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JP2020031508A - Control device of ac motor and control method thereof - Google Patents

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JP2020031508A JP2018156884A JP2018156884A JP2020031508A JP 2020031508 A JP2020031508 A JP 2020031508A JP 2018156884 A JP2018156884 A JP 2018156884A JP 2018156884 A JP2018156884 A JP 2018156884A JP 2020031508 A JP2020031508 A JP 2020031508A
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雄作 小沼
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Abstract

【課題】
交流電動機の制御装置において、交流電動機を低速域から位置センサレス制御で駆動する際、交流電動機に高調波電圧を印加し発生する高調波電流により回転子位置を精度良く推定するためには、高調波電流を大きくしその検出感度を向上する必要があるが、電磁騒音、トルク脈動や応答性の低下などの問題とのトレードオフ関係がある。また、低突極比の交流電動機を駆動する場合、微小な高調波電流が流れるため、回転子位置の推定精度が低下する。
【解決手段】
電力変換装置を用いて交流電動機に高調波成分を印加し交流電動機を位置センサレスによりベクトル制御を行う交流電動機の制御方法であって、ベクトル制御の処理と交流電動機の電流検出の処理をそれぞれ異なるトリガー信号で開始し、電流検出の処理により検出した電流に含まれる高調波成分を用いて、位置センサレスによるベクトル制御を行う。
【選択図】図1
【Task】
In an AC motor control device, when the AC motor is driven from a low speed range by position sensorless control, a harmonic voltage is applied to the AC motor, and in order to accurately estimate a rotor position by a harmonic current generated by the harmonic current, a harmonic wave is required. It is necessary to increase the current to improve the detection sensitivity, but there is a trade-off relationship with problems such as electromagnetic noise, torque pulsation, and reduced response. Further, when driving an AC motor having a low salient pole ratio, a minute harmonic current flows, so that the estimation accuracy of the rotor position is reduced.
[Solution]
A method for controlling an AC motor that applies a harmonic component to the AC motor using a power conversion device and performs vector control of the AC motor without a position sensor, wherein different processes are performed for the vector control process and the current detection process for the AC motor, respectively. Starting with a signal, vector control without a position sensor is performed using a harmonic component included in the current detected by the current detection processing.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、交流電動機に高調波電圧を重畳して発生する高調波電流に基づいて交流電動機を制御する、ベクトル制御装置及び交流電動機制御システムに関する。   The present invention relates to a vector control device and an AC motor control system that control an AC motor based on a harmonic current generated by superimposing a harmonic voltage on the AC motor.

交流電動機(以下、「電動機」と記す)の駆動システムは、工作機械、ファン、ポンプ(油圧ポンプ、水ポンプ)、圧縮機、冷暖房機器の産業用途から、電気自動車、鉄道用車両用の交流電動機などの様々な用途に使用されており、中でも小型・高効率の特長を有する永久磁石同期モータを用いた電動機駆動装置は拡大傾向にある。   Drive systems for AC motors (hereinafter referred to as "motors") are used in industrial applications such as machine tools, fans, pumps (hydraulic pumps, water pumps), compressors, and air conditioners, as well as AC motors for electric vehicles and railway vehicles. In particular, the motor drive device using a permanent magnet synchronous motor having features of small size and high efficiency has been expanding.

永久磁石同期モータを駆動するには、モータの回転子位置、速度を精度よく検出する必要がある。近年の電動機駆動装置では、位置センサや速度センサを用いずに電動機に発生する逆起電圧情報から回転子位置、ならびに速度を推定するセンサレス制御が採用されている。しかし、逆起電圧情報から回転子位置を推定する場合は、極低速付近では逆起電圧が小さくなることから適用が困難である。そこで、低速での回転子位置の推定方法として電動機の突極比を利用した方法がある。   In order to drive a permanent magnet synchronous motor, it is necessary to accurately detect the rotor position and speed of the motor. 2. Description of the Related Art In recent years, a motor drive device employs sensorless control for estimating a rotor position and a speed from back electromotive force information generated in a motor without using a position sensor or a speed sensor. However, when estimating the rotor position from the back electromotive force information, it is difficult to apply the method in the vicinity of an extremely low speed because the back electromotive force is small. Therefore, as a method of estimating the rotor position at low speed, there is a method using the salient pole ratio of the electric motor.

本技術分野における背景技術として、特許文献1及び特許文献2がある。特許文献1には、電動機の突極比を利用して回転子位置を推定する従来技術が示されている。ここでは回転子位置の推定精度を向上するために、電動機の高調波電流の検出誤差による影響を低減させる技術が開示されている。電流サンプリング周期に対して、高調波電流の周期を長く設定して、高調波電流の一周期間に検出する回数を増やすことで精度を確保している。   As background arts in this technical field, there are Patent Literature 1 and Patent Literature 2. Patent Literature 1 discloses a conventional technique for estimating a rotor position using a salient pole ratio of an electric motor. Here, in order to improve the accuracy of estimating the rotor position, a technique for reducing the influence of the detection error of the harmonic current of the electric motor is disclosed. Accuracy is ensured by setting the cycle of the harmonic current longer than the current sampling cycle and increasing the number of times of detection during one cycle of the harmonic current.

また、特許文献2の従来技術では、永久磁石同期モータの停止・初期一を精度よく推定するために、電動機の高調波電流を正側、負側のそれぞれに対して、高調波電流の少なくとも2つの電流値を検出し、高調波電流の変化量から回転子の初期位置を推定している。   Further, in the prior art of Patent Document 2, in order to accurately estimate the stop / initial state of the permanent magnet synchronous motor, the harmonic current of the electric motor is set to at least two harmonic currents for each of the positive side and the negative side. Two current values are detected, and the initial position of the rotor is estimated from the amount of change in the harmonic current.

特開2012−161143号公報JP 2012-161143 A 特開2005−020918号公報JP 2005-020918 A

特許文献1では、高調波電流の周期をサンプリング回数に対して十分長く設定することで、高調波電流の検出回数を増やし回転子位置の推定精度を向上させる。しかし、高調波電流の検出タイミングは、制御器のPWM(パルス幅変調)を行うための三角波キャリアと同期しているため、検出回数はパワー半導体素子のスイッチング周波数によって制約されている。そのため、この手法を実現するにはスイッチング周波数に対して重畳する高調波の周波数を十分低く設定する必要がある。周波数の低い高調波を重畳すると、耳障りな電磁騒音や、あるいはトルク脈動やそれに伴う機械振動が生じる恐れがあり、現実的ではない。また、高調波の周波数を下げることで、肝心のセンサレス部分の応答性が低下してしまい、システムとしての高応答化は難しくなる可能性がある。   In Patent Literature 1, by setting the period of the harmonic current to be sufficiently long with respect to the number of times of sampling, the number of times of detection of the harmonic current is increased, and the accuracy of estimating the rotor position is improved. However, since the detection timing of the harmonic current is synchronized with the triangular wave carrier for performing PWM (pulse width modulation) of the controller, the number of detections is restricted by the switching frequency of the power semiconductor element. Therefore, in order to realize this method, it is necessary to set the frequency of the harmonic superimposed on the switching frequency sufficiently low. When harmonics having a low frequency are superimposed, harsh electromagnetic noise or torque pulsation and accompanying mechanical vibration may occur, which is not practical. Also, by lowering the frequency of the harmonic, the responsiveness of the essential sensorless portion is reduced, and it may be difficult to achieve high response as a system.

さらに、近年では産業分野において低速位置センサレス制御を安価な電動機に適用する傾向が増えている。安価な電動機は低突極比の電動機が多いため、回転子位置の推定精度が低下する問題がある。特許文献1の手法にて、低突極比の電動機をセンサレス駆動するには、さらに高調波の周波数を下げるか、あるいは振幅を増やして感度を向上させる必要があり、益々、電磁騒音やトルク脈動の問題が発生する。また、制御応答の向上も難しくなる。   Furthermore, in recent years, there has been an increasing tendency to apply low-speed position sensorless control to inexpensive electric motors in the industrial field. Since many inexpensive motors have a low salient pole ratio, there is a problem that the estimation accuracy of the rotor position is reduced. In order to drive a motor having a low salient pole ratio by sensorless driving using the method disclosed in Patent Document 1, it is necessary to further reduce the frequency of the harmonics or increase the amplitude to improve the sensitivity. Problems occur. Also, it is difficult to improve the control response.

特許文献2の手法は、基本的にベクトル制御の実行前の、初期位置推定のタスク処理であるため、電動機を駆動した状態、すなわち、ベクトル制御時の状態での位置推定は開示されていない。しかし、高調波電流の変化量を検出する手法として、PWM(パルス幅変調)を行うための三角波キャリアのピーク値ならびに中間値を検出タイミングとして設定する手法が開示されている。しかし、三角波キャリアのピークと中間値の2か所のタイミングでは、ノイズや誤差の影響を受けやすく、検出精度を大幅に向上させるのは難しい。   The method of Patent Document 2 is basically a task process of initial position estimation before execution of vector control, and thus does not disclose position estimation in a state where the electric motor is driven, that is, a state at the time of vector control. However, as a method of detecting the amount of change in the harmonic current, a method of setting a peak value and an intermediate value of a triangular wave carrier for performing PWM (pulse width modulation) as detection timing is disclosed. However, the two timings of the peak and the intermediate value of the triangular wave carrier are susceptible to noise and error, and it is difficult to greatly improve the detection accuracy.

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、高調波重畳による回転子の位置センサレス制御において、回転子位置を精度良く、静かに、かつ汎用的に推定できる交流電動機の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and in a control of a rotor position sensorless by harmonic superposition, a control device of an AC motor that can accurately, quietly, and universally estimate a rotor position. The purpose is to provide.

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、交流電動機を駆動する電力変換装置と、電力変換装置を用いて交流電動機に高調波成分を印加し交流電動機を位置センサレスによりベクトル制御を行う制御器とを備えた交流電動機の制御方法であって、ベクトル制御の処理と交流電動機の電流検出の処理をそれぞれ異なるトリガー信号で開始し、電流検出の処理により検出した電流に含まれる高調波成分を用いて、位置センサレスによるベクトル制御を行う。   The present invention has been made in view of the background art and the problems described above, and, for example, a power conversion device for driving an AC motor, and applying a harmonic component to the AC motor using the power conversion device to provide an AC motor without a position sensor. A control method for an AC motor including a controller that performs vector control, wherein the vector control process and the current detection process of the AC motor are started with different trigger signals, and are included in the current detected by the current detection process. Vector control without a position sensor is performed by using the higher harmonic components.

本発明によれば、高調波重畳による回転子の位置センサレス制御において、回転子位置を精度良く、静かに、かつ汎用的に推定できる交流電動機の制御装置及びその制御方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the rotor position sensorless control by harmonic superposition, the control apparatus and control method of the AC motor which can estimate a rotor position accurately, quietly, and versatilely can be provided.

実施例1における交流電動機の制御装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a control device of the AC motor according to the first embodiment. 実施例1におけるベクトル制御処理器の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a vector control processor according to the first embodiment. 実施例1における電流検出処理器の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a current detection processor according to the first embodiment. 交流電動機の実際の回転座標軸(d-q軸)、制御器の内部の回転座標軸(dc-qc軸)と軸誤差Δθcの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an actual rotation coordinate axis (d-q axis) of the AC motor, a rotation coordinate axis (dc-qc axis) inside the controller, and an axis error Δθc. 実施例1における制御器の動作の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation of the controller according to the first embodiment. 実施例1における電流検出処理器内のフィルタ処理器の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a filter processor in the current detection processor according to the first embodiment. 実施例1における電流検出処理器内のΔIq演算器の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a ΔIq calculator in a current detection processor according to the first embodiment. 実施例2における割込み信号発生器の動作の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of an operation of the interrupt signal generator according to the second embodiment. 実施例2における割込み信号発生器の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of an interrupt signal generator according to a second embodiment. 実施例3における電流検出処理器内のΔIq演算器の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a ΔIq calculator in a current detection processor according to a third embodiment. 実施例3におけるΔIq演算器の動作の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of the operation of the ΔIq calculator according to the third embodiment. 実施例4における電流検出処理器の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a current detection processor according to a fourth embodiment. 実施例4における電流検出処理器内の極性判別器の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a polarity discriminator in a current detection processor according to a fourth embodiment. 実施例4における極性判別器の動作の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of an operation of a polarity discriminator according to the fourth embodiment. 実施例5における交流電動機の制御装置の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a control device for an AC motor according to a fifth embodiment.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜7を用いて、本実施例における交流電動機の制御装置について説明する。   A control device for an AC motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施例における交流電動機の制御装置の構成図である。図1において、制御装置20は、電力変換器3と制御器4で構成される。電源1は、永久磁石同期モータ2(以下、PMモータと略す)を駆動するための電力変換器3に電力を供給する直流電源である。電力変換器3は、6素子のパワー半導体素子によって構成されるインバータ主回路部31と、このインバータ主回路部31の各パワー半導体素子のオン・オフ信号を発生するゲート・ドライバ32、フィルタコンデンサ33、PMモータ2に流れる相電流を検出する電流センサ8a、8bにより構成され、電力変換器3は、制御器4が出力するPWM信号(パルス幅変調信号)に基づいて制御される。   FIG. 1 is a configuration diagram of a control device for an AC motor according to the present embodiment. In FIG. 1, a control device 20 includes a power converter 3 and a controller 4. The power supply 1 is a DC power supply that supplies power to a power converter 3 for driving a permanent magnet synchronous motor 2 (hereinafter abbreviated as PM motor). The power converter 3 includes an inverter main circuit section 31 composed of six power semiconductor elements, a gate driver 32 for generating an on / off signal for each power semiconductor element of the inverter main circuit section 31, and a filter capacitor 33. The power converter 3 is controlled based on a PWM signal (pulse width modulation signal) output from the controller 4. The current sensors 8 a and 8 b detect a phase current flowing through the PM motor 2.

制御器4では、割り込み信号発生器5が出力するトリガー信号TRG1によって、ベクトル制御処理器6が制御処理を開始し、電流センサ8a、8bによって検出された相電流Iu、Iwが所望の値になるように、電力変換器3の出力電圧指令を演算する。最終的にはPWM信号を生成して、ゲート・ドライバ32へ出力する。   In the controller 4, the vector control processor 6 starts the control process by the trigger signal TRG1 output from the interrupt signal generator 5, and the phase currents Iu and Iw detected by the current sensors 8a and 8b become desired values. Thus, the output voltage command of power converter 3 is calculated. Finally, a PWM signal is generated and output to the gate driver 32.

一方、電流検出処理器7では、割り込み信号発生器5が出力するトリガー信号TRG2によって演算処理を開始し、電流センサ8a、8bによって検出されたIu、Iwをサンプリングして、ベクトル制御処理器6に必要な電流Idm、Iqmの演算と、PMモータ2を回転位置センサレス駆動を行うために必要な軸誤差Δθcの演算を行う。   On the other hand, the current detection processor 7 starts the arithmetic processing in response to the trigger signal TRG2 output from the interrupt signal generator 5, samples the Iu and Iw detected by the current sensors 8a and 8b, and sends them to the vector control processor 6. The necessary currents Idm and Iqm are calculated, and the axis error Δθc required to drive the PM motor 2 without the rotational position sensor is calculated.

次に図2を用いて、ベクトル制御処理器6の動作を説明する。図2に示すように、ベクトル制御処理器6は、トリガー信号TRG1によって制御処理を開始し、PMモータ2の回転数指令を生成する速度指令発生器61が速度指令ωr*を発生し、これにPMモータ2の回転速度(ここではセンサレス制御を前提としており、回転速度推定値となる)ωrc^が一致するように、速度制御器62が動作して、dq変換上の電流指令値id*,iq*を演算して出力する。ベクトル制御演算器63では、電流指令値id*,iq*と、PMモータ2の電流Idm,Iqmとの偏差がなくなるように、電圧指令vdc*、ならびにvqc*が計算される。これらの値に、高調波電圧発生器67が出力するΔvdc*,Δvqc*を加算して、dq逆変換器64において、三相交流電圧指令vu*,vv*,vw*に変換される。これらの三相交流電圧指令は、PWM信号発生器66にてパルス幅変調され、PWM信号Pu,Pv,Pwとなって出力される。尚、高調波電圧発生器67は、PMモータ2の位置センサレス制御に必要となる高調波電圧を生成しており、同時に位置推定を行うのに必要な符号信号Pvhを生成し、電流検出処理器7へ出力している。   Next, the operation of the vector control processor 6 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the vector control processor 6 starts the control process by the trigger signal TRG1, and the speed command generator 61 for generating the rotation speed command of the PM motor 2 generates the speed command ωr *, The speed controller 62 operates so that the rotation speed of the PM motor 2 (here, sensorless control is premised and becomes a rotation speed estimation value) ωrc ^, and the current command values id *, dq, Calculate and output iq *. The vector control calculator 63 calculates the voltage commands vdc * and vqc * such that the deviation between the current command values id * and iq * and the currents Idm and Iqm of the PM motor 2 is eliminated. Δvdc * and Δvqc * output from the harmonic voltage generator 67 are added to these values, and converted into three-phase AC voltage commands vu *, vv * and vw * in the dq inverse converter 64. These three-phase AC voltage commands are pulse-width-modulated by the PWM signal generator 66 and output as PWM signals Pu, Pv, Pw. Note that the harmonic voltage generator 67 generates a harmonic voltage required for the position sensorless control of the PM motor 2, and simultaneously generates a sign signal Pvh necessary for performing position estimation. 7 is output.

本システムはPMモータ2の回転子位置センサレス制御を前提としているため、実際の回転子の位置θdと、制御器内部で仮定している回転子の位置θdcとには誤差があり、この誤差を軸誤差Δθcとして定義している。
Δθc = θdc−θd …(1)
Since this system is based on the rotor position sensorless control of the PM motor 2, there is an error between the actual rotor position θd and the rotor position θdc assumed inside the controller. It is defined as the axis error Δθc.
Δθc = θdc-θd (1)

このΔθcは、電流検出処理器7にて演算されてベクトル制御処理器6へ出力される。ベクトル制御処理器6では、速度推定器68において、このΔθcが零になるように、回転速度ωrc^を修正することで、速度推定と位置制御を両立させている。ωrc^を使用して位相演算を行い、その位相θdcを用いてdq逆変換器64の位相としている。また、得られたθdcは、電流検出処理器7においても座標変換に使用される。   This Δθc is calculated by the current detection processor 7 and output to the vector control processor 6. In the vector control processor 6, the speed estimator 68 corrects the rotation speed ωrc ^ such that Δθc becomes zero, thereby achieving both speed estimation and position control. The phase calculation is performed using ωrc ^, and the phase θdc is used as the phase of the dq inverse transformer 64. The obtained θdc is also used in the current detection processor 7 for coordinate conversion.

次に図3〜7を用いて、本発明の特徴部分である電流検出処理器7について詳しく説明する。図3は、本実施例における電流検出処理器の構成図である。図3に示すように、電流検出処理器7は、トリガー信号TRG2によって演算処理を開始し、PMモータ2の電流検出値Iu,Iwを用いて、dq座標変換器71にてθdcの座標に対するdq座標変換が行われ、相電流Iu,Iwはdq軸上の電流Idc,ならびにIqcに変換される。Idc,Iqcには、ベクトル制御処理器6の高調波電圧発生器67によって生成された高調波成分が多量に含まれており、それらをカットするため、フィルタ処理器72にてフィルタ処理が施されIdm,Iqmを出力する。   Next, the current detection processor 7, which is a feature of the present invention, will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a configuration diagram of the current detection processor in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the current detection processor 7 starts arithmetic processing in response to a trigger signal TRG2, and uses the current detection values Iu and Iw of the PM motor 2 to cause the dq coordinate converter 71 to convert dq with respect to the coordinate of θdc. Coordinate conversion is performed, and the phase currents Iu and Iw are converted into currents Idc and Iqc on the dq axes. Idc and Iqc contain a large amount of harmonic components generated by the harmonic voltage generator 67 of the vector control processor 6, and are filtered by the filter processor 72 in order to cut them. Outputs Idm and Iqm.

ΔIq演算器9では、Iqcに含まれる高調波成分から、軸誤差Δθcの発生量に応じて変化する成分であるΔIqを算出する。軸誤差演算器73では、このΔIqを係数倍することで軸誤差Δθcを演算して出力する。   The ΔIq calculator 9 calculates ΔIq, which is a component that changes in accordance with the generation amount of the axis error Δθc, from the harmonic components included in Iqc. The axis error calculator 73 calculates and outputs an axis error Δθc by multiplying ΔIq by a coefficient.

ここで、図4を用いて、軸誤差ΔθcとΔIqの関係を説明する。尚、この部分は公知技術である。   Here, the relationship between the axis errors Δθc and ΔIq will be described with reference to FIG. This part is a known technique.

図4(a)〜(c)は、それぞれPMモータ2の実際のdq座標軸d-q軸と、制御器4の内部の座標軸であるdc-qc軸を示しており、いずれも軸誤差Δθcが存在している例である。   FIGS. 4A to 4C respectively show an actual dq coordinate axis dq axis of the PM motor 2 and a dc-qc axis which is a coordinate axis inside the controller 4, and both have an axis error Δθc. This is an example.

図4(a)に示すように、制御側の座標軸であるdc軸に高調波電圧Vhを印加する。すなわち、図2における高調波電圧発生器67において、
Δvdc* = Vh, Δvqc* = 0 …(2)
としている。dc軸上の高調波電圧Vhは、PMモータ2の実際のdq座標軸にそれぞれベクトル分解され、各軸に高調波電流Ihd,Ihqが発生する。
As shown in FIG. 4A, a harmonic voltage Vh is applied to a dc axis which is a coordinate axis on the control side. That is, in the harmonic voltage generator 67 in FIG.
Δvdc * = Vh, Δvqc * = 0 ... (2)
And The harmonic voltage Vh on the dc axis is vector-decomposed on the actual dq coordinate axes of the PM motor 2, and harmonic currents Ihd and Ihq are generated on each axis.

この時、図4(b)に示すように、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqが等しい場合には、IhdとIhqは高調波電圧のベクトル比率に応じて発生する。このような条件では、軸誤差Δθcを推定することはできない。しかし、dq軸のインダクタンスが異なる場合には、電流の発生量に差が生じる。図4(c)に示すように、インダクタンスの小さいd軸では多くの電流が流れ、逆にインダクタンスの大きなq軸ではあまり電流が流れない。結果として、高調波電流Ihはd軸の存在する方向に傾き、qc軸上に高調波成分Iqhcが発生する。この発生量は、軸誤差Δθcに関係しており、このIqchを零になるように位相を補正すれば、位置センサレス制御が成立する。   At this time, as shown in FIG. 4B, when the d-axis inductance Ld is equal to the q-axis inductance Lq, Ihd and Ihq are generated according to the vector ratio of the harmonic voltage. Under such conditions, the axis error Δθc cannot be estimated. However, when the inductance of the dq axes is different, a difference occurs in the amount of generated current. As shown in FIG. 4C, a large amount of current flows on the d-axis having a small inductance, and a small amount of current flows on the q-axis having a large inductance. As a result, the harmonic current Ih is inclined in the direction in which the d axis exists, and a harmonic component Iqhc is generated on the qc axis. This generated amount is related to the axis error Δθc. If the phase is corrected so that this Iqch becomes zero, the position sensorless control is established.

これらの動作を、波形図を使用して説明する。図5において、図5(a)はPWM信号発生器66で用いられているPWM発生用の三角波キャリアと、相電圧指令を示している。この三角波キャリア波と電圧指令を比較することで、PWM信号を生成する。その際、ベクトル制御処理器6に対する割込み信号TRG1は、三角波キャリアの山と谷のピーク時において発生させる。この信号TRG1をトリガーとして、ベクトル制御処理を行う(図5(d))。また、同図(e)に示すように、高調波電圧を三角波キャリアの山と谷に同期した波形として印加する。三角波キャリアを用いたPWM方式では、三角波キャリア周波数以上の信号を印加することができないため、図5(e)のような印加方法が、重畳周波数としては最大になる。なお、この重畳電圧波形と同期して、高調波電圧の符号信号Pvhも生成して、電流検出処理7に与えられる。   These operations will be described with reference to waveform diagrams. 5A shows a triangular wave carrier for PWM generation used in the PWM signal generator 66 and a phase voltage command. A PWM signal is generated by comparing the triangular carrier wave with the voltage command. At this time, the interrupt signal TRG1 for the vector control processor 6 is generated at the peak of the peak and the valley of the triangular wave carrier. Vector control processing is performed using this signal TRG1 as a trigger (FIG. 5D). Also, as shown in FIG. 3E, the harmonic voltage is applied as a waveform synchronized with the peaks and valleys of the triangular wave carrier. In the PWM method using a triangular wave carrier, a signal having a frequency higher than the triangular wave carrier frequency cannot be applied. Therefore, the application method as shown in FIG. In addition, in synchronization with the superimposed voltage waveform, a code signal Pvh of the harmonic voltage is also generated and provided to the current detection processing 7.

高調波を印加することで、q軸電流Iqcには高調波成分であるIqhcが含まれることになる(図5(g))。図5(g)は従来の電流サンプリングのタイミングを示しており、キャリア波と山と谷のタイミングでサンプリングを行い、これらの差分(ΔIq)に基づくセンサレス制御を実施している。しかし、電流検出を行うタイミングは、キャリアの山、谷の瞬間のみであり、ノイズや検出誤差の影響を受けやすい。検出のS/N比を考えると、十分な精度のΔIqを得るためには、大きな振幅の高調波電圧を印加する必要があり、その場合は、電磁騒音の増加や、高調波による損失の増大化も懸念される。   By applying the harmonic, the q-axis current Iqc includes the harmonic component Iqhc (FIG. 5 (g)). FIG. 5 (g) shows a conventional current sampling timing. Sampling is performed at the timing of the carrier wave, the peak and the valley, and the sensorless control based on the difference (ΔIq) is performed. However, the timing at which current detection is performed is only at the moment of peaks and valleys of carriers, and is easily affected by noise and detection errors. Considering the S / N ratio of detection, it is necessary to apply a harmonic voltage having a large amplitude in order to obtain ΔIq with sufficient accuracy. In this case, an increase in electromagnetic noise and an increase in loss due to harmonics are required. There is also concern about the development.

本実施例では、電流検出処理器7を、ベクトル制御処理器6よりも短い周期で動作させ、この問題を解決する。図5(h)がその高速サンプリングでのトリガー信号TRG2であり、同図(i)のように電流波形をサンプリングする。   In this embodiment, the current detection processor 7 is operated at a shorter cycle than the vector control processor 6 to solve this problem. FIG. 5H shows the trigger signal TRG2 in the high-speed sampling, and the current waveform is sampled as shown in FIG.

図3に示したように、高速サンプリングされた相電流は、座標変換後にフィルタ処理器72と、ΔIq演算器9でそれぞれ演算処理される。   As shown in FIG. 3, the phase current sampled at high speed is subjected to coordinate processing by the filter processor 72 and the ΔIq calculator 9 after the coordinate conversion.

図6は、図3におけるフィルタ処理器72の構成図であり、ここでは遅延器10、加算器11ならびに演算ゲイン12を使用して、移動平均処理によるフィルタリングを行っている。遅延器10は「2N−1」個使用しており、2N個分の移動平均処理を行っている。ここで、Nは、高調波電圧Vhの半周期間(ここでは、T1に一致)のサンプル数である。2N個の移動平均を取ることで、高調波成分の影響は削除できる。   FIG. 6 is a configuration diagram of the filter processor 72 in FIG. 3. Here, the filtering by the moving average process is performed using the delay unit 10, the adder 11, and the operation gain 12. “2N−1” delay units 10 are used, and 2N moving average processes are performed. Here, N is the number of samples during a half cycle of the harmonic voltage Vh (here, coincides with T1). By taking 2N moving averages, the influence of harmonic components can be eliminated.

図7は、図3におけるΔIq演算器9の詳細ブロックである。図7において、フィルタ処理器91にて、Iqcに含まれるノイズを除去し、その後、差分演算器92にて、波形の一階差分を演算する。この差分計算は、図5(g)に示した“キャリア波の山と谷のタイミングでの差分演算”に相当する演算であり、この結果と高調波電圧の極性に同期した符号信号Pvhとを乗算器13にて乗算することで、ΔIqが計算される。尚、この時、フィルタ処理器91での信号遅延を考慮して、符号信号Pvhに対して遅延器93を挿入している。また、ΔIqに変動分が残る可能性があるため、ローパスフィルタ(LPF)14にて演算結果を滑らかにしている。   FIG. 7 is a detailed block diagram of the ΔIq calculator 9 in FIG. In FIG. 7, noise contained in Iqc is removed by a filter processor 91, and then a first-order difference of the waveform is calculated by a difference calculator 92. This difference calculation is a calculation corresponding to “difference calculation at the timing of the peak and valley of the carrier wave” shown in FIG. 5 (g), and the result and the code signal Pvh synchronized with the polarity of the harmonic voltage are calculated. By multiplying by the multiplier 13, ΔIq is calculated. At this time, a delay unit 93 is inserted into the code signal Pvh in consideration of the signal delay in the filter processor 91. Further, since there is a possibility that a variation may remain in ΔIq, the calculation result is smoothed by the low-pass filter (LPF) 14.

図7におけるフィルタ処理器91は、K個分の移動平均処理を行っているが、このKの値は大き過ぎると高調波成分が完全に消えてしまうため、ノイズ除去のための数回分の移動平均とするのが望ましい。あるいは、デジタルフィルタ処理によって、バンドパス・フィルタにしても問題はない。   The filter processor 91 in FIG. 7 performs the moving average processing for K pieces. If the value of K is too large, the harmonic component is completely eliminated, so that the moving amount for several times for noise removal is reduced. An average is desirable. Alternatively, there is no problem if a band pass filter is used by digital filter processing.

本実施例では、高調波印加による位置センサレス制御において、ベクトル制御処理とは異なる短いサンプル周期を導入して電流を検出し位置推定を行うことが実現でき、従来よりも、ノイズに強く、かつ、高調波電圧の低減が可能となる。   In the present embodiment, in the position sensorless control by applying the harmonics, it is possible to detect the current and perform position estimation by introducing a short sample period different from the vector control process. Harmonic voltage can be reduced.

なお、本実施例では、高調波電圧をdc軸のみに印加したが、qc軸のみでも、あるいは両方の軸への印加でも問題はない。また、三角波キャリア周波数と等しい周波数の高調波を印加しているが、これもキャリア周波数以下であれば実現可能であり、その場合は、矩形波ではなく、正弦波の高調波印加も可能である。   In this embodiment, the harmonic voltage is applied only to the dc axis. However, there is no problem if the harmonic voltage is applied only to the cc axis or to both axes. Also, a harmonic having a frequency equal to the triangular carrier frequency is applied, but this can also be achieved if the carrier frequency is equal to or lower than the carrier frequency. In this case, it is also possible to apply a sine wave harmonic instead of a rectangular wave. .

以上のように本実施例によれば、交流電動機の制御装置において、ベクトル制御周期以上に細かい周期で電流を検出することで微小な電流でも検出できるようになる。そのため、重畳電圧量を低減し電動機に発生する電磁騒音やトルク脈動を低減することができる。また、突極比の低い電動機でも本発明を適用することによって回転子位置を精度良く推定し低速から位置センサレス制御が可能になる。また、制御系の応答に関しては、高調波電流の周波数とPWM三角波キャリアの周波数と同じ周波数にすることができるため、制御系の応答を高くすることも可能である。   As described above, according to the present embodiment, in the control device for an AC motor, even a minute current can be detected by detecting the current in a cycle shorter than the vector control cycle. Therefore, the amount of superimposed voltage can be reduced, and the electromagnetic noise and torque pulsation generated in the electric motor can be reduced. In addition, by applying the present invention to a motor having a low salient pole ratio, the rotor position can be accurately estimated and the position sensorless control can be performed from a low speed. Further, the response of the control system can be set to the same frequency as the frequency of the harmonic current and the frequency of the PWM triangular wave carrier, so that the response of the control system can be increased.

本実施例における交流電動機の制御装置について図8ならびに図9を用いて説明する。   A control device for an AC motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図8は、本実施例における割込み信号発生器の動作の説明図である。図8において、TRG1、TRG2、及びIuは、図1におけるトリガー信号と相電流である。トリガー信号TRG1は、前述の通りに三角波キャリアに同期した信号である。よって、トリガー信号TRG1の周期であるT1は、インバータ主回路がスイッチング動作する周期であり、T1の期間内に、最低1回のオン、あるいはオフの動作が伴う。その結果、相電流Iuに含まれる脈動成分は、このT1を基準とした周期の成分となる。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of the interrupt signal generator in the present embodiment. 8, TRG1, TRG2, and Iu are the trigger signal and the phase current in FIG. The trigger signal TRG1 is a signal synchronized with the triangular wave carrier as described above. Therefore, T1 which is the cycle of the trigger signal TRG1 is a cycle in which the inverter main circuit performs a switching operation, and at least one ON or OFF operation accompanies the period of T1. As a result, the pulsating component included in the phase current Iu becomes a component having a cycle based on the T1.

この脈動成分には、実施例1で示した高調波電圧による脈動成分も加わるため、できるだけ精度良く検出したい。それには、周期T1の中に、トリガー信号TRG2を生成する周期T2が常に整数個となるように同期することが望ましい。この同期が取れていないと、サンプリングによる“うねり(ビート)”が発生してしまう恐れがある。よって、うねりによる検出誤差を防止するため、T2の整数倍がT1となるように、トリガー信号TRG1とTRG2の信号を生成する。   Since the pulsation component due to the harmonic voltage shown in the first embodiment is also added to this pulsation component, it is desired to detect the pulsation component as accurately as possible. For this purpose, it is desirable that the synchronization is performed so that the period T2 for generating the trigger signal TRG2 is always an integer number in the period T1. If the synchronization is not established, "swelling (beat)" due to sampling may occur. Therefore, in order to prevent a detection error due to undulation, the trigger signals TRG1 and TRG2 are generated such that an integral multiple of T2 becomes T1.

図9に、このような条件のトリガー信号を生成する割込み信号発生器5の構成を示す。図9において、発信器51では、TRG2の信号を周期T2で生成しており、その信号をカウンタ52でカウントして、周期T1の信号を生成する。カウンタ52の設定で、T1をT2の何倍にするかの設定が可能である。   FIG. 9 shows the configuration of the interrupt signal generator 5 that generates a trigger signal under such conditions. In FIG. 9, a transmitter 51 generates a signal of TRG2 at a cycle T2, and counts the signal at a counter 52 to generate a signal of a cycle T1. By setting the counter 52, it is possible to set how many times T1 is larger than T2.

以上のように、本実施例によれば、より高精度に回転子位置のセンサシングが可能な交流電動機の制御装置が実現できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a control device for an AC motor capable of sensing the rotor position with higher accuracy.

本実施例は、高調波電流の検出値に対して予め設定された周波数成分を抽出し、高調波成分の振幅を抽出することで回転位置センサレス制御を行うものである。   In the present embodiment, a predetermined frequency component is extracted from the detected value of the harmonic current, and the amplitude of the harmonic component is extracted to perform the rotation position sensorless control.

実施例1では、電流のサンプリング回数を増やすことでフィルタリングによりノイズを削減し、位置センサレスにおける位置推定精度を向上される手段について説明した。しかし、位置推定演算にはノイズ削除後の電流値に対する「差分」の計算が必要であり、電流検出時の分解能が重要となる。すなわち、制御器4に使用するADコンバータのbit数として、高分解能のものを使用しないと精度が得られないという問題がある。この問題を解決するため、本実施例では差分演算を用いない手法について説明する。   In the first embodiment, the means has been described in which noise is reduced by filtering by increasing the number of times of sampling of the current, and the position estimation accuracy without the position sensor is improved. However, the position estimation calculation needs to calculate a “difference” with respect to the current value after noise removal, and the resolution at the time of current detection is important. That is, there is a problem that the accuracy cannot be obtained unless a high-resolution AD converter is used as the number of bits of the AD converter used in the controller 4. In order to solve this problem, a method that does not use the difference calculation will be described in the present embodiment.

本実施例における交流電動機の制御装置について図10ならびに図11を用いて説明する。   A control device for an AC motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施例は、実施例1における図7に示すΔIq演算器9を図10に示すΔIq演算器9Bに置きかえることで実現できる。   This embodiment can be realized by replacing the ΔIq calculator 9 shown in FIG. 7 in the first embodiment with a ΔIq calculator 9B shown in FIG.

図10に本実施例におけるΔIq演算器9Bの構成を示す。ΔIq演算器9Bは、高調波電圧符号Pvhに同期した正弦波を発生する正弦波発生器94、乗算器13ならびにフィルタ処理器91Bから構成される。ここでは、q軸電流Iqcを入力として、q軸電流Iqcに含まれる高調波電流Iqhcの振幅成分ΔIq2を出力する。   FIG. 10 shows the configuration of the ΔIq calculator 9B in the present embodiment. The ΔIq calculator 9B includes a sine wave generator 94 that generates a sine wave synchronized with the harmonic voltage code Pvh, a multiplier 13, and a filter processor 91B. Here, the q-axis current Iqc is input, and the amplitude component ΔIq2 of the harmonic current Iqhc included in the q-axis current Iqc is output.

図11に、図10のΔIq演算器9Bの動作を示す。図11(a)の高調波電圧符号Pvhに同期して正弦波発生器94は高調波の周波数と等しい正弦波関数S(図11(b))を生成し、高調波電流Iqhcに乗算器14にて乗算する。ここで、正弦波関数Sの大きさは1に設定し、また、高調波電流Iqhcと同相となるように位相を設定することで、高調波電流Iqhcの振幅成分を抽出できる。この位相の設定は、高調波電圧符号Pvhの立下りのタイミングにおいて、正弦波のピークとなるように合わせればよい(高調波電圧に対して、PMモータ2はインダクタンスとみなすことができ、その電流位相は90度遅れとなるため)。   FIG. 11 shows the operation of the ΔIq calculator 9B of FIG. The sine wave generator 94 generates a sine wave function S (FIG. 11B) equal to the harmonic frequency in synchronization with the harmonic voltage sign Pvh in FIG. 11A, and adds the harmonic current Iqhc to the multiplier 14. Multiply by. Here, the amplitude component of the harmonic current Iqhc can be extracted by setting the magnitude of the sine wave function S to 1 and setting the phase so as to be in phase with the harmonic current Iqhc. The phase may be set so that the peak of the sine wave is obtained at the fall timing of the harmonic voltage code Pvh (for the harmonic voltage, the PM motor 2 can be regarded as an inductance and its current The phase is delayed by 90 degrees).

正弦波関数Sと高調波電流Iqhcとの乗算結果は図11(d)の波形に示す。図11(d)に示した波形から高調波電流Iqhcの振幅成分は抽出されていることが分かるが、高調波の2倍周波数成分が含まれるため、フィルタ処理器91Bにて2倍の周波数成分を除去する。フィルタ処理器91Bでは2倍の周波数成分を十分に除去できる移動平均の回数を行い、軸誤差Δθcに相当する高調波電流Iqhcの振幅成分ΔIq2を算出する。尚、フィルタ処理器91Bの移動平均期間は、高調波電圧Vhの半周期間(T1の周期)に一致させる。   The result of multiplication of the sine wave function S and the harmonic current Iqhc is shown in the waveform of FIG. From the waveform shown in FIG. 11D, it can be seen that the amplitude component of the harmonic current Iqhc is extracted. However, since the double frequency component of the harmonic is included, the frequency component doubled by the filter processor 91B. Is removed. The filter processor 91B performs the number of times of moving average that can sufficiently remove the double frequency component, and calculates the amplitude component ΔIq2 of the harmonic current Iqhc corresponding to the axis error Δθc. Note that the moving average period of the filter processor 91B is set to coincide with the half period (the period of T1) of the harmonic voltage Vh.

このように、本実施例によれば、高調波電流の検出値に対して予め設定された周波数成分を抽出して、高調波成分の振幅を求めることが可能であり、さらに、差分演算を用いないことで、分解能の低いADコンバータを使用した場合においても高精度な回転位置センサレス制御を行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to extract the frequency component set in advance from the detected value of the harmonic current to obtain the amplitude of the harmonic component, and furthermore, to use the difference calculation. This makes it possible to perform high-precision rotational position sensorless control even when an AD converter with low resolution is used.

本実施例は、高調波電流の検出値に対して、高調波電流の主成分である周波数成分の抽出演算を行い回転位置センサレス制御を行うものと、その2倍の周波数成分の抽出演算を行いPMモータの回転子位置の極性判別処理を行うものである。   In this embodiment, for the detected value of the harmonic current, the frequency component, which is the main component of the harmonic current, is extracted and the rotation position sensorless control is performed. This is to perform a polarity discrimination process of the rotor position of the PM motor.

実施例1における軸誤差Δθcの推定演算では、軸誤差Δθcが±90度の範囲でのみ位置推定が可能である。しかし、回転子の初期位置の状態では、軸誤差Δθcが必ずしも±90度の範囲内にあるとは限らず、軸誤差Δθcは0度もしくは180度のどちらかに収束することが考えられる。すなわち、図4に示す座標軸で説明すると、軸誤差Δθcが0度の時はdc軸がd軸と一致していることを意味する。一方、軸誤差Δθcが180度の時はdc軸がd軸と180度反転していることを意味している。この2点を判別するために極性判別処理を行う。なお、本実施例における周波数成分の抽出演算は実施例3と同様な処理を行うものとする。以下、極性判別処理の動作について説明する。   In the estimation calculation of the axis error Δθc in the first embodiment, the position can be estimated only when the axis error Δθc is in a range of ± 90 degrees. However, in the state of the initial position of the rotor, the axis error Δθc is not always in the range of ± 90 degrees, and the axis error Δθc may converge to either 0 degree or 180 degrees. That is, in the case of the coordinate axes shown in FIG. 4, when the axis error Δθc is 0 degree, it means that the dc axis coincides with the d axis. On the other hand, when the axis error Δθc is 180 degrees, it means that the dc axis is inverted by 180 degrees from the d axis. A polarity discrimination process is performed to discriminate these two points. Note that the extraction operation of the frequency component in the present embodiment performs the same processing as in the third embodiment. Hereinafter, the operation of the polarity determination processing will be described.

本実施例における交流電動機の制御装置について図12、図13ならびに図14を用いて説明する。   A control device for an AC motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12, 13, and 14. FIG.

本実施例は、実施例1における図3に示す電流検出処理器7を図12に示す電流検出処理器7Cに置き換えることで実現できる。   This embodiment can be realized by replacing the current detection processor 7 shown in FIG. 3 in the first embodiment with a current detection processor 7C shown in FIG.

図12に本実施例における極性判別処理を含む電流検出処理器7Cの構成を示す。電流検出処理器7Cは、dq座標変換器71、フィルタ処理器72、ΔIq演算器9、軸誤差演算器73、ならびに極性判別器15から構成される。電流検出処理器7Cでは、極性判別器15以外は実施例1と同様な構成と動作をしている。   FIG. 12 shows the configuration of the current detection processor 7C including the polarity discrimination processing in this embodiment. The current detection processor 7C includes a dq coordinate converter 71, a filter processor 72, a ΔIq calculator 9, an axis error calculator 73, and a polarity discriminator 15. The current detection processor 7C has the same configuration and operation as the first embodiment except for the polarity discriminator 15.

図13に極性判別器15の構成を示す。極性判別器15は、二次調波発生器95、乗算器13、移動平均を行うフィルタ処理器91Cから構成される。ここでは、d軸電流Idcを入力として、Idcを用いて極性判別を行い極性判別信号NSを出力する。   FIG. 13 shows the configuration of the polarity discriminator 15. The polarity discriminator 15 includes a second harmonic generator 95, a multiplier 13, and a filter processor 91C for performing a moving average. Here, the d-axis current Idc is input, the polarity is determined using Idc, and a polarity determination signal NS is output.

図14に図13の極性判別器15の動作を示す。図14(a)の高調波電圧符号Pvhに同期して、二次調波発生器95は高調波の2倍周波数の正弦波関数S2(図14(b))を生成する。正弦波関数S2のピーク値は高調波電圧符号Pvhの立下りのタイミングと同期している。正弦波関数S2をd軸電流の高調波電流Idhcに乗算器14にて乗算して、図14(d)に示す波形となる。図14(d)に示す波形をフィルタ処理器91Cにて、高調波成分を十分に除去できる移動平均の回数を行い、図14(e)に示す平均値を判別信号NSとして算出し、平均値の符号によって極性を判別する。ここでの移動平均の期間はVhの一周期(T1の2倍)とする。   FIG. 14 shows the operation of the polarity discriminator 15 of FIG. In synchronization with the harmonic voltage code Pvh in FIG. 14A, the second harmonic generator 95 generates a sine wave function S2 (FIG. 14B) having a frequency twice as high as the harmonic. The peak value of the sine wave function S2 is synchronized with the falling timing of the harmonic voltage code Pvh. The multiplier 14 multiplies the sine wave function S2 by the harmonic current Idhc of the d-axis current to obtain a waveform shown in FIG. The waveform shown in FIG. 14D is subjected to the number of times of moving average capable of sufficiently removing harmonic components by the filter processor 91C, and the average value shown in FIG. 14E is calculated as the discrimination signal NS. The polarity is determined by the sign of. Here, the period of the moving average is one cycle of Vh (twice T1).

ここで行う極性判別の原理自体は公知であるが、その原理を簡単に説明すると次のようになる。極性判別はPMモータの磁石磁束の磁気飽和特性を利用して判別を行う。制御側の座標軸であるdc軸に高調波電圧Vhを印加すると、d軸電流Idcの高調波電流Idhcは磁石磁束の磁気飽和の影響を受け、図14(c)に示す正・負が非対称な波形となる。この非対称な波形に含まれる2次調波の成分を利用して、極性判別を行う。Idhcの2次調波の成分を抽出するため、高調波の2倍周波数の正弦波関数S2と乗算し図14(d)に示す波形となる。図14(d)の波形を移動平均することで必要な周波数の平均値を抽出することができ、図14(e)に示す判別信号NSとなる。ここで、判別信号NSが正であれば、軸誤差Δθcが0度(dc軸がd軸と一致している)、判別信号NSが負であれば、軸誤差Δθcが180度(dc軸がd軸と180度反転している)こととなる。   Although the principle of the polarity determination performed here is publicly known, the principle is briefly described as follows. The polarity is determined using the magnetic saturation characteristic of the magnet flux of the PM motor. When the harmonic voltage Vh is applied to the dc axis, which is the coordinate axis on the control side, the harmonic current Idhc of the d-axis current Idc is affected by the magnetic saturation of the magnet magnetic flux, and the positive and negative asymmetric current shown in FIG. It becomes a waveform. Polarity discrimination is performed using a second harmonic component included in the asymmetric waveform. In order to extract the second harmonic component of Idhc, the waveform is multiplied by a sine wave function S2 having a frequency twice as high as the harmonic to obtain a waveform shown in FIG. The moving frequency of the waveform in FIG. 14D allows the average value of the required frequency to be extracted, and becomes the determination signal NS shown in FIG. 14E. Here, if the discrimination signal NS is positive, the axis error Δθc is 0 degrees (the dc axis coincides with the d axis), and if the discrimination signal NS is negative, the axis error Δθc is 180 degrees (the dc axis is 180 degrees with respect to the d axis).

このように、本実施例によれば、高調波電流の検出値に対して、高調波電流の主成分である周波数成分の抽出演算、さらに高調波電流の2次調波の周波数成分の抽出演算により、回転子位置センサレス制御ならびに極性判別も可能な交流電動機の制御装置を実現可能となる。   As described above, according to the present embodiment, for the detected value of the harmonic current, the extraction operation of the frequency component, which is the main component of the harmonic current, and the extraction operation of the frequency component of the second harmonic of the harmonic current are further performed. Accordingly, it is possible to realize a control device for an AC motor capable of performing rotor position sensorless control and polarity determination.

本実施例は、実施例1におけるベクトル制御を行う周期T1ならび電流検出の処理周期T2を自由に設定できる機能を適用したものである。   In the present embodiment, a function of freely setting the cycle T1 for performing vector control and the processing cycle T2 for current detection in the first embodiment is applied.

図15は本実施例における交流電動機の制御装置の構成図である。本実施例は、実施例1〜4において適用可能であり、その構成に関しては、図1の制御器4を図15に示す制御器4bに置き換えて、それ以外は同一物を使用することで実現できる。   FIG. 15 is a configuration diagram of a control device for an AC motor in the present embodiment. This embodiment is applicable to the first to fourth embodiments, and its configuration is realized by replacing the controller 4 in FIG. 1 with the controller 4b shown in FIG. 15 and using the same other components. it can.

図15において、図1と異なる点は、制御器4bが、実施例1〜4の制御器4と接続された他の機器との通信ができるように通信手段16を追加した点である。ここで、通信手段16を介して本実施例におけるベクトル制御の処理周期T1ならびに電流検出の処理周期T2を設定することができる。   15 differs from FIG. 1 in that the controller 4b adds a communication unit 16 so that it can communicate with other devices connected to the controller 4 of the first to fourth embodiments. Here, the processing period T1 of the vector control and the processing period T2 of the current detection in the present embodiment can be set via the communication unit 16.

通信手段16は、例えば、パーソナル・コンピュータ17上のローカル・エリア・ネットワークあるいは接続された他の機器のフィールドバスと接続して有線通信を行い、処理周期T1ならびに処理周期T2の設定値を自由に設定してもよい。もしくは、例えば、無線によって接続された他の機器と通信を行い、処理周期T1ならびに処理周期T2を設定してもよい。   The communication unit 16 performs wired communication by connecting to, for example, a local area network on the personal computer 17 or a field bus of another connected device, and freely sets the processing period T1 and the processing period T2. May be set. Alternatively, for example, communication may be performed with another device wirelessly connected, and the processing cycle T1 and the processing cycle T2 may be set.

このように本実施例によれば、ベクトル制御の処理周期T1ならびに電流検出の処理周期T2は、有線通信あるいは無線通信によって自由に設定することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the processing cycle T1 of the vector control and the processing cycle T2 of the current detection can be freely set by wire communication or wireless communication.

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。また、上記制御器は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよいし、また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することによるソフトウェアで実現してもよい。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Further, for a part of the configuration of each embodiment, it is also possible to add, delete, or replace another configuration. Further, the controller may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of the controller with an integrated circuit, or by a processor interpreting and executing a program for realizing each function. May be realized by software according to.

1:電源、2:永久磁石同期モータ(PMモータ)、3:電力変換器、4、4b:制御器、5:割込み信号発生器、6:ベクトル制御処理器、7、7c:電流検出処理器、8a、8b:電流センサ、9:ΔIq演算器、10:遅延器、11:加算器、12:演算ゲイン、13:乗算器、14:ローパスフィルタ、15:極性判別器、16:通信手段、17:パーソナル・コンピュータ、20:制御装置、31:インバータ主回路部、32:ゲート・ドライバ、33:フィルタコンデンサ、51:発信器、52:カウンタ、71:dq座標変換器、72:フィルタ処理器、73:軸誤差演算器、721a:dc軸電流Idcのフィルタ処理器、721b:qc軸電流Iqcのフィルタ処理器、9B:ΔIq演算器、91B:フィルタ処理器(実施形態3)、91C:フィルタ処理器(極性判別器内)、94:正弦波発生器、95:二次調波発生器 1: power supply, 2: permanent magnet synchronous motor (PM motor), 3: power converter, 4, 4b: controller, 5: interrupt signal generator, 6: vector control processor, 7, 7c: current detection processor , 8a, 8b: current sensor, 9: ΔIq calculator, 10: delayer, 11: adder, 12: calculation gain, 13: multiplier, 14: low-pass filter, 15: polarity discriminator, 16: communication means, 17: personal computer, 20: control device, 31: inverter main circuit section, 32: gate driver, 33: filter capacitor, 51: oscillator, 52: counter, 71: dq coordinate converter, 72: filter processor , 73: axis error calculator, 721a: filter processor for dc axis current Idc, 721b: filter processor for qc axis current Iqc, 9B: ΔIq calculator, 91B: filter processor (implementation) Mode 3), 91C: filter processor (within polarity discriminator), 94: sine wave generator, 95: secondary harmonic generator

Claims (10)

交流電動機を駆動する電力変換装置と、前記電力変換装置を用いて前記交流電動機に高調波成分を印加し前記交流電動機を位置センサレスによりベクトル制御を行う制御器とを備えた交流電動機の制御装置であって、
前記制御器は、前記ベクトル制御の処理を行うベクトル制御処理器と、前記交流電動機の電流検出の処理を行う電流検出処理器と、前記ベクトル制御処理器と前記電流検出処理器の処理を開始するそれぞれ異なるトリガー信号を出力する割込み信号発生器を有し、
前記電流検出処理器の処理により検出した電流に含まれる前記高調波成分を用いて、前記位置センサレスによるベクトル制御を行うことを特徴とする交流電動機の制御装置。
A control device for an AC motor comprising: a power conversion device that drives an AC motor; and a controller that applies a harmonic component to the AC motor using the power conversion device and performs vector control of the AC motor without a position sensor. So,
The controller is a vector control processor that performs the vector control process, a current detection processor that performs a current detection process of the AC motor, and starts the processes of the vector control processor and the current detection processor. It has an interrupt signal generator that outputs different trigger signals,
A control device for an AC motor, wherein the vector control without the position sensor is performed using the higher harmonic components included in the current detected by the processing of the current detection processor.
請求項1に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記ベクトル制御の処理周期T1と、前記交流電動機の電流検出の処理周期T2において、前記処理周期T1期間内に前記処理周期T2の電流検出処理を2回以上実行することを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 1,
In the processing cycle T1 of the vector control and the processing cycle T2 of current detection of the AC motor, the current detection processing of the processing cycle T2 is performed twice or more within the processing cycle T1. Control device.
請求項2に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記ベクトル制御の処理周期T1は、前記電力変換装置のパワー半導体素子のスイッチング指令を出力する周期に同期した周期であることを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 2, wherein
The control apparatus for an AC motor, wherein the processing cycle T1 of the vector control is a cycle synchronized with a cycle of outputting a switching command of a power semiconductor element of the power converter.
請求項2または3に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記ベクトル制御の処理周期T1は、前記交流電動機の電流検出の処理周期T2の整数倍であることを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 2 or 3,
The control apparatus for an AC motor, wherein the processing cycle T1 of the vector control is an integral multiple of the processing cycle T2 of current detection of the AC motor.
請求項1に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記電流検出処理器は、前記高調波成分の検出値に対して過去の検出値との差分、ならびにフィルタリングを含む処理を行なうことを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 1,
The control device for an AC motor, wherein the current detection processor performs a process including a difference between a detected value of the harmonic component from a past detected value and filtering.
請求項1に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記電流検出処理器は、前記高調波成分の検出値に対してピーク値演算、あるいは予め設定された周波数成分の抽出演算の処理を行うことを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 1,
The control device for an AC motor, wherein the current detection processor performs a peak value calculation or a preset frequency component extraction calculation process on the detected value of the harmonic component.
請求項1に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記電流検出処理器は、前記高調波成分の検出値に対して、該高調波成分の主成分である周波数成分の抽出演算と、その2倍の周波数成分の抽出演算処理を行うことを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 1,
The current detection processor performs, on the detected value of the harmonic component, an extraction operation of a frequency component which is a main component of the harmonic component and an extraction operation process of a frequency component twice as high as the frequency component. AC motor control device.
請求項2に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記処理周期T1ならびに前記処理周期T2を自由に設定できる機能を備えることを特徴とする交流電動機の制御装置。
The control device for an AC motor according to claim 2, wherein
A control device for an AC motor, comprising a function of freely setting the processing cycle T1 and the processing cycle T2.
請求項8に記載の交流電動機の制御装置であって、
前記処理周期T1ならびに前記処理周期T2の設定機能として、前記交流電動機の制御装置に有線通信、あるいは無線通信によって接続された他の機器によって設定することを特徴とする交流電動機の制御装置。
A control device for an AC motor according to claim 8,
A control device for an AC motor, wherein the setting function of the processing period T1 and the processing period T2 is set by another device connected to the AC motor control device by wire communication or wireless communication.
交流電動機を駆動する電力変換装置と、前記電力変換装置を用いて前記交流電動機に高調波成分を印加し前記交流電動機を位置センサレスによりベクトル制御を行う制御器とを備えた交流電動機の制御方法であって、
前記ベクトル制御の処理と前記交流電動機の電流検出の処理をそれぞれ異なるトリガー信号で開始し、前記電流検出の処理により検出した電流に含まれる前記高調波成分を用いて、前記位置センサレスによるベクトル制御を行うことを特徴とする交流電動機の制御方法。
An AC motor control method comprising: a power converter that drives an AC motor; and a controller that applies a harmonic component to the AC motor using the power converter and performs vector control of the AC motor without a position sensor. So,
The vector control process and the current detection process of the AC motor are started with different trigger signals, respectively, and using the harmonic components included in the current detected by the current detection process, the vector control without the position sensor is performed. A method for controlling an AC motor.
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