(57)【要約】【課題】電流引込方式による永久磁石同期電動機の位置センサレス制御装置において、モータのｄｑ軸インダクタンスの差に制約がなく、簡単な方法で、かつ零速度時でも軸振動を抑制することが要望されている。【解決手段】振動抑制部を設け、位置センサレス制御装置の電流制御部で生成された出力電圧指令値Ｖd*を振動抑制部に入力する。振動抑制部では、出力電圧Ｖd*をＢＰＦを通すことで軸振動に起因するｄ軸出力電圧指令値Ｖd*の振動成分を抽出する。抽出した振動成分に速度指令の符号極性を乗算して振動抑制信号を演算し、速度指令と演算された振動抑制信号との差分を積分器に入力して基準位相を生成するよう構成した。【選択図】  図１
2017085720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転座標系の直交２軸電流指令ｉd*，ｉq*と検出されたモータの回転座標系の直交２軸電流成分ｉd，ｉqとの差分に基づき検出値で指令値に追従させるよう出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を生成する電流制御部と、
電流制御部からの出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を入力し、速度指令を積分器により積分して得られた基準位相に基づいて固定座標系の直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*に変換する逆回転座標変換部と、
座標変換された直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*を２相/３相変換部に入力して１２０゜位相差の３相交流電圧に変換し、ＰＷＭ制御部を介してモータを制御すると共に、
検出されたモータ電流の直交２軸電流を回転座標変換部に入力して基準位相に基づいて回転座標系の直交２軸電流成分ｉd，ｉqを生成し、生成された直交２軸電流成分ｉd，ｉqを前記電流制御部に入力するよう構成した位置センサレス制御装置において、
ＢＰＦを有する振動抑制部を設け、
前記電流制御部で生成された出力電圧指令値Ｖd*を振動抑制部のＢＰＦに入力して軸振動に起因するｄ軸出力電圧指令値Ｖd*の振動成分を抽出し、抽出した振動成分に前記速度指令の符号極性を乗算して振動抑制信号を演算し、速度指令と演算された振動抑制信号との差分を前記積分器に入力して基準位相を生成するよう構成したことを特徴とした永久磁石同期電動機の位置センサレス制御装置。
【請求項２】
前記振動抑制部は、軸振動に起因するｄ軸出力電圧指令値Ｖd*の振動成分を抽出するＢＰＦと、ＢＰＦの出力を任意の大きさに調整するゲイン乗算部と、ゲイン乗算部の出力に速度指令の符号極性を乗算する乗算部を備えたことを特徴とした請求項１記載の永久磁石同期電動機の位置センサレス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期電動機の位置センサレス制御装置に係わり、特に軸振動を抑制した位置センサレス制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機（以下モータという）の磁極位置検出器を使用しないで運転するセンサレス制御方法が実施されており、このセンサレス制御により速度やトルクを制御する方法として多くの種類の位置センサレス制御方法が開発されている。その手法の一つとして、ある程度の大きさで一定振幅の電流を流してその周波数を徐々に変化させ、同期引込み状態を維持させながら強制的に回転子を電流に追従させて始動する、電流引込法と称される手法がある。
【０００３】
図２は電流引込法の制御ブロック図を示したもので、この電流引込法は、周波数指令ω1*を速度指令３として積分器４に入力し積分することで基準位相θとし、基準位相θを逆回転座標変換部６に入力して固定座標系の直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*に変換する。また、基準位相θは回転座標変換部１２にも入力されて直交２軸電流成分ｉa，ｉbを、基準位相θで回転座標変換して直交２軸電流成分ｉd，ｉqとして電流制御部５に出力し、電流制御部５で電流指令１，２との各差分が演算された後、出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*が生成される。    
【０００４】
逆回転座標変換部６で変換された直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*は、２相／３相変換部７で１２０゜位相差の３相交流電圧Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換され、インバータを含むＰＷＭ制御部８を介してモータ９を制御する。また、モータ電流ｉu，ｉv，ｉwは電流検出器１０で検出し、電流の３相/２相変換部１１に入力されて直交２軸電流成分ｉa，ｉbに変換される。
【０００５】
なお、電流指令１は、電流の振幅指令値であるｄ軸電流指令で、回転座標系の直交２軸成分のうち、ｄ軸成分ｉd*に電流振幅指令の値｜ｉ1*｜を設定したものである。電流指令２は、電流の振幅指令値であるｑ軸電流指令で、回転座標系の直交２軸成分のうち、ｑ軸成分ｉq*に零を設定したものである。この図２で示す電流引込法には次のような問題点を有している。
【０００６】
（１）電流振幅を一定に保持しても、磁極軸と電流軸の位相差のｓｉｎ関数としてトルクが変動するため、軸捩れによりトルクが変化する弾性軸に似た振る舞いをする。そのため、負荷トルク変動などの過渡現象が発生すると、慣性モーメントと共振するような速度振動（軸捩れ振動）が生じる。この軸振動が発生するとダンパ巻線の無いモータでは制動効果が無く振動が継続する問題がある。この振動は負荷に出力するトルク品質を低下させ、カップリングなどの機械系に悪影響を与える虞がある。
【０００７】
（２）軸振動が生じると負荷に対して更に軸捩れ分のトルク脈動が加算されるため、電流振幅を大きく設定しておかないと最大トルクを超えて脱調が発生する。
これを防止するためには通常のベクトル制御で必要な電流よりも１．５〜２倍の大きな電流を流さねばならない。その結果、大きな容量の変換器が必要となる。
【０００８】
上記の軸振動が発生した際の軸振動抑制方法として特許文献１〜３が公知となっている。特許文献１では、電流引込制御部に以下を追加している。すなわち、ｄ軸電流指令に高周波成分を重畳して、高周波重畳法と呼称される磁極位置推定原理を適用している。この高周波重畳法により、推定された位相を微分したものにゲインとフィルタを掛けたもので、速度指令を補正することで軸振動を抑制している。
【０００９】
特許文献２では、電流引込制御部に以下の機能を追加している。
インバータが出力する電圧が零電圧となる期間の電流の変化量を計測してモータの速度起電力成分を演算し、これに補正ゲインを掛けたもので速度指令を補正することで軸振動を抑制している。
【００１０】
また、特許文献３では、電流引込制御部に以下の機能を追加している。
インバータが出力する電圧が零電圧となる期間の電流の変化量を計測してモータの速度起電力成分を演算する。その速度起電力からモータの速度・磁極位置を推定し、推定した位相で電流を座標変換してトルクに起因するｑ軸電流成分の電流にＢＰＦを掛けて振幅成分を抽出し、これに補正ゲインを掛けたもので速度指令を補正することで軸振動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５０９８４３９号
【特許文献２】特許第５６３３６４３号
【特許文献３】特開２０１４−１６１１８９特開
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１，３には、電流引込法に加えて、他のセンサレス制御技術を組み合わせているため、演算手段（マイコン）による演算処理が増大する問題を有している。また、特許文献２では、インバータが零電圧を出力している期間の電流の変化量を検出するため、電流サンプリングを高速に行う必要があるなどの制約がある。
【００１３】
具体的には、特許文献１では、高周波重畳法を併用するため、ｄｑ軸インダクタンスに差を持つモータの場合にしか適用できない。また、電流引込み制御と高周波重畳法を並列に処理するため、演算量が多くなる。
【００１４】
特許文献２では、零電圧期間の電流の変化量を計測するために、キャリア周期に同期して、キャリア周期内で複数回電流を検出する必要が有り、電流の微分演算やトルク成分の演算などの演算処理も多い。また、零速度では振動抑制することができず、さらにｄｑ軸インダクタンスに差が殆どないモータにしか適用できない。
【００１５】
特許文献３では、ＰＭモータのｄｑ軸インダクタンスの差によらず適用できるが、零電圧期間の電流の変化量を計測するために、キャリア周期に同期して、キャリア周期内で複数回電流を検出する必要が有り、電流の微分演算や速度・位相推定などの演算処理も多い。また、零速度では振動抑制することができない。
【００１６】
本発明が目的とするところは、簡単な手段により軸振動を抑制することを可能とする位置センサレス制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、回転座標系の直交２軸電流指令ｉd*，ｉq*と検出されたモータの回転座標系の直交２軸電流成分ｉd，ｉqとの差分に基づき検出値で指令値に追従させるよう出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を生成する電流制御部と、
電流制御部からの出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を入力し、速度指令を積分器により積分して得られた基準位相に基づいて固定座標系の直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*に変換する逆回転座標変換部と、
座標変換された直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*を２相/３相変換部に入力して１２０゜位相差の３相交流電圧に変換し、ＰＷＭ制御部を介してモータを制御すると共に、
検出されたモータ電流の直交２軸電流を回転座標変換部に入力して基準位相に基づいて回転座標系の直交２軸電流成分ｉd，ｉqを生成し、生成された直交２軸電流成分ｉd，ｉqを前記電流制御部に入力するよう構成した位置センサレス制御装置において、
ＢＰＦを有する振動抑制部を設け、
前記電流制御部で生成された出力電圧Ｖd*を振動抑制部のＢＰＦに入力して軸振動に起因するｄ軸出力電圧Ｖd*の振動成分を抽出し、抽出した振動成分に前記速度指令の符号極性を乗算して振動抑制信号を演算し、速度指令から演算された振動抑制信号を減じて速度指令を補正し、この補正された速度指令を前記積分器に入力して基準位相を生成するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１８】
本発明の振動抑制部は、軸振動に起因するｄ軸出力電圧Ｖd*の振動成分を抽出するＢＰＦと、ＢＰＦの出力を任意の大きさに調整するゲイン乗算部と、ゲイン乗算部の出力に速度指令の符号極性を乗算する乗算部を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のとおり、本発明によれば、複雑な処理手段を追加することなく簡単な手法で軸振動を抑制することが可能となる。また、モータのｄｑ軸インダクタンスの差に制約もなく、零速度時にも振動抑制することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示す制御ブロックの構成図。
【図２】従来の電流引込み方式による制御ブロックの構成図。
【図３】従来の電流引込み方式によるシミュレーション結果図。
【図４】本発明によるシミュレーション結果図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明による電流引込み方式による制御ブロック図で、図２で示す電流引込み方式の回路に振動抑制部２０を追加したものである。したがって、図２と同一、若しくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略する。振動抑制部２０にＢＰＦ（バンドパスフィルター）２１を設け、ＢＰＦ２１には、電流制御部５で算出された出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*のうち、ｄ軸の出力電圧Ｖd*を入力して軸振動に起因するｄ軸出力電圧指令値Ｖd*の振動成分のみを抽出する。
【００２２】
抽出された振動成分は、ゲイン乗算部２２で任意の大きさに乗算されて乗算部２３に出力され、この乗算部２３で関数部２４を経て入力された速度指令の符号極性を乗算して振動抑制信号を生成する。振動抑制信号は、減算部２５において振動成分として速度指令３から減算される。したがって、位相積分器４に入力される速度信号は振動抑制信号により補正された信号に基づく基準位相θとなる。この基準位相θは、逆回転座標変換部６と回転座標変換部１２にそれぞれ入力される。
【００２３】
逆回転座標変換部６で変換された直交２軸電圧成分Ｖa*，Ｖb*は、２相／３相変換部７で１２０゜位相差の３相交流電圧Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換され、ＰＷＭ制御部８を介してＰＭモータ９を制御する。また、モータ電流ｉu，ｉv，ｉwは電流検出器１０で検出し、電流の３相/２相変換部１１に入力されて直交２軸電流成分ｉa，ｉbに変換された後、回転座標変換部１２で基準位相θによる回転座標変換を行って回転座標系の直交２軸電流成分ｉd，ｉqとして電流制御部５に出力され、電流指令１，２との各差分に基づいて出力電圧指令値Ｖd*，Ｖq*が生成される。
【００２４】
図３、図４はシミュレーション結果図である。図３は従来の電流引込方式による結果、図４は本発明による結果である。ゆっくり回転させながら始動させ、そこから速度指令を上昇させて加速させるとき、図３では加速させる前の時点ｔ0〜ｔ1で実速度に継続した振動が発生している。このため、加速させる際には軸振動が発生している分、加速トルク不足となり時点ｔ1で脱調している。
【００２５】
図４で示す振動抑制部２０を付加した本発明では、発生した軸振動は継続せずに時点ｔ1までの途中で収束している。振動が収束したことで加速時点では速度指令と実速度とが一致し、また、電流引込位相と実位相も一致して脱調することなく始動が可能となっている。
したがって、本発明によれば、複雑な処理手段を追加することなく簡単な手法で軸振動を抑制することが可能となる。また、モータのｄｑ軸インダクタンスの差
に制約もなく、零速度時にも振動抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１，２…  電流指令
３…  周波数指令（電流指令）
４…  積分器
５…  電流制御部
６…  逆回転座標変換部
７…  ２相／３相変換部
８…  ＰＷＭ制御部
９…  モータ
１１…  ３相／２相変換部
１２…  回転座標変換部
２０…  振動抑制部
２１…  ＢＰＦ（バンドパスフィルター）
【図１】
2017085720.tif 000003
【図２】
2017085720.tif 000004
【図３】
2017085720.tif 000005
【図４】
2017085720.tif 000006