回転速度ω1が基準値ωrefよりも大きいときには、伝達ゲインを優先的に低減すべく、時定数Tmとして第一時定数値よりも大きい第二時定数値を採用する。第一時定数値および第二時定数値は予め決定され、例えば速度補償部322内に格納される。   On the other hand, the peak value of the transfer gain is included in the high frequency region, and when the smallest value Km1 is adopted as the time constant Tm, the transfer gain resonates and greatly increases. Therefore, when the rotational speed ω1 is larger than the reference value ωref, a second time constant value larger than the first temporary constant value is adopted as the time constant Tm in order to preferentially reduce the transfer gain. The first temporary constant value and the second time constant value are determined in advance and stored in the speed compensation unit 322, for example.

これにより、より広い回転速度範囲において、良好な回転速度特性で電動機2の回転速度を制御することができる。   Thereby, the rotational speed of the electric motor 2 can be controlled with a favorable rotational speed characteristic in a wider rotational speed range.

時定数Tmは、補償ゲインKmと同様に、回転速度ω1と正の相関関係を有していれば良い。言い替えれば、時定数Tmは回転速度ω1に対して非単調減少で増加すればよい。   Similar to the compensation gain Km, the time constant Tm only needs to have a positive correlation with the rotational speed ω1. In other words, the time constant Tm may be increased non-monotonically with respect to the rotational speed ω1.

上記の種々の実施の形態は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。   The various embodiments described above can be appropriately combined as long as the functions of each other are not impaired.

上記のブロック図は模式的であり、各部はハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアによって機能が実現されるマイクロコンピュータ(記憶装置を含む)で構成してもよい。各部で実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。   The above block diagram is schematic, and each unit may be configured by hardware, or may be configured by a microcomputer (including a storage device) whose function is realized by software. Various procedures executed by each unit or various means or various functions implemented may be realized by hardware.

マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ(換言すれば手順)を実行する。上記記憶装置は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(EPROM(Erasable Programmable ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の1つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。   The microcomputer executes each processing step (in other words, a procedure) described in the program. The storage device is composed of one or more of various storage devices such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a rewritable nonvolatile memory (EPROM (Erasable Programmable ROM), etc.), and a hard disk device, for example. Is possible. The storage device stores various information, data, and the like, stores a program executed by the microcomputer, and provides a work area for executing the program. It can be understood that the microcomputer functions as various means corresponding to each processing step described in the program, or can realize that various functions corresponding to each processing step are realized.

1 駆動装置
2 同期電動機
21 電機子
22 電機子巻線
23 界磁
vδ,vγ 電圧指令値
iδ 電流指令値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive device 2 Synchronous motor 21 Armature 22 Armature winding 23 Field vδ * , vγ * Voltage command value iδ * Current command value

Claims (3)

界磁(23)と電機子(21)とを有する同期電動機(2)へと、制御信号に基づいて、交流電圧を印加し、交流電流(iu,iv,iw)を出力する駆動装置(1)を制御する制御装置(3)であって、
δc軸と前記δc軸に対して所定の進み方向に90度進むγc軸とを有する回転座標系の、固定座標系に対する回転角(θ)に基づいて、前記交流電流を、前記回転座標系におけるδc軸電流(iδc)およびγc軸電流(iγc)に、変換する座標変換部(34)と、
補償ゲイン(Km)と前記γc軸電流に依存する補償値との積で求まる補正量で、前記回転座標系の回転速度(ω1)の指令値(ω1)を補正して、前記回転速度(ω1)を求める回転速度演算部と、
前記回転速度に基づいて前記回転角を算出する位相演算部(33)と、
前記界磁による前記電機子への鎖交磁束(Λ0)と、前記交流電流によって発生する電機子反作用の磁束との合成である一次磁束(λ)が、前記回転座標系において前記δc軸に沿うように、前記交流電圧についての前記回転座標系における電圧指令値([vδγ ])を生成する電圧指令演算部(35)と、
前記電圧指令値および前記回転角に基づいて、前記制御信号を生成する制御信号生成部(36)と
を備える電動機駆動装置の制御装置であって、
前記補償ゲインは、前記回転速度が基準値よりも小さいときに第1ゲイン値を採り、前記回転速度が前記基準値よりも大きいときに、前記第1ゲイン値よりも大きい第2ゲイン値を採る、電動機駆動装置の制御装置。
Based on the control signal, an AC voltage is applied to a synchronous motor (2) having a field (23) and an armature (21), and an AC current (iu, iv, iw) is output (1) Control device (3) for controlling
Based on a rotation angle (θ) with respect to a fixed coordinate system of a rotating coordinate system having a δc axis and a γc axis that advances 90 degrees in a predetermined advance direction with respect to the δc axis, the alternating current is expressed in the rotating coordinate system. a coordinate conversion unit (34) for converting into δc-axis current (i δc ) and γc-axis current (i γc );
By correcting the command value (ω1 * ) of the rotational speed (ω1) of the rotational coordinate system with a correction amount obtained by the product of the compensation gain (Km) and the compensation value depending on the γc-axis current, the rotational speed ( Rotation speed calculation unit for obtaining ω1),
A phase calculator (33) for calculating the rotation angle based on the rotation speed;
A primary magnetic flux (λ), which is a combination of the flux linkage (Λ0) to the armature by the field and the armature reaction magnetic flux generated by the alternating current, is along the δc axis in the rotating coordinate system. A voltage command calculation unit (35) for generating a voltage command value ([v δγ * ]) in the rotating coordinate system for the AC voltage;
A control device for an electric motor drive device comprising a control signal generator (36) that generates the control signal based on the voltage command value and the rotation angle,
The compensation gain takes a first gain value when the rotational speed is smaller than a reference value, and takes a second gain value larger than the first gain value when the rotational speed is larger than the reference value. The control device for the motor drive device.
前記補償値は、時定数(Tm)で抽出される前記γc軸電流(iγc)の高調波成分であり、前記時定数は、前記回転速度が基準値よりも小さいときに第1時定数値を採り、前記回転速度が前記基準値よりも大きいときに、前記第1時定数値よりも大きい第2時定数値を採る、請求項1に記載の電動機駆動装置の制御装置。   The compensation value is a harmonic component of the γc-axis current (iγc) extracted with a time constant (Tm), and the time constant is a first time constant value when the rotational speed is smaller than a reference value. 2. The control device for an electric motor drive device according to claim 1, wherein when the rotational speed is larger than the reference value, a second time constant value larger than the first time constant value is adopted. 請求項1または2に記載の電動機駆動装置の制御装置と、
前記駆動装置と
を備える、電動機駆動システム。
A control device for an electric motor drive device according to claim 1 or 2,
An electric motor drive system comprising the drive device.
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