JP2005006408A

JP2005006408A - Controller for motor

Info

Publication number: JP2005006408A
Application number: JP2003167275A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Hojo; 善久北条
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4454966B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reverse rotation even in case that there is overcompensation of iron loss/mechanical loss or that an error has occurred in operation of rotor's position, in a controller which performs the torque control of a motor. <P>SOLUTION: This controller possesses a velocity computer which computes the velocity of the motor, a rotational direction detector which detects the rotational direction of the above motor by the output of the above velocity computer, a velocity controller which outputs a torque command for feeding back the output of the above velocity computer and controlling it into zero velocity, a torque command comparator which compares the torque command of the above velocity controller with the torque command of the above torque command generator, and a torque command switch which selects the torque command from the above torque command generator in case that the output of the above rotational direction detector is normal rotation, and selects the torque command from the above torque command comparator in case that the output of the above rotational direction detector is reverse rotation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機のトルク制御を行う制御装置における逆方向回転防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を図３に示し、図３に基づいて従来の技術を説明する。
図３はトルク指令発生器９によるトルク指令に応じたトルクを永久磁石同期電動機１により出力し、正方向回転のみを許可し、逆方向回転は防止する制御装置である。
【０００３】
永久磁石同期電動機１は、電力変換器２により電力を供給される。電力変換器２は電圧指令生成器４により生成された電圧指令の電圧を出力する。回転子位置演算器３は、永久磁石同期電動機１の回転子の永久磁石の磁束の方向であるｄ軸位置を出力する。電圧指令生成器４は、トルク制御器５より出力される操作量から回転子位置演算器３により出力される回転子位置に応じた電圧指令を生成する。トルク制御器５はトルク指令より電流指令を演算し、永久磁石同期電動機１に流れる電流と前記電流指令が一致するような操作量を出力する。
【０００４】
電流指令の生成は、トルク指令より以下のように生成される。
永久磁石同期電動機１のトルク式は（１）式で表される。
【０００５】
【数１】

【０００６】
ここでφは永久磁石の磁束である。ｉｄは永久磁石の磁束の方向と同方向の電流成分であり、トルク指令Ｔを出力するための実効値電流が最小となる値が選ばれ、ｉｑは永久磁石の磁束の方向と直交する方向の電流成分でありトルク指令Ｔを出力するための値が（１）式より演算される。Ｌｄは永久磁石の磁束の方向と同方向のインダクタンス成分、Ｌｑは永久磁石の磁束の方向と直交する方向のインダクタンス成分であり永久磁石同期電動機１の固有の定数である。
【０００７】
速度演算器１０は永久磁石同期電動機１の回転速度を演算する。回転方向検出器７は速度演算器１０の出力より永久磁石同期電動機１の回転方向を検出し正方向回転の場合は１を逆方向回転の場合は−１を出力する。鉄損・機械損補償器６は（１）式では表現されていない鉄損や機械損により損失となるトルク分を回転方向検出器７の符号を乗じて加算する。
【０００８】
トルク指令切替器８は、回転方向検出器７の出力が逆方向回転でトルク指令発生器９のトルク指令が逆転方向回転の力行である場合、トルク指令をゼロに切り替え、永久磁石同期電動機１の出力トルクを抑え、逆方向回転に加速することを防止する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来技術においては、逆方向回転を検出した際にトルク指令をゼロとすることで逆方向回転の防止している。しかしながら鉄損・機械損の補償量が過補償があったり、回転子位置演算に誤差を生じた場合、トルク指令をゼロにしても、永久磁石同期電動機から出力されるトルクはゼロとならず場合によっては逆方向回転に加速してしまうことがある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために請求項１にかかる本発明では、電動機をトルク制御する電力変換器の制御装置で、トルク指令発生器より出力されるトルク指令に応じたトルクを前記電動機より出力させるトルク制御器、前記電動機の鉄損や機械損で生じるトルク分損失を補償する鉄損・機械損補償器、前記電動機の回転方向を検出する回転方向検出器を具備し、正方向回転のみを許可し、逆方向回転を防止する制御装置において、
前記電動機の速度を演算する速度演算器、前記速度演算器の出力をフィードバックしゼロ速度に制御するためのトルク指令を生成する速度制御器、前記回転方向検出器の出力が正方向回転の場合は前記トルク指令発生器からのトルク指令を選択し、前記回転方向検出器の出力が逆方向回転の場合は前記速度制御器からのトルク指令を選択するトルク指令切替器を具備する。
【００１１】
請求項２にかかる本発明では、前記速度制御器のトルク指令と前記トルク指令発生器のトルク指令を比較し大きい方を出力するトルク指令比較器、前記回転方向検出器の出力が正方向回転の場合は前記トルク指令発生器からのトルク指令を選択し、前記回転方向検出器の出力が逆方向回転の場合は前記トルク指令比較器からのトルク指令を選択するトルク指令切替器を具備する。
【００１２】
請求項３にかかる本発明では、前記トルク指令切替器の出力が前記トルク指令発生器のトルク指令の状態で前記回転方向検出器の出力が逆方向回転となった時点で前記トルク指令比較器からのトルク指令に切り替え、前記トルク指令比較器からのトルク指令の状態で前記速度演算器の出力が正方向回転の規定速度を超過した時点で前記トルク指令発生器のトルク指令に切り替えるトルク指令切替器を具備する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を永久磁石同期電動機に適用した実施例を示し、図１に基づいて本発明の詳細な説明をする。
永久磁石同期電動機１、電力変換器２、回転子位置演算器３、電圧指令生成器４、トルク制御器５、鉄損・機械損補償器６、トルク指令発生器９は従来の技術と同様の役割を果たすので説明を省略する。
【００１４】
速度制御器１１は、速度演算器１０の出力をフィードバックし、速度をゼロに制御するためのトルク指令を出力する。トルク指令比較器１２は、トルク指令発生器９のトルク指令と速度制御器１１のトルク指令の大きい方を出力する。
【００１５】
トルク指令切替器の動作を図２に基づいて説明する。
期間１では速度検出器１０の出力が正で回転方向検出器７の出力が正方向回転となっておりトルク制御器５の入力はトルク指令発生器９のトルク指令となる。
期間２では速度演算器１０の出力が負となり回転方向検出器７の出力が逆方向回転となった時点でトルク制御器５の入力はトルク指令発生器９のトルク指令からトルク指令比較器１２のトルク指令に切り替わり、トルク指令比較器１２からは、トルク指令発生器９のトルク指令と速度制御器１１のトルク指令の大きいほうが出力される。速度演算器１０の出力が正方向回転の規定速度Ｎ１を超過した時点でトルク制御器５に入力されるトルク指令はトルク指令比較器１２のトルク指令からトルク指令発生器９のトルク指令に切り替わる。期間２から期間３に移行する状態では、期間３のトルク制御器５の入力はトルク指令比較器１２のトルク指令となり、期間４から期間３に移行する状態では、期間３のトルク制御器５の入力はトルク指令発生器９のトルク指令となる。起動直後で逆方向回転を検出されていない場合でもトルク制御器５の入力はトルク指令発生器９のトルク指令となる。
【００１６】
このように逆方向回転を検出した時点でゼロ速度制御を行う速度制御器１１のトルク指令に切り替えるので通常ではトルク制御を行っている制御装置においても逆方向回転を防止することが可能となる。
【００１７】
正方向回転を防止させる場合は、回転方向検出器７の出力が正方向回転となった時点でトルク制御器５の入力は、トルク指令発生器９のトルク指令からトルク指令比較器１２のトルク指令に切り替わる。トルク指令比較器１２はトルク指令発生器９のトルク指令と速度制御器１１のトルク指令の小さいほうが出力される。速度演算器１０の出力が逆方向回転の規定速度を超過した時点でトルク制御器５に入力されるトルク指令はトルク指令比較器１２のトルク指令からトルク指令発生器９のトルク指令に切り替わる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、電動機のトルク制御を行う制御装置において、鉄損・機械損の過補償があったり、回転子位置演算に誤差が生じた場合においても、逆方向回転を防止することができ、システムの信頼性を向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例を表したブロック図である。
【図２】図２は、トルク指令切替器８の動作図である。
【図３】図３はトルク制御時における逆方向回転防止の従来技術の一例を表したブロック図である。
【符号の説明】
１・・・永久磁石同期電動機
２・・・電力変換器
３・・・回転子位置演算器
４・・・電圧指令生成器
５・・・トルク制御器
６・・・鉄損・機械損補償器
７・・・回転方向検出器
８・・・トルク指令切替器
９・・・トルク指令発生器
１０・・・速度演算器
１１・・・速度制御器
１２・・・トルク指令比較器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reverse rotation prevention device in a control device that performs torque control of an electric motor.
[0002]
[Prior art]
The conventional technique is shown in FIG. 3, and the conventional technique will be described based on FIG.
FIG. 3 shows a control device that outputs torque according to the torque command from the torque command generator 9 by the permanent magnet synchronous motor 1, permits only forward rotation, and prevents reverse rotation.
[0003]
The permanent magnet synchronous motor 1 is supplied with power by the power converter 2. The power converter 2 outputs the voltage command voltage generated by the voltage command generator 4. The rotor position calculator 3 outputs a d-axis position that is the direction of the magnetic flux of the permanent magnet of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 1. The voltage command generator 4 generates a voltage command corresponding to the rotor position output from the rotor position calculator 3 from the operation amount output from the torque controller 5. The torque controller 5 calculates a current command from the torque command and outputs an operation amount such that the current flowing through the permanent magnet synchronous motor 1 matches the current command.
[0004]
The generation of the current command is generated as follows from the torque command.
The torque equation of the permanent magnet synchronous motor 1 is expressed by equation (1).
[0005]
[Expression 1]

[0006]
Here, φ is the magnetic flux of the permanent magnet. id is a current component in the same direction as the direction of the magnetic flux of the permanent magnet, and a value that minimizes the effective current for outputting the torque command T is selected, and iq is a direction orthogonal to the direction of the magnetic flux of the permanent magnet. A value for outputting the torque command T, which is a current component, is calculated from the equation (1). Ld is an inductance component in the same direction as the direction of the magnetic flux of the permanent magnet, Lq is an inductance component in a direction orthogonal to the direction of the magnetic flux of the permanent magnet, and is an intrinsic constant of the permanent magnet synchronous motor 1.
[0007]
The speed calculator 10 calculates the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor 1. The rotation direction detector 7 detects the rotation direction of the permanent magnet synchronous motor 1 from the output of the speed calculator 10 and outputs 1 for forward rotation and -1 for reverse rotation. The iron loss / mechanical loss compensator 6 multiplies the amount of torque that is lost due to iron loss or mechanical loss that is not expressed in the equation (1) by multiplying the sign of the rotation direction detector 7 and adds the torque.
[0008]
The torque command switching unit 8 switches the torque command to zero when the output of the rotation direction detector 7 is reverse rotation and the torque command of the torque command generator 9 is power rotation of rotation in the reverse direction, and the permanent magnet synchronous motor 1 Reduce output torque and prevent acceleration in reverse direction.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the prior art, the reverse rotation is prevented by setting the torque command to zero when the reverse rotation is detected. However, if the compensation amount of iron loss / mechanical loss is over-compensated or an error occurs in the rotor position calculation, the torque output from the permanent magnet synchronous motor will not become zero even if the torque command is set to zero. Depending on the situation, it may accelerate to reverse rotation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention according to claim 1, in the control device for the power converter that controls the torque of the electric motor, the electric motor outputs torque corresponding to the torque command output from the torque command generator. Equipped with a torque controller, an iron loss / mechanical loss compensator that compensates for torque loss caused by iron loss and mechanical loss of the motor, and a rotation direction detector that detects the rotation direction of the motor, allowing only forward rotation In a control device that prevents reverse rotation,
When a speed calculator that calculates the speed of the motor, a speed controller that generates a torque command for feeding back the output of the speed calculator and controlling it to zero speed, and when the output of the rotation direction detector is forward rotation A torque command switching unit is provided that selects a torque command from the torque command generator and selects a torque command from the speed controller when the output of the rotation direction detector is reverse rotation.
[0011]
In this invention concerning Claim 2, the torque command comparator which compares the torque command of the speed controller and the torque command of the torque command generator and outputs the larger one, and the output of the rotation direction detector is the forward rotation. A torque command switching unit that selects a torque command from the torque command generator, and selects a torque command from the torque command comparator when the output of the rotation direction detector rotates in the reverse direction.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, when the output of the torque command switch is in the state of the torque command of the torque command generator and the output of the rotational direction detector rotates in the reverse direction, the torque command comparator Torque command switcher that switches to the torque command of the torque command generator when the output of the speed calculator exceeds the specified speed of forward rotation in the state of the torque command from the torque command comparator It comprises.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a permanent magnet synchronous motor, and the present invention will be described in detail based on FIG.
The permanent magnet synchronous motor 1, the power converter 2, the rotor position calculator 3, the voltage command generator 4, the torque controller 5, the iron loss / mechanical loss compensator 6, and the torque command generator 9 are the same as those in the prior art. Since it plays a role, the description is omitted.
[0014]
The speed controller 11 feeds back the output of the speed calculator 10 and outputs a torque command for controlling the speed to zero. The torque command comparator 12 outputs the larger of the torque command from the torque command generator 9 and the torque command from the speed controller 11.
[0015]
The operation of the torque command switch will be described with reference to FIG.
In period 1, the output of the speed detector 10 is positive and the output of the rotation direction detector 7 is rotating in the forward direction, and the input of the torque controller 5 becomes the torque command of the torque command generator 9.
In period 2, when the output of the speed calculator 10 becomes negative and the output of the rotation direction detector 7 rotates in the reverse direction, the input of the torque controller 5 is changed from the torque command of the torque command generator 9 to the torque command comparator 12. The torque command is switched to the torque command, and the torque command comparator 12 outputs the larger one of the torque command of the torque command generator 9 and the torque command of the speed controller 11. The torque command input to the torque controller 5 when the output of the speed calculator 10 exceeds the specified speed N1 for forward rotation is switched from the torque command of the torque command comparator 12 to the torque command of the torque command generator 9. In the state transitioning from the period 2 to the period 3, the input of the torque controller 5 in the period 3 becomes the torque command of the torque command comparator 12, and in the state transitioning from the period 4 to the period 3, the torque controller 5 in the period 3 The input is a torque command of the torque command generator 9. Even when the reverse rotation is not detected immediately after starting, the input of the torque controller 5 becomes the torque command of the torque command generator 9.
[0016]
As described above, when the reverse rotation is detected, the torque command is switched to the speed controller 11 that performs the zero speed control. Therefore, it is possible to prevent the reverse rotation even in the control device that normally performs the torque control.
[0017]
In order to prevent forward rotation, when the output of the rotational direction detector 7 becomes forward rotation, the input of the torque controller 5 is from the torque command of the torque command generator 9 to the torque command of the torque command comparator 12. Switch to The torque command comparator 12 outputs the smaller of the torque command from the torque command generator 9 and the torque command from the speed controller 11. The torque command input to the torque controller 5 when the output of the speed calculator 10 exceeds the specified reverse rotation speed is switched from the torque command of the torque command comparator 12 to the torque command of the torque command generator 9.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a control device that performs torque control of an electric motor, even when there is an overcompensation of iron loss or mechanical loss or an error occurs in the rotor position calculation, reverse rotation can be prevented, and the system Contribute to improving the reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation diagram of the torque command switching unit 8;
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional technique for preventing reverse rotation during torque control.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet synchronous motor 2 ... Power converter 3 ... Rotor position calculator 4 ... Voltage command generator 5 ... Torque controller 6 ... Iron loss and mechanical loss compensator DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Rotation direction detector 8 ... Torque command switching device 9 ... Torque command generator 10 ... Speed calculator 11 ... Speed controller 12 ... Torque command comparator

Claims

電動機をトルク制御する電力変換器の制御装置で、トルク指令発生器より出力されるトルク指令に応じたトルクを前記電動機より出力させるトルク制御器、前記電動機の鉄損や機械損で生じるトルク分損失を補償する鉄損・機械損補償器、前記電動機の回転方向を検出する回転方向検出器を具備し、正方向回転のみを許可し、逆方向回転を防止する制御装置において、
前記電動機の速度を演算する速度演算器、前記速度演算器の出力をフィードバックしゼロ速度に制御するためのトルク指令を出力する速度制御器、前記回転方向検出器の出力が正方向回転の場合は前記トルク指令発生器からのトルク指令を選択し、前記回転方向検出器の出力が逆方向回転の場合は前記速度制御器からのトルク指令を選択するトルク指令切替器を具備することを特徴とする電動機の制御装置。A power converter control device that controls the torque of the motor, a torque controller that outputs torque corresponding to the torque command output from the torque command generator from the motor, and a torque loss caused by iron loss or mechanical loss of the motor In a control device that comprises an iron loss / mechanical loss compensator that compensates, a rotation direction detector that detects the rotation direction of the electric motor, permits only forward rotation, and prevents reverse rotation,
When the speed calculator that calculates the speed of the electric motor, the speed controller that outputs the torque command to feed back the output of the speed calculator and control it to zero speed, and the output of the rotation direction detector is forward rotation A torque command switching unit is provided for selecting a torque command from the torque command generator and selecting a torque command from the speed controller when the output of the rotation direction detector is a reverse rotation. Electric motor control device.

前記速度制御器のトルク指令と前記トルク指令発生器のトルク指令を比較し大きい方を出力するトルク指令比較器、前記回転方向検出器の出力が正方向回転の場合は前記トルク指令発生器からのトルク指令を選択し、前記回転方向検出器の出力が逆方向回転の場合は前記トルク指令比較器からのトルク指令を選択するトルク指令切替器を具備することを特徴とする電動機の制御装置。A torque command comparator that compares the torque command of the speed controller and the torque command of the torque command generator and outputs the larger one. When the output of the rotational direction detector is forward rotation, the torque command generator An electric motor control device comprising: a torque command switch that selects a torque command and selects a torque command from the torque command comparator when the output of the rotation direction detector is reverse rotation.

前記トルク指令切替器の出力が前記トルク指令発生器のトルク指令の状態で前記回転方向検出器の出力が逆方向回転となった時点で前記トルク指令比較器からのトルク指令に切り替え、前記トルク指令比較器からのトルク指令の状態で前記速度演算器の出力が正方向回転の規定速度を超過した時点で前記トルク指令発生器のトルク指令に切り替えるトルク指令切替器を具備することを特徴とする電動機の制御装置。When the output of the torque command switch is in the state of the torque command of the torque command generator and the output of the rotation direction detector is reversely rotated, the torque command is switched to the torque command from the torque command comparator. An electric motor comprising a torque command switching device that switches to a torque command of the torque command generator when an output of the speed calculator exceeds a specified speed of forward rotation in a state of a torque command from a comparator. Control device.