WO2008065978A1 - Dispositif de commande de moteur à induction et son procédé de commande - Google Patents

Dispositif de commande de moteur à induction et son procédé de commande Download PDF

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estimated
angular velocity
axis
current
induction motor
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Masanobu Inazumi
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/16Estimation of constants, e.g. the rotor time constant

Definitions

  • the present invention relates to an induction motor control device using a PG sensorless drive system for improving the accuracy of speed control and torque control using an inverter circuit, and a control method therefor.
  • I ⁇ ⁇ -axis current
  • I ⁇ ⁇ -axis current
  • FIG. 4 is a block diagram of Conventional Technology 2.
  • the terminal voltage and current of the induction motor 118 are detected, and the energy stored in the excitation inductance is calculated by the excitation energy calculator 114.
  • the command value 116 is subtracted from the calculated value to obtain the error, and the error is calculated by the calculator 117 and added to the set value 107 of the reciprocal of the secondary time constant and added to the slip angular frequency calculator 108.
  • the loop including the computing unit 117 operates so that the excitation energy error becomes small, and the inverse value of the second-order time constant approaches the true value.
  • the estimated speed value can be obtained by replacing the excitation energy calculator 114 with a calculator for calculating the instantaneous reactive power actual value and the estimated value, respectively.
  • Patent Document 1 JP-A-7-75398 (Fig. 1)
  • the present invention has been made in view of such problems, and by adjusting fluctuations in the secondary resistance (R2) of the motor due to temperature fluctuations based on the calculation result of the magnetic flux estimation observer, the measurement of the actual voltage and the iron It is an object of the present invention to provide an induction motor control device and its control method that can perform slip frequency calculation and speed calculation satisfactorily without requiring loss information. Means for solving the problem
  • the present invention is configured as follows.
  • the invention according to claim 1 is: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ an inverter circuit that drives an induction motor based on a ⁇ -axis command voltage and a phase command; a current detector that detects a current of the induction motor and generates a current signal; and the current signal A coordinate converter that generates a ⁇ ⁇ -axis current from the phase command, and an estimated ⁇ ⁇ -axis magnetic flux, an estimated ⁇ ⁇ -axis current, and a magnetic flux that generates the phase command from the ⁇ ⁇ -axis command voltage and the ⁇ ⁇ -axis current.
  • An estimated observer a primary angular velocity estimator that estimates an estimated primary angular velocity from the estimated ⁇ -axis magnetic flux, a slip compensator that calculates a slip angular velocity from the ⁇ -axis current, the estimated primary angular velocity and the ⁇ -axis current
  • the induction motor control device comprising: a first angular velocity estimator that estimates a first estimated angular velocity from a second angular velocity estimator that estimates a second estimated angular velocity from the ⁇ axis current; Estimated rotational angular velocity and 2.
  • a resistance estimator that estimates a secondary resistance of the induction motor from an estimated angular velocity, and an observer adjuster that adjusts the magnetic flux estimation observer from the secondary resistance.
  • the invention described in claim 2 is the induction motor control device according to claim 1, further comprising a slip compensation adjuster that adjusts the slip compensator based on the secondary resistance.
  • the invention according to claim 3 is the slip compensation adjuster that adjusts the slip compensator based on the secondary resistance instead of the observer adjuster in the induction motor control device according to claim 1. It is characterized by comprising.
  • the invention according to claim 4 is an inverter circuit that drives an induction motor based on a ⁇ axis command voltage and a phase command, a current detector that detects a current of the induction motor and generates a current signal, and the current signal
  • a coordinate converter that generates a ⁇ ⁇ -axis current from the phase command, an estimated ⁇ ⁇ -axis magnetic flux, an estimated ⁇ ⁇ -axis current, and a magnetic flux that generates the phase command from the ⁇ ⁇ -axis command voltage and the ⁇ ⁇ -axis current
  • An estimated observer a primary angular velocity estimator that estimates an estimated primary angular velocity from the estimated ⁇ -axis magnetic flux, a slip compensator that calculates a slip angular velocity from the ⁇ -axis current, an estimated primary angular velocity and the ⁇ -axis current
  • a first angular velocity estimator that estimates an estimated angular velocity
  • a second angular velocity estimator that
  • Machine current Detecting and generating a current signal generating a ⁇ axis current from the current signal and the phase command; estimating from the ⁇ axis command voltage and the ⁇ axis current; estimating a ⁇ axis magnetic flux; generating a ⁇ ⁇ axis current and the phase command, estimating an estimated primary angular velocity from the estimated ⁇ ⁇ axis magnetic flux, calculating a slip angular velocity from the ⁇ ⁇ axis current, and the estimated primary angular velocity, A step of estimating a first estimated angular velocity from the ⁇ -axis current; a step of estimating a second estimated angular velocity from the ⁇ - ⁇ -axis current; and a step of estimating the induction motor from the first estimated rotational angular velocity and the second estimated angular velocity.
  • the method includes a step of estimating a secondary resistance and a step of adjusting the magnetic flux estimation observer from the secondary resistance.
  • the secondary resistance of the induction motor is adjusted so that the first estimated angular velocity matches the second estimated angular velocity, and the adjusted value is reflected in the magnetic flux estimation observer and the slip compensator. Therefore, it is possible to provide an induction motor control device and a control method thereof that can perform a slip frequency calculation and a speed calculation satisfactorily without requiring actual voltage measurement or iron loss information.
  • FIG. 1 is a block diagram of an induction motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an induction motor control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a control device for an electric motor according to prior art 1.
  • FIG. 5 is a relationship diagram of control coordinates ⁇ ⁇ axes of the present invention and actual rotor coordinates dq axes.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a control method of the induction motor control device of the present invention.
  • the rotational angular velocity of the induction motor is estimated by two methods from the estimated value of the magnetic flux estimation observer.
  • cor— hatl first estimated angular velocity
  • cos slip angular frequency
  • kpl proportional gain
  • ki2 integral gain
  • wr— hat2 kpl. ⁇ ⁇ — hat. (if-Iy _ hat)- ⁇ _ hat ⁇ (IS -IS_ hat) ⁇
  • ⁇ ⁇ —hat estimated ⁇ axis magnetic flux
  • ⁇ ⁇ —hat estimated ⁇ axis magnetic flux
  • Iy y-axis current
  • I ⁇ ⁇ -axis current
  • I 7 Estimated ⁇ -axis current
  • I ⁇ hat: Estimated ⁇ -axis current
  • kp2 proportional gain
  • ki2 integral gain
  • equation (2) and equation (3) agree with each other because they estimate the same angular velocity.
  • equations (2) and (3) will not match due to the effect of the secondary resistance error. Therefore, when the secondary resistance is adjusted and the equations (2) and (3) meet, the adjustment value is correct! /, And the secondary resistance is considered.
  • the accurate slip angular frequency and rotational angular velocity can be estimated.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the control coordinates ⁇ ⁇ axes of the present invention and the actual rotor coordinates dq axes.
  • the ideal state of motor control is that the angle ⁇ e between the ⁇ axis and the d axis is zero.
  • the method of the present invention does not require a means for measuring the rotational angular velocity such as a speed detector, and it is impossible to detect the magnetic flux position of the rotor, that is, the dq axis
  • the axis on the phase command ⁇ ref is set to ⁇
  • the Cartesian coordinate system ⁇ ⁇ axis is set with the ⁇ axis as the axis, and the axis advanced 90 degrees from the ⁇ axis, and control is performed on the ⁇ axis.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control device for an induction motor according to a first embodiment of the present invention.
  • ⁇ ref rotational angular velocity command
  • ⁇ ⁇ — ref excitation current command
  • IS- ref torque current command
  • 1 inverter circuit
  • 2 current detector
  • 3 current coordinate converter
  • 4 magnetic flux estimation Observer
  • 5 is the primary angular velocity estimator
  • 6 is the slip compensator
  • 7 is the first angular velocity estimator
  • 8 is the second angular velocity estimator
  • 9 is the resistance adjustment period
  • 10 is the observer adjuster
  • 12 is the subtractor
  • 14 is a current controller
  • 15 is an induction motor.
  • the rotational angular velocity command ⁇ ref and the first estimated rotational angular velocity ⁇ r_ha tl are input to the subtractor 12, and the output of the subtractor 12 is input to the speed estimator 13.
  • the speed estimator 13 performs proportional-integral control on the output result of the subtractor 12 and outputs a torque current command I ⁇ -ref.
  • the current controller proportionally integrates and controls the difference between the torque current command I ⁇ —ref and the ⁇ -axis current (I ⁇ ) to calculate the negative-axis voltage command (V ⁇ -ref) and the excitation current command I ⁇ -ref and ⁇ -axis Proportional integral control of the difference of current I 7 is performed to calculate ⁇ -axis voltage command (V ⁇ —ref).
  • the current coordinate converter 3 inputs the current (Iu, Iw) of the inverter circuit 1 and the phase command ⁇ ref and outputs the ⁇ -axis current ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ .
  • the magnetic flux estimation observer 4 performs the following calculation. [0015]
  • Rl Motor primary resistance
  • R2_hat Motor secondary resistance
  • L1 Motor primary inductance
  • L2 Motor secondary inductance
  • I y Estimated saddle axis current
  • I ⁇ Estimated delta axis current
  • Vyref ⁇ -axis voltage command
  • V6ref Axis voltage command
  • ⁇ 1 estimated primary rotational angular velocity
  • cor— hat2 second estimated rotational angular velocity
  • cos slip angular velocity
  • the inverter circuit 1 applies a voltage to the induction motor 15 based on the ⁇ -axis voltage command V y ref, the ⁇ -axis voltage command V ⁇ ref, and the phase command ⁇ ref.
  • the primary angular velocity estimator performs the calculation of equation (7).
  • ⁇ y—hat Estimated ⁇ -axis magnetic flux
  • ⁇ ⁇ -hat Estimated ⁇ -axis magnetic flux
  • kp 1 proportional gain
  • ki2 integral gain
  • the slip compensator 6 performs the calculation of equation (8).
  • the first speed estimator 7 performs the calculation of equation (9).
  • cor— hatl first estimated rotational angular velocity
  • cos slip angular frequency
  • the second speed estimator 8 performs the calculation of equation (10).
  • ⁇ r_hat2 Second estimated rotational angular velocity ⁇ ⁇ —hat: Estimated ⁇ -axis magnetic flux, ⁇ ⁇ —hat: Estimated ⁇ -axis magnetic flux,
  • I ⁇ ⁇ -axis current
  • I ⁇ ⁇ -axis current
  • kp2 proportional gain
  • ki2 integral gain
  • the first estimated rotation angular velocity co r-hat and the second estimated rotation angular velocity co r -hat2 are subtracted to perform proportional-integral control! /, And the secondary resistance is calculated.
  • the observer adjuster 10 calculates each element of the observer matrix of Equation 3 from the secondary resistance R2—hat, and reflects the result in the magnetic flux estimation observer, so that even if there is a change in the secondary resistance due to temperature fluctuation, it is accurate. Can be estimated.
  • FIG. 2 is a block diagram of a motor control device according to the second embodiment of the present invention.
  • co ref is the rotational angular velocity command
  • ⁇ ⁇ —ref is the excitation current command
  • I ⁇ —ref is the torrent current command
  • 1 is the inverter circuit
  • 2 is the current detector
  • 3 is the current coordinate converter
  • 4 Magnetic flux estimation observer
  • 5 is primary angular velocity estimator
  • 6 is slip compensator
  • 7 is first angular velocity estimator
  • 8 is second angular velocity estimator
  • 9 resistance adjustment period
  • 11 is slip compensation adjuster
  • 12 is subtractor
  • 13 is a speed controller
  • 14 is a current controller
  • 15 is an induction motor.
  • the rotational angular velocity command ⁇ ref and the first estimated rotational angular velocity co r — ha tl are input to the subtractor 12, and the output of the subtractor 12 is input to the speed estimator 13.
  • the speed estimator 13 performs proportional-integral control on the output result of the subtractor 12 and outputs a torque current command I ⁇ -ref.
  • the current controller proportionally integrates and controls the difference between the torque current command I ⁇ —ref and the ⁇ -axis current (I ⁇ ) to calculate the negative-axis voltage command (V ⁇ -ref) and the excitation current command I ⁇ -ref and ⁇ -axis Proportional integral control of the difference of current I 7 is performed to calculate ⁇ -axis voltage command (V ⁇ —ref).
  • the current coordinate converter 3 inputs the current (Iu, Iw) of the inverter circuit 1 and the phase command ⁇ ref and outputs the ⁇ -axis current ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ .
  • the magnetic flux estimation observer 4 performs the calculation of Equation 3.
  • the inverter circuit 1 applies a voltage to the induction motor 15 based on the ⁇ -axis voltage command V y ref, the ⁇ -axis voltage command V ⁇ ref, and the phase command ⁇ ref.
  • the primary angular velocity estimator performs the calculation of Equation 6.
  • the slip compensator 6 performs the calculation of Equation 7.
  • the first speed estimator 7 performs the calculation of Equation 8.
  • the second speed estimator 8 performs the calculation of Equation 9.
  • the first estimated rotational angular velocity ⁇ r-hat and the second estimated rotational angular velocity ⁇ r- hat2 are subtracted to perform proportional-integral control! / Secondary resistance is calculated.
  • the slip compensation adjuster 10 calculates the coefficient of the slip compensator of Equation 7 from the secondary resistance R2—hat and reflects the result to the slip compensator to reduce the secondary resistance due to temperature fluctuation. An accurate slip angular velocity can be estimated even if there is a fluctuation.
  • FIG. 3 is a block diagram of a motor control device according to the third embodiment of the present invention.
  • co ref is the rotational angular velocity command
  • ⁇ ⁇ —ref is the excitation current command
  • I ⁇ —ref is the torrent current command
  • 1 is the inverter circuit
  • 2 is the current detector
  • 3 is the current coordinate converter
  • 4 is Magnetic flux estimation observer
  • 5 is the primary angular velocity estimator
  • 6 is the slip compensator
  • 7 is the first angular velocity estimator
  • 8 is the second angular velocity estimator
  • 9 is the resistance adjustment period
  • 10 is the observer adjuster
  • 11 is the slip compensation
  • a regulator 12 is a subtractor
  • 13 is a speed controller
  • 14 is a current controller
  • 15 is an induction motor.
  • the rotational angular velocity command ⁇ ref and the first estimated rotational angular velocity co r — ha tl are input to the subtractor 12, and the output of the subtractor 12 is input to the speed estimator 13.
  • the speed estimator 13 performs proportional-integral control on the output result of the subtractor 12 and outputs a torque current command I ⁇ -ref.
  • the current controller proportionally integrates and controls the difference between the torque current command I ⁇ —ref and the ⁇ -axis current (I ⁇ ) to calculate the negative-axis voltage command (V ⁇ -ref) and the excitation current command I ⁇ -ref and ⁇ -axis.
  • Proportional integral control of the difference of current I 7 is performed to calculate ⁇ -axis voltage command (V ⁇ —ref).
  • the current coordinate converter 3 inputs the current (Iu, Iw) of the inverter circuit 1 and the phase command ⁇ ref and outputs the ⁇ -axis current ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ .
  • the magnetic flux estimation observer 4 performs the calculation of Equation 3.
  • the inverter circuit 1 applies a voltage to the induction motor 15 based on the ⁇ -axis voltage command V y ref, the ⁇ -axis voltage command V ⁇ ref, and the phase command ⁇ ref.
  • the primary angular velocity estimator performs the calculation of Equation 6.
  • the slip compensator 6 performs the calculation of Equation 7.
  • the first speed estimator 7 performs the calculation of Equation 8.
  • the second speed estimator 8 performs the calculation of Equation 9.
  • the slip compensation adjuster 10 is a slip compensator of the number 7 from the secondary resistance R2—hat. The coefficient is calculated and the result is reflected in the slip compensator, and the observer adjuster 10 calculates each element of the observer matrix of number 3 from the second-order resistance R2—hat and reflects the result in the flux estimation observer. By doing so, it is possible to accurately estimate the sliding angular velocity and the rotational angular velocity even if the secondary resistance varies due to temperature fluctuations.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a control method of the induction motor control apparatus of the present invention.
  • step ST1 the current of the induction motor is detected and a current signal is generated.
  • step ST2 a ⁇ ⁇ -axis current is generated from the current signal and the phase command, and in step ST3, the ⁇ ⁇ -axis command voltage and the ⁇ ⁇ -axis current are generated.
  • Estimated ⁇ ⁇ axis magnetic flux, estimated ⁇ ⁇ axis current and phase command are generated, estimated primary angular velocity is estimated from estimated ⁇ ⁇ axis magnetic flux in step ST4, slip angular velocity is calculated from ⁇ ⁇ axis current in step ST5, step The first estimated angular velocity is estimated from the estimated primary angular velocity and ⁇ -axis current in ST6, the second estimated angular velocity is estimated from the ⁇ -axis current in step ST7, and is derived from the first estimated rotational angular velocity and the second estimated angular velocity in step ST8. Estimate the secondary resistance of the motor, and adjust the magnetic flux estimation observer from the secondary resistance in step ST9.
  • the present invention can be applied not only to general industrial machines that can improve the speed control and torque control accuracy of a PG sensorless induction motor, but also to applications under adverse environmental conditions unique to sensorless.

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Description

明 細 書
誘導電動機制御装置とその制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、インバータ回路を用いて速度制御及びトルク制御の精度を向上ための PGセンサレス駆動方式による誘導電動機制御装置とその制御方法に関する。
背景技術
[0002] 従来の誘導電動機のすべり角周波数の演算は、電動機 2次時定数の逆数より式(1 )で演算するのが一般的である。 (以下、従来技術 1という)
[0003]
R2 - IS 、
c s = ― (1 )
n · Ιγ
ここで、
co s :すべり角周波数、 R2 :電動機 2次抵抗、 Lm :電動機相互インダクタンス
I δ: δ軸電流、 I γ: γ軸電流
である。
[0004] また、無効電力から演算した励磁分エネルギーより電動機 2次時定数を調整しすべ り角周波数の演算精度を向上しているものもある(特許文献 1参照)(以下、従来技術 2という)。図 4は従来技術 2の構成図である。誘導電動機 118の端子電圧と電流を検 出し、励磁分エネルギー演算器 114により励磁分インダクダンスに蓄えられるェネル ギーを算出する。算出された値より指令値 116を差し引いて誤差を求め、誤差を ΡΙ 演算器 117で演算し 2次時定数の逆数の設定値 107と加算しすべり角周波数演算 器 108に加える。これにより、励磁エネルギー誤差が小さくなるように ΡΙ演算器 117を 含むループが動作し 2次時定数の逆数値は真値に近づいていく。また、励磁分エネ ルギー演算器 114を瞬時無効電力実際値と推定値をそれぞれ演算する演算器に置 き換えることにより、速度推定値を求めることができる。
特許文献 1 :特開平 7— 75398号公報(図 1)
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0005] しかしながら従来技術 1では温度変動により電動機 2次抵抗 (R2)が変動した場合、 すべり周波数演算に誤差が生じ、速度精度が悪化するという問題があった。また、従 来技術 2では電動機 2次時定数を調整する機能があるが、調整のために実電圧と実 電流を測定する必要があり、センサが多数必要となる。また、励磁分エネルギーを演 算するために正確な鉄損が必要である力 正確な鉄損を測るのは非常に困難である という問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁束推定オブザーバによ る演算結果により温度変動による電動機 2次抵抗 (R2)の変動を調整することにより、 実電圧の測定や鉄損情報を必要とせず、良好にすべり周波数演算や速度演算をす ることができる誘導電動機制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0006] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項 1記載の発明は、 Ί δ軸指令電圧と位相指令に基づいて誘導電動機を駆動 するインバータ回路と、前記誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成する電流検 出器と、前記電流信号と前記位相指令から γ δ軸電流を生成する座標変換器と、前 記 γ δ軸指令電圧と前記 γ δ軸電流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と前記 位相指令を生成する磁束推定オブザーバと、前記推定 γ δ軸磁束から推定一次角 速度を推定する一次角速度推定器と、前記 γ δ軸電流からすべり角速度を演算す るすべり補償器と、前記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速度を推定 する第 1角速度推定器と、前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定する第 2角速 度推定器と、を備えた誘導電動機の制御装置において、前記第 1推定回転角速度と 前記第 2推定角速度から前記誘導電動機の 2次抵抗を推定する抵抗推定器と、前記 2次抵抗より前記磁束推定オブザーバを調整するオブザーバ調整器を備えたことを 特徴とするものである。
請求項 2記載の発明は、請求項 1記載の誘導電動機制御装置において、前記 2次 抵抗に基づいて前記すベり補償器を調整するすべり補償調整器を備えたことを特徴 とするあのである。 請求項 3記載の発明は、請求項 1記載の誘導電動機制御装置において、前記ォブ ザーバ調整器の代わりに前記 2次抵抗に基づいて前記すベり補償器を調整するす ベり補償調整器を備えたことを特徴とするものである。
請求項 4記載の発明は、 γ δ軸指令電圧と位相指令に基づいて誘導電動機を駆 動するインバータ回路と、前記誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成する電流 検出器と、前記電流信号と前記位相指令から γ δ軸電流を生成する座標変換器と、 前記 γ δ軸指令電圧と前記 γ δ軸電流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と前 記位相指令を生成する磁束推定オブザーバと、前記推定 γ δ軸磁束から推定一次 角速度を推定する一次角速度推定器と、前記 γ δ軸電流からすべり角速度を演算 するすべり補償器と、前記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速度を推 定する第 1角速度推定器と、前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定する第 2角 速度推定器と、を備えた誘導電動機制御装置の制御方法において、前記誘導電動 機の電流を検出し電流信号を生成するステップと、前記電流信号と前記位相指令か ら γ δ軸電流を生成するステップと、前記 γ δ軸指令電圧と前記 γ δ軸電流から推 定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と前記位相指令を生成するステップと、前記推定 γ δ軸磁束から推定一次角速度を推定するステップと、前記 γ δ軸電流からすべり角 速度を演算するステップと、前記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速 度を推定するステップと、前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定するステップと 、前記第 1推定回転角速度と前記第 2推定角速度から前記誘導電動機の 2次抵抗を 推定するステップと、前記 2次抵抗より前記磁束推定オブザーバを調整するステップ と、を備えたことを特徴とするものである。
発明の効果
以上述べたように、本発明によれば、第 1推定角速度と第 2推定角速度が一致する ように誘導電動機 2次抵抗を調整し、その調整値を磁束推定オブザーバやすべり補 償器に反映することにより、実電圧の測定や鉄損情報を必要とせず、良好にすべり 周波数演算や速度演算をすることができる誘導電動機制御装置とその制御方法を 提供すること力でさる。
図面の簡単な説明 [0008] [図 1]本発明の第 1の実施例の誘導電動機の制御装置のブロック線図 [図 2]本発明の第 2の実施例の誘導電動機の制御装置のブロック線図 [図 3]本発明の第 3の実施例の誘導電動機の制御装置のブロック線図 [図 4]従来技術 1に係る電動機の制御装置のブロック線図
[図 5]本発明の制御座標 γ δ軸と実際の回転子座標 dq軸との関係図 [図 6]本発明の誘導電動機制御装置の制御方法を示すフローチャート 符号の説明
[0009] 1 インバータ回路
2 電流検出器
3 電流座標変換器
4 磁束推定オブザーバ
5 一次角速度推定器
6 すべり補償器
7 第 1角速度推定器
8 第 2角速度推定器
9 抵抗推定器
10 オブザーバ調整器
11 すべり補償調整器
12 減算器
13 速度制御器
14 電流制御器
15 誘導電動機
101 速度指令
102 演算器
103 速度制御器
104 励磁電流指令
105 ベクトル合成/回転座標変換器
106 インバータ 107 2次時定数の逆数設定値 108 周波数演算器
109 加算器
110 積分器
112 3相 /2相変換器
113 電流検出器
114 励磁分エネルギー演算器 115 演算器
116 励磁分エネルギー指令 117 PI演算器
118 誘導電動機
119 回転速度検出器
120 トルク分電流指令値
121 励磁分電流位相
122 励磁分電流角速度指令 171 加算器
coref 速度指令
I 7 _ref 励磁電流指令 I δ _ref トルク電流指令 Vyref γ軸指令電圧 V δ ref δ軸指令電圧 Θ ref 位相指令
I 7 y軸電流
I δ 8軸電流
Φ γ一 hat 推定 Ί軸磁束 Φ 8一 hat 推定 δ軸磁束 I 7 _hat 推定 γ軸電流 ΐδ_—hat 推定 δ軸電流
ω 1 _hat 推定一次角速度
ω s すべり角速度
cor— —hatl 第 1推定回転角速度
cor— _hat2 第 2推定回転角速度
R2_ —hat 2次抵抗
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、本発明の原理について説明する。磁束推定オブザーバの推定値より二つの 方式で誘導電動機の回転角速度を推定する。
一つの方式は式(2)を使用する。
[0011]
Figure imgf000008_0001
:で
cor— hatl:第 1推定角速度、 cos:すべり角周波数、
Φ γ—hat:推定 Ί軸磁束、 Φ δ—hat:推定 δ軸磁束
kpl:比例ゲイン、 ki2:積分ゲイン
である。もう一つの方式は式(3)を使用する。
[0012]
wr— hat2 = kpl . {φ δ― hat . (if - Iy _ hat) - χ_ hat · (IS -IS_ hat)}
十 2 ' J" {Φ — hat -(Ιγ - Ιγ _hat) -Φγ _hat -(ΐδ -IS _ hat)}dt ここで、
cor— hat2:第 2推定角速度
Φ γ—hat:推定 Ί軸磁束、 Φ δ—hat:推定 δ軸磁束、
Iy: y軸電流、 I δ: δ軸電流
I 7—hat:推定 γ軸電流、 I δ—hat:推定 δ軸電流
kp2:比例ゲイン、 ki2:積分ゲイン
である。本来であれば、式(2)と式(3)は同じ角速度を推定しているので一致する , かし、温度変動により誘導電動機 2次抵抗 (R2)が変動した場合、式 (2)と式 (3)は 2 次抵抗誤差の影響で不一致となる。そこで、 2次抵抗を調整して式 (2)と式 (3)がー 致した時の調整値が正し!/、2次抵抗と考えられる。
求めた 2次抵抗を磁束推定オブザーバやすべり補償器に反映することにより正確な すべり角周波数や回転角速度を推定できる。
[0013] 以下、本発明の第 1の実施の形態について図 1に基づいて説明する。図 5は本発 明の制御座標 γ δ軸と実際の回転子座標 d— q軸との関係を示す図である。電動機 制御の理想状態は γ軸と d軸とのなす角度 Θ eは零となる。誘導電動機における回転 子の磁束方向を d軸とし、更に d軸から 90度進んだ軸を q軸とした直交座標を d— q軸 とする。また、本発明方式では速度検出器といった回転角速度を測定する手段を要 しておらず、回転子の磁束位置、つまり d— q軸の検出は不可能なので、位相指令 Θ ref上の軸を γ軸とし、更に γ軸から 90度進んだ軸を δ軸とした直交座標系 γ δ軸 を設定し、制御は Ί δ軸上で行なう。
実施例 1
[0014] 図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る誘導電動機の制御装置のブロック図で ある。図 1において、 ω refは回転角速度指令、 Ι γ— refは励磁電流指令、 I S— ref はトルク電流指令、 1はインバータ回路、 2は電流検出器、 3は電流座標変換器、 4は 磁束推定オブザーバ、 5は一次角速度推定器、 6はすべり補償器、 7は第 1角速度推 定器、 8は第 2角速度推定器、 9は抵抗調整期、 10はオブザーバ調整器、 12は減算 器、 13は速度制御器、 14は電流制御器、 15は誘導電動機である。
次に図 1の構成を説明する。回転角速度指令 ω refと第 1推定回転角速度 ω r_ha tlは減算器 12に入力され、減算器 12の出力は速度推定器 13に入力される。また速 度推定器 13は減算器 12の出力結果を比例積分制御しトルク電流指令 I δ—refを出 力する。また電流制御器はトルク電流指令 I δ—refと δ軸電流 (I δ )の差分を比例 積分制御し Ί軸電圧指令 (V γ—ref)を演算し励磁電流指令 I γ—refと γ軸電流 I 7の差分を比例積分制御し δ軸電圧指令 (V δ—ref)を演算する。電流座標変換 器 3はインバータ回路 1の電流 (Iu、 Iw)と位相指令 Θ refとを入力し γ軸電流 Ι γと δ 軸電流 I δを出力する。また磁束推定オブザーバ 4は下式の演算を行う。 [0015]
Ιγ—hat
IS hat
γ hat
δ hat
R\ _R2 hat . (1一び Lm · R2 hat ■ Lm
ω\ hat
σ - LI σ■ L2 a-L\-L22 σ-Ll-Ll
_R\ _ R2 hat-{\-a) cos · lm Lm · R2 hat 1γ一 hat
- οΛ hat
σ-Ll σ■ L2 a-L\-L2 a-LX-L ίδ iat
Lm - R2 hat R2 hat
0 Φγ _hat cor hatl
12 L2 Φ ' hat
Lm · R2 hat R2 hat
0 - ωι· hatl
1.2 L2
Vyref g\ 1
VSref Ιγ - Iv hat
(4) σ-ΙΛ 0 g31 g32 Ιδ - IS hat
0 41 g42.
[0016]
Figure imgf000010_0001
[0017]
Figure imgf000010_0002
:で
Rl:電動機 1次抵抗、 R2_hat:電動機 2次抵抗、
L1:電動機 1次インダクタンス、 L2:電動機 2次インダクタンス、
Lm:電動機相互インダクタンス
Ιγ: γ軸電流、 Ιδ: δ軸電流、
I y—hat:推定 Ί軸電流、 I δ—hat:推定 δ軸電流
Vyref: γ軸電圧指令、 V6ref: 軸電圧指令
Φ γ— hat:推定 γ軸磁束、
Φ S— hat:推定 δ軸磁束
ω 1— hat:推定一次回転角速度、 cor— hat2:第 2推定回転角速度、 cos:すべり角速度
gl;!〜 g42:ォブザー である。インバータ回路 1は γ軸電圧指令 Vy refと δ軸電圧指令 V δ refと位相指令 Θ refとに基づいて誘導電動機 15へ電圧を印加する。また、一次角速度推定器は式 (7)の演算を行う。
[0018]
Figure imgf000011_0001
:で
cor— hat 1:第 1推定回転角速度
Φ y—hat:推定 γ軸磁束、 Φ δ—hat:推定 δ軸磁束
kp 1:比例ゲイン、 ki2:積分ゲイン
である。またすベり補償器 6は式(8)の演算を行う。
[0019]
Figure imgf000011_0002
:で
cos:すべり角周波数、 R2— hat:電動機 2次抵抗、 Lm:電動機相互 ス、 Ιδ: δ軸電流、 Ιγ: γ軸電流
である。また第 1速度推定器 7は式(9)の演算を行う。
[0020]
Figure imgf000011_0003
ここで
cor— hatl:第 1推定回転角速度、 cos:すべり角周波数
である。また第 2速度推定器 8は式(10)の演算を行う。
[0021]
or hatl = kp2 · S hat. - (ir - Ιγ - _}ιαί-(ΐδ~Ιδ _
+
Figure imgf000011_0004
ここで、
ω r_hat2:第 2推定回転角速度 Φ γ—hat:推定 γ軸磁束、 Φ δ—hat:推定 δ軸磁束、
I γ: γ軸電流、 I δ: δ軸電流、
I y—hat:推定 γ軸電流、 I δ—hat:推定 δ軸電流
kp2:比例ゲイン、 ki2:積分ゲイン
である。また抵抗調整期は第 1推定回転角速度 co r— hatと第 2推定回転角速度 co r —hat2を減算し比例積分制御を行!/、2次抵抗を演算する。またオブザーバ調整器 1 0は 2次抵抗 R2— hatより数 3のオブザーバ行列の各要素を計算しその結果を磁束 推定オブザーバに反映させることにより温度変動による 2次抵抗の変動があっても正 確な回転角速度を推定することができる。
実施例 2
以下、本発明の第 2の実施の形態について図 2に基づいて説明する。
図 2は本発明の第 2の実施の形態に係る電動機の制御装置のブロック線図である。 図 2において、 co refは回転角速度指令、 Ι γ— refは励磁電流指令、 I δ— refはトノレ ク電流指令、 1はインバータ回路、 2は電流検出器、 3は電流座標変換器、 4は磁束 推定オブザーバ、 5は一次角速度推定器、 6はすべり補償器、 7は第 1角速度推定器 、 8は第 2角速度推定器、 9は抵抗調整期、 11はすべり補償調整器、 12は減算器、 1 3は速度制御器、 14は電流制御器、 15は誘導電動機である。
次に図 2の構成を説明する。回転角速度指令 ω refと第 1推定回転角速度 co r— ha tlは減算器 12に入力され、減算器 12の出力は速度推定器 13に入力される。また速 度推定器 13は減算器 12の出力結果を比例積分制御しトルク電流指令 I δ—refを出 力する。また電流制御器はトルク電流指令 I δ—refと δ軸電流 (I δ )の差分を比例 積分制御し Ί軸電圧指令 (V γ—ref)を演算し励磁電流指令 I γ—refと γ軸電流 I 7の差分を比例積分制御し δ軸電圧指令 (V δ—ref)を演算する。電流座標変換 器 3はインバータ回路 1の電流 (Iu、 Iw)と位相指令 Θ refとを入力し γ軸電流 Ι γと δ 軸電流 I δを出力する。また磁束推定オブザーバ 4は数 3の演算を行う。またインバー タ回路 1は γ軸電圧指令 V y refと δ軸電圧指令 V δ refと位相指令 Θ refとに基づい て誘導電動機 15へ電圧を印加する。また、一次角速度推定器は数 6の演算を行う。 またすベり補償器 6は数 7の演算を行う。また第 1速度推定器 7は数 8の演算を行う。 また第 2速度推定器 8は数 9の演算を行う。また抵抗調整期は第 1推定回転角速度 ω r— hatと第 2推定回転角速度 ω r— hat2を減算し比例積分制御を行!/、2次抵抗を 演算する。またすベり補償調整器 10は 2次抵抗 R2— hatより数 7のすベり補償器の 係数を計算しその結果をすベり補償器に反映させることにより温度変動による 2次抵 抗の変動があっても正確なすべり角速度を推定することができる。
実施例 3
以下、本発明の第 3の実施の形態について図 3に基づいて説明する。
図 3は本発明の第 3の実施の形態に係る電動機の制御装置のブロック線図である。 図 3において、 co refは回転角速度指令、 Ι γ— refは励磁電流指令、 I δ— refはトノレ ク電流指令、 1はインバータ回路、 2は電流検出器、 3は電流座標変換器、 4は磁束 推定オブザーバ、 5は一次角速度推定器、 6はすべり補償器、 7は第 1角速度推定器 、 8は第 2角速度推定器、 9は抵抗調整期、 10はオブザーバ調整器、 11はすべり補 償調整器、 12は減算器、 13は速度制御器、 14は電流制御器、 15は誘導電動機で ある。
次に図 2の構成を説明する。回転角速度指令 ω refと第 1推定回転角速度 co r— ha tlは減算器 12に入力され、減算器 12の出力は速度推定器 13に入力される。また速 度推定器 13は減算器 12の出力結果を比例積分制御しトルク電流指令 I δ—refを出 力する。また電流制御器はトルク電流指令 I δ—refと δ軸電流 (I δ )の差分を比例 積分制御し Ί軸電圧指令 (V γ—ref)を演算し励磁電流指令 I γ—refと γ軸電流 I 7の差分を比例積分制御し δ軸電圧指令 (V δ—ref)を演算する。電流座標変換 器 3はインバータ回路 1の電流 (Iu、 Iw)と位相指令 Θ refとを入力し γ軸電流 Ι γと δ 軸電流 I δを出力する。また磁束推定オブザーバ 4は数 3の演算を行う。またインバー タ回路 1は γ軸電圧指令 V y refと δ軸電圧指令 V δ refと位相指令 Θ refとに基づい て誘導電動機 15へ電圧を印加する。また、一次角速度推定器は数 6の演算を行う。 またすベり補償器 6は数 7の演算を行う。また第 1速度推定器 7は数 8の演算を行う。 また第 2速度推定器 8は数 9の演算を行う。また抵抗調整期は第 1推定回転角速度 ω r— hatと第 2推定回転角速度 ω r— hat2を減算し比例積分制御を行!/、2次抵抗を 演算する。またすベり補償調整器 10は 2次抵抗 R2— hatより数 7のすベり補償器の 係数を計算しその結果をすベり補償器に反映させ、オブザーバ調整器 10は 2次抵 抗 R2— hatより数 3のオブザーバ行列の各要素を計算しその結果を磁束推定ォブザ ーバに反映させるることにより温度変動による 2次抵抗の変動があっても正確なすべ り角速度と回転角速度を推定することができる。
[0024] 図 6は本発明の誘導電動機制御装置の制御方法を示すフローチャートである。ス テツプ ST1で誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成し、ステップ ST2で電流信 号と位相指令から γ δ軸電流を生成し、ステップ ST3で γ δ軸指令電圧と γ δ軸電 流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と位相指令を生成し、ステップ ST4で推定 γ δ軸磁束から推定一次角速度を推定し、ステップ ST5で γ δ軸電流からすべり角 速度を演算し、ステップ ST6で推定一次角速度と δ軸電流から第 1推定角速度を推 定し、ステップ ST7で γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定し、ステップ ST8で第 1 推定回転角速度と第 2推定角速度から誘導電動機の 2次抵抗を推定し、ステップ ST 9で 2次抵抗より磁束推定オブザーバを調整する。
産業上の利用可能性
[0025] 本発明によると、 PGセンサレス誘導電動機の速度制御及びトルク制御の精度を向 上できるの一般産業機械をはじめ、センサレス特有の悪環境条件下の用途にも適用 できる。

Claims

請求の範囲
[1] 7 δ軸指令電圧と位相指令に基づいて誘導電動機を駆動するインバータ回路と、 前記誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、前記電流信号 と前記位相指令から γ δ軸電流を生成する座標変換器と、前記 γ δ軸指令電圧と 前記 γ δ軸電流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と前記位相指令を生成する 磁束推定オブザーバと、前記推定 γ δ軸磁束から推定一次角速度を推定する一次 角速度推定器と、前記 γ δ軸電流からすべり角速度を演算するすべり補償器と、前 記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速度を推定する第 1角速度推定 器と、前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定する第 2角速度推定器と、を備え た誘導電動機制御装置にお!/、て、
前記第 1推定回転角速度と前記第 2推定角速度から前記誘導電動機の 2次抵抗を 推定する抵抗推定器と、
前記 2次抵抗より前記磁束推定オブザーバを調整するオブザーバ調整器と、 を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置。
[2] 前記 2次抵抗に基づいて前記すベり補償器を調整するすべり補償調整器を備えた ことを特長とする請求項 1記載の誘導電動機制御装置。
[3] 前記オブザーバ調整器の代わりに前記 2次抵抗に基づいて前記すベり補償器を調 整するすべり補償調整器を備えたことを特長とする請求項 1記載の誘導電動機制御 装置。
[4] γ δ軸指令電圧と位相指令に基づいて誘導電動機を駆動するインバータ回路と、 前記誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、前記電流信号 と前記位相指令から γ δ軸電流を生成する座標変換器と、前記 γ δ軸指令電圧と 前記 γ δ軸電流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と前記位相指令を生成する 磁束推定オブザーバと、前記推定 γ δ軸磁束から推定一次角速度を推定する一次 角速度推定器と、前記 γ δ軸電流からすべり角速度を演算するすべり補償器と、前 記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速度を推定する第 1角速度推定 器と、前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定する第 2角速度推定器と、を備え た誘導電動機制御装置の制御方法において、 前記誘導電動機の電流を検出し電流信号を生成するステップと、
前記電流信号と前記位相指令から γ δ軸電流を生成するステップと、
前記 γ δ軸指令電圧と前記 γ δ軸電流から推定 γ δ軸磁束と推定 γ δ軸電流と 前記位相指令を生成するステップと、
前記推定 γ δ軸磁束から推定一次角速度を推定するステップと、
前記 γ δ軸電流からすべり角速度を演算するステップと、
前記推定一次角速度と前記 δ軸電流から第 1推定角速度を推定するステップと、 前記 γ δ軸電流から第 2推定角速度を推定するステップと、
前記第 1推定回転角速度と前記第 2推定角速度から前記誘導電動機の 2次抵抗を 前記 2次抵抗より前記磁束推定オブザーバを調整するステップと、
を備えたことを特徴とする誘導電動機制御装置の制御方法。
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