JP2000224889A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JP2000224889A JP2000224889A JP11021723A JP2172399A JP2000224889A JP 2000224889 A JP2000224889 A JP 2000224889A JP 11021723 A JP11021723 A JP 11021723A JP 2172399 A JP2172399 A JP 2172399A JP 2000224889 A JP2000224889 A JP 2000224889A
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- motor
- rotor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転子位置が不明な状態からもスムーズな運
転を可能にする。インクリメンタル式エンコーダを使用
可能としてコストを低減する。 【解決手段】 回転子と同期しない任意速度の回転磁界
を電動機に発生させるγ−δ軸電流制御部１００と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する電流調節器１０３と、前記電動機電圧の脈
動成分の零クロス点を検出するスイッチ手段２０２及び
検出器２０３と、前記零クロス点における回転座標軸位
置を格納するメモリ２０５と、このメモリ２０５に格納
したデータから位置補正値を演算するスイッチ手段２０
６及び平均化演算器２０７と、前記位置補正値の演算が
完了した後に電動機の速度検出値ωを積分して回転子の
相対位置を演算する積分手段２１０と、前記相対位置と
前記位置補正値とを加算して回転子位置を演算する加算
手段２１１と、を備える。
転を可能にする。インクリメンタル式エンコーダを使用
可能としてコストを低減する。 【解決手段】 回転子と同期しない任意速度の回転磁界
を電動機に発生させるγ−δ軸電流制御部１００と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する電流調節器１０３と、前記電動機電圧の脈
動成分の零クロス点を検出するスイッチ手段２０２及び
検出器２０３と、前記零クロス点における回転座標軸位
置を格納するメモリ２０５と、このメモリ２０５に格納
したデータから位置補正値を演算するスイッチ手段２０
６及び平均化演算器２０７と、前記位置補正値の演算が
完了した後に電動機の速度検出値ωを積分して回転子の
相対位置を演算する積分手段２１０と、前記相対位置と
前記位置補正値とを加算して回転子位置を演算する加算
手段２１１と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石同期電動
機やリラクタンスモータのように電動機回転子に突極性
を有する同期電動機の制御装置に関し、特に、回転子位
置の検出にインクリメンタル式エンコーダを使用する同
期電動機に最適な制御装置に関するものである。
機やリラクタンスモータのように電動機回転子に突極性
を有する同期電動機の制御装置に関し、特に、回転子位
置の検出にインクリメンタル式エンコーダを使用する同
期電動機に最適な制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石同期電動機やリラクタンスモー
タをはじめとする同期電動機の高性能制御には、回転子
の位置情報が必要である。従来の位置検出器としては、
絶対位置が検出可能なアブソリュートエンコーダやレゾ
ルバ等が用いられてきたが、コスト低下を目的として、
光学式エンコーダの一種であるインクリメンタル式エン
コーダが用いられることがある。
タをはじめとする同期電動機の高性能制御には、回転子
の位置情報が必要である。従来の位置検出器としては、
絶対位置が検出可能なアブソリュートエンコーダやレゾ
ルバ等が用いられてきたが、コスト低下を目的として、
光学式エンコーダの一種であるインクリメンタル式エン
コーダが用いられることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】インクリメンタル式エ
ンコーダは、発光素子、受光素子及びスリット円板等か
らなる簡単な構造であって低価格である反面、相対的な
位置しか検出することができない。このため、特定の位
置で原点位置信号を発生する構成とし、この原点位置信
号により位置をリセットすることによって絶対位置を求
めている。従って、回転子が最大１回転して原点位置が
リセットされるまでの間は、回転子位置を検出すること
が不可能であり、正確なトルク制御を行うことができな
い。この結果、例えば、制御電源投入直後の１回目の運
転時に、回転子が大きく逆転したり、始動トルクの不足
により運転不能になったり、あるいは加速時間が長くな
ってしまう等の問題を生じていた。
ンコーダは、発光素子、受光素子及びスリット円板等か
らなる簡単な構造であって低価格である反面、相対的な
位置しか検出することができない。このため、特定の位
置で原点位置信号を発生する構成とし、この原点位置信
号により位置をリセットすることによって絶対位置を求
めている。従って、回転子が最大１回転して原点位置が
リセットされるまでの間は、回転子位置を検出すること
が不可能であり、正確なトルク制御を行うことができな
い。この結果、例えば、制御電源投入直後の１回目の運
転時に、回転子が大きく逆転したり、始動トルクの不足
により運転不能になったり、あるいは加速時間が長くな
ってしまう等の問題を生じていた。
【０００４】そこで本発明は、回転子の位置検出器とし
てインクリメンタル式エンコーダを用いた場合にも迅速
かつスムーズな始動及び加速を可能にすると共に、イン
クリメンタル式エンコーダを用いることによって装置全
体のコスト低減を図った同期電動機の制御装置を提供し
ようとするものである。
てインクリメンタル式エンコーダを用いた場合にも迅速
かつスムーズな始動及び加速を可能にすると共に、イン
クリメンタル式エンコーダを用いることによって装置全
体のコスト低減を図った同期電動機の制御装置を提供し
ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、同期電動機の運転開始前に電動機に予め
回転磁界を発生させ、このときの任意の回転座標軸上の
電圧情報に基づいて回転子位置を演算する。そして、こ
の回転子位置演算値を使用して同期電動機の運転を開始
する。これにより、回転子か１回転する以前のようにそ
の原点位置がリセットされずに回転子の位置を検出でき
ない場合にも、正確なトルク制御が可能となり、迅速か
つスムーズな加速によって加速時間を短縮することがで
きる。また、回転子位置演算値に誤差を有する場合に
は、通流時の回転角情報に基づく位置補正値により位置
演算値を補正する。
め、本発明は、同期電動機の運転開始前に電動機に予め
回転磁界を発生させ、このときの任意の回転座標軸上の
電圧情報に基づいて回転子位置を演算する。そして、こ
の回転子位置演算値を使用して同期電動機の運転を開始
する。これにより、回転子か１回転する以前のようにそ
の原点位置がリセットされずに回転子の位置を検出でき
ない場合にも、正確なトルク制御が可能となり、迅速か
つスムーズな加速によって加速時間を短縮することがで
きる。また、回転子位置演算値に誤差を有する場合に
は、通流時の回転角情報に基づく位置補正値により位置
演算値を補正する。
【０００６】すなわち、請求項１記載の発明は、突極性
を有する回転子を備えた同期電動機の制御装置におい
て、回転子と同期しない任意速度の回転磁界を電動機に
発生させる手段と、前記回転磁界と同期して回転する回
転座標軸上の電動機電圧を検出する手段と、前記回転座
標軸上の電動機電圧の脈動成分の位相情報から回転子位
置を演算する手段と、を備えたものである。
を有する回転子を備えた同期電動機の制御装置におい
て、回転子と同期しない任意速度の回転磁界を電動機に
発生させる手段と、前記回転磁界と同期して回転する回
転座標軸上の電動機電圧を検出する手段と、前記回転座
標軸上の電動機電圧の脈動成分の位相情報から回転子位
置を演算する手段と、を備えたものである。
【０００７】請求項２記載の発明は、回転子と同期しな
い任意速度の回転磁界を電動機に発生させる手段と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する手段と、前記回転座標軸上の電動機電圧の
脈動成分の零クロス点を検出する手段と、前記零クロス
点における回転座標軸位置を格納するメモリと、前記メ
モリに格納したデータから位置補正値を演算する手段
と、前記位置補正値の演算が完了した後に電動機の速度
検出値を積分して回転子の相対位置を演算する手段と、
前記相対位置と前記位置補正値とを加算して回転子位置
を演算する手段と、を備えたものである。
い任意速度の回転磁界を電動機に発生させる手段と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する手段と、前記回転座標軸上の電動機電圧の
脈動成分の零クロス点を検出する手段と、前記零クロス
点における回転座標軸位置を格納するメモリと、前記メ
モリに格納したデータから位置補正値を演算する手段
と、前記位置補正値の演算が完了した後に電動機の速度
検出値を積分して回転子の相対位置を演算する手段と、
前記相対位置と前記位置補正値とを加算して回転子位置
を演算する手段と、を備えたものである。
【０００８】請求項３記載の発明は、回転子と同期しな
い任意速度の回転磁界を電動機に発生させる手段と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する手段と、前記回転座標軸上の電動機電圧の
脈動成分の零クロス点を検出する手段と、電動機の速度
検出値を積分して回転子の相対位置を演算する手段と、
前記零クロス点における回転座標軸位置と前記相対位置
との偏差を格納するメモリと、前記メモリに格納したデ
ータから位置補正値を演算する手段と、前記相対位置と
前記位置補正値とを加算して回転子位置を演算する手段
と、を備えたものである。
い任意速度の回転磁界を電動機に発生させる手段と、前
記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機電
圧を検出する手段と、前記回転座標軸上の電動機電圧の
脈動成分の零クロス点を検出する手段と、電動機の速度
検出値を積分して回転子の相対位置を演算する手段と、
前記零クロス点における回転座標軸位置と前記相対位置
との偏差を格納するメモリと、前記メモリに格納したデ
ータから位置補正値を演算する手段と、前記相対位置と
前記位置補正値とを加算して回転子位置を演算する手段
と、を備えたものである。
【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項１，２
または３の何れか１項に記載した制御装置であって永久
磁石同期電動機の制御装置において、前記位置演算値を
用いて少なくとも電動機のトルク電流成分（ｑ軸電流）
を零でない値に電流制御する手段と、前記電流制御を実
行している間の電動機の速度検出値を積分して回転子の
回転角度を検出する手段と、前記回転角度の大きさから
電動機のトルクの極性を判別して第２の位置補正値を計
算する手段と、前記位置演算値に第２の位置補正値を加
算して位置演算値を補正する手段と、を有するものであ
る。
または３の何れか１項に記載した制御装置であって永久
磁石同期電動機の制御装置において、前記位置演算値を
用いて少なくとも電動機のトルク電流成分（ｑ軸電流）
を零でない値に電流制御する手段と、前記電流制御を実
行している間の電動機の速度検出値を積分して回転子の
回転角度を検出する手段と、前記回転角度の大きさから
電動機のトルクの極性を判別して第２の位置補正値を計
算する手段と、前記位置演算値に第２の位置補正値を加
算して位置演算値を補正する手段と、を有するものであ
る。
【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項１，
２または３の何れか１項に記載した制御装置であって永
久磁石同期電動機の制御装置において、前記位置演算値
を用いて少なくとも電動機のトルク電流成分を零でない
値に電流制御する手段と、前記電流制御を開始するとき
の電動機速度を初期速度として格納するメモリと、前記
電流制御を実行している間の電動機の速度検出値と前記
初期速度との偏差を積分して回転子の回転角度を検出す
る手段と、前記回転角度の大きさから電動機のトルクの
極性を判別して第２の位置補正値を計算する手段と、前
記位置演算値に第２の位置補正値を加算して位置演算値
を補正する手段と、を有するものである。
２または３の何れか１項に記載した制御装置であって永
久磁石同期電動機の制御装置において、前記位置演算値
を用いて少なくとも電動機のトルク電流成分を零でない
値に電流制御する手段と、前記電流制御を開始するとき
の電動機速度を初期速度として格納するメモリと、前記
電流制御を実行している間の電動機の速度検出値と前記
初期速度との偏差を積分して回転子の回転角度を検出す
る手段と、前記回転角度の大きさから電動機のトルクの
極性を判別して第２の位置補正値を計算する手段と、前
記位置演算値に第２の位置補正値を加算して位置演算値
を補正する手段と、を有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す制御ブロック図であり、請求項１に記載した発明の実
施形態に相当する。この実施形態は、永久磁石同期電動
機やリラクタンスモータのごとく電動機回転子に突極性
を有する同期電動機において、その運転開始前に同期電
動機に回転磁界を発生させるγ−δ軸電流制御部１００
と、このときのγ−δ軸上の電圧の脈動成分の位相情報
から回転子位置を演算する位置演算部２００との２つの
ブロックに大別される。
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す制御ブロック図であり、請求項１に記載した発明の実
施形態に相当する。この実施形態は、永久磁石同期電動
機やリラクタンスモータのごとく電動機回転子に突極性
を有する同期電動機において、その運転開始前に同期電
動機に回転磁界を発生させるγ−δ軸電流制御部１００
と、このときのγ−δ軸上の電圧の脈動成分の位相情報
から回転子位置を演算する位置演算部２００との２つの
ブロックに大別される。
【００１２】始めに、γ−δ軸電流制御部１００の機能
を説明する。γ−δ軸電流制御部１００は、角速度ωγ
で回転する回転座標（γ−δ軸回転座標）において電流
制御を行い、図示されていない同期電動機に回転磁界を
発生させる。このときの同期電動機の固定子軸とγ−δ
軸との関係を、図６に示す。ωγは、電動機の固定子に
対するγ−δ軸の角速度を指令する信号であり、図１に
示す積分手段１０５によりωγを積分してγ−δ軸の固
定子軸からの角度θγを求める。
を説明する。γ−δ軸電流制御部１００は、角速度ωγ
で回転する回転座標（γ−δ軸回転座標）において電流
制御を行い、図示されていない同期電動機に回転磁界を
発生させる。このときの同期電動機の固定子軸とγ−δ
軸との関係を、図６に示す。ωγは、電動機の固定子に
対するγ−δ軸の角速度を指令する信号であり、図１に
示す積分手段１０５によりωγを積分してγ−δ軸の固
定子軸からの角度θγを求める。
【００１３】第１の座標変換器１０１は、上記角度θγ
と、同期電動機の電流検出回路から出力される相電流検
出値ｉu，ｉwとに基づき座標変換を行ってγ軸電流ｉ
γ、δ軸電流ｉδを演算する。γ軸電流調節器１０３及
びδ軸電流調節器１０４は、γ軸電流指令ｉγ*とｉγ
との偏差、及びｉδ*とｉδとの偏差をそれぞれ増幅
し、γ軸電圧指令ｖγ*、δ軸電圧指令ｖδ*を出力す
る。
と、同期電動機の電流検出回路から出力される相電流検
出値ｉu，ｉwとに基づき座標変換を行ってγ軸電流ｉ
γ、δ軸電流ｉδを演算する。γ軸電流調節器１０３及
びδ軸電流調節器１０４は、γ軸電流指令ｉγ*とｉγ
との偏差、及びｉδ*とｉδとの偏差をそれぞれ増幅
し、γ軸電圧指令ｖγ*、δ軸電圧指令ｖδ*を出力す
る。
【００１４】第２の座標変換器１０２は、これらの電圧
指令ｖγ*，ｖδ*及び前記角度θγから座標変換を行っ
て３相電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *を演算する。これらの
電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *は、図示されていないＰＷＭ
変調器により電力変換装置（インバータ）の半導体スイ
ッチング素子に対する制御信号に変換される。この制御
信号により電力変換装置を運転して電動機の端子電圧を
制御することにより、γ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδを指
令値ｉγ*，ｉδ*に一致するように制御する。この結
果、同期電動機には所定速度ωγで回転する回転磁界が
発生する。
指令ｖγ*，ｖδ*及び前記角度θγから座標変換を行っ
て３相電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *を演算する。これらの
電圧指令ｖu *，ｖv *，ｖw *は、図示されていないＰＷＭ
変調器により電力変換装置（インバータ）の半導体スイ
ッチング素子に対する制御信号に変換される。この制御
信号により電力変換装置を運転して電動機の端子電圧を
制御することにより、γ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδを指
令値ｉγ*，ｉδ*に一致するように制御する。この結
果、同期電動機には所定速度ωγで回転する回転磁界が
発生する。
【００１５】次に、位置演算部２００による回転子位置
の演算原理を説明する。なお、位置演算部２００には、
上記γ−δ軸電流制御部１００から、γ軸電圧指令ｖγ
*、δ軸電圧指令ｖδ*及びγ−δ軸の角度θγが入力さ
れている。γ−δ軸電流制御部１００により速度ωγの
回転磁界を発生させているとき、回転子が静止している
定常状態の電圧方程式は、数式１、数式２となる。な
お、これらの数式におけるΔθγ，θγは、図６に示し
たごとく、数式３、数式４によって表される。
の演算原理を説明する。なお、位置演算部２００には、
上記γ−δ軸電流制御部１００から、γ軸電圧指令ｖγ
*、δ軸電圧指令ｖδ*及びγ−δ軸の角度θγが入力さ
れている。γ−δ軸電流制御部１００により速度ωγの
回転磁界を発生させているとき、回転子が静止している
定常状態の電圧方程式は、数式１、数式２となる。な
お、これらの数式におけるΔθγ，θγは、図６に示し
たごとく、数式３、数式４によって表される。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
【００１８】
【数３】
【００１９】
【数４】
【００２０】ここで、 Ｌd，Ｌq：図６のｄ−ｑ軸回転座標系におけるｄ軸，ｑ
軸インダクタンス ψm：無負荷鎖交磁束 Ｒa：抵抗 ｖγ，ｖδ：γ軸電圧，δ軸電圧 ｉγ，ｉδ：γ軸電流，δ軸電流 ωγ：γ−δ軸速度θγ：γ−δ軸位置 θ：回転子位置 である。
軸インダクタンス ψm：無負荷鎖交磁束 Ｒa：抵抗 ｖγ，ｖδ：γ軸電圧，δ軸電圧 ｉγ，ｉδ：γ軸電流，δ軸電流 ωγ：γ−δ軸速度θγ：γ−δ軸位置 θ：回転子位置 である。
【００２１】前記数式１，２から明らかなように、γ軸
電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδには、回転子位置θとγ−δ軸
位置θγとの偏差△θγの情報が脈動成分として含まれ
る。従って、ｖγまたはｖδの脈動成分の位相情報から
回転子位置を演算することができる。具体的には、位置
演算部２００にγ軸電圧指令ｖγ*（ｖγ）、δ軸電圧
指令ｖδ*（ｖδ）及びγ−δ軸の角度θγを取り込
み、数式３、数式４により△θγ及びθγを用いて回転
子位置θを求める（位置演算値をθest1とする）。
電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδには、回転子位置θとγ−δ軸
位置θγとの偏差△θγの情報が脈動成分として含まれ
る。従って、ｖγまたはｖδの脈動成分の位相情報から
回転子位置を演算することができる。具体的には、位置
演算部２００にγ軸電圧指令ｖγ*（ｖγ）、δ軸電圧
指令ｖδ*（ｖδ）及びγ−δ軸の角度θγを取り込
み、数式３、数式４により△θγ及びθγを用いて回転
子位置θを求める（位置演算値をθest1とする）。
【００２２】次に、本発明の第２実施形態を図２に従っ
て説明する。この実施形態は、請求項２に記載した発明
の実施形態に相当する。この実施形態は、第１実施形態
をより一層具体化したものであり、ｉγ（ｉγ *）＝Ｉ
γ（一定値），ｉδ（ｉδ*）＝０に制御したときのｖ
γから回転子位置を演算するようにしたものである。
て説明する。この実施形態は、請求項２に記載した発明
の実施形態に相当する。この実施形態は、第１実施形態
をより一層具体化したものであり、ｉγ（ｉγ *）＝Ｉ
γ（一定値），ｉδ（ｉδ*）＝０に制御したときのｖ
γから回転子位置を演算するようにしたものである。
【００２３】最初に、回転子位置の演算原理を説明す
る。数式１より、ｉγ＝Ｉγ，ｉδ＝０に制御したとき
のγ軸電圧方程式は、数式５となる。
る。数式１より、ｉγ＝Ｉγ，ｉδ＝０に制御したとき
のγ軸電圧方程式は、数式５となる。
【００２４】
【数５】
【００２５】数式５から、ｖγは△θγの２倍周波数で
脈動する。また、△θγは速度ωγで回転するため、ｖ
γはωγの２倍周波数で脈動する。数式５の第２項よ
り、ｖγの脈動成分の負から正に変化する零クロス点で
は△θγ＝０°または１８０°となることから、ｖγの
脈動成分の零クロス点のθγから、回転子位置θを検出
することができる。
脈動する。また、△θγは速度ωγで回転するため、ｖ
γはωγの２倍周波数で脈動する。数式５の第２項よ
り、ｖγの脈動成分の負から正に変化する零クロス点で
は△θγ＝０°または１８０°となることから、ｖγの
脈動成分の零クロス点のθγから、回転子位置θを検出
することができる。
【００２６】次に、図２のブロック図を参照して位置演
算方法を説明する。γ−δ軸電流制御部１００におい
て、γ軸、δ軸電流指令値をｉγ*＝Ｉγ（一定値），
ｉδ*＝０と設定する。位置演算部２００Ａでは、γ−
δ軸電流制御部１００から出力されたｖγ*の脈動成分
をバンドパスフィルタ２０１により抽出し、脈動成分の
零クロス点を零クロス検出器２０３により検出する。前
述した数式５は定常状態の式であるため、零クロス点の
検出は、スイッチ手段２０２を介して電流を２周期通流
した後の定常状態になった状態から開始する。
算方法を説明する。γ−δ軸電流制御部１００におい
て、γ軸、δ軸電流指令値をｉγ*＝Ｉγ（一定値），
ｉδ*＝０と設定する。位置演算部２００Ａでは、γ−
δ軸電流制御部１００から出力されたｖγ*の脈動成分
をバンドパスフィルタ２０１により抽出し、脈動成分の
零クロス点を零クロス検出器２０３により検出する。前
述した数式５は定常状態の式であるため、零クロス点の
検出は、スイッチ手段２０２を介して電流を２周期通流
した後の定常状態になった状態から開始する。
【００２７】スイッチ手段２０４により、脈動成分の零
クロス点でγ−δ軸電流制御部１００からのθγをサン
プリングし、メモリ２０５に格納する。θγのサンプリ
ングは高精度化のため複数回行ってメモリ２０５に格納
するようにし、サンプリング終了後、スイッチ手段２０
６を介し平均化演算器２０７に入力して平均化処理を行
い、位置補正値φ1を演算する。一方、図示されていな
いインクリメンタル式エンコーダ等のエンコーダ出力信
号は速度検出手段２０８によって速度検出値ωに変換さ
れ、サンプリング完了後にスイッチ手段２０９を介し積
分手段２１０に入力され、相対位置θincの演算が開始
される。そして、前記位置補正値φ1に相対位置θincを
加算手段２１１にて加算することにより位置演算値θ
est1を求め、このθest1を使って同期電動機の運転を開
始する。
クロス点でγ−δ軸電流制御部１００からのθγをサン
プリングし、メモリ２０５に格納する。θγのサンプリ
ングは高精度化のため複数回行ってメモリ２０５に格納
するようにし、サンプリング終了後、スイッチ手段２０
６を介し平均化演算器２０７に入力して平均化処理を行
い、位置補正値φ1を演算する。一方、図示されていな
いインクリメンタル式エンコーダ等のエンコーダ出力信
号は速度検出手段２０８によって速度検出値ωに変換さ
れ、サンプリング完了後にスイッチ手段２０９を介し積
分手段２１０に入力され、相対位置θincの演算が開始
される。そして、前記位置補正値φ1に相対位置θincを
加算手段２１１にて加算することにより位置演算値θ
est1を求め、このθest1を使って同期電動機の運転を開
始する。
【００２８】次いで、図３は本発明の第３実施形態の制
御ブロック図である。この実施形態は第２実施形態にお
ける位置演算部２００Ａを改良して２００Ｂとしたもの
であり、同期電動機の回転中にも正確な位置演算を行え
るようにしたものである。すなわち、位置演算部２００
Ｂでは、速度検出値ωから積分手段２１０により相対位
置θincを演算する。そして、θγとθincとの偏差を加
算手段２１２により求め、この偏差をｖγ*の脈動成分
の零クロス点でサンプリングしてメモリ２０５に格納す
る。サンプリング終了後、平均化演算器２０７により偏
差の平均化処理を行って位置補正値φ1を演算する。そ
して、前記同様に相対位置θincに位置補正値φ1を加算
して位置演算値θest1を求める。
御ブロック図である。この実施形態は第２実施形態にお
ける位置演算部２００Ａを改良して２００Ｂとしたもの
であり、同期電動機の回転中にも正確な位置演算を行え
るようにしたものである。すなわち、位置演算部２００
Ｂでは、速度検出値ωから積分手段２１０により相対位
置θincを演算する。そして、θγとθincとの偏差を加
算手段２１２により求め、この偏差をｖγ*の脈動成分
の零クロス点でサンプリングしてメモリ２０５に格納す
る。サンプリング終了後、平均化演算器２０７により偏
差の平均化処理を行って位置補正値φ1を演算する。そ
して、前記同様に相対位置θincに位置補正値φ1を加算
して位置演算値θest1を求める。
【００２９】図４は、本発明の第４実施形態の制御ブロ
ック図であり、請求項４に記載した発明の実施形態に相
当する。この実施形態は、図１に示した第１実施形態、
または図２に示した第２実施形態、または図３に示した
第３実施形態の機能と、ｑ軸電流制御部３００及び極性
判別部４００とから構成される。
ック図であり、請求項４に記載した発明の実施形態に相
当する。この実施形態は、図１に示した第１実施形態、
または図２に示した第２実施形態、または図３に示した
第３実施形態の機能と、ｑ軸電流制御部３００及び極性
判別部４００とから構成される。
【００３０】前述した数式１〜５から、第１〜第３実施
形態による位置演算においては偏差△θγが０°または
１８０°となり得るため、位置演算値θest1は原理的に
１８０°の誤差を持つことがある。このため、第１〜第
３実施形態を永久磁石同期電動機に適用した場合には、
運転開始時に回転子が逆転する問題が生じる。そこで、
第４実施形態は、永久磁石同期電動機の制御装置におい
て、第１〜第３実施形態により求めた位置演算値の誤差
を補正する機能を追加したものである。
形態による位置演算においては偏差△θγが０°または
１８０°となり得るため、位置演算値θest1は原理的に
１８０°の誤差を持つことがある。このため、第１〜第
３実施形態を永久磁石同期電動機に適用した場合には、
運転開始時に回転子が逆転する問題が生じる。そこで、
第４実施形態は、永久磁石同期電動機の制御装置におい
て、第１〜第３実施形態により求めた位置演算値の誤差
を補正する機能を追加したものである。
【００３１】まず、位置演算誤差の補正原理を説明す
る。第１〜第３実施形態により求めた位置演算値θest1
を使ってｄ軸電流ｉdを零、ｑ軸電流ｉqを正の一定値に
制御したとき、位置演算値が正確である場合は電動機に
正のトルクが発生し、１８０°の誤差を持つ場合は負の
トルクが発生する。従って、このときのトルクの極性
（方向）を検出すれば、位置演算値を補正できる。この
第４実施形態では、通常時の回転角からトルクの極性を
間接的に判別して０°または１８０°の位置補正値φ2
を生成し、これを用いて位置演算値θe st1を補正するこ
ととした。尚、ｄ軸電流は零でなくてもよいが、トルク
を発生させるためにｑ軸電流は零でないことが条件であ
る。
る。第１〜第３実施形態により求めた位置演算値θest1
を使ってｄ軸電流ｉdを零、ｑ軸電流ｉqを正の一定値に
制御したとき、位置演算値が正確である場合は電動機に
正のトルクが発生し、１８０°の誤差を持つ場合は負の
トルクが発生する。従って、このときのトルクの極性
（方向）を検出すれば、位置演算値を補正できる。この
第４実施形態では、通常時の回転角からトルクの極性を
間接的に判別して０°または１８０°の位置補正値φ2
を生成し、これを用いて位置演算値θe st1を補正するこ
ととした。尚、ｄ軸電流は零でなくてもよいが、トルク
を発生させるためにｑ軸電流は零でないことが条件であ
る。
【００３２】次に、この実施形態における位置演算値の
補正方法を説明する。図４に示したｑ軸電流制御部３０
０は、第１、第２の座標変換器３０１，３０２と、ｄ軸
電流調節器３０３と、ｑ軸電流調節器３０４とを備えて
おり、第１〜第３実施形態のうちの何れかによって求め
た位置演算値θest1を用いて、ｄ軸電流ｉdを零、ｑ軸
電流ｉqを正の一定値に制御する。なお、この制御部３
００の詳細な機能は、図１，２のγ−δ軸電流制御部１
００と同等であるため説明を省略する。
補正方法を説明する。図４に示したｑ軸電流制御部３０
０は、第１、第２の座標変換器３０１，３０２と、ｄ軸
電流調節器３０３と、ｑ軸電流調節器３０４とを備えて
おり、第１〜第３実施形態のうちの何れかによって求め
た位置演算値θest1を用いて、ｄ軸電流ｉdを零、ｑ軸
電流ｉqを正の一定値に制御する。なお、この制御部３
００の詳細な機能は、図１，２のγ−δ軸電流制御部１
００と同等であるため説明を省略する。
【００３３】極性判別部４００では、速度検出手段４０
１により通流中の速度ωを求め、スイッチ手段４０２を
介して積分手段４０３により通流開始から積分を行う。
こうして求めた通流中の回転角△θは極性判別器４０４
に入力され、数式６に従った位置補正値φ2が演算され
る。
１により通流中の速度ωを求め、スイッチ手段４０２を
介して積分手段４０３により通流開始から積分を行う。
こうして求めた通流中の回転角△θは極性判別器４０４
に入力され、数式６に従った位置補正値φ2が演算され
る。
【００３４】
【数６】・△θ＞△θlim になったら、φ2＝０° ・△θ＜△θlim になったら、φ2＝１８０°
【００３５】つまり、△θ＞△θlimの場合には位置演
算値θest1が正確であり、電動機に正のトルクが発生す
るので位置補正値φ2を０°（補正しない）とし、△θ
＜△θlimの場合には位置演算値θest1が誤差を持って
いて電動機に負のトルクが発生するため位置補正値φ2
を１８０°とする。こうして位置補正値φ2の演算が完
了した後、加算手段４０５によりもとの位置演算値θ
est1にφ2を加算して新たな回転子位置の演算値θest2
を求め、この演算値θest2を使って電動機の運転を開始
する。上記構成により、誤差のない正確な回転子位置を
演算できるため、永久磁石同期電動機を運転する場合に
もスムーズな加速特性を得ることができる。
算値θest1が正確であり、電動機に正のトルクが発生す
るので位置補正値φ2を０°（補正しない）とし、△θ
＜△θlimの場合には位置演算値θest1が誤差を持って
いて電動機に負のトルクが発生するため位置補正値φ2
を１８０°とする。こうして位置補正値φ2の演算が完
了した後、加算手段４０５によりもとの位置演算値θ
est1にφ2を加算して新たな回転子位置の演算値θest2
を求め、この演算値θest2を使って電動機の運転を開始
する。上記構成により、誤差のない正確な回転子位置を
演算できるため、永久磁石同期電動機を運転する場合に
もスムーズな加速特性を得ることができる。
【００３６】最後に、図５は本発明の第５実施形態の制
御ブロック図であり、請求項５に記載した発明の実施形
態に相当する。この第５実施形態は第４実施形態を改良
したものであり、電動機の回転中にも正確な位置演算を
行うようにしたものである。
御ブロック図であり、請求項５に記載した発明の実施形
態に相当する。この第５実施形態は第４実施形態を改良
したものであり、電動機の回転中にも正確な位置演算を
行うようにしたものである。
【００３７】すなわち、速度検出値ωは加算手段４０８
に入力されていると共に、通流開始時にオンするスイッ
チ手段４０６を介してメモり４０７に入力されており、
メモリ４０７には通流開始時の速度ω0が記憶される。
この速度ω0は加算手段４０８に図示の符号で入力さ
れ、平常回転時のωとの偏差がスイッチ手段４０２を介
して積分手段４０３に入力される。従って、通流中の回
転角△θは、通流中の速度ωと通流開始時の速度ω0と
の偏差を積分することにより演算される。極性判別器４
０４及びそれ以後の演算は、第４実施形態と同じであ
り、誤差の有無に応じた位置補正値φ2をもとの位置演
算値θest1に加算して新たな回転子位置の演算値θest2
が求められる。
に入力されていると共に、通流開始時にオンするスイッ
チ手段４０６を介してメモり４０７に入力されており、
メモリ４０７には通流開始時の速度ω0が記憶される。
この速度ω0は加算手段４０８に図示の符号で入力さ
れ、平常回転時のωとの偏差がスイッチ手段４０２を介
して積分手段４０３に入力される。従って、通流中の回
転角△θは、通流中の速度ωと通流開始時の速度ω0と
の偏差を積分することにより演算される。極性判別器４
０４及びそれ以後の演算は、第４実施形態と同じであ
り、誤差の有無に応じた位置補正値φ2をもとの位置演
算値θest1に加算して新たな回転子位置の演算値θest2
が求められる。
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、突極性を
有する回転子を備えた同期電動機の制御装置において、
位置検出器の原点位置がリセットされていない状態から
でも、運転不能な状態や逆転を生じることなく迅速かつ
スムーズな運転が可能になる。このため、位置検出器を
アブソリュートエンコーダやレゾルバ等からインクリメ
ンタル式エンコーダに置き換えることができ、その低価
格性によって駆動システムのコストを低減させることが
できる。
有する回転子を備えた同期電動機の制御装置において、
位置検出器の原点位置がリセットされていない状態から
でも、運転不能な状態や逆転を生じることなく迅速かつ
スムーズな運転が可能になる。このため、位置検出器を
アブソリュートエンコーダやレゾルバ等からインクリメ
ンタル式エンコーダに置き換えることができ、その低価
格性によって駆動システムのコストを低減させることが
できる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す制御ブロック図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第２実施形態を示す制御ブロック図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第３実施形態を示す制御ブロック図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第４実施形態を示す制御ブロック図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第５実施形態を示す制御ブロック図で
ある。
ある。
【図６】固定子軸とγ−δ軸との関係を示す図である。
１００ γ−δ軸電流制御部 １０１，１０２，３０１，３０２ 座標変換器 １０３ γ軸電流調節器 １０４ δ軸電流調節器 １０５，２１０，４０３ 積分手段 ２００，２００Ａ，２００Ｂ 位置演算部 ２０１ バンドパスフィルタ ２０２，２０４，２０６，２０９，４０２，４０６ ス
イッチ手段 ２０３ 零クロス検出器 ２０５，４０７ メモリ ２０７ 平均化演算器 ２０８，４０１ 速度検出手段 ２１１，２１２，４０５，４０８ 加算手段 ３００ ｑ軸電流制御部 ３０３ ｄ軸電流調節器 ３０４ ｑ軸電流調節器 ４００，４００Ａ 極性判別部 ４０４ 極性判別器
イッチ手段 ２０３ 零クロス検出器 ２０５，４０７ メモリ ２０７ 平均化演算器 ２０８，４０１ 速度検出手段 ２１１，２１２，４０５，４０８ 加算手段 ３００ ｑ軸電流制御部 ３０３ ｄ軸電流調節器 ３０４ ｑ軸電流調節器 ４００，４００Ａ 極性判別部 ４０４ 極性判別器
フロントページの続き (72)発明者 山嵜 高裕 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 林 寛明 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H560 BB04 BB15 BB18 DA09 DA15 DB07 DB20 DC12 RR10 TT07 TT08 TT11 TT15 TT20 XA02 XA12 XA13
Claims (5)
- 【請求項１】 突極性を有する回転子を備えた同期電動
機の制御装置において、 回転子と同期しない任意速度の回転磁界を電動機に発生
させる手段と、 前記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機
電圧を検出する手段と、 前記回転座標軸上の電動機電圧の脈動成分の位相情報か
ら回転子位置を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 【請求項２】 突極性を有する回転子を備えた同期電動
機の制御装置において、 回転子と同期しない任意速度の回転磁界を電動機に発生
させる手段と、 前記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機
電圧を検出する手段と、 前記回転座標軸上の電動機電圧の脈動成分の零クロス点
を検出する手段と、 前記零クロス点における回転座標軸位置を格納するメモ
リと、 前記メモリに格納したデータから位置補正値を演算する
手段と、 前記位置補正値の演算が完了した後に電動機の速度検出
値を積分して回転子の相対位置を演算する手段と、 前記相対位置と前記位置補正値とを加算して回転子位置
を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 【請求項３】 突極性を有する回転子を備えた同期電動
機の制御装置において、 回転子と同期しない任意速度の回転磁界を電動機に発生
させる手段と、 前記回転磁界と同期して回転する回転座標軸上の電動機
電圧を検出する手段と、 前記回転座標軸上の電動機電圧の脈動成分の零クロス点
を検出する手段と、 電動機の速度検出値を積分して回転子の相対位置を演算
する手段と、 前記零クロス点における回転座標軸位置と前記相対位置
との偏差を格納するメモリと、 前記メモリに格納したデータから位置補正値を演算する
手段と、 前記相対位置と前記位置補正値とを加算して回転子位置
を演算する手段と、 を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 【請求項４】 請求項１，２または３の何れか１項に記
載した制御装置であって永久磁石同期電動機の制御装置
において、 前記位置演算値を用いて少なくとも電動機のトルク電流
成分を零でない値に電流制御する手段と、 前記電流制御を実行している間の電動機の速度検出値を
積分して回転子の回転角度を検出する手段と、 前記回転角度の大きさから電動機のトルクの極性を判別
して第２の位置補正値を計算する手段と、 前記位置演算値に第２の位置補正値を加算して位置演算
値を補正する手段と、を有することを特徴とする同期電
動機の制御装置。 - 【請求項５】 請求項１，２または３の何れか１項に記
載した制御装置であって永久磁石同期電動機の制御装置
において、 前記位置演算値を用いて少なくとも電動機のトルク電流
成分を零でない値に電流制御する手段と、 前記電流制御を開始するときの電動機速度を初期速度と
して格納するメモリと、 前記電流制御を実行している間の電動機の速度検出値と
前記初期速度との偏差を積分して回転子の回転角度を検
出する手段と、 前記回転角度の大きさから電動機のトルクの極性を判別
して第２の位置補正値を計算する手段と、 前記位置演算値に第２の位置補正値を加算して位置演算
値を補正する手段と、 を有することを特徴とする同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021723A JP2000224889A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021723A JP2000224889A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 同期電動機の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000224889A true JP2000224889A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12063012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11021723A Withdrawn JP2000224889A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000224889A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003083087A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンプラント、及びその動作方法 |
| JP2008079387A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Nsk Ltd | モータ制御方法及び装置 |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP11021723A patent/JP2000224889A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003083087A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンプラント、及びその動作方法 |
| JP2008079387A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Nsk Ltd | モータ制御方法及び装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060404 |